JP4018653B2 - リソグラフィ投影装置における焦点スポットのモニタリング - Google Patents

Description

本発明は、
放射線の投影ビームを提供するための放射線装置と、
マスクを保持するためのマスク・ホルダを備えた第１の対象物テーブルと、
基板を保持するための基板ホルダを備えた第２の対象物テーブルと、
マスクの照射された部分を基板の目標部分に結像させるための投影装置とを有するリソグラフィ投影装置において、
レベル・センサが少なくとも１つのダイを備えた基板表面の複数の点の高さを測定するように構成され、プロセッサがレベル・センサからの入力を用いて測定された高さ地図を作成するように構成されたリソグラフィ投影装置に関するものである。

簡略化のために、以下では投影装置を「レンズ」と呼ぶことがあるが、この用語は、例えば屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系および荷電粒子光学系を含めて様々な種類の投影装置を包含するものとして広く解釈すべきである。放射線装置は、また、投影ビームの方向付け、成形または制御のために、これらの原理のいずれかに従って作動する要素を含むことができ、こうした要素も以下では一括して、または単独で「レンズ」と呼ぶことがある。さらに、第１および第２の対象物テーブルを、それぞれ「マスク・テーブル」および「基板テーブル」と呼ぶことがある。さらに、リソグラフィ装置は、２以上のマスク・テーブルおよび／または２以上の基板テーブルを有する種類のものであってもよい。こうした「マルチ・ステージ」装置では、追加のテーブルを並行して用いてもよく、あるいは１つまたは複数のテーブル上で予備段階を実施し、それと同時に１つまたは複数の他のテーブルを露光に用いることもできる。

リソグラフィ投影装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いることができる。この場合、マスク（レチクル）はＩＣの個々の層に対応する回路パターンを含むことが可能であり、このパターンを、放射線感光材料（レジスト）の層で被覆した基板（シリコン・ウェハ）の特定の領域（ダイ）に結像させることができる。一般に単一のウェハは、レチクルにより１つずつ連続的に照射される隣接する、ダイの全回路網を含む。１つのダイのみを照射するのではなく、一度に複数のダイを放射線に露光できることに留意されたい。ある特定の瞬間に適時に露光されるこうした領域を「露光領域」と呼ぶ。

ある種類のリソグラフィ投影装置では、レチクルのパターン全体をダイに一度に露光することによって各ダイを照射するようになっており、こうした装置は一般にウェハ・ステッパと呼ばれる。別の種類の装置は、一般にステップ・アンド・スキャン式装置と呼ばれ、レチクル・パターンを投影ビームの下で所与の基準方向（「走査」方向）に漸次走査し、それと同時にこの方向に対して平行または逆平行にウェハ・テーブルを同期して走査することによって各ダイを照射する。一般に、投影装置は倍率Ｍ（一般にＭ＜１）を有するため、ウェハ・テーブルを走査する速度Ｖはレチクル・テーブルを走査する速度のＭ倍になる。本明細書に記載するリソグラフィ装置に関するさらに詳しい情報は、例えば国際特許出願ＷＯ９７／３３２０５号から得ることができる。

最近まで、リソグラフィ装置は、単一のマスク・テーブルおよび単一の基板テーブルを有していた。しかし現在では、少なくとも２つの独立可動式の基板テーブルを有する装置が利用可能になりつつある。例えば国際特許出願ＷＯ９８／２８６６５号およびＷＯ９８／４０７９１号に記載されたマルチ・ステージ装置を参照されたい。こうしたマルチ・ステージ装置の背景となる基本動作原理は、第１の基板テーブルが投影装置の下の露光位置にあって、そのテーブルに配置された第１の基板を露光するのと同時に、第２の基板テーブルは荷積位置に移動し、既に露光された基板を降ろし、新しい基板を載せ、新しい基板についていくつかの初期測定を実施して、第１の基板の露光が完了するとすぐに新しい基板を投影装置の下の露光位置に搬送する準備のできた状態となり、さらにこのサイクルが繰り返されることにある。このようにして、装置の処理能力を実質的に向上させることが可能であり、それによって装置の所有コストが改善される。露光位置と測定位置との間を移動する基板テーブルが１つのみの場合にも、同じ原理が利用できることを理解すべきである。

基板上の測定位置で実施される測定には、例えば、基板上の考え得る様々な露光領域と、基板上の基準マーカおよび基板テーブル上の基板領域の外側に設けられた少なくとも１つの基準マーカ（例えば、基点）との間の（ＸおよびＹ方向の）空間関係の決定を含めることができる。続いて露光位置でこうした情報を用いて、投影ビームに対する露光領域の高速かつ正確なＸおよびＹ方向の位置決めを実施することができる。実施される測定には、基板の構造（トポロジー）の地図を作成することが含まれる。この地図は、それぞれが関連するＸおよびＹ座標で記録された複数の基板高さの測定値を含んでいる。この地図は、一般に高さ地図と呼ばれる。

特許公報ＥＰ１０３７１１７号には、前提部分に記載したリソグラフィ投影装置が論じられている。これは所与の露光のためにウェハを最適な位置に配置することを企図している。しかし、露光領域のウェハ表面の高さはばらつくことがあり、したがってウェハを露光領域全体にわたって適切な焦点を与えるように配置できない可能性がある。ウェハ（すなわち基板）の異常な構造（トポロジー）の差異は、「焦点スポット」と呼ばれる。この焦点スポットは、特定の露光の結像能力を低下させ、そのため露光が不良になることもある。ＥＰ１０３７１１７号は、こうした不良をあらかじめ予測することができ、また改善処置を取ることができるマルチ・ステージ装置について記載している。例えば、露光不良のウェハを更に処理することの悪影響を受けることなく、ウェハを剥離し再塗布することができる。あるいは、予測される不良がウェハの１つまたは少数のデバイスのみに影響を及ぼし、他は許容可能である場合には、欠陥のあるデバイスになることがあらかじめ予測される露光を省くことによって、処理能力を向上させることができる。焦点スポットの検出は、得られた高さ地図の分析から導き出すことができる。ウェハの高さ地図にウェハ面全体からの比較的大きいずれが存在する場合、これは基板の非平坦度または工程の影響による焦点スポットを示している可能性がある。複数のウェハからの高さ地図を比較すると、基板テーブル上の汚れまたは非平坦度による焦点スポットを明らかにすることができる。焦点スポットが異なるウェハについて同じ位置、またはほとんど同じ位置に現れた場合、これは基板ホルダの汚れによって生じた可能性が最も高い（いわゆる「チャック・スポット（ｃｈｕｃｋ ｓｐｏｔ）」）。単一のウェハに生じる焦点スポットも識別することができる。平均ダイ表面上方にウェハ表面を投影すると、疑わしい焦点スポットが識別される。

本発明の目的は、リソグラフィ投影装置における焦点スポットの観測を改善することである。

この目的および他の目的は、プロセッサが測定された高さ地図を用いて平均のダイの構造を計算し、基板上のダイについての測定された高さ地図から平均のダイの構造を減じ、基板表面の中間処理物として得られた高さ地図を作成して、中間処理物として得られた高さ地図を用いて基板表面上の任意の焦点スポットを検出するようにも構成されることを特徴とする、前提部分に記載したリソグラフィ投影装置によって達成される。平均のダイの構造を減じると、ダイの「下の」基板の高さ地図が得られ、これはウェハ上面より焦点スポットについてのより正確な情報を有している。

「高さ地図」という用語は、それぞれが関連するＸおよびＹ座標で記録された、複数の基板高さの測定値を指すものである。

本発明は、多数のダイが規則的な構造を有すること（例えばＤＲＡＭ）、ならびにこれらの構造を考慮することによって焦点スポットの検出の実質的改善が達成されることの実現を基にしている。ウェハ全体の高さ地図が作成される。ウェハの地図を測定した後、ウェハのすべてのダイの構造を平均して平均のダイの構造を得ることにより、規則的なダイの構造が決定される。次いで、測定された高さ地図のそれぞれのダイの位置から平均のダイの構造を減じると、「下にある」ウェハの中間処理物として得られた高さ地図が残る。

一具体例では、プロセッサが、
移動平均原理を用いて中間処理物として得られた高さ地図を平滑化し、それによって平滑化高さ地図を作成し、
平滑化高さ地図を中間処理物として得られた高さ地図から減じ、それによって減算高さ地図を作成し、
少なくとも１つの偏差限界Ｆを決定し、
焦点スポットを、減算高さ地図の残差が少なくとも１つの偏差限界Ｆより大きい領域として決定するように構成される。
移動平均は、比較的大きい（すなわち、予想される焦点スポットの大きさと比べて大きい）平滑化ウィンドウを用いて計算され、それにより表面高さの緩やかな変化が決定される。平滑化高さ地図を中間処理物として得られた高さ地図から減じ、限界値を超えた場所として焦点スポットを識別する。

一具体例では、少なくとも１つの偏差限界Ｆをｎ・σ（ただし、ｎは所定の値であり、σは減算高さ地図のすべての位置ｘ、ｙについてのすべての残差の標準偏差である）として定義する。

他の具体例では、プロセッサが、
決定された焦点スポットと重複するダイの減算高さ地図から高さ情報を除去し、それによってフィードバック高さ地図を作成し、
フィードバック高さ地図を用いて、補正された平均のダイの構造を計算し、
補正された平均のダイの構造を基板上のダイについてのフィードバック高さ地図から減じて、基板表面の補正された中間処理物として得られた高さ地図を作成し、
移動平均原理を用いて補正された中間処理物として得られた高さ地図を平滑化し、それによって補正された平滑化高さ地図を作成し、
補正された平滑化高さ地図を補正された中間処理物として得られた高さ地図から減じ、それによって補正された減算高さ地図を作成し、
少なくとも１つの偏差限界Ｆを決定し、
焦点スポットを、補正された減算高さ地図の残差が少なくとも１つの偏差限界Ｆより大きい領域として決定し、
ある精度レベルに達するまで前記の動作を繰り返すように構成される。
焦点スポットの上面にあるダイの高さ情報を除去し、前記の処理段階を繰り返すことにより、明らかな誤りが濾去される。明らかな誤りとは、例えば「フライヤ（ｆｌｙｅｒ）」としても知られる測定誤り、基板上の局所的な汚れ、または焦点スポット自体である。明らかな誤りを濾去することにより、より高い精度を達成することができる。

他の具体例では、装置は報告装置を有し、この報告装置およびプロセッサは、異なる種別の焦点スポットについて報告するように構成される。比較的大きい焦点スポットが生じた場合、これらは直ちに処理を停止させることが可能であり、小さい焦点スポットは、例えば管理ファイルに記録する必要があるだけである。

好ましい具体例では、第２の対象物テーブルを、投影装置がそこでマスク部分を基板に結像させることができる露光ステーションと、測定ステーションとの間で移動させることが可能であり、装置が、
第２の対象物テーブルを露光ステーションと測定ステーションとの間で移動させるための位置決め装置と、
測定された高さ地図に従って、目標部分の露光中に第２の対象物テーブルの位置を少なくとも第１の方向に制御するように構成され配置された制御ユニットとを有する。マルチ・ステージ装置によって露光前または露光中に焦点スポットを計算することが可能になり、したがって可能性のある焦点スポットに対する応答時間が短縮される。マルチ・ステージ装置のレベル・センサは、ずっと小さいスポット、すなわちより高いセンサ解像度を用いることが可能であり、そのためより詳細な高さ地図が得られ、したがって焦点スポットがより正確に識別される。

本発明はまた、
放射線の投影ビームを提供するための放射線装置と、
マスクを保持するためのマスク・ホルダを備えた第１の対象物テーブルと、
基板を保持するための基板ホルダを備えた第２の対象物テーブルと、
マスクの照射された部分を基板の目標部分に結像させるための投影装置とを有し、
レベル・センサが、少なくとも１つのダイを備えた基板表面の複数の点の高さを測定するように構成され、
プロセッサが、レベル・センサからの入力を用いて測定された高さ地図を作成するように構成されたリソグラフィ投影装置を用いるデバイス製造方法であって、
パターンを有するマスクを第１の対象物テーブルに提供する段階と、
放射線感光層を有する基板を第２の対象物テーブルに提供する段階と、
マスクの照射された部分を基板の目標部分に結像させる段階と、
基板について、基板表面の複数の点の高さを示す測定された高さ地図を作成する段階とを含み、
測定された高さ地図を用いて平均のダイの構造を計算し、基板上のダイについての測定された高さ地図から平均のダイの構造を減じて基板表面の中間処理物として得られた高さ地図を作成して、中間処理物として得られた高さ地図を用いて基板表面の任意の焦点スポットを検出することを特徴とするデバイス製造方法に関するものである。

本発明によるリソグラフィ投影装置を用いた製造工程では、少なくとも一部をエネルギー感受性材料（レジスト）の層で被覆した基板に、マスクのパターンが結像（イメージング）される。この結像段階の前に、下塗り（プライミング）、レジスト被覆および軽い焼成（ソフト・ベーク）など様々な処理を基板に施すことができる。また露光後に、露光後焼成（ＰＥＢ）、現像、強い焼成（ハード・ベーク）および結像した構成の測定／検査など他の処理を基板に施すこともできる。この一連の処理が、例えばＩＣなどのデバイスの個々の層にパターンを形成するための基礎として用いられる。次いで、こうしたパターンが形成された層に、エッチング、イオン注入（ドーピング）、金属化処理、酸化、化学的機械研磨など様々な処理を行うことが可能であり、これらはすべて、個々の層を仕上げるものである。いくつかの層が必要な場合には、すべての処理またはその変形形態を新しい層ごとに繰り返さなければならない。最終的に一連のデバイス（ダイ）が基板（ウェハ）に形成されることになる。次いで、これらのデバイスを方形切断やのこ切断などの技術によって互いに分離し、それによって個々のデバイスをキャリアに取り付けたり、ピンに接続したりすることができるようになる。こうした工程に関する他の情報は、例えばピーター・ファン・ツァント（Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ）の著書「マイクロチップの製造：半導体処理のための実用ガイド（Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」、第３版、マグローヒル出版社、１９９７、ＩＳＢＮ ０−０７−０６７２５０−４から得ることができる。

本明細書では、本発明の装置をＩＣの製造に用いることについて特に言及することがあるが、こうした装置は他にも多くの用途に使用可能であることを明確に理解すべきである。例えば、一体型光学装置、磁気ドメイン・メモリ用の誘導および検出パターン、液晶ディスプレイ・パネル、薄膜磁気ヘッドなどの製造に使用することができる。こうした別の用途についての文脈では、本明細書中の「レチクル」、「ウェハ」または「ダイ」という用語の使用はいずれも、それぞれ「マスク」、「基板」および「露光領域」という、より一般的な用語に置き換えて考えられるべきであることが当業者には理解されよう。

本明細書では、「放射線」および「ビーム」という用語は、それだけに限らないが、（例えば３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長の）紫外線、極紫外線（ＥＵＶ）、Ｘ線、電子およびイオンを含むあらゆる種類の電磁放射線または粒子束を包含している。また本明細書では、直交するＸ、ＹおよびＺ方向の座標系を用いて本発明を記載する。さらに、文脈で別段の必要がない限り、本明細書で使用する「垂直」（Ｚ）という用語は、装置のいずれか特定の方向を意味するのではなく、基板またはマスクの表面に垂直な方向を指すものである。

以下に本発明を、実施例および添付の概略図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施例によるリソグラフィ投影装置を概略的に示している。この装置は、
放射線の投影ビームＰＢ（例えば、ＵＶまたはＥＵＶ放射）を供給するための放射線装置ＬＡ、Ｅｘ、ＩＮ、ＣＯと、
マスクＭＡ（例えばレチクル）を保持するためのマスク・ホルダを備えた第１の対象物テーブル（マスク・テーブル）ＭＴであって、部材ＰＬに対してマスクを正確に位置決めするための第１の位置決め手段に接続された第１の対象物テーブル（マスク・テーブル）ＭＴと、
基板Ｗ（例えばレジスト塗布シリコン・ウェハ）を保持するための基板ホルダを備えた第２の対象物テーブル（基板またはウェハ・テーブル）ＷＴａであって、部材ＰＬに対して基板を正確に位置決めするための第２の位置決め手段に接続された第２の対象物テーブル（基板またはウェハ・テーブル）ＷＴａと、
基板Ｗ（例えばレジスト塗布シリコン・ウェハ）を保持するための基板ホルダを備えた第３の対象物テーブル（基板またはウェハ・テーブル）ＷＴｂであって、部材ＰＬに対して基板を正確に位置決めするための第３の位置決め手段に接続された第３の対象物テーブル（基板またはウェハ・テーブル）ＷＴｂと、
測定ステーションで基板テーブルＷＴａまたはＷＴｂに保持された基板上で、測定（特性把握）工程を実施するための測定装置ＭＳと、
露光ステーションで基板テーブルＷＴａまたはＷＴｂに保持された基板Ｗの露光領域Ｃ（ダイ）に、マスクＭＡの照射された部分を結像させるための投影装置（「レンズ」）ＰＬ（例えば、屈折光学系または屈折反射光学系、ミラー群または一連のフィールド偏向器）とを含む。

ここには、（例えば透過性マスクを有する）透過型の装置を示すが、一般には、例えば反射型の装置でもよい。

放射線装置は、放射線ビームを生成する放射線源ＬＡ（例えば水銀ランプ、エキシマ・レーザ、ストレージ・リングもしくはシンクロトロン内で電子ビームの経路の周りに設けられたアンジュレータ、レーザ・プラズマ源、または電子もしくはイオン・ビーム源）を含む。このビームは、照明装置内に含まれる様々な光学成分、例えばビーム成形光学系Ｅｘ、積算器ＩＮおよびコンデンサＣＯに沿って進み、結果として得られるビームＰＢは、その断面に所望の形状および強度分布を有するようになる。

ビームＰＢはその後、マスク・テーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡに遮られる。マスクＭＡを通過したビームＰＢはレンズＰＬを通過し、このレンズＰＬはビームＰＢを基板Ｗの露光領域Ｃに集束させる。干渉変位測定手段ＩＦを用いて、基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂを、第２および第３の位置決め手段によって正確に移動させて、例えば異なる露光領域ＣをビームＰＢの経路内に位置決めすることができる。同様に、例えばマスク・ライブラリからマスクＭＡを機械的に取り出した後、第１の位置決め手段を用いてマスクＭＡをビームＰＢの経路に対して正確に位置決めすることができる。一般に、対象物テーブルＭＴ、ＷＴａ、ＷＴｂの移動は、長ストロークのモジュール（粗い位置決め）および短ストロークのモジュール（細かい位置決め）を用いて実現されるが、これらは図１に明示されていない。（ステップ・アンド・スキャン式装置ではなく）ウェハ・ステッパ式装置の場合には、マスクの方向および位置の細かな調整を行うために、レチクル・テーブルを短ストロークの位置決め装置に接続するだけでもよい。

第２および第３の位置決め手段は、そのそれぞれの基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂを、投影装置ＰＬの下の露光ステーションと測定装置ＭＳの下の測定ステーションの両方を含む範囲にわたって位置決めするように構成できる。あるいは、第２および第３の位置決め手段を、基板テーブルをそれぞれのステーションで位置決めするための別々の露光ステーション位置決め装置および測定ステーション位置決め装置、ならびに２つの位置決め装置間で基板テーブルを交換するためのテーブル交換手段により置き換えることができる。とりわけ、適切な位置決め装置は、先に言及したＷＯ９８／２８６６５号およびＷＯ９８／４０７９１号に記載されている。リソグラフィ装置が複数の露光ステーションおよび／または複数の測定ステーションを有してもよいこと、ならびに測定ステーションと露光ステーションの数は互いに異なっていてもよく、ステーションの総数は基板テーブルの数と同じである必要がないことに留意すべきである。実際、別々の露光ステーションおよび測定ステーションの原理は、単一の基板テーブルの場合にも使用することができる。

図示した装置は、異なる２つのモードで使用することができる。
１．ステップ・アンド・リピート（ステップ）・モードでは、マスク・テーブルＭＴを本質的に静止した状態に保ち、マスクの像全体を１回（すなわち、ただ１回の「フラッシュ」）で露光領域Ｃに結像させる。次いで、異なる露光領域ＣをビームＰＢで照射することができるように、基板テーブルＷＴをＸおよび／またはＹ方向に移動させる。
２．ステップ・アンド・スキャン（走査）・モードでは、所与の露光領域Ｃを１回の「フラッシュ」で露光しないことを除けば、本質的に同じ方法が適用される。その代わり、マスク・テーブルＭＴは速度ｖで所与の方向（例えばＹ方向など、いわゆる「走査方向」）に移動可能であり、したがって投影ビームＰＢはマスクの像全体を走査する。それと同時に、基板テーブルＷＴａまたはＷＴｂを、速度Ｖ＝Ｍｖ（ただし、ＭはレンズＰＬの倍率であり、一般にＭ＝１／４または１／５）で同じ方向または反対方向に移動させる。この方法では、解像度を損なうことなく、比較的大きい露光領域Ｃを露光することができる。

リソグラフィ装置の結像品質に影響を及ぼす重要な要素は、マスク像を基板に集束させる精度である。実際には、投影装置ＰＬの焦点面の位置を調整するための範囲が限られ、装置の焦点深度が小さいため、これは、ウェハ（基板）の露光領域を投影装置ＰＬの焦点面内に正確に位置決めしなければならないことを意味する。これを実施するためにはもちろん、投影装置ＰＬの焦点面の位置とウェハ上面の位置の両方を知る必要がある。ウェハはきわめて高い平坦度まで研磨されるが、それにもかかわらず焦点精度に顕著な影響を及ぼす十分な大きさの、ウェハ表面の完全な平坦度からのずれ（「非平坦度」と呼ぶ）を生じることがある。非平坦度は、例えばウェハの厚さのばらつき、ウェハ形状の歪み、またはウェハ・ホルダの汚れによって生じる可能性がある。従来の工程段階による構造体の存在も、ウェハの高さ（平坦度）にかなりの影響を及ぼす。文脈で別段の必要がない限り、以下で「ウェハ表面」と呼ぶのは、マスク像がその上に投影されるウェハの上面を指す。

図２には、リソグラフィ投影装置の測定ステーション領域の一部が示してある。基板Ｗが基板テーブルＷＴに保持されている。基板テーブルＷＴはアクチュエータ１２に接続されている。このアクチュエータ１２は、プロセッサ８およびメモリ１０を有する制御装置６に接続されている。プロセッサ８はさらに、ウェハ・テーブルＷＴまたはウェハ・テーブル・ホルダの実際の位置を電気的（容量性、誘導性）手段または光学的手段、例えば（図１に示した）干渉測定手段によって測定する位置センサ１４からの情報を受け取る。プロセッサ８は、投影ビームＰＢが基板表面に当たるウェハの目標領域から、高さおよび／または傾きの情報を測定するレベル・センサＬＳからの入力も受け取る。制御装置６は報告装置９に接続されていることが好ましく、この報告装置９はＰＣ、プリンタ、または他の任意の登録装置もしくは表示装置を有することができる。

レベル・センサＬＳは、例えば光学センサとすることが可能であり、あるいは（例えば）空気圧センサや容量性センサも考えられる。現在のところ好ましいセンサの形態は、米国特許第５１９１２００号に記載された、ウェハ表面によって反射された投影格子の像と固定検出格子の間に形成されたモアレ・パターンを用いる光学センサである。レベル・センサＬＳは、好ましくは、１つまたは複数のきわめて小さいウェハ表面の領域（例えば１５ｎｍ）の垂直位置を測定すべきである。図２に示すＬＳは、光ビーム１６を生成するための光源２、光ビーム１６をウェハＷに投影するための投影光学系（図示せず）、検出光学系（図示せず）および検出器１５を含む。検出器は高さに依存する信号を生成し、この信号はプロセッサ８に送られる。プロセッサはこの高さ情報を処理し、測定された高さ地図を作成するように構成されている。こうした高さ地図を、プロセッサ８によってメモリ１０に格納することができる。「高さ地図」という用語は、それぞれが関連するＸおよびＹ座標で記録された、複数の基板高さの測定値を意味するものである。

図２は、マルチ・ステージ・リソグラフィ装置に関するものである。しかし、本発明の他の実施例によれば、レベル・センサＬＳはシングル・ステージ・リソグラフィ投影装置内ににあってもよい。

レベル検知法は、１つまたは複数の小領域を用い、検知スポットと呼ばれるその小領域の平均高さを測定する。ウェハ領域の検知スポットの位置に応じて、選択機構が、測定された目標領域から高さおよび／または傾きの情報を得るために利用可能なスポットを選択する。例えば、測定された目標領域の外側の検知スポットが、高さ情報を得るために選択されることはない。

完全に目標領域内に含まれるこうした検知スポットのみを用いた場合、１００％未満の目標領域が測定されることになる。これは、焦点スポットが未測定領域内に含まれ、したがってそれが検知されないことがあることを意味する。この問題を解決するための１つの方法は、目標領域の境界と交差する追加の検知スポットを用いることである。この方法では、ウェハの関連する領域がすべて検知され、焦点スポット検出アルゴリズムに利用することができるようになる。

次に、本発明の原理を図３Ａおよび３Ｂを用いて説明する。図３Ａは、２つのダイ（目標領域）２５、２７を表す２つの構造体を有する基板２１の側面図を示している。図３Ａで基板２１は平坦であり、下に汚れの存在する様子は見られない。

一方、図３Ｂは汚れ粒子３２によって生じた非平坦度を有する基板３１を示している。汚れ粒子３２は、基板ホルダ（図示せず）と基板３１との間に位置している。基板３１の非平坦度により、ウェハの表面、すなわち基板３１の上部に設けられたダイ３５、３７の上面も「非平坦度」を示している。本発明の一実施例では、プロセッサ８は、レベル・センサＬＳから受け取った高さ情報から、測定された高さ地図を作成するように構成される。ダイの構造（すなわちトポロジー）が比較的大きい寸法であるため、この「非平坦度」は隠される。これは、測定された高さ地図は非平坦度についての情報を確かに含んでいるが、汚れ粒子の位置を正確に特定し、位置を合わせることはきわめて難しいことを意味している。

本発明によれば、リソグラフィ投影装置は、平均のダイの構造４０（図３Ｂ参照）を計算し、平均のダイの構造４０を基板上のダイについての測定された高さ地図から減じ、それによって基板表面の中間処理物として得られた高さ地図を作成するように構成されたプロセッサ８を有している。図３Ｂは、減算された状態を示している。上面にダイを有していない仮想基板４１が示されている。汚れ粒子３２により、基板４１はある非平坦度を示す。一実施例によれば、平滑化高さ地図４３を中間処理物として得られた高さ地図から減じる。基板のすべての位置について、ずれ（すなわち残差）を計算すると、基板表面の「減算高さ地図」が得られる。この残差を用いて標準偏差σを決定する。次に、焦点スポットを、残りの高さがσのｎ倍高い基板４１の領域として定める（ただし、ｎは整数または任意の正の実数）。図３Ｂには、平滑化高さ地図４３よりｎ×σだけ高い高さを示す限界線４４が示してある。減算高さ地図が限界線４４を超える領域を、焦点スポット６８として定める。前記「減算高さ地図」を用いて限界および焦点スポットを定めるために、他の数学的計算も可能であることが理解される。例えば、絶対的な限界Ｚｍａｘを用いて焦点スポットを検出することができる。

一実施例によれば、プロセッサ８は、測定された高さ地図を処理するように構成される。図４は、高さ地図の情報の処理中における４つの異なる高さ地図の上面図を用いた流れ図を示している。測定された高さ地図５０は、基板の複数の点の高さ情報を含んでいる。当業者には明らかであるように、高さ地図の詳細の程度は、個々の点の高さを測定するために用いられるレベル・センサの解像度に依存する。測定された高さ地図５０は、複数のダイ５２からの高さ情報を含んでいる。プロセッサ８は、図４に４０で示した平均のダイの構造を計算するように構成されている。平均のダイの構造４０は、ダイｋ内の個々の点（ｘｋ，ｙｋ）（ただし（ｘｋ，ｙｋ）はダイ内の局所座標を表す）の高さを他のダイｋ（ｋ＝１，２，．．．Ｎ、ただしＮは基板上のダイの数に等しい）内の対応する点（ｘｋ，ｙｋ）の高さに加えることによって計算される。これをダイ５２内のすべての点について行う。次いで、ダイ５２内のすべての点（ｘｋ，ｙｋ）について、加算の結果をダイの数、すなわちＮで割る。その結果が、図２Ｂに示し、また図４に参照番号４０で示した平均のダイの構造である。次に、平均のダイの構造４０を、それぞれのダイの位置で測定された高さ地図５０から減じる。これによって基板表面の中間処理物として得られた高さ地図５６が得られる。

次いで、中間処理物として得られた高さ地図５６を、平滑化ウィンドウ５８を用いて移動平均原理によって平滑化する。本発明の一実施例によれば、プロセッサ８は、点ｘ、ｙでの平均高さ、すなわちＡＨ（ｘ，ｙ）（ただし、平均高さＡＨ（ｘ，ｙ）はウィンドウ［（ｘ−ａ，ｙ＋ａ），（ｘ−ａ，ｙ−ａ），（ｘ＋ａ、ｙ＋ａ），（ｘ＋ａ，ｙ−ａ）］内のすべての高さＨ（ｘｉ，ｙｉ）の合計を前記ウィンドウ内の点ｘｉ、ｙｉの数で割ったものに等しく、ａは前記ウィンドウの大きさである）を計算することによって、中間処理物として得られた高さ地図を平滑化するように構成される。平滑化ウィンドウ５８は、予想される焦点スポットに比べて比較的大きいことが好ましい。焦点スポットの大きさの一般的な値は、５×５ｍｍである。したがって、ウィンドウは１０×１０ｍｍより大きく、特に１５×１５ｍｍ（すなわち、ａ＝７．５ｍｍ）であることが好ましい。中間処理物として得られた高さ地図５６を平滑化した結果が、平滑化高さ地図６０である（図４参照）。次いで、基板のすべてのｘ、ｙ位置について、平滑化高さ地図６０を中間処理物として得られた高さ地図から減じる。これは、図４では「−」の記号６４で示している。こうして、減算高さ地図６６と呼ばれる地図が得られる。この減算高さ地図６６から、局所的な非平坦度（すなわち丘部）６８の位置をきわめて容易に特定することができる。こうした非平坦度が所定の偏差限界Ｆを超えた場合、この非平坦度が生じた領域を焦点スポットとして分類する。本発明の一実施例では、異なる偏差限界を用いて、例えば、危険な焦点スポットとより危険度の少ない焦点スポットを分類する。例えばマルチ・ステージ装置では、ウェハが（あまりにも多くの）危険な焦点スポットを含んでいる場合、ウェハが露光ステーションで処理される前でも、そのウェハを拒否することが可能になる。これによって装置の歩留まりが向上する。

一実施例では、プロセッサ８は、測定の誤り、基板上の局所的な汚れ、焦点スポット自体などの明らかな誤差を濾去するように構成される。これは図４に示すすべての動作を繰り返すことによって達成されるが、測定された高さ地図５０ではなく、いわゆるフィードバック高さ地図（図示せず）を用いる。このフィードバック高さ地図は、決定された焦点スポット６８と重複しているダイの測定された高さ地図５０から高さ情報を除去することによって作成される。次に、フィードバック高さ地図を用いて、補正された平均のダイの構造を計算する。補正された平均のダイの構造は、図４に示した平均のダイの構造４０と同じ方法で計算される。次いで、補正後の平均のダイの構造を基板上のダイのフィードバック高さ地図から減じる。これによって、基板表面の、いわゆる補正された中間処理物として得られた高さ地図が残る。次の動作は、先に言及した中間処理物として得られた高さ地図で行ったように、移動平均原理を用いて補正された中間処理物として得られた高さ地図を平滑化することである。その結果が補正された平滑化高さ地図である。補正された中間処理物として得られた高さ地図から補正された平滑化高さ地図を減じ、それによって補正された減算高さ地図が作成される。次いで、偏差限界Ｆを決定する。次に、補正された減算高さ地図での残差が少なくとも１つの偏差限界Ｆより大きい領域として、焦点スポットを決定する。前記の動作をある精度レベルに達するまで繰り返すことができる。焦点スポットの上面にあるダイの高さ情報を除去し、先に言及した動作を繰り返すことにより、明らかな誤りが濾去される。明らかな誤りを濾去することによって、より高い精度を達成することができる。

前記基板の全体的な形状を除去するために、平均のダイの構造を測定された高さ地図から減じる前に、減算高さ地図から２次または３次の多項式の回帰形状を減じることが好ましい。基板の全体的な形状により、高さ地図内の局所的な焦点スポットの情報が分からなくなることがある。したがって２次または３次の多項式を減じることによって精度が高まる。もちろん、４次、５次またはさらに高い次数の多項式を用いることもできる。平均のダイの構造を減じた後に、多項式の回帰形状を測定された高さ地図から減じることもできる。

本発明の一実施例による方法では、連続的に提供される基板の減算高さ地図を比較して、前記第２の対象物テーブルの汚れまたは系統的な欠陥を示している可能性のある任意の非平坦度の位置における相関を検出する。この方法では、いわゆる「チャック・スポット」の位置を特定し、基板ホルダの清浄を決定することができる。チャック・スポットを検出するためには、（同じチャック上の）連続する基板の焦点スポットの位置を比較する。この比較では、焦点スポットの大きさを考慮することもできる。次いで、２つの焦点スポットが重複しているか、またはほとんど重複している場合には、これらを同じ位置にあるものとみなす。連続するウェハの同じ位置の焦点スポットの数がある限界レベルを超えた場合、それはチャック・スポットと考えられる。

ここまで本発明の特定の実施例について説明してきたが、本発明は記載したものとは別の方法で実施することが可能であることが理解されよう。例えば、矩形の平滑化ウィンドウを用いる代わりに、円形または楕円形のウィンドウなど他の形も可能である。上記説明は本説明を限定するものではない。

本発明の一実施例によるリソグラフィ投影装置を示す図。 レベル・センサを含む、リソグラフィ投影装置の測定ステーション領域の一部を示す図。 既に（部分的に）処理されたダイを有する平坦な基板の一部を示す側面図。 汚れ粒子による非平坦度を有する基板の側面図、および平均のダイの構造の減算後の仮想の基板の側面図。 高さ地図の情報処理における４つの異なる高さ地図の上面図を用いた流れ図。

Claims (12)

1. 放射線の投影ビームを提供するための放射線装置（ＬＡ）と、
   マスクを保持するためのマスク・ホルダを備えた第１の対象物テーブル（ＭＴ）と、
   基板を保持するための基板ホルダを備えた第２の対象物テーブル（ＷＴ）と、
   マスクの照射された部分を基板の目標部分に結像させるための投影装置（ＰＬ）と、
   少なくとも１つのダイを備えた基板表面の複数の点の高さを測定するように構成されたレベル・センサ（２、１４、１５）と、
   前記レベル・センサ（２、１４、１５）からの入力を用いて、測定された高さ地図（５０）を作成するように構成されたプロセッサ（８）とを含むリソグラフィ投影装置において、
   前記プロセッサ（８）が、前記測定された高さ地図（５０）を用いて平均のダイの構造（４０）を計算し、前記基板上のダイ（５２）についての前記測定された高さ地図（５０）から前記平均のダイの構造（４０）を減じて前記基板の表面の中間処理物として得られた高さ地図（５６）を作成し、前記中間処理物として得られた高さ地図（５６）を用いて前記基板の表面の任意の焦点スポットを検出するようにも構成されることを特徴とするリソグラフィ投影装置。
2. 前記プロセッサ（８）が、
   移動平均原理を用いて前記中間処理物として得られた高さ地図を平滑化し、それによって平滑化高さ地図（６０）を作成し、
   前記平滑化高さ地図（６０）を前記中間処理物として得られた高さ地図（５６）から減じ、それによって減算高さ地図（６６）を作成し、
   少なくとも１つの偏差限界Ｆを決定し、
   焦点スポット（６８）を、前記減算高さ地図の残差が前記少なくとも１つの偏差限界Ｆより大きい領域として決定するように構成される請求項１に記載されたリソグラフィ投影装置。
3. 前記少なくとも１つの偏差限界Ｆが、所定の値であるｎと、前記減算高さ地図のすべての位置ｘ、ｙについてのすべての残差の標準偏差であるσとによって、ｎ・σとして定義される請求項２に記載されたリソグラフィ投影装置。
4. 前記プロセッサ（８）が、
   決定された前記焦点スポット（６８）と重複するダイの前記測定された高さ地図（５０）から高さ情報を除去し、それによってフィードバック高さ地図を作成し、
   前記フィードバック高さ地図を用いて、補正された平均のダイの構造を計算し、
   前記補正された平均のダイの構造を前記基板上のダイについての前記フィードバック高さ地図から減じて、前記基板の表面の補正された中間処理物として得られた高さ地図を作成し、
   移動平均原理を用いて前記補正された中間処理物として得られた高さ地図を平滑化し、それによって補正された平滑化高さ地図を作成し、
   前記補正された平滑化高さ地図を前記補正された中間処理物として得られた高さ地図から減じ、それによって補正された減算高さ地図を作成し、
   少なくとも１つの偏差限界Ｆを決定し、
   焦点スポットを、前記補正された減算高さ地図の残差が前記少なくとも１つの偏差限界Ｆより大きい領域として決定し、
   ある精度レベルに達するまで前記の動作を繰り返すように構成される請求項２または３に記載されたリソグラフィ投影装置。
5. 前記装置が、例えばユーザに対して、焦点スポットについて報告するように構成された報告装置（９）を有する請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ投影装置。
6. 前記報告装置（９）および前記プロセッサ（８）が、異なる種別の焦点スポットについて報告するように構成される請求項５に記載されたリソグラフィ投影装置。
7. 前記プロセッサ（８）が、前記基板の全体的な形状を除去するために、前記測定された高さ地図から２次または３次の多項式の回帰形状を減じるように構成される請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ投影装置。
8. 前記プロセッサ（８）が、点ｘ、ｙでの平均高さ、すなわちＡＨ（ｘ，ｙ）を計算することにより、前記中間処理物として得られた高さ地図を平滑化するように構成され、前記平均高さＡＨ（ｘ，ｙ）はウィンドウ［（ｘ−ａ，ｙ＋ａ），（ｘ−ａ，ｙ−ａ），（ｘ＋ａ、ｙ＋ａ），（ｘ＋ａ，ｙ−ａ）］内のすべての高さＨ（ｘi，ｙi）の合計を前記ウィンドウ内の点ｘi、ｙiの数で割ったものに等しく、ａは前記ウィンドウの大きさである請求項２から請求項７までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ投影装置。
9. 前記リソグラフィ投影装置が、前記第２の対象物テーブル（ＷＴ）を、露光ステーションと測定ステーションとの間で移動させることが可能であり、露光ステーションにおいて前記投影装置（ＰＬ）が前記マスク部分を前記基板に結像させることができ、
   前記リソグラフィ投影装置が、
   前記露光ステーションと前記測定ステーションとの間で前記第２の対象物テーブル（ＷＴ）を移動させるための位置決め装置と、
   前記測定された高さ地図に従って、前記目標部分の露光中に前記第２の対象物テーブル（ＷＴ）の位置を制御するように構成され配置された制御ユニット（８）とを含む請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ投影装置。
10. 放射線の投影ビームを提供するための放射線装置と、
    マスクを保持するためのマスク・ホルダを備えた第１の対象物テーブル（ＭＴ）と、
    基板を保持するための基板ホルダを備えた第２の対象物テーブル（ＷＴ）と、
    マスクの照射された部分を基板の目標部分に結像させるための投影装置（ＰＬ）と
    少なくとも１つのダイを備えた基板表面の複数の点の高さを測定するように構成されたレベル・センサ（２、１４、１５）と、
    前記レベル・センサからの入力を用いて測定された高さ地図を作成するように構成されたプロセッサ（８）とを含むリソグラフィ投影装置を用いるデバイス製造方法であって、
    パターンを有するマスクを前記第１の対象物テーブル（ＭＴ）に提供する段階と、
    放射線感光層を有する基板を前記第２の対象物テーブル（ＷＴ）に提供する段階と、
    前記マスクの照射された部分を前記基板の目標部分に結像させる段階と、
    前記基板について、基板表面の複数の点の高さを示す測定された高さ地図（５０）を作成する段階とを含むデバイス製造方法において、
    前記測定された高さ地図（５０）を用いて平均のダイの構造（４０）を計算する段階と、
    前記基板上のダイについての前記測定された高さ地図（５０）から前記平均のダイの構造（４０）を減じて前記基板の表面の中間処理物として得られた高さ地図（５６）を作成して、前記中間処理物として得られた高さ地図（５６）を用いて前記基板の表面の任意の焦点スポットを検出する段階とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
11. 前記製造方法が、
    移動平均原理を用いて前記中間処理物として得られた高さ地図（５６）を平滑化し、それによって平滑化高さ地図（６０）を作成する段階と、
    前記平滑化高さ地図（６０）を前記中間処理物として得られた高さ地図（５６）から減じ、それによって減算高さ地図（６６）を作成する段階と、
    少なくとも１つの偏差限界Ｆを決定する段階と、
    焦点スポット（６８）を、前記減算高さ地図（６６）の残差が前記少なくとも１つの偏差限界Ｆより大きい領域として決定する段階とを含む請求項１０に記載されたデバイス製造方法。
12. 前記製造方法において、前記基板を提供する段階および結像する段階を繰り返し行って複数の基板を露光し、
    前記製造方法が、連続的に提供される基板の減算高さ地図（６６）を比較して、汚れ又は前記第２の対象物テーブル（ＷＴ）の系統的な欠陥を示す可能性のある任意の焦点スポット（６８）の位置における相関を検出する段階をさらに含む請求項１０または請求項１１に記載されたデバイス製造方法。