JP2007273955A - リソグラフィ装置、キャリブレーション方法、デバイス製造方法、およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】
リソグラフィ装置におけるレベルセンサまたは高さセンサのキャリブレーションのための改良方法を提供する。
【解決手段】レベルセンサによって得られる基板位置測定のプロセス依存性を低減させるべく、複数のレベルセンサデバイスにおける測定値間の差を補い、かつ前記基板の特性に対応する、前記レベルセンサシステムについての少なくとも１つのキャリブレーション値を取得することと、少なくとも１つのキャリブレーション値に基づき、前記複数のレベルセンサデバイスを用いて、基板の表面の位置を測定する。
【選択図】なし

Description

[0001] 本発明は、リソグラフィ装置、リソグラフィ装置のためのキャリブレーション方法、リソグラフィ装置を用いたデバイス製造方法、そしてコンピュータプログラムに関する。

[0002] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板上、通常、基板のターゲット部分上に付ける機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に用いられ得る。この場合、ＩＣの個々の層上に形成される回路パターンを生成するために、マスクまたはレチクルとも呼ばれるパターニングデバイス（patterning device）が用いられ得る。このパターンは、基板（例えば、シリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば、ダイの一部、または１つ以上のダイを含む）に転写され得る。パターンの転写は通常、基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）層上への結像によって行われる。一般には、単一の基板が、連続的にパターニングされる隣接したターゲット部分のネットワーク（network）を含んでいる。公知のリソグラフィ装置としては、ターゲット部分上にパターン全体を一度に露光することにより各ターゲット部分を照射するいわゆるステッパ、およびある特定の方向（「スキャン」方向）の放射ビームによってパターンをスキャンすると同時に、この方向に平行または逆平行に基板をスキャンすることにより各ターゲット部分を照射する、いわゆるスキャナが含まれる。パターンを基板上にインプリントすることにより、パターニングデバイスから基板にパターンを転写することも可能である。

[0003] ほぼすべてのリソグラフィ装置において、レベルセンサまたは高さセンサが設けられている。このセンサは、露光中に、投影システムの下方の正しい垂直位置（高さまたはＺ）かつ正しい傾斜角（Ｒｘ＆Ｒｙ）に基板が位置づけられるように、固定基準（fixed reference）に対する基板の上面の位置を測定して、マスク像がイメージフィールド全域にわたって基板上に正確に合焦されるようにする。このプロセスは一般に「レベリング」といい、「オンザフライ」または「オフアクシス」で実行できる。オンザフライレベリングでは、レベルセンサは、露光の間または直前に投影システムの真下にある基板の上面の位置を測定し、フィードバックループは、必要に応じて基板の高さおよび傾斜を調整する。軸外レベリングでは、露光対象の基板の表面輪郭（surface contour）が事前にマッピングされ（通常は、投影システムの光学軸から離れて配置されるレベルセンサの下方にある基板をスキャンすることによって、但し原則的には、軸上に取り付けられたレベルセンサで実行することができる）、そして１回の露光または一連の複数回の露光のための、基板テーブルの高さおよび傾斜の設定値（set point）、および／または投影システムの調整可能エレメントの設定値が、事前に計算される。

[0004] レベルセンサには、光センサや容量センサなど、様々なタイプがある。光センサでは、光ビームが基板上に誘導され、反射光が検出される。その後、基板表面の垂直位置は、例えば、センサ上の反射光の位置を判断するなどの様々な方法で導き出すことができる。容量センサでは、二つの表面間のキャパシタンスが両面の間の距離に依存するという事実を用いて、基板表面の高さが検出される。オフアクシスレベリング機構（off-axis leveling scheme）および光学レベルセンサのさらなる詳細は、ＥＰ−Ａ−１０３７１１７に記載されており、この書類は参照することによりその全体が本明細書に組み込まれている。

[0005] 一般に、オンザフライレベリングまたは軸外レベリングのどちらが用いられるかに拘らず、また光センサまたは容量センサのどちらが用いられるかに拘らず、レベル感知システムは、大抵の場合複数の分離型感知デバイスを用いて、基板表面上の数個のポイントの高さおよび／または傾斜を同時に測定するように構成されている。オンザフライレベリングでは、これは傾斜情報を導き出すために必要であり、軸外レベリングでは、これは高さマップ（height map）を生成するためにかかる時間を短縮する。従って、異なる感知デバイス毎にキャリブレーションすることが必要である。従来これは、平坦であると考えられる、もしくはその表面の輪郭が正確にわかっている基準ウェーハを用いて行われる。

[0006] リソグラフィ装置におけるレベルセンサまたは高さセンサのキャリブレーションのための改良方法を提供することが望ましい。

[0007] 本発明の一態様に従い、基板の表面の位置を当該表面上のそれぞれのポイントで測定するように構成された複数のレベルセンサデバイスを備えるレベルセンサシステムを有するリソグラフィ装置を用いたデバイス製造方法であって、前記複数のレベルセンサデバイス同士の間の差を補い、かつ前記基板の特性に対応するキャリブレーション値である、前記レベルセンサシステムについての少なくとも１つのキャリブレーション値を取得することと、前記レベルセンサデバイスを用いて、かつ前記キャリブレーション値に基づき、特性を有する基板の表面の位置を測定することと、前記基板の表面の前記測定された位置を基準にして、前記基板を露光することとを備える、デバイス製造方法が提供される。

[0008] 本発明の一態様に従い、基板の表面の位置を当該表面上のそれぞれのポイントで測定するように構成された複数のレベルセンサデバイスを備えるレベルセンサシステムを有するリソグラフィ装置におけるキャリブレーション方法であって、前記レベルセンサデバイスのそれぞれを用いて、前記基板の表面上の複数のポイントの、所定方向での位置を測定することを含み、前記基板はその上に、所定の特性を有する修正された表面層を有する、キャリブレーション方法が提供される。

[0009] 本発明の一態様に従い、基板の表面の位置を当該表面上のそれぞれのポイントで測定するように構成された複数のレベルセンサデバイスを含むレベルセンサシステムを有するリソグラフィ装置であって、当該レベルセンサシステムは、前記レベルセンサデバイスの実測値を位置値に関係付けるモデルと、キャリブレーション値を測定対象の基板の表面層の特性に依存する数学モデルに適用するように構成されたキャリブレーションユニットとを含む、リソグラフィ装置が提供される。

[0010] 本発明の一態様に従い、基板の表面の位置を当該表面上のそれぞれのポイントで測定するように構成された複数のレベルセンサデバイスを含むレベルセンサシステムを有するリソグラフィ装置を制御するためのプログラムコードを含むコンピュータプログラムであって、前記複数のレベルセンサデバイス同士の間の差を補い、かつ前記基板の特性に対応するキャリブレーション値である、前記レベルセンサシステムについての少なくとも１つのキャリブレーション値を取得することと、前記レベルセンサデバイスを用いて、かつ前記キャリブレーション値に基づき、特性を有する基板の表面の位置を測定することと、前記基板の表面の前記測定された位置を基準にして、前記基板を露光することとを含むデバイス製造方法を実行するためのコンピュータプログラムが提供される。

[0011] 本発明のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の概略図を参照して以下に説明する。これらの図面において、同じ参照符号は、対応する部分を示す。

[0017] 図１は、本発明の一実施形態で使用できるリソグラフィ装置を概略的に示す。このリソグラフィ装置は、放射ビームＢ（例えば、紫外光（ＵＶ）またはＤＵＶ放射）を調整するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを支持するように構成され、かつ特定のパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置付けることができるように構成された第１位置決めデバイスＰＭに連結されている、支持構造体（例えば、マスクテーブル）ＭＴと、基板（例えば、レジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構成され、かつ特定のパラメータに従って基板を正確に位置付けることができるように構成された第２位置決めデバイスＰＷに連結されている、基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴと、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付けられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば、１つ以上のダイを含む）上に投影するように構成されている、投影システム（例えば、屈折投影レンズシステム）ＰＬとを含む。

[0018] 照明システムとしては、放射を誘導し、形成し、あるいは制御するために、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、またはその他の型の光学コンポーネント、あるいはそれらのあらゆる組合せなどのさまざまな型の光学コンポーネントを含むことができる。

[0019] 支持構造体は、パターニングデバイスを支えるもの、すなわちその重量を支持するものである。支持構造体は、パターニングデバイスの配向、リソグラフィ装置の設計、および、パターニングデバイスが真空環境内で保持されているかいないかなどといった他の条件に応じた態様で、パターニングデバイスを保持する。支持構造体は、機械式、真空式、静電式またはその他のクランプ技術を使って、パターニングデバイスを保持することができる。支持構造体は、例えば、必要に応じて固定または可動式にすることができるフレームまたはテーブルであってもよい。支持構造体は、パターニングデバイスを、例えば、投影システムに対して所望の位置に確実に置くことができる。本明細書において使われる「レチクル」または「マスク」という用語はすべて、より一般的な「パターニングデバイス」という用語と同義であると考えるとよい。

[0020] 本明細書において使われる「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分内にパターンを作り出すように放射ビームの断面にパターンを付けるために使うことができるあらゆるデバイスを指していると広く解釈されるべきである。なお、放射ビームに付けたパターンは、例えば、そのパターンが位相シフト特徴またはいわゆるアシスト特徴を含む場合、基板のターゲット部分内の任意のパターンに正確に一致しない場合もある。通常、放射ビームに付けたパターンは、集積回路などの、ターゲット部分内に作り出されるデバイス内の特定機能層に対応することになる。

[0021] パターニングデバイスは、透過型であっても、反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルが含まれる。マスクは、リソグラフィでは公知であり、バイナリ、Alternating位相シフト、および減衰型位相シフトなどのマスク型、ならびに種々のハイブリッドマスク型を含む。プログラマブルミラーアレイの一例では、小型ミラーのマトリックス配列が用いられており、各小型ミラーは、入射する放射ビームがさまざまな方向に反射するように、個別に傾斜させることができる。傾斜されたミラーは、ミラーマトリックスによって反射される放射ビームにパターンを付ける。

[0022] 本明細書において使われる「投影システム」という用語は、使われている露光放射にとって、あるいは液浸液の使用または真空の使用といった他の要因にとって適切な屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁型、および静電型光学システム、またはそれらのあらゆる組合せを含むあらゆる型の投影システムを包含していると広く解釈されるべきである。本明細書において使われる「投影レンズ」という用語はすべて、より一般的な「投影システム」という用語と同義であると考えるとよい。

[0023] 本明細書に示されているとおり、リソグラフィ装置は、透過型のもの（例えば、透過型マスクを採用しているもの）である。また、リソグラフィ装置は、反射型のもの（例えば、上記に言及したプログラマブルミラーアレイを採用しているもの、または反射型マスクを採用しているもの）であってもよい。

[0024] リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）以上の基板テーブル（および／または２つ以上のマスクテーブル）を有する型のものであってもよい。そのような「マルチステージ」マシンにおいては、追加のテーブルを並行して用いてよく、または予備工程を１つ以上のテーブル上で実行しつつ、別の１つ以上のテーブルを露光用に使うこともできる。

[0025] また、リソグラフィ装置は、投影システムと基板との間の空間を満たすような比較的高屈折率を有する液体、例えば、水によって基板の少なくとも一部を覆うことができる型のものであってもよい。さらに、リソグラフィ装置内の、例えば、マスクと投影システムとの間の別の空間に液浸液を加えてもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させるための技術においてよく知られている。本明細書において使われている「液浸」という用語は、基板のような構造物を液体内に沈めなければならないという意味ではなく、どちらかといえば、露光中、投影システムと基板との間に液体があるという意味でしかない。

[0026] 図１を参照すると、イルミネータＩＬは、放射ソースＳＯから放射ビームを受ける。例えば、放射ソースがエキシマレーザである場合、放射ソースとリソグラフィ装置は、別個の構成要素であってもよい。そのような場合には、放射ソースは、リソグラフィ装置の一部を形成しているとはみなされず、また、放射ビームは、放射ソースＳＯからイルミネータＩＬへ、例えば、適切な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダを含むビームデリバリシステムＢＤを使って送られる。その他の場合においては、例えば、放射ソースが水銀灯である場合、放射ソースは、リソグラフィ装置の一体型部品とすることもできる。放射ソースＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要ならばビームデリバリシステムＢＤとあわせて放射システムと呼んでもよい。

[0027] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調節するためのアジャスタＡＤを含むことができる。一般に、イルミネータの瞳面内の強度分布の少なくとも外側および／または内側半径範囲（通常、それぞれσ-outerおよびσ-innerと呼ばれる）を調節することができる。さらに、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯといったさまざまな他のコンポーネントを含むことができる。イルミネータを使って放射ビームを調整すれば、放射ビームの断面に所望の均一性および強度分布をもたせることができる。

[0028] 放射ビームＢは、支持構造体（例えば、マスクテーブルＭＴ）上に保持されているパターニングデバイス（例えば、マスクＭＡ）上に入射して、パターニングデバイスによってパターン形成される。マスクＭＡを通り抜けた後、放射ビームＢは、投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームの焦点をあわせる。第２位置決めデバイスＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、または容量センサ）を使って、例えば、さまざまなターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路内に位置付けるように、基板テーブルＷＴを正確に動かすことができる。同様に、第１位置決めデバイスＰＭおよび別の位置センサ（図１には明示的に示されていない）を使い、例えば、マスクライブラリからマスクを機械的に取り出した後またはスキャン中に、マスクＭＡを放射ビームＢの経路に対して正確に位置付けることもできる。通常、マスクテーブルＭＴの移動は、第１位置決めデバイスＰＭの一部を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）を使って達成することができる。同様に、基板テーブルＷＴの移動も、第２位置決めデバイスＰＷの一部を形成するロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールを使って達成することができる。ステッパの場合は（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴは、ショートストロークアクチュエータのみに連結されてもよく、または固定されてもよい。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマーカＭ１およびＭ２と、基板アライメントマーカＰ１およびＰ２とを使って、位置合わせされてもよい。例示では基板アライメントマーカが専用ターゲット部分を占めているが、基板アライメントマーカをターゲット部分とターゲット部分との間の空間内に置くこともできる（これらは、けがき線（scribe-lane）アライメントマーカとして公知である）。同様に、複数のダイがマスクＭＡ上に設けられている場合、マスクアライメントマーカは、ダイとダイの間に置かれてもよい。

[0029] 例示の装置は、以下に説明するモードのうち少なくとも１つのモードで使用できると考えられる。

[0030] ステップモードにおいては、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを基本的に静止状態に保ちつつ、放射ビームに付けられたパターン全体を一度に（すなわち、単一静止露光）ターゲット部分Ｃ上に投影する。基板テーブルＷＴは、つぎにＸおよび／またはＹ方向に移動され、それによって別のターゲット部分Ｃが露光されることが可能になる。ステップモードにおいては、露光領域の最大サイズによって、単一静止露光時に結像されるターゲット部分Ｃのサイズが限定される。

[0031] スキャンモードにおいては、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを同期的にスキャンする一方で、放射ビームに付けられたパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、単一動的露光）。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＳの（縮小）拡大率および像反転特性によって決めるとよい。スキャンモードにおいては、露光領域の最大サイズよって、単一動的露光時のターゲット部分の幅（非スキャン方向）が限定される一方、スキャン動作の長さによって、ターゲット部分の高さ（スキャン方向）が決まる。

[0032] 別のモードにおいては、プログラマブルパターニングデバイスを保持しつつ、マスクテーブルＭＴを基本的に静止状態に保ち、また基板テーブルＷＴを動かし、またはスキャンする一方で、放射ビームに付けられているパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する。このモードにおいては、通常、パルス放射源が採用されており、さらにプログラマブルパターニングデバイスは、基板テーブルＷＴの移動後ごとに、またはスキャン中の連続する放射パルスと放射パルスとの間に、必要に応じて更新される。この動作モードは、前述の型のプログラマブルミラーアレイといったプログラマブルパターニングデバイスを利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。

[0033] 上述の使用モードの組合せおよび／または変形実施例、あるいは完全に異なる使用モードもまた採用可能である。

[0034] リソグラフィ装置は、エッチング、堆積、イオンインプランテーションなどの工程を実行するプロセス装置を含むリソクラスタ（lithocluster）に含まれてよく、また、製造プラントまたは工場は、装置間で基板を自動的に移送する装置若しくはシステムを含んでいる。クラスタもしくは工場は、コンピュータ制御されてもよい。

[0035] リソグラフィ装置はレベルセンサ１０も含み、このレベルセンサ１０は図２に示されており、さらにセンサの操作の態様を示す図２Ａないし図２Ｇを参照して以下に説明される。

[0036] レベルセンサ１０は、測定ビームｂ_ＬＳをウェーハＷ（またはその垂直位置が測定されている時の物理的基準面、またはいずれかの反射面）上に誘導するビーム生成ブランチ（branch）１１と、ウェーハ面の垂直位置に依存する、反射ビームの位置を測定する検出ブランチ１２とを含む。

[0037] ビーム生成ブランチでは、測定ビームは光源１１１（発光ダイオードまたはレーザーダイオードのアレイでもよい）によって生成され、またはその他の場所で生成されて、光ファイバーを用いて「イルミネータ」１１１まで送られる。光源１１１から放出されるビームは、ウェーハ表面からの干渉効果の波長依存性（特にいくつかのプロセス工程が完了した後のもの）を平均化するため、例えば約６００ｎｍ〜１０５０ｎｍの広帯域波長を含むことが好ましい。適切に組み合わされたレンズとミラーを含み得る照明光学部品１１２が、光源１１１から放出された光を集め、投影格子１１３を均一に照らす。投影格子１１３は、図２Ａにより詳細に示されており、軸に平行な格子線を有し、分割されて個別／離散したスポットのアレイを生成するようしてもよい、細長い格子１１３ａと、ウェーハ上のメイン検出スポットアレイの前方のキャプチャスポットを形成する追加開口部１１３ｂとからなる。格子周期は、一つには、ウェーハ表面位置が測定される精度によって決まり、例えば約３０μｍでもよい。ウェーハに投影された格子線がどのウェーハ座標軸にも平行にならないように、投影格子は、その光学軸を中心にして少し回転させて位置づけられて、ｘ方向またはｙ方向に沿ったウェーハ上の構造物との干渉を避ける。

[0038] 投影レンズ１１４とは、ウェーハＷに投影格子１１３の像を投影するテレセントリック系である。投影レンズ１１４は、投影像の色収差を最小限に抑えるかまたは避けるために、基本的に反射光学エレメントからなるか、または反射光学エレメントのみからなることが好ましい。投影ビームは広帯域であるため、これらは屈折光学システムでは容易には除去または補償されない。折りたたみミラー１１５、１１６を用いて、投影ビームｂ_ＬＳを投影レンズ１１４の中へ、そして外へと導き、ビーム生成ブランチのコンポーネントの都合の良い配列を可能とする。

[0039] 図２Ｂに示されるように、投影ビームｂ_ＬＳは、法線に対して極めて大きい角度α（例えば６０°〜８０°の範囲）でウェーハに入射し、検出ブランチ１２内へと反射する。ウェーハ表面ＷＳの位置が、位置ＷＳ'まで距離Ｄｈだけずれた場合、反射ビームｒ’はビームｒに対して距離２Ｄｈ.ｓｉｎ（α）だけずれる。図２Ｂは、ウェーハ表面上の像の外観も示している。入射角が大きいため、像は格子線に垂直に広がっている。

[0040] 反射ビームは検出光学部品１２１によって集光され、検出格子１２６上で合焦される。この検出格子１２６は、投影格子１１３と概ね同じであることが好ましく、かつスポットアレイパターンに対応するように細分される。検出光学部品１２１は、投影光学部品１１４を直接的に補うものであり、また 色収差を最小限に抑えるために、基本的に反射エレメントからなるか、または反射エレメントのみからなることが好ましい。ここでも、コンポーネントの都合の良い配列を可能にするように、折りたたみミラー１２２、１２３を用いてよい。検出光学部品１２１と検出格子１２６との間には、光を４５°に偏光させるために直線偏光子１２４と、格子線に垂直なシヤーを、光の水平偏光コンポーネントと垂直偏光コンポーネントとの間の格子周期と大きさが等しくなるようにさせる複屈折性結晶１２５が配される。図２Ｃは、複屈折性結晶を用いない検出格子１２６で見られるであろうビームを示している。これは一連の交互な光と暗帯であり、ここで明帯は４５°に偏光された光を表している。複屈折性結晶１２５は、水平偏光コンポーネントの明帯が垂直偏光コンポーネントの暗帯を満たすように、水平偏光状態と垂直偏光状態のシフトをもたらす。従って、図２Ｄに示されるように、検出格子１２６での照明は強度が均一であるが、格子１２６に入射する光は実際には、交互の水平偏光状態と垂直偏光状態の縞からなる。図２Ｅは、ウェーハ表面の垂直位置に依存する、上記パターンに重ねられた検出格子１２６を示している。ウェーハが公称ゼロの垂直位置にある場合、検出格子１２６は、１つの偏光状態の明帯の半分と、他の偏光状態の半分に重なって遮断する。

[0041] 検出格子１２６が通した光は変調光学部品１２７によって集光され、ディテクタ１２８上で合焦される。変調光学部品は、２つの偏光状態を交互に通過させるための、例えば約５０ｋＨｚの周波数の交互な信号によって駆動される偏光変調デバイスを含む。従って、ディテクタ１２８によって見られる像では、図２Ｆに示される２つの状態が交互に生じる。ディテクタ１２８は、複数のスポット（その高さが測定対象となる）の配列に対応するいくつかの領域に分割される。ディテクタ１２８の一つの領域の出力が図２Ｇに示されている。これは、変調光学部品の周期と等しい周期の交互信号であり、振動の振幅は、検出格子上の投影格子の反射像のアライメントの程度、すなわちウェーハ表面の垂直位置を示している。上述のとおり、ウェーハ表面が公称ゼロ位置にある場合、検出格子１２６は、垂直偏光状態の半分と水平偏光状態の半分を遮断する。この場合、変調光学部品１２７は、ディテクタ１２８に入射する光の強度に一切影響を与えない。なぜならば格子１２６から出る垂直偏光コンポーネントと水平偏光コンポーネントの両方は等しいからである。よって、ディテクタ領域によって出力された振動信号（oscillating signal）の測定振幅はゼロである。ウェーハ表面の垂直位置がゼロ位置から離れると、検出格子１２６は、例えば水平偏光帯のような一つのコンポーネントより多くを通過させ、垂直偏光帯をより多く遮断する。したがって、振動の振幅は増加する。振動の振幅は、ウェーハ表面の垂直位置の測定値（measure）であるが、ナノメートルでのウェーハ表面の垂直位置については、直接の直線関係を有してはいない。しかしながら、測定された振幅と垂直ウェーハ位置との間の関係を設定する（そして必要であれば定期的にリキャリブレーションする）ために、装置の初期設定において補正表または式を直ちに決定することができる。過去においては、キャリブレートされたＺ干渉計およびキャリブレートされていないレベルセンサ１０を用いて、基板テーブルの様々な垂直位置でベアシリコンウェーハの表面の一定の高さを測定することによって、キャリブレーションが行われてきた。このキャリブレーションは、異なるディテクタ領域間の差を決定することも含み、相対的スポットオフセット高さ（relative spot offset height）として知られている。これらオフセットは、レベルセンサの光学部品、基準および検出格子のアライメント、ディテクタ領域などにおける補正不可能な差異（uncorrectable variation）から生じるものであり、２つの異なるディテクタスポットを用いて同じ高さを測定した場合に、異なる結果が得られるという効果がある。

[0042] 本発明者は、高さまもしくはレベルセンサシステムが、名目上同一のものであっても複数のセンサデバイスを含む場合、高さ測定における既知のプロセス依存性に加え、レベルセンサデバイス間のオフセットが、測定される表面の下にある構造および材料の変化とともに変動し得ることを見出した。例えば、上述のような光センサに関しては、ウェーハの位置のずれに加えて、上面の下の層の境界からの反射が、センサ出力に変化をもたらす可能性があり、これが誤差につながる。これらの誤差は、下位層の厚さや材料に従って変わる。これは図３に示されており、図３は、レベルセンサ出力における平均誤差および著しい誤差が、測定対象であるウェーハに塗布されたレジストコーティングの厚さに対応してどのように変動するかを示している。この種の現象は一般的に「プロセス依存性」称される。なぜならば、高さ測定が、基板に適用された前のプロセスに左右されるからである。

[0043] 図３では、各折線は、上述のタイプのレベルセンサにおける様々なスポットを用いて、それぞれ１つのレジストの厚さで計測された一連の約８つの公称高低差測定（nominal height difference measurement）を表している。各折線に対応する実際の高低差は、対応する折線の上または下に延びているより長い２本の曲線の正方形の記号で表されている。レジストの厚さが変わるごとに、スポットとスポットの間のオフセットが兆候および大きさ（sign and magnitude）の双方で大きく変化すること、およびこれらの変化は明らかに体系的ではないことがわかる。言い換えると、１つのレジスト厚さで、第１のスポット位置は第２のスポット位置よりも大きい高さの差をもたらすかもしれず（例えば、約200auのレジスト厚さでの５番目のデータポイントと８番目のデータポイントとを比較していただきたい）、その一方で、他のレジスト厚さでは、第１のスポット位置は第２のスポット位置よりも小さい高低差をもたらす（例えば、約450auのレジスト厚さでの５番目のデータポイントと８番目のデータポイントとを比較していただきたい）。発明者らは、レジストタイプによって、また、レジストの下方にある層、反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）および処理層双方の変化によって、スポットオフセットが変化しうるということも見出した。

[0044] 図３に示されるデータは光センサ測定に基づくものであるが、容量センサなどのその他のセンサも、基板の表面領域に対して感応性がある。従って、レジスト厚さの変化などの基板表面層における変化、または金属層の追加は、固定位置に保持されている基板の見掛け上の位置を変える可能性があり、よって、測定が光学的方法かまたは容量的方法のいずれによって行われたかに拘らず、基板の高さなどの特性の測定における実質的な誤差を生じ得る。

[0045] この課題に対処するために、本発明の一実施形態では、ベアシリコン基準ウェーハを用いて実行されるレベルセンサスポットの最初のまたは定期的に繰り返されるキャリブレーションに頼るより、むしろレジストおよび／または下位層のタイプおよび／または厚さの違いに関するオフセット（キャリブレーション）値が決定される。製造中の高さ測定については、測定対象である基板上の実際の層構造にとって適切なオフセット値が用いられる。本発明者らは、過去に用いられた正しくないオフセット値が、エッジダイ（edge die）において約７〜１５ｎｍの焦点誤差、そして場合によっては最高４５ｎｍの焦点誤差をもたらしたことを見出した。ここで、エッジダイとは、すなわち、基板に完全には適合しないダイであるが、それでもなお、ダイの一部が完全なデバイスを含んでいるため、またはエッジダイに隣接するダイの処理変化および基板のそりを回避するために、結像されるダイのことである。このような焦点誤差は、本発明によって回避可能で有る。

[0046] 本発明の一実施形態にかかるデバイス製造方法のフローチャートが図４に示されている。第１の工程Ｓ１では、レジストコート基板に適切なレベルセンサ（ＬＳ）１０のキャリブレーション値（例えばスポットオフセット）が取得される。このキャリブレーション値の取得は、これから露光しようとする基板、例えばバッチまたはロットの中の１番目の基板、にキャリブレーション手順（後述）を実行し、事前に行われたマルチキャリブレーションから得られた表またはデータベースから値を調べ、格納された値から内挿および／または外挿することによって、またはこれらのアプローチを組み合わせることによって、実行可能である。事前に格納されたキャリブレーション値は、使用する予定の特定の装置でマルチキャリブレーションを行うことによって取得してもよく、または特定の装置でのキャリブレーションと、同等の装置で行われた測定とを組み合わせることによって計算してもよい。

[0047] 一般に、キャリブレーション値は、基板表面の内、若しくは基板表面上の層のあらゆる関連特性に関連して選択してもよい。例えば、特性は層の厚さに関するものでもよく、キャリブレーション値は、その層の公称厚さ（nominal thickness）に基づいて、またはその層の厚さ値の範囲について選択してもよい。あるいはまたはさらに、特性は、そのトポロジー（三次元構造）の層の材料に関するものでもよい。層は、レジスト、反射防止コーティング、または生成物層（product layer）であってもよい。

[0048] 次に、工程Ｓ２では、レジストコート製造基板の高さマップが測定され、工程Ｓ３では、例えば上記に言及されたＥＰ−Ａ−１０３７１１７で説明されている手順を用いて、基板テーブルＷＴの設定値および／または投影システムＰＳの関連する調節可能なパラメータが計算される。その後、工程Ｓ４では、製造露光が進められる。１つの基板への露光が完了した後、大抵の場合は、追加の基板が露光される。工程Ｓ５では、追加の基板が露光されるか否かが判断され、追加の基板が露光される場合には、工程Ｓ６において、次の基板が異なるバッチのものであるか、かつ／または異なるレジストタイプおよび／または厚さを有するものであるかを判断する。次の基板が同じバッチのものである場合（つまりその結果として一般的には、当該基板が同じレジストタイプおよび厚さを有しているということになる）、または異なるバッチであるがレジストタイプおよび厚さが同じである場合、レベルセンサについての同じキャリブレーション値を用いて、高さマッピング、計算および露光の工程Ｓ２〜Ｓ５を引き続き行うことができる。しかし、バッチレジストタイプまたはレジスト厚さに変化がある場合には、プロセスは工程Ｓ１に戻り、ここで新しいレジストタイプおよび／または厚さについて新しい１組のキャリブレーション値が取得されてから、この新しい基板に対して高さマッピング、計算および露光の工程Ｓ２〜Ｓ５が実行される。ここで留意すべき点として、キャリブレーション値の新しい組み合わせの決定が、スループットを失うことなく実行された場合、またはスループットの損失が、得られた収量増加について許容可能なものである場合には、バッチ、レジストタイプまたは厚さに変化があるか否かに拘らず、各製造基板についてレベルセンサのリキャリブレーションを実行可能である。何らかの理由で、レジストタイプまたは厚さまたは下位構造が、１つの基板全体において、レベルセンサキャリブレーションに影響を与えるのに十分なほど変化する場合、当該基板の様々な部分の高さを測定するにあたって、異なるレベルセンサキャリブレーション値が用いられて良い。

[0049] キャリブレーション値を決定する方法が図５に示されている。図５に概要が記されている手順は、ベア基準基板ではなくレジストコート基板が使用されるという点で、従来の手順とは異なっている。図５に示される方法には、３つの工程がある。工程Ｓ１１では、基板は、該当するタイプおよび厚さのレジスト層でコーティングされる。２番目に工程Ｓ１２では、複数のポイントの高さが測定され、各ポイントは、キャリブレーションされるセンサシステムの中の各センサデバイスまたはスポットによって測定される。そして３番目に工程Ｓ１３では、キャリブレーション値は測定データから計算される。

[0050] キャリブレーションデータのライブラリを取得しようとしている場合、キャリブレーションのために使用される基板は、レジストが取り除かれ、新しいレジストのタイプまたは厚さで再コーティングされた基準基板であってもよい。あるいは、各基板、複数の基板のバッチ、または一連の類似のバッチについてキャリブレーション値が決められる場合、これから露光する製造基板を用いてもよい。測定対象である複数のポイントは、統計的に有効な結果を確保するために十分に大きいことが好ましく、かつダイ全体に広がっていてもよい。また、各センサデバイスの測定範囲全体にわたってあらゆる変化（variation）を判断するために、センサに対して異なる垂直位置にある基板テーブルで、いくつかまたはすべてのセンサデバイスを用いて、各ポイントにつき数回測定を行うことが望ましい。どのようにしてキャリブレーション値が計算されるかは、これらキャリブレーション値がレベルセンサモデルにおいてどのように使用されるかによって決まる。しかしながら、相対的スポット高さオフセットは、１つのセンサデバイスを基準に指定し、そしてそれぞれのデバイスに関しては、各ポイントについて当該センサデバイスが測定した高さと基準デバイスが測定した高さとの差の平均値を計算することによって、決定することができる。あるいは、追加のセンサ（おそらく空気マイクロメータなどの異なるタイプのセンサ）を基準として使用してもよい。

[0051] 本発明の方法を実施するためのソフトウェアが、新たに構築されたリソグラフィ装置の制御システムの中に含まれてもよく、または既存の装置に適用されるアップグレード版としてコーディング、すなわち改変されてもよい。

[0052] 光学リソグラフィの関連での本発明の実施形態の使用について上述のとおり具体的な言及がなされたが、当然のことながら、本発明は、他の用途、例えば、インプリントリソグラフィィに使われてもよく、さらに状況が許すのであれば、光学リソグラフィに限定されることはない。インプリントリソグラフィにおいては、パターニングデバイス内のトポグラフィによって、基板上に創出されたパターンが定義される。パターニングデバイスのトポグラフィは、基板に供給されたレジスト層の中にプレス加工され、基板上では、電磁放射、熱、圧力、またはそれらの組合せによってレジストは硬化される。パターニングデバイスは、レジストが硬化した後、レジスト内にパターンを残してレジストの外へ移動される。

[0053] 本明細書で使われている「放射」および「ビーム」という用語は、紫外光（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長またはおよそこれらの値の波長を有する）、および極端紫外光（ＥＵＶ）放射（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、ならびにイオンビームや電子ビームなどの微粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射を包含している。

[0054] 「レンズ」という用語は、文脈によっては、屈折、反射、磁気、電磁気、および静電型光学コンポーネントを含むさまざまな種類の光学コンポーネントのどれか１つまたは組合せを指すことができる。

[0055] 以上、本発明の具体的な実施形態を説明してきたが、本発明は、説明された方法以外の別の方法で実行可能であることが明らかである。例えば、本発明は、前述の開示された方法を記載した機械読取可能命令の１つ以上のシーケンスを包含するコンピュータプログラムの形式、またはこのようなコンピュータプログラムを格納したデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気または光学ディスク）を採用することもできる。

[0056] 上記の説明は、限定的なものではなく例示を意図したものである。したがって、当業者には明らかなように、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本記載の発明に変更を加えることもできる。

[0012] 図１は、本発明の一実施形態にかかるリソグラフィ装置を示している。 [0013] 図２、および図２（Ａ）ないし図２（Ｇ）は、図１のリソグラフィ装置に包含されるレベルセンサを示している。 [0014] 図３は、レジスト厚さに対するセンサ−センサの高さ測定の変動を示すグラフである。 [0015] 図４は、本発明の一実施形態にかかるデバイス製造方法を示している。 [0016] 図５は、本発明の一実施形態にかかるキャリブレーション方法を示している。

Claims (23)

1. 基板の表面の位置を当該表面上のそれぞれのポイントで測定するように構成された複数のレベルセンサデバイスを備えるレベルセンサシステムを有するリソグラフィ装置、を用いたデバイス製造方法であって、
   前記複数のレベルセンサデバイスにおける測定値間の差を補い、かつ前記基板の特性に対応する、前記レベルセンサシステムについての少なくとも１つのキャリブレーション値を取得することと、
   前記少なくとも１つのキャリブレーション値に基づき、前記複数のレベルセンサデバイスを用いて、基板の表面の位置を測定することと、
   前記基板の表面の前記測定された位置に基づき、前記基板を露光することと
   を含む方法。
2. 前記特性は、前記表面の中または上に配された層の厚さに関係する、請求項１に記載の方法。
3. 前記特性は、前記層の公称厚さ値である、請求項２に記載の方法。
4. 前記特性は、前記層の厚さ値の範囲である、請求項２に記載の方法。
5. 前記層とは、レジスト、反射防止コーティング、および生成物層からなる群から選択される層である、請求項２に記載の方法。
6. 前記特性は、前記表面の中または上に配された層の材料特性に関連する、請求項１に記載の方法。
7. 前記層とは、レジスト、反射防止コーティング、および生成物層からなる群から選択される層である、請求項６に記載の方法。
8. 前記特性は、前記表面の中または上に配された層のトポグラフィに関連する、請求項１に記載の方法。
9. 前記少なくとも１つのキャリブレーション値を取得することは、前記特性を有するレジスト層が前記基板上に配される時に、キャリブレーションプロセスを実行することを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記キャリブレーションプロセスは、前記レベルセンサデバイスのそれぞれを用いて、前記基板の公称面に垂直な方向で前記基板の表面上の複数のポイントの位置を測定することを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記少なくとも１つのキャリブレーション値を取得することは、異なる特性に対応するキャリブレーション値の表で、キャリブレーション値を調べることを含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記少なくとも１つのキャリブレーション値を取得することは、その前記特性がパラメータである数学モデルを用いて、前記少なくとも１つのキャリブレーション値を計算することを含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記レベルセンサデバイスは、光センサである、請求項１に記載の方法。
14. 前記レベルセンサデバイスは、容量センサである、請求項１に記載の方法。
15. 前記レベルセンサデバイスは、空気マイクロメータである、請求項１に記載の方法。
16. 少なくとも１つの基板の表面の位置を当該表面上のそれぞれのポイントで測定するように構成された複数のレベルセンサデバイスを備えるレベルセンサシステムを有するリソグラフィ装置、におけるキャリブレーション方法であって、
    前記レベルセンサデバイスのそれぞれを用いて、前記少なくとも１つの基板の表面上の複数のポイントの位置を所定方向で測定することを有し、前記少なくとも１つの基板はその上に、所定の特性を有する修正された表面層を有する、キャリブレーション方法。
17. 前記修正された表面層は、レジスト、反射防止コーティング、および生成物層からなる群のうちの少なくとも１つを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記所定の特性は、厚さの範囲である、請求項１６に記載の方法。
19. 前記所定の特性は、公称厚さ値である、請求項１６に記載の方法。
20. 前記特性は、レジストタイプである、請求項１６に記載の方法。
21. 前記少なくとも１つの基板は、複数の基板を備え、当該複数の基板のうちの第１の基板に関連する前記所定の特性は、前記複数の基板のうちの第２の基板に関連する前記所定の特性とは異なる、請求項１６に記載の方法。
22. 基板の表面の位置を当該表面上のそれぞれのポイントで測定するように構成された複数のレベルセンサデバイスを備えるレベルセンサシステムを有するリソグラフィ装置であって、当該レベルセンサシステムは、前記レベルセンサデバイスの実測値を位置値に関係付けるモデルと、キャリブレーション値を当該モデルに適用するように構成されたキャリブレーションユニットとを含み、当該キャリブレーション値は、測定対象の基板の表面層の特性に依存する、リソグラフィ装置。
23. 基板の表面の位置を当該表面上のそれぞれのポイントで測定するように構成された複数のレベルセンサデバイスを備えるレベルセンサシステムを有するリソグラフィ装置、を制御するためのプログラムコードを含むコンピュータプログラムであって、
    前記複数のレベルセンサデバイスにおける測定値間の差を補い、かつ前記基板の特性に対応するキャリブレーション値である、前記レベルセンサシステムについての少なくとも１つのキャリブレーション値を取得することと、
    前記少なくとも１つのキャリブレーション値に基づき、前記複数のレベルセンサデバイスを用いて、基板の表面の位置を測定することと、
    前記基板の表面の前記測定された位置に基づき、前記基板を露光することと
    を含むデバイス製造方法を実行するためのコンピュータプログラム。

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