JP2010048802A - 光リソグラフィシステムにより生成された像プロファイルを測定する装置、方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】スリット開口を介した光透過の影響をほぼ排除し、光リソグラフィシステムの結像性能を正確に表現する像プロファイルを生成する空中像測定装置を提供する。
【解決手段】遮光層１１１は、互いに異なる構造を有する第１の開口及び第２の開口を有し、異なる構造は偏光成分のうち少なくとも１つの偏光成分を異なる状態で透過する。検出器１１５は、第１の開口を介して透過された光及び第２の開口を介して透過された光に対する別個のサンプルを生成する。検出器１１５により生成されたサンプルを使用して、空中像１０８の偏光成分ごとに別個の像プロファイルが生成される。測定装置１０９の第１の開口及び第２の開口を介した透過の影響を排除した空中像１０８の偏光成分ごとの推定像プロファイルを生成するために、生成像プロファイルの各々に対して像回復が実行される。
【選択図】図１３

Description

本発明は、空中像測定に関し、特に、光リソグラフィシステムにより生成された空中像を測定することに関する。

図１は、半導体デバイスの製造に使用される典型的な光リソグラフィシステム１の構成を示す。ウエハ３はウエハステージ６の上に位置決めされ、照明系４は、レチクル２上のパターン５を照明することにより光束を生成する。光束は投影レンズ７によりウエハ３上に投影され、それにより、パターン５に対応する像８が生成される。典型的な光投影リソグラフィシステム１に含まれる照明系４は、ウエハ３上に投影される像８を形成する光束を生成する１つ以上の照明光源点を使用してもよい。

リソグラフィシステム１の結像性能に影響を及ぼすレンズ収差、照明条件及び他の要因を評価するために、像８に対応する空中像が測定される。空中像を測定する測定装置９はウエハステージ６上に位置決めされ、ｘ方向及び／又はｙ方向に沿ってウエハステージ６を移動することにより、測定装置９によって空中像を測定できる。

空中像と測定装置による空中像の測定値との間に差異が存在することを理解すべきである。空中像は、通常見ることのできない投影像である。しかしながら、ウエハステージ６によりウエハ３が投影レンズ７の直下に位置決めされている場合、空中像はウエハ３上に形成される。ウエハではなく空中像測定装置９が投影レンズ７の直下に位置決めされている場合、空中像は形成されずに測定される。測定装置９の一部を形成し、且つ、空中像の異なる領域がサンプリングされるように測定装置９の移動と通常連動するスリット開口を介して空中像をサンプリングすることにより、測定は通常実行される。

空中像測定の目的の１つは、測定された空中像に基づいて、ウエハ３が存在する場合にウエハ３上に投影され、且つ、形成される実際の空中像を算出することである。この計算は測定装置９の光学的特性により妨げられることが多いので、測定装置９により得られた測定値に基づいて実際の空中像の正確な描写を再現することが困難になる場合もある。

そのような影響を生じさせる原因の１つは、空中像の偏光である。特に、空中像は垂直（ＴＭ）偏光成分及び水平（ＴＥ）偏光成分の双方を含む。測定装置９は、空中像をサンプリングするためにスリット開口を使用し、スリット開口はＴＥ偏光成分とＴＭ偏光成分とに対して異なる応答を示すので、測定装置９により得られた測定値に基づいて実際の空中像を再現することは通常困難である。

米国特許第５，６３１，７３１号公報（特許文献１）は、この問題を認識し、問題に対処するため、異なる偏光依存性を有する２つの類似する構造の開口の使用を提案する。米国特許第５，６３１，７３１号公報における提案は、本発明の開示とは著しく異なる。

米国特許第５，６３１，７３１号公報

本発明の１つの側面によれば、空中像測定装置は、互いに異なる構造を有する１対の開口を含み、異なる構造はＴＭ偏光成分及びＴＥ偏光成分のうち少なくとも一方の偏光成分を異なる状態で透過する。一実施形態において、第１の開口はスリット形状であり、第２の開口はピンホールの直線状アレイである。構造に相違があるため、空中像に含まれるＴＭ偏光成分による影響とＴＥ偏光成分による影響とを分離することが可能である。その結果、測定サンプルから実際の空中像を算出する際の精度が向上する。

本発明の１つの側面によれば、空中像測定装置の開口を介した光透過の影響をほぼ排除した空中像の像プロファイルが得られるように、スリット開口及びピンホールアレイ開口の双方を有する空中像測定装置が光リソグラフィシステムに設けられる。特に、光リソグラフィシステムは、照明系と、レチクルと、投影レンズと、可動ウエハステージと、空中像測定装置と、空中像測定装置及びウエハステージを制御する制御装置とを含む。

空中像測定装置は、光検出器と、入射する光の偏光成分を分離する遮光層とを有する。遮光層は、互いに異なる構造を有する第１の開口及び第２の開口を有し、異なる構造は偏光成分のうち少なくとも１つの偏光成分を異なる状態で透過する。検出器は、第１の開口を介して透過された光及び第２の開口を介して透過された光に対する別個のサンプルを生成する。

空中像測定装置は、ウエハステージの上に位置決めされ、照明系は、光束を生成するためにレチクル上のパターンを照明する。パターンに対応する空中像を生成するために、光束は投影レンズにより空中像測定装置の上に投影される。空中像が空中像測定装置により走査されるようにウエハステージを移動するために、制御装置はウエハステージを制御する。更に、制御装置は、検出器により生成されたサンプルを受け取り、そのサンプルを使用して、空中像の偏光成分ごとに別個の像プロファイルを生成し、空中像測定装置の第１の開口及び第２の開口を介した透過の影響を排除した空中像の推定像プロファイルを生成するために、生成像プロファイルごとに像回復を実行する。

この光リソグラフィシステムを使用して、光リソグラフィシステムの結像性能を正確に表現する像プロファイルを生成できる。更に、複数の偏光成分を含む像に対して、そのような像プロファイルを生成できる。特に、空中像の偏光成分ごとに別個の像プロファイルが生成されるので、各偏光成分に特有の像プロファイル変化特性に対応する像回復が実行される。例えば、水平（ＴＥ）偏光成分の場合の生成像プロファイルに対する像回復は、透過率の角度特性に対応できるのに対し、垂直（ＴＭ）偏光成分の場合の生成像プロファイルに対する像回復は、透過率の偏光変化特性及び角度特性の双方に対応できる。

第１の開口はスリットを具備してもよく、第２の開口はピンホールアレイを具備してもよい。ピンホールアレイは、ピンホール直径、アレイ中の各ピンホールの間隔を規定するピッチ及び長さにより規定されてもよく、スリット開口は、０に等しいピッチを有するピンホールアレイ開口に対応してもよい。ピンホールアレイ開口及びスリット開口の双方のピンホール直径は、空中像の特徴（ｆｅａｔｕｒｅ）サイズ及び照明系により生成される光の波長の双方より小さい大きさを有してもよい。

遮光層の材料、遮光層の厚さ、ピンホール直径及び開口空間を満たす材料は、ピンホールアレイ開口及びスリット開口の双方で同一であってもよい。ピンホールアレイ開口の場合、遮光層の厚さは１００ｎｍであってもよく、ピンホール直径の大きさは８０ｎｍであってもよく、ピッチは１６０ｎｍであってもよい。スリット開口の場合、遮光層の厚さは１００ｎｍであってもよく、ピンホール直径の大きさは８０ｎｍであってもよく、ピッチは０ｎｍであってもよく、ピンホールアレイ開口の長さとスリット開口の長さとの比は約１８：５であってもよい。ピンホールアレイ開口及びスリット開口の開口空間を満たす材料はＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）であってもよく、遮光層の材料はＴａ（タンタル）であってもよい。

遮光層は検出器の上に形成されてもよい。あるいは、遮光層はＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）基板の上に形成されてもよく、第１の開口及び第２の開口を介して透過された光は、基板を通過して検出器に入射してもよい。更に、基板と検出器との間にレンズが配置されてもよい。

偏光成分は水平（ＴＥ）偏光成分及び垂直（ＴＭ）偏光成分を含んでもよく、ピンホールアレイ開口及びスリット開口は著しく異なる偏光特性を有してもよい。ピンホールアレイ開口はＴＭ偏光成分及びＴＥ偏光成分を透過するために使用されてもよく、スリット開口はＴＥ偏光成分を透過するために使用されてもよい。

スリット開口及びピンホールアレイ開口は著しく異なる偏光特性を有してもよいので、空中像測定装置により得られるサンプルに対する雑音の影響は減少されるか、ほぼ排除される。更に、著しく異なる偏光特性を有するスリット開口及びピンホールアレイ開口を有する空中像測定装置を製造することは困難ではないと考えられる。

生成像プロファイルの各々に対して別個に反復計算を適用することにより、像回復が実行されてもよい。像回復の各反復は、光リソグラフィシステムのパラメータを使用して、空中像の偏光成分のうち１つの偏光成分に対してオリジナル像プロファイルを算出することと、開口透過率特性を使用してオリジナル像プロファイルを変化させることにより、偏光成分を透過するために使用された開口を介した透過の影響を含む偏光成分の透過像プロファイルを算出することと、生成像プロファイルがその偏光成分の透過像プロファイルとほぼ等しいか否かを判定するために、透過像プロファイルを生成像プロファイルと比較することと、生成像プロファイルが透過像プロファイルとほぼ等しいという判定に応答して、開口を介した透過の影響を排除した偏光成分の推定像プロファイルとして、算出されたオリジナル像プロファイルを提供することと、生成像プロファイルが透過像プロファイルとほぼ等しくないという判定に応答して、初期パラメータを偏移させ、且つ、偏移パラメータを使用して新しいオリジナル像プロファイルを算出することにより像回復の次の反復を開始することとを含む。

生成像プロファイルの各々に対して反復計算を別個に適用することにより像回復を実行できるので、像形成が非線系であり、且つ、部分コヒーレント結像理論により規定されるような光リソグラフィシステムにおいて像回復を実行することが可能である。

ＴＥ偏光成分の場合、開口透過率特性はスリット開口の透過率の角度特性を含んでもよく、ＴＭ偏光成分の場合、開口透過率特性はピンホールアレイ開口の透過率の偏光変化特性及び角度特性を含んでもよい。光リソグラフィシステムのパラメータは、レチクル上のパターン、レンズ収差、照明条件及び環境条件を含んでもよい。

添付の図面と関連させて以下の詳細な説明を参照することにより、本発明を更に完璧に理解できる。

図１は、半導体デバイスの製造に使用される典型的な光リソグラフィシステムの構成を示す図である。 図２は、図１の空中像測定装置を更に詳細に示す図である。 図３は、ｘ方向に変化する任意の強度分布を有する像を測定する図１の空中像測定装置を示す図である。 図４は、図１の光リソグラフィシステムにより生成される光束を示す図である。 図５は、図１のウエハに入射する光束を示す図である。 図６は、図１のウエハに入射する光束の偏光を示す図である。 図７は、オリジナル空中像プロファイルを示す図である。 図８Ａは、スリット開口により入射光束がどのように散乱されるかを示す図である。 図８Ｂは、スリット開口により入射光束がどのように散乱されるかを示す図である。 図９は、スリット透過により回折光束の伝播方向がどのように変化するかを示す図である。 図１０は、スリット開口の光束入射角と振幅透過率との関係を示す図である。 図１１は、スリットを介した透過後の空中像プロファイルを示す図である。 図１２は、第１の実施形態に係る光リソグラフィシステムの構成を示す図である。 図１３は、図１２の測定装置を示す詳細図である。 図１４は、遮光層が検出器の上に形成された別の実施形態に係る測定装置を示す横断面図である。 図１５は、基板と検出器との間にレンズが配置された別の実施形態に係る測定装置を示す横断面図である。 図１６は、スリット開口及びピンホールアレイ開口の平面図を示す図１２の測定装置の一部を示す図である。 図１７は、図１２の測定装置を示す平面図である。 図１８は、実施形態において、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光に関して開口のピッチが変化した場合の開口からの透過エネルギーの変化を示す図である。 図１９は、実施形態において、測定装置の遮光層として使用可能な典型的な材料の光学的特性を示す図である。 図２０は、第１の実施形態に係る空中像を測定する処理を示すフローチャートである。 図２１Ａは、図１２の測定装置のＴＥ偏光角度透過特性を示す図である。 図２１Ｂは、図１２の測定装置のＴＥ偏光角度透過特性を示す図である。 図２２Ａは、図１２の測定装置のＴＭ偏光角度透過特性を示す図である。 図２２Ｂは、図１２の測定装置のＴＭ偏光角度透過特性を示す図である。 図２３は、製造誤差を示す図である。 図２４は、製造誤差を示す図である。 図２５は、第１の実施形態に係るＴＥ偏光成分に対するＴＥ像回復処理を示すフローチャートである。 図２６は、第１の実施形態に係るＴＭ偏光成分に対するＴＭ像回復処理を示すフローチャートである。 図２７は、第２の実施形態に係る測定装置を示す平面図である。 図２８は、図２７の測定装置を示す横断面図である。 図２９は、第３の実施形態に係る測定装置を示す平面図である。 図３０は、一実施形態に係る測定装置を示す横断面図である。 尚、説明を簡単、且つ、明確にするため、図は必ずしも実物大で示されていない。

＜空中像測定＞
先に説明した通り、図１は、半導体デバイスの製造に使用される典型的な光リソグラフィシステムの構成を示す。レチクル２上の目標（ｏｂｊｅｃｔ）パターン５はウエハ３の上に投影され、目標パターン５に対応する像８がウエハ３に生成される。

通常、最新型の露光システムは「液浸技術」を使用する。この液浸技術では、最終レンズ素子とウエハとの間の空間を液体（通常は、純水１０）で満たすことにより、解像度を向上させる。システム１の解像度は、投影レンズ７の開口数（ＮＡ）及び露光波長（λ）により決定される。通常０．３〜０．５であるプロセス依存係数をｋ_１とするとき、解像度はＲ＝ｋ_１λ／ＮＡで与えられる。照明系４による照明には、ＡｒＦエキシマレーザー（λ＝１９３ｎｍ）が通常使用される。液浸系に使用される液体は１９３ｎｍの波長に対して透明であり、１より大きい屈折率（ｎ）を有する。通常、液浸系の液体として純水（ｎ＝１．４４）が使用される。しかし、ｎが大きくなるほど、その分だけＮＡも大きくなる（ｎ×ＮＡにより表される）ので、より大きな値のｎを有する他の液体の研究も進んでいる。

典型的な光リソグラフィシステムでは、像品質はレンズ収差、照明条件などの影響を受ける。ウエハ３上に塗布されたフォトレジストを露光してレジストを現像することにより、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を使用して像品質を評価できる。時間を節約し、フォトレジスト特性の影響を排除するために、空中像８を直接測定するのが好ましい。

図２は、ウエハステージ６上に載置された空中像測定装置９の基本構成を示す。装置９は、基板１０上に形成された遮光層１２を含む。遮光層１２は、所定の波長の光束が通過できる開口１１を有する。空中像８を形成する複数の光束は、開口１１を通過して検出器１３に入射する。これにより、検出器１３は所定の位置における空中像８の強度を測定できる。例えば、ｘ軸に沿った空中像８の像強度分布を測定するために、装置９はｘ方向に空中像８を走査する。それらの空中像測定値を使用して、空中像プロファイルを生成できる。この空中像プロファイルを使用して、光リソグラフィシステム１の像品質を評価できる。

説明を簡単にするため、像８及び開口１１は１次元形状を有する（ｙ方向に不変である）と仮定する。１次元テストパターンは、結像性能評価の目的で実際に広く使用されている。図２において、像の位置は固定されており、ｘ方向に開口１１を走査することにより像強度分布は測定される。開口１１は１次元形状を有すると仮定する。すなわち、開口１１のｙ方向の長さはｘ方向の長さより相当に大きいと仮定する。ウエハステージ６を適正に制御することにより、走査を実行できる。測定において高い解像度を実現するために、開口幅は像特徴（ｉｍａｇｅ ｆｅａｔｕｒｅ）より十分に狭い。すなわち、開口の大きさは波長未満の範囲である。単一の開口１１を使用する場合、像は周期性を有する必要がなく、図３に示されるように、ｘ方向に変化する任意の強度分布を測定できる。

図４を使用して、光リソグラフィシステムの像形成を説明する。照明系は複数の光源点から構成される。各光源点はレチクル２を照明するための平面波を放出する。図４には、レチクル２に斜めに入射した１つの光束（すなわち、光束３１）が示される。平面波によりレチクル２上の周期的パターンが照明されると、０次、＋１次、−１次及び更に高次の回折光束が生成される。その後、投影レンズ７により捕捉されてウエハ３へ伝達された回折次数の回折光束のみが像８の形成に寄与する。

図４は、０次回折光束２２及び＋１次回折光束２３により像８が生成される場合を示す。１つの光源点が選択される場合、照明は「コヒーレント照明」と呼ばれ、２つ以上の光源点が選択される場合、照明は「部分コヒーレント照明」と呼ばれる。システムの結像性能は、選択される照明光源点の数、すなわち、「照明条件」により影響を受ける。以下、コヒーレント照明を仮定して説明するが、より一般的な部分コヒーレント照明に発展させることは容易である。

各回折光束２２及び２３は、図５に示すような平面波としてモデル化できる。ウエハ３上の回折光束２２及び２３の間の干渉を計算することにより、像強度分布が求められる。干渉が計算される場合、各回折光束の偏光状態が考慮される。偏光状態は照明系４により決定され、各回折光束に保存される。ＴＥ偏光の場合、照明光束の電界ベクトルはｙ方向にあるが、ＴＥ偏光の場合、電界ベクトルはｘｚ平面と平行である。

図６は、ウエハ３上の回折光束２２及び２３の偏光方向を示す。ＴＥ偏光はシステム全体を通してｙ成分のみを有するが、ＴＭ偏光はｘｚ平面にあるので、光束方向の変化と関連する偏光方向の変化を伴う。ＴＥ偏光の場合、回折光束２２及び２３はウエハ上で全て同一の偏光方向を有する。これに対し、ＴＭ偏光の場合、各回折光束２２及び２３は、その伝播方向に応じて異なる偏光方向を有する。偏光方向は、伝播する光束の偏光状態に依存せず、常に光束伝播方向に対して垂直である。

複数の回折光束が互いに交差する場合、互いに平行である偏光成分の間で干渉が起こる。ＴＥ偏光の場合、全ての光束はｙ成分のみを有するので、干渉はｙ成分のみを使用して計算される。ＴＭ偏光の場合、交差する光束の偏光状態をｘ成分及びｚ成分に分解しなければならず、ｘ成分及びｚ成分に対して個別に干渉が計算される。次に、ＴＭ偏光の像強度分布を得るために、ｘ成分により生成された像強度と、ｚ成分により生成された像強度とが加算される。

例えば、図４においてθ_１＝３０°及びθ_２＝７０°である場合、照明光束３１の偏光状態に応じて、像強度分布は図７に示すように与えられる。従来の空中像測定技術は、ウエハ平面において幅の狭い開口を走査することにより、そのような像プロファイルを測定する。

ウエハ上の像が幅の狭い開口を介して透過された場合に、像プロファイルが変化することは周知である。図８Ａ、図８Ｂ、図９、図１０及び図１１を参照して、像プロファイルの変化のメカニズムを説明する。図８Ａ及び図８Ｂは、入射光束がスリット（例えば、開口１１）によりどのように散乱されるかを示す。図８Ａにおいて、スリット幅は波長と比較して十分に狭く、スリットは二次点光源として作用するので、ｚ軸に関して対称な散乱が見られる。図８Ｂにおいて、スリット幅はそれほど狭くはないため、散乱光束分布は非対称になる。スリット幅が十分に狭くない場合、スリットは測定される像の微細構造を分解できない。

空中像測定システムにおいて、解像度はスリット幅により決定される。従って、空中像測定に使用されるスリットの場合、図８Ａに示される散乱が起こるように、幅は十分に狭いのが好ましい。幅が十分に狭い場合、回折光束の伝播方向は、図９に示されるようにスリット透過により大きく変化する。スリットに対する入射角に関係なく、射出光束は互いに平行であると考えられる。ＴＥ偏光の場合は、先に説明したようにｙ成分により表される。しかし、ＴＭ偏光の場合には著しく大きな偏光特性の変化が起こる。これは、スリット透過後の１つの偏光成分（ｘ成分）により表される。

上述のような偏光状態の変化に加え、各回折光束（例えば、２２及び２３）の振幅は、入射角（例えば、θ_１及びθ_２）に応じて不均一に減少する。垂直入射における値により振幅透過率が正規化される場合、図１０は、角度依存性の通常の推移を示す。多くの場合、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光はほぼ同一の分布曲線を有するが、透過率の値は互いに異なることが確認されている。上記の２つの要因、すなわち、偏光状態の変化及び光束方向（スリットに対する入射角）に依存する振幅減少を考慮することにより、スリット透過により測定される像プロファイルを計算できる。それら２つの影響を受けた結果、図７の分布（オリジナル像プロファイル）は図１１の分布（透過像プロファイル）に変化する。

従来の空中像測定技術には、非常に大きな問題が存在する。第１に、図１１に示される像プロファイルは、図７に示される像プロファイルと全く異なる。空中像を正確に測定するために、図１１の像プロファイルから図７の像プロファイルに像を回復する処理が実施形態において使用される。そのような像回復処理を考慮する際、第２の問題は、像プロファイルの変化のメカニズムがＴＥ偏光とＴＭ偏光とで異なることである。この事実は、測定された空中像がＴＥ偏光成分又はＴＭ偏光成分のいずれか一方を有する場合にのみ像回復が可能であることを示唆する。測定空中像がＴＥ成分及びＴＭ成分の双方を有する場合、各偏光成分を分離しない限り、そのような回復処理は不可能である。

光リソグラフィシステムにおいて、照明偏光はＴＥ状態又はＴＭ状態により単純に規定されるのではなく、それら２つの状態の混合により表現される。ウエハ（例えば、３）上の空中像（例えば、８）は２つの偏光成分から形成され、偏光に関する情報は未知である。

従って、本発明は、像プロファイルを判定することに加えて、空中像測定値の２つの偏光成分を分離することを提案する。

ＴＥ像成分及びＴＭ像成分を別個に測定するための方法の１つは、ＴＥ成分のみ又はＴＭ成分のみを透過する偏光子を挿入する方法である。検出器（例えば、１３）に入射する偏光状態を選択するために、偏光子は、スリット（例えば、１１）のいずれかの側（上又は下）に挿入される。

しかし、測定システムに挿入でき、且つ、ＡｒＦレーザーの１９３ｎｍの波長で動作する小型の偏光子は存在せず、それを実現するのは非常に困難であると予測されるという問題がある。
＜第１の実施形態＞
図１２は、第１の実施形態に係る半導体デバイスの製造に使用される光リソグラフィシステム１００の構成を示す。ウエハ１０３はウエハステージ１０６の上に位置決めされ、照明系１０４はレチクル１０２上のパターン１０５を照明することにより複数の光束を生成する。光束は投影レンズ１０７によりウエハ１０３上に投影され、それにより、パターン１０５に対応する像１０８が生成される。解像度を向上させるため、レンズ１０７とウエハ１０３（又は測定装置１０９）との間の空間は水１２０で満たされている。照明系１０４は、ウエハ１０３上に投影される像１０８を形成する光束を生成するために、１つ以上の照明光源点を使用する。

測定装置１０９は、光検出器と、入射する光の偏光成分を分離する遮光層とを有する。遮光層は、α開口及びβ開口を有する。それら２つの開口は、互いに異なる構造を有し、互いに著しく異なる偏光特性を有する。異なる構造は、偏光成分のうち少なくとも１つの偏光成分を異なる状態で透過し、検出器は、第１の開口を介して透過された光及び第２の開口を介して透過された光に対する別個のサンプルを生成する。

第１の実施形態において、偏光成分は水平（ＴＥ）偏光成分及び垂直（ＴＭ）偏光成分を有する。α開口はＴＥ偏光成分を透過するために使用され、β開口はＴＭ偏光成分及びＴＥ偏光成分を透過するために使用される。

第１の実施形態において、制御装置１１０は、測定装置１０９及びウエハステージ１０６に結合された汎用コンピュータである。制御装置１１０は、測定装置１０９及びウエハステージ１０６を制御する。制御装置１１０は、空中像１０８が測定装置１０９により走査されるようにウエハステージ１０６を移動するために、ウエハステージ１０６を制御する。制御装置１１０は、測定装置１０９を使用して像１０８を測定する処理を実行するためのプログラム命令を実行する。

他の実施形態においては、制御装置１１０は測定装置１０９を制御し、別の制御装置がウエハステージ１０６を制御する。他の実施形態において、制御装置１１０は、測定装置１０９及び／又はウエハステージ１０６に含まれる制御回路であってもよい。

制御装置１１０は、システムバスを介してメモリに結合されたプロセッサを含む。プロセッサは、システムバス及びＩ／Ｏバスを介して外部入出力（Ｉ／Ｏ）装置に更に結合される。記憶装置コントローラ、Ｉ／Ｏバス及びシステムバスを介して、コンピュータ可読媒体を有する記憶装置がプロセッサに結合される。記憶装置は、以下に図２０、図２５及び図２６に関連して説明される空中像測定処理を実行するために使用されるデータ及びプログラム命令を格納し、且つ、読み出すためにプロセッサにより使用される。

制御装置１１０のプロセッサは、空中像測定処理の結果をユーザに対して出力するユーザ出力装置に更に結合される。ユーザ出力装置は、例えば、表示装置、プリンタ、ライト、スピーカ又はユーザに対して情報を出力する他の任意の装置を含む。出力装置は、Ｉ／Ｏバスに結合されたユーザ出力装置コントローラを介してプロセッサに結合される。制御装置のプロセッサは、Ｉ／Ｏバスに結合されたユーザ入力装置コントローラを介してユーザ入力装置に更に結合されてもよい。

制御装置のプロセッサは、Ｉ／Ｏバスに結合された通信装置コントローラを介して通信装置に更に結合されてもよい。制御装置のプロセッサは、測定装置１０９によって像１０８を走査するようにウエハステージ１０６を制御するために、制御装置の通信装置を使用してウエハステージ１０６と通信してもよい。制御装置のプロセッサは、測定装置１０９から測定値を受信するために、通信装置を使用して測定装置１０９と通信してもよい。

動作中、制御装置のプロセッサは、制御装置のプログラム命令を記憶装置から制御装置のメモリにロードする。制御装置のプロセッサは、ロードされたプログラム命令を実行することにより、以下に説明する空中像測定処理を実現する。

図１３は、測定装置１０９を更に詳細に示す。図１３は、第１の実施形態に係る測定装置１０９を示す横断面図である。開口１１３はスリット開口（α開口）であり、開口１１４はピンホールアレイ開口（β開口）である。

他の実施形態において、１対の開口１１３及び１１４は１対のスリット開口、１対のピンホールアレイ開口、又は異なる偏光特性を有する他の任意の１対の開口を含んでもよい。

図１３に示されるように、遮光層１１１はＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）基板１１２の上に形成され、スリット開口１１３を介して透過された光及びピンホールアレイ開口１１４を介して透過された光は、基板１１２を通過して検出器１１５に入射する。

スリット開口１１３からの信号及びピンホールアレイ開口１１４からの信号は、互いに独立して測定され、検出器１１５は、スリット開口１１３を介して透過された光及びピンホールアレイ開口１１４を介して透過された光に対する別個のサンプルを生成する。検出器１１５は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）又はＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサなどの２次元結像素子である。

図１４は、遮光層が検出器の上に形成された別の実施形態に係る測定装置２０９を示す横断面図である。開口２１３はスリット開口（α開口）であり、開口２１４はピンホールアレイ開口（β開口）である。遮光層２１１は検出器２１５の上に形成され、スリット開口２１３及びピンホールアレイ開口２１４を介して透過された光は検出器２１５に入射する。

図１５は、別の実施形態に係る測定装置３０９を示す横断面図である。開口３１３はスリット開口（α開口）であり、開口３１４はピンホールアレイ開口（β開口）である。図１５に示されるように、遮光層３１１はＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）基板３１２の上に形成され、基板３１２と検出器３１５との間にレンズ３１６が配置される。スリット開口３１３を介して透過された光及びピンホールアレイ開口３１４を介して透過された光は、基板３１２及びレンズ３１６を通過して検出器３１５に入射する。

図１６は、スリット開口１１３及びピンホールアレイ開口１１４の平面図を示す測定装置１０９の一部の図である。図１７は、測定装置１０９を示す平面図であり、図１７には、開口の大きさ及び開口の方向に関する偏光方向が規定される。ピンホールアレイ開口１１４は、ピンホールの大きさ及びピッチにより規定される。ピンホールアレイのピッチが限界である０の場合、１つのスリットと同等である。各開口の長さはｙ方向に測定される。スリット開口の長さはＹ_αにより表され、ピンホールアレイ開口の長さはＹ_βにより表される。

ピンホールアレイ開口１１４及びスリット開口１１３の大きさは、共に、空中像の特徴サイズ及び照明系１０４により生成される光の波長より小さい。遮光層の材料、遮光層の厚さ、大きさ及び開口空間を満たす材料は、ピンホールアレイ開口１１４及びスリット開口１１３の双方で同一である。他の実施形態において、開口１１３及び１１４が図２１Ｂ及び図２２Ｂに示されるようにほぼ同一の角度透過特性を示すのであれば、開口１１３及び１１４は異なる大きさを有してもよい。更に、他の実施形態において、開口１１３及び１１４が図２１Ｂ及び図２２Ｂに示されるようにほぼ同一の角度透過特性を示すのであれば、遮光層１１１に対して異なる材料及び／又は異なる厚さが選択されてもよい。

図１８は、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光に関してピッチの変更に伴う開口からの透過エネルギーの変化を示す。入射光束は遮光層に垂直に、すなわち、ｚ方向に入射すると仮定する。図１８の縦軸は、開口を介して透過される単位長さ当たりのエネルギーの量を表す。ピッチが大きくなると、偏光依存性はある特定のピッチ（約１２０ｎｍ）で消滅することがわかる。

第１の実施形態において、ピンホールアレイ開口１１４の場合、遮光層の厚さは１００ｎｍであり、大きさ（ピンホール直径）は８０ｎｍであり、ピッチは１６０ｎｍであり、長さは３５．６μｍである。スリット開口１１３の場合、遮光層の厚さは１００ｎｍであり、大きさ（幅）は８０ｎｍであり、ピッチは０ｎｍであり、長さは１０μｍである。他の実施形態において、ピンホールアレイ開口及びスリット開口は異なる寸法を有してもよい。ピンホールアレイ開口１１４及びスリット開口１１３の開口空間を満たす材料はＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）であり、遮光層の材料はＴａ（タンタル）である。他の実施形態において、遮光層により形成される開口１１３及び１１４が図２１Ｂ及び図２２Ｂにより示されるようにほぼ同一の角度透過特性を示すように、遮光層１１１に他の材料が使用されてもよい。遮光層１１１の他の材料は、例えば、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｗ及びＣｒである。図１９は、１９３ｎｍの波長を有する光に対する遮光層１１１として使用可能な典型的な材料の光学的特性を示す。各材料の光学的特性は、屈折率「ｎ」及び吸光率「ｋ」により規定される。

α_ＴＥはＴＥ偏光に対するα開口の透過率を表し、α_ＴＭはＴＭ偏光に対するα開口の透過率を表す。β_ＴＥはＴＥ偏光に対するβ開口の透過率を表し、β_ＴＭはＴＭ偏光に対するβ開口の透過率を表す。第１の実施形態において、これらの値は以下の通りである。

α_ＴＥ、α_ＴＭ、β_ＴＥ及びβ_ＴＭの値は任意の単位で表されるため、これらの値の間の比率は物理的意味を有する。

図２０は、第１の実施形態に従って像１０８を測定する処理を示すフローチャートである。ブロック２００１において、制御装置１１０は、測定装置１０９が像１０８(

）を走査するようにウエハステージ１０６を制御して移動させる。ブロック２００２において、制御装置１１０は、検出器１１５により提供されるα開口１１３を介して透過された光の測定サンプル（Ｉ_α（ｘ））を受け取る。ブロック２００７において、制御装置１１０は、検出器１１５により提供されるβ開口１１４を介して透過された光の測定サンプル（Ｉ_β（ｘ））を受け取る。

ブロック２００３において、制御装置１１０は偏光分離処理を実行する。この偏光処理中、制御装置１１０は、測定装置１０９の検出器により提供されたサンプルを使用して、空中像の偏光成分ごとに別個の像プロファイルを生成する。

より詳細には、制御装置１１０は、ブロック２００４においてＴＥ成分の像プロファイル（

）を生成し、ブロック２００８においてＴＭ成分の像プロファイル（

）を生成する。

ブロック２００５において、制御装置１１０は、像１０８のＴＥ偏光成分の推定像プロファイルを生成する像回復処理を実行する。ブロック２００６において取得される推定像プロファイル（

）は、α開口を介した透過の影響が排除されている。ブロック２００９において、制御装置１１０は、像１０８のＴＭ偏光成分の推定像プロファイルを生成する像回復処理を実行する。ブロック２０１０において取得される推定像プロファイル（

）は、β開口を介した透過の影響が排除されている。

ブロック２００３の偏光分離処理の更に詳細な説明を以下に示す。像１０８（ウエハ上の像）は、ＴＥ成分及びＴＭ成分の組み合わせとして、

により表される。ＴＥ像成分及びＴＭ像成分は別個に取得されるため、開口透過の影響を排除する像回復が可能である。α開口を透過することにより、以下の変化が仮定される。

同様に、β開口を透過することにより、以下の変化が仮定される。

開口透過において、像強度はα_ＴＥ、α_ＴＭ、β_ＴＥ及びβ_ＴＭのパラメータの影響を受ける。α_ＴＥはＴＥ偏光に対するα開口の透過率を表し、α_ＴＭはＴＭ偏光に対するα開口の透過率を表す。β_ＴＥはＴＥ偏光に対するβ開口の透過率を表し、β_ＴＭはＴＭ偏光に対するβ開口の透過率を表す。更に、像プロファイルは、開口透過により変更される。式（２）及び式（３）は、像プロファイルの変化が２つの開口間で共通であると仮定する。この仮定は、２つの開口が入射角依存性に関して同一特性を有する場合に有効である。

図２１Ａ及び図２１Ｂは、ＴＥ偏光の場合を示す。図２１Ａに示すように、式（１）で特定されたα_ＴＥ及びβ_ＴＥの値は、０度の入射角に対する値である。曲線をそれぞれα_ＴＥ及びβ_ＴＥで正規化することにより、図２１Ｂが得られる。透過エネルギーの値は開口間で異なるが、２つの開口が入射角依存性に関して同一特性を有することがわかる。

図２２Ａ及び図２２Ｂは、ＴＭ偏光の場合を示す。図２２Ａに示すように、式（１）で特定されたα_ＴＭ及びβ_ＴＭの値は、０度の入射角に対する値である。曲線をそれぞれα_ＴＭ及びβ_ＴＭで正規化することにより、図２２Ｂが得られる。ＴＭ偏光の場合も、２つの開口が入射角依存性に関して同一特性を有することがわかる。従って、透過率の角度依存性は、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光のそれぞれの場合において双方の開口で同一である。

α開口による測定像信号は、以下のように表される。

β開口による測定像信号は、以下のように表される。

Ｙ_αはα開口の開口長であり、Ｙ_βはβ開口の開口長である。Ｒ_αは、α開口を介して透過された光を検出する検出器１１５の一部分の感度を表す係数である。Ｒ_βは、β開口を介して透過された光を検出する検出器１１５の一部分の感度を表す係数である。Ｒ_α及びＲ_βは電気的に制御可能である。式（４）及び式（５）におけるパラメータは、以下の式が満たされるように設定される。

簡潔にするため、以下を仮定する。

従って、以下の式が満たされなければならない。

本発明の第１の実施形態において、α_ＴＭ＝４６．３及びβ_ＴＭ＝１３．０である。これらの値は、任意の単位で表される。Ｙ_α＝１及びＹ_β＝３．５６を設定することにより、式（４）は式（９）に変換され、式（５）は式（１０）に変換される。

式（１０）から式（９）を減算することにより、次式が得られる。

式（１１）を使用すると、

は式（１２）又は式（１３）のいずれかにより与えられる。

Ｉ_α（ｘ）及びＩ_β（ｘ）の測定が誤差なく理想的に行われる場合、式（１２）及び式（１３）は互いに一致する。式（１２）と式（１３）との間に差分がある場合、それは測定誤差の指標として使用可能である。

誤差の原因の１つは開口製造誤差であり、これは開口の大きさが小さい場合は回避できない。図２３は、典型的な製造誤差を示す測定装置１０９の一部分の平面図であり、図２４は、典型的な製造誤差を示す測定装置１０９の横断面図である。スリット開口及びピンホールアレイ開口の双方の開口の大きさの変動を図２３に示し、開口空間の不完全な充填（スリット開口又はピンホールアレイ開口のいずれかに対する）を図２４に示す。これらの製造誤差は、透過エネルギーの値に影響を及ぼす。実際の透過エネルギーは、製造誤差を仮定しないシミュレーション結果とは異なる。製造誤差を補償するため、２つの開口の透過エネルギーが測定され、パラメータＲ_α及びＲ_βは式（６）が満たされるように調整される。パラメータＲ_α及びＲ_βは、それぞれα開口及びβ開口を介して透過された光を検出する検出器１１５の一部分に含まれるフォトダイオードからの信号の振幅を制御することにより調整される。

第１の実施形態において、α開口が式（１）の値で示すようなＴＥ偏光及びＴＭ偏光に対する透過率を有するため、式（６）の条件を選択した。式（１）の値で示すように、α開口はＴＥ偏光に対して高い透過率を示し、これはＩ_α（ｘ）及びＩ_β（ｘ）の測定結果においてＴＭ偏光成分を有効に相殺すると考えられる。ＴＭ偏光が開口の一方において支配的である他の実施形態において、式（６）の代わりに次式が適用されてもよい。

式（１４）が使用される場合、

は式（４）から式（５）を減算することにより計算され、

は

の結果を使用して取得される。

ブロック２００５の像回復処理（ＴＥ成分）及びブロック２００９の像回復処理（ＴＭ成分）の更に詳細な説明を以下に示す。制御装置１１０は、偏光分離処理（図２０のブロック２００３）を実行して図２０のブロック２００４でＴＥ成分の像プロファイル（

）を取得し、且つ、図２０のブロック２００８でＴＭ成分の像プロファイル（

）を取得した後、像回復処理を実行する。制御装置１１０は、ＴＥ成分の生成像プロファイル（

）から像１０８のＴＥ成分（

）を回復するＴＥ像回復処理を実行し、ＴＭ成分の生成像プロファイル（

）から像１０８のＴＭ成分（

）を回復するＴＭ回復処理を実行する。ＴＭ成分及びＴＥ成分の双方の像回復は、反復計算を適用することにより実行される。

図２５は、ＴＥ偏光成分に対するＴＥ像回復処理（図２０のブロック２００５）を示すフローチャートである。例えば、レチクル１０２上のパターン、レンズ１０７の収差、照明系１０４の照明条件及び環境条件（例えば、温度、気圧）等を含む初期パラメータ２５０１を使用して、ＴＥ成分（

）に対するウエハ１０３上の像強度分布を算出する（ブロック２５０２）。ブロック２５０３において、開口を介した透過により変更された算出オリジナルＴＥ像プロファイル（

）を表す透過ＴＥ像プロファイル（

）は、データ２５０７を使用して算出される。データ２５０７は、開口透過率の角度特性を含む開口透過率特性を示す。ブロック２５０４において、透過ＴＥ像プロファイル（

）をＴＥ偏光成分の像プロファイル（

）（図２０のブロック２００４で生成された）と比較し、

が

とほぼ等しいかを判定する。

が

とほぼ等しい場合（ブロック２５０４で「ＹＥＳ」）、ブロック２５０５において、算出オリジナルＴＥ像プロファイル

は、図２０のブロック２００６で取得される推定ＴＥ像プロファイル（すなわち、

）として提供される。制御装置１１０は、ユーザ出力装置を介してユーザに推定ＴＥ像プロファイル

を提供する。他の実施形態において、制御装置１１０は、通信装置を介して別の装置に推定ＴＥ像プロファイル

を提供できる。

が

とほぼ等しい場合（ブロック２５０４で「ＹＥＳ」）、初期パラメータ２５０１が光リソグラフィシステム１００の実際の性能を表すと更に判定される。第１の実施形態において、制御装置１１０はユーザ出力装置を介してユーザにパラメータ２５０１を出力する。他の実施形態において、制御装置１１０は、例えば、パラメータ２５０１が変化したこと又は変化しなかったことを示す情報等、パラメータ２５０１から導出される情報を出力できる。空中像の測定を介してこれらのパラメータの変化を監視することにより、より高い精度で光リソグラフィシステム１００の性能を監視できる。

が

とほぼ等しくない場合（ブロック２５０４で「ＮＯ」）、ブロック２５０６において、制御装置１１０は初期パラメータ２５０１を偏移させ、ブロック２５０２において、偏移パラメータを使用して新しいオリジナル像プロファイルを算出することにより像回復の次の反復を開始する。

別の実施形態において、像回復の反復ごとに像プロファイル

を算出する代わりに、全ての可能なパラメータの組み合わせに対して像プロファイル

を事前に算出し、算出した像プロファイルをデータベースに格納できる。このように、ＴＥ像回復処理の各反復おいて、特定されたパラメータの対応する像プロファイル

を算出するのではなくデータベースから検出できる。同様に、像プロファイル

を全ての可能なパラメータの組み合わせに対して事前に算出し、算出した像プロファイルをデータベースに格納し、ＴＥ像回復処理の各反復において、特定されたパラメータの対応する像プロファイル

を算出するのではなくデータベースから検索できる。

図２６は、ＴＭ偏光成分に対するＴＭ像回復処理（図２０のブロック２００９）を示すフローチャートである。ＴＭ像回復処理で使用される初期パラメータは、ＴＥ像回復処理で使用される初期パラメータ２５０１と同一である。初期パラメータ２５０１を使用して、ＴＭ成分（

）に対するウエハ１０３上の像強度分布が算出される（ブロック２６０２）。ブロック２６０３において、開口を介する透過により変更された算出オリジナルＴＭ像プロファイル（

）を表す透過ＴＭ像プロファイル（

）は、データ２６０７及びデータ２６０８を使用して算出される。データ２６０７は、開口透過率の角度特性を含む開口透過率特性を示し、データ２６０８は偏光変化特性を含む開口透過率特性を示す。ブロック２６０４において、透過ＴＭ像プロファイル（

）をＴＭ偏光成分の像プロファイル（

）と比較し、

が

とほぼ等しいかを判定する。

が

とほぼ等しい場合（ブロック２６０４で「ＹＥＳ」）、ブロック２６０５において、算出オリジナルＴＭ像プロファイル

は、図２０のブロック２０１０で取得される推定ＴＭ像プロファイル（すなわち、

）として提供される。制御装置１１０は、ユーザ出力装置を介してユーザに推定ＴＭ像プロファイル

を提供する。他の実施形態において、制御装置１１０は、通信装置を介して別の装置に推定ＴＭ像プロファイル

を提供できる。

が

とほぼ等しい場合（ブロック２６０４で「ＹＥＳ」）、初期パラメータ２５０１が光リソグラフィシステム１００の実際の性能を表すと更に判定される。第１の実施形態において、制御装置１１０は、ユーザ出力装置を介してユーザにパラメータ２５０１を出力する。他の実施形態において、制御装置１１０は、例えば、パラメータ２５０１が変化したこと又は変化しなかったことを示す情報等、パラメータ２５０１から導出される情報を出力できる。空中像の測定を介してこれらのパラメータの変化を監視することにより、より高い精度で光リソグラフィシステム１００の性能を監視できる。

が

とほぼ等しくない場合（ブロック２６０４で「ＮＯ」）、ブロック２６０６において、制御装置１１０は初期パラメータ２５０１を偏移させ、ブロック２６０２において、偏移パラメータを使用して新しいオリジナル像プロファイルを算出することにより像回復の次の反復を開始する。

別の実施形態において、像回復の反復ごとに像プロファイル

を算出する代わりに、全ての可能なパラメータの組み合わせに対して像プロファイル

を事前に算出し、算出した像プロファイルをデータベースに格納できる。このように、ＴＭ像回復処理の各反復において、特定されたパラメータの対応する像プロファイル

を算出するのではなくデータベースから検出できる。同様に、像プロファイル

を全ての可能なパラメータの組み合わせに対して事前に算出し、算出した像プロファイルをデータベースに格納し、ＴＭ像回復処理の各反復において、特定されたパラメータの対応する像プロファイル

を算出するのではなくデータベースから検索できる。

＜第２の実施形態＞
図２７は、第２の実施形態に係る測定装置４０９を示す平面図である。開口４１３はスリット開口（α開口）であり、開口４１４はスリット開口（β開口）である。開口４１３の幅は６０ｎｍであり、長さは３０μｍである。開口４１４の幅は６０ｎｍであり、長さは３０μｍである。

図２８は、第２の実施形態に係る測定装置４０９を示す横断面図である。図２８に示されるように、遮光層４１１は、ＳｉＯ_２表面保護層４１６とＳｉＯ_２基板４１２との間に形成される。遮光層４１１の材料はＴａ（タンタル）であり、その厚さは１２０ｎｍである。表面保護層４１６の厚さは４０ｎｍである。光は表面保護層４１６、開口４１３及び４１４、基板４１２を通過して検出器４１５に入射する。第２の実施形態において、開口４１３はＳｉＯ_２で満たされ、開口４１４は中空構造を有する。像を走査するために測定装置４０９を光リソグラフィシステムの投影レンズの下方へ移動させるように制御装置がウエハステージを制御する場合、投影レンズと測定装置４０９の面との間に水が満たされる。従って、ＳｉＯ_２表面保護層４１６は、開口４１４の開口空間に水が侵入するのを防止するために使用される。

第２の実施形態において、開口４１３はＴＭ偏光成分の透過をほぼ阻止し（ＴＥ成分のみを透過する）、開口４１４はＴＥ偏光成分の透過をほぼ阻止する（ＴＭ成分のみを透過する）。従って、第２の実施形態において、開口４１３がＴＥ成分のみを透過し、開口４１４がＴＭ成分のみを透過するので、像測定処理の一部として別個の偏光分離処理（例えば、図２０のブロック２００３）を実行する必要はない。すなわち、第２の実施形態において偏光分離処理（例えば、図２０のブロック２００３）が省略されることを除いて、第２の実施形態の像測定処理は、第１の実施形態の像測定処理と同一である。
＜第３の実施形態＞
図２９は、第３の実施形態に係る測定装置５０９を示した平面図である。開口５１３はピンホールアレイ開口（α開口）であり、開口５１４もピンホールアレイ開口（β開口）である。開口５１３の直径は８０ｎｍ、ピッチは８０ｎｍ、長さは１５μｍである。開口５１４の直径は８０ｎｍ、ピッチは１６０ｎｍ、長さは３０μｍである。遮光層５１１の材料はＴａ（タンタル）であり、その厚さは１００ｎｍである。

開示された光リソグラフィシステムを使用して、光リソグラフィシステムの結像性能を正確に表現する像プロファイルが生成されてもよい。更に、複数の偏光成分を含む像に対して、正確な像プロファイルが生成されてもよい。特に、空中像の偏光成分ごとに別個の像プロファイルが生成されるので、各偏光成分に特有の像プロファイル変化特性に対応する像回復が実行されてもよい。例えば、水平（ＴＥ）偏光成分の生成像プロファイルに対する像回復は、透過率の角度特性に対応できる。これに対し、垂直（ＴＭ）偏光成分の生成像プロファイルに対する像回復は、透過率の偏光変化特性及び角度特性の双方に対応できる。

スリット開口及びピンホールアレイ開口は、著しく異なる偏光特性を有することが可能であるで、空中像測定装置により得られる測定値に対する雑音の影響は減少されるか、ほぼ排除される。更に、著しく異なる偏光特性を有するスリット開口及びピンホールアレイ開口を有する空中像測定装置の製造は困難ではないと考えられる。

生成像プロファイルの各々に対して反復計算を別個に適用することにより像回復を実行できるので、像形成が非線形であり、且つ、部分コヒーレント結像理論により規定されるような光リソグラフィシステムにおいて像回復を実行することが可能である。

上述の実施形態において、第１の開口及び第２の開口は同一の遮光層に含まれ、第１の開口を介して透過された光及び第２の開口を介して透過された光の双方が単一の検出器により測定される。更に、上述の実施形態は、同一の基板上に形成された第１の開口及び第２の開口を示す。しかし、他の実施形態において、第１の開口及び第２の開口は異なる遮光層に含まれてもよく、先に説明された偏光分離処理及び像回復処理が変更なく適用されてもよい。また、他の実施形態において、第１の開口及び第２の開口は異なる基板の上に形成されてもよく、先に説明された偏光分離処理及び像回復処理が変更なく適用されてもよい。更に、他の実施形態は第１の検出器及び第２の検出器を含んでもよい。その場合、第１の検出器は、第１の開口を介して透過された光を測定してもよく、第２の検出器は、第２の開口を介して透過された光を測定してもよく、先に説明された偏光分離処理及び像回復処理は変更なく適用されてもよい。第１の検出器は、第１の開口を介して透過された光に対するサンプルを制御装置に提供してもよく、第２の検出器は、第２の開口を介して透過された光に対するサンプルを制御装置に提供してもよい。

図３０は、異なる遮光層６１１及び６１７にそれぞれ含まれる開口６１３及び６１４と、開口ごとに異なる検出器とを有する測定装置６０９を示す横断面図である。遮光層６１１及び６１７は、異なる基板６１２及び６１８の上にそれぞれ形成される。遮光層６１１はＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）基板６１２上に形成され、開口６１３を介して透過された光は、基板６１２を通過して検出器６１５に入射する。遮光層６１７はＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）基板６１８上に形成され、開口６１４を介して透過された光は、基板６１８を通過して検出器６１９に入射する。

以上、特定の例示的な実施形態に関して本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更及び変形が実施されてもよい。例えば、一般に、先に説明された方法のステップは異なる順序で実行されてもよく、その場合でも望ましい結果を達成できる。

Claims (35)

1. 空中像を測定するために使用される空中像測定装置であって、
   少なくとも第１の開口及び第２の開口を有し、前記第１の開口及び前記第２の開口は互いに異なる構造を有し、前記異なる構造はＴＭ偏光成分及びＴＥ偏光成分のうち少なくとも一方の偏光成分を異なる状態で透過する遮光層と、
   前記第１の開口を介して透過された光及び前記第２の開口を介して透過された光に対する別個のサンプルを生成する検出器と、
   前記サンプルを使用して前記空中像を算出する算出部とを有する空中像測定装置。
2. 前記第１の開口はスリットを含み、前記第２の開口はピンホールアレイを含む請求項１記載の空中像測定装置。
3. 前記ピンホールアレイ開口は、ピンホール直径、前記アレイ中の各ピンホールの間隔を規定するピッチ及び長さにより規定され、前記スリット開口は、０に等しいピッチを有するピンホールアレイ開口に対応する請求項２記載の空中像測定装置。
4. 前記ピンホールアレイ開口及び前記スリット開口の双方の前記ピンホール直径は、前記空中像の特徴サイズ及び照明系により生成される光の波長の双方より小さい大きさを有する請求項３記載の空中像測定装置。
5. 前記遮光層の材料、前記遮光層の厚さ、前記ピンホール直径及び前記開口空間を満たす材料は、前記ピンホールアレイ開口及び前記スリット開口の双方で同一である請求項３記載の空中像測定装置。
6. 前記ピンホールアレイ開口の場合、前記遮光層の厚さは１００ｎｍであり、前記ピンホール直径の大きさは８０ｎｍであり、前記ピッチは１６０ｎｍであり、前記スリット開口の場合、前記遮光層の厚さは１００ｎｍであり、前記ピンホール直径の大きさは８０ｎｍであり、前記ピッチは０ｎｍであり、前記ピンホールアレイ開口の長さと前記スリット開口の長さとの比は約１８：５である請求項５記載の空中像測定装置。
7. 前記ピンホールアレイ開口及び前記スリット開口の前記開口空間を満たす材料はＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）であり、前記遮光層の材料はＴａ（タンタル）である請求項２記載の空中像測定装置。
8. 前記遮光層は前記検出器の上に形成される請求項１記載の空中像測定装置。
9. 前記遮光層は基板の上に形成され、前記第１の開口及び前記第２の開口を介して透過された光は、前記基板を通過して前記検出器に入射する請求項１記載の空中像測定装置。
10. 前記基板はＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）基板である請求項９記載の空中像測定装置。
11. 前記空中像測定装置は、前記基板と前記検出器との間に配置されたレンズを有する請求項９記載の空中像測定装置。
12. 前記算出部は、前記第１の開口及び前記第２の開口を介したサンプリングの影響が排除された前記空中像の推定値を算出するように前記第１のサンプルと前記第２のサンプルとを組み合わせる請求項１記載の空中像測定装置。
13. 空中像を測定するために使用される空中像測定装置であって、
    少なくとも第１の開口を有する第１の遮光層と、
    少なくとも第２の開口を有する第２の遮光層と、
    前記第１の開口を介して透過された光に対するサンプルを生成する第１の検出器と、
    前記第２の開口を介して透過された光に対するサンプルを生成する第２の検出器と、
    前記サンプルを使用して前記空中像を算出する算出部とを有し、
    前記第１の開口及び前記第２の開口は互いに異なる構造を有し、前記異なる構造はＴＭ偏光成分及びＴＥ偏光成分のうち少なくとも一方の偏光成分を異なる状態で透過する空中像測定装置。
14. 光リソグラフィシステムにより生成された空中像を測定する方法であって、
    第１の光検出器及び第２の光検出器と、入射する光の偏光成分を分離する第１の遮光層及び第２の遮光層とを有し、前記第１の遮光層は第１の開口を有し、前記第２の遮光層は第２の開口を有し、前記第１の開口及び前記第２の開口は互いに異なる構造を有し、前記異なる構造は前記偏光成分のうち少なくとも１つの偏光成分を異なる状態で透過し、前記第１の検出器は前記第１の開口を介して透過された光に対するサンプルを生成し、前記第２の検出器は前記第２の開口を介して透過された光に対するサンプルを生成する空中像測定装置によって前記空中像をサンプリングすることと、
    前記第１の検出器及び前記第２の検出器により生成された前記サンプルを使用して、前記空中像の偏光成分ごとに別個の像プロファイルを生成することと、
    前記空中像測定装置の前記第１の開口及び前記第２の開口を介した透過の影響を排除した前記空中像の偏光成分ごとの推定像プロファイルを生成するために、前記生成像プロファイルの各々に対して像回復を実行することとから成る方法。
15. 光リソグラフィシステムにより生成された空中像を測定する方法であって、
    光検出器と、入射する光の偏光成分を分離する遮光層とを有し、前記遮光層は互いに異なる構造を有する第１の開口及び第２の開口を有し、前記異なる構造は前記偏光成分のうち少なくとも１つの偏光成分を異なる状態で透過し、前記検出器は前記第１の開口を介して透過された光及び前記第２の開口を介して透過された光に対する別個のサンプルを生成する空中像測定装置によって前記空中像をサンプリングすることと、
    前記検出器により生成された前記サンプルを使用して、前記空中像の偏光成分ごとに別個の像プロファイルを生成することと、
    前記空中像測定装置の前記第１の開口及び前記第２の開口を介した透過の影響を排除した前記空中像の偏光成分ごとの推定像プロファイルを生成するために、前記生成像プロファイルの各々に対して像回復を実行することとから成る方法。
16. 前記第１の開口はスリットを含み、前記第２の開口はピンホールアレイを含む請求項１５記載の方法。
17. 前記偏光成分は水平（ＴＥ）偏光成分及び垂直（ＴＭ）偏光成分を含み、前記ピンホールアレイ開口及び前記スリット開口は著しく異なる偏光特性を有し、前記ピンホールアレイ開口は前記ＴＭ偏光成分及び前記ＴＥ偏光成分を透過するために使用され、前記スリット開口は前記ＴＥ偏光成分を透過するために使用される請求項１６記載の方法。
18. 前記制御装置は、前記生成像プロファイルの各々に対して反復計算を別個に適用することにより像回復を実行し、像回復の各反復は、
    前記光リソグラフィシステムのパラメータを使用して、前記空中像の前記偏光成分のうち１つの偏光成分に対してオリジナル像プロファイルを算出することと、
    開口透過率特性を使用して前記オリジナル像プロファイルを変化させることにより、前記偏光成分を透過するために使用された開口を介した透過の影響を含む前記偏光成分の透過像プロファイルを算出することと、
    前記生成像プロファイルが前記偏光成分の前記透過像プロファイルとほぼ等しいか否かを判定するために、前記透過像プロファイルを前記生成像プロファイルと比較することと、
    前記生成像プロファイルが前記透過像プロファイルとほぼ等しいという判定に応答して、前記開口を介した透過の影響を排除した前記偏光成分の前記推定像プロファイルとして、算出された前記オリジナル像プロファイルを提供することと、
    前記生成像プロファイルが前記透過像プロファイルとほぼ等しくないという判定に応答して、前記初期パラメータを偏移させ、前記偏移パラメータを使用して新しいオリジナル像プロファイルを算出することにより像回復の次の反復を開始することとを含む請求項１７記載の方法。
19. 前記ＴＥ偏光成分の場合、前記開口透過率特性は前記スリット開口の透過率の角度特性を含み、前記ＴＭ偏光成分の場合、前記開口透過率特性は前記ピンホールアレイ開口の透過率の偏光変化特性及び角度特性を含む請求項１８記載の方法。
20. 前記光リソグラフィシステムの前記パラメータは、前記レチクル上のパターン、レンズ収差、照明条件及び環境条件を含む請求項１８記載の方法。
21. 照明系と、
    レチクルと、
    投影レンズと、
    可動ウエハステージと、
    光検出器と、入射する光の偏光成分を分離する遮光層とを有し、前記遮光層は互いに異なる構造を有する第１の開口及び第２の開口を有し、前記異なる構造は前記偏光成分のうち少なくとも１つの偏光成分を異なる状態で透過し、前記検出器は前記第１の開口を介して透過された光及び前記第２の開口を介して透過された光に対する別個のサンプルを生成する空中像測定装置と、
    前記空中像測定装置及び前記ウエハステージを制御する制御装置とを有し、
    前記空中像測定装置は前記ウエハステージ上に位置決めされ、前記照明系は、前記レチクル上のパターンに対応する空中像を生成するために前記投影レンズにより前記空中像測定装置に投影される光束を生成するように前記レチクル上の前記パターンを照明し、
    前記制御装置は、前記空中像が前記空中像測定装置により走査されるように前記ウエハステージを移動するために、前記ウエハステージを制御し、前記制御装置は、前記検出器により生成された前記サンプルを受け取り、前記検出器により生成された前記サンプルを使用して、前記空中像の偏光成分ごとに別個の像プロファイルを生成し、前記空中像測定装置の前記第１の開口及び前記第２の開口を介した透過の影響を排除した前記空中像の偏光成分ごとの推定像プロファイルを生成するために前記生成像プロファイルの各々に対して像回復を実行する光リソグラフィシステム。
22. 前記第１の開口はスリットを含み、前記第２の開口はピンホールアレイを含む請求項２１記載の光リソグラフィシステム。
23. 前記ピンホールアレイ開口は、ピンホール直径、前記アレイ中の各ピンホールの間隔を規定するピッチ及び長さにより規定され、前記スリット開口は、０に等しいピッチを有するピンホールアレイ開口に対応する請求項２２記載の光リソグラフィシステム。
24. 前記ピンホールアレイ開口及び前記スリット開口の双方の前記ピンホール直径は、前記空中像の特徴サイズ及び前記照明系により生成される光の波長の双方より小さい大きさを有する請求項２２記載の光リソグラフィシステム。
25. 前記遮光層の材料、前記遮光層の厚さ、前記ピンホール直径及び前記開口空間を満たす材料は、前記ピンホールアレイ開口及び前記スリット開口の双方で同一である請求項２３記載の光リソグラフィシステム。
26. 前記ピンホールアレイ開口の場合、前記遮光層の厚さは１００ｎｍであり、前記ピンホール直径の大きさは８０ｎｍであり、前記ピッチは１６０ｎｍであり、前記スリット開口の場合、前記遮光層の厚さは１００ｎｍであり、前記ピンホール直径の大きさは８０ｎｍであり、前記ピッチは０ｎｍであり、前記ピンホールアレイの長さと前記スリット開口の長さとの比は約１８：５である請求項２５記載の光リソグラフィシステム。
27. 前記ピンホールアレイ開口及び前記スリット開口の前記開口空間を満たす材料はＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）であり、前記遮光層の材料はＴａ（タンタル）である請求項２２記載の光リソグラフィシステム。
28. 前記遮光層は前記検出器の上に形成される請求項２１記載の光リソグラフィシステム。
29. 前記遮光層は基板の上に形成され、前記第１の開口及び前記第２の開口を介して透過された光は、前記基板を通過して前記検出器に入射する請求項２１記載の光リソグラフィシステム。
30. 前記基板はＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）基板である請求項２９記載の光リソグラフィシステム。
31. 前記空中像測定装置は、前記基板と前記検出器との間に配置されたレンズを有する請求項２９記載の光リソグラフィシステム。
32. 前記偏光成分は水平（ＴＥ）偏光成分及び垂直（ＴＭ）偏光成分を含み、前記ピンホールアレイ開口及び前記スリット開口は著しく異なる偏光特性を有し、前記ピンホールアレイ開口は前記ＴＭ偏光成分及び前記ＴＥ偏光成分を透過するために使用され、前記スリット開口は前記ＴＥ偏光成分を透過するために使用される請求項２２記載の光リソグラフィシステム。
33. 前記制御装置は、前記生成像プロファイルの各々に対して反復計算を別個に適用することにより像回復を実行し、像回復の各反復は、
    前記光リソグラフィシステムのパラメータを使用して、前記空中像の前記偏光成分のうち１つの偏光成分に対してオリジナル像プロファイルを算出することと、
    開口透過率特性を使用して前記オリジナル像プロファイルを変化させることにより、前記開口を介した透過の影響を含む前記偏光成分の透過像プロファイルを算出することと、
    前記生成像プロファイルが前記偏光成分の前記透過像プロファイルとほぼ等しいか否かを判定するために、前記透過像プロファイルを前記生成像プロファイルと比較することと、
    前記生成像プロファイルが前記透過像プロファイルとほぼ等しいという判定に応答して、前記開口を介した透過の影響を排除した前記偏光成分の前記推定像プロファイルとして、算出された前記オリジナル像プロファイルを提供することと、
    前記生成像プロファイルが前記透過像プロファイルとほぼ等しくないという判定に応答して、前記初期パラメータを偏移させ、前記偏移パラメータを使用して新しいオリジナル像プロファイルを算出することにより像回復の次の反復を開始することとを含む請求項３２記載の光リソグラフィシステム。
34. 前記ＴＥ偏光成分の場合、前記開口透過率特性は開口透過率の角度特性を含み、前記ＴＭ偏光成分の場合、前記開口透過率特性は開口透過率の偏光変化特性及び角度特性を含む請求項３３記載の光リソグラフィシステム。
35. 前記光リソグラフィシステムの前記パラメータは、前記レチクル上の前記パターン、レンズ収差、照明条件及び環境条件を含む請求項３３記載の光リソグラフィシステム。

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