JP2007013153A - リソグラフィ装置及びリソグラフィ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】投影系を用いてパターン形成装置から基板上にパターン化された放射線ビームを投影するように構成されたリソグラフィ装置を提供すること。
【解決手段】放射線ビームを調整するように構成された照明系と、放射線ビームの断面にパターンを付与して、パターン化された放射線ビームを形成できるパターン形成装置を支持するように構築された支持体と、基板を保持するように構築された基板テーブルと、基板の目標部分にパターン化された放射線ビームを投影するように構成された投影系と、波面の収差又は該装置の他の特性を測定する測定系とを備えたリソグラフィ装置。測定系は有効な放射線減を提供するための基板テーブルレベルにある放射線源モジュールと、投影系を通して放射線源モジュールから放射線を受け取って測定を実行する、支持体のレベルにあるセンサ・ユニットとを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、リソグラフィ装置における投影レンズの収差、開口数、及びテレセントリック性などの特性を決定する装置及び方法に関する。

リソグラフィ装置は、基板上、一般には基板の目標部分上に所望のパターンを印加する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使うことができる。この場合、マスク又はレチクルとも呼ばれるパターン形成装置を使用して、ＩＣの個々の層に形成すべき回路パターンを生成することができる。このパターンは、基板（例えばシリコン・ウエハ）の（例えば、ダイの一部或いは１つ又は複数のダイを含む）目標部分に転写することができる。パターンの転写は、典型的には、基板に形成された放射感受性材料（レジスト）の層への結像を介して行われる。一般に、１つの基板は、連続的にパターン化される隣接した網目状の目標部分を含む。知られているリソグラフィ装置の例には、目標部分にパターン全体を１回露光することによって各目標部分が照射されるいわゆるステッパと、所与の方向（「走査」方向）に放射線ビームを通過させパターンを走査し、この方向と平行又は逆平行に基板を同期的に走査することによって各目標部分が照射されるいわゆるスキャナが挙げられる。基板上にパターンをインプリントすることによって、パターン形成装置から基板にパターンを転写することも可能である。

絶えず増加する数の電子部品をＩＣに集積する要求がある。これを達成するためには、一層小さい細部又はライン幅を基板の目標部分上に投影できるように、部品のサイズを縮小すること、故にマスクのパターンを基板上に投影する投影系の解像度を上げることが必要である。この投影系に関し、これはこの投影系及びこの投影系に使うレンズ素子が非常に厳格な品質要件に従わなければならないことを意味する。レンズ素子及び投影系の製造中に大きな注意を払ったとしても、レンズ素子及び投影系は共に、投影系によって基板の目標部分上に投影される像界（ｉｍａｇｅ ｆｉｅｌｄ）にわたって例えば、変位、焦点ずれ、非点収差、コマ収差及び球面収差といった波面収差を被る恐れがある。この収差は、像界にわたって生じる結像されたライン幅が変動する重要な原因である。像界内の異なる地点における結像されるライン幅は一定であることが重要である。ライン幅変動が大きければ、像界が投影される基板がこの基板の品質検査中に不合格にされるかもしれない。位相シフト・マスク又は軸外し照明のような技法を用いれば、結像されるライン幅への波面収差の影響は、さらに増大するかもしれない。

投影系をリソグラフィ投影装置に組み込んだ後、波面収差を測定する必要があろう。また、例えばレンズ材料の劣化又はレンズ加熱効果（レンズ材料の局所的加熱）に起因して波面収差は投影系において経時的に変動する恐れがあるので、該装置の操作中に経時的にある瞬間に収差を測定し、それに応じてある可動レンズ素子を調整して波面収差を最小化する必要があろう。レンズ加熱効果が生じるであろう短いタイム・スケールは、波面収差を頻繁に測定する必要があるかもしれない。測定した波面収差は例えばゼルニケ係数として表すことができる。

リソグラフィ装置では、波面収差に加え、又は波面収差以外に、パターン形成装置上のパターンを基板の上に結像するのに用いる投影系の他の特性を知ることも重要でありうる。そのような特性は投影系の特性又はパラメータと呼ぶこともできる。そのような特性の１つは、リソグラフィ装置の結像に影響を及ぼすレンズ系の開口数（ＮＡ）である。シミュレーションを用いて開口数の正確な値を知り、リソグラフィ装置のための設定及びプロセス・ウィンドウを決定することができる。いくつかの装置では、投影系は投影レンズ系の瞳面の調整可能な絞りなどの手段によって定められる調整可能な開口数を有する。したがって、実際の開口数設定の測定が重要である。

評価することが好ましいであろう別の特性は、投影レンズ系のテレセントリック性である。投影系の非テレセントリック性は結像性能に影響を及ぼすことになり、オーバーレイ問題を生じさせる可能性がある。

リソグラフィ装置を用いて結像されるフィーチャをさらに小さくする必要があるために、開口数（ＮＡ）を増大させて投影系を使用することにもなる。投影装置内の放射線の光軸に対する角度は、ＮＡが増大すると共に大きくなる。電磁波の全く同じに偏光された成分は干渉するので、光のベクトル性は結像に重要である。したがって、像コントラストを決定するのは波面品質だけではない。つまり、偏光も同様に相当の影響を及ぼす。さらに、特定の領域のために偏光の所望の特定の状態を有する照明放射線の使用は、特定の方向に位置合わせされたフィーチャを結像するのに益々用いられつつある。したがって、レチクルなどのパターン形成装置に衝突する放射線の偏光状態を知ることが望ましく、また、投影系の別の特性として、例えばジョーンズ・マトリクスとして表される投影系によって生じる偏光状態への効果を知ることが望ましい。

上記特性を測定する種々の装置が記載されてきた。典型的には、そのような装置は、例えば所望の空間強度分布、角度強度分布及び／又は偏光を提供することによって放射線を調整するレチクルのレベルでビーム経路内に位置決め可能な放射線源モジュールを備える。次いで、放射線は投影系を横断し、次にウエハ・レベルにあるか又はリソグラフィ装置のウエハ・テーブル内のセンサ・ユニットに入射する。このセンサ・ユニットは放射線強度測定用の検出器を単一の検出器又は複数の検出器のアレイとして含む。放射線源モジュール及びセンサ・ユニットは一般に、投影系の所望の特性を測定するのに応じて、ピンホール、格子、レンズ、複屈折波長板（ｂｉｒｅｆｒｉｎｇａｎｔ ｗａｖｅｐｌａｔｅ）などの光学素子をさらに含む。

しかし、センサ・ユニットを設置するには、特にウエハ・レベルでは、リソグラフィ装置内に空間が無いので問題がある。この問題は２００ｍｍ（８インチ）以下のウエハしか取り扱うことができない旧式の装置にセンサ・ユニットを後付けしようとする際にはより一層深刻になる。

さらなる問題としては、ウエハ・テーブル内のセンサ・ユニットによる熱放散である。検出器の電子機器は必然的に熱を発生し、熱放散は装置のオーバーレイ及び焦点性能に関して非常に重大である。

さらに別の問題はウエハ・レベルでのセンサ・ユニットとの接続性が制約されることである。つまり、ワイヤをセンサ・ユニットまで物理的に配線し、例えば、電力及び制御信号を放射線源モジュールに供給し、所望の特性の測定を得るためのコンピュータ及び／又は記憶デバイスと検出結果をやり取りするための装置内の他の電子機器とそのワイヤを接続することの問題である。

投影レンズ系の１つ又は複数の特性に関する情報を得ることが望ましく、また、空間が限られているか又は制限がある場合であっても、リソグラフィ投影装置におけるこれらの特性を測定するシステムを組み込むことができるのが望ましい。

本発明の一態様によれば、
放射線ビームを調整するように構成された照明系と、
放射線ビームの断面にパターンを付与して、パターン化された放射線ビームを形成できるパターン形成装置を支持するように構築された支持体と、
基板を保持するように構築された基板テーブルと、
基板の目標部分にパターン化された放射線ビームを投影するように構成された投影系と、
該装置の少なくとも１つの特性を測定する測定系とを備え、
前記測定系は、
有効な放射線減を提供するための、基板テーブル・レベルにある放射線源モジュールと、
投影系を通して放射線源モジュールから放射線を受け取って測定を実行する、支持体のレベルにあるセンサ・ユニットとを含んだ、リソグラフィ装置が提供される。

本発明の別の態様によれば、リソグラフィ装置の特性を測定する方法が提供され、このリソグラフィ装置は、
放射線ビームを調整するように構成された照明系と、
放射線ビームの断面にパターンを付与して、パターン化された放射線ビームを形成できるパターン形成装置を支持するように構築された支持体と、
基板を保持するように構築された基板テーブルと、
基板の目標部分にパターン化された放射線ビームを投影するように構成された投影系とを備え、
該測定方法は、
基板テーブルのレベルにある放射線源モジュールから投影系を通して、支持体のレベルにあるセンサ・ユニットまで放射線を透過させる工程を含む。

ここで、単なる例示として添付の略図を参照して本発明の実施例を記載するが、対応する参照記号は対応する部品を表す。

図１に、本発明の一実施例によるリソグラフィ装置を概略的に示す。この装置は、
放射線ビームＰＢ（例えば、ＵＶ放射線又はＥＵＶ放射線）を調整するように構成された照明系（照明装置）ＩＬと、
パターン形成装置（例えば、マスク）ＭＡを支持するように構築され、且つあるパラメータに従ってパターン形成装置を正確に位置決めするように構成された第１の位置決め装置ＰＭに接続された支持構造体ＭＴ（例えば、マスク・テーブル）と、
基板（例えば、レジストを塗布したウエハ）Ｗを保持するように構築され、且つあるパラメータに従って基板を正確に位置決めするように構成された第２の位置決め装置ＰＷに接続された基板テーブル（例えば、ウエハ・テーブル）ＷＴと、
基板Ｗの（例えば、１つ又は複数のダイを含む）目標部分Ｃに、パターン形成装置ＭＡによって放射線ビームＢに付与されたパターンを投影するように構成された投影系（例えば、屈折型投影レンズ系）ＰＳとを備える。

照明系は、放射を方向付け、成形、又は制御する屈折型、反射型、磁気型、電磁気型、静電気型又は他の種類の光学部品、或いはこれらの任意の組合せなどの種々の光学部品を含むことができる。

支持構造体は、パターン形成装置を支持、すなわち、パターン形成装置の重量を支える。この支持構造体は、パターン形成装置の向き、リソグラフィ装置の設計、及び、例えばパターン形成装置が真空環境内で保持されるか否かなどの他の条件によって左右される形で、パターン形成装置を保持する。この支持構造体は機械的、真空、静電気その他のクランプ技術を利用してパターン形成装置を保持できる。この支持構造体は、例えばフレーム又はテーブルとすることができ、これらは必要に応じて固定されるか又は移動可能であってよい。この支持構造体は、例えば投影系に関してパターン形成装置が所望の位置になるようにすることを確実にする。本明細書で用いる「レチクル」又は「マスク」という用語は、「パターン形成装置」というより一般の用語と同義とみなすことができる。

本明細書で用いる「パターン形成装置」という用語は、基板の目標部分にパターンを生成するために、放射線ビームの横断面にパターンを付与するのに使用できる任意の装置を指すものと広く解釈すべきである。放射線ビームに付与されるパターンは、例えば、このパターンが位相シフト用のフィーチャ、すなわち、いわゆるアシスト・フィーチャを含む場合、基板の目標部分における所望のパターンに厳密に対応しない場合があることに留意されたい。一般に、放射線ビームに付与されるパターンは、目標部分に生成されている集積回路などのデバイスの特定の機能層に対応する。

パターン形成装置は、透過型又は反射型であってよい。パターン形成装置の例には、マスク、プログラム可能なミラー・アレイ、及びプログラム可能なＬＣＤパネルが含まれる。マスクは、リソグラフィでは周知であり、バイナリ型、交互配置位相シフト型、及びハーフトーン位相シフト型などのマスク・タイプ、並びに種々のハイブリッド型のマスク・タイプが挙げられる。プログラム可能なミラー・アレイの一例では、入射する放射線ビームが異なる方向に反射されるようにそれぞれ個々に傾けることのできるマトリックス配置の小型のミラーを使用する。これらの傾いたミラーにより、ミラー・マトリックスによって反射した放射線ビームにパターンが付与される。

本明細書で用いる「投影系」という用語は、用いられる露光放射、或いは浸漬液の使用又は真空の使用などの他の要因に応じて、屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁気型、及び静電気型の光学系、又はこれらの任意の組合せを含めて、任意の種類の投影系を包含するものと広く解釈すべきである。本明細書で用いる「投影レンズ」という用語は、「投影系」というより一般の用語と同義とみなすことができる。

本明細書で示すように、この装置は、（例えば、透過性マスクを使用する）透過型のものである。代替的に、この装置は、（例えば、上記で言及した種類のプログラム可能なミラー・アレイを使用するか、又は反射性マスクを使用する）反射型のものとできる。

リソグラフィ装置は、２つ（２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）を有する種類のものであってよい。このような「複数ステージ」型の機械では、追加のテーブルを並列で使用できる。つまり、１つ又は複数のテーブルで準備工程を実施しながら、１つ又は複数の他のテーブルを露光に使用する。

リソグラフィ装置は、投影系と基板との間の空間を満たすように、比較的高屈折率の液体、例えば水で基板の少なくとも一部を覆う種類のものであってもよい。浸漬液は、リソグラフィ装置内の他の空間、例えばマスクと投影系との間に適用することもできる。投影系の開口数を大きくする液浸技術は、当技術分野では周知のものである。本明細書で用いる「浸漬」という用語は、基板などの構造体を液体中に浸さなければならないという意味ではなく、露光中に投影系と基板との間に液体を配置するという意味に過ぎない。

図１を参照すると、照明器ＩＬは、放射線源ＳＯから放射線ビームを受け取る。放射線源及びリソグラフィ装置は、例えば放射線源がエキシマ・レーザのときは別個のものにできる。このような場合には、放射線源がリソグラフィ装置の一部を形成するとはみなさず、放射線ビームは、放射線源ＳＯから、例えば適当な方向付けミラー及び／又はビーム・エキスパンダを含むビーム送達系ＢＤを使用して照明器ＩＬに至る。他の場合には、例えば放射線源が水銀ランプのとき、放射線源はリソグラフィ装置と一体の部分にできる。放射線源ＳＯ及び照明器ＩＬは、必要な場合には、ビーム送達系ＢＤと共に放射系と呼ぶことがある。

照明器ＩＬは、放射線ビームの角度強度分布を調節する調節装置ＡＤを含むことができる。一般に、照明器の瞳面内の強度分布の少なくとも（一般に、それぞれ外側σ及び内側σと呼ぶ）外側及び／又は内側の径方向範囲を調節することができる。さらに、照明器ＩＬは統合器ＩＮ及びコンデンサＣＯなど他の種々の素子を備えることがある。この照明器を使用して放射線ビームを調整し、ビーム断面において所望の均一性及び強度分布を得ることができる。

放射線ビームＢは、支持構造体（例えば、マスク・テーブルＭＴ）に保持されたパターン形成装置（例えば、マスクＭＡ）に入射し、パターン形成装置によってパターン化される。マスクＭＡを横切った後で、放射線ビームＢは、投影系ＰＳを通過し、投影系ＰＳによって基板Ｗの目標部分Ｃで焦点を結ぶ。第２の位置決め装置ＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉計測装置、リニア・エンコーダ、又は容量センサ）を使用して、基板テーブルＷＴを正確に移動させて、例えば、放射線ビームＢの経路内に異なる目標部分Ｃを位置決めすることができる。同様に、第１の位置決め装置ＰＭ及び（図１には明示的に示さない）別の位置センサを使用して、例えば、マスク・ライブラリからマスクＭＡを機械的に取り出した後で、或いは走査中に、放射線ビームＢの経路に関してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。一般に、マスク・テーブルＭＴの移動は、第１の位置決め装置ＰＭの一部を形成する長ストローク・モジュール（粗い位置決め）及び短ストローク・モジュール（精密位置決め）を使用して実現することができる。同じく、基板テーブルＷＴの移動は、第２の位置決め装置ＰＷの一部を形成する長ストローク・モジュール及び短ストローク・モジュールを使用して実現できる。（スキャナとは対照的に）ステッパの場合には、マスク・テーブルＭＴを短ストローク・アクチュエータのみに接続するか、或いは固定することができる。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスク位置合わせマークＭ１、Ｍ２及び基板位置合わせマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。図示のような基板位置合わせマークは専用の目標部分を占めているが、これらは、目標部分間の空間に配置できる（これらは、スクライブ・レーン位置合わせマークとして知られている）。同じく、マスクＭＡに２つ以上のダイが設けられる状況では、マスク位置合わせマークはこれらのダイとダイとの間に配置できる。

図示の装置は以下のモードの少なくとも１つで使うことができる。

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は本質的に固定したまま、放射線ビームに付与されたパターン全体を目標部分Ｃに１回で投影する（すなわち、１回の静止露光）。次いで、基板テーブルＷＴをＸ方向及び／又はＹ方向に移動させて、異なる目標部分Ｃを露光することができる。ステップ・モードでは、露光フィールドの最大サイズが１回の静的露光で画像形成される目標部分Ｃのサイズを制限する。

２．スキャン・モードでは、マスク・テーブルＭＴと基板テーブルＷＴとを同期的に走査しながら、放射線ビームに付与されたパターンを目標部分Ｃに投影する（すなわち、１回の動的露光）。マスク・テーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの相対的な速度及び方向は、投影系ＰＳの倍率（縮小率）及び像の反転特性によって決めることができる。スキャン・モードでは、露光フィールドの最大サイズが、１回の動的露光における目標部分の（非走査方向の）幅を制限し、走査移動長により、目標部分の（走査方向の）高さが決まる。

３．別のモードでは、プログラム可能なパターン形成装置を保持するマスク・テーブルＭＴを本質的に固定し、基板テーブルＷＴを移動すなわち走査しながら、放射線ビームに付与されたパターンを目標部分Ｃに投影する。このモードでは一般に、パルス化された放射線源を使用し、基板テーブルＷＴの各移動動作後に、或いは走査中に連続放射パルス間で、プログラム可能なパターン形成装置を必要に応じて更新する。この動作モードは、上記で言及した種類のプログラム可能なミラー・アレイなどのプログラム可能なパターン形成装置を利用する（マスクを使用しない）マスクレス・リソグラフィに容易に適用できる。

上記で説明した使用モードの組合せ及び／又は変形、或いは全く異なる使用モードを用いることもできる。

放射線源モジュールがパターン形成装置のレベルに位置し、且つセンサ・ユニットが基板のレベルに位置する投影系ＰＳの特性を測定するための測定系がこれまでに提案されてきた。そのセンサ・ユニットは、露光が実行される通常の様式で放射線が投影系を通過した後に放射線を受け取る。しかし、本発明らは反対方向に放射線を投影系ＰＳに通すことによって投影系の特性を等しく十分に測定することができることに気付いた。放射線の任意の特定の部分の放射線経路は本質的には可逆的であるので、いずれかの方向に放射線を通過させることによって、放射線への投影系の効果を等しく十分に再構成することができる。

本発明らによるこの認識は、先行技術の装置の問題の一部を回避することのできるパターン形成装置（レチクル）のレベルにセンサ・ユニットを位置決めすることができることを意味する。基板テーブルに実際の放射線源を設ける代わりに、投影系を介して照明系からの放射線を受け取り、且つその放射線を投影系ＰＳを通してセンサ・ユニットに再反射する反射器を備えた効果的な放射線源モジュールが使用される。

ここで、波面収差測定用のシステムに特に向けられた本発明の一実施例を記載するが、これは本発明を応用することのできる測定系の一例に過ぎない。本発明のシステムによって測定することのできる他の特性の例には、開口数、テレセントリック性、偏光の変化、及びレンズ透過プロファイルがある。

図２に示すように、リソグラフィ投影装置の照明系からの放射線を矢印ＲＡで示している。この放射線は例えばキャリア・プレートＣＰ上の不透明なクロム層内に画定された大きな開口ＡＰによって抑制される。この大きな開口ＡＰは放射線が著しくは回折しないことを意味する。次いで放射線は収差が非常に小さい状態で投影系ＰＳを通り、次に反射器ＲＦに入る。この実施例の反射器ＲＦはミラー又は反射表面などの２つの反射素子Ｒ１、Ｒ２を含む。１つ又は複数の反射素子を用いることによって、反射器は投影系ＰＳに向けて放射線を再反射するが、反射器を出る放射線がレチクル・レベルの異なる地点で結像されるように、反射器ＲＦに出入りするビームを空間的に分離するために水平にずらされた状態である。反射器ＲＦは逆反射器であってよいが、これは本質的なものではなく、放射線が以下で考察する放射線源モジュールまで案内され、投影系に向かって再び戻されるように、他の適した反射器装置及び／又は導光装置、例えば、光ファイバ、ロッド等を用いることができる。これらの装置は放射線案内装置（ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）と呼ぶこともできる。

反射器によって反射された放射線は以下でさらに説明する効果的な放射線源モジュールＳＭに入る。この実施例では、反射器ＲＦ及び放射線源モジュールＳＭは、基板テーブルＷＴに組み込まれている。しかし、放射線源モジュールＳＭ、又は放射線源モジュールＳＭ及び案内装置、或いは放射線源モジュール及び案内装置の一部のいずれかを、従来のリソグラフィ基板Ｗのように取扱い及びロードされるように埋め込まれたキャリア基板に組み込むこともできることを理解されたい。代替的に、放射線源モジュールＳＭ、又は放射線源モジュールＳＭ及び案内装置、或いは放射線源モジュール及び案内装置の一部のいずれかはウエハ・ステージ基準（ｗａｆｅｒ ｓｔａｇｅ ｆｉｄｕｃｉａｌｓ）に組み込まれてよい。

投影レンズの波面収差を測定する一測定系は「シヤリング（ｓｈｅａｒｉｎｇ）干渉計」として知られている原理を用いる。このシステムによれば放射線源モジュールから出てくる放射線のビーム（以下投影ビームと呼ぶ）の異なる部分は異なる経路に沿って投影レンズを進む。これは投影ビーム内に配置された回折素子によって達せられ得る。オブジェクト格子としても知られている格子などの回折素子が放射線を回折し拡散させるので、放射線が複数の異なる経路に沿って投影系を通過し、投影系ＰＳの瞳ＰＵの面内の投影ビームの放射線の相互コヒーレンスは少なくとも１つの方向に沿って、瞳面の２点間の予め選択された距離で極大（ｌｏｃａｌ ｍａｘｉｍｕｍ）を取る。この回折素子は格子であり得るか、又は適した大きさのフィーチャのアレイであり得、ピンホール内に設けられてよい。１つ又は複数のレンズを回折素子に関連付けることもできる。このアセンブリを全体として放射線源モジュールと呼ぶ。

放射線源モジュールＳＭの一実施例は石英ガラス板であるピンホール・プレートを備え、レチクルの場合と同様にその一方の面に不透明なクロム層を有し、このクロム層にピンホールが設けられる。放射線源モジュールＳＭは、ピンホールに投影放射線を合焦するレンズも備える。実際には、異なるフィールド位置及び異なるスリット位置のために、ピンホール及びレンズのアレイが設けられ、これらのレンズは、ピンホール・プレートと一体化することができる。理想的には、この放射線源モジュールは、投影レンズの瞳が満たされるか、又は実際にはさらに大きい範囲が満たされるように、広範囲な角度の光を生成すべきであり、好適には、瞳は均一に満たされるべきである。このレンズを使用すると、瞳よりも大きい範囲を満たすことができ、光の強度も増大する。ピンホールによって領域内の特定の場所に光が限定される。瞳を均一に満たす代替の方法は、放射線がピンホール・プレートに当たる前に拡散板（エッチングしたすりガラス・プレートなど）を使用するか、又は、（回折光学素子ＤＯＥに類似する）マイクロレンズ・アレイ又は（位相シフト・マスクＰＳＭに類似する）ホログラフィ拡散板を使用することである。このピンホールはその内部に、解像力より小さい回折フィーチャなどの何らかの構造体、例えば、格子パターン、市松模様パターンを含んでよいが、これは任意である。一般に、測定する特性の種類に応じて、放射線源モジュール（及び以下に記載の相応するセンサ・ユニット）はピンホール、レンズ、格子、波長板（ｗａｖｅｐｌａｔｅ）、拡散板、回折光学素子、及びホログラフィ素子の１つ以上の組合せを含む。

放射線源モジュールを出た後、次いで、放射線は投影系を横断し、次に結像格子として知られる、ピンホール又は格子などの回折素子ＧＲに当たる。図２を参照すると、別の回折素子ＧＲは、例えば石英で作られたキャリア・プレートＣＰに設置される。この別の回折素子は、互いに干渉させることができる、異なる回折次数を生成する「シヤリング機構」として働く。例えば、ゼロ次と１次を干渉させることができる。この干渉の結果、パターンが得られ、このパターンが検出器によって検出されて、像フィールドの個々の場所における波面収差に関する情報を明らかにすることができる。検出器ＤＴは、例えば、レジストを使用せずにパターンの像を電子的に撮像するＣＣＤ又はＣＭＯＳのカメラとできる。この回折素子ＧＲ及び検出器ＤＴは干渉センサと呼ぶことができる。この実施例では、回折素子ＧＲは、放射線源モジュールＳＭ内の最初に述べた回折素子又は拡散板に関する共役面になるように、レチクルのレベルに配置する。検出器ＤＴは回折素子素子ＧＲから離間されている。

この干渉センサは本質的に波面の空間導関数（ｓｐａｔｉａｌ ｄｅｒｉｖａｌｉｖｅ）を測定する。検出器自体は光の強度しか測定することができないが、干渉を利用して位相差パターンを強度に変換できる。ほとんどの干渉計は、干渉パターンを生成するのに２次基準ビームを必要とするが、これをリソグラフィ投影装置で実施するのは難しい。しかし、この必要のないあるクラスの干渉計として、シヤリング干渉計がある。横シヤリングの場合、波面と、横方向に変位した（シヤリングした）元の波面の複製との間に干渉が生じ、これによって横方向の変位は瞳ＰＵ内の相互コヒーレンスが極大を取る前記予め選択された距離に従って配置される。このリソグラフィ投影装置の投影レンズのある瞳では、検出器ＤＴの検出器表面と干渉させられる波面は、前記横方向の変位にわたって効果的にシヤリングされたその瞳の位置にある。干渉を最適にするためには、これらの波面は空間的に干渉性でなければならない。したがって、放射線源モジュールは投影レンズの瞳内の予め選択された波面シヤリング距離において、空間コヒーレンスの極大を提供するように配置される。選択されたシヤリング距離と異なる距離にわたってシヤリングされた波面の干渉を抑制するために、空間コヒーレンス又は相互コヒーレンスはそのような極大値を有していなければならない。この実施例では、別の回折素子ＧＲは、（投影レンズの瞳内の予め選択されたシヤリング距離に従って）波面を分割して、相互に僅かに変位した（シヤリングした）複数の波面にする。干渉は予め選択された回折次数の波の間で観察されるが、その他の回折次数の干渉は、前記所定距離以外の相互コヒーレンス距離の相対的な減少に従って低減される。この場合、ゼロ次及び＋／−１次の回折次数だけを考える。干渉パターンの強度は０と１との回折次数の位相差に関係する。強度Ｉは、以下の近似関係によって与えられることがわかる。

ここで、Ｅ_０及びＥ_１はゼロ次及び１次の回折次数についての回折効率であり、ｋは位相ステップ間隔距離、ｐは格子の周期（波数の単位で表す）、Ｗは波面収差（波数の単位で表す）、ρは瞳の場所である。シヤリング距離が小さい場合、波面の位相差は、波面の空間導関数を近似する。センサ・ユニットＳＵに関して放射線源モジュールＳＭを僅かに変位させた状態で、強度測定を連続して実施することによって、検出される放射強度が変調される（上式の位相ステップ係数ｋ／ｐが変化する）。基板テーブルＷＴ又はセンサ・ユニットＳＵのいずれかを移動させて位相−ステッピングを変えることができる。つまり、実際には、基板テーブルＷＴを移動させるのが便利である。この変調された信号の（基本周波数として格子周期を有する）最初の高調波は該当する回折次数（ゼロ次及び＋／−１次）に相当する。（瞳の場所の関数としての）位相分布は該当の波面の差に相当する。実質的に直交する２方向にシヤリングすることによって、２方向の波面の差を考える。

これらの測定値から、波面導関数を求めることができ、これによって収差のある波面自身を得ることができる。これは例えばゼルニケ係数として表すことができる。

本発明のさらなる実施例を図３に示している。この実施例によれば、拡散板ＤＦは反射器ＲＦへの入口に位置決めされている。このことは入射ビームの位相プロファイルのスクランブリング（ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ）を改善するという付加的な利点がある。拡散板による後方への散乱がある場合には、センサ・ユニットＳＵの入口地点ではなくレチクル・レベルの入口地点ＡＰにある投影系ＰＳによって結像されるであろう。

本発明の上記実施例に記載したような干渉計波面測定法に関するさらなる情報は、例えば、欧州特許１２３１５１７号及び米国特許第２００５／０００７６０２号から得ることができる。しかし、本発明は波面収差測定に限定されるものではなく、リソグラフィ装置の他の特性を測定するのに用いることができる。本発明と共に用いることのできる他の測定の例を以下の参照に示す。開口数及びテレセントリック性の情報を得るための同様の測定系の使用に関する情報は同時係属出願ＵＳＳＮ第１０／９８８８４５号から得ることができる。放射線の偏光状態に対する投影系の効果の測定に関するさらなる情報は同時係属出願ＵＳＳＮ第１１／０６５３４９号から得ることができる。

図２に示した本発明の実施例によれば、センサ・ユニットＳＵは装置内にある既存のレチクル取扱い機器を用いて、レチクルなどの通常のパターン形成装置のように正確にロード及びアンロードされ得る。このことはロード及びアンロードを迅速且つ自動的に実行することができるので、レジストでコーティングされたウエハへのレチクルパターンの露光又は露光の一群の前、間及び／又は後に必要に応じて測定を行うことができ、所望に応じてシステム性能を規則的且つ便宜的に監視且つ最適化することができることを意味する。

可撓性ワイヤを用いて装置の残りの部分にセンサ・ユニットを電気的に接続することができる。しかし、本発明の好適な実施例によれば、センサ・ユニットはリソグラフィ装置と無線でインタフェースを取る。このセンサ・ユニットは無線通信ユニットＷＣを備え、該センサ・ユニット双方向への通信は赤外線又は無線周波数リンクを介して行われる。このセンサ・ユニットは、バッテリ又は電力を発生するための適した電磁放射線源によって照射される光電池のいずれかを備えた電源ＰＳを有する。

この好適な実施例のセンサ・ユニットＳＵはデータの取得、分析及び格納用のそれ自身のＣＰＵ及びメモリをさらに備える。この場合、センサ・ユニットは完全に自立的であり、リソグラフィ投影装置内の既存のコンピュータの処理用電力を何ら必要としない。このユニットは測定を開始及び停止するためなどの基本的な同期化制御信号、計算されたゼルニケ係数などの結果の通信用の信号、及びセンサ・ユニット内で計算される他のパラメータを受け取るだけである。

本発明の上記の実施例では、特定の領域の点（すなわち、放射線源モジュールによって選択された点）における投影系の特性を測定することを説明したが、その特性は領域の点ごとに変化し得る。したがって、別の実施例ではこの変動を測定する。これは、上記方法のいずれかを用い、放射線源モジュール及びセンサを移動させて、異なる領域の点で繰り返し測定値を取得するか、且つ／又は、複数の領域の点で測定値を平行して取得し得るように複数の放射線源及びセンサを設けることによって行われる。

本発明の上記実施例のいずれかによる測定結果を用いてフィードバックを提供することができる。例えば、アクチュエータを用いてレンズ素子を調整して、測定された収差を低減、除去、或いは補償することができる。別の実施例の場合、例えば、開口数が調節可能である装置では、例えば絞りの設定を選択することによって、複数の異なる設定値における実際の開口数を測定することができ、次いで、較正されたルックアップ・テーブルを生成して、装置に応じて設定した所与の公称開口数に対して実際の開口数を得ることができる。さらに、他の結像パラメータによって、例えば、このフィールド全体にわたって照射量を変化させることによって、フィールド全体にわたる開口数の変動を補償することができる。またレンズの設計は変更してよい。

本明細書では、ＩＣの製造でリソグラフィ装置を使用することを具体的に参照することがあるが、本明細書で説明するリソグラフィ装置は、集積光学系、磁気ドメイン・メモリ用の誘導／検出パターン、フラット・パネル・ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどの製造などの他の応用が可能であることを理解されたい。このような代替応用例の状況では、本明細書で用いる「ウエハ」又は「ダイ」という用語は、それぞれ、より一般の用語である「基板」又は「目標部分」と同義とみなし得ることが当業者には理解されよう。本明細書で言及する基板は、例えば、トラック（典型的には、基板にレジストの層を塗布し、露光されたレジストを現像するツール）、計測ツール、及び／又は検査ツール内で、露光前又は露光後に処理することができる。適用可能である場合、上記その他の基板処理ツールに本明細書の開示を適用することができる。さらに、基板は、例えば多層ＩＣを生成するために２回以上処理することがあるので、本明細書で用いる基板という用語は、複数の処理済みの層を既に含む基板を指すこともある。

上記では、光リソグラフィの状況で本発明の実施例を利用することを具体的に参照したが、本発明は他の応用例で利用できることを理解されたい。

本明細書で用いる「放射」及び「ビーム」という用語は、（例えば、約３６５、２４８、１９３、１５７、又は１２６ｎｍの波長を有する）紫外（ＵＶ）放射、及び（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・ビーム又は電子ビームなどの粒子ビームを含めて、あらゆる種類の電磁放射を包含する。

「レンズ」という用語は、状況次第では、屈折型、反射型、磁気型、電磁気型、及び静電気型の光学部品を含めて種々の種類の光学部品のいずれか１つ又はこれらの組合せを指すことがある。

以上、本発明の特定の実施例を説明してきたが、上記で説明した以外の形でも本発明を実施できることを理解されたい。

上記の説明は、例示するためのものであり、限定するためのものではない。したがって、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、上記で説明した本発明に改変を加えることができることは当業者には明らかであろう。

本発明の一実施例のリソグラフィ装置を示す図である。 本発明の第１の実施例による、投影レンズ系のほかマスク・レベル及びウエハ・レベルの光学部品を示す略断面図である。 本発明の第２の実施例による、投影レンズ系のほかレチクル・レベル及びウエハ・レベルの光学部品を示す略断面図である。

符号の説明

ＡＤ 調節装置
ＡＰ 開口
ＢＤ ビーム送達系
Ｃ 基板Ｗの目標部分
ＣＯ コンデンサ
ＣＰ キャリア・プレート
ＤＦ 拡散板
ＤＴ 検出器
ＧＲ 回折素子
ＩＦ 位置センサ
ＩＬ 照明系
ＩＮ 統合器
Ｍ１、Ｍ２ マスク位置合わせマーク
ＭＡ パターン形成装置（マスク）
ＭＴ 支持構造体
ＮＡ 開口数
Ｐ１、Ｐ２ 基板位置合わせマーク
ＰＢ 放射線ビーム
ＰＭ 第１の位置決め装置
ＰＳ 投影系
ＰＵ 瞳
ＰＷ 第２の位置決め装置
Ｒ１、Ｒ２ 反射素子
ＲＦ 反射器
ＳＭ 放射線源モジュール
ＳＯ 放射線源
ＳＵ サブユニット
Ｗ 基板
ＷＣ 無線通信ユニット
ＷＴ 基板テーブル

Claims (14)

1. 放射線ビームを調整するように構成された照明系と、
   放射線ビームの断面にパターンを付与して、パターン化された放射線ビームを形成できるパターン形成装置を支持するように構築された支持体と、
   基板を保持するように構築された基板テーブルと、
   前記基板の目標部分に前記パターン化された放射線ビームを投影するように構成された投影系と、
   前記装置の少なくとも１つの特性を測定するシヤリング干渉測定系とを備え、
   前記測定系は、
   有効な放射線減を提供するための、基板テーブル・レベルにある放射線源モジュールと、
   前記投影系を通して前記放射線源モジュールから放射線を受け取って前記測定を実行する、前記支持体のレベルにあるセンサ・ユニットとを含んだ、リソグラフィ装置。
2. 前記照明系から受け取った放射線を前記放射線源モジュールまで案内して、前記測定系に前記放射線を提供する放射線案内装置をさらに備えた請求項１に記載の装置。
3. 放射線が前記放射線源モジュールを出る場所は、前記放射線案内装置によって放射線が受け取られる場所から空間的に変位されている請求項２に記載の装置。
4. 前記放射線案内装置は前記基板テーブル内に設けられた請求項２に記載の装置。
5. 前記放射線案内装置の前であるが前記投影系を出た後の前記放射線のビーム経路に位置決めされた拡散板をさらに備えた請求項２に記載の装置。
6. 前記放射線案内装置は反射器を備えた請求項２に記載の装置。
7. 前記放射線源モジュールは、前記投影レンズの瞳内の予め選択された波面シヤリング距離において空間コヒーレンスの極大を提供するように配置された請求項１に記載の装置。
8. 前記測定系は、波面収差、開口数、テレセントリック性、偏光の変動、及びレンズ透過プロファイルから成る群から選択される１つ又は複数に特性を測定するためのものである請求項１に記載の装置。
9. 前記放射線源モジュール及びセンサ・ユニットは各々、ピンホール、レンズ、格子、波長板、拡散板、回折光学素子、及びホログラフィ素子から成る群から選択される１つ又は複数の素子をさらに備えた請求項１に記載の装置。
10. 前記センサ・ユニットは前記リソグラフィ装置と通信を行う無線通信ユニットを備えた請求項１に記載の装置。
11. 前記センサ・ユニットは少なくとも１つのバッテリ及び／又は光起電力電池を含む電源を備えた請求項１に記載の装置。
12. リソグラフィ装置の特性を測定する方法であって、前記リソグラフィ装置は、
    放射線ビームを調整するように構成された照明系と、
    放射線ビームの断面にパターンを付与して、パターン化された放射線ビームを形成できるパターン形成装置を支持するように構築された支持体と、
    前記基板を保持するように構築された基板テーブルと、
    前記基板の目標部分に前記パターン化された放射線ビームを投影するように構成された投影系とを備え、
    前記測定方法は、
    前記基板テーブルのレベルにある放射線源モジュールから前記投影系を通して、前記支持体のレベルにあるセンサ・ユニットまで放射線を透過させる工程を含むリソグラフィ装置の特性を測定する方法。
13. 前記照明系から受け取った放射線は放射線案内装置によって受け取られ、前記放射線源モジュールまで案内されて前記測定系に前記放射線を提供する請求項１２に記載の方法。
14. 前記センサ・ユニットは前記リソグラフィ装置と無線通信を行う請求項１２に記載の方法。
    

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