JP4456555B2 - リソグラフィ機器、リソグラフィ機器の特性を測定する方法、及びコンピュータ・プログラム - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィ機器の投影レンズの開口数及びテレセントリック性などの特性を測定する方法に関するものである。

リソグラフィ機器は、基板に、通常は基板の目標部分に所望のパターンを付与する機械である。リソグラフィ機器は、例えば、ＩＣ（集積回路）の製造で使用することができる。この場合には、マスク又はレチクルとも称するパターン形成装置を使用して、ＩＣの個々の層に形成すべき回路パターンを生成できる。このパターンは、基板（例えばシリコン・ウエハ）の（例えば、ダイの一部或いは１つ又は複数のダイを含む）目標部分に転写できる。パターンの転写は、典型的には、基板に形成された放射感受性材料（レジスト）の層への結像を介して行われる。一般に、１枚の基板は、次々にパターン形成される隣接した網目状の目標部分を含む。周知のリソグラフィ機器の例では、目標部分にパターン全体を１回露光することによって各目標部分が照射されるいわゆるステッパと、所与の方向（「走査」方向）に放射ビームを通過してパターンを走査し、この方向と平行又は逆平行に基板を同期走査することによって各目標部分が照射されるいわゆるスキャナである。基板上にパターンをインプリント（押印）することによって、パターン形成装置から基板にパターンを転写することも可能である。

リソグラフィ機器では、パターン形成装置のパターンを基板に結像するのに使用する投影レンズの特徴を知ることが望ましい。このような特徴は、投影レンズの特性又はパラメータとも称することがある。このような特性の１つは、リソグラフィ機器の結像に影響を及ぼすレンズの開口数（ＮＡ）である。シミュレーションで使用する開口数の値を正確に知ることによって、リソグラフィ機器の設定及びプロセス・ウィンドウを決定することができる。ある種の機器では、投影レンズの開口数は調整可能であり、投影レンズ系の瞳面のところで調整可能な絞りなどの要素によって規定される。したがって、実際の開口数の測定が実施される。

従来は、開口数は、レジストを塗布した基板にピンホールを、焦点を外して結像させることによって測定した。このように焦点を外すには、ピンホールを形成する不透明層がパターン形成装置の通常の面からずれるように、マスクの上面にピンホールを配置する（或いは、マスクをひっくり返して使用する）。放射が投影レンズ系の開口数を完全に満たすように、これらのピンホールの内部に格子又はアレイ（配列）などの回折フィーチャを設ける。ただし、この技法には、レジストの測定値を大量に分析する必要があるという問題がある。これには時間がかかり、その結果、機器に対して実施される簡単で直接的な測定にはならない。

リソグラフィ機器の別の特徴は、投影レンズのテレセントリック性であり、また、パターン形成装置及び投影レンズに放射ビームを提供する照明器のテレセントリック性でもある。照明器及び投影レンズがテレセントリックになっていないと、重ね合わせの問題が生じることがある。投影レンズがテレセントリックになっていないと、結像性能に影響を及ぼす。従来は、基板の異なる焦点水準（レベル）で重ね合わせ測定を実施することによって定量的にテレセントリック性を測定した。しかし、この方法にも、時間がかかり、且つ煩雑であるという問題があり、また、この方法では、投影レンズのテレセントリック性をあまり高い精度で測定ができない。

投影レンズ系の開口数の値を知ることが望ましい。投影レンズ系の非テレセントリック性の程度だけでなく、照明器の非テレセントリック性の程度に関する情報を得ることも望ましい。

本発明の一観点によれば、投影系を使用してパターン形成装置から基板にパターン付与された放射ビームを投影するように構成されたリソグラフィ機器が提供される。このリソグラフィ機器は、
基板の水準（レベル）で放射ビームの波面を測定する、検出器を有する干渉センサと、
この干渉センサを光軸に沿う方向に変位させるアクチュエータと、
干渉センサの検出器の複数の場所のそれぞれにおける波面の位相変化を測定する第１モジュールであって、この位相変化は、干渉センサが、アクチュエータによって第１位置と第２位置との間で変位することに起因する第１モジュールと、
第１モジュールによって測定された位相変化及びアクチュエータによる干渉センサの変位の値を用いて、検出器の複数の場所のそれぞれについて、放射が横切る投影系の瞳面における対応する瞳の場所を求めて、検出器の場所と、対応する瞳の場所との間を地図化（マッピング）する第２モジュールとを含む。

別の観点によれば、本発明により、リソグラフィ機器の特性を測定する方法が提供される。このリソグラフィ機器は、
放射ビームを調整するように構成された照明系と、
放射ビームの断面にパターンを付与して、パターン付与された放射ビームを形成できるパターン形成装置を支持するように構築された支持部と、
基板を保持するように構築された基板テーブルと、
基板の目標部分にパターン付与された放射ビームを投影するように構成された投影系と、
基板の水準（レベル）で放射ビームの波面を測定する干渉センサとを含み、この方法は、
干渉センサの検出器の複数の場所のそれぞれにおける波面の位相変化を測定する段階であって、この位相変化は、干渉センサが、アクチュエータによって光軸に沿って第１位置と第２位置との間で変位することに起因する位相変化を測定する段階と、
測定された位相変化及びアクチュエータによる干渉センサの変位の値を用いて、検出器の複数の場所のそれぞれについて、放射が横切る投影系の瞳面における対応する瞳の場所を計算して、検出器の場所と、対応する瞳の場所との間を地図化する段階とを含む。

本発明の別の観点によれば、コンピュータにより実行可能なコードを含むコンピュータ・プログラムが提供される。このコードは、コンピュータ・システム上で実行されると、リソグラフィ機器を制御して上記で規定した方法を実施するようにコンピュータ・システムに命令する。

次に、添付の概略図面を参照して、単なる例として本発明の実施例を説明する。図面では、対応する参照記号はそれに対応する部分を示す。

図１に、本発明の一実施例によるリソグラフィ機器を概略的に示す。この機器は、
放射ビームＰＢ（例えば、ＵＶ放射又はＥＵＶ放射）を調整するように構成された照明系（照明器）ＩＬと、
パターン形成装置（例えば、マスク）ＭＡを支持するように構築された支持構造体（例えば、マスク・テーブル）ＭＴであって、ある種のパラメータに従ってパターン形成装置を正確に位置決めするように構成された第１位置決め装置ＰＭに結合された支持構造体ＭＴと、
基板（例えば、レジストを塗布したウエハ）Ｗを保持するように構築された基板テーブル（例えば、ウエハ・テーブル）ＷＴであって、ある種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位置決め装置ＰＷに結合された基板テーブルＷＴと、
基板Ｗの（例えば、１つ又は複数のダイを含む）目標部分Ｃに、パターン形成装置ＭＡによって放射ビームＢに付与されたパターンを投影するように構成された投影系（例えば、屈折型投影レンズ系）ＰＳとを備える。

照明系は、放射を方向づけ、成形、または制御する屈折型、反射型、磁気型、電磁気型、静電気型その他の種類の光学要素、或いはこれらの組合せなどの、様々な種類の光学要素を含むことができる。

支持構造体は、パターン形成装置を支持、即ち、パターン形成装置の重量を支える。この支持構造体は、パターン形成装置の向き、リソグラフィ機器の設計、及び、例えばパターン形成装置が真空環境内で保持されるか否かなどの他の条件によって決まる方法で、パターン形成装置を保持する。この支持構造体は、機械的、真空、静電気その他のクランプ技術を利用して、パターン形成装置を保持できる。この支持構造体は、例えばフレーム又はテーブルとすることができ、これらは必要に応じて固定され又は移動可能とできる。この支持構造体は、例えば投影系に関してパターン形成装置が所望の位置にくるようにすることができる。本明細書で用いる「レチクル」又は「マスク」という用語は、「パターン形成装置」という、より一般の用語と同義とみなすことができる。

本明細書で用いる「パターン形成装置」という用語は、基板の目標部分にパターンを生成するために、放射ビームの横断面にパターンを付与するのに使用できる任意の装置を指すと広く解釈すべきである。放射ビームに付与されるパターンは、例えば、このパターンが位相シフト用のフィーチャ、即ち、いわゆるアシスト・フィーチャを含む場合、基板の目標部分における所望のパターンに厳密に対応しない場合があることに留意されたい。一般に、放射ビームに付与されるパターンは、目標部分に生成されている集積回路などのデバイスの特定の機能層に対応する。

パターン形成装置は、透過型又は反射型とすることができる。パターン形成装置の実施例には、マスク、プログラム可能なミラー・アレイ（配列）、及びプログラム可能なＬＣＤパネルが含まれる。マスクは、リソグラフィでは周知のものであり、その例には、バイナリ型、交互配置位相シフト型、及びハーフトーン位相シフト型などのマスク・タイプ、並びに様々なハイブリッド型のマスク・タイプが含まれる。プログラム可能なミラー・アレイの実施例では、入射する放射ビームが異なる方向に反射されるように、それぞれ個々に傾けることのできるマトリックス（行列）配置の小ミラーを使用する。これらの傾いたミラーにより、ミラー・マトリックスによって反射した放射ビームにパターンが付与される。

本明細書で用いる「投影系」という用語は、用いられる露光放射、或いは浸漬液の使用又は真空の使用などの他の要因に対して適宜、屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁気型、及び静電気型の光学系、又はこれらの任意の組合せを含めて、任意の種類の投影系を包含すると広く解釈すべきである。本明細書で用いる「投影レンズ」という用語は、「投影系」というより一般の用語と同義とみなすことができる。

ここで示すように、この機器は、（例えば、透過性マスクを使用する）透過型のものである。或いは、この機器は、（例えば、上記で言及した種類のプログラム可能なミラー・アレイを使用するか、又は反射性マスクを使用する）反射型のものとできる。

リソグラフィ機器は、２つ（２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）を有する種類のものとできる。このような「複数ステージ」型の機械では、追加のテーブルを並列で使用できる。即ち、１つ又は複数のテーブルで準備工程を実施しながら、１つ又は複数の他のテーブルを使用して露光を行うことができる。

リソグラフィ機器は、比較的高屈折率の液体、例えば水で基板の少なくとも一部を覆って、投影系と基板との間の空間を満たす種類のものとすることもできる。浸漬液は、リソグラフィ機器内の他の空間、例えばマスクと投影系との間に適用することもできる。投影系の開口数を大きくする液浸技術は、当技術分野では周知のものである。本明細書で用いる「浸漬」という用語は、基板などの構造体を液体中に浸さなければならないという意味ではなく、露光中に、投影系と基板との間に液体を配置するというだけの意味である。

図１を参照すると、照明器ＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。放射源およびリソグラフィ機器は、例えば放射源がエキシマ・レーザのときは別々の要素にできる。このような場合には、放射源がリソグラフィ機器の一部を形成するとはみなさず、放射ビームは、放射源ＳＯから、例えば適当な方向づけミラー及び／又はビーム・エキスパンダ（拡大器）を含むビーム送達系ＢＤを使用して照明器ＩＬに至る。他の場合には、例えば放射源が水銀ランプのとき、放射源はリソグラフィ機器と一体の部分にできる。放射源ＳＯ及び照明器ＩＬは、必要な場合には、ビーム送達系ＢＤとともに放射系と称することがある。

照明器ＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調節する調節装置ＡＤを含むことができる。一般に、照明器の瞳面内の強度分布の少なくとも（一般に、それぞれ外側σ及び内側σと称する）外側及び／又は内側の径方向範囲を調節することができる。照明器ＩＬはさらに、統合器ＩＮ及びコンデンサＣＯなど他の様々な要素を備えることがある。この照明器を使用して放射ビームを調整し、それによってビーム断面において所望の均一性及び強度分布を得ることができる。

放射ビームＢは、支持構造体（例えば、マスク・テーブルＭＴ）に保持されたパターン形成装置（例えば、マスクＭＡ）に入射し、パターン形成装置によってパターンを付与される。マスクＭＡを横切った後で、放射ビームＢは、投影系ＰＳを通過し、投影系ＰＳによって基板Ｗの目標部分Ｃで焦点を結ぶ。第２位置決め装置ＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉計測装置、リニア・エンコーダ、又は容量センサ）を使用して、基板テーブルＷＴを正確に移動させて、例えば、放射ビームＢの経路内に異なる目標部分Ｃを位置決めすることができる。同様に、第１位置決め装置ＰＭ及び（図１には明示的に示さない）別の位置センサを使用して、例えば、マスク・ライブラリからマスクＭＡを機械的に取り出した後で、或いは走査中に、放射ビームＢの経路に関してマスク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位置決め装置ＰＭの一部を形成する（粗い位置決め用の）長ストローク・モジュール及び（精密位置決め用の）短ストローク・モジュールを使用して実現できる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２位置決め装置ＰＷの一部を形成する長ストローク・モジュール及び短ストローク・モジュールを使用して実現できる。（スキャナと異なり）ステッパの場合には、マスク・テーブルＭＴを短ストローク・アクチュエータだけに連結するか、或いは固定することができる。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスク位置調整用マークＭ１、Ｍ２及び基板位置調整用マークＰ１、Ｐ２を使用して位置調整できる。図に示す基板位置調整用マークは、専用の目標部分を占めているが、これらは、目標部分間の空間に配置できる（これらは、スクライブ・レーン位置調整用マークとして知られている）。同様に、マスクＭＡに２つ以上のダイが設けられる状況では、マスク位置調整用マークは、これらのダイとダイとの間に配置できる。

図に示す機器は、以下のモードの少なくとも１つのモードで使用できる。

１．ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは本質的に固定したまま、放射ビームに付与されたパターン全体を目標部分Ｃに１回で投影する（即ち、１回の静止露光）。次いで、基板テーブルＷＴをＸ方向及び／又はＹ方向に移動させて、異なる目標部分Ｃを露光できる。ステップ・モードでは、露光フィールドの最大サイズが、１回の静止露光で画像形成される目標部分Ｃのサイズを制限する。

２．スキャン・モードでは、マスク・テーブルＭＴと基板テーブルＷＴとを同期走査しながら、放射ビームに付与されたパターンを目標部分Ｃに投影する（即ち、１回の動的な露光）。マスク・テーブルＭＴに対する相対的な基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影系ＰＳの倍率（縮小率）及び像の反転特性によって決めることができる。スキャン・モードでは、露光フィールドの最大サイズが、１回の動的な露光における目標部分の（非走査方向の）幅を制限し、走査移動長により、目標部分の（走査方向の）高さが決まる。

３．別のモードでは、プログラム可能なパターン形成装置を保持するマスク・テーブルＭＴを本質的に固定し、基板テーブルＷＴを移動即ち走査しながら、放射ビームに付与されたパターンを目標部分Ｃに投影する。このモードでは一般に、パルス化された放射源を使用し、基板テーブルＷＴの各移動動作後に、或いは走査中に連続放射パルス間で、プログラム可能なパターン形成装置を必要に応じて更新する。この動作モードは、上記で言及した種類のプログラム可能なミラー・アレイなどのプログラム可能なパターン形成装置を利用する（マスクを使用しない）マスクレス・リソグラフィに容易に適用できる。

上記で説明した使用モードの組合せ及び／又は変形、或いは全く異なる使用モードを用いることもできる。

従来から、「シヤリング干渉計」として知られる原理を利用して、投影レンズの波面収差を測定する測定システムが提案されていた。この提案によれば、パターン形成装置の水準の個々の場所からの投影ビームの異なる部分が、異なる経路に沿って投影レンズを通過して伝播する。これは、照明系と投影系との間の投影ビーム内に配置された回折素子によって実現できる。物体側格子としても知られる格子などの回折素子は、放射を回折し、それを広げて、複数の異なる経路に沿って投影系を通過させる。この回折素子は、典型的には、例えばマスクＭＡなどのパターン形成装置の配置される水準に配置される。この回折素子は、格子又は適切な寸法のフィーチャ・アレイとすることもできるし、ピンホール内に設けることもできる。この回折素子に、１つ又は複数のレンズを関連付けることもできる。以下、照明器と投影系との間の投影ビーム内に配置したこの組立体を、全体として放射源モジュールと称する。

図２を参照すると、本発明の実施例とともに使用する放射源モジュールＳＭが示されている。放射源モジュールＳＭは、ピンホール・プレートＰＰを備える。ピンホール・プレートＰＰは、石英ガラス板であり、レチクルの場合と同様に、その一方の面に不透明なクロム層を有し、このクロム層にピンホールＰＨが設けられる。放射源モジュールＳＭは、ピンホールに投影放射を合焦するレンズＳＬも備える。実際には、異なる領域位置及び異なるスリット位置のために、ピンホール及びレンズの配列が設けられる。これらのレンズは、ピンホール・プレートの上部に一体化することができる。理想的には、この放射源モジュールは、開口数を測定するために投影レンズの瞳が、或いは実際にはそれよりも大きい範囲が満たされるように、広範囲な角度の光を生成すべきであり、好ましくは、瞳は、均一に満たされるべきである。レンズＳＬを使用すると、瞳よりも大きい範囲を満たすことができ、光の強度も大きくなる。ピンホールＰＨにより、領域内の特定の場所に光が限定される。瞳を均一に満たす代替方法は、ピンホール・プレートの上面で拡散板（エッチングしたすりガラス・プレートなど）を使用するか、或いは、（回折光学素子ＤＯＥに類似の）マイクロレンズ・アレイ又は（位相シフト・マスクＰＳＭに類似の）ホログラフィ拡散板を使用することである。このピンホールはその内部に、解像力より小さい回折フィーチャなどの何らかの構造物、例えば、格子パターン、市松模様パターンを含むことができるが、これは任意選択であり、本発明の実施例では構造物がないことが好ましい。そのため、個々の放射源モジュールＳＭの実施例には、図２に示すもの、図に示すもののうち集光レンズは含まないが上部に拡散器（ディフューザ）を備えたもの、および内部に解像力より小さいフィーチャを備えたピンホール・マスクが含まれる。

投影系を横切った放射は、次いで、ピンホール、又は像側格子として知られる格子などの別の回折素子ＧＲに当たる。図２を参照すると、この別の回折素子ＧＲは、例えば石英でできているキャリア・プレートＣＰに装着される。この別の回折素子は、互いに干渉させることができる異なる回折次数を生成する「シヤリング機構」として働く。例えば、ゼロ次と１次を干渉させることができる。この干渉の結果、パターンが得られ、このパターンを検出器で検出して、像フィールドの個々の場所における波面収差に関する情報を明らかにすることができる。検出器ＤＴは例えば、レジストを使用せずにパターンの像を電子的に撮像するＣＣＤ又はＣＭＯＳのカメラとできる。これら別の回折素子ＧＲ及び検出器ＤＴを干渉センサＩＳと称する。従来方式では、別の回折素子ＧＲは、放射源モジュールＳＭ内の最初に述べた回折素子に関する共役面である最良焦点面にある基板の水準に配置する。検出器ＤＴは、別の回折素子ＧＲの下にあり、それから離間している。

リソグラフィ装置で実施する波面干渉測定システムの独自の一形態として、スキャナにおける一体型レンズ干渉計（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｌｅｎｓ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ Ａｔ Ｓｃａｎｎｅｒ）の頭文字であるＩＬＩＡＳ（商標）が知られている。リソグラフィ投影機器は、通常、この測定システムを備える。

この干渉センサは本質的に、波面の微分位相を測定する。検出器自体は、光の強度しか測定することができないが、干渉を利用して位相を強度に変換できる。ほとんどの干渉計は、干渉パターンを生成するのに２次基準ビームを必要とするが、これをリソグラフィ投影機器で実施するのは難しい。しかし、あるクラスの干渉計にはこの要件がなく、それがシヤリング干渉計である。横シヤリングの場合、波面と、横方向に変位した（シヤした）元の波面の複製との間で干渉が生じる。この実施例では、別の回折素子ＧＲは、波面を分割して、相互にわずかに変位した（シヤした）複数の波面にする。これらの間で干渉が観察される。ここでは、０次および＋／−１次の回折次数だけを考える。干渉パターンの強度は、０と１の回折次数の位相差に関係する。強度Ｉは、以下の近似関係によって与えられることがわかる。

ここで、Ｅ_０及びＥ_１は０次及び１次の回折次数についての回折効率であり、ｋは位相のステップ間隔、ｐは（波数の単位で表す）格子の周期、Ｗは（波数の単位で表す）波面収差、ρは瞳の場所である。シヤリング間隔が小さい場合、波面の位相差は、波面の微分で近似される。干渉センサＩＳに関して放射源モジュールＳＭをわずかに変位させた状態で、強度測定を連続して実施することによって、検出される放射強度が変調される（上式の位相ステップ係数ｋ／ｐが変化する）。この変調信号の（基本周波数として格子周期を有する）基本振動は、問題の回折次数（０次および＋／−１次）に対応する。（瞳の場所の関数としての）位相分布は、問題の波面の差に対応する。ほぼ直交する２方向にシヤすることによって、２方向の波面の差を考える。図３に、互いに直交する方向にシヤした波面間の干渉パターンの２つの実施例を示す。検出器により、事実上、投影レンズの瞳面の像が見られる。図３に、破線の円で瞳の像を示す。

しかし、検出器の特定の画素を瞳面における特定の座標にどのように関連づけるかという問題がある。このことに影響を及ぼす要因の例には、格子ＧＲに関する検出器ＤＴの相対位置の６つの自由度（ｘ、ｙ、ｚの３つの軸に沿った並進移動並びにＲｘ、Ｒｙ及びＲｚの３つの軸の周りの回転）、キャリア・プレートＣＰの厚さ、検出器ＤＴの非平坦度の程度、並びにキャリア・プレートＣＰのくさび角及び非平坦度がある。これらの要素の許容差及び位置調整に関する機械的仕様を精密に実現することは難しい。

この問題の１つの解決策は、較正ステップを適用することである。検出器の各画素に対応する瞳座標は、シヤした波面を２つの異なる焦点位置で測定することによって較正される。図２に示すように、これらの異なる焦点位置は、干渉センサを変位させることによってΔＺの量だけ分離する。これらの位置の一方を最良焦点面とし、他方の位置は、ΔＺだけ焦点からずらすことができるはずであるが、これらの位置の一方が最良焦点面であることは本質的なことではない。ΔＺだけシフト（移動）することにより、既知の量の収差が導入され、各瞳位置ごとに固有の位相変化が生じる。このことを図４に概略的に示す。図４には、ΔＺだけ焦点をずらした結果生じた位相変化を、ｘ方向シヤリング及びｙ方向シヤリングについて、瞳の像全体にわたって示す。ｘについては、位相変化が＋０．３である点の輪郭を示し、ｙについては、位相変化が−０．５である点の輪郭を示す。これらの輪郭の交点により、この固有の位相変化を有する画素が識別される。干渉センサが、光軸に沿って、即ち、図１及び図２のＺ方向に移動すると、微分位相が変化することになる。位相変化の厳密な量は、図２に示すように、変位ΔＺと、瞳ＰＵ内で放射源モジュールＳＭからの放射が横切る位置ρの点によって決まる。したがって、既知の変位、即ち焦点ずれΔＺ、及び検出器上の特定の点における位相変化の測定値について、放射が横切る瞳の点ρを求めることが可能である。

より詳細には、焦点をずらした後でシヤした波面は、以下のように与えられる。

ここで、ＷＸ及びＷＹはそれぞれ、ΔＺだけ焦点をずらして測定した、シヤ間隔ｓとともに瞳座標ｕ、ｖの関数としての、所与の画素位置ｋ、ｌにおけるｘ方向及びｙ方向にシヤした波面である。これらの式において、瞳座標ｕ、ｖは、直交する２つのシヤ方向内の角度の正弦に関係し、ｕ＝ｓｉｎθ及びｖ＝ｓｉｎφである。ここで、θ及びφは、Ｚ軸に対する角度であり、相互に直交する。これらは、通常はｘ方向及びｙ方向である（これらの座標は、投影レンズの開口数ＮＡで割ることによって、瞳の縁部で１になるように、即ち、瞳位置座標ρが得られるように正規化できるはずである）。上記の１対の式は、２つの既知量（ΔＺ及びｓ）、２つの測定値（ＷＸ及びＷＹ）、及び２つの未知数（ｕ、ｖ）を含む。検出器の各画素ごとに、他の量について、その画素の瞳座標の式を得るために上記の１対の関係を逆にすることができる。この計算は、検出器の各画素について、解析的又は数値的に実施できる。各画素には、他の画素から独立した瞳座標が与えられ、それによって、画素と瞳座標が地図化される。

この手順では、検出器と格子との位置調整について、また、キャリア・プレートの特性について何も仮定しない。そのため、これらの潜在的な誤差は較正されて、事実上除去される。その精度は、シヤした波面についての測定データ、並びにパラメータΔＺ及びｓの精度によってのみ制限される。必要な場合には、測定及び内挿を複数回行うと、これらの測定データの精度が増す。ΔＺは、基板テーブルの位置決め能力から、高精度に得ることができであり、ｓは、測定又は較正によって外部から得られる。

この手順では、（０次と＋／−１次の回折次数の）３本のビームからの放射を受ける、瞳内のすべての画素の約９０％を占める領域内のすべての画素について、瞳座標が戻される。次いで、外挿を利用して、瞳の像の残りの部分に瞳の地図化を拡張する。これは、検出器が平坦であり、そのため、この検出器の（位置ｋ、ｌにおける）各画素が、単に、瞳面内の対応する点（ρ_ｘ、ρ_ｙ）に地図化されると仮定する第１段階によって実施される。

ここで、ＤＴ６ｄｏｆは、格子面に対する検出器面の位置の６つの自由度（３つの並進移動及び３つの回転）を表す。次いで、最小自乗基準を用いて、以下の関数を最小限に抑えるようにあてはめ（フィッティング）される。

ここで、指数ｉは、６つのパラメータＤＴ６ｄｏｆを得るために、３本のビームが干渉する領域内のすべての画素に及ぶ。次いで、第２段階として、他のすべての画素について、得られた値ＤＴ６ｄｏｆを用いてこれらの画素を瞳面に地図化するのに同じ関数を用いる。図５に、光線の追跡的な類推によってこのプロセスを示す。

上記の較正を実施した後で、較正と同時に、又は別の作業としてこの瞳を測定することができる。したがって、本発明のこの実施例の方法によれば、検出器によって瞳の像が取得され、それによって強度マップ（地図）が作成され、標準画像解析アルゴリズムを利用して照明領域の縁部が求められる。照明領域の縁部における放射光線についての検出器座標が求められ、較正用の地図化を利用して瞳座標に変換され、それによって瞳ＰＵの境界が得られる。投影レンズの瞳の縁部における瞳の場所は、投影レンズを通る光線の最も端の経路に対応する。ある角度分布で投影レンズＰＬに入射し出射する放射では、この角度分布は、瞳ＰＵにおける空間分布に対応する。したがって、瞳ＰＵの最も端部から、投影レンズを通過できる最も発散する光線の角度を得ることができる。この角度開口は、レンズ系を通過して像を形成できる最も発散する光線間の角度として定義され、開口数（ＮＡ）は、この角度開口の半分の正弦である。そのため、瞳の最も端の測定値から、開口数を得ることができる。実際、上記のように、瞳座標がＺ軸に関する角度の正弦で表される場合、開口数ＮＡは、瞳の縁部における座標から直接得られる。１つの特定の方法は、照明領域の最も端、即ち、瞳を通過する周辺光線に対応する照明領域の周りで円形の輪郭をフィッティングさせることであり、開口数は、瞳座標の単位で測定したこの円の半径によって与えられる。

この方法により、既存の干渉センサを使用して、投影レンズＰＬの開口数が迅速かつ正確に測定される。

次に、本発明の別の実施例を説明する。

テレセントリック性は、物体又は像全体にわたるすべての点についての主光線が平行であるというレンズ系の特性である。このことは、像空間のテレセントリック性の場合には、焦点方向に像面を変位させても、像のサイズが変化せず、また、像のフィーチャが横方向に移動しないことを意味する。このことを図６（ａ）に示す。図６（ａ）には、面１４に焦点が合うように結像されるフィーチャ１８の縁部のところにある２つの円錐状の光線１０、１２を示す。この像面が、距離ΔＺだけ変位して新しい面１６になる場合、結像されるフィーチャ１８の倍率は変化しない（ただし、焦点がずれるので、ボケの影響が現れる）。これに対して、テレセントリックではない図６（ｂ）に示すように、最良焦点面１４に形成される像は図６（ａ）の像と実質的に同じであるが、像面がΔＺだけ変位すると、結像されるフィーチャ１８の倍率が変化し、黒い点で示すフィーチャの中心が横方向に変位する。上記は、テレセントリック性の領域の分布についての説明である。しかし、テレセントリック性は、個々の領域の点の特性である。所与の領域の点において、これらの放射光線は、ある種の基準方向、通常は機器のＺ軸に関して定義されたある種の指向性（即ち、この点における波面に直交する正味の伝播方向）を有する。

フィーチャの寸法及び位置の許容差が、通常１／１０ミクロン未満であるとき、テレセントリック性がリソグラフィ機器に望ましい特徴であることは明らかである。リソグラフィ機器用の投影レンズが、物体（パターン形成装置）に関して、且つ基板上の像に関して二重にテレセントリックであることが理想的である。しかし、投影レンズをいかに注意深く作製しても、依然として何らかの程度の非テレセントリック性が存在し、そのため、この非テレセントリック性を定量化できることが望ましい。

前の実施例で説明したように、検出器は瞳座標に較正されている。この座標系の原点、即ち、座標（０、０）を有する中心は、基板の面でＺ軸に平行な光線に対応する。この較正手順では、干渉センサを移動させ（焦点から外し）、それによって、この干渉センサの移動方向に平行な、即ち、Ｚ軸（光軸）に平行な光線を除き、微分位相が変化する。この点では位相変化が生じないので、検出器上のこの点における強度は変化しない。したがって、検出器上のこの点の場所を求めることができ、これをＣと称する。

この実施例によって、瞳の像が取得される。実際には、開口数測定に関して使用したのと同じ像を使用することができ、この瞳の像により、干渉センサの検出器上に実質的に円形の照明領域が形成される。図７に、概略的に、瞳縁部ＰＥによって境界づけられたこの照明領域を、この較正手順によって定義した座標系（破線のグリッド）に対して相対的に示す。実際には、この像は強度マップであり、標準画像解析アルゴリズムを使用して、等強度の輪郭を見つけ、これを用いてこの領域の中心ＣＬの位置を求めることができる。中心ＣＬの（較正した瞳座標系で表した、即ち、ＣからＣＬへの）座標は、投影レンズのテレセントリック性に等しい。

本発明の別の実施例によれば、ディフューザ（拡散器）又はレンズを使用することによって瞳をほぼ均一に満たす干渉測定システム用の通常の放射源モジュールを使用するのではなく、マスクＭＡなどのパターン形成装置面のところで、簡単なそれ自体がピンホールを有するピンホール・プレートを使用する。この場合、照明器の射出瞳は、干渉センサの検出器上に円形の領域を形成する。この円形領域内では、照明は、この照明器で設定した特定の照明モードの強度分布パターンを形成することになる。図７に概略的に示す実施例では、強度分布ＩＤは、２つの対称な照明領域の形態、即ち、双極子照明モードになる。これは単なる例であり、強度分布は、照明器によって設定された照明モードによって決まることになる。標準画像解析アルゴリズムを使用して、照明光線の重心ＣＩの中心位置を求める。中心ＣＩの（較正した瞳座標系で表した、即ち、ＣからＣＩへの）座標は、照明器のテレセントリック性に等しい。

このように、これらの方法によれば、投影レンズ及び照明器のテレセントリック性（又はむしろ非テレセントリック性）は、機器内に設けられた既存の干渉センサを使用して迅速かつ正確に測定することができる。追加の利点として、ウエハを露光する必要がなく、重ね合わせ測定を実施するオフライン（非直結）ツールを用意する必要がない。

本発明の上記の実施例では、特定の領域の点（即ち、マスクなどのパターン形成装置の面において放射源モジュールによって選択された点）における開口数及びテレセントリック性を測定することを説明したが、開口数及びテレセントリック性は、領域の点ごとに変化し得る。したがって、別の実施例では、この変動を測定する。これは、上記方法のいずれかを用い、放射源モジュール及びセンサを移動させて、異なる領域の点（フィールド・ポイント）で繰り返し測定値を取得するか、且つ／又は、複数の領域の点（フィールド・ポイント）で測定値を並列に取得し得るように複数の放射源及びセンサを設けることによって行われる。

本発明の上記実施例のいずれかによる測定結果を用いてフィードバックを提供することができる。例えば、開口数が調節可能である機器では、例えば絞りの設定を選択することによって、複数の異なる設定値における実際の開口数を測定することができ、次いで、較正されたルックアップ表（検索表）を生成して、機械に応じて設定した所与の公称開口数に対して実際の開口数が得られる。さらに、他の結像パラメータによって、例えば、このフィールド全体にわたって照射量を変化させることによって、フィールド全体にわたる開口数の変動を補償することができる。レンズ設計も変更できる。テレセントリック性の測定値を用いて、投影レンズに関してオンライン又はオフラインで照明器を調節して、例えばテレセントリック性を改善する（或いは、非テレセントリック性を小さくする）ことができる。同様に、較正したセンサにより、瞳における実際の照明を測定することができ、この較正したセンサを使用して、照明モードについてのルックアップ表を調整することができ、それによって例えば、シグマ設定値が、実際に得られるシグマ値に関連づけられる。極均衡及び楕円率などの他の照明パラメータを調節する基礎として、瞳における照明の測定値を用いることもできる。

本発明は、上記で説明した方法を実施できるリソグラフィ機器においても具体化される。この機器は、干渉センサＩＳを変位させるアクチュエータと、測定、解析、及び計算を実施して、出力として開口数及び／又はテレセントリック性の値を得るためのいくつかのモジュールとを備える。これらのモジュールは、ハードウエアで、或いは専用又は汎用のコンピュータ上で実行されるソフトウエアとして実施できる。得られた測定値に基づくフィードバックによってリソグラフィ機器の構成要素を調節するために、別のアクチュエータを備えることができる。

本明細書では、ＩＣの製造でリソグラフィ機器を使用することを具体的に参照することがあるが、本明細書で説明するリソグラフィ機器は、集積光学系、磁気ドメイン・メモリ用の誘導／検出パターン、フラット・パネル・ディスプレイ、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、薄膜磁気ヘッドなどの製造など、他の応用が可能であることを理解されたい。このような代替応用例の状況では、本明細書で用いる「ウエハ」又は「ダイ」という用語は、それぞれ、より一般の用語である「基板」又は「目標部分」と同義とみなし得ることが当業者には理解されよう。本明細書で言及する基板は、例えば、トラック（典型的には、基板にレジストの層を塗布し、露光されたレジストを現像するツール）、計測ツール、及び／又は検査ツール内で、露光前又は露光後に処理することができる。該当する場合には、上記その他の基板処理ツールに本明細書の開示を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２回以上処理することがある。そのため、本明細書で用いる基板という用語は、複数の処理済み層をすでに含む基板を指すこともある。

上記では、光リソグラフィの状況で本発明の実施例を利用することを具体的に参照したが、本発明は他の応用例で利用できることを理解されたい。

本明細書で用いる「放射」及び「ビーム」という用語は、（例えば、約３６５、２４８、１９３、１５７、又は１２６ｎｍの波長を有する）紫外（ＵＶ）放射、及び（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）極紫外（ＥＵＶ）放射、並びにイオン・ビーム又は電子ビームなどの粒子ビームを含めて、あらゆる種類の電磁放射を包含する。

「レンズ」という用語は、状況次第では、屈折型、反射型、磁気型、電磁気型、及び静電気型の光学要素を含めて、様々な種類の光学要素のいずれか１つ又はこれらの組合せを指すことがある。

以上、本発明の特定の実施例を説明してきたが、上記で説明した以外の形でも本発明を実施できることを理解されたい。例えば、本発明は、上記で開示した方法を記述する機械可読命令からなる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、或いは、このようなコンピュータ・プログラムを記憶したデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気ディスク又は光ディスク）の形態をとることができる。

上記の説明は、例示するためのものであり、限定するためのものではない。そのため、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、上記で説明した本発明に改変を加えることができることが当業者には明らかであろう。

本発明の実施例によるリソグラフィ機器を示す図。 本発明を実施する方法を実施している投影レンズ系の概略断面図。 互いに直交する方向にシヤした波面間の干渉パターンの２つの概略実施例を示す図。 焦点をずらした結果生じた位相変化を、ｘ方向のシヤリング（ずれ）及びｙ方向シヤリング（ずれ）について、瞳像全体にわたって示す図。 検出器の画素と、ゼロ次及び＋／−１次の３本の回折ビームを全部は受け取らない領域の瞳における点との間で、地図化を拡張する手順を概略的に示す図。 テレセントリックな系に対する焦点ずれの影響を概略的に示す図。 テレセントリックでない系に対する焦点ずれの影響を概略的に示す図。 較正手順から得られた座標系を、投影系の完全な瞳、及び照明系からの強度分布の像、即ち、照明モードとともに概略的に示す図。

符号の説明

１０、１２ 光線
１４、１６ 像面
１８ フィーチャ
Ｃ 目標部分
ＣＩ 照明光線の重心
ＣＬ 照明領域の中心
ＣＯ コンデンサ
ＣＰ キャリア・プレート
ＤＴ 検出器
ＧＲ 回折素子
ＩＤ 強度分布
ＩＦ 位置センサ
ＩＬ 照明系、照明器
ＩＮ 統合器
ＩＳ 干渉センサ
ＭＡ パターン形成装置、マスク
ＭＴ 支持構造体、マスク・テーブル
ＰＥ 瞳縁部
ＰＨ ピンホール
ＰＬ 投影レンズ
ＰＭ 第１位置決め装置
ＰＰ ピンホール・プレート
ＰＵ 瞳
ＰＷ 第２位置決め装置
ＳＬ レンズ
ＳＭ 放射源モジュール
ＳＯ 放射源
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル

Claims (16)

1. 投影系を有するリソグラフィ機器の少なくとも１つの光学的な特性を測定するシステムにおいて、該システムが、
   検出器を有し、基板の水準で放射ビームの波面を測定する干渉センサと、
   前記干渉センサを光軸に沿う方向に変位させるアクチュエータと、
   前記干渉センサの前記検出器の複数の場所のそれぞれにおける前記波面の位相変化を測定する第１光学的モジュールであって、前記位相変化は、前記干渉センサが前記アクチュエータによって第１位置と第２位置との間で変位することに起因する、第１光学的モジュールと、
   前記第１光学的モジュールによって測定された位相変化と、前記アクチュエータによる前記干渉センサの変位の値と、前記位相変化、前記干渉センサの変位の値、及び前記放射が横切る前記投影系の瞳面における瞳の場所の関係式と、を用いて、前記検出器の前記複数の場所のそれぞれについて、前記投影系の瞳面における対応する瞳の場所を決定して、前記検出器の場所と、対応する瞳の場所との間を地図化する第２光学的モジュールとを含む、光学的な特性を測定するシステム。
2. 前記第２光学的モジュールが、外挿を使用して、前記干渉センサ及び前記第１モジュールから位相変化情報が得られない前記瞳面内の場所に地図化を拡張する請求項１に記載された光学的な特性を測定するシステム。
3. 前記投影系の前記瞳を満たすように放射を調整して、前記検出器に前記投影系の前記瞳の範囲に対応する照明領域を生成する放射源モジュールをさらに備え、前記第２モジュールが、前記検出器上で、得られた照明領域の縁部にある少なくとも１つの点を求め、前記地図を利用して前記点を前記瞳の点に関連付け、それによって前記投影系の開口数の値を導出するように構成されている請求項１に記載された光学的な特性を測定するシステム。
4. 前記第１光学的モジュールが、前記アクチュエータによって前記干渉センサが変位したときに、前記干渉センサの前記検出器上で、前記放射の前記位相が変化しない第１の点を求めるように構成されている請求項１に記載された光学的な特性を測定するシステム。
5. 前記投影系の前記瞳を満たすように放射を調整して、前記検出器に前記投影系の前記瞳の範囲に対応する照明領域を生成する放射源モジュールをさらに備え、前記第２光学的モジュールが、得られた照明領域の中心を求め、前記中心の座標を用いて前記投影系のテレセントリック性を評価するように構成されている請求項１に記載された光学的な特性を測定するシステム。
6. 前記投影系に入射する前に、規定された放射強度分布を生成する照明系をさらに備え、前記検出器に、前記規定された強度分布に対応する照明パターンが生成され、前記第２モジュールが、得られた照明パターンの中心を求め、前記中心の座標を用いて前記照明系のテレセントリック性を評価するように構成されている請求項１に記載された光学的な特性を測定するシステム。
7. 前記座標が、前記瞳への地図化に関して定義され、座標系の原点が、前記アクチュエータによって前記干渉センサが変位したときに、前記放射の位相の変化しない前記干渉センサの前記検出器の第１の点に対応する点である請求項５に記載された光学的な特性を測定するシステム。
8. リソグラフィ機器の特性を測定する方法において、
   干渉センサの検出器の複数の場所のそれぞれにおける波面の位相変化を基板の水準で測定する段階であって、前記位相変化は、前記干渉センサが光軸に沿って第１位置と第２位置との間で変位することに起因する測定段階と、
   測定された位相変化と、前記干渉センサの変位の値と、前記位相変化、前記干渉センサの変位の値、及び前記放射が横切る前記リソグラフィ機器の投影系の瞳面における瞳の場所の関係式と、を用いて、前記検出器の複数の場所のそれぞれについて、前記リソグラフィ機器の投影系の瞳面における対応する瞳の場所を計算して、前記検出器の場所と、対応する瞳の場所との間を地図化する計算段階とを含む、リソグラフィ機器の特性を測定する方法。
9. 前記計算段階が、外挿を使用して、前記測定段階で位相変化情報が測定されない前記瞳面内の場所に前記地図化を拡張する段階をさらに含む請求項８に記載されたリソグラフィ機器の特性を測定する方法。
10. 前記投影系の前記瞳を満たすように放射を調整して、前記検出器に、前記投影系の前記瞳の範囲に対応する照明領域を生成する段階をさらに含み、前記計算段階はさらに、前記検出器上で、得られた照明領域の縁部にある少なくとも１つの点を求める段階と、前記地図化を利用して前記点を前記瞳上の点に関連付け、それによって前記投影系の開口数の値を導出する段階を含む請求項８に記載されたリソグラフィ機器の特性を測定する方法。
11. 前記干渉センサが変位したときに、前記干渉センサの前記検出器上で、前記放射の位相の変化しない第１の点を求める段階をさらに含む請求項８に記載されたリソグラフィ機器の特性を測定する方法。
12. 前記投影系の前記瞳を満たすように放射を調整して、前記検出器に、前記投影系の前記瞳の範囲に対応する照明領域を生成する段階と、得られた照明領域の中心を求める段階と、前記中心の座標を用いて前記投影系のテレセントリック性を評価する段階をさらに含む請求項８に記載されたリソグラフィ機器の特性を測定する方法。
13. 照明系が、前記投影系に入射する前に、規定された放射強度分布を生成する段階と、
    前記検出器に、前記規定された強度分布に対応する照明パターンを生成する段階と、
    得られた照明パターンの中心を求める段階と、
    前記中心の座標を用いて照明系のテレセントリック性を評価する段階とをさらに含む請求項８に記載されたリソグラフィ機器の特性を測定する方法。
14. 前記座標が、前記瞳への前記地図化に関して定義され、座標系の原点が、前記干渉センサが変位したときに、前記放射の位相の変化しない前記干渉センサの前記検出器上の点である請求項１２に記載されたリソグラフィ機器の特性を測定する方法。
15. リソグラフィ投影機器を動作させる方法を実施する、機械により実行可能な命令を含む機械可読媒体において、前記方法が、
    干渉センサの検出器の複数の場所のそれぞれにおける波面の位相変化を測定する段階を含み、前記位相変化は、前記干渉センサが光軸に沿って第１位置と第２位置との間で変位することに起因する測定段階と、
    測定された位相変化と、前記干渉センサの変位の値と、前記位相変化、前記干渉センサの変位の値、及び放射が横切る前記リソグラフィ機器の投影系の瞳面における瞳の場所の関係式と、を用いて、前記検出器の前記複数の場所のそれぞれについて、前記リソグラフィ機器の投影系の瞳面における対応する瞳の場所を計算して、前記検出器の場所と、対応する瞳の場所との間を地図化する計算段階とを含む機械可読媒体。
16. リソグラフィ機器において、
    放射ビームを調整するように構成された照明系と、
    前記放射ビームの断面にパターンを付与して、パターンの付与された放射ビームを形成できるパターン形成装置を支持するように構築された支持部と、
    基板を保持するように構築された基板テーブルと、
    前記基板の目標部分に前記パターンの付与された放射ビームを投影するように構成された投影系と、
    検出器を含み、前記基板の水準で前記放射ビームの波面を測定する干渉センサと、
    前記干渉センサを光軸に沿う方向に変位させるアクチュエータと、
    前記干渉センサの前記検出器の複数の場所のそれぞれにおける前記波面の位相変化を測定する第１光学的モジュールであって、前記位相変化は、前記干渉センサが前記アクチュエータによって第１位置と第２位置との間で変位することに起因する第１光学的モジュールと、
    前記第１光学的モジュールによって測定された位相変化と、前記アクチュエータによる前記干渉センサの変位の値と、前記位相変化、前記干渉センサの変位の値、及び前記放射が横切る前記投影系の瞳面における瞳の場所の関係式と、を用いて、前記検出器の前記複数の場所のそれぞれについて、前記投影系の瞳面における対応する瞳の場所を求めて、前記検出器の場所と、対応する瞳の場所との間を地図化する第２光学的モジュールとを含むリソグラフィ機器。