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

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 Download PDF

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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「σouter」、「σinner」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σout)及び内側の光円錐(すなわちσin)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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