JP2005354073A - リソグラフィ装置用のレベル・センサ - Google Patents

Abstract

【課題】リソグラフィ装置及び方法を提供すること。
【解決手段】リソグラフィ投射機器用のレベル・センサは、測定すべき基板上に光を当てるように構成された光源と、基板から反射した光を検出するように構成された検出器と、第１構成と第２構成のフィルタで行った測定間の差を計算するように構成されたプロセッサとを含む。このセンサは、光が第１の特性を受ける第１構成と、光が第２の特性を受ける第２構成との間で調節可能である。このセンサは、第１及び第２の特性が異なる偏光状態となるように偏光フィルタを含むことができる。
【選択図】図３

Description

本発明はリソグラフィ装置及び方法に関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板の対象部分に当てる機械である。リソグラフィ装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造で使用することができる。その状況では、マスクやレチクルとも呼ばれるパターン形成構造を使用して、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成することができ、このパターンを、放射線感応材料（レジスト）の層を有する基板（例えばシリコン・ウェハ）上の（例えば１つ又は複数のダイの一部を含む）対象部分に結像することができる。一般には、単一の基板は、次々に露光される隣接する各対象部分の回路網を含むことになる。周知のリソグラフィ装置には、パターン全体を対象部分に一度に照射することによって各対象部分を照射するいわゆるステッパ、及び所与の方向（「走査」方向）に投射ビームを介してパターンを走査すると同時に、基板をこの方向に平行又は逆平行に走査することによって各対象部分を照射するいわゆるスキャナが含まれる。

本文では、ＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に対して特定の参照を行うことがあるが、本明細書に記載のリソグラフィ装置は、集積光学系の製造、磁気ドメイン・メモリ用の誘導パターン及び検出パターン、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどの他の応用例を有することができることを理解されたい。こうした代替応用例の状況では、本明細書での「ウェハ」又は「ダイ」という用語の使用は、それぞれより一般的な「基板」又は「対象部分」という用語と同義とみなせることを当業者は理解されよう。本明細書で参照される基板は、露光の前後に、例えばトラック工具（通常はレジスト層を基板に付着させ、露光したレジストを現像する工具）或いは測定工具又は検査工具で処理することができる。適用可能なら、本明細書での開示は、そのような基板処理工具又はその他の基板処理工具に適用することができる。さらに、基板を、例えば多層ＩＣを作成するために複数回処理することができ、したがって、本明細書で使用する基板という用語は、複数回処理した層を既に含む基板も指すことがある。

本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、（例えば波長３６５、２４８、１９３、１５７、又は１２６ｎｍを有する）紫外（ＵＶ）放射、（例えば５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）極紫外（ＥＵＶ）放射、並びにイオン・ビームや電子ビームなどの粒子ビームを含むすべてのタイプの電磁放射を包含する。

本明細書で使用する「パターン形成構造」という用語は、基板の対象部分にパターンを作成するなどのために放射ビームの断面にパターンを付与するのに使用することができる構造を指すものとして広い意味で解釈すべきである。放射ビームに付与されるパターンは、基板の対象部分の所望のパターンと厳密に対応しない可能性があることに留意されたい。一般に、放射ビームに付与されるパターンは、集積回路など対象部分に作成されるデバイス内の特定の機能層に対応する。

パターン形成構造は、透過性又は反射性でよい。パターン形成構造の実施例には、マスク、プログラム可能ミラー・アレイ、及びプログラム可能ＬＣＤパネルが含まれる。マスクはリソグラフィで周知であり、マスクには、バイナリ、交番移相、減衰移相などのマスク・タイプ、並びに様々なハイブリッド・マスク・タイプが含まれる。プログラム可能ミラー・アレイの一実施例では、着信放射ビームを様々な方向に反射するように個々にそれぞれ傾斜することができる小型のミラーのマトリックス構成が使用される。このようにして、反射ビームがパターン形成される。

支持構造は、パターン形成構造の重量を支持すなわち支承する。支持構造は、パターン形成構造の向き、リソグラフィ装置の設計、及び例えばパターン形成構造が真空環境で保持されるか否かなどのその他の条件に応じた方式でパターン形成構造を保持する。この支持は、機械クランピング、真空、又はその他のクランピング技法、例えば真空条件下の静電クランピングを使用することができる。支持構造は、例えばフレーム又はテーブルでよく、必要に応じて固定又は可動にすることができ、パターン形成構造が例えば投射系に対して所望の位置にあるように保証することができる。本明細書での「レチクル」又は「マスク」という用語の使用は、より一般的な「パターン形成構造」という用語と同義とみなすことができる。

本明細書で使用する「投射系」という用語は、例えば使用する露光放射にとって、又は液浸流体の使用や真空の使用などの他の因子にとって適切な屈折光学系、反射光学系、及びカタディオプトリック光学系を含む様々なタイプの投射系を包含するものとして広い意味で解釈すべきである。本明細書での「レンズ」という用語の使用は、より一般的な「投射系」という用語と同義とみなすことができる。

照明系もまた、放射ビームを誘導、成形、又は制御する屈折光学構成部品、反射光学構成部品、及びカタディオプトリック光学構成部品を含む様々なタイプの光学構成部品を包含することができ、以下ではそのような構成部品も、集合的に又は単独で「レンズ」と呼ぶことがある。

リソグラフィ装置は、２つ（２重ステージ）以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のマスク・テーブル）を有するタイプでよい。このような「多重ステージ」マシンでは、追加のテーブルを並行して使用することができ、或いは露光のために１つ又は複数のテーブルを使用中に、１つ又は複数の他のテーブルに対して予備ステップを実施することができる。

リソグラフィ装置は、基板が比較的高い屈折率を有する液体、例えば水中に浸され、それによって投射系の最終要素と基板との間の空間が埋められるタイプでもよい。浸液をリソグラフィ装置内の他の空間、例えばマスクと投射系の第１要素との間にも適用することができる。液浸技法を使用して、投射系の開口数を向上させることができる。

本明細書で使用する「光」という用語は可視スペクトル内の電磁放射に限定されず、任意の適切な波長の電磁放射を包含するものとする。

パターンは、投射レンズと呼ばれるレンズを使用して基板の対象部分上に結像される。パターンを基板上に結像するとき、基板の最上面（すなわちパターンを結像すべき表面）が投射レンズの焦点面内にあるように保証することが望ましい。レベル・センサを使用して、基板の最上面の位置を求めることができる。基板の最上面が投射レンズの焦点面内にないことをレベル・センサが示す場合、基板を支承する基板テーブルの高さがそれに応じて調節される。

レベル・センサを使用して、基板面に存在する可能性のある傾きを測定することもでき、それに応じて基板テーブルが傾けられ、傾きが補正される。

レベル・センサは、リソグラフィ投射機器の有用な部分である。リソグラフィ装置によって使用される波長が短くなるにつれて投射レンズの焦点深度が短くなり、レベル・センサの精度がますます重要となる。

リソグラフィ投射機器に対して使用されるレベル・センサはプロセス依存性の対象となることがある。プロセス依存性は、測定する基板が以前にどのように処理されたかに応じてレベル・センサ測定が異なる結果を与える誤差の一形態である。例えば、レベル・センサは、単一のレジスト層でコーティングされたシリコン基板を含むウェハについて特定の高さ測定値を与えることがあり、いくつかのレジスト層でコーティングされたシリコン基板を含むウェハについて、両者のウェハが同一の実際高さである場合であっても異なる高さ測定値を与えることがある。プロセス依存性によって引き起こされる１つの誤差は、プロセス依存見掛け表面降下と呼ばれ、Ｇｏｏｓ−Ｈａｅｎｃｈｅｎシフトと呼ばれる光学的効果によって引き起こされることがわかっている（Ｆ．Ｇｏｏｓ及びＨ．Ｈａｅｎｃｈｅｎ、Ａｎｎ．Ｐｈｙｓ．１（６）、３３３（１９４７）参照）。Ｇｏｏｓ−Ｈａｅｎｃｈｅｎシフトは、反射中の反射面（この場合はレジスト）に沿う光の横方向へのずれである。このシフトは、基板の材料及び層構造に依存する。プロセス依存性の結果として、基板を投射レンズの焦点面に正しく配置することができないことがある。これが生じたとき、基板上に結像されるパターンの解像度が損なわれる可能性がある。

本発明の諸実施例はリソグラフィ投射機器用のレベル・センサを含み、レベル・センサは、測定すべき基板上に光を当てるように構成された光源と、基板から反射した光を検出するように構成された検出器と、第１の特性を有する光で行った測定と、第１の特性とは異なる第２の特性を有する光で行った測定の差を計算するように構成されたプロセッサとを含む。レベル・センサは、光が第１の特性を受ける第１構成と、光が第２の特性を受ける第２構成との間で調節可能である。

そのようないくつかの実施例では、センサは偏光子を含み、偏光子の第１構成が光にＳ偏光を加え、偏光子の第２構成が光にＰ偏光を与える。偏光子は透過板でよく、又は偏光光ファイバでよい。

本発明の一実施例では、フィルタはスペクトル・フィルタでよい。

本発明の別の実施例では、放射ビームを供給するように構成された放射系と、パターン形成構造を支持するように構成された支持構造と、所望のパターンに従って放射ビームをパターン形成する働きをするパターン形成構造と、基板を保持するように構成された基板テーブルと、パターン形成ビームを基板の対象部分上に投射する投射系とを含むリソグラフィ投射機器が提供される。リソグラフィ投射機器は、光を基板上に当てるように構成された光源と、基板から反射した光を検出するように構成された検出器と、光が第１の特性を受ける第１構成と、光が第２の特性を受ける第２構成との間で調節可能であるフィルタとを含むレベル・センサをさらに含む。リソグラフィ投射機器は、第１の特性を有する光で行った測定と、第１の特性とは異なる第２の特性を有する光で行った測定の差を計算するように構成されたプロセッサをさらに含む。

本発明のさらに別の実施例では、光レベル・センサの性能を監視する方法が提供され、この方法は、基板に光のビームを当てること、及び光が基板から反射したときに光のビームの位置を検出することを含む。この方法は、検出に基づいて基板の高さを測定することを含む。この方法は、検出の前に光を濾波することをさらに含み、測定は、第１構成のフィルタで基板の高さを測定し、その後で第２構成のフィルタで基板の高さを測定することを含む。この方法はまた、測定した高さの差を求めることも含む。

本発明のさらに別の実施例では、光ビームを基板の表面上に与える光源と、基板の表面からの光ビームの反射を検出するように構成された検出器と、基板の表面からの光ビームの反射の第１検出と、基板の表面からの光ビームの反射の第２検出とに少なくとも基づいて基板の位置を求めるように構成されたプロセッサとを含むレベル・センサが提供される。第１検出での光ビームの偏光は第２検出での光ビームの偏光とは異なる。

これから、添付の略図を参照しながら本発明の諸実施例を例示によって説明する。添付の略図では、対応する参照符号は対応する部分を示す。

図１に、本発明の一実施例によるリソグラフィ機器の略図を示す。この機器は、放射（例えばＵＶ放射）のビームＰＢを供給する照明系（イルミネータ）ＩＬと、パターン形成構造（例えばマスク）ＭＡを支持するように構成され、投射系（「レンズ」）、アイテムＰＬに対してパターン形成構造を正確に位置決めするように構成された第１位置決め装置ＰＭに接続された第１支持構造（例えばマスク・テーブル）ＭＴとを含む。この機器は、基板（例えばレジスト被覆ウェハ）Ｗを保持するように構成され、投射系（「レンズ」）、アイテムＰＬに対して基板を正確に位置決めするように構成された第２位置決め装置ＰＷに接続された基板テーブル（例えば基板テーブル）ＷＴをさらに含み、投射系（例えば屈折投射レンズ）（「レンズ」）ＰＬが、パターン形成構造ＭＡによってビームＰＢに付与されたパターンを基板Ｗの対象部分Ｃ（１つ又は複数のダイを含む）上に結像するように構成される。

ここで図示するように、この装置は（例えば透過マスクを使用する）透過型である。或いは、この装置は、（上記で参照したタイプのプログラム可能ミラー・アレイを使用する）反射タイプでもよい。

イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受ける。例えば放射源がエキシマ・レーザであるとき、放射源とリソグラフィ装置は別々の実体でよい。このような場合、放射源はリソグラフィ装置の一部を形成するとはみなされず、放射ビームは、例えば適切な配向ミラー及び／又はビーム・エキスパンダを含むビーム送達システムＢＤを用いて、放射源ＳＯからイルミネータＩＬまで通過する。他の場合には、例えば放射源が水銀ランプであるとき、放射源は機器の一体部分でよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要ならビーム送達システムＢＤと共に、放射系と呼ばれることがある。

イルミネータＩＬは、ビームの角度輝度分布を調節する調節構造ＡＭを含むことができる。一般に、イルミネータの瞳面内の輝度分布の少なくとも外径及び／又は内径範囲（一般にそれぞれσ外径及びσ内径と呼ぶ）を調節することができる。さらに、イルミネータＩＬは一般に、積分器ＩＮやコンデンサＣＯなどの様々な他の構成部品を含む。イルミネータは、その断面内に所望の一様性及び輝度分布を有する、放射ビームＰＢと呼ばれる調整された放射ビームを供給する。

投射ビームＰＢは、マスク・テーブルＭＴ上に保持されたマスクＭＡに入射する。マスクＭＡを横切ると、投射ビームＰＢはレンズＰＬを通過し、レンズＰＬは、ビームを基板Ｗの対象部分Ｃ上に集束させる。第２位置決め装置ＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば干渉装置）を用いて、例えばビームＰＢの経路内に異なる対象部分Ｃを配置するように、基板テーブルＷＴを正確に移動することができる。同様に、第１位置決め装置ＰＭ及び別の位置センサ（図１には明示的に図示せず）を使用して、例えばマスク・ライブラリからの機械検索の後又は走査中に、ビームＰＢの経路に対してマスクＭＡを正確に配置することができる。一般には、オブジェクト・テーブルＭＴ及びＷＴの移動は、位置決め装置ＰＭ及びＰＷの一部を形成するロング・ストローク・モジュール（粗い位置決め）及びショート・ストローク・モジュール（細かい位置決め）によって実現することができる。しかし、（スキャナではなく）ステッパの場合、マスク・テーブルＭＴをショート・ストローク・アクチュエータだけに接続することができ、又は固定することができる。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスク位置合せマークＭ１、Ｍ２及び基板位置合せマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合せすることができる。

図示する装置は、以下の好ましいモードで使用することができる。

１．ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴがほぼ静止状態に保たれると共に、投射ビームに付与されたパターン全体が対象部分Ｃに１回で投射される（すなわち単一の静止露光）。次いで基板テーブルＷＴがＸ方向及び／又はＹ方向にシフトされ、それによって異なる対象部分Ｃを露光することができる。ステップ・モードでは、露光域の最大サイズにより、単一の静止露光で結像される対象部分Ｃのサイズが制限される。

２．走査モードでは、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴが同期式に走査されると共に、投射ビームに付与されたパターンが対象部分Ｃに投影される（すなわち単一の動的露光）。マスク・テーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投射系ＰＬの拡大（縮小）特性及び像反転特性によって決定される。走査モードでは、露光域の最大サイズにより、単一の動的露光での対象部分の（非走査方向の）幅が制限されるのに対して、走査動作の長さにより、対象部分の（走査方向の）高さが決定される。
３．別のモードでは、マスク・テーブルＭＴがほぼ静止状態に保たれ、プログラム可能パターン形成構造が保持され、基板テーブルＷＴが移動又は走査されると共に、投射ビームに付与されたパターンが対象部分Ｃに投射される。このモードでは、一般にパルス放射源が使用され、プログラム可能パターン形成構造は、基板テーブルＷＴのそれぞれの移動の後、又は走査中の連続する放射パルスの間に必要に応じて更新される。この動作モードは、上記で参照したタイプのプログラム可能ミラー・アレイなどのプログラム可能パターン形成構造を使用するマスクレス・リソグラフィに容易に適用することができる。

上述の使用モードに関する組合せ及び／又は変形形態或いは全く異なる使用の形態も利用することができる。

本発明の一実施例では、図１のＬＳとして一般的に示したレベル・センサを使用して、基板Ｗの最上面の高さ及び傾きを測定する。基板テーブルがそれに応じて上げられ、又は下げられ、傾けられ、基板Ｗの最上面が投射レンズＰＬの焦点面内に位置することが保証される。

図２に、本発明の一実施例によるレベル・センサの略図を示す。適切な光源Ｓによって生成された光ビーム１は、折りたたみミラー２を介して基板３に当てられる。光ビーム１は基板の表面から反射し、第２折りたたみミラー４を介して検出器５に当てられる。

基板３の表面高の変化は、光ビーム１が検出器５に入射する位置の変位として認識される。例えば、基板面が平坦である場合、この実施例では光ビーム１は検出器５の中央に入射する。基板面が点線３ａで示されるくぼみを含む場合、破線１ａで示すように、光ビームが反射する点が変位する。関連する光ビーム１ａの平行移動が検出器５で生じ、基板面の高さが変化したことを示す。したがって、基板３の表面の高さをレベル・センサによって密接に監視することができる。

表面からの光ビーム１の反射は単純な反射ではないので、プロセス依存性が生じる。例えば、光ビーム１は、基板３の上面から完全に直接反射しない可能性があり、光ビーム１の一部が反射する前に基板３の表面に沿って短距離の間平行移動する可能性がある（これはＧｏｏｓ−Ｈａｅｎｃｈｅｎシフトと呼ばれる）。この効果は、プロセス依存性の１タイプである見掛け表面降下を引き起こす。通常、平行移動の距離は光ビームの１波長程度である。

平行移動の距離が一貫している場合、レベル・センサを較正して見掛け表面降下を補償することが可能となる。しかし、見掛け表面降下は基板面の構造に対する強い依存性を有することが判明している。例えば、一定の厚さ及び光学密度のフォトレジストで被覆されたシリコン・ウェハは、特定の見掛け表面降下を引き起こす可能性があるが、別の厚さ及び／又は光学密度のフォトレジストで被覆されたシリコン・ウェハを含む基板は、全く異なる見掛け表面降下を引き起こす可能性がある。いくつかのレジスト層で被覆されたシリコン・ウェハを有する基板は、さらに全く異なる見掛け表面降下を引き起こす可能性がある。

通常は、光ビーム１が広い波長帯を有し、様々な偏光を有することを保証することによってレベル・センサのプロセス依存性を低減する。しかし、このようにしてプロセス依存性を低減することは可能であるが、それを完全になくすことはできない。プロセス依存性（例えば見掛け表面降下）に関連する問題は、現在の周知のレベル・センサを使用して、レベル・センサによって行った測定がプロセス依存性を受けるかどうかを判定することが困難である可能性があることである。通常、プロセス依存性は、所与の機械によって露光された処理後の基板を長々と分析した後でしか発見されない。これは困難であり、費用のかかることがある。プロセス依存性はリソグラフィ・プロセスごとに、且つリソグラフィ装置ごとに異なるので、各リソグラフィ・プロセス及び各リソグラフィ装置についての分析を反復することが望ましく、かなり費用がかかる。

プロセス依存性が存在するとき、Ｓ偏光とＰ偏光についてのレベル・センサのプロセス依存性のサイズ間に著しい差があることを本発明者等は示した。直感的には、Ｓ偏光とＰ偏光のどちらも同一のプロセス依存性を有すると予想される。

本発明の一実施例によるレベル・センサを図３に示す。図３を参照すると、レベル・センサは偏光子６を備える。本発明の一実施例では、偏光子６は従来型設計の透過板でよく、Ｓ偏光だけを透過する第１構成から、Ｐ偏光だけを透過する第２構成まで回転することができる。本発明の代替実施例（図示せず）では、偏光子６を回転可能に取り付けられた偏光ビーム・スプリッタとして実装することができる。ビーム・スプリッタは、Ｓ偏光だけを透過する第１構成から、Ｐ偏光だけを透過する第２構成まで回転することができる。偏光子は、本発明の他の実施例での他の適切な偏光機器を使用して実装することができる。

偏光の選択は、例えば偏光子６又は偏光ビーム・スプリッタの自動回転を介して自動的に実施することができる。

本発明の一実施例では、偏光子６は、偏光材料を含まないウィンドウを備える。非偏光レベル・センサ測定が必要であるとき、偏光子６が、光ビーム１がその偏光を変更することなく通過することを可能にする第３構成まで回転される。代替構成では、偏光子６を光ビーム１の経路から完全に除去することができるように偏光子６を取り付けることができる。光ビーム１が基板３まで非偏光で通過することを可能にするように、偏光ビーム・スプリッタについて同様の構成又はその他の適切な構成を使用することができる。

本発明の一実施例では、レベル・センサ、又はレベル・センサが配置されるリソグラフィ投射機器は、高さ測定値を記録するように構成されたメモリ７を備えることができる。レベル・センサ（又はリソグラフィ投射機器）はまた、高さ測定値間の差又は高さ測定値間のその他の関係を求めるように構成されたプロセッサ８も備えることができる。プロセッサ８は、適切なソフトウェアを実行するコンピュータ・プロセッサを含むことができ、又は等価なオペレーションを実施するように構成されたハードウェアを含むことができる。

本発明の一実施例では、所与の処理後の基板について、プロセス依存性、例えば見掛け表面降下の存在（非存在）を、基板面の高さをＳ偏光を使用するレベル・センサとマッピングし、次いで基板面の高さをＰ偏光を使用するレベル・センサとマッピングし、次いで「差マップ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｍａｐ）」と呼ぶ２つのマップの差を求めることによって見つけることができる。高さマップを作成及び記録する方式は、Ｓ偏光及びＰ偏光を使用することを除いて従来型でよい。

差マップを使用して、その基板についてのプロセス依存見掛け表面降下の存在の定性的表示を与えることができる。差マップは、ダイ、露光域、又は基板全体などの一定のエリア内の複数の位置についての高さの差を含む。一実施例では、差マップの絶対値が事前定義したしきい値と比較される。関係するエリアの少なくとも１つの特定の位置でしきい値を超過した場合、アラーム信号が生成される。アラーム信号を使用して適切な措置を講じることができる。特定の実施例では、差マップの空間変化が求められ、しきい値と比較される。特定のエリアにわたる変化がしきい値を超過する場合、集束誤りが疑われ、アラーム信号が生成される。アラーム信号は、レベル・センサのプロセス依存性の存在を示す。差マップが特定のエリア内のすべての位置についてほぼゼロである場合、そのエリアではプロセス依存性が存在しないことになる。差マップがしきい値を超過するが、エリア全体にわたってほぼ一定である場合、警告信号が生成される。このようにして、ユーザは、レベル・センサの再較正が必要であることをについて警告を受けることになる。

別の実施例では、光レベル・センサがプロセス依存性を示す場合、差マップを使用して、関係するエリア内の厳密な位置が求められる。この実施例では、各位置で差マップがしきい値と比較される。特定の特定の位置でしきい値を超過する場合、その位置が記憶される。差マップ全体が検査される場合、しきい値が超過する領域が、例えば画面上に示される。このようにして、レベル・センサのユーザが基板を検査し、適切な措置を講じることができる。

本発明の一実施例では、基板全体に関して上記で説明したのと等価な方法を用いて、基板の単一のダイについてプロセス依存性の存在（又は非存在）を見つけることができる。このダイ・ベースの測定の信号対雑音比は、いくつかのダイについて測定を反復し、結果の平均を取ることによって改善することができる。

本発明の別の実施例では、マッピングを使用せずに、その代わりにオンザフライ測定を実施することによってプロセス依存性の存在（又は非存在）を求めることができる。これは、Ｓ偏光を使用して高さ測定を行い、Ｐ偏光を使用して高さ測定を行い、結果を比較することによって行うことができ、その測定が基板の露光中にオンザフライで実施される。本発明の一実施例では、一方がＰ偏光を用い、他方がＳ偏光を用いる２つのレベル・センサを使用して同時に測定を実施することができ、差信号を使用してプロセス依存性が存在するかどうかが判定される。

以下の表１に示すように、ダイ・ベースの方法を使用して、プロセス依存性が基板の一連の層について存在するか否かを判定した。

表１を参照すると、基板に付着すべき第１層が表の最上部、すなわちＣｏｎｔａｃｔ １にある。従来型（すなわち偏光子のない）レベル・センサを使用して、いくつかのダイの高さをマッピングし、平均高さマップを求めることによってダイ高さマップを求めた。次いで、本発明の実施例を使用して、Ｓ偏光及びＰ偏光について、各偏光についていくつかのダイの高さをマッピングし、平均を取ることによってダイ高さマップを求めた。Ｐ偏光高さマップからＳ偏光高さマップを引くことにより、「差ダイ高さマップ」と呼ばれるダイの差マップを求めた。次いで基板をリソグラフィ投射機器から取り外し、Ｔｅｎｃｏｒ Ｐ１２プロフィルオメータ（米国カリフォルニア州サンノゼのＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ独自の機器）を使用してダイ高さマップを求めた。プロフィルオメータは、ダイの表面の上で針を通過させることによっていくつかのダイ（例えば４又は５個）についてダイ高さマップを測定し、平均ダイ高さマップを計算した。プロフィルオメータ測定は光学的ではなく機械的であるので、見掛け表面降下を受けず、本発明の実施例を使用して実施した測定に対する「基準」を与えるのに使用することができる。

表１を参照すると、プロフィルオメータによって測定されたトポロジ・ステップが第１列に列挙されている。レベル・センサによって測定した平均ダイ高さマップとプロフィルオメータによって測定した平均ダイ高さマップとの間の差を求めた。この差は、レベル・センサのプロセス依存性であり、見掛け表面降下によって引き起こされると思われる。各層について、見掛け表面降下の最大値を見つけ、これを表１の第２列に列挙する。表１の最終列は、Ｓ偏光とＰ偏光についての平均ダイ・マップ間で見つかった、すなわち本発明の一実施例を使用して見つかった最大の差の値を示す。

プロフィルオメータは、基板上の第１層についてのダイのトポロジ中の最大ステップが０．０５単位であると測定した。プロフィルオメータ・ダイ高さマップと従来型レベル・センサ・ダイ高さマップを比較し、従来型レベル・センサが、最大見掛け表面降下０．５単位を有することが判明した。本発明の実施例を使用して求めた差ダイ高さマップ中の最大ステップは、０．３単位であることが判明した。

基板上の第２層について、従来型レベル・センサでは見掛け表面降下が見つからなかった。同様に、本発明の実施例を使用して求めた差ダイ高さマップもゼロの結果を与えた。著しい０．３単位のトポロジ・ステップを有するＭｅｔａｌ ５を含む次の２つの層について同じ結果が判明した。

基板の第５層であるｔｒｅｎｃｈ ｅｔｃｈ ｗｉｔｈ ｏｘｉｄｅ ｆｉｌｌ ｏｖｅｒ ｎｉｔｒｉｄｅは、従来型レベル・センサをプロフィルオメータと比較したときに見掛け表面降下０．３単位を与えた。本発明の実施例を使用して求めた差ダイ高さマップは、０．４単位であることが判明した。

基板の残りの層については、レベル・センサによって認識される著しい見掛け表面降下の存在が、本発明の実施例を使用して求められた著しい差高さマップによって示される（この場合、著しいとは０．０５単位よりも大きいことを意味するものとする）。

本発明のこの実施例を使用して、従来型レベル・センサによる測定が恐らくは見掛け表面降下によるプロセス依存性を受けるかどうかを定性的に示すことができることは表１の結果から明らかである。時間がかかり、費用のかかるオフライン測定を必要とすることなく、基板の層についてプロセス依存性の存在又は非存在を判定できることを理解されよう。

本発明の一実施例によるセンサによって与えられる測定を空間的に非常に正確に配置できることも理解されよう。言い換えれば、ダイ差高さマップの各測定点は、ダイ上の位置と正確に対応することができる。例えば、そのような実施例の応用例には、リソグラフィ投射機器内部のＳ偏光測定及びＰ偏光測定を行うことが含まれ、それにより、正確な位置情報が得られる。オフライン・ツールによって与えられる位置情報の精度は、対照的にしばしば不十分であり、その結果、レベル・センサ・ダイ高さマップと本発明の一実施例によるレベル・センサを使用して測定したダイ高さマップとの比較により、低解像度の結果が得られることがある。

オフライン測定工具を使用するときに基板が平坦でないために生じる問題は、本発明の一実施例によるセンサで回避することができる。例えば、プロフィルオメータで基板を保持するのに使用する基板テーブルは、リソグラフィ投射機器の基板テーブルＷＴと異なるトポロジを有する可能性があり、このトポロジの差が誤って基板のひずみとして測定される可能性がある。さらに、基板テーブルの１つが例えば塵粒子によって汚染され、誤った測定値が得られる可能性がある。Ｓ偏光及びＰ偏光の測定中に基板が基板テーブルＷＴ上にとどまることが可能となるように本発明の実施例を適用することができ、その結果、例えば基板テーブルＷＴによって引き起こされるどんな変形も測定によって打ち消される。

本発明の一実施例では、大域的効果、例えば大域的な高さの偏位の測定を実現するようにレベル・センサが構成される。大域的な高さの偏位は、レベル・センサの高さ測定が（例えばプロセス依存性のために）基板上のすべての位置について（例えば下に）シフトすることを意味するものとする。この偏位を測定するように、このような一実施例によるレベル・センサを構成することができるが、従来型オフライン測定ではそのように構成することができない。従来型オフライン測定を使用して大域的な高さの偏位を測定することに伴う１つの問題は、オフライン測定工具の基板テーブルに基板を移送する行為によって高さシフトが導入される可能性があることであり、このシフトとレベル・センサ測定の大域的な高さの偏位とをこの工具が区別することは難しい可能性がある。大域的な高さの偏位を測定できることにより、リソグラフィ・マシンのユーザは基板に加えられるプロセス（例えば化学機械研磨（ＣＭＰ））を改善できるかどうかを直接知ることが可能となるので、そのことは有用である。本発明の他の実施例では、レベル・センサを使用して、オフライン測定工具では実施することができない大域的傾斜、他の測定を測定することもできる。

本発明の別の実施例では、Ｓ偏光とＰ偏光を使用する代わりに、Ｓ偏光と非偏光、又はＰ偏光と非偏光が使用される。プロセス依存性によりレベル・センサによって検出される信号の差が生じることを条件として、どんな偏光の組合せも使用することができる（例えば、２つの異なる楕円偏光）。偏光の選択は、偏光フィルタの回転、或いは偏光フィルタの導入及び除去、或いは第１偏光フィルタを導入し、次いでそれを第２偏光フィルタに交換することによって行うことができる。

本発明の代替実施例では、偏光子６の代わりに波長フィルタが使用される。波長フィルタは、例えば異なる波長の光を通過するように構成された２つのフィルタを含むことができる。平均ダイ高さマップが第１波長について測定され、第２波長について測定される。測定されたダイ高さマップ間の差が求められる。著しい差が存在することは、従来型レベル・センサによって実施される測定でプロセス依存性が存在することを示す。

波長フィルタは、例えば、第１構成のときに５３３ｎｍの光を透過し、第２構成のときに９００ｎｍの光を透過するように構成することができる。

代替構成では、帯域フィルタから、或いは高域フィルタ及び低域フィルタから波長フィルタを形成することができる。

本発明の一実施例では、波長フィルタは、フィルタを含まないウィンドウを備えることができる。濾波されないレベル・センサ測定が必要なとき、光ビーム１がその波長を変更することなく通過することを可能にする第３構成まで波長フィルタが回転する。代替構成では、光ビーム１の経路から完全に除去できるように波長フィルタを取り付けることができる。別の実施例では、１つ又は複数の異なる波長の１つ又は複数の異なる偏光を使用することもできる。

本発明の別の代替実施例では、光源Ｓが、異なる波長で光を放出する１対の光源（図３には図示せず）で置き換えられ、又は補足される。光源は、共線光ビームを生成するように構成することができ、連続的に使用することができる。本発明の波長フィルタ実施例の場合と同じく、平均ダイ高さマップを第１波長について測定することができ、第２波長について測定することができる。次いで平均高さマップ間の差が求められる。そのような光源Ｓを使用して、従来型レベル・センサ測定を得ることができる。

ダイ高さマップの代わりに、又はそれに加えて、基板高さマップを求めることができる。マッピングなしのオンザフライ測定も使用することができる。

偏光フィルタ及び波長フィルタが光源Ｓと基板３の間にあるとして説明したが、それらは光源Ｓと検出器５の間の任意の適切な位置でよいことを理解されよう。

本発明の一実施例を使用して得られたプロセス依存性の存在（又は非存在）に関する情報をいくつかの方式で使用することができる。例えばしきい値と比較して著しいプロセス依存性が存在するときを判定し、それによってレベル・センサの較正（又はその他の補正）の必要を示すのに使用することができる。この情報を使用して、プロセス依存性の変化が生じた特定の領域を識別することができる。例えば、異なるパターンを有する２つの領域を含むダイが、各パターンについて異なるプロセス依存性を有する可能性があり、プロセス依存性でのステップがパターンの界面で生じる。本発明の一実施例を使用してそのようなステップの存在を識別することができる。そのような情報は、例えば診断のために有用である。

他のエリアと比較してかなりのプロセス依存性を有する基板上のエリアが存在するかどうかを判定するようにレベル・センサを構成することができる。一実施例では、差マップを事前定義されたしきい値と比較することによってそのようなエリアが判明する。差マップがあるエリアでしきい値を超過する場合、そのエリアはプロセス依存性を有する。一実施例では、レベリング測定から除外するようにそうしたエリアが選択される。このようにして、レベリング・データがダイのそのエリアから得られないように、又はダイのそのエリアから得られたそのレベリング・データがレベリング中に使用されないようにレベル・センサを構成することができる。除外されるエリアについての高さ情報を得るために、隣接するエリアからのレベリング・データを補間することができる。

本発明の別の実施例では、リソグラフィ装置は、レベル・センサのプロセス依存性を監視するために時々使用される空気マイクロメータを含むことができる。本発明の一実施例では、差マップを使用して、基板（又はダイ）のどのエリアを空気マイクロメータを使用して測定すべきかが判定される。本発明の実施例の応用例では、空気マイクロメータが基板（又はダイ）を測定する必要を回避することができ、それによって空気マイクロメータ測定のために必要な時間が削減される（空気マイクロメータ測定は一般に低速である）ことを理解されよう。同様に、基板（又はダイ）について大量のプロセス依存性が本発明の一実施例によるレベル・センサによって示される場合、空気マイクロメータを使用して、少量のプロセス依存性が示される場合よりも多くの測定を実施することができる。このようにして、差マップの情報を使用して空気マイクロメータ測定方法を調節することができる。或いは、又はそれに加えて、１つ又は複数の他のセンサ（例えばプロセス依存センサ）を使用することができる。

以上、本発明の特定の実施例を説明したが、上記以外の方法で本発明を実施できることを理解されよう。本発明の実施例は、リソグラフィ装置を制御して本明細書に記載の方法を実施するコンピュータ・プログラム（例えば、１つ又は複数の命令の組又はシーケンス）、並びにそのような１つ又は複数のプログラムを機械可読な形式で格納する記憶媒体（例えばディスク、半導体メモリ）を含む。この説明は本発明を限定するものではない。

本発明の一実施例によるレベル・センサを含むリソグラフィ投射機器の略図である。 レベル・センサを概略的に示し、見掛け表面降下を示す図である。 本発明の一実施例によるレベル・センサの略図である。

符号の説明

ＡＭ 調節構造
Ｃ 対象部分
ＣＯ コンデンサ
ＩＦ 位置センサ
ＩＬ 照明系
ＩＮ 積分器
ＭＡ パターン形成構造
ＭＡ パターン形成手段、マスク
Ｍ１、Ｍ２ マスク位置合せマーク
ＰＢ 投射ビーム
ＰＬ 投射系
ＰＷ 第２位置決め装置
Ｐ１、Ｐ２ 基板位置合せマーク
ＳＯ 放射源
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル

Claims (37)

1. リソグラフィ投射機器用のレベル・センサであって、
   測定すべき基板上に光を当てるように構成された光源と、
   前記基板から反射した光を検出するように構成された検出器と、
   前記光が第１の特性を有するときに行った測定と、前記光が前記第１の特性とは異なる第２の特性を有するときに行った測定の差を計算するように構成されたプロセッサとを備え、
   前記光が第１の特性を有する第１構成と、前記光が第２の特性を有する第２構成との間で調節可能であるレベル・センサ。
2. 前記光の特性が偏光であり、前記第１構成では前記光に第１偏光を加え、前記第２構成では前記光に第２偏光を加える偏光子をさらに備える請求項１に記載のレベル・センサ。
3. 前記第１偏光がＳ偏光であり、前記第２偏光がＰ偏光である請求項２に記載のレベル・センサ。
4. 前記偏光子が透過板を含む請求項に記載２のレベル・センサ。
5. 前記偏光子が偏光ビーム・スプリッタ・キューブを含む請求項２に記載のレベル・センサ。
6. 前記偏光子の構成の選択が自動化される請求項２に記載のレベル・センサ。
7. 前記光の特性が偏光であり、前記第１構成では前記光に偏光を加え、前記第２構成では前記光に偏光を加えない偏光子をさらに備える請求項１に記載のレベル・センサ。
8. 波長フィルタをさらに備える請求項１に記載のレベル・センサ。
9. 前記波長フィルタの構成の選択が自動化される請求項７に記載のレベル・センサ。
10. 複数の光源をさらに備え、前記複数の光源のそれぞれが、前記基板上に当てるべき異なる波長の光を供給するように構成される請求項１に記載のレベル・センサ。
11. 前記基板の少なくとも一部にそれぞれ対応する複数の高さマップを格納するように構成されたメモリを備える請求項１に記載のレベル・センサ。
12. 前記複数の高さマップのそれぞれが、前記基板の少なくとも１つのダイに対応する請求項１１に記載のレベル・センサ。
13. 前記第１の特性を有する光で行った高さマップと、前記第２の特性を有する光で行った高さマップとに基づいてレベル・センサによって差マップが計算される請求項１１に記載のレベル・センサ。
14. 放射ビームを供給するように構成された放射系と、
    所望のパターンに従って前記放射ビームをパターン形成する働きをするパターン形成構造を支持するように構成された支持構造と、
    基板を保持するように構成された基板テーブルと、
    前記パターン形成ビームを前記基板の対象部分上に投射する投射系と、
    レベル・センサであって、
    光を前記基板上に当てるように構成された光源と、
    前記基板から反射した光を検出するように構成された検出器と、
    前記光が第１の特性を与えられる第１構成と、前記光が前記第１の特性とは異なる第２の特性を与えられる第２構成との間で調節可能であるフィルタと、
    前記第１構成及び前記第２構成で行った測定間の差を計算するように構成されたプロセッサとを備えるレベル・センサとを備えるリソグラフィ投射機器。
15. 前記フィルタが偏光子を含む請求項１４に記載のリソグラフィ投射機器。
16. 前記基板の少なくとも一部にそれぞれ対応する複数の高さマップを格納するように構成されたメモリをさらに備える請求項１４に記載のリソグラフィ投射機器。
17. 前記複数の高さマップのそれぞれが、前記基板の少なくとも１つのダイに対応する請求項１６に記載のリソグラフィ投射機器。
18. 前記第１構成の前記フィルタで行った高さマップと、前記第２構成の前記フィルタで行った高さマップとを使用して差マップが計算される請求項１６に記載のリソグラフィ投射機器。
19. 光レベル・センサの性能を監視する方法であって、
    光ビームを基板に当てるステップと、
    前記光ビームが前記基板から反射したときに、前記光ビームの位置を検出するステップと、
    前記検出の結果に基づいて前記基板の高さを測定するステップと、
    前記検出の前に、前記光をフィルタで濾波するステップとを含み、
    前記測定が、第１構成の前記フィルタで前記基板の高さを測定し、その後に第２構成の前記フィルタで前記基板の高さを測定するステップを含み、
    前記方法が、前記測定した高さ間の差を求めるステップを含む方法。
20. 前記フィルタが偏光子を含み、前記フィルタの前記第１構成が前記光に第１偏光を当て、前記フィルタの前記第２構成が前記光に前記第１偏光とは異なる第２偏光を当てる請求項１９に記載の方法。
21. 前記第１偏光がＳ偏光であり、前記第２偏光がＰ偏光である請求項２０に記載の方法。
22. 前記フィルタが偏光子を含み、前記フィルタの前記第１構成が前記光に偏光を加え、前記フィルタの前記第２構成が前記光に偏光を加えない請求項１９に記載の方法。
23. 前記測定した高さ間の差をしきい値と比較するステップを含む請求項１９に記載の方法。
24. 前記第１構成の前記フィルタで行った高さマップと、前記第２構成の前記フィルタで行った高さマップとを使用して差マップが計算される請求項１９に記載の方法。
25. 前記差マップが前記基板のマップを含む請求項２４に記載の方法。
26. 前記差マップが、前記基板のダイのマップを含む請求項２４に記載の方法。
27. 前記差マップの絶対値が、事前定義されたしきい値と比較され、前記しきい値を超過したときにアラーム信号が生成される請求項２４に記載の方法。
28. 前記差マップの変化が求められ、しきい値と比較され、前記変化が前記しきい値を超過したときにアラーム信号が生成される請求項２４に記載の方法。
29. 前記基板の一定の位置で、前記差マップがしきい値と比較され、前記しきい値が超過した前記基板の領域が求められる請求項２４に記載の方法。
30. 前記差マップに基づいて、前記基板の露光中に使用されるレベリング測定から１つ又は複数の選択したエリアを除外するステップを含む請求項２４に記載の方法。
31. 空気マイクロメータを使用して追加の高さ測定を実施するステップであって、前記追加の高さ測定の数及び位置が前記差マップに基づくステップを含む請求項２４に記載の方法。
32. 基板の表面上に光ビームを当てるように構成された光源と、
    前記基板の表面からの前記光ビームの反射を検出するように構成された検出器と、
    前記基板の表面からの前記光ビームの反射の第１検出と、前記基板の表面からの前記光ビームの反射の第２検出とに基づいて前記基板の位置を求めるように構成されたプロセッサとを備えるレベル・センサであって、
    前記第１検出での前記光ビームの偏光が、前記第２検出での前記光ビームの偏光とは異なるレベル・センサ。
33. 前記第１検出と前記第２検出の一方での前記光ビームの偏光状態が、Ｓ偏光及びＰ偏光からなるグループの中の１つである請求項３２に記載のレベル・センサ。
34. 前記プロセッサが、前記第１検出の結果と前記第２検出の結果の差に基づいて前記位置を求めるように構成される請求項３２に記載のレベル・センサ。
35. 前記第１検出中に第１構成を有し、前記第２検出中に第２構成を有する偏光子を備える請求項３２に記載のレベル・センサ。
36. 前記光源が、第１光源及び第２光源を含み、
    前記第１光源が、前記基板の表面上に第１波長の光を当てるように構成され、
    前記第２光源が、前記基板の表面上に第１波長とは異なる第２波長の光を当てるように構成される請求項３２に記載のレベル・センサ。
37. 前記プロセッサが、前記第１検出及び前記第２検出に基づいて、前記基板の少なくとも一部の表面の高さマップを求めるように構成される請求項３２に記載のレベル・センサ。

Images