(57)【要約】【課題】【解決手段】オーバレイ測定装置は、試料を偏光ビームで照明する偏光光源と、試料から散乱する光を捕捉する光学システムとを有する。光学システムは、偏光ビームの偏光方向に直交する直交偏光成分を透過させる偏光子を含む。検出器は直交偏光成分の強度を測定する。処理ユニットは検出器に接続され、直交偏光成分から導出された非対称性データを用いてオーバレイ計測測定のために直交偏光成分を処理するように構成される。【選択図】図２
2011525713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーバレイ測定装置であって、
試料を偏光ビームで照明するように構成された偏光光源と、
前記偏光ビームによって引き起こされた前記試料からの散乱光を捕捉するように構成された光学システムと、
を備え、前記光学システムが、
前記偏光ビームの偏光方向に直交する直交偏光成分を透過させるように構成された偏光子と、
前記直交偏光成分の強度を測定し、そこから信号を生成するように構成された検出器と、
前記検出器からの前記信号を受信し、前記直交偏光成分から導出された非対称性データを用いてオーバレイ計測測定のために前記直交偏光成分を処理するように構成された処理ユニットと、
を備えるオーバレイ測定装置。
【請求項２】
前記試料が基板で、前記光学システムが、
前記偏光光源から前記偏光ビームを受光し、投影システムを介してこの光を前記基板に誘導し、前記投影システムを介して前記基板からゼロ次回折成分を含む反射光ビームを受光するように構成された第１の非偏光ビームスプリッタと、
前記第１の非偏光ビームスプリッタから透過した光ビームを受光するように構成された第２の非偏光ビームスプリッタであって、前記第１及び第２の非偏光ビームスプリッタのビームスプリッタ軸が相互に垂直である第２の非偏光ビームスプリッタと、
前記第２の非偏光ビームスプリッタから分割光ビームを受光し、面内画像と交差偏光画像とを検出器に透過させるように構成された交差偏光子と、
をさらに備える、請求項１に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項３】
前記光学システムが、前記面内画像を阻止するように構成された阻止要素をさらに備える、請求項２に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項４】
前記交差偏光子が、ウォラストンプリズムを備える、請求項２に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項５】
前記基板が格子を備え、
前記ゼロ次回折成分が、前記格子からの前記偏光ビームの円錐回折から生成される、請求項２に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項６】
前記検出器が、カメラを備える、請求項１に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項７】
前記検出器が、ＣＣＤカメラを備える、請求項１に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項８】
前記ＣＣＤカメラが、最小１２ビットの解像度を有する、請求項７に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項９】
前記ＣＣＤカメラが、後方照明ＣＣＤデバイスを備える、請求項７に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項１０】
前記試料が基板で、前記光学システムが、
前記偏光光源から前記偏光ビームを受光し、投影システムを介してこの光を前記基板に誘導し、前記投影システムを介して前記基板からゼロ次回折成分を含む反射光ビームを受光するように構成された第１の非偏光ビームスプリッタと、
前記第１の非偏光ビームスプリッタから透過した光ビームを受光するように構成された第２の非偏光ビームスプリッタであって、前記第１及び第２の非偏光ビームスプリッタのビームスプリッタ軸が相互に垂直である第２の非偏光ビームスプリッタと、
をさらに備え、
前記偏光子が、前記第２の非偏光ビームスプリッタから前記分割光ビームを受光し、面内画像と交差偏光画像とを前記検出器に透過させるように構成される、請求項１に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項１１】
前記光学システムが、前記面内画像を阻止する阻止要素をさらに備える、請求項１０に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項１２】
前記偏光子が、ウォラストンプリズムを備える、請求項１０に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項１３】
前記基板が格子を備え、
前記ゼロ次回折成分が、前記格子からの前記偏光ビームの円錐回折から生成される、請求項１０に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項１４】
リソグラフィ装置であって、
放射ビームを生成するように構成された照明システムと、
前記放射ビームをパターン付けするように構成されたパターニングデバイスを支持するように構成された支持体と、
前記パターン付ビームを基板上に投影するように構成された投影システムと、
オーバレイ測定システムであって、
試料を偏光ビームで照明するように構成された偏光光源と、
前記偏光ビームによって引き起こされた前記試料からの散乱光を捕捉するように構成された光学システムと、
を備えるオーバレイ測定システムと、
を備え、前記光学システムが、
前記偏光ビームの偏光方向に直交する直交偏光成分を透過させるように構成された偏光子と、
前記直交偏光成分の強度を測定し、そこから信号を生成するように構成された検出器と、
前記検出器からの前記信号を受信し、前記直交偏光成分から導出された非対称性データを用いてオーバレイ計測測定のために前記直交偏光成分を処理するように構成された処理ユニットと、
を備えるリソグラフィ装置。
【請求項１５】
デバイス製造方法であって、
試料を偏光ビームで照明するステップと、
前記偏光ビームによって引き起こされた前記試料からの散乱光を捕捉するステップと、
前記偏光ビームの偏光方向に直交する直交偏光成分を透過させるステップと、
前記直交偏光成分の強度を測定するステップと、
前記直交偏光成分から導出された非対称性データを用いてオーバレイ計測測定を実行するステップと、
を含む方法。
【請求項１６】
基板を前記試料として使用するステップと、
前記試料によって散乱された前記光のゼロ次回折成分を捕捉するステップと、
前記捕捉された光を面内画像と交差偏光画像に分割するステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記面内画像を阻止するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板上の格子からの前記偏光ビームの円錐回折から前記ゼロ次回折成分を生成するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
ＣＣＤカメラを用いて前記測定を実行するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＣＣＤカメラが、最小１２ビットの解像度を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＣＣＤカメラとして後方照明ＣＣＤデバイスを使用するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0002]  本発明は、オーバレイ測定装置、リソグラフィ装置、及びそのようなオーバレイ測定装置を用いたデバイス製造方法に関する。
【０００２】
[0001]  本出願は、参照によりその全体を本明細書に組み込むものとする、２００８年６月２６日出願の米国仮出願第６１／０７５，９６９号の利益を主張する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  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。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。
【０００４】
[0004]  周知の角度分解スキャトロメトリシステムでは、オーバレイは、基板上の格子から反射した光の＋１次回折次数と−１次回折次数の強度差として測定される。これには、約３００〜１０００ｎｍ程度のピッチを有する比較的粗い格子が必要である。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]  解像度レベルにおいてできるだけ近いオーバレイ測定が得られるリソグラフィ装置とデバイス製造方法とを入手することが望ましい。一例では、解像度でのオーバレイに対して、ゼロ次回折次数が利用可能である。円錐回折の場合、ゼロ次数は、理論的にＯＶ計測学に使用することができる非対称性も示す。しかし、この非対称性は、測定がセンサの非対称性の影響を受けるほど極端に小さい場合がある（ＵＶ波長においても）。
【０００６】
[0006]  本発明のある実施形態では、試料を偏光ビームで照明する偏光光源と、試料から散乱する光を捕捉する光学システムとを含むオーバレイ測定装置であって、上記光学システムが、偏光ビームの偏光方向に直交する直交偏光成分を透過させる偏光子と、直交偏光成分の強度を測定する検出器とを備え、上記オーバレイ測定装置が、検出器に接続された処理ユニットをさらに備え、該処理ユニットが直交偏光成分から導出された非対称性データを用いてオーバレイ計測測定のために直交偏光成分のみを処理するように構成されるオーバレイ測定装置が提供される。
【０００７】
[0007]  本発明の別の実施形態では、そのようなオーバレイ測定装置を備えるリソグラフィ装置が提供される。
【０００８】
[0008]  本発明のさらに別の実施形態では、デバイス製造方法は、基板上にパターン付放射ビームを投影するステップを含み、上記方法は、試料を偏光ビームで照明するステップと、試料から散乱する光を捕捉するステップと、偏光ビームの偏光方向に直交する直交偏光成分を透過させるステップと、直交偏光成分の強度を測定するステップと、直交偏光成分から導出された非対称性データを用いてオーバレイ計測測定のために直交偏光成分のみを処理するステップとを含む。
【０００９】
[0009]  本発明のその他の実施形態、特徴、及び利点と本発明の様々な実施形態の構造及び動作について添付の図面を参照しながら以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
[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。
【図１】[0011]本発明のある実施形態によるリソグラフィ装置を示す図である。
【図２】[0012]本発明のある実施形態によるオーバレイ測定システムの概略図である。
【図３】[0013]二重パターニングで使用される基板上の格子構造の断面図である。
【図４ａ】[0014]図２のオーバレイ測定システム内の図３の構造で測定された面内偏光スペクトルを示す図である。
【図４ｂ】[0014]図２のオーバレイ測定システム内の図３の構造で測定された交差偏光スペクトルを示す図である。
【図５】[0015]図４のスペクトルから測定された交差偏光子の非対称性の相対量を示す図である。
【００１１】
[0016]  本発明の１つ又は複数の実施形態について添付の図面を参照しながら以下に説明する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[0017]  本明細書は、本発明の特徴を組み込んだ１つ又は複数の実施形態を開示する。開示される実施形態は本発明を例示するにすぎない。本発明の範囲は開示される実施形態に限定されない。本発明は本明細書に添付される特許請求の範囲によって定義される。
【００１３】
[0018]  記載された実施形態、及び本明細書で「１つの実施形態」、「ある実施形態」、「例示的実施形態」などに言及した場合、それは記載された実施形態が特定の特徴、構造、又は特性を含むことができるが、それぞれの実施形態が必ずしも特定の特徴、構造、又は特性を含まないことがあることを示す。さらに、このようなフレーズは、必ずしも同じ実施形態に言及するものではない。さらに、ある実施形態に関連して特定の特徴、構造、又は特性について記載している場合、明示的に記載されているか、記載されていないかにかかわらず、このような特徴、構造、又は特性を他の実施形態との関連で実行することが当業者の知識にあることが理解される。
【００１４】
[0019]  本発明の実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア又はその任意の組合せで実施することができる。本発明の実施形態は、１つ又は複数のプロセッサで読み取り、実行することができる機械読み取り式媒体に記憶した命令として実施することもできる。機械読み取り式媒体は、機械（例えば、計算デバイス）で読み取り可能な形態で情報を記憶するか伝送する任意の機構を含むことができる。例えば、機械読み取り式媒体は、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、電気、光、音響又は他の形態の伝搬信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号など）、及びその他を含むことができる。さらに、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令を、本明細書では特定の行為を実行するものとして記述することができる。しかし、このような記述は便宜的なものにすぎず、このような行為は実際には計算デバイス、プロセッサ、コントローラ、又はファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令などを実行する他のデバイスの結果であることを認識されたい。
【００１５】
[0020]  図１は、本発明の一実施形態のリソグラフィ装置を概略的に示す。この装置は、照明システムと、支持構造と、基板テーブルと、投影システムとを備える。照明システム（イルミネータ）ＩＬは、放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射又はＤＵＶ放射）を調節するように構成される。この支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴは、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に接続される。基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴは、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に接続される。投影システム（例えば屈折投影レンズシステム）ＰＳは、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに与えられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つ又は複数のダイを含む）に投影するように構成される。
【００１６】
[0021]  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、電磁気、静電気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。
【００１７】
[0022]  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。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、静電気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など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。
【００１８】
[0023]  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。
【００１９】
[0024]  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。
【００２０】
[0025]  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。
【００２１】
[0026]  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）。
【００２２】
[0027]  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つ又は複数の他のテーブルを露光に使用している間に１つ又は複数のテーブルで予備工程を実行することができる。
【００２３】
[0028]  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。
【００２４】
[0029]  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。
【００２５】
[0030]  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。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。
【００２６】
[0031]  放射ビームＢは、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ニングされる。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のポジショナＰＷと位置センサ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）の助けを借りて、基板テーブルＷＴは、例えば、様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めでき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を正確に位置決めすることができる。一般に、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）の助けにより実現することができる。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することができる。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（スクライブレー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。
【００２７】
[0032]  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。
[0033]１．ステップモードにおいては、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、単一静的露光で結像されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
[0034]２．スキャンモードにおいては、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）。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。
[0035]３．別のモードでは、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することができる。
【００２８】
[0036]  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。
【００２９】
[0037]  図２に、本発明のある実施形態によるオーバレイ測定装置１０の概略図が示されている。基板Ｗは、格子又はオーバレイ測定のためのその他の測定構造を備える。このオーバレイ測定装置１０は、有利には、パターニングデバイスから基板上にパターンを転写するように構成されたリソグラフィ装置で使用される。
【００３０】
[0038]  図示の例では、基板Ｗなどの試料を照明する直線偏光などの偏光ビームを生成する偏光光源３が提供される。図２の概略図では、Ｘ軸とＹ軸が示され、光ビームの偏光方向はＹ方向である。光ビームは試料上に散乱し、光学システムはこの散乱光を捕捉する。光学システムには、偏光ビームの偏光方向に直交する直交偏光成分を透過させる偏光子が提供される。
【００３１】
[0039]  光ビームは、第１の非偏光ビームスプリッタ４へ誘導され、第１の非偏光ビームスプリッタ４は、高開口数（例えば、約０．９を超える）の対物レンズ２へ光ビームを誘導する。対物レンズ２は、測定スポットを基板Ｗの表面に投影する。この例では、ウェーハＷ上の格子から反射したゼロ次回折成分が対物レンズ２に戻り、その後、第１の非偏光ビームスプリッタ４が光ビームを透過光ビームとして第２の非偏光ビームスプリッタ５へ透過させる。第１及び第２の非偏光ビームスプリッタ４、５のビームスプリッタの軸は相互に垂直である。例えば、図２の概略図では、第２の非偏光ビームスプリッタの軸は、第１の非偏光ビームスプリッタ４の軸に対してＹ軸周りに約９０°回転する。非偏光ビームスプリッタ４、５は、例えば、透過係数Ｔが約０．６に等しく、反射係数Ｒが約０．３のビームスプリッタである。これは、上記値が光路の最大総合効率を生むためである。
【００３２】
[0040]  次に、第２の非偏光ビームスプリッタ５から生成される分割光ビームは、例えばウォラストンプリズムの形態の交差偏光子６へ誘導される。その結果、一方が面内画像、他方が交差偏光画像の２つの空間的に分離した角度分解スペクトルが生まれる。交差偏光画像は、少なくとも直交偏光成分の強度を測定するカメラ７（例えば、ＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラ）によって検出される。このデータは、カメラ７に接続された処理ユニット８でさらに処理される。カメラ７は、オーバレイ測定装置内でカメラ７のセンサ上に対物レンズ２の後方焦点面を結像するように構成されている。この処理ユニット８は、交差偏光画像強度測定から導出された非対称性データを用いてオーバレイ計測測定のために交差偏光画像（すなわち、直交偏光成分）のみをさらに処理する。
【００３３】
[0041]  別の実施形態では、光学システムは、交差偏光子６から面内画像が検出器７に侵入するのを阻止するオプションの阻止要素９（図２の概略図内に破線で示す）をさらに備える。
【００３４】
[0042]  一例では、オーバレイ測定装置１０内のスキャトロメータ構成をオーバレイの程度に関連した反射スペクトル内の非対称性を測定することで２つのミスアライメントの周期的構造を測定するように構成することができる。スキャトロメータ構成は、例えば、オーバレイの程度に関連した反射スペクトル及び／又は検出構成内の非対称性を測定することで２つのミスアライメントの格子又は周期的構造のオーバレイを測定するように構成することができる。対称の検出構成に基づいて、実質的にすべての非対称性を区別することができる。これによって格子内のミスアライメント測定の直接の方法が提供される。
【００３５】
[0043]  オーバレイ計測は、角度散乱スペクトル内の非対称性測定に基づく。対称構造は、対称角度スペクトルを生成し、ターゲット内の非対称性が角度散乱スペクトル内の非対称性として現れる。この特性が角度分解スキャトロメトリを用いたオーバレイ計測の基礎である。
【００３６】
[0044]  別の実施形態では、２つの重なっているがミスアライメントの格子が１つの複合非対称ターゲットを形成するバーを備える。その結果としての角度散乱スペクトル内の非対称性は、オーバレイを導出するためのオーバレイ測定装置１０で検出される。この技術は、参照によりその全体を本明細書に組み込むものとする欧州特許出願ＥＰ−Ａ−１６２８１６４号に詳述されている。
【００３７】
[0045]  一例では、本発明のオーバレイ測定装置は、基板Ｗ上の格子に入射する光ビームの円錐回折を含むオーバレイ測定に適している。
【００３８】
[0046]  交差偏光画像は、通常面内スペクトルの１０〜２０倍微弱な微弱交差偏光スペクトルを提供することができる。交差偏光子６を使用する場合、特にウォラストンプリズムを使用する場合、２つのスペクトルの空間分離が生起し、交差偏光スペクトルのみの処理が可能である。
【００３９】
[0047]  別の実施形態では、オーバレイ測定装置１０は、図３の断面図に概略を示すように、約１２８ｎｍのピッチを有するウェーハＷ上のいわゆる二重パターニングスタック１５を用いて試験済みである。スタック１５は、基板Ｗ上のアモルファスＣのハードマスク格子を有する第１のスタック１７と、第１のスタック１７上のレジスト格子１６とを備える。
【００４０】
[0048]  図４ａ及び図４ｂの別の実施形態では、面内スペクトル（４ａ）及び交差偏光スペクトル（４ｂ）がグレースケールで表される強度として示されている。この例では、光の大半は面内偏光スペクトル（交差偏光スペクトルの約５０倍の強度）内にある。交差偏光スペクトル（４ｂ）のアジマス方向には微弱な光しか存在しない。
【００４１】
[0049]  図５には、上記スタック１５上で交差偏光スペクトルの約５ｎｍのオーバレイエラーについて測定した非対称性の相対量の計算値が示されている。使用したグレースケールは、非対称性計算値の正と負の値を示す。面内偏光は非対称性に関する情報を有さないことがあり（そのため図示せず）、したがって、オーバレイ測定にあたってはこの光を阻止するほうがよい。こうして、交差偏光スペクトル内に存在するごく少数の光子で大きい非対称性効果を測定することができる。
【００４２】
[0050]  一例では、交差偏光スペクトル内の光の量は極めて小さいため、この方法は、十分なダイナミックレンジと迷光を適度に抑制する機能を有するカメラ７を使用する。例えば、最小１２ビットの解像度を有する後方照明ＣＣＤは妥当な結果を提供する。
【００４３】
[0051]  さらに、交差偏光子６として使用されるウォラストンプリズムは、消光比が優れていなければならない。
【００４４】
[0052]  「面内」偏光はオーバレイ情報を有さず、したがって測定エラーを引き起こすことがある。追加的に又は代替的に、センサをより複雑にすることなく交差偏光子６でこの光を空間的に分離又は阻止することができる。
【００４５】
[0053]  シミュレーションによれば、ＵＶ波長では、本発明のオーバレイ測定装置１０を使用するのに十分な非対称性効果が得られる。
【００４６】
[0054]  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。
【００４７】
[0055]  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。
【００４８】
[0056]  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。
【００４９】
[0057]  「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、又はその組合せを指すことができる。
【００５０】
[0058]  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つ又は複数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。
【００５１】
結論
[0059]  以上、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、それらの実施形態は、限定的ではなく例示としてのものに過ぎないことを理解されたい。本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、本発明の形態及び詳細を様々に変更することができることは当業者には明らかであろう。それ故、本発明の範囲は、上述した例示的実施形態によって限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲及びその等価物によってのみ規定される。
【００５２】
[0060]  なお、「発明の概要」及び「要約書」の項ではなく、「発明を実施するための形態」の項を用いて特許請求の範囲を解釈するように企図されていることを理解されたい。「発明の概要」及び「要約書」の項は、発明者（ら）が考える本発明の１つ又は複数の例示的実施形態を記載できるがそのすべては記載できないため、本発明及び添付の特許請求の範囲を決して限定するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年2月15日(2011.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーバレイ測定装置であって、
試料を偏光ビームで照明するように構成された偏光光源と、
前記偏光ビームによって引き起こされた前記試料からの散乱光を捕捉するように構成された光学システムと、
を備え、前記光学システムが、
前記偏光ビームの偏光方向に直交する直交偏光成分を透過させるように構成された偏光子と、
前記直交偏光成分の強度を測定し、そこから信号を生成するように構成された検出器と、
前記検出器からの前記信号を受信し、前記直交偏光成分から導出された非対称性データを用いてオーバレイ計測測定のために前記直交偏光成分を処理するように構成された処理ユニットと、
を備えるオーバレイ測定装置。
【請求項２】
前記試料が基板で、前記光学システムが、
前記偏光光源から前記偏光ビームを受光し、投影システムを介してこの光を前記基板に誘導し、前記投影システムを介して前記基板からゼロ次回折成分を含む反射光ビームを受光するように構成された第１の非偏光ビームスプリッタと、
前記第１の非偏光ビームスプリッタから透過した光ビームを受光するように構成された第２の非偏光ビームスプリッタであって、前記第１及び第２の非偏光ビームスプリッタのビームスプリッタ軸が相互に垂直である第２の非偏光ビームスプリッタと、
前記第２の非偏光ビームスプリッタから分割光ビームを受光し、面内画像と交差偏光画像とを検出器に透過させるように構成された交差偏光子と、
をさらに備える、請求項１に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項３】
前記光学システムが、前記面内画像を阻止するように構成された阻止要素をさらに備える、請求項２に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項４】
前記交差偏光子が、ウォラストンプリズムを備える、請求項２に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項５】
前記基板が格子を備え、
前記ゼロ次回折成分が、前記格子からの前記偏光ビームの円錐回折から生成される、請求項２に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項６】
前記検出器が、カメラを備える、請求項１に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項７】
前記検出器が、ＣＣＤカメラを備える、請求項１に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項８】
前記試料が基板で、前記光学システムが、
前記偏光光源から前記偏光ビームを受光し、投影システムを介してこの光を前記基板に誘導し、前記投影システムを介して前記基板からゼロ次回折成分を含む反射光ビームを受光するように構成された第１の非偏光ビームスプリッタと、
前記第１の非偏光ビームスプリッタから透過した光ビームを受光するように構成された第２の非偏光ビームスプリッタであって、前記第１及び第２の非偏光ビームスプリッタのビームスプリッタ軸が相互に垂直である第２の非偏光ビームスプリッタと、
をさらに備え、
前記偏光子が、前記第２の非偏光ビームスプリッタから前記分割光ビームを受光し、面内画像と交差偏光画像とを前記検出器に透過させるように構成される、請求項１に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項９】
前記光学システムが、前記面内画像を阻止する阻止要素をさらに備える、請求項８に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項１０】
前記偏光子が、ウォラストンプリズムを備える、請求項８に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項１１】
前記基板が格子を備え、
前記ゼロ次回折成分が、前記格子からの前記偏光ビームの円錐回折から生成される、請求項８に記載のオーバレイ測定装置。
【請求項１２】
リソグラフィ装置であって、
放射ビームを生成するように構成された照明システムと、
前記放射ビームをパターン付けするように構成されたパターニングデバイスを支持するように構成された支持体と、
前記パターン付ビームを基板上に投影するように構成された投影システムと、
オーバレイ測定システムであって、
試料を偏光ビームで照明するように構成された偏光光源と、
前記偏光ビームによって引き起こされた前記試料からの散乱光を捕捉するように構成された光学システムと、
を備えるオーバレイ測定システムと、
を備え、前記光学システムが、
前記偏光ビームの偏光方向に直交する直交偏光成分を透過させるように構成された偏光子と、
前記直交偏光成分の強度を測定し、そこから信号を生成するように構成された検出器と、
前記検出器からの前記信号を受信し、前記直交偏光成分から導出された非対称性データを用いてオーバレイ計測測定のために前記直交偏光成分を処理するように構成された処理ユニットと、
を備えるリソグラフィ装置。
【請求項１３】
デバイス製造方法であって、
試料を偏光ビームで照明するステップと、
前記偏光ビームによって引き起こされた前記試料からの散乱光を捕捉するステップと、
前記偏光ビームの偏光方向に直交する直交偏光成分を透過させるステップと、
前記直交偏光成分の強度を測定するステップと、
前記直交偏光成分から導出された非対称性データを用いてオーバレイ計測測定を実行するステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
基板を前記試料として使用するステップと、
前記試料によって散乱された前記光のゼロ次回折成分を捕捉するステップと、
前記捕捉された光を面内画像と交差偏光画像に分割するステップと、
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ＣＣＤカメラを用いて前記測定を実行するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【国際調査報告】
2011525713.tif 000009
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