JP6664499B2 - 測定システム、リソグラフィ装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
[001] この出願は、２０１６年３月１０日出願の欧州特許出願第１６１５９７２３．２号の優先権を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

[002] 本発明は、測定システム、リソグラフィ装置、及びデバイスを製造する方法に関する。

[003] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板のターゲット部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。このような場合、代替的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使用して、ＩＣの個々の層上に形成すべき回路パターンを生成することができる。このパターンを、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１つ又は幾つかのダイの一部を含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。一般的に、１枚の基板は、順次パターンが付与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。従来のリソグラフィ装置は、パターン全体をターゲット部分に１回で露光することによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、基板を所与の方向（「スキャン」方向）と平行あるいは逆平行に同期的にスキャンしながら、パターンを所与の方向（「スキャン」方向）に放射ビームでスキャンすることにより、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。パターンを基板にインプリントすることによっても、パターニングデバイスから基板へとパターンを転写することが可能である。

[004] 集積回路の適切な動作を保証するために、連続的に適用される異なるパターンが正確に一致することが重要である。このような一致を保証するために、基板がパターンの像面に対して、水平面内と垂直方向にともに適切に位置決めされるように注意が払われる。しかしながら、撮像パターンと以前に適用されたパターンの起こり得る不一致は、パターンの変形によって生じる可能性もある。このような変形は、例えば機械的応力や、不均一な温度分布などの熱的効果によって生じる可能性がある。分かっている場合、これらの効果は、例えばリソグラフィ装置の投影システムを調整することによって、少なくとも部分的に補償することができる。現在、このようなパターンの変形を評価する手段はかなり限られている。既知の構成では、例えばパターニングデバイス上の様々な場所で、ＩＲ温度センサによってパターニングデバイスの上面の温度が測定され、その後この温度測定値を用いてパターニングデバイスの変形を測定する。

[005] パターニングデバイスのパターンの変形をより正確に評価することが望ましい。したがって、本発明のある実施形態によれば、
放射ビームを調節するように構成された照明システムと、
放射ビームの断面にパターンを付与してパターン付与された放射ビームを形成可能なパターニングデバイスを支持するように構築されたサポートと、
基板を保持するように構築された基板テーブルと、
サポートを基板テーブルに対して位置決めするように構成された位置決めデバイスと、
パターン付与された放射ビームを基板のターゲット部分上に投影するように構成された投影システムと、を備え、パターニングデバイスのパターンの変形を測定するように構成された測定システムをさらに備えるリソグラフィ装置であって、測定システムが、
処理システムと、
パターニングデバイス上の複数の場所のそれぞれにおいて、パターニングデバイスの前面からの反射測定ビーム及びパターニングデバイスの後面からの反射測定ビームを生成するために、複数の場所のそれぞれに１つ以上の測定ビームを放出するように構成された光源と、複数の場所のそれぞれについての各反射測定ビームを受光し、受光した反射測定ビームを表す１つ以上の信号を処理システムに出力するように構成された検出器システムとを備えた干渉計システムとを備え、
処理システムが、
複数の場所のそれぞれについての１つ以上の信号を受信し、
受信した複数の１つ以上の信号に基づいて、パターニングデバイスの変形を表すパターニングデバイスの物理的特性を測定し、
パターニングデバイスの複数の場所における温度又は温度オフセットである物理的特性及びパターニングデバイスの数学モデルに基づいて、パターンの変形を測定するように構成されるリソグラフィ装置が提供される。

[006] 本発明の別の態様によれば、前面と後面とを有し、パターンを備えたオブジェクトの変形を測定するように構成された測定システムであって、測定システムが、
処理システムと、
オブジェクト上の複数の場所のそれぞれにおいて、オブジェクトの前面からの反射測定ビーム及びオブジェクトの後面からの反射測定ビームを生成するために、複数の場所のそれぞれに１つ以上の測定ビームを放出するように構成された光源と、複数の場所のそれぞれについての各反射測定ビームを受光し、受光した反射測定ビームを表す１つ以上の信号を処理システムに出力するように構成された検出器システムとを備えた干渉計システムとを備え、
処理システムが、
複数の場所のそれぞれについての１つ以上の信号を受信し、
受信した複数の１つ以上の信号に基づいて、オブジェクトの変形を表すオブジェクトの物理的特性を測定し、
オブジェクトの複数の場所における温度又は温度オフセットである物理的特性及びオブジェクトの数学モデルに基づいて、パターンの変形を測定するように構成される測定システムが提供される。

[007] オブジェクトはパターニングデバイスであってよく、パターンはパターニングデバイスに含まれ、パターニングデバイスは放射ビームの断面にパターンを付与してパターン付与された放射ビームを形成可能である。変形はパターンの面内変形を含んでよい。

[008] 本発明のある実施形態によれば、本発明に係るリソグラフィ装置を使用して、パターンをパターニングデバイスから基板上に転写することを含むデバイス製造方法が提供される。

[009] パターンを転写するステップは、パターンの変形に基づいて基板テーブルのサポートに対する位置を制御することを含んでよい。位置決めデバイスは、位置決めデバイスのコントローラに供給される、パターンの変形に基づくセットポイントによって、基板テーブルのサポートに対する位置を制御するように構成されてよい。

[0010] 対応する参照符号が対応する部分を示す添付の概略図を参照しながら以下に本発明の実施形態について説明するが、これは単に例示としてのものに過ぎない。

[0011] 本発明のある実施形態に係るリソグラフィ装置を示す。 [0012] 本発明に係るリソグラフィ装置に適用可能なパターニングデバイスを示す。 [0013] パターニングデバイスの温度プロファイルを測定するＩＲ温度センサアレイを概略的に示す。 [0014] 本発明に係る測定システムの第１の実施形態を概略的に示す。 [0015] 本発明に係る測定システムの第２の実施形態を概略的に示す。 [0016] 本発明に係る測定システムの第３の実施形態を概略的に示す。 [0017] 本発明に係る測定システムの第４の実施形態を概略的に示す。 [0018] 本発明に係る測定システムの第５の実施形態を概略的に示す。

[0019] 図１は、本発明の一実施形態による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放射又は任意の他の適切な放射）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）ＭＡを支持するように構築され、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の位置決めデバイスＰＭに接続されたマスク支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴとを含む。この装置は、また、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、特定のパラメータに従って基板を正確に配置するように構成された第２の位置決めデバイス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又は「基板サポート」を含む。さらに、この装置は、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）上にパターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢへ付与さ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（例えば屈折投影レンズシステム）ＰＳを含む。

[0020] 照明システムは、放射を誘導し、整形し、又は制御するための、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、又はその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み合わせなどの様々なタイプの光学コンポーネントを含むことができる。

[0021] マスク支持構造は、パターニングデバイスを支持、すなわち、その重量を支えている。マスク支持構造は、パターニングデバイスの方向、リソグラフィ装置の設計等の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されているか否かに応じた方法で、パターニングデバイスを保持する。マスク支持構造は、パターニングデバイスを保持するために、機械式、真空式、静電式等のクランプ技術を使用することができる。マスク支持構造は、例えばフレーム又はテーブルでよく、必要に応じて固定式又は可動式でよい。マスク支持構造は、パターニングデバイスが例えば投影システムなどに対して確実に所望の位置に来るようにできる。本明細書において「レチクル」又は「マスク」という用語を使用した場合、その用語は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義と見なすことができる。

[0022] 本明細書において使用する「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生成するように、放射ビームの断面にパターンを付与するために使用し得る任意のデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。ここで、放射ビームに付与されるパターンは、例えば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における所望のパターンに正確には対応しないことがある点に留意されたい。一般的に、放射ビームに付与されるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特定の機能層に相当する。

[0023] パターニングデバイスは透過性又は反射性でよい。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、及びプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、バイナリマスク、レベンソン型（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）位相シフトマスク、ハーフトーン型（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ）位相シフトマスクのようなマスクタイプ、さらには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として、小型ミラーのマトリクス配列を使用し、ミラーは各々、入射する放射ビームを異なる方向に反射するよう個々に傾斜することができる。傾斜したミラーは、ミラーマトリクスによって反射する放射ビームにパターンを付与する。

[0024] 本明細書において使用する「投影システム」という用語は、例えば使用する露光放射、又は液浸液の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、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、電磁気光学システム及び静電気光学システム、又はその任意の組み合わせを含む任意のタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」という用語を使用した場合、これはさらに一般的な「投影システム」という用語と同義と見なすことができる。

[0025] 本明細書で示すように、本装置は透過タイプである（例えば透過マスクを使用する）。あるいは、装置は反射タイプでもよい（例えば上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用する、又は反射マスクを使用する）。

[0026] リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）又はそれ以上の基板テーブル又は「基板サポート」（及び／又は２つ以上のマスクテーブル又は「マスクサポート」）を有するタイプでよい。このような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブル又はサポートを並行して使用するか、１つ以上の他のテーブル又はサポートを露光に使用している間に１つ以上のテーブル又はサポートで予備工程を実行することができる。

[0027] 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充填するように、基板の少なくとも一部を水などの比較的高い屈折率を有する液体で覆えるタイプでもよい。液浸液は、例えばマスクと投影システムの間など、リソグラフィ装置の他の空間に適用することもできる。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させるために当技術分野で使用することができる。本明細書で使用する「液浸」という用語は、基板などの構造を液体に沈めなければならないという意味ではなく、露光中に投影システムと基板の間に液体が存在するというほどの意味である。

[0028] 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。放射源とリソグラフィ装置とは、例えば放射源がエキシマレーザである場合に、別々の構成要素であってもよい。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すると見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤの助けにより、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源が水銀ランプの場合は、放射源がリソグラフィ装置の一体部分であってもよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに放射システムと呼ぶことができる。

[0029] 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ように設定されたアジャスタＡＤを備えていてもよい。通常、イルミネータの瞳面における強度分布の外側及び／又は内側半径範囲（一般にそれぞれ、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などの他の種々のコンポーネントを備えていてもよい。イルミネータを用いて放射ビームを調節し、その断面にわたって所望の均一性と強度分布とが得られるようにしてもよい。

[0030] 放射ビームＢは、マスク支持構造（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）に入射し、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を横断した放射ビームＢは、投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に合焦させる。第２の位置決めデバイスＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、又は容量センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴを、例えば様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めするように正確に移動できる。同様に、第１の位置決めデバイスＰＭと別の位置センサ（図１には明示されていない）を用いて、マスクライブラリからの機械的な取り出し後又はスキャン中などに放射ビーム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の位置決めデバイス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）及びショートストロークモジュール（微動位置決め）の助けにより実現できる。同様に、基板テーブルＷＴ又は「基板サポート」の移動は、第２のポジショナＰＷの部分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用いて実現できる。ステッパの場合（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接続するか、又は固定してもよい。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有するが、ターゲット部分の間の空間に位置してもよい（スクライブラインアライメントマークとして周知である）。同様に、マスクＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、マスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。

[0031] 図示のリソグラフィ装置は、以下のモードのうち少なくとも１つにて使用可能である。

[0032] １．ステップモードでは、マスクテーブルＭＴ又は「マスクサポート」及び基板テーブルＷＴ又は「基板サポート」は基本的に静止状態に維持される一方、放射ビームに付与されたパターン全体が１回でターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一静的露光）。次に、別のターゲット部分Ｃを露光できるように、基板テーブルＷＴ又は「基板サポート」がＸ方向及び／又はＹ方向に移動される。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、単一静的露光で結像されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。

[0033] ２．スキャンモードでは、マスクテーブルＭＴ又は「マスクサポート」及び基板テーブルＷＴ又は「基板サポート」は同期的にスキャンされる一方、放射ビームに付与されるパターンがターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一動的露光）。マスクテーブルＭＴ又は「マスクサポート」に対する基板テーブルＷＴ又は「基板サポート」の速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）及び像反転特性によって求めることができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光におけるターゲット部分の（非スキャン方向における）幅が制限され、スキャン動作の長さによってターゲット部分の（スキャン方向における）高さが決まる。

[0034] ３．別のモードでは、マスクテーブルＭＴ又は「マスクサポート」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維持され、基板テーブルＷＴ又は「基板サポート」を移動又はスキャンさせながら、放射ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する。このモードでは、一般にパルス放射源を使用して、基板テーブルＷＴ又は「基板サポート」を移動させる毎に、又はスキャン中に連続する放射パルスの間で、プログラマブルパターニングデバイスを必要に応じて更新する。この動作モードは、以上で言及したような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利用できる。

[0035] 上述した使用モードの組み合わせ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。

[0036] 図１に概略的に示すリソグラフィ装置はさらに、本発明のある実施形態に係る測定システムＭＳを備える。測定システムＭＳは、干渉計システムＩＦ２と処理システムＰｒＳとを備える。本発明によれば、測定システムＭＳは、以下でより詳細に説明するように、パターニングデバイス又はマスクＭＡ上に存在するパターンの変形を測定するように構成される。

[0037] 図２は、前面１００．１と後面１００．２とを有するパターニングデバイス１００を概略的に示す。後面１００．２上にパターン１１０が設けられる。典型的には、これはＸＹ平面（Ｘ方向は図２のＹＺ平面と垂直である）に広がる２次元パターンであり、基板上に正確に投影されることによって、基板に既に適用されているパターンとの所定の位置関係が維持される。このようなパターニングデバイス１００は、例えば、図１に示すようなリソグラフィ装置に適用することができる。使用の際、調節された、例えばＤＵＶ放射などの放射ビーム１２０を、パターニングデバイス１００上に投影することができる。パターニングデバイス１００は、典型的にはＤＵＶ放射ビーム１２０に対して透明なＳｉＯ_２又は溶融石英で作られる。典型的には、パターニングデバイス１００の後面１００．２に適用されるパターン１１０はクロム層であってよい。パターン化されたクロム層は、ＤＵＶ放射１２０に対して透明でなく、むしろＤＵＶ放射１２０はクロム層によって実質的に吸収される。吸収された放射は、クロム層の温度を、例えば２２℃の環境温度から２６℃に上昇させる熱に変換される可能性があり、次いで、このクロム層１２０の上昇した温度は、熱伝導によってパターニングデバイス１００を加熱する可能性がある。この加熱の結果、パターン１２０を含むパターニングデバイス１００は変形する可能性がある。本発明の意味において、オブジェクトの変形は、公称位置に対するオブジェクト上の点又は場所の変位を意味し得る。オブジェクト上の点又は場所は、例えば座標が（ｘ，ｙ，ｚ）の公称位置を有し、加熱により位置（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ，ｚ＋Δｚ）に変位する可能性がある。このように、オブジェクトの位置（ｘ，ｙ，ｚ）における変形は、変位ベクトル（Δｘ，Δｙ，Δｚ）によって特徴付けることができる。典型的には不均一であり得るパターニングデバイス１００の加熱により、様々なタイプの変形が生じる可能性がある。そのような変形の第１の例として、ＸＹ平面で観察可能な、すなわちパターン１１０の平面に平行な変形である、パターン１１０の面内変形が挙げられる。したがって、このような面内変形は、パターンの異なる位置の変位ベクトル（Δｘ，Δｙ，Δｚ）のＸ及びＹ成分を考慮することによって特徴付けることができる。

[0038] 一般に、オブジェクトが加熱されると面外変形が生じる可能性もある。本発明の意味において、そのような面外変形は、例えば変位ベクトル（Δｘ，Δｙ，Δｚ）のＺ成分を考慮することによって特徴付けることができる。

[0039] 以上で説明したように、パターニングデバイスの加熱は、大部分がパターニングデバイス１００の後面１００．２に位置するパターン１１０の加熱に原因があると考えられる。このように、熱源の一種であるパターン１１０がパターニングデバイス１００の外面１００．２に位置するため、温度分布もＺ方向の不均一性を有する可能性がある、すなわち前面１００．１の温度は、後面１００．２の温度と異なる可能性がある。この不均一性により、パターニングデバイス１００は、例えば湾曲する可能性がある。このようなパターニングデバイスの、特にパターンの湾曲は、パターンの面外変形として特徴付けることもできる。

[0040] パターンの変形が生じ、何ら措置を講じない場合、基板、すなわち図１に示すターゲット部分Ｃなどのターゲット部分へのパターンの投影は不正確になる可能性がある。特に、パターンの面内変形は、投影されたパターンと基板に既に適用されているパターンとの間のアライメント誤差を引き起こす可能性があるのに対し、面外変形は、これによって露光中にパターンの像が焦点外れになる、すなわち幾分ぼやける可能性がある。

[0041] パターンの変形が生じ、これが知られている、すなわち、ある程度まで定量化される場合、パターンの露光又は基板への投影を改善する措置を講じることができる。そのような措置には、露光装置の照明システム、例えば図１に示すイルミネータＩＬ、又は投影システム、例えば図１に示す投影システムＰＳの設定を調整することなどが含まれてよい。代替的又は付加的に、パターニングデバイスと基板の相対位置は、測定されるパターンの変形に基づいて制御することができる。特に、ある実施形態では、本発明に係るリソグラフィ装置は、パターンの変形に基づいて、例えばパターンの面内変形に基づいて、基板テーブルのサポートに対する位置を制御する位置決めデバイスＰＷ又はＰＭなどの位置決めデバイスやその組み合わせを備えてよい。そのような実施形態では、位置決めデバイスは、例えば基板テーブルのサポートに対する位置をセットポイントによって制御するように構成されてよい。このようなセットポイントは、例えば位置決めデバイスのコントローラ又は制御システムに供給されてよく、セットポイントはパターンの変形に基づく。

[0042] 上記の可能性のある変形について、例えばＥＵＶ光源を使用するリソグラフィ装置において行われるように、反射型パターニングデバイスを使用する場合に、同様の考え方を適用できることに言及する価値がある。このようなパターニングデバイスは、例えばパターニングデバイスの前面に調節されたＥＵＶ放射を反射するパターンを備えてよい。そのような構成では、パターニングデバイスのパターンを備えていない、ＥＵＶ放射にさらされる部分がこの放射を吸収し、不均一な温度分布を生じさせる可能性がある。

[0043] パターンの位置について、パターニングデバイスは、例えばパターンをカバーするカバー層を備えてもよいことにも留意されたい。したがって、そのような場合、パターンは前面にも後面にも設けられない。

[0044] 温度センサを使用することによって、パターニングデバイスの温度分布を評価することが提案されている。そのような構成を図３に概略的に示す。図３は、前面２００．１と後面２００．２とを有するパターニングデバイス２００、及びパターニングデバイス２００から発せられる赤外線放射を測定することによってパターニングデバイス２００の温度を評価するように配置された赤外線（ＩＲ）温度センサアレイ２１０を概略的に示す。図示されるように、センサアレイ２１０は、Ｘ方向に延び、かつ、例えばＸ方向に互いに隣接して配置された複数の温度センサを備えてよい。温度センサアレイ２１０によって測定される放射は、例えば処理ユニット２２０に供給され、パターニングデバイス２００の温度が測定される。パターニングデバイス２００をセンサアレイに対してＹ方向に変位させることによって、パターニングデバイスの２次元温度プロファイル、すなわちＸＹ平面の温度プロファイルを確立することができる。そして、この温度プロファイルは、パターニングデバイスの変形を推定するために、例えばパターニングデバイスの熱機械モデルによって使用されてよい。

[0045] 温度プロファイルを測定する既知の構成にはいくつかの欠点がある。図３に示す構成は、基本的にパターニングデバイス２００の前面２００．１、典型的には投影されるパターンを備えていない表面から生じるＩＲ放射を捕捉する。上記のように、底面のパターンの加熱により、前面の温度と後面の温度に差が生じる可能性がある。したがって、前面２００．１の温度は、後面２００．２の実際の温度を十分に表さない可能性がある一方、後面２００．２の熱膨張は、後面２００．２のパターンの変形を生じさせると考えられ得る。上面２００．１の温度の評価は、Ｚ方向に沿った平均温度又はＺ方向の温度勾配についての洞察を全く与えないことに言及することにも価値があり得る。したがって、赤外線温度センサアレイを使用してパターニングデバイスのパターンの変形を測定する可能性はかなり制限される。

[0046] したがって、本発明は、パターニングデバイスに設けられるパターンの変形をより正確に評価することを可能にする、より直接的なアプローチを提案する。特に、本発明では、パターニングデバイスの変形を表すパターニングデバイスの物理的特性を測定するように構成された測定システムが提案される。本発明では、パターニングデバイスの厚さ、すなわち高さ、又はパターニングデバイスによる測定ビームの光路長を測定する干渉計又は干渉計システムが使用される。このような測定高さ又は光路長は、パターニングデバイスの変形の表現である数学モデルに容易に適用することができ、パターニングデバイスのパターンの変形が測定される。代替的又は付加的に、測定高さ又は光路長は、パターニングデバイスの温度、特に測定された高さ又は光路長に沿った平均温度を測定するために適用することができる。パターニングデバイスの高さに沿った平均温度は、後面の温度のより正確な評価を可能にし、ひいてはパターンの変形のより正確な測定を可能にし得る。

[0047] 図４には、パターニングデバイスのパターンの変形を測定することができる本発明に係る測定システム４００の第１の実施形態が概略的に示されている。本発明によれば、測定システム４００は、前面４１０．１と後面４１０．２とを有するオブジェクト４１０の変形を測定するように構成される。オブジェクト、例えばリソグラフィ装置で使用されるパターニングデバイスは、パターニングデバイスの前面４１０．１、後面４１０．２、又は内部に存在し得るパターン（図示せず）を備える。図示された測定システム４００は、干渉計システム４２０と処理システム４３０とを備える。

[0048] 図示された実施形態では、干渉計システム４２０は、光源４２２と検出器システム４２４とを備え、検出器システム４２４は、第１の検出器４２４．１と第２の検出器４２４．２とを備える。図示された実施形態では、干渉計システム４２０は、ビームスプリッタ４２６．１、４２６．２、及び４２６．３を使用して一対の測定ビーム４４０．１、４４０．２をオブジェクト上の場所４５０上に投影するように構成される。本発明の意味において、測定プロセスが施されるオブジェクトは、典型的には、例えばＸＹ平面に広がる平面形状を有する。したがって、オブジェクト上の位置は、（ｘ，ｙ）座標によって特徴付け可能なＸＹ平面内の位置を指す。したがって、図示された実施形態では、場所４５０は、前面側と後面側の両方で測定ビームによってアクセスされ、これによって実質的に同じ（ｘ，ｙ）座標にある前面４１０．１及び後面４１０．２に測定ビーム４４０．１及び測定ビーム４４０．２が投影される。図示された実施形態では、測定ビーム４４０．１及び４４０．２は、それぞれ前面４１０．１及び後面４１０．２から反射され、これによって、オブジェクト４５０の前面４１０．１からの反射測定ビーム及びオブジェクト４５０の後面４１０．２からの反射測定ビームが生成される。続いて反射測定ビームは検出器４２４．１及び４２４．２によって受光される。図示された実施形態では、検出器４２４．１及び４２４．２はさらに、各基準物、すなわち基準オブジェクト４７０．１、４７０．２からの反射ビームを受光するように構成される。本発明によれば、検出器システム４２４はさらに、受光した反射測定ビームを表す１つ以上の信号４６０．１、４６０．２を出力するように構成される。したがって、図示された実施形態では、検出器４２４．１及び４２４．２は、信号４６０．１及び４６０．２を出力し、これらを処理システム４３０、例えば処理システム４３０の入力端子４３０．１に供給するように構成される。図示された実施形態では、干渉計システム４２０は、基準物に対するオブジェクト４１０の位置を測定するのに使用される、光源４２２を共有する２つのマイケルソン干渉計４２０．１、４２０．２の組み合わせと考えることができる。特に、図示された構成では、干渉計４２０．１の出力信号４６０．１を使用してオブジェクト４１０の前面４１０．１のＺ位置を測定することができる一方、干渉計４２０．２の出力信号４６０．２を使用してオブジェクトの後面４１０．２のＺ位置を測定することができる。場所４５０におけるオブジェクトの厚さ、すなわち高さは、２つの干渉計間のＺ方向の距離Ｄに関する知識と組み合わせるとき、受信した信号に基づいて処理システム４３０によって測定することができる。

[0049] 本発明によれば、測定システム４００は、複数の異なる場所、すなわちＸＹ平面におけるオブジェクトの干渉計システムに対する異なる位置で反射測定ビームを生成し、複数の場所のそれぞれに対して、出力信号４６０．１及び４６０．２などの１つ以上の出力信号を測定システム４００の処理システム４３０に供給するように構成される。ある実施形態では、本発明の測定システム４００の処理システム４３０は、例えば受信信号を記憶するためのメモリユニットと、受信信号を処理するためのプロセッサ、マイクロプロセッサ、又はコンピュータなどを含む処理ユニットとを備えてよい。処理システムはさらに、検出器システムによって出力される信号４６０．１、４６０．２などの入力信号を受信するように構成された入力端子４３０．１などの入力端子を備えてよい。本発明に係る測定システムに適用される処理システムはさらに、例えば処理システムの出力端子を介して、処理システムによって実行される処理、例えば処理システム４３０の処理ユニットによって実行される処理の結果を表す信号などのいずれの信号も出力するように構成されてよい。

[0050] 本発明によれば、処理システム４３０は、受信した複数の信号、すなわち複数の場所での測定が実行されたときに受信した信号に基づいて、オブジェクトの変形を表すパターニングデバイスの物理的特性を測定し、この物理的特性及びオブジェクトの数学モデルに基づいてパターンの変形を測定するように構成される。図４に示す実施形態では、受信した信号は、例えば処理システム４３０によって使用され、Ｚ方向のオブジェクトの変形を測定することができる。特に、複数の場所での前面４１０．１及び後面４１０．２のＺ位置の測定中に取得された信号は、例えば処理システム４３０によって使用され、複数の場所でのオブジェクトの高さを測定することができる。測定される高さの違い、又は測定される高さと予想される公称高さの差は、オブジェクトの変形の物理的特性と考えることができる。オブジェクトが熱負荷にさらされた場合、例えばオブジェクトがリソグラフィ装置で使用されるパターニングデバイスである場合、変形は、例えばオブジェクトの加熱によって生じる可能性がある。そのような場合、測定される物理的特性は、複数の場所における温度又は温度オフセットであってもよい。以下でより詳細に説明するように、測定高さ又は光路長の違いを使用して、複数の場所における高さ又は光路長に沿った温度を測定することができる。

[0051] 本発明によれば、測定システム４００の処理システム４３０は、測定されるオブジェクトの物理的特性及びオブジェクトの数学モデルに基づいて、パターンの変形を測定するように構成される。図示された実施形態では、複数の場所について測定される高さの違いは、オブジェクトのＺ方向の変形と考えることができる。このような変形をオブジェクトの数学モデルへの入力として使用して、オブジェクトのＸＹ平面における対応する変形、特にオブジェクトに設けられ、ＸＹ平面に広がるパターンの変形を導出することができる。

[0052] 図示された実施形態では、干渉計システム４２０は、ＸＹ平面の特定の「１つの」場所におけるオブジェクトの前面及び後面のＺ方向の距離を測定するように構成されてよい。オブジェクト４１０を測定ビーム４４０．１及び４４０．２に対してＸ方向とＹ方向の両方に変位させることによって、ある領域、例えばオブジェクト上のパターンを含む領域をカバーする測定を実行することができる。そうすることによって、例えば処理システム４３０によって使用され、オブジェクトのＺ方向の２次元変形プロファイルを導出することができる測定データの２次元グリッドを取得することができる。

[0053] 代替的に、干渉計システム４２０は、例えば、ＸＹ平面上の一連の異なる場所、例えばＹ座標が同じであるが、Ｘ座標が異なる一連の場所における、オブジェクトの前面及び後面のＺ方向の距離を同時に測定するように構成されてよい。これは、例えば、Ｘ方向に配置される複数の離散測定ビームを適用することにより、又はＸ方向に細長い断面を有する測定ビームを用いて、又はこれらの組み合わせによって実現することができる。そうすることによって、異なるＸ座標を有する異なる場所における測定に対応する複数の測定を、並列に実行することができる。このような構成では、測定データの２次元セットを取得するために、測定システム４００及びオブジェクトの相対変位がＹ方向にのみ可能であれば十分である。

[0054] 図示された実施形態では、２つのマイケルソン干渉計を使用して、特定の場所におけるオブジェクトの高さを測定する。オブジェクトの高さ、すなわち厚さを測定可能な他のタイプの光学的測定システムも考えられ得ることは明らかであろう。

[0055] 図示された実施形態では、オブジェクトの高さ、すなわち厚さは、一対の測定ビーム４４０．１及び４４０．２をそれぞれ前面４１０．１及び後面４１０．２上に投影することによって測定される。この場合、オブジェクトの表面から外部に反射される反射ビームが使用される。このような構成は、オブジェクトが測定ビームに対して透過的でない場合、例えばオブジェクトが反射型パターニングデバイスである場合などに適用することができる。

[0056] オブジェクトが適用される測定ビームに対して少なくとも部分的に透過的である場合は、例えばオブジェクトの前面における外部反射、及び、例えばオブジェクトの後面における内部反射を使用する代替的な構成を実施することもできる。２つの反射測定ビームを使用して、後で使用され得るオブジェクトを通る測定ビームの光路長は、図４に示す実施形態で評価された高さと同様の方法で測定し、オブジェクトの変形を表す物理的特性を評価する、すなわち測定することができる。

[0057] 図５は、本発明に係る測定システム５００の第２の実施形態を概略的に示す。本発明によれば、測定システム５００は、前面５１０．１と後面５１０．２とを有するオブジェクト５１０の変形を測定するように構成される。測定システムは、干渉計システム５２０と処理システム５３０とを備える。図示された実施形態では、干渉計システム５２０は、光源５２２と検出器システム５２４とを備える。図示された実施形態では、光源５２２は、異なる波長又は周波数を有する２つの成分を含む測定ビーム５４０を生成するように構成される。ある実施形態では、２つの波長又は周波数成分の差は比較的小さい。ある実施形態では、光源は、測定ビーム５４０として、２つのわずかに異なる波長の平行ビームを生成する平行光学系を含むゼーマン分裂レーザであってよい。図示されるように、測定ビーム５４０は、オブジェクト５１０の場所５５０上に投影される。

[0058] 図示された実施形態では、測定ビーム５４０の第１の成分は左円偏光ビームである一方、測定ビーム５４０の第２の成分は右円偏光ビームである。干渉計システム５２０はさらに、測定ビーム５２０の一部分をサンプリングし、サンプリングした部分５４０．１を基準センサ、例えば検出器システム５２４の基準フォトダイオード５２４．１に誘導するビームサンプラ５８０を備える。ある実施形態では、ビームサンプル５８０は、一方の面だけが測定ビーム５４０の反射光を生成するように、一方の面に反射防止膜を有する、例えばガラスで作られたプレートを備えてよい。測定ビームのサンプリングされた部分５４０．１は、アナライザ５９５を介して基準フォトダイオード５２４．１に供給される。図示された実施形態では、アナライザ５９５は直線偏光子を備える。結果として生じるビーム、すなわち測定ビーム５４０のリニアアナライザ５９５を通過した後のサンプリングされた部分５４０．１は、いわゆるビーティング、すなわち周期的な強度変化を有することになる。特に、結果として生じるビームの強度は、測定ビーム５４０の２つの成分間に存在する周波数差に対応する周波数で変化することになる。測定ビーム５４０のビームサンプラ５８０を通過する部分５４０．２は、オブジェクト５１０上に、特に、オブジェクトの場所５５０上に投影される。図示されるように、測定ビーム５４０のこの部分５４０．２の一部はオブジェクト５１０の前面５１０．１で反射される一方、別の部分５４０．３はオブジェクト５１０内に伝搬してオブジェクト５１０の後面５１０．２で反射される。したがって、反射測定ビーム５４２とも呼ばれる、オブジェクトから反射された結果として生じるビーム５４２は、オブジェクト５１０の前面５１０．１から反射される第１の反射測定ビーム５４２．１と、オブジェクト５１０の後面５１０．２から反射される第２の反射測定ビーム５４２．２（点線で示される）とを含む。この反射測定ビーム５４２はまた、解析されると、ビーティング、すなわち周期的に変化する強度を有することになる。したがって、図示された実施形態では、干渉計システム５２０の検出器システム５２４は、アナライザ５９６を通過した後に反射測定ビーム５４２を測定するための測定フォトダイオード５２４．２を備える。図示された実施形態では、アナライザ５９６もまた直線偏光子を備える。反射測定ビーム５４２がオブジェクト５１０内を前後に移動すなわち伝搬する成分５４２．２を含むため、反射測定ビームのビーティング位相が基準フォトダイオード５２４．１によって観察されるビーティング位相と異なることになる。基準フォトダイオード５２４．１及び測定フォトダイオード５２４．２によって受光されるビーティング又はビート成分間の位相差は、測定ビーム５４０のオブジェクト５１０内を前後に伝搬した部分５４０．３がたどるビームパスの光路長の測度である。オブジェクト５１０にかかる特定の熱負荷に起因して、オブジェクト５１０が場所５５０において膨張するとき、ビーム部分５４０．３の光路長は変化し、その結果、ビート成分間の位相差が変化することになる。特に、ビート成分間の位相差の変化は、測定場所５５０におけるオブジェクトの温度差、又は測定場所５５０におけるオブジェクトの高さ変化と関連付けることができる。

[0059] 測定ビーム成分５４０．３のオブジェクト５１０への法線入射が仮定される場合、光路長Ｌは、温度オフセットΔＴの関数として、次の式（１）によって表すことができる。

式中、
Ｈ＝測定場所５５０におけるオブジェクト５１０の公称厚さ又は高さ、すなわち示されたＺ方向の高さ、
α＝オブジェクトの材料の熱膨張係数、
ｎ_０＝基準温度におけるオブジェクトの材料の屈折率、
ｎ’＝オブジェクトの材料の屈折率の温度係数、
ΔＴ＝基準温度（例えば２２℃）からの温度オフセット、
Ｌ_０＝公称光路長＝２Ｈｎ_０である。
温度オフセットΔＴが測定場所５５０におけるＺ方向に沿ったオブジェクトの平均温度を指すことを指摘したい。
次に、位相差の温度依存度は、

と表すことができる。
式中、
Δφ＝温度オフセットΔＴで発生する位相シフト、
λ＝測定ビームの公称波長である。
λ＝６００ｎｍにおいて、パターニングデバイスに使用される典型的な材料である溶融石英のパラメータは、
ｎ_０＝１．４６、
ｎ’＝８．８６ｅ^−６Ｋ^−１、
α＝５．５ｅ^−７Ｋ^−１である。
これらの光学パラメータは、D.B.Leviton及びB.J.Freyによる「Temperature-dependent absolute refractive index measurements of synthetic fused silica」Tech. Rep. arXiv:0805.0091(2008)から得られる。これによって、測定感度Δφ／ΔＴ＝１．２８ｒａｄ／Ｋが得られる。この感度は、測定された位相シフトΔφに基づいて、十分に高い分解能、例えば０．２Ｋ以上で温度を測定することを可能にする。
測定された位相シフトΔφは、ΔＨ＝ＨαΔＴを考慮することによって、オブジェクトの高さＨの変動又は変化ΔＨを測定するのにも使用できることも指摘したい。

[0060] 図示された実施形態では、検出器システム５２４は、反射測定ビーム、すなわち第１及び第２の反射測定ビーム５４２．１、５４２．２を表す信号５６０．２を測定システム５００の処理システム５３０に出力するように構成される。特に、検出器システム５２４の測定フォトダイオード５２４．２は、信号５６０．２を出力して、これを処理システム５３０の入力端子５３０．１に供給するように構成される。同様に、検出器システム５２４の基準フォトダイオード５２４．１は、サンプリングされた測定ビームを表す信号５６０．１を出力するように構成される。信号５６０．１と信号５６０．２をともに使用して、処理システム５３０は、オブジェクト５１０の場所５５０における変形を特徴付ける物理的特性を導出することができる。特に、処理システム５３０は、上記の方程式を使用して、位相シフトΔφを測定し、位相シフトΔφに基づいて、オブジェクトの複数の場所における温度オフセットΔＴ、又はオブジェクトの複数の場所における高さ変動ΔＨのいずれかを測定するように構成されてよい。オブジェクトの変形を特徴付ける物理的特性をオブジェクトの数学モデルにともに使用して、パターンの変形を測定することができる。

[0061] 本発明によれば、測定システム５００は、オブジェクト上の複数の場所から反射測定ビーム５４２を捕捉するように構成される。この点において、第１の実施形態を参照して考察した同様の考え方を適用することができる。すなわち、オブジェクト上の複数の場所から反射測定ビーム５４２を捕捉するために、オブジェクト及び測定システム、特に測定ビーム５４０を互いに対して変位させることができる。さらに、スポット形状の断面を有する測定ビームを適用するよりむしろ、測定ビーム５４０は、例えばＸ方向に細長い形状を有してよい、又は、例えばＸ方向に互いに隣接して配置された複数のスポット形状のビームを含んでよい。

[0062] ある実施形態では、光源によって放出される測定ビームは、光シート、例えばＸ方向に延びるレーザ光シートに変換される。図６に概略的に示すこのような実施形態では、フォトダイオード５２４．１及び５２４．２は、フォトダイオードアレイに置換されてよい。この点において、本発明では、フォトダイオードからフォトダイオードの１又は２次元アレイや、例えばＣＣＤもしくはＣＭＯＳアレイを含む１又は２次元カメラに至る、様々なタイプのセンサ又は検出器を、測定システムの検出器システムに適用できることに留意されたい。

[0063] 図６に、本発明に係る測定システム６００の第３の実施形態を概略的に示す。図６の上部はＹＺ断面図を示すのに対し、下部は測定システムの上面図を概略的に示す。測定システム６００は、レーザビーム６４０、例えば図５を参照して説明した２つの成分を含むレーザビームを放出するように構成されたゼーマンレーザなどの光源６２２と、検出器システム６２４とを備える干渉計システムを備える。図示された実施形態では、干渉計システム６２０はさらに、干渉計システム６２０のミラー６２８を使用して、オブジェクト６１０、例えばリソグラフィ装置に適用されるパターニングデバイス上に投影可能なレーザ光シート６４０．１にレーザビーム６４０を変換するためのレンズシステム６２６を備える。図示された実施形態では、干渉計システム６２０はさらに、測定ビームの一部分、すなわちレーザ光シート６４０．１を検出器システム６２４の基準フォトダイオードアレイ６２４．１に向けて偏向させるビームサンプラ６８０を備える。検出器システム６２４はさらに、オブジェクト６１０の前面から反射された第１の反射測定ビームと、オブジェクト６２０の後面から反射された第２の反射測定ビームとを含む反射測定ビームを受光するように構成された測定フォトダイオードアレイ６２４．２を備える。基準フォトダイオードアレイ６２４．１及び測定フォトダイオードアレイ６２４．２によって受光されるビーム又はビーム部分は、上記と同様に、測定システム６００の処理システム６３０によって処理することができる。特に、検出器システム６２４の測定フォトダイオードアレイ６２４．２は、信号６６０．２を出力し、これを処理システム６３０の入力端子６３０．１に供給するように構成される。同様に、検出器システム６２４の基準フォトダイオードアレイ６２４．１は、サンプリングされた測定ビームを表す信号６６０．１を出力するように構成される。信号６６０．１と信号６６０．２をともに使用して、処理システム６３０は、測定場所６５０、すなわちレーザ光シート６４０．１が投影される領域におけるオブジェクト１１０の変形を表す物理的特性を導出することができる。レーザスポットではなく、レーザ光シート６４０．１を適用することによって、オブジェクト６１０の変形を表す物理的特性、例えばΔＴ又はΔＨは、オブジェクトを測定システムに対してＸ方向に変位させる必要なく、Ｘ方向に配置された複数の場所６５０で評価することができる。測定システム６２０、特にレーザ光シート６４０．１に対してオブジェクト６１０をＹ方向に変位させることによって、オブジェクトの変形を特徴付ける物理的特性は、オブジェクトの一領域、例えばオブジェクトに適用されるパターンをカバーする領域上で測定することができる。図６について、明確化のために、例えば偏光子、波長板、アナライザなど、干渉計システムの追加の有用なコンポーネントを示していないことを指摘したい。本発明の実施形態におけるそのようなコンポーネントの使用は、以下により詳細に説明される。当業者に明らかなように、図６に概略的に示すレーザ光シートの使用は、それらの実施形態でも実施することができる。

[0064] 図４を参照して説明したのと同様に、本発明に係る測定システムの第２及び第３の実施形態の処理システム５３０及び６３０はさらに、オブジェクトの変形を表す物理的特性及びオブジェクトの数学モデルに基づいてパターンの変形を測定するように構成される。

[0065] 図６に示す構成について、基準フォトダイオードアレイ６２４．１が、図４を参照して説明したのと同様にサンプリングされるレーザ光シート６４０．１の一部分を解析する単一のフォトダイオードに置換できることは注目に値するであろう。当業者には明らかなように、図６に示す基準フォトダイオードアレイによって検出されるビーティング又はビート成分の位相は、アレイの全てのフォトダイオードが同じ測定ビームのサンプルを受光するため、アレイの全てのフォトダイオードについて同じになる。

[0066] 図５及び図６を参照して説明する実施形態では、測定フォトダイオード又は測定フォトダイオードアレイによって受光される反射測定ビームは、４つのビームの組み合わせである。すなわち、第２及び第３の実施形態に適用される測定ビームは、それぞれがオブジェクトの前面と後面でともに反射される２つの成分（異なる周波数を有する）を含むために、反射測定ビームに４つの成分が生じる。結果として、測定フォトダイオード又はフォトダイオードアレイによって受光される反射測定ビームの位相差及び振幅は、オブジェクトの厚さ、すなわち高さＨ並びに前面及び後面の反射係数に依存することになる。

[0067] 受光した反射測定ビームの解析を簡素化するために、検出器システムによって受光される反射測定ビームが、異なる波長を有し、異なる表面から反射される２つの成分のみを含むことを保証することは有利である。

[0068] 図７に、本発明に係る測定システム７００の第４の実施形態を概略的に示す。この実施形態は、検出器システムによって受光される反射測定ビームが、第１の波長を有し、オブジェクト７１０の前面７１０．１から反射される第１の反射測定ビームと、第１の波長と異なる第２の波長を有し、オブジェクト７１０の後面７１０．２から反射される第２の反射測定ビームとだけを含むことを可能にする。

[0069] 図示された実施形態では、前述の成分の選択は、測定ビームの２つの成分の空間的分離及びその後の反射測定ビームの選択的遮断によって可能になる。図７に概略的に示す測定システム７００は、干渉計システム７２０と処理システム７３０とを備える。干渉計システム７２０は、図４に示す光源、すなわちゼーマン分裂レーザと同様の、第１の成分が左円偏光ビームである一方、第２の成分が右円偏光ビームである、異なる波長を有する２つの成分を含む測定ビーム７４０を放出するように構成された光源７２２を備える。

[0070] 干渉計システム７２０はさらに、測定ビームの２つの成分の空間分離をＹ方向に行うように構成される。これを実現するために、４分の１波長板７０２及びウォラストン偏光ビームスプリッタ７０４を使用する。４分の１波長板７０２は、測定ビーム７４０の円偏光成分を、後にウォラストン偏光ビームスプリッタによって第１の波長及び図面の平面内の偏光を有する第１の成分、並びに第２の波長及び図面の平面に垂直な偏光を有する第２の成分に分割される、直交偏光を有する直線偏光成分に変換する。

[0071] 図示された実施形態では、干渉計システム７２０はさらに、空間的に分離された第１及び第２の成分を方向転換してオブジェクト７１０、特にオブジェクト７１０の場所７５０に合焦させるためのレンズ７０６を備える。オブジェクト７１０上に投影される、測定ビームの第１の成分７４０．１及び第２の成分７４０．２の空間的分離に起因して、対応する空間的分離を反射成分間で実現することができる。ウォラストン偏光ビームスプリッタ７０４及び／又はレンズ７０６の適切な寸法決定によって、第２の成分７４０．２の前面反射が第１の成分７４０．１の後面反射と実質的に重なる又は一致する一方、第１の成分７４０．１の前面反射及び第２の成分７４０．２の後面反射が空間的に分離される。適切なビームブロッカ７０８、例えば開口７０８．１を備えた不透過板によって、第１の成分７４０．１の前面反射及び第２の成分７４０．２の後面反射を遮断することができる。その後、参照番号７４０．３によって示す、重なり合う第２の成分７４０．２の前面反射及び第１の成分７４０．１の後面反射は、検出器システム７２４の測定フォトダイオード７２４．２に供給することができ、上記と同様に、ビームサンプラ７８０を使用してサンプリングされ、検出器システム７２４の基準フォトダイオード７２４．１によって受光される測定ビーム７４０のサンプルとともに解析することができる。前述の実施形態と同様、アナライザ７９５及び７９６は、フォトダイオード７２４．１及び７２４．２と関連して適用される。図示された実施形態では、検出器システム７２４は、反射測定ビーム７４０．３を表す信号７６０．２を測定システム７００の処理システム７３０に出力するように構成される。特に、検出器システム７２４の測定フォトダイオード７２４．２は、信号７６０．２を出力し、これを処理システム７３０の入力端子７３０．１に供給するように構成される。同様に、検出器システム７２４の基準フォトダイオード７２４．１は、サンプリングされた測定ビームを表す信号７６０．１を出力するように構成される。信号７６０．１と７６０．２をともに使用して、処理システム７３０は、場所７５０におけるオブジェクト７１０の変形を表す物理的特性を導出することができる。

[0072] 前述の反射測定ビームの選択を行うために適用される４分の１波長板７０２、ウォラストンプリズム７０４、レンズ７０６、及びビームブロッカ７０８の使用について、そのような選択が本発明の範囲から逸脱することなく様々な他の方法で実現できることは注目に値する。

[0073] 当業者に明らかなように、上記の反射測定ビームの選択を実現するために、測定ビーム成分７４０．１及び７４０．２に非法線入射角を適用する必要がある。しかしながら、これによって、小さいチルト誤差、すなわちオブジェクトの干渉計システムに対するＸ軸周りの回転に対する測定の感度が低下することになるため、測定ビーム成分７４０．１及び７４０．２の入射角をできる限り法線に近づけることが好ましい。

[0074] 図８に、本発明に係る測定システム８００の第５の実施形態を概略的に示す。図示された実施形態は、反射測定ビームの適切な又は望ましい選択、すなわち検出器システム８２４によって受光される反射測定ビームが、第１の波長を有し、オブジェクトの前面から反射される第１の反射測定ビームと、第１の波長と異なる第２の波長を有し、オブジェクトの後面から反射される第２の反射測定ビームとだけを含むことを可能にする。同時に、この実施形態は、非法線入射角の適用を必要としない、すなわち法線入射角を適用できるため、小さいチルト誤差に対する測定の感度を実質的に除去する。

[0075] この実施形態を実現するために、検査されるオブジェクト８１０が前面８１０．１に４分の１波長膜８１０．３を備えることが必要である。図８では、参照番号８０１、８０２、８０３、及び８０４は、それぞれ左円偏光ビーム、右円偏光ビーム、図面の平面内の直線偏光ビーム、及び図面の平面に垂直な直線偏光ビームを示す記号を指す。光源８２２、例えば上記のゼーマン分裂レーザによって放出されるビーム８４０．１及び８４０．２、並びに反射ビーム８４０．３、８４０．４、８４０．５及び８４０．６は、空間的に分離するものとして示されていることにさらに留意されたい。また、反射ビームは、前面８１０．１に対して非法線角度で示されている。これは単に明確にするため、すなわち異なる成分及びそれらの変換をより明確に示すために行われている。実際、放出された光ビーム８４０．１及び８４０．２は、重なり合っていると仮定されており、結果として、反射ビームも重なり合い、前面及び後面８１０．１、８１０．２から法線角度、すなわち放出された光ビーム８４０．１及び８４０．２の入射角度で反射されることになる。図８に示す実施形態では、測定システム８００は、干渉計システム８２０と処理システム８３０とを備え、干渉計システム８２０は、光源８２２と検出器システム８２４とを備える。図示された実施形態では、光源８２２は、波長λ_１の光ビーム８４０．１及びλ_１と異なる波長λ_２の光ビーム８４０．２を生成するゼーマン分裂レーザを含む。２つの光ビーム８４０．１及び８４０．２は、回転方向が逆の円偏光である。干渉計システム８２０の４分の１波長板８０５は、光ビーム８４０．１及び８４０．２を、これも直交偏光である直線偏光光ビーム８４１．１及び８４１．２に変換する。ビーム８４１．１及び８４１．２は、その後ビームスプリッタ８８０．１、例えば５０％反射型の偏光非選択的なビームスプリッタから第１のアナライザ８９０に向けて部分的に反射される。図示された実施形態では、アナライザ８９０は、４５度の偏光軸を有する偏光フィルタである。０度より大きく、９０度より小さいいずれの偏光軸も適用可能であることを指摘することができる。反射光ビーム８４１．１及び８４１．２の２つの成分は互いに干渉し合い、ビーティング又はビート成分を有する、成分８４２．１及び８４２．２から構成される基準信号が生じることになる。この信号は、図示された実施形態では、検出器システム８２４の基準フォトダイオード８２４．２によって受光される。放出光ビーム８４０．１及び８４０．２の、ビームスプリッタ８８０．１を通過した部分、すなわち光ビーム８４３．１及び８４３．２は、その前面８１０．１に４分の１波長膜８１０．３を有するオブジェクト８１０から反射される。４分の１波長膜８１０．３の上部から反射された光ビーム８４０．３及び８４０．５は、その偏光を変化させない。参照番号８４４．１、８４５．１、８４４．２、及び８４５．２で示す、オブジェクト８１０内を伝搬する光ビーム部分は、４分の１波長膜を２度通過してその偏光を変化させる。４分の１波長板８０５及び４分の１波長膜８１０．３を適用する結果、図８に見られるように、反射測定ビーム８４０．４及び８４０．５は、反射測定ビーム８４０．３及び８４０．６と異なる偏光を有する。オブジェクト８１０から反射されたビームは、その後ビームスプリッタ８８０．２によってフォトダイオード８２４．２に向けて反射される。同様に、第２のアナライザ８９２、例えば、選択的に反射測定ビーム８４０．４及び８４０．５を透過させ、反射測定ビーム８４０．３及び８４０．６を遮断する偏光フィルタを適用することによって、干渉計システム８２０の検出器システム８２４の測定フォトダイオード８２４．２に供給可能な反射測定ビームの望ましい選択が行われる。基準フォトダイオード８２４．１及び測定フォトダイオード８２４．２によって受光されるビーム又はビーム部分は、測定システム８００の処理システム８３０によって上記と同様の方法で処理することができる。特に、検出器システム８２４の測定フォトダイオードアレイ８２４．２は、信号８６０．２を出力して、これを処理システム８３０の入力端子８３０．１に供給するように構成される。同様に、検出器システム８２４の基準フォトダイオード８２４．１は、サンプリングした測定ビームを表す信号８６０．１を出力するように構成される。信号８６０．１と８６０．２をともに使用して、処理システム８３０は、測定場所８５０におけるオブジェクト８１０の変形を表す物理的特性を導出することができる。処理システム８３０はさらに、オブジェクトの物理的特性及びオブジェクトの数学モデルに基づいて、オブジェクト８１０上に設けられるパターンの変形を測定するように構成されてよい。

[0076] 図８に示す実施形態について、反射ビームの一部が光源８２２の方に戻り、光源の適切な安定した動作を妨げる可能性があることに言及する価値があるだろう。これを緩和するために、光源８２２に至るビームパスにグレイフィルタ又はアテニュエータを設けてよい。

[0077] したがって、以上で考察された本発明に係る測定システムの様々な実施形態は、干渉計システムを使用して測定されるオブジェクトの物理的特性に基づいて、パターン、例えばパターニングデバイスに設けられるパターンの変形を測定することを可能にする。干渉計システムを使用して、オブジェクトの高さ又は光路長の変化をオブジェクト上の複数の場所において測定し、オブジェクトの数学モデルに適用してパターンの変形を導き出すことができる。代替的に、干渉計システムを使用して行われる測定から温度プロファイルを導出し、オブジェクトの数学モデルに適用してパターンの変形を導き出すことができる。

[0078] ある実施形態では、導出されるパターンの変形は面内変形である。上記の測定システムを使用して測定される物理的特性は、オブジェクトの高さ、すなわち厚さより優れた平均特性と考えることができる。特に、オブジェクト上の特定の場所で測定される温度オフセットΔＴは、たどられるビームパスに沿った平均温度オフセットを表すことになる。

[0079] 図２に記載のパターニングデバイスなどのオブジェクトは、面内変形だけでなく、面外変形、例えばＸ軸又はＹ軸周りの湾曲に見舞われることがあることが知られている。そのような変形は、例えば、オブジェクトの高さに沿った、すなわち図２に示すＺ方向に沿ったオブジェクトの不均一な温度分布によってもたらされる可能性がある。オブジェクトの高さに沿った温度分布の不均一性を評価するために、次のアプローチが採用されてよい。

[0080] ある実施形態では、本発明に係る測定システムはさらに、前面、後面、又はその両方の温度を測定するように構成された１つ以上の温度センサを備える。そのような実施形態では、図３に示す温度センサアレイ２１０が、例えばオブジェクトの前面の温度プロファイルを測定するために適用されてよい。このような測定システムを使用することは、オブジェクトの前面の温度プロファイル、すなわち表面温度プロファイルと、前面の平均温度オフセットを表す温度プロファイルをともに測定することを可能にする。より具体的には、温度センサ及び干渉計システムを使用して、各測定場所において、前面における温度又は温度オフセット、及び測定場所における高さに沿った平均温度又は平均温度オフセットを取得することができる。これらの温度が異なる場合、すなわち測定場所において測定された前面温度が、測定場所において測定された平均温度と異なる場合、測定場所において高さに沿って生じている温度勾配を推定することができる。そして、そのような温度勾配は、各測定場所について測定され、数学モデル、例えば熱機械有限要素モデルに適用されてよく、温度勾配に起因する、オブジェクト、特にオブジェクト上のパターンの変形が導出される。このようなアプローチは、パターンの追加の変形の推定、特にパターンの面外変形の推定をもたらすことができる。

[0081] 本発明に係る測定システムは、例えば、パターンを基板上に投影するために装置に適用されるパターニングデバイスに設けられるパターンの変形を測定するために、本発明に係るリソグラフィ装置に実装されてよい。

[0082] ある実施形態では、本発明に係る測定システムを適用して、本発明に係るリソグラフィ装置の異なる基板又は異なる基板ロットの露光の間に行われる測定に基づいて、特定のパターニングデバイスの特定のパターンの変形を測定することができる。測定を使用して、本発明に係る測定システムは、例えば適用される照明用量に依存して、又は単位時間当たりに行われる露光回数に依存して、異なる動作条件下でのパターンの変形を測定するように構成されてよい。この変形が利用可能な場合、例えば同一又は類似のパターニングデバイスを適用する、本発明に係る測定システムを備える必要がない別のリソグラフィ装置に適用することができる。そして、そのような装置は、測定装置によって測定されるパターンの変形に応じて、装置の動作パラメータを制御するプログラムを実行するように構成されてよい。上述のように、そのような動作パラメータは、例えば装置の照明システム又は投影システムの設定、又は露光プロセス中に基板に対するパターニングデバイスの位置を制御するように構成された装置の位置決めデバイスのセットポイントであってよい。

[0083] 本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置には他の用途もあることを理解されたい。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用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）、薄膜磁気ヘッドなどの製造である。こうした代替的な用途に照らして、本明細書で「ウェーハ」又は「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ、「基板」又は「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義と見なしてよいことが、当業者には認識される。本明細書に述べている基板は、露光前又は露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光し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することができる。適宜、本明細書の開示は、以上及びその他の基板プロセスツールに適用することができる。さらに基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指すことができる。

[0084] 光リソグラフィの分野での本発明の実施形態の使用に特に言及してきたが、本発明は文脈によってはその他の分野、例えばインプリントリソグラフィでも使用することができ、光リソグラフィに限定されないことを理解されたい。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイス内のトポグラフィが基板上に作成された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は基板に供給されたレジスト層内に刻印され、電磁放射、熱、圧力又はそれらの組み合わせを適用することでレジストは硬化する。パターニングデバイスはレジストから取り除かれ、レジストが硬化すると、内部にパターンが残される。

[0085] 本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、イオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍもしくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極端紫外光（ＥＵＶ）放射（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を網羅する。

[0086] 「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気及び静電気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いずれか一つ、又はその組み合わせを指すことができる。

[0087] 以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実践できることが理解される。例えば、本発明の実施形態は、上記で開示したような方法を述べる機械読み取り式命令の１つ以上のシーケンスを含むコンピュータプログラム、又はこのようなコンピュータプログラムを内部に記憶したデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気又は光ディスク）の形態をとることができる。

[0088] 上記の説明は例示的であり、限定的ではない。したがって、請求の範囲から逸脱することなく、記載されたような本発明を変更できることが当業者には明白である。

Claims (15)

1. 前面及び後面を有し、パターンを備えたオブジェクトの変形を測定するように構成された測定システムであって、
   処理システムと、
   光源及び検出器システムを備えた干渉計システムと
   を備え、
   前記光源は、前記オブジェクト上の複数の場所のそれぞれにおいて、オブジェクトの前記前面からの反射測定ビーム及び前記オブジェクトの前記後面からの反射測定ビームを生成するために、前記複数の場所のそれぞれに１つ以上の測定ビームを放出するように構成され、
   前記検出器システムは、前記複数の場所のそれぞれについての前記反射測定ビームのそれぞれを受光し、前記受光した反射測定ビームを表す１つ以上の信号を前記処理システムに出力するように構成され、
   前記処理システムは、
   前記複数の場所のそれぞれについての前記１つ以上の信号を受信し、
   受信した前記複数の１つ以上の信号に基づいて、前記オブジェクトの前記複数の場所における高さ又は温度を決定し、
   前記オブジェクトの前記複数の場所における高さ又は温度、及び前記オブジェクトの数学モデルに基づいて、前記パターンの変形を決定するように構成される測定システム。
2. 前記パターンの前記変形が、パターニングデバイスの前記複数の場所における局所変形を含む、請求項１に記載の測定システム。
3. 前記干渉計システムが、パターニングデバイスの前記前面に測定ビームを投影し、前記測定ビームの第１の部分が、前記前面からの前記反射測定ビームを形成するように、前記前面から反射され、前記測定ビームの第２の部分が、前記後面からの前記反射測定ビームを形成するように、前記パターニングデバイス内を伝搬して少なくとも一部が前記後面から反射し、前記前面に向かって伝搬して少なくとも一部が前記パターニングデバイスの外部に伝搬するように構成される、請求項１又は２に記載の測定システム。
4. 前記測定ビームが、第１の周波数を有する第１の成分と第２の周波数を有する第２の成分とを含み、前記検出器システムが、前記測定ビームのビート成分の位相及び前記反射測定ビームのビート成分の位相を測定するように構成される、請求項３に記載の測定システム。
5. 前記干渉計システムが、前記測定ビームのサンプル部分を、前記測定ビームの前記ビート成分の位相を測定するための前記検出器システムの第１の検出器に偏向させるように構成されたビームサンプラを備える、請求項４に記載の測定システム。
6. 前記第１の成分が左円偏光であり、前記第２の成分が右円偏光であり、前記干渉計システムがさらに、前記サンプル部分が前記第１の検出器より前にその内部を伝搬する第１のアナライザを備える、請求項５に記載の測定システム。
7. 前記第１の成分が右円偏光であり、前記第２の成分が左円偏光であり、前記干渉計がさらに、前記サンプル部分が前記第１の検出器より前にその内部を伝搬する第１のアナライザを備える、請求項５に記載の測定システム。
8. 前記干渉計システムが、前記第１の周波数を有する前記前面からの反射測定ビーム及び前記第２の周波数を有する前記後面からの反射測定ビームを前記検出器システムの検出器に供給し、前記第２の周波数を有する前記前面からの反射測定ビーム及び前記第１の周波数を有する前記後面からの反射測定ビームが前記検出器に到達することを禁止するように構成される、請求項４から６のいずれかに記載の測定システム。
9. 前記干渉計システムが、前記パターニングデバイスに影響を及ぼす前に、前記第１の成分を前記第２の成分に対して空間的に変位させるように構成される、請求項８に記載の測定システム。
10. 前記前面、前記後面、又はその両方の表面温度プロファイルを測定するように構成された１つ以上の温度センサをさらに備える、請求項１から９のいずれかに記載の測定システム。
11. 前記処理システムが、前記複数の場所における前記温度又は前記温度オフセット及び前記表面温度プロファイルに基づいて、パターニングデバイスの温度勾配を測定するように構成される、請求項１０に記載の測定システム。
12. 前記処理システムが、前記オブジェクトの前記温度勾配及び前記オブジェクトの前記数学モデルに基づいて、前記パターンの面外変形を測定するように構成される、請求項１１に記載の測定システム。
13. 放射ビームを調節するように構成された照明システムと、
    前記放射ビームの断面にパターンを付与してパターン付与された放射ビームを形成可能な、前記パターンを備えたパターニングデバイスを支持するように構築されたサポートと、
    基板を保持するように構築された基板テーブルと、
    前記サポートを前記基板テーブルに対して位置決めするように構成された位置決めデバイスと、
    前記パターン付与された放射ビームを前記基板のターゲット部分上に投影するように構成された投影システムと、を備えるリソグラフィ装置であって、前記装置が、請求項１から１２のいずれかに記載の測定システムをさらに備えるリソグラフィ装置。
14. 請求項１３に記載のリソグラフィ装置を使用して、パターンをパターニングデバイスから基板上に転写することを含むデバイス製造方法。
15. 前記パターンを転写するステップは、
    前記リソグラフィ装置の前記測定システムによって前記パターンの変形を測定すること、及び
    前記パターンの前記変形に基づいて、前記リソグラフィ装置の前記照明システム又は前記投影システムの設定を調整することの後に行われる、請求項１４に記載のデバイス製造方法。