(57)【要約】【課題】照明光学システムおよび投影光学システムを有するスキャトロメータの収差を測定する方法が提供される。【解決手段】スキャトロメータ内で、透過性開口のアレイを備えるアパーチャプレートが、投影光学システムの瞳面と共役である照明光学システムの面に挿入される。光学システムの収差は、瞳面における輝点の相対位置を測定することによって測定することができる。【選択図】図５
2008175809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光学システムおよび投影光学システムを有するスキャトロメータの収差を測定する方法であって、
アパーチャプレート内に形成された複数の透過部分を有する該アパーチャプレートを、前記照明光学システム内の第一面に配置し、
前記アパーチャプレートを照明し、
前記投影光学システム内に配置され且つ前記第一面と共役である第二面にて、前記アパーチャプレートの前記透過部分に対応する複数の輝点の相対的位置を測定する、ことを含む方法。
【請求項２】
前記アパーチャプレートが少なくとも３、少なくとも１０、少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも２００、または少なくとも５００の透過部分を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記透過部分が規則的アレイに配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記規則的アレイが正方形である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記投影光学システムが、瞳面を有する対物レンズを備え、前記第二面が前記瞳面である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記投影光学システムが、瞳面を有する対物レンズと、前記瞳面の像を前記第二面に投影する光学要素とを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
さらに、前記透過部分の相対位置を測定し、前記輝点の前記測定相対位置に前記透過部分の相対位置の変動を補償することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記輝点の前記相対位置を測定することが、前記輝点の強度中心の相対位置を測定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記輝点の前記相対位置を測定することが、各輝点に円を当て嵌め、前記当て嵌めた円の中心の相対位置を求めることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
基板上にデバイス層を製造するために使用されるリソグラフィプロセスによって基板に印刷されたターゲットパターンのパラメータに関連する値を決定する検査装置であって、
放射検査ビームを前記ターゲットパターンへと誘導する照明光学システムと、
前記ターゲットパターンによって反射または散乱した放射をディテクタに投影し、スキャトロメータのスペクトルを獲得する投影光学システムと、
複数の透過部分を備えるアパーチャプレートを、前記照明光学システムの第一面に選択的に配置する交換機構と、
前記第一面と共役である前記投影光学システムの第二面にて、前記複数の透過部分に対応する複数の輝点の位置を測定するディテクタと、
を備える検査装置。
【請求項１１】
前記アパーチャプレートが少なくとも３、少なくとも１０、少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも２００、または少なくとも５００の透過部分を有する、請求項１０に記載の検査装置。
【請求項１２】
前記透過部分が規則的アレイに配置される、請求項１０に記載の検査装置。
【請求項１３】
前記規則的アレイが正方形である、請求項１２に記載の検査装置。
【請求項１４】
前記投影システムが、瞳面を有する対物レンズを備え、前記第二面が前記瞳面である、請求項１０に記載の検査装置。
【請求項１５】
前記投影光学システムが、瞳面を有する対物レンズと、前記瞳面の像を前記第二面に投影する光学要素とを備える、請求項１０に記載の検査装置。
【請求項１６】
パターンを照明するイルミネータと、
前記パターンの像を基板に投影する投影システムと、
基板に印刷されたターゲットパターンのパラメータに関する値を求める検査装置と、を備え、
前記検査装置が、
放射検査ビームを前記ターゲットパターンへと誘導する照明光学システムと、
前記ターゲットパターンによって反射または散乱した放射をディテクタに投影し、スキャッタメータのスペクトルを獲得する投影光学システムと、
複数の透過部分を備えるアパーチャプレートを、前記照明光学システムの第一面に選択的に配置する交換機構と、
前記第一面と共役である前記投影光学システムの第二面にて、前記複数の透過部分に対応する複数の輝点の位置を測定するディテクタと、を備える
リソグラフィ装置。
【請求項１７】
放射感応性層で基板を被覆するコータと、
コータによって被覆された基板の前記放射感応性層に像を露光するリソグラフィ装置と、
前記リソグラフィ装置によって露光された像を現像するデペロッパと、
基板に印刷されたターゲットパターンのパラメータに関する値を求める検査装置と、を備え、
前記検査装置が、
放射検査ビームを前記ターゲットパターンへと誘導する照明光学システムと、
前記ターゲットパターンによって反射または散乱した放射をディテクタに投影し、スキャトロメータのスペクトルを獲得する投影光学システムと、
複数の透過部分を備えるアパーチャプレートを、前記照明光学システムの第一面に選択的に配置する交換機構と、
前記第一面と共役である前記投影光学システムの第二面で、前記複数の透過部分に対応する複数の輝点の位置を測定するディテクタと、を備える
リソグラフィセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本発明は例えばリソグラフィ技術によるデバイスの製造などに有用な検査方法、およびリソグラフィ技術を使用したデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[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）の製造に使用可能である。このような場合、代替的にマスクまた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つまたは幾つかのダイの一部を備える）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近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、基板を所定の方向(「スキャン」方向）と平行あるいは逆平行にスキャンしながら、パターンを所定の方向（「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具備している。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。
【０００３】
[0003]  リソグラフィプロセスを監視するために、通常はパターニングされた基板の１つまたは複数のパラメータ、例えば基板中または基板上に形成された連続する層間のオーバレイエラーなどを測定する。リソグラフィプロセスで形成される顕微鏡的構造を測定するには、走査電子顕微鏡および様々な専門的ツールを使用することを含めて、様々な技術がある。専門的検査ツールの１つの形態は、放射ビームを基板の表面上のターゲットに誘導し、散乱または反射したビームの１つまたは複数の特性を測定するスキャトロメータである。基板による反射または散乱の前および後にビームの１つまたは複数の特性を比較することにより、基板の１つまたは複数の特性を求めることができる。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記憶されているデータと比較することによって実行することができる。スキャトロメータは２つの主なタイプが知られている。分光器スキャトロメータは、広帯域放射ビームを基板に誘導し、特定の狭い角度範囲に散乱した放射のスペクトル（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、角度の関数として散乱放射の強度を測定する。エリプソメータが偏光状態を測定する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
[0004]  スキャトロメータは、高度に非線形の計器であり、検査されている構造の小さい変化が、測定されるスペクトルの大きい変化につながることがある。したがって、スキャトロメータ自体の光学コンポーネントを正確に形成し、設定しなければならない。さらに、スキャトロメータの光学システムを監視し、その変化を全て検出できることが望ましい。
【０００５】
[0005]  例えば、スキャトロメータの光学システムの収差を測定できるようにする方法および装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0006]  本発明の一態様によれば、照明光学システムおよび投影光学システムを有するスキャトロメータの収差を測定する方法が提供され、方法は、
アパーチャプレート内に形成された複数の透過部分を有するアパーチャプレートを、照明光学システムの第一面に配置し、
アパーチャプレートを照明し、
投影光学システム内に配置され且つ第一面と共役である第二面にて、アパーチャプレートの透過部分に対応する複数の輝点の相対的位置を測定することを含む。
【０００７】
[0007]  本発明の一態様によれば、基板上にデバイス層を製造するために使用されるリソグラフィプロセスによって基板に印刷されたターゲットパターンのパラメータに関連する値を測定する検査装置が提供され、該装置は、
放射検査ビームをターゲットパターンへと誘導する照明光学システムと、
ターゲットパターンによって反射または散乱した放射をディテクタに投影し、スキャトロメータのスペクトルを獲得する投影光学システムと、
複数の透過部分を備えるアパーチャプレートを、照明光学システムの第一面に選択的に配置する交換機構と、
第一面と共役である投影光学システムの第二面にて、複数の透過部分に対応する複数の輝点の位置を測定するディテクタと、を備える。
【０００８】
[0008]  本発明の一態様によれば、本明細書で開示されるような検査装置を備えるリソグラフィ装置およびリソグラフィセルが提供される。
【０００９】
[0009]  次に、本発明の実施形態を添付の略図を参照しながら、ほんの一例として説明する。図面では対応する参照記号は対応する部品を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
[0016]  図１ａは、リソグラフィ装置を概略的に示したものである。この装置は、
【００１１】
[0017]−  放射ビームＢ（例えばＵＶ放射またはＤＵＶ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、
【００１２】
[0018]−  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成され、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一ポジショナＰＭに接続されたサポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
【００１３】
[0019]−  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成され、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二ポジショナ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、
【００１４】
[0020]−  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つまたは複数のダイを含む）に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。
【００１５】
[0021]  照明システムは、放射の誘導、整形、また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、またはその任意の組み合わ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。
【００１６】
[0022]  サポート構造は、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。このサポート構造は、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。サポート構造は、例えばフレームまたはテーブルでよく、必要に応じて固定式または可動式でよい。サポート構造は、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」または「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。
【００１７】
[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また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別な機能層に相当する。
【００１８】
[0024]  パターニングデバイスは透過性または反射性とすることができる。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、およびプログラマブル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、減衰型(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。
【００１９】
[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、また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および静電気光学システム、また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される。
【００２０】
[0026]  ここに示している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、または反射マスクを使用する）。
【００２１】
[0027]  リソグラフィ装置は２つ（デュアルステージ）またはそれ以上の基板テーブル（および／または２つ以上のサポート構造）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、追加のテーブルおよび／またはサポート構造を並行して使用するか、１つまたは複数の他のテーブルおよび／またはサポート構造を露光に使用している間に１つまたは複数のテーブルおよび／またはサポート構造で予備工程を実行することができる。
【００２２】
[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使用してもよい。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、基板などの構造体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。
【００２３】
[0029]  図１ａ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、それぞれ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および／また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およびイルミネータ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。
【００２４】
[0030]  イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調節するアジャスタＡＤを備えていてもよい。通常、イルミネータの瞳面における強度分布の外側および／または内側半径範囲（一般にそれぞれ、σ-outerおよびσ-innerと呼ばれる）を調節することができる。また、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサ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。また、イルミネータを用いて放射ビームを調整し、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。
【００２５】
[0031]  放射ビームＢは、サポート構造（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が与えられる。放射ビームＢはパターニングデバイスＭＡを通り抜けて、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームを集束する投影システムＰＬを通過する。第二ポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダまたは容量センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴを、例えば放射ビームＢの経路において様々なターゲット部分Ｃに位置決めするように正確に移動できる。同様に、第一ポジショナＰＭおよび別の位置センサ（図１には明示されていない）を使用して、例えばマスクライブラリから機械的に検索した後に、またはスキャン中に、放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイスＭＡを正確に位置決めすることができる。一般的に、サポート構造ＭＴの移動は、第一ポジショナ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）およ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、第二ポジショナＰＷの部分を形成するロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールの助けにより実現できる。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、サポート構造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、固定してもよい。パターニングデバイスＭＡおよび基板Ｗは、パターニングデバイスアラインメントマークＭ１、Ｍ２および基板アラインメントマーク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ンメントマークは、専用のターゲット位置を占有するが、ターゲット部分の間の空間に配置してもよい（スクライブレーンアラインメントマークと呼ばれる）。同様に、パターニングデバイスＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、パターニングデバイスアラインメントマークをダイ間に配置してもよい。
【００２６】
[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。
【００２７】
[0033]  １．ステップモードにおいては、サポート構造ＭＴおよび基板テーブル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１回の静止露光）。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方向および／または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、１回の静止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。
【００２８】
[0034]  ２．スキャンモードにおいては、サポート構造ＭＴおよび基板テーブル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たパターンをターゲット部分Ｃに投影する（つまり１回の動的露光）。サポート構造ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）およ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、１回の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。
【００２９】
[0035]  ３．別のモードでは、サポート構造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を移動また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、また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なしリソグラフィに容易に利用できる。
【００３０】
[0036]  上述した使用モードの組合せおよび／または変形、または全く異なる使用モードも利用できる。
【００３１】
[0037]  図１ｂに示すように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソセルまたはクラスタと呼ばれることもあるリソグラフィセルＬＣの一部を形成し、これは基板で１つまたは複数の露光前および露光後プロセスを実行する装置も含む。従来、これらは、レジスト層を堆積させる１つまたは複数のスピンコータＳＣ、露光したレジストを現像する１つまたは複数のデペロッパＤＥ、１つまたはチルプレートＣＨおよび１つまたは複数のベークプレートＢＫを含む。基板ハンドラ、つまりロボットＲＯは、入出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を取り上げ、これを異なるプロセス装置間で移動させ、これをリソグラフィ装置の装填ベイＬＢへと送出する。これらの装置は、往々にしてまとめてトラックと呼ばれ、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、これ自体が監視制御システムＳＣＳに制御され、これはリソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置も制御する。したがって、様々な装置を操作して、スループットおよび処理効率を最大限にすることができる。
【００３２】
[0038]  リソグラフィ装置によって露光する基板を正確かつ一貫して露光するために、露光した基板を検査して、引き続く層間のオーバレイエラー、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ことが望ましい。エラーが検出された場合は、特に同じバッチの他の基板をまだ露光するのに十分なほど即座に、かつ迅速に検査を実行できる場合、引き続く基板の露光を調節することができる。また、既に露光した基板を取り除いて再加工し、歩留まりを改善するか、廃棄し、それによって欠陥があることが分かっている基板での露光の実行を回避することができる。基板の一部のターゲット部分のみに欠陥がある場合は、良好であるターゲット部分のみで、さらなる露光を実行することができる。エラーを補償するために、引き続くプロセスステップの設定を適応させるという可能性もある。例えばトリムエッチングのステップの時間を調節して、リソグラフィプロセスステップによって生じる基板毎のＣＤの変動を補償することができる。
【００３３】
[0039]  検査装置を使用して、基板の１つまたは複数の特性を、特に異なる基板または同じ基板の異なる層で、１つまたは複数の特性が層毎に、および基板全体でいかに異なるかを求める。検査装置は、リソグラフィ装置ＬＡまたはリソセルＬＣに組み込むか、独立式器具でよい。最も迅速な測定を可能にするために、検査装置は、露光直後に露光したレジスト層で特性を測定することが望ましい。しかし、レジストの潜像はコントラストが非常に低く、放射で露光したレジストの部分と露光していない部分とには、屈折率に非常に小さい差しかなく、全ての検査装置が、潜像を有効に測定するほど十分な感度を有するわけではない。したがって、習慣的に露光した基板で実行する最初のステップであり、レジストの露光部分と非露光部分とのコントラストを向上させる露光後ベークステップ（ＰＥＢ）の後に、測定を実行することができる。この段階で、レジスト内の像を半潜在性と言うことができる。レジストの露光部分または非露光部分が除去されているポイントで、またはエッチングなどのパターン転写ステップの後に、現像したレジスト像を測定することも可能である。後者の可能性は、欠陥がある基板を再加工する可能性を制限するが、それでも例えばプロセス制御の目的などに有用な情報を提供することができる。
【００３４】
[0040]  図２は、本発明の一実施形態で使用できるスキャトロメータＳＭ１を示す。これは基板Ｗに放射を投影する広帯域（白色光）放射プロジェクタ２を備える。反射した放射は分光ディテクタ４へと渡され、これは鏡面反射した放射のスペクトル１０（つまり波長の関数としての強度の尺度）を測定する。このデータから、検出したスペクトルを生じさせる構造または輪郭を、処理ユニットＰＵによって、例えば厳密結合波分析および非線形回帰によって、または図２の底部に示すようにシミュレーションしたスペクトルのライブラリとの比較によって再構成することができる。概して、再構築するためには、構造の全体的形態が知られ、幾つかのパラメータは、構造を作成したプロセスの知識から想定され、構造の幾つかのパラメータのみが、スキャトロメータ測定データから求めるように残されている。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または斜め入射スキャトロメータとして構成することができる。
【００３５】
[0041]  本発明の一実施形態で使用できる別のスキャトロメータＳＭ２が、図３に図示されている。このデバイスでは、放射源２によって放出された放射は、レンズシステム１２を使用して干渉フィルタ１３および偏光器１７を通して集束され、部分反射表面１６によって反射し、望ましくは少なくとも０．９または少なくとも０．９５という高い開口数（ＮＡ）を有する顕微鏡の対物レンズ１５を介して基板Ｗに集束される。液浸スキャトロメータは、開口数が１を超えるレンズを有してもよい。反射した放射は、次に部分反射表面１６を通過して、散乱スペクトルを検出するためにディテクタ１８に入る。ディテクタは、逆投影された瞳面１１に配置することができ、これはレンズシステム１５の焦点距離にあるが、瞳面は、補助光学系（図示せず）でディテクタ１８へと再結像することができる。瞳面は、放射の半径方向位置が入射角度を規定し、角度位置が放射の方位角を規定する面である。ディテクタは、基板ターゲットの２次元角度散乱スペクトル（つまり散乱角度の関数としての強度の尺度）を測定できるように、２次元ディテクタであることが好ましい。ディテクタ１８は、例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサのアレイでよく、例えば１フレーム当たり４０ミリ秒という積分時間を有してよい。
【００３６】
[0042]  基準ビームは、例えば入射放射の強度を測定するために使用されることが多い。それを実行するには、放射ビームが部分的に反射性の表面１６に入射すると、その一部が基準ビームとして基準ミラー１４に向かってその表面を透過する。次に、基準ビームを同じディテクタ１８の異なる部分に投影する。
【００３７】
[0043]  例えば４０５〜７９０ｎｍの範囲、または２００〜３００ｎｍなどのさらに低い範囲で対象の波長を選択するために、１つまたは複数の干渉フィルタ１３が使用可能である。干渉フィルタは、１セットの様々なフィルタを備えるのではなく、調整可能でもよい。１つまたは複数の干渉フィルタの代わりに、またはそれに加えて回折格子を使用することもできる。
【００３８】
[0044]  ディテクタ１８は、１つの波長（または狭い波長範囲）で散乱光の強度を測定するか、複数の波長で別個に強度を測定するか、ある波長の範囲にわたって積分した強度を測定することができる。さらに、ディテクタは、ＴＭ(transverse magnetic)分極放射、およびＴＥ(transverse electric)分極放射の強度および／またはＴＭ分極放射とＴＥ分極放射の間の位相差を別個に測定することができる。
【００３９】
[0045]  広帯域放射源２（つまり放射の周波数または波長が、したがって色が広範囲にわたる光源）の使用が可能であり、これは大きなエタンデユ(etendu)を与え、複数波長の混合を可能にする。広帯域の複数の波長は、それぞれλδの帯域幅および少なくとも２λδの間隔（つまり波長の２倍）を有することが好ましい。幾つかの放射「源」は、例えばファイバ束を使用して分割されている拡張放射源の異なる部分でよい。この方法で、角度分解した散乱スペクトルを複数の波長にて並列で測定することができる。３次元スペクトル（波長および２つの異なる角度）を測定することができ、これは２次元スペクトルより多くの情報を含む。これによって、より多くの情報を測定することができ、これは測定プロセスの堅牢性を向上させる。これについては、参照により全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開ＵＳ２００６−００６６８５５号にさらに詳細に記載されている。
【００４０】
[0046]  基板Ｗ上のターゲットは、現像後にバーが中実レジスト線で形成されるように印刷された回折格子でよい。あるいは、バーを基板にエッチングしてよい。ターゲットパターンは、リソグラフィ投影装置の焦点、線量、オーバレイ、色収差などの対象となるパラメータに対して敏感であるように選択され、したがって関連するパラメータの変動は、印刷されたターゲットの変動として明らかになる。例えば、ターゲットパターンは、リソグラフィ投影装置、特に投影システムＰＬの色収差に敏感でよく、照明の対称性およびこのような収差の存在は、印刷されたターゲットの変動として現れる。したがって、印刷されたターゲットパターンのスキャトロメータデータを使用して、ターゲットパターンを再構築する。印刷ステップおよび／または他のスキャトロメータプロセスの知識から、線の幅および形状などのターゲットパターンのパラメータを、再構築プロセスに入力し、処理ユニットで実行することができる。
【００４１】
[0047]  スキャトロメータから獲得されたデータ（スペクトルと呼ばれる）から、クリティカルディメンション（ＣＤ）などのターゲットの関心のあるパラメータの値を求めるには、２つの主な方法がある。反復モデリングとライブラリ探索である。反復モデリング技術では、ターゲット構造の理論的モデルを使用して、問題のパラメータの関数としてターゲットから獲得されるスペクトルを計算する。初期値またはシード値から始まり、パラメータ値の推定値を改善できるように、予想されるスペクトルを計算して、測定したスペクトルと比較する。予想されるスペクトルが、望ましい誤差限界内で測定したスペクトルと一致するまで、このプロセスを反復数だけ繰り返し、一致した時点で、パラメータの実際の値は、予想されるスペクトルを獲得するために使用するパラメータの予想値に、望ましい精度内で等しくなると仮定される。
【００４２】
[0048]  ライブラリ探索技術では、スペクトルをパラメータ値に関連させるモデルを使用して、予想されるスペクトルのライブラリを構築し、測定したスペクトルをライブラリ項目と比較して、最も近い一致を求める。ライブラリの項目数は、可能と予測されるパラメータ値の範囲によって決定され、これは事前にパラメータ値をいかに正確に予想できるか、および望ましい測定値の正確さに依存する。
【００４３】
[0049]  スキャトロメータで使用可能な別の技術は、主成分分析（Principle Component Analysis ＰＣＡ）である。この技術では、対象のパラメータの値を変動させて、試験パターンまたはキャリブレーションパターンのマトリクスを印刷する。試験パターン毎にスペクトルを獲得し、分析して、１セットの主成分（基底関数）を導出し、したがって係数のセットを主成分に掛けることにより、各スペクトルを表すことができる。これで、試験パターンの既知のパラメータ値から、係数をパラメータ値に関連づける関数を導出することができる。測定ターゲットからのスペクトルを分解して、主成分に掛ける係数にし、係数の値を使用してパラメータ値を求める。
【００４４】
[0050]  スキャトロメータ測定の正確さを保証するために、スキャトロメータの光学システムは、所望の範囲内で収差を免れていなければならない。したがって、光学システムの収差を測定できねばならない。スキャトロメータに使用されるような光学システムの収差を測定する従来通りの方法は、干渉分光法である。しかし、干渉分光法技術は追加のハードウェアを伴い、時間がかかることがあり、使用中の装置で実行することが困難である。したがって、スキャトロメータを有意の期間にわたって使用から外すことなく、定期的なキャリブレーションおよび診断監視を実行することができない。
【００４５】
[0051]  本発明の一実施形態によれば、図４に示すような特殊なアパーチャプレート２０を、スキャトロメータの対物レンズの瞳面と共役であるスキャトロメータの照明ブランチの面に挿入し、収差の測定を実行する。照明ブランチにこのような面が複数ある場合は、そのいずれかにアパーチャプレートを配置することができるが、放射源に最も近い面にアパーチャプレートを配置すると、装置の比較的大きい部分における収差に関する情報を獲得することができる。アパーチャプレートは、不透明フィールド２２に複数の小さい開口２１を備える。開口は、光学システムを通って伝搬する波面全体で収差を測定できるように、図示の正方形アレイのような、規則的な２次元のアレイに配置することが望ましい。しかし、開口が、収差に最も敏感、または影響を受けやすい瞳の部分に集中するように、開口２１の配置構成は不規則でよい。六角形または千鳥状のアレイも使用することができる。使用される開口の数は、収差測定に望ましい粗さによって決定される。一実施形態では、少なくとも３、少なくとも１０、少なくとも５０、少なくとも１００、または少なくとも２００の開口を使用してよい。一実施形態では、開口は、回折が最小限になるか、回避されるほど十分に大きいが、それ以外は瞳より小さければよい。アパーチャプレートを構築する材料および方法は、そのサイズおよび開口のサイズによって決定される。場合によっては、穴を穿孔した単純な金属板を使用してよく、精度を上げるために、レーザ切削および／またはドリリングを使用してよい。瞳が異常に小さい場合、アパーチャプレートは、ガラスまたは石英基板上のパターニンされたクロム層によって形成することができる。開口には多くの異なる形状を使用することができるが、通常は円形の開口であると都合がよい。
【００４６】
[0052]  スキャトロメータの光学システムの収差を測定するために、アパーチャプレートをビームに挿入し、ブランクシリコンウェーハまたはミラーなどの平坦な反射板を基板ホルダに配置する。アパーチャプレートが照明ブランチの瞳面に配置され、基板の代わりに平坦な反射板が使用されているので、アパーチャプレート、つまり輝点アレイの像が、対物レンズの瞳面に形成され、次にディテクタ上に再結像される。光学システムに収差があれば、全て輝点の位置のずれとして現れる。輝点の位置を求めるには、様々な異なる方法を使用することができる。例えば強度中心を求めるか、点の周囲に円を当て嵌め、円の中心を点の中心とする。
【００４７】
[0053]  測定により、光学システムに補正を必要とする収差があると判断されたら、光学システムまたはシステム全体中で要素の位置および／または方向を調節することによって実行することができる。特に、上述した方法は、基板に対する光学システムの傾きを検出するのに効果的である。本明細書で説明する測定方法は敏速であるので、設定時に、および装置の使用中に定期的に実行し、装置のスループットを大幅に減少させずに、ドリフトを検出することができる。
【００４８】
[0054]  本発明の一実施形態による別のスキャトロメータＳＭ３が、図５に図示されている。この実施形態では、２つの光源３１、３２が、例えばｐおよびｓなどの直交偏光状態を有する放射ビームを提供し、これがレンズ３３および３４によって集光して仮想光源を形成し、偏光ビームスプリッタ３５によって結合される。リレー光学系３６、３７が、非偏光ビームスプリッタ３９および対物レンズ４０を介して、基板テーブルＷＴに保持された基板Ｗへと測定スポットを投影する。レイアウトに都合がよいように折り曲げミラー３８が設けられ、これは照明において位置合わせおよび集光システム（図示せず）と結合するために部分的に銀メッキすることができる。対物レンズ４０は例えば０．９０または０．９５より大きい高いＮＡを有し、したがって内部に瞳面ＰＰを形成し、これはレンズ４２および４３によってＣＣＤアレイまたは他の形態のカメラのようなディテクタ４５に再結像される。集光のために可動ナイフエッジ４４が設けられる。
【００４９】
[0055]  非偏光ビームスプリッタ３９は、ミラー４６およびレンズ４７を介して入射ビームの一部を基準ミラー４８に誘導し、ビームはそこから戻り、ディテクタ４５に誘導されて、基準スポットを形成し、光源の強度変動があれば、その効果を全て除去できるようにする。
【００５０】
[0056]  構造を測定する装置の通常の使用時に、照明モードは、瞳面ＰＰと共役である面Ｃの開口の形状によって規定される。本発明の一実施形態の方法により収差を測定するには、交換機構２３を介してアパーチャプレート２０を面Ｃに配置する。交換機構は非常に単純でよく、例えばアパーチャプレートは、アクチュエータによって旋回自在に装着して、駆動し、板を回転してビームに出し入れすることができる。また、素材のウェーハまたはミラーを基板テーブルに配置する。あるいは、反射表面を基板テーブルＷＴに内蔵し、次に基板テーブルを、対物レンズ４０の下方に配置されるように移動することができる。
【００５１】
[0057]  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は言うまでもない。例えば、これは、集積光学装置、磁気ドメインメモリ用誘導および検出パターン、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」または「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ、「基板」または「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は、当業者に明らかである。本明細書に述べている基板は、露光前または露光後に、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）、メトロロジツールおよび／また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、以上およ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。
【００５２】
[0058]  以上では光学リソグラフィとの関連で本発明の実施形態の使用に特に言及しているが、本発明は、インプリントリソグラフィなどの他の用途においても使用可能であり、状況が許せば、光学リソグラフィに限定されないことが理解される。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスのトポグラフィによって、基板上に生成されるパターンが画定される。パターニングデバイスのトポグラフィを基板に供給されたレジストの層に押しつけ、その後に電磁放射、熱、圧力またはその組合せにより、レジストを硬化する。パターニングデバイスをレジストから離し、レジストを硬化した後にパターンを残す。
【００５３】
[0059]  本明細書で使用する「放射」および「ビーム」という用語は、イオンビームあるいは電子ビームといったような粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍもしくは１２６ｎｍの波長またはその辺りの波長を有する）および極端紫外線光（ＥＵＶ）放射（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を網羅する。
【００５４】
[0060]  「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気およ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、またはその組合せを指す。
【００５５】
[0061]  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つまたは複数のシーケンスを含むコンピュータプログラム、また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、磁気または光ディスク）の形態をとることができる。
【００５６】
[0062]  上記の説明は例示的であり、限定的ではない。したがって、請求の範囲から逸脱することなく、記載されたような本発明を変更できることが当業者には明白である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１ａ】[0010]  リソグラフィ装置を示した図である。
【図１ｂ】[0011]  リソグラフィセルまたはクラスタを示した図である。
【図２】[0012]  本発明の一実施形態によるスキャトロメータを示した図である。
【図３】[0013]  本発明の一実施形態によるさらなるスキャトロメータを示した図である。
【図４】[0014]  本発明の一実施形態によるスキャトロメータに使用される開口を示した図である。
【図５】[0015]  本発明の一実施形態によるさらなるスキャトロメータを示した図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
2008175809000001.pdf