JP4861363B2 - 角度分解スキャトロメータおよび検査方法 - 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使用できる有用な検査方法、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。リソグラフィ投影装置は、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を測定することが望ましい。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な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特性を比較することによって、基板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、行なわれてもよい。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ル（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、単色放射ビームを使用して角度の関数として散乱放射の強度を測定する。

[0004] 角度分解スキャトロメータでは、測定されるターゲットまたは、較正または正規化に使用される基準は、焦点があっている。このために、光焦点センサ（例えば、フーコーナイフエッジ）または容量焦点センサが設けられることがある。しかし、そのようなセンサを使用するとき、例えば、測定される基板上の構造に関連したプロセスの影響のために、または整定時間のために、小さな焦点エラー（デフォーカス）が依然として残ることがある。そのような小さな残留デフォーカスは、理論的には、この型のスキャトロメータの測定エラーにつながらない筈である。しかし、本発明者は、残留デフォーカスが実際は測定誤差の原因になることを確認した。

[0005] 残留デフォーカスによる測定誤差を示さないか、またはより小さい程度に示す角度分解スキャトロメータおよびスキャトロメータ測定方法を提供することが望ましい。

[0006] 本発明の実施形態に従って、基板上にデバイス層を製造するために使用されるリソグラフィプロセスによって基板にプリントされたターゲットパターンのパラメータに関連した値を決定する検査方法が提供され、本方法は、物体面および瞳面を有する高ＮＡ対物レンズを含む光学システムを使用して、第１の放射ビームをターゲットパターンに向け、ターゲットパターンによって反射または散乱された放射を集め、さらに対物レンズの瞳面の像を像面に形成するように第２の放射ビームを投影するステップと、第２のビームの経路の中の対物レンズの瞳面と一致しない位置に開口要素を設けるステップであって、開口要素は、瞳面の像に暗領域を形成するように第２のビームの中に所定の距離だけ延びる少なくとも１つの掩蔽部を画定するものであるステップと、前記または各暗領域の半径方向で最も内部の点と瞳面の像の名目上の中心との間の半径方向距離を決定するステップと、この決定された半径方向距離からターゲットと物体面の間の軸方向距離を決定するステップと、を含む。

[0007] 本発明の実施形態に従って、基板上にデバイス層を製造するために使用されるリソグラフィプロセスによって基板にプリントされたターゲットパターンのパラメータに関連した値を決定する検査方法が提供され、本方法は、物体面および瞳面を有する高ＮＡ対物レンズを含む光学システムを使用して、第１の放射ビームを基準要素に向け、基準要素によって反射または散乱された放射を集め、さらに対物レンズの瞳面の像を像面に形成するように第２の放射ビームを投影するステップと、物体面から異なる距離にある複数の位置に基準要素を位置付けするように、物体面に対して実質的に垂直な方向で基準要素と光学システムを相対的に動かすステップと、基準要素が複数の位置の各々に位置付けされたとき、基準要素のスキャトロメータスペクトルを取り込むステップと、基準要素のスキャトロメータスペクトルを複数の正規化用スペクトルとして格納するステップと、光学システムを使用して第１の放射ビームをターゲットパターンに向け、ターゲットパターンによって反射または散乱された放射を集め、さらに対物レンズの瞳面の像を像面に形成するように第２の放射ビームを投影するステップと、ターゲットパターンのスキャトロメータスペクトルを取り込むステップと、ターゲットパターンと物体面の間の距離を決定するステップと、ターゲットパターンと物体面の間の決定された距離に基づいて正規化用スペクトルを得るステップと、この得られた正規化用スペクトルを使用してターゲットパターンのスペクトルを正規化して、正規化されたスペクトルを得るステップと、この正規化されたスペクトルからパラメータに関連した値を決定するステップと、を含む。

[0008] 本発明の実施形態に従って、基板上にデバイス層を製造するために使用されるリソグラフィプロセスによって基板にプリントされたターゲットパターンのパラメータに関連した値を決定するようにスキャトロメータを使用する検査方法が提供され、本方法は、基板の代わりにスキャトロメータで基準要素を使用して複数の正規化用スペクトルを得るステップであって、正規化用スペクトルは、様々な異なるデフォーカス値のところに位置付けされた基準要素を用いて得られるステップと、スキャトロメータを使用してターゲットパターンの測定スペクトルを得るステップと、測定スペクトルが得られたときのデフォーカス値を決定するステップと、この決定されたデフォーカス値に対応する正規化用スペクトルを使用して測定スペクトルを正規化して、正規化されたスペクトルを得るステップと、この正規化されたスペクトルからパラメータに関連した値を決定するステップと、を含む。

[0009] 本発明の実施形態に従って、基板上にデバイス層を製造するために使用されるリソグラフィプロセスによって基板にプリントされたターゲットパターンのパラメータに関連した値を決定するようにスキャトロメータを使用する検査方法が提供され、このスキャトロメータは、第１の放射ビームをターゲットパターンに向け、ターゲットパターンによって反射または散乱された放射を集め、さらに対物レンズの瞳面の像を像面に形成するように第２の放射ビームを投影するために、物体面および瞳面を有する高ＮＡ対物レンズを含む光学システムを備えるものであり、さらに本方法は、基板の代わりにスキャトロメータで基準要素を使用して複数の正規化用スペクトルを得るステップであって、正規化用スペクトルは、様々な異なるデフォーカス値のところに位置付けされた基準要素を用いて得られるステップと、第２のビームの経路の中の対物レンズの瞳面と一致しない位置に開口要素を設けるステップであって、開口要素は、瞳面の像に暗領域を形成するように第２のビームの中に所定の距離だけ延びる少なくとも１つの掩蔽部を画定するものであるステップと、スキャトロメータを使用してターゲットパターンの測定スペクトルを得るステップと、前記または各暗領域の半径方向で最も内部の点と瞳面の像の名目上の中心との間の半径方向距離を決定するステップと、この決定された半径方向距離からターゲットと物体面の間の軸方向距離であるデフォーカス値を決定するステップと、この決定されたデフォーカス値に対応する正規化用スペクトルを使用して測定スペクトルを正規化して正規化されたスペクトルを得るステップと、この正規化されたスペクトルからパラメータに関連した値を決定するステップと、を含む。

[0010] これから本発明の実施形態が、添付の模式的な図面を参照して、ただ例としてだけ説明され、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。

[0001] 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またはパターン支持台（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。

[0017] 照明システムは、放射の誘導、整形、または制御を行なうために、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型または他の型の光学コンポーネント、またはそれらの任意の組合せなどの様々な型の光学コンポーネントを含むことができる。

[0018] 支持構造は、パターニングデバイスを支持、例えばその重量を支える。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、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するやり方で、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、必要に応じて固定または可動にすることができる。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。

[0019] 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、基板のターゲット部分の所望のパターンに必ずしも対応していないことがある。例えばパターンが位相シフト用の特徴またはいわゆる補助用の特徴を含む場合、そうである。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。

[0020] 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、２値、Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ位相シフト、および減衰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。

[0021] 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、またはそ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。

[0022] 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）。

[0023] 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マスクテーブル）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が露光に使用されている間に、準備ステップを１つまた複数の他のテーブルで行なうことができる。

[0024] 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、例えば水によって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、例えばパターンニングデバイス（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な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。

[0025] 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ってもよい。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、放射システムと呼ぶことができる。

[0026] 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などの様々な他のコンポーネント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。

[0027] 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、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（例えば、マスクＭＡ）を通り抜けると、放射ビームＢは、投影システムＰＬを通過する。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１ａ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（例えば、マスクＭＡ）を正確に位置付けすることができる。一般に、マスクテーブル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（例えば、マスクテーブル）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（例えば、マスク）ＭＡと基板Ｗは、マスク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、けがき線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（例えば、マスク）ＭＡに設けられた状況では、マスク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。

[0028] 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。
[0029] １．ステップモードでは、支持構造またはパターン支持台（例えば、マスクテーブル）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。
[0030] 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、支持構造またはパターン支持台（例えば、マスクテーブル）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（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。
[0031] ３．他のモードでは、支持構造（例えば、マスクテーブル）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。

[0032] 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。

[0033] 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、基板に対して露光前および露光後プロセスを行なうための装置を含んでいる。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ィベロッパＤＥ、冷却プレートＣＨおよびベーキングプレート（bake plate）ＢＫがある。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から基板をつまみ上げ、異なるプロセス装置の間で移送し、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、異なる装置は、処理能力および処理効率を最大限にするように動作させることができる。

[0034] リソグラフィ装置によって露光される基板が適正に、かつ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）などのような特性を測定するために、露光された基板を検査することが望ましい。エラーが検出された場合、特に、同じバッチの他の基板がまだ露光されていないように十分に早く迅速に検査を行なうことができれば、次の基板の露光に対して調整を行なうことができる。また、既に露光された基板は、歩留まりを改善するように、剥離し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な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が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なうことができる。

[0035] 基板の特性を検査するために、特に異なる基板または同じ基板の異なる層の特性が層ごとにどのように変化するかを検査するために、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特性を露光直後に検査装置が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には、ほんの非常に小さな差しかない）、全ての検査装置が潜像について有用な測定を行なうことができるだけ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、露光後ベーキングのステップ後に行なわれることがあり、この露光後ベーキングは、通常、露光済み基板に対して行な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。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、またはエッチングのようなパターン転写ステップ後の測定を行なうことも可能である。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、依然として有用な情報を提供することができる。

[0036] 本発明の実施形態に従ったスキャトロメータＳＭ２が図３に示されている。このデバイスでは、放射源ユニット２で放射された放射は、レンズシステム１２を使用して偏光子１７を通して平行にされ、部分反射表面１６で反射され、顕微鏡対物レンズ１５により基板Ｗに集束され、この顕微鏡対物レンズ１５は、高開口数（ＮＡ）を有し、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を有する。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、部分反射表面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、レンズシステム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形成し直されてもよい。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。ディテクタは、好ましくは、基板のターゲットの２次元角度散乱スペクトルを測定することができるように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ミリ秒の積分時間が使用されてもよい。

[0037] 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。これを行なうために、放射ビームがビームスプリッタ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の方に向かってビームスプリッタを透過する。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。

[0038] ディテクタ１８は、単一波長（または、狭い波長範囲）の散乱光の強度を、複数の波長で個々の強度を、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偏光およびＴＥ偏光の強度および／またはＴＭ偏光とＴＥ偏光の位相差を別個に測定することができる。

[0039] 基板Ｗ上のターゲットは回折格子であってもよく、この回折格子は、現像後に固体レジストの線のバーが形成されるようにプリントされる。代わりに、このバーは、基板にエッチングされてもよい。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の収差および照明対称性に対して敏感であり、そのような収差の存在は、プリントされた回折格子のばらつきとなって現れる。したがって、プリントされた回折格子のスキャトロメータのデータは、回折格子を復元するために使用される。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の知識に基づいて処理ユニットＰＵによって行なわれる復元プロセスに、線の幅および形状などの回折格子のパラメータを入力することができる。基板上の構造またはそれを製造するために使用されたプロセスの他のパラメータを測定するために、他の形のターゲットが使用されてもよい。

[0040] 角度分解スキャトロメータにおいて、残留デフォーカスによる測定エラーは、スキャトロメータの測定ブランチ（ターゲットからディテクタまでの光路）にある光学要素の汚れおよび／または欠陥によって生じることがあることを本発明者は突き止めた。特に、汚れおよび欠陥による、記録されたスペクトルのエラーは、瞳面の外縁部に向かって増加し、この外縁部は、測定に使用される情報の大部分がしばしば存在する場所である。この問題に対処するために、本実施形態は、新規な焦点エラー検出装置を使用し、さらに新規なエラー補償方法を使用し、これらは、今度、以下で説明される。焦点エラー検出装置およびエラー補償方法は、有利なことに単独で使用することができるが、一緒に使用されるとき、特に有益な効果が得られる。

[0041] 本発明の実施形態の焦点エラー検出では、測定ブランチの中の瞳面から光学的に離れた位置に、例えば瞳面の像をセンサ上に形成し直す光学系の後に、特定の開口要素１９が配置される。開口要素１２は、放射ビームの経路の中の、レンズシステムの瞳面と一致しない位置に位置付けされる。開口要素は図４に示され、名目上の瞳直径よりも大きな直径の中央透明領域２０を有している。１つまたは複数の掩蔽部２１が、ディテクタ１８によって記録された瞳像の中に目で見えるように内側に突き出ている。好ましい実施形態では、掩蔽部は、実質的に不透明であるが、ディテクタ上に識別できる影を形成するように十分に不透明である限り、部分的に透明であってもよい。図には、４個の三角形の掩蔽部が、約＋／−４５°および約＋／−１３５°の方位角に示されているが、掩蔽部は、三角形である必要はなく、また、これらの位置にある必要はない。掩蔽部が瞳像の中に見え、かつその像の位置がデフォーカスと共に検出可能に変化すること以外に、掩蔽部の形および位置に対する唯一の要求条件は、掩蔽部が瞳像の有用な情報を不明瞭にし過ぎないことである。掩蔽部の特に好ましい形は、回折格子がディテクタ上に形成されるように瞳の縁または瞳の縁の接線に対して平行な一組の線または弧である。この回折格子の半径方向シフトは、位相格子を形成する基準像と影の像を比較することによって、非常に正確に測定することができる。方位角の間隔の開いた複数の掩蔽部は、差測定によってデフォーカスの測定から傾斜効果を除去することを可能にする。掩蔽部の追加は、エラーを減少させる平均化を可能にするのに有用である。開口要素は、ビーム経路から選択的に掩蔽部を除去することができるようにするアクチュエータ（図示されない）を備えてもよい。

[0042] 図５は、ディテクタ１８上の開口１９の像を示す。掩蔽部２１の像はぼやけ、これら隠蔽部の端（半径方向で最も内部の点）の半径方向の位置ｒ、または各像の他の識別できる点は、測定される基板または基準のデフォーカス量に依存する。距離ｒは、処理ユニットＰＵで実行される像認識アルゴリズムによって決定することができる。例えば、適切な較正によって、ｒとデフォーカスの間の関係を得ることができる。デフォーカス値が決定されると、例えば、測定される基板または基準の位置を調整することによって、適切な補正を行なうことができる。デフォーカスを決定する上述の方法には、正確であり、かつ処理能力の損なうことがないように迅速に行なうことができるという利点がある。さらに、デフォーカス値がパラメータ測定と正確に同時であるようにターゲットの測定を行なってデータが古くなる問題全てを回避するために、取り込まれた瞳面の像からデフォーカスの測定をオフラインで得ることができる。

[0043] デフォーカスエラーを補償する新規な方法が、図６を参照してこれから説明される。第１の手順Ｓ１は、使用時に起こると思われる正と負の両方の様々な異なるデフォーカス値で、ブランク基準（例えば、表面粗さの小さいアルミニウム板）の一組の像を取り込むことである。これは、必要に応じて基準を上下に動かすことによって行なうことができる。例えば、基板交換中に、またはロットとロットの間に、処理能力を損なうことなしに、必要な数の像を取り込むことができる。光学システムの安定性に依存して、そんなにしばしば一組の像を取り込むことは必要でないことがある。測定スペクトルを取り込むために、複数の波長および／または偏光状態が使用されることになる場合、最高精度のために、波長および／または偏光状態ごとに一組の正規化用スペクトルが得られる。取り込まれた像および関連したデフォーカス値は、後で使用するために一組の正規化用スペクトルとしてデータベースに格納される。像が取り込まれたデフォーカス値とデフォーカス値の間のデフォーカス値の像は、前もってか使用時かのどちらかに補間することができる。正規化用スペクトルは、光学システムの測定ブランチの汚れおよび／または欠陥の影響を測定する。

[0044] パラメータが決定されるべきであるターゲットは、手順Ｓ２で従来のやり方で測定されて、測定像またはスペクトルが得られる。関心のあるパラメータを得るように測定スペクトルを処理する前に、例えば、上述の開口１９を使用する方法によって、測定時のデフォーカス値が決定される（Ｓ３）。次に、手順Ｓ４で、適切な正規化用スペクトルが、データベースから得られるか、または格納されたスペクトルから補間される。手順Ｓ５で、測定スペクトルが、選択または計算された正規化用スペクトルで割られて、正規化されたスペクトルが得られる。手順６で、この正規化されたスペクトルは、関心のあるパラメータを決定するように処理される。これは、厳密結合波解析（ＲＣＷＡ）、事前測定スペクトルまたは模擬スペクトルのライブラリ探索、反復方法および主成分分析（ＰＣＡ）など当業者には知られた任意の適切なやり方で行なうことができる。次に、もっと多くの測定すべきターゲットがあるかどうかが決定され、ある場合には、手順Ｓ２からＳ６が必要なだけたびたび繰り返される（Ｓ７）。一般的な手順Ｓ１で、複数のデフォーカス値での基準の測定は、基板またはバッチごとにわずか一度だけ繰り返されるに過ぎず、多くの場合、一日に一度以下の頻度で十分である。しかし、どんな理由でも、デフォーカスエラーが非常に短い時間の尺度で変化する場合には、手順Ｓ１は測定ターゲットごとに繰り返されるかもしれない。

[0045] デフォーカスを補償する上述の方法がデフォーカスを決定する上述の方法と組み合わされたときの特有の利点は、測定目的のために取り込まれた像から手順３が行われてもよいので、手順Ｓ３からＳ６は、全てオフラインで、かつ／または処理能力を損なうことがないように他のターゲットからのスペクトルの収集と同時に行なわれてもよいことである。上述の方法によって残留デフォーカスを補償することができることは、対物レンズに対して基板の位置を調節することなどの追加の手順が像取り込み時に行なわれる必要がないことを意味する。

[0046] 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、本明細書で説明し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「ダイ」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）、計測ツール、および／または検査ツールで、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することができるので、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。

[0047] 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。

[0048] 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（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。

[0049] 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コンポーネントを含んだ様々な種類の光学コンポーネントのどれか１つまたは組合せを意味することができる。

[0050] 本発明の特定の実施例を上で説明したが、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することができる。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。

[0051] 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、添付の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなしに、説明したような本発明に修正が加えられることがある。

[0011]本発明の実施形態に従ったリソグラフィ装置を示す図である。 [0012]本発明の実施形態に従ったリソグラフィセルまたはクラスタを示す図である。 [0013]本発明の実施形態に従ったスキャトロメータを示す図である。 [0014]開口プレートを示す図である。 [0015]図３のスキャトロメータのディテクタの図４の開口プレートの像を示す図である。 [0016]本発明の実施形態に従った方法の手順を示す流れ図である。

Claims (16)

1. 基板上にデバイス層を製造するために使用されるリソグラフィプロセスによって基板にプリントされたターゲットパターンのパラメータに関連した値を決定するように構成された角度分解スキャトロメータ装置であって、
   物体面および瞳面を含む高ＮＡ対物レンズを備える光学システムであって、第１の放射ビームを前記ターゲットパターンに向け、前記ターゲットパターンによって反射または散乱された放射を集め、さらに前記対物レンズの前記瞳面の像を像面に形成するように第２の放射ビームを投影するように構成された光学システムと、
   前記像面に位置付けされ、入射した放射をスキャトロメータスペクトルに変換するように構成されたディテクタと、
   前記第２の放射ビームの経路の中の、前記対物レンズの前記瞳面に一致しない位置に、位置付けされた開口要素と、を備え、前記開口要素は、前記瞳面の前記像に暗領域を形成するように前記第２の放射ビーム中に所定の距離だけ延びる少なくとも１つの掩蔽部を画定している、
   角度分解スキャトロメータ装置。
2. 前記開口要素は、複数の掩蔽部を画定している、請求項１に記載の角度分解スキャトロメータ。
3. 前記開口要素は、４つの掩蔽部を画定している、請求項２に記載の角度分解スキャトロメータ。
4. 前記掩蔽部の各々は、前記第２のビームの中に同じ距離だけ延びている、請求項２に記載の角度分解スキャトロメータ。
5. 前記複数の掩蔽部は、等しい方位角の間隔で配置されている、請求項２に記載の角度分解スキャトロメータ。
6. 前記または各暗領域の半径方向で最も内部の点と前記瞳面の前記像の名目上の中心との間の距離を計算するように構成された処理ユニットをさらに備える、請求項１に記載の角度分解スキャトロメータ。
7. 前記処理ユニットは、さらに、前記ターゲットパターンと前記物体面の間の距離を前記計算された距離から計算するように構成されている、請求項６に記載の角度分解スキャトロメータ。
8. 前記掩蔽部は、前記瞳面の縁または最近接点での前記瞳面の縁の接線に対して平行な一組の平行な弧または線を備える、請求項１に記載の角度分解スキャトロメータ。
9. 前記高ＮＡ対物レンズは、少なくとも０．９のＮＡを有する、請求項１に記載の角度分解スキャトロメータ。
10. 基板上にデバイス層を製造するために使用されるリソグラフィプロセスによって基板にプリントされたターゲットパターンのパラメータに関連した値を決定する検査方法であって、
    物体面および瞳面を含む高ＮＡ対物レンズを備える光学システムを使用して、第１の放射ビームを前記ターゲットパターンに向け、前記ターゲットパターンによって反射または散乱された放射を集め、さらに前記対物レンズの前記瞳面の像を像面に形成するように第２の放射ビームを投影するステップと、
    前記第２のビームの経路の中の、前記対物レンズの前記瞳面と一致しない位置に、開口要素を設けるステップであって、前記開口要素は、前記瞳面の前記像に暗領域を形成するように前記第２のビームの中に所定の距離だけ延びる少なくとも１つの掩蔽部を画定するものであるステップと、
    前記または各暗領域の半径方向で最も内部の点と前記瞳面の前記像の名目上の中心との間の半径方向距離を決定するステップと、
    前記ターゲットと前記物体面の間の軸方向距離を前記決定された半径方向距離から決定するステップと、
    を含む方法。
11. 半径方向距離を決定する前記ステップおよび軸方向距離を決定する前記ステップと同時に、前記光学システムを使用して、前記第１の放射ビームを第２のターゲットパターンに向け、前記ターゲットパターンによって反射または散乱された放射を集め、さらに前記対物レンズの前記瞳面の像を像面に形成するように前記第２の放射ビームを投影するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 基板上にデバイス層を製造するために使用されるリソグラフィプロセスによって基板にプリントされたターゲットパターンのパラメータに関連した値を決定する検査方法であって、
    物体面および瞳面を含む高ＮＡ対物レンズを備える光学システムを使用して、第１の放射ビームを基準要素に向け、前記基準要素によって反射または散乱された放射を集め、さらに前記対物レンズの前記瞳面の像を像面に形成するように第２の放射ビームを投影するステップと、
    前記物体面から異なる距離にある複数の位置に前記基準要素を位置付けするように、前記物体面に対して実質的に垂直な方向で前記基準要素と前記光学システムを相対的に動かすステップと、
    前記基準要素が前記複数の位置の各々に位置付けされたとき、前記基準要素のスキャトロメータスペクトルを取り込むステップと、
    前記基準要素の前記スキャトロメータスペクトルを複数の正規化用スペクトルとして格納するステップと、
    前記光学システムを使用して、前記第１の放射ビームを前記ターゲットパターンに向け、前記ターゲットパターンによって反射または散乱された放射を集め、さらに前記対物レンズの前記瞳面の像を像面に形成するように第２の放射ビームを投影するステップと、
    前記ターゲットパターンのスキャトロメータスペクトルを取り込むステップと、
    前記ターゲットパターンと前記物体面の間の距離を決定するステップと、
    前記ターゲットパターンと前記物体面の間の前記決定された距離に基づいて正規化用スペクトルを得るステップと、
    前記得られた正規化用スペクトルを使用して前記ターゲットパターンの前記スペクトルを正規化して、正規化されたスペクトルを得るステップと、
    前記正規化されたスペクトルから前記パラメータに関連した値を決定するステップと、
    を含む方法。
13. 正規化用スペクトルを得る前記ステップは、前記格納された正規化用スペクトルのうちの１つを選ぶことを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 正規化用スペクトルを得る前記ステップは、複数の前記格納された正規化用スペクトルの間を補間することを含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記複数の位置は、前記基準要素が前記光学システムと前記物体面の間にある少なくとも１つの位置と、前記基準要素が前記対物面の前記光学システムとは別の側にある少なくとも１つの位置とを含む、請求項１２に記載の方法。
16. 基板上にデバイス層を製造するために使用されるリソグラフィプロセスによって基板にプリントされたターゲットパターンのパラメータに関連した値を決定するようにスキャトロメータを使用する検査方法であって、
    前記スキャトロメータは、第１の放射ビームを前記ターゲットパターンに向け、前記ターゲットパターンによって反射または散乱された放射を集め、さらに前記対物レンズの前記瞳面の像を像面に形成するように第２の放射ビームを投影するために、物体面および瞳面を有する高ＮＡ対物レンズを含む光学システムを備え、
    前記基板の代わりに前記スキャトロメータで基準要素を使用して複数の正規化用スペクトルを得るステップであって、前記正規化用スペクトルは、様々な異なるデフォーカス値のところに位置付けされた前記基準要素を用いて得られるステップと、
    前記第２の放射ビームの経路の中の、前記対物レンズの前記瞳面と一致しない位置に、開口要素を設けるステップであって、前記開口要素は、前記瞳面の前記像に暗領域を形成するように前記第２の放射ビームの中に所定の距離だけ延びる少なくとも１つの掩蔽部を画定するものであるステップと、
    前記スキャトロメータを使用して前記ターゲットパターンの測定スペクトルを得るステップと、
    前記または各暗領域の半径方向で最も内部の点と前記瞳面の前記像の名目上の中心との間の半径方向距離を決定するステップと、
    前記ターゲットと前記物体面の間の軸方向距離であるデフォーカス値を前記決定された半径方向距離から決定するステップと、
    前記決定されたデフォーカス値に対応する正規化用スペクトルを使用して前記測定スペクトルを正規化して、正規化されたスペクトルを得るステップと、
    前記正規化されたスペクトルからパラメータに関連した値を決定するステップと、
    を含む方法。

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