JP7520109B2 - パターニングデバイスを特徴付けるための測定システム及び方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
[001] 本願は、２０１９年１０月３日出願の欧州特許出願第１９２０１２９６．１号の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[002] 本発明は、パターニングデバイスを特徴付けるための、具体的には、パターニングデバイスの幾何学的特性及び表面特性を測定するための、測定システム及び方法に関する。

[003] リソグラフィ装置は、基板に所望のパターンを適用するように構築された機械である。リソグラフィ装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造において使用可能である。リソグラフィ装置は、例えばパターニングデバイス（例えばマスク）のパターン（「設計レイアウト」又は「設計」と称されることも多い）を、基板（例えばウェーハ）上に提供された放射感応性材料（レジスト）層に投影し得る。

[004] 半導体製造プロセスが進み続けるにつれ、回路素子の寸法は継続的に縮小されてきたが、その一方で、デバイス毎のトランジスタなどの機能素子の量は、「ムーアの法則」と通称される傾向に従って、数十年にわたり着実に増加している。ムーアの法則に対応するために、半導体産業はますます小さなフィーチャを作り出すことを可能にする技術を追求している。基板上にパターンを投影するために、リソグラフィ装置は電磁放射を用い得る。この放射の波長が、基板上にパターン形成されるフィーチャの最小サイズを決定する。現在使用されている典型的な波長は、３６５ｎｍ（ｉ線）、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ及び１３．５ｎｍである。例えば１９３ｎｍの波長を有する放射線を使用するリソグラフィ装置よりも小さなフィーチャを基板上に形成するためには、４ｎｍ～２０ｎｍの範囲内、例えば６．７ｎｍ又は１３．５ｎｍの波長を有する極端紫外線（ＥＵＶ）放射を使用するリソグラフィ装置が用いられ得る。

[005] クリティカルディメンションの均一性及びオーバーレイに関する要件を満たすために、リソグラフィ装置内の基板に送達されるパターンに対して正確な制御を提供することが望ましい。この制御は、パターニングデバイス又は投影システム（例えば、レンズ及び／又はミラー）上に提供されるようなパターンに限定されることはないが、この制御は、パターニングデバイス自体の形状にも関係し得る。すなわち、パターニングデバイスの表面の平坦さは、基板に投影されるパターンに影響を与える可能性がある。ステージ、例えばウェーハステージ又は測定ステージに配置されるセンサは、パターニングデバイスの位置情報を取得するために使用され得るが、位置情報は、典型的には、パターニングデバイスの４つの縁部の近くで実行される測定によって制限される。パターンに対する正確な制御を向上させるために、現行のセンサ又は方法ではインシチュ（in-situ）で取得できない、パターニングデバイスの露光フィールド内の表面位置情報が必要である。パターニングデバイスの露光フィールド内、又はパターニングデバイスのパターン付与されたエリア内の形状情報は、国際公開第２０１７／１５３０８５Ａ１号に記載された干渉測定システムを用いて取得され得る。しかしながら、これらのタイプの干渉測定システムは環境変化に敏感であるという欠点を有し、その結果、誤った測定結果を生じさせ得る。

[006] 本発明の目的は、前述のような制限を克服する、パターニングデバイスを特徴付けるための装置及び方法を提供することである。

[007] 本発明の目的は、パターニングデバイスを特徴付けるための測定システム及び方法を提供することである。測定システムは、パターニングデバイスの幾何学的特性及び表面特性を測定するために構成される。

[008] この目的は、パターニングデバイスの表面パラメータを決定するための方法を用いて達成される。方法は、リソグラフィ装置内に配置されたマスクサポート上にパターニングデバイスを装填するステップと、第１の測定システムを使用して露光放射ビームの経路に関してパターニングデバイスを位置決めするステップと、第２の測定システム内に配置された色レンズの第１の焦点面にパターニングデバイスを提供するステップと、色レンズの第１の焦点面にパターニングデバイスを提供するステップと、色レンズを介した放射を用いてパターニングデバイスの表面の一部を照明するステップであって、放射は複数の波長を備える、照明するステップと、照明された部分の位置を第１の方向及び第２の方向において決定するステップと、色レンズを介してパターニングデバイスによって反射された放射の少なくとも一部を収集するステップと、スペクトル情報を取得するために、色レンズの第２の焦点面において、放射の収集された部分の強度を波長の関数として測定するステップと、スペクトル情報から決定された位置におけるパターニングデバイスの表面パラメータを決定するステップと、を含む。パターニングデバイスを位置決めすること（又は位置決めすること）は、基板の露光のためにパターニングデバイスを準備することである。パターニングデバイスに色レンズの第１の焦点面を提供することによって、及び、第１の焦点面において反射される放射を、第２の焦点面において測定することによって、ターゲットにおいて色レンズによって合焦された放射のみが記録されることになる。すなわち、色レンズは、色レンズと相互作用する強い色収差を放射に提供し得る。これは、異なる波長を備える放射は、色レンズの異なる距離（又は異なる焦点面）において合焦されるという利点を有する。これは、複数の波長を備える放射の焦点位置がパターニングデバイスの表面又はインターフェースにあることを保証するために、色レンズを移動させる必要がないという利点を与える。

[009] 本発明によれば、方法は複数回反復され、パターニングデバイスの表面の異なる部分は反復ごとに照明される。これは、パターニングデバイスを色レンズに対して相対的に、少なくとも第１又は第２の方向に移動させることによって達成され得る。これにより、パターニングデバイスは１つ以上の方向にスキャンされ得る。スキャン動作中、パターニングデバイスの位置の関数として受信したスペクトル情報に基づいて、パターニングデバイスの空間情報が取得され得る。表面パラメータマップは、スキャン中に収集された情報から決定され得る。

[0010] 記録された表面パラメータは、表面の光学特性によって管理され得る。したがって、表面パラメータは、パターニングデバイスの照明された部分（一部又はエリア）の光学特性の測度であり得る。本発明によれば、方法は、パターニングデバイスの少なくとも光学特性、例えば、透過性、反射性、及び／又は吸収を決定するために使用され得る。

[0011] 本発明は更に、入力としての光学特性と共に、加熱モデルを使用することによって、パターニングデバイスの予想される加熱効果を決定するための方法を提供する。加熱モデルは、レチクル加熱モデル及び／又はレンズ加熱モデルであり得る。光学特性は、リソグラフィプロセス内で、露光シーケンス中にパターニングデバイスによって吸収される放射の量を導出するために使用され得る。吸収は、パターニングデバイスの局所特性に依存する。吸収される放射の量に基づいて、パターニングデバイスにおける（予想される）熱負荷を導出するために、モデル（例えば、有限要素モデル）が使用され得る。熱負荷は、パターニングデバイスの形状及び／又は光学変化を誘起し得る。

[0012] 本発明によれば、方法は、パターニングデバイスにおいて照明される部分と色レンズとの間の軸方向距離を決定するために使用され得る。レンズの色挙動に起因して、波長は、色レンズとパターニングデバイスの表面との間の距離を測定するための定規として使用可能である。したがって、収集及び測定された放射の波長を決定することによって、（第３の方向における）軸方向距離の情報も取得され得る。

[0013] 本発明は更に、軸方向距離からパターニングデバイスの形状を決定するための方法を提供する。空間位置の関数として、例えば、好ましくはパターニングデバイスの表面とほぼ平行な面内の２次元平面内の位置の関数として、軸方向距離を測定することによって、パターニングデバイスの高さマップ又は表面トポグラフィマップが取得され得る。このマップから、パターニングデバイスの局所形状及び／又は全体形状が決定され得る。

[0014] 本発明によれば、方法は更にパターニングデバイスの形状補償に使用され得る。方法は更に、パターニングデバイスに移行を適用することによって、パターニングデバイスの少なくとも１つの位置を調整すること、及び、決定されたパターニングデバイスの形状に基づいて、パターニングデバイスに回転を適用することによって、パターニングデバイスの方位を調整することを、含む。パターニングデバイスの移行は、ｚ方向に沿ってよい。パターニングデバイスの回転は、Ｒｘ回転又はＲｙ回転であってよい。

[0015] 形状補償は、パターニングデバイスに機械的負荷を印加することによって、決定された形状に基づいてパターニングデバイスの形状を調整することによっても達成され得る。

[0016] 本発明によれば、パターニングデバイスの加熱効果を補償するための方法が提供される。方法は更に、パターニングデバイスの予想される加熱効果を決定するために、決定された表面パラメータマップに基づくパターニングデバイスの予想される形状変化と、基板の露光に使用されるべき露光設定とを、計算するステップと、パターニングデバイスの予想される形状変化を補償するためにレンズモデルを用いて投影レンズの（レンズ）設定を定義するステップと、定義された設定を露光前及び／又は露光中に適用するステップとを、含む。加熱効果は光学収差を含み得る。すなわち、投影レンズ内の光学要素（透過型及び反射型要素）は、典型的には調整されるように構成される。これにより、光路内の光学収差は、光学要素の１つ以上の設定を調整することによって、変更又は補償され得る。これは、これらの要素の位置及び／又は方位の変更を介して、又は、透過型要素の屈折率を変更することによって、実行され得る。

[0017] 本発明は更に、パターニングデバイスの形状を決定するために使用される方法に従って、パターニングデバイスの表面トポグラフィマップを表すデータの制御の下に、パターニングデバイスにおいて提供されたパターンを投影システムを介して基板上にイメージングする方法を含む。

[0018] 一実施形態において、リソグラフィ装置はパターニングデバイスを特徴付けるための測定システムを備え、測定システムは、複数の波長を備える放射を提供するように配置された放射源と、提供される放射を用いてパターニングデバイスのエリアを照明するように構成された、少なくとも１つの色共焦点センサ内に配置された、少なくとも１つの色レンズであって、少なくとも１つの色レンズは、少なくとも１つの色レンズの第１の焦点面において提供されるパターニングデバイスによって反射される放射の少なくとも一部を収集するように構成される、少なくとも１つの色レンズと、少なくとも１つの色レンズの第２の焦点面において配置されるディテクタであって、ディテクタは、収集された放射の少なくとも一部を検出するように、及び、検出された放射に応答して波長の関数として強度信号を提供するように構成される、ディテクタと、照明されるエリアにおけるパターニングデバイスの特徴を決定するためのプロセッサとを、備える。色レンズは、色レンズと相互作用する放射に対して強い色収差を提供し得る。これは、異なる波長を備える放射は色レンズの異なる距離（又は異なる焦点面）において合焦されるという利点を有する。これは、複数の波長を備える放射の焦点位置がパターニングデバイスの表面又はインターフェースにあることを保証するために、色レンズを移動させる必要がないという利点を与える。これにより、リソグラフィ装置内に提供されるパターニングデバイスを、インシチュ（in-situ）で特徴付けることができる。測定及び特徴付けは、ウェーハの露光シーケンス前及び／又は露光シーケンス中に実行され得る。これは、パターニングデバイスがリアルタイムで監視可能であるという利点を有する。測定結果は、露光ステップの結果としてのパターニングデバイスのパラメータ変化を補償するために、直接使用され得る。これは、例えば、露光に使用される衝突放射の熱負荷によって誘起される、形状変化並びに光学変化を含み得る。

[0019] ディテクタは、ディテクタによって検出される放射に関するスペクトル情報を取得するように配置された、スペクトロメータであり得る。

[0020] 複数の色共焦点センサが、センサのアレイを形成するように配置され得る。これにより、複数の位置又はエリアが同時に測定され得る。

[0021] パターニングデバイスの特徴は、パターニングデバイスと色レンズとの間の軸方向距離、及び光学特性のうちの、少なくとも１つである。本発明に従った測定システムを使用することによって、色共焦点センサ内に配置された色レンズとパターニングデバイスとの間の距離は、強度信号に基づいて波長の関数として決定され得る。波長は、軸方向距離の測度として使用可能である。光学特性は、照明されるエリアにおけるパターニングデバイスの透過性、反射性、及び／又は吸収であり得る。これは、パターニングデバイスの形状が測定可能なだけではなく、（局所及び／又は全体の）光学特徴が決定可能であるという利点を有する。

[0022] 本発明の一実施形態において、広帯域放射源又は複数の放射源を備える放射源によって、複数の波長放射（又は複数の波長を備える放射）が提供される。広帯域放射源からの放射が提供される測定システムは、複数の波長の放射を提供するために単一の放射源が使用されるという利点を有する。したがって、１つの放射源に対する制御のみが必要である。複数の放射源を使用することは費用的に有益であり得る。

[0023] 一実施形態によれば、測定システムはリソグラフィ装置内のレンズ頂部に提供され得る。測定システムは、パターニングデバイスを支持するように構築されたサポート近くのフレームにも提供され得る。

[0024] 一実施形態によれば、測定システムは検査装置内に配置され得る。検査装置は、パターニングデバイスを検査及び／又は適格とするように構成され得る。検査装置内で取得される情報は、別のシステム、例えばリソグラフィ装置、又はパターニングデバイスを製造するために配置された装置に、提供され得る。

[0025] 本発明の実施形態を、添付の概略図を参照して、単なる例示として以下に説明する。

リソグラフィ装置の概略図を示す。 非平坦パターニングデバイスを示す図である。 非平坦透過型パターニングデバイスと露光放射との相互作用を示す図である。 非平坦反射型パターニングデバイスと露光放射との相互作用を示す図である。 本発明の一実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態において使用され得る、色共焦点センサの概略レイアウトを示す図である。 本発明の一実施形態の概略図を示す。 パターニングデバイスの概略断面図を示す。 本発明の一実施形態を示す図である。 本発明に従った異なるセンサアレイ構成を示す図である。 本発明に従った異なるセンサアレイ構成を示す図である。 本発明に従った異なるセンサアレイ構成を示す図である。 不均一な材料層密度を含むパターニングデバイスを示す図である。 色共焦点センサによって受け取られる放射のスペクトル記録を示す概略グラフを示す。 レチクル加熱を補償するための方法を概略的に示す図である。

[0026] 本文献では、「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外線（例えば、波長が３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ又は１２６ｎｍの波長）及びＥＵＶ（極端紫外線放射、例えば、約５～１００ｎｍの範囲の波長を有する）を含む、すべてのタイプの電磁放射を包含するために使用される。

[0027] 「レチクル」、「マスク」、又は「パターニングデバイス」という用語は、本文で用いる場合、基板のターゲット部分に生成されるパターンに対応して、入来する放射ビームにパターン付き断面を与えるため使用できる汎用パターニングデバイスを指すものとして広義に解釈され得る。また、この文脈において「ライトバルブ」という用語も使用できる。古典的なマスク（透過型又は反射型マスク、バイナリマスク、位相シフトマスク、ハイブリッドマスク等）以外に、他のそのようなパターニングデバイスの例は、プログラマブルミラーアレイ及びプログラマブルＬＣＤアレイを含む。

[0028] 図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示す。リソグラフィ装置ＬＡは、放射ビームＢ（例えばＵＶ放射、ＤＵＶ放射、又はＥＵＶ放射）を調節するように構成された照明システム（イルミネータとも呼ばれる）ＩＬと、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築され、特定のパラメータに従ってパターニングデバイスＭＡを正確に位置決めするように構成された第１のポジショナＰＭに連結されたマスクサポート（例えばマスクテーブル）ＭＴと、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築された第２のポジショナＰＷに連結された基板サポート（例えばウェーハテーブル）ＷＴと、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば、１つ以上のダイを含む）上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。

[0029] 動作中、照明システムＩＬは、例えばビームデリバリシステムＢＤを介して放射源ＳＯから放射ビームを受ける。照明システムＩＬは、放射を誘導し、整形し、及び／又は制御するための、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、及び／又はその他のタイプの光学コンポーネント、又はそれらの任意の組み合わせなどの様々なタイプの光学コンポーネントを含むことができる。イルミネータＩＬを使用して（露光）放射ビームＢを調節し、パターニングデバイスＭＡの平面において、その断面にわたって所望の空間及び角度強度分布が得られるようにしてもよい。

[0030] 本明細書で用いられる「投影システム」ＰＳという用語は、使用する露光放射、及び／又は液浸液の使用や真空の使用のような他のファクタに合わせて適宜、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、アナモルフィック光学システム、磁気光学システム、電磁気光学システム、及び／又は静電気光学システム、又はそれらの任意の組み合わせを含む様々なタイプの投影システムを包含するものとして広義に解釈するべきである。本明細書で「投影レンズ」という用語が使用される場合、これは更に一般的な「投影システム」ＰＳという用語と同義と見なすことができる。

[0031] リソグラフィ装置ＬＡは、投影システムＰＳと基板Ｗ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例えば水のような比較的高い屈折率を有する液体で覆うことができるタイプでもよい。これは液浸リソグラフィとも呼ばれる。液浸技法に関する更なる情報は、援用により本願に含まれる米国特許６９５２２５３号に与えられている。

[0032] リソグラフィ装置ＬＡは、２つ以上の基板サポートＷＴを有するタイプである場合もある（「デュアルステージ」という名前も付いている）。このような「マルチステージ」機械においては、基板サポートＷＴを並行して使用するか、及び／又は、一方の基板サポートＷＴ上の基板Ｗにパターンを露光するためこの基板を用いている間に、他方の基板サポートＷＴ上に配置された基板Ｗに対して基板Ｗの以降の露光の準備ステップを実行することができる。

[0033] 基板サポートＷＴに加えて、リソグラフィ装置ＬＡは測定ステージを含むことができる。測定ステージは、センサ及び／又は洗浄デバイスを保持するように配置されている。センサは、投影システムＰＳの特性又は放射ビームＢの特性を測定するよう配置できる。測定ステージは複数のセンサを保持することができる。洗浄デバイスは、例えば投影システムＰＳの一部又は液浸液を提供するシステムの一部のような、リソグラフィ装置の一部を洗浄するよう配置できる。基板サポートＷＴが投影システムＰＳから離れている場合、測定ステージは投影システムＰＳの下方で移動することができる。

[0034] 動作中、放射ビームＢは、マスクサポートＭＴ上に保持されている、例えばマスクのようなパターニングデバイスＭＡに入射し、パターニングデバイスＭＡ上に存在するパターン（設計レイアウト）によってパターンが付与される。マスクＭＡを横断した放射ビームＢは投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳはビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃに集束させる。第２のポジショナＰＷ及び位置測定システムＩＦを用いて、例えば、放射ビームＢの経路内の集束し位置合わせした位置に様々なターゲット部分Ｃを位置決めするように、基板サポートＷＴを正確に移動させることができる。同様に、第１のポジショナＰＭと、場合によっては別の位置センサ（図１には明示的に図示されていない）を用いて、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。パターニングデバイス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を用いて位置合わせすることができる。図示されている基板アライメントマークＰ１、Ｐ２は専用のターゲット部分を占有するが、それらをターゲット部分間の空間に位置付けることも可能である。基板アライメントマークＰ１、Ｐ２は、これらがターゲット部分Ｃ間に位置付けられている場合、スクライブラインアライメントマークとして知られている。

[0035] 本発明を明確にするため、デカルト座標系が用いられる。デカルト座標系は３つの軸、すなわちｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を有する。３つの軸の各々は他の２つの軸に対して直交している。ｘ軸を中心とした回転をＲｘ回転と称する。ｙ軸を中心とした回転をＲｙ回転と称する。ｚ軸を中心とした回転をＲｚ回転と称する。ｘ軸及びｙ軸は水平面を画定し、ｚ軸は垂直方向を画定する。デカルト座標系は本発明を限定せず、単に明確さのため使用される。デカルト座標系の配向は、例えばｚ軸が水平面に沿った成分を有するように、異なるものとしてもよい。

[0036] 既知のリソグラフィ装置及び方法において、リソグラフィプロセスの重要なパラメータ（例えば、クリティカルディメンションの均一性又はオーバーレイ）に影響を与えるリソグラフィエラーが生じ得る。原因の１つは、パターニングデバイスＭＡの非平坦性である。すなわち、パターニングデバイスＭＡの表面は、サポートステージ（又はマスクサポートＴ）との相互作用に起因して、重力に起因して、及び／又は、リソグラフィ装置ＬＡの動作使用中にパターニングデバイスＭＡ上で作用する反作用力に起因して、（局所的に）湾曲又は傾斜し得る。加えて、パターニングデバイスＭＡの形状又は表面は、ウェーハロットの露光中に変化し得る。当業者であれば、パターニングデバイスＭＡの情報、特に表面位置情報を取得することは、リソグラフィエラーを制限するために有利であり得ることが理解されよう。

[0037] 図２Ａは、本発明によって対処される問題を示す。パターニングデバイス１０の表面１１にはパターンが与えられ得、ｘｙ面内の平坦表面を表す破線によって明らかに示されるように、（仮想）平面１１Ａから逸脱している。図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃに示されるように、逸脱（又は変形）は効果を示すために誇張されている。実際には、逸脱はナノメートル又は（サブ）ミクロンの範囲内であり得る。図２Ａによって提示された状況では、パターン付与された表面１１は、例えばパターニングデバイス１０を位置決めするためのクランプに起因してサポートステージＴによって引き起こされ得る、いわゆる凹形を有する。パターン付与された表面１１は、例えば重力（図示せず）に起因して凸型も有し得る。パターン付与された表面１１の実際の形状は、表面にわたって変化し得る。これは、表面形状がロケーションによって異なり得る局所表面形状であることを意味する。加えて、ｘ方向の表面変形は、ｙ方向の表面変形とは異なり得る。

[0038] 図２Ｂ及び図２Ｃは、それぞれ透過型及び反射型のパターニングデバイスについて、湾曲したパターン付与された表面１１を伴うパターニングデバイス１０の効果を示す。これらの例では、凹形表面は第１の放射ビーム１２、例えば露光放射Ｂと相互作用する。注：この効果は凹形表面に限定されない。表面は、前述のように任意の形状を有し得る。図示されるように、第１の放射ビーム１２は、パターン付与された表面１１の曲率に起因して、理想放射経路１３から偏向し、結果として第２の放射ビーム１４によって示される放射経路が生じる。これは、理想放射経路１３に対する第２の放射ビームの位置シフト及び／又は焦点シフトにつながり得る。透過型又は反射型パターニングデバイスは、それぞれＤＵＶ又はＥＵＶ放射を用いる露光に使用され得る。

[0039] 理想放射経路１３から逸脱する経路を介して伝搬する露光放射は、結果として、基板Ｗにおいて投影されるパターンのシフト及び／又はディストーションを生じさせ得る。したがって、パターニングデバイス１０の表面形状はリソグラフィエラーをもたらし得、それによって、対策が講じられない場合、ＩＣフィーチャに影響を与える可能性がある。

[0040] 図３は、本発明の第１の実施形態を示す。パターニングデバイス２０が、レンズ頂部プレート２３の上（例えば、投影システムＰＳの上）に位置決めされ、スリットエリア２２に関して移動する（矢印Ｓによって示される）ように配置され、放射ビームＢは（例えば、露光中に）このスリットエリア２２を介して通過し得る。レンズ頂部プレート２３に、色共焦点センサ２４が位置決めされる。色共焦点センサ２４は、色レンズ２５と相互作用する強い色収差を放射に提供し得る、色レンズ２５、例えばハイパー色レンズを備える。こうした色レンズ２５は、異なる波長を備える放射は色レンズ２５から異なる距離において合焦されるという利点を有する。例えば広帯域放射源によって提供される複数の波長を備える放射を色共焦点センサ２４に提供することは、図３の焦点線２６Ａ及び２６Ｂによって示されるように、色レンズ２５から異なる軸方向距離において複数の波長を合焦させることができる。色レンズ２５は、第１の焦点線２６Ａによって示されるように、第１の波長を備える放射を、パターニングデバイス２０のパターン付与された表面２１において合焦させ得る。第２の波長を備える放射は、第２の焦点線２６Ｂによって示されるように、パターン付与された表面２１にその焦点を有さない場合がある。

[0041] 色共焦点センサ２４は、図３に示されるようにレンズ頂部プレート２３内に埋め込むことができる。別の実施形態では、色共焦点センサ２４は、レンズ頂部プレート２３の表面に位置決めされ得る。

[0042] 頂部プレート２３には、１つ以上の色共焦点センサ２４が提供され得る。

[0043] 別の実施形態では、色共焦点センサ２４は、レンズ頂部プレート２３とは異なるフレーム、例えば、第１のポジショナＰＭを支持するように構成されたフレーム、又は、投影システムＰＳとパターニングデバイスＭＡとの間に配置されたフレームに提供され得る。フレームには、１つ以上の色共焦点センサ２４が提供され得る。

[0044] チャネル２７は、放射源、例えば広帯域放射源から色共焦点センサ２４に放射を提供するために、１つ以上の光ファイバを備え得る。

[0045] 色共焦点センサ２４は、複数の光学要素を備え得る。これらの光学要素は、レンズ、ミラー、ビームスプリッタ、フィルタ、及び／又はプリズムを含み得る。

[0046] 図４は、図３に示されるようなレンズ頂部プレート２３において、又はフレームにおいて提供され得る、色共焦点センサ２４の機能性をより詳細に示す。色共焦点センサ３４は、複数の波長の測定放射４１を提供するように構成された放射源４０からの放射を受け取り得る。複数の波長放射４１は、エクスシチュ（ex-situ）光源によって提供され得、光チャネル、例えば光ファイバ又は光学要素（例えば、レンズ及びミラー）の配置を介して、色共焦点センサ３４に向けて誘導され得る。代替構成では、放射源４０は色共焦点センサ３４内に配置され得る。放射４１は、光学ビームスプリッタ４２と最初に相互作用するために、放射源４０によって提供され得る。様々な光学要素、例えばレンズ及び／又はミラーは、放射源４０とビームスプリッタ４２との間に提供され得る。光学要素４３、例えばミラーが、放射を（ハイパー）色レンズ３５に向けて誘導するために光路内に位置決めされ得る。色レンズ３５の色特性、すなわち軸方向色分散に起因して、色レンズ３５と相互作用する放射の各波長は異なる焦点長さを有する。色レンズ３５は、複数の波長放射４１をターゲット３０上に投影するように配置され得る。投影線３６は、色レンズ３５の色特性を示し、各焦点線３６は異なる波長を備える放射の放射経路を表す。ターゲットの一部、例えばターゲット３０のインターフェース又は表面３１が、色レンズ３５の第１の焦点面にあり得る。ターゲット３０の一部において合焦される測定放射は、単一の波長を備える測定放射、又は狭スペクトルレンジを備える測定放射を含む。

[0047] 投影される放射の一部が、ターゲット３０によって反射され得る。反射された放射の少なくとも一部は、色レンズ３５によって収集される。センサ３４の共焦点配置に起因して、ターゲットインターフェース又は表面３１において合焦された放射のみが、色レンズ３５の第２の共焦点面において配置された共焦点アパーチャ４５を通過することになる。共焦点アパーチャ４５は、スペクトロメータ４６の前に配置され得る。スペクトロメータ４６は、反射された放射４４の少なくとも一部を受け取るために、色レンズ３５の第２の焦点面近くに位置決めされ得る。一般に、格子、レンズ配置、及びアレイディテクタを備える、スペクトロメータ４６を用いて、スペクトロメータ４６によって受け取られる（受け取られた放射４７）反射された放射４４の少なくとも一部のスペクトル情報が決定される。

[0048] スペクトロメータ４６は、受け取られた放射４７、すなわちターゲット３０との相互作用の後に共焦点アパーチャ４５を通過する反射されて戻る放射の、スペクトル情報を含む信号４８を提供し得る。スペクトル情報は、受け取られて測定された放射４７の各波長の強度データであり得る。受け取られた放射４７のスペクトル情報を獲得することによって、ターゲット３０に対して相対的にレンズ３５を機械的に（再）位置決めせずに、色レンズ３５に関してターゲット３０の軸方向距離情報（又は深さ）が取得される。これは、軸方向距離を測定するために使用される放射の焦点位置が、ターゲット３０の表面又はインターフェース３１にあることを保証するために、共焦点センサ３４が可動部を必要としない、という利点を有する。

[0049] 色共焦点センサ３４は（追加として）、放射ビームをステアリング、誘導、及び／又は成形するために、１つ以上の光学コンポーネント、例えば、レンズ及びミラーを備え得る。

[0050] 複数の波長放射４１は、広帯域放射源、例えば白色光源によって提供され得る。複数の波長放射４１は、各々が狭スペクトルレンジを備える、例えば各々が１～１０ｎｍの波長レンジ（又は帯域幅）を備える、測定放射を提供する、複数の放射源によっても提供され得、それによって広スペクトルレンジを備える放射源４０を形成する。複数の放射源は各々、レーザ又はＬＥＤなどであり得る。異なる測定放射ビームは、光学コンバイナを用いて組み合わせられ得る。

[0051] 色共焦点センサ３４の測定レンジ及び測定確度は、提供される放射４１のスペクトルレンジ、並びに（ハイパー）色レンズ３５の軸方向色分散の量によって、管理される。これは当業者であれば、センサ性能を最適化するために、特定の波長、波長レンジ、及び／又は色レンズを選択し得ることを意味する。例えば、０．１～０．３ｍｍの測定レンジを備える色共焦点センサ３４は、およそ１０ｎｍの測定分解能を取得し得る。

[0052] 当業者であれば、例えば、色共焦点センサ３４を備えるレンズ頂部プレート２３が、色共焦点センサ３４の測定レンジ内に位置決めされたパターニングデバイス２０の軸方向位置、又は軸方向距離の測定を可能にし得ることを理解されよう。更に、パターニングデバイス２０のスキャン移動（例えば、第１及び／又は第２の方向のスキャン移動）中、例えば基板Ｗの露光中、パターニングデバイス２０の表面にわたる（第３の方向、例えばｚ方向の）位置又は深さスキャンが、色共焦点センサ３４を用いて実行可能である。

[0053] 色共焦点センサ３４は、レンズ頂部プレート２３とは異なるサポートにも配置され得る。これは、パターニングデバイス２０を支持するが、露光中の可動部ではない、ステージに配置され得る。色共焦点センサ３４は、パターニングデバイス近くのフレームに配置され得る。

[0054] スペクトロメータ４６によって提供されるスペクトル情報は、図４に示される概略グラフ４９によって示され得る。スペクトル情報は、波長当たりの放射強度の情報を含み得る。波長は、色レンズ３５とターゲット３０、例えばパターニングデバイス２０、ＭＡとの間の距離－ターゲットの軸方向位置又は距離、を測定するための定規として見なされ得る。加えて、受け取られた強度（スペクトル強度情報）は、受け取られた放射４７の焦点位置（第１の焦点面）における表面３１の（局所）反射性についての測度を提供し得る。

[0055] オブジェクト３０の表面３１において合焦し、スペクトロメータ４６によって測定される波長を備える放射に加えて、異なる波長を備える放射はスペクトロメータ４６によって測定され得る。すなわち、色レンズ３５の色分散並びにアパーチャ４５のサイズに依存して、第１及び第２の焦点面において合焦する放射とは異なる波長を備える放射は、スペクトロメータ４６に衝突し得る。この結果、（スペクトル）バックグラウンド信号が生じる可能性がある。相対的に高い色分散及び／又は相対的に狭いアパーチャ４５を伴う（ハイパー）色レンズ３５を用いて、このバックグラウンド信号は抑制され得る。たとえ（スペクトル）バックグラウンド信号を伴う場合であっても、受け取られたスペクトル強度情報を使用して、オブジェクト３０を特徴付けることができる。すなわち、記録されたスペクトル内の強度ピークは、対象のオブジェクトの表面を特徴付けるための測度を提供し得る。

[0056] １つ以上の色共焦点センサ３４を制御するため、又は、１つ以上の共焦点センサ３４を備える測定装置を制御するために、コントローラが使用され得る。これには、放射源４０及びスペクトロメータ４６を介した制御が含まれ得る。１つ以上の共焦点センサ３４に対するパターニングデバイス２０の位置を相対的に変更するために、同じコントローラ又は異なるコントローラが使用され得る。

[0057] 信号４８によって提供されるスペクトル情報を処理するために、プロセッサが使用され得る。プロセッサは、測定されたスペクトル情報を、システム又は装置内のパターニングデバイス２０における位置又はロケーションと相関させるために、（相対的）位置情報を受信するように構成され得る。これには、測定放射と相互作用するオブジェクト３０（又はパターニングデバイス２０）の表面と、色レンズ３５との間の軸方向距離が含まれ得る。

[0058] 図５は、本発明の一実施形態の概略図を示す。サポート５３、例えばレンズ頂部プレート２３が、２つ以上の測定放射ビーム５６を提供するように構成された２つ以上の色共焦点センサを備え得る。注：２つ以上の色共焦点センサは、明瞭にするために図５には示されていない。例えば２つ以上の色共焦点センサは、１つ以上のアレイに配置され得る。色共焦点センサの第１のアレイは、スリットエリア５２の一方の側のサポート５３の第１の部分に配置され得、第２のアレイは、例えばスリットエリア５２の反対側のサポート５３の第２の部分に配置され得る。図５は２つの例示のアレイを示し、各アレイは３つの色共焦点センサによって形成され、放射円錐５６のアレイによって示される。アレイ当たりの色共焦点センサの数、並びにアレイの数は、図５によって示される例示としての数とは異なってよい。例えば、アレイ当たり５つ又は７つの色共焦点センサを配置することが考えられる。各センサアレイ内に、より少ないか又はより多くの色共焦点センサが配置され得る。各センサアレイは、パターン付与されたデバイス５０までの複数の軸方向距離を測定するように構成され得る。

[0059] パターニングデバイス５０は、色共焦点センサ、例えば図３及び図４に示される色共焦点センサ２４、３４の、少なくとも１つの色レンズの反対側又は視野内に位置決めされ得る、パターン付与された表面５１を備え得る。これにより、少なくとも１つの色レンズによって投影される複数の波長放射は、パターニングデバイス５０のパターン付与された表面５１に衝突し得る。好ましくは、少なくとも１つの色共焦点センサは、少なくとも１つの色共焦点センサの放射スポットが、メトロロジパターン５９、例えばマスクアライメントマークＭ１、Ｍ２を含むパターニングデバイス５０上のエリアに衝突し得るか又は相互作用し得るように、配置され得る。メトロロジパターン５９は、典型的には、例えば、パターニングデバイス５０の形状及び／又は位置を測定するために、ウェーハステージ又はメトロロジステージに配置された、並列レンズ干渉計によって測定される。例えば、干渉計を備える第１の測定システム（すなわち、干渉測定システム）及び色共焦点センサを備える第２の測定システムを用いて、同じエリア（又は、パターン）を測定することは、両方の測定システムを較正及び／又は相関するために有利であり得る。

[0060] 例えば、パターニングデバイス５０は樽型を有し得る。この樽型は、一方のシステムを他方のシステムに対して較正するために使用され得る、第１及び第２の両方の測定システムによって測定され得る。

[0061] パターンデバイス５０の一部が、第１及び第２の測定システムのうちの一方によって測定されない場合、完全な測定データセットを取得するために、他方の測定システムのデータを使用することによって、不明な情報を提供することが有益であり得る。これは、両方の測定システムによって測定され得るエリアに限定されない場合がある。第１の測定システムは、メトロロジパターン５９を含むエリアにおける測定に限定され得、第２の測定システムは、メトロロジパターン５９を含むエリア並びにメトロロジパターン５９の間のエリアを測定し得る。それによって、両方のシステムが較正可能であるだけでなく、典型的には一般的な測定システムによって測定されないエリアの形状及び位置情報も受信される。パターニングデバイス５０の改良された（形状）モデルが取得され得る。

[0062] パターニングデバイス５０は、図５の矢印Ｓで示されるように、色共焦点センサのアレイに対して相対的に移動され得る。それによって、センサアレイに対向するパターニングデバイス５０のパターン付与された表面５１がスキャンされ得る。センサアレイに関したパターニングデバイスのスキャン位置の関数として受信されるスペクトル情報に基づいて、パターニングデバイス５０の空間情報、例えば、パターニングデバイス５０の表面高さマップ並びに表面密度マップが取得され得る。

[0063] 図６は、パターン付与された表面６１を備えるパターニングデバイス６０の概略断面の拡大図を示す。パターン付与された表面６１は、サポート材料、例えば水晶材料の表面６２上に提供された、クロム又は別の放射吸収材料を含むパターン付与された層６３を備え得る。パターン付与された層６３は、典型的にはおよそ１００ｎｍの厚みを有し得る。したがって、パターン付与された層６３の一部は、例えばむき出しの水晶材料上に提供された約１００ｎｍの高さを伴うエリアと見なされ得る。

[0064] ０．１～０．３ｍｍの測定レンジ及び約１０ｎｍの測定確度を有する色共焦点センサを用いて、およそ１００ｎｍの高さステップが解決され得る。すなわち、例えば、むき出しの水晶材料において反射される第１の波長を備える第１の放射は、スペクトロメータ４６によって受け取られ得る。パターン付与された層部分６３（例えば、クロム部分）において反射される第２の波長を備える第２の放射も、スペクトロメータによって受け取られ得る。第１及び第２の両方の放射がグラフで表示され得る。グラフ４９によって、第１のピークは第１の波長において、及び第２のピークは第２の波長において、２つのピークが提示され得る。したがって、パターン付与されたデバイス６０の異なる部分と相互作用する複数の波長放射は、各々が特定部分に対応する異なるスペクトル記録を有することになる。これにより、異なる部分はスペクトル的に区別され得る。記録された第１の波長と第２の波長との間の波長差は、例えば、水晶部分６２とパターン付与された層６３の一部との間の軸方向位置（軸方向距離）における差の測度である。これは、パターン付与された層６３の曲所厚みが測定され得ることを意味する。

[0065] 場合によっては、パターニングデバイス６０には（部分的に）透明なペリクルメンブレン６４が提供され得、ペリクルは、汚染物がパターン付与された表面６１上に着くのを防ぐために、パターン付与された表面６１に対向して配置される。代わりに、汚染粒子はペリクルメンブレン６４上に着く場合がある。ペリクルメンブレン６４は、フレーム（図６には図示せず）を用いてパターニングデバイス６０に提供され得る。典型的には、ペリクルメンブレン６４は、ペリクルメンブレン６４がパターニングデバイス６０の焦点面から外れるように、パターニング表面６１から数ミリメートルに配置される。これにより、露光中の粒子の影響が低減される。

[0066] 本発明の一実施形態が図７に示される。サポート７３には、図４に開示されたように、１つ以上の色共焦点センサ７４が提供される。一実施形態において、複数の色共焦点センサ７４がアレイ構成で配置され、これにより、（例えば図５に示されるように）センサアレイを形成する。色共焦点センサの各々は、センサアレイ７４の少なくとも１つの共焦点レンズの焦点面に提供され得るパターニングデバイス７０と相互作用するために、放射円錐７６を提供するように構成され得る。パターニングデバイス７０は、マスクサポートＭＴ上に保持され得、マスクサポートＭＴは、少なくとも１つの方向に、例えば矢印Ｓによって示されるようにｙ方向に、パターニングデバイス７０を移動させるように構成される。これにより、パターニングデバイス７０はセンサアレイ７４に対して相対的に移動し得るため、色共焦点センサ７４によって提供される放射と相互作用するパターニングデバイス７０のエリアは、相対的移動によって変化することになる。相対的移動の間、センサアレイ７４内に配置された少なくとも１つの色共焦点センサの放射スポットは、パターニングデバイス７０のパターン付与された表面７１に衝突する。これにより、パターン付与された表面７１は、相対的移動の方向（矢印Ｓによって示される）に沿ってスキャン及び測定される。複数の色共焦点センサ７４を用いて、パターン付与された表面７１は同時に異なる表面位置において測定され得る。これは、測定時間を最小限にするため、及び／又は、空間表面位置情報、例えば表面情報密度及び表面曲率を増加させるために、有利であり得る。

[0067] 一実施形態において、センサアレイ７４は、スリットエリア７２の単一側に提供されるセンサの単一線アレイを形成するように構成され得る。センサの線アレイは、線アレイがスキャン方向に対して直角に配置されるように構成され得る。例えば、線アレイはｘ方向に沿って配置され得る。線アレイは、スキャン方向に関して４５度から９０度の間の角度を形成する方向にも配置され得る。これにより、パターニングデバイスの全表面又はその一部が、１回のスキャン（又はストローク）でスキャンされ得る。

[0068] 軸方向距離を空間位置の関数として、例えば２次元平面内の、好ましくはパターニングデバイス７０の表面に対してほぼ平行な（ｘｙ）面内の、位置の関数として測定することによって、パターニングデバイス７０の高さマップ又は表面トポグラフィマップが取得され得る。このマップから、パターニングデバイス７０の局所及び／又は全体形状が決定され得る。

[0069] リソグラフィ装置ＬＡの動作中、パターニングデバイス７０は、スリットエリア７２に関して（矢印Ｓによって示される）スキャン移動を行う。典型的には、この移動のストロークは、パターン付与された表面７１のエリア、及びパターニングデバイス７０におけるメトロロジパターン７９のロケーションによって、決定される。スリットエリア７２及びセンサアレイ７４は空間的に分離されているため、パターニングデバイス７０は、センサアレイ７４がパターン付与された表面７１を含むエリアとメトロロジパターン７９の両方を測定できることを保証するために、典型的にはシステム動作中（例えば、露光中）に使用されるような移動ウィンドウを越えて移動する必要がある。典型的にはシステム動作中に使用されるようなウィンドウを大幅に越えて、移動ウィンドウを延在させないために、センサアレイ７４（複数の色共焦点センサを備える）は、第１及び第２のセンサアレイを備える二重センサアレイによって構成され得る。例えば、第１のセンサアレイはスリットエリア７２の一方の側に配置され得、第２のセンサアレイはスリットエリア７２の第２の側、例えば、図７によって示される例のようにスリットエリアの反対側に配置され得る。これにより、第１のセンサアレイはパターニングデバイス７０の第１の部分を測定し得、第２のセンサアレイはパターニングデバイス７０の第２の部分を測定し得る。パターニングデバイス７０の第１及び第２の部分は、対象のエリアをカバーするように選択され得る。

[0070] 加えて、第１の部分及び第２の部分が少なくとも部分的に重複するとき、重複部分は、第１及び第２のセンサアレイを互いに較正するために使用され得る。これにより、対象のエリアがセンサアレイ７４によって完全に測定されるのを保証するためにも。

[0071] センサアレイ７４は、１つ以上の色共焦点センサの放射スポット７６が、マスクサポートＭＴ上に保持されるとき、パターニングデバイス７０に提供される１つ以上のメトロロジパターン７９、Ｍ１、Ｍ２と相互作用するように構成されるように、配置され得る。干渉計（すなわち、干渉計センサ）を備える第１の測定システム及び色共焦点センサ７４を備える第２の測定システムを用いて、同じエリア、例えば同じメトロロジパターンを測定することは、両方の測定システムを較正するため及び／又は相関させるために有利であり得る。

[0072] 図７に示されるように、センサアレイ７４は線形アレイとして配置され得る。代替として、センサアレイ７４は、図８Ａに示されるように交番センサレイアウトを有し得る。これは、近隣のセンサ間の光学クロストークを回避するために有利であり得る。すなわち、第１の色レンズによって投射される放射は、ターゲット（パターニングデバイス）の表面で散乱し、第２の色レンズ、例えば近隣レンズによって受け取られ得る。この結果、スペクトル強度情報の不正確な分析が生じ得る。

[0073] 別の実施形態において、センサ（線）アレイ７４の外側に位置決めされた色共焦点センサは、図８Ｂに示されるように、中央色共焦点センサに関してシフトされる。こうしたセンサアレイ構成は、例えば、パターニングデバイスの表面のメトロロジパターンレイアウトと一致するために使用され得る。すなわち、時折、メトロロジパターンはパターニングデバイスの露光フィールドの長辺に沿って位置決めされる。

[0074] 図７、図８Ａ、及び図８Ｂに示されるようなセンサアレイは、互いに関して等距離に配置された色共焦点センサを備え得る。これにより、単一ピッチでセンサアレイを形成する。等距離配置を用いると、表面情報は空間的に均一に取得され得る。

[0075] 別の実施形態において、センサは等距離ではなく配置され得る。センサはアレイ内に様々なピッチで配置され得る。これは、第１のエリアの表面情報が第２のエリアよりも緻密であることが必要な状況において有益であり得る。

[0076] 図８Ｃは、本発明に従った別の実施形態を示す。本発明に従い、センサアレイは第１のサブアレイ７４Ａ及び第２のサブアレイ７４Ｂを備え得る。第１のサブアレイ７４Ａは、パターニングデバイス７０のパターン付与された表面が、第１のサブアレイ７４Ａ内に配置された色レンズの焦点面にあるように配置され得る。第２のサブアレイ７４Ｂは、パターニングデバイス７０に提供されたペリクルメンブレン７５が、第２のサブアレイ７４Ｂ内に配置された色レンズの焦点面にあるように配置され得る。典型的には数ミリメートルである、パターニングデバイス６０、７０とペリクルメンブレン６４、７５との間のスタンドオフ距離により、ペリクルメンブレンは第１のサブアレイ７４Ａの作業レンジ内にない。同じことがパターニングデバイス６０、７０にも当てはまり、第２のサブアレイ７４Ｂの作業レンジ外となる。ペリクルメンブレンは（部分的に）透明であるため、第１のサブアレイは、ペリクルメンブレン７５の影響が少ないか又は無視できるほどであるパターニングデバイス７０の表面を感知することができる。本実施形態は、図８Ｃに示されるように、センサアレイ７４を用いる位置及び形状の測定が、パターニングデバイス７０のため並びに同時にペリクルメンブレン７５のために実行され得るという利点を有する。

[0077] 当業者であれば、サポート、例えばレンズ頂部プレート（２３、５３）にある第１の色共焦点センサの位置は変更できることを理解されよう。例えば、センサアレイとして配置されたセンサ間の１つ以上の相互距離、並びにパターニングデバイスとセンサアレイとの間の距離は、対象のエリアについての測定を最適化するため及び／又はセンサアレイを調節するために、変更可能である。

[0078] 図９Ａは、パターン付与されたエリア８１を備えるパターニングデバイス８０を示す。パターン付与されたエリア８１は、例えば、パターン付与されたエリア８１にわたるグレースケール変化によって示されるような、不均一吸収層又は不均一クロム層を備え得る。色共焦点センサを用いてパターン付与された表面８１で測定するとき、図９Ｂによって示されるグラフ内の２つのピークによって示されるように、スペクトロメータによって複数の波長が受け取られ、検出され得る。記録されるピークの実際の数は、材料組成及び／又は層構成によって決定される。したがって、３つ以上のピークが記録され得る。この例では、第１のピーク８７は、例えばパターン付与されたクロム層６３と相互作用した放射に対応し得、第２のピーク８８は、サポート材料６２、例えば水晶材料と相互作用した放射に対応し得る。第１のピーク８７及び第２のピーク８８の記録は、色レンズの軸方向分散に起因する。ピーク間のスペクトル差は、パターン付与された層６３の局所厚みについての測度である。測定ビームの焦点スポットは典型的には有限サイズであるため、パターン付与された層６３（の一部）及びサポート材料６２（の一部）の両方が測定され得る。すなわち、オブジェクトと相互作用している複数の波長放射ビームの実際のスポットサイズが、測定されるエリアを決定する。スポットサイズに依存して、異なる材料部分、及びしたがって異なる材料は、測定放射と相互作用し得、図９Ｂによって示されるように２つ以上の強度ピークが生じ得る。

[0079] 色レンズによって提供される放射のスポットは有限サイズを有するため、測定される強度は、放射スポット内のエリアの（平均）反射性によって決定される。これは、ピークの振幅は局所材料密度の測度であり得ることを意味する。パターン付与された表面８１にわたるスキャン中、１つ以上のピークは振幅が変化し得る。相対的な振幅を比較することによって（測定された振幅が測定されたオブジェクトの位置に対応する）、局所材料密度及びそれらの変化に関する情報を取得し得る。スポットサイズは、センサの空間感度を決定し得る。またそれにより、空間分解能はスポットサイズによって管理され得る。

[0080] 複数の色共焦点センサ、例えば図４に示されるようなセンサと同等の色共焦点センサを備えるセンサアレイ８４を使用して、高空間分解能でのパターニングデバイス８０の表面情報を取得し得る。したがって、２次元材料密度マップが取得され得る。局所及び全体の材料密度に関する情報を使用して、パターニングデバイス８０の局所及び全体の透過性、反射性、及び／又は吸収を計算し得る。それにより、パターニングデバイス８０の光学特性の２次元マップが生成され得る。

[0081] マスク設計ファイル、例えばＧＤＳＩＩファイルを使用してパターン分布を導出する代わりに、露光（前）シーケンス（in-situ）中に必要な材料密度マップを取得し得る。すなわち、露光ステップ中、サポート、例えばマスクサポートＴによって保持されるパターニングデバイス８０はセンサアレイ８４に対して相対的に移動する。１つ以上の色共焦点センサによって提供されるような、反射及び受け入れられた放射を記録することによって、露光と並行して密度マップが取得され得る。密度マップは、露光ステップ前の時点で取得される表面情報によっても決定され得る。どちらの場合にも、密度マップは、露光特徴、例えば、露光放射Ｂの（局所）強度及び／又は投影システムＰＳのレンズ設定を定義及び／又は設定するために、フィードフォワード制御において使用され得る。

[0082] センサアレイ８４は、図７、図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃに従ったセンサアレイ７４であり得る。

[0083] 本発明に従った色共焦点センサ又は色共焦点センサのアレイを備える、リソグラフィ装置、例えば図１に示されたようなリソグラフィ装置ＬＡは、露光シーケンス中に様々なステージでセンサを使用し得る。これは、露光シーケンスの前、間、及び／又は後であってよい。

[0084] 露光シーケンスの第１のステージにおいて、例えばパターン付与された放射によって基板Ｗが照明される前に、色共焦点センサ（アレイ）は、パターニングデバイスＭＡの初期形状及び／又は初期光学特性を測定するために使用され得る。ウェーハロットの開始時に、露光放射Ｂは、パターニングデバイスＭＡとまだ相互作用していない可能性がある。したがって、パターニングデバイスは、（相対的に）コールドと見なされ得る。第１又は初期の測定は、パターニングデバイスＭＡのコールド形状を表す情報を提供し得る。

[0085] 露光シーケンスの第２のステージにおいて、例えば、第１の露光又は一連の露光の後に、第２の測定が実行され得、パターニングデバイスＭＡの２次形状及び／又は２次光学特性を提供する。露光放射Ｂとの相互作用の後、露光放射Ｂに起因してパターニングデバイスＭＡは加熱され得る。したがってパターニングデバイスは、加熱（又はウォーム）状態である。これにより、第２の測定は、パターニングデバイスＭＡの加熱形状を表す情報を提供する。

[0086] 第１及び／又は第２の測定によって取得された情報を使用して、時間（過渡挙動）並びに露光シーケンスの関数として、パターニングデバイスＭＡの形状変化を計算し得る。形状測定結果をモデルについての入力として使用することによって、パターニングデバイスＭＡの特性をモデル化するために、有限要素法が使用され得る。モデルは、レチクル加熱及び／又はレンズ加熱モデルであり得る。モデルの出力は、投影システムＰＳ内での光学要素の位置決め、例えば、投影システムＰＳ内に配置されたレンズ及び／又はミラーの位置及び方位、並びに、パターニングデバイスＭＡの配置に関する、命令を含み得る。

[0087] レチクル加熱は、典型的には、経時的に変化し得るＸＹグリッドディストーションとして示される、パターニングエリアの変形を含み得る。光学特性（例えば、反射性、透過性、及び吸収）及び表面曲率（軸方向距離）を含む、パターニングデバイスの表面パラメータの知識を使用して、（例えば、ｘ、ｙ、及び／又はｚ方向の）変換を適用することによるパターニングデバイスＭＡの位置に対する調整、及び、ディストーションを少なくとも部分的に補償するために回転（例えば、Ｒｘ回転及び／又はＲｚ回転）を適用することによる、パターニングデバイスＭＡの方位に対する調整を、決定し得る。

[0088] パターニングデバイスＭＡのコールド形状及び加熱形状を表す情報、又はその両方の間の差が、マスクサポートＭＴを用いる形状補償に使用され得る。マスクサポートＭＴは、露光によって誘起される形状変化を補償するように、アクティブに制御され得る。これは、パターニングデバイスＭＡを例えばｚ方向に移動すること、及び／又は、Ｒｘ回転及び／又はＲｙ回転を提供することによって、行われ得る。

[0089] パターニングデバイスＭＡのコールド形状及び加熱形状を表す情報、又はその両方の間の差が、パターニングデバイスＭＡに印加される機械的負荷を使用するレチクルベンダを用いる形状補償に使用され得る。

[0090] 図１０は、リソグラフィ装置ＬＡ内のパターニングデバイスＭＡにおけるパターン密度の情報に基づいて、パターニングデバイスＭＡの加熱（レチクル加熱とも呼ばれる）を補償するための方法を示す。第１のステップ９０において、色共焦点センサのアレイ、例えば図９Ａに示されるセンサアレイ８４は、パターニングデバイスの表面、好ましくはパターン付与された表面８１を備える表面をスキャンする。これにより、スキャンされる表面の表面位置情報が取得され得る。表面位置情報は、単一のスキャンを用いて取得され得るが、測定確度を向上させるためには複数のスキャンが有益であり得る。第２のステップ９１において、（第１のステップ９０で取得された）表面位置情報に基づいて、表面密度マップが計算される。表面密度マップは、パターニングデバイスＭＡにおけるアブソーバ及び／又は反射層の空間分散を含み得る。第３のステップ９２において、表面密度マップは、（予想される）露光設定９３の情報と組み合わされる。特に、第３のステップ９２において、露光放射（例えば、放射ビームＢ）のドーズ及び照明設定が使用される。表面密度マップは、露光放射と相互作用するとき、パターニングデバイスＭＡの反射性及び／又は透過性、及び／又はパターニングデバイスＭＡによる吸収を推定するために使用される。これは、アブソーバ及び／又は反射層の局所及び／又はより全体のパターン密度に基づき得る。これにより、露光によって誘引されるレチクル加熱効果が計算され得る。レチクル加熱効果は、パターニングデバイスＭＡの形状変形を含む、光学収差によって特徴付けることができる。予想される形状変形は、パターニングデバイスの熱機械モデルを用いて計算され得る。例えばＥＵＶリソグラフィシステムに使用されるべき反射性パターニングデバイスＭＡの場合、表面密度マップは、パターニングデバイスＭＡの反射性及び吸収を推定するために使用され得る。第４のステップ９４において、レチクル加熱を含み得る予想されるレチクル形状効果は、補正モデル、例えばレンズモデルに送られる。補正モデルは、パターニングデバイスＭＡの予想される光学変化を補償するために、投影システムＰＳ内のレンズ設定を定義するために使用され得る。光学補償は、（セミ）アクティブな光学要素、例えばレンズ及び／又はミラーを用いて達成され得る。これは、レンズ及びステージのスキャン軌道を露光するためのオフセットを計算するために使用される、レチクル加熱のための補正モデルを含み得る。

[0091] 投影システムＰＳ内の透過性又は反射性要素であり得る光学要素は、典型的には、調整されるように構成される。これにより、基板の露光中に使用される光路内の光学収差は、光学要素の１つ以上の設定を調整することによって変更又は補償され得る。これは、これらの要素の位置及び／又は方位の変更を介して、又は、透過性要素の屈折率を変更することによって、実行され得る。

[0092] プロセッサは、図１０に示されるような各個別のステップを誘導及び実行するために使用される。プロセッサは、リソグラフィ装置ＬＡの一部であり得る。プロセッサは、リモートロケーションに存在し得る。

[0093] 必要な光学補償は、（セミ）アクティブレチクル操作を用いて達成され得る。例えば、レチクルベンダを用いてレチクルを成形することによって。

[0094] 別の実施形態において、ステップ９１において取得されるパターニングデバイスの表面密度マップは、レンズモデルについての直接入力として使用され得る。すなわち、パターニングデバイスの（局所）密度情報に基づいて、投影システム内の局所ドーズ（又は放射密度）が推定され得る。次に、レンズ設定が依存する、放射によって誘起されるレンズ加熱の推定を可能にし得る。言い換えれば、受け取った密度情報に基づく、投影されるパターンの知識は、レンズ加熱の訂正を示唆するように光学レンズ設定を定義するために使用され得る。

[0095] レンズ加熱と同様に、基板Ｗの加熱（すなわち、ウェーハ加熱）は、パターニングデバイスの局所透過性及び／又は反射性に依存する。図１０に示された方法は、基板レベルにおいて加熱効果を補償するためにも使用され得る。ウェーハ加熱補償の場合、図１０に示される方法の第４のステップ９４において、予想される基板形状（例えば、放射によって誘起される基板変形）は、前のステップで受け取られた情報に基づいて計算され得る。予想される基板形状は、例えばレンズモデルを含む補正モデルに送られ得る。補正モデルは、基板Ｗの予想される変化を補償するために、投影システム内のレンズ設定を定義するために使用され得る。光学補償は、（セミ）アクティブ光学要素、例えばレンズ及び／又はミラーを用いて達成され得る。これは、レンズ及びステージのスキャン軌道を露光するためのオフセットを計算するために使用される、ウェーハ加熱のための補正モデルを含み得る。

[0096] 別の実施形態において、方法は、レチクル及びウェーハの両方の加熱効果を補償するために使用され得る。レチクル加熱並びにウェーハ加熱によって誘起される効果に対する補償を開始する補正モデル内のレンズ設定を定義することが、有益であり得る。

[0097] 上記の図面についての言及では、追加の要素又はシステムによってスリットエリアが定義及び形成され得る。すなわち、実際のスリットエリアは、典型的にはレンズ頂部プレート、サポート、又はフレームによって定義されない。図に示されるように、レンズ頂部プレート、サポート、又はフレームは、スリットエリアのロケーションと一致して配置され得る。

[0098] 本発明の一実施形態によれば、前述のような１つ以上の色共焦点センサを備えるパターニングデバイスを特徴付けるための測定システムは、リソグラフィ装置内に配置され得る。例えば、測定システムはレンズ頂部プレート内に配置される。

[0099] 別の実施形態において、検査装置は本発明に従った測定システムを備える。検査装置は、パターニングデバイスを検査及び／又は適格とするように構成され得る。検査装置によって取得される情報は、別のシステム、例えばリソグラフィ装置、又はパターニングデバイスを製造するように配置された装置に提供され得る。検査装置は、スタンドアロン装置として、又はリソグラフィ装置（又は製造装置）の補足として、リソグラフィ装置（又は製造装置）と相互作用するように配置され得る。

[00100] 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を理解されたい。考えられる他の用途は、集積光学システム、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の製造である。

[00101] 本明細書ではリソグラフィ装置に関連して本発明の実施形態について具体的な言及がなされているが、本発明の実施形態は他の装置に使用することもできる。本発明の実施形態は、マスク検査装置、メトロロジ装置、又はマスク（あるいはその他のパターニングデバイス）などのオブジェクトを測定又は処理する任意の装置の一部を形成してよい。これらの装置は一般にリソグラフィツールと呼ばれることがある。このようなリソグラフィツールは、真空条件又は周囲（非真空）条件を使用することができる。

[00102] 文脈上許される場合、本発明の実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はそれらの任意の組み合わせにおいて実装することができる。本発明の実施形態は、１つ以上のプロセッサにより読み取られて実行され得る、機械可読媒体に記憶された命令として実装することも可能である。機械可読媒体は、機械（例えばコンピューティングデバイス）により読み取り可能な形態で情報を記憶又は伝送するための任意の機構を含むことができる。例えば機械可読媒体は、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、電気、光、音響又は他の形態の伝搬信号（例えば搬送波、赤外信号、デジタル信号など）、及び他のものを含むことができる。更に、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令は、特定のアクションを実行するものとして本明細書で説明されることがある。しかしながら、そのような説明は単に便宜上のものであり、そのようなアクションは実際には、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令などを実行するコンピューティングデバイス、プロセッサ、コントローラ、又は他のデバイスから生じ、実行する際、アクチュエータ又は他のデバイスが物質世界と相互作用し得ることを理解すべきである。

[00103] 本発明の態様は、下記の条項に記載される。
１．パターニングデバイスの表面パラメータを決定するための方法であって、リソグラフィ装置内に配置されたマスクサポート上にパターニングデバイスを装填するステップと、第１の測定システムを使用して露光放射ビームの経路に関してパターニングデバイスを位置決めするステップと、第２の測定システム内に配置された色レンズの第１の焦点面にパターニングデバイスを提供するステップと、色レンズを介した放射を用いてパターニングデバイスの表面の一部を照明するステップであって、放射は複数の波長を備える、照明するステップと、照明された部分の位置を第１の方向及び第２の方向において決定するステップと、色レンズを介してパターニングデバイスによって反射された放射の少なくとも一部を収集するステップと、スペクトル情報を取得するために、色レンズの第２の焦点面において、放射の収集された部分の強度を波長の関数として測定するステップと、スペクトル情報から決定された位置におけるパターニングデバイスの表面パラメータを決定するステップと、を含む、方法。
２．表面の一部を照明するステップ、照明された部分の位置を決定するステップ、反射された放射の少なくとも一部を収集するステップ、収集された部分の強度を測定するステップ、及び、表面パラメータを決定するステップを、複数回反復するステップを更に備え、パターニングデバイスを、色レンズに対して相対的に少なくとも第１又は第２の方向に移動することによって、パターニングデバイスの表面の異なる部分が反復ごとに照明される、条項１に記載の方法。
３．パターニングデバイスにおいて、パターン付与されたエリアの表面パラメータマップを決定するステップを更に含む、条項２に記載の方法。
４．表面パラメータが、照明された部分における少なくとも１つの光学特性を含む、条項２又は３に記載の方法。
５．光学特性は、反射性、透過性、及び吸収のうちの少なくとも１つである、条項４に記載の方法。
６．入力としての光学特性と共に、加熱モデルを使用することによって、パターニングデバイスの予想される加熱効果を決定するステップを更に含む、条項４又は５に記載の方法。
７．表面パラメータが、照明された部分と色レンズとの間の、第３の方向における少なくとも軸方向距離を含む、条項２又は３に記載の方法。
８．軸方向距離からパターニングデバイスの形状を決定するステップを更に含む、条項７に記載の方法。
９．軸方向距離を決定された位置の関数として使用して、パターニングデバイスの表面トポグラフィマップを生成するステップを更に含む、条項７又は８に記載の方法。
１０．条項８に記載のステップを含む、パターニングデバイスの形状補償のための方法であって、パターニングデバイスの決定された形状に基づいて、パターニングデバイスに変換を適用することによってパターニングデバイスの位置を調整すること、及び、パターニングデバイスに回転を適用することによってパターニングデバイスの方位を調整することのうちの、少なくとも１つを更に含む、方法。
１１．条項８に記載のステップを含む、パターニングデバイスの形状補償のための方法であって、パターニングデバイスに機械的負荷を印加することによって、決定された形状に基づいてパターニングデバイスの形状を調整することを更に含む、方法。
１２．パターニングデバイスの加熱効果を補償するための方法であって、パターニングデバイスの予想される加熱効果を決定するために、決定された表面パラメータマップに基づくパターニングデバイスの予想される形状変化と、基板の露光に使用されるべき露光設定とを、計算するステップと、パターニングデバイスの予想される形状変化を補償するためにレンズモデルを用いて投影レンズの設定を定義するステップと、定義された設定を露光の前及び／又は露光中に適用するステップと、を更に含む、条項５に記載のステップを含む方法。
１３．加熱効果は収差を含む、条項１２に記載の方法。
１４．条項９に記載のパターニングデバイスの表面トポグラフィマップを表すデータの制御の下で、投影システムを介して、パターニングデバイスにおいて提供されたパターンを基板上にイメージングする方法。
１５．パターニングデバイスを特徴付けるための測定システムを備えるリソグラフィ装置であって、測定システムは、複数の波長を備える放射を提供するように配置された放射源と、提供される放射を用いてパターニングデバイスのエリアを照明するように構成された、少なくとも１つの色共焦点センサ内に配置された、少なくとも１つの色レンズであって、少なくとも１つの色レンズは、少なくとも１つの色レンズの第１の焦点面において提供されるパターニングデバイスによって反射される放射の少なくとも一部を収集するように構成される、少なくとも１つの色レンズと、少なくとも１つの色レンズの第２の焦点面において配置されるディテクタであって、ディテクタは、収集された放射の少なくとも一部を検出するように、及び、検出された放射に応答して波長の関数として強度信号を提供するように構成される、ディテクタと、照明されるエリアにおけるパターニングデバイスの特徴を決定するためのプロセッサと、を備える、リソグラフィ装置。
１６．複数の色共焦点センサがセンサのアレイを形成するように配置される、条項１５に記載のリソグラフィ装置。
１７．放射源が広帯域放射源及び複数の放射源のうちの少なくとも１つを含む、条項１５又は１６に記載のリソグラフィ装置。
１８．パターニングデバイスの特徴は、光学特性、及び、パターニングデバイスと色レンズとの間の軸方向距離のうちの、少なくとも１つである、条項１５から１７のいずれか一項に記載のリソグラフィ装置。
１９．センサのアレイが、スリットエリアの第１の側に配置された色共焦点センサの第１のアレイと、スリットエリアの第２の側に配置された色共焦点センサの第２のアレイとを備える、条項１６に記載のリソグラフィ装置。
２０．第１の色レンズはパターニングデバイスから第１の軸方向距離に配置され、第２の色レンズはパターニングデバイスから第２の軸方向距離に配置され、第２の軸方向距離は第１の軸方向距離とは異なる、条項１５から１７のいずれか一項に記載のリソグラフィ装置。

[00104]本発明の特定の実施形態を上記で説明してきたが、本発明は説明した以外に実践され得ることを理解されよう。上記の説明は例示的なものであり、限定的なものではないことを意図している。説明したすべての変形形態は、この組み合わせが限定されていない場合、技術的観点から組み合わせ可能である。したがって当業者であれば、下記に示す特許請求の範囲を逸脱することなく、本発明に対する改変が可能であることを理解されよう。

Claims (10)

1. パターニングデバイスの表面パラメータを決定するための方法であって、
   リソグラフィ装置内に配置されたマスクサポート上に前記パターニングデバイスを装填するステップと、
   第１の測定システムを使用して露光放射ビームの経路に関して前記パターニングデバイスを位置決めするステップと、
   第２の測定システム内に配置された色レンズの第１の焦点面に前記パターニングデバイスを提供するステップと、
   前記色レンズを介した放射を用いて前記パターニングデバイスの表面の一部を照明するステップであって、前記放射は複数の波長を備える、照明するステップと、
   前記照明された部分の位置を第１の方向及び第２の方向において決定するステップと、
   前記色レンズを介して前記パターニングデバイスによって反射された放射の少なくとも一部を収集するステップと、
   スペクトル情報を取得するために、前記色レンズの第２の焦点面において、前記放射の収集された部分の強度を波長の関数として測定するステップと、
   前記スペクトル情報から前記決定された位置における前記パターニングデバイスの前記表面パラメータを決定するステップであって、前記表面パラメータが、前記照明された部分と前記色レンズとの間の第３の方向における少なくとも軸方向距離及び前記照明された部分における少なくとも１つの光学特性を含むことと、
   前記パターニングデバイスにおいて、パターン付与されたエリアの表面パラメータマップを決定するステップと、
   入力としての前記光学特性と共に、加熱モデルを使用することによって、前記パターニングデバイスの予想される加熱効果を決定するステップと、
   を含む、方法。
2. 表面の一部を照明するステップ、前記照明された部分の位置を決定するステップ、反射された放射の少なくとも一部を収集するステップ、前記収集された部分の強度を測定するステップ、及び、前記表面パラメータを決定するステップを、複数回反復するステップを更に備え、
   前記パターニングデバイスを、前記色レンズに対して相対的に少なくとも前記第１又は第２の方向に移動することによって、前記パターニングデバイスの前記表面の異なる部分が反復ごとに照明される、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記光学特性は、反射性、透過性、及び吸収のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
4. 前記表面パラメータマップを決定することは、前記軸方向距離から前記パターニングデバイスの形状を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記表面パラメータマップを決定することは、前記軸方向距離を前記決定された位置の関数として使用して、前記パターニングデバイスの表面トポグラフィマップを生成することを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記パターニングデバイスの加熱効果を補償するための方法であって、
   前記パターニングデバイスの予想される加熱効果を決定するために、前記決定された表面パラメータマップに基づく前記パターニングデバイスの予想される形状変化と、基板の露光に使用されるべき露光設定とを、計算するステップと、
   前記パターニングデバイスの前記予想される形状変化を補償するためにレンズモデルを用いて投影レンズの設定を定義するステップと、
   前記定義された設定を前記露光の前及び／又は露光中に適用するステップと、
   を更に含む、請求項３に記載のステップを含む方法。
7. 前記加熱効果は収差を含む、請求項６に記載の方法。
8. パターニングデバイスを特徴付けるための測定システムを備えるリソグラフィ装置であって、測定システムは、
   複数の波長を備える放射を提供するように配置された放射源と、
   前記提供される放射を用いて前記パターニングデバイスのエリアを照明するように構成された、少なくとも１つの色共焦点センサ内に配置された、少なくとも１つの色レンズであって、前記少なくとも１つの色レンズは、前記少なくとも１つの色レンズの第１の焦点面において提供される前記パターニングデバイスによって反射される前記放射の少なくとも一部を収集するように構成される、少なくとも１つの色レンズと、
   前記少なくとも１つの色レンズの第２の焦点面において配置されるディテクタであって、前記ディテクタは、前記収集された放射の少なくとも一部を検出するように、及び、前記検出された放射に応答して波長の関数として強度信号を提供するように構成される、ディテクタと、
   前記照明されるエリアにおける前記パターニングデバイスの特徴を決定し、前記パターニングデバイスにおいてパターン付与されたエリアの表面パラメータマップを決定するためのプロセッサと、
   を備え、
   前記パターニングデバイスの前記特徴は、前記パターニングデバイスと前記色レンズとの間の軸方向距離、及び光学特性を含み、
   前記プロセッサは、入力としての前記光学特性と共に、加熱モデルを使用することによって、前記パターニングデバイスの予想される加熱効果を決定するように構成される、
   リソグラフィ装置。
9. 複数の色共焦点センサがセンサのアレイを形成するように配置される、請求項８に記載のリソグラフィ装置。
10. 第１の色レンズは前記パターニングデバイスから第１の軸方向距離に配置され、第２の色レンズは前記パターニングデバイスから第２の軸方向距離に配置され、前記第２の軸方向距離は前記第１の軸方向距離とは異なる、請求項８又は９に記載のリソグラフィ装置。

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