JP4406433B2 - リソグラフィ装置用センサ及びリソグラフィ装置の測定値を得る方法 - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィ投影装置及び方法に関する。

本明細書に使用している「パターニング（パターン形成）構造」という用語は、入射する放射ビームに、基板の目標部分に生成すべきパターンに対応するパターンでパターン化された断面を付与するために使用することができる任意の構造即ち電界を意味するものとして広義に解釈されたい。また、この文脈においては、「光弁」という用語を使用することも可能である。パターニング構造上に「表示される」パターンは、例えば基板又は基板の層に最終的に転送されるパターンとは実質的に異なっていてもよいことを理解されたい（例えばフィーチャの予備バイアス化、光近接修正フィーチャ、位相及び／又は偏光変分技法、及び／又は多重露光技法が使用されている場合）。通常、このようなパターンは、目標部分に生成される集積回路などのデバイス、或いは他のデバイス（以下を参照されたい）中の特定の機能層に対応している。パターニング構造は、反射型及び／又は透過型であってもよい。パターニング構造の実施例には、次のようなものがある。

マスク：マスクの概念についてはリソグラフィにおいてはよく知られており、バイナリ、交番移相及び減衰移相などのマスク・タイプ、並びに様々なハイブリッド・マスク・タイプが知られている。このようなマスクを放射ビーム中に配置することにより、マスクに衝突する放射がマスク上のパターンに従って選択的に透過し（透過型マスクの場合）、或いは選択的に反射する（反射型マスクの場合）。マスクの場合、支持構造は、通常、入射する放射ビーム中の所望の位置に確実にマスクを保持することができ、且つ、必要に応じてマスクを放射ビームに対して確実に移動させることができるマスク・テーブルである。

プログラム可能ミラー・アレイ：粘弾性制御層及び反射表面を有するマトリックス・アドレス指定可能表面は、このような装置の実施例の１つである。このような装置の基礎をなしている基本原理は、（例えば）反射表面のアドレス指定領域が入射光を回折光として反射し、一方、非アドレス指定領域が入射光を非回折光として反射することである。適切なフィルタを使用することにより、非回折光を反射ビームからフィルタ除去し、回折光のみを残すことができる。この方法によれば、マトリックス・アドレス指定可能表面のアドレス指定パターンに従ってビームがパターン化される。複数の回折光弁（ＧＬＶ）のアレイを対応する方法で使用することも可能であり、ＧＬＶの各々は、入射光を回折光として反射する回折格子を形成するべく、（例えば電位を印加することによって）互いに変形可能な複数の反射リボンを備えることができる。プログラム可能ミラー・アレイの他の代替実施例には、適切な局部電界を印加することによって、或いは圧電駆動手段を使用することによって１つの軸の回りに個々に傾斜させることができる、マトリックスに配列された複数の極めて微小な（場合によっては微視的な）ミラーが使用されている。例えば、この複数のミラーは、入射する放射ビームを反射する方向がアドレス指定ミラーと非アドレス指定ミラーとでそれぞれ異なるよう、マトリックス・アドレス指定が可能である。この方法によれば、マトリックス・アドレス指定可能ミラーのアドレス指定パターンに従って反射ビームがパターン化される。必要なマトリックス・アドレス指定は、適切な電子手段を使用して実行することができる。上で説明したいずれの状況においても、パターニング構造は、１つ又は複数のプログラム可能ミラー・アレイを備えることができる。上で参照したミラー・アレイに関する詳細な情報については、例えば、いずれも参照により本明細書に援用する米国特許第５，２９６，８９１号及び第５，５２３，１９３号、並びにＰＣＴ特許出願ＷＯ９８／３８５９７及びＷＯ９８／３３０９６を参照されたい。プログラム可能ミラー・アレイの場合、支持構造は、例えば、必要に応じて固定又は移動させることができるフレーム又はテーブルとして具体化することができる。

プログラム可能ＬＣＤパネル：参照により本明細書に援用する米国特許第５，２２９，８７２号に、このような構造の実施例の１つが記載されている。この場合の支持構造も、プログラム可能ミラー・アレイの場合と同様、例えば、必要に応じて固定又は移動させることができるフレーム又はテーブルとして具体化することができる。

リソグラフィ装置は、パターニング構造を支持する（つまりパターニング構造の重量を支える）支持構造を備えることができる。支持構造は、パターニング構造の配向、リソグラフィ装置の設計及び他の条件、例えばパターニング手段が真空環境中で保持されているか否か等の要因に応じた特定の方法でパターニング構造を保持することができる。支持には、機械式クランプ技法、真空クランプ技法又は他のクランプ技法（例えば、場合によっては真空条件下での静電クランプ）を使用することができる。支持構造は、例えば、必要に応じて固定又は移動させることができ、且つ、パターニング手段を例えば投影システムに対して確実に所望の位置に配置することができるフレーム又はテーブルであってもよい。

本明細書における「レチクル」又は「マスク」という用語の使用はすべて、より一般的な「パターニング構造」という用語の同義語と見なすことができる。分かり易くするために、本明細書における以下の特定の部分は、とりわけマスク（即ち「レチクル」）及びマスク・テーブル（即ち「レチクル・テーブル」）を必要とする実施例に向けられているが、このような実施例の中で考察されている一般原理は、上で説明したパターニング構造のより広義の文脈の中で解釈されたい。

リソグラフィ装置を使用して、表面（例えば基板の目標部分）に所望のパターンを適用することができる。リソグラフィ投影装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に使用することができる。その場合、パターニング構造を使用してＩＣの個々の層に対応する回路パターンが生成され、生成されたパターンが、放射線感応材料（例えばレジスト）の層で被覆された基板（例えばシリコン又は他の半導体材料のウェハ）上の目標部分（例えば１つ又は複数のダイ及び／又はその１つ又は複数の部分が含まれている）に画像化される。通常、１枚のウェハには、投影システムを介して順次照射される目標部分に隣接するマトリックス即ち回路網全体が含まれている（例えば１回の照射で１つの目標部分が照射される）。

マスク・テーブル上のマスクによるパターニングを使用している現在の装置には、タイプの異なる２種類のマシンがある。そのうちの１つのタイプのリソグラフィ投影装置では、マスク・パターン全体を１回で目標部分に露光することによって目標部分の各々が照射される。このような装置は、一般にウェハ・ステッパと呼ばれている。一般にステップ・アンド・スキャン装置と呼ばれている代替装置では、マスク・パターンを投影ビームで所与の基準方向（「走査」方向）に連続的に走査し、且つ、基板テーブルをこの方向に平行又は非平行に同期走査することによって目標部分の各々が照射される。通常、投影システムは、倍率係数Ｍ（通常＜１）を有しているため、基板テーブルを走査する速度Ｖは、マスク・テーブルを走査する速度を係数Ｍ倍した速度になる。走査タイプの装置に使用される投影ビームは、走査方向にスリット幅を有するスリットの形態であってもよい。上で説明したリソグラフィ・デバイスに関する詳細な情報については、例えば、参照により本明細書に援用する米国特許第６，０４６，７９２号を参照されたい。

リソグラフィ投影装置を使用した製造プロセスでは、パターン（例えばマスクのパターン）が、少なくとも一部が放射線感応材料（例えばレジスト）の層で被覆された基板上に画像化される。この画像化工程に先立って、プライミング、レジスト・コーティング及び／又はソフト・ベークなどの他の様々な処理手順が基板に加えられる。放射線への露光後、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハード・ベーク及び／又は画像化されたフィーチャの測定／検査などの他の処理手順が基板に加えられる。この一連の処理手順は、デバイス（例えばＩＣ）の個々の層をパターン化するための基本として使用することができる。例えば、これらの転送手順を使用して、基板上のレジストの層をパターン化することができる。これらの処理手順に続いて、蒸着、エッチング、イオン注入（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学機械研磨などの１つ又は複数のパターン処理を施すことができる。これらの処理はすべて個々の層の生成、修正又は仕上げを意図したものである。複数の層を必要とする場合、すべての処理手順又はそれらの変形手順を新しい層の各々に対して繰り返すことができる。最終的に複数のデバイスのアレイが基板（ウェハ）上に出現する。次に、ダイシング又はソーイングなどの技法を使用してこれらのデバイスが互いに分離され、分離された個々のデバイスがキャリアに実装され、或いはピンに接続される。このようなプロセスに関する詳細な情報については、例えば著書「Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」（Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ著、第３版、ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．、１９９７年、ＩＳＢＮ ０−０７−０６７２５０−４）を参照されたい。

本明細書において参照している基板は、例えばトラック（通常、基板にレジストの層を塗布し、且つ、露光済みのレジストを現像するツール）、度量衡学ツール又は検査ツール中で、露光前又は露光後に処理することができる。適用可能である場合、本明細書における開示は、このような基板処理ツール及び他の基板処理ツールに適用することができる。また、基板は、複数回に亘って処理することができるため（例えば多層ＩＣを生成するために）、本明細書において使用している基板という用語は、処理済みの複数の層が既に含まれている基板を指している場合もある。

「投影システム」という用語は、例えば屈折光学系、反射光学系及びカタディオプトリック系を始めとする様々なタイプの投影システムが包含されているものとして広義に解釈されたい。使用する露光放射のタイプ、露光経路における１つ又は複数の液浸流体又はガス充填領域の存在、露光経路のすべて又は一部に真空が使用されているかどうか等の要因に基づいて特定の投影システムを選択することができる。分かり易くするために、以下、投影システムを「レンズ」と呼ぶ。また、放射システム即ち照明システムは、これらの任意の設計タイプに従って放射の投影ビームを導き、整形し、縮小し、拡大し、パターニングし、且つ／又はさもなければ制御するように動作するコンポーネントを備えることができ、以下、このようなコンポーネントについても、集合的或いは個々に「レンズ」と呼ぶ。

また、リソグラフィ装置は、複数の基板テーブル（及び／又は複数のマスク・テーブル）を有するタイプの装置であってもよい。このような「多重ステージ」デバイスの場合、追加テーブルを並列に使用することができ、或いは１つ又は複数の他のテーブルを露光のために使用している間、１つ又は複数のテーブルに対して予備ステップを実行することができる。例えば、参照により本明細書に援用する米国特許第５，９６９，４４１号及びＰＣＴ出願第ＷＯ９８／４０７９１号に、二重ステージ・リソグラフィ装置が記載されている。

また、リソグラフィ装置は、基板が比較的屈折率の大きい液体（例えば水）に浸され、それにより投影システムの最終エレメントと基板の間の空間が充填されるタイプの装置であってもよい。また、リソグラフィ装置内の他の空間、例えばマスクと投影システムの第１のエレメントの間の空間に液浸液を適用することも可能である。投影システムの有効開口数を大きくするための液浸技法の使用は、当分野ではよく知られている。

本明細書においては、「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外放射（例えば波長が３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ又は１２６ｎｍの放射）及びＥＵＶ（例えば波長の範囲が５〜２０ｎｍの極紫外放射）並びに粒子線（イオン・ビーム又は電子ビームなど）を含むあらゆるタイプの電磁放射を包含するべく使用されている。

本明細書においては、とりわけＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用を参照しているが、このような装置は、他の多くの可能適用例があることを明白に理解されたい。例えばこのような装置は、集積光学系、磁気領域メモリのための誘導及び検出パターン、液晶ディスプレイ・パネル、薄膜磁気ヘッド、ＤＮＡ分析デバイス等の製造に使用することができる。このような代替適用例の文脈においては、本明細書における「ウェハ」又は「ダイ」という用語の使用はすべて、それぞれより一般的な「基板」及び「目標部分」という用語に置換されるものと見なすべきであることは当業者には理解されよう。

リソグラフィ装置の光学コンポーネントの光学特性は、動作中に変化することがある。所定のレベルの品質を維持するためには、リソグラフィ装置の光学系に何らかの異常が存在するかどうかを知ることが重要なことがある。光学特性は、例えば米国特許出願公告第ＵＳ２００２／０００１０８８Ａに記載されている専用試験装置を使用して試験することができる。この公告には、例えばマイクロリソグラフィのためのステッパ又はスキャナの光学コンポーネントの収差を測定し、且つ、修正するために使用することができる、波面を検出するための装置が記述されている。

知られているこれらの試験装置は、ウェハを露光する位置に配置されるため、リソグラフィ装置を大々的に分解しなければならない。そのため、かなりの時間の間、試験すべきリソグラフィ装置を使用することができない。

本発明の一実施例によるセンサ構造は、集積回路として提供された複数のセンサ・エレメントをその中に有する基板を備えており、複数のセンサ・エレメントの各々は、センサ・エレメントに接続された処理回路と、処理回路に接続された入／出力インターフェースとを備えた電子回路に結合されている。複数のセンサ・エレメントのうちの使用中の１つ又は複数のセンサ・エレメントと結合している電子回路にのみ動作電力を供給するようになされた電源ユニットが提供される。また、このような構造を備えた装置及びこのような構造を使用する方法が開示される。

以下、本発明の実施例について、単なる実施例にすぎないが、添付の略図を参照して説明する。

図において、対応する参照記号は対応する部品を表している。

本発明による実施例は、例えば、試験の準備及び実行に多大な労力を必要とすることなく装置の光学コンポーネントの試験を可能にするために使用することができるセンサ構造を備えている。このようなセンサ構造を使用して、基板を処理するようになされた装置（リソグラフィ装置など）の特性、例えば光学特性を測定することができる。

図１は、本発明による一実施例と共に使用することができるリソグラフィ投影装置を略図で示したものである。この装置は、以下のアイテムを備えている。

放射の投影ビームを供給するようになされた（例えば放射の投影ビームを供給することができる構造を有する）放射システム。この特定の実施例では、放射（例えばＵＶ放射又はＥＵＶ放射）の投影ビームＰＢを供給するための放射システムは、放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬを備えている。

投影ビームをパターニングすることができるパターニング構造を支持するようになされた支持構造。この実施例では、第１の対物テーブル（マスク・テーブル）ＭＴは、マスクＭＡ（例えばレチクル）を保持するためのマスク・ホルダを備えており、マスクをアイテムＰＬに対して正確に位置決めするための第１の位置決め構造に接続されている。

基板を保持するようになされた第２の対物テーブル（基板テーブル）。この実施例では、基板テーブルＷＴは、基板Ｗ（例えばレジスト被覆半導体ウェハ）を保持するための基板ホルダを備えており、基板をアイテムＰＬ及び（例えば干渉）測定構造ＩＦに対して正確に位置決めするための第２の位置決め構造に接続されている。測定構造ＩＦは、レンズＰＬに対する基板及び／又は基板テーブルの位置を正確に指示するようになされている。

パターン化されたビームを投射するようになされた投影システム（「レンズ」）。この実施例では、投影システムＰＬ（例えば屈折レンズ群、カタディオプトリック系又はカトプトリック系、及び／又はミラー系）は、マスクＭＡの照射部分を基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば１つ又は複数のダイ及び／又はその１つ又は複数の部分が含まれている）に画像化するようになされている。別法としては、投影システムは、プログラム可能パターニング構造のエレメントがシャッタとして作用することができる二次ソースの画像を投影することができる。また、投影システムは、例えば二次ソースを形成し、且つ、マイクロスポットを基板に投影するための微小レンズ・アレイ（ＭＬＡ）を備えることができる。

図に示すように、この装置は、透過型（例えば透過型マスク有する）タイプの装置である。しかしながら、この装置は、一般的には例えば反射型（例えば反射型マスクを備えた）タイプの装置であってもよい。別法としては、この装置は、上で参照したタイプのプログラム可能ミラー・アレイなどの他の種類のパターニング構造を使用することも可能である。

放射源ＳＯ（例えば水銀灯、エキシマ・レーザ、電子銃、レーザ生成プラズ源又は放電プラズマ源、或いはストレイジ・リング又はシンクロトロン内の電子ビームの光路の周囲に提供されるアンジュレータ）は、放射のビームを生成している。このビームは、照明システム（イルミネータ）ＩＬに直接供給されるか、或いは、例えばビーム・エキスパンダＥｘなどの条件付け構造即ち電界を介して供給される。イルミネータＩＬは、ビーム内の強度分布の外部及び／又は内部ラジアル・エクステント（一般に、それぞれσ−外部及びσ−内部と呼ばれている）を設定するための調整構造即ち電界ＡＭを備えることができる。この電界ＡＭは、投影ビームによって例えば基板に引き渡される放射エネルギーの角分布に影響を及ぼすことができる。また、この装置は、通常、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の様々なコンポーネントを備えている。この方法によれば、マスクＭＡに衝突するビームＰＢの断面に、所望する一様な強度分布を持たせることができる。

図１に関して、放射源ＬＡをリソグラフィ投影装置のハウジング内に配置し（放射源ＬＡが例えば水銀灯の場合にしばしば見られるように）、且つ、リソグラフィ投影装置から離して配置することにより、放射源ＬＡが生成する放射ビームをリソグラフィ投影装置に供給することができる（例えば適切な誘導ミラー及び／又はビーム・エキスパンダを備えたビーム引渡しシステムＢＤを使用して）ことに留意されたい。この後者のシナリオは、放射源ＬＡがエキシマ・レーザの場合にしばしば見られるシナリオである。本発明及び特許請求の範囲には、これらのシナリオの両方が包含されている。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、ビーム引渡しシステムＢＤを備えている場合はビーム引渡しシステムＢＤと共に放射システムと呼ぶことができる。

ビームＰＢは、次に、マスク・テーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡによって遮断される。マスクＭＡを通過した（或いはマスクＭＡで選択的に反射した）ビームＰＢは、ビームＰＢを基板Ｗの目標部分Ｃに集束させるレンズＰＬを通過する。基板テーブルＷＴは、第２の位置決め構造ＰＷ（及び干渉測定構造ＩＦ）を使用して正確に移動させることができ、それにより例えば異なる目標部分ＣをビームＰＢの光路中に配置することができる。同様に、第１の位置決め構造ＰＭを使用して（場合によっては、図には明確に示されていないがもう１つの位置センサと共に）、例えばマスク・ライブラリからマスクＭＡを機械的に検索した後、或いは走査中に、マスクＭＡをビームＰＢの光路に対して正確に配置することができる。通常、対物テーブルＭＴ及びＷＴの移動は、図１には明確に示されていないが、長ストローク・モジュール（粗位置決め）及び短ストローク・モジュール（精密位置決め）を使用して実現されている。しかしながら、ウェハ・ステッパの場合（ステップ・アンド・スキャン装置ではなく）、マスク・テーブルＭＴは、短ストローク・アクチュエータに接続するだけでよく、或いは固定することも可能である。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を使用して整列させることができる。

図に示す装置は、複数の異なるモードで使用することができる。
１．ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴが基本的に静止状態に維持され、マスク画像全体が目標部分Ｃに１回で投影される（即ち単一「フラッシュ」で投影される）。次に、基板テーブルＷＴがｘ方向及び／又はｙ方向に移動され、異なる目標部分ＣがビームＰＢによって照射される。ステップ・モードでは、露光視野の最大サイズによって、単一静止露光で画像化される目標部分Ｃのサイズが制限される。
２．走査モードでは、所与の目標部分Ｃが単一「フラッシュ」で露光されない点を除き、ステップ・モードと基本的に同じシナリオが適用される。代わりに、マスク・テーブルＭＴを所与の方向（いわゆる「走査方向」、例えばｙ方向）に速度ｖで移動させることができるため、投影ビームＰＢでマスク画像を走査することができる。同時に、基板テーブルＷＴが同じ方向又は逆方向に速度Ｖ＝Ｍｖで移動する。ＭはレンズＰＬの倍率である（通常、Ｍ＝１／４又はＭ＝１／５である）。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の倍率（縮小率）及び画像反転特性によって決まる。この方法によれば、解像度を犠牲にすることなく比較的大きい目標部分Ｃを露光することができる。走査モードでは、露光視野の最大サイズによって、単一動的露光における目標部分の幅（非走査方向の幅）が制限され、走査運動の長さによって目標部分の高さ（走査方向の高さ）が決まる。
３．その他のモードでは、プログラム可能パターニング構造を保持するべくマスク・テーブルＭＴが基本的に静止状態に維持され、投影ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影されている間、基板テーブルＷＴが移動又は走査される。このモードでは、通常、パルス放射源が使用され、走査中、基板テーブルＷＴが移動する毎に、或いは連続する放射パルスと放射パルスの間に、必要に応じてプログラム可能パターニング構造が更新される。この動作モードは、上で参照したタイプのプログラム可能ミラー・アレイなどのプログラム可能パターニング構造を利用しているマスクレス・リソグラフィに容易に適用することができる。

上で説明した使用モードの組合せ及び／又はその変形形態、或いはまったく異なる使用モードを使用することも可能である。

リソグラフィ装置の光学系は、リソグラフィ装置によって製造される製品の最終品質にとって極めて重要である。したがって光学系の特性を測定し、場合によっては光学系（投影レンズＰＬなど）の１つ又は複数のエレメントを時々調整することが重要である。従来の方法では、このような測定は、リソグラフィ装置の一部を分解し、ウェハＷ（又は基板ステージＷＴ）の代わりに専用の試験装置を設置することによって実行されている。

図２は、センサ構造１０の上面図を示したものである。センサ構造１０は、半導体ウェハ１を備えており、半導体ウェハ１の上には多数のエレメントが集積回路として形成されている。半導体ウェハ１は、シリコン材料若しくは他の材料又はウェハの処理に適した材料組成のウェハであってもよい。

この複数のエレメントは、多数のセンサ２（又は複数のセンサ・アレイ）、センサ２の出力信号を受け取る処理エレクトロニクス（例えば一連の演算を実行するようになされた複数の論理素子のアレイなどの処理回路）４、及び処理回路４に接続されたメモリ６を備えている。メモリ６は、処理回路４のための操作命令を記憶する不揮発性部分、及び測定データを記憶するための揮発性部分又は不揮発性部分を備えることができる。さらに、処理回路４に接続された入／出力ユニット（例えばインターフェース回路）８及び電源ユニット９が提供されている。入／出力ユニット８は、センサ構造１０から外部装置へデータを転送することができ、また、電源ユニット９は、センサ構造１０上のエレメントに動作電力を提供している。

ウェハ１は、さらに、処理すべき正規のウェハＷのアライメント・マークに相当する、ウェハ１をリソグラフィ装置内で整列させるために使用することができるアライメント・マーク５を備えることができる。

代替形態では、ウェハ上に集積された多数の個別センサ構造１０を持たせることも可能である（つまり、センサ２と、処理エレクトロニクス４、メモリ６、Ｉ／Ｏユニット８及び電源ユニット９のうちの１つ又は複数との組合せ）。この場合、センサ構造１０の各々は、リソグラフィ装置の特定の特性を測定するように構成することができる（以下参照）。

国際特許公告ＷＯ０３／０５６３９２に、このようなセンサ構造が記述されていることに留意されたい。本発明の一実施例によれば、電源ユニット９は、複数のセンサ・エレメント２のうちの使用中の１つ又は複数のセンサ・エレメントと結合している電子回路４、６及び８にのみ動作電力を供給するようになされている。

少なくともいくつかの実施態様では、センサ構造１０を使用して、リソグラフィ装置の分解を必要とすることなく、リソグラフィ装置の光学特性を測定することができる。例えば、センサ構造１０は、正規のウェハＷとしてリソグラフィ装置内で搬送することができるように構成することができる。

センサ２には、様々なタイプ及び／又は様々な測定原理のセンサを使用することができる。センサを較正し、最適化するためには、照明システムＩＬ及び投影レンズＰＬによって形成される空間画像を頻繁に評価することが望ましい。このような適用例の場合、センサ２は、ウェハの三次元位置における空間強度分布をモニタするように構成することができる。また、センサ２を使用して、専用マスクＭＡ上に大量に存在し、製造マスクＭＡ上にはほとんど存在していない特殊なマークの位置を測定することも可能である。また、微小マスク・フィーチャを画像化する場合、点像分布関数の形状を測定するようにセンサ２を構成することも可能である。このような情報を処理することによって、レンズ収差及びコンデンサ収差などのリソグラフィ装置に関する詳細な情報を得ることができる。

特定の実施例では、センサ２は、集積回路としてウェハ１の中に一体形成された複数のダイオード・アレイを備えている。例えば、アレイのエレメント間の応答の差、応答の時間変化、デバイスの経年変化及び／又は汚染等の要因を考慮するためには、この複数のダイオード・アレイを特性化することが望ましい（最初に、及び／又は周期的に）。

別法としては、視野全体の光強度（例えばウェハ・レベルにおける照度の一様性）を測定することも可能である（例えばスポット・センサの機能を提供するために）。また、迷光効果を測定することも可能である。

センサ２は、処理エレクトロニクス４に接続することができる。図に示す実施例では、ウェハ１上のセンサ２はすべて、センサ信号を処理するための単一集積回路に接続されている。別法としては、処理エレクトロニクス４の一部をウェハ上のセンサ２に直接隣接して配置することも可能である。処理エレクトロニクス４は、信号の前処理（積分及び計数化など）を実行することができるだけでなく、例えばウェハ１上の複数のセンサ２（場合によってはすべてのセンサ２）の信号に基づいて、より複雑な計算を実行することができる。

センサ構造の信号をさらに処理するための外部装置への接続、及びセンサ構造１０に電力を供給するための接続は、例えばウェハ・ステージＷＴ上の取外し可能な特殊なタイプのコネクタを使用して物理的に接続することによって実施することができる。しかしながら、このような解決法は極めて厄介であり、また、リソグラフィ装置内に機器を追加しなければならない場合がある。したがって代替実施例では、ウェハを保持するウェハ・ステージＷＴの一部であるチャックと組み合わせたセンサ構造１０がウェハ１上に提供されている。センサ構造１０とチャックのこの組合せは、測定中、代替チャックとして一時的にウェハ・ステージＷＴ内に配置することができる。チャックとセンサ構造１０のこの組合せは、リソグラフィ装置の内部イーサネット（登録商標）又は他のデータ・ネットワークに接続することができるポータブル・ユニットであってもよく、それによりリソグラフィ装置のソフトウェアを使用して制御することができる。代替チャックは、置き換えるチャックの機能のすべて又は一部のみ（例えば自由度６未満の位置決め）を提供することができる。

しかしながらこの第１の代替には、依然としてリソグラフィ装置の特定の部分を一時的に取り外す必要がある。したがって、他の代替実施例では、Ｉ／Ｏユニット８及び電源ユニット９の両方が無線方式で動作している。これは、ＷＯ０３／０５６３９２における開示などによって知られている。

センサ構造１０を動作させるために必要な動作電力は、例えばＲＦ電力を使用して供給することができる。このような場合、電源ユニット９は、アンテナ（ウェハ１に取り付けることができ、或いはウェハ１に統合することができる）、及び受け取ったＲＦ電力を必要に応じて直流電力又は交流電力に変換する回路を備えることができる。本発明による一実施例では、電源ユニット９は、異なる周波数のＲＦ電力を受け取るようになされている。周波数に応じてセンサ構造１０の特定の部分（或いはウェハ１の上に複数のセンサ構造１０が存在している場合は、特定のセンサ構造１０）に動作電力が供給される。

また、Ｉ／Ｏユニット８もＲＦ信号交換を使用して動作させることができる。その場合、Ｉ／Ｏユニット８は、ウェハ１に取り付けることができ、或いはウェハ１に統合することができるアンテナを備えることができる（このアンテナは、電源ユニット９がアンテナを備えている場合、電源ユニット９のアンテナとは別のアンテナであっても、或いは同じアンテナであってもよい）。処理エレクトロニクス４は、外部装置とのデータ交換を可能にするために、Ｉ／Ｏユニット８と協同するように構成することができる。外部装置は、例えば、メモリ６に記憶されている所定のデータ・セットを要求することができ、且つ／又は外部装置は、メモリ６に記憶すべき処理エレクトロニクス４のための修正操作命令をアップロードすることができる。複数のセンサ構造１０がウェハ１上に存在している場合、多重化技法（例えば周波数分割多重化）を使用して、複数のＩ／Ｏユニット８のうちの特定の１つをアドレス指定することができる。

Ｉ／Ｏユニット８及び／又は電源ユニット９には、例えば光を使用した他の無線技法を使用することも可能である。光（電磁放射）を使用してエネルギー即ちデータを転送することができる。例えば太陽電池又は他の光電池をウェハ１に統合して電力を提供することも可能である。したがって、知られている様々なアドレス指定技法を使用することができる。

センサ構造１０に電力を供給し、且つ／又はセンサ構造１０とのインターフェースを提供するための外部エレメントは、例えばリソグラフィ装置の内部に配置することができる（例えばウェハ・テーブルＷＴの近傍に配置することができ、図１はその一例を示したものである）。試験構造１０は、例えばリソグラフィ装置のデータ・ネットワークに接続することができる。このような接続によってリソグラフィ装置の光学特性の試験及び調整を完全に自動化することができる。別法としては、リソグラフィ装置の外部にこれらのエレメントを提供することも可能である。後者の構造の潜在的な利点は、センサ構造１０を備え、且つ、電力及びデータ交換を提供するための外部機器を備えたウェハ１を備えたポータブル・テスト・セットを構成することができることである。リソグラフィ装置にさらなる機器を追加する必要がないため、このようなセットはコストを節約することができる。

代替として、測定データ（生データ又は処理済みのデータ）をウェハのメモリ６に記憶し、このデータをオフライン即ちリソグラフィ装置の外部から検索することができる。

図３は、ＷＯ０３／０５６３９２などで知られている可能試験シナリオの実施例の１つを示したものである。以下で説明するセンサ２も同じく異なるセンサ構造に使用することができることに留意されたい。センサ構造１０は、リソグラフィ装置の例えば投影レンズ系ＰＬの光学特性を試験するために、正規のウェハの位置に配置される。マスク・テーブルＭＴの上に適切な試験マスクが配置される。図３はこれを簡単に示したもので、参照数表示１３は試験マスクを表し、参照数表示１４は投影レンズ系ＰＬを表している。センサ２は、いずれもウェハ１に統合することができるフォトダイオード１１及び検出器マスク１２を備えている。

試験マスク１３及び検出器マスク１２は、いずれも、規則的に間隔を隔てたＮ×Ｎ個の透明な孔１５を備えている。孔１５の各々は、λ／ＮＡ（λは、投射される光の波長であり、ＮＡは、投影レンズ１４の開口数である）より小さい直径を有している。孔１５のピッチは、投影レンズ１４の解像度より大きくなっている。この実施例では、本質的に、センサ２を使用してレンズの点像分布関数を観察することができ、孔の数であるＮ^２倍だけ強度が増している。ウェハ１を三次元で走査することができるため、空中画像即ち点像分布関数を記録することができる。観察した点像分布関数から、ひずみ、焦点面及び他の高次数レンズ収差を決定するための数学手順については知られている。上で説明した手法には、リソグラフィ装置内で処理されるウェハＷの正規の露光条件に測定条件を一致させることができる利点がある。

また、試験マスク１３とセンサ２のこの組合せは、様々なタイプの収差の測定を可能にするために、他の光学フィーチャを備えることも可能である。投影レンズの収差の測定には、δタイプの複数の対象（孔１５）のアレイが適している。フレネル・ゾーン・レンズを試験マスク１３として使用すると、コンデンサ・レンズの収差を検出することができる。迷光の特性は、試験マスク１３上の大きな正方形を使用して測定することができる。規則的なデバイス・パターン（正規の製造マスクＭＡ）を使用してパターンの忠実度を測定し、照明条件を最適化することができる。その他の収差は、試験マスク１３上のれんが壁構造を使用して測定することができる。

図３を参照して説明したセンサ２は、本発明の一実施例によるセンサ構造１０の単一センサ２として使用することができる。しかしながら、センサ・アレイ内の多数のこれらのセンサを組み合わせることも可能である。また、場合によってはリソグラフィ装置の画像視野全体の単一工程におけるプロービングを可能にするために、ウェハ１の表面に展開した複数のセンサ即ち複数のセンサ・アレイ２を提供することができる。このような構造を使用することにより、画像視野全体の一様な測定を迅速に実行することができる。また、例えば単一工程の試験で様々なタイプの収差を測定し、且つ、検出することができるよう、上で説明した試験マスク１３上のパターンと組み合わせたセンサ２を提供することも可能である。

他の実施例では、センサ構造１０は、基板１の上に異なる形態で提供され、マスク・テーブルＭＴ内のマスクＭＡの位置にセンサ構造を配置することができる。このような構造を使用することにより、リソグラフィ装置の光学系の特定の測定をマスク・テーブルＭＴまで（例えば図１を参照して上で説明した照明システムＩＬまで）実行することができる。

以上、本発明について、とりわけ屈折光学リソグラフィ装置を対象とした例示的実施例を使用して説明した。しかしながら、本発明は、反射光学リソグラフィ装置などの他のタイプのリソグラフィ装置にも使用することができる。また、本発明は、遠ＵＶ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ又はＥＵＶタイプなどのあらゆるタイプのリソグラフィ装置に使用することができる。

本発明の一実施例によるセンサ構造は基板を備えており、前記センサ構造は、集積回路として基板の中に提供された複数のセンサ・エレメントを有している。複数のセンサ・エレメントの各々は、センサ・エレメントに接続された処理回路、及び処理回路に接続された入／出力インターフェースを備えた電子回路に結合されている。センサ構造は、さらに、複数のセンサ・エレメントのうちの使用中の１つ又は複数のセンサ・エレメントと結合している電子回路にのみ動作電力を供給するようになされた電源ユニットを備えている。

センサ・エレメント（又は複数のセンサ・エレメントのグループ）と結合した電子回路の分散構成を有することにより、電子回路の複雑性が緩和される。センサ構造のすべてのセンサ・エレメントからの信号で動作する極めて複雑な処理エレクトロニクスをウェハ上に提供する必要がなく、単一センサ・エレメント又は特定の試験のために照射される複数のセンサ・エレメントの小グループのための専用電子回路のみで十分である。

他の構造では、複数のセンサ・エレメントが基板全体に所定の方法で分布しており、例えばウェハの中心の周りに集中している。複数のセンサ・エレメントをウェハ１の中心の近く、延いてはウェハ・ステージの中心の近くに配置することにより、必要なステージ・ストロークが著しく短縮され、したがってリソグラフィ装置をより効果的に動作させることができる。

他の実施例では、複数のセンサ・エレメントの各々と結合している電子回路は、基板全体に所定の方法で分布しており、例えば基板の表面全体に一様に分布している。したがって電子回路及びセンサ・エレメントのレイアウトの複雑性を緩和することができ、延いてはセンサ構造をより単純に製造することができる。また、電子回路の適切なレイアウトにより、電子回路に起因する加熱効果を制御することも可能である。

他の実施例では、同じく処理エレクトロニクス、入／出力ユニット及び／又は電源ユニットも、基板中又は基板に取り付けられた（例えば基板上又は基板の上方の）集積回路又は他の構造として提供されている。この構造により、通常の基板即ちウェハとして取り扱うことができるセンサ構造が提供される。また、１枚のウェハ上に複数のセンサ構造を統合することも可能である。このような実施例を使用することにより、複数のセンサ構造のうちの特定の１つを使用してデバイスの様々な光学特性を測定するために使用することができる単一試験ウェハが提供される。また、基板の表面全体を包含する測定を実行することができるため、単一の工程で一様な測定を実行することができる。

他の実施例では、処理エレクトロニクスは、ソフトウェア・コード及び／又はデータを記憶するようになされたメモリ（例えば揮発性メモリ及び／又は不揮発性メモリ）に接続されている。ソフトウェア・コードを使用して処理エレクトロニクスがプログラムされ、また、このソフトウェア・コードを変更することによって特定のタイプの測定に適したセンサ構造を構築することができる。

他の実施例では、入／出力ユニットは、無線通信技法を使用して外部装置とデータを交換するようになされている。無線通信技法は、ＲＦ技法に基づく技法であっても、或いは光通信を使用した技法であってもよい。無線通信技法を使用して外部装置とデータを交換することにより、処理すべき正規の基板と同じ様に外部装置によって取り扱うことができる独立型ユニットとしてセンサ構造を使用することができる。

他の実施例では、センサ構造は、さらに、センサ構造が取り付けられる、リソグラフィ装置のウェハ・ステージへの取付けが可能なチャックを備えている。チャックは、センサ構造をリソグラフィ装置内のデータ・ネットワークに接続するためのインターフェース手段を備えることができる。このような実施例では、センサ構造をポータブル・ユニットとして使用し、測定を実行するために微小部分のみをリソグラフィ装置に設置するだけでよいように、センサ構造を試験すべき装置までもっていくことができる。

本発明の一実施例によるセンサ構造は、基板、例えばシリコン基板などの半導体基板を備えており、基板は、少なくとも１つのセンサ・エレメント、少なくとも１つのセンサ・エレメントに接続された処理エレクトロニクス、処理エレクトロニクスに接続された入／出力ユニット、及びセンサ構造に動作電力を供給するための電源ユニットを備えている。少なくとも１つのセンサ・エレメントは、集積回路として基板の中に提供されており、電源ユニットは、所定の周波数を有する無線信号をセンサ構造の所定の部分のための供給電圧に変換するようになされている。所定の部分は、例えば、基板の特定の部分、即ち特定のタイプの試験構造を有する部分の１つ又は複数のセンサ・エレメント、処理エレクトロニクス及びメモリの組合せであってもよい。この方法によれば、その部分にのみ電力が引き渡され、その部分でのみ電力が消費されるため、電力消費が少なくなり、且つ／又は基板に形成されるホット・スポットが少なくなる。また、電力ユニットは、トランスポンダ・タイプの変換器のように、無線エネルギーをセンサ構造のための供給電圧に変換するように構成することも可能である。

このようなセンサ構造は、処理すべき正規の基板として装置に使用することができる。したがって、装置に対するそれ以上の分解作業及び組立て作業を必要とすることなく光学特性の測定及び特性化を実行することができる。少なくとも１つのセンサ・エレメントが基板の中に統合されているため、正しい位置で装置の光学特性が測定される。この少なくとも１つのセンサ・エレメントは、フォトセル、フォトダイオード、フォトトランジスタさらには光電池などの感光性半導体エレメントであってもよい。

本発明の一実施例によるリソグラフィ装置は、放射のビームを提供するための照明システム、ビームの断面にパターンを付与するように機能するパターニング構造を支持するための支持構造、基板を保持するための基板テーブル、パターン化されたビームを基板の目標部分に投射するための投影システム、及び本明細書において説明したセンサ構造を備えており、少なくとも１つのセンサ・エレメント及び処理エレクトロニクスは、リソグラフィ装置の複数の光学系のうちの１つ又は複数の収差を測定するようになされている。

センサ構造を使用して、照明システム及び投影システムなどのリソグラフィ装置の光学特性を試験し、且つ、測定することができる。これらのシステムは、屈折光学及び反射光学の両方を使用することができる。センサ・エレメントと試験パターニング手段即ち試験マスクの特定の組合せを使用して、特定のタイプの光学特性を試験することができる。

基板を処理するようになされた装置の特性、例えば光学特性を測定するための方法には、本明細書において説明したセンサ構造を挿入し、且つ、センサ構造を測定位置に位置決めするステップ、センサ構造を使用して測定を実行するステップ、及びセンサ構造を装置から除去する工程が含まれている。

センサ構造のすべてのエレメントが単一の基板の中に統合されたこのセンサ構造の実施例を使用することにより、処理すべき正規の基板とまったく同じようにセンサ構造をリソグラフィ装置などの装置を通して搬送することができる。このような構造により、装置の分解及び／又は運転の中断を必要とすることなく、迅速に、且つ、より頻繁に装置の（例えば光学）特性を試験することができる。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、特許請求する本発明は、上で説明した以外の方法で実践することができることは理解されよう。これらの実施例についての以上の説明には、特許請求する本発明を制限することは意図されていないことに明確に留意されたい。

本発明による一実施例と共に使用することができるリソグラフィ装置を示す図である。 本発明の一実施例によるセンサ構造を示す図である。 本発明の一実施例によるセンサ構造と組み合わせた専用試験マスクを示す簡易図である。

Claims (12)

1. 基板に設けられた複数のセンサ構造であって、該複数のセンサ構造のそれぞれが、
   集積回路として前記基板の中に提供された少なくとも１つのセンサ・エレメントと
   前記少なくとも１つのセンサ・エレメントに接続された処理回路と、
   前記処理回路に接続された入／出力インターフェースと、
   前記センサ構造の少なくとも１つの他のコンポーネントに動作電力を供給するようになされた電源ユニットであって、受け取ったＲＦ電力を直流電力又は交流電力に変換する電源ユニットと、
   を有しており、
   前記ＲＦ電力の周波数に応じて、前記複数のセンサ構造のうち特定のセンサ構造に動作電力が給電される、
   センサ構造。
2. 前記少なくとも１つのセンサ・エレメントが前記基板全体に所定の方法で分布している、
   請求項１に記載のセンサ構造。
3. 前記少なくとも１つのセンサ・エレメントの各々と結合しており、前記基板全体に所定の方法で分布している前記処理回路を有する、
   請求項１又は２に記載のセンサ構造。
4. 前記センサが光センサである、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ構造。
5. 前記基板がリソグラフィ装置のウェハ・チャックに嵌合するようになされた、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ構造。
6. 前記処理回路、前記入／出力インターフェース及び前記電源ユニットのうちの少なくとも１つが集積回路として前記基板の中に提供された、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ構造。
7. 前記処理回路が、ソフトウェア・コード及びデータのうちの少なくとも１つを記憶するようになされたメモリに接続された、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサ構造。
8. 前記センサ構造が、前記センサ構造が配置される、リソグラフィ装置のウェハ・ステージに取り付けることができるチャックをさらに備えた、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ構造。
9. 前記チャックが、前記センサ構造を前記リソグラフィ装置のデータ・ネットワークに接続するようになされたインターフェースを備えた、
   請求項８に記載のセンサ構造。
10. 基板に設けられた複数のセンサ構造であって、該複数のセンサ構造のそれぞれが、
    集積回路として前記基板の中に提供された少なくとも１つのセンサ・エレメントと、
    前記少なくとも１つのセンサ・エレメントに接続された処理回路と、
    前記処理回路に接続された入／出力インターフェースと、
    前記センサ構造の少なくとも１つの他のコンポーネントに動作電力を供給するようになされた電源ユニットであって、受け取ったＲＦ電力を直流電力又は交流電力に変換する電源ユニットと、
    を有するセンサ構造と、
    パターン化された放射のビームを前記基板の目標部分に投射するようになされた投影システムと、
    を有しており、
    前記ＲＦ電力の周波数に応じて、前記複数のセンサ構造のうち特定のセンサ構造に動作電力が給電される、
    リソグラフィ装置。
11. 前記センサ構造が前記投影システムの収差を測定するようになされた、
    請求項１０に記載のリソグラフィ装置。
12. 基板を処理するようになされた装置の特性を測定するための方法であって、
    センサ構造を前記装置に挿入し、且つ、前記センサ構造を測定位置に位置決めする段階と、
    前記センサ構造を使用して測定を実行する段階と、
    前記センサ構造を前記装置から除去する段階とを含み、複数の前記センサ構造が前記基板に設けられており、前記複数のセンサ構造のそれぞれが、
    集積回路として前記基板の中に提供された少なくとも１つのセンサ・エレメントと、
    前記少なくとも１つのセンサ・エレメントに接続された処理回路と、
    前記処理回路に接続された入／出力インターフェースと、
    前記センサ構造の少なくとも１つの他のコンポーネントに動作電力を供給するようになされた電源ユニットであって、受け取ったＲＦ電力を直流電力又は交流電力に変換する電源ユニットと、
    を有しており、
    前記ＲＦ電力の周波数に応じて、前記複数のセンサ構造のうち特定のセンサ構造に動作電力を給電する、
    方法。

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