JP2009175126A

JP2009175126A - 検査方法及び装置、リソグラフィ装置、リソグラフィ処理セル、並びに、デバイス製造方法

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Publication number: JP2009175126A
Application number: JP2008280755A
Authority: JP
Inventors: Kiers Antoine Gaston Marie; ガストンマリーキールス，アントイネ; Boef Arie Jeffrey Den; ボーフ，アリー，ジェフリーデン; Hugo Augustinus Joseph Cramer; クラメル，フーゴ，アウグスティヌス，ヨセフ
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2009-08-06
Anticipated expiration: 2028-10-31
Also published as: US20090135424A1; NL1036098A1; US7738103B2; JP4875685B2

Abstract

【課題】測定したスペクトルをライブラリに記憶された計算スペクトルと比較し、リソグラフィプロセスの少なくとも１つのプロセスパラメータを割り出す方法の提供。
【解決手段】第一系列の較正スペクトルが少なくとも１つの基準パターンから計算され、各スペクトルは基準パターンの生成に使用される装置のパラメータを考慮せずに個々の基準パターンの少なくとも１つの構造パラメータの異なる既知の値を使用して計算され、各スペクトルが中央ライブラリに記憶される。ターゲットスペクトルについて記憶されたスペクトルの少なくとも１つに対応する第二系列の較正スペクトルがターゲットスペクトルを測定する装置のパラメータを使用して計算される。測定ターゲットスペクトルは放射ビームをターゲットパターンに誘導することによって生成される。測定ターゲットスペクトルと第二系列の較正スペクトルを比較し、ターゲットパターンの構造パラメータの値を導出する。
【選択図】図４

Description

[0001] 本発明は、例えばリソグラフィ技術によるデバイスの製造などに使用可能な検査方法、及び、リソグラフィ技術を使用するデバイス製造方法に関する。

[0002] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板のターゲット部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。このような場合、代替的にマスク又はレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層上に形成すべき回路パターンを生成することができる。このパターンを、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１つ又は幾つかのダイの一部を備える）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。一般的に、１枚の基板は、順次パターンが与えられる網の目状の互いに近接したターゲット部分を含んでいる。従来のリソグラフィ装置は、パターン全体をターゲット部分に１回で露光することによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、基板を所定の方向(「スキャン」方向）と平行あるいは逆平行にスキャンしながら、パターンを所定の方向（「スキャン」方向）に放射ビームでスキャンすることにより、各ターゲット部分が照射される、いわゆるスキャナとを具備している。パターンを基板にインプリントすることによっても、パターニングデバイスから基板へとパターンを転写することが可能である。

[0003] リソグラフィプロセスを監視するために、パターンが与えられた基板のパラメータ、例えばその中又はその上に形成された連続する層間のオーバレイ誤差を測定することが望ましい。リソグラフィプロセスで形成された顕微鏡的構造を測定するには、走査電子顕微鏡及び様々な専門ツールを使用するなど、様々な技術がある。専門的な検査ツール（インスペクションツール）の１つの形態に、放射ビームを基板の表面上のターゲットに誘導し、散乱又は反射したビームの特性を測定するスキャトロメータがある。基板による反射又は散乱の前後のビームの特性を比較することにより、基板の特性を割り出すことができる。これは、例えば反射ビームを、既知の基板特性に関連した既知の測定値のライブラリに記憶されているデータと比較することによって実行することができる。２つの主なタイプのスキャトロメータが知られている。分光スキャトロメータは、広帯域放射ビームを基板に誘導し、特定の狭い角度範囲に分散した放射のスペクトル（波長の関数としての強度）を測定する。角度分解スキャトロメータは、単色放射ビームを使用して、散乱した放射の強度を角度の関数として測定する。分極放射ビームを使用して、同じ基板から複数のスペクトルを生成することができる。各ライブラリ項目は、瞳像を表すデータを含み、これは幾つかの計測ツール（メトロロジツール）に固有のハードウェアパラメータに依存する。これらのパラメータはビーム入射角、開口数、波長範囲、分極、照明の一致性、及びノイズを含む。パラメータは、同じタイプのスキャトロメータでも計測ハードウェアの項目毎に変化することがある。さらにパラメータは、単一の計測ハードウェアでは、計測ハードウェアパラメータのウェア由来のドリフトにより経時変化を表示する。したがって、ある特定の時間にライブラリがその特定の時間における計測に固有のパラメータを含み、これでライブラリは測定中の回折格子の輪郭に関するパラメータも含み、これがサンプルを関連する材料のパラメータに関係させるパラメータであることが望ましい。ライブラリの計算時間が約３０分である場合、パラメータが異なる、又は時間が異なる１０のスキャトロメータでは、５時間の計算が必要である。

[0004] 米国特許第６７２１６９１号は、小さい計測ハードウェア及び材料によるパラメータの変化の効果を、シミュレートした回折スペクトルのライブラリに組み込む方法及びシステムを開示している。特に、特定の計測ハードウェア及び特定のサンプルのパラメータに合わせて特に最適化するように、ライブラリの回折スペクトルを修正する方法が開示されている。実際の測定パラメータとライブラリスペクトルの計算に使用されるパラメータとの差を述べるパラメータ修正ベクトルを割り出し、各ライブラリ回折スペクトルの対応する修正を計算するために使用する。

[0005] 測定したスペクトルをライブラリに記憶された計算スペクトルと比較し、ライブラリの計算をさらに効率的に実行することができるリソグラフィプロセスの少なくとも１つのプロセスパラメータを割り出す方法を提供することが望ましい。

[0006] 本発明の一態様によれば、ターゲットパターンの少なくとも１つのパラメータを割り出す方法が提供され、方法は、少なくとも１つの基準パターンから第一系列の較正スペクトルを計算することを含み、各スペクトルは、基準パターンの生成に使用される装置のパラメータを考慮せずに、個々の基準パターンの少なくとも１つの構造パラメータの異なる既知の値を使用して計算され、さらに、各スペクトルの表示を第一ライブラリに記憶し、ターゲットスペクトルを測定する装置のパラメータを使用して、ターゲットスペクトルの記憶されたスペクトルの少なくとも１つに対応する第二系列の較正スペクトルを計算し、放射ビームをターゲットパターンに誘導することによって生成されたターゲットスペクトルを測定し、測定したターゲットスペクトルと第二系列の較正スペクトルを比較し、この比較を使用してターゲットパターンの一パラメータについて値を導出することを含む。

[0007] 本発明の別の態様によれば、ターゲットパターンの少なくとも１つのパラメータを割り出す方法に使用するためにライブラリを生成する方法が提供され、方法は、少なくとも１つの基準パターンから第一系列の較正スペクトルを計算することを含み、各スペクトルは、基準パターンの生成に使用される装置パラメータを考慮せずに、個々の基準パターンの少なくとも１つの構造パラメータの異なる既知の値を使用して計算され、さらに、各スペクトルの表示を第一ライブラリに記憶し、ターゲットスペクトルを測定する装置のパラメータを使用して、ターゲットスペクトルの記憶されたスペクトルの少なくとも１つに対応する第二系列の較正スペクトルを計算し、第二系列の較正スペクトルを第二ライブラリに記憶することを含む。

[0008] 本発明の一態様によれば、基板上のデバイス層を製造するために使用されるリソグラフィプロセスのパラメータの値を割り出すように構成された検査装置が提供され、装置は、少なくとも１つの基準パターンから第一系列の較正スペクトルを計算するように構成された第一計算構成を含み、各スペクトルは、基準パターンの生成に使用される装置パラメータを考慮せずに、個々の基準パターンの少なくとも１つの構造パラメータの異なる既知の値を使用して計算され、さらに、第一ライブラリの各スペクトルの表示を記憶するように構成されたメモリ構成と、ターゲットスペクトルの測定に使用される装置のパラメータを使用して、ターゲットスペクトルについて記憶されたスペクトルの少なくとも１つに対応する第二系列の較正スペクトルを計算するように構成された第二計算構成と、放射ビームをターゲットパターンに誘導することによって生成されたターゲットスペクトルの測定構成と、測定されたターゲットスペクトルの第二系列の較正スペクトルを比較するように構成された比較構成と、比較を使用して、ターゲットパターンの１つのパラメータの値を導出するように構成された導出構成と、を含む。

[0009] 本発明の別の態様によれば、ターゲットパターンの少なくとも１つのパラメータを割り出す方法を実現するコンピュータプログラムが提供され、方法は、少なくとも１つの基準パターンから第一系列の較正スペクトルを計算することを含み、各スペクトルは、基準パターンの生成に使用される装置のパラメータを含まない個々の基準パターンの少なくとも１つの構造パラメータの異なる既知の値を使用して計算され、さらに、各スペクトルの表示を第一ライブラリに記憶し、ターゲットスペクトルの測定に使用される装置のパラメータを使用して、ターゲットスペクトルについて記憶されたスペクトルの少なくとも１つに対応する第二系列の較正スペクトルを計算し、第一系列の較正スペクトルを第二セットの較正スペクトルと組み合わせて、装置を使用してターゲットスペクトルによって生成されたスペクトルの表示である第三セットの較正スペクトルを生成し、測定されたターゲットスペクトルと第二系列の較正スペクトルを比較し、この比較を使用してターゲットパターンの１つのパラメータの値を導出することを含む。

[0010] 次に、本発明の実施形態を添付の略図を参照しながら、ほんの一例として説明する。図面では対応する参照記号は対応する部品を示している。
[00011] 本発明の実施形態によるリソグラフィ装置を示した図である。 [00012] 本発明の実施形態によるリソグラフィセル又はクラスタを示した図である。 [00013] 本発明の実施形態によるスキャトロメータを示した図である。 [00014] 本発明の実施形態によるスキャトロメータを示した図である。 [00015] 本発明の実施形態によりライブラリを設定する方法を示した概要である。 [00016] 本発明の実施形態によりライブラリのレコードを生成するために使用されるジョーンズ行列を示した図である。

[00017] 図１ａはリソグラフィ装置を概略的に示したものである。この装置は、
− 放射ビームＢ（例えばＵＶ放射又はＤＵＶ放射）を調節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、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決めするように構成された第一位置決め装置ＰＭに接続された支持構造体（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、特定の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二位置決め装置ＰＷに接続された基板テーブル（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に与えられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つ又は複数のダイを含む）に投影するように構成された投影システム（例えば屈折投影レンズシステム）ＰＬとを含む。

[00018] 照明システムは、放射の誘導、成形、又は制御を行うための、屈折、反射、磁気、電磁気、静電気型等の光学コンポーネント、又はその任意の組み合わせなどの種々のタイプの光学コンポーネントを含んでいてもよい。

[00019] 支持構造体又はパターニングデバイス支持体は、パターニングデバイスの方向、リソグラフィ装置の設計等の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されているか否かに応じた方法で、パターニングデバイスを保持する。この支持構造体は、パターニングデバイスを保持するために、機械的、真空、静電気等のクランプ技術を使用することができる。支持構造体は、例えばフレーム又はテーブルでよく、必要に応じて固定式又は可動式でよい。支持構造体は、パターニングデバイスが例えば投影システムなどに対して確実に所望の位置にくるようにできる。本明細書において「レチクル」又は「マスク」という用語を使用した場合、その用語は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義と見なすことができる。

[00020] 本明細書において使用する「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にパターンを生成するように、放射ビームの断面にパターンを与えるために使用し得る任意のデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。ここで、放射ビームに与えられるパターンは、例えばパターンが位相シフトフィーチャ又はいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板のターゲット部分における所望のパターンに正確には対応しないことがある点に留意されたい。一般的に、放射ビームに与えられるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特別な機能層に相当する。

[00021] パターニングデバイスは透過性又は反射性でよい。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、及びプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、バイナリマスク、レベンソン型(alternating)位相シフトマスク、ハーフトーン(attenuated)位相シフトマスクのようなマスクタイプ、さらには様々なハイブリッドマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例として、小さなミラーのマトリクス配列を使用し、そのミラーは各々、入射する放射ビームを異なる方向に反射するよう個々に傾斜することができる。傾斜したミラーは、ミラーマトリクスによって反射する放射ビームにパターンを与える。

[00022] 本明細書において使用する「投影システム」という用語は、例えば使用する露光放射、又は液浸液の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、磁気光学システム、電磁気光学システム及び静電気光学システム、又はその任意の組合せを含む任意のタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」という用語を使用した場合、これはさらに一般的な「投影システム」という用語と同義と見なされる。

[00023] ここに示している本装置は透過タイプである（例えば透過マスクを使用する）。あるいは、装置は反射タイプでもよい（例えば上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用する、又は反射マスクを使用する）。

[00024] リソグラフィ装置は２つ（デュアルステージ）又はそれ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「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルを並行して使用するか、１つ又は複数の他のテーブルを露光に使用している間に１つ又は複数のテーブルで予備工程を実行することができる。

[00025] 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充填するように、基板の少なくとも一部を水などの比較的高い屈折率を有する液体で覆えるタイプでもよい。液浸液は、例えばマスクと投影システムの間など、リソグラフィ装置の他の空間に使用してもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させるために当技術分野で周知である。本明細書で使用する「液浸」という用語は、基板などの構造体を液体に沈めなければならないという意味ではなく、露光中に投影システムと基板の間に液体が存在するというほどの意味である。

[00026] 図１ａを参照すると、イルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受ける。放射源とリソグラフィ装置とは、例えば放射源がエキシマレーザである場合に、それぞれ別々の構成要素であってもよい。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見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤの助けにより、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源が水銀ランプの場合は、放射源がリソグラフィ装置の一体部分であってもよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに放射システムと呼ぶことができる。

[00027] 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アジャスタＡＤを備えていてもよい。通常、イルミネータの瞳面における強度分布の外側及び／又は内側半径範囲（一般にそれぞれ、σ-outer及びσ-innerと呼ばれる）を調節することができる。また、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の種々のコンポーネントを備えていてもよい。また、イルミネータを用いて放射ビームを調整し、その断面にわたって所望の均一性と強度分布とが得られるようにしてもよい。

[00028] 放射ビームＢは、支持構造体（例えばマスクテーブル）ＭＴ上に保持されたパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡに入射し、パターニングデバイスによってパターンが与えられる。放射ビームＢはパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを通り抜けて、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームを集束する投影システムＰＬを通過する。第二位置決め装置ＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダ、２次元エンコーダ又は容量センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴを、例えば放射ビームＢの経路において様々なターゲット部分Ｃに位置決めするように正確に移動できる。同様に、第一位置決め装置ＰＭ及び別の位置センサ（図１には明示されていない）を使用して、例えばマスクライブラリから機械的に検索した後に、又はスキャン中に、放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを正確に位置決めすることができる。一般的に、支持構造体又はパターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴの移動は、第一位置決めデバイスＰＭの部分を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）及びショートストロークモジュール（微動位置決め）を用いて実現できる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第二位置決め装置ＰＷの部分を形成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールの助けにより実現できる。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、支持構造体又はパターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴをショートストロークアクチュエータのみに接続するか、固定してもよい。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡ及び基板Ｗは、マスクアラインメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アラインメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。図示のような基板アラインメントマークは、専用のターゲット位置を占有するが、ターゲット部分の間の空間に配置してもよい（スクライブレーンアラインメントマークと呼ばれる）。同様に、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、マスクアラインメントマークをダイ間に配置してもよい。

[00029] 図示のリソグラフィ装置は以下のモードのうち少なくとも１つにて使用可能である。

[00030] １．ステップモードにおいては、支持構造体又はパターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴは、基本的に静止状態に維持される一方、放射ビームに与えたパターン全体が１回でターゲット部分Ｃに投影される（すなわち１回の静止露光）。次に、別のターゲット部分Ｃを露光できるように、基板テーブルＷＴがＸ方向及び／又はＹ方向に移動される。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、１回の静止露光で像が形成されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。

[00031] ２．スキャンモードにおいては、支持構造体又はパターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期的にスキャンされる一方、放射ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する（つまり１回の動的露光）。支持構造体又はパターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＬの拡大（縮小）及び像反転特性によって求めることができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、１回の動的露光におけるターゲット部分の（非スキャン方向における）幅が制限され、スキャン動作の長さによってターゲット部分の（スキャン方向における）高さが決まる。

[00032] ３．別のモードでは、支持構造体又はパターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴはプログラマブルパターニングデバイスを保持して基本的に静止状態に維持され、基板テーブルＷＴを移動又はスキャンさせながら、放射ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する。このモードでは、一般にパルス状放射源を使用して、基板テーブルＷＴを移動させる毎に、又はスキャン中に連続する放射パルスの間で、プログラマブルパターニングデバイスを必要に応じて更新する。この動作モードは、以上で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクレスリソグラフィに容易に利用できる。

[00024] 上述した使用モードの組合せ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。

[00025] 図１ｂに示すように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソセル又はクラスタとも呼ばれることがあるリソグラフィセルＬＣの部分を形成し、これは基板上で露光前及び露光後プロセスを実行する装置も含む。従来、これらはレジスト層を堆積させるスピンコータＳＣ、露光したレジストを現像する現像装置ＤＥ、チルプレートＣＨ及びベークプレートＢＫを含む。基板ハンドラ、つまりロボットＲＯは、入出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を取り上げ、これを異なるプロセス装置間で移動し、次にリソグラフィ装置のローディングベイＬＢに送出する。これらのデバイスは、往々にしてトラックと総称され、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、これ自体は監視制御システムＳＣＳによって制御され、これはリソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置も制御する。したがって、スループット及び処理効率を最大限にするために、様々な装置を操作することができる。

[00026] リソグラフィ装置によって露光される基板が、正確かつ一貫して露光されるために、露光された基板を検査して、連続する層間のオーバレイ誤差、線の太さ、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）などの特性を測定することが望ましい。誤差が検出された場合、特に同じバッチの他の基板がまだ露光しないほど十分迅速かつ高速で検査を実行できる場合、連続する基板を露光するために調節することができる。また、既に露光した基板を、歩留まりを改善するために剥ぎ取り、再加工するか、廃棄し、それによって障害があると分かっている基板で露光を実行することを回避することができる。基板の一部のターゲット部分のみに障害がある場合、良好であるターゲット部分のみでさらなる露光を実行することができる。

[00027] 検査装置を使用して、基板の特性を、特に異なる基板の特性又は同じ基板の異なる層の特性が層毎にいかに異なるかを割り出す。検査装置は、リソグラフィ装置ＬＡ又はリソセルＬＣに組み込むか、独立型デバイスでよい。最も迅速な測定を可能にするために、検査装置は、露光直後に露光レジスト層の１つ又は複数の特性を測定することが望ましい。しかし、レジストの潜像は非常に低いコントラストを有し、つまり放射に露光しているレジストの部分と露光していない部分との屈折率に非常に小さい差しかなく、全ての検査装置が、潜像を有用に測定するのに十分な感度を有しているわけではない。したがって、普通は露光基板で実行する最初のステップであり、レジストの露光部分と非露光部分とのコントラストを増大させる露光後ベークステップ（ＰＥＢ）の後に、測定することができる。この段階で、レジストの像を半潜像と呼ぶことができる。レジストの露光又は非露光部分が除去されている時点で、又はエッチングなどのパターン転写ステップの後に、現像したレジスト像を測定することも可能である。後者の可能性は、障害のある基板を再加工する可能性を制限するが、それでも有用な情報を提供することができる。

[00028] 図２は、本発明に使用可能なスキャトロメータＳＭ１を示している。これは、基板６に放射を投影する広帯域（白色光）放射投影装置２を含む。反射した放射は分光検出器４に渡され、これが鏡面反射放射のスペクトル１０（波長の関数としての強度）を測定する。このデータから、検出されたスペクトルを生成する構造又は輪郭を、処理ユニットＰＵによって、例えば厳密結合波解析及び非線形回帰によって、又は図２の下部で示すようにシミュレートしたスペクトルのライブラリとの比較によって再構築することができる。概して、再構築するためには、構造の全体的形態が分かっていて、構造を作成するプロセスの知識から、幾つかのパラメータが仮定され、スキャトロメータのデータから割り出される構造のパラメータはわずかしかない。このようなスキャトロメータは、垂直入射スキャトロメータ又は斜め入射スキャトロメータとして構成することができる。

[00029] 本発明の実施形態により使用できる別のスキャトロメータＳＭ２が、図３に示されている。このデバイスでは、放射源２によって放出された放射は、レンズシステム１２を使用して干渉フィルタ１３及び偏光器１７を通して集光され、部分反射表面１６で反射し、顕微鏡の対物レンズ１５を介して基板Ｗに集光され、これは高い、好ましくは少なくとも０．９、さらに好ましくは少なくとも０．９５の開口数（ＮＡ）を有する。液浸スキャトロメータは、開口数が１を越えるレンズを有することさえできる。反射した放射は、次に部分反射表面１６を透過して、散乱スペクトルを検出するために検出器１８に入る。検出器は、レンズシステム１５の焦点距離にある逆投影瞳面１１に位置してもよいが、瞳面は、補助光学系（図示せず）で検出器に再結像してもよい。瞳面は、放射の半径方向位置が入射角を規定し、角位置が放射の方位角を規定する面である。検出器は、基板ターゲットの２次元角度散乱スペクトルを測定できるように、２次元検出器であることが好ましい。検出器１８は、例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサのアレイでよく、例えば１フレーム当たり４０ミリ秒などの積分時間を使用してよい。

[00030] 基準ビームは、例えば入射放射の強度を測定するために、往々にして使用される。そのために、放射ビームがビームスプリッタ１６に入射すると、その一部が基準ビームとしてビームスプリッタを透過し、基準ミラー１４に向かう。次に、基準ビームは同じ検出器１８の異なる部分に投影される。

[00031] 例えば４０５〜７９０ｎｍ又はさらに低く、２００〜３００ｎｍなどの範囲で、問題の波長を選択するために、干渉フィルタ１３のセットが使用可能である。干渉フィルは、異なるフィルタのセットを含むのではなく、調節可能でよい。干渉フィルタの代わりに、回折格子を使用することができる。

[00032] 検出器１８は、１つの波長（又は狭い波長範囲）で散乱した光の強度を測定するか、複数の波長で別個に強度を測定するか、ある波長範囲にわたって統合された波長を測定することができる。さらに、検出器は、ＴＭ(transverse magnetic)偏光、及びＴＥ(transverse electric)偏光の強度及び／又はＴＭ偏光とＴＥ偏光の間の位相差を別個に測定することができる。

[00033] 広帯域光源（つまり光の周波数又は波長が、したがって色の範囲が広い光源）の使用が可能であり、これは大きいエタンデュを与え、複数波長の混合を可能にする。広帯域の複数の波長は、それぞれδλの帯域幅及び少なくとも２δλの間隔（つまり波長の２倍）を有することが好ましい。幾つかの放射「源」は、ファイバ束を使用して分割されている分散放射源の異なる部分でよい。この方法で、角度分解した散乱スペクトルを複数の波長にて並列で測定することができる。３次元スペクトル（波長及び２つの異なる角度）を測定することができ、これは２次元スペクトルより多くの情報を含む。これによって、より多くの情報を測定することができ、これは測定プロセスの堅牢性を向上させる。これについては、欧州特許第１，６２８，１６４Ａ号にさらに詳細に記載されている。

[00034] 基板Ｗ上のターゲットは回折格子でよく、これは現像後に、レジスト実線でバーが形成されるように印刷される。あるいは、バーを基板にエッチングすることができる。このパターンは、リソグラフィ投影装置、特に投影システムＰＬの色収差に影響されやすい、照明の対称性、及びこのような収差の存在は、印刷された回折格子の変動に現れる。したがって、回折格子を再構築するために、印刷された回折格子のスキャトロメータ測定データが使用される。線の幅及び形状などの回折格子のパラメータを、印刷ステップ及び／又は他のスキャトロメータプロセスの知識から、処理ユニットＰＵによって実行される再構築プロセスに入力することができる。

[00035] 次に図４も参照すると、本出願の発明者は、下にある層の特定のセット上にある特定の各ターゲット、例えば回折格子にツール独立ライブラリを設け、次にこれを使用して、計測ハードウェアパラメータを考慮に入れるツール依存ライブラリを形成できることによって、計算を節約できことを理解した。ツール独立ライブラリを、層の特定のセット上に特定のターゲットを有する数百、又は数千ものウェーハに適用することができるので、ツール依存ライブラリを再計算する必要があっても、計算の大幅な節約につながる。図４のステップＳ１で形成又は生成されたツール独立ライブラリは、例えば限界寸法（ＣＤ）、レジストの高さ及び側壁角度（ＳＷＡ）などの、それぞれがある範囲にわたって変化し得るターゲットのパラメータ値で可能な組合せ毎に、モデル化された瞳像のレコードを、下にある層に関するパラメータと一緒にして含むことができる。各レコードは、例えばピクセルマップの形態でスペクトルのセットを含むことができ、各回折次数、例えば−２、−１、０、＋１及び＋２にターゲットから反射した光、及び各分極状態、つまりｐ及びｓコンポーネントに別個のスペクトルがある。したがって、ツール独立ライブラリは、図４のステップＳ２で将来使用するために、中央コンピュータに記憶される非常に多数の項目を含むことがある。

[00036] ツール依存ライブラリのレコードは、測定されたスペクトルのパラメータ値を割り出すことが望ましい時点における計測ハードウェアを示すように生成することができる。図４のステップＳ３に示すように、ツール依存ライブラリは、ターゲットのパラメータ値とツール固有のハードウェアパラメータの各組合せに対応するツール独立ライブラリの各レコードに対応するレコードを含むことができる。ツール依存ライブラリの各レコードのスペクトルは、以下のように、ツール独立ライブラリに記憶されたレコードのスペクトルセットの１次結合でよい。

ここで、ａ₁、ａ₂ ... は係数であり、
Ｓ_til-2,p、Ｓ_til-2,s ... は、回折次数と分極の様々な組合せについてツール独立ライブラリに記憶されているスペクトルである。

[00037] 式（１）の係数ａ₁、ａ₂ ... は、単一の値、ピクセルマップ又は関数でよく、較正測定から取得することができ、したがってターゲットのパラメータを測定し、パラメータ値を導出することが望ましい時点で、開口数、照明の一致性及び分極依存の対物レンズの透過率などのような特定の計測ツールに固有のハードウェアパラメータを考慮に入れることができる。

[00038] 光学構成の各光学要素、例えば図３に示すスキャトロメータは、ジョーンズ行列で表すことができる。光が光学要素と交差すると、その結果現れる光の分極は、光学要素のジョーンズ行列と入射光のジョーンズベクトルとの積を得ることによって求められる。したがって、図３に示す光学構成を考察すると、ライブラリのレコードの基礎を形成するシミュレーションされた信号［Ｃ］と図３に示す様々な光学要素によって生成される入力信号［Ｉ］との関係は、以下のように乗算したジョーンズ行列のセットによって表すことができる。

ここで、
行列 ... ｙ、ｚは、それぞれ集光レンズ５０及びビームスプリッタ１６の検出器８０、つまりターゲットより後の光路にある光学要素のジョーンズ行列に対応し、
行列ａ、ｂ... は、レンズシステム１２、干渉フィルタ１３、偏光器１７及びビームスプリッタ１６及びレンズ１５、つまりターゲットより前の光路にある光学要素に対応し、
中心の行列［Ｓ］はサンプルＷに対応する。

[00039] システム全体のライブラリを計算する先行技術の構成では、式（２）の行列の連鎖全体を使用して、ライブラリを計算する。しかし、ここで図５も参照し、本発明の実施形態によると、ライブラリの項目を計算するために、上式（２）に示す行列の連鎖全体を使用するのではなく、ジョーンズ行列の効果を３段階で計算することが可能である。
１．ターゲットより前のツール依存ジョーンズ行列
２．ターゲット自体のツール独立ジョーンズ行列、及び
３．光がターゲットから反射した後のツール依存ジョーンズ行列であり、これは以下の通りである。

[00040] したがって、光がターゲットに入射する前、及び光がターゲットで反射した後のツール依存行列を組み合わせて、１つの行列にすることができる。ツール依存ライブラリを生成するために、ツール独立行列にツール依存行列を掛ける。ターゲットの前後の光路に別個の行列が必要になることがあることが認識される。というのは、分極状態がターゲットにて変化し、したがって乗算が交換可能でないからである。

[00041] 中央コンピュータにツール独立ライブラリを記憶し、特定の計測ツールでツール独立ライブラリを使用することによって、測定されたスペクトルのターゲットパラメータを割り出すライブラリ検索方法のベースとして使用するために、各ターゲットのツール固有のライブラリを非常に迅速に生成できることが判明している。あるいは、計算されたツール固有のレコードを、反復検索プロセスの開始値として使用することができる。追加のステップとして、反復検索プロセスの開始値をより良く推定するために、ツール固有のライブラリのレコードを補間して、測定信号に最も似ているレコードを組み合わせることができる。

[00042] 実施形態では、基準パターンの第一複数較正スペクトルを計算するように第一計算器を構成することができ、各スペクトルは、基準パターンの構造パラメータの異なる既知の値を使用して、基準パターンの生成に使用される装置のパラメータを考慮せずに計算される。第一計算器は、ツール独立ライブラリを割り出すように構成される。メモリは、第一ライブラリの各スペクトルの表示を記憶するように構成することができる。また、第二計算器は、ターゲットスペクトルを測定するように構成された測定装置のパラメータを使用して、ターゲットスペクトルについて第一ライブラリに記憶されたスペクトルの少なくとも１つに対応する第二複数較正スペクトルを計算するように構成することができる。第二計算器は、ツール依存ライブラリを割り出すように構成される。比較器を、測定されたスペクトルと第二複数較正スペクトルを比較するように構成することができる。さらに、処理装置を、この比較を使用して、ターゲットパターンのパラメータの値を導出するように構成することができる。

[00043] 実施形態では、第一計算器と第二計算器とは、主計算器の一部の別個の構成要素でよい。主計算器は、比較器及び処理装置も含むことができる。

[00044] 以上の例では、光学要素を表すためにジョーンズ行列を使用してきたが、ミュラー行列などの他の構成も可能である。ミュラー行列は、４×４の行列であり、複雑な光学要素を扱う場合、又は光学要素の微細な誤差を考慮する場合に有益である。

[00045] 別個のツール依存ライブラリとツール固有のライブラリを使用することは、スキャトロメータに特定の用途があるが、本発明の実施形態は、パラメータのセットを導出するために、測定された信号セットと比較するためにシミュレートされた様々な信号のライブラリを設定することが望ましい他の用途にも使用されることが認識される。

[00044] 本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置には他の用途もあることは言うまでもない。例えば、これは、集積光学装置、磁気ドメインメモリ用誘導及び検出パターン、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である。こうした代替的な用途に照らして、本明細書で「ウェーハ」又は「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ、「基板」又は「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義と見なしてよいことは、当業者に明らかである。本明細書に述べている基板は、露光前又は露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）、メトロロジツール及び／又はインスペクションツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上及びその他の基板処理ツールに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、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、既に複数の処理済み層を含む基板も指すことができる。

[00045] 以上では光学リソグラフィとの関連で本発明の実施形態の使用に特に言及しているが、本発明は、インプリントリソグラフィなどの他の用途においても使用可能であり、状況が許せば、光学リソグラフィに限定されないことが理解される。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスの微細構成によって、基板上に生成されるパターンが画定される。パターニングデバイスの微細構成を基板に供給されたレジストの層に押しつけ、その後に電磁放射、熱、圧力又はその組合せにより、レジストを硬化する。パターニングデバイスをレジストから離し、レジストを硬化した後にパターンを残す。

[00046] 本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、イオンビームあるいは電子ビームといったような粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ又は１２６ｎｍの波長を有する）及び極端紫外線光（ＥＵＶ）放射（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を網羅する。

[00047] 「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気及び静電気光学部品を含む様々なタイプの光学部品のいずれか、又はその組合せを指す。

[00048] 以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実践できることが理解される。例えば、本発明は、上記で開示したような方法を述べるコンピュータ読み取り可能命令の１つ又は複数のシーケンスを含むコンピュータプログラム、又はその内部に記憶されたこのようなコンピュータプログラムを有するデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気又は光ディスク）の形態をとることができる。

[00049] 上記の説明は例示的であり、限定的ではない。したがって、請求の範囲から逸脱することなく、記載されたような本発明を変更できることが当業者には明白である。

Claims

ターゲットパターンのパラメータを割り出す方法であって、
基準パターンから第一複数較正スペクトルを計算することを含み、前記スペクトルがそれぞれ、前記基準パターンの生成に使用される装置のパラメータを考慮せずに、前記基準パターンの少なくとも１つの構造パラメータの異なる既知の値を使用して計算され、さらに、
前記スペクトルそれぞれの表示を第一ライブラリに記憶すること、
ターゲットスペクトルを測定するように構成された測定装置のパラメータを使用して、前記ターゲットスペクトルについて前記第一ライブラリに記憶された前記スペクトルの少なくとも１つに対応する第二複数較正スペクトルを計算すること、
放射ビームを前記ターゲットパターンに誘導することによってスペクトルを測定すること、
前記測定したスペクトルと前記第二複数較正スペクトルを比較すること、及び、
前記比較を使用して、前記ターゲットパターンの前記パラメータについて値を導出すること
を含む、方法。
前記第二複数較正スペクトルが、前記スペクトルの生成に使用される可能放射パラメータの様々な組合せに対応する前記ターゲットスペクトルの重み付けした複数のスペクトルから形成される、請求項１に記載の方法。
前記較正スペクトルが、前記測定装置の光学要素及び前記ターゲットパターンのジョーンズ行列を使用して生成される、請求項１に記載の方法。
前記ターゲットパターンの前後で、前記放射経路にある前記測定装置の光学要素について別個のジョーンズ行列が形成される、請求項１に記載の方法。
前記パラメータがスキャトロメータのパラメータであり、前記測定装置がスキャトロメータである、請求項１に記載の方法。
前記導出された値が反復検索方法の初期値として使用される、請求項１に記載の方法。
前記第二複数較正スペクトルが第二ライブラリに記憶される、請求項１に記載の方法。
前記ターゲットパターンの前後で、前記放射経路にある光学要素について別個のミュラー行列が形成される、請求項１に記載の方法。
ターゲットパターンのパラメータを割り出す方法に使用するためにライブラリを生成する方法であって、
基準パターンから第一複数較正スペクトルを計算することを含み、前記スペクトルがそれぞれ、前記基準パターンの生成に使用される装置パラメータを考慮せずに、前記基準パターンの少なくとも１つの構造パラメータの異なる既知の値を使用して計算され、さらに、
前記スペクトルそれぞれの表示を第一ライブラリに記憶すること、
ターゲットスペクトルを測定するように構成された測定装置のパラメータを使用して、前記ターゲットスペクトルについて前記第一ライブラリに記憶された前記スペクトルの少なくとも１つに対応する第二複数較正スペクトルを計算すること、及び、
前記第二複数較正スペクトルを第二ライブラリに記憶すること
を含む、方法。
基板上のデバイス層を製造するために使用されるリソグラフィプロセスのパラメータの値を割り出すように構成された検査装置であって、
基準パターンから第一複数較正スペクトルを計算するように構成された第一計算器であって、前記スペクトルがそれぞれ、前記基準パターンの生成に使用される装置のパラメータを考慮せずに、前記基準パターンの少なくとも１つの構造パラメータの異なる既知の値を使用して計算される、第一計算機と、
第一ライブラリの前記スペクトルそれぞれの表示を記憶するように構成されたメモリと、
ターゲットスペクトルを測定するように構成された測定装置のパラメータを使用して、前記ターゲットスペクトルについて前記第一ライブラリに記憶された前記スペクトルの少なくとも１つに対応する第二複数較正スペクトルを計算するように構成された第二計算器と、
放射ビームを前記ターゲットパターンに誘導してスペクトルを生成するように構成された測定デバイスと、
前記測定スペクトルと前記第二複数較正スペクトルを比較するように構成された比較器と、
前記比較を使用して、前記ターゲットパターンの前記パラメータの値を導出するように構成された処理装置と
を備える、検査装置。
パターンを照明するように構成された照明光学システムと、
パターンの像を基板に投影するように構成された投影光学システムと、
前記基板上にデバイス層を製造するために使用されるリソグラフィプロセスのパラメータの値を割り出すように構成された検査装置と
を備えるリソグラフィ装置であって、前記検査装置が、
基準パターンから第一複数較正スペクトルを計算するように構成された第一計算器であって、前記スペクトルがそれぞれ、前記基準パターンの生成に使用される装置のパラメータを考慮せずに、前記基準パターンの少なくとも１つの構造パラメータの異なる既知の値を使用して計算される、第一計算器と、
前記スペクトルそれぞれの表示を第一ライブラリに記憶するように構成されたメモリと、
ターゲットスペクトルを測定するように構成された測定装置のパラメータを使用して、前記ターゲットスペクトルについて前記第一ライブラリに記憶された前記スペクトルの少なくとも１つに対応する第二複数較正スペクトルを計算するように構成された第二計算器と、
放射のビームを前記ターゲットパターンに誘導して、スペクトルを生成するように構成された測定デバイスと、
前記測定されたスペクトルと前記第二複数較正スペクトルを比較するように構成された比較器と、
前記比較を使用して、前記ターゲットパターンの前記パラメータの値を導出するように構成された処理装置と
を備える、リソグラフィ装置。
基板を放射感応性層で被覆するように構成された塗布器と、
前記塗布器によって被覆された基板の前記放射感応性層に像を露光するように構成されたリソグラフィ装置と、
前記リソグラフィ装置によって露光された像を現像するように構成された現像器と、
基板上にデバイス層を製造するために使用されるリソグラフィプロセスのパラメータの値を割り出すように構成された検査装置と
を備えるリソグラフィセルであって、前記検査装置が、
基準パターンから第一複数較正スペクトルを計算するように構成された第一計算器であって、前記スペクトルがそれぞれ、前記基準パターンの生成に使用される装置のパラメータを考慮せずに、前記基準パターンの少なくとも１つの構造パラメータの異なる既知の値を使用して計算される、第一計算器と、
前記スペクトルそれぞれの表示を第一ライブラリに記憶するように構成されたメモリと、
ターゲットスペクトルを測定するように構成された測定装置のパラメータを使用して、前記ターゲットスペクトルについて前記第一ライブラリに記憶された前記スペクトルの少なくとも１つに対応する第二複数較正スペクトルを計算するように構成された第二計算器と、
放射のビームを前記ターゲットパターンに誘導して、スペクトルを生成するように構成された測定デバイスと、
前記測定されたスペクトルと前記第二複数較正スペクトルを比較するように構成された比較器と、
前記比較を使用して、前記ターゲットパターンの前記パラメータの値を導出するように構成された処理装置と
を備える、リソグラフィセル。
コンピュータ読み取り可能媒体に内蔵され、ターゲットパターンの少なくとも１つのパラメータを割り出す方法を実行するように構成されたコンピュータで実行可能な命令を含むコンピュータプログラムであって、前記方法が、
少なくとも１つの基準パターンから第一複数較正スペクトルを計算することを含み、前記スペクトルがそれぞれ、前記基準パターンの生成に使用される装置のパラメータを含まずに、前記基準パターンの少なくとも１つの構造パラメータの異なる既知の値を使用して計算され、さらに、
前記スペクトルそれぞれの表示を第一ライブラリに記憶すること、
ターゲットスペクトルを測定するように構成された測定装置のパラメータを使用して、前記ターゲットスペクトルについて前記第一ライブラリに記憶された前記スペクトルの少なくとも１つに対応する第二複数較正スペクトルを計算すること、
前記第一複数較正スペクトルを第二複数較正スペクトルと組み合わせて、前記測定装置を使用して前記ターゲットスペクトルによって生成された前記スペクトルの表示である第三セットの較正スペクトルを生成すること、
測定されたターゲットスペクトルと前記第二複数較正スペクトルを比較すること、及び、
前記比較を使用して前記ターゲットパターンの前記パラメータの値を導出すること
を含む、コンピュータプログラム。