JP4922363B2 - 装置及びリソグラフィシステム - Google Patents

Description

[0001] 本発明は近接センサに関し、具体的には半導体リソグラフィ用途で用いられる近接センサに関する。

[0002] 多くの自動製造プロセスが、製造ツールと加工されている製品または材料面との間の距離の検知を必要とする。半導体リソグラフィなどのいくつかの状況では、その距離は、１ナノメートルに近い精度で測定されなければならない。

[0003] そのような精度の近接センサの製作に伴う問題は、特にフォトリソグラフィシステムの状況でかなり重大である。フォトリソグラフィの状況では、非侵入性であることならびに非常に小さい距離を正確に検出することの必要性に加えて、近接センサは、汚染物質を導入することも、加工物、典型的には半導体ウェーハの表面に接することもできない。いずれかの状況が生じると、加工されている材料面または製品の品質が、著しく低下する、あるいは台なしになる恐れがある。

[0004] 非常に小さい距離を測定するために、様々なタイプの近接センサを利用することができる。近接センサの例としては、静電容量ゲージおよび光学ゲージが含まれる。ウェーハ上に堆積された材料の物理的性質が、これらの近接センサの精度に影響を及ぼすことがあるので、これらの近接センサは、リソグラフィ投影システムで使用されたとき重大な短所を有する。例えば、電荷の集中に依存する静電容量ゲージは、あるタイプの材料（例えば金属）が集中する位置では誤った近接読取り値をもたらすことがある。より一般的には、光学的方法および容量法は、フォトレジストコーティングの下の層との著しい相互作用のために誤差が生じる傾向がある。ガリウム砒素（ＧａＡｓ）およびリン化インジウム（ＩｎＰ）などの非導電性材料および／または感光性材料で製作された新種のウェーハが使用されるとき、別の部類の問題が生じる。これらの場合には、静電容量ゲージおよび光学ゲージは誤った結果をもたらすことがあり、したがって最適ではない。

[0005] 米国出願第１１／６４６，６１２号および米国出願第１０／３２２，７６８号ならびに米国特許第４，９５３，３８８号および米国特許第４，５５０，５９２号は、流体センサを使用することによる近接検知の代替手法を開示しており、これらのすべては、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。本出願では、単語「流体」の使用は、液体形態または気体形態の物質の使用を含む。典型的な流体センサは、基準面上および測定面上に流体を放出するために、１つの基準ノズルと１つまたは複数の測定ノズルとを含む。測定ノズルと測定面の間の距離を求めるために、センサ内部の背圧の差が測定される。流体センサは、電荷の集中あるいはウェーハ表面の電気的、光学的またはその他の物理的性質の影響を受けにくい。流体センサは、最上部の物理層だけを検出することによって優れた結果をもたらす。したがって、これらのタイプのゲージは、リソグラフィ露光に先立って焦点を確立するのに使用されるものなど、材料面のトポグラフィ測定にとって理想的である。

[0006] 現行の半導体製造プロセスにおいて、測定の速さは重要な性能要因である。近接センサに複数の測定ノズルを付加すると近接センサのスループットが向上するが、そのような付加によって複雑さおよびコストが増すという不都合が生じる。さらに、近接センサの高帯域も、現行の半導体製造業務を支える重要な要件である。

[0007] 重要な要件のうちいくつかのものとしての速さおよび帯域幅に加えて、近接センサは、一般にウェーハとセンサの間の間隙が極めて小さい状態で動作する。そのため、これらのセンサは伸縮機構に取り付けられることが多く、伸縮機構の安定性がセンサ測定値の誤差量に影響を及ぼす。前述のタイプの誤差量の問題に対して、この部類の近接センサに関する従来の慣行は、平衡状態のブリッジ構成を使用し、これらのタイプの外部環境障害の同相モード除去を得ることである。平衡状態のブリッジを用いるとコストおよびセンサの複雑さが増す。

[0008] したがって、センサのコストおよび複雑さを最小化する一方で、測定の速さが向上する可能性のある正確な近接センサを提供する装置および方法が必要である。

[0009] 本発明の一実施形態では、ダイヤフラムによってそれぞれが共通基準チャンバから分離された１つまたは複数の測定チャンバを含む流体近接センサが提供される。１つまたは複数の測定チャンバおよび基準チャンバは、同一の流体源から供給されるが、各チャンバはそれ自体の専用ノズルを介して放出する。基準チャンバの場合には、基準ノズルの近位かつ反対側に、固定されたスタンドオフが配置される。１つまたは複数の測定ノズルがウェーハ表面に近接すると、ダイヤフラムを跨いで圧力差が現れるように１つまたは複数の測定チャンバ内の圧力に影響を及ぼす。この圧力差は（同様に、関連する近接も）、１つまたは複数のダイヤフラムの動きを検知することにより測定することができる。

[0010] 本発明の別の実施形態では、１つまたは複数のダイヤフラムの遠隔検知が提供される。各ダイヤフラムに対して透明ウィンドウを設けることによって、外部センサは、圧力差に応答して関連する内部ダイヤフラムの動きを測定することができる。光学的検知、誘導検知および容量性検知を含めて、本発明の範囲内に様々な検知手段がある。各検知手段に関して、特定の検知手段向けに透明なウィンドウ材が用いられる。

[0011] 本発明の別の実施形態では、今日のフォトリソグラフィに相応しい近接測定に対応するために、流体近接センサは伸縮自在の機構に取り付けられる。伸縮自在の機構上に基準面を置くことによって、近接センサの正確な配置を維持することができ、したがって、かなり大きな誤差の可能性があるにもかかわらず、正確な近接測定を維持することができる。

[0012] 本発明の別の実施形態では、調整可能なノズル開口および／または共通測定チャンバに結合された複数のノズルを使用する最適な近接センサ構成が提供される。測定チャンバの数を減少させることにより、簡易化した、より費用対効果が大きい近接センサが提供される。

[0013] 本発明のさらなる実施形態、特徴および利点、ならびに本発明の様々な実施形態の構造および動作が、添付図面を参照しながら以下で詳細に説明される。

[0014] 本発明の実施形態が、添付図面を参照しながら以下で説明される。図では、同じ参考番号は、同一の素子または機能的に類似した素子を示す。

[0015]反射型リソグラフィ装置を示す図である。 透過型リソグラフィ装置を示す図である。 [0016]本発明の一実施形態による近接センサの図である。 [0017]露光フィールドに関するトポグラフィマップを生成する元になる多数サンプルを出力するために近接センサを使用する様子を示す図である。 [0018]本発明の一実施形態によって、露光フィールドにわたってトポグラフィマップをもたらすために、近接センサによる減少したサンプルセットの手法の使用を示す図である。 [0019]本発明の一実施形態により、共通測定チャンバに接続された切換え可能な複数のポートを使用することによって、露光フィールドにわたって多数サンプルを得ることができる様子を示す概略図である。 [0020]本発明の実施形態によって、露光フィールドにわたってトポグラフィマップをもたらすために多数サンプルをもたらすように調整可能なノズルポート開口を使用することができる手法を示す図である。 本発明の実施形態によって、露光フィールドにわたってトポグラフィマップをもたらすために多数サンプルをもたらすように調整可能なノズルポート開口を使用することができる手法を示す図である。 [0021]本発明の実施形態によって、材料面上で近接測定を実行するために、１つまたは複数の調整可能な開口を通る流体流れを用いる方法のフロー図である。

[0022] 本発明は、特定の用途向けの例示的実施形態を参照しながら本明細書で説明されているが、本発明がそれに限定されないことを理解されたい。本明細書に提供された教示にアクセスする当業者なら、その教示の範囲内および本発明がかなり有用である追加分野の範囲内の追加の変更形態、応用例、および実施形態を理解するであろう。

[0023] 図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれリソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’を概略的に示す。リソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’は、それぞれ、放射ビームＢ（例えばＤＵＶ放射またはＥＵＶ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、レチクル、または動的パターニングデバイス）ＭＡを支持するように構成され、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ポジショナＰＭに接続されるサポート構造（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、基板Ｗを正確に位置決めするように構成された第２ポジショナＰＷに接続される基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴとを含む。リソグラフィ装置１００および１００’は、基板Ｗのターゲット部分（例えば１つまたは複数のダイを備える）Ｃ上へ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投影するように構成された投影システムＰＳも有する。リソグラフィ装置１００では、パターニングデバイスＭＡおよび投影システムＰＳは反射性であり、リソグラフィ装置１００’では、パターニングデバイスＭＡおよび投影システムＰＳは透過性である。

[0024] この照明システムＩＬは、放射Ｂを誘導し、整形し、または制御するために、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型など様々なタイプの光学コンポーネント、または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を含んでよい。

[0025] サポート構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡの配向、リソグラフィ装置１００および１００’の設計、および、例えばパターニングデバイスＭＡが真空環境中で保持されるかどうかなど他の条件に左右される形でパターニングデバイスＭＡを保持する。サポート構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡを保持するために、機械的、真空、静電気、または他のクランプ技法を用いてよい。サポート構造ＭＴは、例えばフレームまたはテーブルでよく、必要に応じて固定式かまたは可動式でよい。サポート構造ＭＴは、パターニングデバイスが、例えば投影システムＰＳに対して確実に所望位置にあるようにすることができる。

[0026] 用語「パターニングデバイス」ＭＡは、基板Ｗのターゲット部分Ｃ内にパターンを作成するなど、その横断面内にパターンを備えた放射ビームＢを与えるために使用され得るあらゆるデバイスを指すものと広義に解釈されたい。放射ビームＢ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Ｃに作成されるデバイス内の特定の機能層に対応してよい。

[0027] パターニングデバイスＭＡは、（図１Ｂのリソグラフィ装置１００’のように）透過性または（図１Ａのリソグラフィ装置１００のように）反射性でよい。パターニングデバイスＭＡの例には、レチクル、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パネルが含まれる。マスクはリソグラフィにおいて周知であり、マスクタイプとして、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）位相シフトなど、ならびに様々なハイブリッドマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例は、入ってくる放射ビームを様々な方向に反射するように個々に傾斜させることができる小さなミラーのマトリクス配置を使用する。傾けられたミラーが、ミラーマトリクスによって反射される放射ビームＢ内にパターンを与える。

[0028] 用語「投影システム」ＰＳは、用いられる露光放射あるいは液浸液の使用または真空の使用など他の要因に適切なものとして、屈折システム、反射システム、反射屈折システム、磁気システム、電磁気システム、および静電気光学システムあるいはそれらの任意の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よい。他の気体が多量の放射または電子を吸収し過ぎる恐れがあるので、ＥＵＶまたは電子ビーム放射向けに真空環境が用いられてよい。したがって、真空壁および真空ポンプの支援によって、ビーム通路の全体に真空環境が与えられてよい。

[0029] リソグラフィ装置１００および／またはリソグラフィ装置１００’は、２つ（デュアルステージ）またはそれ以上の基板テーブル（および／または複数のマスクテーブル）ＷＴを有するタイプでよい。そのような「マルチステージ」マシンでは、追加の基板テーブルＷＴが並行して使用され得るが、あるいは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、１つまたは複数の他の基板テーブルＷＴ上で準備ステップが行われ得る。１つまたは複数の他の基板テーブルＷＴが露光に使用されている間に準備段階を実行することができるとき、この準備段階がリソグラフィ装置１００および／またはリソグラフィ装置１００’の所望のスループット内で実行されるので、この準備段階は「インラインの過程」中に起きると言われる。それと対照的に、１つまたは複数の他の基板テーブルＷＴが露光に使用されている間に準備段階を実行することができないとき、この準備段階がリソグラフィ装置１００および／またはリソグラフィ装置１００’の所望のスループット内で実行され得ないので、この準備段階は「オフラインの過程」中に起きると言われる。本明細書でより詳細に説明されるように、露光システム（例えばリソグラフィ装置１００、１００’の投影システムＰＳなど）の焦点を位置決めするパラメータは、オフラインの過程、インラインの過程、またはそれらの組合せで求められ得る。

[0030] 図１Ａおよび図１Ｂ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取る。例えばこの放射源ＳＯがエキシマレーザであるとき、放射源ＳＯとリソグラフィ装置１００、１００’は別個の実体でよい。そのような例では、放射源ＳＯがリソグラフィ装置１００または１００’の一部を形成するとは見なされず、放射ビームＢは、例えば適当な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダを備えるビームデリバリシステムＢＤ（図１Ｂ）の支援により、放射源ＳＯからイルミネータＩＬまで通過する。他の例では、例えば放射源ＳＯが水銀灯であるとき、放射源ＳＯはリソグラフィ装置１００、１００’の一体型部品でよい。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤも一緒に、放射システムと呼ばれてよい。

[0031] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布の調整のためにアジャスタＡＤ（図１Ｂ）を備えてよい。一般に、少なくともイルミネータの瞳面内強度分布の外側および／または内側半径範囲（一般にそれぞれσ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）は調整され得る。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（図１Ｂ）を備えてよい。イルミネータＩＬは、その断面内の所望の均一性および強度分布を得るために放射ビームＢを調節するように使用されてよい。

[0032] 図１Ａを参照すると、放射ビームＢは、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ上に保持されるパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡ上に入射し、パターニングデバイスＭＡによってパターニングされる。リソグラフィ装置１００では、放射ビームＢはパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡから反射される。放射ビームＢは、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡから反射された後、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に放射ビームＢを集中させる投影システムＰＳを通過する。基板テーブルＷＴは、第２ポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ２（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダまたは容量センサ）を用いて、例えば放射ビームＢの経路内へ個別のターゲット部分Ｃを位置決めするように正確に移動され得る。同様に、第１のポジショナＰＭおよび別の位置センサＩＦ１は、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を正確に位置決めするのに使用され得る。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡおよび基板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を用いて整列され得る。

[0033] 図１Ｂを参照すると、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、パターニングデバイスによってパターニングされる。放射ビームＢは、マスクＭＡを横切って、基板Ｗのターゲット部分Ｃの上にビームを集中させる投影システムＰＳを通過する。基板テーブルＷＴは、第２ポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダまたは容量センサ）を用いて、例えば放射ビームＢの経路内へ個別のターゲット部分Ｃを位置決めするように正確に移動され得る。同様に、第１ポジショナＰＭおよび別の位置センサ（図１Ｂには明示されていない）が、例えばマスクライブラリからの機械的検索の後、またはスキャン中に、放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めするのに使用され得る。

[0034] 一般に、マスクテーブルＭＴの動作は、第１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）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）を使用して実現することができる。同様に、基板テーブルＷＴの動作は、第２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。ステッパの場合には（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴがショートストロークアクチュエータのみに接続されてよく、または固定されてもよい。マスクＭＡおよび基板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を用いて整列され得る。図示された基板アライメントマーク（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）は専用ターゲット部分を占めるが、ターゲット部分の間のスペースに配置されてもよい。同様に、マスクＭＡ上に複数のダイが与えられる状況では、マスクアライメントマークはダイ間に配置されてよい。

[0035] リソグラフィ装置１００および１００’は、以下のモードの少なくとも１つで使用されてよい。

[0036] ステップモードでは、サポート構造（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、一方、放射ビームＢに与えられたパターン全体がターゲット部分Ｃの上に一度に投影される（すなわち単一の静止露光）。次いで、別のターゲット部分Ｃが露光され得るように、基板テーブルＷＴがＸ方向および／またはＹ方向に移動される。

[0037] スキャンモードでは、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと基板テーブルＷＴが同期してスキャンされ、一方、放射ビームＢに与えられたパターンがターゲット部分Ｃの上に投影される（すなわち単一の動的露光）。サポート構造（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ＰＳの拡大（縮小）特性および像反転特性によって決定され得る。

[0038] 別のモードでは、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴがプログラマブルパターニングデバイスを保持して実質的に静止状態に保たれ、基板テーブルＷＴが移動またはスキャンされ、その一方で放射ビームＢに与えられたパターンがターゲット部分Ｃの上に投影される。パルス放射源ＳＯが使用されてよく、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の各動作後に、またはスキャン中連続した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、本明細書で言及されたタイプ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利用するマスクレスリソグラフィに容易に適用され得る。

[0039] 説明された使用モードまたは全く異なった使用モードの組合せおよび／または変形形態も使用されてよい。

[0040] ＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に対して本説明に特定の参照がなされてもよいが、本明細書に説明されたリソグラフィ装置が、磁気ドメインメモリ、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなど向けの集積光学システム、誘導パターンおよび検出パターンの製造など他の用途を有し得ることを理解されたい。当業者なら、そのような代替用途の文脈では、本明細書における用語「ウェーハ」または「ダイ」のどんな使用も、それぞれ、より一般的な用語「基板」または「ターゲット部分」と同義のものと見なしてよいことを理解するであろう。本明細書で言及する基板は、露光前または露光後に、例えばトラック（一般に基板にレジストの層を与え、露出したレジストを現像するツール）、メトロロジーツールおよび／またはインスペクションツール内で処理されてよい。適用可能であれば、本開示は、そのようなものおよび他の基板処理ツールに適用されてよい。その上、基板は、例えば多層ＩＣを作成するために複数回処理されてよく、そのため、本明細書に用いられる用語の基板は、既に複数の処理層を含む基板も意味してよい。

[0041] 本明細書に使用される用語「放射」および「ビーム」は、紫外線（ＵＶ）放射（例えば３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍまたは１２６ｎｍの、またはそのくらいの波長を有するもの）または超紫外線放射（例えば５ｎｍ以上の波長を有するもの）を含むすべてのタイプの電磁放射を包含する。

[0042] 用語「レンズ」は、文脈上可能であれば、屈折性光学コンポーネンおよび反射性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任意のものまたはその組合せを意味してよい。

[0043] 図２は、本発明の一実施形態による近接センサ２００の図である。近接センサ２００は、１つまたは複数の測定ノズル２０５、１つまたは複数の測定チャンバ２１０、１つまたは複数のダイヤフラム２１５、共通基準チャンバ２２０、基準ノズル２２５、基準スタンドオフ２３０、基準入力ポート２３５、および１つまたは複数の測定入力ポート２４０を含む。流体（例えばエアー）源２５５は、１つまたは複数の測定供給ポート２４０および基準供給ポート２３５を介して近接センサ２００に流体を供給する。流体供給に関する制御は、任意選択の基準絞り機構２４５および任意選択の測定絞り機構２５０によって行うことができ、両測定絞り機構は、それぞれ各供給ポート２３５および２４０の一部を形成する。

[0044] １つまたは複数のダイヤフラム２１５は、共通基準チャンバ２２０と１つまたは複数の測定チャンバ２１０のそれぞれの間の共通壁の一部分を形成し、そのため、１つまたは複数の測定チャンバ２１０のそれぞれから共通基準チャンバ２２０を分離する。そのため、分離ダイヤフラム２１５は、すべての測定チャンバ２１０のそれぞれと関連する。流体の放出は、各チャンバに関連したノズルを介して達成される。流体放出の容易さは、特定のノズルの外面（すなわちウェーハ表面などの材料面）への近さ次第である。基準ノズル２２５の場合には、基準スタンドオフ２３０が、基準ノズル２２５に隣接し、かつ近接して配置される。基準スタンドオフ２３０のそのような配置を採用することによって、基準チャンバ２２０内に基準圧力が確立される。１つまたは複数の測定チャンバ２１０のそれぞれの内部圧力は、ウェーハ表面など外面への、１つまたは複数の測定ノズル２２５のそれぞれの近接によって確立される。この構成は、基準チャンバ２２０と１つまたは複数の測定チャンバの間の圧力差が変化するのにつれて１つまたは複数のダイヤフラムが移動するように配置される。そのような圧力変化は、近接センサ２００による監視下の面におけるトポグラフィの変化によって駆動される。

[0045] 共通基準チャンバの目的は、近接測定プロセスにおける誤差の同相モード源を低減することである。誤差の同相モード源は、流体供給圧力における変化、室内雰囲気圧における変化、気流による影響などを含む。例えば、クリーンルーム内の圧力は、一般にダストおよび他の異物の粒子がクリーンルームに侵入するのを遅らせるように、より高いレベルに維持されるので、半導体プロセス作業者がクリーンルームに入るとき室内雰囲気圧に変化が生じる。同様に、半導体設備内の気流の原因の１つに、高速で動き、したがって先頭部の波を形成するウェーハテーブルの動作がある。

[0046] 圧力差に応答した１つまたは複数のダイヤフラム２１５の動きは、１つまたは複数の位置センサ２７５によって測定される。各圧力センサ２７５は、それぞれのダイヤフラム２１５の動きに応答した信号を出力する。１つまたは複数の位置センサ２７５は、容量性手段、誘導性手段、または光学手段を含む、ダイヤフラムの動き検出の複数の異なる手段を用いることができる。１つまたは複数の位置センサ２７５は、透明材料（すなわち、ダイヤフラム検知機構の邪魔をしないという点でウィンドウに似ている）を用いることによって、測定チャンバ２１０内の１つまたは複数のダイヤフラム２１５から分離され得る。例えば、光学的に透明な材料を用いると、検知機構が光学機構であるとき分離するのに適当である。同様に、検知機構が容量性機構であるとき、分離するのに非導電材料が適当である。最後に、検知機構が誘導性機構であるとき、「透明材料」用に低透磁率材料が適当である。

[0047] 上記のものの利点は何倍にもなる。第１に、近接センサが１つの共通基準チャンバしか使用しないので、必要な基準間隙は１つだけである。第２に、ダイヤフラム面の動き検出は、このチャンバの外部で行われる。第３に、センサヘッドが機構に乗る必要がある場合、センサの平行な組が機構の運動および変動を検出することができる。さらに、共通基準チャンバは共通シュラウド内へ放出する。

[0048] 本発明の別の実施形態では、近接センサ２００を伸縮機構上に配置することが必要とされることがある。そのような機構には、センサと監視下の面の間の非常に小さい間隙を測定するのに近接センサを使用するという利点がある。伸縮機構の移動にもかかわらずセンサ精度の維持を確実にするために、組立体上の基準面を関連するセンサと共に付加することができる。このように、伸縮機構における不安定性および不正確さにもかかわらず、組立体から基礎への基準を維持することができる。したがって、伸縮機構の動作の間中、基準フレームに対する組立体の運動を検出する追加センサによって並行して変動を検出することができる。

[0049] さらに図２を参照すると、基準フレーム２８０は、１つまたは複数の位置センサ２７５を支持し、位置センサ２７５のそれぞれが、関連するダイヤフラム２１５の動きを測定する。基準フレーム２８０および位置センサ２７５は、どちらも所在位置に固定されている。近接センサ２００は伸縮自在の機構（図示せず）上にあり、また、エアーの管路２６０および２６５は、それぞれ流体源２５５から入力ポート２３５および２４０へ流体を供給する。１つまたは複数の基準位置センサ２８５が基準フレーム２８０に貼付される。これらの基準センサ２８５は、伸縮機構の変動および運動を測定するのに使用される。

[0050] 前述のように、所要の精度でのトポグラフィマップの生成は詳細なプロセスである。図３は、近接センサによる多数サンプルを用いて、露光するべきフィールドにわたってトポグラフィマップをもたらす様子を示す。図３を参照すると、後続の半導体製造作業に対応するために、露光フィールド３００はトポグラフィマップが生成される必要がある。近接センサがもたらす近接情報は局部的である（すなわち特定のポイントの辺りの情報である）ため、露光フィールド３００にわたるトポグラフィマップは、露光フィールド３００のトポグラフィを適切に捕捉するのに十分な多数のサンプルを必要とする。

[0051] 例えば、２１ｍｍ×２１ｍｍの露光フィールド３００は、配列内の各センサが３ｍｍ×２ｍｍのフットプリントに対応する７つのセンサの直線状配列を使用してサンプリングすることができる。この場合、センサは「長手」方向（すなわち３ｍｍの方向）に配列され、それによって、直線状配列のフットプリントは２１ｍｍ×２ｍｍの寸法を有する細長い一片を扱う。全露光フィールドをまかなうために、直線状配列は、露光フィールドの幅にわたって２ｍｍの増分でステップが進むことになる。２ｍｍ幅の細長い一片にとって、全２１ｍｍの露光フィールドを完全に捕捉するのに合計１１ステップが必要とされることになる。したがって、全露光フィールドのトポグラフィの変化を捕捉するのに、合計７７のサンプルが用いられることになる。図３は原寸に比例していないことに留意されたい。

[0052] 本発明の別の実施形態では、（ウェーハにわたってステップを進めることの代替として）露光フィールドをスキャンすることができる。そのような実施形態では、近接センサは上記で説明されたものと似た動作をすることになるが、ここでは、その性能が近接センサの帯域幅によって制限される。

[0053] 監視下の露光フィールドに関するトポグラフィマップをもたらすために、サンプリングされたトポグラフィデータを用いて解析が実行されてよい。トポグラフィマップは、単にウェーハ上の位置によって構成された未加工のトポグラフィデータでよいが、追加の解析によって３次元のトポグラフィ関数（Ｚ，Ｔｘ，Ｔｙ）をもたらすことができ、ここで、Ｚは特定の座標（ｘ，ｙ）での高さであり、ＴｘおよびＴｙは、それぞれｘ方向およびｙ方向における各傾斜を表す。そのような３次元のトポグラフィ関数は、未加工のサンプルデータに対する「最良適合」を表すことができ、トポグラフィの波状起伏の明細を明らかにするために後続の半導体プロセス機器を制御することができる手段をもたらす。

[0054] トポグラフィ測定の速さが半導体リソグラフィにおける重要な問題であるので、ウェーハ表面のトポグラフィを適切に捕捉するのに必要な近接サンプルの数は重要である。減少した近接サンプルセットで正確な３次元トポグラフィ関数を適切に生成することができるなら、そのような状況は、速いという理由で好ましい。減少したサンプルセットがトポグラフィ情報を適切に表すことができるのであれば、例えば、より大きな個々のセンサフットプリントを用いると、必要なサンプル数を減少させることができる。

[0055] 図４は、本発明の一実施形態によって、対象の露光フィールドにわたってトポグラフィマップをもたらすための、近接センサによる減少したサンプルセットの手法の使用を示す。ここで、説明のために、各センサは、現在直線状配列の方向に、より大きい。現在その特定方向では、直線状配列を形成するのに少数のセンサが必要である。「ステップ」方向におけるセンサのサイズが不変であるので、所与の露光フィールド寸法に対してステップ数は変わらない。

[0056] 例えば、２１ｍｍ×２１ｍｍ平方の露光フィールドに対して、配列内の各センサが１０ｍｍ×２ｍｍのフットプリントに対応する２つのセンサの直線状配列を使用してサンプル低減手法を適用することができる。この場合、センサは「長手」方向（すなわち１０ｍｍの方向）に配列されることになり、それによって、直線状配列のフットプリントは２０ｍｍ×２ｍｍの寸法を有する細長い一片を扱う。再び、全露光フィールドをまかなうために、直線状配列は、露光フィールドの幅にわたって２ｍｍの増分でステップを進めることになる。２ｍｍ幅の細長い一片にとって、全２１ｍｍの露光フィールドを完全に捕捉するのに合計１１ステップが必要とされることになる。したがって、この特定の例では、全露光フィールドのトポグラフィの変化を捕捉するのに、合計２２（７７から減少している）のサンプルが用いられることになる。図４は原寸に比例していないことに留意されたい。

[0057] 上記のように、一旦センサからサンプリングされた近接データが収集されると、後続の半導体製造作業に対応するのに必要な（Ｚ，Ｔｘ，Ｔｙ）の３次元トポグラフィ関数をもたらすために、そのデータをさらに解析することができる。任意の所与の状況において、許容できるサンプルレートは（したがって近接センサのフットプリントサイズも）、対象となる特定の露光フィールドにおけるトポグラフィ表面の変化の速さ、ならびに後続の半導体プロセスのステップのニーズを満たすためにトポグラフィ情報に必要とされる正確度次第である。

[0058] したがって、精度が許せば（例えばセンサフットプリントのより大きなサイズを用いて）取得するサンプル数を減少することにより、あるいは精度が最優先事項であればセンサフットプリント当りのコストを低減することにより、トポグラフィマップ情報を得るコストを縮小することができる。

[0059] 後者の場合には、個々のノズルに対応するのに必要な測定装置を減少することにより、センサフットプリント当りのコストを下げることができる。本発明の一実施形態によれば、急速なトポグラフィ深さ変化に対する応答性を保つようにノズルの数およびサイズを維持した上で圧力ディテクタの数を減少することにより、対応する測定装置を減少することができる。例えば、単一の測定チャンバへ複数の個別ポートを組み込むことができる。個々のノズルの配列を多重化するように制御弁を用いることにより、対象となる露光フィールドにわたる近接パターンのサンプリングを費用対効果が大きいやり方で。

[0060] 図５は、本発明の一実施形態により、１つまたは複数の共通測定チャンバに接続された切換え可能な複数のノズルを使用することにより、露光フィールドにわたって多数の近接サンプルを得ることができる様子の概略図を示す。公称の近接センサの場合のように、流体を放出するのに複数の測定ノズル５１０が使用される。しかし、個々の測定ノズル５１０とその関連する測定チャンバの間の直接接続の代わりに、個々の測定ノズル５１０から１つまたは複数の共通測定チャンバ（図示せず）へ流体流れを多重化する（または切り換える）ために制御弁５２０が使用される。本発明の一実施形態では、制御弁５２０は、後続の半導体プロセスのステップに対応するのに必要な最低の精度と矛盾しない最大のフットプリントサイズの割出しに基づいて活性化される。本発明の他の実施形態で説明されるように、各共通測定チャンバは、それに関連した位置センサを有し、この位置センサは、特定の共通測定チャンバに関連づけられたそれぞれのダイヤフラムの動きに応答する信号を出力する。

[0061] １つまたは複数の共通測定チャンバに対して一連の測定ノズルを多重化するために、より高度な手法を用いることができる。例えば別の実施形態では、ノズルの一方の半分を１つの共通測定チャンバへ送り、さらにノズルの他方の半分を第２の共通測定チャンバへ送るために制御弁を使用することができる。そのような多重化構成では、１対のそのような測定値からの結果として生じるＺトポグラフィ測定値は２つの測定値の平均になり、一方、回転は２つの測定値間の差になる。別の実施形態では、それぞれが基準チャンバから共通測定チャンバを分離する２つの個別のダイヤフラムを使用するのではなく、２つの共通測定チャンバの間にダイヤフラムを配置することにより回転を測定することができる。

[0062] 前述のように、精度が許せば（例えばセンサフットプリントのより大きなサイズを用いて）取得するサンプル数を減少することにより、トポグラフィマップ情報を得るコストを縮小することができる。本発明の別の実施形態では、各測定チャンバに接続されたノズル開口における変化を可能にすることにより、費用対効果の大きい近接センサを実現することができる。例えば、所与の精度要件に対して開口サイズを最適化するために、開口の長さまたは幅を調整することができる。開口サイズが調整されるとき、関係しているノズルの変化の制約を適応させるように、開口への正味の流体流れも調整されることになる。

[0063] 図６Ａおよび図６Ｂは、トポグラフィ精度要件の点から見てセンサフットプリントを最適化するために、調整可能なノズルを使用することができる手法を示す。調整可能なノズル６１０は、ノズルのサイズを変化させるのに使用され得る移動可能な素子と共に示されている。図６Ａは、調整可能なノズル６１０の長手方向の寸法を縮小するように使用される移動可能な素子６２０を示す。図６Ｂは、調整可能なノズル６１０の短手方向の寸法を縮小するために使用される移動可能な素子６３０を示す。移動可能な素子６２０および６３０は、最新の半導体プロセス環境で必要とされる速さをもたらすのに十分な任意の機構によって移動され得る。したがって、電気式、圧電式、電磁式、空圧式などの機構は本発明の範囲内にある。

[0064] 要約すると、図５および図６に示された実施形態は、必要とされるセンサ装置を縮小することによりセンサフットプリント当りのコストを下げることができる手段を示す。そのようなコスト低減にもかかわらず、これらの実施形態は、対象となる露光フィールドにわたってｘ方向にステップを進める（またはスキャンする）一方で、各測定ポイントでの必要なデータ情報（すなわち（Ｚ，Ｔｙ））を送出する。

[0065] 図７は、材料面上で近接測定を実行するために、１つまたは複数の調整可能なノズルを通る流体流れを用いる方法７００のフロー図を与える。

[0066] プロセスはステップ７１０で始まる。ステップ７１０で、測定される材料面の近くに流体近接センサのノズルが配置される。

[0067] ステップ７２０で、流体近接センサのノズルのサイズは、測定される材料面の局部領域に関する精度要件に対応するように調整される。

[0068] ステップ７３０で、調整されたノズルを使用して近接測定が行われる。

[0069] ステップ７２０および７３０は、後続の半導体プロセスのステップに対応するためにトポグラフィマップが必要とされる材料面の局部領域にわたって繰り返される。各位置での表面の座標の関数として表面の波状起伏のデータベースを作成するのに近接測定が用いられる。前述のように、（Ｚ，Ｔｘ，Ｔｙ）の形式で関数関係を作成するために、近接データに対して任意選択で解析を適用してよい。

[0070] ステップ７４０で方法７００は終了する。

[0071] 特許請求の範囲を解釈するのに、発明を実施するための形態の欄が参酌されるように意図されていることを理解されたい。

[0072] 特定の諸機能およびそれらの関係の実装形態を示す機能的構成ブロックを用いて、本発明が上記で説明されてきた。これらの機能的構成ブロックの境界は、説明に好都合なように本明細書で便宜的に定義されたものである。特定の諸機能およびそれらの関係が適切に実行される限り、代替の境界を定義することができる。

[0073] 特定の実施形態の上記説明は、他者が、本発明の一般的な概念から逸脱することなく、必要以上の実験作業なしで、当技術の熟練範囲内の知識を適用することによって、そのような特定の実施形態を容易に変更しかつ／または様々な用途に適合させることができるように、十分に本発明の一般的性質を示すはずである。したがって、そのような適合形態および変更形態は、本明細書に示された教示および手引に基づく開示された実施形態の等価物の意味および範囲の中にあるように意図されている。本明細書の表現または用語は、上記教示および手引に照らして当業者によって解釈されるべきであり、そのような表現または用語は、限定するためではなく説明のためのものであることを理解されたい。

[0074] 本発明の広さおよび範囲は、前述の例示的実施形態のうちいかなるものによっても限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物によってのみ定義されるべきである。

Claims (6)

1. 第１の供給ポートおよび測定ノズルを有する測定チャンバであって、前記第１の供給ポートを介して流体を受け取り、かつ前記測定ノズルを介して前記流体を放出するように適合された測定チャンバと、
   第２の供給ポートおよび基準ノズルを有するとともに前記測定チャンバを支持する基準チャンバであって、前記第２の供給ポートを介して流体を受け取り、かつ前記基準ノズルを介して前記流体を放出するように適合された基準チャンバと、
   前記測定チャンバと前記基準チャンバとの共通壁の一部分を形成して前記測定チャンバから前記基準チャンバを分離するダイヤフラムであって、与えられた圧力に応答するダイヤフラムと、
   前記基準チャンバに取り付けられ、かつ前記基準ノズルのほぼ反対側に配置された基準スタンドオフ面と、
   前記ダイヤフラムの動きに応答して信号を出力するように適合された位置センサと、
   前記基準チャンバに形成された基準面と、
   前記位置センサに対して少なくとも間接的に取り付けられ、前記基準面の変動に応答して信号を出力するように適合された基準位置センサと、
   前記位置センサ及び前記基準位置センサを支持する基準フレームと、を備え、
   前記基準チャンバが前記基準フレームに対して相対変位自在である、装置。
2. 前記第１の供給ポートおよび前記第２の供給ポートがそれぞれ絞り機構を備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記基準チャンバが、前記基準チャンバの外部の位置から前記位置センサが前記ダイヤフラムの動きを検出することを可能にするように適合されたウィンドウをさらに備える、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記位置センサが光センサである場合に前記ウィンドウは透明材料を備え、または、前記位置センサが容量センサである場合に前記ウィンドウは非導電材料を備え、または、前記位置センサが誘導性センサである場合に前記ウィンドウは低透磁率材料を備える、請求項３に記載の装置。
5. 前記基準フレームに対する前記基準チャンバの相対変位は伸縮機構によって実現される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 放射ビームを生成するように適合された照明システムと、
   前記放射ビームをパターニング可能であるパターニングデバイスを支持するように適合されたサポートデバイスと、
   基板上に前記パターン化されたビームを投影するように適合された投影システムと、
   前記基板からの近接を測定するように適合された近接センサと
   を備え、
   前記近接センサが、
   第１の供給ポートおよび測定ノズルを有する測定チャンバであって、前記第１の供給ポートを介して流体を受け取り、かつ前記測定ノズルを介して前記流体を放出するように適合された測定チャンバと、
   第２の供給ポートおよび基準ノズルを有するとともに前記測定チャンバを支持する基準チャンバであって、前記第２の供給ポートを介して流体を受け取り、かつ前記基準ノズルを介して前記流体を放出するように適合された基準チャンバと、
   前記測定チャンバと前記基準チャンバとの共通壁の一部分を形成して前記測定チャンバから前記基準チャンバを分離するダイヤフラムであって、与えられた圧力に応答するダイヤフラムと、
   前記基準チャンバに取り付けられ、かつ前記基準ノズルのほぼ反対側に配置された基準スタンドオフ面と、
   前記ダイヤフラムの動きに応答して信号を出力するように適合された位置センサと、
   前記基準チャンバに形成された基準面と、
   前記位置センサに対して少なくとも間接的に取り付けられ、前記基準面の変動に応答して信号を出力するように適合された基準位置センサと、
   前記位置センサ及び前記基準位置センサを支持する基準フレームと、を備え、
   前記基準チャンバが前記基準フレームに対して相対変位自在である、リソグラフィシステム。