JP7169435B2 - 位置計測用メトロロジセンサ - Google Patents
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Description
[0001] 本願は2018年9月19日に提出された欧州出願第18195488.4号及び2019年1月3日に提出された欧州出願第19150245.9号の優先権を主張するものである。両欧州出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
[0052] 図2は、そのようなメトロロジデバイスの可能な実装形態を示す。メトロロジデバイスは、本質的に、新規の照明モードを備える標準的な顕微鏡として動作する。メトロロジデバイス300は、デバイスの主要なコンポーネントを備える光モジュール305を備えている。照明源310(モジュール305の外部に位置しマルチモードファイバ315によって同モジュールに光学的に連結されていてもよい)が、空間的にインコヒーレントな放射ビーム320を光モジュール305に提供する。光学コンポーネント317が、空間的にインコヒーレントな放射ビーム320をコヒーレントなオフアクシス照明ジェネレータ325に送給する。このコンポーネントは本明細書に記載の構想にとって特に重要であり、より詳細に説明される。コヒーレントなオフアクシス照明ジェネレータ325は、空間的にインコヒーレントな放射ビーム320から複数(例えば4つ)のオフアクシスビーム330を生成する。これらのオフアクシスビーム330の特徴は、以下で詳細に説明される。照明ジェネレータのゼロ次は、照明ゼロ次遮蔽素子375によって遮蔽され得る。このゼロ次は、本文書において説明されるコヒーレントなオフアクシス照明ジェネレータ例のうちいくつか(例えば位相格子ベースの照明ジェネレータ)についてしか存在せず、したがって、そのようなゼロ次照明が生成されないときには省略されてもよい。オフアクシスビーム330は(光学コンポーネント335及び)スポットミラー340を介して(例えば高NA)対物レンズ345に送給される。対物レンズはオフアクシスビーム330を基板350上に位置するサンプル(例えば周期構造/アライメントマーク)上に合焦させ、オフアクシスビームはそこで散乱及び回折する。散乱した高次回折次数355+,355-(例えばそれぞれ+1次及び-1次)は、スポットミラー340を介して伝搬して戻り、光学コンポーネント360によってセンサ又はカメラ365上に合焦され、そこで干渉して干渉パターンを形成する。すると、適当なソフトウェアを実行するプロセッサ380が、カメラ365によってキャプチャされた干渉パターンの1つ又は複数の画像を処理することができる。
[0061] 図4は、メトロロジシステムの作動原理を図示している。図4(a)は、いくつかの実施形態においてアライメントマークとして用いることのできるターゲット410を図示する。ターゲット410は、マイクロ回折ベースオーバーレイ技術(μDBO)で用いられるものと類似していてもよいが、一般的にはアライメントマークを形成する際に単一の層のみに含まれる。よって、ターゲット410は、第1の方向(X方向)の2つの格子(周期構造)415aと第2の垂直方向(Y方向)の2つの格子415bとを含む4つのサブターゲットを備える。格子のピッチは、例えば、100nmと同じ桁(より具体的には、300~800nmの範囲内)を備え得る。
[0068] 照明ビーム、及び特にそれらのコヒーレンス特性は、提案されるメトロロジデバイスの重要な側面である。照明ジェネレータの望ましい特性は、以下のものを含むであろう。
・全ての波長(500~900nm)が(光学素子の切り替え/移動を回避しつつ小ピッチ能力を最適化するために)照明瞳において同じ照明角度と、したがって同じ場所とを有する。
・(瞳点のセット間のコヒーレンスを保証するために)経路長を一致させることの難度が低い。
・照明の偏光に対して悪影響がない。
[0080] よりプロセスロバストになる(測定の多様性を促進する)ためには、複数の波長(及び恐らくはより高次の回折次数)を測定できるのが望ましい。これにより、例えば、格子の非対称に対してロバストになるための、最適な色加重(optimal color weighing(OCW))などの技術の使用が可能になるであろう。特に、ターゲットの非対称は、波長毎に異なるアライメント済み位置をもたらす。これにより、様々な波長のアライメント済み位置(aligned position)の差を測定することによって、ターゲットにおける非対称を決定することが可能である。一実施形態においては、各々が異なる波長に対応する個々の画像のシーケンスを得るために、複数の波長に対応する測定が同じカメラで連続的にイメージングされ得る。代替的には、これらの波長は、ダイクロイックミラーなどの適当な光学コンポーネントを用いて分離された状態で、各々が別個のカメラ(又は同じカメラの別個の領域)で並行してイメージングされてもよい。
[0083] メトロロジデバイスには、アライメントセンシング以外の用途がある。例えば、メトロロジデバイスは、オーバーレイ(層のペア間の相対的アライメント)の測定に向いている。第1の実施形態においては、画像ベースのオーバーレイ技術を説明する。画像ベースのオーバーレイは、アライメントに非常に類似している。重要な相違は、アライメントの場合、絶対位置測定を確立するために、位相が固定基準、例えばTIS板に対して比較されるという点である。画像ベースのオーバーレイの場合には、条件はもっと緩やかであり、基準は同じスナップショット/測定領域においてキャプチャされる第2の格子によって形成される。2つの格子間の相対変位を用いてオーバーレイを決定することができる。この測定は、固定基準によるベンチマーキングを必要とせずに行うことができる。カメラと連携する画像ベースのオーバーレイセンサの場合、両方の格子が単一の画像内において同時にキャプチャされるのが好適である。しかしながら、これは不要であり、2つの画像は、例えば縫合されてもよい。
[0088] カメラ上での干渉パターン及び干渉縞の位置のイメージングを備える位相ベースの測定に加え、提案されるメトロロジデバイスは、強度ベースのメトロロジにも用いることができる。これには2つの主な用途がある。1つ目の用途は、(説明したような)アライメント測定の一部としてアライメントマークの非対称を測定及び補正することである。2つ目の用途は、前項で説明したものに代わる、現在使用されているμDBOターゲット(又はμDBFターゲット)からオーバーレイを測定する方法を提供する。
[00103] 提案されるメトロロジデバイスが測定するように設計されているもののような小さなターゲットは、一般的にはその形成の際に(例えば処理に起因する)変形を免れない。こうした変形は、例えば、ランダムなエッジ効果、マークに対するくさび作用(wedging over the mark)、局所的な格子非対称のばらつき、局所的な厚さのばらつき及び/又は(局所的な)表面ラフネスにつながり得る。変形したマーク上で基板アライメントを行うとき、マーク全体又は固定された関心領域を平均することは、一般的にはアライメントエラーにつながるであろう。
・画像の局所的な均一性
・画像から決定された(局所的な)アライメント位置の局所的な均一性
・最小の局所的な色毎の画像変動(color-to-color image variation)
・最小の局所的な色毎のアライメント位置変動(color-to-color alignment position variation)
・最小の局所的な次数間シフト(>1μmのピッチのみについて)
・最大の局所的な縞コントラスト
・選択されたROIの関数としての測定された又はモデル化されたアライメント/オーバーレイ(又はデバイス性能)
・アライメント、オーバーレイ又は他のメトリックの改善につながることが経験的にわかっている任意の他のKPI
[00107] 提案されるメトロロジデバイスは、既に述べたように、リソグラフィパターニングプロセスの際に基板の位置を測定するためのアライメントセンサとして用いることができる。一般的には、スキャナは、選ばれた単一の層に対してのみ位置合わせすることができる。すると、他の層に対するアライメントも許容可能であることが推測される(又は例えば先のオーバーレイ測定から既知である)。しかしながら、ある層(例えば層N)が関連する先の層のうちいくつか又は全てに対して直接的に位置合わせされ得るのであれば、アライメントはより直接的になるであろう。したがって、本明細書に記載されたメトロロジデバイスを用いて、1回の画像キャプチャで異なる層の複数のマークに位置合わせすることが提案される。例えば、層Nは、(最も重要なことには)層N-1に対してX方向の、そして同時に、層N-2に対してY方向のアライメントを必要とするであろう。層Nが複数の層に対して各方向で位置合わせされる必要がある場合さえあるかもしれない。例えば、層Nは、層N-1及びN-3に対してはX方向で、そして層N-2及びN-4に対してはY方向で位置合わせされる必要があるかもしれない。これはかなり複雑なアライメントツリーにつながり得る。
[00110] 図13は、偏光分解画像を得るように動作可能な、本明細書に記載のメトロロジデバイス1300の一実施形態を示す。図2のデバイスと共通のコンポーネントを再び説明することはしない。また、簡潔にするため、光学コンポーネントのうちいくつかは図面から取り除かれている。(オーバーレイ及びアライメントの両方の)偏光分解信号を得る能力は、よりプロセスロバストな測定を可能にすることが知られている。本実施形態においては、照明源1310は既知の偏光状態(SoP)と空間的にインコヒーレントであると推測される。このSoPは、例えば、円、対角、又は(最も可能性が高いのは)無偏光であってもよい。2つのコヒーレントなオフアクシスビーム1330が、説明したように(例えば方向毎に)生成され、(例えば高NA)対物レンズ345に進入する。放射は基板350上のターゲットに合焦され、(方向毎に)+1次及び-1次回折次数1355+,1355-のみが対物系によって集光される。回折次数1355+,1355-は、光を直交するSoP成分であるSとPとに分離するウォラストン・プリズム1385(又は、ワイヤグリッドポラライザのような任意の他の適当な偏光分離素子)上に、通常軸と異常軸との間の分離角度によって与えられる角変位をもって入射する。ビームはその後、それぞれがターゲットの散乱照明のS成分及びP成分に関する2つの画像がカメラ365によってキャプチャされるように、撮像レンズ1360によって合焦される。
[00111] 提案されるメトロロジデバイスの一実施形態は、一実施形態において、ポンプ・プローブ(音響)照明モードを実装し得る。そのようなモードは、例えば、アライメントマーク又は他のメトロロジターゲットが(例えば赤外線さえ通さない)非常に光学的に不透明な層の下に位置する場合に有用であろう。ポンプ・プローブ測定は、(非常に)不透明な層のない用途においても有用であり得る。なぜなら、より小さな格子ピッチの解像を可能にするからであり、これは精度及び処理の点で有益である。さらに、(例えば)層の厚さのばらつき、格子非対称、下地構造等のような変数に対するポンプ・プローブ測定の感度は、標準的な光学測定方法のそれと比較して非常に異なっている。これが測定精度を高めることを可能にし得る。
[00118] 本明細書に記載のメトロロジデバイスを用いるアライメント済み位置の値又はオーバーレイ値は、ターゲット(例えば回折格子)における非対称(プロセス非対称など)を感知する。そのようなターゲット非対称は、一般論として、多色比較、又は(例えば角度分解メトロロジを介する)+1回折次数と-1回折次数との間の強度不均衡の測定などの方法によって推定され得る。しかしながら、そのような方法の性能は、センサが測定に追加的な非対称を課す場合、損なわれる。センサ非対称と格子非対称とのクロスタームは、分解するのが困難である。
・格子は異なる線幅を有する(例えば、w2はw1よりも小さい)、及び/又は
・格子は異なる位相深さを有する(例えば、φ2はφ1よりも小さい)。
[00130] 図16は、図2によって図示されるメトロロジデバイス300に対していくつかの追加的なフィーチャを有する、本明細書に記載のメトロロジデバイス1600の更なる一実施形態を備える。追加的なコンポーネント及びフィーチャの各々は、別個に実装可能である。図2のデバイスと共通のコンポーネントについては、再び説明することはしない。メトロロジデバイス1600はインコヒーレント照明源310の出力に照明チューニングコンポーネント1607を備えている。照明チューニングコンポーネント1607は、照明の波長特性(例えば中心波長、帯域幅、及び/又は波長の組み合わせ)が(例えば特定のターゲットについて最もプロセスロバストになるように)選択され得るように、照明波長又はスペクトルのチューニングを可能にする。よって、例えば、照明チューニングコンポーネント1607は音響光学可変波長フィルタ(AOTF)を備えていてもよい。全ての波長が1つのカメラ1665又は複数の波長分解カメラ(図示しない)上に投影されてもよい。入力照明のチューニングを可能にするために、チューニング可能なパワーコンポーネント1617を設けてもよい。
・複数波長機能性
・チューニング可能な波長/スペクトル機能性
・収差較正
・ターゲット内補正
・瞳メトロロジ及び/又はチューニング可能なスポットサイズ
・チューニング可能な偏光
・コヒーレンス最適化及び非共役照明スポット間のチューニング
・照明モード選択
・照明及び/又は検出瞳におけるチューニング可能なフィルタ
・チューニング可能なパワー特性
・偏光分解イメージング
・複数ターゲットイメージング
・可変関心領域選択
・位相ベースのメトロロジ
・強度ベースのメトロロジ
・アライメントメトロロジ
・オーバーレイ及び/又は焦点メトロロジ
・ポンプ・プローブ照明
・非対称チューニングのためのデュアル格子オフアクシス照明ジェネレータ
・同時複数1次検出
・同時複数1次検出及びゼロ次検出
Claims (37)
- 複数の照明ビームを備える測定照明を生成するように構成されたメトロロジデバイスであって、
前記照明ビームの各々は、空間的にインコヒーレント又は偽空間的にインコヒーレントであると共に前記メトロロジデバイスの照明瞳に複数の瞳点を備えており、
前記複数の照明ビームの一つ一つの各瞳点は、前記複数の照明ビームの他の照明ビームの少なくとも1つに対応する瞳点を有し、それによって対応する瞳点の複数のセットを定義し、
対応する瞳点の各セットの前記瞳点は、互いに対して空間的にコヒーレントである、メトロロジデバイス。 - 各瞳点は、同じ照明ビームの他の全ての瞳点に対して実質的に空間的にインコヒーレントである、請求項1に記載のメトロロジデバイス。
- 瞳点の各セットは、少なくとも検討される測定方向に対応する前記照明ビームについては、前記照明瞳内の瞳点の他の全てのセットの幾何学的な平行運動である、請求項1又は2に記載のメトロロジデバイス。
- インコヒーレントな放射の単一のビームから前記測定照明の複数の照明ビームを生成するためのオフアクシス照明ジェネレータを備える、請求項1から3の何れか一項に記載のメトロロジデバイス。
- 前記オフアクシス照明ジェネレータは、各測定方向につき少なくとも1つの位相格子又は2D位相格子を備える、請求項4に記載のメトロロジデバイス。
- 前記オフアクシス照明ジェネレータは、各照明ビーム内の様々な波長が共通の入射照明角度を有するように配置された、各測定方向につき少なくとも1ペアの位相格子又は2D位相格子と、少なくとも1ペアのレンズと、前記少なくとも1ペアのレンズの一方のレンズによって定義されるフーリエ平面内の少なくとも1ペアの光学くさびと、を備える、請求項5に記載のメトロロジデバイス。
- 前記オフアクシス照明ジェネレータは、第1の位相プロファイルを有する第1の位相格子と第2の位相プロファイルを有する第2の位相格子とを備えると共に組み合わせた位相プロファイルがチューニング可能な非対称を備えるように前記第2の位相格子が前記第1の位相格子に対して移動可能なように配置される少なくとも1ペアの位相格子を備える、請求項5又は6に記載のメトロロジデバイス。
- 前記オフアクシス照明ジェネレータは、前記インコヒーレントな放射の単一のビームから4つの同一の照明ビームを生成するように配置された複数のビームスプリッタ及びリフレクタコンポーネントを備え、それによって各照明ビーム内の様々な波長が共通の入射照明角度を有する、請求項4に記載のメトロロジデバイス。
- 各照明ビームは、前記照明瞳に位置しており、それによって、周期構造による前記測定照明の散乱の後、対応する高次回折次数が各照明ビームについて前記メトロロジデバイスの検出瞳でキャプチャされる、請求項1から8の何れか一項に記載のメトロロジデバイス。
- 前記複数の照明ビームは、検討される測定方向毎に1ペアの照明ビームを備え、
キャプチャされる前記対応する高次回折次数は、各方向について相補的な高次回折次数を備える、請求項9に記載のメトロロジデバイス。 - 対応する瞳点の各セットの前記瞳点は、前記複数の照明ビームの全てについて、互いに対して空間的にコヒーレントである、請求項10に記載のメトロロジデバイス。
- 対応する瞳点の各セットの前記瞳点は、前記検討される測定方向のうち1つに対応する照明ビームの各ペアについてのみ、互いに対して空間的にコヒーレントである、請求項10に記載のメトロロジデバイス。
- 前記メトロロジデバイスは、散乱線のゼロ次が検出されないように暗視野構成で動作可能である、請求項9又は10に記載のメトロロジデバイス。
- 前記照明瞳及び/又は検出瞳にチューニング可能なフィルタを備え、
前記チューニング可能なフィルタは、色、偏光、空間分布及び角度分布のうち1つ以上をチューニングするためのものである、請求項9から13の何れか一項に記載のメトロロジデバイス。 - 前記高次回折次数の干渉の結果もたらされる干渉パターンをイメージングするように動作可能なディテクタを備える、請求項9から14の何れか一項に記載のメトロロジデバイス。
- 前記メトロロジデバイスは、前記干渉パターンの位置から位置情報を決定するように動作可能である、請求項15に記載のメトロロジデバイス。
- 前記メトロロジデバイスは、前記干渉パターンの前記位置から固定基準に対する基板上の周期構造の位置を測定するためのアライメントセンサとして動作可能である、請求項16に記載のメトロロジデバイス。
- 各々が異なる周期構造に対応する2つの干渉パターンの相対位置からオーバーレイを測定するように動作可能なオーバーレイメトロロジデバイスとして動作可能である、請求項16又は17に記載のメトロロジデバイス。
- 前記測定照明は、複数の波長又は波長帯を備える、請求項15から18の何れか一項に記載のメトロロジデバイス。
- 前記複数の波長又は波長帯の各々に対応する各干渉パターンの別々の画像を得るように動作可能であり、前記別々の画像は前記ディテクタの同じ領域で連続的に得られるか、又は各画像が前記ディテクタの異なる領域でもしくは異なるディテクタで同時に得られる、請求項19に記載のメトロロジデバイス。
- 前記複数の波長又は波長帯の各々に対応する前記干渉パターンを前記ディテクタの前記同じ領域で同時にイメージングするように動作可能であると共に、各干渉パターンの配向の異なる角度に基づいて前記干渉パターンを分離することによって前記画像を処理するように動作可能である、請求項19に記載のメトロロジデバイス。
- 各周期構造について、前記干渉パターンの1つ以上の最適化された関心領域を決定するように動作可能である、請求項15から21の何れか一項に記載のメトロロジデバイス。
- 前記1つ以上の最適化された関心領域は、前記干渉パターンの画像の1つ以上の特徴及び/又は前記最適化された関心領域の関数としての測定されたもしくはモデル化された性能パラメータ値に基づいて決定される、請求項22に記載のメトロロジデバイス。
- 前記1つ以上の最適化された関心領域は、複数の関心領域を備え、
各関心領域は、前記干渉パターンの画像の1つ以上の特徴及び/又は前記最適化された関心領域の関数としての測定されたもしくはモデル化された性能パラメータ値に基づいて対応する加重を備える、請求項22又は23に記載のメトロロジデバイス。 - 前記測定照明は、既知の偏光状態を備え、
前記メトロロジデバイスは、偏光分離素子を備え、
前記メトロロジデバイスは、偏光分解干渉パターンを別々にイメージングするように配置される、請求項15から24の何れか一項に記載のメトロロジデバイス。 - 様々な照明モードで動作可能であり、前記測定照明は複数の照明ビームのサブセットのみを備える、請求項15から25の何れか一項に記載のメトロロジデバイス。
- 前記照明モードは、1つのビームモード又は単一ビームモードを含み、
前記サブセットは、前記照明モードのうち1つのみを備える、請求項26に記載のメトロロジデバイス。 - 前記単一ビームモードのうち1つ以上を用いて検出された散乱線の検出された強度に基づいて前記周期構造における非対称を決定するように動作可能である、請求項27に記載のメトロロジデバイス。
- 前記検出された強度は、前記単一ビームモードのうちの2つを用いて得られる対向する高次回折次数間で検出された強度差を備え、
各単一ビームモードは、前記高次回折次数のうち1つに対応する、請求項28に記載のメトロロジデバイス。 - 前記干渉パターンにおける干渉縞コントラストの測定に基づいて前記周期構造における非対称を決定するように動作可能である、請求項15から29の何れか一項に記載のメトロロジデバイス。
- 前記干渉パターンにおける干渉縞の位置の測定に基づいて前記周期構造における非対称を決定するように動作可能である、請求項15から30の何れか一項に記載のメトロロジデバイス。
- 空間的にインコヒーレントな放射を模倣する放射を生成する偽空間的にインコヒーレントな放射源を備える、請求項1から31の何れか一項に記載のメトロロジデバイス。
- 前記偽空間的にインコヒーレントな放射源は、レーザ源と、マルチモード放射を作成するためのマルチモードジェネレータと、を備え、
前記偽空間的にインコヒーレントな放射源は、空間的にインコヒーレントな放射源を模倣するべくマルチモード放射の様々な実現をアンサンブル平均するように動作可能である、請求項32に記載のメトロロジデバイス。 - 前記マルチモードジェネレータは、スペックルパターンを作成するための回転ディフューザを備える、請求項33に記載のメトロロジデバイス。
- 前記マルチモードジェネレータは、レーザからの単一モードレーザビームを様々な角度にわたってスキャンするためのゴニオメータを備える、請求項33に記載のメトロロジデバイス。
- 1つ以上のポンプパルスが音波を励起するように動作可能であり、前記音波が測定中の周期構造から反射されて表面変形及び/又は屈折率のばらつきをもたらすところ、前記測定照明の1つ以上のパルスの前に前記基板に前記1つ以上のポンプパルスを伝送するように、及び、
前記測定照明によって前記表面変形を測定するように、
ポンプ・プローブ照明モードで動作可能な、請求項1から35の何れか一項に記載のメトロロジデバイス。 - 請求項1から36の何れか一項に記載のメトロロジデバイスを備える、リソグラフィ装置。
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