JP2006510199A - フォトリソグラフィック露光サイクルの間のステージ・ミラー歪の工程内補正 - Google Patents

Abstract

マイクロリソグラフィ方法は、フォトリソグラフィック露光サイクル中に複数の計測軸のそれぞれを基準としたマイクロリソグラフィ・ステージの位置に関する情報を干渉計計測する工程と、該フォトリソグラフィック露光サイクルによって生成される環境的影響によって生じる干渉計計測ビームを反射するために使用される該ステージの一方の側の局所勾配を表している補正係数と、光学的傾斜と、を決定するために該位置情報を解析する工程と、該補正係数を該ステージの後続の干渉計計測に適用する工程と、を含む。

Description

本発明は全般的にはフォトリソグラフィック・ステージに関連する干渉計計測に関する。

干渉計測（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）は、一群の限界寸法を計測し制御するためにマイクロ製作工程で広範に使用される、確立された計測法である。干渉計測は、その精度要件が概ね１００ｎｍ以下の限界寸法と比べて１桁または複数桁高いような半導体その他の製造において特に重要である。

半導体材料から製作する集積回路は、シリコン・ウェハ上に異なる材料の層を連続して成膜しかつパターン形成することによって構築される。このパターン形成工程は、フォトレジストの露光および現像の組み合わせ、ならびにこれに続いて行われる、下部層に対するエッチングおよびドーピングと別の層の成膜とからなる。典型的には各ウェハは、「グリッド（ｇｒｉｄ）」として知られている公称的に直線的（ｎｏｍｉｎａｌｌｙ ｒｅｃｔｉｌｉｎｅａｒ）な分布でウェハ上にアレイ形成された、「フィールド」と呼ぶ同じパターンの複数のコピーからなるのが一般的である。常にではないが、各フィールドは１つの単一「チップ」に対応することが多い。

露光工程は、ウェハ上の全体に及ぶようなフォトレジスト上（および、フォトレジスト内）に次層のパターンの像を投影することを含む。集積回路が適正に機能するためには、連続する各投影像を、ウェハ上にすでにあるパターンに正確に一致させなければならない。ウェハ上にすでにあるパターンの位置、向き、および歪みを決定すると共に、これらを投影像と正しく関連させて配置する工程は、「アラインメント（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）」と呼ばれている。実際の成果（すなわち、連続する各パターン形成層が以前の層とどの程度正確に一致しているか）のことを「オーバーレイ（ｏｖｅｒｌａｙ）」と呼ぶ。

一般に、アラインメント工程では、ウェハおよび／または投影像、ならびに像の何らかの歪みに対する並進性位置と回転性位置の両者を、すでに存在するパターンの実際の形状に一致させることが必要である。あるパターンがもう一方の上に来るようにウェハおよび像を正しく位置決めすることが重要である。アラインメントはさらに、像の歪みに対処することがある。熱や振動などの別の影響も同様に補償を要することがある。

アラインメントは一般に、２ステップ工程として実現されており（すなわち、マイクロメートル級の確度を有する初期の粗造アラインメント工程と、続いて行われる、ナノメートル級さらにはナノメートル未満から数１０ナノメートル級の確度を有する精細アラインメント工程）、またアラインメントではすべての６つの自由度（並進性の３つの自由度と回転性の３つの自由度）におけるウェハの位置決めが必要である。しかし、ウェハが投影像面内に来るようにウェハを調整すること（すなわち、１つの並進性自由度（光軸の向き、ウェハと平行の向き、あるいはウェハと直交する軸の向きに沿った動き）と、２つの回転性自由度（ウェハ面を投影像面に対して平行な向きにする）と、を伴うウェハの均一化および集束）を考慮することは、アラインメントと別に考慮するのが普通である。したがって、「アラインメント」は典型的には、面内の並進（２つの自由度）と投影光軸の周りの回転（１つの自由度）を意味する。

この名称の違いの理由は、必要となる確度の違いにある。面内並進および回転で必要と
なる確度は一般に、概ねナノメートルから数１０ナノメートル、あるいはウェハ上にプリントしようとする最小のフィーチャ・サイズすなわち限界寸法（ＣＤ）の概ね１％とすることが必要である。目下の最新技術のＣＤ値は概ね数１００ナノメートルであり、したがって必要なアラインメント確度は１００ｎｍ未満となる。他方、面外並進および回転で必要となる確度は、一般にはそのＣＤ値に近い露光ツールの使用可能な総焦点深度に関係する。したがって、ウェハに対する面外の集束および均一化は、面内アラインメントと比べて要求される確度がより低い。

面内アラインメントでは、典型的には、ウェハ・ステージまたはレチクルの位置の変化を監視するような複数軸の干渉計システムの使用が不可欠である。適当な干渉計測システムとしてはたとえば、エム エー バン デン ブリンク（Ｍ．Ａ．Ｖａｎ Ｄｅｎ Ｂｒｉｎｋ）による「Ｍｅｔｈｏｄ Ｏｆ Ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅ Ｆｏｒ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅｌｙ Ｉｍａｇｉｎｇ Ａ Ｍａｓｋ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｏｎ Ａ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｕｓｉｎｇ Ｆｉｖｅ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ａｘｅｓ」と題する米国特許第５８０１８３２号に開示されているものが含まれ、これには高安定性度平面ミラー干渉計（ＨＳＰＭＩ）などの距離計測用干渉計が含まれる。

距離計測用干渉計は参照物体を基準とした計測物体の位置の変化を光学干渉信号に基づいて監視している。この干渉計は、計測物体から反射された計測ビームを参照物体から反射された参照ビームと重ね合わせて干渉させることによって光学干渉信号を発生させている。

多くの用途では、計測ビームと参照ビームは、有する偏光が直交しておりかつ周波数が異なっている。この異なる周波数は、たとえば、レーザ・ゼーマン（Ｚｅｅｍａｎ）分割により、音響光学変調により、あるいはレーザの内部において複屈折性素子を用いることにより、等によって発生させることが可能である。この直交偏光によって、偏光用ビーム分割器は、計測ビームと参照ビームを計測物体と参照物体のそれぞれに導くこと、ならびに反射された計測ビームと参照ビームを合成して、射出される計測ビームと参照ビームの重ね合わせを形成することが可能となる。この重ね合わせた射出ビームによって、引き続いて偏光子（ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）を通過する出力ビームが形成される。この偏光子は、射出された計測ビームと参照ビームの偏光を混合させて混合ビームを形成させる。混合ビーム内における射出された計測ビームと参照ビームの成分は、射出された計測ビームと参照ビームの相対的な位相に応じて混合ビームの強度が変化するようにして互いに干渉し合う。

検出器によって混合ビームの時間依存強度を計測すると共に、当該強度に比例する電気的な干渉信号を発生させる。計測ビームと参照ビームは有する周波数が異なるため、この電気的干渉信号は射出された計測および参照ビームの周波数間の差に等しいうなり周波数を有する「ヘテロダイン」信号を含む。計測経路と参照経路の長さが（たとえば、計測物体を含むステージの並進によって）互いを基準として変化すると、計測されるうなり周波数は２νｎｐ／λ（ここで、νは計測物体と参照物体の相対速度であり、λは計測ビームと参照ビームの波長であり、ｎはこの光ビームがその内部を通過して伝播する媒質（たとえば、空気や真空）の屈折率であり、かつｐは参照物体と計測物体までのパスの数である）に等しいドプラシフト（ｄｏｐｐｌｅｒ ｓｈｉｆｔ）からなる。計測された干渉信号の位相の変化は、計測物体の相対的位置の変化に対応する（たとえば、２πの位相変化は実質的にλ／（２ｎｐ）の距離変化Ｌに対応する。距離２Ｌは、往復の距離変化、すなわち計測物体を含むステージまでと、このステージからの距離と、の変化である。換言すると、位相Φは理想的にはＬに正比例しており、また平面ミラー干渉計（たとえば、高安定度平面ミラー干渉計）ではΦ＝２ｐｋＬｃｏｓ^２θ（ここで、

であり、かつθは干渉計の公称軸を基準とした計測物体の向きである）で表すことができる。この軸はΦを最大とした場合の計測物体の向きから決定することができる。Φが小さい場合は、ΦはΦ＝２ｐｋＬ（１−θ^２）で近似することができる。

幾つかの実施形態では、計測物体に関する複数の自由度を監視するために多重距離計測用干渉計を使用し得る。たとえば、リソグラフィ・ツール内の平面ミラー計測物体の位置を監視するためには、多重変位干渉計を含んだ干渉計測システムが使用される。平行な２つの計測軸を基準としたステージ・ミラーの位置を監視することによって、その２つの計測軸が存在している面と直交する軸を基準としたそのステージ・ミラーの角度方向に関する情報が提供される。こうした計測によってユーザは、そのステージのリソグラフィ・ツールの別の構成要素を基準とした位置および向きを比較的高い確度で監視することが可能となる。
米国特許第５８０１８３２号 米国特許出願第１０／２２９２９７号 米国特許出願第１０／２２６５９１号 米国特許第６２７１９２３号 米国特許第５４８３３４３号 米国特許仮出願第６０／５１７４２６号 Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ Ａｎｇｌｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ： Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，Ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃ．Ｚａｎｏｎｉ，ＶＤＩ Ｂｅｒｉｃｈｔｅ ＮＲ．７４９，（１９８９）

残念ながら、こうした干渉計測のステージ計測は、干渉計計測ビームを反射するために使用されるステージ・ミラーの歪みおよび／または不完全性によって劣化を受けることがある。たとえば、こうしたミラーは計測ビーム（複数のこともある）を誤って誘導するような勾配の局所的変動を有することがあり、またこれが補正されないと、たとえばステージの面内回転であると誤って解釈されることがある。ステージ・ミラーは、典型的には、ウェハまたはレチクルのステージに対して成層させた横長のミラーである。こうしたミラーは、リソグラフィ・ツール内に据え付ける前にこうした補正をすべく性能評価することがある。しかし、ステージ・ミラー自体の据え付けによってこれらに対して追加的な歪を生じさせ、性能評価されないことがある。

本発明は、フォトリソグラフィック露光サイクルの間にウェハまたはレチクルのステージの位置を監視するために使用される干渉計計測ビーム（複数のこともある）の方向を変えるステージ・ミラーの不完全性を性能評価するための方法に関するものである。本発明の重要な特徴は、本方法が「工程内（ｉｎ−ｐｒｏｃｅｓｓ）」で実施されること、すなわち、たとえば集積回路の製作に使用されるフォトリソグラフィック露光サイクルの間に実施されることである。

本明細書で使用する場合、フォトリソグラフィック露光サイクル（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｃｙｃｌｅ）とは、ウェハ工程のうちの、ウェハ上のフォトレジストの１つまたは複数の領域をリソグラフィ・ツールが照射光によって実際に露光する部分を意味している。したがって、ウェハ基板の実際の露光に対応するようにウェハ・ステージおよび／またはレチクル・ステージが移動すると（たとえば、スキャンされたり、ステップ移動される）と、ミラーの性能評価が実施される。次いで、このミラーの性能評価情報は同じウェハの後続の領域または層に対する、あるいは後続のウェハに対するフォトリソグラフィック露光サイクルのアラインメント確度を改善させるために使用するこができる。

本発明者は、性能評価のために重要なことは必ずしもステージ・ミラーの実際の物理的歪ではなく、フォトリソグラフィック露光サイクルの間における干渉計計測ビーム（複数のこともある）に対するその「実効的な」光学歪である、と認識している。この実効光学歪には、ミラーにある物理的歪だけではなく、フォトリソグラフィック露光サイクルの間のステージの動きによって発生する熱や気流の乱れなどの環境的影響によって生じる計測ビーム経路に沿った光学的傾斜（ｏｐｔｉｃａｌ ｇｒａｄｉｅｎｔ）も含まれる。こうした光学的傾斜はミラー内の物理的歪と同じようにして干渉計計測ビームの伝播特性に対して変更を与える可能性がある。したがって、本方法はその性能評価に環境的影響を取り込むために、工程内でのミラー性能評価手順を実現している。次いで、この性能評価はそのステージの工程内干渉計計測を補正するために使用される。

したがって、この補正はミラー内の据え付け前の不完全性、ミラーの据え付けによって生じたミラー内の歪、ならびにステージ位置を監視するために使用される干渉計に対するミラー表面の「見え方（ａｐｐｅａｒ）」に影響を及ぼす、フォトリソグラフィック露光サイクルの間の環境的影響を考慮に入れている。さらに、この補正は、たとえば層間剥離（ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）やきょう雑物などによるミラー表面の任意の工程内劣化を補償する。さらに、この補正はフォトリソグラフィック露光サイクルの複数のサイクル中で平均化されかつ更新されるので、リソグラフィ・ツールの生産性を損なうことなくその統計的確度を改善させることができる。

さらに、このミラー性能評価技法によれば、その性能評価が生産前の較正工程中ではなく生産中に実施されるため、リソグラフィ・ツールの生産性が改善される。
このミラー性能評価技法は、ステージ位置に関する冗長情報を提供するために、複数の計測軸を基準としてステージ位置を干渉計計測することに基づいている。たとえば、ウェハ・ステージの面内回転は、ウェハ・ステージの異なる２つの側に接触する個別の干渉計計測ビームに基づいて２度計測されることがある。次いで、この２つの面内回転計測は、ステージの位置を第１の軸に沿ってステップ移動させ（または、スキャンさせ）ながら反復されることがある。ここで、これら複数の冗長計測の間の差はこの第１の軸と平行の向きにした第１のステージ・ミラーの実効光学歪に由来することがある。次いで、この工程は、第１の軸と直角なステージの第２の軸に沿った複数の並進に関して反復し、第２の軸と平行な向きにある第２のステージ・ミラーの実効光学歪が決定されることがある。このステージ並進工程は、多くのフォトリソグラフィック露光サイクルで使用される「ステップ移動およびスキャン」の工程に典型的なものである。

好ましい実施形態では、ステージ位置を監視するために単一ビーム干渉計が使用される。「単一ビーム」干渉計とは、複数の計測座標に関する計測情報（たとえば、距離および１つまたは複数の角度）を提供するようにステージ・ミラーと接触させるために、単一計測ビームだけを誘導している干渉計である。

一態様では一般に、本発明は、フォトリソグラフィック露光サイクル中に複数の計測軸
のそれぞれを基準としたマイクロリソグラフィ・ステージの位置に関する情報を干渉計計測する工程と、該フォトリソグラフィック露光サイクルによって生成される環境的影響によって生じる干渉計計測ビームを反射するために使用される該ステージの一方の側の局所勾配を表している補正係数と、光学的傾斜と、を決定するために該位置情報を解析する工程と、該補正係数を該ステージの後続の干渉計計測に適用する工程と、を含むマイクロリソグラフィ方法を特徴としている。

本方法は以下の特徴のうちのいずれかを含むことがある。
このステージは、フォトリソグラフィック露光サイクルの間に照射光に対する露光を受けるウェハを載せることがある。

このステージは、フォトリソグラフィック露光サイクルの間にウェハを露光するために照射光をその内部に通過させるレチクルを載せることがある。
この情報はフォトリソグラフィック露光サイクルの間にウェハの第１の領域を露光するときに計測することがあり、またこの補正係数はフォトリソグラフィック露光サイクルの間に該ウェハの後続の領域または層を露光するときに該ステージの後続の干渉計計測に適用されることがある。

この情報は、フォトリソグラフィック露光サイクルの間にウェハの第１の領域を露光するときに計測されることがあり、またこの補正係数はそのフォトリソグラフィック露光サイクルの間の別のウェハの領域を露光するときに該ステージの後続の干渉計計測に適用されることがある。

この補正係数は、少なくとも第１の方向に沿った該ステージの複数のスキャンに関する情報を平均することに基づいて決定されることがある。
この位置情報は少なくとも１つの高安定度平面ミラー干渉計を用いて計測されることがある。

この位置情報は、少なくとも１つの単一ビーム干渉計を用いて計測されることがある。たとえば単一ビーム干渉計は、ダイナミック型単一ビーム干渉計とすることや、パッシブ型単一ビーム干渉計とすることがある。

この補正係数は、干渉計計測ビームを反射するために使用される前記ステージの少なくとも２つの側に対する局所勾配を表すことがある。
この補正係数は、面内方向に沿った該ステージの側の局所勾配を表すことがある。

この複数の計測軸は、局所勾配および光学的傾斜の変動がないステージ位置に関する冗長情報を提供することがある。
別の態様では、本発明は、上述したリソグラフィ方法を使用した集積回路の製作を含む方法を特徴とする。

別に規定がなければ、本明細書で使用される技術用語および科学用語はすべて、本発明が属する技術分野の当業者によって通常理解されている同じ意味を有する。本願明細書に援用するものとして言及した出版物、特許出願、特許、ならびにその他の文献と矛盾する場合は、規定を含む本明細書が優先するものとする。

本発明の別の態様、特徴および利点について以下に記載するものとする。
さまざまな図面において、同じ参照符号は同じ構成要素を表している。

本発明は、オン・ステージまたはオフ・ステージの反射用素子の形状を工程内のウェハ・スキャンの間にその場で（ｉｎ−ｓｉｔｕ）監視し、干渉計計測システムから見たときの反射用表面の形状の時間的変化（工程内フォトリソグラフィック露光サイクルの間に発生する環境的影響に起因する計測ビーム経路内の光学的傾斜を含む）に関連して光学経路長およびビーム方向の誤差を補正させる補正信号を生成し得る方法を特徴としている。典型的には、これらの反射用表面は直交する面の形に配列されている。

ここで、オン・ステージで装着された横長の高アスペクト比の対物ミラーの形状を基準線に沿ったウェハの工程内スキャンの間にその場で性能評価することが可能である一対の干渉計測システム１０および２０を利用した干渉計測システム１５の斜視概要図である図１を参照する。図１に示すように、システム１５は、集積回路またはチップなどの半導体製品を製作するためのフォトリソグラフィック装置の一部を形成することが好ましいステージ１６を備えている。このステージ１６に付着させて、ｙ方向に長くしたｙ−ｚ反射表面５１を有する薄肉で高アスペクト比の平面ミラー５０がある。さらに、このステージ１６に対して固定的に装着させて、ｘ方向に長くしたｘ−ｚ反射表面６１を有する薄肉で高アスペクト比の平面ミラー６０がある。ミラー５０および６０は、これらの反射表面５１および６１のそれぞれが互いに公称的に直交するようにしてステージ１６上に装着されている。さもなければ、ステージ１６は公称的に平面並進するようによく知られた方法により装着させている、ただしこれには、ベアリングおよび駆動機構の公差ならびにウェハ表面の平面状表面からの離脱（ｄｅｐａｒｔｕｒｅ）を補償するために導入される変化に起因するｘ、ｙおよびｚ軸の周りにわずかな角度回転を受けることがある。干渉計測システム１０および２０のそれぞれは、１つまたは複数のビーム（図１ではビーム１２および２２のそれぞれで模式的に表している）を、ミラー５０および６０のそれぞれに接触するように導いている。こうしたビームに基づいて、干渉計測システム１０および２０はｘ軸およびｙ軸のそれぞれに沿って変位を計測する。さらに、これらのシステムはそれぞれ、このｚ軸の周りの回転にあたるステージ１６の面内回転も計測している。幾つかの実施形態では、その干渉計測システムはさらに、ステージのｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ回転を計測するように構成させることがある。

典型的なフォトリソグラフィック露光サイクルの間に、ステージ１６は、面内座標のうちの１つに沿った（たとえば、ｙ方向に沿った）ステップ移動またはスキャンを受けており、他方、これ以外の面内座標（たとえば、ｘ座標）は公称的に固定されている。次いで、このステップ移動またはスキャン（たとえば、ｙ方向に沿ったもの）は、これ以外の面内座標（たとえば、ｘ座標）の追加的な設定について反復させている。この工程の間に、干渉計測システムはステージ・ミラーの表面歪の性能評価に使用することが可能な情報を提供する。

たとえば、ステージ１６をｙ方向に並進させるに連れて、干渉計測システム１０からのビーム（複数のこともある）１２は基準線に沿ってミラー表面５１をスキャンすると共に、その角度方向およびｘ方向での表面離脱、ならびにステージ１６を移動させるための並進機構の変動による任意の寄与を示す情報を含んだ信号を発生させる。ｙ方向へのステージ１６の並進と同時に、干渉計測システム２０は、ミラー６１上にある、ビーム（複数のこともある）２２の反射用表面６１とのインターセプト・ポイント（ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ
ｐｏｉｎｔ）に対応する単一点を監視する。この工程によって、ベアリング、駆動機構、その他などその並進機構の機械的寄与に起因するステージ１６の回転の計測が可能となる。この情報については、２つの信号が生成される。干渉計測システム１０からの第１の信号は、基準線に沿ったミラー表面５１の傾斜の変化に関する情報を含んでおり、また干渉計測システム２０からの第２の信号は、ステージ１６の角度方向に関する情報を含んでいる。これらの２つの信号は、その基準線に沿ったミラー５１の傾斜（すなわち、ｄｘ／ｄｙ）に関する情報を抽出するために合成される。次いで、この情報は表面歪ｘを位置ｙ
の関数として得るために統合することが可能である。さらに、この情報は工程内で（すなわち、フォトリソグラフィック露光サイクルの間に）得られたものであるため、これには、ミラーの物理的歪に関する情報だけではなく、フォトリソグラフィック露光サイクルの間におけるステージの動きによって発生する熱や気流の乱れなどの環境的影響によって生じる計測ビーム経路に沿った光学的傾斜に関する情報も統合している。結果として、この情報をフォトリソグラフィック露光サイクルの後続の工程においてステージのアラインメントを補正するために使用すると、工程内で実施していないミラー較正の場合と比較してより大きな確度を提供することが可能である。換言すると、この工程内較正は、ステージのアラインメントを補正するために使用した動作環境および条件と同じ動作環境と同じ条件で較正が行われるためより正確となる。さらに、その較正の確度は、統計誤差を減少させるためにｙ方向での２回以上のスキャンからの情報を平均することによって改善されることがある。

ミラー６１の表面歪に関する情報も同じ方式で作成することが可能である。たとえば、そのミラーの性能評価は、ｙ座標を固定しながらステージ１６をｘ方向に並進させるような工程内操作からのものとすることが可能である。別法として、こうしたデータは、一連のｘ座標位置に対する一連のｙ座標スキャン（または、ステップ移動）から一緒にスティッチ（ｓｔｉｔｃｈ）を受けることによって得ることができる。

ミラーの形状情報はステージのアラインメントを改善するために使用される。このためには、距離計測を調整するためのルックアップ・テーブル（ＬＵＴ）あるいは多項式またはフーリエ級数の閉鎖形式近似によって実現することが可能な距離補正アルゴリズムが使用されることがある。概ね１／１０ナノメートル級の補正が可能である。上述の工程は、追加として、システムのハードウェア素子に対する全体的制御を働かせるため、システム制御および人の関与のためのユーザ・インタフェースを提供するため、ならびに一般的な段取り操作を実行するために使用される適当にプログラムされた汎用コンピュータを介するか、あるいは専用のマイクロプロセッサを介して実現されることがある。

単一のスキャンの間に収集されるデータは、ミラーの形状の変化を決定する際のデータの値を制限するような十分に大きな統計誤差を含むことがある。しかし、単一のウェハをスキャンするのに要する時間、または２つ以上のウェハからなる所与の組をスキャンするのに要する時間に関連する時間周波数と比べてよりＸＸな時間周波数で発生するミラーの形状の変化では、単一ウェハに対する複数回のスキャンから収集したデータ、あるいはウェハの組に対するスキャンの間に収集したデータを一緒に平均し、ミラーの形状の変化を決定する際のデータ値が強化されるような十分なレベルまでそのデータの標準偏差を小さくすることが可能である。

干渉計測システム１０および２０はそれぞれ、複数の自由度を計測するために多重距離計測用干渉計（たとえば、ＨＳＰＭＩ）または多重軸干渉計を含み得る。（たとえば、その内容を本願明細書に援用する「Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ Ａｎｇｌｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ： Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，Ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃ．Ｚａｎｏｎｉ，ＶＤＩ Ｂｅｒｉｃｈｔｅ ＮＲ．７４９，（１９８９）」を参照されたい）。さらに、幾つかの実施形態では、干渉計測システム１０および２０の一方または両方を単一ビーム干渉計とすることが可能である。

実際に、単一ビーム干渉計は各ステージ・ミラーに至る単一ビームだけによってピッチング、ヨーイング（ｙａｗ）、および距離（Ｐ、Ｙ、およびＤ）を計測することが可能であるため、単一ビーム干渉計とすることが好ましい。この用途で単一ビーム干渉計を使用することの重要な特徴の１つは、これが１／ｄ（ここで、ｄはビーム直径である）によっ
て与えられる遮断周波数までのすべての空間周波数を含んでいることであり、他方、ＨＳＰＭＩなどの２重ビーム干渉計を使用すると、２つの２重ビームのビーム間隔に等しい波長またはその高調波を有するすべての空間周波数に関して損失を生じることになり、これにより形状のうちの高空間周波数の成分は復元することができる。

単一ビーム干渉計（ＳＢＩ）は、ステージのあるレンジの角度方向にわたってその計測ビームをステージ・ミラーのオブジェクトに対して直角に維持する干渉計測システムである。この計測ビームは平面ミラーに対して実質的に直角に維持されているため、正確な光学経路長計測を提供するためには必ずしも平面ミラーまでの計測ビームの２重のパスを必要としない。したがって幾つかの実施形態では、そのＳＢＩは平面ミラーまでの単一パスだけを通すように計測ビームを導いている。しかし別の実施形態では、依然として複数のパスが可能である。いずれのケースにおいても、平面ミラーから反射された計測ビームの少なくとも一部分を参照ビームと合成させ、光学経路の変化を示す干渉計測信号を生成することができる。さらに、計測ビームは平面ミラーに対して実質的に直角に維持されているため、干渉計参照フレームに対する計測ビームの伝播方向は計測物体の角度方向を表している。したがって、計測ビーム、または計測ビームから導出されたビームの方向は、計測物体の角度方向を決定するように監視することができる。さらに幾つかの実施形態では、計測ビームがそこから導出される入力ビームの一部分の方向が計測ビームの角度方向を決定するために使用されることがある。いずれのケースにおいても、その方向は、たとえばエタロンや回折格子対に基づいた角度計測用干渉計を使用することによって干渉計測的に導出されることがある。角度計測用干渉計は差分角度変位干渉計と角度変位干渉計を含んでいる。差分角度変位干渉計はビーム同士の伝播方向の差を決定している。角度変位干渉計は基準方向に対する１つまたは複数のビームの伝播方向の平均値を監視している。角度計測用干渉計に対する代替として、ビーム方向は多重素子の光検出器または結像光学機器を用いて導出されることがある。したがって、面計測ミラーに直交するように計測を維持することによって、ＳＢＩは、単一計測ビームを使用してピッチング、ヨーイング、および距離（ＰＹＤ）の計測を提供することが可能である。

計測ビームを平面ミラーに対して直角に維持するために、ＳＢＩはパッシブ型とする場合やダイナミック型とすることがある。ＳＢＩのパッシブ型の実施形態は、条件付け済み入力ビームを生成するように入力ビーム（たとえば、入力ビームの空間的に分離された成分を含む）が面計測ミラーにより少なくとも１度反射されているビーム条件付け部分と、干渉計部分と、を含んでいる。したがって、面計測ミラーの角度方向に関する情報は、条件付け済み入力ビームに与えられる。このビーム条件付け部分はさらに、条件付け済み入力ビームに与えられる伝播方向の変化に対するスケール調整のためのアフォーカルな（ａｆｏｃａｌ）拡大または縮小システムを含むことがある。次いで、この条件付け済み入力ビームは、条件付け済み入力ビームを計測ビームと参照ビームに分離させる干渉計部分に導かれる。入力ビームを面計測ミラーに（少なくとも１度）接触するように導くことによって、このビーム条件付け部分は条件付け済み入力ビームに対して、干渉計部分内の計測ビームを法線方向入射で面計測ミラーに接触させるような伝播方向を付与している。

ＳＢＩのダイナミック型の実施形態は、計測ビームを法線方向入射で面計測ミラーに接触させるような面計測ミラーの向きまでサーボ動作を受けるダイナミック型のビーム操縦素子を含んでいる。このダイナミック型素子は、計測ビーム、あるいは入力ビームなどの計測ビームに対する原型ビームを導くことがある。ダイナミック型素子の制御のために使用されるサーボ信号は、面計測ミラーにより反射された後において、計測ビーム、または計測ビームから導出されたビームの伝播方向の計測から導出されることがある。

幾つかのケースでは、面計測ミラー自体がダイナミック型の素子の役割をするようなダイナミック型ＳＭＢＩの一例としてパッシブ型ＳＭＢＩを検討することが有用となること
がある。

単一ビーム干渉計、ならびにマイクロリソグラフィ・システムにおけるその使用方法については、その内容を本願明細書に援用するヘンリー エー ヒル（Ｈｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌ）によって２００２年８月２６日に提出された本願の所有者が所有する「ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＲＩＣ ＳＴＡＧＥ ＳＹＳＴＥＭ」と題する米国特許出願第１０／２２９２９７号に記載されている。パッシブ型でゼロ・シャー（ｚｅｒｏ−ｓｈｅａｒ）の単一ビーム干渉計は、その内容を本願明細書に援用するヘンリー エー ヒル（Ｈｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌ）によって２００２年６月２９日に提出された「ＰＡＳＳＩＶＥ ＺＥＲＯ ＳＨＥＡＲ ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＥＲＳ」と題する本願の所有者が所有する米国特許出願第１０／２０７３１４号にさらにより詳細に記載されている。ダイナミック型単一ビーム干渉計については、その内容を本願明細書に援用するヘンリー エー ヒル（Ｈｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌ）によって２００２年８月２３日に提出された「ＤＹＮＡＭＩＣ ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＥＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ ＯＦ ＩＮＰＵＴ ＢＥＡＭ」と題する米国特許出願第１０／２２６５９１号、ヘンリー
エー ヒルら（Ｈｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌ ｅｔ ａｌ．）による「ＳＩＮＧＬＥ−ＰＡＳＳ ＡＮＤ ＭＵＬＴＩ−ＰＡＳＳ ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＲＹ ＳＹＳＴＥＭＳ ＨＡＶＩＮＧ Ａ ＤＹＮＡＭＩＣ ＢＥＡＭ−ＳＴＥＥＲＩＮＧ ＡＳＳＥＭＢＬＹ ＦＯＲ ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＤＩＳＴＡＮＣＥ，ＡＮＧＬＥ，ＡＮＤ ＤＩＳＰＥＲＳＩＯＮ」と題する米国特許第６３１３９１８号、ならびにヘンリー エー ヒル（Ｈｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌ）による「ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＲＹ ＳＹＳＴＥＭ ＨＡＶＩＮＧ Ａ ＤＹＮＡＭＩＣ ＢＥＡＭ ＳＴＥＥＲＩＮＧ ＡＳＳＥＭＢＬＹ ＦＯＲ ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＡＮＧＬＥ ＡＮＤ ＤＩＳＴＡＮＣＥ」と題する米国特許第６２７１９２３号にさらにより詳細に記載されている。

また別の実施形態では、そのミラー性能評価は、面外回転（特にｚ座標に沿ってステージが並進を受ける場合）を考慮に入れるように拡張することが可能である。ＳＢＩは、距離以外にピッチング情報とヨーイング情報の両方も提供するため、この目的に関して特に有用である。

ここで図２および３を参照しながら、工程内ミラー性能評価がその内部で実行されているリソグラフィ・システムの一実施形態をここでより詳細に記載することにする（その性能評価自体も同様）。例示的なリソグラフィ・ツール１００は、ウェハ１３０の露光領域上にレチクル１２０が結像されるようにして位置決めされる露光システム１１０を含んでいる。ウェハ１３０は、露光システム１１０の軸１１２に対して直角な面においてウェハ１３０をスキャンするステージ１４０によって支持されている。ステージ１４０上にはステージ・ミラー１８０が装着されている。ステージ・ミラー１８０は、２つの公称的に直角な反射用表面１８２および１８４を含んでいる。

干渉計測システムは、直角なｘおよびｙ計測軸に沿ったステージ１４０の位置を監視する。このｘ軸およびｙ軸は露光システム１１０の軸１１２と交差する。この干渉計測システムは、４つの干渉計２１０、２２０、２３０、および２４０を含んでいる。干渉計２１０および２２０のそれぞれは、ミラー表面１８２から反射されるように計測ビーム２１５および２２５をｙ軸に対して平行に導いている。同様に、干渉計２３０および２４０のそれぞれは、ミラー表面１８４から２度反射されるように計測ビーム２３５および２４５をｘ軸に対して平行に導いている。ミラー表面から反射された後、各計測ビームは参照ビームと合成させて出力ビームが形成される。各出力ビームの位相は、計測ビーム経路と参照ビーム経路の間の光学経路長の差に関連する。検出器２１２、２２２、２３２、および２４２は、干渉計２１０、２２０、２３０、および２４０のそれぞれからの出力ビームを検出すると共に、この光学経路長差情報を電子制御装置１７０に伝えており、この電子制御
装置１７０はこの情報からステージ位置を決定し、これに応じてステージ１４０の位置をレチクル１２０を基準として調整している。

各干渉計に対する入力ビームは、共通の発生源であるレーザ光源１５２から導出されている。ビーム分割器２１１、２２１、２３１、ならびにミラー２４１および２５１は、光源１５２からの光を干渉計に導いている。各干渉計はその入力ビームを計測ビームと参照ビームに分割する。本実施形態では、各干渉計はそのそれぞれ計測ビームをミラー１８０の表面と２度接触するような経路に沿って導いている。

干渉計２３０および２１０は、ｘ軸およびｙ軸のそれぞれに沿ったミラー表面１８４および１８２の位置の座標ｘ_１およびｙ_１を監視している。さらに、干渉計２４０および２２０は、ｘ軸およびｙ軸のそれぞれから外れているがこれらの軸と平行な第２の組の軸に沿ったステージ１４０の位置を監視している。この２次的計測によってミラー表面１８４および１８２のそれぞれの座標ｘ_２およびｙ_２が提供される。ｘ軸およびｙ軸からのこれらの２次的計測軸の分離は既知であると共に、図３ではｄおよびｄ’で示している。

幾つかの実施形態では、干渉計２１０、２２０、２３０、および２４０は高安定度平面ミラー干渉計（ＨＳＰＭＩ）である。図４を参照すると、ＨＳＰＭＩ３００は、偏光用ビーム分割器（ＰＢＳ）３１０、再帰性反射体３２０、および参照ミラー３３０を含んでいる。ＨＳＰＭＩ３００はさらに、ＰＢＳ３１０とミラー表面１８４または参照ミラー３３０のそれぞれとの間に位置決めされた４分の１波長板３４０および３５０を含んでいる。

動作時に、ＰＢＳ３１０は、図４のビーム３６０で示す入力ビームを直角偏光成分に分割している。１つの成分である計測ビーム３３５Ａは、ＰＢＳ３１０によって送り出されると共に、ミラー表面１８４で反射されてＰＢＳ３１０の方向に戻される。これがＰＢＳ３１０まで戻ると、計測ビームの偏光状態は、４分の１波長板３４０を２度通過しているため、このときその元の偏光状態と直角であり、またこの計測ビームはＰＢＳ３１０によって再帰性反射体３２０の方向に反射される。再帰性反射体３２０は、計測ビームをＰＢＳ３１０の方向に戻すように導いており、ＰＢＳ３１０はこの計測ビームをミラー表面１８４の方向に反射している。ミラー表面１８４までの第２のパスについては、計測ビームをビーム３３５Ｂで表している。ここでも、ミラー表面１８４はビーム３３５ＢをＰＢＳ３１０の方向に反射している。４分の１波長板３４０を通過する２重のパスは計測ビームの偏光状態をその初期状態まで戻すように変換すると共に、これがＰＢＳ３１０によって送出されかつＨＳＰＭＩ３００から出力ビーム３７０の一成分として出て行く。

参照ビームは、入力ビーム３６０のうちＰＢＳ３１０によって最初に反射された成分である。参照ビームはＰＢＳ３１０と参照ミラー３３０の間を２回通っている。各パスについて、４分の１波長板３５０によって参照ビームの偏光状態が９０°ずつ変換される。したがって、参照ビームの参照ミラー３３０への第１のパスの後、ＰＢＳ３１０は参照ビームを送出する。参照ビームの参照ミラー３３０への第２のパスの後、ＰＢＳ３１０は参照ビームを反射し、この参照ビームは出力ビーム３７０の１つの成分として干渉計３００から出て行く。

システム１００では、ＨＳＰＭＩ式の干渉形以外の変位計測用干渉計を使用することも可能である。別の変位計測用干渉計の例としては、単一ビーム干渉計および／または高確度平面ミラー干渉計（計測ビームを計測物体に対して３回以上（たとえば、４回）にわたってパスすることが可能）が含まれる。さらに、上述の検討はヘテロダイン干渉計測に関する説明を含んでいるが、ホモダイン検出スキームを使用することも可能である。

再度図２および図３を参照すると、リソグラフィ・ツール１００はさらに、軸１１２か
ら軸をずらして位置決めされたアラインメント・スコープ１６０も含んでいる。アラインメント・スコープ１６０は、ｙ軸上のｘ軸から量ηｄだけずらした位置に対象を配置するように位置決めされている。本実施形態では、ユーザはアラインメント・スコープ１６０によってアラインメント・マークを配置する。露光システム１１０ならびにｘ軸およびｙ軸に対するアラインメント・スコープ１８０の位置は既知であるため、ユーザがアラインメント・マーク１６５をこのスコープによって配置した後には、アラインメント・マークの露光システムに対する位置は既知となる。ユーザがアラインメント・マーク１６５を配置した後で計測されたｘ_１、ｘ_２、ｙ_１、およびｙ_２の値によって、ステージ上でのアラインメント・マークの位置を示す１組の参照座標が提供される。これらの参照座標に基づいてユーザは、ステージ上でウェハを露光システムに対して正確に並進させ、ウェハの標的部位を軸１１２上に配置することが可能である。

参照座標に基づいたステージの任意の再位置決めはアラインメント・マーク１６５をアラインメント・スコープ１６０によって配置させた時点のステージの角度方向を考慮に入れるべきである。ステージ向きの影響については、第１および第２の計測軸、ならびにアラインメント・スコープをその上に配置させる軸であるｘ軸と平行な軸４００を表している図５に図示している。これらの軸に沿ったミラーの位置は、ｘ_１、ｘ_２、およびｘ_３のそれぞれで与えられる。ここで、θがゼロであれば、ｘ_１＝ｘ_２＝ｘ_３である。しかし、θが非ゼロの場合、ｘ_３−ｘ_１＝ηｄｔａｎθ≡εとなる。このオフセット値εは、Ａｂｂｅオフセット誤差と呼ばれている。

完全に平坦なミラーでありかつθが小さい場合は、

となるが、上述したように、ミラー表面の不完全性（たとえば、表面の凸凹および／または局所的な勾配の変動）によって干渉計測で観測した値ｘ_１、ｘ_２に誤差が導入される。これ以降においては、観測可能なパラメータはティルデ（ｔｉｌｄｅ）で示すことにする。引き続いて、干渉計２３０および２４０は、

および

（ここで、ψ_１およびψ_２は完全なミラーに対する値からの計測値の偏差を意味する）であるような

と

のそれぞれを計測する。

および

を式１のｘ_１およびｘ_２に代入すると次式が得られる。

したがって、θが小さい場合は、Ａｂｂｅオフセット誤差は次式

となり、これはさらに次式の形に書き直すことが可能である。

上式において、ψ_３はミラーの表面の不完全性を考慮するための誤差補正項である。
誤差補正項ψ_１、ψ_２、およびψ_３は、好ましくは上述のようにフォトリソグラフィック露光サイクルの間に工程内で計測されたミラーマップから決定することが可能である。
ミラー性能評価に関して、ステージ１４０がｙ方向に並進を受けると、干渉計２３０および２４０の計測ビーム２３５および２４５のそれぞれは、基準線に沿ってミラー表面１８４をスキャンすると共に、その角度方向とｘ方向のある面からのｘ−ｙ面における見掛けの表面離脱（すなわち、表面凸凹）、ならびにステージ１４０を移動させるための並進機構やその他の誤差源（たとえば、サイクルの非直線性、ならびに干渉計２３０および２４０の計測ビーム経路内の気体による静止および非静止効果）による任意の寄与を表す情報を包含した信号を発生させる。このスキャンによって、干渉計２３０および２４０のそれぞれからの変位計測値に対応する

および

が生成される。
ｙ方向へのステージ１４０の並進と同時に、干渉計２１０および２２０は、計測ビーム２１５および２２５の表面１８２との固定のインターセプト・ポイントに関してミラー表面１８２の向きを監視する。この工程は、ベアリング、駆動機構、その他などの並進機構の機械的寄与に由来するステージ１４０の回転の計測を可能とする。ミラー表面１８２の角度方向の計測は、

および

のデータからステージ１４０の角度回転の寄与を排除するために使用することが可能であるような、スキャン中のステージ１４０の角度方向に関する冗長的尺度

になる。
ステージ１４０の角度回転を補正した後、

および

によって、基準線に沿ったミラー表面１８４の平均傾斜の尺度が提供される。ステージ回転による寄与が存在しない場合、平均傾斜＜ｄｘ／ｄｙ＞_Ｍａｐは次式で与えられる。

上式において、下付文字のＭａｐは、ミラー・マッピング・モード中に収集されたデータを意味している。＜ｄｘ／ｄｙ＞_Ｍａｐのデータに対する直線当てはめによって、公称参照表面を提供する＜ｄｘ／ｄｙ＞_ｆｉｔが得られる。

このミラー性能評価情報は、動作時のミラー歪に関して干渉計計測を補償するために使用することが可能である。たとえば、ミラー表面の不完全性に関連する誤差は、ステージ１４０の向きを制御している制御システムに送り、これによってこれらの誤差がステージの位置に遷移することを防止することが可能である。

さらに次いで、その内容を本願明細書に援用するヘンリー エー ヒル（Ｈｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌ）による２００３年１１月４日に提出された「Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｅｒｒｏｒｓ ｉｎ Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ｍｅｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」と題する米国特許仮出願第６０／５１７４２６号に開示された式に基づいた＜ｄｘ／ｄｙ＞_ｆｉｔからのミラー表面の偏差に従い、軸外れ誤差関数ψ_３を決定することが可能である。

ツール１００などのリソグラフィ・ツールは、コンピュータチップやその他などの大規模集積回路の製作に使用されるリソグラフィ用途において特に有用である。リソグラフィは半導体製造業界にとって重要な先導テクノロジである。オーバーレイの改良は、１００ｎｍの線幅（設計基準寸法）までならびにこれ以下までの低下に至る最も困難な５つの課題のうちの１つとなっている（たとえば、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｒｏａｄｍａｐ、８２ページ（１９９７）を参照されたい）。

オーバーレイは、ウェハおよびレチクル（または、マスク）のステージの位置決めに使用される距離計測用干渉計の性能（すなわち、確度および精度）に直に依存する。リソグラフィ・ツールは５０００万〜１億ドル／年で製品を生産することがあるため、距離計測用干渉計の性能の改善による経済的価値はかなり大きい。リソグラフィ・ツールの歩留まりが１％増加するごとに、集積回路製造者に対しては概ね１００万ドル／年の経済的恩恵が得られ、またリソグラフィ・ツール供給業者に対しては大きな競争力の利点が得られる。

リソグラフィ・ツールの機能は、フォトレジストをコーティングしたウェハ上に空間的にパターン形成された放射を導くことである。この工程では、ウェハのどの位置がその放射を受け取るべきかを決定すること（アラインメント）、ならびに当該位置のフォトレジストに放射を付与すること（露光）が必要である。

上述したように、ウェハを適正に位置決めするために、そのウェハは専用のセンサによって計測することが可能なアラインメント・マークをウェハ上に含んでいる。アラインメント・マークの計測された位置によって、そのツール内におけるウェハの位置が規定される。この情報、ならびにウェハ表面の所望のパターン形成に関する仕様によって、空間的にパターン形成された放射を基準としたウェハのアラインメントを誘導している。こうした情報に基づいて、フォトレジストをコーティングしたウェハを支持する並進可能なステージは、その放射がウェハの正しい位置を露光するようにウェハを移動させている。

露光の間に、放射線源はパターン形成されたレチクルを照射し、このパターン形成されたレチクルによってその放射は空間的にパターン形成された放射を生成するように散乱（ｓｃａｔｔｅｒ）される。レチクルをマスクと呼ぶこともあり、これらの用語は以下において区別なく使用している。リソグラフィの縮小のケースでは、縮小レンズは散乱された放射線を集めると共にレチクル・パターンに関する縮小された像を形成させている。別法として、近接式プリンティングのケースでは、散乱された放射はウェハに接触する前にある短い距離（典型的には、概ねマイクロメートルのオーダー）だけ伝播し、レチクル・パターンの１：１像を生成させる。この放射によってレジスト内において、放射パターンをレジスト内の潜像に変換する光化学過程が始動される。

干渉計測システムは、ウェハおよびレチクルの位置を制御すると共にレチクル像をウェハ上に記録している、位置決め機構の重要な構成要素である。こうした干渉計測システムが上述した特徴を含んでいれば、距離計測に対する循環的な誤差寄与が最小化されるためそのシステムによって計測される距離の確度が高まる。

一般に、リソグラフィ・システム（露光システムと呼ぶこともある）は典型的には、照射システムおよびウェハ位置決めシステムを含んでいる。照射システムは、紫外線、可視光線、Ｘ線、電子、またはイオン放射などの放射を提供するための放射線源と、その放射に対してパターンを付与し、これにより空間的にパターン形成された放射を発生させるためのレチクルまたはマスクと、を含んでいる。さらに、縮小リソグラフィのケースでは、その照射システムは、空間的にパターン形成された放射をウェハ上に結像させるためのレンズ・アセンブリを含むことが可能である。この結像させた放射は、ウェハ上のコーティングされたレジストを露光する。この照射システムはさらに、マスクを支持するためのマスク・ステージと、マスクを通過するように導かれた放射に対するマスク・ステージの位置を調整するための位置決めシステムと、を含んでいる。このウェハ位置決めシステムは、ウェハを支持するためのウェハ・ステージと、結像させた放射に対してウェハ・ステージの位置を調整するための位置決めシステムと、を含んでいる。集積回路の製作は、複数の露光工程を含むことが可能である。リソグラフィに関する全般的な文献としてはたとえば、本願明細書に援用するジェイ アール シーツ（Ｊ．Ｒ．Ｓｈｅａｔｓ）およびビー
ダブリュー スミス（Ｂ．Ｗ．Ｓｍｉｔｈ）による「Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」（マルセルデッカー社（Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．）［ニューヨーク州所在］、１９９８）を参照されたい。

上述した干渉計測システムは、露光システムのレンズ・アセンブリ、放射線源、または支持構造などの別の構成要素に対してウェハ・ステージおよびマスク・ステージのそれぞれの位置を精密に計測するために使用することが可能である。こうしたケースでは、この干渉計測システムを静止した構造に取り付け、また計測物体はマスクとウェハ・ステージのうちの一方など移動可能な素子に取り付けることが可能である。別法として、干渉計測システムが移動可能な物体に取り付けられており、また計測物体が静止した物体に取り付けられているように状況を逆転させることも可能である。

さらに一般的には、こうした干渉計測システムは、露光システムの任意の一構成要素の位置を、該露光システムの別の任意の構成要素を基準として計測するために使用することが可能であり、この際、干渉計測システムはこれらの構成要素のうちの一方に取り付けるかこれによって支持されており、また計測物体はこれらの構成要素のもう一方に取り付けるかこれによって支持されている。

干渉計測システム１１２６を使用したリソグラフィ・ツール１１００の別の例を図６ａに表している。この干渉計測システムは、露光システム内におけるウェハ（図示せず）の位置を精密に計測するために使用される。ここでは、露光ステーションを基準としてウェハを位置決めしかつ支持するためにステージ１１２２が使用されている。スキャナ１１００はフレーム１１０２を含んでおり、このフレーム１１０２は別の支持構造とこれらの構造上に載せられたさまざまな構成要素を保持している。露光ベース１１０４はその最上部にレンズ・ハウジング１１０６を装着しており、このレンズ・ハウジング１１０６の上にはレチクルまたはマスク・ステージ１１１６が装着されており、またこのレチクルまたはマスク・ステージ１１１６はレチクルまたはマスクの支持のために使用されている。露光ステーションを基準としてマスクを位置決めするための位置決めシステムは素子１１１７によって模式的に示している。位置決めシステム１１１７は、たとえば、圧電トランスジューサ素子および対応する制御用電子回路を含むことが可能である。ここに記載した実施形態には含めていないが、上述した干渉計測システムのうちの１つまたは複数を使用して、マスク・ステージ、ならびにリソグラフィック構造を製作するための工程でその位置を正確に監視することを要する別の移動可能素子に関する位置を精密に計測することも可能である（前に掲げたシーツ（Ｓｈｅａｔｓ）およびスミス（Ｓｍｉｔｈ）の「Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」を参照されたい）。

露光ベース１１０４の下に垂設させて、ウェハ・ステージ１１２２を載せている支持ベース１１１３がある。ステージ１１２２は、干渉計測システム１１２６によってステージに導かれた計測ビーム１１５４を反射するための平面ミラー１１２８を含んでいる。干渉計測システム１１２６を基準としてステージ１１２２を位置決めするための位置決めシステムは、素子１１１９によって模式的に示している。位置決めシステム１１１９はたとえば、圧電トランスジューサ素子および対応する制御用電子回路を含むことが可能である。計測ビームは反射されて、露光ベース１１０４上に装着された干渉計測システムに戻される。干渉計測システムは上述した実施形態のうちのいずれとすることも可能である。

動作時に、放射ビーム１１１０（たとえば、ＵＶレーザ（図示せず）からの紫外線（ＵＶ）ビーム）は、ビーム整形用の光学アセンブリ１１１２を通過し、ミラー１１１４で反射された後に下向きに伝播する。この後、放射ビームはマスク・ステージ１１１６によって保持されたマスク（図示せず）を通過する。このマスク（図示せず）は、レンズ・ハウジング１１０６内に保持されたレンズ・アセンブリ１１０８を介してウェハ・ステージ１１２２上のウェハ（図示せず）の上に結像される。ベース１１０４、ならびにこれによって支持されたさまざまな構成要素はスプリング１１２０で示した制振システムによって環境振動から隔絶させている。

リソグラフィック・スキャナの別の実施形態では、複数の軸に沿った距離、ならびにたとえばウェハおよびレチクル（または、マスク）ステージ（ただし、これらに限らない）に関連する角度を計測するために、上述した干渉計測システムのうちの１つまたは複数を使用することが可能である。さらに、ウェハを露光するために、ＵＶレーザビームではなく、たとえば、Ｘ線ビーム、電子ビーム、イオンビーム、可視光ビームを含む別のビームを使用することも可能である。

幾つかの実施形態では、そのリソグラフィック・スキャナは、当技術分野でコラム参照（ｃｏｌｕｍｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）として知られるものを使用することが可能である。こうした実施形態では、干渉計測システム１１２６は、参照ビーム（図示せず）を、放射ビームを誘導しているある種の構造（たとえば、レンズ・ハウジング１１０６）上に装着された参照ミラー（図示せず）に接触する外部参照経路に沿って導いている。この参照ミラーは、干渉計測システムに戻すように参照ビームを反射している。ステージ１１２２から反射された計測ビーム１１５４とレンズ・ハウジング１１０６上に装着された参照ミラーから反射された参照ビームとを合成させることによって放射ビームを基準としたステージの位置に変化が示された場合に、この干渉信号が干渉計測システム１１２６によって生成される。さらに、別の実施形態では、その干渉計測システム１１２６は、レチクル（または、マスク）ステージ１１１６や、スキャナ・システムの別の移動可能構成要素の位置の変化を計測するように位置決めすることが可能である。最後に、干渉計測システムは、スキャナ以外に、あるいはスキャナではなく、ステッパを含んだリソグラフィ・システムと一緒に同様の方式で使用することが可能である。

当技術分野でよく知られているように、リソグラフィは半導体デバイスを製作するための製造方法の不可欠の一部である。たとえば、米国特許第５４８３３４３号は、こうした製造方法に関する工程について概説している。これらの工程について、図６（ｂ）および６（ｃ）を参照しながら以下に記載することにする。図６（ｂ）は、半導体チップ（たとえば、ＩＣまたは大規模集積回路）、液晶パネルまたはＣＣＤなどの半導体デバイスを製造するシーケンスのフローチャートである。工程１１５１は、半導体デバイスの回路を設計するための設計工程である。工程１１５２は回路パターン設計に基づいてマスクを製造するための工程である。工程１１５３は、シリコンなどの材料を用いることによってウェハを製造するための工程である。

工程１１５４は、このようにして作成したマスクおよびウェハを使用することによって、リソグラフィを介してウェハ上に回路を形成させる工程である前工程と呼ぶウェハ工程である。マスク上のパターンと十分な空間分解能で対応させてウェハ上の回路を形成するためには、ウェハを基準としたリソグラフィ・ツールの干渉計測位置決めが必要である。本明細書に記載したこの干渉計測方法およびシステムは、ウェハ工程で使用されるリソグラフィの有効性を改善させるために特に有用となり得る。

工程１１５５は、工程１１５４で処理されたウェハを半導体チップに形成させる工程である後工程と呼ぶ組み上げ工程である。この工程は、組み上げ（切断および結合）とパッケージ収納（チップの封止）とを含む。工程１１５６は、工程１１５５によって生成された半導体デバイスに対して動作可能性（ｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ）チェック、耐久性チェックその他が実行される検査工程である。これらの工程によって、半導体デバイスが仕上げられ、さらに出荷される（工程１１５７）。

図６（ｃ）は、ウェハ工程の詳細を表したフローチャートである。工程１１６１は、ウェハの表面を酸化させるための酸化工程である。工程１１６２はウェハ表面上に絶縁薄膜を形成するためのＣＶＤ工程である。工程１１６３は蒸着によってウェハ上に電極を形成するための電極形成工程である。工程１１６４は、ウェハにイオンを打ち込むためのイオン打ち込み工程である。工程１１６５は、レジスト（感光性材料）をウェハに付与するためのレジスト工程である。工程１１６６は、露光（すなわち、リソグラフィ）によって、上述した露光装置を介してウェハ上にマスクの回路パターンをプリントするための露光工程である。この場合もやはり、上述のように、本明細書に記載した干渉計測のシステムおよび方法を使用することによってこうしたリソグラフィ工程の確度および分解能が改善される。

工程１１６７は、露光済みのウェハを現像するための現像工程である。工程１１６８は、現像済みのレジスト像以外の部分を除去するためのエッチング工程である。工程１１６９は、エッチング工程を受けた後にウェハ上に残ったレジスト材料を分離するためのレジスト分離工程である。これらの工程を反復することによって、ウェハ上に回路パターンが形成され重畳（ｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄ）される。

上述した干渉計測システムはさらに、物体の相対的な位置を精密に計測することが必要となる別の用途にも使用することが可能である。たとえば、基板とビームのうちのいずれかを移動させながらレーザ、Ｘ線、イオン、または電子ビームなどの書き込みビームによって、基板上にパターンをマーキングするような用途では、基板と書き込みビームの間の相対的な移動を計測するために干渉計測システムを使用することが可能である。

一例として、ビーム書き込みシステム１２００の模式図を図７に表している。線源１２１０が書き込みビーム１２１２を発生させると共に、ビーム集束アセンブリ１２１４がこの放射ビームを移動可能ステージ１２１８によって支持された基板１２１６に導いている。ステージの相対的な位置を決定するために、干渉計測システム１２２０は参照ビーム１２２２をビーム集束アセンブリ１２１４上に装着されたミラー１２２４に導き、また計測ビーム１２２６をステージ１２１８上に装着されたミラー１２２８に導いている。参照ビームはビーム集束アセンブリ上に装着されたミラーに接触しているため、このビーム書き込みシステムはコラム参照を使用するシステムの一例となる。干渉計測システム１２２０は、上述した干渉計測システムのうちのいずれを使用することも可能である。干渉計測システムによって計測される位置の変化は基板１２１６上における書き込みビーム１２１２の相対的な位置の変化に対応する。干渉計測システム１２２０は、基板１２１６上における書き込みビーム１２１２の相対的な位置を表す計測信号１２３２を制御装置１２３０に送っている。制御装置１２３０は、ステージ１２１８を支持し位置決めしているベース１２３６に対して出力信号１２３４を送っている。さらに、制御装置１２３０は、書き込みビーム１２１２の強度を変更させるため（あるいは、書き込みビーム１２１２をブロックするため）の信号１２３８を線源１２１０に送り、基板の選択した位置だけで光物理学的変化や光化学的変化を生じさせるような十分な強度で書き込みビームを基板に接触させている。

さらに、幾つかの実施形態では、制御装置１２３０は、（たとえば、信号１２４４を使用することにより）ビーム集束アセンブリ１２１４に対して基板のある領域にわたって書き込みビームをスキャンさせることが可能である。このため、制御装置１２３０は、システムの別の構成要素に対して基板をパターン形成するように指令する。このパターン形成は、典型的には、制御装置内に格納されている電子設計パターンに基づいている。ある種の用途ではその書き込みビームは、基板上にコーティングされたレジストに対してパターン形成しており、また別の用途ではその書き込みビームは、基板に対して直接にパターン形成（たとえば、エッチング）している。

こうしたシステムの重要な用途の１つは、上述したリソグラフィ方法で使用されるマスクおよびレチクルの製作である。たとえば、リソグラフィ・マスクを製作するには、電子ビームを使用してクロムをコーティングしたガラス製基板に対してパターン形成することができる。書き込みビームが電子ビームであるようなケースでは、そのビーム書き込みシステムはその電子ビーム経路を真空内に収容している。さらに、その書き込みビームがたとえば電子ビームまたはイオンビームであるケースでは、そのビーム集束アセンブリは、真空下で基板上に荷電粒子を集束させかつ導くために４重極型（ｑｕａｄｒａｐｏｌｅ）レンズなどの電界発生器を含んでいる。その書き込みビームが放射ビーム（たとえば、Ｘ線、ＵＶ、または可視光放射）であるような別のケースでは、そのビーム集束アセンブリは、その放射を基板に集束させかつ導くために対応する光学系を含んでいる。

本発明に関する多くの実施形態について記載した。しかしながら、本発明の精神および趣旨を逸脱することなくさまざまな修正を実施することが可能であることを理解されたい。したがって、別の実施形態も添付の特許請求の範囲の趣旨の域内にある。

干渉計測ステージ・システムの一実施形態の斜視図。 リソグラフィ・ツールの一実施形態の斜視図。 図２に示したリソグラフィ・ツールのステージおよび干渉計測システムの平面図。 高安定度平面ミラー干渉計の模式図。 Ａｂｂｅオフセット誤差を表した模式図。 干渉計を含んだリソグラフィ・ツールの一実施形態の模式図。 集積回路を製作するための工程を記述したフローチャート。 集積回路を製作するための工程を記述したフローチャート。 干渉計測システムを含んだビーム書き込みシステムの模式図。

Claims (14)

1. フォトリソグラフィック露光サイクル中に複数の計測軸のそれぞれを基準としたマイクロリソグラフィ・ステージの位置に関する情報を干渉計計測する工程と、
   該フォトリソグラフィック露光サイクルによって生成される環境的影響によって生じる干渉計計測ビームを反射するために使用される、該ステージの一方の側の局所勾配を表している補正係数と、光学的傾斜と、を決定するために該位置情報を解析する工程と、
   該補正係数を該ステージの後続の干渉計計測に適用する工程と
   を含むマイクロリソグラフィ方法。
2. 前記ステージは、前記フォトリソグラフィック露光サイクルの間に照射光に対する露光を受けるウェハを載せている請求項１に記載の方法。
3. 前記ステージは前記フォトリソグラフィック露光サイクルの間にウェハを露光するために照射光をその内部に通過させるレチクルを載せている請求項１に記載の方法。
4. 前記情報は前記フォトリソグラフィック露光サイクルの間にウェハの第１の領域を露光するときに計測されており、かつ前記補正係数は前記フォトリソグラフィック露光サイクルの間に該ウェハの後続の領域または層を露光するときに前記ステージの後続の干渉計計測に適用される請求項１に記載の方法。
5. 前記情報は前記フォトリソグラフィック露光サイクルの間にウェハの第１の領域を露光するときに計測されており、かつ前記補正係数はそのフォトリソグラフィック露光サイクルの間に別のウェハの領域を露光するときに前記ステージの後続の干渉計計測に適用される請求項１に記載の方法。
6. 前記補正係数は少なくとも第１の方向に沿った前記ステージの複数のスキャンに関する情報を平均することに基づいて決定される請求項１に記載の方法。
7. 前記位置情報は少なくとも１つの高安定度平面ミラー干渉計を用いて計測される請求項１に記載の方法。
8. 前記位置情報は少なくとも１つの単一ビーム干渉計を用いて計測される請求項１に記載の方法。
9. 前記単一ビーム干渉計はダイナミック型単一ビーム干渉計である請求項８に記載の方法。
10. 前記単一ビーム干渉計はパッシブ型単一ビーム干渉計である請求項８に記載の方法。
11. 前記補正係数は、干渉計計測ビームを反射するために使用される前記ステージの少なくとも２つの側に対する局所勾配を表している請求項１に記載の方法。
12. 前記補正係数は、面内方向に沿った前記ステージの側の局所勾配を表している請求項１に記載の方法。
13. 前記複数の計測軸は前記局所勾配および光学的傾斜の変動がないステージ位置に関する冗長情報を提供する請求項１に記載の方法。
14. 請求項１に記載のリソグラフィ方法を用いて集積回路を製作することを含む方法。

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