(57)【要約】【課題】レジスト内の格子の線−幅のＣＤ及び側壁−角度の改善された、すなわちノイズが少ないスキャトロメータのエリプソメトリック機能を提供する。【解決手段】システムは、基板上の格子の特性を測定するために、基板から回折すると２つの別個の偏光ビームを測定するように構成される。２つのビームの他方に対する２つの直交偏光放射ビームの一方の位相を変化させるために、直線偏光光源が固定リターダを介して渡される。２つの放射ビームの相対的位相と、検出器で測定されるビームの別のフィーチャと、によって基板表面の特性がもたらされる。格子と、放射ビームの初期直線偏光と、は互いに非直交の角度をなす。【選択図】図２０
2013522610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の格子の特性を測定する方法であって、
直線偏光する放射ビームを提供するステップと、
入射角と方位角の範囲で放射ビームを格子から反射させるステップと、
前記直線ビームに位相シフトを導入することにより、前記ビームの楕円に対する偏光を変更するステップと、
前記反射した放射ビームを第１及び第２の直交偏光サブビームに分割するステップと、
前記第１のサブビームの位相を前記第２のサブビームに対して一定量だけずらすステップと、
両方のサブビームの角度分解スペクトルを同時に検出するステップと、
を含み、
前記格子と、前記放射ビームの初期の直線偏光と、は互いに非直交の角度をなす、方法。
【請求項２】
前記格子と前記放射ビームの初期の直線偏光との間の前記角度は、４５°、１３５°、２２５°、又は３１５°の範囲内にある、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記放射ビームの前記初期直線偏光は、使用されるシステムの主軸の１つと平行であり、測定中に前記格子は、それに応じた角度で傾斜される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記格子は、使用されるシステムの前記主軸の１つと平行に位置合わせされる場合に測定され、前記放射ビームの前記初期直線偏光はこれに対して非直交角度にある、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記放射ビームの方位角（Ａ）を測定するステップと、
前記第１及び第２のサブビームの強度（ｍ）を検出するステップと、
前記方位角（Ａ）及び前記強度（ｍ）から前記第１及び第２のサブビームの反射率（Ｒｐ、Ｒｓ）を導出するステップと、
前記２つのサブビームの２つの偏光方向間の角度（Ｐ）を評価するステップと、
前記２つのサブビームの２つの偏光方向間の角度（Ｐ）の所定のモデルの変化の結果から前記基板表面の特性を判定するステップと、
をさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１及び第２のサブビームの反射率（Ｒｐ，Ｒｓ）は、以下の方程式、
ｍ＝０．５（Ｒｐ２＋Ｒｓ２）＋０．５ｃｏｓ（２Ａ）（Ｒｐ２−Ｒｓ２）
から導出され、
前記２つのサブビームの２つの偏光方向間の角度（Ψ）は、以下の方程式、
ｔａｎΨ＝Ｒｐ／Ｒｓ
を用いて評価される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記位相は、４分の１波長板によってずらされ、前記方法は、正確な位相シフトを判定するステップをさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記放射ビームの方位角（Ａ）を測定するステップと、
前記基板表面から反射する前に、前記２つのサブビーム間の前記位相シフトの値（δ）を判定するステップと、
前記２つのサブビームの強度間の差（ｄ）を計算するステップと、
前記サブビームの反射後の偏光方向間の位相差（Δ）を導出するステップと、
前記２つのサブビームの前記２つの偏光方向間の位相差（Δ）の所定のモデルから、変化による前記基板表面の特性を判定するステップと、
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記位相シフトの値（δ）を判定するステップは、
前記第１のサブビームの前記位相シフトの値（δ）を推定するステップと、
各サブビーム間の強度（Ｉ）の差（ｄ）、前記２つのサブビームの反射率（Ｒｐ，Ｒｓ）間の位相差（Δ）及び前記推定された位相シフト（δ）から前記サブビームの検出された像のｄの値をピクセル毎に計算するステップと、
最適化計算を行って、前記計算されたｄの値に基づいてδの正しい値を決定するステップと、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ｄの値が、下記の方程式、
ｄ＝Ｉｙ−Ｉｘ
を用いて計算される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のサブビームの前記位相シフトの前記推定値は１．５ラジアンである、請求項８、９、又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
基板上の格子の特性を測定する検査装置であって、
直線偏光を有する放射ビームを供給する放射源と、
前記放射ビームが前記基板から反射するように、入射角と方位角の範囲で基板上に前記放射ビームを合焦させる光学要素と、
前記放射ビームを異なる２つの偏光方向に偏光させる偏光デバイスと、
前記反射した放射ビームに固定位相シフトを与えるように、第１の偏光方向を所定の量だけ遅れさせる固定移相器と、
前記放射ビームの前記２つの偏光方向の角度分解スペクトルを同時に検出する検出器システムと、
を備え、
前記装置は、特に、前記格子と前記放射ビームの前記初期直線偏光とが互いに非直交の角度をなす場合に前記測定を行う、装置。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれか一項の方法を実行する、請求項１２に記載の検査装置。
【請求項１４】
リソグラフィ装置を制御するコンピュータ機器で実行されると、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法を前記リソグラフィ装置に実行させる命令コードを含む、コンピュータ読取可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
[0001]  本願は、２０１０年３月１８日に出願され、参照により全体を本明細書に組み込むものとする米国仮出願第６１／３１５，１６２号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、例えばリソグラフィ技術によるデバイス製造に使用可能な検査方法、及びリソグラフィ技術を使用したデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0002]  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）の製造に使用することができる。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、順次パターンが与えら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。既知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。
【０００４】
[0003]  リソグラフィプロセスをモニタするため、例えば、パターニングされた基板内、又は基板上に形成される連続層間のオーバーレイ誤差などの、パターニングされた基板のパラメータを測定することが望ましい。リソグラフィプロセスで形成される微細構造を測定するには、走査型電子顕微鏡及び様々な専用ツールの使用を含む様々な技術がある。専用のインスペクションツールの一形態は、放射ビームが基板の表面上のターゲットに誘導され、散乱又は反射するビームの特性が測定されるスキャトロメータである。ビームが基板によって反射、又は散乱された前と後のビームの特性を比較することによって、基板の特性を判定し得る。これは例えば、反射したビームを既知の基板特性に関連する既知の測定値のライブラリに保存されたデータと比較することによって行ってもよい。主要な２つのタイプのスキャトロメータが知られている。分光スキャトロメータは、広帯域放射ビームを基板上に誘導し、特定の狭い角度範囲に散乱する放射のスペクトル（波長の関数としての強度）を測定する。角度分解スキャトロメータは、単色放射ビームを使用し、散乱する放射の強度を角度の関数として測定する。
【０００５】
[0004]  スキャトロメトリは比較的迅速に表面を分析する形態であるが、散乱する放射強度のみを測定することは異なる方向に偏光する放射の異なる挙動を考慮に入れないことがあるため、最も精密な測定ではないことがある。例えば、測定される基板オブジェクトが１つの偏光方向に位置合わせされた格子の形態である場合は、その方向に偏光する放射は直交方向に偏光する放射とは全く異なる態様で散乱する。偏光方向を考慮に入れるため、直交偏光ビームのある特定のパラメータを測定可能なエリプソメトリックシステムが想定されてきた。
【０００６】
[0005]  エリプソメトリは一般に、照明ビーム内の強度変化を測定するだけではなく、散乱光の偏光状態を測定する。エリプソメトリは２つのパラメータ、すなわち異なる２つの偏光ビーム間の位相差（Δ）、及び２つの偏光ビームの振幅比（ｔａｎΨ）を測定する。これらの２つのパラメータによって、純粋に偏光したビームのどのような偏光状態も記述し得る。
【０００７】
[0006]  特に、入射ビームがｓ偏光とｐ偏光の両方を有する場合は、反射ビームは反射率ＲｐとＲｓとを有する。Δ（デルタ）は下記の方程式（１）に示すように反射率ＲｐとＲｓとの位相差である。２つの偏光方向（又は方位）間の角度はΨであり、そのためΨとＲｐ及びＲｓとの関係は下記の方程式（２）の通りである。
【０００８】
[0007]
Δ＝ａｒｇ（Ｒｐ−Ｒｓ）                                （１）
ｔａｎΨ＝Ｒｐ／Ｒｓ                                    （２）
【０００９】
[0008]  エリプソメトリックデルタ及びプサイの背景は、例えばＡｚｚａｍ及びＢａｓｈａｒａ共著の「Ellipsometry and Polarized Light」などの多くのテキストに記載されている。
【００１０】
[0009]  エリプソメトリ技術をスキャトロメトリに拡張することは、ＷＯ２００９１１５３４２号（adjustable retarder）などの特許出願、及び内部参照番号Ｐ−２８９３．０００−ＵＳ（fixed retarder）で出願されている本願の出願人による米国特許出願に既に説明されている。これらの文献は両方とも参照により本明細書に組み込むものとする。これらの提案では、計器のｘ軸に対する２つの直線偏光入力ビームＴＭ及びＴＥの選択がなされている。この光線は、複数の方位角と複数の入射角とが生成される試験中の格子上に高ＮＡ対物レンズで投影される。反射した後、光線は瞳のｘ軸とｙ軸の近傍でほぼ直線偏光状態に留まる。しかし４５°にある瞳面の対角上では、ビームは主として反射によるエリプソメトリックデルタ、さらには対物レンズの位相差によって楕円になる。
【００１１】
[0010]  さらに、ＵＳ７３６９２２４号は、基板上に形成された周期性を有するレジスト層を直線偏光で露光するプロセスを含む所与のパターン形成プロセスによって形成されるパターンを照明する照明手段と、直線偏光の振動面とパターンの反復方向とが互いに斜めになるように基板の方向を設定する設定手段と、直線偏光の振動面と垂直な振動面を有する偏光成分をパターンからの鏡面反射光から抽出する抽出手段と、抽出された光線に基づいて基板表面の像を形成する像形成手段と、を備える表面検査装置を開示している。パターン形成プロセスでのパターン形成条件は、像形成手段によって形成される基板表面の像の光強度に基づいて規定される。しかし、このようなデバイスは方位角と入射角の双方が固定角度を有しており、選択される角度はデバイスの動作にとって極めて重要である。その結果、格子が計算用の一種の薄層であるかのような効果的な媒体方法を使用する必要がある。そこで２つの屈折率Ｎｘ−Ｎｙの差を利用することができる。このことはこの先行技術の弱点を表している。
【００１２】
[0011]  エリプソメトリは層の厚さとの組合せで屈折率を正確に判定する上で上記スキャトロメトリよりも有利であるが、線−幅のＣＤ（クリティカルディメンション）と側壁角度ＳＷＡとの判定によるレジスト内の格子の能力を未だに実証していない。しかし、これはＴＭとＴＥ光の両方のシミュレーションによって示すことができる。
【００１３】
[0012]  図１ａ及び図１ｂは、高さがＤ＝３＊ＣＤのシリコン上のＣＤ＝１４ｎｍ〜４６ｎｍの密な線の場合の問題点を示している。この図は、ＣＤに対して作図された、スキャトロメータのみ（ひし形の点を付した線）と、スキャトロとエリプソとの組合せ（四角形の点を付した線）と、で観察したＳＷＡとＣＤのノイズ（ｙ軸）を示している。この図から、レジスト格子の場合、及び一般にどの格子の場合も、エリプソメトリを加えることによって幅が２５ｎｍ以上の線の場合はいずれの場合も何ら改善はもたらされず、ＳＷＡ測定だけが２５ｎｍ以下のＣＤでやや改善した。
【発明の概要】
【００１４】
[0013]  レジスト内の格子の線−幅のＣＤ（クリティカルディメンション）及び側壁−角度の改善された、すなわちノイズが少ないスキャトロメータのエリプソメトリック機能を提供することが望ましい。
【００１５】
[0014]  本発明の一態様によれば、基板上の格子の特性を測定する方法であって、
直線偏光する放射ビームを提供するステップと、
入射角と方位角の範囲で放射ビームを格子から反射させるステップと、
直線ビームに位相シフトを導入することにより、ビームの楕円に対する偏光を変更するステップと、
反射した放射ビームを第１及び第２の直交偏光サブビームに分割するステップと、
第１のサブビームの位相を第２のサブビームに対して一定量だけずらすステップと、
両方のサブビームの角度分解スペクトルを同時に検出するステップと、を含み、
格子と放射ビームの初期の直線偏光とは互いに非直交の角度をなす方法が提供される。
【００１６】
[0015]  本発明の別の態様によれば、基板上の格子の特性を測定するように構成された検査装置であって、
直線偏光を有する放射ビームを供給するように構成された放射源と、
放射ビームが基板から反射するように、入射角と方位角の範囲で基板上に放射ビームを合焦させるように構成された光学要素と、
放射ビームを異なる２つの偏光方向に偏光させるように構成された偏光デバイスと、
反射した放射ビームに固定位相シフトを与えるように、第１の偏光方向を所定の量だけ遅らせるように構成された固定移相器と、
放射ビームの２つの偏光方向の角度分解スペクトルを同時に検出するように構成された検出器システムと、を備え、
装置は、格子と放射ビームの初期直線偏光とが互いに非直交の角度をなす場合に測定を行うように特に構成された装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
[0016]  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。
【図１ａ】[0017]既知の方法を使用して得られたＣＤに対して作図されたスキャトロメータとスキャトロ−エリプソの組合せで観察されたＳＷＡのノイズのグラフである。
【図１ｂ】[0018]既知の方法を使用して得られたＣＤに対して作図されたスキャトロメータとスキャトロ−エリプソの組合せで観察されたＣＤのノイズのグラフである。
【図２】[0019]図２ａ及び図２ｂは、本発明の実施形態によるリソグラフィセル又はクラスタを示す。
【図３】[0020]本発明の実施形態による第１のスキャトロメータを示す。
【図４】[0021]本発明の実施形態による第２のスキャトロメータを示す。
【図５】[0022]本発明の実施形態による検査装置を示す。
【図６】[0023]本発明の実施形態による検査装置を示す。
【図７】[0024]本発明の実施形態による放射ビームの挙動を示す。
【図８】[0025]放射ビームの偏光状態の挙動を示す。
【図９】[0026]本発明の実施形態によるエリプソメトリックデータの測定を示す。
【図１０】[0026]本発明の実施形態によるエリプソメトリックデータの測定を示す。
【図１１】[0026]本発明の実施形態によるエリプソメトリックデータの測定を示す。
【図１２】[0026]本発明の実施形態によるエリプソメトリックデータの測定を示す。
【図１３】[0027]δを判定するために使用される経験的測定を示す。
【図１４】[0027]δを判定するために使用される経験的測定を示す。
【図１５】[0027]δを判定するために使用される経験的測定を示す。
【図１６】[0027]δを判定するために使用される経験的測定を示す。
【図１７】[0027]δを判定するために使用される経験的測定を示す。
【図１８】[0027]δを判定するために使用される経験的測定を示す。
【図１９】[0028]図１９ａは格子の従来の配向を示し、図１９ｂは本発明の実施形態による格子に対して回転されるマークを示す。
【図２０】[0029]本発明の実施形態による図５又は図６に示した装置を使用した簡略化した光路を示す。
【図２１】[0030]本発明の別の実施形態による図５又は図６に示した装置を使用した簡略化した光路を示す。
【図２２ａ】[0031]本発明の実施形態による方法を使用して得られたＣＤに対して作図されたスキャトロメータとスキャトロ−エリプソの組合せで観察されたＳＷＡのノイズのグラフである。
【図２２ｂ】[0032]本発明の実施形態による方法を使用して得られたＣＤに対して作図されたスキャトロメータとスキャトロ−エリプソの組合せで観察されたＣＤのノイズのグラフである。
【図２３ａ】[0033]本発明の実施形態による方法を使用して得られたＣＤに対して作図されたスキャトロメータとスキャトロ−エリプソの組合せで観察されたＳＷＡのノイズのグラフである。
【図２３ｂ】[0034]本発明の実施形態による方法を使用して得られたＣＤに対して作図されたスキャトロメータとスキャトロ−エリプソの組合せで観察されたＣＤのノイズのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
[0035]  図２ａはリソグラフィ装置を概略的に示している。この装置は、放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射又はＥＵＶ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のポジショナＰＭに接続された支持体構造（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、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のポジショナＰＷに接続された基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴと、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）ＰＬと、を含む。
【００１９】
[0036]  照明システムは、放射の誘導、整形、又は制御を行うための、屈折、反射、磁気、電磁、静電型等の光学コンポーネント、又はその任意の組合せなどの種々のタイプの光学コンポーネントを含んでいてもよい。
【００２０】
[0037]  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。この支持構造は、パターニングデバイスを保持するために、機械的、真空、静電式等のクランプ技術を使用することができる。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。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に対して確実に所望の位置にくるようにできる。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。
【００２１】
[0038]  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与え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、放射ビームに与えられるパターンは、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、放射ビームに与えられるパターンは、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。
【００２２】
[0039]  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、小さなミラーのマトリクス配列を使用し、そのミラーは各々、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与える。
【００２３】
[0040]  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、電磁光学システム及び静電型光学システム、又はその任意の組合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。
【００２４】
[0041]  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）。
【００２５】
[0042]  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（及び／又は２つ以上のマスクテーブル）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、追加のテーブルを並行して使用するか、１つ以上の他のテーブルを露光に使用している間に１つ以上のテーブルで予備ステップを実行することができる。
【００２６】
[0043]  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周知である。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。
【００２７】
[0044]  図２ａ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ＳＯ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含むビームデリバリシステムＢＤを用いて、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。
【００２８】
[0045]  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ＩＬの瞳面における強度分布の少なくとも外側及び／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）を調整することができる。さらに、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ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。
【００２９】
[0046]  放射ビームＢは、支持体構造（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。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを横断した放射ビームＢは、投影システムＰＬを通過し、投影システムＰＬは、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のポジショナ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、２Ｄエンコーダ又は容量センサ）を用いて、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のポジショナＰＭと別の位置センサ（図２ａ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の経路に対してパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを正確に位置決めできる。一般に、支持体構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴの移動は、第１のポジショナ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）を用いて実現できる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２のポジショナＰＷの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）、支持体構造（例えば、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。パターニングデバイス（例えばマスク）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（スクライブレーンアライメントマークとして知られている）。同様に、パターニングデバイス（例えばマスク）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。
【００３０】
[0047]  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。
[0048]  １．ステップモードにおいては、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴは、基本的に静止状態に維持される一方、放射ビームに与えたパターン全体が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、単一静的露光で像が形成されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
[0049]  ２．スキャンモードにおいては、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期的にスキャンされる一方、放射ビームに与えら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）。支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＬ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Ｃ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Ｃの（スキャン方向における）高さが決まる。
[0050]  ３．別のモードでは、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ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、一般にパルス状放射源を使用して、基板テーブルＷＴ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。
【００３１】
[0051]  上述した使用モードの組合せ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。
【００３２】
[0052]  図２ｂに示すように、リソグラフィ装置ＬＡは、また、基板上で露光前及び露光後のプロセスを実行する装置を含む、リソセル又はクラスタと呼ばれることもあるリソグラフィセルＬＣの一部を形成する。従来は、これらは、レジスト層を堆積するスピンコータＳＣと、露光されたレジストを現像する現像装置ＤＥと、冷却プレートＣＨと、ベークプレートＢＫとを含む。基板ハンドラ又はロボットは入力／出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板をピックアップし、これらを異なるプロセス装置の間で移動し、リソグラフィ装置のローディングベイＬＢへと送出する。集合的にトラックと呼ばれることが多いこれらのデバイスは、これもリソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵによりリソグラフィ装置を制御する監視制御システムＳＣＳによってそれ自体が制御されるトラック制御ユニットＴＣＵによって制御される。それ故、スループット及び処理効率を最大限にするために異なる装置を動作させることができる。
【００３３】
[0053]  リソグラフィ装置によって露光される基板が適正且つ着実に露光されることを確実にするため、連続層間のオーバーレイ誤差、線の太さ、クリティカルディメンション（ＣＤ）などの特性を測定するために露光された基板を検査することが望ましい。誤差が検出された場合、特に、検査を直ちに、また十分な高速度で行い、依然として同じバッチの他の基板を露光している場合は、後続の基板の露光を調整してもよい。さらに、歩留まりを向上させるため、既に露光して基板を取り外して再加工するか、又は廃棄してもよく、それによって欠陥があることが判明している基板を露光することが避けられる。基板のあるターゲット部分だけに欠陥がある場合は、欠陥のないターゲット部分だけをさらに露光することができる。
【００３４】
[0054]  基板の特性、特に異なる基板、又は同じ基板の異なる層の特性が各層間でどのように異なっているかを判定するために検査装置が使用される。検査装置は、リソグラフィ装置ＬＡ又はリソセルＬＣ内に内蔵させてもよく、又は独立型のデバイスとしてもよい。もっとも迅速に測定できるようにするため、検査装置は露光直後に露光されたレジスト層の特性を測定することが望ましい。しかし、レジスト内の潜像のコントラストは極めて低いので、放射によって露光されたレジストの部分と放射によって露光されなかった部分との間の屈折率の相違は極めて小さく、すべての検査装置が潜像の有用な測定を行うのに十分な感度を持っているわけではない。したがって、露光した基板上で通常実行される最初のステップであり、レジストの露光された部分と露光されなかった部分との間のコントラストを高める露光後ベークステップ（ＰＥＢ）の後で測定を行ってもよい。この段階で、レジスト内の像を半潜像と呼んでもよい。また、現像したレジスト像の測定を行うこともでき、この時点で、又はエッチングなどのパターン転写ステップの後で、レジストの露光した、又は露光しなかった部分は既に除去されている。後者の場合、欠陥のある基板の再加工の可能性は制限されるが、それでも尚、有用な情報を提供し得る。
【００３５】
[0055]  図３は、本発明のある実施形態で使用されるスキャトロメータＳＭ１を示す。これは、基板Ｗ上に放射を投影する広帯域（白光）放射投影装置２を含む。反射した放射はスペクトロメータ検出器４に渡され、この検出器は鏡面反射放射のスペクトル１０（波長の関数としての強度）を測定する。このデータから、検出されたスペクトルを生ずる構造又はプロファイルは、例えば厳密結合波分析、及び非線形回帰、又は図３の下部に示すシミュレーションし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により再構築されてもよい。一般に、再構築のための構造の一般的な形態は知られており、構造が構築されたプロセスの知識から、幾つかのパラメータが想定され、構造の幾つかのパラメータだけをスキャトロメトリデータから決定するだけでよい。このようなスキャトロメータは、垂直入射スキャトロメータ、又は斜入射スキャトロメータとして構成されてもよい。
【００３６】
[0056]  本発明のある実施形態で使用し得る別のスキャトロメータＳＭ２が図４に示されている。このデバイスでは、放射源２が放出した放射は、干渉フィルタ１３、及び偏光子１７を通してレンズ系１２を使用して合焦され、部分的反射面１６によって反射され、好ましくは少なくとも０．９及びより好ましくは少なくとも０．９５である高開口数（ＮＡ）を有する顕微鏡対物レンズ１５を介して基板Ｗ上の構造３０に合焦される。液浸スキャトロメータは、１を超える開口数を有するレンズを有してもよい。次に、反射放射は、散乱スペクトルを検出させるために部分的反射面１６を通して検出器１８に透過する。スペクトルは、処理ユニットＰＵにより処理されてもよい。検出器は、レンズ系１５の焦点距離の位置にある逆投影瞳面１１内に配置されてもよいが、その代わりに、瞳面を検出器上の補助光学系（図示せず）によって再結像させてもよい。瞳面は、放射の半径位置が入射角を画定する面であり、角度位置は放射の方位角を画定する。好ましくは、検出器は、基板ターゲットの２次元角度散乱スペクトルを測定できるように２次元検出器である。検出器１８は、例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサのアレイであってもよく、例えば１フレーム当たり４０ミリ秒のような積分時間を使用してもよい。
【００３７】
[0057]  例えば入射放射の強度を測定するために、多くの場合、基準ビームが使用される。そのために、放射ビームがそのビームスプリッタ１６上に入射すると、その一部が基準ミラー１４の方向に基準ビームとしてビームスプリッタを通って透過する。次に、基準ビームは同じ検出器１８の異なる部分の上に投影される。
【００３８】
[0058]  例えば約４０５ｎｍ〜７９０ｎｍ、又はそれよりもさらに低い２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内の対象となる波長を選択するために、一組の干渉フィルタ１３を利用できる。干渉フィルタは、一組の異なるフィルタを含むのではなく、調整可能なものでもよい。干渉フィルタの代わりに格子を使用することもできる。
【００３９】
[0059]  検出器１８は、単一の波長（又は狭い波長範囲）で散乱光の強度を測定してもよいが、この強度を多波長で別個に測定してもよく、又はある波長範囲にわたって積分してもよい。さらに、検出器は別個の横方向の磁気及び横方向の電気偏光の強度を測定してもよく、及び／又は横方向の磁気及び横方向の電気偏光間の位相差を測定してもよい。
【００４０】
[0060]  広帯域光源（すなわち、広範囲の放射周波数又は波長、及びしたがって色の）を使用することができ、それによってエタンデュが大きくなり、多波長を混合することができる。好ましくは、広帯域内の複数の波長は、それぞれがδλの帯域幅を有し、間隔が少なくとも２δλ（すなわち波長の２倍）である。幾つかの放射「源」は、ファイバ束を使用して分割された延在する放射源の異なる部分であってもよい。このようにして、角度分解された散乱スペクトルを並行して多波長で測定できる。２次元スペクトルよりも多くの情報を含む３次元スペクトル（波長及び異なる２つの角度）を測定することができる。これによって、より多くの情報を測定することができ、メトロロジプロセスの強靭さが高まる。このことはＥＰ１，６２８，１６４Ａ号にさらに詳細に記載されている。
【００４１】
[0061]  基板Ｗ上のターゲットは、現像後にバーが実線のレジスト線から形成されるように（例えば上記のリソグラフィシステムを使用して）印刷される格子であってもよい。あるいは、バーは基板内にエッチングされてもよい。このパターンは、リソグラフィ投影装置、特に投影システムＰＬ内の色収差を感知し、照明の対称性、及びこのような収差が存在することは、印刷された格子内の変動に顕著に現れる。したがって、格子を再構築する（それ故、ターゲットの変動として顕著に現れる、リソセルのいずれかの部分の誤差、又はリソセルに対する基板の位置合わせ誤差があるかどうかを判定する）ために、印刷された格子のスキャトロメトリデータが使用される。線幅や形状などの格子のパラメータは、印刷ステップ及び／又はその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によって行われる再構築プロセスに入力されてもよい。
【００４２】
[0062]  図５は、反射光のやや異なるパラメータを使用して基板上の構造の形状及びその他の特性を判定するために使用し得るエリプソメトリックセンサ（又はエリプソメータ）の例を示す。照射源Ｐからの照明放射は、構造３０から基板Ｗのターゲット部分に反射し、又、基板からの帰路では、この放射はセンサ内にある３つのビームスプリッタの２つの固有偏光の１つに添って直線偏光される（固有偏光は図５に示すようにｘ又はｙ方向に対して測定される）。第１のビームスプリッタＮ−ＰＢＳは、照明の一部を別の２つのビームスプリッタに反射する。１つのビームスプリッタ８０は照明の一部を結像ブランチに送る。又、別のビームスプリッタ８２は照明の一部を合焦ブランチに送る。第１のビームスプリッタＮ−ＰＢＳは、残りのビームをカメラＣＣＤに誘導する非偏光ビームスプリッタである。偏光したビームは、非偏光ビームスプリッタを通過した後、その通常軸と異常軸がｘ及びｙ方向に対して４５°の位置に置かれた位相変調器９０を通過する。その後、ビームは、例えばウォラストンプリズム５０などの偏光ビームスプリッタを使用してそれぞれのｘ及びｙ偏光方位へと分割され、カメラＣＣＤに当たる。ビームの異なる部分の相対的な偏光方位を判定するために、偏光ビームの相対強度が使用される。相対的な偏光方位から、ビームへの構造３０の作用全体を判定することができる。ビームへの構造３０の作用から、構造自体の特性を判定できる。
【００４３】
[0063]  ビームが分割され、カメラＣＣＤに誘導された時点で、ビームはＴＭ（横方向の磁気）偏光ビーム、又はＴＥ（横方向の電気）偏光ビームのいずれかである。顕微鏡対物レンズ２４の瞳面ＰＰが図５に示されている。顕微鏡対物レンズが、基板Ｗの表面から反射し、散乱した放射を合焦させるのがこの瞳面ＰＰのところである。それは、得られた像が（鮮明度の損失又はカメラＣＣＤのアパーチャの外側への放射の散乱がないので）可能な最大量の情報を含むようにレンズ又はその他の光学系を使用して、引き続きカメラＣＣＤ上で再現されるこの瞳面ＰＰで作成される像である。
【００４４】
[0064]  また、図５は、非偏光ビームスプリッタＮ−ＰＢＳと、偏光ビームをカメラＣＣＤに送出する前にこの偏光ビームを分割するビームスプリッタ５０との間に位置する位相変調器９０を示している。位相変調器９０の異常軸と通常軸とに沿って配向されたｅｏ座標系も、図５の円として示されており、システムのｙ軸及びｘ軸と比較した異常軸と通常軸の相対位置を示している。Ｅｏ及びＥｅはそれぞれがｅ及びｏ方向に沿った散乱場に未知の複素振幅である。この議論の目的のため、反射率Ｒ（したがってＲｏとＲｅ、又はＲｓとＲｐ）についての複素振幅の実際の部分だけが扱われる。このシステムでは、位相変調器によってあらかじめ規定された変更済みの位相と比較して、システムが構造３０のパラメータを判定することを可能にするのはこの反射率である。
【００４５】
[0065]  別の実施形態では、位相変調器９０は省かれる。ある場合は、位相変調器の代わりに、４つの既知の偏光の振幅（Δ）と位相（Ψ）の差を測定するために、各サブビームの測定済みの強度から、単一の入射ビームから異なる態様で偏光され、反射された４つのサブビームを得てもよい。放射ビームに対する構造３０の作用は、各々の偏光方向ごとに異なるので、偏光方向が異なる各々のサブビームの特性の測定は、構造３０の再構築を生じさせる。しかし、放射ビームが基板の表面から反射した後に放射ビームを操作することで、測定に誤差を含む危険が伴う。
【００４６】
[0066]  他方では、別の例では、ビームは、別のデバイスを使用してサブビームに分割されない。この例では、図６に示す基本装置であるが、位相変調器９０を使用する代わりに、位相シフト（又は位相差δ）が固定される。所与の波長では、位相シフトは未知である場合があるが、後述するように完全な瞳の結果を分析することによって判定することができる。このような装置を図６に示す。
【００４７】
[0067]  いずれの例でも、既知の偏光条件ｐを有する放射源Ｐからの固定波長の光又は放射は、調査される基板Ｗの表面上のターゲット３０から反射する。較正目的のため、ターゲット３０は基板の単純な平坦面でよい。固定波長光又は放射は複数の入射角（例えばθｉ＝０°〜８０°）及びすべての方位角（Ａ＝０°〜３６０°）で反射する。これらの範囲内（又は入射角については挙げられた範囲外でさえも）の範囲を、利用可能な処理能力に応じて較正及びその他の目的で選択してもよい。（入射光ビームとして）反射した光又は放射ビームは、偏光状態が異なる利用可能な全範囲の光線からなっている。反射光又は放射は顕微鏡対物レンズ２４によって受光され、瞳面ＰＰ上で合焦され、これは図５に関して記載したと同じ理由からカメラＣＣＤで再現される。
【００４８】
[0068]  測定された放射ビームの径方向位置は、入射ビームの入射角に比例する。その方位角Ａは図７に示すように正のｘ軸から計算され、この図では入射ビームの方位角はＡｉの符号で示されている。較正ステップ中に、放射ビームはすべての入射角及びすべての方位角で検出され、記録され、且つビームの偏光状態に影響しないように平坦面から反射される。入射角及び方位角に応じて光ビームがどのように見えるかを知ることで、極座標内での光ビームの描写が可能になり、これは反射した光ビームをＣＣＤカメラで測定するために有用である。光ビームの「描写」は、図８に示す像の形態を取ってもよく、この図では像の中心が、法線Ｎ（又は図５のｚ軸ｚ）に沿って基板に反射する放射の強度を示し、像の外周が法線Ｎからの最大角度（例えば８０°）で反射する放射の強度を示す。
【００４９】
[0069]  図３又は図４に示すようなスキャトロメータの基本セットアップを使用し得る。顕微鏡対物レンズ２４は、基板Ｗ上にある構造３０から反射したビームを受光する。入射ビームは、構造３０から反射する前に顕微鏡対物レンズを通過してもよく、又は別の手段を用いて合焦されてもよい。すべての方位角並びに入射角について反射ビームを測定できるようにするために、入射ビームは直線偏光ではなく円（又は楕円）偏光を有しており、それによって全方向の偏光を測定することができ、反射中にビームの一部が損失するリスクが低下する。損失のリスクが低下するのは、１つの偏光状態が損失されたとしても、幾つかの偏光状態は測定のために残されるからである。
【００５０】
[0070]  各々の測定ごとの入射光の波長は固定波長であり、既知の偏光状態を有している。上述のように、複数の入射角（０°〜８０°）及びすべての方位角（０°〜３６０°）で同じ波長と偏光状態が調査される。戻り光又は反射光は、偏光状態が異なる効果的な無数の光線からなっている。
【００５１】
[0071]  図７は、法線Ｎ又はｚ軸ｚからの入射角θｉ、及びｘ軸からの方位角Ａｉの強度Ｉｉの入射ビームを示している。入射ビームは基板Ｗの表面を反射し、法線Ｎからの反射角θｒ、及びｘ軸からの方位角Ａｒで反射するビームとして新たな方向に送られる。反射ビームはビームスプリッタ５０によって強度Ｉｘ及びＩｙを有する２つのサブビームに分割される。ビームスプリッタが動作する態様により、２つのサブビームは図８から分かるように異なる偏光状態を有する。入射ビームにおける２つの偏光状態間の位相差又は位相シフトδは、この極めて簡略化した例では、反射の複素振幅と分割されたサブビームとの間の位相差Δになる。
【００５２】
[0072]  図８は、ビーム方向を横切る円としての第１の偏光方向と、線としての第２の偏光方向とを示す。ｅとｏ振幅との間の位相シフト又は位相差δは、これら２つの代表的な符号間の距離として示されている。位相差δは好ましくは、９０°から２７０°の範囲内にある。この位相差は、４分の１波長板などの可変リターダ（図５の例）又は固定リターダ（図６の例）によって生成されてもよい。位相差が正確に判明しない場合は、後述するように、これを非対角又は全瞳情報の結果から引き出してもよい。
【００５３】
[0073]  楕円に偏光したビームは、可変／固定移相器９０／１００により生ずる相対的位相シフトδを有するビームの２つの測定された強度であり、異なる２つの偏光ビームの強度を表す２つの強度ＩｘとＩｙとを組み合わせることによってカメラにて再構築されてもよい。
【００５４】
[0074]  平均強度ｍは、以下の公式で表される。
[0075]  ｍ＝Ｉｘ＋Ｉｙ                                    （３）
[0076]  但し、強度間の差ｄは以下のとおりである。
[0077]  ｄ＝Ｉｙ−Ｉｘ                                    （４）
【００５５】
[0078]  格子構造のない表面の場合は、ｐ（Ｒｐ）及びｓ（Ｒｓ）の反射率は、基本的に方位角Ａに左右されず、これが較正目的のためにほとんどの空白な表面を保つ。このことは、偏光した２つのサブビームＲｐ及びＲｓ（及びその組合せ）の反射率がＡの関数ではないことを意味する。これに対して、強度Ｉは、Ａ並びに反射率Ｒに左右される。
【００５６】
[0079]  平均強度ｍは、偏光したサブビームの２つの強度が単に加算されるだけなので位相差（δ）に左右されず、単一の合成強度（簡単な積層の場合）を検出器で容易に測定することができる。
【数１】
2013522610.tif 000003
但し、
【数２】
2013522610.tif 000004
【００５７】
[0080]  検出器による測定から入射ビームの方位角Ａ及びｍを知ることによって、以下の方程式（５）を用いてｔａｎＰを導出することができる。
【数３】
2013522610.tif 000005
【００５８】
[0081]  他方では、強度間の差を考慮に入れると、偏光状態が異なる２つのサブビーム間に位相差があるため、２つの状態の強度間の差の測定は、この位相差を考慮に入れることになる。さらに、２つのサブビーム間の強度差は、加えられる位相シフト又は位相差δ、及び反射Δの後の合成位相差に左右される。したがって、強度間の差（簡単な積層の場合）は以下のように表される。
【数４】
2013522610.tif 000006
【００５９】
[0082]  ＣｏｓΔ（偏光状態間の位相差）は、図９、図１０、図１１及び図１２に関連して後述するようにδが判明するか、又は推定されれば、又、Ｒｐ及びＲｓが上記の方程式（５）及び（８）から判定されれば容易に得られる。
【００６０】
[0083]  基板Ｗ上の構造の較正又は再構築のいずれかの間に、楕円に偏光したビームはＩｘ及びＩｙの既知の値について再構築される。楕円に偏光したビームの強度の関係を個々の成分の振幅に当てはめると、方程式（１）及び（２）に入力できる振幅が得られる。それによって、再構築されたビームは位相差（Δ）と相対的な振幅アライメント（ｔａｎΨ）とが与えられ、それ故、構造３０のパラメータを生じる。言い換えると、位相差δが判明している限り（又は以下に記載するように推定される限り）、図５又は図６のＣＣＤカメラ上で測定されるピクセル毎の２つの受光強度とピクセル毎の２つの強度間の差との平均を測定することによって、所望のパラメータΔ及びΨを決定し得る。
【００６１】
[0084]  図９、図１０、図１１、及び図１２は、図５のカメラＣＣＤによって受信されるエリプソメトリックデータを示す。図９、図１０、図１１、及び図１２の軸上の数は、ＣＣＤカメラからのピクセル数であり、像は、基板の表面から反射し、散乱する放射をピックアップする顕微鏡対物レンズの瞳面での像と同じである。暗部がスケールの上部又は底部に関連するかどうかは符号ＡとＢで示されている。各図の中心点は、瞳面の中心であり、法線上で進行する放射を表している。「ロット」又は基板Ｗの縁部は、瞳面の縁部で結像され、像のこの部分のピクセルは、最大角、例えば法線に対して８０°で反射した放射を示す。
【００６２】
[0085]  特に、図９は、ピクセル毎にカメラＣＣＤに当たる放射ビームの反射角の範囲にわたる平均強度ｍを示す。図９に示した例では、波長が５５０ｎｍの放射が使用された。
【００６３】
[0086]  図１０は、これもピクセル毎に、反射し、散乱する放射の同じ領域にわたる強度間の差ｄを示す。図９及び図１０にそれぞれ示される平均強度ｍと強度差ｄからのΨ及びΔの評価は、上記の方程式（５）及び（９）を用いて行われる。
【００６４】
[0087]  方程式（９）に関しては、例えば固定リターダ（図６の例）が使用される場合など、位相差δが未知である場合（又は不十分にしか判明していない場合）、引き続いてΔの値を判定するためにδの値を判定するため、（最適化アルゴリズムで実行されてもよい）反復プロセスが実行される。最初に、δの値が推定される。４分の１波長版が使用される場合は、良好な推定は１．５ラジアン（又は約Ｂ／２ラジアン、すなわち９０°）である。その理由は、４分の１波長板は１つの偏光方向を波長の４分の１だけ遅延させ、全ビームの偏光をＢ／２ラジアンだけ効果的に同調させるからである（且つ直線偏光を円形偏光へと同調させる）。したがって、位相シフトδは、１．５ラジアンの範囲内にある公算が高い。
【００６５】
[0088]  δのこの推定は、上記の方程式（９）の最初の部分に代入される。それによって、ピクセル毎にｄの値が計算される。これらのｄの値は図１０に示されている。δが適正に推定された場合は、関数
【数５】
2013522610.tif 000007
は対角線の周囲で対称である必要があり、且つ軸対称の成分を有していてはならない。そうでなければ、ｄのｘ及びｙ軸の値が対角線に対して対称になるまでδの推定は反復される。
【００６６】
[0089]  図１１は、カメラで検出されたｍの値の知識を利用し、且つこれを方程式（５）に挿入することから導出したΨのピクセル値を示す。位相差δが１．５０ラジアンであると想定した場合のΨの像が図１１に示されている。
【００６７】
[0090]  Δのピクセル値が、図１０からのｄの値、及び方程式（９）から決定されたδの値と共に図１２に示されている。図１１及び図１２は、放射ビームがそこから偏向した表面の形状を導出するために測定され、解釈され得るΨ及びΔの変形を示している。像の非対称性、並びに像の外側から中心への影の変化は、測定可能なパラメータの変化を生じ、それを用いて、放射ビームが検出器によって受光された際に放射ビームを再構築することができ、それによって基板表面が放射ビームに与える作用を判定してもよい。放射ビームへの表面の作用は、表面上のどのオブジェクトの形状とも関連しているので、これを導き出すことができる。
【００６８】
[0091]  したがって、ΨとΔの変化は、図１１及び図１２に示すようにエリプソメトリックデータから判定されてもよい。記載している装置及び方法の利点は、強度を同時に測定できるため、測定時間を損失せず、測定はまさに基本スキャトロメータと同様に迅速であり、しかも別個の偏光状態の別個の測定がなされるという利点を伴う。そのため、レーザなどのパルス光源を使用することができる。さらに、移相器は位相差が約９０°の簡便な４分の１波長板でよい。このことは、大幅に深い分析を可能にできるように、既存のスキャトロメータに加える必要があるハードウエアが少なくて済むことを意味する。特に、記載のエリプソメータによって、方位角Ａ＝４５°、及びＡ＝１３５°の対角上だけでなく、測定の全瞳分析が可能になる。この全瞳方法は、従来は不可能であったが、その理由は、すべての反射角が上記の方程式（５）及び（９）内にあるため、以前はすべての反射角を使用できなかったからである。位相差が移相器により判明しない場合は、位相差δはｘ／ｙ軸に沿った対称、又は上記のような４５°／１３５°対角に沿った対称に関する非対称情報から得ることができる。位相差δのこのような判定は、最適化アルゴリズムを使用して迅速に行うことができ、且つＰ及びΔの値は即座に分かる。
【００６９】
[0092]  実験中に、（Ａ、Ｒｐ及びＲｓの関数としての）強度ｍの合計の像、及び（Ａ、Ｒｐ、Ｒｓ、δ及びΔの関数としての）強度の差ｄの像から、リターダ１００から導入された単一既知量の位相δの場合、Δのエリプソメトリック値を見出すことができることが判明した。
【００７０】
[0093]  これを行う方法は、多相基板の測定によるものであり、エリプソメトリックΔとΨ、及びスキャトロメトリＲｐとＲｓが方位角Ａに左右されない場合は、フレネル方程式を使用することができる。測定可能な単一の関数ｄから、且つ既知のδを組み込むことから、エリプソメトリックΔ（簡単な積層の場合）は上記の方程式（９）から導出される公式で見出すことができる。
【数６】
2013522610.tif 000008
【００７１】
[0094]  これを、可変移相器を使用した上記のタイプの位相ステッパエリプソメータと比較すると、固定δが使用される場合に記録されたフーリエ法のようなｄ（δ）のプロットのセットが必要ないので、数学計算が相対的に簡単であるという利点がある。
【００７２】
[0095]  固定位相エリプソメータを使用する鍵は、固定位相値δを出来るだけ正確に判定することにある。本発明においてその値は、方位角が関数ｄに左右される構造から見出すことができる。特に、方程式（１１）からのｄのサブ関数の挙動は、関数ｐがｘ及びｙ軸の周囲でミラー対称である点でｄ、ｑ（Ａ，Ｒｐ，Ｒｓ）及びｒ（Ａ，Ｒｐ，Ｒｓ）のサブ関数とは異なっており、両方の関数ｑ及びｒは対角線の周囲でミラー対称である。この特性によって、方程式（１１）及び（１２）の変数の直線的な分離が可能になり、これがｄの判定を引き出す。これは図１３から図１８に関して以下で説明される。
【００７３】
[0096]  最初のステップは、ｄ−ｐ＊ｃｏｓ（δ）だけが対角線の左に沿った対称性を有するように（未知ではあるが変更可能な）δの値を最適化することである。
【００７４】
[0097]  図１３は、依然として未知の固定位相δの関数のプロットを示す。図１４及び図１５は、関数の２つの成分ｐ（Ａ，Ｒｐ，Ｒｓ）を示す。これらの成分は測定された関数から減算される。δが適正に選択され、対角線に沿った対称だけがあり、減算（ｄ−ｐ＊ｃｏｓ（δ））がなされると、その結果、図１６に示すように対角線の周囲でのみ対称な像が生ずる。
【００７５】
[0098]  図１７及び図１８は、ｄの像がそこから構成される成分ｑ及びｒを示す。δの最適化は、対角線に沿った図１６の鏡像をとることによって行うことができる。次に、これが元の図１６と比較され（すなわち、そこから減算され）、対称性の差が判定される。このようにして、０．０１ラジアンの精度でδを判定することが可能である。最も信頼できるΔの値は、約１．５２ラジアンの位相シフト、又は０．２５＊波長を使用して導出することができる。
【００７６】
[0099]  エリプソメトリは、ｐ偏光成分の反射率をｓ偏光成分のそれと比較する。反射後に、０°と９０°の方位角（Ａ）上でｘ軸又はｙ軸に沿った直線偏光を使用する場合、それ以外の偏光角からの情報は失われる。このことは、エリプソメトリはＡ＝４５°、１３５°、２２５°及び３１５°の方位角で最良になることを意味し、それは方程式９によっても分かる。
【００７７】
[00100]  しかし、基板上のＣＤ、ＳＷＡ、及びレジスト格子の厚さのエリプソメトリの最も敏感な領域は、ｘ及びｙ軸と平行な方位角の領域である。その結果、Δに対する最大のエリプソメトリック作用はｘ軸とｙ軸上で予測され、一方、計器は瞳の対角線の周囲の方位角で最も敏感である。これは重大な不整合であるが、２つの異なる実施形態に関して以下に記載するように解決することができる。
【００７８】
[00101]  第１の実施形態では、（例えば）図６又は図７のいずれかのスキャトロメータ／エリプソメータを組み合わせた計器を使用して、測定されるレジスト格子が対物レンズの下で４５°回転され、したがって、直線偏光する入射光の方向に対して＋／−４５°（又はこれと直交する任意の角度だけ）回転されて、レジスト格子のＣＤ、ＳＷＡ、及び厚さが測定される。
【００７９】
[00102]  図１９ａは、格子の従来の配位を示し、図１９ｂは図５又は図６で提案された計器を改造せずに使用して所望のＣＤ及びＳＷＡ情報をノイズが少なく得るために普通なら読み取ることができる回転するマークを示す。図２０は、この方法を使用した場合の簡略化された光路を示す。格子１２５及びＣＣＤ１２４が示されており、一方、上述の場合と同様にリターダ１２２は４５°をなし、ウォラストンプリズム１２３は計器のｘ／ｙ面に対して０°の位置にある。
【００８０】
[00103]  可能な第２の配置では、測定される格子を回転させる必要がなく、その代わりにスキャトロメータは／エリプソメータの組合せと入射光の光源とをそれに応じて変更しなければならない。
【００８１】
[00104]  図２１は、格子１２５が測定されている上記のような配置を示す。この配置は、以前の例のｘ／ｙ軸（ＴＭ又はＴＥ）直線偏光の代わりに、＋４５°又は−４５°の直線偏光を使用する。ｘ及びｙ軸上でのエリプソメトリック感度により、リターダ１２２は、その主軸をｙ方向に沿って配置する必要があり、その結果、２つの異なる偏光Ｉｘ及びＩｙを分離するウォラストンプリズム１２３を機械のｘ軸に対して４５°の位置に配置する必要がある。
【００８２】
[00105]  入射光及びウォラストンプリズム１２３と比較して熟慮された格子１２５の回転によって、スキャトロメータは４５°の円錐反射に対して最も敏感になり、エリプソメータは、独立したシミュレーションが少なくともＳＷＡに対する高感度が予測されることを示した格子のｘ軸及びｙ軸に対して最も敏感になる。
【００８３】
[00106]  図２２ａは、図２ａと比較するために、この新規の方法についてＣＤに対して作図された、スキャトロメータ（ひし形の点を付した線）と、スキャトロとエリプソとの組合せ（四角形の点を付した線）と、で観察したＳＷＡのノイズのグラフである。同様に、図２２ｂは、図２ｂと比較するために、この新規の方法についてＣＤに対して作図された、スキャトロメータ（ひし形の点を付した線）と、スキャトロとエリプソとの組合せ（四角形の点を付した線）と、で観察したＣＤのノイズのグラフである。理解されるように、格子の相対回転はＳＷＡでのスキャトロメータの性能をやや低下させるが、エリプソメータの性能はこの場合はクリティカルディメンションの極めて大きい範囲にわたって３倍も優れている。
【００８４】
[00107]  図２３ａは、ＣＤとピッチの比率が１：１０である場合のように、ピッチが広い格子のためのこの新規の方法についてＣＤに対して作図されたスキャトロメータ（ひし形の点を付した線）と、スキャトロとエリプソとの組合せ（四角形の点を付した線）で観察したＳＷＡのノイズのグラフであり、図２３ｂは、ＣＤに対するＣＤノイズの対応するグラフである。この図から、ＳＷＡではノイズが２分の１に低減する改善と、ＣＤを測定する場合に５分の１までのノイズ低減が得られることが分かる。
【００８５】
[00108]  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誘導及び検出パターン、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処理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。
【００８６】
[00109]  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合せを印加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。
【００８７】
[00110]  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、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ若しくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極端紫外線（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。
【００８８】
[00111]  「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁及び静電型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、又はその組合せを指すことができる。
【００８９】
[00112]  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。
【００９０】
[00113]  例えば、上記検査方法を実施するために、実行可能コードを含むプログラミングを含むコンピュータシステムのソフトウエア機能を使用してもよい。ソフトウエアコードを汎用コンピュータによって実行可能にされてもよい。動作時には、コード及び場合によっては関連するデータ記録を汎用コンピュータプラットフォーム内に記憶してもよい。しかし、別の時にはソフトウエアを別の記憶域に記憶し、及び／又は適切な汎用コンピュータシステムにロードするために転送してもよい。したがって、上記実施形態は、少なくとも１つの機械読み取り可能媒体によって保持される１つ以上のコードモジュールの形態の１つ以上のソフトウエア製品を含んでいる。コンピュータシステムのプロセッサによるこのようなコードの実行によって、プラットフォームは本明細書に記載し、図示する実施形態で実行される機能と基本的に同様の機能を実施することが可能になる。
【００９１】
[00114]  本明細書で使用するコンピュータ又は機械「読み取り可能媒体」という用語は、プロセッサに実行命令を与えることに関与する任意の媒体を指す。このような媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体、及び伝送媒体を含むがこれらに限定されない多くの形態のものでよい。不揮発性媒体には、例えば、上記のように動作する任意のコンピュータ内の任意のストレージデバイスなどの光学又は磁気ディスクが含まれる。揮発性媒体には、コンピュータシステムのメインメモリなどのダイナミックメモリが含まれる。物理的伝送媒体には、コンピュータシステム内にバスを備えるワイヤを含む同軸ケーブル、銅線、及び光ファイバが含まれる。搬送波伝送媒体は、無線周波数（ＲＦ）及び赤外線（ＩＲ）データ通信中に生成されるような電気又は電磁信号、又は音響又は光信号の形態をとることができる。したがって、コンピュータ読み取り可能媒体の一般的な形態には、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、その他の任意の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、その他の任意の光学媒体、パンチカード、紙テープ、穿孔パターンを有するその他の任意の物理媒体などの一般にはそれほど使用されない媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、及びＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、その他の任意のメモリチップ又はカートリッジ、データ又は命令を搬送する搬送波、このような搬送波を伝送するケーブル又はリンク、又はコンピュータがプログラミングコード及び／又はデータをそこから読み取り、又は送信可能なその他の任意の媒体が含まれる。これらの形態のコンピュータ読み取り可能媒体の多くは、１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを実行するためにプロセッサに搬送することに関与し得る。
【００９２】
[00115]  上記の説明は例示的であり、限定的ではない。したがって、特許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。
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２２ａ】
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【図２２ｂ】
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【図２３ａ】
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【図２３ｂ】
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【国際調査報告】
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