特許 6765441 フォーカスレベリング測定装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6765441

(24)【登録日】2020年9月17日

(45)【発行日】2020年10月7日

(54)【発明の名称】フォーカスレベリング測定装置および方法

(51)【国際特許分類】

   G03F 9/00 20060101AFI20200928BHJP

【ＦＩ】

   G03F9/00 H

【請求項の数】16

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-555181(P2018-555181)

(86)(22)【出願日】2017年5月22日

(65)【公表番号】特表2019-516136(P2019-516136A)

(43)【公表日】2019年6月13日

(86)【国際出願番号】CN2017085354

(87)【国際公開番号】WO2017206755

(87)【国際公開日】20171207

【審査請求日】2018年11月12日

(31)【優先権主張番号】201610379004.4

(32)【優先日】2016年5月31日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】309012351

【氏名又は名称】シャンハイ マイクロ エレクトロニクス イクイプメント（グループ）カンパニー リミティド

(74)【代理人】

【識別番号】100142804

【弁理士】

【氏名又は名称】大上 寛

(72)【発明者】

【氏名】チェン，チ

(72)【発明者】

【氏名】チェン，フェイビィアオ

(72)【発明者】

【氏名】ウ，シュティン

【審査官】 長谷 潮

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−０６４８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１１２７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第００／０３０１６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭５８−１１３７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２４２０４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１８７５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１７−５０３２０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｆ ９／００−９／０２

Ｇ０３Ｆ ７／２０−７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フォーカスレベリング測定装置であって、
測定光路、第１モニタリング光路、測定センサ、前記測定光路に対応する基準光路、前記第１モニタリング光路に対応する第２モニタリング光路、および基準センサを有し、
前記測定光路は、光の伝播方向に沿って順次、測定照明ユニット、投影レンズ群、検知レンズ群、および測定プリズムを有し、
前記測定照明ユニットの測定光源により発光された測定光束は、前記投影レンズ群によりシリコンウエハへ投射され、前記シリコンウエハにおいて反射された後、前記検知レンズ群および測定プリズムを経由した後、前記測定センサ内に投射され、測定マークを形成し、
前記第１モニタリング光路は、光の伝播方向に沿って順次、第１モニタリング照明ユニット、および前記測定プリズムを有し、前記第１モニタリング照明ユニットにより発光された第１モニタリング光束は、前記測定プリズムを経由した後、前記測定センサ内に投射され、第１モニタリングマークを形成し、
前記基準光路は、基準光源と基準スリットを有し、
前記基準光源により発光された前記測定光源とは異なる波長域の基準光束は、前記基準スリットを経由した後、前記測定光路の投影レンズ群により第３反射鏡へ投射され、前記第３反射鏡において反射された後、前記検知レンズ群、および検知プリズムを経由し、前記基準センサ内に投射され、基準マークを形成する、
ことを特徴とするフォーカスレベリング測定装置。

【請求項2】

前記測定照明ユニットはさらに、前記測定光源に対応する測定スリットを有し、
前記第１モニタリング照明ユニットは、第１モニタリング光源、および前記第１モニタリング光源に対応する第１モニタリングスリットを有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のフォーカスレベリング測定装置。

【請求項3】

前記測定光源には第１フィルタが設けられ、
前記第１モニタリング光源には第３フィルタが設けられる、
ことを特徴とする請求項２に記載のフォーカスレベリング測定装置。

【請求項4】

前記投影レンズ群は、光の伝播方向に沿って設けられた第１投影レンズ、投影絞り機構、および第２投影レンズを有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のフォーカスレベリング測定装置。

【請求項5】

前記投影レンズ群は、第１反射鏡をさらに有し、
前記検知レンズ群は、第２反射鏡をさらに有し、
前記測定光束は、前記第１反射鏡により反射された後、前記シリコンウエハへ入射し、
前記シリコンウエハにおいて反射された後、前記第２反射鏡により反射され、前記検知レンズ群へ到達する、
ことを特徴とする請求項１に記載のフォーカスレベリング測定装置。

【請求項6】

前記測定プリズムと前記測定センサとの間には測定中継レンズ群が設けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載のフォーカスレベリング測定装置。

【請求項7】

前記測定光路、および前記第１モニタリング光路は、同一波長域の光源を採用する、
ことを特徴とする請求項１に記載フォーカスレベリング測定装置。

【請求項8】

前記基準光路は、第２フィルタをさらに有し、
前記基準光源より発光された基準光束は、前記第２フィルタを通じた後に前記基準光源と
は波長域が異なることとする、
又は、
前記測定光束、および前記基準光束は、異なる波長域の光源を採用する、
ことを特徴とする請求項１に記載のフォーカスレベリング測定装置。

【請求項9】

前記測定光源は、可視光光源を採用し、前記基準光源は、赤外光光源を採用する、
ことを特徴とする請求項１に記載のフォーカスレベリング測定装置。

【請求項10】

前記測定プリズムと前記測定センサとの間には測定中継レンズ群が設けられ、
前記基準プリズムと前記基準センサとの間には基準中継レンズ群が設けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載のフォーカスレベリング測定装置。

【請求項11】

前記測定光路は、前記投影プリズム、および前記検知プリズムにおいて透過を生じ、
前記基準光路は、前記投影プリズム、および前記検知プリズムにおいて反射を生じる、
ことを特徴とする請求項１に記載のフォーカスレベリング測定装置。

【請求項12】

前記第３反射鏡は、投影対物レンズの下表面に設けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載のフォーカスレベリング測定装置。

【請求項13】

前記投影レンズ群は、ビームスプリッタプリズムをさらに有し、
前記検知レンズ群は、ビームコンバイナプリズムをさらに有し、
前記測定光束、および前記基準光束は、前記ビームスプリッタプリズム、および前記ビ
ームコンバイナプリズムの異なる面において反射を生じる、
ことを特徴とする請求項１に記載のフォーカスレベリング測定装置。

【請求項14】

前記測定光路、および第１モニタリング光路は、同一波長域の光源を採用し、
前記基準光束、および第２モニタリング光束は、同一波長域の光源を採用する、
ことを特徴とする請求項１に記載のフォーカスレベリング測定装置。

【請求項15】

前記第２モニタリング光路は、第２モニタリング光源、第２モニタリングスリット、お
よび第４フィルタを有し、
前記第２モニタリング光源により発光された第２モニタリング光束は、前記第２モニタ
リングスリット、および第４フィルタを経由した後、前記基準センサ内に投射され、第２
モニタリングマークを形成する、
ことを特徴とする請求項１に記載のフォーカスレベリング測定装置。

【請求項16】

フォーカスレベリング測定方法であって、
ステップ１：測定光束により、シリコンウエハを測定した後、測定センサ内において測定
マークを形成するとともに、第１モニタリング光路により、前記測定センサ内において第
１モニタリングマークを形成するステップと、
ステップ２：前記測定マーク、および前記第１モニタリングマークの測定センサ上での位
置を測定マーク、および第１モニタリングマークの測定センサ上での初期位置とそれぞれ
比較するステップと、
ステップ３：ステップ２の比較結果に基づいて、前記測定マークの変位量、および前記第
１モニタリングマークのドリフト量を算出するステップと、
ステップ４：前記変位量から前記ドリフト量を引いて、シリコンウエハの垂直方向位置の
補正量を得るステップと、を含み、
ステップ１はさらに、基準光束が設定され、前記基準光束は、前記測定光束と同一方向
に伝播するが、前記シリコンウエハ表面を経由せず、基準センサ内に投射されて基準マー
クを形成し、
第２モニタリング光束が設けられ、前記第２モニタリング光束は、前記基準センサ内に
おいて第２モニタリングマークを形成することを含み、
ステップ２はさらに、前記基準マーク、および前記第２モニタリングマークの基準セン
サ上における位置を基準マーク、および第２モニタリングマークの基準センサ上における
初期位置とそれぞれ比較することを含み、
ステップ３はさらに、前記基準マークのドリフト量、および前記第２モニタリング光束
がずれたドリフト量を算出することを含み、
ステップ４はさらに、前記基準マークのドリフト量から前記第２モニタリングマークの
ドリフト量を引いて、光路のドリフト量を得て、前記測定マークの変位量から前記第１モ
ニタリングマークのドリフト量、および前記光路のドリフト量を同時に引いて、シリコン
ウエハの垂直方向位置のずれ量を得ることを含む、
ことを特徴とするフォーカスレベリング測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フォーカスレベリング測定装置および方法に関し、フォトリソグラフィ技術分野に応用される。

【背景技術】

【0002】

投影フォトリソグラフ装置は、マスク上のパターンを、投影対物レンズを介してシリコンウエハ表面に投影する設備である。フォトリソグラフィの露光過程において、シリコンの厚み偏差、面形の起伏、並びに投影対物レンズの焦平面位置の正確性および複雑性の変化などの要素により、シリコンウエハは、焦平面に対してデフォーカスし、または傾斜してしまう。シリコンウエハが対物レンズの焦平面に対してデフォーカス、または傾斜すると、露光視野内のある領域が有効焦点深度を外れてしまい、フォトリソグラフィの品質に深刻に影響してしまう。従って、フォーカスレベリングシステムを採用して露光視野内のシリコンウエハの位置を正確に制御しなければならず、フォーカスレベリング測定装置の測定精度は極めて重要な作用を果たすことになる。フォトリソグラフィ工程技術に対する要求が常に高まるにつれて、フォーカスレベリング測定装置の測定精度も向上し続けなければならず、一方で、システムの測定安定性は、その測定精度に影響する非常に重要な要素である。測定結果精度に影響する要素は、環境だけでなく、例えば、温度や圧力があり、しかもさらにセンサ自体の電力消費によるドリフトなどもある。

【0003】

図１に示すように、既存の技術のフォーカスレベリング測定装置は、光源１により発光された光線が照明レンズ群２、スリット３、および投影対物レンズ４を通過した後、シリコンウエハ５へ照射され、かつシリコンウエハ５の反射により、検知レンズ群６を経由した後、センサ７のリニアアレイＣＣＤへ照射され、リニアアレイＣＣＤにおける光スポットの位置変化により、シリコンウエハ５のデフォーカス量を算出するものである。このような技術は、センサ７自体のドリフトが測定結果に与える影響を考慮しておらず、センサ７のドリフトをモニタリングしていない。一方、センサ７自体のドリフトは、測定結果に偏差を生じさせ、システムの測定精度を低下させ、フォーカスレベリング測定装置の測定安定性に影響してしまう。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決する技術的課題は、センサのドリフトをモニタリングおよび補正するフォーカスレベリング測定装置、および方法を提供することである。

【0005】

上述の目的を実現するため、本発明は、以下のような技術的解決手段を採用して実現される。

【0006】

フォーカスレベリング測定装置は、測定光路、第１モニタリング光路、および測定センサを有し、
前記測定光路は、光の伝播方向に沿って順次、測定照明ユニット、投影レンズ群、検知レンズ群、および測定プリズムを有し、前記測定照明ユニットにより発光された測定光束は、前記投影レンズ群によりシリコンウエハへ投射され、前記シリコンウエハにおいて反射された後、前記検知レンズ群および測定プリズムを経由した後、前記測定センサ内に投射され、測定マークを形成し、
前記第１モニタリング光路は、光の伝播方向に沿って順次、第１モニタリング照明ユニット、および前記測定プリズムを有し、前記第１モニタリン照明ユニットにより発光された第１モニタリング光束は、前記測定プリズムを経由した後、前記測定センサ内に投射され、第１モニタリングマークを形成する。

【0007】

好ましくは、前記測定照明ユニットは、測定光源、および前記測定光源に対応する測定スリットを有し、前記第１モニタリング照明ユニットは、第１モニタリング光源、および前記第１モニタリング光源に対応する第１モニタリングスリットを有する。

【0008】

好ましくは、前記測定光源には第１フィルタが設けられ、前記第１モニタリング光源には第３フィルタが設けられる。

【0009】

好ましくは、前記投影レンズ群は、光の伝播方向に沿って設けられた第１投影レンズ、投影絞り機構、および第２投影レンズを有する。

【0010】

好ましくは、前記投影レンズ群は、第１反射鏡をさらに有し、前記検知レンズ群は、第２反射鏡をさらに有し、前記測定光束は、第１反射鏡により反射された後、前記シリコンウエハへ入射し、前記シリコンウエハにおいて反射された後、前記第２反射鏡により反射され、前記検知レンズ群へ到達する。

【0011】

好ましくは、前記測定プリズムと前記測定センサとの間には測定中継レンズ群が設けられる。

【0012】

好ましくは、前記測定光路、および第１モニタリング光路は、同一波長域の光源を採用する。

【0013】

好ましくは、さらに、前記測定光路に対応する基準光路、前記第１モニタリング光路に対応する第２モニタリング光路、および基準センサを有する。

【0014】

好ましくは、前記基準光路は、順次設けられた基準光源、第２フィルタ、および基準スリットを有し、前記基準光源により発光された基準光束は、前記第２フィルタ、および基準スリットを経由した後、前記測定光路の投影レンズ群により第３反射鏡へ投射され、前記第３反射鏡において反射された後、前記検知レンズ群、および検知プリズムを経由し、前記基準センサ内に投射され、基準マークを形成する。

【0015】

好ましくは、前記測定光束、および前記基準光束は、異なる波長域の光源を採用する。

【0016】

好ましくは、前記測定光源は、可視光光源を採用し、前記基準光源は、赤外光源を採用する。

【0017】

好ましくは、前記測定プリズムと前記測定センサとの間には測定中継レンズ群が設けられ、前記基準プリズムと前記基準センサとの間には基準中継レンズ群が設けられる。

【0018】

好ましくは、前記測定光路は、前記投影プリズム、および前記検知プリズムにおいて透過を生じ、前記基準光路は、前記投影プリズム、および前記検知プリズムにおいて反射を生じる。

【0019】

好ましくは、前記第３反射鏡は、投影対物レンズの下表面に設けられる。

【0020】

好ましくは、前記投影レンズ群は、ビームスプリッタプリズムをさらに有し、前記検知レンズ群は、ビームコンバイナプリズムをさらに有し、前記測定光束、および前記基準光束は、前記ビームスプリッタプリズム、および前記ビームコンバイナプリズムの異なる面において反射を生じる。

【0021】

好ましくは、前記測定光束、および前記第１モニタリング光束は、同一波長域の光源を採用し、前記基準光束、および前記第２モニタリング光束は、同一波長域の光源を採用する。

【0022】

好ましくは、前記第２モニタリング光路は、第２モニタリング光源、第２モニタリングスリット、および第４フィルタを有し、前記第２モニタリング光源により発光された第２モニタリング光束は、前記第２モニタリングスリット、および第４フィルタを経由した後、前記基準センサ内に投射され、第２モニタリングマークを形成する。

【0023】

フォーカスレベリング測定方法は、以下の、
ステップ１：測定光束により、シリコンウエハを測定した後、測定センサ内において測定マークを形成し、第１モニタリング光束により、前記測定センサ内において第１モニタリングマークを形成するステップと、
ステップ２：前記測定マーク、および前記第１モニタリングマークの測定センサ上での位置を測定マーク、および第１モニタリングマークの測定センサ上での初期位置とそれぞれ比較するステップと、
ステップ３：ステップ２の比較結果に基づいて、前記測定マークの変位量、および前記第１モニタリングマークのドリフト量を算出するステップと、
ステップ４：前記変位量から前記ドリフト量を引いて、シリコンウエハの垂直方向位置の補正量を得るステップと、を含み、
好ましくは、ステップ１はさらに、基準光束が設定され、前記基準光束は、前記測定光束と同一方向に伝播するが、前記シリコンウエハ表面を経由せず、基準センサ内に投射されて基準マークを形成し、
第２モニタリング光束が設けられ、前記第２モニタリング光束は、前記基準センサ内において第２モニタリングマークを形成することを含み、
ステップ２はさらに、前記基準マーク、および前記第２モニタリングマークの基準センサ上における位置を基準マーク、および第２モニタリングマークの基準センサ上における初期位置とそれぞれ比較することを含み、
ステップ３はさらに、前記基準マークのドリフト量、および前記第２モニタリング光束がずれたドリフト量を算出することを含み、
ステップ４はさらに、前記基準マークのドリフト量から前記第２モニタリングマークのドリフト量を引いて光路のドリフト量を得て、前記測定マークの変位量から前記第１モニタリングマークのドリフト量、および前記光路のドリフト量を同時に引いて、シリコンウエハの垂直方向位置のずれ量を得ることを含む。

【0024】

既存の技術と比較して、本発明の技術的解決手段は、測定光路により、シリコンウエハを測定した後、測定センサ内において測定マークを形成し、第１モニタリング光路により、前記測定センサ内において第１モニタリングマークを形成し、前記測定マークの変位量から前記第１モニタリングマークのドリフト量を引いて、シリコンウエハの垂直方向位置のずれ量とし、シリコンウエハの測定結果が、測定センサ自体のドリフトによる測定誤差を補償するようにし、測定センサ自体のドリフトをモニタリング、および補正し、測定精度および安定性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】既存の技術における前記フォーカスレベリング測定装置の構造概略図である。

【図2】本発明の実施例における前記フォーカスレベリング測定装置の構造概略図である。

【図3】本発明の実施例における前記測定スリットの構造概略図である。

【図4】本発明の実施例における前記第１モニタリングスリットの構造概略図である。

【図5】前記測定マーク、および第１モニタリングマークの前記測定センサ内における結像効果図である。

【図6】前記測定マーク、および第１モニタリングマークの前記測定センサ内におけるドリフトの概略図である。

【図7】前記基準マーク、および第２モニタリングマークの前記基準センサ内における結像効果図である。

【図8】前記基準マーク、および第２モニタリングマークの前記基準センサ内におけるドリフトの概略図である。

【図9】本発明の実施例における前記フォーカスレベリング測定装置の構造概略図である。

【図10】本発明の実施例における前記フォーカスレベリング測定方法のプロセス概略図である。

【0026】

図１において：
１、光源；２、照明レンズ群；３、スリット；４、投影レンズ群；５、シリコンウエハ；６、検知レンズ群；７、センサ；

【0027】

図２−４において：
１０１、測定照明光源；１０２、第１フィルタ；１０３、測定スリット；１０４、第１投影レンズ；１０５、投影絞り機構；１０６、第２投影レンズ；１０７、第１反射鏡；１０８、シリコンウエハ；１０９、ワークステージ；１１０、第２反射鏡；１１１、第１検知レンズ；１１２、第２検知レンズ；１１３、測定プリズム；１１４、測定中継レンズ群；１１５、測定センサ；１１６、第１モニタリングスリット；１１７、第３フィルタ；１１８、第１モニタリング光源；１１９、投影対物レンズ；

【0028】

図５−８において：
ｒ１〜ｒ２、第１モニタリングマーク番号；Ｒ１〜Ｒ２、第１モニタリングマークの初期位置；ｄ１〜ｄ３、測定マーク番号；Ｄ１、測定マークｄ２の初期位置；ｒ３〜ｒ４、第２モニタリングマーク番号；Ｒ３〜Ｒ４、第２モニタリングマークの初期位置；ｄ４〜ｄ６、基準マーク番号；Ｄ２、基準マークｄ５の初期位置；

【0029】

図９において：
２０１、測定照明光源；２０２、第１フィルタ；２０３、測定スリット；２０４、基準照明光源；２０５、第２フィルタ；２０６、基準スリット；２０７、投影プリズム；２０８、第１投影レンズ；２０９、投影絞り機構；２１０、第２投影レンズ；２１１、ビームスプリッタプリズム；２１２、シリコンウエハ；２１３、ワークステージ；２１４、ビームコンバイナプリズム；２１５、第１検知レンズ；２１６、第２検知レンズ；２１７、検知プリズム；２１８、測定プリズム；２１９、測定中継レンズ群；２２０、測定センサ；２２１、第１モニタリングスリット；２２２、第３フィルタ；２２３、第１モニタリング光源；２２４、基準プリズム；２２５、第２モニタリングスリット；２２６、第４フィルタ；２２７、第２モニタリング光源；２２８、基準中継レンズ群；２２９、基準センサ；２３０、投影対物レンズ；２３１、第３反射鏡。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下に図面を踏まえて本発明を詳細に説明する。

【実施例1】

【0031】

図２に示すように、本発明のフォーカスレベリング測定装置には測定光路、第１モニタリング光路、および測定センサ１１５が設けられ、前記測定光路は、光の伝播方向に沿って順次、測定照明ユニット１０１、測定スリット１０３、投影レンズ群、検知レンズ群、および測定プリズム１１３を有し、ここで、投影レンズ群、および検知レンズ群の位置は、投影レンズ群から出射された光束が被測定物（本実施例においてはシリコンウエハ１０８）を経由して反射された後に、検知レンズ群へ入射できるように設けられ、これにより、前記測定照明光源１０１により発光された測定光束が最終的に、前記測定センサ１１５へ入射し、前記測定センサ１１５内において被測定物情報を含む測定マークを形成する。

【0032】

前記第１モニタリング光路は、光の伝播方向に沿って順次、第１モニタリング光源１１８、第１モニタリングスリット１１６、および前記測定プリズム１１３を有し、前記第１モニタリン照明光源１１８により発光された第１モニタリング光束は最終的に、前記測定センサへ１１５入射し、前記測定センサ１１５内において第１モニタリングマークを形成する。前記シリコンウエハ１０８は、ワークステージ１０９に置かれ、投影対物レンズ１１９の下方に位置する。

【0033】

具体的には、前記測定光束は、前記測定照明光源１０１により発光され、第１フィルタ１０２により露光光源の波長域と異なる可視光波長域に変更され、前記測定スリット１０３により測定光スポットが形成され、その後、第１投影レンズ１０４、投影絞り機構１０５、および第２投影レンズ１０６を経由して出射され、前記投影絞り機構１０５は、前記第１投影レンズ１０４と第２投影レンズ１０６との間に設けられる。出射光は、第１反射レンズ１０７において反射を生じ、前記シリコンウエハ１０８の表面へ入射し、前記シリコンウエハ１０８において反射を生じた後、第２反射レンズ１１０により第１検知レンズ１１１へ反射され、第１検知レンズ１１１により平行光に調整され、第２検知レンズ１１２により集光され、前記測定プリズム１１３により透過された後、前記測定中継レンズ群１１４により前記測定センサ１１５へ入射する。

【0034】

図３に示すように、前記測定スリット１０３には３つの測定マークを形成するスリットが設けられ、前記測定光スポットにおいて３つの前記測定マークが形成されるようにする。

【0035】

さらに、前記第１モニタリング光束は、前記第１モニタリング光源１１８により発光され、第３フィルタ１１７により前記測定光路と同一波長域の可視光に変更され、前記第１モニタリングスリット１１６により第１モニタリング光スポットが形成され、前記測定プリズム１１３により反射された後、前記測定中継レンズ群１１４により前記測定センサ１１５へ入射する。

【0036】

図４に示すように、前記第１モニタリングスリット１１６には２つの第１モニタリングマークを形成するスリットが設けられ、前記第１モニタリング光スポットにおいて２つの前記第１モニタリングマークが形成されるようにする。

【0037】

図５は、前記測定マーク、および第１モニタリングマークの前記測定センサ１１５内における結像効果図である。ここで、横座標は、前記測定マーク、および第１モニタリングマークの前記測定センサ１１５内における位置であり、縦座標は、グレースケール値である。前記測定マークの数量は、３つであり、それぞれ番号は、ｄ１、ｄ２、ｄ３であり、前記第１モニタリングマークの数量は、２つであり、それぞれ番号は、ｒ１、ｒ２であり、前記測定マークｄ１、ｄ２、ｄ３は、前記モニタリングマークｒ１とｒ２との間に位置する。Ｄ１は、前記測定マークｄ２の開始位置を示し、Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ前記第１モニタリングマークｒ１とｒ２の開始位置である。

【0038】

正常な状況では、前記測定センサ１１５の位置は固定される、即ち、ドリフトが存在しないときには、前記第１モニタリングマークｒ１、ｒ２の前記測定センサ１１５内における位置は固定され、Ｒ１、Ｒ２の位置が変わらないよう保たれる。

【0039】

図６に示すように、前記測定センサ１１５がオペレーションの際に放熱などの要素の影響を受けてドリフトするときには、前記第１モニタリングマークｒ１、ｒ２の前記測定センサ１１５において生じるドリフトは、ΔＲであり、前記測定マークｄ２の前記測定センサ１１５内における変位量は、Ｌであり、実際に測定して得られるシリコンウエハ１０８の垂直方向位置のずれ量Ｄは、以下のとおりである。

【0040】

Ｄ＝Ｌ−ΔＲ。

【0041】

対応して、本発明は、フォーカスレベリング測定方法を提示するものであり、以下のステップを含む。

【0042】

ステップ１：
測定光束により、シリコンウエハ１０８を照明した後、測定センサ１１５内において測定マークを形成し、第１モニタリング光束により、前記測定センサ１１５内において第１モニタリングマークを形成し、
ここで、前記測定光束は、測定照明光源１０１により発光され、測定スリット１０３により測定光スポットが形成され、投影レンズ群により集光された後、前記シリコンウエハ１０８へ入射し、前記シリコンウエハ１０８において反射された後、検知レンズ群により平行光に調整され、測定プリズム１１３により透過された後、前記測定センサ１１５へ入射し、
さらに、前記第１モニタリング光束は、第１モニタリング光源１１８により発光され、第１モニタリングスリット１１６により第１モニタリング光スポットが形成され、前記測定プリズム１１３により反射された後、前記測定センサ１１５へ入射するステップ。

【0043】

ステップ２：
前記測定マーク、および前記第１モニタリングマークの測定センサ２２０上での位置を測定マーク、および第１モニタリングマークの測定センサ２２０上での初期位置とそれぞれ比較し、ここで、前記開始位置は、初期化状態下であり、即ち、測定センサ２２０にドリフトが発生していない状況で、記録された測定マーク、および第１モニタリングマークの測定センサ２２０上での位置であるステップ。

【0044】

ステップ３：
ステップ２の比較結果に基づいて、前記測定マークの変位量、および前記第１モニタリングマークのドリフト量を算出するステップ。

【0045】

ステップ４：
前記変位量から前記ドリフト量を引いて、シリコンウエハの垂直方向位置の補正量を得て、かつ測定されたシリコンウエハの垂直方向位置を補正し、これにより、補正後の正確なシリコンウエハの垂直方向位置を得るステップ。

【0046】

本発明は、前記測定マークの変位量から前記第１モニタリングマークのドリフト量を引いてシリコンウエハ１０８の垂直方向位置のずれ量とし、シリコンウエハ１０８の測定結果が、測定センサ１１５自体のドリフトによる測定誤差を補償するようにし、測定センサ１１５自体のドリフトをモニタリング、および補正し、測定精度および安定性を向上させるものである。

【実施例2】

【0047】

図９に示すように、本発明のフォーカスレベリング測定装置には、測定光路、第１モニタリング光路、および測定センサが設けられ、さらに、基準光路、第２モニタリング光路、基準センサが設けられる。

【0048】

前記測定光路は、光の伝播方向に沿って順次、測定照明光源２０１、測定スリット２０３、投影プリズム２０７、投影レンズ群、ビームスプリッタプリズム２１１、ビームコンバイナプリズム２１４、検知レンズ群、検知プリズム２１７、および測定プリズム２１８を有し、ここで、ビームスプリッタプリズム２１１、およびビームコンバイナプリズム２１４の位置は、ビームスプリッタプリズム２１１から出射された光束が被測定物（本実施例においてはシリコンウエハ２１２）を経由して反射された後に、ビームコンバイナプリズム２１４へ入射できるように設けられ、これにより、前記測定照明光源２０１により発光された測定光束が最終的に、前記測定センサ２２０へ入射し、前記測定センサ２２０内において測定マークを形成する。前記第１モニタリング光路は、光路伝播方向に沿って順次、第１モニタリング光源２２３、第１モニタリングスリット２２１、および前記測定プリズム２１８を有し、前記第１モニタリング光源２２３により発光された第１モニタリング光束は最終的に、前記測定センサ２２０へ入射し、前記測定センサ２２０内において第１モニタリングマークを形成する。前記シリコンウエハ２１２は、ワークステージ２１３に置かれる。

【0049】

前記基準光路は、光の伝播方向に沿って順次、基準照明光源２０４、基準スリット２０６、前記投影プリズム２０７、前記投影レンズ群、前記ビームスプリッタプリズム２１１、第３反射鏡２３１、前記ビームコンバイナプリズム２１４、前記検知レンズ群、前記検知プリズム２１７、および基準プリズム２２４を有し、前記基準照明光源２０４により発光された基準光束は最終的に、前記基準センサ２２９へ入射し、前記基準センサ２２９内において基準マークを形成する。前記第２モニタリング光路は、光の伝播方向に沿って順次、第２モニタリング光源２２７、第２モニタリングスリット２２５、および前記基準プリズム２２４を有し、前記第２モニタリング光源２２７により発光された第２モニタリング光束は最終的に、前記基準センサ２２９内へ入射して第２モニタリングマークを形成する。

【0050】

具体的には、前記測定光束は、前記測定照明光源２０１により発光され、第１フィルタ２０２により露光光源の波長域と異なる可視光波長域に変更され、前記測定スリット２０３により測定光スポットが形成され、前記投影プリズム２０７により透過された後、第１投影レンズ２０８、投影絞り機構２０９、および第２投影レンズ２１０を経由した後に出射され、出射光は、前記ビームスプリッタプリズム２１１上表面において反射を生じ、前記シリコンウエハ２１２の表面に入射し、前記シリコンウエハ２１２において反射を生じた後、前記ビームコンバイナプリズム２１４上表面により第１検知レンズ２１５へ反射され、第１検知レンズ２１５により平行光に調整され、第２検知レンズ２１６により集光され、前記検知プリズム２１７、および前記測定プリズム２１８により透過された後、前記測定中継レンズ群２１９により前記測定センサ２２０へ入射する。

【0051】

前記第１モニタリング光束は、前記第１モニタリング光源２２３により発光され、第３フィルタ２２２により前記測定光路と同一波長域の可視光に変更され、前記第１モニタリングスリット２２１により第１モニタリング光スポットが形成され、前記測定プリズム２１８により反射された後、前記測定中継レンズ群２１９により前記測定センサ２２０へ入射する。

【0052】

前記基準光束は、前記基準照明光源２０４により発光され、第２フィルタ２０５により前記測定照明光源２０１の波長域と異なる赤外光波長域に変更され、前記基準スリット２０６により基準光スポットが形成され、前記投影プリズム２０７により反射された後、第１投影レンズ２０８、投影絞り機構２０９、および第２投影レンズ２１０を経由して出射され、出射光は、前記ビームスプリッタプリズム２１１下表面において反射を生じ、投影対物レンズ２３０下に設けられた第３反射鏡２３１において反射を生じた後、前記ビームコンバイナプリズム２１４下表面により第１検知レンズ２１５へ反射され、第１検知レンズ２１５により平行光に調整され、第２検知レンズ２１６により集光され、前記検知プリズム２１７により反射され、および前記基準プリズム２２４により透過された後、前記基準中継レンズ群２２８により前記基準センサ２２９へ入射する。

【0053】

前記第２モニタリング光束は、前記第２モニタリング光源２２７により発光され、第４フィルタ２２６により前記基準光路と同一波長域の赤外光に変更され、前記第２モニタリングスリット２２５により第２モニタリング光スポットが形成され、前記基準プリズム２２４により反射された後、前記基準中継レンズ群２２８により前記基準センサ２２９へ入射する。

【0054】

本実施例において、可視光と赤外光をそれぞれ測定光と基準光とすることを例として説明したが、当業者は、その他の波長域の光を採用しても実現できることを理解すべきであり、これにより制限されないものとする。

【0055】

図３に示すように、前記測定スリット２０３には３つの測定マークを形成するスリットが設けられ、前記測定光スポットにおいて３つの前記測定マークが形成されるようにする。同様に、前記基準スリット２０６には３つの基準マークを形成するスリットが形成され、前記基準光スポットにおいて３つの前記基準マーが形成されるようにする。

【0056】

図４に示すように、前記第１モニタリングスリット２２１には２つの第１モニタリングマークを形成するスリットが設けられ、前記第１モニタリング光スポットにおいて２つの前記第１モニタリングマークが形成されるようにする。同様に、前記第２モニタリングスリット２２５には２つの第２モニタリングマークを形成するスリットが形成され、前記第２モニタリング光スポットにおいて２つの前記第２モニタリングマークが形成されるようにする。

【0057】

図５は、前記測定マーク、および第１モニタリングマークの前記測定センサ２２０内における結像効果図である。ここで、横座標は、前記測定マーク、および第１モニタリングマークの前記測定センサ２２０内における位置であり、縦座標は、グレースケール値である。前記測定マークの数量は、３つであり、それぞれ番号は、ｄ１、ｄ２、ｄ３であり、前記第１モニタリングマークの数量は、２つであり、それぞれ番号は、ｒ１、ｒ２であり、前記測定マークｄ１、ｄ２、ｄ３は、前記モニタリングマークｒ１とｒ２との間に位置する。Ｄ１は、前記測定マークｄ２の開始位置を示し、Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ前記第１モニタリングマークｒ１とｒ２の開始位置である。

【0058】

図７は、前記基準マーク、および第２モニタリングマークの前記基準センサ２２９内における結像効果図である。ここで、横座標は、前記基準マーク、および第２モニタリングマークの前記基準センサ２２９内における位置であり、縦座標は、グレースケール値である。前記基準マークの数量は、３つであり、それぞれ番号は、ｄ４、ｄ５、ｄ６であり、前記第２モニタリングマークの数量は、２つであり、それぞれ番号は、ｒ３、ｒ４であり、前記基準マークｄ４、ｄ５、ｄ６は、前記第２モニタリングマークｒ３とｒ４との間に位置する。Ｄ２は、前記基準マークｄ５の開始位置を示し、Ｒ３、Ｒ４は、それぞれ前記第２モニタリングマークｒ３とｒ４の開始位置である。

【0059】

正常な状況では、前記基準センサ２２９の位置は固定される、即ちドリフトが存在しないときには、前記第２モニタリングマークｒ３、ｒ４の前記基準センサ２２９内における位置は固定され、Ｒ３、Ｒ４の位置が変わらないよう保たれる。図８に示すように、前記基準センサ２２９がオペレーションの際に放熱などの要素の影響を受けてドリフトするとき、前記第２モニタリングマークｒ３、ｒ４の前記基準センサ２２９において生じるドリフトは、△ＲＲであり、光路全体が温度および圧力などの環境要素の影響を受けるとき、前記基準マークｄ５の前記基準センサ２２９内におけるドリフト量は、ΔＲＬであり、光路のドリフト量ΔＬは、以下のとおりである。

【0060】

ΔＬ＝ΔＲＬ−ΔＲＲ。

【0061】

正常な状況では、前記測定センサ２２０の位置は固定される、即ちドリフトが存在しないときには、前記第１モニタリングマークｒ１、ｒ２の前記測定センサ２２０内における位置は固定され、Ｒ１、Ｒ２の位置が変わらないよう保たれる。図６に示すように、前記測定センサ２２０がオペレーションの際に放熱などの要素の影響を受けてドリフトするとき、前記第１モニタリングマークｒ１、ｒ２の前記測定センサ２２０において生じるドリフトはΔＲであり、前記測定マークｄ２の前記測定センサ２２０内における変位量は、Ｌであり、実際に測定して得られるシリコンウエハ２１２の垂直方向位置のずれ量Ｄは、以下のとおりである。

【0062】

Ｄ＝Ｌ−ΔＲ−ΔＬ

【0063】

＝Ｌ−ΔＲ−ΔＲＬ＋ΔＲＲ。

【0064】

対応して、図１０に示すように、本発明はフォーカスレベリング測定方法を提供するものであり、以下のステップを含む。

【0065】

ステップ１：
測定光束により、シリコンウエハ２１２を照明した後、測定センサ２２０内において測定マークを形成し、第１モニタリング光束により、前記測定センサ２２０内において第１モニタリングマークを形成し、基準光束が設定され、前記基準光束は、前記測定光束と同一方向に伝播するが、前記シリコンウエハ２１２の表面を経由せず、基準センサ２２９内へ投射され基準マークを形成し、第２モニタリング光束が設けられ、前記第２モニタリング光束は、前記基準センサ２２９内において第２モニタリングマークを形成し、
ここで、前記測定光束は、測定照明光源２０１により発光され、測定スリット２０３により測定光スポットが形成され、投影プリズム２０７により透過された後、投影レンズ群へ入射し、前記投影レンズ群により集光された後、ビームスプリッタプリズム２１１、前記シリコンウエハ２１２、およびビームコンバイナプリズム２１４により反射され、検知レンズ群により平行光に調整され、検知プリズム２１７、および測定プリズム２１８により透過された後、前記測定センサ２２０へ入射し、前記第１モニタリング光束は、第１モニタリング光源２２３により発光され、第１モニタリングスリット２２１により第１モニタリング光スポットが形成され、前記測定プリズム２１８により反射された後、前記測定センサ２２０へ入射し、
前記基準光束は、基準照明光源２０４により発光され、基準スリット２０６により基準光スポットが形成され、前記投影プリズム２０７により反射された後、前記投影レンズ群へ入射し、前記投影レンズ群により集光された後、前記ビームスプリッタプリズム２１１、第３反射鏡２３１、および前記ビームコンバイナプリズム２１４により反射され、前記検知レンズ群により平行光に調整され、前記検知プリズム２１７により反射され、基準プリズム２２４により透過された後、前記基準センサ２２９へ入射し、前記第２モニタリング光束は、第２モニタリン光源２２７により発光され、第２モニタリングスリット２２５により第２モニタリング光スポットが形成され、前記基準プリズム２２４により反射された後、前記基準センサ２２９へ入射するステップ。

【0066】

ステップ２：
前記基準マーク、および前記第２モニタリングマークの基準センサ２２９上での位置を基準マーク、および第２モニタリングマークの基準センサ２２９上での初期位置とそれぞれ比較し、ここで、前記開始位置は、初期化状態下であり、即ち、基準センサ２２９にずれが発生せず、および光路にドリフトが発生していない状況で、記録された基準マーク、および第２モニタリングマークの基準センサ２２９上での位置であり、前記測定マーク、および前記第１モニタリングマークの測定センサ２２０上での位置を測定マーク、および第１モニタリングマークの測定センサ２２０上での初期位置とそれぞれ比較し、ここで、前記初期位置は、初期化状態下であり、即ち、測定センサ２２０にドリフトが発生せず、および光路にドリフトが発生していない状況で、記録された測定マーク、および第１モニタリングマークの測定センサ２２０での位置であるステップ。

【0067】

ステップ３：
ステップ２の比較結果に基づいて、前記基準マークのドリフト量、および前記第２モニタリングマークがずれたドリフト量を算出し、前記測定マークの変位量、および前記第１モニタリング光束がずれたドリフト量を算出するステップ。

【0068】

ステップ４：
前記基準マークのドリフト量から前記第２モニタリングマークのドリフト量を引いて、光路のドリフト量を得て、前記測定マークの変位量から前記第１モニタリングマークのドリフト量、および前記光路のドリフト量を同時に引いて、シリコンウエハ２１２の垂直方向位置のずれ量を得るステップ。

【0069】

本発明は、前記測定マークの変位量から前記第１モニタリングマークのドリフト量、および光路のドリフト量を引いて、シリコンウエハ２１２の垂直方向位置のずれ量とするものである。シリコンウエハ２１２の測定結果が、測定センサ２２０自体のドリフト、および空気温度や圧力など光路における環境要素による測定誤差を補償するようにし、測定センサ２２０自体のドリフト、および光路全体のドリフトをモニタリング、および補正し、測定精度および安定性を向上させることができる。同時に、測定光路、および基準光路の光源の波長域が異なり、２つの光路がレンズバレルにおいてクロストークを生じることを回避できる。ビームスプリッタプリズム２１１により、測定光路、および基準光路をそれぞれシリコンウエハ２１２上表面、および投影対物レンズ２３０下表面へ反射し、ビームコンバイナスプリッタ２１４により前記測定光路、および基準光路を受光し、その他設備を追加せず、２つの光路が同一経路で伝播される前提下で、基準光路がシリコンウエハ２１２を経由しないようにすることで、光路全体のドリフトが測定結果から分離され、シリコンウエハ２１２の位置測定に対する補償が行いやすく、設備も簡素化できる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】