JP2017509016A - データ処理装置を用いたリソグラフィ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スループットに悪影響を与えることなく高い解像度のウェーハ高さマップを生成しウェーハレベル位置合わせ性能を向上させる。【解決手段】リソグラフィ装置は、光学投影システムを用いて基板上にパターンを適用する。本装置は、パターン適用の前に基板表面の高さマップを得るための光学レベルセンサ及び関連したプロセッサを含む。コントローラは、パターンを適用する場合に高さマップを用いて投影システムの合焦を制御する。プロセッサは、基板に以前適用された処理に関する情報を用いて基板の少なくとも第１・第２の領域を画定するように、且つ、測定信号を用いて焦点を制御する方法を第１・第２の領域で変動させるように、構成される。例えば光学測定信号から高さ値を計算するためのアルゴリズムを既知の構造及び／又は材料の相違に応じて変動させ得る。特定の領域からの測定値を高さマップの計算から及び／又は合焦での使用から選択的に除外し得る。【選択図】図５

Description

（関連出願の相互参照）
[0001] 本出願は、２０１４年３月４日に出願された欧州特許出願第１４１５７６６４．５号に関する。この出願は引用によりその全体が本願にも含まれるものとする。

[0002] 本開示はリソグラフィ装置に関する。本開示は特に、光リソグラフィにおける合焦のために重要な局所高偏差（ｌｏｃａｌ ｈｅｉｇｈｔ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）の測定に関する。本開示は更に、リソグラフィによってデバイスを測定する方法に関し、そのような装置及び方法の部分を実施するためのデータ処理装置及びコンピュータプログラム製品に関する。

[0003] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板のターゲット部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。このような場合、代替的にマスク又はレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層上に形成すべき回路パターンを生成することができる。このパターンを、基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば１つ又は幾つかのダイの一部を含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。一般的に、１枚の基板は、順次パターンが付与される隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。従来のリソグラフィ装置は、パターン全体をターゲット部分に１回で露光することによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、基板を所与の方向（「スキャン」方向）と平行あるいは逆平行に同期的にスキャンしながらパターンを所与の方向（「スキャン」方向）に放射ビームでスキャンすることにより各ターゲット部分が照射される、いわゆるスキャナと、を含む。

[0004] パターンは、投影システムを形成するレンズ（又は鏡）を用いて、基板のターゲット部分に結像される。パターンを基板上に結像する場合、基板の最も上の表面（すなわちパターンが結像される表面）が投影システムの焦点面内に位置することを保証することが望ましい。

[0005] パターンを投影すべき基板の表面は決して完璧な平面でなく、大きいもの及び小さいものの双方の局所高偏差が多数ある。投影システムの焦点が調整されない場合、パターニング性能が不良となり、結果として製造プロセスの全体的な性能が不良となる恐れがある。焦点の不良によって、特にクリティカルディメンション（ＣＤ）及びＣＤ均一性のような性能パラメータが劣化する。

[0006] こういった局所高偏差を測定するため、通常、リソグラフィ装置にレベルセンサが組み込まれている。これらは、基板をリソグラフィ装置に搭載した後、基板全体の複数のポイントで基板の最も上の表面の垂直位置を測定するために用いられる光学センサである。この測定値セットは高さマップの形態で記憶される。このマップを後の露光（パターニング）の間に使用して、基板の各部分が投影レンズの焦点面内に位置することを保証する。典型的には、基板上の連続した部分の露光中に、基板を支持する基板テーブルの高さを連続的に調整する。

[0007] 光学レベルセンサに伴う既知の問題は、様々な基板及び１枚の基板の様々な部分が測定放射ビームと異なる相互作用を起こすことである。換言すると、レベルセンサによって得られる高さ測定値は、プロセスに依存した影響を受けるので、常に真の高さを与えるわけではない。特に、基板から反射される光にいわゆるグース−ヘンヒェンシフト（Ｇｏｏｓ−Ｈａｅｎｃｈｅｎ ｓｈｉｆｔ）が生じる場合、見かけ上の表面くぼみ（ａｐｐａｒｅｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎ）が起こることが知られている。この効果はそれぞれの材料で異なり、いくつかの層の構造及び材料に大きく依存する。従って見かけ上の表面くぼみは、層ごとに及び基板の領域ごとに、著しくばらつく可能性がある。例えば、高度にメタライズされた領域は、主に誘電材料を用いた領域よりも確実に光を反射する。米国特許出願第７２６５３６４Ｂ２号（Ｔｕｅｎｉｓｓｅｎ等、ＡＳＭＬ）では、Ｓ偏光及びＰ偏光を別個に用いて高さを測定してプロセス依存性の高いエリアを検出する、変更された（ｍｏｄｉｆｉｅｄ）レベルセンサが記載されている。この検出の結果を用いて、特に問題となる基板領域から得られた高さ測定値を廃棄又は補正する。

[0008] 米国特許出願第２０１０／０２３３６００Ａ１号（ｄｅｎ Ｂｏｅｆ等）は、投影システムで用いるものと同様の紫外線（ＵＶ）波長範囲の放射を用いる代替的なレベルセンサを提案している。短い波長放射はプロセス依存性の影響を受けにくい。しかしながら、このようなＵＶレベルセンサは既存の装置で利用することができず、特定のサンプル位置の高さを測定するだけである。

[0009] レベル測定システムにおけるプロセス依存性を補正する別の手法は、「非光学」検査装置を用いて光学センサを補完し較正することである。これらの非光学センサは、例えばプロフィロメータ（ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ）（例えばＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ（カリフォルニア州サンノゼ）から入手可能である）、及び／又はエアゲージセンサ（例えばＦ． Ｋａｈｌｅｎｂｅｒｇ等によって記載されている（Ｐｒｏｃ． ＳＰＩＥ ６５２０、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＸＸ、６５２００Ｚ、２００７年３月２７日））とすることができる。これらの非光学センサを用いて、真の高さ測定値を与えること、及び光学センサの高さ測定値と共に用いる補正値を算出することが可能となる。しかしながら、これらのセンサの使用は極めて長い時間を要し、一般にリソグラフィ装置自体に組み込むには適していない。従って、プロフィロメータ及びエアゲージセンサを使用することができるのは、例えば「オフライン」状態で少数のウェーハサンプルの特定のフィールド及び／又はそのフィールドの特定のエリアを測定する場合であり、これは大量生産プロセスの範囲外である。エアゲージセンサによって取得した高さ測定値を用いて、例えば光学センサにより取得した測定値に適用される補正値のマップを得ることができる。

[0010] また、この点で、レベルセンサ及び非光学検査装置の空間解像度は限られる場合があることに留意すべきである。既存のセンサで得られる高さマップでは、プロセス依存性が大きく異なる領域間の境界を精密に表現することができない。例えばレベルセンサは、製品トポグラフィにおいてシャープなエリア境界を測定できないことがある。極端なトポグラフィの一例は、例えば３Ｄ ＮＡＮＤデバイスの製造において見られる。この場合、バックエンド層（製造プロセスの後半で形成された層）では、１００μｍまでの距離で著しい高さ偏差が認められる。

[0011] スループットに悪影響を与えることなく、高い解像度のウェーハ高さマップを生成し、その結果としてウェーハレベル位置合わせ性能を向上させることが望ましい。更に、可能であれば既存のリソグラフィ装置及びこれに関連したハードウェアを用いてそのような向上を得ることが望ましい。

[0012] 第１の態様における本発明は、光学投影システムを用いて基板上にパターンを適用するための装置を提供する。この装置は、
基板における多くの位置で基板の表面の高さに関連した測定信号を得るための、パターン適用の前に動作可能である光学レベルセンサと、
基板における全ての位置について測定信号を局所高さ値に変換することで基板の高さマップを導出するためのプロセッサと、
パターンを適用する場合に高さマップを用いて投影システムの合焦を制御するように構成されたコントローラと、を含み、
プロセッサ及びコントローラが、基板に以前適用された処理に関する情報を用いて基板の少なくとも第１及び第２の領域を画定するように、更に、測定信号を用いて投影システムの合焦を制御する方法を領域間で変動させるように構成されている。

[0013] 本発明は更に、基板の多数の層に形成されるデバイスを製造する方法を提供する。この方法は、各層を形成するため、基板上にパターンを適用することと、基板に１つ以上の化学的及び／又は物理的処理ステップを行って適用したパターンに従ったデバイスフィーチャを形成することと、を備え、層の少なくとも１つについて、パターンを適用するステップが、
光学レベルセンサを用いて、基板における多くの位置で基板の表面の高さに関連した測定信号を得ることと、
基板における全ての位置について測定信号を局所高さ値に変換することで基板の高さマップを導出することと、
高さマップを用いて投影システムの合焦を制御してパターンを適用することと、を備え、
高さマップを導出するステップ及び高さマップを用いるステップの一方又は双方が、基板に適用された処理に関する情報を用いて基板の少なくとも第１及び第２の領域を画定するように、更に、測定信号を用いて投影システムの合焦を制御する方法を領域間で変動させるように実行される。

[0014] 高さマップのデータを導出する方法の変動は、例えば、利用可能な測定信号から局所高さ値を計算する方法の変動とすることができる。変動は、高さ値の計算において特定の位置からの測定信号を用いるか否かとすることができる。高さ値を用いる方法の変動は、ある一定の領域からの局所高さ値をコントローラによって用いるか否かとすることができる。所与の実施において、これらの例及び他の例は個別に又は組み合わせて使用可能である。

[0015] 本発明は更に、一時的（ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）又は非一時的（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）な媒体に記憶された機械読み取り可能命令を備えるコンピュータプログラム製品を提供する。この命令は、上述したような装置のプロセッサの機能をプログラマブルプロセッサに実施させるためのものである。

[0016] 本発明のこれら及び他の態様及び利点は、以下の図面及び実施形態の記載を検討することによって当業者に理解されよう。

[0017] これより添付図面を参照して、一例としてのみ本発明の実施形態について記載する（図面は必ずしも一定の縮尺通りに描かれているわけではない）。

本発明の一実施形態に従ったリソグラフィ装置を示す。 図１の装置を組み込んだリソグラフィセル又はクラスタを示す。 既知の実施に従った、図１の装置における測定プロセス及び露光プロセスを概略的に示す。 光学レベルセンサの動作を側面図で（ａ）及び平面図で（ｂ）概略的に示す。 本発明の一般化した実施形態に従ったデバイス製造方法をフローチャート形態で示す。 本発明の一般化した実施形態において高さマップを得るための信号処理動作及びデータ処理動作のブロック概略図である。 本発明の第１の実際的な実施形態において高さマップを得るための信号処理動作及びデータ処理動作のブロック概略図である。 図７の実施形態の特徴を示すレベルセンサスキャン動作の図である。 図８で得られた測定値を用いた外挿又は内挿高さ値の計算を示す。

[0018] このような実施形態を詳述する前に、本発明の実施形態を実施することができる例示の環境を提示することが有用であろう。

[0019] 図１はリソグラフィ装置ＬＡを概略的に示す。この装置は、放射ビームＢ（例えばＵＶ放射又はＤＵＶ放射）を調節するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するように構成され、特定のパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置決めするように構成された第１のポジショナＰＭに接続されたパターニングデバイス支持体又は支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、基板（例えばレジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構成され、特定のパラメータに従って基板を正確に位置決めするように構成された第２のポジショナＰＷに接続された基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴと、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに与えられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つ以上のダイを含む）に投影するように構成された投影システム（例えば屈折投影レンズシステム）ＰＳと、を含む。

[0020] 照明システムは、放射を誘導し、整形し、又は制御するための、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、又はその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などの様々なタイプの光学コンポーネントを含むことができる。

[0021] パターニングデバイス支持体は、パターニングデバイスの方向、リソグラフィ装置の設計等の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されているか否かに応じた方法で、パターニングデバイスを保持する。このパターニングデバイス支持体は、パターニングデバイスを保持するために、機械的、真空、静電気等のクランプ技術を使用することができる。パターニングデバイス支持体は、例えばフレーム又はテーブルでよく、必要に応じて固定式又は可動式でよい。パターニングデバイス支持体は、パターニングデバイスが例えば投影システムに対して確実に所望の位置にくるようにできる。本明細書において「レチクル」又は「マスク」という用語を使用した場合、その用語は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義と見なすことができる。

[0022] 本明細書において使用する「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分にパターンを生成するように、放射ビームの断面にパターンを付与するために使用し得る任意のデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。一般的に、放射ビームに付与されるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特定の機能層に相当する。

[0023] パターニングデバイスは透過性又は反射性でよい。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、及びプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものである。プログラマブルミラーアレイの一例は、小型ミラーの行列構成を使用し、ミラーの各々は、入射する放射ビームを様々な方向に反射するように個別に傾けることができる。

[0024] 本明細書において使用する「投影システム」という用語は、例えば使用する露光放射、又は液浸液の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、磁気光学システム、電磁気光学システム及び静電気光学システム、又はその任意の組合せを含む任意のタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」という用語を使用した場合、これはさらに一般的な「投影システム」という用語と同義と見なすことができる。

[0025] 本明細書で示すように、本装置は透過タイプである（例えば透過マスクを使用する）。あるいは、装置は反射タイプでもよい（例えば上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用する、又は反射マスクを使用する）。

[0026] リソグラフィ装置は、投影システムと基板との間の空間を充填するように、基板の少なくとも一部を水などの比較的高い屈折率を有する液体で覆えるタイプでもよい。液浸液は、例えばマスクと投影システムの間など、リソグラフィ装置の他の空間に適用することもできる。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させるために当技術分野で周知である。

[0027] 図１を参照すると、イルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受ける。放射源とリソグラフィ装置とは、例えば放射源ＳＯがエキシマレーザである場合に、別々の構成要素であってもよい。このような場合、放射源はリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤの助けにより、放射源からイルミネータＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源が水銀ランプの場合は、放射源がリソグラフィ装置の一体部分であってもよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに放射システムと呼ぶことができる。

[0028] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを備えていてもよい。一般に、イルミネータの瞳面における強度分布の外側及び／又は内側半径範囲（一般にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒ及びσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を調節することができる。また、イルミネータは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の種々のコンポーネントを備えていてもよい。イルミネータを用いて放射ビームを調節し、その断面にわたって所望の均一性と強度分布とが得られるようにしてもよい。

[0029] 放射ビームＢは、パターニングデバイス支持体（例えば、マスクテーブル）ＭＴ上に保持されたパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡに入射し、パターニングデバイスによってパターニングされる。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを横断した放射ビームＢは、投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に合焦させる。第２のポジショナＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、２Ｄエンコーダ又は容量センサ）の助けを借りて、基板テーブルＷＴは、例えば、様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めできるように正確に移動できる。同様に、第１のポジショナＰＭと別の位置センサ（図１には明示されていない）を用いて、マスクライブラリからの機械的な取り出し後又はスキャン中などに放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを正確に位置決めできる。一般に、パターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴの移動は、第１のポジショナＰＭの部分を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）及びショートストロークモジュール（微動位置決め）の助けにより実現できる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２のポジショナＰＷの部分を形成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールを用いて実現できる。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、パターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴをショートストロークアクチュエータのみに接続するか、又は固定してもよい。

[0030] パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ及び基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２と、基板アライメントマークＰ１、Ｐ２と、を用いて整列することができる。図示の基板アライメントマークは専用のターゲット部分を占めているが、基板アライメントマークをターゲット部分とターゲット部分との間の空間内に置くこともできる（これらは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）。同様に、複数のダイがパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡ上に提供されている場合、マスクアライメントマークは、ダイとダイの間に置かれてもよい。また、ダイ内でデバイスフィーチャの間に小さいアライメントマーカを含めてもよい。この場合、マーカはできるだけ小さくし、隣接するフィーチャと異なる撮像条件又はプロセス条件を必要としないことが望ましい。

[0031] 図示する装置は多種多様なモードで用いることができる。スキャンモードでは、パターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴが同期的にスキャンされる一方、放射ビームに付与されるパターンがターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一動的露光）。パターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）及び像反転特性によって求めることができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光におけるターゲット部分の（非スキャン方向における）幅が制限され、スキャン動作の長さによってターゲット部分の（スキャン方向における）長さが決まる。他のタイプのリソグラフィ装置及び動作モードも可能であり、これらは当技術分野では周知である。例えばステップモードが知られている。いわゆる「マスクレス」リソグラフィでは、プログラマブルパターニングデバイスは静止状態に保持されるがパターンが変化し、基板テーブルＷＴを移動又はスキャンする。各ターゲット部分は一般に「フィールド」と称され、完成品において１つ以上の製品ダイを含む。

[0032] 上述した使用モードの組合せ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。

[0033] この例におけるリソグラフィ装置ＬＡは、２つの基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂと、２つのステーションすなわち露光ステーションＥＸＰ及び測定ステーションＭＥＡと、を有する、いわゆるデュアルステージタイプであり、これらのステーション間で基板テーブルを交換することができる。露光ステーションで一方の基板テーブル上の１枚の基板が露光されている間、測定ステーションで他方の基板テーブルに別の基板を搭載し、様々な予備工程を実行することができる。予備工程には、レベルセンサＬＳを用いて基板の表面高をマッピングすること、位置合わせセンサＡＳを用いて基板上のアライメントマーカの位置を測定することが含まれ得る。

[0034] 図２に示すように、リソグラフィ装置ＬＡはリソグラフィセルＬＣの一部を形成する。リソグラフィセルＬＣはリソセル（ｌｉｔｈｏｃｅｌｌ）又はクラスタと呼ばれることもあり、基板に露光前プロセス及び露光後プロセスを実行する装置も含む。従来、これらには、レジスト層を堆積するためのスピンコータＳＣ、露光したレジストを現像するためのデベロッパＤＥ、チルプレート（ｃｈｉｌｌ ｐｌａｔｅ）ＣＨ、及びベークプレート（ｂａｋｅ ｐｌａｔｅ）ＢＫが含まれる。基板ハンドラすなわちロボットＲＯは、入出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を取り出し、それらを上記の様々なプロセス装置間で移動させた後、リソグラフィ装置のローディングベイＬＢに引き渡す。これらのデバイスは、まとめてトラックと称されることも多く、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にある。ＴＣＵ自体は監督制御システムＳＣＳによって制御され、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。従って、上記の様々な装置はスループット及び処理効率を最大化するように動作させることができる。次いで、トラックにより処理された基板は、エッチング又はデバイス製造プロセス内の他の化学的又は物理的処理のために他の処理ツールへ移送される。

[0035] リソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵは、記載する様々なアクチュエータ及びセンサの移動及び測定の全てを制御する。また、ＬＡＣＵは、装置の動作に関連した所望の計算を実施するための信号処理及びデータ処理の能力も含む。序論（ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）及び特許請求の範囲の用語では、これらの処理機能及び制御機能の組み合わせを単に「プロセッサ」及び「コントローラ」と称する。実際には、制御ユニットＬＡＣＵは多くのサブユニットから成るシステムとして実現され、各サブユニットが、リアルタイムのデータ取得、装置内のサブシステム又はコンポーネントの処理及び制御を扱う。例えば、ある処理サブシステムを基板ポジショナＰＷのサーボ制御に専用のものとすることができる。粗動アクチュエータ及び微動アクチュエータ又は異なる軸を別々のユニットが取り扱うことも可能である。別のユニットを位置センサＩＦの読み出しに専用のものとすることができる。装置の全体的な制御は、これらのサブシステム処理ユニット、オペレータ、及びリソグラフィ製造プロセスに関与する他の装置と通信を行う中央処理ユニットによって制御することができる。

パターニングプロセスの背景
[0036] 図３は、図１のデュアルステージ装置において基板Ｗ上のターゲット部分（例えばダイ）を露光するステップを示す。まず、従来の実施に従ったプロセスについて説明する。

[0037] 左側の点線の四角内は測定ステーションＭＥＡで実行されるステップであり、右側は露光ステーションＥＸＰで実行されるステップを示す。時として、基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂの一方が露光ステーションに、他方が測定ステーションに位置することがある。この説明の目的のため、基板Ｗはすでに露光ステーションに搭載されていると仮定する。ステップ２００では、図示しない機構によって新しい基板Ｗ’が装置に搭載される。これら２枚の基板は、リソグラフィ装置のスループットを向上させるため並行して処理される。

[0038] まず、新たに搭載された基板Ｗ’を参照すると、これは、装置内で初めての露光のため新しいフォトレジストを用いて準備される、以前に処理されていない基板であり得る。しかしながら一般には、記載するリソグラフィプロセスは一連の露光及び処理ステップのうち１つのステップに過ぎないので、基板Ｗ’はすでに数回この装置及び／又は他のリソグラフィ装置を経ており、またこれ以降も複数のプロセスを経る可能性がある。特にパターニング性能向上の問題について、ここでの課題は、すでに１サイクル以上のパターニング及び処理を経た基板上に、最適な焦点で新しいパターンを確実に適用することである。それらの処理ステップによって次第に基板には歪み（局所高偏差）が生じるが、充分な焦点性能を達成するためにはこれを測定し補正しなければならない。局所高偏差は、基板を特定の基板テーブルにクランプする場合に起こる基板の変形によっても生じる。これらの変形はごくわずかであるが、極めて高い性能が要求される場合には顕著なものである。

[0039] 上記のように、以前の及び／又は以降のパターニングステップは他のリソグラフィ装置で実行されることがあり、異なるタイプのリソグラフィ装置で実行される場合もある。例えば、デバイス製造プロセスにおける解像度及びオーバーレイ等のパラメータについて極めて要求の厳しい層は、これより要求の厳しくない他の層よりも高度なリソグラフィツールで実行され得る。従って、ある層は液浸タイプのリソグラフィツールで露光される一方、他の層は「ドライな」ツールで露光される場合がある。ある層はＤＵＶ波長で動作するツールで露光される一方、他の層はＥＵＶ波長放射を用いて露光される場合がある。

[0040] ２０２では、基板マークＰ１等と画像センサ（図示せず）とを使用した位置合わせ測定を用いて、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂに対する基板の位置合わせを測定し記録する。更に、位置合わせセンサＡＳを用いて、基板Ｗ’におけるいくつかのアライメントマークを測定する。一実施形態では、これらの測定値を用いて「ウェーハグリッド」を確立する。これは、公称矩形グリッドに対する歪みも含めて、基板全体のマーク分布を極めて正確にマッピングする。

[0041] ステップ２０４では、レベルセンサＬＳを用いて、Ｘ−Ｙ位置に対するウェーハ高（Ｚ）のマップを測定する。この高さマップは、露光パターンの正確な合焦を達成するために用いられる。

[0042] 基板Ｗ’を搭載した際に、レシピデータ２０６が受信されている。これは、実行する露光を規定し、更にウェーハの特性と、ウェーハに以前形成したパターンと今後形成するパターンとを規定している。これらのレシピデータに、２０２、２０４で得られたウェーハ位置、ウェーハグリッド、及び高さマップの測定値を追加することで、完全なセットのレシピ及び測定データ２０８を露光ステーションＥＸＰに渡すことができる。以下で説明するように、本明細書に記載する新規の方法では、レシピ及び測定データを予備知識（ｐｒｉｏｒ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）で補足する。予備知識は、各基板における様々な領域でどのようにレベルセンサ信号から高さマップを計算するかに影響を与えるものである。

[0043] ２１０では、ウェーハＷ’とＷをスワップする。これによって、測定済みの基板Ｗ’が露光ステーションＥＸＰに入っていく基板Ｗとなる。図１の例示的な装置において、このスワップは装置内で支持Ｗ体ＴａとＷＴｂを交換することにより行うので、これらの支持体上で基板Ｗ、Ｗ’は正確にクランプされ位置決めされたままであり、基板テーブルと基板自体との間の相対的な位置合わせは保持される。従って、いったんテーブルを交換すると、投影システムＰＳと基板テーブルＷＴｂ（以前はＷＴａだった）との間の相対位置を確定するだけで、基板Ｗ（以前はＷ’だった）の測定情報２０２、２０４を露光ステップ制御において利用することができる。ステップ２１２では、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２を用いてレチクル位置合わせを実行する。ステップ２１４、２１６、２１８では、多数のパターンの露光を完了するため、基板Ｗにおける連続ターゲット位置にスキャン移動及び放射パルスを適用する。

[0044] 露光ステップを実行する際に測定ステーションで得た位置合わせデータ及び高さマップを用いることで、これらのパターンを所望の位置に対して、更に同一基板上の以前形成されたフィーチャに対して、正確に位置合わせする。ここで「Ｗ’」と表記する露光済み基板は、ステップ２２０で装置から取り出され、露光パターンに従ってエッチング又は他のプロセスが実行される。

[0045] 高度な位置合わせモデルを用いた場合であっても、製造エラーが残ることは避けられない。個々のリソグラフィ装置は、同一の基板を処理する他のリソグラフィ装置と動作が異なることがある。リソグラフィ装置によって露光される基板を正確にかつ一貫して露光するためには、露光済み基板を検査して、ウェーハ表面に生じ得る傾斜及び／又は汚染、連続した層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）等のパラメータを測定することが望ましい。

[0046] 従って、位置合わせセンサＡＳとは別個に、例えばスキャトロメータ等の検査装置を用いて基板の特性を明らかにする。検査装置（図２は示していない）は、リソグラフィ装置ＬＡもしくはリソセルＬＣ内に組み込むか、又は単独のデバイスとすることができる。

レベルセンサ 背景
[0047] 図４（ａ）は、リソグラフィ装置ＬＡにおけるレベルセンサＬＳの動作を概略的に示す。図示のように、これは光学センサであり、光源側光学部品ＬＳＳと検出器光学部品ＬＳＤとを備えている。信号処理は、高さ測定に使用できる１つ以上の信号Ｓ（ｘ、ｙ）を与えるように機能する。レベル検知用のこういった光学部品の詳細は当技術分野において既知であり、例えば序論で述べた以前の公報に記載されている。それらについて本明細書では詳細に記載しない。以下で更に説明するように、本例で用いる放射は単色、多色、及び／又は広帯域とすることができる。これは、Ｐ偏光又はＳ偏光、円偏光、及び／又は非偏光であり得る。

[0048] 動作において、光源側光学部品ＬＳＤは１つ以上の光ビーム３１０を生成し、これが基板Ｗに入射する。基板Ｗには典型的に異なる層３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃが形成されているが、多くの場合ここに示すよりも多くの層が形成される。最上層は通常、パターンが形成されるレジストであり、その下に反射防止コーティングがあり、その下には様々なレイアウト及び材料で形成された多くのデバイスフィーチャ層があり得る。光ビーム３１０は基板表面で反射され、検出器側光学部品ＬＳＤによって検出されて、信号Ｓ（ｘ、ｙ）が得られる。この信号から、基板上の位置（ｘ、ｙ）における表面高の測定値を導出することができる。基板全体の多数の位置で高さを測定することで、高さマップ（ｘ、ｙ）を適切なプロセッサにより得ることができ、これをリソグラフィ装置の焦点制御ＦＯＣ動作で用いることができる。

[0049] 図４（ｂ）は、レベルセンサの例示的なスキャン手順を平面図で示す。レベルセンサはａにおける全ての基板の処理に関与し、高いスループットが要求されるので、多数の測定スポット３５０で並行して高さを測定可能であるように、多数の平行ビーム３１０を与える。典型的なレベルセンサでは、例えば５、又は７以上のスポットがあり得る。スポットの間隔は例えば約２ｍｍとすればよい。矢印３５２はスキャン経路を表す。レベルセンサＬＳは、基板が測定スポット３５０で覆われるように、基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂの位置決めシステムＰＷと連携動作する。レベルセンサＬＳは、ウェーハ全体の高さ測定値を得るため、ウェーハ表面上でいくつかのスキャン手順を実行する。Ｙ方向におけるサンプリング密度は、スポット３５０の間隔によって決まるＸにおけるサンプリング密度よりも微細にすることができる。露光ステーションＥＸＰでパターンを適用する際のリソグラフィ装置のスキャン動作では、Ｘ方向よりもＹ方向の方が微細に焦点を制御することができるので、この付加的な測定密度は有用である。一方、どちらの方向でも過剰なサンプリング密度は妥当とは認められない。

[0050] 製造プロセス中に（測定ステーションＭＥＡで）レベルセンサＬＳを用いて、各ウェーハの完全な高さマッピングデータを与えることができる。しかしながら前述のように、これらの光学センサにはプロセス依存性があり、これが高さの誤差に変換される可能性がある。更に、これらのセンサは解像度が限られる場合がある。レベルセンサが行う測定でプロセス依存性が生じる理由は、入射光ビーム３１０が基板の各部分に存在する材料及びパターンと複雑に相互作用するからである。最も単純なレベルでは、ビームが最上面だけでなく基板３３０の連続した層界面において何度も反射及び屈折することが考えられる。この結果、基板３３０から出射する多くの光線３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃはそれぞれ異なる位置で検出器側光学部品ＬＳＤによって検出される。放射と材料の相互作用は実際にはより複雑であり、グース−ヘンヒェン効果を含む。

[0051] これらの混合した信号から導出される高さマップは、全てのポイントで真の表面高を正確に表すことができない。更に、測定された高さの誤差は、基板上の隣接領域間で大きくばらつく可能性がある。形状３５４は基板上のフィールドを表す（図１におけるターゲット部分Ｃ）。各フィールド内で、各層に同じパターンが適用され、更に化学的及び物理的処理が適用されて、製品フィーチャを形成する。この処理によって、プロセス依存性が隣接領域とは大きく異なる特定の特性（ｃｈａｒａｃｔｅｒ）を有し得る領域３５６が生じる。同じ層及びパターンを有するサンプル基板の以前の測定値に基づいて、図４（ａ）に示すように補正値Ｃ（ｘ、ｙ）を与えることが知られている。例えば、Ｋａｈｌｅｎｂｅｒｇ等による論文は、エアゲージセンサを用いて、基板の様々な領域で測定した高さ値に加算されるオフセットを規定する「プロセス依存オフセット」のマップを導出することを記載している。しかしながら、オフセットマップが利用可能であるのは、エアゲージ測定の労力と費用が引き受けられる場合のみである。

[0052] 更に、上述のように、Ｙ方向におけるレベルセンサのサンプリング解像度は大きく限定される場合があり、Ｘ方向における解像度は測定スポット３５０の間隔及び直径によって限定される。図４（ｂ）の例では、ウェーハのスキャン中、領域３５６の境界はスポット３５０のスポット内に収まり得る。従って、例えばコーナー３５８のｘ座標とｙ座標の「正確な」値を追跡できない場合がある。この結果、形状３５６の境界のＸ座標とＹ座標をレベルセンサ信号から追跡できない恐れがある。エアゲージ又は他のプロフィロメータも同様に解像度が限られている。

[0053] 米国特許出願第７，２６５，３６４号（Ｔｕｅｎｉｓｓｅｎ等）に説明されているように、レベルセンサは従来、例えばスペクトルの可視部分における非偏光の広帯域放射を用いて動作する。使用する放射は「光」と称され、非可視光波長を除外することは意味しない。米国特許出願第７，２６５，３６４号は、異なる偏光及び／又は異なる色（波長）の光を選択的に使用することができるフィルタを備えた、変更されたレベルセンサを提案している。こういった異なる光特性のもとで得られた信号の比較を処理して、例えば基板の様々な領域においてプロセスに依存した見かけ上の表面くぼみの存在を示す情報を得ることができる。変更されたセンサは、どの領域でプロセス依存性が生じているかを検出することができるが、高さ値の向上を図るためにどの補正を適用すべきかを測定信号から知ることはできない。

予備知識に基づく高さマッピングの改良
[0054] 上記の装置及び方法によって合焦性能のいくらかの改良が得られるが、最新のデバイスでは更に小型のフィーチャが求められ、結果として更なる焦点の向上が要求される。本発明者らは、最新のリソグラフィシステムが原理上、基板の層に次々に適用されるパターン及びプロセスについて、様々な利用可能な形態の予備知識を有することを認識している。これらは実際、いずれかの所与の層におけるレベルセンサ測定値のプロセス依存性の一因となる特徴である。本開示に従って、パターニングステップの先行物としてすでに利用可能であるこのような予備知識を用いて、付加的な測定値に頼ることなく、又は付加的な測定値に対する補足として、高さマップを改良することができる。プロセス履歴情報は、どの層が適用されたか、及びどのような物理的処理及び／又は化学的処理ステップが用いられたかを示す。以前に適用された各層のレイアウト情報は、例えばＧＤＳＩＩ（グラフィックデータシステム）又はＯＡＳＩＳ等のフォーマットのコンピュータ支援設計ファイルで利用可能である。レイアウトファイルに含まれない付加的な詳細は、多くの場合、パターニング放射とレチクルのクリティカルフィーチャ及び／又はウェーハシグネチャとの間の３次元相互作用の数学的モデリングによって得られる。レチクルモデリングのための１つのシステムが、Ｐ． Ｌｉｕ等の「Ｆａｓｔ ３Ｄ ｔｈｉｃｋ ｍａｓｋ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｆｕｌｌ−ｃｈｉｐ ＥＵＶＬ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ」（Ｐｒｏｃ． ＳＰＩＥ ８６７９、Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ （ＥＵＶ） Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＩＶ、８６７９０Ｗ（２０１３年４月１日））に記載されている。同様に、基板における３次元相互作用をモデリングするためのシステムが、Ｐ． Ｌｉｕ等の「Ａ ｆｕｌｌ−ｃｈｉｐ ３Ｄ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ」（Ｐｒｏｃ． ＳＰＩＥ ８３２６、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＸＸＶ、８３２６０Ａ（２０１２年２月２１日））に記載されている。これらの技法を実施する製品が、ＢＲＩＯＮ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（カリフォルニア州サンタクララ）から入手可能である。

[0055] 本開示は、リソグラフィ装置の大量生産動作内で、記憶されている／既知のプロセス履歴、レイアウト情報、及び／又は数値シミュレーションのような予備知識を用いて、レベルセンサにより記録された「リアルタイム」信号から高さマップを導出する方法を変更することで、いっそう正確な高さマップを生成するための方法を提示する。その目的は、既知の技法よりも高い精度で及び／又は高い空間解像度で焦点制御を最適化することである。本例においてこれは、改良した高さマップの計算によって実行される。以下に記載する図１０が示す代替的な方法では、予備知識は、高さマップを介して間接的にではなく焦点制御プロセスに直接適用される。

[0056] 図５は、本開示の一実施形態に従ったデバイス製造方法の概略的なフローチャートを示す。

[0057] ステップ４００はオフラインセットアップ手順を表す。予備知識ＰＫに基づいて、基板の様々な領域の高さマップデータを導出するために用いられる１つ以上のアルゴリズムを定義する。これらのアルゴリズムは総称して関数Ａ（ｘ、ｙ）で表され、レベルセンサからの未処理の信号を、位置（ｘ、ｙ）の局所高情報に変換する。例えば除外エリア及び境界領域を含む特定の形態のアルゴリズムについては、以下の例で更に説明する。また、このセットアップでは、上述のＫａｈｌｅｎｂｅｒｇの論文においてエアゲージから得られるオフセットマップと同様に、初期高測定の導出後に適用され得る局所高補正値Ｃ（ｘ、ｙ）も定義することができる。実際は、これらのアルゴリズム及び補正値は部分的に、非光学検査装置ＩＳ（例えばエアゲージ又はプロフィロメータ）から及び予備知識ＰＫからの情報に基づいて定義することができる。

[0058] 「オンライン」製造プロセスにおいて、４０１では、リソグラフィ装置の測定ステーションＭＥＡに基板（例えば半導体ウェーハ）を搭載し、４０２では、図４（ａ）及び図４（ｂ）に記載したようにレベルセンサを用いて、基板全体の多くの位置で基板表面の高さに対する測定信号Ｓ（ｘ、ｙ）を得る。４０３では、プロセッサ（例えば制御ユニットＬＡＣＵのメインプロセッサ、又は高さマッピング機能に関連した別個のプロセッサ）が、測定信号Ｓ（ｘ、ｙ）を受信する。記載する特定の実施形態では、これらの信号Ｓ（ｘ、ｙ）は、それらを得るために用いられる様々な放射特性（異なる偏光及び／又は波長）に応じた多数のバージョンで到達する。

[0059] ４０４では、プロセッサが、基板全体の各位置について規定したアルゴリズムＡ（ｘ、ｙ）に従って前記の測定信号を局所高の値に変換することによって、基板上の各ポイントの高さ値を導出する。上述のように本開示では、このアルゴリズムが、セットアップステップ４００で得られた予備知識に基づいて、基板の異なる領域でそれぞれ異なるように高さ値を導出すると想定する。更に、このアルゴリズムは、レベルセンサ信号Ｓ（ｘ、ｙ）のサンプリング解像度よりも高い空間解像度で高さ値を導出することができる。

[0060] 異なる領域に対するそれぞれ異なる処理を示す簡単な例として、アルゴリズムＡ（ｘ、ｙ）は、ある特定エリアを高さの直接測定から除外すると定義することができる。その理由は、極端なプロセス依存性があると、未処理の信号Ｓ（ｘ、ｙ）はそれらの領域での高さ指標として信頼性がなくなるからである。こういった信頼性のない測定値は、対象領域における合焦に問題を引き起こすだけでなく、隣接領域における投影システムの合焦を妨害する恐れがある。従ってこのアルゴリズムは、指定された領域から測定信号を割り引き、１つ以上の隣接領域で得られた測定値に基づいて、この領域に対する高さ値の内挿又は外挿を実行する。ステップ４０５では、用途に応じて補正項を適用することができる。これは、予備知識ＰＫ又は非光学センサＩＳによる測定値に基づいて、除外領域の内挿／外挿した高さ値に対してオフセットを適用するための機構とすればよい。

[0061] ステップ４０６では、改良を加えた高い解像度の高さマップｈ（ｘ、ｙ）を生成し、制御ユニットＬＡＣＵに「送出」する。ステップ４０７では、基板が露光ステーションＥＰＸにある間に、高さマップを用いて投影システムの合焦を制御する。露光後、４０８では、転写パターンを有するレジスト層をトラック（図２）で現像し、次いで新しい層にデバイスフィーチャを形成するために必要ないずれかの化学的プロセス及び物理的プロセスを行う。プロセスステップは用途に応じて異なる。ステップ４０８の後、デバイスは完成した状態である（４０９）か、又はステップ４０１に戻って別の層のパターニング及び処理を行うことができる（４１０）。各繰り返しにおいて、セットアップステップで、領域、アルゴリズム、及び補正値の異なるセットを定義することができる。焦点が重要でないいくつかの層では、高さマッピングを従来の方法で実行してもよい。

[0062] 予備知識ＰＫに基づく異なる領域間のアルゴリズムＡ（ｘ、ｙ）及び補正値Ｃ（ｘ、ｙ）の変動量は、別々に計算して適用されるいくつかの寄与分の組み合わせとすることができる。変動量は漸進的又は段階的なものであり得る。例えば、ウェーハの全てのフィールド内の特定領域に一定の変動量を適用することができる。これらはフィールド内変動量と称することができ、特に、基板に以前適用された１つ以上の層のレイアウト情報に基づく。基板全体でより漸進的に適用される他の変動量を定義することも可能である。フィールド間変動量と称することができるこういった変動量は、例えば予備知識のプロセス履歴情報部分に記録された化学的又は物理的処理の影響を説明するため定義することができる。例えば、堆積ステップ及び化学機械研磨（ＣＭＰ）等のステップは、基板全体にわたって一部の材料の厚さ又は誘電率又は屈折率に体系的な変動を生じ得る。こういった様々なタイプの原因と結果を考慮するため、局所変動アルゴリズムＡ（ｘ、ｙ）及び／又は局所補正値Ｃ（ｘ、ｙ）を、別個のフィールド内寄与分及びフィールド間寄与分の組み合わせとして定義することができる。領域は大きい領域である必要はなく、所望の場合は個々のサンプル位置と同じくらい小さいことがある。

[0063] 図６は、開示する方法及び装置の処理手順の一般化した実施をブロック概略形態で示す。この図において、ＬＳは多数の未処理信号Ｓ１（ｘ、ｙ）〜Ｓｎ（ｘ、ｙ）を生成する光学レベルセンサを表す。これらの信号は各々、光源側及び／又は検出器側の異なる光特性に対応している。１つの実施では、米国特許出願第７，２６５，３６４号に記載されているように、コントローラ（図示せず）が光源側及び／又は検出器側の可動フィルタを制御する。あるいは、それぞれが異なる特徴を有する並列の光学路及び測定スポットを設けることができる。換言すると、異なる光特性の照明及び／又は検出に対応する信号は、同一の光学路を介した時分割多重化又は空間多重化によって得られる。

[0064] ＡＬＧは、多数の未処理信号を少なくとも予備的な高さ値ｈ’（ｘ、ｙ）に変換するための１つ以上の手順又は式を表す。ＣＯＲは、１つ以上の局所補正関数Ｃ（ｘ、ｙ）（非光学測定値に基づく補正値Ｃ_ＩＳ（ｘ、ｙ）を含み得る）を適用して、最終的な高さマップｈ（ｘ、ｙ）を得るための手順を表す。変換及び／又は補正の方法は、予備知識ＰＫの１つ以上の要素に基づき、基板の異なる領域ではそれぞれ異なる。領域は座標位置（ｘ、ｙ）によって容易に画定されるが、それらを動径座標及び／又は極座標によって画定することが好都合である場合がある。例えば、第１の領域では局所高の値を計算するためのベースとして未処理データ信号の第１のものを選択し、第２の領域では未処理信号の別のものを選択する。あるいは、いくつかの未処理信号の組み合わせに重み付けしたものを用いて第１及び第２の領域で高さを計算することができるが、異なる領域ではそれぞれ異なる重み付けを行う。すでに述べたように、変換は、隣接領域で得られた未処理信号から計算した高さ値に基づく内挿又は外挿によって実行可能である。あるいは、内挿を未処理信号ドメインで実行し、その後に内挿信号から高さ値に変換することも可能である。

[0065] 補正ステップＣＯＲを参照すると、ＩＳは、エアゲージ、プロフィロメータのような追加の非光学検査装置の任意選択的な使用を表す。非光学センサを用いると、少数のウェーハサンプルの特定のフィールドの真の高さを明確に測定することができるが、そのようなセンサはリソグラフィ装置内で利用可能でないこと、及び／又は全ての基板上の全ての位置において動作可能でないことを想起されたい。次いで、少数のサンプルフィールド及び基板で非光学センサにより得られた信号を、光学レベルセンサＬＳにより得られた信号と比較し、補正値Ｃ_ＩＳ（ｘ、ｙ）を計算するために用いることができる。このような補正値は、隣接エリア間の外挿又は内挿によって高さ値が計算される領域において特に有用であり得る。すでに述べたように、ｘ及びｙにおける空間解像度は、未処理信号Ｓ（ｘ、ｙ）よりも送出された高さマップｈ（ｘ、ｙ）の方が高くなり得る。これに伴う内挿及び／又はアップサンプリングは、予備的な高さ値ｈ’（ｘ、ｙ）への変換前、変換中、又は変換後に実行可能である。

[0066] 図７は、本方法の処理手順の特定の例示的な実施を示す。この例では、未処理信号Ｓ_１〜Ｓ_Ｎの各々は、各アルゴリズムＡ_１〜Ａ_Ｎによって変換されて、対応する候補の高さ値ｈ_１〜ｈ_ｎを生成する。アルゴリズムＡ_１〜Ａ_Ｎは、フィールド又は基板における位置（ｘ、ｙ）によって変動することはない。これは簡単な処理のために役立つ。一方、予備知識ＰＫに基づいて選択信号ＳＥＬ（ｘ、ｙ）を生成することで、基板のいずれかの領域で用いるために候補の高さ値ｈ_１〜ｈ_ｎのそれぞれを選択することができる。ＩＮＴと表記した別のオプションは、レベルセンサ信号のいずれかを用いる代わりに内挿を行う領域のために選択することができる。補正値Ｃ（ｘ、ｙ）及びＣ_ＩＳ（ｘ、ｙ）を前述のように適用して、投影システムの合焦制御のための高さマップを送出することができる。

[0067] すでに述べたように、他の実施も可能である。領域間で高さマップｈ（ｘ、ｙ）の導出を変動させる機能は、未処理信号Ｓから高さへの変換において及び／又は高さへの変換後に適用される補正において実施可能であることに留意すべきである。原理上、高さへの変換前に未処理信号の前処理においてこの変動を実施することも可能である。

改良した高さマッピングの例示的な適用
[0068] 図４（ｂ）を想起させる図８は、基板Ｗ上の様々なフィールド３５４に対する例示的なスキャン手順を示す。図４（ｂ）と同じ参照符号は同一の特徴又はイベントを表す。各フィールド３５４内で、３つの別個の領域がセットアップステップ４００で定義される。フィールドのほとんどは第１の領域５６０を構成する。第２の領域５６１及び第３の領域５６２は、上述したような予備知識に基づいて定義される。これらの領域は、図４に示すリソグラフィ方法の以前の繰り返しにおいて特定のパターン及び／又は処理ステップが適用されたフィールド部分に対応する。レベルセンサＬＳは経路３５２に沿って１回以上のスキャンを実行して、ｘ及びｙにおける各位置で様々な未処理信号Ｓ（ｘ、ｙ）を得る。

[0069] 図９は、図８のラインＸ−Ｘ’に沿ったフィールド３５４の断面詳細図を下部に示す。その上に、この方法の処理ステップにおける様々な信号及びデータ値をグラフとして概略的に示す。グラフは全て同一のＸ軸に合わせている。ライン５６６は領域５６０と５６１の境界を示す。Ｓと表記した軸を有するグラフは、３つの例示的な未処理データ信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３を位置Ｘの関数として示す。各信号は、２つの領域５６０、５６１における異なる値間で階段状の変化を示す。しかしながら、これらの階段のどれが領域間の表面高の真の変化を表すか、どれが様々な光学特性のアーチファクトであり領域の一方又は他方で見かけ上の表面くぼみを生成するかは、レベルセンサではわからない。また、これらのグラフに示されるように、光学レベルセンサＬＳの解像度が限られているため、信号Ｓでは、境界領域の値間の階段状の変化はいくぶん不明瞭である。境界５６６の周りの領域５６７でいくぶん不明瞭であるレベルセンサ信号Ｓ_１（ｘ、ｙ）からは、領域５６１のシャープな境界の正確なｘ座標を追跡できない場合がある。特に３Ｄ ＮＡＮＤデバイス等の最新の高密度回路では、実際は極めて大きい段差が存在し得る。

[0070] 本開示の一実施形態によれば、基板のレイアウト及び他の特性の予備知識を用いることで、（ａ）各領域において高さ情報を得るためにどの信号又はどの信号の組み合わせを用いるべきかを特定し、（ｂ）領域の境界線を引くべき正確な場所を高い空間解像度で画定する。図７の例示的な実施を用いて、第１の領域５６０内のポイントでは第１の変換高さ値ｈ_１（ｘ、ｙ）を選択し、第２の領域５６１内のポイントでは第２の変換高さ値ｈ_２（ｘ、ｙ）を用いるように、選択信号ＳＥＬ（ｘ、ｙ）を（予備知識ＰＫに基づいて）定義することを想定する。境界５６６の既知の位置と光学レベルセンサＬＳの既知の低空間解像度に従って、境界の近傍に境界領域５６８を画定する。境界領域５６８の左側では、信号Ｓ_１から計算した高さ値ｈ_１（ｘ、ｙ）を用いて、矢印（１）で概略的に示すように出力高さマップデータｈ（ｘ、ｙ）を生成する。境界領域５６８の右側では、信号Ｓ_２から導出した高さ値ｈ_２（ｘ、ｙ）を用いて出力高さマップデータを生成する（矢印（２））。既知の境界の両側にある距離だけ延出する境界領域５６８内では、測定信号Ｓは全く用いない。代わりに、第１の領域内の境界から離れた位置で測定した高さ値を、左側から（矢印（３）境界領域５６８内へ、レイアウト情報（ＧＤＳ、ＯＡＳＩＳ等）から高い精度で認識される境界５６６の位置まで外挿すると共に、第２の領域５６１内の境界５６６から離れた位置で測定した高さ値を、右側から（矢印（４））境界領域５６８内へ、境界５６６の位置まで外挿する。出力高さマップは、未処理測定信号よりもはるかに高いサンプリング密度を有することができる。この高解像度の高さマップは、レイアウト情報及び他の予備知識から導出される高い解像度情報によって生成することができる。

[0071] 補正項を適用して、上述のように（図９には示していない）、ｈ（ｘ、ｙ）の最終的な高さ測定値を得ることができる。具体的な例として、領域の一方又は他方における高さマップデータを、非光学センサを用いて得られた補正項により変更することができる。代替的な例として、非光学測定に基づく補正を適用する既知の方法に基づいて、レイアウト情報のような予備知識を単に用いることで、補正した領域の境界をいっそう精密に位置決めすることができる。

[0072] 第３の領域５６２については、予備知識を用いて更に別のアルゴリズムを規定することで高さ値を計算することができる。又は、これを除外エリアとして、周りの第１の領域５６０において測定した値間で高さマップデータを内挿することも可能である。

[0073] 図４（ｂ）に示すように、改良を加えた高さマップを用いることで、標準的なスループットレベルで全ウェーハの測定中に得られたレベルセンサ測定値だけを使用し、新たに適用するパターンの合焦ＦＯＣを改善することができる。露光ステップは、スキャンスリット放射を用いるものであれ他の何らかのシステムを用いるものであれ、フィールドの全ての部分を個別に合焦できないことは認められよう。通常、達成される焦点は、高さ測定値の移動平均に基づく妥協点である。焦点制御に用いる高さマップの生成を変更するための付加的な情報を用いて、この平均を、全ての位置が使用可能な焦点深度内に収まるようなものにすることができる。すでに説明したように、予備知識を用いて、合焦が重要でない領域及び／又は測定した高さに信頼性がない領域で得られた測定値を識別することができる。変更した高さマップは、こういった測定値を（全体的に又は部分的に）平均プロセスで無視することを保証し、これによって重要な領域における焦点が向上する。

予備知識に基づく焦点制御の改善
[0074] 図１０は、高さマップの計算の変更の代わりとして又はこれに更に加えるものとして、予備知識を用いることで、焦点制御のための高さマップ使用方法に影響を及ぼす代替的な例を示す。図１０のプロセスは図５に示すものと極めて類似しているので、詳細な説明は繰り返さない。この場合も目的は、全体的な焦点制御機能において予備知識を用いることで、全ての位置を使用可能な焦点深度内に収めることである。先の例（図５）では、これを実行するために、高さマップデータを生成する方法を変更し、次いで変更した高さマップを従来の焦点制御プロセスで用いる。図１０の例では、露光ステップ４０７内の焦点制御機能４０７ａを予備知識に基づいて変更する。

[0075] ここに示す例では、予備知識に基づいて高さ重み付けマスクＭ（ｘ、ｙ）を生成し、焦点制御プロセスにおける高さマップデータの使用方法を変更する。この例における高さマップデータは、予備知識を参照して計算された場合もそうでない場合もある。（換言すると、ステップ４０４、４０５は任意選択である。）高さ重み付けマスクは、位置（ｘ、ｙ）のアレイ又は他の関数であり、その値は、最適な焦点の計算において当該位置の高さマップデータｈ（ｘ、ｙ）にどのくらい重みを与えるかを決定する。このため、例えば高さ重み付けマスクＭ（ｘ、ｙ）を単純な二進関数として、「０」の場合、対応する高さマップエントリを焦点制御において無視するようにすることができる。このように、関数Ｍ（ｘ、ｙ）における符号化された予備知識を用いて、合焦が重要でない領域及び／又は測定された高さに信頼性がない領域で得られた測定値を識別することができる。変更した焦点制御ステップ４０７ａでは、こういった測定値が平均化プロセスで確実に無視され、これによって重要な領域で焦点が向上する。単純な二進関数の代わりに、多値重み付け関数を用いてより微細な制御を行ってもよい。このため、最適な焦点を計算する際、焦点は第１及び第２の領域で高さマップデータに対して異なる重み付けを行うように構成されている。この目的のための第１及び第２の領域は大きい領域である必要はなく、所望の場合は個々のサンプル位置と同じくらい小さいことがある。高さ重み付け機能に加えて又はその代わりに、予備知識を用いて合焦制御に影響を及ぼす別の方法は、焦点高オフセットである。上述した局所高補正値Ｃ（ｘ、ｙ）と同様、これはＸ−Ｙ位置に依存するオフセットであり、高さマップデータから計算した焦点高に加算される。

[0076] 高さ重み付けマスクＭ（ｘ、ｙ）又は他の焦点補正を使用することで焦点制御において信頼性のない測定信号の影響を軽減する場合、使用する予備知識は通常、基板に以前適用された処理及び／又はレイアウトの知識である。高さ重み付けマスク又は他の焦点補正を使用することで、適用されるパターンの重要でない部分についての局所高の値の影響を軽減する場合、適用される予備知識は現在の層のレイアウト情報から導出される可能性が高くなる。マスクもしくは補正を組み合わせることで、又は各マスク及び／又は補正を共に使用することで、単一の実施形態において双方のタイプの変形を適用することもむろん可能である。

[0077] 図５の方法の利点として、いかなるリソグラフィ装置においても重要なリアルタイムプロセスである制御プロセス４０７ａが妨害されず、既存の高さマップデータを介して焦点の改善が達成されることが挙げられる。一方で図１０の方法は、より直接的な焦点の最適化が可能となる。図１０自体に示すように、双方のタイプのプロセスを共に用いることも可能である。

結論
[0078] 結論として、本開示は、リソグラフィ製造プロセス中に合焦の改善及びパターニング性能の改善を可能とする方法を提供する。本方法は、「非光学」センサにより得られる付加的な測定値に頼ることなく、光学センサの誤差を計算によって補正する。しかしながら、この新規の方法は非光学メトロロジーに対する増強として実施することも可能である。更に、この新規の方法は、リソグラフィシステムのハードウェアに何ら変更を必要とせず、リソグラフィ製造プロセス中にすでに測定され記憶されているデータを入力データとして用いる。この方法は、いっそう正確な高さマップ（単に、クリティカルフィーチャのいっそう最適な合焦を達成するように変更した高さマップを意味する）を生成すること、及び／又は実際の焦点制御プロセスにおける高さマップデータの使用方法を変更することを含み得る。

[0079] 本発明の一実施形態は、上述のような高さマップデータを用いてリソグラフィ装置を制御する方法を記述する機械読み取り可能命令の１つ以上のシーケンスを含むコンピュータプログラムを用いて実施可能である。このコンピュータプログラムは、例えば図２の制御ユニットＬＡＣＵ内で、又は他の何らかのコントローラで実行可能である。また、そのようなコンピュータプログラムが記憶されたデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気ディスク、又は光学ディスク）も提供することができる。

[0080] 本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、イオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ若しくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極端紫外線光（ＥＵＶ）放射（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を網羅する。

[0081] 「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気及び静電気光学コンポーネントを含む様々なタイプの光学コンポーネントのいずれか一つ、又はその組合せを指すことができる。

[0082] 特定の実施形態に関する以上の説明は、本発明の全体的性質を十分に明らかにしているので、当技術分野の知識を適用することにより、過度の実験をせず、本発明の全体的概念から逸脱することなく、このような特定の実施形態を容易に修正する、及び／又はこれらを様々な用途に適応させることができる。したがって、このような適応及び修正は、本明細書に提示された教示及び案内に基づき、開示された実施形態の同等物の意味及び範囲内に入るものとする。本明細書の言葉遣い又は用語は説明のためのもので、限定するものではなく、したがって本明細書の用語又は言葉遣いは、当業者には教示及び案内の観点から解釈されるべきことを理解されたい。

[0083] 本発明の幅及び範囲は、上述した例示的実施形態のいずれによっても限定されず、特許請求の範囲及びその同等物によってのみ規定されるものである。

[0084] 本開示は、付番した条項として提示する以下の態様を更に含む。
１．光学投影システムを用いて基板上にパターンを適用するためのリソグラフィ装置であって、
前記基板における多くの位置で前記基板の表面の高さに関連した測定信号を得るための、前記パターン適用の前に動作可能である光学レベルセンサと、
前記基板における全ての位置について前記測定信号を局所高さ値に変換することで前記基板の高さマップを導出するためのプロセッサと、
前記パターンを適用する場合に前記高さマップを用いて前記投影システムの合焦を制御するように構成されたコントローラと、を含み、
前記プロセッサ及びコントローラが、前記基板に適用された処理に関する情報を用いて前記基板の少なくとも第１及び第２の領域を画定するように、更に、前記測定信号を用いて前記投影システムの合焦を制御する方法を領域間で変動させるように構成されている、リソグラフィ装置。
２．前記プロセッサが、前記測定信号に第１の計算を適用することによって前記第１の領域における前記局所高さ値を導出すると共に、前記測定信号に第２の計算を適用することによって前記第２の領域における前記局所高さ値を導出するように構成されている、条項１に従った装置。
３．前記光学レベルセンサが、異なる特性の放射を用いて複数の測定信号を得るように動作可能であり、前記第１及び第２の測定信号を用いる方法が前記第１の計算と前記第２の計算とで異なる、条項２に従った装置。
４．異なる特性の前記放射が異なる偏光の放射を含む、条項３に従った装置。
５．異なる特性の前記放射が異なる波長の放射を含む、条項３又は４に従った装置。
６．前記基板に適用された処理に関する前記情報が、１つ以上の以前にパターニングが行われた層のレイアウト情報を含み、前記第１及び第２の領域の境界を画定するために用いられる、条項１から５のいずれかに従った装置。
７．基板に適用された処理に関する前記情報が、前記１つ以上の以前にパターニングが行われた層の第１及び第２の領域における材料特性に関する情報を含む、条項６に従った装置。
８．前記レイアウト情報を用いて、前記レベルセンサの空間精度よりも大きい空間精度で前記境界が画定される、条項６又は７に従った装置。
９．前記プロセッサが、前記第１の領域における複数の位置で得られた測定信号から前記基板の前記第１の領域における前記局所高さ値を導出すると共に、隣接した第１の領域で得られた測定信号からの外挿によって前記第２の領域における前記局所高さ値を導出するように構成されている、条項１から８のいずれかに従った装置。
１０．基板に適用された処理に関する前記情報が、１つ以上の以前にパターニングが行われた層のレイアウト情報を含み、前記第１及び第２の領域の境界にまたがる第３の領域を画定するために用いられ、前記プロセッサが、前記第１の領域における隣接した複数の位置で得られた測定信号からの外挿入によって前記第３の領域の第１の部分における前記局所高さ値を導出すると共に、前記第２の領域における隣接した複数の位置で得られた測定信号からの外挿入によって前記第３の領域の第２の部分における前記局所高さ値を導出するように構成されている、条項１から９のいずれかに従った装置。
１１．前記コントローラが、前記投影システムの合焦を制御する場合、異なる領域でそれぞれ異なるように前記高さマップのデータを用いるように構成されている、条項１から１０のいずれかに従った装置。
１２．前記基板に適用された処理に関する前記情報が、以前にパターニングが行われた層のレイアウト情報を含み、前記異なる領域の境界を画定するために用いられる、条項１１に従った装置。
１３．前記コントローラが、前記投影システムの合焦を制御する場合、異なる領域においてそれぞれ異なる重みを高さマップのデータに適用するように構成されている、条項１１又は１２に従った装置。
１４．基板の多数の層に形成されるデバイスを製造する方法であって、各層を形成するため、前記基板上にパターンを適用することと、前記基板に１つ以上の化学的及び／又は物理的処理ステップを行って前記適用したパターンに従ったデバイスフィーチャを形成することと、を備え、前記層の少なくとも１つについて、前記パターンを適用する前記ステップが、
光学レベルセンサを用いて、前記基板における多くの位置で前記基板の表面の高さに関連した測定信号を得ることと、
前記基板における全ての位置について前記測定信号を局所高さ値に変換することで前記基板の高さマップを導出することと、
前記高さマップを用いて前記投影システムの合焦を制御して前記パターンを適用することと、を備え、
前記高さマップを導出する前記ステップ及び前記高さマップを用いる前記ステップの一方又は双方が、前記基板に適用された処理に関する情報を用いて前記基板の少なくとも第１及び第２の領域を画定するように、更に、前記測定信号を用いて前記投影システムの合焦を制御する方法を領域間で変動させるように実行される、方法。
１５．前記局所高さ値が、前記測定信号に第１の計算を適用することによって前記第１の領域において導出され、前記測定信号に第２の計算を適用することによって前記第２の領域において導出される、条項１４に従った方法。
１６．前記光学レベルセンサが、異なる特性の放射を用いて複数の測定信号を得るように動作可能であり、前記第１及び第２の測定信号を用いる方法が前記第１の計算と前記第２の計算とで異なる、条項１５に従った方法。
１７．異なる特性の前記放射が異なる偏光の放射を含む、条項１６に従った方法。
１８．異なる特性の前記放射が異なる波長の放射を含む、条項１６又は１７に従った方法。
１９．前記基板に適用された処理に関する前記情報が、１つ以上の以前にパターニングが行われた層のレイアウト情報を含み、前記第１及び第２の領域の境界を画定するために用いられる、条項１４から１８のいずれかに従った方法。
２０．前記基板に適用された処理に関する前記情報が、前記１つ以上の以前にパターニングが行われた層の前記第１及び第２の領域における材料特性に関する情報を更に含む、条項１９に従った方法。
２１．基板に適用された処理に関する前記情報が、放射とパターニングデバイス及び基板の一方又は双方との間の３次元相互作用のモデリングから得られた情報を更に含む、条項１９又は２０に従った方法。
２２．前記高さマップを用いる前記ステップが、前記投影システムの合焦を制御する場合、異なる領域でそれぞれ異なるように前記高さマップのデータを用いるように実行される、条項１４から２１のいずれかに従った方法。
２３．前記基板に適用された処理に関する前記情報が、以前にパターニングが行われた層のレイアウト情報を含み、前記異なる領域の境界を画定するために用いられる、条項２２に従った方法。
２４．前記投影システムの合焦を制御する場合、異なる領域においてそれぞれ異なる重みを前記高さマップのデータに適用する、条項２２又は２３に従った方法。
２５．一時的又は非一時的な媒体に記憶された機械読み取り可能命令を備えるコンピュータプログラム製品であって、命令が、条項１から１３のいずれかに従った装置のプロセッサ及び／又はコントローラの機能をプログラマブルプロセッサに実施させるためのものである、コンピュータプログラム製品。

Claims (15)

1. 光学投影システムを用いて基板上にパターンを適用するためのリソグラフィ装置であって、
   前記パターン適用の前に動作可能であり、前記基板における多くの位置で前記基板の表面の高さに関連した測定信号を得る光学レベルセンサと、
   前記基板における全ての位置について前記測定信号を局所高さ値に変換することで前記基板の高さマップを導出するプロセッサと、
   前記パターンを適用する場合に前記高さマップを用いて前記投影システムの合焦を制御するコントローラと、を含み、
   前記プロセッサ及びコントローラが、前記基板に適用された処理に関する情報を用いて前記基板の少なくとも第１及び第２の領域を画定すると共に、前記測定信号を用いて前記投影システムの合焦を制御する方法を領域間で変動させる、リソグラフィ装置。
2. 前記プロセッサが、前記測定信号に第１の計算を適用することによって前記第１の領域における前記局所高さ値を導出すると共に、前記測定信号に第２の計算を適用することによって前記第２の領域における前記局所高さ値を導出する、請求項１に記載の装置。
3. 前記光学レベルセンサが、異なる特性の放射を用いて複数の測定信号を得るように動作可能であり、
   前記第１及び第２の測定信号を用いる方法が、前記第１の計算と前記第２の計算とで異なる、請求項２に記載の装置。
4. 前記基板に適用された処理に関する前記情報が、１つ以上の以前にパターニングが行われた層のレイアウト情報を含み、前記第１及び第２の領域の境界を画定するために用いられる、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記レイアウト情報を用いて、前記レベルセンサの空間精度よりも大きい空間精度で前記境界が画定される、請求項４に記載の装置。
6. 前記プロセッサが、前記第１の領域における複数の位置で得られた測定信号から前記基板の前記第１の領域における前記局所高さ値を導出すると共に、隣接した第１の領域で得られた測定信号からの外挿によって前記第２の領域における前記局所高さ値を導出する、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記コントローラが、前記投影システムの合焦を制御する場合、異なる領域でそれぞれ異なるように前記高さマップのデータを用いる、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記基板に適用された処理に関する前記情報が、以前にパターニングが行われた層のレイアウト情報を含み、前記異なる領域の境界を画定するために用いられる、請求項７に記載の装置。
9. 基板の多数の層に形成されるデバイスを製造する方法であって、各層を形成するため、前記基板上にパターンを適用することと、前記基板に１つ以上の化学的及び／又は物理的処理ステップを行って前記適用したパターンに従ったデバイスフィーチャを形成することと、を含み、
   前記層の少なくとも１つについて、前記パターンを適用する前記ステップが、
   光学レベルセンサを用いて、前記基板における多くの位置で前記基板の表面の高さに関連した測定信号を得ることと、
   前記基板における全ての位置について前記測定信号を局所高さ値に変換することで前記基板の高さマップを導出することと、
   前記高さマップを用いて前記投影システムの合焦を制御して前記パターンを適用することと、を含み、
   前記高さマップを導出する前記ステップ及び前記高さマップを用いる前記ステップの一方又は双方が、前記基板に適用された処理に関する情報を用いて前記基板の少なくとも第１及び第２の領域を画定するように、更に、前記測定信号を用いて前記投影システムの合焦を制御する方法を領域間で変動させるように、実行される、方法。
10. 前記局所高さ値が、前記測定信号に第１の計算を適用することによって前記第１の領域において導出され、前記測定信号に第２の計算を適用することによって前記第２の領域において導出される、請求項９に記載の方法。
11. 前記光学レベルセンサが、異なる特性の放射を用いて複数の測定信号を得るように使用され、
    前記第１及び第２の測定信号を用いる方法が、前記第１の計算と前記第２の計算とで異なる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記基板に適用された処理に関する前記情報が、１つ以上の以前にパターニングが行われた層のレイアウト情報を含み、前記第１及び第２の領域の境界を画定するために用いられる、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記基板に適用された処理に関する前記情報が、前記１つ以上の以前にパターニングが行われた層の前記第１及び第２の領域における材料特性に関する情報を更に含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記高さマップを用いる前記ステップが、前記投影システムの合焦を制御する場合、異なる領域でそれぞれ異なるように前記高さマップのデータを用いるように実行される、請求項９から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記基板に適用された処理に関する前記情報が、以前にパターニングが行われた層のレイアウト情報を含み、前記異なる領域の境界を画定するために用いられる、請求項１４に記載の方法。