JP5284481B2 - スキャトロメータおよびリソグラフィ装置 - Google Patents

Description

[0002] 本発明は、例えばリソグラフィ技法によるデバイス製造で用いることができる検査方法およびリソグラフィ技法を用いるデバイス製造方法に関する。具体的には、本発明はスキャトロメータの方法および装置に関する。

[0001] 本願は、２００８年１１月７日に出願された米国仮出願第６１／１１２，２８９号の利益を主張するものであり、この出願の全体を、参照により本明細書に組み込む。

[0003] リソグラフィ装置は、基板上に、通常は基板のターゲット部分上に所望のパターンを与えるマシンである。リソグラフィ装置は、例えば集積回路（IC）の製造に使用することができる。その場合、マスクまたはレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスは、ＩＣの個々の層上に形成するべき回路パターンを生成するために使用することができる。このパターンは、基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えばダイの一部、１つのダイ、またはいくつかのダイを含む）に転写することができる。パターンの転写は、一般に基板上に与えられた放射感応性材料（レジスト）の層上に結像することによって行われる。一般に、単一の基板は、網状の隣り合うターゲット部分を含むことになり、これらのターゲット部分が次々とパターニングされる。既知のリソグラフィ装置は、ターゲット部分上にパターン全体を一度に露光させることによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、放射ビームによってパターンを所定方向（「スキャン」方向）にスキャンし、一方、基板をこの方向と平行または逆平行に同期してスキャンすることによって、各ターゲット部分が照射される、いわゆるスキャナとを含む。基板上にパターンを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へパターンを転写することも可能である。

[0004] リソグラフィプロセスを監視するために、パターン付き基板のパラメータ、例えば同基板の中または上に形成される連続した層の間のオーバーレイエラーを測定する必要がある。走査電子顕微鏡および様々な専用ツールの使用を含めて、リソグラフィプロセスで微視的構造を測定するための様々な技法がある。専用インスペクションツールの１つの形態は、基板面上のターゲット上に放射ビームを向けて、散乱または反射されたビームの特性を測定するスキャトロメータである。基板による反射または散乱の前後でビームの特性を比較することにより、基板の特性を求めることができる。これは、例えば、反射されたビームを既知の基板特性に関連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行うことができる。２つの主要なタイプのスキャトロメータが知られている。分光器のスキャトロメータは、基板上に広帯域の放射ビームを向けて、特定の狭い角度範囲に散乱した放射のスペクトル（波長の関数としての強度）を測定する。角度分解スキャトロメータは、単色放射ビームを用いて、散乱放射の強度を角度の関数として測定する。

[0005] スペクトルを測定するために、放射の反射されたビームをスキャトロメータのディテクタ上に集束しなければならない。最良の焦点距離を達成するための、ターゲットに対する対物レンズの最適な高さを求めるために、スキャトロメータ測定に用いられる広帯域の放射ビームを用いるのは困難であるので、必要な測定を実施するために、それ自体の狭周波数帯放射源を有する特化された焦点センサを使用することが知られている。次いで、この測定値は、ターゲットを最適な焦点距離に維持するために対物レンズの位置を制御し、かつ参照および較正に用いられるスキャトロメータの諸基準点の高さを求めるのに用いられる。しかし、本願の発明者は、このような機構では、焦点センサによって測定された対物レンズの最良の位置は、スキャトロメータのディテクタの最適な焦点位置と正確に一致しない可能性があるという問題があることに気付いた。

[0006] この問題が少なくとも緩和されるスキャトロメータを使用する検査方法を提供するのが望ましい。

[0007] 本発明の第１の態様によれば、基板の特性を測定するように構成されたスキャトロメータが提供され、このスキャトロメータは、
集束機構と、
焦点センサと、
調整手順中、前記焦点センサに応答して、アクチュエータ機構に、放射ビームを集束するのに必要とされる前記集束機構と基板との相対位置を調整させるのに効果的な制御信号を供給する焦点コントローラと、
前記調整手順中の前記スキャトロメータの集束とスキャトロメータ使用中のスキャトロメータの集束との間の差を補償するために、集束機構によって生成された焦点に対してオフセットを与えるように適合された焦点オフセット機構とを備える。

[0008] 本発明の第２の態様によれば、スキャトロメータを使用して基板の特性を測定するスキャトロメトリ法が提供され、この方法は、
調整手順であって、
放射ビームを集束するのに必要とされる前記集束機構と基板との相対位置を求めるステップと、
前記集束機構と基板との前記相対位置を表す制御信号を供給するステップと、
前記制御信号に応じて、前記集束機構と前記基板との相対位置を調整して前記集束をもたらすステップとを含む調整手順と、
前記調整手順中の前記スキャトロメータの集束とスキャトロメータ使用中のスキャトロメータの集束との間の差を補償するために、集束機構によって生成された焦点に対してオフセットを与えるステップとを含む。

[0009] 本発明の第３の態様によれば、
リソグラフィ装置を使用して基板上にパターンを形成するステップと、
スキャトロメータを使用して前記リソグラフィ装置によってプリントされたパターンのパラメータに関する値を求めるステップであって、
調整手順であり、
放射ビームを集束するのに必要とされる前記集束機構と基板との相対位置を求めるステップと、
前記集束機構と基板との前記相対位置を表す制御信号を供給するステップと、
前記制御信号に応じて、前記集束機構と前記基板との相対位置を調整して前記集束をもたらすステップとを含む調整手順を含むステップと、
前記調整手順中の前記スキャトロメータの集束とスキャトロメータ使用中のスキャトロメータの集束との間の差を補償するために、集束機構によって生成された焦点に対してオフセットを与えるステップとを含むデバイス製造方法が提供される。

[0010] 次に、本発明の諸実施形態が、添付の概略図を参照しながら単に例として説明され、図では同じ参照符号は同じ部品を示す。
リソグラフィ装置の概略図である。 リソグラフィセルまたはクラスタを示す図である。 第１のスキャトロメータを示す図である。 第２のスキャトロメータを示す図である。 センサステージおよびウェーハテーブルの詳細を示す第３のスキャトロメータの図である。 本発明によるスキャトロメータの第１の実施形態で使用される図５に示されたスキャトロメータに組み込まれた光学機構を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態による図５および図６のスキャトロメータの動作を示す流れ図である。 本発明の第２の実施形態による図５および図６のスキャトロメータの動作を示す流れ図である。

[0011] 図１は、リソグラフィ装置を概略的に示す。この装置は、
− 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を支持するように構築され、パターニングデバイスをあるパラメータに従って正確に位置決めするように構成された第１のポジショナＰＭに接続されたサポート構造（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築され、基板をあるパラメータに従って正確に位置決めするように構成された第２のポジショナ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つまたは複数のダイを備える）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）ＰＬとを備える。

[0012] この照明システムは、放射を導くか、整形するか、または制御するために、屈折、反射、磁気、電磁気、静電気など様々なタイプのコンポーネント、または他のタイプのコンポーネント、あるいはそれらの任意の組合せを含んでよい。

[0013] サポート構造は、パターニングデバイスを支持する、すなわちパターニングデバイスの重量を支承する。サポート構造は、パターニングデバイスの向き、リソグラフィ装置の設計、また、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他の条件によって決まる仕方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、静電気、または他のクランプ技法を使用し、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または可動とすることができるフレームまたはテーブルであってもよい。サポート構造は、パターニングデバイスが、例えば投影システムに対して確実に所望の位置にあるようにすることができる。本明細書において「レチクル」または「マスク」という用語を使用することがあれば、それは、「パターニングデバイス」という、より一般的な用語と同義と見なすことができる。

[0014] 本明細書に使用される用語「パターニングデバイス」は、基板のターゲット部分内にパターンを生成するなどのために、パターンを放射ビームの断面に与えるよう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広義に解釈されたい。例えば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と、放射ビームに与えられたパターンが、基板のターゲット部分内の所望のパターンと正確に一致しない可能性があることに留意されたい。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生成されるデバイス内の特定の機能の層に相当することになる。

[0015] パターニングデバイスは、透過型または反射型とすることができる。パターニングデバイスの諸例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、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で周知であり、バイナリ、レベンソン型（alternating）位相シフト、ハーフトーン型（attenuated）位相シフトなどのマスクタイプ、ならびに様々な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は、小さな鏡の行列構成を使用し、鏡のそれぞれは、入来放射ビームを様々な方向で反射するように個別に傾けることができる。傾斜式鏡は、鏡行列によって反射される放射ビーム内にパターンを与える。

[0016] 本明細書で使用される「投影システム」という用語は、使用する露光放射、あるいは液浸液の使用または真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、屈折光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、磁気光学システム、電磁光学システム、および静電光学システム、またはそれらの任意の組合せを始めとする、任意のタイプの投影システムが包含されているものとして広義に解釈されたい。本明細書における用語「投影レンズ」のいかなる使用も、より一般的な用語「投影システム」と同義と見なされてよい。

[0017] 本明細書で記述されるように、装置は透過タイプ（例えば透過性マスクを使用するタイプ）である。あるいは、装置は反射タイプ（例えば上記で言及されたプログラマブルミラーアレイを使用するタイプまたは反射性マスクを使用するタイプ）でよい。

[0018] 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（および／または２つ以上のマスクテーブル）を有するタイプのものでよい。かかる「マルチステージ」機械では、追加のテーブルを並行して使用する、または、１つまたは複数のテーブル上で予備ステップを実行しながら、１つまたは複数の他のテーブルを露光に使用することができる。

[0019] リソグラフィ装置はまた、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分を覆うことができるタイプのものとすることができる。また、液浸液は、リソグラフィ装置内の他の空間、例えば、マスクと投影システムの間に与えることもできる。液浸技法は、投影システムの開口数を増大することで、当技術分野で周知である。本明細書で使用される「液浸」という用語は、基板など、ある構造を液体内に沈めなければならないことを意味しておらず、液体が、露光中に投影システムと基板の間に位置することを意味するにすぎない。

[0020] 図１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。放射源が例えばエキシマレーザである場合、放射源およびリソグラフィ装置は、個別の構成要素とすることができる。このような場合、放射源は、リソグラフィ装置の一部を形成しているとは見なされず、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備えた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へ渡される。それ以外の例えば放射源が水銀灯などの場合、放射源はリソグラフィ装置の一構成要素とすることができる。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と共に放射システムと呼ぶことができる。

[0021] 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備えることができる。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調整することができる。

[0022] 放射ビームＢは、サポート構造（例えば、マスクテーブルＭＴ）上で保持されてい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、投影システムＰＬを通過し、投影システムＰＬは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に集束する。基板テーブルＷＴは、第２のポジショナ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、２次元エンコーダまたは容量センサ）の助けにより、例えば、様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路内で位置決めするように、正確に移動することができる。同様に、第１のポジショナＰＭと（図１には明示的に図示されない）別の位置センサを使用し、マスクＭＡを、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の経路に対して正確に位置決めすることができる。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）の助けにより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。（スキャナではなく）ステッパの場合には、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だけに接続することも、固定とすることもできる。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を使用して位置合わせすることができる。図の基板アライメントマークは、専用のターゲット部分を占有しているが、ターゲット部分間の空間内に位置してもよい（これらは、スクライブレーンアライメントマークとして知られる）。同様に、複数のダイがマスクＭＡ上に設けられる状況では、マスクアライメントマークは、ダイ間に位置してもよい。

[0023] 図示される装置は、以下のモードの少なくとも１つにおいて使用することが可能である。
１． ステップモードでは、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴが、実質的に静止状態に保たれ、放射ビームに与えられた全パターンが、一度でターゲット部分Ｃ上に投影される（すなわち単一静的露光）。次いで、基板テーブルＷＴは、別のターゲット部分Ｃを露光することが可能となるように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が、単一静的露光においてイメージングされるターゲット部分Ｃのサイズを限定する。
２． スキャンモードでは、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴが、同期してスキャンされ、放射ビームに与えられたパターンが、ターゲット部分Ｃ上に投影される（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の速度および方向は、投影システムＰＬの拡大率（縮小率）および像反転特性により決定することができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズが、単一動的露光におけるターゲット部分の（非スキャニング方向の）幅を限定し、スキャニング動作の長さが、ターゲット部分の（スキャニング方向の）高さを決定する。
３． 別のモードでは、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つつ実質的に静止状態に保たれ、基板テーブルＷＴが、移動されまたはスキャンされるとともに、放射ビームに与えられたパターンが、ターゲット部分Ｃ上に投影される。このモードでは、一般的にはパルス放射源が使用され、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、またはスキャン中の連続放射パルスの間に、必要に応じて更新される。この作動モードは、上述の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可能である。

[0024] 前述の使用モードまたはまったく異なった使用モードの組合せおよび／または変形形態も用いられてよい。

[0025] 図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソセルまたはクラスタとも称されることがあるリソグラフィセルＬＣの一部分を形成し、基板上で前露光プロセスおよび後露光プロセスを実行するための装置も含む。従来、これらは、レジスト層を堆積するためのスピンコーターＳＣ、露光したレジストを成長させるための現像液ＤＥ、冷却板ＣＨおよび焼き板ＢＫを含む。基板ハンドラまたはロボットＲＯは、入出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を取り上げ、それらを様々なプロセス装置間で移動し、次いでリソグラフィ装置のロードベイＬＢへ送出する。総体としてトラックと称されることが多いこれらのデバイスは、監視制御システムＳＣＳによってそれ自体制御されるトラック制御ユニットＴＣＵに制御されるが、ＳＣＳは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。したがって、スループットおよび処理効率を最大化するように様々な装置が動作することができる。

[0026] リソグラフィ装置によって露光される基板を正確にむらなく露光するために、続く層の間のオーバーレイエラー、ラインの太さ、クリティカルディメンション（CD）などの特性を測定するように、露光した基板を検査することが望ましい。エラーが検出されると、同一バッチの他の基板が依然として未露光であるうちに、とりわけ検査を十分に早く高速で行えるなら、後続の基板の露光に対して調整を行うことができる。また、既に露光済の基板は、収率を改善するために取り除いて再加工してよく、あるいは廃棄することによって異常であると分かっている基板に対する露光の実行を回避してよい。基板のいくつかのターゲット部分だけが異常であるときには、良好なターゲット部分上でのみ、さらなる露光を実行することができる。

[0027] 検査装置は、基板の特性を求めるために使用され、具体的には別々の基板の特性または同一の基板の別々の層の特性が層から層へどのように変化するかを明らかにするために使用される。検査装置は、リソグラフィ装置ＬＡまたはリソセルＬＣへ組み込まれてよく、あるいはスタンドアロンのデバイスでよい。最も急速な測定を可能にするために、検査装置は、露光の直後に、露光したレジスト層で特性を測定するのが望ましい。しかし、レジスト内の潜像のコントラストは非常に低く、放射に露光されたレジスト部分と露光されていないレジスト部分との間には非常に小さな屈折率の差があるのみで、全ての検査装置が潜像の有効な測定を行うのに十分な感度を有するとは限らない。したがって、測定は後露光の焼きステップ（PEB）の後に行われてよく、このステップは、通常、露光した基板上で最初に実行され、レジストの露光した部分と露光していない部分との間のコントラストを向上させる。この段階で、レジスト内の画像は半潜像的であると称されてよい。現像されたレジスト像測定を行うことも可能であり、その時点で、あるいはエッチングなどのパターン転写ステップの後に、レジストの露光した部分または露光していない部分が除去されている。後者の可能性は、異常基板の再加工のための可能性を制限するが、やはり有益な情報をもたらすことができる。

[0028] 図３は、本発明で使用することができるスキャトロメータを示す。これは、基板Ｗ上に放射を投影する広帯域の（白色光の）放射プロジェクタ２を備える。反射された放射は分光計のディテクタ４に渡され、これは、鏡面反射され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。このデータから、検出されたスペクトルの元となる構造またはプロファイルは、例えば厳密結合波解析および非線形の回帰により、あるいはシミュレートされたスペクトルのライブラリと比較することにより、図３の下部に示されるように処理ユニットＰＵによって復元することができる。一般に、構造の再構成に関して、構造の全体的な形は既知であり、いくつかのパラメータは、スキャトロメトリデータから求めるべき構造のほんの少数のパラメータ以外は、構造が製作された処理の情報から推定される。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することができる。

[0029] 本発明と共に使用することができる別のスキャトロメータが図４に示されている。このデバイスでは、放射源２によって発せられた放射はレンズシステム１２を使用し、干渉フィルタ１３および偏光子１７を通して集束され、部分的に反射する表面１６によって反射され、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の高い開口数（ＮＡ）を有する顕微鏡対物レンズ１５を介して基板Ｗの上に集束される。液浸スキャトロメータは、さらに１以上の開口数を有するレンズを有することがある。反射された放射は、次いで、散乱スペクトルを検出するように、部分的反射面１６を透過してディテクタ１８の中へ送られる。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された瞳面１１に配置することができるが、瞳面は、代わりに、補助の光学部品（図示せず）を用いてディテクタ上に再結像されてもよい。瞳面は、放射の半径方向の位置が入射角を定義し、角度位置が放射の方位角を定義する面である。基板ターゲット３０の２次元の角散乱のスペクトルを測定することができるように、ディテクタは、好ましくは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のセンサの配列でよく、１フレーム当たりの集積時間は例えば４０ミリ秒であり得る。

[0030] 参照ビームは、例えば入射する放射の強度を測定するのに用いられることが多い。これを行うために、放射ビームがビームスプリッタ１６に入射するとき、その一部分がビームスプリッタを透過して参照ビームとして参照鏡１４へ送られる。次いで、参照ビームは、同一のディテクタ１８の別々の部分の上に投影される。

[0031] 例えば４０５〜７９０ｎｍ、または２００〜３００ｎｍなどのさらに短い範囲の対象の波長を選択するのに、１組の干渉フィルタ１３が利用可能である。干渉フィルタは、１組の別々のフィルタを備えるのではなく調整可能であり得る。干渉フィルタの代わりに回折格子を使用することができる。

[0032] ディテクタ１８は、散乱された光の強度を、単一の波長（または狭い波長範囲）で測定することができ、あるいは、複数の波長で別個に、またはある波長範囲にわたって統合して測定することができる。さらに、ディテクタは、横方向磁界で偏向した光および横方向電界で偏向した光の強度を別個に測定することができ、かつ／または横方向磁界で偏向した光と横方向電界で偏向した光の間の位相差を測定することができる。

[0033] 大きなエタンデュを示す広帯域の光源（すなわち、光の、したがって色の広範囲の周波数または波長を有する光源）を使用することができ、複数の波長の混合が可能になる。広帯域の複数の波長は、好ましくはそれぞれが８倍の帯域幅および少なくとも２×８倍（すなわち帯域幅の２倍）の間隔を有する。いくつかの放射「源」が、ファイバーバンドルを使用して分割された拡散型放射源の別々の部分になり得る。このようにして、角度分解された散乱スペクトルを、複数の波長で並行して測定することができる。２Ｄスペクトルより多くの情報を含む３Ｄスペクトル（波長および２つの別々の角度）を測定することができる。これによってより多くの情報を測定することができ、メトロロジープロセスの頑健性が向上する。このことは、欧州特許第ＥＰ１，６２８，１６４Ａ号に、より詳細に説明されている。

[0034] 基板Ｗ上のターゲット３０は回折格子でよく、これは成長後に固体のレジストラインのバーが形成されるようにプリントされる。あるいは、バーは、基板の中にエッチングしてもよい。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の色収差に感応しやすく、照明の対称性およびこのような収差の存在は、それら自体がプリントされた回折格子の変化を表すことになる。したがって、プリント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のに用いられる。線幅および形状などの回折格子のパラメータは、プリントのステップおよび／または他のスキャトロメトリプロセスの情報から処理ユニットＰＵが実施する再構成プロセスに入力される。

[0035] ここでも図５を参照すると、この図は、図４に示されたスキャトロメータの構造を示す。スキャトロメータは、矢印方向の移動用に支持されたＹ方向リニアステージ５３および図の面の移動用に支持されたＸ方向リニアステージ５５を支持するベースフレーム５１によって支持されている。Ｙ方向リニアステージ５３が回転ステージ５７を搬送し、回転ステージ５７は、装置の使用時にウェーハＷを搬送することになるウェーハテーブル５９を搬送する。図４に示されたスキャトロメータセンサ１８が設けられ、Ｘ方向に沿って移動できるようにＸ方向リニアステージ５５によって支持されている。

[0036] 対物レンズシステム１５によって、基板上への放射ビームのオンライン集束をもたらすために、スキャトロメータは焦点検知機構を含んでいる。具体的には、図４に示された対物レンズシステム１５の位置を制御する対物ステージ６３を搬送する焦点センサ６１が設けられ、スキャトロメータセンサ１８により搬送されて、スキャトロメータセンサ１８と共に移動可能である。焦点照明システム６５は、放射ビームを、図に矢印で示されるように焦点センサ６１上に向けるように構成される。このビームは、対物レンズシステム１５を通過してウェーハＷの上へ進むことになる。焦点コントローラ６７は、焦点照明システムによって供給された放射をウェーハ上に集束し、かつウェーハテーブル５９上のウェーハＷで反射されて焦点センサ６１上に戻される放射を集束するように、対物レンズ機構の移動を処理ユニットＰＵの制御下で図の矢印によって示されたＺ方向に制御するように、対物ステージ６３のアクチュエータ（図示せず）に対して制御信号を供給するのに有効である。

[0037] しかし、本発明者は、上記で説明された機構には、焦点センサ６１によって測定される最良の焦点測定が、例えばクリティカルディメンション（CD）またはオーバーレイ（OV）を監視するためにウェーハから反射された放射のスペクトルを測定するときにスキャトロメータセンサ１８が行う測定に必要とされる最良の焦点と必ずしも一致しないという問題があることを理解した。これは、スキャトロメータセンサ１８および焦点センサ６１によって用いられる、放射の別々の波長による別々の測定技術によるもの、あるいは容量コントラストと光学コントラストなど別々の方式による別々の光学設計、ウェーハテーブル５９上の諸ウェーハの様々なウェーハ相互作用、または例えばＣＤ測定とＯＶ測定との間の別々の用途に対する最良の焦点の別々の定義によるものであり得る。装置によるスキャトロメータ測定中、焦点センサ６１によるさらなる測定を行うことは、時間的制約によって不可能である。焦点制御システムによって用いられるサンプリングは、一般に通常２ＫＨｚの帯域幅を有することになり、スキャトロメトリ測定に用いられる放射の帯域幅よりはるかに小さい。

[0038] 本発明の一実施形態によれば、焦点センサのＺ方向の位置は、スキャトロメータ測定中、焦点センサの線形化を必要とせずに焦点センサとスキャトロメトリセンサ１８の焦点との間のオフセットを補償するように調整される。

[0039] 次に図６を参照すると、この図は、上記で全体的に説明された、本発明の一実施形態によるスキャトロメータで使用することができる焦点検知機構用の光学機構のいくつかの光学部品の位置を示している。図６において、ウェーハＷは図５に示されたスキャトロメータに示されるウェーハＷであり、レンズ６９が図５に示された対物レンズ機構１５を構成しており、レンズ７１は焦点検知機構用の集束レンズであることが理解されよう。いくつかの光学部品、具体的にはビーム分割機構は、ウェーハによって反射された放射を、焦点照明システム６５からの放射だけが集束レンズ７１を通過するように分割するためのものであることも理解されよう。

[0040] ウェーハＷから反射されてレンズ６９、７１を通過する放射は、鏡７３によって分割されてビーム１およびビーム２の２本のビームを生成する。それぞれのディテクタ７５および７７は、ビーム１およびビーム２を検出するために設けられている。ビーム１は開口７９を通過してディテクタ７５上へ進み、一方、ビーム２は、鏡８３から反射した後に開口８１を通過してディテクタ７７上へ進み、ディテクタ７５、７７、開口７９、８１、および鏡７３、８３の全てが、図５の焦点センサ６１の一部を形成している。図６は、ビーム１およびビーム２の各ビームに対するそれぞれの焦点面８５、８７の位置も示している。ビーム１に対するウェーハＷと焦点面８５の間の光学距離は、ウェーハＷと焦点面８７の間のビーム２の光学距離と等しいことになる。開口７９、８１とそれぞれの焦点面８５、８７との間の距離は、ビーム１およびビーム２に対して等しいことになる。

[0041] ビーム１およびビーム２の２本のビームを用いると、ウェーハＷ上の焦点位置からのビームのいかなる乖離も検知することが可能になり、また、いかなる誤焦点も検出されるようになるという事実もある。具体的には、最良の焦点では、開口７９、８１を通過する光の量は等しく、したがって、ディテクタ７５、７７の出力Ｓ１、Ｓ２も等しい。換言すればＳ１＝Ｓ２であり、Ｓ１−Ｓ２＝０である。ウェーハＷが最適な焦点距離にない場合、Ｓ１とＳ２とが異なり、これは検出することができる。次いで、対物レンズ機構１５における対物レンズ６９の位置が、図５に示された対物ステージ６３を使用して、Ｓ１とＳ２が再び等しくなるまで移動され、次いで、対物レンズ６９がスキャトロメトリおよびアライメント測定の両方に対してウェーハＷの上で最良の高さになり、ウェーハＷは最良の焦点距離になる。上記で説明したように、従来技術に関して、スキャトロメトリセンサの焦点と焦点センサの焦点との間に、装置、製品および／またはプロセスに基づく可能性のある差があり得るという従来技術の機構に伴う問題がある。

[0042] ここで図７も参照すると、本発明の第１の実施形態により、焦点検知機構によって求められた焦点と特定のスキャトロメトリ動作で使用される特定の放射ビームに必要な焦点との間のオフセットを求めるために、参照測定がオフラインで実施される。これは、図７のステップＳ７１として示されている。焦点センサ６１およびスキャトロメータセンサ１８によって測定された、ウェーハＷ上に入射するビームに関する両焦点測定間のオフセットは、スキャトロメータのオンライン動作中に、動作の進行を止めることなくステップＳ７２で補正することができ、システムを再調整する必要性が解消する。

[0043] オフセットに対する補正は、焦点検知機構またはスキャトロメータセンサ１８において行うことができる。この特定の実施形態では、図６に示された光学機構において、（従来技術の機構では一般に静止したままである）集束レンズ７１の位置は、焦点面８５、８７の、それぞれの開口７９、８１に対する位置を変化させるように調整することができる。この位置調整は、対物レンズ６９の位置を調整するのと同じアクチュエータまたは別のアクチュエータによって実施することができる。焦点面８５をビーム１のピンホール７９のより近くへ移動する場合には、ディテクタ７７によって生成される信号より大きな信号がディテクタ７５によって生成されることになる。したがって、Ｓ１がＳ２より大きくなる。両信号の差Ｓ１−Ｓ２は、焦点制御ループ内のコントローラ６７が対物レンズ６９の位置を調整するのに用いられ得て、結果としてこのことが焦点面８５の位置に影響を及ぼすことになる。Ｓ１とＳ２が等しくなって焦点面８５が元の位置に戻るまで、制御ループは対物レンズ６９を再び移動させることになる。この手順によって、対物レンズ６９が、ウェーハＷに対して、オフセットを与えないときと比べて異なって位置決めされることが理解されよう。このことは、スキャトロメータセンサ１８の焦点と焦点センサ６１による測定によって有効になったアライメント機能の焦点との両方に影響を及ぼすことになる。

[0044] あるいは、開口７９、８１の位置を調整してもよい。一旦、オフセットが補正されると、焦点コントローラ６７は、対物ステージ６３を移動することにより、スキャトロメータセンサシステム１８内のディテクタ７５、７７による測定が補正された焦点位置で行われることを保証する。集束システムがＳ１＝Ｓ２である最良の焦点位置を検出する一方で、焦点センサ外部の測定システムにオフセットが導入される。

[0045] 次に図８を参照すると、本発明による代替実施形態によれば、第１の実施形態のように光学部品を調整するのでなく、焦点コントローラ６７によって対物ステージ６３のアクチュエータに与えられる信号に対してソフトウェア補正を行うことができる。第１の実施形態のように、ステップＳ８１で、焦点検知機構によって求められた焦点と特定のスキャトロメトリ動作で使用される特定の放射ビームに必要な焦点との間のオフセットを求めるために、参照測定がオフラインで実施される。続くオンラインスキャトロメトリ動作では、次いで、ステップＳ８２に示されるように、焦点コントローラ６７は、プロセッサＰＵの制御下で、修正済の制御信号を供給するように構成され、Ｓ１とＳ２を等しくするのでなく、Ｓ１とＳ２に、オフセット値と等しい差を持たせる。これは、次いで、オフセットを考慮に入れて、対物ステージ６３のアクチュエータが、対物レンズシステムの位置を、焦点コントローラによって求められた最良の焦点位置へ調整するように制御するのに用いられる。しかし、この実施形態を実施するには、焦点センサ６１の出力と対物レンズシステムの実際の直線状の変位との間に、理想的には線形である既知の関係が存在する必要があることが理解されよう。これは、測定されているウェーハＷの構造を含む複数の要因に左右されることになる。

[0046] 特定の用途または集束システムにかかわらず、スキャトロメータセンサ１８または焦点センサ６１のいずれかに関して、焦点センサとスキャトロメトリセンサの焦点との間のオフセットを補正すると、最適な焦点に対する焦点誤差をより小さくすることができるようになり得ることが理解されよう。このことは、前述のウェーハ位置決めシステムによるスキャトロメータのコンポーネントのより優れたアライメントをもたらすことになり、より正確なＣＤ測定および／またはＯＶ測定をもたらすことになる。さらに、散乱放射を測定するためのより優れた焦点は、より正確なＣＤ測定および／またはＯＶ測定ももたらすことになる。より優れた焦点により、前述のウェーハ位置決めシステムによるウェーハのアライメントに用いる、より鮮明な画像がもたらされることになり、アライメント誤差がより小さくなる。ＯＶ測定の場合には、最良の焦点がウェーハに左右されなくなるので、測定を行う場所をウェーハにわたって選ぶことができるようになる。

[0047] オフセットの調整が可能になることにより、焦点センサの設計において、より大きな融通性が得られることも理解されよう。焦点は後で補正することができるので、センサが最良の可能な焦点を与える必要はない。さらに、スキャトロメトリセンサのダイナミックレンジを改善することができ、例えば、入射する放射の強度を変化させることが可能になることにより、反射が不十分な面から生成されるスペクトルの測定が可能になる。オフセットを補正することにより、前述の光学センサに対して、例えば容量センサといった代替の焦点センサを実施するのが（別のコントロールシステムを設ける必要があるものの）より簡単になる。このような容量センサを使用するとき、対物レンズの最適な焦点位置は調整手順で求められ、容量センサは、ウェーハＷおよび対物レンズ６９の相対位置を求めるのに使用される。調整手順とスキャトロメータの動作の間の測定特性の変化を補償するために、容量センサによって生成された信号に対してオフセットが与えられることになる。

[0048] 本文章では、ＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に対して特定の参照をする場合があるが、本明細書で説明されるリソグラフィ装置は、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用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）、薄膜磁気ヘッド等の製造など、他の用途を有し得ることを理解すべきである。それらのような代替の用途において、本明細書で使用される「ウェーハ」または「ダイ」という語はいずれも、より一般的な語である「基板」または「ターゲット部分」とそれぞれ同義であると見なしてよいことが、当業者には理解されよう。本明細書で参照される基板は、例えばトラック（典型的には、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および／またはインスペクションツールにおいて、露光の前または後に処理されてよい。適用可能であれば、本明細書において開示されるものは、それらのおよび他の基板処理ツールに適用してよい。さらに、基板は、例えば多層ＩＣを製造するために２度以上処理されてよく、したがって本明細書で使用される基板という語は、複数の処理された層を既に含む基板を指してもよい。

[0049] 光リソグラフィにおける本発明の実施形態の使用に対して上述で特定の参照がなされたが、本発明は、例えばインプリントリソグラフィなどの他の用途において使用することができ、場合が許すならば、光リソグラフィに限定されないことが理解されよう。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイス中のトポグラフィが、基板上に生成されるパターンを画成する。パターニングデバイスのトポグラフィを基板に塗布されたレジスト層中に押し付けることができ、同時にレジストは、電磁放射、熱、圧力またはそれらの組合せを与えられることによって硬化される。パターニングデバイスがレジストから取り外され、レジストが硬化した後にレジスト中にパターンが残る。

[0050] 本明細書で使用される「放射」および「ビーム」という語は、紫外（UV）放射（例えば３６５、３５５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの、またはほぼそれらの値の波長を有する）および極端紫外（EUV）放射（例えば５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含む全てのタイプの電磁放射、なら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包含する。

[0051] 「レンズ」という語は、場合が許すならば、屈折式、反射式、磁気式、電磁式および静電式光学コンポーネントを含む種々のタイプの光学コンポーネントの中の任意の１つまたは組合せを意味し得る。

[0052] 本発明の特定の実施形態について上述したが、本発明は説明されたもの以外の形態において実施し得ることが理解されよう。例えば、本発明は、上記で開示された方法を記述する１つまたは複数の連続的な機械読取可能命令を含むコンピュータプログラム、またはそのようなコンピュータプログラムを記憶するデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気または光ディスク）の形態をとってよい。

[0053] 上述の説明は例示として意図され、限定的なものではない。したがって、以下に述べられる特許請求の範囲から逸脱することなく、説明される発明に変更をなし得ることが、当業者には明らかになろう。

Claims (16)

1. 基板の特性を測定するスキャトロメータであって、
   集束機構と、
   焦点センサと、
   調整手順中、前記焦点センサに応答して、アクチュエータ機構に、放射ビームを集束するのに必要とされる前記集束機構と前記基板との相対位置を調整させるのに効果的な制御信号を供給する焦点コントローラと、
   前記調整手順中の前記スキャトロメータの前記集束と前記スキャトロメータ使用中の前記スキャトロメータの前記集束との間の差を補償するために、前記集束機構によって生成された焦点に対してオフセットを与える焦点オフセット機構とを備えるスキャトロメータ。
2. 前記集束機構によって放射ビームを前記基板の上に向けるのに有効な機構を含み、
   前記焦点センサが、前記基板から反射された後の前記放射ビームを検出し、
   前記焦点オフセット機構が、前記放射ビームの前記集束と前記スキャトロメータ使用中の前記スキャトロメータの前記集束との間の差を補償するために、前記集束機構によって生成された前記焦点に対してオフセットを与える請求項１に記載のスキャトロメータ。
3. 前記焦点オフセット機構が、
   焦点検知機構および測定値ディテクタ機構のうち少なくとも１つの内部の光学距離を変化させるのに有効な機構を備える請求項２に記載のスキャトロメータ。
4. 前記光学距離を変化させるのに有効な前記機構が、
   前記集束機構と前記基板の間に挟まれたレンズ機構と、
   前記放射ビームが前記基板で反射された後に集束される位置を変化させるように前記レンズ機構を移動させるのに有効なアクチュエータ機構とを備える請求項３に記載のスキャトロメータ。
5. 同一のアクチュエータ機構が、前記レンズ機構および前記集束機構を移動する請求項４に記載のスキャトロメータ。
6. 前記レンズ機構および前記集束機構を移動するように別々のそれぞれのアクチュエータが設けられる請求項４に記載のスキャトロメータ。
7. 前記焦点オフセット機構が、前記オフセットに応じて前記制御信号を変化させるのに有効な機構を備える請求項１に記載のスキャトロメータ。
8. 前記焦点センサが容量センサである請求項１に記載のスキャトロメータ。
9. スキャトロメータを使用して基板の特性を測定するスキャトロメトリ法であって、
   調整手順であり、
   放射ビームを集束するのに必要とされる集束機構と前記基板との相対位置を求めるステップと、
   前記集束機構と前記基板との前記相対位置を表す制御信号を供給するステップと、
   前記制御信号に応じて、前記集束機構と前記基板との前記相対位置を調整して前記集束をもたらすステップとを含む調整手順と、
   前記調整手順中の前記スキャトロメータの前記集束と前記スキャトロメータ使用中の前記スキャトロメータの前記集束との間の差を補償するために、前記集束機構によって生成された焦点に対してオフセットを与えるステップとを含むスキャトロメトリ法。
10. 前記集束機構によって放射ビームを前記基板の上へ向けるステップと、
    前記放射ビームを前記基板からの反射後に検出するステップと、
    前記放射ビームの前記集束と前記スキャトロメータ使用中の前記スキャトロメータの前記集束との間の差を補償するために、前記集束機構によって生成された前記焦点に対してオフセットを与えるステップとを含む請求項９に記載のスキャトロメトリ法。
11. 前記焦点オフセットを与えるステップが、
    焦点検知を実施するための機構および測定値検出を実施するための機構のうち少なくとも１つの内部の光学距離を変化させるステップを含む請求項１０に記載のスキャトロメトリ法。
12. 前記焦点オフセットを与えるステップが、
    前記オフセットに応じて前記制御信号を変化させるステップを含む請求項１０に記載のスキャトロメトリ法。
13. 前記集束をもたらすステップが、続くスキャトロメトリステップで用いられる前記オフセット用の値を与えるように、前記スキャトロメトリステップに先立って最初に実施される請求項１０に記載のスキャトロメトリ法。
14. パターンを照明する照明光学システムと、
    基板の上へ前記パターンの像を投影する投影光学システムと、
    請求項１に記載のスキャトロメータとを備えるリソグラフィ装置。
15. 放射感応層で基板をコーティングするコーターと、
    前記コーターによってコーティングされた基板の前記放射感応層上に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液と、
    請求項１に記載のスキャトロメータとを備えるリソグラフィセル。
16. リソグラフィ装置を使用して基板上にパターンを形成するステップと、
    スキャトロメータを使用して前記リソグラフィ装置によってプリントされた前記パターンのパラメータに関する値を求めるステップであって、
    調整手順であり、
    放射ビームを集束するのに必要とされる集束機構と前記基板との相対位置を求めるステップと、
    前記集束機構と前記基板との前記相対位置を表す制御信号を供給するステップと、
    前記制御信号に応じて、前記集束機構と前記基板との相対位置を調整して前記集束をもたらすステップとを含む調整手順を含むステップと、
    前記調整手順中の前記スキャトロメータの前記集束と前記スキャトロメータ使用中の前記スキャトロメータの前記集束との間の差を補償するために、前記集束機構によって生成された焦点に対してオフセットを与えるステップとを含むデバイス製造方法。

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