JP2006024941A - リソグラフィ投影装置及びそのリソグラフィ投影装置を使用するデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】個々の使い方（個々のパターン、照明モード他）に関わる最も重要な収差を優先して補償して最適なイメージ品質をえられるリソグラフィ投影装置を提供する。
【解決手段】レンズ熱作用モデル１０にもとずき、時間経過による投影システムの収差の変化を予測するステップと、ＩＱＥＡモデル１１にもとずきいくつかの測定した収差値に対するその予測した投影システムの収差の変化による、いくつかのイメージのパラメータへの使い方に固有の影響を決定するステップと、時間経過による投影システムの収差のその予測した投影システムの収差変化、及びいくつかのイメージのパラメータへのその使い方固有の影響によって、要求されたパターニングされたビームに固有の制御信号を生成するステップと、制御信号に基づき転写用調節を実行し、イメージへの収差の予測した変化の使い方固有の影響を補償するステップとを組み込む。
【選択図】図２

Description

本発明は、リソグラフィ投影装置及びそのリソグラフィ投影装置を使用するデバイス製造方法に関する。

本発明は、たとえば、放射線の投影ビームを供給するための放射線システムと、所望のパターンに従って投影ビームをパターニングするように働くパターニング・デバイス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、パターニングされたビームを基板の対象部分上に投影するための投影システムとを組み込んだリソグラフィ投影装置の分野において、その用途を見出している。

用語「パターニング・デバイス」は、本明細書で使用するとき、基板の対象部分中に生成されることになるパターン通りにパターニングされた断面を、入射放射線ビームに授与するために使用することができる、装置及び構造を示すものとして広く解釈すべきである。用語「光バルブ」は、この文脈で使用することもできる。一般に、パターンは、集積回路又は他のデバイス（以下参照）などデバイス中の対象部分中で生成される個々の機能層に対応する。そのパターニング・デバイスの実施例は、マスクと、プログラム可能なミラー・アレイと、プログラム可能なＬＣＤアレイとを含む。

マスク；マスクの概念は、リソグラフィでは周知であり、それは、バイナリ、交互位相変移（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ）及び減衰位相変移（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ）などのマスクのタイプ、並びに様々なハイブリッド・マスクのタイプを含む。放射線ビーム中にそのマスクを置くことによって、マスク上に衝突する放射線をマスク上のパターン通りに選択的に透過させる（透過マスクの場合）、又は反射させる（反射マスクの場合）。マスクの場合、支持構造は、一般に、入射放射線ビーム中でマスクを所望の位置に保持することができ、そのように所望の場合、ビームに対してマスクを移動することができることを保証するマスク・テーブルになる。

プログラム可能なミラー・アレイ；そのようなデバイスの一実施例は、粘弾性的な制御層と反射表面とを有した行列アドレス可能な表面である。その装置の背景にある基本原理は、（たとえば）反射表面のアドレス指定された領域が、入射光を回折光として反射するが、アドレス指定されていない領域は、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、非回折光を反射ビームから除去し、回折光だけを取り残すことができ、このようにしてビームが、行列アドレス可能な表面のアドレス指定したパターン通りに、パターニングされることになる。プログラム可能なミラー・アレイの代替実施例は、小さなミラーの行列構成を使用し、各ミラーは、適切な局所化された電場を加えることによって、又は１つ又は複数の圧電アクチュエータを使用することによって軸のまわりで個々に傾斜させることができる。またしても、ミラーは、行列アドレス可能であり、したがってアドレス指定されたミラーが、アドレス指定されていないミラーとは異なる方向に入射放射線ビームを反射することになり、このようにして反射ビームが、行列アドレス可能なミラーのアドレス指定したパターン通りに、パターニングされる。必要な行列アドレッシングは、適切な電子回路を使用して実施することができる。本明細書で上記に述べた両方の状況で、パターニング・デバイスは、ともに１つ又は複数のプログラム可能なミラー・アレイを含むことができる。ミラー・アレイについてより多くの情報は、ここで参照するように、たとえば、米国特許第５，２９６，８９１号及び米国特許第５，５２３，１９３号、並びに国際公開第９８／３８５９７号及び国際公開第９８／３３０９６号から収集することができ、これらは、参照により本明細書に組み込まれる。プログラム可能なミラー・アレイの場合、支持構造は、たとえばフレーム又はテーブルとして実現することができ、必要に応じて固定又は可動とすることができる。

プログラム可能なＬＣＤアレイ；その構築物の実施例は、米国特許第５，２２９，８７２号で与えられ、これは、参照により本明細書に組み込まれる。上記のように、支持構造は、この場合、たとえばフレーム又はテーブルとして具体化することができ、必要に応じて固定又は可動とすることができる。

簡単化のために、本明細書の残りの部分では、特にマスク及びマスク・テーブルに関与する実施例に焦点を合わせるが、そのような実施例で議論される一般的原理は、上記で述べたようにパターニング・デバイスについてのより広い文脈中で見るべきである。

リソグラフィ投影装置は、たとえば、集積回路（ＩＣ）の製造において使用することができる。その場合、パターニング・デバイスは、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、このパターンは、感光性材料（レジスト）の層で被覆された基板（シリコン・ウェハ）上の対象部分（たとえば、１つ又は複数のダイを含む）上に転写することができる。一般に、単一ウェハは、投影システムによって１つずつ連続して照射する、互いに隣接する対象部分のネットワーク全体を含む。現在の装置では、マスク・テーブル上のマスクによってどのようにパターニングされるのかを利用して、２つの異なる機械のタイプ間を区別することができる。リソグラフィ投影装置の１つのタイプは、各対象部分が、１回で対象部分上にマスク・パターン全体を照射して露光される。その装置は、普通、ウェハ・ステッパ又はステップ・リピート装置（ｓｔｅｐ−ａｎｄ−ｒｅｐｅａｔ ａｐｐａｒａｔｕｓ）と呼ばれる。普通ステップ・スキャン装置（ｓｔｅｐ−ａｎｄ−ｓｃａｎ ａｐｐａｒａｔｕｓ）と呼ばれる代替装置では、各対象部分は、所与の基準の方向（スキャン方向）に平行又は逆平行に基板テーブルを同期してスキャンしながら、投影ビームの下でスキャン方向にマスク・パターンを漸進的にスキャンすることによって、照射される。一般に、投影システムは、倍率Ｍ（一般に、＜１）を有するので、基板テーブルがスキャンされる速度Ｖは、マスク・テーブルがスキャンされる速度のＭ倍になる。そのリソグラフィ装置についてのより多くの情報は、米国特許第６，０４６，７９２号に開示されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

リソグラフィ投影装置を使用する製造プロセスでは、パターンは（たとえば、マスクで）、感光性材料（レジスト）の層によって少なくとも部分的に被覆された基板上に、転写される。この転写ステップに先立ち、基板は、プライミング、レジスト被覆及びソフト・ベイクなど様々なプロシージャを受けることができる。露光後、基板は、露光後ベイク（ｐｏｓｔ−ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｂａｋｅ：ＰＥＢ）、現像、ハード・ベイク及び転写されたフィーチャーについての測定／検査など他のプロシージャを受けさせることができる。この処理ステップの組み合わせは、たとえば、集積回路（ＩＣ）であるデバイスの単一層をパターニングするための基礎として使用される。次に、そのようなパターニングされた層は、エッチング、イオン注入（ドーピング）、金属化、酸化、化学機械研磨その他の様々なプロセスを受けることができ、そのプロセスは、すべて個々の層を仕上げることを意図している。いくつかの層が必要な場合、新しい層毎に、その全部のプロシージャ又はその変形を、繰り返さなければならないことになる。最終的に、デバイスのアレイが、基板（ウェハ）上に生成される。次に、これらのデバイスは、ダイシング又は鋸切断などの技法によって、互いに切り離され、したがって個々のデバイスは、キャリア上に搭載し、ピンに接続するなど行うことができる。その処理に関するより一層の情報は、たとえば、Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ著、「マイクロチップ製造：半導体処理への実用的ガイド（Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」第３版、ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．，１９９７，ＩＳＢＮ ０−０７−０６７２５０−４から得ることができ、これは、参照により本明細書に組み込まれる。

簡単化のために、投影システムは、以降本明細書では「レンズ」と呼ぶことがある。しかし、この用語は、たとえば、屈折オプティックス、反射オプティックス及び反射屈折システムを含め、様々なタイプの投影システムを包含するものと広く解釈すべきである。放射線システムは、放射線の投影ビームを誘導し、整形し又は制御するためのこれらのタイプの設計いずれかによって、動作する構成要素を含むこともでき、その構成要素は、以下で、「レンズ」として総称的に又は単独で呼ぶこともある。

さらに、リソグラフィ装置は、複数の基板テーブル（及び／又は複数のマスク・テーブル）を有したタイプのものとすることができる。その「複数ステージ」の装置では、追加のテーブルを並行して使用することができ、又は１つ又は複数のテーブル上で準備ステップを行うことができ、一方他の１つ又は複数のテーブルは、露光のために使用されている。二重ステージのリソグラフィ装置は、たとえば、米国特許第５，９６９，４４１号、並びに国際公開第９８／４０７９１号に記載されており、これらの内容は、ともに参照により本明細書に組み込まれる。

この明細書では、集積回路の製造における本発明による装置の使用について、具体的に言及することがあるが、その装置が、他に多くの可能な用途を有することをはっきりと理解すべきである。たとえば、それは、光集積システム、磁区メモリ（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｏｍａｉｎ ｍｅｍｏｒｙ）用の誘導及び検出パターン、液晶表示パネル、薄膜磁気ヘッドその他の製造で使用することができる。その代替用途の文脈では、本明細書における用語「ウェハ」又は「ダイ」のどのような使用も、それぞれより一般的な用語「基板」及び「対象部分」と置き換えるものと見なすべきであることを、当業者は理解されよう。一般に、本明細書中すべてにおいて、用語「マスク」のどのような使用も、用語「レチクル」の使用をその範囲内で包含すると見なすべきである。

本明細書では、用語「放射線」及び「投影ビーム」を使用して、紫外（ＵＶ）線（たとえば、波長が、３６５、２４８、１９３、１５７又は１２６ｎｍ）、及び極紫外（ＥＵＶ）線（たとえば、波長が、５〜２０ｎｍの範囲）を含め、すべてのタイプの電磁気放射線を包含する。

レンズ熱作用の現象が、リソグラフィ投影装置の投影システム中で起こり得る。投影レンズは、露光中投影ビーム放射線によってわずかに熱作用されることになる。この熱作用の結果、屈折率の変化が起こり、レンズ要素のある程度の膨張が起きて、これらの要素の幾何的形状を微妙に変化させ、それらの光学的特性の変化が、付随して起こる。この変化によって、新しいレンズ収差が引き起こされる、又は現在存在する収差が変化することになり得る。これらの収差の変化が起きるのは、個々のレンズの幾何形状、レンズ材料、投影波長、光源出力、対象部分、ウェハ反射率、サイズ、その他に依存するので、そのレンズ熱作用の影響を予測することができる精度は、特にどのような測定し補償するメカニズムもないときは、限定され得る。

レンズ熱作用は、リソグラフィ投影装置中である程度、常に起きていた。しかし、常に数が増加し、したがってフィーチャーがより小さくなるエレクトロニクス構成要素を、ＩＣ中に集積化し、製造処理量を増加することが潮流であり、より短い波長の放射線、たとえば、ＥＵＶ放射線が使用され、並びに３〜６ｋＷの水銀アーク・ランプ及び１０〜２０Ｗ出力のエキシマレーザなどの高出力放射線源が、使用されてきており、それによってフィーチャー・サイズの縮小とともに、レンズの熱作用が、より深刻な問題にされるようになってきた。この問題は、一般に、ステッパよりスキャナで深刻である。というのは、ステッパでは、実質的に各レンズ要素の（円形）断面全部が、照射されるが、スキャナでは、一般に、レンズ要素のスリット形状の部分だけが照射され、したがって、たとえスキャン方向のレンズ収差がスキャナ中で平均化されたとしても、それによって新しいレンズ収差が引き起こされるので、スキャナでの影響は、ステッパでの影響よりはるかにより特異であるからである。

そのレンズの熱作用によって生じる投影システムの要素の光学的特性の変化は、投影されるイメージに当然悪影響を及ぼし、主にイメージ・パラメータを変化させる。イメージの倍率が、ＸＹ面には殊に重要であり、焦点が、Ｚ面には特に重要である。しかし、このレンズの熱作用による影響は、たとえば、レンズ要素の位置を調節して、補償させるための投影システムの倍率又は他のイメージ・パラメータの変化をもたらすことによって、非常にうまく校正し補償することができる。たとえば、欧州特許第１，１６４，４３６Ａ号又は米国特許第６，５６３，５６４号に記載されており、これらの内容は、ともに参照により本明細書に組み込まれる。レンズ熱作用の影響は、レンズ特性に依存し、その特性は、装置を構築したとき校正され、その後周期的に再校正することができ、マスク透過率、線量、照明設定、照射野サイズ及び基板反射率など様々な露光のパラメータが、校正を実施される。

リソグラフィ投影装置中で転写を実行するとき、投影システムを設計する際の大変な注意、及びシステムを製造し、運転中はそれを制御するための大変な高精度にもかかわらず、イメージは、イメージ・パラメータにオフセットを引き起こすことができる、たとえば歪（すなわち、イメージ面、つまりＸＹ面において、対象部分中の一様でないイメージの変位）、イメージの横方向シフト（すなわち、イメージ面において、対象部分中の一様なイメージの変位）、イメージの回転及び焦点面の変形（すなわち、Ｚ方向の一様でないイメージの変位、たとえばフィールド湾曲）などの収差を依然として被り得る。一般に、イメージ・パラメータのオフセットが、必ずしも一様でなく、イメージ・フィールド中の位置の関数として変化することができることに留意すべきである。歪及び焦点面変形は、オーバーレイ・エラー及び焦点エラー、たとえば、異なるマスク構造間のオーバーレイ・エラー及びライン幅エラーの原因になり得る。転写されるフィーチャーのサイズが、縮小するにつれて、これらのエラーは、容認できないことになり得る。

したがって、これらのエラーを修正する、又は少なくとも最小にするように試みるために、補償（投影システム及び／又は基板の調節など）を提供することが望ましい。これは、まずエラーを測定し、次に適切な補償値を計算するという問題を提起する。以前は、位置合わせシステムが、イメージ・フィールド中で位置合わせマークの変位を測定するために使用された。しかし、位置合わせマークは、通常、比較的大きなフィーチャー（数ミクロンのオーダー）からなり、そのマークは、投影システムの特定の収差に非常に敏感になっている。位置合わせマークは、転写される実際のフィーチャーを示さず、転写エラーは、とりわけフィーチャー・サイズに依存するので、測定した変位及び計算した補償値は、所望のフィーチャーにはイメージを必ずしも最適化しなかった。

たとえば、製造エラーが残存したため、投影システムが、視野にわたり非対称な収差の変動を特徴付けられたとき、他の問題が、引き起こされる。これらの変動は、視野の縁部において、収差を許容し難いものにする恐れがある。

位相変移マスク（ＰＳＭ）を使用したとき、他の問題が、引き起こされる。従来、そのマスク中の位相シフトは、正確に１８０°でなければならない。位相制御は、クリティカルであり、１８０°からのずれは、有害になる。ＰＳＭは、製作するには高価であり、注意深く検査しなければならず、位相シフトが、１８０°からかなり逸脱したマスクは、一般にすべて不合格にされる。このため、マスクの価格が、上がることになる。

クリティカル寸法（ＣＤ）の制御に対して課せられる要求が増加すると、他の問題が、引き起こされる。クリティカル寸法は、デバイスの製造中に許容されるラインの最小幅又は２つのライン間の最小スペースである。特に、ＣＤの一様性の制御、いわゆるＣＤ一様性が、重要である。リソグラフィでは、より良好なライン幅制御及びＣＤ一様性を成就するための努力の結果、最近、露光及び処理時に得られたときのフィーチャー中に発生する、個々のエラー・タイプが、定義され研究されている。たとえば、そのイメージ・エラーのタイプには、対象部分にわたるＣＤの非対称分布と、焦点ずれに関するＣＤの非対称性（Ｂｏｓｓｕｎｇカーブを傾けることになる）と、複数のバーを含むフィーチャー内のＣＤの非対称性（通常、左右非対称として呼ばれる）と、２つ又は５ついずれかのバーを含むフィーチャー内のＣＤの非対称性（通常、それぞれＬ１−Ｌ２及びＬ１−Ｌ５として知られている）と、２つの互いに直交する方向に沿って実質的に方向付けられたパターン間のＣＤの差（たとえば、いわゆるＨ−Ｖリソグラフィ・エラー）と、たとえば通常Ｃ−Ｄとして知られた、バーに沿ったフィーチャー内のＣＤの変動とがある。ちょうど上記で言及した収差のように、これらのエラーは、一般に、視野にわたり非対称である。簡単化のために、以下の本明細書では、たとえば、歪、横方向イメージ・シフト、イメージ回転及び焦点面変形などのエラーを含め、これらのエラーのタイプいずれもリソグラフィ・エラーとして呼ぶ、すなわち、いずれもリソグラフィ石版師にとって重要なフィーチャー欠陥である。

リソグラフィ・エラーは、リソグラフィ投影装置の個々の特性によって引き起こされる。たとえば、投影システムの収差、又はパターニング・デバイスの欠点及びパターニング・デバイスによって発生されるパターンの欠点、又は投影ビームの欠点が、リソグラフィ・エラーを引き起こす恐れがある。しかし、リソグラフィ投影装置の公称特性（すなわち、設計された特性）が、不要なリソグラフィ・エラーを引き起こすことがある。たとえば、通常の設計の一部分としてレンズに残された収差が、リソグラフィ・エラーを引き起こすことがある。参考のために、以下の本明細書では、リソグラフィ・エラーを引き起こすことがある、そのような特性いずれも「特性」と呼ぶ。

上記で言及したように、パターンのイメージは、投影システムの収差を被ることがあり得る。その結果起こるＣＤの変動（たとえば、対象部分内）が、測定され、その後、前記測定されたＣＤ変動を生じることがあり得る投影システムの有効収差条件に、そのＣＤの変動をマッピングすることができる。次いで、ＣＤ一様性を向上させるように、リソグラフィ投影装置に補償を適用することができる。そのＣＤ制御方法は、米国特許第６，１１５，１０８号に記載されており、これは、参照により本明細書に組み込まれる。そのＣＤ制御方法は、複数の視野ポイントの各視野ポイントにおいて複数のテスト・パターンを転写するステップと、後続の露光された基板を処理するステップと、その後に続く転写され処理されたテスト・パターン毎にＣＤを測定するステップとを含む。したがって、本方法は、時間がかかり、現場でＣＤを制御するには適していない。処理量（すなわち、単位時間当たり処理することができる基板数）について、並びにＣＤ一様性について要求が増加しており、リソグラフィ・エラーの制御、補償及び釣り合わせを向上しなければならず、したがって適切な特性制御をより進めるという問題が生じる。

米国特許第６，５６３，５６４号（Ｐ−０１９０）に、レンズ熱作用による影響が引き起こす投影システムの収差を修正することができる、レンズ熱作用モデルが、開示されている。その修正は、投影システムのイメージ・パラメータを調節し、そのレンズの熱作用に起因する収差の計算した変化による影響を補償するように働くイメージ・パラメータのオフセット制御信号によって行われる。この場合、時間経過による収差の変化による影響は、選択された収差の影響に対応する格納した１セットの所定のパラメータに基づき決定され、これらのパラメータは、校正ステップから得ることができる。イメージ・パラメータのオフセットは、焦点ドリフト、フィールド湾曲、倍率ドリフト、３次歪及びその組み合わせを含む。しかし、必要な理想的な補償は、個々の使い方（個々のパターン、照明モードその他）に依存し、調節できるパラメータ数は、一般に、各収差を完全に相殺するには十分多くなく、したがって個々の場合に適用する補償の決定が、常に妥協したものになり、選ばれるその個々の妥協案は、要求される用途に応じたものになる。従来のレンズ熱作用モデルが、個々の使い方を考慮に入れていないので、当然、計算した補償値が個々の使い方毎には最適にならない結果になる。

欧州特許第１，２５１，４０２Ａ１号（Ｐ−０２４４）に、基板と、基板上の感光性材料の層と、投影ビームと、パターニング・デバイス及び投影システムと、投影されたイメージ中に異形を起こすリソグラフィ・エラーとの間の関係に基づき、投影システムの収差を補償するための構成が、開示されている。制御システムは、リソグラフィ・エラーに重み付けしてその和を取る設計クライテリアを決定し、基板、投影ビーム、パターニング・デバイス及び投影システムの少なくとも１つに適用する補償値を、その設計クライテリアを最適化するように計算する。その設計クライテリアを使用することによって、イメージの最適化の点で合理的な妥協に到達するような仕方で補償を適用することが可能になるが、その最適化は、イメージ全体について転写品質の点で最善の妥協をもたらすように意図されているので、イメージの部分中、又は個々の使い方においてイメージ品質が、比較的低いことになる恐れがあることが判明している。

制御システムは、レンズ熱作用による投影システムの倍率の変化など、時間経過によるリソグラフィ投影装置の特性の変化による、影響を補償するために設けることができる。制御システム内で、制御信号が、時間経過による特性の予測した変化に従って生成され、コンパレータが、予測した変化に基づく値を閾値と比較し、その値が閾値より大きいときトリガー信号を発生し、位置合わせシステムが、そのトリガー信号に応答して位置合わせを実施する。その構成は、予測した修正値が所望の最大値より大きくなったとき、いわゆる「再位置合わせ」を起動する。したがって、このシステムは、一連の露光実施中起こる熱作用による影響を予測し、対応する閾値を超えたとき、露光が実施されるのに先立ち適切な修正を施す。この技法によって、エラーが一定の範囲外のときだけ再位置合わせが行われ、不必要な再位置合わせが防止され、したがって露光プロセス中の処理量の損失が避けられることが保証される。いくつかの使い方では、予測した修正中のエラーがあると、不必要な追加の位置合わせステップを行い、処理量を低下させることになる恐れがある。というのは、再位置合わせを実施するための最適時間が、個々の使い方に基づいて計算されていないからである。これは、実際には、再位置合わせが個々の使い方にはあまりに遅く起動されるため、転写性能が、個々の一連の露光中で予想より悪い、又は再位置合わせが、一連の露光中必要より早く達成されるため、処理量が予想より少ないことを意味する。

本発明の目的は、レンズ収差による影響を補償するために、個々の使い方、すなわちマスク（たとえば、製品パターン）及び照明モードの個々の組み合わせについて最適なイメージ品質を提供するような方法で、リソグラフィ投影装置の投影システムに調整を達成することである。

本発明によれば、放射線のビームを提供するための放射線システムと、投影ビームにパターンを与えるためのパターニング・デバイスを支持するための支持構造と、基板を保持する基板テーブルと、パターニングされたビームを基板の対象部分上に投影し、パターニング・デバイスのイメージを対象部分上に生成するための投影システムと、測定した収差の値に対して時間経過による投影システムの収差の変化を予測するための予測システムと、具体的に要求されたパターニングされたビームを生成するための装置中で使用される、選択されたパターニング・デバイスのいくつかのイメージのパラメータに対する、前記予測した投影システムの収差の変化に従う使い方に固有の影響を決定するためのモデル化システムと、前記予測した投影システムの収差の変化及びいくつかのイメージのパラメータに対するその使い方固有の影響に従って、要求されたパターニングされたビームに特有な制御信号を生成するための制御システムと、制御信号に依存して転写用調節を実行し、選択されたパターニング・デバイスのイメージに対する、前記予測した投影システムの収差変化に従う使い方に固有の影響を補償するための調節システムとを含む、リソグラフィ投影装置が、提供される。

本明細書では、用語「使い方又は用途（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）」は、パターニング・デバイス（マスク）及び照明モードの組み合わせを示すために使用される。この点で、パターニング・デバイスは、従来のマスク又はレチクル又は位相変移マスク（ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｍａｓｋ：ＰＳＭ）とすることができ、製品上にパターニング・デバイスによって生成されるパターンのフィーチャー・サイズ、方向、密度その他によって特徴付けることができ、照明モードは、開口数（ＮＡ）、内側／外側シグマ、回折光学要素（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ：ＤＯＥ）その他によって特徴付けることができる。

これによって、個々の使い方（個々のパターン、照明モードその他）に最も重要な収差に、その個々の使い方に関してより重要でない収差に優先して、優先権が与えられて、その収差を補償することが可能になる。次に、個々の使い方に適切な収差を補償するための適切な調節を決定でき、その調節は、所与の使い方に最適なようにその収差の影響を相殺する方法で施すことができる。たとえば、リソグラフィで露光される製品パターン又は製品パターンの一部分中に、リソグラフィの露光による正確な画定が要求されたフィーチャーとして、水平ラインだけがあるとき、その構成によって、投影システムの収差の影響が、その水平ラインだけは適切に、垂直ラインにはそうでなく相殺されることが保証されることになる。この実施例では、仮定の垂直ラインを考慮に入れてまで、収差の影響が最適に補償されないことは、重要でない。というのは、その垂直ラインは、製品中で又は製品の重要な部分中で、正確に画定するように要求されていないからである。

調節システムは、収差変化による影響を補償するための適切などんなスキームによっても、構成することができる。リソグラフィ投影装置とともに使用するのに適した収差を補償する方法は、たとえば、パターニング・デバイスを保持するためのホルダの精細な位置の調節（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の平行移動、及びＸ、Ｙ、Ｚ軸のまわりの回転）、基板テーブルの同様に精細な位置決め、光学的要素の移動又は変形（特に、投影システムの光学的要素のＸ、Ｙ、Ｚの平行移動／回転を使用した精細な位置決め）、及びたとえば対象部分上に衝突する放射線エネルギーを変化させる方法及び装置である。しかし、適切な補償は、そのような実施例に限定されず、たとえば、放射線ビームの波長を変化させる、転写パターンを変化させる、投影ビームが横切るガス充填スペースの屈折率を変化させる、及び放射線ビームの強度の空間分布を変化させる方法が、要求された補償を達成するように働くこともできる。

調節システムは、投影システムの光軸に沿った支持構造の位置と、支持構造の回転方向と、前記光軸に沿った基板テーブルの位置と、基板テーブルの回転方向と、前記光軸に沿った前記投影システム中に含まれる１つ又は複数の可動レンズ要素の位置と、前記投影システム中に含まれる１つ又は複数の可動レンズ要素の前記光軸に関する偏心度と、投影ビームの中心波長と、又は縁部アクチュエータを使用した前記投影システム中に含まれる１つ又は複数のレンズ要素の鞍状変形とのうちの、選択された少なくとも１つを調節するようになすことができる。

本発明の一実装では、予測システムは、レンズの加熱又は冷却の結果、時間経過による少なくとも１つの収差値の変化を予測するレンズ熱作用モデルに基づき、時間経過による予測した投影システムの収差の変化を決定するように構成される。適切なレンズ熱作用モデルを使用して、あらかじめ収差のオフセットを適切に予測し、その収差のオフセットを、イメージ・パラメータのオフセットを決定するために使用することができ、したがってそのイメージ・パラメータのオフセットを使用して、所与の使い方に適切な（定義された設計クライテリアについて最適化された）調節を計算しそれによってその調節を施すことが可能である。

本発明の他の実装では、モデル化システムは、選択されたパターニング・デバイス及び投影システムの照明モードを表すデータに基づき、前記投影システムの収差の変化による使い方に固有の影響を決定するように構成される。

制御システムは、投影システムの収差についての情報を使用して、イメージのいくつかの歪を最適に打ち消すように投影システムの設定を適応させることができる。イメージを形成するためのレンズ・システム中の光路に関係しない、イメージ歪の結果の原因になる低次の収差と、レンズ・システム中で実際使用される光路に依存する歪の結果に関連付けられる高次の収差とは、ともにその構成によって修正することができる。

制御システムは、イメージ面上で一方向の、イメージのフィーチャーの予測した変化を、イメージ面上で他方向の、イメージのフィーチャーの予測した変化と比較して、選択されたパターニング・デバイスの投影システムの収差に対する２つの方向の既知の感度に従って、優先的に補償する制御信号を発生するように構成することができる。

さらに、制御システムは、イメージ面に直角の方向の、イメージのフィーチャーの予測した変化を、投影システムの収差に対する選択されたパターニング・デバイスの前記方向の既知の感度に従って、優先的に補償する制御信号を発生するように構成することができる。制御信号は、様々なイメージのパラメータについて投影システムの収差による影響に与える相対的重みを決定するための、定義された設計クライテリアに従って、及び個々の実施例では、ユーザ定義の仕様に従って、生成することができる。

制御システムは、調節システムの転写用調節の変化とその転写用調節によって補償される収差の変化との間の既知の対応関係に基づき、制御信号を発生するように構成することができる。さらに、制御システムは、時間経過によるイメージ・パラメータの予測した変化が、閾値より大きいとき、測定システムによる測定及びその測定に応答した調節システムによる調節を開始させるための、起動信号を生成するように構成することができる。

本発明の一実施例は、前記予測した投影システムの収差の変化の結果として、及びいくつかのイメージのパラメータについて、測定した収差値に対する前記予測した投影システムの収差が変化したことによる使い方固有の影響を補償するために行われた転写用調節の結果として生じた、直前の層用のオーバーレイ測定目標に対して測定された現在の層用のオーバーレイ測定目標のシフトを、定義された設計クライテリアによってイメージが最も敏感な収差の変化を補償するために設けられた最適化プロシージャに基づき、修正するためのフィードバック用オーバーレイ測定装置をさらに含む。

本発明の他の実施例は、前記予測した投影システムの収差変化の結果として、及びいくつかのイメージのパラメータについて測定した収差値に対して前記予測した投影システムの収差変化の使い方固有の影響を補償するために行われた転写用調節の結果として生じた、対象部分に貼り付けるイメージの連続する層の各層の位置合わせを実施するために設けられたそれぞれのウェハ位置合わせマークのシフトによる影響を、定義された設計クライテリアによってイメージが最も敏感な収差の変化を補償するために設けられた最適化プロシージャに基づき、補償するためのウェハ位置合わせシステムをさらに含む。

本発明の他の実施例は、前記予測した投影システムの収差変化の結果として、及びいくつかのイメージのパラメータについて測定した収差値に対して前記予測した投影システムの収差変化の使い方固有の影響を補償するために行われた転写用調節の結果として生じた、対象部分に対するパターニング・デバイスの位置合わせを実施するために設けられたマスク位置合わせマークのイメージのシフトによる影響を、定義された設計クライテリアによってイメージが最も敏感な収差の変化を補償するために設けられた最適化プロシージャに基づき、補償するためのマスク位置合わせシステムをさらに含む。

一実施例では、制御システムは、１つ又は複数のイメージ・パラメータに対する時間経過による予測した影響が、対応する（たとえば、ユーザ定義の）閾値より大きいとき、少なくとも１つの収差値を再測定するための再位置合わせコントローラを組み込む。リソグラフィのパラメータ用に閾値を使用することは、これらの閾値を超えたときだけ、適切な再位置合わせが行われ、したがって処理量に対するその影響が最小になり、一方良好な転写性能が保たれることを意味する。

本発明の開発の際、調節システムは、スキャン位置に応じてイメージを最適化するように、スキャンして基板を露光する間、基板の大きさ全体にわたるスキャンされるイメージの変動を可能にするために、連続したスキャン位置全体について転写用調節を実行するように構成される。これによって、最適な投影システムの調節をスキャン位置（たとえば、スキャナのＹ位置）に応じて変化させることが可能になり、露光のためのスキャン中、スキャン方向のイメージ構造（たとえば、スキャンされる製品の第１の部分中の横方向ライン及びスキャンされる後続の製品の部分中の縦方向ライン）の変動が補償され、スキャン全体にわたりイメージ品質の最適化が可能になる。

本発明は、リソグラフィ投影装置を使用するデバイス製造方法をさらに提供する。その方法は、イメージを受け取るための対象部分を有した基板を設けるステップと、要求されるパターニングの用途に従ってパターニング・デバイスを選択するステップと、投影システムを使用して選択された放射線ビームをパターニング・デバイス上に投影し、特定の要求されたパターニングされたビームを生成し、それによってパターニング・デバイスのイメージを対象部分上に転写するステップと、測定した収差値に対する時間経過による投影システムの収差の変化を予測するステップと、特定の要求されたパターニングされたビームを生成するための装置中で使用される選択されたパターニング・デバイスのいくつかのイメージ・パラメータに対する、前記予測した投影システムの収差変化による使い方に固有の影響を決定するステップと、前記予測した投影システムの収差変化、及びいくつかのイメージ・パラメータへのその使い方固有の影響に従って、要求されたパターニングされたビームに固有の制御信号を生成するステップと、選択されたパターニング・デバイスのイメージへの収差の前記予測した変化の使い方固有の影響を補償するために、制御信号に基づいて転写用調節を実行するステップとを含む。

本発明の実施例の他の態様は、リソグラフィ投影装置を使用するデバイス製造方法を制御するためのコンピュータ・プログラムを組み込んだ、データ・キャリアを提供する。そのリソグラフィ投影装置は、放射線の投影ビームを供給するための放射線システムと、投影ビームにパターンを与えるためのパターニング・デバイス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、基板の対象部分上にパターニングされたビームを投影し、パターニング・デバイスのイメージを対象部分上に生成するための調節可能な投影システムとを含む。そのコンピュータ・プログラムは、測定した収差値に対する時間経過による投影システムの収差の変化を予測するステップと、特定の要求されたパターニングされたビームを生成するための装置中で使用される選択されたパターニング・デバイスのいくつかのイメージ・パラメータへの、前記予測した投影システムの収差の変化による使い方に固有の影響を決定するステップと、前記予測した投影システムの収差変化及びいくつかのイメージ・パラメータへのその使い方固有の影響に従って、要求されたパターニングされたビームに固有の制御信号を生成するステップと、選択されたパターニング・デバイスのイメージへの前記予測した収差の変化による使い方固有の影響を補償するために、制御信号に基づいて転写用調節を実行するステップとを含む方法を達成するように構成される。

ここで、本発明の実施例について、例示だけで、添付の図面を参照して述べる。

図１に、本発明の実施例による少なくとも１つのマーカー構造を含むリソグラフィ投影装置を概略的に示す。この装置は、
この特別の場合、放射線システムが放射線源ＳＯも含む、放射線（たとえば、ＵＶ又はＥＵＶ放射線）の投影ビームＰＢを供給するための照明システムＩＬと、
アイテムＰＬ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ために、パターニング・デバイスＭＡ（たとえば、マスク）を支持し、第１の位置決め器（図示せず）に接続された第１の支持構造ＭＴ（たとえば、マスク・テーブル）と、
アイテムＰＬに対して基板Ｗを正確に位置決めするために、基板Ｗ（たとえば、レジスト被覆シリコン・ウェハ）を保持し、第２の位置決め器ＰＷに接続された第２の支持構造ＷＴ（たとえば、ウェハ・テーブル）と、
パターニング・デバイスＭＡによって投影ビームＰＢに与えられたパターンを、基板Ｗの対象部分Ｃ（たとえば、１つ又は複数のダイを含む）上に転写するための投影システムＰＬ（たとえば、反射投影レンズ）とを含む。

投影システムＰＬは、アクチュエータ装置ＡＤが、システムの光学的設定を適応させるために設けられる。光学的設定を適応させる操作は、以下に、より詳細に説明する。

この図に示すように、装置は、透過タイプ（すなわち、透過性マスクを有する）のものである。しかし、或いは、装置は、反射タイプ（反射マスクを有する）のものとすることができる。或いは、装置は、上記で言及したようなタイプのプログラム可能なミラー・アレイなど他の種類のパターニング・デバイスを使用することができる。

放射線源ＳＯ（たとえば、水銀ランプ又はエキシマレーザ）は、放射線のビームを生成する。このビームは、直接、又はたとえばビーム・エクスパンダなどのビーム・コンディショナを通り抜けた後いずれかで、照明システム（照明器）ＩＬ中に送り込まれる。照明システムＩＬは、ビームＰＢの強度分布の外側及び／又は内側の半径方向大きさ（通常それぞれ外側シグマ及び内側シグマと呼ばれる）を設定するために、調節可能な光学的要素ＡＭを含むことができる。さらに、それは、一般に、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなど他の様々な構成要素を含む。このようにして、マスクＭＡ上に衝突するビームＰＢは、その断面における所望の一様性及び強度分布を有する。

図１に関して、放射線源ＳＯが、リソグラフィ投影装置の筐体内にあってよいが（たとえば、放射線源ＳＯが、水銀ランプのときは、そのケースになることがしばしばであるように）、放射線源ＳＯが、リソグラフィ投影装置から遠隔にあってもよく、その場合、それが生成するビームは、（たとえば、適切な誘導ミラーの助けによって）装置中に誘導されることに留意すべきである。後者のシナリオでは、放射線源ＳＯが、エキシマレーザであるケースが、しばしばである。本発明は、これらのシナリオにともに適用可能である。

ビームＰＢは、マスク・テーブルＭＴ上に保持されたマスクＭＡ上に入射する。マスクＭＡを横切った後、ビームＰＢは、基板Ｗの対象部分Ｃ上にビームＰＢを合焦させるレンズＰＬを通過する。第２の位置決め器ＰＷ及び干渉計ＩＦの助けによって、基板テーブルＷＴは、たとえば、異なる対象部分ＣをビームＰＢの経路中に位置決めするために、正確に移動することができる。同様に、第１の位置決め器（マスク・テーブルＭＴに作用する）を使用して、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、又はスキャン中、ビームＰＢの経路に対して正確にマスクＭＡを位置決めすることができる。一般に、対物テーブルＭＴ、ＷＴの移動は、長行程モジュール（粗位置決め）及び短行程モジュール（微位置決め）の助けによって実現されることになり、それらは、図１に明示していない。しかし、ウェハ・ステッパの場合（ステップ・スキャン装置とは違って）、マスク・テーブルＭＴは、短行程アクチュエータだけに接続することがあり、又は固定することがある。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスク位置合わせマークＭ１、Ｍ２及び基板位置合わせマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせを実施することができる。

この図に示した装置は、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及び基板テーブルＷＴは、本質的に静止させておき、ビームＰＢに与えられたパターン全体は、１回で（すなわち、単一「フラッシュ」）対象部分Ｃ上に投影される。次に、基板テーブルＷＴは、異なる対象部分ＣをビームＰＢによって照射できるように、Ｘ方向及び／又はＹ方向にシフトする。

２．スキャン・モードでは、所与の対象部分Ｃが、単一「フラッシュ」で露光されないことを除き、本質的に同じシナリオが、適用される。その代わり、マスク・テーブルＭＴが、所与の方向（いわゆる「スキャン方向」、たとえば、Ｙ方向）に速度ｖで移動でき、それによってマスク・イメージの上を投影ビームＰＢにスキャンさせ、それと並行して、基板テーブルＷＴを速度Ｖ＝Ｍｖで同方向又は反対方向に同時に移動する。ここで、Ｍは、レンズＰＬの倍率（通常、Ｍ＝１／４又は１／５）である。このようにして、比較的大きい対象部分Ｃは、分解能について妥協しなければならないこともなく、露光することができる。

３．他のモードでは、マスク・テーブルＭＴは、本質的に静止させておいてプログラム可能なパターニング・デバイスを保持し、基板テーブルＷＴは、投影ビームに与えられたパターンが、対象部分Ｃ上に投影されている間、移動又はスキャンされる。このモードでは、一般に、パルス状放射線源が、使用され、プログラム可能なパターニング・デバイスが、基板テーブルＷＴの移動後毎に、又はスキャン中連続する放射線パルス間の中に、必要に応じて更新される。この操作モードは、上記で言及したようなタイプ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ニング・デバイスを使用する、マスクを使用しないリソグラフィに、容易に適用することができる。

上記に述べた使用モードの組み合わせ及び／又はそれへの変更、或いはまったく異なった使用モードを使用することもできる。

この図に示していない変形した実施例では、基板テーブルは、各ウェハが露光ゾーン内にある時間の長さを短くし、そのようにして装置の処理量を増加する観点から、２つの基板テーブルを含み、それにウェハが供給され、ウェハのうちの１つが、上記で述べた様々なモードの１つ又は他で露光されている間、ウェハのうちの他が、露光に先立ち実施する必要がある測定を受けている、２ステージの構成と置き換えられる。

干渉計は、通常、レーザ（図示せず）などの光源を含むことができ、基板又はステージなど測定する対象物について、ある情報（たとえば、位置、位置合わせその他）を決定するために、１つ又は複数の干渉計が、含められる。図１に、１つの干渉計ＩＦが、例として概略示してある。光源（レーザ）が、測定用ビームＭＢを生成し、そのビームＭＢは、１つ又は複数のビーム・マニピュレータによって、干渉計ＩＦまでの経路が、定められる。複数の干渉計がある場合、測定用ビームは、オプティックスを使用することによって異なる干渉計用の別々のビームに測定用ビームを分割し、それらの間で共用される。

マスク・テーブルＭＴ上のマスクとテーブルＷＴ上の基板の位置合わせを実施するための基板位置合わせシステムＭＳは、テーブルＷＴに接近した例示的な位置において概略的に示してあり、基板Ｗ上のマーカー構造を狙った光ビームを発生する少なくとも１つの光源と、そのマーカー構造から光信号を検出する少なくとも１つのセンサ・デバイスとを含む。基板位置合わせシステムＭＳの位置は、リソグラフィ投影装置の実際のタイプによって変化することがある、設計条件に依存することに留意すべきである。

さらに、リソグラフィ投影装置は、共通のマスクを使用して多数のウェハを処理する間、一連の転写及び露光ステップの実施中、機械パラメータを制御し調節することが可能なコンピュータ構成の形で、電子制御システムを含む。本発明の実施例で使用されるコンピュータ構成は、命令及びデータを格納する記憶装置、たとえばＣＤＲＯＭを読み出すための１つ又は複数の読み出し装置、キーボード及びマウスなどの入力装置、及びモニタ及びプリンタなどの出力装置に接続されたホスト・プロセッサを含む。入出力（Ｉ／Ｏ）装置は、本発明によって投影システムＰＬ中で制御に関係するアクチュエータ及びセンサとやり取りする、制御信号を処理するためのリソグラフィ投影装置にも接続される。

上記に説明したように、投影放射線ビームＰＢは、投影レンズ・システムＰＬ中を通過し、その一部分は、レンズ要素及び被覆材料中に吸収される。この部分的に吸収されることによって、全体的及び局所的な温度、及び屈折率の変化が、レンズ要素中に引き起こされる。これは、レンズの光学的性能を変化させる結果になり、レンズ収差として特徴付けることができる。収差全体は、球面収差、非点収差その他などいくつかの異なる収差のタイプに分解することができる。収差全体は、これらの異なる収差の和であり、それぞれが、係数によって与えられる個々の大きさを有する。収差は、波面を変形させることになり、異なる収差のタイプは、波面を変形させる、異なる働きを代表する。これらの働きは、半径方向位置ｒにおける多項式及びｍθのサイン又はコサインの三角関数の積の関数の形を取ることができ、ここでｒ及びθは、極座標であり、ｍは整数である。１つのそのような関数展開式は、以下でより詳細に述べるように、各ゼルニケ多項式が、異なる収差のタイプを代表し、各収差の寄与分が、ゼルニケ係数で与えられる、ゼルニケ展開式である。

焦点ドリフト収差など個々の収差のタイプ、及びｍθに依存する三角関数中のｍ（又はｍ＝０）として偶数値を有した収差は、投影されたイメージを垂直（Ｚ）方向に変位させるようにして装置の調節を達成するためのイメージ・パラメータによって補償することができる。コマなどの他の収差、及び奇数値のｍを有した収差は、水平面（Ｘ、Ｙ面）上でイメージの位置を横方向にシフトさせるようにして装置の調節を達成するためのイメージ・パラメータによって、補償することができる。

ベスト焦点（ｂｅｓｔ−ｆｏｃｕｓ：ＢＦ）位置、すなわちイメージのｚ位置は、実際のリソグラフィ投影装置を使用して測定することができる。ベスト焦点位置は、最大コントラストを有したｚ位置、たとえば、位置が焦点ずれから焦点を通り焦点ずれに動くようなコントラスト対位置曲線にフィットする６次多項式の最大値によって定義される位置である。ベスト焦点は、「ＦＯＣＡＬ」（以下に述べる）として知られた技法など知られた技法を使用し実験で決定することができる。或いは、空間イメージを、たとえば、透過イメージ・センサ（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ：ＴＩＳ）（以下に述べる）又は市販の焦点モニタを使用することによって、直接測定することができる。

ＦＯＣＡＬは、位置合わせを使用する焦点校正についてのアクロニムである。それは、リソグラフィ装置の位置合わせシステムを使用する、焦点面についての情報を完全に決定するベスト焦点計測法である。特別の非対称に分割された位置合わせマークが、焦点を合わせてレジスト被覆ウェハ上に転写される。この転写されたマーク（潜在する又は現像された）の位置を位置合わせシステムによって測定することができる。非対称に分割されているため、位置合わせシステムによって測定される位置は、露光中被った焦点ずれに依存することになり、したがってベスト焦点位置の決定が可能になる。これらのマークをイメージ・フィールド全体にわたり配置し、分割には様々な方向を使用することによって、いくつかの構造の方向について完全な焦点面を測定することができる。この技法は、より詳細に米国特許第５，６７４，６５０号に記載されており、これは、参照により本明細書に組み込まれる。

１つ又は複数の透過イメージ・センサ（ＴＩＳ）を使用して、投影レンズの下のマスクから投影されたイメージの横方向位置及びベスト焦点位置（すなわち、水平及び垂直位置）を決定することができる。透過イメージ・センサ（ＴＩＳ）は、基板テーブル（ＷＴ）に関連付けられた物理的基準表面上に挿入される。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（又はマスク・テーブルの基準面上）に設けられ、対照をなす明るい領域及び暗い領域を有したパターンのイメージを空間中に投影する。次に、空間イメージが存在すると予想される空間を、ＴＩＳの開口が通るように、水平方向（１つ又はおそらく２つの方向、たとえば、Ｘ方向及びＹ方向）及び垂直方向に基板ステージをスキャンする。ＴＩＳの開口が、ＴＩＳパターンのイメージの明るい部分及び暗い部分を通過するとき、光センサの出力は、変動する（モアレ効果）。光センサ出力の振幅の変化率が最も大きい垂直レベルは、ＴＩＳパターンのイメージが最大コントラストを有するレベルを表し、したがって最適焦点面を表す。光センサ出力の振幅の変化率が、水平スキャン中最も大きいＴＩＳ開口のｘ、ｙ位置は、イメージの空間の横方向位置を示す。このタイプのＴＩＳ検出構成の実施例は、より詳細に米国特許第４，５４０，２７７号に記載されており、これは、参照により本明細書に組み込まれる。

他の転写パラメータの測定は、米国特許第６，５６３，５６４号に記載されている。

他の技法を使用してイメージを解析することもできる。たとえば、国際公開第０１／６３２３３号に記載のいわゆるＩＬＩＡＳ検知構成を使用することができる。

イメージ位置のこれらの測定から、様々な収差の形についてゼルニケ係数を得ることが可能である。これは、より完全に、たとえば、欧州特許出願第１，１２８，２１７Ａ２号に説明されており、これは、参照により本明細書に組み込まれる。

レンズ熱作用の影響は、一般に、照明設定、マスク透過率、マスク構造、照射野のサイズ及びフィーチャー、光強度、ウェハ反射率、並びにウェハ・レイアウトなどのパラメータにも依存し、したがってまず原理から計算することは、困難であり、一般に実験に基づく。レンズ熱作用による影響は、時間によっても動的に変化し、したがってこのレンズ熱作用の影響を修正するために、本実施例では、前の測定に基づくレンズ熱作用の影響のモデルを使用し、任意選択で間欠的な測定を使用することによってそのモデルを校正し微調整し、リソグラフィ投影装置を調節して、リソグラフィ・パラメータをそれぞれの許容差内に保つ。

レンズ熱作用によって引き起こされる焦点ドリフトとして知られる収差の影響を考慮すると、この第１の実施例では、使用するモデルは、次の通りである。
Ｆ（ｔ）＝Ａ_１（１‐ｅ^{‐１／ｔ１}）＋Ａ_２（１‐ｅ^{‐１／ｔ２}）

したがって、時間の関数としてドリフトＦ、すなわちｔ‐０におけるベスト焦点位置に対するその位置のＺ方向の変化は、２つの指数関数によって記述され、これは、良好なモデルであることが分かっている。各指数関数は、それぞれ時定数τ_１及びτ_２を有し、それぞれ振幅Ａ_１及びＡ_２を有する。振幅及び時定数の値は、照明設定、マスク透過率、マスク構造、照射野のサイズ及びフィーチャー、放射線強度、ウェハ反射率、並びにウェハ・レイアウトのパラメータの少なくともサブセットに依存する。この実施例のモデルは、振幅が、これらのパラメータのいくつかに、及び光強度、照射野サイズ、マスク透過率、ウェハ反射率など特にレンズに入射するパワーに比例するようなものに線形に依存するとさらに仮定し、したがって振幅は、次のように書くことができる。
Ａ_１＝μ_１・Ｔ_ｒ・Ｓ・Ｉ・Ｗ_ｒｅｆｌ
Ａ_２＝μ_２・Ｔ_ｒ・Ｓ・Ｉ・Ｗ_ｒｅｆｌ
ここで、Ｉは、露光光強度（Ｗ／ｍ^２）であり、Ｓは、照射野サイズ又はウェハ・レベルにおけるマスキング面積（ｍ^２）であり、Ｔ_ｒは、マスク透過率であり、Ｗ_ｒｅｆｌは、ウェハ反射率（純比率又はパーセンテージ）であり、μ_１、２は、現象学的であり、レンズ熱作用に影響するが具体的には含めない他のすべてのパラメータに依存する、いわゆるスケーリング・ファクタである。

このようにして、レンズ熱作用を修正するために必要なイメージ・パラメータ値を格納するレンズ熱作用のデータベースが、構築され、この実施例では、これは、２つの時定数（τ_１及びτ_２）と、２つのスケーリング・ファクタ（μ_１及びμ_２）とからなる。１セットのこれらのイメージ・パラメータは、各マスク及び対象の照明設定について格納することができる。

この技法は、純粋にイメージ・パラメータの１つのタイプの実施例として挙げた焦点ドリフトの観点で、上記に述べてきた。イメージ・パラメータのセットを構築し、レンズ熱作用（時間）の関数として非点収差やコマなど様々な収差の変化を特徴付ける、データベースに格納することができる。収差は、露光される個々のマスク構造に強く依存することがあり、したがって個々のマスクを使用して微調整用の測定を行って、そのマスクを使用するウェハの個々のロットの露光に先立ち、様々な収差についてこれらのイメージ・パラメータの値を得ることができる。マスク固有のマスク熱作用による影響は、すべてモデル中に含めることもできる。

レンズ熱作用の影響を定義するパラメータのデータベースを獲得し実装すると、モデルに従って計算した収差のイメージ・パラメータに対する影響を補正するために、実行が必要になる必要な修正を予測するためのソフトウェアをフィードフォワード技法で使用する。これは、露光毎に行われ、各露光の直前に物理的調節を行い、修正が必要な計算したイメージ・パラメータのオフセットを補償することができる。

様々なマスク間における、及び微調整されたパラメータを必ずしも得られなかった異なる照明設定における熱作用の影響の変動を補償するために、ロット中、間欠的に、随時に測定し、動的にモデルを調節することもできる。新しい測定後毎に、新しい最適時定数及び／又はスケーリング・ファクタのパラメータを、たとえば残渣Ｒの最小値に基づくフィッテングによって、計算することができる。パラメータ値が入手できない設定において、露光を実施するとき、既知のパラメータから内挿法及び外挿法を使用して、新しい設定について使用されるパラメータ値に、ベスト推定値を与えることもできる。

特定の時間において、各タイプの収差の影響についての計算によって、真性の収差のすべての影響、すなわちレンズのデフォルト値より大きくてそれを超えた、レンズ熱作用から生じたその収差の影響の予測した追加の量が与えられる。リソグラフィ投影装置に行う修正は、レンズ熱作用の影響をさらに補償するための調節信号によって装置に対して行われる調節の形で行われ、以下に示すような収差又はイメージ・パラメータのそれぞれ個々のタイプに依存する。
焦点ドリフト：基板テーブルの高さを調節する。
フィールド湾曲：光軸に沿って１つ又は複数の可動レンズ要素をシフトする。
倍率ドリフト：光軸に沿って１つ又は複数の可動レンズ要素をシフトし、光軸に沿ってマスクの軸方向位置を調節する。
３次歪：光軸に沿ってマスクの軸方向位置を調節し、光軸に沿って１つ又は複数の可動レンズ要素をシフトする。
球面収差：光軸に沿って１つ又は複数の可動レンズ要素をシフトする。
コマ収差：露光放射線の中心波長をシフトし、光軸に対して１つ又は複数の可動レンズ要素の偏心度を調節する。

収差とリソグラフィ投影装置に必要な調節の間の関係が、様々なレンズのタイプでは、異なることがあることに留意すべきである。

収差の影響の大きさを必要な機械的な調節の大きさに関連付ける、一覧表にした又は計算したイメージ・パラメータ値に基づき、機械が、自動的に修正を実施することができる。個々の収差を修正するために、１つ又は複数のレンズ要素を鞍状に変形することは、たとえば国際公開第９９／６７６８３号に記載されており、これは、参照により本明細書に組み込まれる。

各収差の影響の寄与分は、露光されるマスク及び照明設定に依存することになる。したがって、露光毎に又は露光のロット毎に、この収差の影響をすべて調節することは、常に必要でないはずである。

投影システムＰＬは、投影システムＰＬ内の光学的要素に供給される、計算したイメージ・パラメータによる調節信号によって投影システムの光学的設定を適応させることができる、駆動装置ＡＤが、設けられる。駆動装置ＡＤは、コンピュータ構成と制御信号を交換するために、入力ポート及び出力ポートが、設けられる。

図２のデータ・フロー図に示すように、コンピュータ構成を使用して、レンズ熱作用モデル１０とＩＱＥＡモデル１１［ここで、ＩＱＥＡ（ｉｍａｇｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ）は、収差のイメージ品質への影響を示す］との組み合わせを使用してデータを扱う。レンズ熱作用モデル（これは、たとえば、米国特許第６，５６３，５６４号に記載のものとすることができる）は、レンズが加熱されて生じる時間による収差の変化、つまり収差のオフセット・データを予測し、製品パターン、照明モードその他などの個々の使い方を表す入力データとして、並びに露光履歴、つまりロット中以前に実行された、各露光のタイムスタンプ、線量、イメージ・サイズ、レチクル透過率その他を表すデータ、及び現在時間を表すデータとして受け取る、動的モデルである。レンズ熱作用モデルは、収差のオフセット出力信号（ゼルニケで表現される）を生成する。ＩＱＥＡモデルは、個々の使い方（製品パターン、照明モード）及びユーザ定義のリソグラフィ仕様を表すデータ、並びにレンズ熱作用モデルから予測された収差の変化を表す収差のオフセット・データを受け取り、Ｘ−Ｙ面上の歪、Ｚ方向のずれなどのイメージ・パラメータのオフセット、及び他のイメージ・パラメータのオフセット、たとえば非点収差を表す出力信号を生成する。そのイメージ・パラメータのオフセット出力信号は、必要な調節を実行させて個々の使い方に最も適切な収差を補償し、その調節は、投影システムの１つ又は複数のレンズ及び／又は基板テーブルなど装置の他の調節可能な部分に供給される調節信号によって、リソグラフィ投影装置のオーバーレイ及び転写性能を最適化するように補償する収差に基づき、実行される。そのイメージ・パラメータのオフセット出力信号は、レンズ熱作用モデルが出力する収差値が、時間によって変化するので、時間とともに変化することになり、Ｘ−Ｙ面上の歪、Ｘ−Ｙ面に垂直なＺ方向のずれを調節するように、又はより一般的な転写パラメータ、たとえば軸上非点収差のオフセットを調節するように働くことができる。他のイメージ・パラメータの出力信号は、たとえばＣＤ又はＬ１−Ｌ２を調節するように働くことができる。

他の実装では、図３のデータ・フロー図に示すように、レンズ熱作用モデル１０及びＩＱＥＡモデル１１は、レンズ・モデル１２及びオプティマイザ１３と組み合わされる。レンズ・モデル１２（レンズ熱作用モデル１０と混同しないこと）は、以下でより詳細に述べるように、使用される個々のレンズ構成に最適なリソグラフィ性能をもたらすことになる、様々なレンズ調節要素の設定指示を与え、ＩＱＥＡモデル（及びレンズ熱作用モデルからの予測した収差のオフセット）とともに使用されて、多数のウェハの露光中、リソグラフィ装置のオーバーレイ及び転写性能を最適化することができる。この目的のために、予測したイメージ・パラメータのオフセット（ＩＱＥＡ１１からのオーバーレイ、焦点その他）は、調節信号を決定するオプティマイザ１３に供給され、イメージ・パラメータの残存オフセットが、ユーザ定義のリソグラフィ仕様によって最小にされることになる、調節信号が得られる（ユーザ定義のリソグラフィ仕様は、たとえば、オーバーレイ・エラー及び焦点エラーに割り当てる相対的重みを含み、たとえばスリット全体にわたるオーバーレイ・エラー（ｄＸ）に許容できる最大値を、スリットの上の焦点エラー（ｄＦ）に許容できる最大値と比較したとき、最適イメージ品質を表す設計クライテリア中にどの程度まで計算に入れられるかを決定する）。レンズ・モデル１２のパラメータは、オフラインで校正される。

最適化フェーズ中、調整信号は、オプティマイザ１３からレンズ・モデル１２に供給される。レンズ・モデル１２は、その調節信号がレンズに供給された場合、レンズ中に誘起されるはずの収差を決定する。この誘起された収差は、レンズ熱作用モデル１０からの予測した収差のオフセット及びすべての測定した収差値とともに加算器１４に供給され、したがって残存収差だけが、ＩＱＥＡモデル１１にフィードバックされる。測定した収差値は、ロットの開始時に上記で述べた測定の結果として供給され、最後の測定値に対する収差のオフセットが、レンズ熱作用モデル１０によって予測される。そのイメージ・パラメータの最適化に続き、その結果得られた調節信号が、レンズ１５又は他の調節可能な要素に供給されて、ウェハの露光に先立ち必要な補償用調節が実行される。

図３ａに、レンズ・モデル及び線形化ＩＱＥＡモデルの組み合わせ１７が、１回のランで（最適化されるイメージ・パラメータ毎に実行しなければならない別々のランではなく）ユーザ定義のリソグラフィ仕様による調節信号の最適化の実現を可能にするために、設けられた、その実装の修正の図を示す。線形化ＩＱＥＡモデルは、ＩＱＥＡモデル１１から導出され、レンズ・モデル及び線形化ＩＱＥＡモデルを組み合わすために可能な方法が２つあり、これに関し以下でより詳細に述べる。この場合、最適化された調節信号は、直接レンズ１５又は他の調節可能な要素に供給されて、ウェハの露光に先立ち必要な補償用調節が行われ、上記で述べたようにして調整信号に対応する誘起された収差値をフィードバックする必要がない。

収差全体は、球面収差、非点収差などいくつかの異なる収差のタイプに分解することができる。収差全体は、これらの異なる収差の和であり、それぞれが、係数によって与えられる個々の大きさを有する。収差は、波面の変形をもたらす原因になり、異なる収差のタイプは、波面を互いに異なるように変形する働きを代表する。これらの働きは、半径方向位置ｒの多項式とｍθのサイン又はコサインの三角関数の積の形を取る関数で表すことができ、ここでｒ及びθは、極座標であり、ｍは整数である。そのような１つの関数展開式は、各ゼルニケ多項式が異なる収差のタイプを代表し、各収差の寄与分がゼルニケ係数で与えられる、ゼルニケ展開式である。

ここで、
Ｗは、瞳中の位置（ｎｍ）の関数として、瞳面中の位相分布である。
Ａ_ｎ，ｌは、収差又はゼルニケ係数（ｎｍ）である。

は、次数ｎでｌによる多項式である。
ρは、瞳面中の半径である（単位ＮＡ）。
θは、瞳面中の角度である（ｒａｄ）。
ｎは、ρの累乗である（０≦ｎ≦Ｎ）。
Ｎは、瞳展開式の次数である。
ｌは、θの次数である（ｎ＋ｌ＝偶数及び‐ｎ≦ｌ≦ｎ）。

収差係数Ａ_ｎ，ｌは、通常ゼルニケ係数Ｚ_ｉとして書かれる。
Ａ_ｎ，ｌ＝ａ_ｉ・Ｚ_ｉ （２）
ここで、
ａ_ｉは、スケーリング・ファクタである。
ｉは、ｎ^２＋ｎ＋ｌ＋１である。

収差、したがってゼルニケ係数は、イメージ面上の位置の関数、Ｚ_ｉ＝Ｚ_ｉ（Ｘ、Ｙ）である。しかし、スキャナでは、ｙ方向の収差は、スキャンして露光される間、平均化され、したがってＺ_ｉ（Ｘ、Ｙ）は、

（Ｘ）（これは、通常単にＺ_ｉ（Ｘ）と呼ばれる）になる。

イメージ面を横切る収差（ゼルニケ係数）の関数は、次には簡単な級数展開で書くことができる。
Ｚ_ｉ（Ｘ）＝Ｚ_ｉ＿０＋Ｚ_ｉ＿１・Ｘ＋Ｚ_ｉ＿２・Ｘ^２＋Ｚ_ｉ＿３・Ｘ^３＋Ｚ_{ｉ＿ｒｅｓ}（Ｘ） （３）
ここで、Ｚ_ｉ（Ｘ）は、定数項（係数Ｚ_ｉ＿０を有した）、線形項（係数Ｚ_ｉ＿１を有した）、及び残された項又は残渣（Ｚ_{ｉ＿ｒｅｓ}）の和として記述される。

低次の奇数収差（Ｚ_２＿１、Ｚ_２＿３）の線形及び３次の項は、倍率及び３次歪として呼ばれる。しかし、たとえば、拡大効果（しかし、露光イメージ、照明設定及びマスク・タイプに依存する）を有した、より高い次数の奇数収差の線形項（たとえば、Ｚ_７＿１又はコマ・ティルト）もある。２次のより低い次数の偶数収差（Ｚ_４＿２）は、通常フィールド湾曲として呼ばれる。

レンズ・モデルを使用して、最適なリソグラフィ性能をもたらすレンズ設定（調節可能なレンズ要素の位置及びティルト）を計算する。たとえば、１つの特定のシステムのレンズは、次のパラメータを調節することが可能である。
Ｚ_２＿１、Ｚ_２＿３、Ｚ_４＿２、Ｚ_７＿１、Ｚ_９＿０、Ｚ_１４＿１、Ｚ_１６＿０

以下の式は、簡単化されたレンズ・モデルの実施例を表す。
Ｚ_２＿１＝Ａ＊Ｅ１＋Ｂ＊Ｅ２＋Ｃ＊Ｅ３
Ｚ_７＿１＝Ｄ＊Ｅ１＋Ｆ＊Ｅ２＋Ｇ＊Ｅ３ （４）
Ｚ_９＿０＝Ｈ＊Ｅ１＋Ｋ＊Ｅ２＋Ｎ＊Ｅ３
Ｚ_１４＿１＝Ｐ＊Ｅ１＋Ｑ＊Ｅ２＋Ｒ＊Ｅ３
又は行列表示で

ここで、Ｍは、従属行列であり、

は、レンズ要素ベクトルである。

シミュレータでは、ＩＱＥＡモデルを使用して、製品フィーチャー及び使用される照明設定から、様々な収差係数（Ｚ_ｉ）用のいわゆる感度（Ｓｉ）を決定し、これらの感度は、線形化ＩＱＥＡモデルを構成する。これは、Ｐｒｏｌｉｔｈ、Ｓｏｌｉｄ−Ｃ又はＬｉｔｈｏｃｒｕｉｓｅｒ（ＡＳＭＬ Ｍａｓｋｔｏｏｌｓ社製）などの市販パッケージを使用して行われ、そのパッケージは、フィーチャーの特性、照明設定、及びレンズのタイプ及び収差に基づき、投影された空間イメージの計算が可能である。空間イメージから、Ｘ変位（Ｘ及びＹ変位エラーの分布状態は、通常歪として呼ばれる）、Ｚ変位（焦点ずれと呼ばれ、Ｚ変位エラーの分布状態は、通常焦点面ずれと呼ばれる）、Ｃ−Ｄ差（レンガの壁（ｂｒｉｃｋ−ｗａｌｌ）のフィーチャーについてのクリティカルな寸法差）、左右非対称、Ｈ−Ｖリトグラフ・エラーなどの該当するリソグラフィ・エラーを計算することができる。感度は、シミュレータに入力した収差の大きさで計算したエラーを除算することによって計算される。これは、該当するリソグラフィ・エラー及び収差（ゼルニケで表現）すべてについて行われる。

システムのリソグラフィ・エラーは、計算した感度にレンズ収差を掛けることによって、イメージ・フィールド（スキャナ・スリット）全体にわたり得られる。たとえば、オーバーレイ・エラーは、Ｘ歪（ｄＸ）であり、ある照明設定を用いて露光されたあるフィーチャーのＸ歪は、次の式になる。

スリットを横切る焦点ずれ（ｄＦ）（縦のフィーチャーについて）は、次の式になる。

ユーザ定義のリソグラフィ仕様に基づく他のリソグラフィ・エラーも考慮に入れる必要がある。一般に、大部分のリソグラフィ・エラーは、次のように書くことができる。

ＩＱＥＡモデルを適用することもせずレンズ・モデルを使用する場合、収差（この実施例では、Ｚ_２＿１、Ｚ_７＿１、Ｚ_９＿０及びＺ_１４＿１）は、すべて同時に最適化される。最適化するパラメータより調節するレンズ要素が少ないので、システムは、全体として最適状態に置くことができるが、個々のイメージ・パラメータは、個々の使い方には最適でない恐れがある。さらに、調整可能なパラメータすべてについての最適状態は、全体として最適な性能をもたらさない恐れがあるはずである。

ＩＱＥＡモデルをレンズ・モデルと組み合わすことによって、修正方法を極めてより柔軟で強力にすることが可能である（その方法は、割り当てる使い方に応じて最適化することができる）。

レンズ・モデル及びＩＱＥＡモデルを組み合わす方法は、２つが可能であり、これについて以下に述べる。２つのモデルを組み合わす最も簡単な方法は、ＩＱＥＡモデルから計算した感度をレンズ・モデル中に適用することである。

たとえば、Ｓ_１４＝０の場合、式は、厳密に解を得ることができるものになる。しかし、たとえ感度のどれもがゼロでない場合でも、最も高い感度が、最終解では重みがより大きくなり、個々の使い方に最適なシステム状態が、得られることになる。

２つのモデルを組み合わす第２の方法は、システムを最適化して１つ又は複数のリソグラフィ性能定義関数にすることである。可能な一実施例では、性能定義関数Ｘ歪（ｄＸ）にシステムを最適化することであり、この場合この定義関数のためのＩＱＥＡモデル式は、以下のように書くことができる。

この式の３つの線形収差項（Ｚ_２＿１、Ｚ_７＿１、及びＺ_１４＿１）についてレンズを調節するために、この表現式を使用する場合、式は、次のようになる。
ｄｘ（Ｘ）＝（Ｚ_２＿１・Ｓ_２＋Ｚ_７＿１・Ｓ_７＋Ｚ_１４＿１・Ｓ_１４）・Ｘ＋残渣
＝（Ａ・Ｅ１＋Ｂ・Ｅ２＋Ｃ・Ｅ３）・Ｓ_２＋（Ｄ・Ｅ１＋Ｆ・Ｅ２＋Ｇ・Ｅ３）・Ｓ_７＋（Ｐ・Ｅ１＋Ｑ・Ｅ２＋Ｒ・Ｅ３）・Ｓ_１４＋残渣 （１１）

この式は、統合されたレンズ・モデル式を構成し、解く必要がある。現実には、同時に最適化しなければならない、解をもっと複雑にするリソグラフィ・エラーが、もっとあるはずである。たとえば、焦点ずれ（ｄＦ）を最適化する要求がある場合、解くべき第２の式は、次のようになる。
ｄＦ（Ｘ）＝Ｚ_９＿０・Ｓ_９＋残渣
＝（Ｈ＊Ｅ１＋Ｋ＊Ｅ２＋Ｎ＊Ｅ３）・Ｓ_９＋残渣 （１２）

この場合、ｄＸ及びｄＦは、レンズ要素を調節することによって、ともに最適にされる必要がある。

自由度の数が、過剰な場合、全般的にシステム性能をできるだけ良好にするために、個々の調節可能な収差をできるだけ小さくするように、これを使用することが賢明である。

コンピュータ構成は、図４のフローチャートに示すように、多くのウェハの複数のダイの一連の露光間の各露光中、レンズ熱作用に起因する、個々の使い方が最も敏感に影響を受ける収差の変化を、各ウェハの各連続するダイの露光のために、最適に補償するような投影システムの設定の制御及び調節が可能である。したがって、ロット開始ボックス２０で示すウェハのロットの露光開始時、ロットの一連の露光に先立ち、イメージの収差を、たとえばＩＬＩＡＳ又はＴＩＳの技法によって測定し、測定した収差データ２２を提供する、ロット修正プロシージャ２１を実施する。以下でより詳細に述べるように、その結果得られた収差値をＩＱＥＡモデルに供給する。次に、処理ステップ２３で、レンズ熱作用モデルを使用して、連続する露光毎にレンズ熱作用に起因する収差のオフセット・データ２４を予測し、露光履歴を表すデータ（たとえば、ロット中の前の露光数及びそのタイムスタンプ）をレンズ熱作用モデルに入力する。ロット中の連続する露光毎に、実際の露光の前に、前回のロット修正に対する収差の予測した変化に基づき、その収差のオフセット予測を実施する。

処理ステップ２５で、ＩＱＥＡモデルは、測定した収差データ２２及び収差のオフセット・データ２４、並びに使い方のデータ２６、すなわち照明モード（たとえば、開口数、内側シグマ及び外側シグマ）、高精度で製品中に画定するフィーチャー（たとえば、フィーチャー・サイズ、密度）、露光中加える放射線の線量、マスク透過率などの個々の使い方を表すデータ、及び異なる収差タイプへの様々なフィーチャーの感度を定義するユーザ定義のリソグラフィ仕様を表すデータ２８が、入力される。ＩＱＥＡモデルは、該当するオプティマイザとともに、以下に述べるように露光毎に転写性能を最適化するために、このデータからモデル化されたイメージ・パラメータのオフセットを決定し、オーバーレイ値（Ｘ−Ｙ調節）、焦点値（Ｚ調節）など該当する設定を調節する。次に、処理ステップ３０で、これらの設定によってウェハ上の該当するダイを露光し、処理ステップ３１で、そのイメージの最後のダイを露光したかどうかを判定し、最後でない場合そのイメージの次のダイの露光のために、制御信号を送り処理ステップ２３を起動する。そのイメージのダイをすべて露光した場合、ステップ３２で、ウェハの最後のイメージを露光したかどうかを判定し、最後でない場合次のイメージのために、制御信号を送り一連の処理ステップ２３を起動する。ウェハのイメージをすべて露光した場合、処理ステップ３３で、ロットの最後のウェハを露光したかどうかを判定し、処理ステップ３４で示すように、ウェハのロットの露光終了を通知するために制御信号を送る。

この実施例の変形では、マスク上の４つの位置合わせマーカーの位置を検出し、イメージ・パラメータのオフセットのうちの１つ又は複数が、閾値を超えている場合、たとえば倍率などのイメージ・パラメータのいくつかを再測定し、ロット開始時に１度だけよりもっとしばしばこれらの個々のイメージ・パラメータを測定する結果になる、再位置合わせプロシージャが、実施される。製品パターンとは別のマスク上のマーカーについてその再位置合わせを行うので、その再位置合わせ中、確実に残存収差がマーカーの測定に悪影響を与えないように、注意しなければならない。この点で、収差が、再位置合わせ中、マーカーの測定に悪影響を与えないように対応する収差の補償を可能にするために、ＩＱＥＡモデルを使用して、マスク上のマーカーの検出に最も適切なイメージ・パラメータのオフセットを予測することができる。投影システムの設定の制御及び調節中にその再位置合わせプロシージャを組み込むことは、有利であるが、そのプロシージャの使用は、任意選択によるものであり、投影システムの設定の有効な制御及び調節は、どんな再位置合わせプロシージャがない場合でも可能であることを理解すべきである。

図５に、図３のフローチャートとの差を太線で示した、投影システムの設定を制御し調節する代替方法のフローチャートを示す。この場合、処理ステップ３５で、予測した収差のオフセット・データ２４及び使い方のデータ２６をＩＱＥＡモデル中に入力し、したがってウェハ上に別のイメージを露光する、又は別のウェハ上に露光する前に、ステップ３６で、予測したイメージ・パラメータのオフセットをステップ３６で保持した閾値データと比較する、レンズ熱作用フィードバック・システムが、設けられる。イメージ・パラメータのオフセット値のうちの１つ又は複数の値が、対応する閾値を超えた場合、フィードバック制御信号を供給して別の測定ステップで、イメージの収差を再測定させ、したがって次のイメージ又はウェハを露光するための最適なレンズ設定を制御するために、以前に測定した収差値の代わりにその新しく測定した収差値を使用して、イメージ・パラメータのオフセットの計算中に使用する総収差値を決定する。より一層レンズの熱作用を考慮する必要がある場合、レンズ設定をイメージ毎に最適に調節し、予測したイメージ・パラメータのオフセットが、閾値を超えることによって必要と判定されたときだけ、再位置合わせ（収差の再測定による）を行う、同様な方法で各ウェハ上への各イメージの露光を制御する。

このようにして、装置の転写及びオーバーレイ性能を、個々の使い方に応じて最適化し、レンズ熱作用の影響を補償し、一方再位置合わせ及びそれに伴う処理量の低下は、必要のときだけ起こることが保証される。これは、用途に従って、たとえばウェハのフロントエンド層中のトランジスタのゲートなど製品のクリティカルな構造のフィーチャーに殊に依存して、加える修正を制御することによって達成できる。

これらの演算のためのプロシージャについて、以下でより詳細に述べる。第１ステップとして、投影システムについて測定するレンズ収差を、たとえばゼルニケ係数の観点から述べる必要がある。

ゼルニケ係数のすべてに関する歪に対するイメージ感度の線形結合に基づき、投影システムの設定を適合させる、線形推定計算モデルを使用する。基本的に、所与の理想的な重心位置を有した理想的なパターン・フィーチャーの歪は、重心位置が相対的にシフトされたものになる。ゼルニケ係数が定義する様々な歪のタイプには、所与のパターン・フィーチャーの歪に対する感度は、異なるが、「座標毎（ｃｏ−ｏｒｄｉｎａｔｅ ｂｙ ｃｏ−ｏｒｄｉｎａｔｅ）」又は「スリット座標（ｓｌｉｔ ｃｏ−ｏｒｄｉｎａｔｅ）」ベースの手法に従った歪マップに基づき、計算することができる。

さらに、所与の歪のタイプに対する感度は、転写する（基本的）パターン・フィーチャーの形状に応じて変化する。したがって、線形推定計算モデルによって、様々なパターン・フィーチャー（形状及びサイズの変化）について収差が誘起する歪のパラメータを、投影システムの局所レンズ収差とあわせて（たとえば、オフライン・モードで）計算する。照明モード及びマスク・タイプ（すなわち、瞳面塗りつぶし）も考慮に入れる。

線形推定計算モデルを使用して、座標（ｘ、ｙ）における歪（ｄｘ、ｄｙ）を以下のように記述する。

ここで、Ｚ_ｉは、ｉ次のゼルニケ係数であり、Ｓ_ｉは、所与のゼルニケ係数Ｚ_ｉについての感度係数であり、ｘ歪及びｙ歪は、それぞれゼルニケ係数の級数によって記述される。ゼルニケ係数は、ｘ、ｙ座標に依存する。感度Ｓ_ｉは、基本的にパターン及び照明モードに依存する。

これらの式の計算結果は、転写用修正データとして、コンピュータ構成８のメモリの１つ又は複数のデータベースに、これを格納する。転写用修正データは、所与のパターン・フィーチャーのタイプ及びサイズ、及び瞳面塗りつぶしの組み合わせすべてについて決定することができる。１つ又は複数のデータベースに、その組み合わせそれぞれに応じた転写用修正データを保持することができる。

リソグラフィ処理のラン中、メモリから転写用修正データを読み出す。投影システムの設定は、パターン歪パラメータの組み合わせ、すなわち転写するパターン・フィーチャーのタイプ及びサイズ、実際のレンズ収差座標及びそのパターン・フィーチャーのための実際の瞳面塗りつぶしによって、適応させる。転写用修正データ（実際のパターン歪パラメータの組み合わせに基づく）は、オンライン適合プロシージャへの処理ラン用のジョブ・データファイル中の情報を介して、データベースから利用することができる。オンライン適合プロシージャは、処理ラン中Ｉ／Ｏ装置３１を経由して、収差が誘起する歪用の、式で与えられる転写用修正パラメータに従って、投影システムの設定を適合させる。

やはり、リソグラフィ処理ラン中、実際の転写用修正パラメータの組み合わせは、オンライン適合プロシージャへの処理ラン用のジョブ・データファイル中の情報を介して、データベースから利用することができる。オンライン適合プロシージャは、処理ラン中、収差が誘起する歪用の、式のセットで与えられる転写用修正パラメータに従って、投影システムの設定を適合させる。

空間イメージのためのパターン収差が誘起する歪の修正、及びオンライン適合プロシージャは、コンピュータ構成によって実行される。計算は、プロセッサによって実行され、投影システム用の修正パラメータに関連するデータは、コンピュータ構成中のメモリ装置に格納される。プロセッサは、処理ラン中パターン収差誘起歪を修正するために、転写用修正パラメータを決定し、Ｉ／Ｏ装置に指示を与えて、センサ及びアクチュエータを含む投影システムの駆動装置ＡＤに転写用修正信号を送信させる。

マスク位置合わせ（オーバーレイ）を調節するために、基板テーブル（ＷＴ）に関する物理的基準面内に搭載され、マスク（又はレチクル）上の１つ又は複数のマークの位置を決定するために使用することができる、１つ又は複数の透過イメージ・センサ（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ：ＴＩＳ）の、米国特許第４，５４０，２７７号に記載のような使用について、既に上記で言及している。先進プロセス制御（ａｄｖａｎｃｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＰＣ）システムが、通常良好なオーバーレイを保証するために使用される。ロットの露光後、オーバーレイは、いわゆるオーバーレイ測定ツールを使用して、ロットからのいくつかのウェハについて測定され、測定されたオーバーレイ寸法データは、ＡＰＣシステムに送られる。次いで、ＡＰＣシステムは、露光及び処理履歴に基づき、オーバーレイ修正値を計算し、これらの修正値は、スキャナを調節してオーバーレイ・エラーを最小にするために使用される。これは、オーバーレイ測定フィードバック・ループとしても知られる。

しかし、特定の製品の使い方のために補償した後、残存するレンズ収差に起因するＴＩＳ及び／又はオーバーレイ・マークの歪のため、まだ著しいＸ−Ｙ位置合わせエラーが存在する恐れがあり、ＴＩＳ及び／又はオーバーレイ・マークについてエラーを最小にするように、調節が行われた場合、これらの調節は、製品の露光中の転写性能を最適化するには適切でない恐れがある（又は、製品露光エラーを最小にするために、調節が行われた場合、正確な位置合わせをもたらすのと逆になる恐れがある）。

したがって、ＩＱＥＡモデルは、適切な修正を決定し、様々なフィーチャー（すなわち、製品フィーチャー、ＴＩＳマスク・マーク、オーバーレイ測定目標及びウェハ位置合わせマーク）に歪を許容するようになすことができる。さらに、様々なフィーチャーは、リソグラフィ制御ループ全体の中の様々なポイントで使用されるので、必要なエラー修正データが正しい位置に供給されることが重要である。

その構成では、ＩＱＥＡモデルは、シミュレータを有したループ中に配置され、様々なフィーチャーの感度を計算する。これらの感度は、製品フィーチャーに最適なレンズ設定を計算する、結合された線形化ＩＱＥＡモデル／レンズ・モデル中に入力される。次に、これらのレンズ設定は、レンズ・ドライバに送られ、必要なレンズ調節を実施する。さらに、このモデルによって計算したＴＩＳマスク（又はレチクル）マークのオフセットは、マスク位置合わせパラメータが、バイアスされない仕方で正しく計算されるように、これらのオフセットの修正が可能な測定ドライバに送られる。ＴＩＳマークのオフセットは、製品フィーチャーの位置が正しく示されることを保証するために、ウェハの露光に先立ち、測定したＴＩＳ位置を修正するために使用される。露光されたオーバーレイ測定目標及び非ゼロのウェハ位置合わせマークについてモデルがもたらすオフセットは、そのデータが様々な時間及び位置で使用されることが必要であり、ＡＰＣシステムに送られる。測定したオフセットは、オーバーレイ測定フィードバック用のオフセットを計算するために使用され、したがって同じ層を露光するシステムに供給される。ウェハ位置合わせマークのオフセットは、フィードフォワード構成で次の層の露光をするシステムに供給される。

レンズ加熱の状態の場合、データ処理は、より複雑になる。というのは、修正及びオフセットは、レンズ加熱の影響下にあるシステムの収差ドリフトにすべて依存し、したがって様々なフィーチャー（すなわち、製品フィーチャー、ＴＩＳマスク・マーク、オーバーレイ測定目標及びウェハ位置合わせマーク）の、そのレンズ加熱に起因するシフトが、すべて計算の中に考慮されなければならないからである。この場合、製品のＸ−Ｙ位置及びＴＩＳの位置、露光されるダイ毎の（オフラインの）オーバーレイ測定フィーチャー及び位置合わせフィーチャーを決定するための、通常の計算シーケンスは、以下の通りである。

１．露光直前に製品位置に対する、ＴＩＳマーク、オーバーレイ測定目標及び位置合わせマークのＸ−Ｙ位置のシフトを計算する。

２．ウェハ上の個々のダイの露光に先立ち、計算したオフセットを用いて測定したＴＩＳマークの位置を修正する。

３．レンズ加熱によって、実際の収差が変化し、ＴＩＳマーク、オーバーレイ測定目標及び位置合わせマークの位置が、製品位置に対してシフトするので、他のダイ及びウェハについて繰り返す。

４．オーバーレイ測定目標の位置についてのシフトをＡＰＣシステム中に格納し、それによってＡＰＣフィードバック・ループを、製品のオーバーレイ（測定したいくつかのウェハについてのオーバーレイ）に最適化することができる。オーバーレイ測定ツールでオーバーレイを測定したとき、これは、常に２つの層についてシフトの差になり、両方の層についてシフトは、オーバーレイ測定目標の決定の中に考慮する必要があることに留意すべきである。たとえば、ボックス内ボックス（ｂｏｘ−ｉｎ−ｂｏｘ）構造の場合、真のオーバーレイについて可能な最善の推定値を得るために、内側ボックスについてのシフト（この内部ボックスを露光するとき、このシフトが決定されている、というのは製品に最適化されたイメージ調節を用いて露光されるからである）、及び外側ボックスについてのそれとは異なるシフト（このシフトも、既に決定されている）を考慮する必要があるはずである。

５．各ウェハ上の次の層を露光するとき、露光前に計算したオフセットを用いて測定した位置合わせマークの位置を修正する。

本発明を実施させるためのリソグラフィ投影装置を示す図である。 レンズ熱作用モデルとＩＱＥＡモデルの結合状態を示す説明のための図である。 本発明の実用的実装を示す説明のための図である。 本発明の実用的実装を示す説明のための図である。 コンピュータ・システム中に個々の実施例を実装する際、制御ステップを実行するフローチャートの図である。 コンピュータ・システム中に個々の実施例を実装する際、制御ステップを実行するフローチャートの図である。

符号の説明

ＭＡ パターニング・デバイス、マスク
Ｍ１、Ｍ２ マスク位置合わせマーク
ＳＯ 放射線源、
ＩＬ 照明システム
ＩＮ インテグレータ
ＣＯ コンデンサ
ＭＴ マスク・テーブル、第１の位置決め器、対物テーブル
ＰＢ ビーム、投影ビーム、投影放射線ビーム
ＰＬ アイテム、投影システム、レンズ、投影レンズ・システム
ＡＤ 駆動装置、アクチュエータ装置
ＭＳ 基板位置合わせシステム
Ｗ 基板
ＷＴ 対物テーブル、第２の支持構造、基板テーブル、テーブル
ＭＢ 測定用ビーム
ＰＷ 第２の位置決め器
Ｐ１、Ｐ２ 基板位置合わせマーク
ＡＭ 調節可能な光学的要素
ＩＦ 干渉計
Ｃ 対象部分

Claims (23)

1. リソグラフィ投影装置であって、
   選択されたパターンを放射線ビームに付与するためのパターニング・デバイス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、
   前記パターニングされたビームを前記基板の対象部分上に投影し、イメージを形成するための投影システムと、
   測定した収差値に対して時間経過による投影システムの収差の変化を予測するための予測システムと、
   前記選択されたパターン用の少なくとも１つの前記イメージのパラメータへの、前記予測した投影システムの収差の変化による使い方に固有の影響を決定するためのモデル化システムと、
   前記予測した投影システムの収差変化、及び少なくとも１つの前記イメージのパラメータへのその使い方に固有の影響に従って、前記選択されたパターンに固有の制御信号を生成するための制御システムと、
   前記制御信号に応答し、前記予測した投影システムの収差変化の前記イメージへの前記使い方固有の影響を補償するためのイメージ調節システムとを含む、リソグラフィ投影装置。
2. 前記制御信号が、前記イメージの面上の２つの方向の投影システムの収差に対する前記選択されたパターンの既知の感度によって、前記２つの方向の１つで前記イメージのフィーチャーの予測した変化を優先的に補償する、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
3. 前記制御システムが、前記イメージ面に垂直な方向の投影システムの収差に対する前記選択されたパターンの既知の感度によって、前記方向で前記イメージのフィーチャーの予測した変化を優先的に補償する、制御信号を生成するように構成される、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
4. 前記制御信号が、前記イメージの少なくとも１つのパラメータへの投影システムの収差の前記影響に与える相対的重みを決定する、定義された設計クライテリアにさらに依存する、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
5. 前記予測した変化が、レンズの加熱又は冷却の結果生じた時間経過による少なくとも１つの収差値の変化を予測する、レンズ熱作用モデルに基づき予測される、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
6. 前記モデル化システムが、前記選択されたパターン及び前記投影システムの照明モードの設定を表すデータに基づき、前記投影システムの収差変化の前記使い方固有の影響を決定するように構成される、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
7. 前記制御信号が、前記調節システムの転写用調節の変化と前記収差変化の間の既知の対応関係に依存する、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
8. 前の層用のオーバーレイ測定目標に対して測定された現在の層用のオーバーレイ測定目標のシフトを、修正するように構築され構成され、
   前記シフトが、前記予測した投影システムの収差変化及び前記イメージ調節システムから生じており、
   前記イメージが最も敏感な前記収差の前記変化を、定義された設計クライテリアによって補償するために設けられた最適化プロシージャに基づく、オーバーレイ測定フィードバック・システムをさらに含む、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
9. 前記対象部分に適用する、イメージの連続する層の各層の前記位置合わせ用に設けられた個々のウェハの位置合わせマークのシフトの影響を補償するように、前記イメージが最も敏感な前記収差の前記変化を、定義された設計クライテリアによって補償するための最適化プロシージャに基づき、構築され構成された位置合わせシステムをさらに含み、
   前記シフトが、前記予測した投影システムの収差変化及び前記イメージ調節システムから生じる、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
10. 前記対象部分に適用する、イメージの連続する層の各層の前記位置合わせ用に設けられた個々のマスク位置合わせマークのシフトの影響を修正するように、前記イメージが最も敏感な前記収差の前記変化を定義された設計クライテリアによって補償するための最適化プロシージャに基づき、構築され構成された位置合わせシステムを含み、
    前記シフトが、前記予測した投影システムの収差変化及び前記イメージ調節システムから生じる、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
11. 時間経過による前記少なくとも１つのイメージ・パラメータへの前記モデル化された影響が、対応する閾値より大きいとき、前記制御システムが、少なくとも１つの収差値を再測定するように構築され構成された測定システムを含む、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
12. 前記イメージ調節システムが、スキャン位置に応じて前記イメージを最適化するために、前記基板の広さにわたり前記スキャンされるイメージの変動を可能にするように、前記基板をスキャンしながらの露光中、連続するスキャン位置についてさらに転写用調節を実行するように構成された、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
13. リソグラフィ投影装置を使用するデバイス製造方法であって、
    要求されたパターニングの用途によって、パターニング・デバイスを選択するステップと、
    放射線ビームを用いてパターニング・デバイスを照射して、パターニングされたビームを生成するステップと、
    前記対象部分上に前記パターニングされたビームを投影して、その上にイメージを形成するステップと、
    測定した収差値に対して時間経過による投影の収差の変化を予測するステップと、
    少なくとも１つの前記イメージのパラメータへの前記予測した投影の収差変化の使い方に固有の影響を決定するステップと、
    前記予測した投影システムの収差変化及びその使い方固有の影響によって、前記要求されたパターニング用途に固有の制御信号を生成するステップと、
    前記制御信号に基づき前記転写するステップを調節するステップとを含む方法。
14. 前記生成するステップが、前記イメージの面上で２つの方向の投影システムの収差に対する前記選択されたパターニング・デバイスの既知の感度によって、前記２つの方向のうちの１つで前記イメージのフィーチャーの予測した変化を優先的に補償するステップをさらに含む、請求項１３に記載のデバイス製造方法。
15. 前記生成するステップが、前記イメージの面に垂直な方向の投影システムの収差に対する前記選択されたパターニング・デバイスの既知の感度によって、前記方向で前記イメージのフィーチャーの変化を優先的に補償するステップをさらに含む、請求項１３に記載のデバイス製造方法。
16. 前記制御信号が、様々な前記イメージのパラメータへの投影システムの収差の選択された影響に与える相対的重みを決定する、定義された設計クライテリアをさらに考慮に入れる、請求項１３に記載のデバイス製造方法。
17. 前記予測するステップが、レンズ加熱又は冷却の結果生じる時間経過による少なくとも１つの収差値の変化を予測する、レンズ熱作用モデルに基づき実施される、請求項１３に記載のデバイス製造方法。
18. 前記使い方固有の影響が、前記選択されたパターニング・デバイス及び前記照射するステップ中で使用される照明モードを表すデータに基づき決定される、請求項１３に記載のデバイス製造方法。
19. 前記生成するステップが、前記調節システムの転写用調節の変化とその転写用調節によって補償される収差変化の間の既知の対応関係に基づき実施される、請求項１３に記載のデバイス製造方法。
20. 前記イメージが最も敏感な収差の変化を定義された設計クライテリアによって補償するために設けられた最適化プロシージャに基づき、前記予測した変化及び前記調節の結果生じた、前の層用のオーバーレイ測定目標に対して測定された現在の層用のオーバーレイ測定目標のシフトを修正するために、オーバーレイ測定情報をフィードバックするステップをさらに含む、請求項１３に記載のデバイス製造方法。
21. 前記少なくとも１つのパラメータへの前記予測した影響が、対応する閾値より大きいとき、少なくとも１つの収差値を再測定するステップをさらに含む、請求項１３に記載のデバイス製造方法。
22. 前記調節するステップが、スキャン位置に応じて前記イメージを最適化するために、前記基板の広さにわたり前記スキャンされるイメージの変動を可能にするように、前記基板をスキャンしながらの露光中、連続するスキャン位置について実行される、請求項１３に記載のデバイス製造方法。
23. 方法を実施するための機械実行可能な命令によって符号化された機械読み出し可能な媒体であって、該方法が、
    リソグラフィ投影装置について要求されたパターニングの用途のために測定した収差値に対して時間経過による投影の収差の変化を予測するステップと、
    少なくとも１つのイメージのパラメータへの前記予測した投影の収差変化の使い方に固有の影響を決定するステップと、
    前記予測した投影システムの収差変化及びその使い方固有の影響によって、前記要求されたパターン生成の用途に固有の制御信号を生成するステップと、
    前記制御信号に基づき前記転写するステップを調節するステップとを含む媒体。
    

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