KR20230173023A - 계측방법, 계측장치, 리소그래피 장치, 및 물품 제조방법 - Google Patents

계측방법, 계측장치, 리소그래피 장치, 및 물품 제조방법 Download PDF

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KR20230173023A
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Abstract

계측방법은, 서로 다른 적어도 2개의 계측 파라미터의 파라미터 값들의 조합을 변경하면서, 각 조합에 대해 예비계측을 행하는 단계와, 상기 예비계측을 행하는 단계에서 얻어진 계측값에 근거하여, 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각에 대해 파라미터 값의 변화에 대한 계측값의 변화를 나타내는 민감도의 분포인 민감도 분포를 얻는 처리를 행하는 단계와, 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각에 관한 상기 민감도 분포에 근거하여 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각에 대해 사용해야 할 파라미터 값을 결정하는 단계와, 상기 결정하는 단계에서 결정된 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각의 파라미터 값에 따라 본계측을 행하는 단계를 포함한다.

Description

계측방법, 계측장치, 리소그래피 장치, 및 물품 제조방법{MEASURING METHOD, MEASURING APPARATUS, LITHOGRAPHY APPARATUS, AND ARTICLE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 계측방법, 계측장치, 리소그래피 장치 및 물품 제조방법에 관한 것이다.
리소그래피 공정에서 사용되는 노광장치 등의 리소그래피 장치에서는, 기판의 숏 영역과 원판 사이의 얼라인먼트 정밀도와, 기판 위의 다른 층들 사이의 오버레이 정밀도가 중요하다. 기판 위에 형성된 마크를 고정밀도로 계측하는 방법의 한개로서, 마크 및 그 주변부의 물리적 또는 광학적 특성에 대해 계측 광의 파장을 일치시키는 방법을 사용할 수 있다. 기판 위의 마크의 물성, 구조 및 형상은 프로세스에 따라 다를 수 있다. 이 때문에, 마크에 따라 최적의 파장을 선택함으로써, 마크로부터의 검출 신호의 강도 및 품질을 최대화하여, 고정밀도의 계측을 실현할 수 있다.
일본국 특허 제4792833호 공보에는, 파장과 포커스 위치의 복수의 조합에 대해서 중첩 어긋남 량을 구하고, 중첩 어긋남 량의 격차를 최소로 하는 파장과 포커스 위치를 계측 조건으로서 설정하는 것이 개시되어 있다.
기판 위에 형성된 마크의 계측에 있어서, 계측 파라미터의 파라미터 값이 최적값과 다른 경우에는, 마크로부터의 검출 신호의 강도 및 품질이 저하해서, 계측 정밀도의 저하를 초래할 수도 있다.
본 발명은, 높은 계측 정밀도를 실현하기 위해서 유리한 기술을 제공한다.
본 발명의 제1 측면은, 서로 다른 적어도 2개의 계측 파라미터의 파라미터 값들의 조합을 변경하면서, 각 조합에 대해 예비계측을 행하는 단계와, 상기 예비계측을 행하는 단계에서 얻어진 계측값에 근거하여, 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각에 대해 파라미터 값의 변화에 대한 계측값의 변화를 나타내는 민감도의 분포인 민감도 분포를 얻는 처리를 행하는 단계와, 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각에 관한 상기 민감도 분포에 근거하여 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각에 대해 사용해야 할 파라미터 값을 결정하는 단계와, 상기 결정하는 단계에서 결정된 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각의 파라미터 값에 따라 본계측을 행하는 단계를 포함하는 계측방법을 제공한다.
본 발명의 제2 측면은, 제1 측면에서 기재된 계측방법에 따라 기판 위의 마크의 위치를 계측하고, 상기 마크의 위치에 근거하여 상기 기판에 패턴을 전사하는 단계와, 상기 패턴이 전사된 상기 기판을 처리함으로써 물품을 얻는 단계를 포함하는 물품 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제3 측면은, 계측부 및 제어부를 구비한 계측장치로서, 상기 제어부는, 서로 다른 적어도 2개의 계측 파라미터의 파라미터 값의 조합을 변경하면서, 복수회에 걸쳐 예비계측을 행하도록 상기 계측부를 제어하고, 상기 예비계측에 의해 얻어진 계측값에 근거하여 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각에 대해서 파라미터 값의 변화에 대한 계측값의 변화를 나타내는 민감도의 분포인 민감도 분포를 얻고, 상기 민감도 분포에 근거하여, 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각에 대해서 사용해야 할 파라미터 값을 결정하고, 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각의 결정된 파라미터 값에 따라 본계측을 행하도록 상기 계측부를 제어하는 계측장치를 제공한다.
본 발명의 제4 측면은, 기판에 설치된 마크의 위치를 계측하도록 구성된 제3 측면에 기재된 계측장치와, 상기 계측장치에 의해 계측된 상기 마크의 위치에 근거하여 상기 기판을 위치결정하도록 구성된 위치결정 기구를 구비하고, 상기 기판의 패턴을 전사하도록 구성된 리소그래피 장치를 제공한다.
본 발명의 제5 측면은, 제4 측면에 기재된 리소그래피 장치를 사용해서 기판에 패턴을 전사하는 단계와, 상기 패턴이 전사된 상기 기판을 처리함으로써 물품을 얻는 단계를 포함하는 물품 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 특징은 첨부도면을 참조하는 이하의 실시형태의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도1a 및 도1b는 제1실시형태에 따른 계측장치의 구성을 도시한 도면이다.
도2a 내지 도2c는 과제를 설명하기 위한 도면이다.
도3a 및 도3b는 제1실시형태에 따른 계측장치에 있어서의 파장 가변부의 구성 및 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도4는 제1실시형태에 따른 계측장치에 있어서의 계측 시퀀스를 설명하기 위한 흐름도이다.
도5a 내지 도5c는 제1실시형태에 따른 계측장치에 있어서의 구체적인 계측 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도6a 및 도6b는 제1실시형태에 따른 계측장치에 있어서의 구체적인 계측 처리를 설명하기 위한 그래프이다.
도7a 내지 도 7c는 제1실시형태에 따른 계측장치에 있어서의 구체적인 계측 처리를 설명하기 위한 그래프이다.
도8은 제2실시형태에 따른 계측장치에 있어서의 계측 시퀀스를 설명하기 위한 도면이다.
도9a 및 도9b는 제2실시형태에 따른 계측장치에 있어서의 구체적인 계측 처리를 설명하기 위한 그래프이다.
도10a 내지 도10c는 제2실시형태에 따른 계측장치에 있어서의 구체적인 계측 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도11a 내지 도11c는 제3실시형태에 따른 계측장치에 있어서의 계측 시퀀스를 설명하기 위한 도면이다.
도12는 제4실시형태에 따른 계측장치에 있어서의 계측 시퀀스를 설명하기 위한 흐름도이다.
도13은 제5실시형태에 따른 노광장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도14는 기판을 노광하는 노광장치에 있어서의 시퀀스를 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부도면을 참조해서 실시형태를 상세히 설명한다. 이때, 이하의 실시형태는 청구범위에 관한 발명을 한정하는 것은 아니다. 실시형태에는 복수의 특징이 기재되어 있지만, 이들 복수의 특징의 모두가 발명에 필수적인 것은 아니고, 또한, 복수의 특징은 임의로 조합되어도 된다. 더구나, 첨부도면에 있어서는, 동일 혹은 유사한 구성에 동일한 참조번호를 붙이고, 중복한 설명은 생략한다.
도1a는, 제1실시형태에 따른 계측장치(100)의 구성을 개략적 또한 예시적으로 도시한 도면이다. 계측장치(100)는, 기판(73)에 설치된 타겟 혹은 계측 대상의 위치를 계측 혹은 검출하는 위치 검출장치로서 구성될 수 있다. 이와 달리, 계측장치(100)는, 기판 위의 서로 다른 층에 설치된 복수의 타겟의 상대 위치를 계측하는 오버레이 검사장치로서 구성될 수 있다. 계측장치(100)는, 도1a에 나타낸 것과 같이, 기판(73)을 유지하는 기판 스테이지 WS와, 계측부(50)와, 제어부(1100)를 갖는다.
기판(73)은, 계측장치(100)에 의해 위치 또는 중첩 오차가 계측되는 계측 대상 부재이다. 기판(73)은, 예를 들면, 반도체 소자나 액정 표시 소자 등의 디바이스를 제조하는데 사용될 수 있다. 기판(73)은, 예를 들면, 웨이퍼 또는 글래스 기판일 수 있다. 기판 스테이지 WS는, 기판 척(미도시)을 거쳐 기판(73)을 유지하고, 기판 구동기구(미도시)에 의해 구동 혹은 위치결정될 수 있다. 기판 구동기구는, 리니어 모터 등을 포함하고, X축 방향, Y축 방향, Z축 방향 및 각 축 주위의 회전 방향으로 기판 스테이지 WS를 구동함으로써, 기판 스테이지 WS에 의해 유지된 기판(73)을 구동 혹은 위치결정할 수 있다. 기판 스테이지 WS의 위치는, 예를 들면, 6축의 레이저 간섭계(81) 등으로 감시되고, 제어부(1100)의 제어하에 있어서, 기판 스테이지 WS는 소정의 위치로 구동된다. 이때, 본 명세서에서는, 계측 대상 부재의 표면의 법선을 Z축 방향으로 하는 XYZ 좌표계에 의해 방향이 표현된다. 6축은, X축 방향, Y축 방향, Z축 방향, X축 주위의 회전(ωX), Y축 주위의 회전(ωY), Z축 주위의 회전(ωZ)을 포함한다. Z축 방향은, 계측 대상 부재의 표면 위의 계측장치(100)의 광축 방향으로서 이해되어도 된다.
제어부(1100)는, CPU 및 메모리 등을 포함하는 컴퓨터(정보 처리장치)로 구성되고, 예를 들면, 기억부에 기억된 프로그램에 따라 계측장치(100)의 구성요소를 총괄적으로 제어함으로써 계측장치(100)의 기능을 정의할 수 있다. 제어부(1100)는, 계측장치(100)에 있어서의 계측 처리, 및, 계측장치(100)에 의해 얻어진 계측값의 보정처리(연산 처리)를 제어하도록 구성될 수 있다.
도1b를 참조하여, 계측부(50)의 구성에 대해 설명한다. 계측부(50)는, 광원(61)으로부터의 빛을 사용해서 기판(73)을 조명하는 조명계와, 기판(73)에 설치되어 있는 계측 패턴(마크)(72)으로부터의 빛을 검출부(75)에 결상시키는 결상계(검출계)를 포함한다. 검출부(75)는, 계측 패턴(72)으로부터의 빛을 검출하는 복수의 화소를 포함하고, 복수의 화소를 사용하여 계측 패턴(72)을 촬상하기 위한 촬상 영역을 형성하는 촬상부로서 기능한다. 여기에서, 계측 대상 혹은 타겟으로의 계측 패턴(72)은, 기판(73)에 있어서의 위치맞춤 오차 또는 중첩 오차를 계측하기 위한 패턴일 수 있다. 계측 대상 혹은 타겟은, 복수의 계측 패턴(72)을 포함하여도 된다. 이때, 계측 대상은, 기판에 설치된 계측 패턴에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 스테이지 또는 그것의 일부, 이동 물체 또는 그것의 일부이어도 된다. 또한, 계측에 의해 얻어지는 정보는, 계측 대상의 절대 위치 또는 상대 위치 등의 위치 정보에 한정되지 않고, 예를 들면, 계측 대상의 형상, 속도, 가속도 및 온도의 적어도 1개이어도 된다.
도1b를 참조하면, 광원(61)으로부터의 빛은, 조명 광학계(62)를 거쳐 파장 가변부(40)로 이끌어진다. 광원(61)은, 예를 들면, 레이저 광원, LED 또는 할로겐 램프일 수 있지만, 이것들에 한정되는 것은 아니다. 파장 가변부(40)는, 예를 들면, 파장 가변 소자와, 이 파장 가변 소자를 구동하는 구동기구를 포함할 수 있다. 이 구동기구는, 리니어 모터를 포함하고, 소정 방향(예를 들면, X축 방향)을 따라 파장 가변 소자(42)를 구동함으로써, 계측 패턴(72) 혹은 타겟을 조명하는 빛의 파장(예를 들면, 중심 파장 및 파장 폭)을 조정할 수 있다. 이 파장 가변 소자의 위치는, 예를 들면, 인코더 또는 간섭계 등의 센서를 사용해서 감시되고, 제어부(1100)의 제어하에 있어서 목표 위치로 위치결정될 수 있다. 광원(61)으로부터 출사된 광대역의 파장을 갖는 빛의 광로에 대한 이 파장 가변 소자의 위치를 이 구동기구를 사용하여 조정함으로써, 이 빛이 이 파장 가변 소자에 입사하는 영역을 조정할 수 있다. 이에 따라, 목표로 하는 파장을 갖는 빛이 이 파장 가변 소자를 통과한다.
파장 가변부(40) 혹은 파장 가변 소자를 통과한 빛은, 조명 광학계(63)를 투과하고, 조명 개구 조리개(64)로 이끌어진다. 조명 개구 조리개(64)에서의 광속 직경은, 광원(61)에서의 광속 직경보다도 작다. 조명 개구 조리개(64)를 통과하는 빛은, 릴레이 렌즈(67)를 거쳐, 편광 빔 스플리터(68)로 이끌어진다. 편광 빔 스플리터(68)는, P편광의 빛을 투과하고, S편광의 빛을 반사한다. 편광 빔 스플리터(68)를 투과하는 P편광의 빛은, 개구 조리개(69) 및 λ/4판(70)을 통과해서 원편광으로 변환되고, 대물 광학계(71)를 거쳐, 기판(73)에 설치된 계측 패턴(72)을 쾰러조명한다.
이때, 조명 광학계(63)에는, 광량 조정부(미도시)가 설치되어 있어도 된다. 예를 들면, 광원(61)으로부터의 빛에 대해 투과율이 서로 다른 복수의 ND 필터를 선택 가능한 광량 조정부를 설치함으로써, 기판(73)을 조명하는 빛의 강도를 조정할 수 있다.
기판(73)에 설치되어 있는 계측 패턴(72)에 의해 반사, 회절 및 산란되는 빛은, 대물 광학계(71)를 거쳐, λ/4판(70)을 통과해서 원편광으로부터 S편광으로 변환되어, 개구 조리개(69)로 이끌어진다. 여기에서, 계측 패턴(72)으로부터의 빛의 편광 상태는, 계측 패턴(72)을 조명하는 빛의 원편광의 빛과는 역회전의 원편광이 된다. 따라서, 계측 패턴(72)을 조명하는 빛의 편광 상태가 시계방향의 원편광이면, 계측 패턴(72)으로부터의 빛의 편광 상태는 반시계방향의 원편광이 된다. 개구 조리개(69)를 통과한 빛은, 편광 빔 스플리터(68)에 의해 반사되어, 결상 광학계(74)를 통해, 검출부(75)로 이끌어진다.
이렇게, 계측부(50)에서는, 편광 빔 스플리터(68)가, 기판(73)을 조명하는 빛의 광로와 기판(73)으로부터의 빛의 광로를 분리하여, 기판(73)에 설치되어 있는 계측 패턴(72)의 상이 검출부(75)에 형성된다. 제어부(1100)는, 레이저 간섭계(81)에 의해 얻어지는 기판 스테이지 WS의 위치 정보와, 계측 패턴(72)의 상을 검출해서 얻어지는 검출 신호의 파형에 근거하여, 계측 패턴(72)을 구성하는 패턴 요소의 위치와 계측 패턴(72)의 위치를 취득할 수 있다.
편광 빔 스플리터(68)와 검출부(75) 사이에는, 복수의 렌즈 및 검출 개구 조리개가 배치되어도 된다. 조명 개구 조리개(64) 및 검출 개구 조리개의 각각에, 조명계와 검출계에 대해 다른 개구수를 설정가능한 복수의 개구 조리개를 설치해도 된다. 이에 따라, 조명계의 개구수와 검출계의 개구수의 비를 표시하는 계수인 σ값을 조정할 수 있다.
이어서, 계측장치(100)에 있어서의 계측 파라미터에 대해 설명한다. 계측장치(100)는, 바람직하게는, 적어도 2개의 파라미터의 설정된 파라미터 값에 따라 계측을 실행할 수 있다. 적어도 2개의 계측 파라미터는, 예를 들면, 계측 패턴을 조명 또는 검출하는 빛의 중심 파장, 파장 폭, σ값, 편광 특성 및 투과율, 계측부(50)에 대한 계측 패턴의 위치(X, Y, Z) 및 기울기(ωX, ωY, ωZ) 중 적어도 2개를 포함할 수 있다. 편향 특성은, 계측장치(100) 혹은 계측부의 광로에 있어서의 편향 특성일 수 있다. 투과율은, 이 광로에 배치된 ND 필터의 투과율일 수 있다. 적어도 2개의 계측 파라미터는, 제어부가 타겟의 화상정보로부터 계측값을 산출할 때 설정되는 각종의 연산 처리 파라미터를 포함하여도 된다.
기판 위의 계측 패턴의 특성, 예를 들면, 재료의 물성, 구조, 형상 등은, 그 기판을 얻기 위해서 사용된 프로세스에 따라 다를 수 있다. 이 때문에, 고정밀도의 계측을 실현하기 위해서는, 계측 패턴의 특성에 대해 계측 파라미터를 일치시키는 것이 중요하게 된다. 이하에서는, 계측에 사용되는 빛의 파장에 관한 계측 파라미터에 대해 예시적으로 설명한다.
계측에 사용되는 빛의 파장에 관한 계측 파라미터는, 예를 들면, 중심 파장과 파장 폭의 2개의 계측 파라미터를 포함할 수 있다. 도2a는, 중심 파장이 서로 다른 빛의 파장특성을 나타낸 도면이다. 서로 다른 2개의 중심 파장은 각각 WL1과 WL2로서 표시되어 있다. 도2b는, 동일한 중심 파장을 갖지만, 서로 다른 파장 폭을 갖는 빛의 파장특성을 나타낸 도면이다. 서로 다른 2개의 파장 폭은 각각 ΔWL1과 ΔWL2로서 표시되어 있다. 기판에 형성된 계측 패턴에 대하여, 적절한 중심 파장 및 파장 폭을 설정함으로써, 계측 패턴으로부터의 신호의 강도 및 품질을 최대화하여, 고정밀도의 계측을 실현할 수 있다.
본 실시형태에 따른 계측 파라미터의 설정방법의 상세를 설명하기 전에, 도2c를 참조하면서, 비교예에 따른 오버레이 검사장치(계측장치)에 있어서의 계측 파라미터의 설정방법에 대해 설명한다. 비교예에 따른 오버레이 검사장치 는, 복수의 포커스 위치 Zi와 파장 WLj의 조합의 각각에 대해 계측 패턴의 중첩 오차 Mij를 계측함으로써, 도2c에 나타낸 것과 같은 계측 데이터를 취득할 수 있다. 도2c, 복수의 포커스 위치 Zi와 파장 WLj의 조합의 각각에 대해 취득된, 계측 패턴의 중첩 오차 M의 예를 나타낸 도면이다. 예를 들면, 포커스 위치 Z1에 있어서 파장 WL1의 계측 조건에서 취득되는 계측 패턴의 위치는 M11로 표현된다. 도2c에 나타내는 계측 데이터에 근거하여, 포커스 위치에 대응하는 중첩 오차의 격차 A1 내지 Aj, 및 파장에 대응하는 중첩 오차의 격차 B1 내지 Bi가 산출된다. 구체적으로는, 중첩 오차의 격차 A1은 계측 패턴의 중첩 오차 M11 내지 Mi1의 격차 3σ 또는 레인지로부터 산출된다. 중첩 오차의 격차 B1은, 계측 패턴의 중첩 오차 M11 내지 M1j의 격차 3σ 또는 레인지로부터 산출된다. 이상의 결과를 기초로, 중첩 오차의 격차 A1 내지 Aj 중에서 최소 격차에 대응하는 파장과, 중첩 오차의 격차 B1 내지 Bi 중에서 최소에 대응하는 포커스 위치가 계측 파라미터로서 설정된다.
각 계측 조건에 있어서의 중첩 오차의 격차 사이의 대소 관계는 포커스 위치 및 파장의 양쪽에 의존할 수 있다. 포커스 위치 Z1 및 파장 WL1이 최적의 파라미터 값인 것으로 가정한다. 이 경우에도, 계측 오차 M12, M21이 큰 경우에는, 중첩 오차의 격차 A1 및 B1은 최소로 되지 않는다. 따라서, 최적의 조건(포커스 위치 Z1, 파장 WL1)이 파라미터 값으로서 설정되지 않는다. 이 때문에, 단일의 계측 조건(예를 들면, 중심 파장 만)에 있어서의 중첩 오차의 격차를 평가 지표로 사용하는 경우에는, 최적의 파라미터 값을 정밀하게 결정하는 것이 어렵다. 또한, 파장특성을 결정하는 중심 파장과 파장 폭의 각각을 파라미터 값으로서 평가하지 않는 경우에는, 계측 패턴으로부터의 검출 신호의 강도 및 품질의 최적화가 불충분하게 되어, 높은 계측 정밀도의 실현이 곤란해진다.
본 실시형태에 따른 계측장치(100)는, 서로 다른 복수의 계측 파라미터의 파라미터 값의 조합을 변경하면서 복수회에 걸쳐 예비계측을 행한다. 그리고, 계측장치(100)는, 복수의 계측 파라미터의 각각에 대해서, 파라미터 값의 변화에 대한 계측값의 변화를 나타내는 민감도의 분포인 민감도 분포를 얻는다. 계측장치(100)는, 그 민감도 분포에 근거하여, 복수의 계측 파라미터의 각각에 대해서 사용해야 할 파라미터 값을 결정하고, 복수의 계측 파라미터의 각각에 대해 결정된 파라미터 값에 따라 본계측을 행한다. 이하에서는, 본 실시형태에 따른 계측장치에 있어서의 계측 파라미터의 파라미터 값의 설정방법에 대해 설명한다.
도3a는, 파장 가변부(40)의 구성 예를 도시한 도면이다. 파장 가변부(40)는, 파장 가변 소자(42), 파장 가변 소자(42)를 유지하는 유지 부재(45)와, 유지 부재(45)(파장 가변 소자(42))를 구동하는 구동기구(47)를 포함할 수 있다. 구동기구(47)는 파장 가변부(40)를 소정 방향(예를 들면, X방향 또는 Z축 주위의 회전)으로 구동함으로써, 파장 가변 소자(42)에 대한 빛의 입사 영역을 조정할 수 있다. 이에 따라, 광원(61)으로부터 출사된 광대역의 파장을 갖는 빛을, 파장 가변부(40)에 대한 이 빛의 입사 영역에 대응하는 파장을 갖는 빛으로 변환하여, 기판(73)을 조명한다. 즉, 광원(61)으로부터 출사된 광대역의 파장을 갖는 빛에 근거하여, 파장 가변부(40)에 대한 이 빛의 입사 영역에 대응하는 파장을 갖는 빛이 조명광으로서 생성되고, 그 조명광에 의해 기판(73)이 조명된다.
파장 가변 소자(42)는, 예를 들면, 투과 파장 가변 필터 또는 투과형 회절 격자이어도 된다. 이에 따라, 제어부(1100)가, 구동기구(47)를 사용하여 파장 변 소자(42)의 위치 또는 각도를 제어함으로써, 파장 가변 소자(42)를 투과한 빛의 파장을 조정(변경)할 수 있다. 투과 파장 가변 필터는, 예를 들면, 기재의 표면 위에 형성된 다층 적층막을 갖는 밴드패스 필터이며, 다층 적층막의 두께를 파장 변화 방향의 위치에 따라 변화하도록 구성될 수 있다. 이러한 구조에 의해, 빛의 간섭을 사용하여 투과된 빛의 파장을 연속적으로 변화시킬 수 있다.
도3b는, 구동기구(47)가 파장 가변 소자(42)를 소정 방향에 있어서의 복수의 위치로 이동시키는 경우에 있어서, 파장 가변 소자(42)를 투과한 빛의 파장과 신호 강도의 관계를 예시한 도면이다. 예를 들면, 파장 가변 소자(42)를 X방향의 위치로 연속적으로 조정 가능한 경우, 파장 가변 소자(42)에 대해 빛이 입사하는 X방의 위치의 조정에 의해 파장 가변 소자(42)를 투과한 빛의 중심 파장을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 파장 가변부(40)가 단파장 커트의 파장 가변 소자(42)와 장파장 커트의 파장 가변 소자(42)를 구비하고, 그것들을 개별적으로 구동가해도 된다. 이 구성에 따라, 단파장 커트의 파장 가변 소자(42)와 장파장 커트의 파장 가변 소자(42)를 제어함으로써, 투과된 빛의 중심 파장과 파장 폭의 양쪽을 임의로 변경할 수 있다.
이어서, 도4를 참조하여 제1실시형태에 있어서의 계측 처리의 시퀀스에 대해 설명한다. 계측 처리에서는, 계측 파라미터의 파라미터 값이 설정되고, 그 파라미터 값에 따라 계측이 행해진다. 상기한 것과 같이, 제어부(1100)가 계측장치(100)의 구성요소들을 총괄적으로 제어함으로써 계측처리를 행한다.
계측 처리가 개시되면, 우선, 스텝 S131에 있어서, 제어부(1100)의 제어하에서, 기판(73)과 계측부(50)의 상대 위치를 맞추는 처리가 실행될 수 있다. 구체적으로, 계측부(50)에 있어서의 검출부(75)로서는 촬상 소자가 사용될 수 있고, 촬상 소자의 촬상 영역에 계측 패턴(72)의 상을 형성하도록, 기판(73)을 유지한 기판 스테이지 WS가 구동될 수 있다. 계측부(50)에 대한 기판(73)의 Z축 방향(광축 방향, 혹은 광속을 따른 방향)의 위치의 조정은 포커스 조정으로 불릴 수 있다. 포커스 조정에서는, 예를 들면, 계측 패턴(72)을 구성하는 적어도 1개의 패턴의 신호 강도를 구하고, 신호 강도 및 그 변화가 목표값 이상이 되도록, 기판(73)을 유지하는 기판 스테이지 WS가 위치결정될 수 있다. 이와 달리, 포커스 조정에서는, 계측 패턴(72)을 구성하는 복수의 패턴에 근거한 신호 강도를 구하고, 신호 강도와 그것의 변화의 양쪽이 목표값 이상이 되도록, 기판(73)을 유지하는 기판 스테이지 WS가 위치결정되어도 된다.
스텝 S132에서는, 제어부(1100)의 제어하에서, 서로 다른 적어도 2개의 계측 파라미터의 파라미터 값의 조합을 변경하면서, 검출부(75)를 사용하여 기판(73)위의 계측 패턴(72)의 화상이 복수회에 걸쳐 취득(촬상)될 수 있다. 이 처리는, 서로 다른 복수의 계측 파라미터의 파라미터 값의 조합을 변경하면서 각 조합에 대해 예비계측을 행하는 예비계측 공정의 일부로서 이해될 수 있다. 계측 패턴(72)의 화상은, 계측값을 얻기 위한 중간 정보로서 이해될 수 있다. 서로 다른 복수의 계측 파라미터는, 예를 들면, 파장 가변부(40)에 의해 제어될 수 있는 중심 파장과 파장 폭을 포함할 수 있다. 이하에서는, 서로 다른 복수의 계측 파라미터로서 중심 파장과 파장 폭을 선택한 경우를 예시한다. 그러나, 다른 계측 파라미터가 선택되어도 된다.
스텝 S133은, 임의적으로 실시될 수 있는 공정이다. 스텝 S133에서, 제어부(1100)는 스텝 S132에서 취득된 복수의 화상을 사용해서 합성 화상을 생성하는 합성 처리를 행한다. 스텝 S133은, 스텝 S132에서 얻어진 중간 정보로서의 화상에 근거하여, 예비계측을 행한 조합과는 다른 조합에 대해 얻어지는 계측값을 추정하는 추정 공정의 일부로서 이해될 수 있다. 스텝 S133에 있어서의 합성 처리에 대해서는, 나중에 상세히 설명한다.
스텝 S134에서, 제어부(1100)는, 스텝 S132에서 취득된 화상에 근거하여 계측 패턴의 위치(계측값)를 산출하는 제1처리와, 스텝 S133에서 생성된 합성 화상에 근거하여 계측 패턴의 위치(계측값)를 산출하는 제2처리를 행한다. 스텝 S134에 있어서는, 계측값은 계측 패턴의 위치 정보에 한정되지 않고, 계측 패턴의 신호 강도 정보 또는 신호 파형의 특징을 나타내는 파형 평가값 정보이어도 된다. 계측 패턴의 신호 강도 정보와 파형 평가값 정보에 대해서는 나중에 상세히 설명한다. 스텝 S133이 실행되지 않는 경우에는, 스텝 S134의 제2처리도 실행되지 않는다.
이 경우, 스텝 S132 및 스텝 S134에 있어서의 제1처리는, 서로 다른 복수의 계측 파라미터의 각각의 파라미터 값의 조합에 대해 예비계측을 행하는 예비계측 공정으로서 이해될 수 있다. 또한, 스텝 S132는, 계측값을 얻기 위한 중간 정보로서의 화상을 계측 대상으로부터 검출하는 검출 공정으로서 이해될 수 있다. 또한, 스텝 S134에 있어서의 제1처리는, 중간 정보로서의 화상에 근거하여 계측값을 산출하는 산출 공정으로서 이해될 수 있다.
또한, 스텝 S133 및 스텝 S134에 있어서의 제2처리는, 스텝 S132에서 얻어진 중간 정보로서 얻어진 화상에 근거하여, 예비계측을 행한 조합과는 다른 조합에 대해 얻어지는 계측값을 추정하는 추정 공정으로서 이해될 수 있다. 이 경우, 검출 공정에서는, 계측 대상의 화상이 중간 정보로서 검출될 수 있다. 추정 공정에서는, 중간 정보로서의 복수의 화상으로부터 합성 화상이 생성되고, 이 합성 화상에 근거하여, 예비계측을 행한 조합과는 다른 조합에 대해 얻어지는 계측값이 추정될 수 있다.
스텝 S135에서는, 제어부(1100)는, 스텝 S134에서 얻어진 계측값에 근거하여, 적어도 2개의 계측 파라미터에 대해서 파라미터 값의 변화에 대한 계측 패턴의 계측값의 변화를 나타내는 민감도의 분포인 민감도 분포를 산출할 수 있다. 파라미터 값의 변화에 대한 계측값의 변화를 나타내는 민감도 분포로서, 예를 들면, 중심 파장의 변화에 대한 계측값의 변화를 나타내는 민감도 분포 및 파장 폭의 변화에 대한 계측값의 변화를 나타내는 민감도 분포를 구해도 된다. 민감도 분포는, 적어도 2개의 파라미터 값에 각각 대응하는 적어도 2가지 종류의 민감도를 포함한다. 민감도 분포의 산출 방법에 대해서는 나중에 상세히 설명한다.
스텝 S136에서는, 제어부(1100)는 스텝 S135에서 산출한 민감도 분포에 근거하여, 적어도 2개의 계측 파라미터에 대해서 파라미터 값을 결정할 수 있다. 이 스텝은, 복수의 계측 파라미터의 각각에 관한 민감도 분포에 근거하여, 복수의 계측 파라미터의 각각에 대해서, 사용해야 할 파라미터 값을 결정하는 결정 공정으로서 이해될 수 있다. 이 결정 공정에 의해, 최적의 중심 파장과 파장 폭(이것의 조합)을 결정할 수 있다.
스텝 S137에서는, 제어부(1100)의 제어하에서, 검출부(75)는 스텝 S136에서 결정된 복수의 계측 파라미터의 각각의 파라미터 값에 따라 계측 패턴(72)의 화상정보를 취득할 수 있고, 이 화상정보에 근거하여 계측 패턴(72)의 위치가 계측될 수 있다. 이 스텝은, 스텝 S135(결정 공정)에서 결정된 각각의 계측 파라미터의 파라미터 값에 따라 본계측을 행하는 본계측 공정으로서 이해될 수 있다.
이하에서는, 도5a 내지 도5c를 참조하면서, 스텝 S133에 있어서의 복수의 화상의 합성 처리방법에 대해 설명한다. 여기에서는, 2개의 계측 파라미터, 구체적으로는, 중심 파장 및 파장 폭을 설정하는 방법을 설명한다. 도5a는, 중심 파장 480nm 및 파장 폭 ±10nm의 조건에 있어서, 검출부(75)에 의해 취득된 계측 패턴 72a를 포함하는 화상 76a를 나타내고 있다. 도5b는, 중심 파장 500nm 및 파장 폭 ±10nm의 조건에 있어서 검출부(75)에 의해 취득된 화상 76b를 나타내고 있다. 도5a 및 도5b에 각각 도시된 화상 76a 및 화상 76b는, ND 필터의 투과율이 40%, 60%, 검출부(75)의 축적 시간이 모두 10msec에서 취득된 화상을 모식적으로 나타내고 있다. 화상 76a 및 화상 76b는, 파라미터 값의 차이에 의해, 패턴부 및 비패턴부의 신호 강도가 서로 다르다고 하는 특징을 나타낸다.
도5c는, 화상 76a와 화상 76b를 기준 휘도에 근거하여 합성 처리해서 얻어지는 합성 화상 76c를 나타내고 있다. 이 경우, 기준 휘도는, 각각의 화상을 검출할 때 설정되는, 광량에 관한 계측 조건(파라미터 값)으로부터 산출되는 기준이 되는 휘도를 의미하고, 합성 처리를 행할 때에 복수의 화상의 휘도를 일치시킬 목적으로 구해진다. 합성 처리에 사용되는 2개의 화상 76a, 76b를 검출할 때의 ND 필터의 투과율을 Ta, Tb, 축적 시간을 Ca, Cb로 한 경우, 화상 76a, 76b의 휘도 Sa, Sb은, 이하의 식 (1) 및 (2)로 표시될 수 있다.
Sa=1/(Ca×Ta) …(1)
Sb=1/(Cb×Tb) …(2)
Ta<Tb, Ca<Cb인 경우에는, 휘도가 높은 Sa가 기준 휘도이며, 식 (1) 및 (2), 및 도5b에 나타낸 계측 조건에 의해, 기준 휘도 Sa에 대한 휘도 Sb의 비가 0.67로서 구해진다. 화상 76b의 화소 출력에, 기준 휘도에 대한 휘도의 비를 곱하여 화상을 생성하고, 생성된 화상을 기준 휘도의 화상 76a와 합성함으로써, 중심 파장 490nm 및 파장 폭 ±20nm의 조건에서 검출된 화상에 해당하는 합성 화상 76c를 생성할 수 있다. 이에 따라, 필요한 복수의 중심 파장과 필요한 복수의 파장 폭의 모든 조합에 대해 화상을 취득하는 경우에 비해, 최적의 중심 파장 및 최적의 파장 폭의 결정에 필요한 시간을 단축 가능해진다.
합성 처리에 사용하는 2개의 화상이 이 2개의 화상의 검출 광량의 기준값을 일치시키지 않고 합성되는 것으로 가정한다. 이 경우, 실제로 취득한 화상과 합성 처리에 의해 형성되는 화상은 패턴부 및 비패턴부의 신호 강도에서 차이가 생긴다. 따라서, 최적의 중심 파장 및 파장 폭의 조합을 정확하게 구하는 것이 어렵다. 이 때문에, 스텝 S133에 있어서는, 2개의 화상의 검출 광량의 기준값을 일치시켜 합성 처리를 행하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 최적의 중심 파장과 최적의 파장 폭의 조합을 정밀하게 결정할 수 있다. 위에서는 식 (1) 및 (2)에 따라 ND 필터의 투과율과 축적 시간을 사용해서 휘도를 산출하는 방법에 대해 설명했지만, 본 발명은 이 방법에 한정되지 않는다. 예를 들면, 광원(61)의 출력을 제어하는 전류값, 및 검출부(75)에 설정되는 게인을 설정해도 된다.
이어서, 스텝 S134에 있어서의 계측 패턴의 위치 정보의 산출 방법에 대해 설명한다. 스텝 S133에 있어서 취득된 계측 패턴(72)의 화상을, 예를 들면, 템플릿 매칭법을 사용해서 처리함으로써, 계측 패턴(72)의 위치를 산출할 수 있다. 템플릿 매칭법은, 스텝 S133에서 취득한 신호와 사전에 취득한 모델 신호(템플릿) 사이의 상관을 연산함으로써, 가장 높은 상관이 나타내는 위치를 계측 패턴의 중심 위치로서 검출될 수 있다. 상관 값의 함수의 피크의 위치로부터, 좌우측으로 수 화소를 갖는 영역의 무게중심 화소 위치를 구하는 것에 의해, 1/10화소 내지 1/50화소의 분해능을 실현할 수 있다.
이하에서는, 도6a 및 도6b를 참조하여 스텝 S135에 있어서의 민감도 분포의 산출 방법에 대해 설명한다. 민감도 분포의 일례로서, 중심 파장의 변화에 대한 계측값의 변화를 나타내는 민감도 분포(간략하게, 중심 파장의 변화에 대한 민감도 분포)에 대해 예시적으로 설명한다. 중심 파장의 변화에 대한 민감도 분포는, 중심 파장의 변화에 대한 계측값의 변화를 나타내는 민감도의 집합이며, 적어도 2개의 민감도를 포함한다. 중심 파장의 변화에 대한 민감도 분포는, 스텝 S136에 있어서 계측에 사용되는 계측 파라미터로서의 중심 파장의 값을 결정하기 위한 지표가 된다.
도6a는, 계측 패턴의 위치 정보(계측값)와 중심 파장 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 횡축은 중심 파장("파장"으로 표기)을 나타내고, 종축은 계측 패턴의 위치 정보("계측값"으로 표기)를 나타낸다. 중심 파장 WL3 및 WL4는, 빛의 중심 파장을 의미한다. 계측부(50)의 베스트 포커스 위치와 기판(73)의 표면을 위치맞춤한 상태에 있어서, 중심 파장 WL3을 갖는 빛으로 계측 패턴(72)의 위치를 계측하여 얻어진 계측값을 M23으로 하고, 중심 파장 WL4를 갖는 빛으로 계측 패턴(72)의 위치를 계측하여 얻어진 계측값을 M24로 한다. 도6b는, 중심 파장의 변화에 대한 계측 패턴(72)의 계측값의 변화를 나타내는 파장 민감도 분포를 나타낸 그래프이다. 횡축은 중심 파장을 나타내고, 종축은 도6a에 나타내는 계측값으로부터 산출되는 계측값의 변화를 나타낸다. 일례로서, 중심 파장 dWL3과 계측값 변화 dMw3은 각각 식(3) 및 (4)에 의해 표현된다.
dWL3=(WL3+WL4)÷2 …(3)
dMw3=(M24-M23)÷(WL4-WL3) …(4)
이어서, 스텝 S136(결정 공정)에 있어서의 계측 파라미터의 파라미터 값의 결정 방법에 대해 설명한다. 스텝 S136에 있어서는, 스텝 S135에서 산출한 민감도 분포에 근거하여, 사용해야 할 파라미터 값을 결정한다. 스텝 S136에 있어서의 판단 기준으로서, 낮은 민감도를 나타내는 파라미터 값을 선택하는 것이 바람직하다. 다른 관점에서는, 스텝 S136(결정 공정)에서는, 감도 분포에 있어서의 민감도가 사용해야 할 파라미터 값에 있어서 소정의 민감도보다도 둔감해지도록, 이 사용해야 할 파라미터 값을 결정하는 것이 바람직하다. 다른 관점에서는, 스텝 S136(결정 공정)에서는, 민감도 분포에 있어서의 민감도가 사용해야 할 파라미터 값에 있어서 소정의 민감도보다도 작도록, 이 사용해야 할 파라미터 값을 결정하는 것이 바람직하다. 또 다른 관점에서는, 스텝 S136(결정 공정)에서는, 민감도 분포에 있어서의 민감도가 사용해야 할 파라미터 값에 있어서 최소가 되도록, 이 사용해야 할 파라미터 값을 결정하는 것이 바람직하다.
이하에서는, 도7a 내지 도7c를 참조하여 파라미터 값의 결정에 관한 상기한 이유를 설명한다. 도7a는, 기판(73)의 단면에서, 계측 패턴(72)과 비패턴부로부터의 반사광을 예시하는 그래프이다. 기판(73)은 제1층 L1과 제2층 L2로 구성되고, 2개의 경계면 S1과 S2를 갖는다. 경계면 S1에서, 계측 패턴(72)은 비패턴부에 대해 높이 d의 단차를 갖는다. 제1 경계면 S1에 있어서의 계측 패턴(72)으로부터의 반사광을 L1A로 하고, 비패턴부에서의 반사광을 L1B로 하고, 경계면 S2에서의 계측 패턴(72)과 비패턴부에서의 반사광을 각각 L2A, L2B로 한다. 계측부(50)에 있어서는, 반사광 L1A와 반사광 L2A의 간섭 광과, 반사광 L1B와 반사광 L2B의 간섭 광이, 각각 계측 패턴(72)으로부터의 반사광 LA와 비패턴부에서의 반사광 LB이 되어, 각각 검출된다.
도7b는, 위치 X에 대응하는 신호 강도 정보의 예를 나타낸 그래프이며, 도7a에 나타내는 패턴부에서의 반사광 LA와 비패턴부에서의 반사광 LB를 포함한다. 이 경우, 반사광 LA와 반사광 LB의 신호 강도의 차이가 작을수록, 신호 콘트라스트가 낮아져, 계측 패턴의 위치를 검출하는 것을 곤란하게 한다. 반사광 L1과 반사광 L2의 신호 강도 차이는, 계측 패턴(72)의 단차 d에 기인하는 위상차 Δ에 따라 변화하고, 위상차 Δ은 제2층 L2의 굴절률 n, 단차 d 및 파장 λ을 사용하여, 이하의 식 (5)로 표시된다.
Δ=2nd×2π/λ …(5)
식 (5)에 따르면, 계측 패턴(72)이 제2층 L2의 굴절률 n와 단차 d에 격차가 생기는 경우, 위상차 Δ이 변화한다. 전술한 것과 같이, 위상차 Δ의 변화는 신호 콘트라스트의 변화를 초래한다. 이 변화에 따라, 계측 오차가 발생해서 계측 정밀도가 저하할 우려가 있다.
이 경우, 식 (식)에 나타낸 것과 같이, 중심 파장의 변화는 위상차 Δ의 격차에 해당하기 때문에, 중심 파장의 변화에 대한 계측값의 변화를 나타내는 민감도는 위상차 격차에 대한 계측값 격차에 해당한다. 이 때문에, 본 실시형태의 스텝 S136에 있어서는, 중심 파장의 변화에 대한 계측값의 변화를 나타내는 민감도가 작은 파라미터 값을 선택함으로써, 프로세스 변화에 따른 계측 오차를 저감할 수 있다.
도7c는 신호 강도 정보의 일례를 도시한 그래프이다. 이 경우, 파형 평가값 정보는, 검출부(75)로부터의 출력에 근거하여 생성되는 신호 파형의 품질을 나타내는 지표를 의미한다. 파형 평가값 정보의 일례는, 계측 패턴의 신호 파형의 비대칭성을 정량화하여 얻어진 값이다. 예를 들면, 도7a을 참조하여, 신호 파형의 좌측 구간에 있어서의 신호 강도의 최대값 및 최소값을 각각 TL 및 BL로 하고, 우측 구간에 있어서의 신호 강도의 최대값 및 최소값을 TR 및 BR로 하고, 신호 파형의 중앙부의 신호 강도를 각각 ML 및 MR로 한다. 이하의 식 (6)에 나타낸 것과 같이, 신호 파형의 좌측 구간과 우측 구간의 비대칭성 ES를 스텝 S134에서 계측값으로서 구해도 된다.
ES=(TL-BL)/(TL+BL)-(TR-BR)/(TR+BR) …(6)
비대칭성의 산출 방법은 식 (6)에 한정되지 않는다. 예를 들면, 신호 파형의 중심 위치를 정의하고, 중심 위치에 대해 좌측 구간과 우측 구간에 있어서 각각 소정의 위치 범위의 신호 강도를 기초로, 신호 파형의 비대칭성을 정의해도 된다. 또한, 파형 평가값 정보는 비대칭성에 한정되지 않고, 이하의 식 (7)에 나타낸 것과 같이 계측 패턴의 콘트라스트를 평가해도 된다.
EC={(TL-BL)/(TL+BL)+(TR-BR)/(TR+BR)}/2 …(7)
상기한 것과 같이, 계측 패턴의 위치 정보 대신에, 파형 평가값 정보를 계측값으로서 구하고, 계측 패턴의 신호 강도 정보나 파형 평가값 정보의 민감도에 근거하여 계측 파라미터의 파라미터 값을 결정해도 된다.
이상과 같이, 제1실시형태에서는, 복수의 계측 파라미터의 각각에 관한 민감도 분포를 구하고, 그 민감도 분포에 근거하여, 이 복수의 계측 파라미터 각각에 대해서, 사용해야 할 파라미터 값이 결정된다. 이에 따라, 계측 대상을 고속이면서 고정밀도로 계측할 수 있다.
이하, 도8을 참조하여 제2실시형태에 따른 계측장치 및 계측 처리에 대해 설명한다. 제2실시형태와 제1실시형태와의 차이는, 계측 파라미터의 파라미터 값을 설정하기 위한 민감도의 산출 방법이며, 그 이외의 구성은 제1실시형태와 같다. 여기에서 언급하지 않는 사항은 제1실시형태에 따를 수 있다.
도8은, 제2실시형태에 있어서의 계측 처리의 시퀀스를 도시한 흐름도이다. 제1실시형태와 마찬가지로, 이 계측 처리는, 도1a에 나타내는 제어부(1100)가 계측장치(100)의 구성요소를 총괄적으로 제어함으로써 행해진다. 계측 처리가 개시되면, 우선, 스텝 S231에 있어서, 제어부(1100)의 제어하에서, 기판(73)과 계측부(50)의 상대 위치를 맞추는 처리가 실행될 수 있다. 스텝 S232에서는, 제어부(1100)의 제어하에서, 서로 다른 적어도 2개의 계측 파라미터의 파라미터 값의 조합을 변경하면서, 검출부(75)를 사용하여 기판(73)에 설치된 계측 패턴(72)의 화상이 복수회에 걸쳐 취득(촬상)될 수 있다. 이 처리는, 서로 다른 복수의 계측 파라미터의 파라미터 값의 조합을 변경하면서 각 조합에 대해 예비계측을 행하는 예비계측 공정의 일부로서 이해될 수 있다. 서로 다른 복수의 계측 파라미터는, 예를 들면, 파장 가변부(40)에 의해 제어될 수 있는 중심 파장과 파장 폭을 포함할 수 있다. 이하에서는, 서로 다른 복수의 계측 파라미터로서 중심 파장과 파장 폭을 선택한 경우를 설명한다. 제2실시형태에서는, 계측부(50)의 베스트 포커스 위치로부터의 기판(73)의 표면의 어긋남(디포커스)에 대한 계측값의 민감도가 고려된다. 스텝 S232는, 기판(73)을 유지하는 기판 스테이지 WS를 Z방향으로 소정의 양만큼 구동하는 동작을 포함하고, Z방향의 서로 다른 위치의 각각에서 검출부(75)에 의해 계측 패턴(72)의 화상이 취득(촬상)될 수 있다.
스텝 S233은, 임의적으로 실시될 수 있는 공정이다. 스텝 S233에서는, 제어부(1100)는, 스텝 S232에서 취득된 복수의 화상정보를 사용하여 합성 화상을 생성하는 합성 처리를 행한다. 스텝 S234에서는, 제어부(1100)는, 스텝 S232에서 취득된 화상에 근거하여 계측 패턴의 위치(계측값)를 산출하는 제1처리와, 스텝 S233에서 생성된 합성 화상에 근거하여 계측 패턴의 위치(계측값)를 산출하는 제2처리를 행한다.
스텝 S232 및 스텝 S234에 있어서의 제1처리는, 서로 다른 복수의 계측 파라미터의 파라미터 값의 조합에 대해 예비계측을 행하는 예비계측 공정으로서 이해될 수 있다. 스텝 S232는, 계측값을 얻기 위한 중간 정보로서의 화상을 계측 대상으로부터 검출하는 검출 공정으로서 이해될 수 있다. 스텝 S234에 있어서의 제1처리는, 중간 정보로서의 화상에 근거하여 계측값을 산출하는 산출 공정으로서 이해될 수 있다.
스텝 S233 및 스텝 S234에 있어서의 제2처리는, 스텝 S232에서 얻어진 중간 정보로서의 화상에 근거하여 예비계측을 행한 조합과는 다른 조합에 대해 얻어지는 계측값을 추정하는 추정 공정으로서 이해될 수 있다. 이 경우, 검출 공정에서는, 계측 대상의 화상이 중간 정보로서 검출될 수 있다. 추정 공정에서는, 중간 정보로서의 복수의 화상으로부터 합성 화상이 생성되고, 이 합성 화상에 근거하여 예비계측을 행한 조합과는 다른 조합에 대해 얻어지는 계측값이 추정될 수 있다.
스텝 S235에서는, 제어부(1100)는, 스텝 S234에서 얻어진 계측값에 근거하여, 적어도 2개의 계측 파라미터에 대해서, 파라미터 값의 변화에 대한 계측 패턴의 계측값의 변화를 나타내는 민감도의 분포인 민감도 분포를 산출할 수 있다. 파라미터 값의 변화에 대한 계측값의 변화를 나타내는 민감도 분포로서, 예를 들면, 중심 파장의 변화에 대한 계측값의 변화를 나타내는 민감도 분포 및 파장 폭의 변화에 대한 계측값의 변화를 나타내는 민감도 분포를 구해도 된다. 민감도 분포는, 적어도 2개의 계측 파라미터에 각각 대응하는 적어도 2개의 민감도를 포함한다. 민감도 분포의 산출 방법에 대해서는 나중에 상세히 설명한다.
스텝 S236에서는, 제어부(1100)는, 스텝 S235에서 산출한 민감도 분포에 근거하여, 적어도 2개의 계측 파라미터에 대해서, 파라미터 값을 결정할 수 있다. 이 스템은, 복수의 계측 파라미터의 각각에 관한 민감도 분포에 근거하여, 계측 파라미터의 각각에 대해서, 사용해야 할 파라미터 값을 결정하는 결정 공정으로서 이해될 수 있다. 이 결정 공정에 의해, 최적의 중심 파장과 최적의 파장 폭(그것의 조합)을 결정할 수 있다.
스텝 S237에서는, 제어부(1100)의 제어하에서, 검출부(75)는 스텝 S236에서 결정된 복수의 계측 파라미터의 각각의 파라미터 값에 따라 계측 패턴(72)의 화상정보를 취득할 수 있고, 이 화상정보에 근거하여 계측 패턴(72)의 위치가 계측될 수 있다. 이 스텝은, 스텝 S235(결정 공정)에서 결정된 각각 계측 파라미터의 파라미터 값에 따라 본계측을 행하는 본계측 공정으로서 이해될 수 있다.
제2실시형태에서는, 포커스 상태의 변화(디포커스의 변화)에 대한 계측값의 변화(포커스 민감도)에 대한, 계측 파라미터의 파라미터 값의 변화에 대한 민감도가 이 파라미터 값의 결정에 사용될 수 있다. 예를 들면, 포커스 상태의 변화(디포커스의 변화)에 대한 계측값의 변화(포커스 민감도)에 대한, 중심 파장의 변화에 대한 민감도(간략하게는. 중심 파장의 변화에 대한 포커스 민감도)가 파라미터 값의 결정에 사용될 수 있다. 또한, 포커스 상태의 변화(디포커스의 변화)에 대한 계측값의 변화(포커스 민감도)에 대한, 파장 폭의 변화에 대한 민감도(간략하게는, 파장 폭의 변화에 대한 포커스 민감도)가 파라미터 값의 결정에 사용될 수 있다. 기판(73)의 표면의 법선과 계측부(50)의 광축의 상대 각도 어긋남이 발생한 경우에는, 기판(73)과 계측부(50)의 상대적인 포커스 위치 변동에 따라 계측값이 변화한다. 따라서, 적어도 2개의 계측 파라미터(이 경우에는, 중심 파장 및 파장 폭)에 대해서, 포커스 민감도가 작은 파라미터 값을 선택함으로써, 계측값의 격차를 저감하여, 고정밀도의 계측을 실현하는 것이 가능해진다.
스텝 S232에 있어서는, 예를 들면, Z축 방향의 서로 다른 위치의 각각에 대해 계측 패턴의 화상이 취득될 수 있다. 스텝 S234에서는, 스텝 S232에서 취득된 화상정보, 및 스텝 S233에서 생성된 합성 화상에 대해서, 각각 계측 패턴의 위치(계측값)가 산출될 수 있다. 도9a는, 도6a와 마찬가지로, 계측 패턴의 위치(계측값)와 중심 파장의 관계를 나타내는 그래프이다. 횡축은 중심 파장을 나타내고, 종축은 계측값을 나타낸다. 파장 WL3과 WL4은, 기판을 조명하는 빛과 기판으로부터 검출되는 빛의 중심 파장을 의미한다. 도9a의 경우에서는, 도6a와 마찬가지로, 계측부(50)의 베스트 포커스와 기판(73)을 위치맞춤하고 기판(73)을 디포커스 위치와 위치맞춤한 상태에 있어서, 중심 파장의 변화에 대한 계측값의 변화가 구해지고 있다. 예를 들면, 베스트 포커스 위치 Z1과 디포커스 위치 Z2에 있어서, 중심 파장 WL4를 갖는 빛에 의한 계측 패턴(72)의 계측값을 각각 M14, M24로 한다. 마찬가지로 하여, 중심 파장 WL6를 갖는 빛에 의한 계측 패턴(72)의 계측값을 M16, M26으로 한다.
스텝 S235에서는, 적어도 2개의 계측 파라미터에 대해서, 계측 파라미터의 파라미터 값의 변화에 대한 계측 패턴의 계측값의 변화를 나타내는 민감도를 산출한다. 이 경우, 파라미터 값의 변화로서, 예를 들면, 중심 파장 및 파장 폭의 변화를 고려한다. 또한, 계측값의 변화로서, 포커스 민감도의 변화를 고려한다.
도9b는, 포커스 상태의 변화에 대한 계측 패턴(72)의 계측값의 변화(포커스 민감도)와 중심 파장의 관계를 나타내는 그래프이다. 횡축은 중심 파장을 나타내고, 종축은 도9a에 나타내는 계측값으로부터 산출되는 계측값 변화를 나타낸다. 계측값 변화 dMz4과 dMz6은 이하의 식 (8) 및 (9)로 각각 표현된다.
dMz4=M14-M24 …(8)
dMz6=M16-M26 …(9)
스텝 S236에서는, 제어부(1100)는, 스텝 S235에서 산출한 민감도 분포에 근거하여, 적어도 2개의 계측 파라미터에 대해 파라미터 값을 각각 결정할 수 있다. 각 계측 파라미터에 대해 포커스 민감도가 작은 파라미터 값을 선정함으로써, 예를 들면, 파라미터 값의 변동에 기인하는 계측값의 변화를 최소화하여, 고정밀도의 계측을 실현할 수 있다.
각 계측 파라미터의 파라미터 값은, 1개의 지표에 근거하여 결정하는 상기한 방법 대신에, 복수의 지표에 근거하여 결정하는 방법이 사용하여 결정할 수 있다. 예를 들면, 양쪽의 지표, 즉 제1실시형태에 있어서의 중심 파장의 변화에 대한 민감도 분포, 및 제2실시형태에 있어서의 중심 파장의 변화에 대한 포커스 민감도에 근거하여 파라미터 값이 결정되어도 된다. 복수의 지표(민감도)에 근거하여 파라미터 값을 결정함에 있어서, 각각의 민감도의 상대적인 영향을 조정하기 위해서 가중 함수를 설정해도 된다. 예를 들면, 프로세스 격차에 있어서의 파장 변화와 포커스 변화 사이의 영향도의 차이를 고려하여, 상기 2개의 민감도에 가중해도 된다. 이에 따라, 프로세스 격차에 따르는 파장 변화와 포커스 변화에 대한 계측값 변화(계측 오차)를 억제할 수 있다.
상기에서는, 기판(73) 위의 한개의 계측 패턴(72)을 사용한 민감도의 산출에 대해 설명하였다. 그러나, 복수의 다른 위치에 형성된 계측 패턴(72)을 사용해서 민감도를 산출해도 된다. 예를 들면, 도10a에 나타낸 것과 같이, 기판(73) 위에 형성된 복수의 계측 패턴 72a와 72b의 화상을 검출하고, 취득한 화상정보에 근거하여 계측값을 산출함으로써, 파장 민감도와 포커스 민감도를 구해도 된다. 도10b에 나타낸 것과 같이, 계측 패턴 72a와 72b에 대응하는 민감도 Sa와 Sb를 구해도 된다.
2개 이상의 파라미터 값의 후보로부터 계측 파라미터의 파라미터 값을 결정할 때에는, 같은 파장에 있어서의 민감도 Sa와 Sb의 평균값 또는 격차에 근거하여, 기판 위의 복수의 계측 패턴을 계측하는 경우에 생기는 오차가 최소가 되도록, 계측 파라미터를 결정하는 것이 바람직하다. 이와 같은 조작에 의해, 예를 들면, 기판(73)의 막 두께 격차에 기인해서 기판(73) 위의 위치에 대응하는 계측 오차를 최소화해도 된다.
또한, 계측부(50)가 사용하는 빛의 파장, σ값 및 편광 등의 계측 파라미터의 각각에 대해 가중을 행해도 된다. 일례로서, 취득한 계측값에 근거하여 파장 민감도 분포를 산출한 후, 도10c에 나타낸 것과 같은 파장마다의 가중 함수 W1을 사용하여 도10b에 나타내는 민감도 분포를 적산할 수 있다. 가중의 구체 예로서는, 계측 패턴(72)의 파장에 따른 신호 콘트라스트의 변화, 및 σ 값의 차이에 따르는 계측 정밀도나 계측 시간의 차이를 들 수 있다. 이에 따라, 계측 패턴(72)에 대해 취득한 계측값에 대하여 소정의 가중을 부가해서 민감도를 산출함으로써, 계측 정밀도의 저하 또는 계측 시간의 증대를 억제할 수 있다.
이하, 제3실시형태에 따른 계측장치에 대해 설명한다. 여기에서 언급하지 않는 사항은 제1실시형태에 따를 수 있다. 도11a 내지 도11c를 참조하여, 기판(73) 위의 다른 층에 형성된 복수의 계측 패턴의 상대 위치를 계측하는 오버레이 계측장치(오버레이 검사장치)에 대해 설명한다.
도11a는, 도1b에 나타내는 검출부(75)의 검출면 위에 결상된 계측 패턴(72)의 상을 예시하는 도면이다. 계측 패턴(72)은, 각각 다른 층에 형성된 제1패턴 군 P1과 제2패턴 군 P2를 포함할 수 있다. 검출부(75)는, X 및 Y방향으로 복수의 화소를 갖는 2차원 촬상 소자를 포함할 수 있다. 제어부(1100)는, 검출부(75)로부터의 출력에 근거하여, 제1패턴 군 P1과 제2패턴 군 P2를 각각 나타내는 신호 파형을 생성할 수 있다.
도11b는, 도11a에 나타낸 검출부(75)의 출력에 근거하여 생성되는 신호 파형의 일례로서, 도11a의 Y방향으로 검출부(75)의 각 화소에 대한 패턴의 신호 강도를 적산함으로써 생성된 신호 파형 SW를 나타내고 있다. 검출부(75)의 각 화소에 대한 신호 강도를 적산함에 있어서, 패턴의 치수 정보에 근거하여, 적산해야 할 화소 수가 설정되는 것이 바람직하다. 도11b에 나타내는 파형 S1과 파형 S2는, 신호 파형 SW에 있어서의 제1패턴 군 P1과 제2패턴 군 P2의 신호 강도의 변화를 의미한다. 또한, 계측값 X1과 계측값 X2는 각각, 제어부(1100)에 의해 파형 S1과 파형 S2에 근거하여 각각 산출된 제1패턴 군 P1과 제2패턴 군 P2의 중심 위치에 해당한다. 예를 들면, 계측값 X1과 계측값 X2의 차이를 계산함으로써, X방향에 있어서의 제1패턴 군 P1과 제2패턴 군 P2의 상대 위치 어긋남이 산출된다. Y방향의 상대 위치 어긋남을 산출시에, Y방향을 따라 기판에 형성된 복수의 패턴으로 구성되는 제1패턴 군과 제2패턴 군을 사용할 수 있으며, 이때 각 패턴의 길이 방향이 X방향과 일치한다. 그후, X방향에 대해 각 화소에 대한 패턴의 신호 강도를 적산함으로써 신호 파형을 생성하고, X방향의 상대 위치 어긋남과 마찬가지로, 각 패턴 군 사이의 계측값의 차분으로부터 상대 위치 어긋남이 산출된다.
도11c는, 계측 파라미터를 결정하는 계측 처리의 시퀀스를 도시한 흐름도이다. 도1a에 나타내는 제어부(1100)가 계측장치(100)의 구성요소를 총괄적으로 제어함으로써 계측 처리를 행한다. 계측 처리가 개시되면, 우선, 스텝 S331에 있어서, 기판(73)과 계측부(50)의 상대 위치를 맞추는 처리가 실행된다. 이 경우, 도11a에 나타낸 것과 같이, 제1패턴 군 P1과 제2패턴 군 P2의 양쪽이 검출부(75)에 대해 위치맞춤된다. 스텝 S332에서는, 서로 다른 적어도 2개의 계측 파라미터의 파라미터 값의 조합을 변경하면서, 검출부(75)가 기판(73)에 설치된 제1패턴 군 P1 및 제2패턴 군 P2의 화상을 복수회에 걸쳐 취득할 수 있다. 이 처리는 스텝 S132 또는 S232와 마찬가지로 행할 수 있다. 스텝 S333에서는, 제어부(1100)는, 스텝 S332에서 취득된 복수의 화상정보를 사용하여 합성 화상을 생성하는 합성 처리를 행한다. 스텝 S334에서는, 제어부(1100)는, 스텝 S332에서 취득된 화상정보와 스텝 S333에서 생성된 합성 화상에 대해서, 제1패턴 군 P1 및 제2패턴 군 P2의 위치(계측값)를 산출한다. 스텝 S335에서는, 제어부(1100)는, 적어도 2개의 계측 파라미터에 대해서, 파라미터 값의 변화에 대한 제1패턴 군 P1 및 제2패턴 군 P2의 계측값의 민감도를 산출한다.
스텝 S336에서는, 제어부(1100)는, 스텝 S335에서 산출한 민감도 분포에 근거하여, 적어도 2개의 계측 파라미터에 대해 파라미터 값을 결정한다. 스텝 S337에서는, 검출부(75)는 제어부(1100)의 제어하에서 스텝 S336에서 결정된 복수의 계측 파라미터의 파라미터 값에 따라 제1패턴 군 P1 및 제2패턴 군 P2의 화상정보를 취득한다. 이 화상정보에 근거하여 제1패턴 군 P1 및 제2패턴 군 P2의 위치가 계측될 수 있다.
기판(73) 위의 다른 층에 형성된 제1패턴 군 P1과 제2패턴 군 P2의 위치 계측방법에 대해 예시적으로 설명한다. 기판(73)과 계측부(50)의 위치맞춤에 관해서는 2개의 방법이 있다. 제1 방법에서는, 제1패턴 군 P1과 제2패턴 군 P2의 각각을 개별적으로 계측부(50)의 베스트 포커스 위치에 위치맞춤하고, 제1패턴 군 P1과 제2패턴 군 P2의 위치가 각각 계측된다. 제2 방법에서는, 어떤 포커스 위치에 기판(73)과 검출부(75)를 위치맞춤한 상태에서, 제1패턴 군 P1과 제2패턴 군 P2의 위치가 계측될 수 있다.
제1 방법을 사용시에, 스텝 S335에서는, 제1패턴 군 P1과 제2패턴 군 P2의 베스트 포커스 위치를 기준으로 하여, 제1실시형태, 제2실시형태 등에 따라 민감도 분포가 구해진다. 제2 방법을 사용시에, 스텝 S335에 있어서는, 공통의 포커스 위치를 기준으로 하여, 제1실시형태, 제2실시형태 등에 따라 민감도 분포가 구해질 수 있다. 공통의 포커스 위치는, 제1 및 제2 패턴 군 P1 및 P2 각각으로부터의 검출 신호의 강도와 품질에 근거하여 결정될 수 있다.
이상과 같이, 제3실시형태에 있어서는, 서로 다른 적어도 2개의 계측 파라미터의 파라미터 값의 조합을 변경하면서. 기판(73)의 서로 다른 층에 형성된 복수의 계측 패턴의 위치가 계측된다. 그후, 이 조작에 의해 얻어진 계측값에 근거하여 민감도 분포가 산출된다. 그후, 이 민감도 분포에 근거하여 적어도 2개의 계측 파라미터의 파라미터 값이 결정된다. 이에 따라, 파장 변화 또는 포커스 변화 등의 파라미터 값의 변화에 대해 계측값 변화가 작은 파라미터 값을 선정함으로써, 오버레이 계측에 있어서의 오차를 저감하여, 고정밀도의 중첩을 실현할 수 있다. 본 실시형태에서는, 기판 위의 패턴의 중첩 오차를 고속이면서 고정밀도로 계측가능한 오버레이 검사장치를 제공할 수 있다.
이하, 제4실시형태에 따른, 기판 위에 형성된 계측 패턴의 특성 변화를 계측하는 계측장치(계측 패턴 모니터)에 대해 설명한다. 여기에서 언급하지 않는 사항은 제1실시형태에 따를 수 있다. 제4실시형태로서, 도12를 참조하면서, 제4실시형태에 따른 계측장치 및 계측 처리에 대해 설명한다. 제4실시형태와 제1실시형태와의 차이는, 계측 파라미터의 파라미터 값을 결정하는 방법이다.
먼저, 계측 패턴의 특성 변화를 계측하는 계측장치(계측 패턴 모니터)에 대해 설명한다. 기판의 가열이나 성막 등의 처리 공정에 있어서 기판이 변형되거나 구조/특성의 변화가 생겼다고 가정한다. 이 경우에는, 취득되는 계측 패턴의 신호 강도 정보가 변화함으로써, 기판의 위치맞춤 정밀도나 기판 위의 패턴의 중첩 정밀도가 악화된다. 따라서, 계측장치를 사용해서 계측 패턴의 특성을 계측(모니터)함으로써, 각 처리 공정에서의 이상의 유무를 검지하여, 계측 패턴의 특성 변화의 원인이 되는 처리장치를 특정한다. 이에 따라, 예를 들면, 처리장치의 캘리브레이션이나 설정 조건의 변경, 또는 계측 패턴의 구조나 처리 공정의 재검토를 행함으로써, 기판의 위치맞춤 정밀도 저하나 패턴의 중첩 정밀도 악화에 따르는 불량품의 발생을 절감할 수 있다.
도12는, 제4실시형태에 따른 계측 처리의 시퀀스를 도시한 흐름도이다. 스텝 S431 내지 S435는, 도4에 나타내는 스텝 S131 내지 S135와 같기 때문에, 여기에서는 설명을 생략한다.
이어서, 스텝 S436(결정 공정)에 있어서의 계측 파라미터의 파라미터 값의 결정 방법에 대해 설명한다. 스텝 S436에 있어서는, 스텝 S435에서 산출한 민감도 분포에 근거하여, 사용해야 할 파라미터 값을 결정한다. 스텝 S436에 있어서의 판단 기준으로서, 높은 민감도를 나타내는 파라미터 값을 선정하는 것이 바람직하다. 다른 관점에서는, 스텝 S436(결정 공정)에서는, 민감도 분포에 있어서의 민감도가 사용해야 할 파라미터 값에 있어서 소정의 민감도보다도 더 민감해지도록, 이 사용해야 할 파라미터 값을 결정하는 것이 바람직하다. 다른 관점에서는, 스텝 S436(결정 공정)에서는, 민감도 분포에 있어서의 민감도가 사용해야 할 파라미터 값에 있어서 소정의 민감도보다도 커지도록, 이 사용해야 할 파라미터 값을 결정하는 것이 바람직하다. 또 다른 관점에서는, 스텝 S436(결정 공정)에서는, 민감도 분포에 있어서의 민감도가 사용해야 할 파라미터 값에 있어서 최대가 되도록, 이 사용해야 할 파라미터 값을 결정하는 것이 바람직하다.
이때, 복수의 계측 패턴에 대해 계측 처리를 실행함에 있어서, 제2실시형태에서 도10b를 참조하여 설명한 것 같이, 복수의 계측 패턴의 각각의 민감도를 구한다. 예를 들면, 같은 파장에 있어서의 민감도 Sa와 Sb의 평균값 또는 격차에 근거하여, 기판 위의 복수의 계측 패턴을 계측하는 경우에 생기는 오차가 최대가 되도록, 계측 파라미터를 결정하는 것이 바람직하다. 이와 같은 조작에 따라, 예를 들면, 기판(73)의 막 두께 격차에 기인해서 기판(73) 위의 위치에 따른 계측 오차를 최대화해도 된다.
이하에서는, 파라미터 값의 결정에 관한 상기한 이유를 설명한다. 제1실시형태의 스텝 S136에 있어서는, 프로세스 변화에 따르는 계측 오차를 저감시킬 목적으로, 중심 파장의 변화에 대한 계측값의 변화를 나타내는 민감도가 작은 파라미터 값을 선정하였다. 한편, 본 실시형태에 따른 계측장치(계측 패턴 모니터)에 있어서는, 프로세스 변화에 따르는 계측값의 변화를 고정밀도로 검지할 필요가 있다. 이 때문에, 중심 파장의 변화에 대한 계측값의 변화를 나타내는 민감도가 높은 파라미터 값을 선정함으로써, 높은 정밀도로 프로세스 변화를 검지할 수 있다.
스텝 S437에서는, 검출부(75)는, 제어부(1100)의 제어하에서, 스텝 S436에서 결정된 복수의 계측 파라미터의 각각의 파라미터 값에 따라 계측 패턴(72)의 화상정보를 취득하고, 이 화상정보에 근거하여 계측 패턴(72)의 특성 정보가 계측될 수 있다. 이 스텝은, 스텝 S436(결정 공정)에서 결정된 복수의 계측 파라미터의 각각의 파라미터 값에 따라 본계측을 행하는 본계측 공정으로서 이해될 수 있다. 계측 패턴(72)의 특성 정보의 예로서, 계측 패턴(72)의 위치, 신호 강도 정보 및 파형 평가값 정보를 들 수 있다.
스텝 S438에서는, 스텝 S437에서 취득한 계측 패턴(72)의 특성 정보를 참조 정보와 비교하여, 계측 패턴의 특성 정보의 변화량을 구한다. 참조 정보의 예로서는, 미리 취득된 계측 패턴(72)의 특성 정보와 설계값 정보와, 시뮬레이션 결과를 들 수 있다.
이상과 같이, 제4실시형태에서는, 계측 파라미터의 각각에 관한 민감도 분포를 구하고, 이 민감도 분포에 근거하여, 복수의 계측 파라미터의 각각에 대해서, 사용해야 할 파라미터 값이 결정된다. 이에 따라, 본 실시형태에 따른 계측장치(계측 패턴 모니터)에 있어서는, 계측 파라미터의 물성정보에 있어서의 변화를 고속이면서 고정밀도로 계측할 수 있다.
이하, 상기한 계측장치를 포함하는 리소그래피 장치에 대해 설명한다. 리소그래피 장치는, 예를 들면, 노광장치, 임프린트 장치 또는 전자빔 묘화장치일 수 있다. 도13은, 리소그래피 장치의 일례로서의 노광장치 EXA의 구성을 도시한 개략도다. 노광장치 EXA는, 반도체 소자 또는 액정 표시 소자 등의 물품 또는 디바이스의 제조 공정인 리소그래피 공정에 사용되고, 기판(83)에 패턴을 형성하는 리소그래피 장치다. 노광장치 EXA는, 원판인 레티클(31)을 거쳐 기판(83)을 노광하여, 레티클(31)의 패턴을 기판(83)에 전사한다. 노광장치 EXA는, 본 실시형태에서는, 스텝-앤드-스캔 방식을 채용하고 있지만, 스텝-앤드-리피트 방식, 또는 기타 노광 방식을 채용하는 것도 가능하다.
도13에 나타낸 것과 같이, 노광장치 EXA는, 조명 광학계(801)와, 레티클(31)을 유지하는 레티클 스테이지 RS와, 투영 광학계(32)와, 기판(83)을 유지하는 기판 스테이지 WS와, 위치 계측장치(550)와, 제어부(1200)를 갖는다.
조명 광학계(801)는, 광원부(800)로부터의 빛을 사용하여, 피조명면을 조명하는 광학계다. 광원부(800)는, 예를 들면, 레이저를 포함한다. 레이저는, 파장 약 193nm의 ArF 엑시머 레이저, 파장 약 248nm의 KrF 엑시머 레이저 등을 포함하지만, 광원의 종류를 엑시머 레이저에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 광원부(800)는, 광원으로서, 파장 약 157nm의 F2 레이저나 파장 20nm 이하의 EUV(Extreme Ultraviolet)을 사용해도 된다.
본 실시형태에서는, 조명 광학계(801)는, 광원부(800)로부터의 빛을 노광에 최적인 소정의 형상을 갖는 슬릿 광으로 성형하여, 레티클(31)을 조명한다. 조명 광학계(801)는, 레티클(31)을 균일하게 조명하는 기능과 편광조명하는 기능을 갖는다. 조명 광학계(801)는, 예를 들면, 렌즈, 미러, 옵티컬 인테그레이터, 조리개 등을 포함하고, 콘덴서 렌즈, 플라이아이 렌즈, 개구 조리개, 콘덴서 렌즈, 슬릿, 결상 광학계의 순서로 배치함으로써 구성된다.
레티클(31)은, 예를 들면, 석영으로 구성된다. 레티클(31)에는, 기판(83)에 전사해야 할 패턴(회로 패턴)이 형성되어 있다.
레티클 스테이지 RS는, 레티클 척(미도시)을 거쳐 레티클(31)을 유지하고, 레티클 구동기구(미도시)에 접속되어 있다. 레티클 구동기구는, 리니어 모터 등을 포함하고, X축 방향, Y축 방향, Z축 방향 및 각 축 주위의 회전 방향으로 레티클 스테이지 RS를 구동함으로써, 레티클 스테이지 RS에 의해 유지된 레티클(31)을 이동시킬 수 있다. 이때, 레티클(31)의 위치가 광 사입사계의 레티클 위치 계측부(미도시)에 의해 계측되고, 레티클(31)은 레티클 스테이지 RS를 거쳐 소정의 위치에 배치된다.
투영 광학계(32)는, 물체면으로부터의 빛을 상면에 결상하는 기능을 갖는다. 투영 광학계(32)는, 본 실시형태에서는, 레티클(31)의 패턴을 통과한 빛(회절광)을 기판(83)에 투영하여, 레티클(31)의 패턴 상을 기판 위에 형성한다. 투영 광학계(32)로서, 복수의 렌즈 소자로 이루어진 광학계, 복수의 렌즈 소자와 적어도 1개의 오목면 미러를 포함하는 광학계(카타디옵트릭 광학계), 복수의 렌즈 소자와 키노폼 등의 적어도 1개의 회절 광학 소자를 포함하는 광학계 등이 사용된다.
기판(83)에는 포토레지스트가 도포되어 있다. 기판(83)은, 레티클(31)의 패턴이 전사되는 피처리물이며, 웨이퍼, 액정 기판, 그 밖의 피처리 기판 등을 포함한다.
기판 스테이지 WS는, 기판 척(미도시)을 거쳐 기판(83)을 유지하고, 기판 구동기구(미도시)에 접속된다. 기판 구동기구는, 리니어 모터 등을 포함하고, X축 방향, Y축 방향, Z축 방향 및 각 축 주위의 회전 방향으로 기판 스테이지 WS를 구동함으로써, 기판 스테이지 WS에 의해 유지된 기판(83)을 이동시킬 수 있다. 또한, 기판 스테이지 WS에는 기준 플레이트(39)가 설치되어 있다.
레티클 스테이지 RS의 위치 및 기판 스테이지 WS의 위치는, 예를 들면, 6축의 레이저 간섭계(91) 등으로 감시되고, 제어부(1200)의 제어하에 있어서, 레티클 스테이지 RS와 기판 스테이지 WS가 일정한 속도 비율로 구동된다.
제어부(1200)는, CPU, 메모리 등을 포함하는 컴퓨터(정보 처리장치)로 구성되고, 예를 들면, 기억부에 기억된 프로그램에 따라 노광장치 EXA의 각 부를 총괄적으로 제어해서 노광장치 EXA를 동작시킨다. 제어부(1200)는, 레티클(31)을 거쳐 기판(83)을 노광하여, 레티클(31)의 패턴을 기판(83)에 전사하는 노광 처리를 제어한다. 또한, 제어부(1200)는, 본 실시형태에서는, 위치 계측장치(550)에 있어서의 계측 처리와 위치 계측장치(550)에 의해 얻어진 계측값의 보정처리(연산 처리)를 제어한다. 이렇게, 제어부(1200)는 위치 계측장치(550)의 일부로서도 기능한다.
노광장치 EXA에 있어서, 레티클(31)을 통과한 빛(회절광)은 투영 광학계(32)를 거쳐 기판(83)에 투영된다. 레티클(31)과 기판(83)은 광학적으로 공역의 관계에 배치되어 있다. 레티클(31)과 기판(83)을 투영 광학계(32)의 축소 배율비의 속도비로 주사함으로써, 레티클(31)의 패턴이 기판(83)에 전사된다.
위치 계측장치(550)는, 대상물의 위치를 계측하는 계측장치다. 본 실시형태에서는, 위치 계측장치(550)는 기판(83)에 설치된 얼라인먼트 마크 등의 마크의 위치를 계측한다. 위치 계측장치(550)는 파장 가변부를 구비한다. 파장 가변부는, 파장 가변 소자와 유지 부재로 구성된다. 제어부는 구동기구(미도시)를 사용해서 X방향으로 파장 가변부를 구동한다.
도14를 참조하여, 레티클(31)을 거쳐 기판(83)을 노광하여, 레티클(31)의 패턴을 기판(83)에 전사하는 노광 처리의 시퀀스에 대해 설명한다. 노광 처리는, 상기한 것과 같이, 제어부(1200)가 노광장치 EXA의 각 부를 총괄적으로 제어함으로써 행해진다.
스텝 S101에서는, 노광장치 EXA에 기판(83)을 반입한다. 스텝 S102에서는, 형상 계측장치(미도시)에 의해 기판(83)의 표면(높이)을 검출해서 기판(83)의 전체 영역의 표면 형상을 계측한다.
스텝 S103에서는, 캘리브레이션을 행한다. 더욱 구체적으로는, 스테이지 좌표계에 있어서의 기준 플레이트(39)에 설치된 기준 마크의 설계상의 좌표 위치에 근거하여, 위치 계측장치(550)의 광축 위에 기준 마크가 위치하도록, 웨이퍼 스테이지 WS를 구동한다. 다음에, 위치 계측장치(550)의 광축에 대한 기준 마크의 위치 어긋남을 계측하고, 위치 어긋남에 근거하여, 스테이지 좌표계의 원점이 위치 계측장치(550)의 광축과 일치하도록, 스테이지 좌표계를 재설정한다. 다음에, 위치 계측장치(550)의 광축과 투영 광학계(32)의 광축 사이의 설계상의 위치 관계에 근거하여, 기준 마크가 노광 광의 광축 위에 위치하도록, 기판 스테이지 WS를 구동한다. 그리고, TTL(스루 더 렌즈) 계측계에 의해, 투영 광학계(32)를 거쳐, 노광 광의 광축에 대한 기준 마크의 위치 어긋남을 계측한다.
스텝 S104에서는, 스텝 S103에서 얻어진 캘리브레이션의 결과에 근거하여, 위치 계측장치(550)의 광축과 투영 광학계(32)의 광축 사이의 베이스라인을 결정한다. 스텝 S105에서는, 위치 계측장치(550)가 기판(83)에 설치된 마크의 위치를 계측한다.
스텝 S106에서는, 글로벌 얼라인먼트를 행한다. 더욱 구체적으로는, 스텝 S105에서 얻어진 계측 결과에 근거하여, 기판(83)의 숏 영역의 배열에 관해, 시프트, 배율 및 회전을 산출하여, 숏 영역의 배열의 규칙성을 구한다. 그리고, 숏 영역의 배열의 규칙성 및 베이스라인으로부터 보정계수를 구하고, 보정계수에 근거하여, 레티클(31)(노광 광)에 대해 기판(83)을 위치맞춤한다.
스텝 S107에서는, 레티클(31)과 기판(83)을 주사 방향(Y방향)으로 주사하면서 기판(83)을 노광한다. 이때, 형상 계측장치에 의해 계측한 기판(83)의 표면 형상에 근거하여, Z방향 및 틸트 방향으로 기판 스테이지 WS를 구동하여, 기판(83)의 표면을 투영 광학계(32)의 결상면에 대해 순차적으로 맞추는 동작도 행한다.
스텝 S108에서는, 기판(83)의 모든 숏 영역에 대한 노광이 완료하였는지 아닌지(즉, 미노광의 숏 영역이 존재하는지 아닌지)를 판정한다. 기판(83)의 모든 숏 영역에 대한 노광이 완료하지 않은 경우에는, 스텝 S107로 처리가 되돌아가, 모든 숏 영역에 대한 노광이 완료할 때까지, 스텝 S107 및 S108을 반복한다. 한편, 기판(83)의 모든 숏 영역에 대한 노광이 완료한 경우에는, 스텝 S109로 처리가 이행하여, 노광장치 EXA로부터 기판(83)을 반출한다.
본 실시형태에 있어서는, 다른 복수의 계측 파라미터 각각을 사용하여, 마크의 위치를 계측하고, 적어도 2개 이상의 계측 파라미터에 대해서, 계측 파라미터 변동에 대응하는 각각의 계측값의 민감도를 산출한다. 민감도에 근거하여, 계측에 사용할 계측 파라미터를 결정한다. 이에 따라, 위치맞춤 계측에 있어서의 오차를 저감하여, 고정밀도의 위치맞춤을 실현할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태는 기판 위의 패턴의 위치를 고속이면서 고정밀도로 계측가능한 위치 계측장치를 제공할 수 있다.
상기한 리소그래피 장치를 사용해서 물품을 제조하는 물품 제조방법에 대해 예시적으로 설명한다. 물품 제조방법은, 예를 들면, 디바이스(반도체 소자, 자기 기억매체, 액정 표시 소자 등) 등의 물품을 제조하는데 적합하다. 제조방법은, 노광장치 EXA를 사용하여, 감광제가 도포된 기판을 노광하는(패턴을 기판에 형성하는) 단계와, 노광된 기판을 현상하는(기판을 처리하는) 단계를 포함한다. 또한, 제조방법은, 다른 주지의 공정(산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 등)을 포함할 수 있다. 본 실시형태에 있어서의 물품의 제조방법은, 종래의 방법에 비해, 물품의 성능, 품질, 생산성 및 생산 코스트의 적어도 1개에 있어서 유리하다. 이때, 전술한 물품의 제조방법은, 임프린트 장치나 묘화장치 등의 리소그래피 장치를 사용해서 행해도 된다.
기타 실시형태
본 발명의 실시형태는, 본 발명의 전술한 실시형태(들)의 1개 이상의 기능을 수행하기 위해 기억매체('비일시적인 컴퓨터 판독가능한 기억매체'로서 더 상세히 언급해도 된다)에 기록된 컴퓨터 실행가능한 명령(예를 들어, 1개 이상의 프로그램)을 판독하여 실행하거나 및/또는 전술한 실시예(들)의 1개 이상의 기능을 수행하는 1개 이상의 회로(예를 들어, 주문형 반도체 회로(ASIC)를 포함하는 시스템 또는 장치의 컴퓨터나, 예를 들면, 전술한 실시형태(들)의 1개 이상의 기능을 수행하기 위해 기억매체로부터 컴퓨터 실행가능한 명령을 판독하여 실행함으로써, 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해 수행되는 방법에 의해 구현될 수도 있다. 컴퓨터는, 1개 이상의 중앙처리장치(CPU), 마이크로 처리장치(MPU) 또는 기타 회로를 구비하고, 별개의 컴퓨터들의 네트워크 또는 별개의 컴퓨터 프로세서들을 구비해도 된다. 컴퓨터 실행가능한 명령은, 예를 들어, 기억매체의 네트워크로부터 컴퓨터로 주어져도 된다. 기록매체는, 예를 들면, 1개 이상의 하드디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 분산 컴퓨팅 시스템의 스토리지, 광 디스크(콤팩트 디스크(CD), 디지털 다기능 디스크(DVD), 또는 블루레이 디스크(BD)TM 등), 플래시 메모리소자, 메모리 카드 등을 구비해도 된다.
본 발명은, 상기한 실시형태의 1개 이상의 기능을 실현하는 프로그램을, 네트워크 또는 기억매체를 개입하여 시스템 혹은 장치에 공급하고, 그 시스템 혹은 장치의 컴퓨터에 있어서 1개 이상의 프로세서가 프로그램을 읽어 실행하는 처리에서도 실행가능하다. 또한, 1개 이상의 기능을 실현하는 회로(예를 들어, ASIC)에 의해서도 실행가능하다.
예시적인 실시형태들을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 이러한 실시형태에 한정되지 않는다는 것은 자명하다. 이하의 청구범위의 보호범위는 가장 넓게 해석되어 모든 변형, 동등물 구조 및 기능을 포괄하여야 한다.

Claims (24)

  1. 서로 다른 적어도 2개의 계측 파라미터의 파라미터 값들의 조합을 변경하면서, 각 조합에 대해 예비계측을 행하는 단계와,
    상기 예비계측을 행하는 단계에서 얻어진 계측값에 근거하여, 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각에 대해 파라미터 값의 변화에 대한 계측값의 변화를 나타내는 민감도의 분포인 민감도 분포를 얻는 처리를 행하는 단계와,
    상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각에 관한 상기 민감도 분포에 근거하여 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각에 대해 사용해야 할 파라미터 값을 결정하는 단계와,
    상기 결정하는 단계에서 결정된 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각의 파라미터 값에 따라 본계측을 행하는 단계를 포함하는 계측방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 예비계측을 행하는 단계 및 상기 본계측을 행하는 단계에서는, 타겟의 위치 정보를 계측하는 계측방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 계측 파라미터는 상기 타겟을 조명하는 빛의 중심 파장 및 상기 빛의 파장 폭을 포함하는 계측방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 계측 파라미터는, 상기 타겟을 조명하는 빛의 중심 파장, 파장 폭 및 σ값, 상기 타겟을 계측하는 계측장치의 광로에 있어서의 편광 특성, 상기 광로에 배치된 ND 필터의 투과율, 상기 타겟의 위치와, 상기 타겟의 기울기 중 적어도 2개를 포함하는 계측방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 1개는 상기 타겟의 위치를 검출하는 위치 검출장치의 광로를 따른 방향에 있어서의 상기 타겟의 위치를 포함하는 계측방법.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 결정하는 단계에서는, 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각에 관한 상기 민감도 분포와, 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각에 대해 주어진 가중 함수에 근거하여, 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각에 대해 사용해야 할 파라미터 값을 결정하는 계측방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 예비계측을 행하는 단계는, 계측값을 얻기 위한 중간 정보를 계측 대상으로부터 검출하는 단계와, 상기 중간 정보에 근거하여 계측값을 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 처리를 행하는 단계는, 상기 중간 정보에 근거하여, 상기 예비계측을 행한 조합과는 다른 조합으로 얻어지는 계측값을 추정하는 단계와, 상기 추정하는 단계에서 추정된 계측값에 근거하여, 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각에 대해 상기 민감도 분포를 얻는 산출을 행하는 단계를 포함하는 계측방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 검출하는 단계에서는, 상기 계측 대상의 화상을 상기 중간 정보로서 검출하고,
    상기 추정하는 단계에서는, 상기 중간 정보로서 복수의 화상으로부터 합성 화상을 생성하고, 상기 합성 화상에 근거하여, 상기 예비계측을 행한 조합과는 다른 조합으로 얻어지는 계측값을 추정하는 계측방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 결정하는 단계에서는, 상기 민감도 분포에 있어서의 민감도가 상기 사용해야 할 파라미터 값에 있어서 소정의 민감도보다도 둔감해지도록, 상기 사용해야 할 파라미터 값을 결정하는 계측방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 결정하는 단계에서는, 상기 민감도 분포에 있어서의 민감도가 상기 사용해야 할 파라미터 값에 있어서 소정의 민감도보다도 작아지도록, 상기 사용해야 할 파라미터 값을 결정하는 계측방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 결정하는 단계에서는, 상기 민감도 분포에 있어서의 민감도가 상기 사용해야 할 파라미터 값에 있어서 최소가 되도록, 상기 사용해야 할 파라미터 값을 결정하는 계측방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 예비계측을 행하는 단계 및 상기 본계측을 행하는 단계에서는, 타겟의 신호 강도 정보 또는 파형 평가값 정보를 계측하는 계측방법.
  13. 제 2항에 있어서,
    상기 결정하는 단계에서는, 복수의 상기 타겟의 각각에 관한 상기 민감도 분포에 근거하여, 상기 민감도 분포의 평균값과 격차 중 적어도 한개를 산출하고, 상기 민감도 분포의 상기 평균값과 상기 격차 중 적어도 한개의 민감도에 근거하여, 상기 사용해야 할 파라미터 값을 결정하는 계측방법.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 결정하는 단계에서는, 상기 민감도 분포에 있어서의 민감도가 상기 사용해야 할 파라미터 값에 있어서 소정의 민감도보다도 더 민감해지도록, 상기 사용해야 할 파라미터 값을 결정하는 계측방법.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 결정하는 단계에서는, 상기 민감도 분포에 있어서의 민감도가 상기 사용해야 할 파라미터 값에 있어서 소정의 민감도보다도 커지도록, 상기 사용해야 할 파라미터 값을 결정하는 계측방법.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 결정하는 단계에서는, 상기 민감도 분포에 있어서의 민감도가 상기 사용해야 할 파라미터 값에 있어서 최대가 되도록, 상기 사용해야 할 파라미터 값을 결정하는 계측방법.
  17. 청구항 1 내지 16 중 어느 한 항에 기재된 계측방법에 따라 기판 위의 마크의 위치를 계측하고, 상기 마크의 위치에 근거하여 상기 기판에 패턴을 전사하는 단계와,
    상기 패턴이 전사된 상기 기판을 처리함으로써 물품을 얻는 단계를 포함하는 물품 제조방법.
  18. 계측부 및 제어부를 구비한 계측장치로서,
    상기 제어부는, 서로 다른 적어도 2개의 계측 파라미터의 파라미터 값의 조합을 변경하면서, 복수회에 걸쳐 예비계측을 행하도록 상기 계측부를 제어하고, 상기 예비계측에 의해 얻어진 계측값에 근거하여 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각에 대해서 파라미터 값의 변화에 대한 계측값의 변화를 나타내는 민감도의 분포인 민감도 분포를 얻고, 상기 민감도 분포에 근거하여, 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각에 대해서 사용해야 할 파라미터 값을 결정하고, 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각의 결정된 파라미터 값에 따라 본계측을 행하도록 상기 계측부를 제어하는 계측장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    계측 대상을 조명하는 빛의 파장을 변경하도록 구성된 파장 가변부를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 적어도 2개의 계측 파라미터의 각각에 대해 결정된 파라미터 값에 근거하여 상기 파장 가변부를 제어하는 계측장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 파장 가변부는, 소정 방향을 따라 투과 파장이 변화하는 파장 가변 소자와, 상기 파장 가변 소자를 구동하도록 구성된 구동기구를 구비한 계측장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 파장 가변부는 계측 대상을 조명하는 빛의 중심 파장 및 파장 폭을 변경하도록 구성되고,
    상기 적어도 2개의 계측 파라미터는 상기 중심 파장 및 상기 파장 폭을 포함하는 계측장치.
  22. 제 18항에 있어서,
    상기 계측부는 타겟의 위치 정보를 계측하는 계측장치.
  23. 기판에 설치된 마크의 위치를 계측하도록 구성된 청구항 18 내지 22 중 어느 한 항에 기재된 계측장치와,
    상기 계측장치에 의해 계측된 상기 마크의 위치에 근거하여 상기 기판을 위치결정하도록 구성된 위치결정 기구를 구비하고,
    상기 기판의 패턴을 전사하도록 구성된 리소그래피 장치.
  24. 청구항 23에 기재된 리소그래피 장치를 사용해서 기판에 패턴을 전사하는 단계와,
    상기 패턴이 전사된 상기 기판을 처리함으로써 물품을 얻는 단계를 포함하는 물품 제조방법.
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