JP4611407B2 - 検査装置および方法、リソグラフィ装置、リソグラフィ処理セル、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Description

[0001] 本発明は、例えばリソグラフィ技術によるデバイスの製造で有用な検査方法、およびリソグラフィ技術を使用してデバイスを製造する方法に関する。

[0002] リソグラフィ装置は、基板に、通常基板のターゲット部分に、所望のパターンを付ける機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造で使用することができる。その例では、代わりにマスクまたはレチクルと呼ばれるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層に形成されるべき回路パターンを生成することができる。このパターンは、基板（例えば、シリコンウェーハ）のターゲット部分（例えば、１つまたは複数のチップの部分を含む）に転写することができる。パターンの転写は、一般に、基板上に設けられた放射敏感材料（レジスト）の層への結像によっている。一般に、単一基板は、連続してパターニングされた網の目のような一面の隣り合うターゲット部分を含む。知られているリソグラフィ装置には、いわゆるステッパといわゆるスキャナがあり、ステッパでは、各ターゲット部分に光が当てられて、ターゲット部分に全パターンが一度に露光され、スキャナでは、各ターゲット部分に光が当てられて、放射ビームによってパターンが所定の方向（「スキャン」方向）にスキャンされ、同時に同期してこの方向に対して平行または反平行に基板がスキャンされる。パターンを基板にインプリントすることによって、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できる。

[0003] リソグラフィプロセスを監視するために、パターニングされた基板の１つまたは複数のパラメータ、例えば基板中または基板上に形成された連続する層間のオーバーレイエラーが一般に測定される。走査型電子顕微鏡および様々な専用ツールの使用を含んで、リソグラフィプロセスで形成された微細構造の測定を行う様々な技術がある。専用インスペクションツールの１つの形はスキャトロメータであり、スキャトロメータでは、放射ビームが基板の表面上のターゲットに向けられ、そして散乱または反射ビームの１つまたは複数の特性が測定される。基板で反射または散乱される前と後のビームの１つまたは複数の特性を比較することによって、基板の１つまたは複数の特性を決定することができる。これは、例えば、知られた基板特性に関連した知られた測定のライブラリに格納されたデータと反射ビームを比較することによって、行われてもよい。スキャトロメータの２つの主な型が知られている。スペクトロスコピースキャトロメータでは、広帯域放射ビームが基板に向けられ、特定の狭い角度範囲の中に散乱された放射のスペクトラム（波長の関数としての強度）が測定される。角度分解スキャトロメータは、一組の単色放射ビームを使用し、角度の関数として散乱放射の強度（または、エリプソメータ構成の場合には強度比および位相差）を測定する。もしくは、異なる波長の測定信号が別個に測定され、分析段階で組み合わされることがある。

[0004] 多くのスキャトロメータを含んだ多くの形の光センサでは、測定ビームがセンサ上に適切に集束されなければならない。ビームが焦点に合っているかどうかを測定するために、フーコーナイフエッジまたはフーコー複プリズム（二等辺三角形を形成するように互いに接合された２つのプリズム）方法が使用されることが多い。ナイフエッジ法では、適切に集束されたときビームがちょうどナイフエッジを通過して分割ディテクタに当たるように、ビームはナイフエッジに近接した空間の焦点に集められる。ビームが適切に集束されたとき、分割ディテクタの２つの半分からの信号は等しいが、ビームが焦点から外れていれば、ビームの一部がナイフエッジで遮断され、信号は等しくなくなる。

[0005] ナイフエッジ法は、高い精度で適切な焦点信号を見出すために帰還ループと共に使用されてもよいが、誤差信号の利得は、十分に知られていないことが多く、また測定条件で変化することがある。このことで、センサの時間の掛かるオフライン較正が頻繁に必要になることがあり、遅いセンサ応答につながることがある。

[0006] 例えば、頻繁なオフライン較正を必要としない、および／またはより高速のサーボ応答を実現することができる光焦点または位置センサを提供することが望ましい。

[0007] 本発明の一態様によれば、基板の特性を測定する検査装置が提供され、この装置は、
最適焦点面に対する基板の位置を表す焦点誤差信号を生成する焦点センサと、
焦点誤差信号に交流信号を与える変調器と、
交流信号が与えられた焦点誤差信号から焦点センサの利得を計算する利得決定回路と、を備える。

[0008] 本発明の一態様によれば、基板の特性を測定する方法が提供され、この方法は、
焦点センサ使用して、最適焦点面に対する基板の位置を表す焦点誤差信号を生成するステップと、
焦点誤差信号に交流信号を与えるステップと、
交流信号が与えられた焦点誤差信号から焦点センサの利得を計算するステップと、を含む。

[0009] 本発明の一態様によれば、リソグラフィ装置が提供され、このリソグラフィ装置は、
パターンを照射する照明光学システムと、
パターンの像を基板の上へ投影する投影光学システムと、
基板の特性を測定する検査装置と、
を備え、前記検査装置が、
最適焦点面に対する基板の位置を表す焦点誤差信号を生成する焦点センサと、
焦点誤差信号に交流信号を与える変調器と、
交流信号が与えられた焦点誤差信号から焦点センサの利得を計算する利得決定回路と、を備える。

[0010] 本発明の一態様によれば、リソグラフィセルが提供され、このリソグラフィセルは、
基板に放射性感応性層を塗布する塗布装置と、
塗布装置によって塗布された基板の放射性感応性層へ像を露光するリソグラフィ装置と、
リソグラフィ装置によって露光された像を現像する現像装置と、
基板の特性を測定する検査装置と、
を備え、前記検査装置は、
最適焦点面に対する基板の位置を表す焦点誤差信号を生成する焦点センサと、
焦点誤差信号に交流信号を与える変調器と、
交流信号が与えられた焦点誤差信号から焦点センサの利得を計算する利得決定回路と、を備える。

[0011] 本発明の一態様によれば、デバイス製造方法が提供され、この方法は、
リソグラフィ装置を使用して基板にパターンを形成するステップと、
焦点センサ使用して、最適焦点面に対する基板の位置を表す焦点誤差信号を生成すること、
焦点誤差信号に交流信号を与えること、および
交流信号が与えられた焦点誤差信号から焦点センサの利得を計算することによって、形成されたパターンのパラメータに関連した値を決定するステップと、を含む。

[0012] 本発明の一態様によれば、ターゲットと基準との間の距離を測定する距離測定システムが提供され、このシステムは、
距離を表す値を含む信号を出力するセンサと、
既知のサイクリック関数に従って、センサで測定されるような距離を変える変調器と、
センサによって出力される信号および既知のサイクリック関数に応じて、これらから、ターゲットと基準の間の実際の距離と、信号の値との関係を決定するように構成された信号処理装置と、を備える。

[0013] 以下本発明の実施形態を、添付の模式的な図面を参照して、単なる例示として説明する。図面では、対応する参照符号は対応する部分を示している。

[0021] 図１は、リソグラフィ装置を模式的に示す。本装置は、
− 放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射またはＤＵＶ放射）を条件付け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を支持するように組み立てられ、かつ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付けするように構成された第１の位置決め装置ＰＭに接続された支持構造（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を保持するように組み立てられ、かつ特定のパラメータに従って基板を正確に位置付けするように構成された第２の位置決め装置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つまたは複数のチップを含む）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）ＰＬと、を含む。

[0022] 照明システムは、放射の誘導、成形、または制御を行うために、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型または他の型の光学部品、またはそれらの任意の組合せなどの様々な型の光学部品を含むことができる。

[0023] パターニングデバイスの向き、リソグラフィ装置の設計、および、例えばパターニングデバイスが真空環境中に保持されるか否かなどの他の条件に依存したやり方で、支持構造は、パターニングデバイスを保持する。支持構造は、機械技術、真空技術、静電技術または他のクランプ技術を使用して、パターニングデバイスを保持することができる。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、これは、必要に応じて固定されても、または可動であってもよい。支持構造は、パターニングデバイスが、例えば投影システムに対して所望の位置にあることを保証することができる。本明細書での「レチクル」または「マスク」という用語の使用はどれも、より一般的な用語「パターニングデバイス」と同義であると考えることができる。

[0024] 本明細書で使用される「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作るようなパターンを放射ビームの断面に与えるために使用することができる任意のデバイスを意味するものとして、広く解釈されるべきである。留意すべきことであるが、放射ビームに与えられたパターンは、例えばそのパターンが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を含む場合、基板のターゲット部分の所望のパターンに必ずしも正確に一致しない場合もある。一般に、放射ビームに与えられたパターンは、集積回路などのターゲット部分に作られるデバイスの特定の機能層に対応する。

[0025] パターニングデバイスは透過型または反射型であってもよい。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、およびプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィではよく知られており、マスクには、バイナリ、レベンソン型（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）位相シフト、およびハーフトーン型（Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ）位相シフトのようなマスクの型、並びに様々なハイブリッドマスクの型がある。プログラマブルミラーアレイの例は、小さなミラーのマトリックス配列を使用し、この小さなミラーの各々は、入射放射ビームを様々な方向に反射するように個々に傾けることができる。傾いたミラーが、ミラーマトリックスで反射された放射ビームにパターンを与える。

[0026] 本明細書で使用される「投影システム」という用語は、使用される露光放射または、液浸用液体の使用または真空の使用のような他の要素に適切であるような、屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁型および静電型の光学システム、またはこれらの任意の組合せを含んだ投影システムの任意の型を含むものとして広く解釈されるべきである。本明細書での「投影レンズ」という用語の使用はどれも、より一般的な用語「投影システム」と同義であると考えることができる。

[0027] ここで示すように、本装置は透過型である（例えば、透過マスクを使用する）。代わりに、本装置は反射型であってもよい（例えば、上で言及したような型のプログラマブルミラーアレイを使用するか、または反射マスクを使用する）。

[0028] リソグラフィ装置は、２個（デュアルステージ）またはもっと多くの基板テーブル（および／または２個またはもっと多くの支持構造）を有する型であってもよい。そのような「マルチステージ」機械では、追加のテーブルおよび／または支持構造は並列に使用することができ、または、１つまたは複数のテーブルおよび／または支持構造が露光に使用されている間に、１つまた複数の他のテーブルおよび／または支持構造で準備ステップを行うことができる。

[0029] リソグラフィ装置は、また、投影システムと基板の間のスペースを満たすように比較的高屈折率の液体、例えば水で基板の少なくとも一部が覆われることがある型のものであってもよい。液浸用の液体は、リソグラフィ装置の他のスペース、例えばマスクと投影システムの間にも使用されてもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を高めるために当技術分野ではよく知られている。本明細書で使用されるような「液浸」という用語は、基板などの構造物が液体中に沈められなければならいことを意味するのではなく、それどころか、露光中に投影システムと基板の間に液体があることを意味するだけである。

[0030] 図１を参照して、イルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。放射源およびリソグラフィ装置は別個の実体であってもよい。例えば、放射源がエキシマレーザであるとき、そうである。そのような場合、放射源は、リソグラフィ装置の一部を形成していると考えられず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダを含んだビームデリバリシステムＢＤを使用して、放射源ＳＯからイルミネータＩＬに送られる。他の場合には、放射源は、リソグラフィ装置の一体化部分であることがある。例えば、放射源が水銀ランプであるとき、そうである。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要な場合にはビームデリバリシステムＢＤと一緒にして、放射システムと呼ばれることがある。

[0031] 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アジャスタＡＤを含むことができる。一般に、イルミネータの瞳面内の強度分布の少なくとも外側および／または内側半径範囲（通常、σ−ｏｕｔｅｒ、σ−ｉｎｎｅｒとそれぞれ呼ばれる）を調整することができる。さらに、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯなどの様々な他の部品を含むことができる。イルミネータを使用して、断面内に所望の一様性および強度分布を持つように放射ビームを条件付けすることができる。

[0032] 放射ビームＢは、支持構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴに保持されたパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡに入射し、そして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ＭＡを通り抜けた放射ビームＢは、投影システムＰＬを通過し、この投影システムＰＬは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃに集束させる。第２の位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉デバイス、リニアエンコーダ、２−Ｄエンコーダまたは容量センサ）を使って、例えば放射ビームＢの経路の中に異なったターゲット部分Ｃを位置付けするように、基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。同様に、第１の位置決め装置ＰＭおよび他の位置センサ（図１にはっきり示されていない）を使用して、例えばマスクライブラリから機械的に取り出した後で、またはスキャン中に、放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイスＭＡを正確に位置付けすることができる。一般に、支持構造ＭＴの移動は、第１の位置決め装置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）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）を使って実現することができる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２の位置決め装置ＰＷの部分を形成するロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールを使用して実現することができる。ステッパ（スキャナに対して）の場合には、支持構造ＭＴは、ショートストローク用アクチュエータだけに接続されてもよく、または、固定されてもよい。パターニングデバイスＭＡと基板Ｗは、パターニングデバイスアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。図示のような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るが、これらの専用ターゲット部分は、ターゲット部分とターゲット部分の間のスペースに位置付けすることができる（これらの専用ターゲット部分は、スクライブラインアライメントマークとして知られている）。同様に、２以上のチップがパターニングデバイスＭＡに設けられた状況では、パターニングデバイスアライメントマークはチップ間に位置付けされることがある。

[0033] 図示の装置は、下記のモードのうちの少なくとも１つで使用することができる。

[0034] １．ステップモードでは、支持構造ＭＴおよび基板テーブルＷＴは基本的に静止状態に保たれるが、一方で、放射ビームに与えられた全パターンは一度にターゲット部分Ｃに投影される（すなわち、単一静的露光）。次に、異なるターゲット部分Ｃが露光されるように、基板テーブルＷＴはＸ方向および／またはＹ方向にシフトされる。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、単一静的露光で像が形成されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。

[0035] ２．スキャンモードでは、放射ビームに与えられたパターンがターゲット部分Ｃに投影されている間に、支持構造ＭＴおよび基板テーブルＷＴは同期してスキャンされる（すなわち、単一動的露光）。支持構造ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＬの拡大（縮小）および像反転特性によって決定されることがある。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、単一動的露光でのターゲット部分の（非スキャン方向の）幅が制限されるが、スキャン移動の長さによってターゲット部分の（スキャン方向の）縦幅が決定される。

[0036] ３． 他のモードでは、支持構造ＭＴは、プログラマブルパターニングデバイスを保持して基本的に静止状態に保たれ、そして基板テーブルＷＴは、放射ビームに与えられたパターンがターゲット部分Ｃに投影されている間、動かされるか、スキャンされる。このモードでは、一般に、パルス放射源が使用され、そしてプログラマブルパターニングデバイスは、基板テーブルＷＴの各移動の後で、またはスキャン中に連続した放射パルスの間で、必要に応じて更新される。この動作モードは、先に言及したような型のプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクレスリソグラフィに容易に応用することができる。

[0037] 上述の使用モードの組合せおよび／または変形、または全く異なる使用モードを使用することもできる。

[0038] 図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、時にはリソセルまたはリソクラスタと呼ばれることもあるリソグラフィセルＬＣの一部を形成し、このリソグラフィセルは、また、基板に対して１つまたは複数の露光前および露光後プロセスを行うための装置を含む。従来、これらの装置は、レジスト層を堆積させるための１つまたは複数のスピンコータＳＣ、露光されたレジストを現像するための１つまたは複数の現像装置ＤＥ、１つまたは複数の冷却プレートＣＨおよび１つまたは複数のベーキングプレートＢＫを含む。基板ハンドラ、すなわちロボットＲＯが、入力／出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を摘み上げ、異なるプロセスデバイスの間で移送し、次にリソグラフィ装置のローディングベイＬＢに送り込む。しばしば一括してトラックと呼ばれるこれらのデバイスはトラック制御ユニットＴＣＵの制御を受け、このトラック制御ユニットＴＣＵ自体は監督制御システムＳＣＳによって制御され、この監督制御システムＳＣＳは、また、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。こうようにして、処理能力および処理効率を最大限にするように異なる装置を動作させることができる。

[0039] リソグラフィ装置によって露光される基板が適正に首尾一貫して露光されるために、続いて生じる層と層の間のオーバーレイエラー、線の太さ、クリティカルな寸法（ＣＤ）などのような１つまたは複数の特性を測定するように露光された基板を検査することが望ましい。誤差が検出された場合、特に、同じバッチの他の基板がまだ露光されないほど十分に早く迅速に検査を行うことができれば、１つまたは複数の次の基板の露光のために調整を行うことができる。また、既に露光された基板は、（歩留まりを改善するために）剥離してリワークすることができ、または廃棄することができ、それによって、欠陥があると分かっている基板に露光を行わないようにすることができる。基板のいくつかのターゲット部分だけに欠陥のある場合には、良好なターゲット部分に対してだけ、さらに他の露光を行うことができる。他の可能性は、誤差を補償するようにその後のプロセスステップの設定を適合させることであり、例えば、リソグラフィプロセスステップに起因する基板間のＣＤばらつきを補償するように、トリミングエッチステップの時間を調整することができる。

[0040] 基板の１つまたは複数の特性を決定するために、特に、異なる基板または同じ基板の異なる層の１つまたは複数の特性が層ごとにおよび／または基板全体にわたってどのように変化するかを決定するために、検査装置が使用される。検査装置は、リソグラフィ装置ＬＡまたはリソセルＬＣに一体化されることもあり、または独立型のデバイスであることもある。最も速い測定を可能にするためには、露光されたレジスト層の１つまたは複数の特性を露光直後に検査装置で測定することが望ましい。しかし、レジストの潜像はコントラストが非常に小さく（放射に既にさらされたレジストの部分とさらされていない部分の間の屈折率の差は、ほんの非常に小さな差にすぎない）、全ての検査装置が潜像について有用な測定を行うことができるほど十分な感度を有しているわけではない。したがって、測定は、露光後ベーキングステップ（ＰＥＢ）の後に行われることがあり、この露光後ベーキングステップは、通常、露光済み基板に対して行われる最初のステップであり、レジストの露光済み部分と未露光部分の間のコントラストを高める。この段階で、レジストの像は、半潜在性であると呼ばれることがある。また、現像されたレジスト像（この時点では、レジストの露光済み部分か未露光部分かのどちらかが除去されている）の測定を行うか、またはエッチングのようなパターン転写ステップ後に測定を行うことが可能である。後者の可能性は、欠陥のある基板をリワークする可能性を制限するが、依然として、例えばプロセス制御の目的のために有用な情報を提供することができる。

[0041] 図３は、本発明の実施形態に従ったスキャトロメータＳＭ１を示す。スキャトロメータＳＭ１は、放射を基板６に投影する広帯域（白色）放射投影機２を備える。反射された放射は、スキャトロメータディテクタ４に送られ、このディテクタ４は、鏡面反射放射のスペクトル１０を測定する（すなわち、波長の関数としての強度測定）。このデータから、処理ユニットＰＵによって、例えば、厳密結合波分析および非線形回帰によって、または図３の下部に示されるようなシミュレートされたスペクトルのライブラリとの比較によって、検出スペクトルを生じさせる構造または外形が復元される。一般に、復元に関して、構造の概略の形は知られており、その構造が作られたプロセスについての情報からいくつかのパラメータが推定され、その構造の少数のパラメータだけがスキャトロメータデータから決定されるべく残されている。そのようなスキャトロメータは、垂直入射スキャトロメータまたは斜め入射スキャトロメータとして構成されてもよい。スキャトロメータは、図４に関連して以下で説明されるものと同等な焦点検出ブランチ（図面に示されていない）を含む。

[0042] 本発明の実施形態に従った他のスキャトロメータＳＭ２が図４に示されている。このデバイスでは、放射源２で放射された放射は、干渉フィルタ１３および偏光子１７を通してレンズシステム１２を使用して集束され、部分反射面１６またはより一般にはビームスプリッタ１６によって反射され、さらに顕微鏡対物レンズ１５によって基板Ｗに集束される。この顕微鏡対物レンズ１５は、望ましくは少なくとも０．９または少なくとも０．９５の高開口数（ＮＡ）である。液浸スキャトロメータは、１を超える開口数のレンズを含むことさえある。反射された放射は、次に、部分反射面１６を透過してディテクタ１８に入り、散乱スペクトルが検出されるようになる。ディテクタは、レンズ１５の焦点距離にある後方投影瞳面１１に位置付けされてもよいが、代わりに、補助光学系（図示されない）を用いて瞳面の像がディテクタ上に逆に形成されてもよい。瞳面は、放射の半径方向位置が入射角を決め、かつその角度位置が放射の方位角を決めている面である。基板ターゲットの２次元角度散乱スペクトル（すなわち、散乱角の関数としての強度測定）を測定することができるために、ディテクタは、望ましくは、２次元ディテクタである。ディテクタ１８は、例えば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサのアレイであってもよく、また、例えば、１フレーム当たり４０ミリ秒の積分時間を持ってもよい。

[0043] 例えば、入射放射の強度を測定するために、基準ビームが使用されることが多い。これを行うために、放射ビームが部分反射面１６に入射したとき、その放射ビームの一部は、基準ビームとして、基準ミラー１４の方に向かってその反射面を透過する。この基準ビームは、次に、同じディテクタ１８の異なる部分に投影される。

[0044] 関心のある波長を例えば４０５〜７９０ｎｍまたはさらに小さく２００〜３００ｎｍのような範囲に選ぶために、１つまたは複数の干渉フィルタ１３が利用可能である。干渉フィルタは、一組の様々なフィルタを備えるのではなく調整可能であってもよい。１つまたは複数の干渉フィルタの代わりに、または１つまたは複数の干渉フィルタに加えて、回折格子が使用されるかもしれない。

[0045] ディテクタ１８は、単一波長（または、狭い波長範囲）の散乱放射の強度、複数の波長の個々の強度、または、ある波長範囲にわたって積分された強度を測定することができる。さらに、ディテクタは、ＴＭ偏光放射およびＴＥ偏光放射の強度および／またはＴＭ偏光放射とＴＥ偏光放射の位相差を別々に測定することができる。

[0046] 広帯域放射源２（すなわち、放射周波数すなわち波長の広い範囲を含むもの−したがって複数の色からなる）を使用することが可能であり、このことは、複数波長の混合を可能にする大きなエタンデュ（ｅｔｅｎｄｕｅ）を与える。望ましくは、広帯域中の複数の波長は、各々、δλの帯域幅および少なくとも２δλ（すなわち、波長帯域幅の２倍）の間隔を有する。いくつかの放射「源」は、例えばファイバ束を使用して分割された、拡大された放射源の異なる部分であってもよい。このようにして、角度分解散乱スペクトルは、複数波長で同時に測定されてもよい。２Ｄスペクトルよりも多くの情報を含む３Ｄスペクトル（波長および２つの異なる角度）が測定されてもよい。これによって、計測プロセスの耐性を高めるより多くの情報が測定されるようになる。このことは、米国特許出願公開第２００６−００６６８５５号により詳細に記載されており、この文献は、これによって、その全体が参照して組み込まれる。

[0047] 上で説明されたどのスキャトロメータでも、基板Ｗのターゲットは、現像後に固体レジスト線のバーが形成されるようにプリントされた回折格子であってもよい。これらのバーは、代わりに、基板にエッチングされてもよい。ターゲットパターンは、焦点、ドーズ量、オーバーレイ、リソグラフィ投影装置の色収差などのような関心のあるパラメータに対して敏感であるように選ばれ、その結果、関連したパラメータの変化がプリントされたターゲットの変化として現れるようになる。例えば、ターゲットパターンは、リソグラフィ投影装置、特に投影システムＰＬの色収差および照明対称性に対して敏感であることがあり、そのような収差の存在は、プリントされたターゲットパターンの変化に現れる。したがって、プリントされたターゲットパターンのスキャトロメータデータは、ターゲットパターンを復元するために使用される。線の幅および形などのターゲットパターンのパラメータは、プリントステップおよび／または他のスキャトロメータプロセスについての情報から、処理ユニットＰＵによって行われる復元プロセスに入力されてもよい。

[0048] スキャトロメータＳＭの焦点が適切に合っているかどうかの検出を可能にするために、焦点検出ブランチ２０が設けられている。焦点検出ブランチは、主測定ビームの一部を焦点検出ブランチに向けるための第２のビームスプリッタ２１、向けられたビームをナイフエッジ２３に近接した中間焦点に集束させるためのレンズまたは光学システム２２、および中間焦点の後の発散ビームの経路中の分割ディテクタ２７を備える。焦点検出ブランチの動作は、焦点検出ブランチの部分を拡大したものである図５および６を参照して説明することができる。

[0049] 図５に示されるように、基板Ｗが正しい焦点にある場合に、光学システム２２で作られる中間焦点がナイフエッジ２３にちょうど近接するようにスキャトロメータの光学部品は設定されているので、その結果、ビームの放射は全く遮られることがなく、分割ディテクタ２７の２つの半分２７Ａ、２７Ｂが同じ量の放射を受け取るようになる。分割ディテクタの出力信号Ｓ１、Ｓ２はサーボおよび制御回路２６で引き算され、正しい焦点の場合にゼロ誤差信号を与える。しかし、図６に示されるように、基板Ｗが焦点からずれている場合、光学システム２２によって形成される中間焦点は軸方向にシフトして、等しくない量の放射が分割ディテクタ２７の２つの半分に当たるようにビームの一部がナイフエッジ２３によって遮られる。２つの信号Ｓ１とＳ２の引き算で、基板Ｗがどの方向に焦点からずれているかを基本的に示す符号を含む非ゼロ誤差信号が与えられる。

[0050] 基板Ｗを焦点に合わせるように対物レンズ１５および基板Ｗの相対的な位置を制御するために、簡単な帰還ループが使用されてもよい。しかし、そのような帰還ループを正しく機能させるには、誤差信号の利得についての情報を必要とする。この利得は、較正によって決定されてもよいが、時がたつにつれてドリフトすることがあり、１つまたは複数の試験基板を使用して得られた較正値は、実際のプロセス基板に有効でないことがある。

[0051] 本発明の実施形態に従って利得を決定するために、特定の実施形態では焦点検出ブランチの光軸に沿った振動運動をナイフエッジ２３に与えることによって、知られた変調が装置の焦点に加えられる。例えば、圧電アクチュエータ、ボイスコイル、リニアモータ、またはカム付き回転モータであってもよいアクチュエータ２４は、この目的のためにサーボおよび制御回路２６によって制御される。制御回路は、また、図７に示されるようなサーボシステムに影響を及ぼす。

[0052] サーボシステム３０において、分割ディテクタ２７からの出力信号Ｓ１、Ｓ２は引き算され、この差がそれらの和で割られて正規化誤差信号ｅが生成される。この信号は２つの成分を含み、１つは実際の焦点誤差に比例し、これは、一般に、定数であるか、または低周波で変化するだけであり、第２の成分は、ナイフエッジを振動させることによって引き起こされる変調に比例する。正規化誤差信号ｅは、第１の乗算器３３および帯域通過または低域通過フィルタ３２に送られる。フィルタ３２のカットオフ周波数は、ナイフエッジ２３の振動によって生じた変調およびどんな高周波雑音も誤差信号ｅから除去するように設定されている。第１の乗算器３３は、例えば周波数ωの単純な正弦波の変調信号の微分係数を未フィルタ処理誤差信号に掛けて、センサ２７の利得である微分

を得る。次に、これにフィルタ処理された誤差信号ｅを掛けて、対物レンズ１５と基板Ｗの相対的な位置を補正するために使用することができる基本的な焦点誤差Δｚが得られる。

[0053] 本発明の実施形態の有利点は、図８および９を参照することによって理解することができる。通常の環境では、デフォーカスの関数としての焦点誤差信号ｅは、図８に示される通りである。最良焦点面に近い領域では、信号は、点線で示される正の傾きを持ったほぼ直線である。しかし、強い一次の回折を含む測定ターゲットは、異なる挙動を引き起こすことがあり、極端な場合には、最良焦点面の近くの応答の傾きが、図９に示されるように反対向きになることがある。簡単な帰還ループは、そのような極端な場合に正しい位置を決定せず、また、応答の傾きが正しい符号であるが予期されたものと異なっているとき、ただゆっくり決定するだけであり、測定装置の処理能力を低下させる。本発明の実施形態では、焦点誤差応答の傾きが反対向きになった場合でも、焦点誤差応答の傾きが決定され、焦点誤差は素早く補正できる。

[0054] 本発明の１つの実施形態では、変調の振幅は、スキャトロメータＳＭの測定を妨害しないように、さらに焦点誤差応答曲線のほぼ直線範囲を越えないように十分小さい。もっと大きな振幅の変調を使用して測定が行われる前に変調をオフにすることも可能であり、利得はメモリまたはバッファに格納される。大抵の場合、スキャトロメータの測定が行われるのに要する時間の間、利得は変化しない。測定ターゲットを見つけるためにスキャトロメータが基板全体にわたって走査されている間（逆の場合も同じ）、変調をオフにすることも可能である。これによって、利得を急速に変えて、不安定を引き起こすことを回避することができる。また、出来そこないのターゲットなどの異常事態の標識として本発明の実施形態の利得測定を使用ことができる。

[0055] この変調の周波数は、望ましくは、サーボ制御ループの帯域幅よりも高く、この帯域幅は、例えば３０Ｈｚである。特定の実施形態では、変調の周波数は、焦点誤差補正機構の最高固有または共振周波数の倍数であるように設定されてもよい。したがって、変調の周波数は、６０Ｈｚ、９０Ｈｚ、１２０Ｈｚまたは１５０Ｈｚ以上であってもよい。

[0056] 上で説明された実施形態では、焦点の変調は、ナイフエッジ２３を動かすことによって達成される。センサ２７、光学システム２２、対物レンズ１５、基板Ｗ、非点収差レンズ、またはピンホールなどの１つまたは複数の他の部品を、都合のよいように動かすことが、同様に、または代わりに可能である。また、光路の適切な点で可変位相遅延を生じさせることによって、例えば、平面板または光学くさびを回転するか、または選択的にビーム中に挿入することによって、適切な変調が達成されてもよい。いくつかの用途では、電気光学変調器またはポッケルスセルが適切であることがある。

[0057] 本発明の実施形態の原理は、また、他の型の焦点センサ（例えば、共焦点センサ、非点収差センサ、三角測量センサ）、他のデバイスの焦点センサ、リソグラフィ装置のオフラインレベルセンサなどの他の光学および非光学距離センサに応用されてもよい。

[0058] オフラインレベルセンサでは、露光されるべき基板の上面の高さのばらつきが、レベルセンサの下で基板をスキャンすることによって測定される。最適精度のために、基板の垂直（ｚ）位置および傾きは、基板がスキャンされるときに、基板の上面を高さセンサのゼロまたは基準レベルに維持するように制御され、そして、基板表面を基準レベルに維持するために必要な基板テーブルの動きから、高さのばらつきが決定される。しかし、そのような方法では、垂直および傾き運動のためにスキャンの速度が制限される。したがって、垂直および傾き運動はただ基板表面を直線範囲に保つだけでよく、それでいっそう速いスキャン速度を適合させることができるように、例えば較正によって、レベルセンサに直線範囲を与えることが望ましい。そのような構成の問題は、レベルセンサの直線範囲の較正が基準基板を使用して行われ、それで、プロセス層の影響のために実際の製造基板に対してその較正が有効でない可能性があることである。

[0059] 本発明の実施形態をそのようなレベルセンサに応用することによって、レベルセンサは、事実上、高さおよび傾き測定が行われるのと同時に較正されることがあり、製造基板と基準基板の差によって生じるどんな誤差も避けられる。したがって、基板がセンサに対してスキャンされるときの基板の高さ変化よりも高い周波数での変調が、高さ測定に使用される。知られた変調が、レベルセンサの利得を決定するために使用され、下にある基板の外形の測定を可能にするようにフィルタ除去される。変調は、様々なやり方で加えられてもよい。すなわち、基板テーブルの運動によって、折返しミラーまたは回折格子のようなレベルセンサの部品の運動によって、ディテクタの運動によって、平面板または光学くさびの運動および／または挿入によって、または、電気光学変調器またはポッケルスセルによって加えられてもよい。

[0060] 空気マイクロメータまたは容量センサなどの非光学センサでは、センサヘッドまたはターゲットを動かすことによって、知られた変調が加えられてもよい。上で述べたように、変調は、センサの測定範囲内で、かつセンサで検出できるがターゲットの運動と区別できるように予想されるターゲットの運動と十分に異なった周波数でなければならない。

[0061] この明細書では、ＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及することがあるが、本明細書で説明されたリソグラフィ装置には、集積光システム、磁気ドメインメモリの誘導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、その他の製造などの他の用途がある可能性があることは理解すべきである。当業者は理解することであろうが、そのような他の用途の背景では、本明細書での用語「ウェーハ」または「チップ」の使用はどれも、より一般的な用語「基板」または「ターゲット部分」とそれぞれ同義であると考えることができる。本明細書で参照される基板は、例えばトラック（一般にレジスト層を基板に塗布し、さらに露光されたレジストを現像するツール）、メトロロジツール、および／またはインスペクションツールで、露光前または後に処理することができる。応用可能な場合、本明細書の開示は、そのようなおよび他の基板処理ツールに応用することができる。さらに、基板は、例えば多層ＩＣを作るために一度より多く処理されることがあるので、本明細書で使用される基板という用語は、複数の処理された層を既に含む基板も意味することができる。

[0062] 光リソグラフィの背景で本発明の実施形態の使用について特に言及された可能性があるが、理解されることであろうが、本発明は他の用途、例えばインプリントリソグラフィで使用されてもよく、背景が許す場合、光リソグラフィに限定されない。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスのトポグラフィが、基板に作られるパターンを画定する。パターニングデバイスのトポグラフィが、基板に供給されたレジスト層の中に押し込まれることがあり、それからレジストは、電磁放射、熱、圧力またはこれらの組合せを加えることによって硬化される。パターニングデバイスは、レジストから外に移動され、レジストが硬化された後でレジストにパターンが残る。

[0063] 本明細書で使用される用語「放射」および「ビーム」は、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、約３６５、３５５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの波長を有する）および極端紫外線（ＥＵＶ）放射（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、並びにイオンビームまたは電子ビームなどの粒子ビームを含んだ、全ての種類の電磁放射を包含する。

[0064] 用語「レンズ」は、背景が許す場合、屈折、反射、磁気、電磁および静電光学部品を含んだ様々な種類の光学部品のどれか１つまたは組合せを意味することができる。

[0065] 本発明の特定の実施形態を上で説明したが、理解されることであろうが、本発明は説明されたのと違ったやり方で実施されてもよい。例えば、本発明は、先に開示されたような方法を記述する機械読取可能命令の１つまたは複数のシーケンスを含んだコンピュータプログラム、または格納されたそのようなコンピュータプログラムを有するデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気ディスクまたは光ディスク）の形を取ることができる。

[0066] 上述の説明は、例示であり制限しない意図である。したがって、当業者には明らかなことであろうが、明らかにされた特許請求の範囲の範囲から逸脱することなしに、説明されたような本発明に修正が行われることがある。

[0014]リソグラフィ装置を示す図である。 [0015]リソグラフィセルまたはクラスタを示す図である。 [0016]第１のスキャトロメータを示す図である。 [0017]第２のスキャトロメータを示す図である。 [0018]フーコーナイフエッジの動作原理を示す図である。 [0018]フーコーナイフエッジの動作原理を示す図である。 [0019]サーボ制御ループを示す図である。 [0020]異なる状況でのデフォーカスに対する焦点誤差信号を示すグラフである。 [0020]異なる状況でのデフォーカスに対する焦点誤差信号を示すグラフである。

Claims (12)

1. 基板の特性を測定する検査装置であって、
   最適焦点面に対する前記基板の位置を表す焦点誤差信号を生成する焦点センサと、
   ナイフエッジに振動運動を与えて前記焦点センサのフォーカス状態に変調を与えるアクチュエータと、
   前記変調が与えられた状態で生成される前記焦点誤差信号に対して、所定の周波数の変調信号の微分係数を掛けて、前記焦点センサの利得を計算する利得決定回路と、
   前記焦点誤差信号をフィルタ処理して、ナイフエッジによって生じた前記変調を除去するフィルタと、
   前記利得決定回路の出力信号と前記フィルタの出力信号を掛けて、前記基板の前記位置を調整するための焦点誤差を得る乗算器と、
   を備える、検査装置。
2. 前記焦点センサが、光センサである、請求項１に記載の装置。
3. 前記焦点誤差に応じて前記基板の前記位置を調整するサーボ回路をさらに備える、請求項１に記載の装置。
4. 前記検査装置が前記基板の特性を測定している間は前記変調を与えないように前記アクチュエータを制御する制御回路と、前記利得決定回路によって計算された前記利得の少なくとも１つの値を格納するメモリとをさらに備える、請求項１に記載の装置。
5. 前記検査装置が、スキャトロメータである、請求項１に記載の装置。
6. 前記検査装置が、レベルセンサである、請求項１に記載の装置。
7. 基板の特性を測定する方法であって、
   焦点センサを使用して、最適焦点面に対する前記基板の位置を表す焦点誤差信号を生成するステップと、
   ナイフエッジに振動運動を与えて前記焦点センサのフォーカス状態に変調を与えるステップと、
   前記変調が与えられた状態で生成される前記焦点誤差信号に対して、所定の周波数の変調信号の微分係数を掛けて、前記焦点センサの利得を計算するステップと、
   前記焦点誤差信号をフィルタ処理して、ナイフエッジによって生じた前記変調を除去するステップと、
   前記焦点センサの利得と前記フィルタ処理された前記焦点誤差信号を掛けて、前記基板の前記位置を調整するための焦点誤差を得るステップと、
   を含む、方法。
8. 前記焦点誤差に応じて前記基板の前記位置を調整するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記変調を与える前記ステップが、前記基板の特性を測定している間は行われず、さらに、前記計算された利得の少なくとも１つの値を格納するステップを含む、請求項７に記載の方法。
10. パターンを照射する照明光学システムと、
    前記パターンの像を基板の上へ投影する投影光学システムと、
    基板の特性を測定する検査装置と、
    を備え、前記検査装置が、
    最適焦点面に対する前記基板の位置を表す焦点誤差信号を生成する焦点センサと、
    ナイフエッジに振動運動を与えて前記焦点センサのフォーカス状態に変調を与えるアクチュエータと、
    前記変調が与えられた状態で生成される前記焦点誤差信号に対して、所定の周波数の変調信号の微分係数を掛けて、前記焦点センサの利得を計算する利得決定回路と、
    前記焦点誤差信号をフィルタ処理して、ナイフエッジによって生じた前記変調を除去するフィルタと、
    前記利得決定回路の出力信号と前記フィルタの出力信号を掛けて、前記基板の前記位置を調整するための焦点誤差を得る乗算器と、
    を備える、リソグラフィ装置。
11. 基板に放射性感応性層を塗布するように構成された塗布装置と、
    前記塗布装置によって塗布された前記基板の前記放射性感応性層へ像を露光するリソグラフィ装置と、
    前記リソグラフィ装置によって露光された像を現像する現像装置と、
    基板の特性を測定するように構成された検査装置と、
    を備え、前記検査装置が、
    最適焦点面に対する前記基板の位置を表す焦点誤差信号を生成する焦点センサと、
    ナイフエッジに振動運動を与えて前記焦点センサのフォーカス状態に変調を与えるアクチュエータと、
    前記変調が与えられた状態で生成される前記焦点誤差信号に対して、所定の周波数の変調信号の微分係数を掛けて、前記焦点センサの利得を計算する利得決定回路と、
    前記焦点誤差信号をフィルタ処理して、ナイフエッジによって生じた前記変調を除去するフィルタと、
    前記利得決定回路の出力信号と前記フィルタの出力信号を掛けて、前記基板の前記位置を調整するための焦点誤差を得る乗算器と、
    を備える、リソグラフィセル。
12. リソグラフィ装置を使用して基板にパターンを形成すること、
    焦点センサを使用して、最適焦点面に対する前記基板の位置を表す焦点誤差信号を生成すること、
    ナイフエッジに振動運動を与えて前記焦点センサのフォーカス状態に変調を与えること、および
    前記変調が与えられた状態で生成される前記焦点誤差信号に対して、所定の周波数の変調信号の微分係数を掛けて、前記焦点センサの利得を計算すること、
    前記焦点誤差信号をフィルタ処理して、ナイフエッジによって生じた前記変調を除去すること、
    前記焦点センサの利得と前記フィルタ処理された前記焦点誤差信号を掛けて、前記基板の前記位置を調整するための焦点誤差を得ること、
    を含む、デバイス製造方法。

Images