JP2004289119A - 迷放射を決定する方法、リソグラフィ投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】開口数ＮＡを有するリソグラフィ投影装置の投影システムの迷放射条件を決定する方法を提供すること。
【解決手段】本方法は、投影システムの像面と一致する検出器開口を検出器に設けるステップと、投影ビーム強度に従って基準パラメータの測定を行うステップと、投影システムで形成された孤立特徴の像の迷放射パラメータの測定を行うステップと、測定された迷放射パラメータおよび基準パラメータに基づいて投影システムの迷放射条件を表す係数を計算するステップとを備え、最初に、前記特徴の形を前記投影システムの倍率だけ縮小し、続いて、縮小された形の縁を構成する各線要素を、その線要素に対して垂直な方向に少なくともλ／ＮＡの距離を超えて各線要素自体に平行に移動させることによって、さらに、検出器開口が孤立特徴の像の内側に位置付けされる位置付けステップを含むことによって、前記検出器開口の範囲が、画定された観念上の形の範囲内にすっぽり入る。
【選択図】図１

Description

本発明は、開口数ＮＡの投影システムを備えるリソグラフィ投影装置を使用して、迷放射条件を決定する方法に関し、本方法は、
−波長λの放射を含む放射の投影ビームを供給するステップと、
−特徴を含むパターンに従って投影ビームをパターン形成するステップと、
−パターン形成されたビームを像面に投影して、前記特徴の像を作るステップとを備える。

また、本発明は、上述の方法に従って動作可能なリソグラフィ投影装置にも関する。

本リソグラフィ投影装置は、
−放射の前記投影ビームを供給する放射システムと、
−所望のパターンに従って投影ビームをパターン形成するように使用されるパターン形成手段を支持するための支持構造と、
−基板を保持するための基板テーブルと、
−パターン形成されたビームを倍率Ｍで基板の目標部分に投影するための投影システムとを備える。

ここで使用されるような「パターン形成手段」という用語は、基板の目標部分に作成すべきパターンに対応して、パターン形成された断面を入射放射ビームに与えるために使用することができる手段のことを意味するものとして、広く解釈すべきである。また、用語「光弁」は、この環境でも使用することができる。一般に、前記のパターンは、集積回路または他のデバイス（以下を参照されたい）のような、目標部分に作られるデバイスの特定の機能層に対応する。そのようなパターン形成手段の例は、次のものを含む。すなわち、
−マスク。マスクの概念は、リソグラフィではよく知られており、様々な混成マスクの種類はもちろんのこと、２進位相シフト、交番位相シフトおよび減衰位相シフトのようなマスクの種類を含む。そのようなマスクを放射ビーム内に配置することで、マスクのパターン応じて、マスクに当たる放射の選択的な透過（透過マスクの場合）または反射（反射マスクの場合）が起こる。マスクの場合、支持構造は一般にマスク・テーブルであり、このマスク・テーブルによって、マスクを入射放射ビーム内の所望の位置に確実に保持することができるようになり、さらに、望むならば、マスクをビームに対して移動させることができるようになる。
−プログラム可能ミラー・アレイ。そのようなデバイスの一例は、粘弾性制御層および反射表面を有するマトリック・アドレス指定可能表面である。そのような装置の基本原理は、（たとえば）反射表面のアドレス指定された領域は入射光を回折光として反射するが、アドレス指定されない領域は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して、前記の非回折光を反射ビームからフィルタ除去して、後に回折光だけを残すことができる。このようにして、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、ビームはパターン形成されるようになる。プログラム可能ミラー・アレイの他の実施例では、小さなミラーのマトリックス配列が使用される。この小さなミラーの各々は、適切な局部電界を加えることで、または圧電作動手段を使用することで、軸のまわりに個々に傾斜させることができる。再び、アドレス指定されたミラーが、アドレス指定されないミラーに対して異なる方向に入射放射ビームを反射するように、ミラーをマトリックス・アドレス指定することができる。このようにして、反射ビームは、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応じてパターン形成される。必要なマトリックス・アドレス指定は、適切な電子的手段を使用して行うことができる。上記の両方の状況で、パターン形成手段は１つまたは複数のプログラム可能ミラー・アレイを含むことができる。そのようなミラー・アレイについて、たとえば、米国特許第５，２９６，８９１号および米国特許第５，５２３，１９３号、およびＰＣＴ特許出願ＷＯ９８／３８５９７およびＷＯ９８／３３０９６からより多くの情報を収集することができる。これらの特許および特許出願は、参照して本明細書に組み込む。プログラム可能ミラー・アレイの場合、前記の支持構造は、たとえば、フレームまたはテーブルとして具体化することができ、それらは、必要に応じて、固定するか、可動にすることができる。
−プログラム可能ＬＣＤアレイ。そのような構造の実施例は、米国特許第５，２２９，８７２号に与えられている。この特許は、参照して本明細書に組み込む。上記のように、この場合の支持構造は、たとえば、フレームまたはテーブルとして具体化することができ、それらは、必要に応じて、固定するか、可動にすることができる。

簡単にするために、本明細書の残りは、ある場所で、特にマスクおよびマスク・テーブルを含む実施例に充てられる。しかし、そのような例で述べる一般的な原理は、上で述べたようなパターン形成手段のより広い背景の中で理解すべきである。

リソグラフィ投影装置は、たとえば、集積回路（ＩＣ）の製造で使用することができる。そのような場合、パターン形成手段で、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成することができる。このパターンの像は、放射敏感材料（レジスト）の層で覆われた基板（シリコン・ウェーハ）上の目標部分（たとえば、１つまたは複数のダイを含む）に形成することができる。一般に、単一ウェーハは全体として網の目のような隣接する目標部分を含み、この隣接する目標部分が、投影システムにより、一度に１つずつ、連続的に放射を照射される。マスク・テーブル上のマスクを用いたパターン形成を使用する現在の装置は、２つの異なる種類の機械に区別することができる。一方の種類のリソグラフィ投影装置では、全マスク・パターンを一括して目標部分に露光することで、各目標部分が放射を照射される。そのような装置は、通常、ウェーハ・ステッパまたはステップアンドリピート式装置と呼ばれる。走査ステップ式装置と通常呼ばれる他方の装置では、投影ビームの当たるマスク・パターンを特定の基準方向（「走査」方向）に漸進的に走査し、同時に、同期して、この方向に対して平行または逆平行に基板テーブルを走査することで、各目標部分が放射を照射される。一般に、投影システムは、拡大率Ｍ（一般に、Ｍ＜１、代表的には、たとえば−０．２５）を持つので、基板テーブルが走査される速度Ｖは、マスク・テーブルが走査される速度の係数Ｍ倍となる。ここで説明したようなリソグラフィ装置に関して、たとえば、米国特許第６，０４６，７９２号から、もっと多くの情報を収集することができる。この特許は、参照して本明細書に組み込む。

リソグラフィ投影装置を使用する製造プロセスでは、放射敏感材料（レジスト）の層で少なくとも部分的に覆われた基板に、パターン（たとえば、マスク内の）の像が形成される。この像形成ステップの前に、基板は、下塗り、レジスト被覆、およびソフト・ベークのような様々な手順を経るかもしれない。露光後に、基板は、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハード・ベーク、および形成された像の特徴の測定／検査のような他の手順を受けるかもしれない。この手順の配列は、デバイスたとえばＩＣの個々の層をパターン形成する基礎として使用される。次に、そのようなパターン形成層は、エッチング、イオン打込み（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ような、全て個々の層を仕上げるために意図された、様々なプロセスを経る可能性がある。いくつかの層が必要な場合には、この全手順またはその変形を、新しい層ごとに繰り返さなければならない。極めて重要なことは、様々な積み重ねられた層のオーバーレイ（並列）ができるだけ正確であることを保証することである。このために、ウェーハ上の１つまたは複数の位置に小さな基準マークが形成されて、ウェーハ上の座標系の原点を画定する。既存の層の上に新しい層を並置しなければならないとき、その度ごとに、基板ホルダ位置決め手段（以下で、「位置合せシステム」と呼ぶ）と組み合わせて光学および電子手段を使用して、このマークを新しく配置して、位置合せ基準として使用することができる。最終的に、デバイスの配列が基板（ウェーハ）上に存在するようになる。次に、ダイシングまたは鋸引きのような方法で、これらのデバイスを互いに分離し、それから、個々のデバイスをピンなどに接続されたキャリアに取り付けることができる。そのようなプロセスに関するより多くの情報は、たとえば、「Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（マイクロチップの製造：半導体処理への実用的入門書）」、Ｔｈｉｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ、ｂｙ Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ、ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．、１９９７、ＩＳＢＮ０−０７−０６７２５０−４の本から得ることができる。この本を参照して本明細書に組み込む。

簡単にするために、投影システムを以下で「レンズ」と呼ぶことがある。しかし、この用語は、たとえば、屈折光学システム、反射光学システム、およびカタディオプトリック・システムなどの様々な種類の投影システムを包含するものとして広く解釈すべきである。また、放射システムは、放射の投影ビームを方向付け、整形し、または制御するためにこれらの設計方式のどれかに従って動作する部品を含むことができる。さらに、そのような部品もまた、以下で一括してまたは単独で、「レンズ」と呼ぶことができる。一般に、投影システムは、投影システムの開口数（以下で、「ＮＡ」と呼ぶ）を設定する手段を備える。たとえば、開口調整可能なＮＡダイヤフラムが、投影システムのひとみに設けられる。

さらに、リソグラフィ装置は、２以上の基板テーブル（および／または２以上のマスク・テーブル）を有する種類のものであるかもしれない。そのような「マルチ・ステージ」の装置では、追加のテーブルは、並列に使用することができ、または、他の１つまたは複数のテーブルを露光に使用しながら、１つまたは複数のテーブルで準備ステップを行うことができる。デュアル・ステージ・リソグラフィ装置は、たとえば、米国特許第５，９６９，４４１号およびＷＯ９８／４０７９１に記載されている。これらの両方を参照して、本明細書に組み込む。

ますます小さな半導体デバイスを製造する必要があり、したがって、より小さな限界寸法（以下で、「ＣＤ」と呼ぶ）の特徴を投影することができる投影システムを提供することが、それに対応して、必要である。このように、このリソグラフィ装置は、十分な「プロセス許容範囲」（すなわち、十分な焦点深度、および照射目標部の露光量の残留エラーに対する十分な鈍感性）を維持しながら、分解能限界に向かって推し進められている。したがって、装置の分解能およびプロセス許容範囲に影響を及ぼす要素を最小限にすることが必要であり、結果として、これらの要素を監視する正確な監視手段を提供することが必要である。

たとえば、投影システムの残留収差、焦点および露光量の誤差、および迷放射の発生のような多くの異なる要素が、ある特定のリソグラフィ投影装置の最小ＣＤおよびプロセス許容範囲に影響を及ぼすことがある。特に、投影システムで投影されるパターンの像に存在する迷放射が多いほど、得られる分解能は小さくなり、また、プロセス許容範囲は狭くなる。迷放射は、たとえば、投影システムの光学要素の表面にある汚染粒子および／または欠陥での投影ビーム放射の散乱によって生じるかもしれない。また、反射防止膜を備えた光学要素で、反射防止膜に使用された材料の劣化によって迷放射が生じるかもしれない。材料の劣化は、放射で引き起こされる効果であり、汚染粒子および／または欠陥の数と同様に、劣化は時間に応じて増加するかもしれない。上で使用されるような「迷放射条件」という表現の語「条件」は、投影システムにおいて効果を引き起こす迷放射の存在の瞬間的な状態を意味する。迷放射条件は、一般に時間に依存した量である。迷放射の量が増すとき、迷放射条件は悪くなる。

投影システムの迷放射条件をより正確に評価するために、迷放射の「範囲」を特定することが有用である。物体面中の、投影ビームの放射で照射される点を、投影ビームの光線は通過する。その後、この光線は、投影システムを通って進み、その光線の部分集合が散乱によってわきにそれる。この部分集合の光線は、前記点の幾何学的な像を含む領域の物体面に対して共役な面（以下で、「像面」と呼ぶ）と、その幾何学的な像点から対応する部分集合の距離で交差する。前記距離は、距離の範囲に配列することができ、この範囲が迷放射の「範囲」を構成する。一般に、放射システムで供給される放射の投影ビームは、物体面の前記点を通る光線が投影装置の光軸に対して対称に分布するようなものである。しかし、このような状況にもかかわらず、像面における迷放射の空間強度分布は、幾何学的な像点に対して対称でないかもしれない。したがって、迷放射の範囲は、原点が幾何学的な像点と一致している像面内の直角座標系のＸおよびＹ座標の非対称関数であるかもしれない。これは投影システムにおける欠陥のあるクラスを示すことがある。

異なる範囲の迷放射に対する対策は、ＣＤの低下を推定するために、したがって、リソグラフィ投影装置の分解能性能に対する影響を推定するために、シミュレータで使用することができる。分解能性能は、許容誤差からはずれるようになることがあるので、異なる範囲で迷放射を正確に監視するという問題があり、その結果、レンズ表面の掃除のような予防手段を遅れずに行うことができる。さらに、リソグラフィ投影装置は一般に分解能性能を測定する手段を備えるが、異なる範囲の迷放射の存在を本来の位置で十分に速く評価し、さらに、迷放射を減らすために適切な対策を講じる必要性を評価することは、そのような測定からはできない。

本発明の目的は、上記の問題を少なくとも部分的に軽減することである。

したがって、本発明は、冒頭のパラグラフで指定されるような迷放射条件を決定する方法を提供し、この方法は、
−検出器開口を有する検出器を、投影ビームが通過する経路中に配置するステップと、
−検出器開口を、像面と実質的に一致する位置に位置付けし、それによって、少なくともλ／ＮＡの距離を越えた前記検出器開口の観念上の拡張によって得られる拡張された領域が前記特徴の像によって覆われるステップと、
−検出された放射強度を測定するステップと、
−測定された放射強度に基づいて、投影システムの迷放射条件を表す係数を計算するステップと、をさらに備えることを特徴とする。

本発明は、たとえば汚染粒子による放射の散乱が無い状態で、物体面内の点を通過し続いて投影システムを通過する投影ビームの複数の光線は、前記点の幾何学的な像を含む領域の像面と、その幾何学的な像点から対応する複数の距離で交わり、この場合、投影システム内の回折および残留収差の存在によって、上記の距離は一般にゼロから約λ／ＮＡμｍ（波長λはμｍの単位で与えられる）の距離の範囲にあるという洞察に基づいている。幾何学的な像点からλ／ＮＡより大きな距離で像面を通過する放射は、一般に主に散乱による。その結果、不透明な特徴を囲繞する透過領域を特徴としているパターンすなわちテスト・パターンの像は、投影ビームの放射で露光された領域から成り、この領域は、不透明な特徴の形と同じ形で、係数Ｍで縮小された、実質的に露光されない領域を含む。露光された領域の縁からλ／ＮＡより大きく離れた距離にある実質的に露光されない領域を通る放射は、主に迷放射である。したがって、最初に前記特徴の形を係数Ｍで縮小し、続いて縮小された形の縁を構成する各線要素をその線要素に対して垂直な方向に少なくともλ／ＮＡの距離を越えてその線要素自体に平行に移動させることによって画定される、実質的に露光されない領域で構成され観念上の形を有する領域は、主に迷放射が通過する。したがって、その範囲が前記の観念上の形に内側にぴったり入る、すなわち前記の観念上の形に一致する検出器開口を有する検出器を使用して、検出器開口をその特徴の像の内側に位置付けし迷放射を測定することで、迷放射を測定することができる。これによって、投影システムの迷放射条件を、速く本来の位置で実時間で評価することができるようになる。検出器開口は、たとえば、検出器の放射敏感表面の縁、または、この表面の上に配置され、かつ放射にさらされる検出器表面の範囲を制限するダイアフラム、または同様に、検出器表面の近傍に配置された実質的な放射阻止仕切りの部分的にまたは実質的な透過部分または領域であることができる。検出器開口の範囲が前記観念上の形の内側にぴったり入る、すなわち前記観念上の形に一致する状況は、少なくともλ／ＮＡの距離を越えた前記検出器開口の観念上の拡張で得られる検出器開口の拡張された領域が前記特徴の像で覆われる、すなわち前記特徴の像に一致するように、透過領域を形作ることで、すなわち、検出器開口をあけることで実現することができ、または、その逆に、特徴の像が、前記の拡張された領域を覆うように、すなわち前記の拡張された領域に一致するような形に作られるときに、実現することができる。

検出された迷放射強度に応答して検出器で与えられる信号は、孤立領域の像の迷放射パラメータであり、その値は、迷放射を表しさらに投影システムの迷放射条件を表す係数として使用することができる。好ましくは、投影システムの迷放射条件を表す係数は、パターンの無い状態での像面の放射強度を表す以下で基準信号と呼ぶ信号で、測定された迷放射強度を規格化して得ることができる。この信号は、たとえば、テスト・パターンの存在による影響を回避するように、テスト・パターンの像から十分遠くの選ばれた像面内の露光領域での放射強度の検出に応答して、検出器で得ることができる。

好ましくは、前記の特徴は孤立領域として具体化され、前記の孤立領域は、前記の孤立領域を含むパターンの領域と対称をなす。ここで、動詞「対称をなす」は、投影ビームの放射にパターン形成の効果を及ぼすことを意味する。たとえば、孤立領域を対称させることは、実質的に透明なレチクルの表面の不透明な領域すなわち反射クロム領域として、または、レチクル表面を覆う放射阻止被膜すなわち反射クロム被膜中の実質的な透過領域として、具体化することができる。また、減衰位相シフト・マスクと類似して、孤立領域の透過率および／または位相シフト特性は、たとえば、前記孤立領域を含む領域の透過率および／または位相シフト特性と異なるかもしれない。孤立したテスト特徴を使用することの利点は、迷放射の測定が、像面内の迷放射の空間強度分布が幾何学的な像点に対しておそらく非対称であることに対して、あまり敏感でないことである。

さらに他の実施例では、少なくともλ／ＮＡの距離を越えた検出器開口の観念上の拡張で得られる拡張された領域の形は、投影システムによって倍率Ｍで投影され像形成されるような特徴すなわち孤立領域の像に一致し、前記位置付けステップは、さらに、検出器開口を孤立領域と角度的に位置合せする位置合せステップを備える。その結果、制御は、検出器開口の縁と、露光された領域から実質的に露光されない領域への遷移を示す縁との間の平均距離にわたって行われる。これによって、今度は、測定される低迷放射の範囲で制御が行われる。本明細書では、１つの領域を他の領域に対して倍率変更だけし、および／または横方向に移動して、２つの形を重ねることできるとき、等しい形の２つの領域は、「角度的に位置合わせされた」という。

好ましい実施例では、前記の位置合せステップは、さらに、検出器開口を孤立領域の像に対して横方向で中心に位置付けするための中心位置付けステップを含む。その結果、検出器開口の縁と露光された領域から実質的に露光されていない領域への遷移を示す縁との間の平均距離は、実質的に一定になる。この例では、検出された迷放射の範囲は、この平均距離によって下端部に制限され、さらに、この平均距離は実質的に一定なので、検出された迷放射の範囲が適切に画定される。この方法のもう１つの利点は、極端な近距離の迷放射、すなわち、λ／ＮＡをやっと超える範囲の迷放射を測定することができることである。

一方、上述の状況のどれでも、孤立領域は透過性であり、不透明領域の内部に構成されていてもよい。そのとき、同様にして、検出される迷放射の範囲は、下端部でゼロであり、上端部では、たとえば前記の平均距離によって制限される。

本発明の実施例では、前記のテスト・パターンは、複数の孤立領域を含んで、対応する複数の迷放射パラメータを測定する。ここで、利点は、たとえば、（マスクの異なる横方向位置に孤立領域を設けることで）投影システムのフィールドにおける異なる範囲の迷放射および／または異なる点の迷放射に関して、投影システムの迷放射条件のより詳細な解析を得ることができることである。前記のより詳細な解析は、本来の位置で装置の使用中に迷放射を時々チェックすることができるように十分に速く行うことができる。

本発明のさらに他の実施例では、開口数ＮＡの投影システムを備えるリソグラフィ投影装置を使用して迷放射条件を決定する方法が提供され、この方法は、
−波長λを有する放射を含む放射の投影ビームを供給するステップと、
−複数の特徴を含むパターンに従って投影ビームをパターン形成するステップと、
−前記パターン形成されたビームを像面に投影して、前記複数の特徴の像を作るステップとを備え、さらに、
−投影ビームが通過する経路に検出器を配置するステップであって、前記検出器が、前記複数の特徴と対応した複数の透過領域を含む検出器開口を有するものであるステップと、
−検出器開口を、像面と実質的に一致している位置に位置付けし、前記複数の特徴の像が、少なくともλ／ＮＡの距離を越えた前記複数の透過領域の観念上の拡張によって得られる検出器開口の対応する複数のより拡張された領域を覆うステップと、
−検出された放射強度を測定するステップと、
−測定された放射強度およびパターンの無い状態の像面の放射強度を表す基準信号に基づいて、投影システムの迷放射条件を表す係数を計算するステップとを備えることを特徴とする方法。

複数の特徴は、好ましくは、たとえば、格子の不透明な線、またはチェックボード型配列の孤立領域の正方形の不透明領域のような同一特徴の１次元または２次元配列または組を備える。そのような実施例の利点は、測定の感度を高めることができること、すなわち、（たとえば、位置合せ測定または収差測定のために設けられた）既存の検出器を使用することができることである。好ましくは、測定された迷放射強度（上述のような）を、パターンの無い状態の像面の放射強度を表す基準信号で規格化することで、投影システムの迷放射条件を表す係数を得ることができる。

本発明はまたリソグラフィ投影装置を提供し、この装置は、
−波長λの放射を含む放射の投影ビームを供給する放射システムと、
−所望のパターンに従って投影ビームをパターン形成するように使用されるパターン形成手段を支持するための支持構造と、
−基板を保持するための基板テーブルと、
−パターン形成されたビームを基板の目標部分に投影して、パターンの像を作るための、開口数ＮＡの投影システムとを備え、さらに、
−前記パターンの１つまたは複数の特徴の像と対応した１つまたは複数の透過領域を含む検出器開口を備える検出器であって、前記１つまたは複数の特徴の像が、少なくともλ／ＮＡの距離を越えた前記１つまたは複数の透過領域の観念上の拡張で得られる検出器開口の１つまたは複数の拡張された領域と実質的に一致するものである検出器と、
−迷放射を表すパラメータを格納するためのメモリ手段、および投影システムの迷放射条件を計算するためのプロセッサ手段とを備えることを特徴とする。

本発明のさらに他の態様に従って、目標部に入射する迷放射の実時間検出を行うために具体化された検出器開口を有する前記の検出器は、基板テーブルに設けられる。利点は、位置合せシステムの位置付け手段は、上述の方法に従って検出器を位置合せし位置付けするように使用することができ、その結果、この目的のための別個の位置付け手段を設ける必要がないことである。さらに他の利点は、（上記で説明したように後のＩＣ層を位置合せするために必要な）位置合せシステムの位置付け手段の固有の精度は、測定すべき迷放射の範囲の下限（この下限は、ほぼλ／ＮＡμｍである）を正確に制御するために利用することができる。

この本明細書において、ＩＣの製造における本発明による装置の使用に特に言及するが、そのような装置には多くの他の可能な用途があることは明確に理解すべきである。たとえば、本発明による装置は、集積光システム、磁気ドメイン・メモリ用の案内および検出パターン、液晶ディスプレイ・パネル、薄膜磁気ヘッド、その他の製造で使用することができる。当業者は理解するであろうが、そのような他の用途の背景では、この本明細書の「レチクル」、「ウェーハ」、または「ダイ」という用語の使用は、それぞれ、より一般的な用語である「マスク」、「基板」、および「目標部分」に置き換えるものとして考えるべきである。

本明細書では、「放射」および「ビーム」という用語は、紫外（ＵＶ）放射（たとえば、波長が３６５、２４８、１９３、１５７、または１２６ｎｍである）および極端紫外（ＥＵＶ）放射（たとえば、波長が５〜２０ｎｍの範囲にある）を含んだ、全ての種類の電磁放射を包含するように使用される。

ここで、本発明の実施例は、ただ単に例として、添付の模式的な図面を参照して説明する。この図面で、対応する参照符号は、対応する部分を示す。

「実施例１」
図１は、本発明の特定の実施例に従ったリソグラフィ投影装置を模式図化して示す。本装置は、
−この特別な場合には放射源ＬＡも備える、放射（たとえば、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、または１５７ｎｍの波長で動作するエキシマ・レーザ、または１３．６ｎｍで動作するレーザ起動プラズマ源で生成されるようなＵＶ放射）の投影ビームＰＢを供給するための放射システムＥｘ、ＩＬと、
−マスクＭＡ（たとえば、レチクル）を保持するためのマスク・ホルダを備え、さらに要素ＰＬに対してマスクを正確に位置付けするための第１の位置付け手段ＰＭに接続された第１の物体テーブル（マスク・テーブル）ＭＴと、
−基板Ｗ（たとえば、レジスト被覆シリコン・ウェーハ）を保持するための基板ホルダを備え、さらに要素ＰＬに対して基板を正確に位置付けするための第２の位置付け手段ＰＷに接続された第２の物体テーブル（基板テーブル）ＷＴと、
−マスクＭＡの照射部分の像を基板Ｗの目標部分Ｃ（たとえば、１つまたは複数のダイを含む）に形成するための投影システム（「レンズ」）ＰＬ（たとえば、石英および／またはＣａＦ₂レンズ・システム、または、そのような材料で作られたレンズ要素を備えるカタディオプトリック・システム、またはミラー群）とを備える。

ここに示すように、この装置は透過型（すなわち、透過マスクを有する）である。しかし、一般には、たとえば、反射型（反射マスクを有する）であるかもしれない。もしくは、この装置は、上で言及したような型のプログラム可能ミラー・アレイのような別の種類のパターン形成手段を使用するかもしれない。

放射源ＬＡ（たとえば、ＵＶエキシマ・レーザ、レーザ点火プラズマ源、放電源、または、蓄積リングすなわちシンクロトロンの電子ビームの経路のまわりに設けられたアンジュレータまたはウィグラー）で、放射のビームを生成する。このビームは、直接か、または、たとえばビーム拡大器Ｅｘなどのコンディショニング手段を通り抜けた後かいずれかで、照明システム（照明装置）ＩＬに送られる。照明装置ＩＬは、ビーム内の強度分布の外側半径範囲および／または内側半径範囲（通常、それぞれ、σ−ｏｕｔｅｒ、σ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を設定するための調整手段ＡＭを備えることができる。さらに、照明装置は、一般に、積分器ＩＮ、集光器ＣＯなどの様々な他の部品を備える。このようにして、マスクＭＡに当たっているビームＰＢは、その断面内に所望の一様性と強度の分布を持つようになる。

図１に関して留意すべきことであるが、放射源ＬＡは、リソグラフィ投影装置のハウジング内にあるかもしれないが（たとえば、放射源ＬＡが水銀ランプの場合、そうであることが多い）、放射源ＬＡがリソグラフィ投影装置から遠く離れており、それの生成する放射ビームが装置の中に導かれるかもしれない（たとえば、適当な方向付けミラーを使用して）。この後者のシナリオは、放射源ＬＡがエキシマ・レーザである場合に多い。本発明および特許請求の範囲は、これらのシナリオの両方を含む。

ビームＰＢは、その後、マスク・テーブルＭＴに保持されているマスクＭＡと交差する。ビームＰＢは、マスクＭＡを通過し、レンズＰＬを通り抜け、このレンズは、基板Ｗの目標部分ＣにビームＰＢを収束させる。第２の位置付け手段ＰＷ（および干渉測定手段ＩＦ）を使って、たとえば、ビームＰＢの経路内に異なった目標部分Ｃを位置決めするように、基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。同様に、たとえば、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、または走査中に、第１の位置付け手段ＰＭを使用して、マスクＭＡをビームＰＢの経路に対して正確に位置付けすることができる。一般に、物体テーブルＭＴ、ＷＴの移動は、長行程モジュール（粗い位置付け）と短行程モジュール（精密位置付け）を使って行われる。これらのモジュールは、図１にはっきりと示さない。しかし、ウェーハ・ステッパ（走査ステップ式装置に対して）の場合、マスク・テーブルＭＴは、短行程用アクチュエータに接続するだけでよく、または、固定してもよい。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスク位置合せマークＭ１、Ｍ２および基板位置合せマークＰ１、Ｐ２を使用して、位置合せすることができる。

図示の装置は、２つ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は基本的に静止したままであり、全マスク像が一括して（すなわち、単一「フラッシュ」で）目標部分Ｃに投影される。次に、異なる目標部分ＣがビームＰＢで照射されるように、基板テーブルＷＴがｘおよび／またはｙ方向に移動される。
２．走査モードでは、基本的に同じシナリオが当てはまるが、ただ、特定の目標部分Ｃが単一「フラッシュ」で露光されないことが異なる。代わりに、マスク・テーブルＭＴが、特定の方向（いわゆる「走査方向」、たとえば、ｙ方向）に速度ｖで移動可能であり、その結果、投影ビームＰＢはマスク像全体を走査することができるようになる。これと並行して、基板テーブルＷＴが、速度Ｖ＝Ｍｖで、同じ方向または反対方向に同時に移動する。ここで、ＭはレンズＰＬの拡大率である（一般に、Ｍ＝１／４または１／５）。このようにして、分解能で妥協する必要なく、比較的大きな目標部分Ｃを露光することができる。

透過像センサＴＩＳは、投影レンズでマスクから投影される像の横方向位置および最適焦点位置（すなわち、水平および垂直位置）を決定するために使用することができる。透過像センサＴＩＳは、基板テーブルＷＴに関連した物理的な基準表面にはめ込まれる。特定の実施例では、ウェーハＷで覆われる領域の外側の直径上の反対位置の基板テーブルＷＴの上面に取り付けられた基準プレート上に、２個のセンサが取り付けられる。各基準プレートは、熱膨張係数の非常に小さな高安定材料、たとえばインバールで作られ、平らな反射性上面を有し、この上面に、位置合せプロセスにおいてもう１つの基準プレートと共に使用されるマークがあるかもしれない。ＴＩＳは、投影レンズの架空像の垂直（および水平）位置を直接決定するために使用される。ＴＩＳは、それぞれの表面に開口を備え、その直ぐ後ろに、露光プロセスで使用される放射に敏感な光検出器が配置されている。

焦点面の位置を決定するために、投影レンズは、マスクＭＡ上に形成された対称をなす明と暗の領域を有するパターン、の像を空間に投影する。次に、基板テーブルが水平方向（１つの方向、または好ましくは２つの方向）および垂直方向に走査され、その結果、架空像が存在すると思われる空間をＴＩＳの開口が通過する。ＴＩＳ開口がＴＩＳパターンの像の明暗部を通過するときに、光検出器の出力は変動する（モアレ現象）。光検出器出力の振幅の変化率が一番高くなる垂直レベルは、パターン像のコントラストが最も高いレベルを示し、したがって、最適焦点の面を示す。変化率が一番高くなる水平レベルは、架空像の横方向位置を示す。この種のＴＩＳの例が、米国特許第４，５４０，２７７号に非常に詳細に記載されている。この特許を参照してここに組み込む。ＴＩＳはレジストの露光を含まない直接測定なので、ＴＩＳの利点には丈夫さと速さがある。

本実施例に従って、ＴＩＳの一部であるスポット・センサが使用される。このスポット・センサは、極端に小さな検出面積を有するフォトダイオードで構成される。しかし、小さな検出面積を有する放射センサで構成される任意の他の適切なスポット・センサが、ＴＩＳと関連したセンサとは別に使用されるかもしれない。１つの特定のＴＩＳは、フォトダイオードの前に寸法が２８μｍ×２８μｍの正方形検出器開口を備える。

本実施例では、投影ビームの平均波長は２４８ｎｍであり、像面に入射するパターン形成されたビームのＮＡは０．７である。さらに、迷放射を測定するためのテスト・パターンは、図２に示すように、長さＳＯの辺２０を有する正方形の不透明領域１０で構成される。不透明領域は、透過領域１１の中に構成されている。不透明領域の幾何学的な像３０は、露光された領域３２の中に構成された実質的に露光されていない正方形の領域３１である。不透明領域１０の像の辺３３の長さＳＩは、係数値｜Ｍ×ＳＯ｜で与えられる。たとえば、ＳＯ＝１２０μｍ、Ｍ＝−０．２５の場合、ＳＩ＝３０μｍである。図３に示すように、２８μｍの長さＳＤの辺５０を有するＴＩＳセンサの正方形検出器開口の形は、領域３１の形を構成する各線要素をその線要素自体に対して平行に１μｍの距離にわたって移動させることで、領域３１の形から得られる縁４０の観念上の形に一致する。ここで、λ／ＮＡは１μｍよりも小さい。λ／ＮＡ＝２４８／０．７＝０．３５４μｍである。したがって、ＴＩＳの検出器開口が、その縁５０が縁４０と一致するように位置付けされているとき、１μｍより大きな範囲の主要な迷放射がＴＩＳセンサで検出される。はっきりさせるために、図３では、縁５０は、縁４０から離れた位置に模式的に示されている。迷放射の測定中に、縁４０および５０は、好ましくは一致している。その場合、ＴＩＳ検出器開口は、不透明領域１０に対して角度的に位置合せされ、像３０に対して中心に位置付けされている。

投影システムの迷放射条件の測定は、少なくとも２つのその後の測定を含み、この測定によって、縁５０を有する検出器開口は、辺３３を有する不透明領域の像に対して２つの異なる位置６０および６１に位置付けされる。図４を参照されたい。上述の中心に位置付けされ位置合せされた位置である位置６０において、迷放射が測定され、そうすると、入射する迷放射に応答して検出器で生成される信号は、迷放射パラメータＳ１である。位置６１で、ＴＩＳセンサは、投影ビームで直接照射される。検出器信号Ｓ２は、Ｓ１を規格化するために使用される基準パラメータであるので、迷放射係数Ｃｏは、Ｃ０＝Ｓ１／Ｓ２と得られる。第１近似で、係数Ｃｏは、Ｒ＝［（１／２）×（ＳＩ−ＳＤ）、無限大］で与えられる範囲Ｒに存在する迷放射を表す。範囲Ｒ＝［１μｍ、無限大］である。ここで、用語「無限大」は、文字通りに解釈すべきでなく、遠い端部では、検出することができる迷放射の範囲は、投影ビームで照射される目標部分の最大サイズで制限されることを示すものと理解すべきである。

孤立領域の像の辺３３と検出器開口５０の間の距離６２を、図４に矢印６２で模式的に示す。この距離は、辺３３の範囲よりも遥かに大きく、さらに、辺３３で構成される実質的に露光されない領域の存在で、測定がよい近似で影響を受けないようなものである。
「実施例２」

本発明の実施例で、テスト・パターンは、図５に示すように、辺２０の長さが長くなる正方形の不透明な孤立領域の列７０で構成される。この図で、３個の孤立領域の列を示し、これは、たとえば、それぞれ１６０μｍ、２５２μｍ、および４００μｍの辺の長さを持つように具体化することができる。

実施例１の方法に従って、Ｒ１＝［６μｍ、無限大］、Ｒ２＝［１７．５μｍ、無限大］、およびＲ３＝［３６μｍ、無限大］の範囲の迷放射を第１近似で表す迷放射係数Ｃｏ１、Ｃｏ２、およびＣｏ３を決定することができる。好ましくは、テスト・パターンは、複数の列７０を、投影システムのフィールドの対応する複数の位置に含むので、その結果、異なるフィールド位置について投影システムの迷放射条件を評価することができるようになる。位置合せシステムの位置付け手段を使用して、列７０の孤立領域の各像５０に対して定義されるような測定位置６０および６１に、ＴＩＳの検出器開口を後で位置付けして、速く本来の位置で迷放射条件を決定することができる。領域１０の間の距離は、図５に矢印７１で模式的に示す。この距離は、辺２０の範囲よりも遥かに大きいので、迷放射測定は、隣に孤立領域が存在することで影響されない。

図６に、そのような決定の結果を示し、ここで、テスト・パターンは、フィールド内の５つの位置に、３個の不透明孤立領域の列７０を５つ備える。迷放射係数Ｃｏ１、Ｃｏ２およびＣｏ３を縦軸に沿ってプロットする。フィールドの位置は、横軸に沿ってプロットする。
「実施例３」

この実施例は、以下のことを除いて、実施例１と同様である。この実施例では、領域１０は透過性で、領域１１が不透明である。また、テスト・パターンは、不透明領域による影響が無い状態で、投影ビーム放射強度の基準測定を行うことができる程度に十分な大きさの透過領域を備える。この領域で、検出信号は、実施例１で述べたように、Ｓ２である。この領域の検出放射強度Ｉ２は、迷放射が存在しない状態で存在する観念上の強度Ｉ２１と、範囲Ｒｒｅｆ＝［０μｍ、無限大］の迷放射による寄与Ｉｓｒとの和である。この寄与ＩｓｒはＩｓｒ２［０μｍ、無限大］として示され、すなわち、
Ｉ２＝Ｉ２１＋Ｉｓｒ２［０μｍ、無限大］。
同様に、位置６０で、検出放射強度Ｉ１（信号Ｓ１として与えられる）は、前記の観念上の強度Ｉ２１と、範囲Ｒ１＝［０、（１／２）×（ＳＩ−ＳＤ）μｍ］の迷放射による寄与Ｉｓｒ１［０μｍ、（１／２）×（ＳＩ−ＳＤ）μｍ］との和である。すなわち、
Ｉ１＝Ｉ２１＋Ｉｓｒ１［０μｍ、（１／２）×（ＳＩ−ＳＤ）μｍ］。
強度Ｉ２とＩ１の差は、次式で与えられる
Ｉ２−Ｉ１＝Ｉｓｒ２［０μｍ、無限大］−Ｉｓｒ１［０μｍ、（１／２）×（ＳＩ−ＳＤ）μｍ］。
この差は、範囲Ｒ＝［（１／２）×（ＳＩ−ＳＤ）μｍ、無限大］の迷放射の目安である。基準パラメータＳ２で規格化すると、迷放射条件を表す係数が得られる。したがって、本方法のこの実施例では、範囲Ｒ＝［（１／２）×（ＳＩ−ＳＤ）μｍ、無限大］の迷放射を表す迷放射係数Ｃｏは、式Ｃｏ＝（Ｓ２−Ｓ１）／Ｓ２に従って得られる。代替方法は、実施例１で述べたのと同じ迷放射係数を測定することである。
「実施例４」

たとえば、１３．６ｎｍの平均波長を有する放射の投影ビームを供給する放電光源を備えるリソグラフィ投影装置は、一般に、ミラー・システムとして具体化された投影システムＰＬを特徴としている。前記ミラー・システムの迷放射条件を決定するために、テスト・パターンを投影するために使用される投影ビームの平均波長もまた１３．６ｎｍであることは必要ない。ミラー・システムは色収差がないので、すなわち、幾何光学的な像形成特性は波長に依存しないので、テスト・パターンを投影するために使用される投影ビームは、たとえば、より長波長または複数の長波長のような任意の他の平均波長であってもよい。これによって、投影システムの遥かに広範な迷放射条件を評価することができるようになる。

本発明の特定の実施例を上記で説明したが、本発明は、述べたようにではなく他の方法で実施することができる。説明は、本発明を制限する意図ではない。

本発明の実施例に従ったリソグラフィ投影装置を示す図である。 対称領域で囲まれた孤立領域、および投影システムで投影されるような結果として得られる像を示す図である。 孤立領域と角度および横方向で位置合せされた検出器開口を示す図である。 迷放射パラメータおよび基準パラメータの測定を行うための検出器の位置を示す図である。 複数の孤立領域の使用を示す図である。 投影システムの迷放射条件の決定を示す図である。横軸に沿って、フィールドの位置を示し、また、縦軸に沿って、迷放射係数の値をプロットする。

符号の説明

ＬＡ 放射源
ＩＬ 照明システム
ＰＢ ビーム
ＮＡ 開口数
ＭＡ マスク
ＰＬ レンズ
ＷＴ 基板テーブル
ＰＭ 第１の位置付け手段
λ 波長
１０、１１ 領域
３０ 像
４０、５０ 縁
２０、３３ 辺
６０、６１ 位置
７０ 列
Ｓ１ 迷放射パラメータ
Ｓ２ 検出器信号

Claims (11)

1. 開口数ＮＡの投影システムを備えるリソグラフィ投影装置を使用して、迷放射条件を決定する方法であって、
   −波長λの放射を含む放射の投影ビームを供給するステップと、
   −特徴を含むパターンに従って前記投影ビームをパターン形成するステップと、
   −前記パターン形成されたビームを像面に投影して、前記特徴の像を作るステップとを備え、さらに、
   −検出器開口を有する検出器を、前記投影ビームが通過する経路に配置するステップと、
   −前記検出器開口を、前記像面と実質的に一致する位置に位置付けし、それによって、少なくともλ／ＮＡの距離を越えた前記検出器開口の観念上の拡張によって得られる拡張された領域が前記特徴の像によって覆われるステップと、
   −検出された放射強度を測定するステップと、
   −前記測定された放射強度に基づいて、前記投影システムの迷放射条件を表す係数を計算するステップとを備えることを特徴とする方法。
2. 前記投影システムの迷放射条件を表す係数の計算が、さらに、パターンの無い状態の像面の放射強度を表す基準信号に基づいている、請求項１に記載の方法。
3. 前記特徴が孤立領域であり、前記孤立領域が、前記孤立領域を含むパターンの領域と対称をなす、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記特徴の像の形が、前記拡張された領域の形に一致し、前記位置決めステップが、さらに前記検出器開口を前記孤立領域と角度的に位置合せするための位置合せステップを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記位置合せステップが、さらに、前記検出器開口を、前記孤立領域の像に対して横方向で中心に位置付けするための中心位置付けステップを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記孤立領域が、実質的に正方形の領域である、請求項３から請求項５までのいずれかに記載の方法。
7. 前記パターンが、複数の孤立領域を含んで、対応する複数の迷放射パラメータを測定する、請求項１から請求項６までのいずれかに記載の方法。
8. 前記パターンが、複数の実質的に正方形の孤立領域を含んで、対応する複数の迷放射パラメータを測定する、請求項７に記載の方法。
9. 開口数ＮＡの投影システムを備えるリソグラフィ投影装置を使用して、迷放射条件を決定する方法であって、
   −波長λを有する放射を含む放射の投影ビームを供給するステップと、
   −複数の特徴を含むパターンに従って前記投影ビームをパターン形成するステップと、
   −前記パターン形成されたビームを像面に投影して、前記複数の特徴の像を作るステップとを備え、さらに、
   −前記投影ビームが通過する経路に検出器を配置するステップであって、前記検出器が、前記複数の特徴と対応した複数の透過領域を含む検出器開口を有するものであるステップと、
   −前記検出器開口を、前記像面と実質的に一致している位置に位置付けし、それによって、前記複数の特徴の像が、少なくともλ／ＮＡの距離を越えた前記複数の透過領域の観念上の拡張によって得られる前記検出器開口の対応する複数の拡張された領域を覆うステップと、
   −検出された放射強度を測定するステップと、
   −前記測定された放射強度に基づいて、前記投影システムの迷放射条件を表す係数を計算するステップとを備えることを特徴とする方法。
10. リソグラフィ投影装置であって、
    −波長λの放射を含む放射の投影ビームを供給する放射システムと、
    −所望のパターンに従って前記投影ビームをパターン形成するように使用されるパターン形成手段を支持するための支持構造と、
    −基板を保持するための基板テーブルと、
    −前記パターン形成されたビームを前記基板の目標部分に投影して、前記パターンの像を作るための、開口数ＮＡの投影システムとを備え、さらに、
    −前記パターンの１つまたは複数の特徴の像と対応して１つまたは複数の透過領域を含む検出器開口を備える検出器であって、前記１つまたは複数の特徴の像が、少なくともλ／ＮＡの距離を越えた前記１つまたは複数の透過領域の観念上の拡張で得られる前記検出器開口の１つまたは複数の拡張された領域と実質的に一致するものである検出器と、
    −迷放射を表すパラメータを格納するためのメモリ手段、および前記投影システムの迷放射条件を計算するためのプロセッサ手段とを備えることを特徴とするリソグラフィ投影装置。
11. 検出器開口を有する前記検出器が基板テーブルに設けられる、請求項１０に記載のリソグラフィ投影装置。

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