JP4660533B2 - スキャトロメータ、及びフォーカス分析方法 - Google Patents

スキャトロメータ、及びフォーカス分析方法 Download PDF

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Description

[0001] 本発明は、例えばリソグラフィ技術を使用したデバイス製造に有用なインスペクション方法、及び、リソグラフィ技術を使用したデバイス製造方法に関する。
[0002] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板上、通常は基板のターゲット部分上に付与する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に用いることができる。その場合、ＩＣの個々の層上に形成される回路パターンを生成するために、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用いることができる。このパターンは、基板（例えば、シリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば、ダイの一部、又は１つ以上のダイを含む）に転写することができる。通常、パターンの転写は、基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）層上への結像によってなされる。一般には、単一の基板が、連続的にパターニング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。既知のリソグラフィ装置としては、ターゲット部分上にパターン全体を一度に露光することにより各ターゲット部分を照射する、いわゆるステッパ、及び、放射ビームによってある特定の方向（「スキャン」方向）にパターンをスキャンすると同時にこの方向に平行又は逆平行に基板をスキャンすることにより各ターゲット部分を照射する、いわゆるスキャナが含まれる。また、パターンを基板上に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。
[0003] アライメントなど基板の特徴を判断するため、ビームは基板表面（例えばアライメントターゲット）で反射され、反射されたビームのカメラ上にイメージが形成される。ビームの特性を基板反射の前後で比較することにより、基板の特性を判断することができる。この判断は、例えば、反射されたビームを、既知の基板特性に関する既知の測定値ライブラリに保存されたデータと比較することにより、実現できる。
[0004] パターンのフィーチャを検出する際、そのパターンが光学部品の焦点面内にあることが重要である。基板上のパターンに焦点が合っているか否かを判断する既存の方法としては、欧州特許第１６２８１６４号に記載された、いわゆる「ナイフエッジ」と呼ばれる方法がある。しかし、この方法は煩雑で、かつ複雑な部品を必要とする。
[0005] したがって、基板に焦点が合っているか否かを検出するための別の方法及び装置を提供することが望ましい。
本発明の一態様によると、基板の特性を測定するためのスキャトロメータが提供され、このスキャトロメータは、放射を投影するように構成された放射プロジェクタと、前記放射を前記基板上に投影するように構成された高開口数レンズと、第一所定値以上の強度を有する反射した前記放射の断面エリアを検出するように構成された第一ディテクタと、第二所定値以上の強度を有する前記反射した放射の断面エリアを検出するように構成された第二ディテクタと、を備え、前記高開口数レンズは、前記基板から反射した放射を、前記高開口数レンズの後側焦点面に向けて又は前記高開口数レンズの前側焦点面の共役に向けて投影し、前記第一ディテクタ及び前記第二ディテクタの配置は、前記第一ディテクタが前記高開口数レンズの後側焦点面の手前、つまり前記高開口数レンズと前記高開口数レンズの後側焦点面との間に位置し、前記第二ディテクタが前記高開口数レンズの後側焦点面の後ろに位置するような配置とするか、又は、前記第一ディテクタが前記高開口数レンズの前記前側焦点面の共役の手前、つまり前記高開口数レンズと前記高開口数レンズの前側焦点面の共役との間に位置し、前記第二ディテクタが前記高開口数レンズの前側焦点面の共役の後ろに位置するような配置とする。
本発明の別の態様によると、リソグラフィ基板の表面の高さを測定するための測定装置であって、放射ビームを生成するように構成された放射源と、前記放射ビームの焦点面を前記基板に対して移動させるように構成された可動対物レンズと、前記基板から反射した集束放射を通過させるように構成されたアパーチャと、前記アパーチャを通過した前記放射を検出するように構成されたディテクタと、を備える、測定装置が提供される。
本発明のまた別の態様によると、基板がレンズの焦点面内にあるか否かを検出するためのフォーカス分析方法であって、放射プロジェクタを使用して、放射を高開口数レンズを介して前記基板上へ投影する工程と、前記基板から反射して前記高開口数レンズを通過した、第一所定値以上の強度を有する前記放射の第一断面エリアを検出する工程と、前記基板から反射して前記高開口数レンズを通過した、第二所定値以上の強度を有する前記放射の第二断面エリアを検出する工程と、を備え、前記反射した放射ビームの前記第一断面エリアを検出する前記第一工程では、前記高開口数レンズと、前記高開口数レンズの後側焦点面又は前記高開口数レンズの前側焦点面の共役との間の前記放射ビームを検出し、前記反射した放射ビームの前記第二断面エリアを検出する工程では、前記高開口数レンズの後側焦点面の後ろ側、又は、前記高開口数レンズの前側焦点面の共役の後ろ側で、前記反射した放射ビームを検出する、工程が提供される。
本発明のさらに別の態様によると、リソグラフィ基板の表面の高さを測定する方法であって、前記放射ビームの焦点面を前記基板に対して移動させるための可動対物レンズを使用して放射ビームを生成する工程と、前記基板から反射した放射に、集束放射が通過できるように構成されたアパーチャを通過させる工程と、前記アパーチャを通過した前記放射を検出する工程と、を備える方法が提供される。
本発明のさらに別の態様によると、上述したフォーカス分析方法を備えるデバイス製造方法が提供される。
上記フォーカス分析方法は制御システムを使用して実行してもよい。
[0008] 以下、添付の概略図面を参照しながら、単なる例として、本発明の実施形態を説明する。図面において、同じ参照符号は同じ部分を示す。
[00019] 図１ａは、本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置の概略図である。このリソグラフィ装置は、
[00020] 放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射又はＥＵＶ放射）を調整するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、
[00021] 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、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決めするように構成された第一ポジショナＰＭに連結された、サポート構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴと、
[00022] 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、かつ、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二ポジショナＰＷに連結された、基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴと、
[00023] パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付け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）上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、を備える。
[00024] 照明システムは、放射を誘導、形成、又は制御するため、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、又はその他の型の光コンポーネント、あるいはそれらのあらゆる組合せ等の様々な種類の光コンポーネントを含むことができる。
[00025] サポート構造は、パターニングデバイスを支持する、即ち、パターニングデバイスの重みを支えるものである。サポート構造は、パターニングデバイスの配向、リソグラフィ装置の設計、及び、例えば、パターニングデバイスが真空環境内で保持されるか否かなどといった他の条件に応じた態様で、パターニングデバイスを保持する。サポート構造は、機械式、真空式、静電式又はその他のクランプ技術を使って、パターニングデバイスを保持することができる。サポート構造は、例えば、必要に応じて固定又は可動式にすることができる架台又はテーブルであってよい。サポート構造は、パターニングデバイスを、例えば、投影システムに対して所望の位置に確実に配置することができる。本明細書で使用される「レチクル」又は「マスク」という用語はすべて、より一般的な「パターニングデバイス」という用語と同義であると考えてよい。
[00026] 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内にパターンを創出する等の目的で放射ビームの断面にパターンを付ける際に使用できるあらゆるデバイスを指していると広く解釈されるべきである。なお、放射ビームに付けられたパターンは、例えば、そのパターンが位相シフトフィーチャ又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内の所望のパターンに正確に一致しない場合もある。通常、放射ビームに付けられたパターンは、集積回路等の、ターゲット部分内に作り出されるデバイス内の特定機能層に対応することになる。
[00027] パターニングデバイスは、透過型又は反射型であってよい。パターニングデバイスの例としては、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パネルが挙げられる。マスクは、リソグラフィでは公知であり、バイナリ、レベンソン型（alternating）位相シフト、及びハーフトーン型（attenuated）位相シフトなどのマスクタイプ、並びに、各種ハイブリッドマスクタイプを含む。プログラマブルミラーアレイの一例では、小型ミラーのマトリックス配置を採用しており、各小型ミラーは、入射する放射ビームを様々な方向へ反射させるように、個別に傾斜させることができる。傾斜されたミラーは、ミラーマトリックスによって反射される放射ビームにパターンを付ける。
[00028] 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にとって、あるいは液浸液の使用又は真空の使用といった他の要因にとって適切な、屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁型、及び静電型光学システム、又はそれらのあらゆる組合せを含むあらゆるタイプの投影システムを包含していると広く解釈されるべきである。本明細書で使用される「投影レンズ」という用語はすべて、より一般的な「投影システム」という用語と同義であると考えてよい。
[00029] 本明細書に示されているとおり、リソグラフィ装置は、透過型のもの（例えば、透過型マスクを採用しているもの）である。また、リソグラフィ装置は、反射型のもの（例えば、上述のタイプのプログラマブルミラーアレイ又は反射マスクを採用しているもの）であってもよい。
[00030] リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のマスクテーブル）を有するタイプのものであってよい。そのような「マルチステージ」装置においては、追加のテーブルを並行して使うことができ、あるいは、予備工程を１つ以上のテーブルで実施しつつ、別の１つ以上のテーブルを露光に使用することもできる。
[00031] また、リソグラフィ装置は、投影システムと基板の間の空間を満たすように、比較的高い屈折率を有する液体、例えば、水によって基板の少なくとも一部を覆うことができるタイプのものであってもよい。さらに、リソグラフィ装置内の別の空間、例えば、マスクと投影システムの間、に液浸液を加えてもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させる技術においてよく知られている。本明細書で使用される「液浸」という用語は、基板のような構造を液体中に沈めなければならないという意味ではなく、単に、露光中、投影システムと基板の間に液体があるということを意味するものである。
[00032] 図１ａ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。例えば、放射源がエキシマレーザである場合、放射源とリソグラフィ装置は、別々の構成要素であってよい。そのような場合には、放射源は、リソグラフィ装置の一部を形成しているとはみなされず、また、放射ビームは、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへ、例えば、適切な誘導ミラー及び／又はビームエキスパンダを含むビームデリバリシステムＢＤを使って送られる。その他の場合、例えば、放射源が水銀ランプである場合は、放射源をリソグラフィ装置の一体部分としてもよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要であれば、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。
[00033] イルミネータＩＬは、放射ビームの角強度分布を調節するアジャスタＡＤを備えうる。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及び／又は内側半径範囲（通常、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ＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯ等、他の各種コンポーネントを備えてもよい。イルミネータを使って放射ビームを調整することにより、放射ビームの断面に所望の均一性及び強度分布をもたせることができる。
[00034] 放射ビームＢは、サポート構造（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）上に入射し、このパターニングデバイスによってパターン形成される。放射ビームＢは、マスクＭＡを通り抜けた後、投影システムＰＳを通過し、当該投影システムＰＳによって、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームがフォーカスされる。第二ポジショナＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉デバイス、リニアエンコーダ、又は静電容量センサ）を使用して基板テーブルＷＴを正確に動かすことにより、例えば、様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢのパス内に位置付けることができる。同様に、第一ポジショナＰＭ及び別の位置センサ（図１ａには明示されない）を使用することにより、例えば、マスクライブラリからの機械検索後又はスキャン中に、マスクＭＡを放射ビームＢのパスに対して正確に位置付けることができる。通常、マスクテーブルＭＴの移動は、第一ポジショナＰＭの一部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）を使用して行われる。同様に、基板テーブルＷＴの移動も、第二ポジショナＰＷの一部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使用して行われる。ステッパの場合は（スキャナとは対照的に）、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連結、あるいは、固定してよい。マスクＭＡ及び基板Ｗ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を使って、位置合わせしてよい。図示するように、基板アライメントマークはそれ専用のターゲット部分に置かれているが、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公知である）。同様に、１つ以上のダイがマスクＭＡ上に設けられている場合、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。
[00035] 例示のリソグラフィ装置は、以下の１つ以上のモードで使用できる。
[00036] １． ステップモードにおいては、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴを基本的に静止状態に保ちつつ、放射ビームに付けられたパターン全体を一度に（すなわち、単一静的露光）ターゲット部分Ｃ上に投影する。その後、基板テーブルＷＴをＸ及び／又はＹ方向に移動することにより、別のターゲット部分Ｃを露光する。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズよって、単一静的露光時に結像されるターゲット部分Ｃのサイズが限定される。
[00037] ２． スキャンモードにおいては、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴを同期的にスキャンする一方で、放射ビームに付けられたパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、単一動的露光）。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、投影システムＰＳの（縮小）拡大率及び像反転特性によって決まる。スキャンモードにおいては、露光フィールドの最大サイズよって、単一動的露光時のターゲット部分の幅（非スキャン方向）が限定される一方、スキャン動作の長さによって、ターゲット部分の高さ（スキャン方向）が決定される。
[00038] ３． 別のモードにおいては、マスクテーブルＭＴを、プログラマブルパターニングデバイスを保持した状態で基本的に静止状態に保ち、また、基板テーブルＷＴを移動又はスキャンする一方で、放射ビームに付けられたパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する。このモードにおいては、通常、パルス放射源が採用されており、さらに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の移動後ごとに、又はスキャン中の連続する放射パルスと放射パルスの間に、必要に応じて更新される。この動作モードは、前述のタイプのプログラマブルミラーアレイ等のプログラマブルパターニングデバイスを利用するマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。
[00039] 上述の使用モードの組合せ及び／又はバリエーション、あるいは完全に異なる使用モードもまた採用可能である。
[00040] 図１ｂに示すように、リソグラフィ装置ＬＡ（リソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵによって制御される）は、リソセル（リソグラフィセル）又はクラスタとも呼ばれるリソグラフィセルＬＣの一部であり、このリソグラフィセルＬＣはさらに、露光前プロセス及び露光後プロセスを基板上で行うための装置を備えている。従来、これらの装置には、レジスト層を堆積させるためのスピンコータＳＣ、露光されたレジストを現像するためのデベロッパＤＥ、冷却プレートＣＨ、及び、ベークプレートＢＫが含まれている。基板ハンドラ又はロボットＲＯは、入出ポートＩ/Ｏ１、Ｉ/Ｏ２から基板を受け取ると、各種処理装置間を移動させ、リソグラフィ装置のローディングベイＬＢへと引き渡す。これらの装置はまとめてトラックと呼ばれることもあり、監視制御システムＳＣＳの制御下にあるトラック制御ユニットＴＣＵによって制御される。この監視制御システムＳＣＳはまた、ＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置を制御している。したがって、スループット及び処理効率が最大となるように、上記の各種装置を動作させることができる。
[00041] リソグラフィ装置で露光する各基板においてレジスト層を均一に露光するためには、基板の特性を測定して、リソグラフィ装置が補償するべきアライメントや回転等のばらつきがあるか否かを判断する必要がある。基板の特性及び、特に、各基板によって特性がどの程度異なるか、又は、同一基板上の各層によって特性がどの程度異なるか、を判断するために、別個のインスペクション装置を使用する。
[00042] 基板Ｗの表面の特性を判断するために、図２に示すようなスキャトロメータ等のセンサを使用してもよい。このスキャトロメータは、基板Ｗ上へ放射を投影する広帯域（白色光）放射プロジェクタ２を備える。反射した放射は、正反射した放射のスペクトル１０（波長の関数としての強度）を測定するスペクトロメータディテクタ４へ入射する。このデータを使用することにより、例えば、厳密結合波分析及び非線形回帰によって、又は、図２の下部に示すような擬似スペクトルのライブラリとの比較によって、検出されたスペクトルを生じさせる構造又はプロファイルを再構成することができる。通常、再構成する際は、構造の概略形状は既に分かっているので、同構造が形成されたプロセスの情報からいくつかのパラメータを想定し、同構造のパラメータのうち少数のパラメータのみをスキャトロメトリデータから決定するようにする。
[00043] スキャトロメータは、法線入射スキャトロメータ又は斜め入射スキャトロメータであってよい。また、異なる種類のスキャトロメトリを使用することにより、色々な波長の単一角度の反射を測定するのではなく、単一波長の色々な角度の反射を測定してもよい。
[00044] 基板の特性を測定するためのスキャトロメータは、図３に示すように、高開口数レンズの瞳面１１において、基板表面Ｗから反射した角度分解スペクトルの特性を、複数の角度及び波長で測定することができる。このようなスキャトロメータは、基板上に放射を投影するための放射プロジェクタ２と、反射したスペクトルを検出するためのディテクタ１４とを備える。瞳面とは、放射の半径位置が入射角度を定義し、角度位置が放射の方位角を定義する面のことである。ディテクタ１４は、高開口数レンズの瞳面内に配置されている。開口数は大きてよく、好ましくは少なくとも０．９、より好ましくは少なくとも０．９５である。液浸スキャトロメータは、１以上の開口数を持つレンズを有してもよい。
[00045] 角度分解スキャトロメータの中には、散乱光の強度のみを測定するものもある。しかし、最近のスキャトロメータは、複数の波長を複数の角度で同時に測定することができる。異なる波長及び角度に対してスキャトロメータで測定する特性は、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光の強度、並びに、ＴＭ偏光とＴＥ偏光の間の位相差である。
[00046] 広帯域光源（つまり、広範囲の光周波数又は波長、及び、広範囲の色を有する広帯域光源）が使用可能であり、広帯域光源を使用すれば、大きなエタンデュが得られるとともに、複数の波長を組み合わせることができる。好ましくは、広帯域内の複数の波長はそれぞれ、帯域幅が例えばδωであり、よって、波長間の間隔が少なくとも２δω（つまり、波長の２倍）である。複数の放射「源」とは、例えば繊維束を用いて分離された、分散放射源の各部分であってよい。そうすれば、角度分解散乱スペクトルを複数の波長で並行に測定することができる。これによって、２−Ｄスペクトルより多くの情報を含む３−Ｄスペクトル（波長及び２つの異なる角度）が測定される。そして、より多くの情報が測定されるため、メトロロジ処理のロバスト性を高めることができる。これについては、欧州特許出願第１６２８１６４号に詳細に記載されている。
[00047] 図３は、本発明で使用可能なスキャトロメータを示す図である。放射プロジェクタ２の放射はレンズシステム１２によって平行に放射され、干渉フィルタ１３及び偏光子１７を通過し、部分反射表面１６によって反射され、顕微鏡対物レンズ１５を介して基板Ｗ上にフォーカスされる。一方、放射の残部は、部分反射表面１６を通って後方投影瞳面１１内のＣＣＤディテクタへ送られ、そこで散乱スペクトルが検出される。瞳面１１はレンズシステム１５から焦点距離分だけ離れた位置にある。この瞳面には、ディテクタ及び高開口数レンズが配置されている。通常、高開口数レンズの瞳面はレンズ内部にあるため、瞳面は、補助光学部品でもって再結像される。
[00048] 例えば入射する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もある。放射ビームがビームスプリッタ１６に入射すると、その一部がビームスプリッタ１６を通過し、基準ミラー１４に到達する。基準ビームはその後、ＣＣＤディテクタ１８の別の部分へ投影される。
[00049] 反射した放射の瞳面は、例えば、１フレームにつき４０ミリ秒の積分時間でＣＣＤディテクタ上で結像される。このようにして、基板ターゲットの二次元角度散乱スペクトルがディテクタ上で結像される。ディテクタは、例えば、ＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサのアレイであってよい。
[00050] 一連の干渉フィルタ１３を使用して、例えば４０５−７９０ｎｍの範囲又はそれ以下の範囲（例えば２００−３００ｎｍ）内の所望の波長を選択してもよい。干渉フィルタとしては、一連の異なるフィルタを備えるものより、調節可能なものである方がよい。干渉フィルタの代わりに回折格子を使用することもできる。
[00051] 基板Ｗは印刷された回折格子であってよく、その場合、現像後に、レジスト線の実線からバーが形成される。あるいは、基板をエッチングしてバーを形成してもよい。このパターンは、リソグラフィ投影装置、特に投影システムＰＬ内の色収差に対して感応性があり、印刷された回折格子において、照明対象性及び上記収差の存在が様々な形で顕著になる。したがって、印刷された回折格子のスキャトロメトリデータは、回折格子を再構成する際に使用される。回折格子のパラメータ（線幅及び形状等）は、印刷工程及び／又はその他スキャトロメトリ処理の情報に基づいて、再構成処理に利用される。
[00052] 図４ａは、高開口数レンズ１５及びフォーカスレンズ２１を介して放射を投影する、本発明に係る構成を示す図である。高開口数レンズ１５及びフォーカスレンズ２１を通過後、放射は、第一ディテクタ３０及び第二ディテクタ３１に投影される。以下に記載するように、ディテクタは、所定強度レベル以上のレベルの放射の量（又は断面エリア）を検出する。ディテクタは、１つ以上のフォトダイオード、ＣＣＤ、又はＣＭＯＳであってよい。しかし、本実施形態では、放射がディテクタを通過して次の光学エレメントへ到達できるように、ディテクタは少なくとも部分的に透過型のものである。好適には、ディテクタは、高開口数レンズ１５の後側焦点面（ＢＦＰ）から光路に沿って等距離に配設されるか、又は、図４ｂに示すように、基板面の共役から等距離に配設される。ディテクタとディテクタのとの間に透過損失がないと仮定すると、基板に焦点が合っていれば、図６ａに示すように、前記所定の強度レベル以上のレベルの放射の断面（スポットサイズ）が両ディテクタにおいて同一となり、単一のコンパレータを使用することによって基板に焦点が合っているか否かを判断することができる。しかし、基板が高開口数レンズから遠く離れている場合、図６ｂに示すように、第一ディテクタのスポットサイズが第二ディテクタのスポットサイズよりも大きい。逆に、基板を高開口数レンズに近接させたために基板に焦点が合っていない場合、図６ｃに示すように、第二ディテクタのスポットサイズが第一ディテクタのスポットサイズよりも大きい。
[00053] 図４ｂは、本発明の好適な実施形態にかかる別の構成を示す図である。この実施形態では、高開口数レンズを通過した後の投影ビームＰＢのパス上に、部分透過型ミラー２２が配されている。この部分透過型ミラー２２は、放射の一部を、フォーカスレンズ２１並びに第一ディテクタ３０及び第二ディテクタ３１を備えるフォーカスブランチへ偏向させる。本実施形態では、第一ディテクタ３０及び第二ディテクタ３１は、共役基板面（高開口数レンズの前側焦点面の共役）の両側に、好適には等距離で配設される。したがって、第二ディテクタは部分透過型のものでなくてもよい。透過型ミラーの代わりにビームスプリッタを使用してもよい。
[00054] 測定する所定強度レベルは、第一ディテクタと第二ディテクタとで異なっていてもよい。例えば、第一ディテクタと第二ディテクタとの間に透過損失がある場合、第一ディテクタにおける所定強度レベルを第二ディテクタの所定強度レベルより高く設定しておき、その所定強度レベル以上のレベルの放射を測定するようにしてもよい。必要な所定強度レベルを決定するのにキャリブレーションが必要となることもある。
[00055] 本例では第一ディテクタ３０及び第二ディテクタ３１のみが設けられているが、図７ａおよび図７ｂに示すように、第一ディテクタ及び第二ディテクタそれぞれを分割して複数のサブディテクタとすることもできる。図７ａは、第一ディテクタを複数の第一サブディテクタ３２、３３、３４に分割したものであり、図７ｂは、第二ディテクタを複数の第二サブディテクタ３７、３８、３９に分割したものである。フォーカスエリアは次の式によって求められる。
（Ｉ３２＋Ｉ３４＋Ｉ３８）−（Ｉ３３＋Ｉ３７＋Ｉ３９）
[00056] 同式においてＩ３２は、サブディテクタ３２に入射する、第一所定強度レベル以上のレベルの放射の量であり、Ｉ３７は、サブディテクタ３７等に入射する、第二所定強度レベル以上のレベルの放射の量である。
[00057] 図７ａ及び図７ｂは第一ディテクタ及び第二ディテクタを水平方向に沿ってサブディテクタに分割した図であるが、ディテクタはどのような方法でサブディテクタに分割してもよい。例えば、図８は、ディテクタを垂直方向に沿ってサブディテクタ４２、４３、４４に分割した図である。図９は、ディテクタをグリッド構成のサブディテクタ５１〜５９に分割した図であり、図１０は、ディテクタを同心円のサブディテクタ６２、６３、６４に分割した図である。
[00058] 図５は、図４に示すディテクタの構成とは別の構成を示す図である。本実施形態では、放射をディテクタに投影するためにミラーを使用している。放射の一部が部分放射ミラーを貫通して第一ディテクタ３０に入射する一方、同部分放射ミラーによって残りの放射は第二ミラー３６へ入射し、この第二ミラー３６によって放射の少なくとも一部が第二ディテクタ３５へ反射する。第二ミラー３６は完全反射型又は部分反射型のどちらかであり、また、第二ディテクタは、放射を他の光学部品にも投影できるように透過型であってよい。また、好適には、これらのディテクタは、高開口数レンズ１５の後側焦点面（ＢＦＰ）から放射パスに沿って等距離に配設されてもよく、又は、基板面の共役から等距離に配設されてもよい。
[00059] ディテクタは、高開口数レンズ１５の後側焦点面から放射パスに沿って等距離に配設されるか又は基板面の共役から等距離に配設されるのが好ましいが、必ずしもそうでなくてもよい。後側焦点面又は基板面の共役から等間隔に配設されていない場合は、単純な比較よりは計算を行うことによって、ディテクタ上の相対的なスポットサイズが、基板に焦点が合っているか否かを示しているか判断することができる。
[00060] この方法は、従来からある別のフォーカス検出方法と併用してもよい。例えば、各光学ブランチにおいて異なるフォーカス検出方法を行ってもよい。
[00061] 図１１は、本発明の別の実施形態を示す図であり、基板Ｗの最上面の高さ（つまり、ｚ方向における位置）を監視するのに使用される測定装置を概略的に示している。最上面の高さは、例えば、基準面（図示されない）を基準に、又は、測定装置の対物レンズ１０６を基準に、測定される。
[00062] この測定装置は、放射ビームを提供する放射源１０２を備える。放射源１０２とは、例えばレーザ（例えば、ダイオードレーザ）である。しかし、放射源が必ずしもレーザである必要はなく、他の適切な放射源であってよい。また、広帯域放射源を使用することもできる。あるいは、異なる波長で動作する複数の放射源を使用することもできる。
[00063] 測定装置はさらに、放射源から焦点面ＦＰへ放射を投影するように配設された一対のレンズ１０４、１０６を備える。この一対のレンズのうち２つ目のレンズは、基板Ｗに隣接して配設されるため、対物レンズ１０６と呼ばれる。
[00064] 対物レンズ１０６は、対物レンズをｚ方向（双頭矢印で示す方向）に移動するように構成されたアクチュエータ１０７に連結されている。したがって、対物レンズ１０６の焦点面ＦＰもｚ方向（双頭矢印で示す方向）に移動する。
[00065] 上記レンズとレンズとの間の焦点面には、アパーチャ１０８が設けられている。このアパーチャによって、放射ビームの空間フィルタリングが行われる。つまり、このアパーチャによって放射ビームから収差が除去される。アパーチャは必ずしも設けなくてはならない訳ではない（アパーチャを使用しなくても放射ビームの強度プロファイルが十分良好な場合がある）。アパーチャは、放射源１０２がレーザである場合に最も効果的である。
[00066] 上記アパーチャ１０８の下方に配されたビームスプリッタ１１０は、基板から反射しかつ／又は回折した放射を、ディテクタ１１２へ向けるように構成されている。第二レンズ１０６の別の焦点面にはアパーチャ１１４が設けられている。このアパーチャ１１４の直径は、アパーチャの面における放射ビームの直径に一致しうる。基板Ｗの上面が対物レンズ１０６の焦点面ＦＰと一致した際にほぼ全ての放射ビームがアパーチャ１１４を通過できるように、アパーチャ１１４は十分な大きさを有する必要がある。つまり、アパーチャ直径は、基板の上面にフォーカスされる際の放射ビームの直径にほぼ等しい。
[00067] 第三レンズ１１６は放射をディテクタ１１２にフォーカスする。このディテクタとは、例えばフォトダイオードである。ディテクタ１１２からの出力はコントローラ１１８へ送られる。
[00068] 使用中、放射源１０２から出射された放射は、対物レンズ１０６によって、焦点面ＦＰ上にフォーカスされる。対物レンズが基板Ｗに近づきまた基板Ｗから離れる（つまりｚ方向に移動する）ことにより、焦点面が基板の上方から基板と同位置へ、さらには基板の下方へと移動する。放射源１０２及びレンズ１０４、１０６は、基板上にフォーカスされた放射ビームの直径（つまり、ビームスポットの直径）が、スキャトロメータ（スキャトロメータについては図３に関連して上述した）で使用される放射ビームの直径と同一になるように、構成される。ただし、直径は必ずしも同一である必要はなく、大きさが例えば一桁違っていてもよい。
[00069] 焦点面ＦＰが移動するということは、放射が常に基板Ｗ上の点にフォーカスされている訳ではないことを意味する。焦点面が基板の上方にあると、基板に入射する放射がデフォーカスされる。焦点面が基板方向へ移動すると、この焦点ぼけが減少する。焦点面が基板と同位置になると、放射がフォーカスされる。そして、焦点面が基板の下方へ移動すると、放射が再びデフォーカスされる。
[00070] 基板Ｗから反射又は回折した放射は、ビームスプリッタ１１０を介してアパーチャ１１４に到達する。アパーチャは、対物レンズ１０６の焦点面に位置している。アパーチャを通過する放射の強度は、対物レンズによる基板上での放射のフォーカスの程度に依存する。例えば、基板に入射した放射がフォーカスされている場合より、デフォーカスされている場合の方が、アパーチャを通過する際の放射の強度が弱い。
[00071] 第三レンズ１１６は、アパーチャ１１４を通過した放射をディテクタ１１２上にフォーカスさせる。ディテクタ１１２からの出力は、基板Ｗの上面が対物レンズ１０６の焦点面ＦＰと同位置になった際の情報を提供するものである。これは、対物レンズ１０６（又はその他の基準面）に対する基板Ｗの上面の高さ（つまりｚ方向における位置）を監視するのに使用される。
[00072] 図１１では平坦な基板が示されているが、基板は、基板上に設けられた層から突起する表面構造（例えばパターン付き層）を有する場合もある。各層によって特性が異なるようにしてもよく、また半透明の層があってもよい。図１１に示す装置は、これらの層を含む基板の上面の高さを測定する。この測定は、スキャトロメータの放射ビームが基板上面に正しくフォーカスされるようにすることより、スキャトロメータ（例えば図３に示すようなスキャトロメータ）の最適動作が達成できる点で有用である。
[00073] 基板Ｗの上面の高さが判断されると、スキャトロメータ（図３参照）によって使用される放射ビームが基板上面に正しくフォーカスされる。これは、コントローラ１１８を使用し、ディテクタ１１２の出力に基づいて、基板Ｗを適切な分だけｚ方向において移動させることによって実現される。これは、例えば、基板が載せられた基板テーブル（図示されない）を移動させることで実現してもよい。
[00074] あるいは（又は、上記に追加して）、スキャトロメータの焦点面を移動させるようにコントローラ１１８を構成してもよい。これは、例えば、スキャトロメータの対物レンズ１５を移動させることによって実現してもよい。
[00075] 図１１に示す装置によって行われる基板の高さ測定は、スキャトロメータによって測定が行われる基板位置から所定距離を隔てた基板位置で行ってもよい。また、スキャン動作（例えば、ｙ方向移動）中、基板に測定装置及びスキャトロメータの下方を移動させることによって、基板の高さ測定とスキャトロメータによる測定との間に所定の時間を経過させるようにしてもよい。また、基板高さ測定と、所要の基板（又は、スキャトロメータの対物レンズ）移動との間に、対応する時間遅延を採用してもよい。
[00076] あるいは、図１１に示す測定装置を図３に示すスキャトロメータと組み合わせて、例えば、両者が単一の対物レンズ（対物レンズ１５）を共用するようにしてもよい。この場合、基板の高さ測定と所要の基板（又はスキャトロメータの対物レンズ）移動との間の時間遅延が不要となる。
[00077] 基板の高さを測定する際、コントローラ１１８は、ｚ方向における基板Ｗの移動を考慮してもよい。
[00078] 図１１の記載では、「高さ」という用語を、ｚ方向における基板Ｗの上面の位置を指す用語として使用している。しかし、基板が必ずしも水平であるとは限らないので、基板の表面が上向きである（基板が例えば垂直方向に置かれている）とは限らない。したがって、高さという用語は、基板の表面とほぼ並行な基準面に対する基板表面の位置を意味するものとして理解するべきである。この基準面は、ｚ方向に対して垂直である必要はない。
[00079] 本明細書では、ＩＣ製造におけるリソグラフィ装置の使用について具体的に言及しているが、本明細書記載のリソグラフィ装置が、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用のガイダンス及び検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドの製造といった他の用途を有することが理解されるべきである。当業者には当然のことであるが、そのような他の用途においては、本明細書で使用される「ウェーハ」又は「ダイ」という用語がすべて、それぞれより一般的な「基板」又は「ターゲット部分」という用語と同義であると考えてよい。本明細書に記載した基板は、露光の前後に、例えば、トラック（通常、基板にレジスト層を塗布し、露光されたレジストを現像するツール）、メトロロジーツール、及び／又は、インスペクションツールで処理されてもよい。適用可能な場合には、本明細書中の開示物を上記のような基板プロセシングツール及びその他の基板プロセシングツールに適用してもよい。さらに、基板は、例えば多層ＩＣを作るために複数回処理されてもよいので、本明細書で使用される基板という用語が、既に多層処理層を包含している基板を表すものとしてもよい。
[00080] 光リソグラフィの関連での本発明の実施形態の使用について上述のとおり具体的な言及がなされたが、本発明は、他の用途、例えば、インプリントリソグラフィに使用してもよく、さらに状況が許すのであれば、光リソグラフィに限定されることはない。インプリントリソグラフィにおいては、パターニングデバイス内のトポグラフィによって、基板上に創出されるパターンが定義される。パターニングデバイスのトポグラフィは、基板に供給されたレジスト層の中にプレス加工され、基板上では、電磁放射、熱、圧力、又はそれらの組合せを適用することによってレジストを硬化させる。パターニングデバイスは、レジストが硬化した後、レジスト内にパターンを残してレジストの外へ移動される。
[00081] 本明細書で使用される「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、約３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、又は１２６ｎｍの波長を有する）、極端紫外線（ＥＵＶ）放射（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、及びイオンビームや電子ビームなどの粒子ビームを含む、あらゆる種類の電磁放射を包含している。
[00082] 「レンズ」という用語は、文脈によっては、屈折、反射、磁気、電磁気、及び静電型光コンポーネントを含む様々な種類の光コンポーネントのどれか１つ又は組合せを指すことができる。
[00083] 以上、本発明の具体的な実施形態を説明してきたが、本発明は、上述以外の態様で実施することも可能である。例えば、本発明は、上記に開示した方法を表す１つ以上の機械読取可能な指示のシーケンスを含むコンピュータプログラム、又は、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録媒体（例えば、半導体メモリ、磁気ディスク又は光ディスク）の形態であってもよい。
[00084] 上記の説明は、制限ではなく例示を意図したものである。したがって、当業者には明らかなように、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本記載の発明に変更を加えることもできる。
[0009] リソグラフィ装置を示す図である。 [00010] リソグラフィセル又はリソグラフィクラスタを示す図である。 [00011] スキャトロメータを示す図である。 [00012] 高開口数レンズの瞳面内の角度分解スペクトルを測定する際の一般的な動作原理を示す図である。 [00013] 本発明に係る構成を示す図である。 [00013] 本発明に係る構成を示す図である。 [00014] 本発明に係る別の構成を示す図である。 [00015] 基板に焦点が合っている場合及び合っていない場合にディテクタで検出される放射パターンを示す図である。 [00015] 基板に焦点が合っている場合及び合っていない場合にディテクタで検出される放射パターンを示す図である。 [00015] 基板に焦点が合っている場合及び合っていない場合にディテクタで検出される放射パターンを示す図である。 [00016] 本発明に係るディテクタを示す図である。 [00016] 本発明に係るディテクタを示す図である。 [00017] 本発明に係る別のディテクタを示す図である。 [00017] 本発明に係る別のディテクタを示す図である。 [00017] 本発明に係る別のディテクタを示す図である。 [00018] 本発明の別の実施形態を示す図である。

Claims (9)

  1. 基板の特性を測定するためのスキャトロメータであって、
    放射を投影するように構成された放射プロジェクタと、
    前記放射を前記基板上に投影するように構成された高開口数レンズと、
    第一所定値以上の強度を有する反射した前記放射の断面エリアを検出するように構成された第一ディテクタと、
    第二所定値以上の強度を有する前記反射した放射の断面エリアを検出するように構成された第二ディテクタと、
    を備え、
    前記高開口数レンズは、前記基板から反射した放射を、前記高開口数レンズの後側焦点面に向けて又は前記高開口数レンズの前側焦点面の共役に向けて投影し、前記第一ディテクタ及び前記第二ディテクタの配置は、前記第一ディテクタが前記高開口数レンズの後側焦点面の手前、つまり前記高開口数レンズと前記高開口数レンズの後側焦点面との間に位置し、前記第二ディテクタが前記高開口数レンズの後側焦点面の後ろに位置するような配置とするか、又は、前記第一ディテクタが前記高開口数レンズの前記前側焦点面の共役の手前、つまり前記高開口数レンズと前記高開口数レンズの前側焦点面の共役との間に位置し、前記第二ディテクタが前記高開口数レンズの前側焦点面の共役の後ろに位置するような配置とし、
    前記第一ディテクタ及び前記第二ディテクタは、前記反射した放射の光路に沿って直列に、かつ、前記後側焦点面又は前記前側焦点面の共役から等距離に配設され、
    前記第一所定値が前記第二所定値より大きく設定されている、スキャトロメータ。
  2. 前記反射した放射の角度分解スペクトルを検出するように構成された角度ディテクタをさらに備える、
    請求項１に記載のスキャトロメータ。
  3. 前記第一ディテクタによって検出された、前記第一所定値以上の強度を有する前記反射した放射の断面エリアと、前記第二ディテクタによって検出された、前記第二所定値以上の強度を有する前記反射した放射の断面エリアとを比較するための、コンパレータをさらに備える、
    請求項１に記載のスキャトロメータ。
  4. 前記反射した放射を前記第一ディテクタへ反射するように構成された、
    第一リフレクタをさらに備える、請求項１に記載のスキャトロメータ。
  5. 前記第一ディテクタが複数の第一サブディテクタを備える、
    請求項１に記載のスキャトロメータ。
  6. 前記第二ディテクタが複数の第二サブディテクタを備える、
    請求項１に記載のスキャトロメータ。
  7. 基板がレンズの焦点面内にあるか否かを検出するためのフォーカス分析方法であって、
    放射プロジェクタを使用して、放射を高開口数レンズを介して前記基板上へ投影する工程と、
    前記基板から反射して前記高開口数レンズを通過した、第一所定値以上の強度を有する前記放射の第一断面エリアを検出する工程と、
    前記基板から反射して前記高開口数レンズを通過した、第二所定値以上の強度を有する前記放射の第二断面エリアを検出する工程と、
    を備え、
    前記反射した放射ビームの前記第一断面エリアを検出する前記第一工程では、前記高開口数レンズと、前記高開口数レンズの後側焦点面又は前記高開口数レンズの前側焦点面の共役との間の前記放射ビームを検出し、前記反射した放射ビームの前記第二断面エリアを検出する工程では、前記高開口数レンズの後側焦点面の後ろ側、又は、前記高開口数レンズの前側焦点面の共役の後ろ側で、前記反射した放射ビームを検出し、
    前記第一断面エリアを検出する第一ディテクタ及び前記第二断面エリアを検出する第二ディテクタは、前記反射した放射ビームの光路に沿って直列に、かつ、前記後側焦点面又は前記前側焦点面の共役から等距離に配設され、
    前記第一所定値が前記第二所定値より大きく設定されている、方法。
  8. 前記反射した放射の前記第一断面エリアと、前記反射した放射の前記第二断面エリアとを比較する工程をさらに備える、
    請求項７に記載の方法。
  9. 反射した放射のスペクトルの角度を検出する工程をさらに備える、
    請求項７に記載の方法。
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