JP2010526435A - イメージセンサ、イメージ検出方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】基板レベルでの高感度のセンサを提供する。
【解決手段】本発明は、空間パターンの像検出に関する。空間パターンには、リソグラフィ層において基板を露光する放射ビームの断面における放射強度の空間的差異が含まれる。イメージセンサは、空間パターンの検出像を形成するレンズと、検出像の複数位置で放射強度を測定するイメージ検出器と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、イメージセンサ、イメージ検出方法、及びコンピュータプログラムに関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に転写する機械である。通常は基板の目標部分に転写する。リソグラフィ装置は例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いられる。この場合、ＩＣの各層に対応した回路パターンを形成するためにパターニングデバイスが使用される。パターニングデバイスはマスクまたはレチクルなどと呼ばれることもある。このパターンは、基板（例えばシリコンウェーハ）の（例えば１つまたは複数のダイ、またはダイの一部からなる）目標部分に転写される。パターンの転写は通常、基板に形成された放射感応性材料（レジスト）層への結像による。一般に一枚の基板にはネットワーク状に隣接する一群の目標部分が含まれ、これらは連続的にパターン形成される。公知のリソグラフィ装置にはいわゆるステッパとスキャナとがある。ステッパにおいては、目標部分にパターン全体が一度に露光されるようにして各目標部分は照射を受ける。スキャナにおいては、所与の方向（スキャン方向）に放射ビームによりパターンを走査するとともに基板をスキャン方向に平行または逆平行に走査するようにして各目標部分は照射を受ける。また、基板にパターンを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。

リソグラフィ装置を使用するデバイス製造方法において、歩留まり（すなわち正しく製造されたデバイスの割合）における重要な因子は、以前に形成された層に対して次の層を転写する精度である。これはオーバレイとして知られており、オーバレイ誤差の許容範囲は通常１０ｎｍ以下である。この精度を実現するには、転写されるべきマスクパターンに基板を高精度に位置合わせする必要がある。

結像特性を評価し最適化するために基板レベルでセンサが使用されている。例えば透過像センサ（ＴＩＳ）がある。ＴＩＳは、マスク（レチクル）レベルでのマークパターンを投影した空間像の位置を基板レベルで測定するために使用されるセンサである。基板レベルでの投影像には露光放射波長と同程度の線幅のラインパターンが含まれてもよい。ＴＩＳはその下部のフォトセルにより透過パターンを用いて上述のマークパターンを測定する。センサーデータを使用して、基板テーブルに対するマスクの位置が６自由度（すなわち並進についての３自由度及び回転についての３自由度）で測定される。さらに投影マークパターンの倍率が測定されてもよい。線幅を小さくすることにより、マスクの種類（例えばバイナリマスク、位相シフトマスク）に応じたパターン位置及び照明条件（例えば輪帯照明、双極照明）の影響をセンサで測定することが可能になる。ＴＩＳは、リソグラフィ投影装置等のツールの光学特性を測定するために使用されてもよい。投影像と照明条件との組合せを複数用いることにより、瞳形状やコマ収差、球面収差、非点収差、像面湾曲等の特性を測定することができる。

より小さいパターンを結像して高密度デバイスを生成することが絶え間なく望まれているなかで、オーバレイ誤差を低減すべきとの圧力がある。このため、センサの改善も望まれている。微小パターンにおいては以前に比べて、従前からのマークパターンとは実質的に異なるデバイス構造がマスクパターンに必要とされている。この重要なデバイス構造はマークパターンとは異なる透過経路をとるため、その透過経路に沿って異なる収差が生じる。透過経路の違いによって形成される歪みによってオーバレイ誤差及び焦点誤差が生じるおそれがある。

高ＮＡシステム（すなわち液浸リソグラフィ装置）で使用可能でありかつ重要構造を計測可能である基板レベルでの高感度のセンサを提供することが望まれる。

本発明によれば、リソグラフィ装置において基板（Ｗ）を露光する放射ビームの断面における放射強度の空間的差異を含む空間パターンを検出するイメージセンサであって、前記空間パターンの検出像を形成するレンズと、前記検出像における複数の位置で放射強度を測定するイメージ検出器と、を備えるイメージセンサが提供される。

本発明によれば、放射ビームの断面に空間パターンを形成するようパターニング手段を使用し、イメージ検出器により検出像を検出することにより前記空間パターンを測定し、空間パターンを計算するために前記パターニング手段のパターンについての情報を使用し、測定された空間パターンを計算された空間パターンと比較することを含むイメージ検出方法が提供される。

本発明によれば、放射ビームの断面に空間パターンを形成するためにパターニング手段のテストフィーチャ及びその近傍のフィーチャを含むパターンを使用し、イメージ検出器により検出像を検出することにより前記空間パターンを測定し、前記テストフィーチャに対応する空間フィーチャの形成への前記パターン中の前記近傍のフィーチャの影響を決定することを含むイメージ検出方法が提供される。

本発明によれば、コンピュータアセンブリにロードされたときに前記コンピュータアセンブリに本発明に係る方法を実行させるコンピュータ実行可能コードを備えるコンピュータプログラムが提供される。

本発明によれば、像を基板に露光することにより形成される製品パターンを有する露光領域を備えるパターニングデバイスであって、前記パターニングデバイスは前記露光領域に更なるパターンを備え、前記更なるパターンは本発明に係るイメージセンサにより検出されるよう構成されているパターニングデバイスが提供される。

以下では本発明の実施形態を下記の図面を参照して例示的に説明する。各図面において同じ符号が付されているものは同じ部分を示す。

本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を示す図である。 本発明の一実施形態に係るイメージセンサが設けられている図１のリソグラフィ装置に示されている基板テーブルの構成を模式的に示す図である。 本発明に係るイメージセンサの一実施例を備えるリソグラフィ装置の部分断面図を模式的に示す図である。 本発明に係るイメージセンサの一実施例を模式的に示す図である。 本発明に係るイメージセンサの一実施例に使用されるレンズの一実施例を模式的に示す図である。 本発明に係るイメージセンサの一実施例を使用するための構成を模式的に示す図である。 本発明に係るイメージセンサの一実施例により結像され得るマークが設けられているマスクを模式的に示す図である。 本発明に係るイメージセンサの一実施例を使用するための構成に使用され得るコンピュータアセンブリの一実施例を模式的に示す図である。

図１は、本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を模式的に示す図である。この装置は、
放射ビームＢ（例えばＵＶ放射またはＥＵＶ放射）を調整するよう構成されている照明系（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を支持するよう構成され、パラメ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第１の位置決め装置ＰＭに接続されている支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
基板（例えばレジストを塗布されたウエーハ）Ｗを保持するよう構成され、パラメタに従って基板を正確に位置決めする第２の位置決め装置ＰＷに接続されている基板テーブル（例えばウエーハテーブル）ＷＴと、
パターニングデバイスＭＡにより放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗの（例えば１つ以上のダイからなる）目標部分Ｃに投影するよう構成されている投影系（例えば屈折投影レンズ系）ＰＳと、を備える。

照明系は、屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子、あるいは他の種類の光学素子などの各種の光学素子、またはこれらの組合せを含み得るものであり、放射ビームの向きや形状、あるいは他の特性を制御するためのものである。

支持構造は、パターニングデバイスを支持する（すなわちパターニングデバイスの荷重を支える）。また、支持構造は、パターニングデバイスの向き、リソグラフィ装置の設計、及びパターニングデバイスが真空環境で保持されるか否か等のその他の条件に応じた方式でパターニングデバイスを保持する。支持構造は、機械的固定、真空固定、静電固定、またはパターニングデバイスを保持するその他の固定技術を用いてもよい。支持構造は、例えばフレームまたはテーブルであってもよく、これらは固定されていてもよいし必要に応じて移動可能であってもよい。支持構造は、例えば投影系に対して所望の位置にパターニングデバイスを位置決めすることを保証してもよい。本明細書において「レチクル」または「マスク」という用語は、より一般化された用語である「パターニングデバイス」と同義であるとみなしてもよい。

本明細書において「パターニングデバイス」なる用語は、基板の目標部分にパターンを生成するために放射ビーム断面にパターンを与えるのに使用される何らかのデバイスであると広義に解釈される。放射ビームに付与されたパターンは、基板の目標部分に望まれるパターンに厳密に一致していなくてもよい。例えば、位相シフトフィーチャまたはいわゆるアシストフィーチャがパターンに含まれていてもよい。一般に、放射ビームに付与されたパターンは、目標部分に生成される集積回路等のデバイスにおける特定の機能層に対応する。

パターニングデバイスは、透過型であってもよいし、反射型であってもよい。パターニングデバイスには例えばマスク、プログラム可能ミラーアレイ、及びプログラム可能ＬＣＤパネルが含まれるがこれらに限られない。マスクはリソグラフィにおいて周知であり、バイナリマスク、レベンソン型位相シフトマスク、減衰型位相シフトマスク、さらには多様なハイブリッド型マスクが含まれる。プログラム可能ミラーアレイは例えば、微小ミラーのマトリックス配列で構成される。各微小ミラーは、入射する放射ビームを異なる複数の方向に反射するよう個別的に傾斜可能である。ミラーマトリックスにより反射された放射ビームには、傾斜されたミラーによってパターンが付与されている。

本明細書において「投影系」なる用語は、屈折光学素子、反射光学素子、反射屈折光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子、またはこれらの組合せを含む何らかの投影系であると広義に解釈される。投影系は、使用される露光光に応じて、あるいは液浸液または真空の使用等のその他の要因に応じて適切とされるいかなる投影系であってもよい。本明細書において「投影レンズ」という用語は、より一般化された用語である「投影系」と同義であるとみなしてもよい。

図示されるように、リソグラフィ装置は（例えば透過型マスクを有する）透過型である。あるいは、装置は（例えば上述のプログラム可能ミラーアレイ、または反射型マスクを有する）反射型の装置であってもよい。

リソグラフィ装置は２つ以上（２つの場合にはデュアルステージと呼ばれる）の基板テーブル（及び／または２つ以上のマスクテーブル）を備えてもよい。このような多重ステージ型の装置においては、複数のテーブルは並行して使用されるか、あるいは１以上のテーブルで露光が行われている間に１以上の他のテーブルで準備工程が実行されるようにしてもよい。

リソグラフィ装置は、基板の少なくとも一部が例えば水などの比較的高い屈折率を有する液体で覆われるものであってもよい。この液体は、投影系と基板との間の空隙を満たす。液浸液は、例えばマスクと投影系との間などのリソグラフィ装置の他の空間に適用されるものであってもよい。液浸技術は投影系の開口数を増大させる技術として周知である。本明細書では「液浸」という用語は、基板等の構造体が液体に完全に浸されているということを意味するのではなく、露光の際に投影系と基板との間に液体が存在するということを意味するに過ぎない。

図１に示されるようにイルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。例えば光源ＳＯがエキシマレーザである場合には、光源とリソグラフィ装置とは別体であってもよい。この場合、光源はリソグラフィ装置の一部を構成しているとはみなされなく、放射ビームは光源ＳＯからビーム搬送系を介してイルミネータＩＬへと到達する。ビーム搬送系ＢＤは例えば適当な方向変更用ミラー及び／またはビームエキスパンダを含む。あるいは例えば光源が水銀ランプである場合には、光源はリソグラフィ装置に一体に構成されていてもよい。光源ＳＯとイルミネータＩＬとは、またビーム搬送系ＢＤが必要とされる場合にはこれも合わせて、放射系と総称されることがある。

イルミネータＩＬは放射ビームの角強度分布を調整するアジャスタＡＤを備えてもよい。一般には、イルミネータの瞳面における照度分布の少なくとも外径及び／または内径の値（通常それぞれ「σ_{ｏｕｔｅｒ}」、「σ_{ｉｎｎｅｒ}」と呼ばれる）が調整される。加えてイルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の要素を備えてもよい。イルミネータＩＬはビーム断面における所望の均一性及び照度分布を得るべく放射ビームを調整するために用いられる。

放射ビームＢは、支持構造（例えばマスクテーブルＭＴ）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）に入射して、当該パターニングデバイスによりパターンが付与される。マスクＭＡを経た放射ビームは投影系ＰＳを通過する。投影系ＰＳはビームを基板Ｗの目標部分Ｃに合焦させる。第２位置決め装置ＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉計、リニアエンコーダ、静電容量センサなど）により基板テーブルＷＴは正確に移動される。例えば放射ビームＢの経路に異なる複数の目標部分Ｃをそれぞれ位置決めするように移動される。同様に第１位置決め装置ＰＭと別の位置センサ（図１には明示されていない）により放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡは、例えば走査中またはマスクライブラリからのマスク交換後に、正確に位置決めされてもよい。一般に、マスクテーブルＭＴの移動は、ロングストロークモジュール（粗い位置決め用）及びショートストロークモジュール（精細な位置決め用）により実現される。これらモジュールは、第１位置決め装置ＰＭの一部を構成する。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２位置決め装置ＰＷの一部を構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により実現される。ステッパの場合にはスキャナとは異なり、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にのみ接続されていてもよいし、マスクテーブルＭＴは固定されていてもよい。マスクＭＡと基板Ｗとは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２、及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせされる。図示される基板アライメントマークは専用の目標部分を占有しているが、基板アライメントマークは目標部分間の領域に配置されていてもよい（スクライブラインアライメントマークとして公知である）。同様に、マスクＭＡに複数のダイがある場合には、マスクアライメントマークがダイ間に配置されてもよい。

図示の装置は以下のモードのうち少なくとも１つで使用することができる。

１．ステップモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンの全体が１回の照射で１つの目標部分Ｃに投影される間、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは実質的に静止状態とされる（すなわち１回の静的な露光）。そして基板テーブルＷＴがＸ方向及び／またはＹ方向に移動されて、異なる目標部分Ｃが露光される。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回の静的露光で結像される目標部分Ｃの寸法が制限されることになる。

２．スキャンモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期して走査される（すなわち１回の動的な露光）。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、投影系ＰＳの拡大（縮小）特性及び像反転特性により定められる。スキャンモードでは露光フィールドの最大サイズが１回の動的露光での目標部分Ｃの（非走査方向の）幅を制限し、走査移動距離が目標部分の（走査方向の）長さを決定する。

３．別のモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間、マスクテーブルＭＴはプログラム可能パターニングデバイスを保持して実質的に静止状態とされ、基板テーブルＷＴは移動または走査される。このモードでは一般にパルス放射源が用いられ、プログラム可能パターニングデバイスは走査中に基板テーブルＷＴが移動するたびに、または連続するパルスと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、上述のプログラム可能ミラーアレイなどのプログラム可能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適用可能である。

上記のモードを組み合わせて動作させてもよいし、モードに変更を加えて動作させてもよく、さらに全く別のモードを用いてもよい。

図２は、図１のリソグラフィ装置に示される基板テーブルＷＴの構成を模式的に示す図である。基板テーブルＷＴは、第１基準部８０を備える。第１基準部８０は、本発明に係るイメージセンサＩＡＳ１を備える。イメージセンサＩＡＳ１は、マスクＭＡ上のパターン（例えば対象物マーク）の空間像の位置を測定するために使用することができる。イメージセンサＩＡＳ１は、その空間像をスキャンしてイメージセンサスキャンデータを生成することにより位置測定をする。

イメージセンサＩＡＳ１が空間像をスキャンしているときに、位置センサＩＦにより第２位置決め装置ＰＷの位置が測定される。基板テーブルＷＴと第２位置決め装置ＰＷとの相対位置が固定されるよう構成することにより、イメージスキャンデータと第２位置決め装置ＰＷの測定位置とを組み合わせることで、イメージセンサの座標系においてイメージスキャンデータを既知とすることができる。

一実施例においては基板テーブルＷＴに基板Ｗが保持されている。基板Ｗは、図２に示されるように、複数の基板マーク（例えば基板マークＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）を備える。基板マークＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４のアライメントセンサ（図示せず）の座標系における相対位置を得るためにアライメントセンサが設けられている。アライメントセンサは、基板マークＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に放射を投影しこれら基板マークにより反射または回折された放射を測定する。

また、アライメントセンサとイメージセンサＩＡＳ１との相対位置（すなわち第１のベースライン）、及びアライメントセンサの相対位置は後述するように、イメージセンサＩＡＳ１のレンズ５上のレンズ参照マーク１１を使用して決定される。第１ベースラインは、イメージセンサの座標系とアライメントセンサの座標系とで位置を関連付けるために使用される。

−アライメントセンサの座標系における基板マークＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の相対位置、
−イメージセンサの座標系における空間像の位置、
−第１ベースライン、
についての情報を組み合わせることにより、基板Ｗを所望の位置に位置決めすることができる。位置センサＩＦを使用し第２位置決め装置ＰＷの位置を制御して、マスクＭＡの空間像に対して高精度に基板Ｗを位置決めすることができる。

本発明の一実施例においては、基板テーブルＷＴは、第２基準部８２を更に備える。第２基準部８２は、第２のベースラインが定められておりイメージセンサＩＡＳ１と同様に使用されるもう１つのイメージセンサＩＡＳ２を備える。イメージセンサＩＡＳ２を追加して使用することにより、空間像に対する基板Ｗの位置決めをさらに高精度に行うことができる。なお、２つのイメージセンサＩＡＳ１、ＩＡＳ２を用いる代わりに、さらに多く（例えば３つ）のイメージセンサを設けてもよい。

好ましい実施例においては、アライメントセンサによる基板マークの相対位置計測はリソグラフィ装置の測定ステーションで行われる。一方、投影系ＰＳがリソグラフィ装置の露光ステーションに配置されている。これにより、第１の基板に対してアライメントセンサによる測定を実行するのと同時に第２の基板に対して投影系ＰＳによる露光を行うリソグラフィ装置を提供することができる。

図３は、本発明に係るイメージセンサの一実施例を備えるリソグラフィ装置の模式的な部分断面図である。この断面図においては、投影系ＰＳの最終素子ＦＥがイメージセンサ１の真上に位置決めされている。イメージセンサ１は基板テーブルＷＴに埋め込まれている。

図３に示されるイメージセンサ１の実施例は、液浸リソグラフィ装置に設けられている。図３の液浸装置においては、リザーバ３は、イメージセンサ１が設けられている基板テーブルＷＴにおいて投影系ＰＳのイメージフィールドの周囲に非接触シールを形成している。このようにして、イメージセンサ１が設けられている基板テーブルＷＴの表面と投影系ＰＳの最終素子ＦＥとの間の空間を満たすよう液体が閉じ込められている。

イメージセンサ１は、レンズ５とイメージ検出器６とを備える。レンズ５は、パターンの空間像の少なくとも一部をイメージ検出器６に投影するよう構成されている。この空間像は投影系ＰＳの最終素子ＦＥによってレンズ５に投影されたものである。イメージ検出器６は、検出面を備える。検出面はマトリックス形状に構成されていてもよい。すなわち、検出面は複数の画素を含んでもよい。イメージ検出器６は、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラであってもよい。レンズ５は、顕微鏡レンズであってもよい。レンズ５は、１５００乃至２５００倍の倍率を有し、１．２よりも大きい開口数を有してもよい。

図４は、本発明に係るイメージセンサ１の実施例を模式的に示す図である。この実施例においては、イメージセンサはレンズ５及びイメージ検出器６に加えて、増幅デバイス８を更に備える。増幅デバイス８は、レンズ５とイメージ検出器６との間に配置されている。一実施例においては増幅デバイスはマルチチャンネルプレートである。

増幅デバイス８は、例えば図４に示されるように検出器に搭載されていてもよいし、あるいは検出器に接近して位置決めされていてもよい。他の実施例においては、増幅デバイス８は、イメージ検出器６に統合されている。例えば、複数のアバランシェダイオードを設け、各アバランシェダイオードがイメージ検出器６の個々の画素に対応するようにしてもよい。

増幅デバイス８は、入射光強度を増幅するよう構成されている。その結果、より強い光がイメージ検出器６の検出面にあたるようになり、結像特性が改善される。図において破線で示す像は、イメージ検出器６により検出され、情報信号１０の形式でプロセッサに転送される。プロセッサは例えば、図８に示すコンピュータアセンブリにおいて使用されるプロセッサである。

図５は、本発明に係るイメージセンサの一実施例におけるレンズ５の詳細を模式的に示す図である。レンズ５は、基板テーブルＷＴに統合されている。レンズ上面においては、すなわちリソグラフィ装置において投影系ＰＳの最終素子ＦＥに対向する表面に相当する入射光受光表面においては、レンズ５には少なくとも１つのレンズ参照マーク１１が設けられている。レンズ５の上面の少なくとも１つのレンズ参照マーク１１により、アライメントセンサＷＴに対するレンズ５の位置が決定されうる。一実施例においてはレンズ参照マーク１１は、アライメントセンサにより位置を直接測定可能な形式を有する。

第１基準部８０には、較正マーク８１がさらに設けられている。アライメントセンサ（図示せず）は、較正マーク８１の位置を測定するために使用される。イメージセンサの位置が較正マークに対し固定されるよう構成することにより、レンズ参照マーク１１の相対位置及び較正マーク８１の相対位置はともにアライメントセンサの座標系において測定され、第１ベースラインを与える。

図６は、本発明に係るイメージセンサ２１の実施例を使用する装置構成を模式的に示す図である。左側にリソグラフィ装置の構成要素がいくつか示されている。すなわち、マスクＭＡと投影系ＰＳである。マスクＭＡは、入射する放射ビームの断面にパターンを付与するよう構成されている。投影系ＰＳは、パターンが付与されたビームを基板（図示せず）に露光するよう構成されている。イメージセンサ２１の実施例を用いて計測が行われる場合、投影系ＰＳは基板の代わりにイメージセンサ２１にパターン付与ビームを露光する。この装置は、制御ユニット２３及びパラメタ調整デバイス２５をさらに備える。制御ユニット２３は、イメージセンサ２１及びパラメタ調整デバイス２５を操作可能に接続されている。制御ユニット２３は、リソグラフィ装置の他の構成要素例えば基板テーブルＷＴ及びマスクテーブルＭＴを操作可能に接続されていてもよい。

イメージセンサ２１は、イメージデータを制御ユニット２３に送信するよう構成されている。制御ユニット２３はイメージセンサ２１からのイメージデータを受信するよう構成されている。これに応答して制御ユニット２３は、リソグラフィ装置のパラメタを制御してもよい。例えば、制御ユニット２３は、パラメタ調整デバイス２５の設定を変更したり、基板テーブルＷＴの位置を変更したり、マスクＭＡまたはマスクテーブルＭＴの位置を変更したりしてもよい。

制御ユニット２３はプロセッサ２７及びメモリ２９を備えてもよい。制御ユニットの構成についての詳細は、図８を参照して説明される。

図６に示される装置にはいくつかの使用目的があり、以下でそれらを説明する。以下の説明は例示であり、使用目的を限定するものではない。当業者であれば本発明の趣旨から逸脱することなくこの装置を他の目的に使用することも可能であろう。

［基板テーブルのマスク（テーブル）に対する位置合わせへの使用］
本装置の一実施例は透過イメージセンサＴＩＳと同様の方法で使用されてもよい。透過イメージセンサＴＩＳは、基板テーブルＷＴ及びその上の基板Ｗの位置をマスクテーブルＭＴまたはマスクＭＡに対して決定し修正するために公知のリソグラフィ装置で使用されている。ところで、図７に模式的に示されるように、マスクＭＡまたはマスクテーブルＭＴ上に特別に設計され設けられた対象物マーク３１（典型的には基板レベルで６４×４０ミクロンの大きさを有する）の代わりに、これよりもかなり小さいマーク３３（例えば基板レベルで１×１ミクロンのサイズ）が使用されてもよい。マーク３３は、クリティカルパターン、すなわち基板Ｗに露光されるべきパターンに相当する形状及び寸法を有するパターンを含む。

投影系ＰＳの収差はフィーチャの大きさによってまったく異なる。また、収差は空間的にも異なりうる。つまり、光が第１の位置で投影系ＰＳを通過したときと光が第２の位置で投影系ＰＳを通過したときとでは収差は異なる。マーク３３のフィーチャは、露光されるべきパターンと同じ寸法であるので、その収差を観察することにより露光時にマスクパターンに生じる収差についてよりよい知見を得ることができる。

また、イメージセンサ１、２１の実施例に使用されるマーク３３は大きなスペースを占有しない。すなわち、大きくても数平方ミクロンしか占有しない。このため、図７において方形３７として破線で示すように、マスクＭＡの露光領域内部にマーク３３を設けることができる。一方、従来のＴＩＳセンサに適した特別設計の対象物マーク３１はマスクＭＡの端部つまり露光領域の外側に配置されるであろう。図７からわかるように、１つの露光領域にはいくつかのダイが設けられる。これを方形３９で示す。各ダイ３９には異なるパターンが与えられてもよい。マーク３３はダイ３９の内部に設けられてもよい（例えばマーク３３ａ、３３ｂ）。これとともに、またはこれに代えて、マーク３３はダイ間に設けられてもよい（例えばマーク３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ）。

このようにして、露光されるべき実際の製品フィーチャの微小パターンを使用する可能性が開かれる。センサは専用マークを使用する必要がなくなる。

本発明に係るイメージセンサの実施例に適するマーク３３の像は、基板Ｗに露光されるべきマスクＭＡ上のパターンが通る光路に近い光路を投影系ＰＳにおいて通る。したがって、マスクテーブルＭＴまたはマスクＭＡに対する基板テーブルＷＴ及びその上の基板Ｗの位置を現段階で可能な程度を超えて最適化することができる。

なお、本発明に係るイメージセンサの実施例を従来のイメージセンサ（例えば上述のＴＩＳセンサ）のそばで使用することも可能である。例えば図２において、ＩＡＳ１が従来のイメージセンサ（例えば上述のＴＩＳセンサ）であり、ＩＡＳ２が本発明の一実施例に係るイメージセンサであってもよい。

［近接曲線の測定とそれに応じた照明条件の最適化への使用］
上述の装置においてイメージセンサ２１は、近接曲線を測定するために使用されてもよい。近接曲線とは、あるフィーチャの結像に近傍のフィーチャが与える影響を表す曲線である。近接曲線においては、レジストに転写されたクリティカルディメンションの変化が、ある形式のマスク（例えばバイナリマスク）におけるある形状の構造（例えば１３０ｎｍ径のライン）について測定される。測定は、形状のピッチをさまざまな値に変えて行われる。例えば、１：１（すなわちライン幅とライン間隔とが等しい）から数ライン（例えば１０ライン）おきの孤立ラインまでの範囲でピッチを変更する。この範囲が近接曲線マークの形式で設けられていてもよい。

近接曲線は一般に装置依存性がある。イメージセンサ２１により（例えば近接曲線マークを測定することにより）測定された近接曲線に関する情報は、制御ユニット２３により他の装置の近接曲線と比較されてもよい。この比較のために制御ユニット２３はプロセッサ２７を使用し、制御ユニット２３のメモリ２９に参照データとして記憶されている他の装置の近接曲線と測定結果とを比較してもよい。これとともに、またはこれに代えて、測定された近接曲線は制御ユニット２３のプロセッサ２７への入力として用いられてもよい。この場合、最適な露光結果を得るべくパラメタをどのようにかつどの程度変更すればよいかを決定するために、測定された近接曲線が用いられてもよい。近接曲線の受信に応答して、制御ユニット２３のプロセッサ２７は、リソグラフィ装置における少なくとも１つのパラメータ（例えば照明条件）を調整するための調整データを演算する。このときプロセッサ２７は制御ユニット２３のメモリ２９に記憶されている情報を使用してもよい。

調整データはパラメタ調整デバイス２５に転送される。一実施例においては、パラメタ調整デバイス２５は複数（例えば１０００以上）の反射性素子のアレイを備える。これらの反射性素子は格子状に配列されており、その向きを個別的に制御可能である。一実施例においては、パラメタ調整デバイス２５は照明条件調整デバイスである。照明条件の調整には、投影系ＰＳの開口数ＮＡの変更や、マスクに照射される光の角分布（σとも呼ばれる）の調整が含まれてもよい。角度照明のための照明条件において、外側の光円錐（すなわちσ_ｏｕｔ）及び内側の光円錐（すなわちσ_ｉｎ）が別々に変更されてもよい。

一実施例においては近接曲線がオンラインで測定されてもよい。したがって、照明条件が基板ごとに調整されることにより、いわゆる基板ごとの近接制御の実現も可能である。

［製品フィーチャにおけるクリティカルＣＤ測定とそれに応じた光源設定の最適化への使用］
近接曲線に代えて、製品開発に重要である製品フィーチャにおけるクリティカルディメンション（ＣＤ）がイメージセンサ２１により測定されてもよい。制御ユニット２３のプロセッサ２７は、製品フィーチャのクリティカルＣＤについての測定結果を受信してパラメタ調整データを演算してもよい。このときプロセッサ２７は制御ユニット２３のメモリ２９等のメモリに記憶されている情報を使用してもよい。この場合、調整されるべきパラメタはやはり照明条件であってもよい。調整される照明条件にはＮＡの変更に関する調整やσの変更に関する調整が含まれてもよい。パラメタ調整デバイス２５は反射性素子のアレイを備えてもよい。パラメタ調整デバイス２５は既に述べたように、光源（図示せず）とマスクＭＡまたはマスクテーブルＭＴとの間においてマスクＭＡまたはマスクテーブルＭＴに近接して配置されている照明調整デバイスであってもよい。

これとともに、またはこれに代えて、使用される光源の調整により照明の種類を変更する調整が行われてもよい。例えば双極照明条件から輪帯照明条件に変更されてもよいし、第１の輪帯照明条件から第２の輪帯照明条件に変更されてもよい。これらの場合、パラメタ調整デバイス２５は光源調整デバイスである。光源調整デバイスは、光源に関するパラメタを直接変化させてもよい。この場合、パラメタ調整デバイス２５は、一実施例では、上述のように反射性素子のアレイを備えてもよい。

調整は照明の種類の変更には限られない。照明の種類はそのままの状態でその照明の特性を調整してもよい。例えば、照明を特定方向に伸縮させてもよいし、照明を拡大または縮小してもよい。

一実施例においては、クリティカルディメンションはオンラインで測定されてもよい。したがって、照明条件が基板ごとに調整されることにより、いわゆる基板ごとの照明条件最適化の実現も可能である。

［光近接効果補正（ＯＰＣ）のオンライン検証の実行への使用］
イメージセンサ２１は、所望のパターン構造の形状制御のためのＯＰＣの目的でマスクＭＡのパターンに追加された構造がそのパターンに対し正しい位置にあるか否かを検証するために使用されてもよい。この追加された構造の位置が決定されると、制御ユニット２３のプロセッサ２７はその決定された位置を使用して、露光及びレジスト現像後の主構造に対する追加構造の影響を演算してもよい。このときプロセッサ２７は制御ユニット２３のメモリ２９に記憶されている参照データを使用してもよい。位置が誤っており、主構造により実現すべき形状に追加構造が悪影響を与えることになる場合には、レジストへの本番の露光前にマスクを交換するか改良することができる。

［空間像と収差指紋との関係の調査への使用］
現在、投影系ＰＳの収差が変化したときにパターンの空間像がどのように変化するかをシミュレートするためにモデルが使われている。図６に示す装置を使用して、モデルの検証及びモデル誤差への対策が可能となる。

この検証のために、投影系ＰＳの収差指紋が測定される。一実施例においては収差指紋は波面収差センサ３１を使用して測定される。収差指紋とは、投影系ＰＳのフィールドポイントごとの収差である。公知の波面収差センサは例えばＵＳ２００２／０００１０８８に記載されており、これを使用することができる。この波面収差センサはシヤリング干渉法という原理に基づいており、ソースモジュールとセンサモジュールとを備える。ソースモジュールは、投影系ＰＳの物面（即ち製造中にパターニング手段のパターンが存在する面）に配置されているクロムのパターン層と、このクロム層上方に設けられたいくつかの光学素子と、を有する。この組合せにより、投影系ＰＳの瞳全体に放射の波面をもたらすことができる。センサモジュールは、投影系の像面（即ち製造中に基板Ｗが存在する面）に配置されているクロムのパターン層と、クロム層の背後にいくらか離れて配置されたカメラと、を有する。センサモジュールのクロムパターン層は、互いに干渉する複数の回折次数へと放射を回折し、インターフェログラムを生成する。カメラによりインターフェログラムが測定される。投影レンズの収差は、測定されたインターフェログラムに基づくソフトウェアにより決定されることができる。

波面収差センサ３１は、収差指紋に関する情報を制御ユニット２３に送るよう構成されている。また、分析されるべきパターンの空間像がイメージセンサ２１により観察される。イメージセンサ２１は、像に関する電子情報（即ちイメージデータ）を制御ユニット２３に送るよう構成されている。制御ユニット２３のプロセッサ２７は、波面収差センサ３１からの収差指紋情報を、イメージセンサ２１からのイメージデータと比較するよう構成されている。一実施例においては、プロセッサ２７は、イメージセンサ２１により検出されるべき空間パターンを、パターンとモデルと測定収差とに基づいて計算により再構築するために使用される。再構築されたパターンは、イメージセンサ２１により実際に検出された像と比較される。

比較の結果、いくつかの傾向が導かれる。このとき制御ユニット２３のメモリ２９に記憶されているデータを使用してもよい。その結果、構造的に依存する収差オフセットを例えばモニタすることが可能である。

比較結果はリソグラフィ装置の設定変更に使用されてもよい。例えば、イメージセンサ２１により測定された空間像を基板Ｗへの露光用のより好ましい空間像へと変えることを意図して投影系ＰＳまたは照明系ＩＬの素子位置を変更するために使用されてもよい。必要な場合には、改善されたか否かをチェックするために上述の工程を繰り返してもよい。

リソグラフィ装置において波面収差センサ３１とイメージセンサ２１とで測定結果の違いが小さいほど、検証が正確になる。それは、あらゆる構成要素の設定にはドリフトがあり、イメージセンサ２１の測定位置と波面収差センサ３１の測定位置とが若干ずれてしまうからである。

［アシストフィーチャの最適化への使用］
一実施例においては本発明に係るイメージセンサ１、２１、ＩＡＳ１、ＩＡＳ２は、所望の空間パターンが形成されるようパターニング手段を最適化するために使用される。好ましい実施例においてはプログラム可能ミラーアレイがパターニングデバイスとして使用される。この方法は、
−放射ビームＢの断面に空間パターンを形成するようパターニング手段ＭＡ上のパターンを使用することと、
−レンズ５を使用して前記空間パターンの検出像を形成することと、
−イメージ検出器１、２１、ＩＡＳ１、ＩＡＳ２により前記検出像を検出することにより前記空間パターンを測定すること、とを備える。

この方法は、
−前記空間パターンを計算により予測するためにパターニング手段ＭＡ上のパターンについての情報（例えばプログラム可能ミラーのプログラムされた位置）を使用することと、
−測定された空間パターンと予測された空間パターンとを比較すること、とを更に備えてもよい。

この比較により、測定空間パターンと予測空間パターンとが異なるという結論が得られる可能性もある。測定空間パターンにより基板を露光しても、最適なパターンは基板上に得られないであろう。このとき、プログラム可能ミラーのプログラムされた位置の変更が計算されてもよい。この計算は、プログラム可能ミラーの変更された位置を使用したときに測定されるであろう空間パターンと好ましい空間パターンとの偏差を最小化するように行われる。この変更は、パターニング手段ＭＡ上のパターンを使用して空間像を作成するモデルに偏差を供給することにより計算されてもよい。モデルは収差データを使用してもよい。必要な場合には、プログラム可能ミラーは計算された変更に従って変更され、その変更が本当に測定空間パターンと所望の空間パターンとの偏差を低減するものであるかを検定するために空間パターンが再度測定されてもよい。

なお上述の各実施例における制御ユニット２３は図８に示されるコンピュータアセンブリ６０であってもよい。コンピュータアセンブリ６０は、本発明に係る実施例において制御ユニットの形式の専用コンピュータであってもよいし、あるいはリソグラフィ装置を制御するための中央コンピュータであってもよい。コンピュータアセンブリ６０は、コンピュータに実行可能なコードを備えるコンピュータプログラム製品をロードするよう構成されていてもよい。これによりコンピュータアセンブリ６０は、コンピュータプログラム製品がダウンロードされたときに、イメージセンサの実施例によるリソグラフィ装置の使用を制御する。

プロセッサ２７に接続されているメモリ２９は、ハードディスク３１、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）６２、電気的消去可能ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）６３、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）６４等の多数のメモリ素子を備えてもよい。これらすべてのメモリ素子を備えている必要はない。また、上述のメモリ素子がプロセッサ２７または互いに物理的に近接して設けられていなくてもよい。これらは遠隔に設けられていてもよい。

プロセッサ２７は例えばキーボード６５またはマウス６６等のユーザインターフェイスに接続されていてもよい。タッチスクリーン、トラックボール、スピーチコンバータなどの当業者に公知のその他のインターフェイスが使用されてもよい。

プロセッサ２７は読み取りユニット６７に接続されていてもよい。読み取りユニット６７は、例えばコンピュータ実行可能コード等のデータを、フレキシブルディスク６８またはＣＤＲＯＭ６９等のデータキャリアに記憶されているデータから読み出すよう構成されている。ＤＶＤ等の当業者に公知のその他のデータキャリアが使用されてもよい。

プロセッサ２７は、出力データを紙面に印刷するためのプリンタ７０に接続されていてもよい。また、プロセッサ２７は、モニタまたはＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等の当業者に公知のディスプレイ７１に接続されていてもよい。

プロセッサ２７は、例えば公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）やローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）等の通信ネットワーク７２に、入出力（Ｉ／Ｏ）に応答するトランスミッタ／レシーバ７３を介して接続されていてもよい。プロセッサ２７は、通信ネットワーク７２を通じて他の通信システムと通信可能に構成されていてもよい。本発明の一実施例においては例えばオペレータのパーソナルコンピュータ等の外部コンピュータ（図示せず）が通信ネットワーク７２を通じてプロセッサ２７にログイン可能であってもよい。

プロセッサ２７は、独立のシステムとして構築されていてもよいし、並列に動作する複数の処理ユニットとして構築されていてもよい。各処理ユニットは、より大きいプログラムのサブタスクを実行するよう構成されている。処理ユニットは、１つまたは複数の主処理ユニットといくつかの副処理ユニットとに分割されていてもよい。プロセッサ２７のうちいくつかの処理ユニットは、他の処理ユニットから離れて配置されており通信ネットワーク７２を通じて通信してもよい。

上述の実施例においては、イメージセンサ１、２１、ＩＡＳ１、ＩＡＳ２は、放射ビームを使用して投影系ＰＳにより生成されたパターニングデバイスＭＡの像を測定するために使用されている。しかし、本発明は、イメージセンサ１、２１、ＩＡＳ１、ＩＡＳ２が放射ビーム断面の強度パターンを検出することも含むものと理解されたい。そのような場合として例えば、リソグラフィ装置において反射性パターニング手段が使用され、反射した放射が投影系ＰＳを通ることなくその放射により基板Ｗが露光される場合が挙げられる。

本明細書ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用を例として説明しているが、リソグラフィ装置は他の用途にも適用することが可能であるものと理解されたい。他の用途としては、集積光学システム、磁区メモリ用案内パターンおよび検出パターン、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がある。当業者であればこれらの他の適用に際して、本明細書における「ウエーハ」あるいは「ダイ」という用語がそれぞれ「基板」あるいは「目標部分」という、より一般的な用語と同義であるとみなされると理解することができるであろう。基板は露光前または露光後においてトラック（典型的にはレジスト層を基板に塗布し、露光後のレジストを現像する装置）、メトロロジツール、及び／またはインスペクションツールにより処理されてもよい。適用可能であれば、本明細書の開示はこれらのまたは他の基板処理装置にも適用され得る。また、基板は例えば多層ＩＣを製造するために複数回処理されてもよく、その場合には本明細書における基板という用語は既に処理されている多数の処理層を含む基板をも意味する。

また、本明細書における「放射」及び「ビーム」なる用語は、（例えば３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長を有する）紫外（ＵＶ）放射を含むあらゆる電磁放射を含む。

本明細書に記載の実施例において、「レンズ」なる用語は文脈が許す限り、屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁的光学素子、及び静電的光学素子のいずれかまたは任意の組合せを示してもよい。

本発明の具体的な実施形態が上述のように説明されたが、本発明は上述の形式以外の形式でも実施可能であると理解されたい。例えば本発明は、上述の方法が記述された機械で読み取り可能な１以上の一連の指示を含む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が記録されたデータ記録媒体（例えば半導体メモリや磁気・光ディスク）の形式をとってもよい。

本発明の種々の実施例を上に記載したが、それらはあくまでも例示であって、それらに限定されるものではない。本発明の請求項の範囲から逸脱することなく種々に変更することができるということは、関連技術の当業者には明らかなことである。

Claims (19)

1. リソグラフィ装置において基板（Ｗ）を露光する放射ビーム（Ｂ）の断面における放射強度の空間的差異を含む空間パターンを検出するイメージセンサ（１、２１、ＩＡＳ１、ＩＡＳ２）であって、
   前記空間パターンの検出像を形成するレンズ（５）と、
   前記検出像における複数の位置で放射強度を測定するイメージ検出器（６）と、を備えることを特徴とするイメージセンサ。
2. 前記検出像の放射強度の空間的差異を増幅する増幅デバイス（８）を備えることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
3. 前記増幅デバイス（８）はマルチチャンネルプレートであることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
4. 位置決め装置（ＰＷ）により位置決めされ、
   前記レンズ（５）はイメージセンサの位置を決定するための参照マーク（１１）を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のイメージセンサ。
5. パターンが付与された放射ビームで基板（Ｗ）を露光するリソグラフィ露光装置であって、位置決め装置（ＰＷ）に設けられた請求項１から４のいずれかに記載のイメージセンサを備え、前記イメージセンサは、前記パターンが付与された放射ビームの空間パターンを測定するよう位置決めされることを特徴とするリソグラフィ露光装置。
6. 基板（Ｗ）のアライメントマーク（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）の位置を測定するアライメントセンサを備え、前記アライメントセンサにより位置が決定されるように参照マーク（１１）が設けられていることを特徴とする請求項５に記載のリソグラフィ露光装置。
7. 前記イメージセンサの出力に接続され、前記イメージセンサによる前記空間パターンの測定結果に基づいて調整データを計算する制御ユニット（２３）と、
   前記調整データに基づいてリソグラフィ装置の少なくとも１つのパラメタを制御するパラメタ調整デバイス（２５）と、を備えることを特徴とする請求項５または６に記載のリソグラフィ露光装置。
8. 前記パターン付与された放射ビームはパターニングデバイス（ＭＡ）を使用して放射ビームにパターンを付与することにより形成され、前記パラメタ調整デバイス（２５）は前記放射ビームの照明条件を調整する照明条件調整デバイスであることを特徴とする請求項７に記載のリソグラフィ露光装置。
9. 前記少なくとも１つのパラメタは、前記放射ビームの照明条件に関連しており、前記パターニングデバイス（ＭＡ）の像を基板（Ｗ）に投影する投影系（ＰＳ）の開口数と、前記放射ビームの角分布と、前記放射ビームの放射生成のためにソース（ＳＯ）により与えられる照明の種類と、からなるグループから選択されることを特徴とする請求項８に記載のリソグラフィ露光装置。
10. パターニングデバイス（ＭＡ）の空間像を生成する投影系（ＰＳ）を備え、前記空間像が前記空間パターンを構成することを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載のリソグラフィ露光装置。
11. 前記投影系の収差を測定する収差センサ（３１）と、
    前記パターニングデバイス（ＭＡ）と、測定された収差と、前記空間パターンへの収差の影響についてのモデルとについての情報を使用して、前記空間パターンを再構築しその再構築された空間パターンを前記イメージセンサにより測定された空間パターンと比較する制御ユニット（２３）と、をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載のリソグラフィ露光装置。
12. 放射ビーム（Ｂ）の断面に空間パターンを形成するようパターニング手段（ＭＡ）を使用し、
    イメージ検出器（１、２１、ＩＡＳ１、ＩＡＳ２）により検出像を検出することにより前記空間パターンを測定し、
    空間パターンを計算するために前記パターニング手段（ＭＡ）のパターンについての情報を使用し、
    測定された空間パターンを計算された空間パターンと比較することを含むことを特徴とするイメージ検出方法。
13. 所望の測定空間パターンに対応するパターンを決定するために比較結果を使用することを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記空間パターンを形成するためにリソグラフィ露光装置を使用し、
    所望の空間パターンを得るよう前記リソグラフィ露光装置の設定を決定するために比較結果を使用することを含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
15. 放射ビーム（Ｂ）の断面に空間パターンを形成するためにパターニング手段（ＭＡ）のテストフィーチャ及びその近傍のフィーチャを含むパターンを使用し、
    イメージ検出器（１、２１、ＩＡＳ１、ＩＡＳ２）により検出像を検出することにより前記空間パターンを測定し、
    前記テストフィーチャに対応する空間フィーチャの形成への前記パターン中の前記近傍のフィーチャの影響を決定することを含むことを特徴とするイメージ検出方法。
16. 前記空間パターンの検出像を形成するためにレンズを使用し、前記検出像を検出するためにイメージ検出器を使用することを含むことを特徴とする請求項１２から１５のいずれかに記載の方法。
17. 請求項１２から１５のいずれかに記載の方法を用いるデバイス製造方法であって、パターンが付与された放射ビームを基板（Ｗ）に投影することを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
18. コンピュータアセンブリにロードされたときに前記コンピュータアセンブリに請求項１２から１６のいずれかに記載の方法を実行させるコンピュータ実行可能コードを備えるコンピュータプログラム。
19. 像を基板に露光することにより形成される製品パターンを有する露光領域（３９）を備えるパターニングデバイスであって、前記パターニングデバイスは前記露光領域に更なるパターンを備え、前記更なるパターンは請求項１から４のいずれかに記載のイメージセンサにより検出されるよう構成されていることを特徴とするパターニングデバイス。

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