(57)【要約】【課題】広い間隔の波長または波長範囲を使用して測定することができるスキャトロメータ測定方法および装置を提供する。【解決手段】スキャトロメータは、異なる第一および第二波長範囲の放射を放出することができる放射源を有する。どちらの波長範囲を使用しているかに従って必要に応じて色補正を実行するために、可変光学要素が設けられている。したがって、１つのスキャトロメータが、広い間隔の波長を使用して測定を実行することができる。【選択図】図２
2009288005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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
印刷されるターゲットパターンのパラメータに関連する値を割り出す検査装置であって、
第一波長範囲の第一波長を有する第一放射ビーム、または前記第一波長範囲とは異なる
第二波長範囲の第二波長を有する第二放射ビームを選択的に放出する放射源と、
前記第一または第二放射ビームのうち前記選択された一方を前記ターゲットパターンに
誘導し、前記ターゲットパターンによって再誘導された放射をディテクタに投影して、ス
キャトロメトリスペクトルを取得する光学システムと、
前記放射源から放出されるのが前記第一放射ビームか第二放射ビームかに従って、前記
光学システムの色補正を選択的に実行する可変光学要素と、
を備える装置。
【請求項２】
前記第一波長範囲が５から３００ｎｍである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第二波長範囲が４００から８００ｎｍである、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第一放射ビームが、それぞれ前記第一波長範囲に個々の波長を有する複数の成分を
持つ、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第二放射ビームが、それぞれ前記第二波長範囲に個々の波長を有する複数の成分を
持つ、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第一放射ビームが、前記第一波長範囲に波長の範囲を持つ広帯域ビームである、請
求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第二放射ビームが、前記第二波長範囲に波長の範囲を持つ広帯域ビームである、請
求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記可変光学要素が、変形可能ミラーを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記可変光学要素が、可変屈折レンズ要素を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記可変光学要素が、屈折レンズ要素と、該屈折レンズ要素の位置および／または方向
を調節するアクチュエータとを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記可変光学要素が、１対の屈折レンズ要素と、該１対の可変レンズ要素の相対位置を
調節するアクチュエータとを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記可変光学要素が、複数の交換可能光学要素と、該交換可能光学要素の１つを前記光
学システム内に選択的に配置するアクチュエータとを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記光学要素が、前記第一または第二放射ビームのうち前記選択された一方を前記ター
ゲットパターンに誘導する照明分岐と、前記ターゲットパターンによって再誘導された放
射をディテクタに投影して、スキャトロメトリスペクトルを取得するように構成された検
出分岐とを備え、前記可変光学要素が前記照明分岐に設けられる、請求項１に記載の装置
。
【請求項１４】
前記光学システムが、前記第一または第二放射ビームのうち前記選択された一方を前記
ターゲットパターンに誘導するように構成された照明分岐と、前記ターゲットパターンに
よって再誘導された放射をディテクタに投影して、スキャトロメトリスペクトルを取得す
る検出分岐とを備え、前記可変光学要素が前記検出分岐に設けられる、請求項１に記載の
装置。
【請求項１５】
前記光学システムが対物レンズシステムを備え、前記可変光学要素が前記対物レンズシ
ステムに設けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記可変光学要素が、前記光学システム内に選択的に配置可能な複数の対物レンズユニ
ットを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
パターンを照明する照明光学システムと、
前記パターンの像を基板に投影する投影光学システムと、
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
印刷されるターゲットパターンのパラメータに関連する値を割り出す検査装置と、
を備え、前記装置が、
第一波長範囲の第一波長を有する第一放射ビーム、または前記第一波長範囲とは異な
る第二波長範囲の第二波長を有する第二放射ビームを前記ターゲットパターンに誘導し、
前記ターゲットパターンによって再誘導された放射をディテクタに投影して、スキャトロ
メトリスペクトルを取得する光学システムと、
前記光学システムによって誘導されるのが前記第一放射ビームか第二放射ビームかに
従って、前記光学システムの色補正を選択的に実行する可変光学要素と、を備える、
リソグラフィ装置。
【請求項１８】
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ベロッパと、
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する値を割り出す検査装置と、
を備え、前記装置が、
第一波長範囲の第一波長を有する第一放射ビーム、または前記第一波長範囲とは異な
る第二波長範囲の第二波長を有する第二放射ビームを選択的に放出するように構成された
放射源と、
前記第一または第二放射ビームのうち前記選択された一方を前記ターゲットパターン
に誘導し、前記ターゲットパターンによって再誘導された放射をディテクタに投影して、
スキャトロメトリスペクトルを取得する光学システムと、
前記放射源によって放出されるのが前記第一放射ビームか第二放射ビームかに従って
、前記光学システムの色補正を選択的に実行する可変光学要素と、を備える、
リソグラフィセル。
【請求項１９】
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
印刷されるターゲットパターンのパラメータに関連する値を割り出す検査方法であって、
放射源を制御して、第一波長範囲の第一波長を有する第一放射ビーム、または前記第一
波長範囲とは異なる第二波長範囲の第二波長を有する第二放射ビームを選択的に放出し、
光学システムを使用して、前記第一または第二放射ビームのうち前記選択された一方を
前記ターゲットパターンに誘導し、前記ターゲットパターンによって再誘導された放射を
ディテクタに投影して、スキャトロメトリスペクトルを取得し、
可変光学要素を調節して、前記放射源から放出されるのが前記第一放射ビームか第二放
射ビームかに従って、前記光学システムの色補正を選択的に実行する
ことを含む方法。
【請求項２０】
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
印刷されるターゲットパターンのパラメータに関連する値を割り出す検査装置であって、
第一波長範囲の第一波長を有する第一放射ビーム、または前記第一波長範囲とは異なる
第二波長範囲の第二波長を有する第二放射ビームを、前記ターゲットパターンに誘導し、
前記ターゲットパターンによって再誘導された放射をディテクタに投影して、スキャトロ
メトリスペクトルを取得する光学システムであって、瞳面を有し、且つ前記パターンによ
って再誘導された前記放射を集める対物レンズと、前記瞳面の像を前記ディテクタに投影
する結像光学システムとを備える光学システムと、
前記光学システムによって誘導されるのが前記第一放射ビームか第二放射ビームかに従
って、前記光学システムの色補正を選択的に実行する可変光学要素と、を備える装置。
【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に使用可能な検査方法
に、およびリソグラフィ技術を使用するデバイス製造方法に、特にスキャトロメータ測定
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互いに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、通常はパターンを与えられた基板の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、放射の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、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。角度分解スキャトロメータとエリプソメータは単色ビーム、多
色ビーム（つまり異なる波長の複数の成分があるビーム）、または広帯域ビームを使用す
ることができる。
【０００４】
[0004]  広帯域ビームまたは多色ビームを使用するには、スキャトロメータの光学系をア
クロマート(achromatic)にする必要がある。屈折性光学要素を含む光学システムをアクロ
マートにする技術は、よく知られているが、対応すべき波長の数または範囲が増加するの
で、より複雑かつ困難になる。例えばシュワルツシルト光学系に基づくミラーを使用する
光学システムの方が、簡単にアクロマートにすることができるが、特に高ＮＡ光学系を有
するスキャトロメータおよびエリプソメータには、瞳面が不明瞭になるので不適切である
。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0005]  例えば広い間隔の波長または波長範囲を使用して測定することができるスキャト
ロメータ測定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るターゲットパターンのパラメータに関連する値
を割り出す検査装置であって、
第一波長範囲の第一波長を有する第一放射ビーム、または第一波長範囲とは異なる第二
波長範囲の第二波長を有する第二放射ビームを選択的に放出する放射源と、
第一または第二放射ビームのうち選択された一方をターゲットパターンに誘導し、ター
ゲットパターンによって再誘導された放射をディテクタに投影して、スキャトロメトリス
ペクトルを取得する光学システムと、
放射源から放出されるのが第一放射ビームか第二放射ビームかに従って、光学システム
の色補正を選択的に実行する可変光学要素と、
を備える装置が提供される。
【０００７】
[0007]  本発明の態様によれば、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るターゲットパターンのパラメータに関連する値
を割り出す検査方法であって、
放射源を制御して、第一波長範囲の第一波長を有する第一放射ビーム、または第一波長
範囲とは異なる第二波長範囲の第二波長を有する第二放射ビームを選択的に放出し、
光学システムを使用して、第一または第二放射ビームのうち選択された一方をターゲッ
トパターンに誘導し、ターゲットパターンによって再誘導された放射をディテクタに投影
して、スキャトロメトリスペクトルを取得し、
可変光学要素を調節して、放射源から放出されるのが第一放射ビームか第二放射ビーム
かに従って、光学システムの色補正を選択的に実行する
ことを含む方法が提供される。
【０００８】
[0008]  本発明の態様によれば、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るターゲットパターンのパラメータに関連する値
を割り出す検査装置であって、
第一波長範囲の第一波長を有する第一放射ビーム、または第一波長範囲とは異なる第二
波長範囲の第二波長を有する第二放射ビームを、ターゲットパターンに誘導し、ターゲッ
トパターンによって再誘導された放射をディテクタに投影して、スキャトロメトリスペク
トルを取得する光学システムであって、瞳面を有し、且つパターンによって再誘導された
放射を集める対物レンズと、瞳面の像をディテクタに投影する結像光学システムとを備え
る光学システムと、
光学システムによって誘導されるのが第一放射ビームか第二放射ビームかに従って、光
学システムの色補正を選択的に実行する可変光学要素と、
を備える装置が提供される。
【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に接続された支持構造（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）ＰＳ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]  支持構造は、パターニングデバイスを支持、つまりその重量を支えている。該マ
スク支持構造は、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
ムまたはテーブルとすることができ、必要に応じて固定式または可動式とすることができ
る。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」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特徴またはいわゆるアシスト
特徴を含む場合、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つ以上のマスクテーブル）を有するタイプとすることができる。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つま
たは複数の他のテーブルを露光に使用している間に１つまたは複数のテーブルで予備工程
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とすることが
できる。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
成するとは見なされず、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、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ＰＳ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１ａ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、支持構造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Ｗ
Ｔ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）、支持構造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、支持構造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、支持構造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）。支持構造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、支持構造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レス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
デベロッパ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Ｂ
Ｋ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、ライン太さ、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
（歩留まりを改善するために）取り除いて再加工するか、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、スタン
ドアロンデバイスとすることができる。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
ト内の像を半潜在的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、本発明の実施形態によ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]  本発明の実施形態によれば、放射源２は、少なくとも２つの異なる波長範囲、例
えばＵＶ範囲（３００ｎｍ未満）および近赤外線範囲（７００〜８００ｎｍ）で放射を選
択的に出力するように制御可能である。放射源２は、ＵＶ放射を放出するために、重水素
ランプまたはキセノンランプなどの第一放射源を含むことができる。したがって、放射源
によって出力できる第一波長範囲は、約２００ｎｍから約３００ｎｍの範囲とすることが
できる。放射源２は、近赤外線放射を放出するために、石英タングステンハロゲン源また
はレーザなどの第二放射源を含むことができる。放射源によって出力できる第二波長範囲
は、約７００ｎｍから約８００ｎｍの範囲とすることができる。第一および第二放射源の
両方で、放出される波長範囲を所望の範囲に制限するために、１つまたは複数のフィルタ
を設けることができる。第一および第二波長範囲の放射を出力するために、第一および第
二放射源に選択的に通電する。あるいは、両方の放射源に同時に通電し、所望の放射源か
らの出力を選択するために、個々のシャッタを開閉するか、ビーム方向転換要素を動かす
ことができる。使用すべき異なる波長範囲が十分に近い場合は、１つの調整可能な放射源
を使用してもよい。３つ以上の波長範囲から選択可能にするには、３つ以上の選択可能な
放射源および／または調整可能な放射源を設けることができる。
【００３６】
[0042]  ＣＤの測定にはＵＶ範囲の放射が有用であり、獲得可能なＣＤ値は、リソグラフ
ィ技術の改善とともに縮小するので、正確に測定するためには、より短い波長が必要であ
る。ポリシリコンまたはポリシリコン様層のオーバレイを測定するには、近赤外線範囲の
放射が有用である。他の測定には、他の波長範囲が特に有用なことがある。２つ以上の異
なる範囲を選択的に放出できる放射源を設けることにより、ＣＤおよびオーバレイなどの
異なる測定を、１つのスキャトロメータで実行することができる。これは、工場に設けら
れるスキャトロメータの数を減少させ、スループットを向上させる。というのは、スキャ
トロメータ間で基板を移動する必要なく、基板で複数の測定を実行できるからである。
【００３７】
[0043]  スキャトロメータＳＭ１の光学システム（図示せず）は、使用すべき様々な波長
範囲に適応させる必要がある。したがって、順応性がある光学要素ＡＥ１が、スキャトロ
メータの光学システムの適切な位置に設けられ、異なる波長範囲が選択された場合に、制
御ユニットＣＵの制御下で必要な補正を実行する。可変要素ＡＥ１は様々な異なる形態を
とってよい。例えば、制御自在に変形可能なミラー、制御自在に変形可能なレンズ要素、
可動レンズ要素、調節可能な相対位置を有する複数のレンズ要素および／または交換可能
なレンズ要素を備えることができる。
【００３８】
[0044]  本発明の実施形態にて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およびポラライザ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。
【００３９】
[0045]  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。
【００４０】
[0046]  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。
【００４１】
[0047]  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、あるいは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)偏
光放射、およびＴＥ(transverse electric)偏光放射の強度および／またはＴＭ偏光放射
とＴＥ偏光放射の間の位相差を別個に測定することができる。
【００４２】
[0048]  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ュを与え、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
出願公報第ＵＳ２００６−００６６８５５Ａ号にさらに詳細に記載されている。
【００４３】
[0049]  図２に関して説明した実施形態のように、放射源２は、制御ユニットＣＵによっ
て、第一波長範囲または第二波長範囲の波長（または波長のセット）を有する放射を選択
的に放出するように制御可能である。選択された範囲に従って、可変要素ＡＥ２を制御し
、光学システムの必要な補償を実行する。放射源２および可変要素ＡＥ２は、図２に関し
て説明した実施形態の対応する部品と同じ形態をとってよい。放射源２によって出力され
る波長範囲またはセットの選択に関連して、１つまたは複数のフィルタ１３を交換または
調節する。
【００４４】
[0050]  図示のように、可変要素ＡＥ２はスキャトロメータＳＭ２の測定分岐に、つまり
サンプルとディテクタ１８の間に設けられるが、照明分岐に、つまり放射源２とサンプル
の間に設けてもよい。２つ以上の可変要素を、例えば各分岐に１つずつ設けることができ
る。可変要素ＡＥ２は、高ＮＡ対物レンズ１５内に設けることもできる。
【００４５】
[0051]  本発明のさらなる実施形態によるスキャトロメータＳＭ３が、図４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
態を有する放射のビームを提供し、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。上述したように、各放射源
は、第一または第二波長範囲の放射を放出するように制御可能である。アパーチャプレー
ト２０に１つまたは複数の開口を設けて、照明ビームを成形し、例えば従来通りの照明、
環状照明および／または多極照明にすることができる。モータなどの選択機構２３を使用
して、プレートの複数の開口のうち１つを選択することができる。
【００４６】
[0052]  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。ミラーは
、放射源３１、３２によって出力された選択波長範囲と同期して必要な色補正を実行する
ために、制御ユニットＣＵ（図示せず）の制御下で変形可能である。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。
【００４７】
[0053]  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。
【００４８】
[0054]  本発明のさらなる実施形態によるスキャトロメータＳＭ４が、図５に図示されて
いる。このスキャトロメータは、上述したスキャトロメータＳＭ３と大部分同じであり、
したがって共通部品の説明は省略される。
【００４９】
[0055]  変形可能なミラー３８の代わりに、スキャトロメータＳＭ４は単純な折り畳みミ
ラー３８ａを有し、これは照明において集光システム（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。選択された波長範囲に従って必要な光学システムの補正
を実行するために、アクチュエータ４０ｃとともに２つ（以上）の交換可能な対物レンズ
４０ａ、４０ｂを設けて、対物レンズの交換を実行する。交換可能な対物レンズの１つは
、放射源３１、３２によって出力できる各波長範囲（またはセット）に合わせて最適化さ
れる。代替方法として、可変要素を、高ＮＡの対物レンズ４０内に設けることができる。
【００５０】
[0056]  上述したスキャトロメータのいずれでも、基板Ｗ上のターゲットは、現像後にレ
ジストの実線でバーが形成されるように印刷される回折格子とすることができる。バーは
、交互に基板にエッチングすることができる。ターゲットパターンは、リソグラフィ投影
装置の焦点、ドーズ、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測定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。
【００５１】
[0057]  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問題のパラメータの値を求めるには、
２つの基本的方法がある。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。
【００５２】
[0058]  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再び
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。
【００５３】
[0059]  スキャトロメータで使用可能な別の技術は、主成分分析（Principal 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
ターンまたは較正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。
【００５４】
[0060]  スキャトロメータ測定の正確さを保証するために、光学システムは、所望の範囲
内で収差を免れていることが必要である。それには、光学システムの収差を測定できる必
要がある。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必要とし
、時間がかかり、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しない状態にせずに、定期的な較正および診断監視を実
行することができない。
【００５５】
[0061]  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）、メトロロジーツールおよび／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。
【００５６】
[0062]  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微細構成によって、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微細構成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。
【００５７】
[0063]  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、約
３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍもしくは１２６ｎｍまた
はその近辺の波長を有する）および極端紫外線（ＥＵＶ）放射（例えば、５ｎｍ〜２０ｎ
ｍ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。
【００５８】
[0064]  「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
気光学部品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。
【００５９】
[0065]  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するデータ記憶媒体（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。
【００６０】
[0066]  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】
【００６１】
【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]  本発明の実施形態による第一スキャトロメータを示した図である。
【図３】[0013]  本発明の実施形態による第二スキャトロメータを示した図である。
【図４】[0014]  本発明の実施形態による第三スキャトロメータを示した図である。
【図５】[0015]  本発明の実施形態による第四スキャトロメータを示した図である。
【図１ａ】
2009288005.tif 000003
【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009288005.tif 000007
【図５】
2009288005.tif 000008
【外国語明細書】
2009288005000001.pdf