JP2008098636A - 検査方法および装置、リソグラフィ装置、リソグラフィ処理セルおよびデバイス製造方法 - Google Patents

検査方法および装置、リソグラフィ装置、リソグラフィ処理セルおよびデバイス製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】任意の測定ターゲットについて、パラメータの実際の値を求める方法に使用される、ターゲット構造の１つまたは複数のパラメータの初期値またはシード値を予想する方法を提供する。
【解決手段】スキャトロメトリ測定方法では、対象パラメータに対して感受性が異なる様々なターゲットを、キャリブレーションマトリクスに印刷し、異なるスペクトルを取得する。主な成分の解析を異なるスペクトルに適用して、１つのターゲットから取得したスペクトルから取得したキャリブレーション関数よりも、下にある構造の変動に対して感受性が低いキャリブレーション関数を取得する。
【選択図】図５

Description

[0001] 本発明は、例えばリソグラフィ技術でデバイスを製造する際に使用可能な検査方法、およびリソグラフィ技術を使用してデバイスを製造する方法に関する。
[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。
[0003] リソグラフィのプロセスを監視するために、通常はパターン付与された基板の１つまたは複数のパラメータ、例えば基板内または基板上に形成される連続層間のオーバレイエラーを測定する。走査電子顕微鏡および様々な専門ツールを使用するなど、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、様々な技術がある。専門的な検査ツールの１つの形態はスキャトロメータであり、ここでは放射ビームを基板の表面上のターゲットへと誘導し、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。基板による反射または散乱前および後のビームの１つまたは複数の特性を比較することによって、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。主な２つのタイプのスキャトロメータが知られている。立体スキャトロメータは、広帯域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。偏光解析装置も偏光状態を測定する。
[0004] スキャトロメータから取得されたデータ（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、ターゲットの対象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、対象パラメータの関数としてターゲットから取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、予測スペクトルを計算して、測定したスペクトルと比較する。予測スペクトルが、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、予測スペクトルを取得するために使用するパラメータの予測値に、望ましい精度内で等しくなると仮定される。
[0005] ライブラリ探索では、予測スペクトルのライブラリを構築し、この場合も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、測定したスペクトルをライブラリエントリと比較して、最も近いマッチを求める。エントリの補間法を使用して、正確さを上げることができる。ライブラリのエントリ数は、予測される可能な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。
[0006] ほぼ全てのケースで、ターゲットの幾つかのパラメータは変動し、測定するスペクトルに影響する。ライブラリを構築して、探索し、反復を実行するためにかかる時間は、パラメータの数の増加とともに指数関数的に増加する傾向がある。さらに、所望の正確さのレベルを達成するために必要な反復数は、初期予想の誤差で劇的に増加することがある。
[0007] さらに、正確さは、スキャトロメータの信号対雑音比とヤコビ行列(Jacobian matrix)の条件数との組合せによって制限され、後者は各測定パラメータに対するスキャトロメトリ信号の導関数を表す。この条件数は、測定パラメータの数の増加とともに悪化し、したがって正確さも悪化する。一例として、ＣＤ測定の正確さは、他のパラメータを固定値に設定することにより、３パラメータのターゲット構造モデルから１パラメータのモデルに変化した場合に、３倍から１００倍の間で改善することができる。
[0008] 例えば、任意の測定されたターゲットについて、パラメータの実際の値を求める方法に使用される、ターゲット構造の１つまたは複数のパラメータの初期値またはシード値を予想する、改善された方法を提供することが望ましい。
[0009] 本発明の一態様によれば、リソグラフィプロセスによって１つまたは複数の基板の１つまたは複数のフィールドに印刷されている複数のターゲットパターンの１つまたは複数のパラメータを測定する方法であって、
放射検査ビームを複数のターゲットパターンのうち第一パターンに誘導し、そこから反射または散乱した放射を測定して、第１測定データを取得し、
第一測定データを処理して、複数のターゲットパターンのうち第一パターンのパラメータに関連する第一値を取得し、
放射検査ビームを複数のターゲットパターンのうち第二パターンに誘導し、そこから反射または散乱した放射を測定して、第二測定データを取得し、
第二測定データを処理して、複数のターゲットパターンのうち第二パターンのパラメータに関連する第二値を取得する
ことを含み、
第二測定データを処理する際に、第一値から導出したシード値を使用して、第二値の取得を補助する、方法が提供される。
[0010] 本発明の一態様によれば、
リソグラフィプロセスによって複数のターゲットパターンおよびデバイスパターンを、第一基板および第二基板それぞれの１つまたは複数のフィールドに印刷し、
放射検査ビームを複数のターゲットパターンのうち第一パターンに誘導し、そこから反射または散乱した放射を測定して、第一測定データを取得し、
第一測定データを処理して、複数のターゲットパターンのうち第一パターンのパラメータに関連する第一値を取得し、
放射検査ビームを複数のターゲットパターンのうち第二パターンに誘導し、そこから反射または散乱した放射を測定して、第二測定データを取得し、
第二測定データを処理して、複数のターゲットパターンのうち第二パターンのパラメータに関連する第二値を取得する
ことを含み、
第二測定データを処理する際に、第一値から導出したシード値を使用して、第二値の取得を補助する、デバイス製造方法が提供される。
[0011] 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求めるように構成された検査装置であって、
放射検査ビームをターゲットパターンに誘導する照明光学システム、
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て、スキャトロメトリスペクトルを取得する投影光学システム、
スキャトロメトリスペクトルとシード値を使用して値を計算する計算器、および
計算器によって計算された値を記憶し、１つまたは複数の記憶された値をシード値として計算器に提供するストレージデバイス
を備える検査装置が提供される。
[0012] 本発明の一態様によれば、リソグラフィプロセスによって１つまたは複数の基板の１つまたは複数のフィールドに印刷されている複数のターゲットパターンの１つまたは複数のパラメータを測定する方法であって、
放射検査ビームを複数のターゲットパターンのうち第一パターンに誘導し、そこから反射または散乱した放射を測定して、第１測定データを取得し、
放射検査ビームを複数のターゲットパターンのうち第２パターンに誘導し、そこから反射または散乱した放射を測定して、第二測定データを取得し、
複数のターゲットパターンのうち第一および第二パターンの両方のパラメータに関連し且つそれをリンクするモデルを使用して、第一および第二測定データを処理し、それぞれ複数のターゲットパターンのうち第一および第二パターンのパラメータに関連する第一および第二値を取得する
ことを含む、方法が提供される。
[0013] 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、基板に印刷された複数のターゲットパターンのパラメータに関連する複数の値を求めるように構成された検査装置であって、
放射検査ビームを複数のターゲットパターンそれぞれに誘導する照明光学システム、
複数のターゲットパターンそれぞれ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て、スキャトロメトリスペクトルを取得する投影光学システム、
スキャトロメトリスペクトルとモデルを使用して値を計算する計算器、および
モデルを記憶するストレージデバイス
を備え、モデルは複数のターゲットパターンのそれぞれのパラメータに関連し且つそれをリンクする、検査装置が提供される。
[0014] 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。
[0022] 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、
[0023]− 放射ビームＢ（例えばＵＶ放射または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、
[0024]− 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、
[0025]− 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、
[0026]− 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。
[0027] 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。
[0028] 支持構造は、パターニングデバイスを支持している。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、そしてその他の条件、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、フレームまたはテーブルとすることができ、それらはたとえば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。
[0029] 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定の機能層に相当する。
[0030] 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、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別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。
[0031] 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。
[0032] 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、本装置は反射タイプでもよい（例えば上述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）。
[0033] 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」マシンにおいては、追加のテーブルを並行して使用したり、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したりすることができる。
[0034] 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もできる。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、むしろ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。
[0035] 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。
[0036] 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。
[0037] 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静電容量センサ）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）、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、マスク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、マスクアラインメントマークをダイ間に配置してもよい。
[0038] 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。
[0039] 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（すなわち単一静止露光）。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、単一静止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。
[0040] 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（つまり単一動的露光）。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ＰＬ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、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。
[0041] 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、上述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。
[0042] 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。
[0043] 図１ｂに示すように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソセルまたはリソ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つまたは複数のチルプレート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ローティングベイ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。
[0044] 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。
[0045] 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の１つまたは複数の特性が層毎に且つ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に組み込むかあるいはスタンドアロン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、露光直後に露光レジスト層における１つまたは複数の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。
[0046] 図２は、本発明の実施形態で使用できるスキャトロメータを示す。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、検出スペクトルを生じさせる構造または輪郭を、例えば厳密結合波解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、再構築のために、構造の全体的形態が知られ、幾つかのパラメータが構造作成プロセスの知識から想定されて、構造のほんのわずかなパラメータのみがスキャトロメトリデータから求められるべく残される。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。
[0047] 本発明の実施形態で使用できる別のスキャトロメータが、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。
[0048] 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。
[0049] 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。
[0050] ディテクタ１８は、１つの波長（または狭い波長範囲）で散乱光の波長を測定するか、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。
[0051] 広帯域放射源（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、これは大きい面積効率を与え、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ロバスト性を向上させる。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欧州特許出願公開第ＥＰ１，６２８，１６４Ａ号にさらに詳細に記載されている。
[0052] 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とすることができる。バーはあるいは、基板にエッチングすることもできる。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。
[0053] 図４に示すように、従来のリソグラフィプロセスでは、パターンは複数の測定ターゲットＴ1からＴnを含むことができ、バッチを形成する複数の基板Ｗ1からＷlそれぞれの複数のフィールドＦ1からＦmそれぞれに印刷される。各露光およびプロセスステップに同一のプロセスパラメータを使用するが、印刷された像には必然的に変動が生じ、これはランダムなこともあり、体系的なこともある。体系的エラーには、例えばパターニングデバイスまたは投影システムのエラーのせいで、フィールド毎に繰り返されるものもあり、基板テーブルまたはプロセスのエラーのせいで、基板毎に繰り返されるものもある。基板毎にランダムに変動するが、全体として基板に影響するか、基板全体で徐々にしか変動を示さないものもある。一例として、温度変動および露光後ベークプレートの差によるＣＤの変動は、徐々に変動する基板全体にわたるフィンガプリントを提示する。変動の体系的特性を使用して、限られた数の測定値から１つまたは複数の基板上の１つまたは複数の位置の多数の組合せにわたって、対象となるパラメータの値を予測することが可能である。本発明の実施形態は、スキャトロメトリデータから、対象となるパラメータの値の決定に使用する初期予想を改善するために、この予測精度を活用することを目的とする。本発明の実施形態のアプローチは、反復方法およびライブラリ探索方法の両方、およびその組合せに適用される。
[0054] したがって、図５に示す本発明の実施形態では、スキャトロメトリ測定値１０をターゲットの初期セットから取り出し、既知の方法で処理してＳ１、ＢＡＲＣ(Bottom Anti-Reflection Coating)の厚さなどの対象となる１つまたは複数のターゲットパラメータの値を取得する。初期ターゲットセットは、バッチの第一基板、またはバッチに先行して露光されるが、同じ該当のプロセスパラメータを有し、全バッチで実行すべきプロセスに先行して評価するために測定される基板である「センドアヘッド」(send-ahead)基板とすることができる。初期ターゲットセットは、フィールドおよび／または基板の全体にわたって対象となるパラメータの変動の代表となるように、フィールドおよび／または基板の全体に十分に広がった十分な数、例えば５個から１００個のターゲットを備える。上述したようなライブラリ探索または反復アプローチなどの従来の解析技術を使用して、各ターゲットの対象となるパラメータの１つまたは複数の値を導出することができる。フィールド内とフィールド間の複合多項式モデルのフィッティングなどを使用して、フィールドおよび／または基板における位置の関数として対象パラメータ（ＰｏＩ）のモデル１１を生成することができる。
[0055] バッチの１つまたは複数の引き続く基板を、同じプロセスに従って露光し、測定して、スキャトロメトリデータ１２を提供する。測定されているターゲットの位置に基づいて、モデル１１を使用して、対象パラメータのおそらく実際の値を予測するものとして、１つまたは複数のシード値を生成する。これは、再びライブラリ探索または反復プロセスなどの従来の技術を使用して、解析に使用され、対象パラメータの値を導出する。この方法で、対象パラメータの体系的変動が予測され、シード値は実際値に近く、ランダムエラー成分の差しかない。シード値は、大抵の場合、実際値に近いので、ライブラリ探索の実行速度が上がり、使用ライブラリが小型化し、反復アプローチで実際値に近づくための反復数が少なくなる。あるいは、予測値は、固定パラメータとして使用するのに十分なほど正確になり、したがって上述した利点を有し、他の任意の対象パラメータの正確さが改善される。
[0056] 本方法は、追加的または代替的に、最初に第一基板の１つのフィールドで実行されて、フィールド内の位置の関数として対象パラメータのモデルを提供するという点で、反復プロセスとすることができる。次に、このプロセスを使用して、第一基板の他のフィールドの測定データを解析するために、１つまたは複数のシード値を提供し、これによって基板上の位置の関数として対象パラメータのモデルを構築することができる。望ましい正確さの回答を取得するための反復数が、各ステップで減少する。したがって、一例では、５回の反復を使用して、第一基板の第一フィールドのターゲットの値を取得し、第一基板の引き続くフィールドのターゲットでは３回の反復、１つまたは複数の引き続く基板のターゲットでは１回だけである。この理由から、本発明の実施形態は、バッチの全基板の全部または大部分のフィールドで測定するインライン監視用途で利点を有する。スキャトロメトリスペクトルの解析を５回反復するには、１秒または２秒かかることがあるので、本発明の実施形態がない場合、このような監視はスループットの多大な損失を引き起こすことがある。さらに、１つまたは複数の引き続く基板で、実際のパラメータを計算するにつれ、モデルを更新することができる。
[0057] 別の任意選択の改良点は、リソグラフィ装置、トラックまたはセルの既知の特徴、例えば「第一ウェーハ効果」に関するデータを、フィードフォワード補正１３として収集し、モデル１１によって生成されたシード値と組み合わせて、任意の測定ターゲットについて対象パラメータの実際値の解析Ｓ３に使用する実際のシード値を導出できることである。フィードフォワード補正データ１３は、この監視プロセスまたは他の監視プロセスによって気づいたエラーを補正するために、意図的に導入されたプロセス変動を考慮に入れることもできる。例えば、スキャトロメータによるＣＤの測定は、バッチの初期の基板の値の望ましい値からの偏差を明らかにすることができ、したがって後のバッチまたは基板を露光する場合に、補償のためにドーズを変更する。
[0058] スキャトロメトリデータからパラメータ値を取得するために、ライブラリ探索アプローチに適用した場合、本発明の実施形態は、構築および／または探索する必要があるライブラリのサイズを縮小する。シード値のランダムエラー範囲内にあるパラメータ値にまたがるライブラリスペースを探索かつ／または構築するだけでよい。シード値の正確さが十分である場合、これを固定値として使用し、したがって１つまたは複数の他の対象パラメータの値の正確さを改善することができる。
[0059] 本発明の単純な実施形態では、全ての測定ターゲットは各フィールド内の同じ位置にあり、各基板のフィールドのレイアウトは同じである。したがって、基板ｉ（ｉ＞１）のフィールドｊにあるターゲットｋのシード値Ｐs（ｉ，ｊ，ｋ）は、下式によって与えることができる。
Figure 2008098636
 ここでＰaは、基板１、初期基板またはセンドアヘッド基板のフィールドｊにあるターゲットｋのパラメータの実際値であり、Δ（ｉ，ｊ，ｋ）は、フィードフォワード補正である。
[0060] 以上の実施形態を単純に拡大すると、前の結果を平均することになり、したがて下式になる。
Figure 2008098636
[0061] しかし、多くの場合、このような単純な方式を全てのターゲットで実現することはできず、望ましいターゲットの損傷で、使用不能になる。その場合、別のターゲットを使用することができ、ここでは前の実際値を使用することができず、１つまたは複数の隣接ターゲットに関するデータから、そのターゲットに対する位置を考慮に入れて、シード値を内挿または外挿することができる。
[0062] 基板テーブルが複数あるリソグラフィ装置、および複数のレジストコータなど、任意のステップを実行するプロセスユニットが複数あるリソグラフィセルでは、体系的エラーがテーブルまたはプロセスユニットによって異なることがある。その場合、初期基板の後、シードデータを、考察中の任意の基板として、同じ路を通過したそれ以前の基板、つまり同じテーブルで露光され、同じプロセスユニットで処理された基板からのみ導出することができる。これは、可能な各通路を１つまたは複数の別個のサブバッチとして通過するバッチ内で、１つまたは複数の基板を処理することによって実行することができる。
[0063] 同じプロセスの複数のバッチを作成する場合、それ以前のバッチからのデータを使用して、１つまたは複数の引き続くバッチのターゲットを解析するために、シードデータを生成することができる。
[0064] この方法は、図６に示すようなスキャトロメトリ装置で実行することができる。この装置は、上述したタイプのいずれでもよく、基板上の１つまたは複数のターゲットからスキャトロメトリデータを生成するスキャトロメータＳＭ、およびスキャトロメトリデータから対象パラメータの値を導出するように構成される解析ユニットＡＮを備える。解析ユニットＡＮは、必要な様々な計算を実行するように構成された計算ユニットＣＵ、対象パラメータの関数として、または様々なパラメータ値の以前に計算したスペクトルとして、スキャトロメトリデータのモデルを記憶するターゲットモデルまたはライブラリストレージデバイスＴ−ＭＤＬ／ＬＩＢ、およびシード値の予測に使用されるモデルを記憶するシードモデルストレージデバイスＳ−ＭＤＬを備える。解析ユニットは特別に構築された装置であるか、汎用コンピュータで動作するソフトウェアとして実現することができる。
[0065] 本発明のさらに先進の実施形態では、上述したステップ毎のアプローチを、１ステップのアプローチで置換することができる。このようなアプローチでは、第一測定値の生の測定データを、第二測定値の生の測定データと組み合わせる。対象パラメータの値を導出するために、第一測定値の形体のパラメータと第二測定値の形体のパラメータとの両方をカバーするモデルを使用し、ここで第一測定値の対象パラメータを第二測定値の対象パラメータにリンクさせる。特に、反復アプローチでは、このような方法にすると、反復ステップが大幅に改善され、さらに対象パラメータの正確さも改善される。
[0066] 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。
[0067] 以上では光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。
[0068] 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または１２６ｎｍあるいはそれら近辺の波長を有する）および極端紫外線（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。
[0069] 「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。
[0070] 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。
[0071] 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。
[0015] リソグラフィ装置を示した図である。 [0016] リソグラフィセルまたはクラスタを示した図である。 [0017] 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。 [0018] 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。 [0019] 本発明の実施形態による方法で基板のフィールドに印刷されたターゲットを示した図である。 [0020] 本発明の実施形態による方法のフローチャートである。 [0021] 本発明の実施形態による検査ツールを示した図である。

Claims (20)

  1. リソグラフィプロセスによって１つまたは複数の基板の１つまたは複数のフィールドに印刷されている複数のターゲットパターンの１つまたは複数のパラメータを測定する方法であって、
    放射検査ビームを前記複数のターゲットパターンのうち第一パターンに誘導し、そこから反射または散乱した前記放射を測定して、第１測定データを取得し、
    前記第一測定データを処理して、前記複数のターゲットパターンのうち前記第一パターンのパラメータに関連する第一値を取得し、
    放射検査ビームを前記複数のターゲットパターンのうち第二パターンに誘導し、そこから反射または散乱した前記放射を測定して、第二測定データを取得し、
    前記第二測定データを処理して、前記複数のターゲットパターンのうち第二パターンのパラメータに関連する第二値を取得する、
    ことを含み、
    前記第二測定データの前記処理において、前記第一値から導出したシード値を使用して、前記第二値の取得を補助する、方法。
  2. 前記複数のターゲットのうち前記第一および第二ターゲットが、同じ基板ではあるが異なるフィールドに配置される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記複数のターゲットのうち前記第一および第二ターゲットが、各々のフィールド内における同じ相対位置に配置される、請求項２に記載の方法。
  4. 前記複数のターゲットのうち前記第一および第二ターゲットが、異なる基板の対応するフィールドに配置される、請求項１に記載の方法。
  5. 前記複数のターゲットのうち前記第一および第二ターゲットが、各々のフィールド内における同じ相対位置に配置される、請求項４に記載の方法。
  6. 前記複数のターゲットパターンのうち前記第一パターンへの前記放射検査ビームを誘導することと、前記第一測定データを処理することとが、各々異なる位置に配置された第一複数の前記ターゲットパターンで複数回繰り返され、前記第一複数のターゲットパターンの個々のパターンのパラメータの第一セットの値を取得し、前記シード値が前記第一セットの値から導出される、請求項１に記載の方法。
  7. 前記ターゲットパターンの前記第二パターンが、前記第一複数のターゲットパターンのいずれの前記フィールドまたは基板内の位置にも対応しない位置に配置され、前記シード値が、内挿、外挿またはモデリングによって導出される、請求項６に記載の方法。
  8. 放射検査ビームを前記複数のターゲットパターンのうち第三ターゲットに誘導し、そこから反射または散乱した前記放射を測定して、第三測定データを取得し、
    前記第三データを処理して、前記複数のターゲットパターンのうち前記第三パターンのパラメータに関連する第三値を取得する、
    ことをさらに含み、
    前記第三測定データの前記処理において、前記第一値、前記第二値、またはその両方から導出した第二シード値を使用する、請求項１に記載の方法。
  9. 前記第一測定データの前記処理、および前記第二測定データの前記処理が、ライブラリ探索、内挿またはフィッティング方法を含む、請求項１に記載の方法。
  10. 前記第一測定データの前記処理、および前記第二測定データの前記処理が、反復計算を含む、請求項１に記載の方法。
  11. フィードフォワード補正を実行するために前記シード値を調節することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  12. リソグラフィプロセスによって複数のターゲットパターンおよびデバイスパターンを、第一基板および第二基板それぞれの１つまたは複数のフィールドに印刷し、
    放射検査ビームを前記複数のターゲットパターンのうち第一パターンに誘導し、そこから反射または散乱した前記放射を測定して、第一測定データを取得し、
    前記第一測定データを処理して、前記複数のターゲットパターンのうち前記第一パターンのパラメータに関連する第一値を取得し、
    放射検査ビームを複数のターゲットパターンのうち第二パターンに誘導し、そこから反射または散乱した前記放射を測定して、第二測定データを取得し、
    前記第二測定データを処理して、前記複数のターゲットパターンのうち前記第二パターンのパラメータに関連する第二値を取得する、
    ことを含み、
    前記第二測定データの前記処理において、前記第一値から導出したシード値を使用して、前記第二値の取得を補助する、デバイス製造方法。
  13. 前記リソグラフィプロセスによって複数のターゲットパターンおよびデバイスパターンを第三基板の１つまたは複数のフィールドに印刷することをさらに含み、第三基板のリソグラフィプロセスのパラメータが、前記第二値に基づいて調節される、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記リソグラフィプロセスが、基板を保持する２つ以上のテーブルを有するリソグラフィ装置によって実行され、前記第一および第二基板が、前記ターゲットパターンおよびデバイスパターンの前記印刷中に同じテーブルによって保持される、請求項１２に記載の方法。
  15. 前記リソグラフィプロセスが、基板上でプロセスステップを実行する２つ以上の等しい処理ユニットを有するリソグラフィセルによって実行され、前記第一および第二基板が、前記ターゲットパターンおよびデバイスパターンの前記印刷中に同じ処理ユニットによって処理される、請求項１２に記載の方法。
  16. 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求め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に誘導する照明光学システム、
    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て、スキャトロメトリスペクトルを取得する投影光学システム、
    前記スキャトロメトリスペクトルとシード値を使用して前記値を計算する計算器、および
    前記計算器によって計算された値を記憶し、１つまたは複数の記憶された値をシード値として前記計算器に提供するストレージデバイス、
    を備える検査装置。
  17. パターンを照明する照明光学システム、
    前記パターンの像を基板に投影する投影光学システム、および
    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、基板上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求め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に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て、スキャトロメトリスペクトルを取得する投影光学システムと、
    前記スキャトロメトリスペクトルおよびシード値を使用して、前記値を計算する計算器と、
    前記計算器によって計算された値を記憶し、１つまたは複数の記憶した値をシード値として前記計算器に提供するストレージデバイスと
    を備える検査装置、
    を備えるリソグラフィ装置。
  18. 放射感応性層で基板をコーティングするコータ、
    前記コータによってコーティングし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、
    前記リソグラフィ装置によって露光した前記像を現像するデベロッパ、および
    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、基板上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求め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に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て、スキャトロメトリスペクトルを取得する投影光学システムと、
    前記スキャトロメトリスペクトルおよびシード値を使用して、前記値を計算する計算器と、
    前記計算器によって計算された値を記憶し、１つまたは複数の記憶した値をシード値として前記計算器に提供するストレージデバイスと
    を備える検査装置、
    を備えるリソグラフィセル。
  19. リソグラフィプロセスによって１つまたは複数の基板の１つまたは複数のフィールドに印刷されている複数のターゲットパターンの１つまたは複数のパラメータを測定する方法であって、
    放射検査ビームを前記複数のターゲットパターンのうち第一パターンに誘導し、そこから反射または散乱した前記放射を測定して、第１測定データを取得し、
    放射検査ビームを前記複数のターゲットパターンのうち第２パターンに誘導し、そこから反射または散乱した前記放射を測定して、第二測定データを取得し、
    前記複数のターゲットパターンのうち前記第一および第二パターンの両方のパラメータに関連し且つそれをリンクするモデルを使用して、前記第一および第二測定データを処理し、それぞれ前記複数のターゲットパターンのうち前記第一および第二パターンのパラメータに関連する第一および第二値を取得する、
    ことを含む方法。
  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、基板に印刷された複数のターゲットパターンのパラメータに関連する複数の値を求める検査装置であって、
    放射検査ビームを前記複数のターゲットパターンそれぞれに誘導する照明光学システム、
    前記複数のターゲットパターンそれぞれ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て、スキャトロメトリスペクトルを取得する投影光学システム、
    前記スキャトロメトリスペクトルとモデルを使用して値を計算する計算器、および
    前記モデルを記憶するストレージデバイス、
    を備え、前記モデルは前記複数のターゲットパターンのそれぞれのパラメータに関連し且つそれをリンクする、検査装置。
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