JP2010087506A - 球状色収差補正のための検査装置、リソグラフィ装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】球状色収差補正によって、低費用で波長ずれの影響を最小化するための半導体検査システムおよび方法を提供する。
【解決手段】本発明の実施形態に係る半導体検査システム４００は、所与の波長で光を伝送するように構成された照明システム４１０と、その照明システム４１０から光を受けて表面へ所与の波長で光を伝送するように構成された光学システム４２０，４３０とを含む。この光学システムは、半導体検査システムの球状色収差がユーザ定義の許容範囲を満たすように、半導体検査システムの公称波長を変化させて照明システムの照明波長と一致させるように移動可能な少なくとも１枚のレンズ４２２（例えばズーミング可能なレンズ）を含む。
【選択図】図４
【解決手段】本発明の実施形態に係る半導体検査システム４００は、所与の波長で光を伝送するように構成された照明システム４１０と、その照明システム４１０から光を受けて表面へ所与の波長で光を伝送するように構成された光学システム４２０，４３０とを含む。この光学システムは、半導体検査システムの球状色収差がユーザ定義の許容範囲を満たすように、半導体検査システムの公称波長を変化させて照明システムの照明波長と一致させるように移動可能な少なくとも１枚のレンズ４２２（例えばズーミング可能なレンズ）を含む。
【選択図】図４
Description
[0001] 本発明の実施形態は、一般にリソグラフィに関し、より詳細には、例えばリソグラフィ技法によるデバイス製造で用いることができる検査方法およびリソグラフィ技法を用いるデバイス製造方法に関する。
[0002] リソグラフィ装置は、基板上に、通常は基板のターゲット部分上に所望のパターンを与えるマシンである。リソグラフィ装置は、例えば集積回路（IC）の製造に使用することができる。その例では、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は、ＩＣの個々の層上に形成するべき回路パターンを生成するために使用され得る。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１つまたはいくつかのダイの一部を含む）に転写することができる。パターンの転写は、一般に基板上に与えられた放射感応性材料（例えばレジスト）の層上に結像することによって行われる。一般に、単一の基板は、次々とパターニングされる隣接したターゲット部分の回路網を含むことになる。既知のリソグラフィ装置は、ターゲット部分上に全パターンを一度に露光させ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、放射ビームによってパターンを所定方向（「スキャン」方向）にスキャンし、同時に、基板をこの方向と平行または逆平行に同期してスキャンすることによって、各ターゲット部分が照射される、いわゆるスキャナとを含む。基板上にパターンを刻印することによりパターニングデバイスから基板へパターンを転写することも可能である。
[0003] リソグラフィプロセスを監視するために、パターン付き基板のパラメータ、例えば同基板の中または上に形成される連続した層の間のオーバーレイエラーを測定する必要がある。走査電子顕微鏡および様々な専用ツールの使用を含めて、リソグラフィプロセスで微視的構造を測定するための様々な技法がある。専用インスペクションツールの１つの形式に、基板面上のターゲット上に放射ビームを向けて、散乱され、または反射されたビームの特性を測定するスキャトロメータがある。基板による反射または散乱の前後でビームの特性を比較することにより、基板の特性を求めることができる。これは、例えば、反射されたビームを既知の基板特性に関連する既知の測定値ライブラリに保存されたデータと比較することにより行うことができる。２つの主要なタイプのスキャトロメータが知られている。分光器のスキャトロメータは、基板上に広帯域の放射ビームを向けて、特定の狭い角度範囲に散乱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、単色放射ビームを用いて、散乱放射の強度を角度の関数として測定する。
[0004] 検査／測定プロセス向けの放射を生成するために通常用いられる放射源は、公称の照明波長値を有し、半導体検査システムはこの値に向けて構成される。しかし、放射源の実際の照明波長は、公称の照明波長値とは異なることがある。この波長ずれは、半導体検査システムにおける球状色収差をもたらす恐れがある。実際の照明波長の公称照明波長からの隔たりが大きくなると、半導体検査システムにおける球状色収差も大きくなる恐れがある。
[0005] この波長ずれの影響（特に球状色収差）を最小化するために、光学システムは、従来、少なくとも部分的にフッ化カルシウム（ＣＡＦ２）製の１つまたは複数のレンズを含んでいる。例えば、光学システムは完全にＣＡＦ２製のレンズを含んでよい。光学システムは、色消しレンズも含んでよく、これはＣＡＦ２および融解石英などその他の材料で作製されている２重または３重のレンズである。しかし、ＣＡＦ２は高くつく材料であり、したがって、ＣＡＦ２レンズを用いると光学システムの原価上昇の原因となる。
[0006] 前述のことに鑑みて、本発明者は、高価なＣＡＦ２レンズの使用を必要としないリソグラフィシステムでの球状色収差補正によって、低費用で波長ずれの影響を最小化するためのシステムおよび方法を発見した。
[0007] 本発明の一実施形態によれば、基板の特性を測定するように構成された検査装置、リソグラフィ装置またはリソグラフィセルが提供される。
[0008] 本発明の一実施形態によれば、基板を検査するための半導体検査システムが提供される。この半導体検査システムは、所与の波長で光を伝送するように構成された照明システムと、その照明システムから光を受けて表面へ所与の波長で光を伝送するように構成された光学システムとを含む。一実施形態では、この光学システムは、半導体検査システムの球状色収差がユーザ定義の許容範囲を満たすように、半導体検査システムの公称波長が所与の波長と等しくないときもたらされる球状色収差を補償するように移動可能な少なくとも１枚のレンズを含む。
[0009] また本発明の一実施形態によれば、基板を検査するための半導体検査システムが提供される。この半導体検査システムは、照明波長で光ビームを伝送するように構成された照明システムと、その照明システムから光ビームを受けて検査システム向けの公称波長で光ビームを処理するように構成された望遠鏡システムと、その望遠鏡システムから光ビームを受けて表面へ光ビームを伝送するように構成された対物レンズシステムとを含む。一実施形態では、望遠鏡システムは、半導体検査システムの公称波長を変化させて照明波長と一致させるように移動可能な少なくとも１枚のレンズを含む。
[0010] また本発明の一実施形態によれば、半導体検査システム内の光源の波長ずれの影響を低減する方法が提供される。この方法は、半導体検査システム内の照明システムの照明波長を求めるステップと、半導体検査システムの公称波長を求めるステップと、公称波長が変化して照明波長と一致するように半導体検査システムの伸縮部内の少なくとも１枚のレンズを移動することにより球状色収差を実質的に補正するステップとを含む。
[0011] 本発明の諸実施形態が、添付の概略図を参照しながら単に例として次に説明される。図では同じ参照符号は同じ部品を示す。
[0027] 図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれリソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’を概略的に示す。リソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’は、それぞれ、放射ビームＢ（例えばＤＵＶ放射またはＥＵＶ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、レチクル、または動的パターニングデバイス）ＭＡを支持するように構成され、パターニングデバイスＭＡを正確に位置決めするように構成された第１ポジショナＰＭに接続されるサポート構造（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、基板Ｗを正確に位置決めするように構成された第２ポジショナＰＷに接続される基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴとを含む。リソグラフィ装置１００および１００’は、基板Ｗのターゲット部分（例えば１つまたは複数のダイを備える）Ｃ上へ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投影するように構成された投影システムＰＳも有する。リソグラフィ装置１００では、パターニングデバイスＭＡおよび投影システムＰＳは反射性であり、リソグラフィ装置１００’では、パターニングデバイスＭＡおよび投影システムＰＳは透過性である。
[0028] 照明システムＩＬは、放射ビームＢを導くか、形作るか、または制御するために、屈折、反射、磁気、電磁気、静電気など様々なタイプの光学コンポーネント、または他のタイプの光学コンポーネント、あるいはそれらの任意の組合せを含んでよい。
[0029] サポート構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡの配向、リソグラフィ装置１００および１００’の設計、および、例えばパターニングデバイスＭＡが真空環境中で保持されるかどうかなど他の条件に左右される形でパターニングデバイスＭＡを保持する。サポート構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡを保持するために、機械的、真空、静電気、または他のクランプ技法を用いてよい。サポート構造ＭＴは、例えばフレームまたはテーブルでよく、必要に応じて固定式かまたは可動式でよい。サポート構造ＭＴは、パターニングデバイスが、例えば投影システムＰＳに対して確実に所望位置にあるようにすることができる。
[0030] 用語「パターニングデバイス」ＭＡは、基板Ｗのターゲット部分Ｃ内にパターンを作成するなど、その横断面内にパターンを備えた放射ビームＢを与えるために使用され得るあらゆるデバイスを指すものと広義に解釈されたい。放射ビームＢに与えられたパターンは、集積回路などのターゲット部分Ｃに作成されるデバイス内の特定の機能の層に対応してよい。
[0031] パターニングデバイスＭＡは、（図１Ｂのリソグラフィ装置１００’のように）透過性または（図１Ａのリソグラフィ装置１００のように）反射性でよい。パターニングデバイスＭＡの例には、レチクル、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において周知であり、マスクタイプとして、バイナリ、レベンソン型（alternating）位相シフト、およびハーフトーン型（attenuated）位相シフトなど、ならびに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実施例は、入ってくる放射ビームを様々な方向に反射するように個々に傾斜させることができる小さなミラーのマトリクス構成を使用する。傾けられたミラーが、ミラーマトリクスによって反射される放射ビームＢ内にパターンを与える。
[0032] 用語「投影システム」ＰＳは、用いられる露光放射あるいは液浸液の使用または真空の使用など他の要因に適切なものとして、屈折システム、反射システム、反射屈折システム、磁気システム、電磁気システム、および静電気光学システムあるいはそれらの任意の組合せを含むあらゆるタイプの投影システムを包含してよい。他の気体が多量の放射または電子を吸収し過ぎる恐れがあるので、ＥＵＶまたは電子ビーム放射向けに真空環境が用いられてよい。したがって、真空壁および真空ポンプの支援によって、ビーム通路の全体に真空環境が与えられてよい。
[0033] リソグラフィ装置１００および／またはリソグラフィ装置１００’は、２つ（デュアルステージ）またはそれ以上の基板テーブル（および／または複数のマスクテーブル）ＷＴを有するタイプでよい。そのような「マルチステージ」マシンでは、追加の基板テーブルＷＴが並行して使用され得るが、あるいは１つまたは複数のテーブルが露光に使用されている間に、１つまたは複数の他の基板テーブルＷＴ上で準備ステップが行われ得る。
[0034] 図１Ａおよび図１Ｂ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取る。例えばこの放射源ＳＯがエキシマレーザであるとき、放射源ＳＯとリソグラフィ装置１００、１００’は別個の実体でよい。そのような例では、放射源ＳＯがリソグラフィ装置１００または１００’の一部を形成するとは見なされず、放射ビームＢは、例えば適当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（図１Ｂ）の支援により、放射源ＳＯからイルミネータＩＬまで通過する。他の例では、例えば放射源ＳＯが水銀灯であるとき、放射源ＳＯはリソグラフィ装置１００、１００’の一体型部品でよい。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤも一緒に、放射システムと呼ばれてよい。
[0035] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布の調整のためにアジャスタＡＤ（図１Ｂ）を含んでよい。一般に、少なくともイルミネータの瞳面内強度分布の外側および／または内側半径範囲（一般にそれぞれσ−外部およびσ−内部と呼ばれる）は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などの様々な他のコンポーネント（図１Ｂ）を含んでよい。イルミネータＩＬは、その断面内の所望の均一性および強度分布を得るために放射ビームＢを調節するように使用されてよい。
[0036] 図１Ａを参照すると、放射ビームＢは、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ上に保持されるパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡ上に入射し、パターニングデバイスＭＡによってパターニングされる。リソグラフィ装置１００では、放射ビームＢはパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡから反射される。放射ビームＢは、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡから反射された後、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に放射ビームＢを集中させる投影システムＰＳを通過する。基板テーブルＷＴは、第２ポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ２（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）を用いて、例えば放射ビームＢの経路内へ個別のターゲット部分Ｃを位置決めするように正確に移動され得る。同様に、第１のポジショナＰＭおよび別の位置センサＩＦ１は、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のに使用され得る。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を用いて整列され得る。
[0037] 図１Ｂを参照すると、放射ビームＢは、サポート構造（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）上に入射し、パターニングデバイスによってパターニングされる。放射ビームＢは、マスクＭＡを横切って、基板Ｗのターゲット部分Ｃの上にビームを集中させる投影システムＰＳを通過する。基板テーブルＷＴは、第２ポジショナ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）を用いて、例えば放射ビームＢの経路内へ個別のターゲット部分Ｃを位置決めするように正確に移動され得る。同様に、第１ポジショナＰＭおよび別の位置センサ（図１Ｂには明示されていない）が、例えばマスクライブラリからの機械的検索の後、またはスキャン中に、放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めするのに使用され得る。
[0038] 一般に、マスクテーブルＭＴの動作は、第１ポジショナ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）を使用して実現することができる。同様に、基板テーブルＷＴの動作は、第２ポジショナ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用して実現することができる。ステッパの場合には（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴがショートストロークアクチュエータのみに接続されてよく、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クＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を用いて整列され得る。図示された基板アライメントマーク（スクライブラインアライメントマークとして既知である）は専用ターゲット部分を占めるが、ターゲット部分の間のスペースに配置されてもよい。同様に、マスクＭＡ上に複数のダイが与えられる状況では、マスクアライメントマークはダイ間に配置されてよい。
[0039] リソグラフィ装置１００および１００’は、以下のモードの少なくとも１つで使用されてよい。
１．ステップモードでは、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴおよび基板テーブルＷＴは基本的に静止状態に保たれ、一方、放射ビームＢに与えられたパターン全体がターゲット部分Ｃの上に一度に投影される（すなわち単一の静止露光）。次いで、別のターゲット部分Ｃが露光され得るように、基板テーブルＷＴがＸ方向および／またはＹ方向に移動される。
２．スキャンモードでは、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと基板テーブルＷＴが同期してスキャンされ、一方、放射ビームＢに与えられたパターンがターゲット部分Ｃの上に投影される（すなわち単一の動的露光）。サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）特性および像反転特性によって決定され得る。
３．別のモードでは、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴがプログラマブルパターニングデバイスを保持して実質的に静止状態に保たれ、基板テーブルＷＴが移動またはスキャンされ、その一方で放射ビームＢに与えられたパターンがターゲット部分Ｃの上に投影される。パルス放射源ＳＯが使用されてよく、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の各動作の後に、またはスキャン中連続した放射パルスの間に必要に応じて更新される。この動作モードは、本明細書で言及された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利用するマスク無しリソグラフィに容易に適用され得る。
１．ステップモードでは、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴおよび基板テーブルＷＴは基本的に静止状態に保たれ、一方、放射ビームＢに与えられたパターン全体がターゲット部分Ｃの上に一度に投影される（すなわち単一の静止露光）。次いで、別のターゲット部分Ｃが露光され得るように、基板テーブルＷＴがＸ方向および／またはＹ方向に移動される。
２．スキャンモードでは、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと基板テーブルＷＴが同期してスキャンされ、一方、放射ビームＢに与えられたパターンがターゲット部分Ｃの上に投影される（すなわち単一の動的露光）。サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）特性および像反転特性によって決定され得る。
３．別のモードでは、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴがプログラマブルパターニングデバイスを保持して実質的に静止状態に保たれ、基板テーブルＷＴが移動またはスキャンされ、その一方で放射ビームＢに与えられたパターンがターゲット部分Ｃの上に投影される。パルス放射源ＳＯが使用されてよく、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の各動作の後に、またはスキャン中連続した放射パルスの間に必要に応じて更新される。この動作モードは、本明細書で言及された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利用するマスク無しリソグラフィに容易に適用され得る。
[0040] 説明された使用モードまたは全く異なった使用モードの組合せおよび／または変形形態も使用されてよい。
[0041] ＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に対して本説明に特定の参照がなされてもよいが、本明細書に説明されたリソグラフィ装置が、磁気ドメインメモリ、平面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向けの集積光学システム、誘導パターンおよび検出パターンの製造など他の用途を有し得ることを理解されたい。当業者なら、そのような代替用途の文脈では、本明細書における用語「ウェーハ」または「ダイ」のどんな使用も、それぞれ、より一般的な用語「基板」または「ターゲット部分」と同義なものと見なしてよいことを理解するであろう。本明細書で言及する基板は、露光前または露光後に、例えばトラック（一般に基板にレジストの層を与え、露出したレジストを現像するツール）、メトロロジーツールおよび／またはインスペクションツール内で処理されてよい。適用可能であれば、本開示は、そのようなものおよび他の基板処理ツールに適用されてよい。その上、基板は、例えば多層ＩＣを作成するために複数回処理されてよく、そのため、本明細書に用いられる用語の基板は、既に複数の処理層を含む基板も意味してよい。
[0042] 別の実施形態では、リソグラフィ装置１００は超紫外線（EUV）源を含み、これはＥＵＶリソグラフィ向けのＥＵＶ放射ビームを生成するように構成される。一般に、ＥＵＶ源は放射システム内に構成され（以下を参照されたい）、対応する照明システムはＥＵＶ源のＥＵＶ放射ビームを調整するように構成される。
[0043] 本明細書で説明される実施形態では、用語「レンズ」および「レンズ素子」は、文脈上可能であれば、屈折、反射、磁気、電磁気、および静電気の光学部品を備える様々なタイプの光学部品の任意のものまたはその組合せを意味してよい。
[0044] さらに、本明細書に用いられる用語「放射」および「ビーム」は、イオンビームまたは電子ビームなどの粒子線と同様に紫外線（UV）放射（例えば３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍまたは１２６ｎｍの波長λを有する）および超紫外線（ＥＵＶまたは軟Ｘ線）放射（例えば５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内の、例えば１３．５ｎｍの波長を有する）、または５ｎｍ未満の波長で動作する硬Ｘ線を含むすべてのタイプの電磁放射を包含する。一般に、約７８０ｎｍ〜３０００ｎｍの間の（またはより大きな）波長を有する放射は赤外線放射と考えられる。ＵＶは、約１００ｎｍ〜４００ｎｍの波長を有する放射を意味する。リソグラフィでは、通常、そのことが、水銀放電ランプによって生成することができる４３６ｎｍのＧライン、４０５ｎｍのＨライン、および／または３６５ｎｍのＩラインの波長にも適用される。真空ＵＶすなわちＶＵＶ（すなわち空気によって吸収されたＵＶ）は、約１００ｎｍ〜２００ｎｍの波長を有する放射を意味する。遠紫外線（DUV）は、一般に１２６ｎｍから４２８ｎｍの範囲の波長を有する放射を意味し、一実施形態では、エキシマレーザが、リソグラフィ装置内で用いられるＤＵＶ放射を生成することができる。例えば５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内の波長を有する放射は、少なくとも一部が５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内にある特定の波長帯域を有する放射に関係することを理解されたい。
[0045] 図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソセルまたはクラスタとも称されることがあるリソグラフィセルＬＣの一部分を形成し、基板上で前露光プロセスおよび後露光プロセスを実行するための装置も含む。従来、これらは、レジスト層を堆積するためのスピンコーターＳＣ、露光したレジストを成長させるための現像液ＤＥ、冷却プレートＣＨおよびベークプレートＢＫを含む。基板ハンドラまたはロボットＲＯは、入出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を取り上げ、それらを様々なプロセス装置間で移動し、次いでリソグラフィ装置のロードベイＬＢへ送出する。総体としてトラックと称されることが多いこれらのデバイスは、監視制御システムＳＣＳによってそれ自体制御されるトラック制御ユニットＴＣＵに制御されるが、ＳＣＳ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、スループットおよび処理効率を最大化するように様々な装置が動作することができる。
[0046] リソグラフィ装置によって露光される基板を正確にむらなく露光するために、続く層の間のオーバーレイエラー、ラインの太さ、クリティカルディメンション（CD）などの特性を測定するように、露光した基板を検査することが望ましい。エラーが検出されると、同一バッチの他の基板が依然として未露光であるうちに、とりわけ検査を十分に早く高速で行えるなら、後続の基板の露光に対して調整を行うことができる。また、既に露光済の基板は、収率を改善するために取り除いて再加工してよく、あるいは廃棄することによって不良であると分かっている基板に対する露光の実行を回避してよい。基板のいくつかのターゲット部分だけが不良であるときには、良いターゲット部分上でのみ、さらなる露光を実行することができる。
[0047] 検査装置は、基板の特性を求めるために使用され、具体的には別々の基板の特性または同一の基板の別々の層の特性が層から層へどのように変化するかを明らかにするために使用される。検査装置は、リソグラフィ装置ＬＡまたはリソセルＬＣへ組み込まれてよく、あるいはスタンドアロンのデバイスでよい。最も急速な測定を可能にするために、検査装置は、露光の直後に、露光したレジスト層で特性を測定するのが望ましい。しかし、レジスト内の潜像のコントラストは非常に低く、放射に露光されたレジスト部分と露光されていないレジスト部分との間には非常に小さな屈折率の差があるのみで、すべての検査装置が潜像の有効な測定を行うのに十分な感度を有するとは限らない。したがって、測定はポストベークステップ（PEB）の後に行われてよく、このステップは、通常、露光した基板上で最初に実行され、レジストの露光した部分と露光していない部分との間のコントラストを向上させる。この段階で、レジスト内の画像は半潜在的であると称されてよい。現像されたレジスト像測定を行うことも可能であり、その時点で、あるいはエッチングなどのパターン転写ステップの後に、レジストの露光した部分または露光していない部分が除去されている。後者の可能性は、不良基板の再加工のための可能性を制限するが、やはり有益な情報をもたらすことができる。
[0048] 図３は、本発明の一実施形態で使用され得るスキャトロメータを示す。これは、基板Ｗ上に放射を投影する広帯域の（白色光の）放射プロジェクタ２を含む。反射された放射は分光計のディテクタ４に渡され、これは、鏡面反射された放射のスペクトル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の元となる構造またはプロファイルは、例えば厳密結合波解析および非線形の回帰により、あるいはシミュレートされたスペクトルのライブラリと比較することにより、図３の下部に示されるように処理ユニットＰＵによって復元することができる。一般に、構造の再構成に関して、構造の全体的な形は既知であり、いくつかのパラメータは、スキャトロメトリデータから求めるべき構造のほんの少数のパラメータ以外は、構造が製作された処理の情報から推定される。そ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または斜め入射スキャトロメータとして構成され得る。
[0049] 一実施形態では、スキャトロメータの代わりに、あるいはスキャトロメータに加えて、任意の他のタイプのディテクタが使用されてよい。
[0050] 図４は、本発明の一実施形態による半導体検査システム４００の機構を示す。光学システムへ放射を伝達するために照明システム４１０が使用される。図示の実施形態では、光学システムは望遠鏡システム４２０および対物レンズシステム４３０を含む。照明システム４１０によって所与の波長で発光された光ビームは、望遠鏡システム４２０へ伝送される。望遠鏡システム４２０は、光学システムの無限焦点部分であり、光ビームを拡大するように構成された１組のレンズを含む。望遠鏡システム４２０は、特定の設計次第で光ビームを拡大または縮小することができるが、このことは当業者には明らかであろう。一旦適切に拡大されると、光ビームは対物レンズシステム４３０へ伝送される。
[0051] 対物レンズシステム４３０は、単体レンズまたは複数のレンズを含んでよい。対物レンズシステム４３０は、出力用に光ビームを調整する。
[0052] 照明システム４１０は、任意の適当な放射源を含んでよい。一実施形態では、照明システム４１０は、ＤＵＶの範囲内の電磁スペクトルの光を発するレーザである。ＤＵＶは、一般に約１２６ｎｍから４２８ｎｍの範囲の波長を有する放射を意味する。
[0053] 半導体検査システム４００の光学部品は、特定の波長で光を処理するように設計されてよい。この波長は、本明細書では検査システムの公称波長と称されることになる。例えば、検査システムの公称波長が２６６．０９ｎｍであると、望遠鏡システム４２０および対物レンズシステム４３０は、２６６．０９ｎｍの波長を有する照明光を最小限の球状色収差で処理することになる。球状色収差は波長に対応する球面収差の変化である。球面収差は、レンズの形状およびその焦点に対する影響による画像における収差である。例えば、理想のレンズは、入ってくる光線をすべて光軸上の同一の点へ合焦することになる。しかし、実際のレンズは、光線がレンズの端に入るか、あるいはレンズの中心に入るかということ次第で、様々な点へ光線を合焦する可能性がある。球面収差の影響である様々な焦点は、画像における欠陥の原因となる。照明光の波長がシステムの公称波長と異なると、検査システム内のレンズによって球状色収差が導入される恐れがある。個々のレーザで許容範囲が変化するために、所与のレーザが、照明光を正確な規格値の波長で出力しない可能性がある。例えば、２６６．０９ｎｍの規格値を有するレーザは、実際には約２６６．０５ｎｍから２６６．１３ｎｍの範囲の光を出力する可能性がある。これは波長ずれと称される。
[0054] 半導体検査システム４００など、正確な波長規格値を満たすように設計された光学システムで使用されるとき、照明システムにおけるこの波長ずれによって半導体検査システム４００に球状色収差がもたらされる恐れがある。検査システムの公称波長からの実際の照明波長の隔たりが大きくなると、半導体検査システム４００における球状色収差も大きくなる恐れがある。
[0055] 波長ずれおよび球状色収差の影響を最小化するために、望遠鏡システム４２０に補正を導入してよい。具体的には、望遠鏡システム４２０は、一実施形態では、半導体検査システム４００の球状色収差を最小化する、あるいはユーザ定義の許容範囲を満たすように配置されたズーミング可能なレンズ（可変作動距離を有するレンズであって、結果として生じる画像は、より大きいかまたはより小さいものになる。というのは、このレンズは合焦ポイントを変えずに作動距離を連続的に変化させることができ、したがって１枚の都合のよいレンズで、いくつかの焦点距離の諸レンズを有することの融通性をもたらすからである）など、少なくとも１枚の可動レンズを含んでよい。図４に示されるように、望遠鏡システム４２０内のレンズの少なくとも１つは可動レンズ４２２である。可動レンズ４２２は、望遠鏡システム４２０の光軸に沿って移動することができる。照明システム４１０によって出力された照明光の波長を変化させるのは困難であるため、可動レンズ４２２によって、半導体検査システム４００の公称波長を、照明波長と実質的に一致するように変化させることが可能になる。半導体検査システム４００に伴って様々な照明システム４１０が使用されるので、可動レンズ４２２の位置は変化させることができ、その結果、全体としての半導体検査システム４００は、実際の照明波長が変化したときに改造する必要はない。
[0056] システム４００の公称波長を適切に変化させるのに必要な可動レンズ４２２の位置は、複数の要因に依存する。１つの要因は照明システム４１０によって出力された実際の照明波長である。もう１つの要因は各レンズの開始位置である。
[0057] 一実施形態では、可動レンズ４２２の検証は、モデリングソフトウェアを用いて求められる。例えば、モデリングソフトウェアを用いて、所与のレンズの位置を調整することができ、特定の波長に関して球状色収差における対応する変化が記録される。一実施形態では、半導体検査システム４００内の球状色収差は、ディテクタを使用して測定されてよい。可動レンズ４２２の位置が変化するとき、球状色収差の測定が監視され得る。可動レンズ４２２の位置は、球状色収差が許容レベルにあるとき、ユーザまたは任意の他の原因によって定義された許容範囲またはレベルに従って求められてよい。当業者なら、望遠鏡システム４２０内の複数のレンズならびに複数の波長に関してそのような解析が行われ得ることを理解するであろう。
[0058] 一実施形態では、可動レンズ４２２の位置は、ディテクタを使用して画像の強度または品質を監視することにより求められる。可動レンズ４２２の位置は、画像の強度、鮮鋭度、品質、および／または他の適当な変数に対するユーザ定義の許容範囲を用いて求めることができる。
[0059] 一実施形態では、望遠鏡システム４２０のレンズは融解石英製である。しかし、これは限定するものとして解釈されるべきではない。望遠鏡システム４２０のレンズは、ＣＡＦ２を含む任意の適当な材料製でよい。
[0060] 図４に示された実施形態では、可動レンズ４２２は対物レンズシステム４３０のなかの第３のレンズであるが、これは単なる一実施例である。可動レンズ４２２は、望遠鏡システム４２０内の任意のレンズでよい。
[0061] 一実施形態では、可動レンズ４２２は、望遠鏡システム４２０内の他のレンズに対して屈折力の絶対値が小さい。一実施形態では、可動レンズ４２２は、約０．００２から０．０１の範囲内の屈折力の絶対値を有する。
[0062] 一実施形態では、可動レンズ４２２は、複数の可動レンズまたは可動レンズ群でよい。一実施形態では、可動レンズ群は、約０．００２から０．０１の範囲内の屈折力の絶対値を有する。可動レンズの群の諸可動レンズは、光軸に沿って互いに隣接してよく、あるいは隣接しなくてよい。
[0063] 一実施形態では、可動レンズ４２２の位置は、照明システム４１０、対物レンズシステム４３０、または半導体検査システム４００内の任意の他の点に対して求められてよい。例えば、可動レンズ４２２の位置は、望遠鏡システム４２０内の１つまたは複数のその他のレンズに対して求められてよい。
[0064] 一実施形態では、可動レンズ４２２は手動で位置決めされる。別の実施形態では、可動レンズ４２２は、コントローラおよびソフトウェアを用いて位置決めされる。
[0065] 一実施形態では、半導体検査システム４００は、対物レンズシステム４３０によって伝送された放射の波長を測定するためにディテクタをさらに含む。
[0066] 図５は、半導体検査システム４００などの半導体検査システムにおける波長ずれおよび球状色収差の影響を最小化する方法を示す。ステップ５０２で、照明システム４１０などの照明システムの実際の照明波長が求められる。一実施形態では、照明システムの実際の照明波長は、分光計または任意の他の適当なデバイスを使用して求めることができる。
[0067] ステップ５０４で、半導体検査システムの公称波長が求められる。一実施形態では、検査システムの設計仕様に基づいて検査システムの公称波長が分かる。別の実施形態では、公称波長は、当業者に既知の任意の他の方法によって求められる。
[0068] ステップ５０６で、望遠鏡システム４２０のレンズ４２２など、検査システムの望遠鏡システム内の少なくとも１枚のレンズが移動される。一実施形態では、半導体検査システムの光軸に沿ってレンズが移動される。一実施形態では、半導体検査システムの公称波長が監視される一方でレンズが移動される。可動レンズは、半導体検査システムの公称波長が変化して照明システムの実際の照明波長と一致するように位置決めされる。
[0069] 一実施形態では、可動レンズの位置は、モデリングソフトウェアを用いてステップ５０６で求められる。一実施形態では、可動レンズは、望遠鏡システム内の他のレンズに対して屈折力の絶対値が小さい。一実施形態では、可動レンズは、約０．００２から０．０１の範囲内の屈折力の絶対値を有する。
[0070] 図４に示された実施形態に関して本発明の実施形態が説明されてきたが、装置に対して様々な変更が行われ得て、しかも依然として本発明の一実施形態に従うものであることが理解されよう。例えば、望遠鏡システム内で任意のレンズが移動されてよい。
[0071] 別の実施形態では、ステップ５０６で、望遠鏡システム内の一群のレンズは、公称波長が変化して特定の照明システムの照明波長と一致するように移動されてよい。この群の各レンズは、光軸に沿って移動される。一実施形態では、可動レンズ群は、約０．００２から０．０１の範囲内の屈折力の絶対値を有する。可動レンズの群の可動レンズは、光軸に沿って互いに隣接してよく、あるいは隣接しなくてよい。
[0072] 一実施形態では、望遠鏡システムは、他の半導体検査システム内の他の望遠鏡システムと交換されてよい。
[0073] 本明細書で説明されたように、波長ずれおよび球状色収差に対する補正は、対物レンズシステム４３０ではなく無限焦点の望遠鏡システム４２０で実行され得る。対物レンズシステム４３０のレンズに、移動、調整、置換、または他の変更がなされると、半導体検査システム４００における他の測定にも同様に影響が及ぶことになる。例えば、さらなる歪みまたは収差が導入される恐れがある。望遠鏡システム４２０で補正を実行することによって、他のすべてのパラメータは相対的に変化しないままである。
[0074] 一実施例として、図６は、例示の半導体検査システム内の測定を示す。図６に示されたグラフは、システムの公称波長が２６６．０９ｎｍであり、特定の照明源の実際の照明波長が２６６．０９ｎｍであるシステムからの測定を示す。グラフ６１０は、システムの長手方向の球状色収差を示す。この実施例では、球状色収差が最小化され、また、追加の補正は不要である。グラフ６２０は、同じシステムに関する非点収差およびフィールド曲線を示す。グラフ６３０は、同じシステムに存在する歪みを示す。
[0075] 図７は、別の例示の半導体検査システム内の、前述の球状色収差補正を適用する前の測定値を示し、図８は、同補正を適用した後の測定値を示す。図７に示されたグラフは、球状色収差に対する補正がなされていないシステムからの測定値を示す。この実施例では、システムの公称波長は２６６．０９ｎｍであり、特定の照明源の実際の照明波長は２６６．０５ｎｍである。グラフ７１０は、未補正のシステムにおいて測定された長手方向の球状色収差を示す。グラフ７２０は、同じシステムに関する非点収差およびフィールド曲線を示す。グラフ７３０は、同じシステムに存在する歪みを示す。
[0076] 図８のグラフは、図７に示されたのと同じシステムに本発明の一実施形態による球状色収差補正を適用した後のものを示す。半導体検査システムの公称波長は、２６６．０５ｎｍの実際の照明波長と一致するように変化されている。グラフ８１０は、補正されたシステムで測定された長手方向の球状色収差を示す。グラフ７１０との比較によって分かるように、補正されたシステムでは長手方向の球状色収差がかなり低減されている。グラフ８２０は、補正が適用された後の同じシステムに関する非点収差およびフィールド曲線を示す。グラフ７２０との比較によって分かるように、非点収差およびフィールド曲線は、補正によって相対的に変化しないままである。グラフ８３０は、補正が適用された後の同じシステムに存在する歪みを示す。グラフ７３０との比較によって分かるように、システム内の歪みは、補正によって相対的に変化しないままである。
[0077] 図９は、別の例示の半導体検査システム内の、前述の球状色収差補正を適用する前の測定値を示し、図１０は、同補正を適用した後の測定値を示す。図９に示されたグラフは、球状色収差に対する補正がなされていないシステムからの測定値を示す。この実施例では、システムの公称波長は２６６．０９ｎｍであり、特定の照明源の実際の照明波長は２６６．１３ｎｍである。グラフ９１０は、未補正のシステムの測定された長手方向の球状色収差を示す。グラフ９２０は、同じシステムに関する非点収差およびフィールド曲線を示す。グラフ９３０は、同じシステムに存在する歪みを示す。
[0078] 図１０のグラフは、図９に示されたのと同じシステムに本発明の一実施形態による球状色収差補正を適用した後のものを示す。半導体検査システムの公称波長は、２６６．１３ｎｍの実際の照明波長と一致するように変化されている。グラフ１０１０は、補正されたシステムで測定された長手方向の球状色収差を示す。グラフ９１０との比較によって分かるように、補正されたシステムでは長手方向の球状色収差がかなり低減されている。グラフ１０２０は、補正が適用された後の同じシステムに関する非点収差およびフィールド曲線を示す。グラフ９２０との比較によって分かるように、非点収差およびフィールド曲線は、補正によって相対的に変化しないままである。グラフ１０３０は、補正が適用された後の同じシステムに存在する歪みを示す。グラフ９３０との比較によって分かるように、システム内の歪みは、補正によって相対的に変化しないままである。
[0079] 図１１は、別の例示の半導体検査システム内の測定を示す。図１１に示されたグラフは、システムの公称波長が２６６．０９ｎｍであり、特定の照明源の実際の照明波長が２６６．０９ｎｍであるシステムからの測定を示す。グラフ１１１０は、様々な相対的フィールド高さでの接線方向の幾何学的光線収差を示す。グラフ１１２０は、様々な相対的フィールド高さでの矢状方向の幾何学的光線収差を示す。この実施例では、球状色収差が最小化され、また、追加の補正は不要である。
[0080] 図１２は、別の例示的半導体検査システム内の、前述の球状色収差補正を適用する前の測定値を示し、図１３は、同補正を適用した後の測定値を示す。図１２に示されたグラフは、球状色収差に対する補正がなされていないシステムからの測定値を示す。この実施例では、システムの公称波長は２６６．０９ｎｍであり、特定の照明源の実際の照明波長は２６６．０５ｎｍである。グラフ１２１０は、様々な相対的フィールド高さでの接線方向の幾何学的光線収差を示す。グラフ１２２０は、様々な相対的フィールド高さでの矢状方向の幾何学的光線収差を示す。
[0081] 図１３のグラフは、図１２に示されたのと同じシステムに本発明の一実施形態による球状色収差補正を適用した後のものを示す。半導体検査システムの公称波長は、２６６．０５ｎｍの実際の照明波長と一致するように変化されている。グラフ１３１０は、補正が適用された後の同じシステムに関して、様々な相対的フィールド高さでの接線方向の幾何学的光線収差を示す。グラフ１２１０との比較によって分かるように、補正されたシステムでは接線方向の幾何学的光線収差がかなり低減されている。グラフ１３２０は、補正が適用された後の様々な相対的フィールド高さでの矢状方向の幾何学的光線収差を示す。グラフ１２２０との比較によって分かるように、補正されたシステムでは矢状方向の幾何学的光線収差がかなり低減されている。
[0082] 図１４は、別の例示の半導体検査システム内の、前述の球状色収差補正を適用する前の測定値を示し、図１５は、同補正を適用した後の測定値を示す。図１４に示されたグラフは、球状色収差に対する補正がなされていないシステムからの測定値を示す。この実施例では、システムの公称波長は２６６．０９ｎｍであり、特定の照明源の実際の照明波長は２６６．１３ｎｍである。グラフ１４１０は、様々な相対的フィールド高さでの接線方向の幾何学的光線収差を示す。グラフ１４２０は、様々な相対的フィールド高さでの矢状方向の幾何学的光線収差を示す。
[0083] 図１５のグラフは、図１４に示されたのと同じシステムに本発明の一実施形態による球状色収差補正を適用した後のものを示す。半導体検査システムの公称波長は、２６６．１３ｎｍの実際の照明波長と一致するように変化されている。グラフ１５１０は、補正が適用された後の同じシステムに関して、様々な相対的フィールド高さでの接線方向の幾何学的光線収差を示す。グラフ１４１０との比較によって分かるように、補正されたシステムでは接線方向の幾何学的光線収差がかなり低減されている。グラフ１５２０は、補正が適用された後の様々な相対的フィールド高さでの矢状方向の幾何学的光線収差を示す。グラフ１４２０との比較によって分かるように、補正されたシステムでは矢状方向の幾何学的光線収差がかなり低減されている。
[0084] 本発明の実施形態によって、さらに視界の向上および開口数の増加が可能になる。
[0085] 本発明の実施形態の使用に対して、光リソグラフィの文脈において上記で特定の参照がなされていても、本発明の実施形態は、他の用途、例えばインプリントリソグラフィおよび状況が許すところで使用されてよく、光リソグラフィに限定されないことが理解されよう。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイス内の微細構成が、基板上に作成されるパターンを画定する。パターニングデバイスの微細構成は、基板に与えられたレジストの層へ押しつけられてよく、その後、レジストは、電磁放射、熱、圧力またはそれらの組合せを与えることによって硬化される。パターニングデバイスは、レジストが硬化された後、レジスト中にパターンを残してレジストから離される。
[0086] 本発明の特定の実施形態が上記に説明されてきたが、本発明は、説明されたものと違う風に実行され得ることが理解されよう。例えば、本発明は、上記に開示された方法を記述した機械可読命令の１つまたは複数のシーケンスを含むコンピュータプログラムの形式、またはそのようなコンピュータプログラムが格納されているデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気ディスクまたは光ディスク）の形式をとってよい。
[0087] 上記の記述は、説明を意図したものであり、限定するものではない。したがって、以下に詳述される特許請求の範囲から逸脱することなく、説明された本発明に対して変更形態が作成され得ることが当業者には明白であろう。
Claims (15)
- 所与の波長で光を伝送するように構成された照明システムと、前記照明システムから前記光を受けるように構成された望遠鏡システムと、前記望遠鏡システムから光を受けて、前記所与の波長で表面へ光を伝送するように構成された対物レンズシステムとを備える半導体検査システムであって、前記望遠鏡システムが、当該半導体検査システムの球状色収差がユーザ定義の許容範囲を満たすように、当該半導体検査システムの公称波長が前記所与の波長と等しくないときもたらされる球状色収差を補償するように移動可能な少なくとも１枚のレンズを備える半導体検査システム。
- 前記所与の波長が、約１２６ｎｍから４２８ｎｍの遠紫外線（DUV）の範囲内にある請求項１に記載の半導体検査システム。
- 前記表面から反射された光を検出するように構成されたディテクタをさらに備える請求項１に記載の半導体検査システム。
- 前記可動レンズの位置を制御するように構成されたコントローラをさらに備える請求項１に記載の半導体検査システム。
- 前記可動レンズが融解石英から成る請求項１に記載の半導体検査システム。
- 前記可動レンズが、約０．００２から０．０１の範囲内の屈折力の絶対値を有する請求項１に記載の半導体検査システム。
- 前記可動レンズが複数の可動レンズを備える請求項１に記載の半導体検査システム。
- 半導体検査システムであって、１つの照明波長で光ビームを伝送するように構成された照明システムと、前記照明システムから前記光ビームを受けて当該検査システム向けの公称波長で前記光ビームを処理するように構成された望遠鏡システムと、前記望遠鏡システムから前記光ビームを受けて表面へ前記光ビームを伝送するように構成された対物レンズシステムとを備え、前記望遠鏡システムが、当該検査システムの公称波長を変化させて前記照明波長と一致させるように少なくとも１枚のレンズを備える半導体検査システム。
- 前記照明波長が、約１２６ｎｍから４２８ｎｍの遠紫外線（DUV）の範囲内にある請求項８に記載の半導体検査システム。
- 前記表面から反射された光を検出するように構成されたディテクタをさらに備える請求項８に記載の半導体検査システム。
- 前記可動レンズの位置を求めるように構成されたコントローラをさらに備える請求項８に記載の半導体検査システム。
- 前記可動レンズがズーミング可能なレンズを備える請求項８に記載の半導体検査システム。
- 半導体検査システム内の光源の波長ずれの影響を低減するための方法であって、前記検査システム内の照明システムの照明波長を求めるステップと、前記半導体検査システムの公称波長を求めるステップと、前記公称波長が変化して前記照明波長と一致するように前記半導体検査システムの伸縮部内の少なくとも１枚のレンズを移動することにより球状色収差を実質的に補正するステップとを含む方法。
- 前記検査システムの前記球状色収差がユーザ定義の許容範囲を満たすように前記可動レンズの位置を求めるステップをさらに含む請求項１３に記載の方法。
- 前記半導体検査システムの前記伸縮部分内の前記少なくとも１枚のレンズとしてズーミング可能なレンズを設けるステップをさらに含む請求項１３に記載の方法。
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