JP6132499B2 - 検査装置、リソグラフィ装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

検査装置、リソグラフィ装置、およびデバイス製造方法 Download PDF

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Description

［関連出願の相互参照］
[0001] 本出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づき、２０１１年１０月３日出願の米国仮特許出願第６１／５４２，４４０号、２０１１年１０月１２日出願の米国仮特許出願第６１／５４６，２７３号、および、２０１１年１０月３１日出願の米国仮特許出願第６１／５５３，４５８号の利益を主張する。これらの米国仮特許出願は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
[0002] 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において使用可能な検査装置に関する。
[0003] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板上、通常、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、マスクまた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、または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行われる。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。公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、およ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、この方向に平行また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。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。
[0004] リソグラフィプロセスを監視するために、パターン形成された基板のパラメータが測定される。パラメータには、例えば、パターン形成された基板内またはパターン形成された基板上に形成された２つの層間のオーバーレイエラー、および、現像された感光性レジストのクリティカルライン幅が含まれる。この測定は、製品基板および／または専用のメトロロジターゲットに対して行うことができる。リソグラフィプロセスにおいて形成された微細構造の測定を行うための技術としては、走査電子顕微鏡および様々な専用ツールの使用を含む、様々な技術がある。高速かつ非破壊型の専用検査ツールとしてスキャトロメータがあり、このスキャトロメータでは、放射ビームが基板表面上のターゲット上に誘導され、散乱または反射したビームの特性が測定される。基板により反射または散乱される前後のビームの特性を比較することにより、基板の特性を決定することができる。これは、反射したビームを、例えば、既知の基板特性に関連付けられた既知の測定値のライブラリ内に記憶されたデータと比較することにより行われ得る。スキャトロメータとしては、２つの主要なタイプが知られている。分光スキャトロメータは、基板上に広帯域放射ビームを誘導し、特定の狭い角度範囲内に散乱した放射のスペクトル（波長に応じた強度）を測定する。角度分解スキャトロメータは、単色放射ビームを使用し、散乱した放射の角度に応じた強度を測定する。
[0005] レジストの厚さがより一層薄くなり、かつ、より複雑なリソグラフィスタック（例えば、二重露光用に構成されたスタック）が導入されるにつれ、リソグラフィプロセスを監視するために、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）メトロロジ性能およびオーバーレイ（ＯＶ）メトロロジ性能もまた改善が必要になる。ＣＤメトロロジ性能を改善する１つの方法は、例えば紫外線などの測定放射の波長を短くすることである。しかし、ＯＶメトロロジは、異なるプロセス層を通してオーバーレイターゲットを確認するために近赤外波長を有する放射を必要とすることが多い。したがって、約２００ｎｍ〜約８５０ｎｍのスペクトル帯域内で動作し、例えば、視野、瞳収差、全体透過率、偏光特性（誘発される楕円度）および透過均一性などに関する光学性能を損なうことなく、ＣＤおよびＯＶ両方の測定を行うことが可能な、スキャトロメータなどの検査装置に対する需要が存在する。光学性能が低下することによって、ＯＶ測定およびＣＤ測定の精度の低下、および、システムの生産性の低下も起こり得る。
[0006] ＣＤメトロロジ性能およびＯＶメトロロジ性能を改善する別の方法は、検査装置と共に使用される対物系を改善することである。スキャトロメトリ用途で一般的に使用される対物系には、屈折対物系と反射屈折対物系の２つのタイプがある。以前の屈折対物系の短所の１つは、作動距離が比較的短いことである。例えば、開口数（ＮＡ）が約０．９５程度の場合、作動距離は一般的に０．３５ｍｍ未満である。以前の屈折対物系の別の短所は、動作可能な波長スペクトル範囲が約４５０〜７００ｎｍに制限されることである。さらに、以前の屈折対物系は、プランアポクロマート収差（plan apochromatic aberration）補正しか有していない。したがって、より長い作動距離、より広い動作可能なスペクトル帯域幅、および改善されたアポクロマート収差補正を有する屈折対物系に対する需要が存在する。
[0007] 以前の反射屈折対物系の短所は、この対物系が像面湾曲を誘発することである。つまり、以前の反射屈折対物系は、通常、ゼロからかけ離れた大きいペッツヴァルの和を有する。以前の反射屈折対物系は、像コントラストを低下させるオブスキュレーションの問題も抱える。スキャトロメータなどの検査装置用の反射屈折対物系は、瞳収差についても補正され得る。以前の反射屈折対物系は、ペッツヴァル湾曲および瞳サイズが大きいため、瞳収差が大きい。
[0008] したがって、改善された検査装置、反射屈折対物系および屈折対物系に対する需要が存在する。
[0009] 一実施形態において、検査装置は、第１ビームを受け、かつ、第１ビームから第２および第３ビームを生成するように構成された照明システムと、第２ビームを、ウェーハから反射するべく誘導するように構成された反射屈折対物系と、を備える。検査装置は、反射した第２ビームによって作り出された第１の像を検出するように構成された第１センサを備える。検査装置は、第３ビームをウェーハから反射するべく誘導するように構成された屈折対物系と、反射した第３ビームによって作り出された第２の像を検出するように構成された第２センサと、も備える。一実施形態では、第１および第２の像は、ＣＤ測定に使うことができる。一実施形態では、第２ビームは、約２００ｎｍ〜約４２５ｎｍのスペクトル範囲を有し、第３ビームは約４２５ｎｍ〜約８５０ｎｍのスペクトル範囲を有する。検査装置は、ウェーハから反射された第３ビームによって作り出された第３の像を検出するように構成される第３センサも備えることができる。一実施形態では、第３の像は、ＯＶ測定に使用され得る。
[0010] 一実施形態において、屈折対物系、例えば検査装置と共に使用可能な屈折対物系は、前方レンズ群、中間レンズ群、および後方レンズ群を有する。前方レンズ群は、前方および後方メニスカスレンズを備える。中間レンズ群は、屈折対物系の前方から後方に向かう順に、第１ダブレット、第２ダブレット、トリプレット、およびダブレットを備える。後方レンズ群は、負のダブレットを備える。
[0011] 別の実施形態において、対物系システム、例えば検査装置と共に使用可能な対物系システムは、反射屈折対物系と、この反射屈折対物系によって誘発される像面湾曲を減少するように構成された少なくとも２つのミラーを備える。
[0012] 一実施形態において、リソグラフィ装置は、パターンを照明するように配置された照明光学システムと、基板上にパターンの像を投影するように配置された投影光学システムと、検査装置とを備える。検査装置は、第１ビームを受け、かつ、この第１ビームから第２および第３ビームを生成するように構成された照明システムと、第２ビームをウェーハから反射するべく誘導するように構成された反射屈折対物系と、を備える。検査装置は、反射した第２ビームによって作り出された第１の像を検出するように構成された第１センサを備える。検査装置は、第３ビームをウェーハから反射するべく誘導するように構成された屈折対物系と、反射した第３ビームによって作り出された第２の像を検出するように構成された第２センサと、も備える。
[0013] 別の実施形態において、基板パラメータを決定する方法は、第１ビームを、該第１ビームが基板から反射するように、反射屈折対物系を通して基板上に誘導することと、反射した第１ビームを使用して基板の第１の像を形成することと、を含む。基板の第１パラメータは、第１の像を使用して決定することができる。この方法は、第２ビームを、該第２ビームが基板から反射するように、屈折対物系を通して基板上に誘導することと、反射した第２ビームを使用して基板の第２の像を形成することと、も含む。基板の第２パラメータは、第２の像を使用して決定することができる。
[0014] 本発明のさらなる特徴および利点、ならびに本発明の多様な実施形態の構造および作用は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。なお、本発明は、本明細書に記載する特定の実施形態に制限されないことに留意されたい。これらの実施形態は、単に例示を目的として本明細書に示されている。本明細書に含まれる教示に基づき、さらなる実施形態が当業者には明らかになるであろう。
[0015]
本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を形成する添付の図面は、本発明の実施形態を例示し、明細書の記載と共に、本発明の原理をさらに説明し、当業者が本発明を成し、かつ使用することを可能にするものである。
[0016] 図１は、リソグラフィ装置を示す。 [0017] 図２は、リソグラフィセルまたはクラスタを示す。 [0018] 図３は、第１スキャトロメータを示す、 [0019] 図４は、第２スキャトロメータを示す。 [0020] 図５は、ある実施形態による検査装置を示す。 [0021] 図６は、図５の検査装置のセンサ上に形成されるＣＤ測定用の像を例示する。 [0022] 図７は、図５の検査装置のセンサ上に形成されるＯＶ測定用の像を例示する。 [0023] 図８は、反射屈折対物系の光学図表を示す。 [0024] 図９は、４つの補正ミラーを備える反射屈折対物系システムの光学図表を例示する。 [0025] 図１０は、２つの補正ミラーを備える別の実施形態による反射屈折対物系システムの光学図表を例示する。 [0026] 図１１は、３つの補正ミラーを備えるさらに別の実施形態による反射屈折対物系システムの光学図表を例示する。 [0027] 図１２は、４つの補正ミラーおよび屈折要素を含む別の実施形態による反射屈折対物系の光学図表を例示する。 [0028] 図１３は、屈折対物系の光学図表を示す。 [0029] 図１４は、ある実施形態による屈折対物系の縦色収差（longitudinal chromatic aberration）を示すグラフである。 [0030] 図１５は、別の実施形態による屈折対物系の光学図表を示す。 [0031] 図１６は、ある実施形態による検査装置と共に使用可能な照明システムに対する光学図表を示す。
[0032] 本発明の特徴および利点は、これらの図面と併せて、以降に記載する詳細な説明によりさらに明らかになるであろう。これらの図面において、同じ参照符号は、全体を通して対応する要素を特定する。図面において、同じ参照番号は、一般に、同一の、機能的に同様な、かつ／または構造的に同様な要素を示す。ある要素を最初に示す図面は、対応する参照番号のうち左端の桁によって示されている。
[0033] 本明細書は、本発明の特徴を含む１つ以上の実施形態を開示する。開示された実施形態は、単に、本発明を例証するものである。本発明の範囲は、開示された実施形態に制限されない。本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
[0034] 本明細書において説明され、かつ「一実施形態」「ある実施形態」「一例の実施形態」などと称される実施形態は、該説明される実施形態が、特定の特徴、構造、または特性を備え得ることを示すものの、全ての実施形態が必ずしも該特定の特徴、構造または特性を備えなくてもよい。さらに、上記の語句は、必ずしも同一の実施形態を指すものでなくてもよい。さらに、ある実施形態に関連して特定の特徴、構造、または特性が説明される場合、他の実施形態との関連においても該特徴、構造、または特性がもたらされることは、明確な記載の有無にかかわらず、当業者の知識の範囲内であると理解される。
[0035] これらの実施形態をより詳細に説明する前に、本発明の実施形態が実現され得る環境の一例を示しておくことが有益である。
[0036] 図１は、リソグラフィ装置を概略的に示している。このリソグラフィ装置は、放射ビームＢ（例えば、紫外線、ＵＶ放射またはＤＵＶ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、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、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１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、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、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２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、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）ＰＬと、を備える。
[0037] 照明システムとしては、放射を誘導し、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、またはその他のタイプの光コンポーネント、あるいはそれらのあらゆる組合せなどのさまざまなタイプの光コンポーネントを含むことができる。
[0038] サポート構造は、パターニングデバイスを支持する、つまり、パターニングデバイスの重量を支える。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、および、パターニングデバイスが真空環境内で保持されているか否かなどの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、静電式また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、必要に応じて固定または可動式に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を、例えば、投影システムに対して所望の位置に確実に置くことができる。本明細書において使用される「レチクル」または「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るとよい。
[0039] 本明細書において使用される「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作り出すように、放射ビームの断面にパターンを与えるため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、留意すべき点として、放射ビームに付与されたパターンは、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、放射ビームに付けたパターンは、集積回路などのターゲット部分内に作り出されるデバイス内の特定の機能層に対応することになる。
[0040] パターニングデバイスは、透過型であっても、反射型であってもよい。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、およびプログラマブルＬＣＤパネルが含まれる。マスクは、リソグラフィでは公知であり、バイナリ、レべンソン型(alternating)位相シフト、およびハーフトーン型(attenuated)位相シフトなどのマスク型、ならびに種々のハイブリッドマスク型を含む。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列が用いられており、各小型ミラーは、入射する放射ビームを様々な方向に反射させるように、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。
[0041] 本明細書において使用される「投影システム」という用語は、使われている露光放射にとって、あるいは液浸液の使用また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、および静電型光学系、またはそれらのあらゆる組合せを含むあらゆる型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。本明細書において使用される「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るとよい。
[0042] 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、上述のプログラマブルミラーアレイを採用しているもの、または反射型マスクを採用しているもの）であってもよい。
[0043] 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）を有する型のものであってもよい。そのような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルは並行して使うことができ、または予備工程を１つ以上のテーブル上で実行しつつ、別の１つ以上のテーブルを露光用に使うこともできる。
[0044] また、リソグラフィ装置は、投影システムと基板との間の空間を満たすように、比較的高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。また、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との間）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ことで当技術分野において周知である。本明細書において使用される「液浸」という用語は、基板のような構造物を液体内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との間に液体があるということを意味するものである。
[0045] 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、別個の構成要素であってもよい。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、適切な誘導ミラーおよび／また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。その他の場合においては、例えば、放射源が水銀ランプである場合、放射源は、リソグラフィ装置の一体部分とすることもできる。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要ならばビームデリバリシステムＢＤとともに、放射システムと呼んでもよい。
[0046] 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、それぞれσ-outerおよびσ-innerと呼ばれる）を調節することができる。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といったさまざまな他のコンポーネントを含むことができる。イルミネータを使って放射ビームを調整すれば、放射ビームの断面に所望の均一性および強度分布をもたせることができる。
[0047] 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）上に入射して、パターニングデバイスによってパターン形成される。マスクＭＡを通り抜けた後、放射ビームＢは投影システムＰＬを通過し、投影システムＰＬは、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームの焦点をあわせる。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、二次元エンコーダ、または静電容量センサ）を使って、例えば、さまざまなターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路内に位置決めするように、基板テーブルＷＴを正確に動かすことができる。同様に、第１ポジショナＰＭおよび別の位置センサ（図１には明示的に示されていない）を使い、例えば、マスクライブラリから機械的に取り出した後またはスキャン中に、マスクＭＡを放射ビームＢの経路に対して正確に位置決めすることもできる。通常、マスクテーブルＭＴの移動は、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）を使って達成することができる。同様に、基板テーブルＷＴの移動も、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って達成することができる。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は、ショートストロークアクチュエータのみに連結されてもよく、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およびＭ２と、基板アライメントマークＰ１およびＰ２とを使って、位置合わせされてもよい。例示では基板アライメントマークが専用ターゲット部分を占めているが、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と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、複数のダイがマスク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。
[0048] 例示の装置は、以下に説明するモードのうち少なくとも１つのモードで使用できる。
[0049] １．ステップモードにおいては、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブル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ターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、単一静的露光）。その後、基板テーブルＷＴは、Ｘおよび／またはＹ方向に移動され、それによって別のターゲット部分Ｃを露光することができる。ステップモードにおいては、露光フィールドの最大サイズによって、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。
[0050] ２．スキャンモードにおいては、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブル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の速度および方向は、投影システムＰＬの（縮小）拡大率および像反転特性によって決めることができる。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によって、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）が決まる。
[0051] ３．別のモードにおいては、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、マスクテーブルＭＴを基本的に静止状態に保ち、また基板テーブルＷＴを動かす、またはスキャンする一方で、放射ビームに付けられている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、またはスキャン中の連続する放射パルスと放射パルスとの間に、必要に応じて更新される。この動作モードは、前述の型のプログラマブルミラーアレイといった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。
[0052] 上述の使用モードの組合せおよび／またはバリエーション、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。
[0033] 図２に示すように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソセルまたはクラスタとも呼ばれることがあるリソグラフィセルＬＣの一部を形成し、リソグラフィセルＬＣは、基板上で露光前プロセスまたは露光後プロセスを行う装置も備える。従来、これらは、レジスト層を塗布するスピンコータＳＣ、露光されたレジストを現像するデベロッパＤＥ、冷却プレートＣＨおよびベークプレートＢＫを備える。基板ハンドラ（あるいはロボット）ＲＯは、入出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を取り出し、それらの基板を異なるプロセス装置間で移動させ、リソグラフィ装置のローディングベイＬＢへと搬送する。まとめてトラックと呼ばれることもあるこれらのデバイスは、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、トラックコントロールユニットＴＣＵ自体も、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監視制御システムＳＣＳによって制御される。したがって、異なる装置を稼動させてスループットおよび処理効率を最大にすることができる。
[0054] リソグラフィ装置によって露光される基板を正確かつ一定して露光するためには、露光された基板を検査して、２つの層間のオーバーレイエラー、ラインの厚さ、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）などの特性を測定することが望ましい。エラーが検出された場合、特に、同一バッチの他の基板が露光される前に完了し得るほど早急かつ迅速に検査を行うことができる場合には、後続の基板の露光を調節することができる。また、既に露光された基板は、歩留まりを向上するために剥離および再加工するか、または廃棄することができ、これにより欠陥があると分かっている基板に露光を行うことを回避できる。基板のターゲット部分のうちいくつかのみに欠陥がある場合、良好なターゲット部分にのみさらなる露光を行うことができる。
[0055] 検査装置を使用して、基板の特性、特に、異なる基板の特性または同一基板の異なる層の特性が、層ごとにどのように異なるかを決定する。検査装置は、リソグラフィ装置ＬＡまたはリソセルＬＣに一体化されてもよいし、スタンドアロンデバイスであってもよい。最も迅速な測定を可能にするには、検査装置が、露光されたレジスト層内の特性を露光直後に測定するのが望ましい。しかし、レジスト内の潜像はコントラストが非常に低く（レジストにおいて、放射に露光された部分と露光されていない部分とでは、非常に小さい屈折率の差しかない）、全ての検査装置が潜像の有効な測定を行うほどに十分な感度を有しているわけではない。したがって、通常露光された基板に対して実行される最初のステップであって、レジストの露光部分と非露光部分との間のコントラストを増加させるポストベークステップ（ＰＥＢ）の後に測定が行われ得る。この段階において、レジスト内の像は、半潜像と呼び得る。また、現像されたレジスト像（この時点では、レジストの露光部分と非露光部分のいずれかが除去されている）に対して測定を行うことも、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測定を行うことも可能である。後者では、欠陥のある基板の再加工の可能性が制限されるが、それでもなお有用な情報が提供され得る。
[0056] 図３は、本発明のいくつかの実施形態で使用可能なスキャトロメータを示す。このスキャトロメータは、基板Ｗ上に放射を投影する広帯域（白色光）放射投影機２を含む。反射した放射は、スペクトロメータディテクタ４に送られ、スペクトロメータディテクタ４は、正反射した放射のスペクトル１０（波長に応じた強度）を測定する。このデータから、検出されたスペクトルに生じる構造またはプロファイルを、厳密結合波分析および非線形回帰によって、または、図３の下部に示すような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って、処理ユニットＰＵにより再構築され得る。一般的に、このような再構築については、構造の一般形態が既に知られており、いくつかのパラメータは該構造が作られたプロセスを知ることで想定されるため、わずかな構造のパラメータのみがスキャトロメトリデータから決定されることになる。このようなスキャトロメータは、法線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得る。しかし、法線入射では、このスキャトロメータは、パターンの非対称性に対する感度がない。０次回折次数でパターンの非対称性を検出するには、斜め入射が必要である。
[0057] いくつかの実施形態で使用可能な別のスキャトロメータを図４に示す。このデバイスにおいて、放射源２から放出された放射は、レンズシステム１２を使って平行化され、干渉フィルタ１３およびポラライザ１７を透過し、部分的な反射面１６で反射し、ある実施形態では０．９以上、他の実施形態では０．９５以上といった高い開口数（ＮＡ）を有する顕微鏡対物レンズ１５を介して基板Ｗ上に合焦される。液浸スキャトロメータは、１より大きい開口数を有するレンズを有することすらある。反射した放射は、その後、部分的な反射面１６を透過し、散乱スペクトルを検出させるために、ディテクタ１８に入射する。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の瞳面１１内に位置し得るが、この瞳面は、補助光学部品（図示なし）によりディテクタ上に再結像されてもよい。瞳面は、この面内で、放射の半径方向位置が入射角度を規定し、かつ、角度位置が放射のアジマス角度を規定するような面である。ディテクタは、基板ターゲット３０の二次元角散乱スペクトルが測定できるように、二次元ディテクタであることが好ましい。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よく、例えば、毎フレーム４０ミリ秒の積分時間を使い得る。
[0058] 参照ビームは、例えば、入射放射の強度を測定するために使用されることが多い。このために、ビームスプリッタ１６に放射ビームが入射すると、この放射ビームの一部は、参照ビームとして参照ミラー１４に向けてビームスプリッタを透過させられる。参照ビームは、その後、同一のディテクタ１８の異なる部位上あるいは異なるディテクタ上へと投影される。
[0059] 一組の干渉フィルタ１３を利用して、例えば、４０５〜７９０ｎｍの範囲または２００〜３００ｎｍといったさらに小さい範囲で対象の波長を選択することができる。干渉フィルタは、一組の異なるフィルタを含む代わりに、波長可変のものであってもよい。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。
[0060] ディテクタ１８は、単一の波長（または狭い波長範囲）で散乱光の強度を測定してもよく、複数の波長で別々に強度を測定してもよく、またはある波長範囲でまとめて測定してもよい。さらに、ディテクタは、ＴＭ偏光およびＴＥ偏光の強度、ならびに／または、ＴＭ偏光とＴＥ偏光との間の位相差を別々に測定してもよい。
[0061] 広帯域光源（つまり、広範囲の光周波数または波長、ひいては広範囲の色を有する光源）を使用することが可能であり、これによって大きいエタンデュがもたらされ、複数の波長を組み合わせることが可能になる。広帯域の複数の波長は、それぞれが、Δλの帯域幅と、少なくとも２Δλ（つまり帯域幅の２倍）の間隔を有することが好ましい。いくつかの放射の「源」は、ファイバ束を使って分割された拡張型放射源（extended radiation source）の異なる部分とすることができる。このようにして、複数の波長で角度分解散乱スペクトルを並行して測定することができる。二次元スペクトルよりも多い情報を含む三次元スペクトル（波長および２つの異なる角度）が測定可能である。これにより、より多くの情報が測定可能になり、メトロロジプロセスのロバスト性が高まる。これは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、欧州公開特許公報第１，６２８，１６４号においてより詳細に記載されている。
[0062] 基板Ｗ上のターゲット３０は、現像後にバーが実線のレジスト線で形成されるように印刷される一次元の周期的な格子であり得る。ターゲット３０は、現像後に実線のレジストピラーまたはレジスト内のビアによって格子が形成されるように印刷される二次元の周期的な格子であってもよい。あるいは、これらのバー、ピラーまたはビアは、基板内にエッチング形成されてもよい。このパターンは、リソグラフィ投影装置内、特に投影システムＰＬ内の色収差に敏感であり、照明対称性およびそのような収差の存在が印刷後の格子のばらつきとして発現することになる。したがって、印刷後の格子のスキャトロメトリデータを使用して、格子が再構築される。線の幅または形状といった一次元格子のパラメータ、あるいは、ピラーやビアの幅、長さ、または形状といった二次元格子のパラメータは、印刷ステップおよび／または他のスキャトロメトリプロセスの知識から、処理ユニットＰＵによって実行される再構築プロセスに入力され得る。
[0063] 上述したように、ターゲットは、基板の表面上にある。このターゲットは、たいてい、格子状の一連の線の形状または二次元アレイの略矩形構造の形状を取ることになる。メトロロジにおける厳密光回折理論の目的は、実質上、ターゲットから反射した回折スペクトの計算である。すなわち、ＣＤ（クリティカルディメンジョン）均一性およびオーバーレイメトロロジのために、ターゲット形状情報が得られる。オーバーレイメトロロジは、基板上の２つの層が位置合わせされているか否かを決定するために、２つのターゲットのオーバーレイが測定される測定システムである。ＣＤ均一性は、単に、リソグラフィ装置の露光システムがどのように機能しているかを決定するためにスペクトル上の格子の均一性を測定するものである。具体的に、ＣＤ、あるいはクリティカルディメンジョンは、基板上に「描かれた」オブジェクトの幅であり、かつ、リソグラフィ装置が物理的に基板上に描くことができる限界である。
[0064] 図５は、ある実施形態に係る検査装置５００を示す。検査装置５００は、スキャトロメトリシステムであり得る。スキャトロメトリシステム５００は、ＣＤ測定値およびＯＶ測定値などのウェーハ５０８の特性を１つ以上検知することができる。一実施形態では、検査装置５００は、約２００ｎｍ〜約８５０ｎｍの広いスペクトル範囲で動作する。検査装置５００は、ＥＵＶリソグラフィにおいて使用することができ、高い生産性ならびに正確なＣＤメトロロジおよびＯＶメトロロジを可能にする。
[0065] 検査装置５００は、放射源５０２、反射屈折対物系５０４、屈折対物系５０６、第１センサ５１０および第２センサ５１２を備える。放射源５０２は、例えば、広帯域（白色光）放射源であり得る。放射源５０２は、放射ビーム５１６を生成する。検査装置５００は、放射ビーム５１６を調整するように構成されたイルミネータ５１８も備えてもよい。検査装置５００と共に使用可能なイルミネータの一例は、図１６を参照して以下でさらに詳細に説明する。
[0066] 一実施形態において、装置５００は、放射源放射ビーム５１６から第１ビーム５２２および第２ビーム５２４を生成する。装置５００は、第１ビーム５２２を反射屈折対物系５０４へと誘導するように構成される。装置５００は、第２ビーム５２４を屈折対物系５０６へと誘導するように構成される。一実施形態では、第１ビーム５２２は、約２００ｎｍ〜約４２５ｎｍのスペクトル範囲を有し、第２ビーム５２４は、約４２５ｎｍ〜約８５０ｎｍのスペクトル範囲を有する。
[0067] 一実施形態では、装置５００は、イルミネータ５１８と、ビーム５１６を第１ビーム５２２および第２ビーム５２４へと分割するビームスプリッタ５２０とを備える照明システムを備える。ビームスプリッタ５２０は、２つの三角プリズムまたは放射ビーム５１６を第１ビーム５２２および第２ビーム５２４へと分割するように構成された他のあらゆる光デバイスであってよい。
[0068] 別の実施形態では、装置５００は、放射ビーム５１６を、反射屈折対物系５０４へと誘導される光路と屈折対物系５０６へと誘導される光路との間で再誘導するように構成される切り替え可能なミラーデバイス（図示なし）を含む。
[0069] 一例では、反射屈折対物系５０４への光路内において、装置５００は、第１ビーム５２２を反射屈折対物系５０４へと誘導するように構成された１つ以上の折り畳みミラーまたは１つ以上のビームスプリッタも備え得る。図５に示した例では、装置５００は、１つの折り畳みミラー５２６と、ビーム５２２をビームスプリッタ５２０から反射屈折対物系５０４へと誘導する１つのビームスプリッタ５２８とを備える。
[0070]第１ビーム５２２は、反射屈折対物系５０４を通って、ウェーハ５０８上の一部分へと合焦されるように誘導される。そして、第１ビーム５２２は、反射し、屈折対物系５０４およびビームスプリッタ５２８を通って戻され、第１センサ５１０へと誘導される。
[0071] 反射屈折対物系５０４は、大きいＮＡを有し得る。例えば、反射屈折対物系５０４は、約０．９０〜約１．０の範囲にわたるＮＡを有し、いくつかの実施形態では、約０．９５のＮＡを有し得る。また反射屈折対物系５０４は、例えば、約２００ｎｍ〜約４２５ｎｍといった広いスペクトル範囲にわたってアクロマートでもあり得る。いくつかの実施形態では、反射屈折対物系５０４は、光学システムのコーティング特性および透過特性を向上させる。他の実施形態では、反射屈折対物系５０４は、図８を参照して以下でさらに説明するような強固なモノリシックの二要素設計である。
[0072] 装置５００は、第１ビーム５２２を反射屈折対物系５０４から第１センサ５１０へと誘導するように構成された１つ以上のリレーミラーも備え得る。図５に示すように、装置５００は、第１ビーム５２２をビームスプリッタ５２８から第１センサ５１０へと誘導するように構成された第１リレーミラー５３０および第２リレーミラー５３２を備える。
[0073] 第１センサ５１０上に形成された像は、ウェーハ５０８の１つ以上の特徴を決定するのに使用される。第１センサ５１０は、電荷結合素子（ＣＣＤ）または他のあらゆる好適な撮像素子であり得る。第１センサ５１０は、ＣＤ測定または大きいターゲットのＯＶ測定に使用することができる。
[0074] 図６は、環状のアパーチャを使用する際に第１センサ５１０上に形成される代表的な瞳像６００を例示している。環状のアパーチャを使用して、０次回折次数６０６、−１次回折次数６０２、＋１次回折次数６０４が図６に示すように重畳されるように異なる回折次数が分離される。瞳アパーチャは、用途に基づき、環状以外の形状を有することができ、例えば、瞳アパーチャは、円形、弓形（segment）、ダイポール、スリット、または他のあらゆる好適な形状であってよい。環状のアパーチャは、一般的にＣＤ測定および大きいターゲットのＯＶ測定に使用される。
[0075] 装置５００は、第２ビーム５２４を屈折対物系５０６へと誘導するように構成された１つ以上の光学要素も備え得る。図５に示すように、装置５００は、ビームスプリッタ５２０からのビーム５２４を屈折対物系５０６へと誘導するビームスプリッタ５３４を備える。屈折対物系５０６は、あらゆる好適な屈折対物系であってよい。例えば、いくつかの実施形態では、屈折対物系５０６は、図１３〜１５を参照して以下でさらに詳しく説明する１つ以上の光学レンズを備える。
[0076] 一例では、約４２５ｎｍ〜約８５０ｎｍのスペクトル範囲を有し得る第２ビーム５２４は、屈折対物系５０６を通って、ウェーハ５０８上の一部分に合焦されるように誘導される。そして、第２ビーム５２４は、反射し、屈折対物系５０６およびビームスプリッタ５３４を通って戻され、第２センサ５１２へと誘導される。装置５００は、第２放射ビーム５２４を第２センサ５１２へと誘導し、かつ調整するように構成された１つ以上の光学要素も備え得る。例えば、図５に示すように、装置５００は、第１リレーレンズ５３６および第２リレーレンズ５３８を備える。反射した第２ビーム５２４は、第２センサ５１２へと誘導され、像を形成する。第２センサ５１２は、ＣＣＤまたは他のあらゆる好適な撮像素子であってよい。一実施形態では、図６に例示した瞳像６００と同様の瞳像が第２センサ５１２上に形成され、ＣＤ測定および大きいターゲットのＯＶ測定に使用することができる。
[0077] 一例では、検査装置５００は、第３センサ５１４も備えることができる。第３センサ５１４は、ＣＣＤまたは他のあらゆる好適な撮像素子であってよい。第３センサ５１４は、ＯＶ測定、特に、小さいターゲットのＯＶ測定用に構成されている。図５に示すように、この例では、装置５００は、ウェーハ５０８から反射した第２ビーム５２４を２つのビームに分割する第４ビームスプリッタ５４０を備え、一方のビームは第２センサ５１２へと誘導され、他方のビームは第３センサ５１４へと誘導される。
[0078] 一例では、検査装置５００は、ＯＶ測定のためにウェーハの像スポートを第３センサ５１４上に合焦するように構成された１つ以上の光学要素を第４ビームスプリッタ５４０と第３センサ５１４との間に備える。例えば、図５に示すように、検査装置５００は、リレーレンズ５４２と、０次回折次数をブロックする暗視野検出方法用に構成された空間フィルタまたは視野絞り５４３と、を備える。このシステムの例は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１０年７月２９日出願の米国特許出願公報第２０１１／００２７７０４号に記載されている。図７は、第３センサ５１４上に形成される、ウェーハマークを含むウェーハ５０８の代表的なスポット像を示す。視野絞り５４３のアパーチャは、０次回折次数をブロックする。図７に示すような、第３センサ５１４上に形成される像を使用して、ウェーハ５０８の１つ以上の特徴、例えば、小さいターゲットのＯＶ測定値などを決定することができる。
[0079] したがって、一例では、放射源放射ビーム５１６を、約２００ｎｍ〜約４２５ｎｍのスペクトル範囲を有する第１放射ビーム５２２と、約４２５ｎｍ〜約８５０ｎｍのスペクトル範囲を有する第２放射ビームとに分離することによって、光学性能が向上する。一方で、全体として広いスペクトル範囲の検査装置５００が維持される。
[0080] 図５に示すような検査装置５００は、１つの放射源５０２を備えるため、反射屈折対物系５０４および屈折対物系５０６は、一実施形態において、例えば、一致した瞳サイズ、焦点距離、およびＮＡなどの一致したパラメータを有する。例えば、反射屈折対物系５０４および屈折対物系５０６は、いずれも、約６．６ｍｍ〜約６．７ｍｍの範囲にわたる瞳径を有し得る。イルミネータ５１８内の瞳アパーチャと各対物系内の瞳との間に構築される光学パスもまた、等しくなり得る。
［反射屈折対物系の実施形態例］
[0081] 図８は、図５に示される検査装置５００と共に使用され得る反射屈折対物系８０４を概略的に例示している。図８に示すように、反射屈折対物系８０４は、反射要素８４４と、例えばモノリシックなガラス要素などのモノリシック要素８４５と、を備える。反射要素８４４は、例えば、図５に示すような装置５００のビームスプリッタ５２０によって分割された、約２００ｎｍ〜約４２５ｎｍのスペクトル範囲を有する第２放射ビーム８２２を調整し、コマなどの１つ以上の光学収差を補正する。図８に示すように、屈折要素８４４は、表面Ｓ４およびＳ５を備える。モノリシック要素８４５は、屈折要素８４４によって調整された放射ビーム８２２を反射するように位置決めされた反射凸面Ｓ７を備える。モノリシック要素８４５は、反射性の凹面Ｓ８と、所望の波長範囲内の光に対して実質的に透明な表面Ｓ６を備える。透明面部分Ｓ６は、光軸を中心に芯合わせされ、かつ放射ビーム８２２の幅に基づき得る直径を有している。一例では、表面Ｓ６は屈折要素８４４から来る放射ビーム８２２を通過させ、表面Ｓ８は表面Ｓ７から来るビーム８２２の光線を反射する。つまり、屈折要素８４４によって調整された放射ビーム８２２は、モノリシック要素８４５の透明表面Ｓ６を通過し、反射凸表面Ｓ７に当たる。
[0082] モノリシック要素８４５の表面Ｓ８は、凸表面Ｓ７によって反射された放射を受け、この放射をウェーハ８０８のターゲット部分に向けて反射する。ウェーハ８０８のターゲット部分に当たる前に、放射は、モノリシック要素８４５の表面Ｓ９を横断する。一実施形態では、反射面Ｓ８で反射する全ての光線がモノリシック要素８４５から表面Ｓ９に対して垂直に出射するため、表面Ｓ９によって屈折されない。結果として、反射屈折要素８０４がアクロマートになり得る。
[0083] モノリシック要素８４５は、例えば融解石英（ＳｉＯ２）などのガラスを含むことができる。
[0084] 図８の実施形態で描写された光学面を設計するための処方例を下記の表１に記載する。
[0085] 一実施形態において、非球面Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７およびＳ８は、以下の非球面式に従って設計することができる：
[0086] ここで、
[0087] ｒ＝ｘ２＋ｙ２、
[0088] ｃは、表面の曲率（１／ＲＤＹ）、
[0089] ｋは、コーニック定数、そして、
[0090] Ａ〜Ｊは、非球面係数である。
[0091] 一実施形態において、式１を使用すると、非球面Ｓ５およびＳ８は、以下の表２に記載されるパラメータを有し得る。
[0092] 他の実施形態では、図５に示すような検査装置５００と共に使用される反射屈折対物系は、他の好適な反射屈折対物系の設計形態を含んでもよく、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第７，６３３，６８９号に記載されるような設計形態であってもよい。いくつかの実施形態では、図５に示す検査装置５００と共に使用される反射屈折対物系は、約２００ｎｍ〜約４２４ｎｍのスペクトル範囲を有する放射と共に使用するのに好適なあらゆる反射屈折対物系であり得る。
[0093] いくつかの実施形態では、検査装置５００と共に使用される反射屈折対物系システムは、反射屈折対物系と、この反射屈折対物系により作り出された像面湾曲を補正するための少なくとも２つのミラーと、を備えることができる。像面湾曲を補正する反射屈折対物系システムで使用される反射屈折対物系は、上述した実施形態のいずれかの形態、または他のあらゆる好適な反射屈折対物系の形態を取ることができる。
[0094] 像面湾曲は光学面の曲率に左右されるため、複数の追加のミラーを、反射屈折対物系システムの全体的な像面湾曲を補正または減少するように構成することができる。特に、ミラーの反射面は、例えば、図８に示すような表面Ｓ９の作用を補償する。各ミラーは、第１表面ミラーまたは第２表面ミラー（例えば、マンギンミラー）のいずれかであってよい。各ミラーは、球面形状または非球面形状を有することができる。
[0095] 一実施形態では、追加のミラーの開口の中心で規定される、該追加のミラーの平均曲率の合計（Ａ）は、ゼロより大きい、つまり、Ａ＞０である。第１表面ミラーでは、曲率は凹面に対して正で、凸面に対して負である。第２表面ミラーでは、曲率は凸面に対して正で、凹面に対して負である。反射屈折対物系システムのミラーでＡ＞０の場合、これらのミラーは、反射屈折対物系によって誘発される像面湾曲の正弦とは反対の正弦を有する像面湾曲を誘発する。
[0096] 追加のミラーは、共通の回転軸（ビームは反射面のオフアクシスパッチ（off-axis patches）に当たる）または共通の対称面（ミラーは１つの平面内で偏心および／または傾斜される）を有し得る。あるいは、ミラーは、全く対称性を有さず、三次元空間内で偏心および傾斜されていてもよい。いくつかの実施形態では、全てのビームの全ての光線の入射角は、ビームオブスキュレーションを回避するために、ゼロではない。
[0097] 他の実施形態では、反射屈折対物系システムは、ミラー間に任意の屈折要素も備えることができる。色収差の誘発を回避するために、複数の屈折要素の全ての表面と、例えば、図８に示すような表面Ｓ６などの、反射屈折対物系のモノリシック要素の第１表面との集約した屈折力は、ゼロに近いものであるべきである。ここで、表面の屈折力は、ｃ＊（ｎ’−ｎ）で規定され、ここで、ｃは表面曲率であり、ｎおよびｎ’は表面の両側からの屈折率である。
[0098] 図９〜１２は、反射屈折対物系と、この反射屈折対物系によって誘発された像面湾曲を補正するための少なくとも２つのミラーと、を備える反射屈折対物系システムの代表的な実施形態を概略的に例示する。
[0099] 図９は、（表面Ｓ７およびＳ８を有する屈折要素９４４を備える）反射屈折対物系９０４と、反射面Ｓ５、Ｓ４、Ｓ３およびＳ２をそれぞれ有する４つのミラー９８６、９８８、９９０および９９２と、を備える反射屈折対物系システム９０５を概略的に例示する。ミラー９８６、９８８、９９０、および９９２の間には、屈折要素は存在しない。ここで、オブジェクトは、対物系から有限の距離または無限の距離に位置決めすることができる。
[0100] 図９の反射屈折対物系システム９０５において示した光学面を設計するための処方例を以下の表３に記載する。
[0101] 回転対称非球面Ｓ８、Ｓ９およびＳ１１は、上記規定した式１に従って設計され得る。例えば、式１を使うと、図９に示す表面Ｓ８、Ｓ９およびＳ１１は、以下の表４に記載されるパラメータを有することができる。
[0102] アナモルフィック非球面（ＡＡＳ）Ｓ４，Ｓ５およびＳ７は、ｚ軸に平行な表面のたるみに対する以下の式に従って設計することができる。
[0103] ここで、
[0104] ＣＵＸおよびＣＵＹは、それぞれ、ｘおよびｙ方向の曲率である。
[0105] ＫＸおよびＫＹは、それぞれ、ｘおよびｙ方向のコーニック定数であり、式１のｋと同様に偏心に対応し、
[0106] ＡＲ、ＢＲ、ＣＲおよびＤＲは、コーニックからの４次、６次、８次、１０次の回折次数の変形の回転対称部分である。
[0107] ＡＰ、ＢＰ、ＣＰおよびＤＰはコーニックからの４次、６次、８次、１０次の回折次数の変形の非回転対称成分である。
[0108] 例えば、式２を使うと、図９に示す表面Ｓ４，Ｓ５およびＳ７は以下の表５に記載するパラメータを有し得る。
[0109] 図９に示すように、ミラー９９２、９９０、９８８および９８６のそれぞれの反射面Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４およびＳ５は、偏心させることができる。ミラー９９２、９９０、９８８および９８６の反射面Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４およびＳ５は、また、ｘ軸（図９の紙面の平面に垂直な軸）を中心に傾斜させることもできる。例えば、表面Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４およびＳ５は、以下の表６に記載されるパラメータに従って偏心および傾斜させられ得る。
[0110] 一例では、ミラー９８６、９８８、９９０および９９２の曲率の平均合計はゼロより大きい。これは、ミラー９８６、９８８、９９０および９９２が、反射屈折対物系９０４に誘発される像面湾曲の正弦とは反対の正弦を有する像面湾曲を誘発することを意味する。したがって、反射屈折対物系９０５の像面湾曲は、補正されるか、少なくとも減少される。
[0111] 図１０は、別の実施形態に係る反射屈折対物システム１００５を概略的に示している。反射屈折システム１００５は、（屈折要素１０４４を備える）反射屈折対物系１００４と、２つのミラー１０８６および１０８８とを備える。ここで、ミラー１０８６および１０８８の平均曲率の合計はゼロより大きく、反射屈折対物系１００４によって誘発される全体的な像面湾曲を補正または減少する。
[0112] この例では、反射屈折対物系システム１００５は、屈折要素１０９４および屈折要素１０９６を備える。屈折要素１０９４は、第１ミラー１０８６と第２ミラー１０８８との間に位置決めされる。屈折要素１０９６は、第２ミラー１０８８の前に位置決めされる。ミラー１０８６および１０８８は、偏心および傾斜させられ得る。
[0113] 図１１は、別の実施形態による反射屈折対物系システム１１０５を概略的に示す。反射屈折システム１１０５は、（屈折要素１１４４を備える）反射屈折対物系１１０４と、３つのミラー１１８６、１１８８および１１９０とを備える。ミラー１１８６、１１８８および１１９０は、偏心および傾斜させることができる。ミラー１１８６、１１８８および１１９０の平均曲率はゼロより大きい。この条件によって、反射屈折対物系１１０４に起因する像面湾曲を補正または減少することができる。
[0114] この例では、反射屈折対物系システム１１０５は、屈折要素１１９４、１１９６および１１９８を備える。屈折要素１１９４は、ミラー１１８６とミラー１１８８との間の光路内に位置決めされる。屈折要素１１９６は、ミラー１１９０とミラー１１８８との間の光路内に位置決めされる。屈折要素１１９８は、ミラー１１９０の前の光路内に位置決めされる。
[0115] 図１２は、ある実施形態による反射屈折対物系システム１２０５を示す。反射屈折システム１２０５は、（屈折要素１２４４を備える）反射屈折対物系１２０４と、４つのミラー１２８６、１２８８、１２９０および１２９１を備える。ミラー１２８６、１２８８、１２９０および１２９１は、偏心および傾斜させることができる。
[0116] この例では、ミラー１２８６、１２８８、１２９０および１２９１の反射面の平均曲率はゼロより大きく、反射屈折対物系１２０４によって誘発される像面湾曲を補正または減少する。
[0117] 反射屈折対物系システム１２０５は、屈折要素１２９４、屈折要素１２９６、屈折要素１２９８および屈折要素１２９９も備え得る。屈折要素１２９４は、ミラー１２８６と１２８８との間の光路内に位置決めされる。屈折要素１２９６は、ミラー１２９０と１２８８との間の光路内に位置決めされる。屈折要素１２９８は、ミラー１２９１とミラー１２９０との間の光路内に位置決めされる。屈折要素１２９９は、ミラー１２９１の前の光路内に位置決めされる。
［屈折対物系の実施形態例］
[0118] 図１３は、図５に示すような検査装置５００と共に使用可能な屈折対物系１３０６を概略的に例示する。図１３に示すように、屈折対物系１３０６は、３つのレンズ群、すなわち、後方レンズ群１３４６、中間レンズ群１３４８、および前方レンズ群１３５０を備える。この例では、Ｓ２は対物系１３０６の入射瞳、Ｓ６は対物系１３０６のアパーチャ絞りである。
[0119] この例では、後方レンズ群１３４６は、ダブレット（doublet）を形成するレンズ１３５２およびレンズ１３５４を備える。レンズ１３５２は、表面Ｓ３および表面Ｓ４を有する。レンズ１３５４は、表面Ｓ４および表面Ｓ５を有する。レンズ１３５２およびレンズ１３５４は、ペッツヴァル和補正のための強い負のダブレットを形成することができる。
[0120] この例では、中間レンズ群１３４８は、ダブレット１３５６、トリプレット（triplet）１３５８、ダブレット１３６０、およびダブレット１３６２を備える。ダブレット１３５６は、表面Ｓ７および表面Ｓ８を有するレンズ１３６４と、表面Ｓ８および表面Ｓ９を有するレンズ１３６６を含む。トリプレット１３５８は、表面Ｓ１０および表面Ｓ１１を有するレンズ１３６８と、表面Ｓ１１および表面Ｓ１２およびを有するレンズ１３７０と、表面Ｓ１２および表面Ｓ１３を有するレンズ１３７２と、を備える。ダブレット１３６０は、表面Ｓ１４および表面Ｓ１５を有するレンズ１３７４と、表面Ｓ１５および表面Ｓ１６を有するレンズ１３７６と、を備える。ダブレット１３６２は、表面Ｓ１７および表面Ｓ１８を有するレンズ１３７８と、表面Ｓ１８および表面Ｓ１９を有するレンズ１３８０と、を備える。
[0121] トリプレット１３５８に関し、レンズ１３６８およびレンズ１３７２は正レンズとすることができ、レンズ１３７０は負レンズとすることができる。一実施形態では、レンズ１３７２は、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）を含む。レンズ１３７０は、重クラウン、重フリント、ランタンフリント、またはランタン稠密フリントを含む。レンズ１３７２は、約１．７５より大きい屈折率を有する重フリント材料を含む。これらのガラス材料の組み合わせにより、対物系１３０６がスーパーアポクロマート収差補正を達成することが可能になる。
[0122] この例では、前方レンズ群１３５０は、表面Ｓ２０および表面Ｓ２１を有する後方メニスカスレンズ１３８２と、表面Ｓ２２および表面Ｓ２３を有する前方メニスカスレンズ１３８４と、を備える。前方レンズ群１３５０は、オブジェクト空間から中間レンズ群１３４８の入口に向かってＮＡを減少させる。例えば、前方レンズ群１３５０は、ＮＡを、オブジェクト空間内の約０．９５から、中間レンズ群１３４８の入口上の約０．２５〜０．４まで減少することができる。
[0123] 一実施形態では、前方メニスカスレンズ１３８４は、約１．７５より大きい屈折率、例えば約１．８５の屈折率を有する、重クラウン材料、重フリント、ランタンフリント、またはランタン稠密フリントを含む。いくつかの実施形態において、前方メニスカスレンズ１３８４は、約４５〜約５０の範囲にわたるアッベ数を有する材料を含む。後方メニスカスレンズ１３８２は、小さいアッベ数、例えば３０より小さいアッベ数を有する重フリント材料を含む。レンズ１３８２は、例えば約１．７５といった高い屈折率を有することもできる。そのような実施形態では、前方レンズ群１３５０は、コマを補正または減少すると同時に、アッベ数の差が大きいため、軸色は生成しない。例えば、前方レンズ１３８４が約４４のアッベ数を有するＳＬＡＨ５８（オハラ製）を含み、後方レンズ１３８２が約２７のアッベ数を有するＳＦ６を含む場合、アッベ数の差は、約１８に等しい。
[0124] 上述した実施形態による屈折対物系は、瞳収差が低く、かつウェーハ１３０８のターゲット部分からのこれらの収差の感度が低いものとすることができ、これにより、ウェーハステージ位置の精度が中程度であってもＯＶ測定精度を向上することができる。さらに、屈折対物系とウェーハ１３０８との間の作動距離が向上する。場合によっては、作動距離は、従来の屈折対物系の約２倍も増加される。さらに、前述の実施形態による屈折対物系は、スーパーアポクロマート収差補正を提供する。図１４は、ある実施形態による屈折対物系を使用した縦色収差を示すグラフである。図１４に示すように、焦点シフトは、３つの異なる波長でゼロである。つまり、従来の屈折対物系に対する改善を示している。
[0125] 図１３に示す屈折対物系１３０６の光学面を設計するための処方例を以下の表７に記載する。
[0126] 図１５は、図５に示すような検査装置５００と共に使用することができる屈折対物系１５０６の別の実施形態を例示する。図１５に示すように、屈折対物系１５０６は、図１３に示した対物系１３０６と類似の構成を有する。ただし、表７に記載した処方のようにＣａＦ２を含むレンズを使用する代わりに、対物系１５０６は、例えばＫＣＡＦＫ９５（住田光学ガラス製）などの人工結晶蛍石を含むレンズを使用する。人工結晶蛍石を使用することにより、屈折対物系１５０６の温度に対する感度を向上することができ、これにより動作中および搬送中の温度範囲をより広くすることが可能になる。図１５に示す屈折対物系１５０６の光学面を設計するための処方例を以下の表８に記載する。
[0127] 上述した屈折対物系および反射屈折対物系の実施形態は、図５に示した検査装置５００、または他のスキャトロメータ、または屈折対物系もしくは反射屈折対物系を使用するあらゆる他のデバイスにおいて使用することができる。
[0128] 図５に示すような検査装置５００は、スタンドアロンの検査装置でもよく、あるいは、図１および２それぞれのリソグラフィ装置ＬＡ内またはリソグラフィセルＬＣ内に組み込まれてもよい。
[0129] 図１６は、図５に例示した検査装置のような検査装置と共に使用可能な照明システムの一実施形態を例示する。図１６に示すように、放射源１６０２は、放射ビーム１６１６を生成する。いくつかの実施形態では、放射源１６０２は、光ファイバチップであり得る。放射ビーム１６１６は、その後、イルミネータ１６１８を通過する。いくつかの実施形態では、イルミネータ１６１８は、アクロマートレンズダブレット１６０３、回転可能なポラライザ１６０５、およびアパーチャ１６０７を画成する瞳を備える。いくつかの実施形態では、レンズダブレット１６０３は、約２００ｎｍ〜約８５０ｎｍの広いスペクトル範囲で色補償を提供するように構成することができる。いくつかの実施形態では、レンズダブレット１６０３は、ＣａＦ２レンズおよびＳｉＯ２レンズを備え得る。さらに、いくつかの実施形態では、レンズダブレット１６０３は、光軸に沿って位置決めされてよく、かつ、異なる不連続の波長に対して調節され得る。いくつかの実施形態では、回転可能なポラライザ１６０５は、ＭｇＦ２から作られたロションプリズムとすることができる。
[0130] イルミネータ１６１８から射出した後、リレーミラー光学システムは、放射を反射屈折対物系１６０４および屈折対物系（図示なし）に向けて誘導することができる。いくつかの実施形態では、図１６に示すように、リレーミラー光学システムは、第１球面リレーミラー１６２６ａ、第１平坦折り畳みミラー１６２６ｂ、第２球面リレーミラー１６２６ｃ、および第２平坦折り畳みミラー１６２６ｄを備え得る。第２平坦折り畳みミラー１６２６ｄの後、放射ビームは、反射屈折対物系１６０４に向かって、ビームスプリッタ１６２８を通過する。
[0131] いくつかの実施形態では、瞳アパーチャ１６０７は、例えば、第１球面リレーミラー１６２６ａおよび第２球面リレーミラー１６２６ｄなどのアクロマートリレーミラーによって反射屈折対物系１６０４と屈折対物系の両方の入射瞳の平面内に投影される。
[0132] 本明細書において、ＩＣ製造における方法および装置の使用について具体的な言及がなされているが、本明細書記載の検査方法および装置が、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用のガイダンスパターン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といった他の用途を有し得ることが理解されるべきである。当業者にとっては当然のことであるが、そのような別の用途においては、本明細書で使用される「ウェーハ」または「ダイ」という用語はすべて、それぞれより一般的な「基板」または「ターゲット部分」という用語と同義であるとみなしてよい。本明細書に記載した基板は、露光の前後を問わず、例えば、トラック（通常、基板にレジスト層を塗布し、かつ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、本明細書中の開示内容を上記のような基板プロセシングツールおよ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は、すでに多重処理層を包含している基板を表すものとしてもよい。
[0133] 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、当然のことながら、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われてもよく、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、またはそれらの組合せによってレジストは硬化される。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。
[0134] 本明細書で使用される「放射」および「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長、またはおよそこれらの値の波長を有する）、および極端紫外線（ＥＵＶ）（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、ならびにイオンビームや電子ビームなどの微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。
[0135] 「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、およ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いずれか１つまたはこれらの組合せを指すことができる。
[0136] 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できることが明らかである。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命令のシーケンスを含むコンピュータプログラムの形態、またはこ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）の形態であってもよい。
[0137] 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、以下に記載する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てもよい。
[0138] 当然のことながら、「発明の概要」および「要旨」の欄は、発明者によって意図された本発明の１つ以上の、全てではない代表的な実施形態を記載し得るため、本発明および添付の特許請求の範囲をどんな形であれ制限するものではない。
[0139] 以上、本発明を、特定の機能およびそれら機能間の関係の実現を例示する機能的なビルディングブロックを使って説明してきた。本明細書において、これら機能的なビルディングブロックの境界は、説明の便宜上、任意で規定した。特定の機能およびそれら機能間の関係が適切に実行される限り、別の境界を規定することもできる。
[0140] 上述した特定の実施形態の説明は、本発明の一般的性質を十分に明らかにしているため、当業者の知識を適用することによって、過度な実験を行うことなく、また本発明の一般概念から逸脱することなく、他の者が該特定の実施形態を変形すること、および／または多様な用途に適用することが容易に可能である。したがって、そのような適用および変形は、本明細書に示す教示および案内に基づいて、開示した実施形態の均等物の意味および範囲内であることが意図される。当然のことながら、本明細書の用語使いまたは言い回しは、制限ではなく説明を目的としたものであるため、本明細書の用語使いまたは言い回しは、当業者によって、本明細書の教示および案内を踏まえて解釈され得る。
[0141] 本発明の広さおよび範囲は、上述した代表的な実施形態のいずれによっても制限されるべきではなく、特許請求の範囲およびそれらの均等物に従ってのみ規定されるべきものである。

Claims (13)

  1. ウェーハの寸法パラメータを光学的に決定するための検査装置であって、
    第１ビームを受け、かつ、そこから第２および第３ビームを生成する照明システムと、
    前記第２ビームを、前記ウェーハから反射するよう誘導する反射屈折対物系と、
    前記反射した第２ビームによって作り出された第１の像を検出する第１センサと、
    前記第３ビームを前記ウェーハから反射するよう誘導する屈折対物系と、
    前記反射した第３ビームによって作り出された第２の像を検出する第２センサと、
    を備え、
    リソグラフィプロセスを監視するために前記第２ビームが前記ウェーハのクリティカルディメンジョン測定値を提供するように構成されかつ前記第３ビームが前記ウェーハのオーバーレイ測定値を提供するように構成される、検査装置。
  2. 前記照明システムは、リソグラフィプロセスを監視するために前記第２ビームが前記ウェーハのクリティカルディメンジョン測定値を提供するように構成されかつ前記第３ビームが前記ウェーハのオーバーレイ測定値を提供するように構成されるように、前記第１ビームを前記第２ビームおよび前記第３ビームへと分割するビームスプリッタをさらに備える、請求項１に記載の検査装置。
  3. 放射源から順に、
    光軸に沿って調節可能なレンズダブレットと、
    回転可能なプリズムポラライザと、
    瞳画成アパーチャと、
    前記瞳画成アパーチャを前記反射屈折対物系の入射瞳の平面内および前記屈折対物系の入射瞳の平面内に結像するミラーリレー光学システムと、
    をさらに備える、請求項１又は２に記載の検査装置。
  4. 前記第１ビームを、前記反射屈折対物系および前記屈折対物系にそれぞれ誘導される前記第２ビームと前記第３ビームとに分割するビームスプリッタをさらに備える、請求項１記載の検査装置。
  5. 前記反射した第３ビームによって作り出された第３の像を検出する第３センサをさらに備え、
    前記ウェーハのオーバーレイ寸法測定値が前記第３センサを用いて決定される、請求項１乃至４のいずれかに記載の検査装置。
  6. 前記第２ビームは第１スペクトル範囲を有し、前記第３ビームは第１スペクトル範囲とは異なる第２スペクトル範囲を有し、前記検査装置の動作スペクトル範囲は前記第１および第２スペクトル範囲を含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の検査装置。
  7. ウェーハの寸法パラメータを光学的に決定するための検査装置であって、
    第１ビームを受け、かつ、そこから第２および第３ビームを生成する照明システムと、
    前記第２ビームを、前記ウェーハから反射するよう誘導する反射屈折対物系と、
    前記反射した第２ビームによって作り出された第１の像を検出する第１センサと、
    前記第３ビームを前記ウェーハから反射するよう誘導する屈折対物系と、
    前記反射した第３ビームによって作り出された第２の像を検出する第２センサと、
    を備え、
    前記検査装置は前記第１の像を使用して前記ウェーハの第１クリティカルディメンジョン測定値を決定するように構成され、
    前記検査装置は前記第２の像を使用して第２クリティカルディメンジョン測定値を決定するように構成される、検査装置。
  8. 前記屈折対物系は、
    前方および後方メニスカスレンズを有する前方レンズ群と、
    前記屈折対物系の前方から後方に向かう順に、第１ダブレット、第２ダブレット、トリプレット、およびダブレットを有する中間レンズ群と、
    負のダブレットを有する後方レンズ群と、
    を備える、請求項１乃至７のいずれかに記載の検査装置。
  9. 前記中間レンズ群の前記トリプレットが、前方正レンズ、中間負レンズ、および後方正レンズを備え、
    前記前方正レンズが重フリントを備える、請求項８に記載の検査装置。
  10. 前記反射屈折対物系によって誘発される像面湾曲を減少させる少なくとも２つのミラーをさらに備える、請求項１乃至９のいずれかに記載の検査装置。
  11. 基板パラメータを決定する方法であって、
    第１ビームを、該第１ビームが前記基板から反射するように、反射屈折対物系を通して前記基板上に誘導することと、
    前記反射した第１ビームを使用して前記基板の第１の像を形成することと、
    前記第１の像を使用して前記基板の第１パラメータを決定することと、
    第２ビームを、該第２ビームが前記基板から反射するように、屈折対物系を通して前記基板上に誘導することと、
    前記反射した第２ビームを使用して前記基板の第２の像を形成することと、
    前記第２の像を使用して前記基板の第２パラメータを決定することと、
    を含み、
    前記第１パラメータが第１クリティカルディメンジョン測定値であり、
    前記第２パラメータが第２クリティカルディメンジョン測定値である、方法。
  12. 前記反射した第２ビームを使用して前記基板の第３の像を形成することと
    前記第３の像を使用して前記基板の第３パラメータを決定することと、
    をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 第３ビームから前記第１および第２ビームを生成することをさらに含み、
    前記第３ビームから前記第１および第２ビームを生成することは、ビームスプリッタを使用して前記第３ビームを前記第１および第２ビームへと分割することを含む、請求項１１又は１２に記載の方法。
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