JP2006157020A - リソグラフィ投影装置及びそのようなリソグラフィ投影装置を使用したデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リソグラフィ投影装置及びこのようなリソグラフィ投影装置を使用したデバイス製造方法を提供すること。
【解決手段】リソグラフィ投影装置は、投影システム収差の時間による変化を測定するための測定システムと、モデル・パラメータに基づいて投影システム収差の時間による変化を予測し、且つ、投影システムのレンズのＯＶＬ値及びＦＯＣ値などの時間と共に変化する装置の特性を補償するための制御信号を生成するための予測制御システムとを有する。予測制御システムによって提供される投影システム収差値及び測定システムによって提供される測定投影システム収差値に基づいてモデル・パラメータ誤差を予測するためのインライン・モデル識別システムが提供されており、また、更新システムは、時間と共に変化する特性を許容可能な性能基準の範囲内に維持するために、モデル・パラメータ誤差を利用して予測制御システムのモデル・パラメータを更新する。
【選択図】図２

Description

本発明は、リソグラフィ投影装置及びそのようなリソグラフィ投影装置を使用したデバイス製造方法に関する。

本発明の応用は、投影放射ビームを供給するための放射システム、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機能するパターン形成装置を支持するための支持構造、基板を保持するための基板テーブル、及びパターン形成されたビームを基板の目標部分に投射するための投影システムが組み込まれたリソグラフィ投影装置の分野に見出される。

本明細書に使用されている「パターン形成装置」という用語は、入射する放射ビームの断面を、基板の目標部分に生成すべきパターンに対応するパターンにパターン形成するべく使用することができる装置を意味するものとして広義に解釈されたい。また、この文脈においては、「ライトバルブ」という用語を使用することも可能である。通常、前記パターンは、目標部分に生成されるデバイス、例えば集積回路若しくは他のデバイス（以下を参照されたい）中の特定の機能層に対応している。このようなパターン形成装置の実施例としては、以下のものが挙げられる。

− マスク
マスクの概念についてはリソグラフィにおいては良く知られており、バイナリ、交番移相及び減衰移相などのマスク・タイプ、及び様々なハイブリッド・マスク・タイプが知られている。このようなマスクを放射ビーム中に配置することにより、マスクに衝突する放射をマスク上のパターンに従って選択的に透過させ（透過型マスクの場合）、或いは選択的に反射させている（反射型マスクの場合）。マスクの場合、支持構造は、通常、入射する放射ビーム中の所望の位置に確実にマスクを保持することができ、且つ、必要に応じてマスクを放射ビームに対して確実に移動させることができるマスク・テーブルである。

− プログラム可能ミラー・アレイ
粘弾性制御層及び反射表面を有するマトリックス処理可能表面は、このような装置の実施例の１つである。このような装置の基礎をなしている基本原理は、（例えば）反射表面の処理領域が入射光を回折光として反射し、一方、未処理領域が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することにより、前記非回折光を反射ビームからフィルタリング除去し、回折光のみを残すことができるため、この方法により、マトリックス処理可能表面の処理パターンに従って放射ビームがパターン形成される。プログラム可能ミラー・アレイの代替実施例には、マトリックスに配列された微小ミラーが使用されている。微小ミラーの各々は、適切な局部電界を印加することによって、或いは圧電アクチュエータを使用することによって、１つの軸の周りに個々に傾斜させることができる。この場合も、微小ミラーは、入射する放射ビームを反射する方向が、処理済みミラーと未処理ミラーとでそれぞれ異なるようにマトリックス処理することが可能であり、この方法により、マトリックス処理可能ミラーの処理パターンに従って反射ビームがパターン形成される。必要なマトリックス処理は、適切な電子回路を使用して実行することができる。上で説明したいずれの状況においても、パターン形成手段は、１つ又は複数のプログラム可能ミラー・アレイを備えることができる。上で言及したミラー・アレイに関する詳細な情報については、例えば、いずれも参照によって本明細書に援用されている米国特許第５２９６８９１号及び米国特許第５５２３１９３号、並びに国際特許出願公開公報ＷＯ９８／３８５９７及び国際特許出願公開公報ＷＯ９８／３３０９６を参照されたい。プログラム可能ミラー・アレイの場合、前記支持構造は、例えば、必要に応じて固定或いは移動させることができるフレーム若しくはテーブルとして具体化することができる。

− プログラム可能ＬＣＤアレイ
参照によって本明細書に援用されている米国特許第５２２９８７２号に、このような構造の実施例の１つが記載されている。この場合の支持構造も、プログラム可能ミラー・アレイの場合と同様、例えば、必要に応じて固定或いは移動させることができるフレーム若しくはテーブルとして具体化することができる。

分かりやすくするために、本明細書の以下の特定の部分、とりわけ実施例の部分にはマスク及びマスク・テーブルが包含されているが、このような実施例の中で考察されている一般原理は、上で説明したパターン形成手段のより広義の文脈の中で理解されたい。

リソグラフィ投影装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に使用することができる。このような場合、パターン形成手段によってＩＣの個々の層に対応する回路パターンが生成され、生成されたパターンが、放射線感応材料（レジスト）の層で被覆された基板（シリコン・ウェハ）上の目標部分（例えば１つ又は複数のダイが含まれている）に画像化される。通常、１枚のウェハには、投影システムを介して順次照射される目標部分に隣接する回路網全体が含まれている。現在、マスク・テーブル上のマスクによるパターン形成を使用した装置には２種類の装置がある。第１の種類のリソグラフィ投影装置では、マスク・パターン全体を１回の照射で目標部分に露光することによって目標部分の各々が照射される。このような装置は、一般に、ウェハ・ステッパ若しくはステップ・アンド・リピート装置と呼ばれている。一般にステップ・アンド・スキャン装置と呼ばれている代替装置では、マスク・パターンを投影ビームの下で所与の基準方向（「走査」方向）に連続的に走査し、且つ、基板テーブルをこの基準方向に平行に、或いは逆平行に同期走査することによって目標部分の各々が照射される。通常、投影システムは、倍率係数Ｍ（通常＜１）を有しているため、基板テーブルを走査する速度Ｖは、マスク・テーブルを走査する速度を係数Ｍ倍した速度になる。参照によって本明細書にその内容が援用されている米国特許第６０４６７９２号に、このようなリソグラフィ装置に関する詳細な情報が開示されている。

リソグラフィ投影装置を使用した製造プロセスでは、少なくとも一部が放射線感応材料（レジスト）の層で被覆された基板にパターン（例えばマスクのパターン）が画像化される。この画像化工程に先立って、プライミング、レジスト・コーティング及びソフト・ベークなどの様々な処理手順が基板に加えられる。放射線への露光後、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハード・ベーク及び画像化されたフィーチャの測定／検査などの他の処理手順が基板に加えられる。この処理工程の組合せは、例えば集積回路（ＩＣ）などのデバイスの単一の層をパターン形成するための基本として使用されている。次に、パターン形成されたこのような層に、エッチング、イオン注入（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様々な処理が施される。これらの処理はすべて個々の層の仕上げを意図したものである。複数の層を必要とする場合、すべての処理手順若しくはそれらの変形手順を新しい層の各々に対して繰り返さなければならないが、最終的にはデバイスのアレイが基板（ウェハ）上に生成される。これらのデバイスは、次に、ダイシング若しくはソーイングなどの技法を使用して互いに分離され、分離された個々のデバイスがキャリアに実装され、或いはピンに接続される。このような処理に関する詳細な情報については、例えば、参照によって本明細書に援用されている著書「Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」（Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ著、第３版、ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．、１９９７年、ＩＳＢＮ０−０７−０６７２５０−４）を参照されたい。

分かりやすくするために、以下、投影システムを「レンズ」と呼ぶが、この用語には、例えば、屈折光学系、反射光学系及びカタディオプトリック系を始めとする様々なタイプの投影システムが包含されているものとして広義に解釈されたい。また、放射システムは、投影放射ビームを導き、整形し、或いは制御するための任意の設計タイプに従って動作する構成部品を備えることができ、以下、このような構成部品についても、集合的若しくは個々に「レンズ」と呼ぶ。

また、リソグラフィ装置は、場合によっては複数の基板テーブル（及び／又は複数のマスク・テーブル）を有するタイプの装置であり、このような「多重ステージ」装置の場合、追加テーブルを並列に使用することができ、或いは１つ又は複数の他のテーブルを露光のために使用している間、１つ又は複数のテーブルに対して予備工程を実行することができる。例えば、いずれも参照によってその内容が本明細書に援用されている米国特許第５９６９４４１号及び国際特許出願公開公報ＷＯ９８／４０７９１に、二重ステージ・リソグラフィ装置が記載されている。

本明細書においては、本発明による装置の、とりわけ集積回路の製造における使用が言及されているが、本発明による装置は、他の多くの可能応用例を有していることを明確に理解されたい。例えば、本発明による装置は、集積光学系、磁気領域メモリのための誘導及び検出パターン、液晶表示パネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使用することができる。このような代替応用例の文脈においては、本明細書における「ウェハ」或いは「ダイ」という用語の使用はすべて、それぞれより一般的な「基板」及び「目標部分」という用語に置換されているものと見なすべきであることは当業者には理解されよう。一般に、本明細書全体を通して、「マスク」という用語の使用にはすべて、その使用範囲内に「レチクル」という用語の使用が包含されているものと見なすべきである。

本明細書においては、「放射」及び「投影ビーム」という用語は、紫外（ＵＶ）放射（例えば波長が３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ若しくは１２６ｎｍの放射）及び極紫外（ＥＵＶ）放射（例えば波長の範囲が５〜２０ｎｍの放射）を含むあらゆるタイプの電磁放射を包含するべく使用されている。

リソグラフィ投影装置の投影システムの場合、レンズが加熱される現象が生じることがある。露光中、投影放射ビームによって投影レンズが若干加熱される。このレンズの加熱によって屈折率が変化し、また、レンズ・エレメントが幾分か膨張し、そのためにレンズ・エレメントの幾何学形状が微妙に変化し、ひいてはレンズ・エレメントの光学特性が変化する原因になっている。この光学特性の変化は、新たなレンズ収差の発生をもたらし、或いは既存の収差が変化する原因になっている。これらの収差変化の発生は、特定のレンズ幾何学、レンズ材料、投射波長、光源のパワー、目標部分、ウェハの反射率、サイズなどの要因によって異なるため、このようなレンズの加熱による影響を予測することができる精度には限界があり、とりわけ何らかの測定メカニズム及び補償メカニズムがない場合、その精度には著しい限界がある。

リソグラフィ投影装置の場合、ある程度のレンズの加熱は常に発生しているが、ＩＣ内に集積する電子構成部品の数がますます増加し、したがってフィーチャがさらに小さくなる傾向があり、また、製造スループットを大きくする傾向があるため、ＥＵＶ放射などのより短い波長の放射が使用され、また、３〜６ｋＷの水銀アーク灯及びパワーが１０Ｗないし２０Ｗのエキシマ・レーザなどのハイ・パワー放射源が使用されており、これらの放射源とフィーチャ・サイズの小型化が相俟って、レンズの加熱の問題をより深刻にしている。ステッパの場合、実質的に個々のレンズ・エレメントの全（円形）断面が照射され、一方、スキャナの場合、通常、レンズ・エレメントのスリット形部分のみが照射されるため、この問題は、一般に、ステッパの場合よりスキャナの場合の方が深刻である。したがって、走査方向におけるレンズ収差がスキャナ内で平均化されたとしても、スキャナにおける影響は、ステッパにおける影響よりはるかに差別的であり、新たなレンズ収差が生じる原因になっている。

このようなレンズ加熱による投影システムのレンズ・エレメントの光学特性の変化によって主として画像パラメータが変化するため、この光学特性の変化は、当然、投影される画像に影響を及ぼしている。画像パラメータの中でも、ＸＹ平面のためには倍率がとりわけ重要であり、また、Ｚ平面のためには焦点がとりわけ重要であるが、このレンズ加熱による影響は、例えば、いずれも参照によってその内容が本明細書に援用されている欧州特許公開公報第１１６４４３６Ａ号若しくは米国特許第６５６３５６４号に開示されているように、例えばレンズ・エレメントの位置を調整し、投影システムの倍率変化若しくは他の画像パラメータの変化を補償することによって極めて良好に較正し、且つ、補償することができる。レンズ加熱による影響は、レンズの特性によって様々であるが、このレンズの特性は、装置を構築する際に較正され、また、構築後においても定期的に再較正することができる。また、マスクの透過率、放射線量、照明設定値、視野サイズ及び基板の反射率などの様々な露光パラメータが実行される。

リソグラフィ投影装置を使用して画像化を実行する場合、投影システムが極めて慎重に設計され、また、極めて高い精度でシステムが製造され、且つ、動作中、極めて高い精度で制御されているにもかかわらず、画像には依然として収差が生じ、例えばひずみ（つまり、像平面即ちＸＹ平面における目標部分内の非一様な画像の変位）、横方向の画像シフト（つまり、像平面における目標部分内の一様な画像の変位）、画像の回転及び焦点面の変形（つまり、画像のＺ方向の非一様な変位、例えば像面湾曲）などの画像パラメータがオフセットする原因になることがある。通常、画像パラメータのオフセットは必ずしも一様ではなく、画像視野内における位置に応じて変化し得ることに留意されたい。ひずみ及び焦点面の変形は、オーバレイ及び集束誤差、例えば異なるマスク構造間のオーバレイ誤差及び線幅誤差の原因になることがある。画像化すべきフィーチャのサイズの縮小に伴い、これらの誤差の裕度は、ますます厳密になっている。

したがって、これらの誤差を修正し、或いは少なくともこれらの誤差の最小化を試行するための補償（投影システム及び／又は基板の調整など）が提供されることが望ましいが、そのためには、最初に誤差を測定し、次に適切な補償を計算する問題を解決しなければならない。従来、アライメント・システムを使用してアライメント・マークの画像視野内における変位が測定されているが、アライメント・マークは、通常、比較的大きいフィーチャ（数ミクロン程度のフィーチャ）からなっているため、投影システムの特定の収差に極めて敏感である。アライメント・マークは、画像化される実際のフィーチャを代表しているわけではなく、また、画像化誤差は、とりわけフィーチャのサイズによって様々であるため、測定される変位及び計算される補償は、所望のフィーチャの画像化を必ずしも最適化していない。

例えば残留製造誤差のため、投影システムが視野全体にわたる非対称の収差変化を特徴としている場合、別の問題が生じる。これらの変化は、視野の縁部分では収差が許容不可能になることがある。

移相マスク（ＰＳＭ）を使用する場合、さらに問題が生じる。従来、そのようなマスクの移相は、正確に１８０度でなければならない。位相の制御は極めて重要であり、１８０度からの逸脱は有害である。ＰＳＭは、その製造が高価であるが、検査は慎重に実施しなければならず、通常、移相が１８０度から大きく逸脱しているマスクはすべて廃棄されるため、マスクをますます高価にしている。

臨界寸法（ＣＤ）の制御に課される要求事項が増加すると、さらに問題が生じる。臨界寸法は、デバイスの製造において許容される線の最小幅であり、或いは２本の線と線の間の最小間隔である。制御の中でも、ＣＤの一様性、いわゆるＣＤ一様性の制御は、とりわけ重要な制御である。リソグラフィの場合、より良好な線幅制御及びＣＤ一様性を達成するための努力は、今や、露光中及び処理中に得られるフィーチャに生じる特定の誤差タイプを定義し、且つ、考察する段階に至っている。例えば、このような画像誤差タイプには、目標部分全体にわたるＣＤの非対称分布、焦点外れに対するＣＤの非対称性（Ｂｏｓｓｕｎｇ曲線で傾斜することになる）、複数のバーを含んだフィーチャ内のＣＤの非対称性（一般に左右非対称性と呼ばれている）、２つ又は５つのバーのいずれかを含んだフィーチャ内のＣＤの非対称性（一般に、それぞれＬ１−Ｌ２及びＬ１−Ｌ５として知られている）、実質的に２つの互いに直交する方向に沿って導かれるパターンとパターンの間のＣＤの差（例えば、いわゆるＨ−Ｖリソグラフィ誤差）及び例えば一般にＣ−Ｄとして知られている、フィーチャ内における１つのバーに沿ったＣＤの変化が含まれている。上で言及した収差の場合と同様、これらの誤差は、通常、視野全体にわたって非一様である。簡潔にするために、以下、例えばひずみ、横方向の画像シフト、画像の回転及び焦点面の変形などの誤差を含むこれらのあらゆる誤差のタイプをリソグラフィ誤差、つまりリソグラファに関連するフィーチャ欠陥と呼ぶ。

リソグラフィ誤差は、リソグラフィ投影装置の特定の特性によって生じる。例えば、投影システムの収差によってこのようなリソグラフィ誤差が生じることがあり、或いはパターン形成装置の不完全性及びパターン形成装置によって生成されるパターンの不完全性或いは投影ビームの不完全性によってこのようなリソグラフィ誤差が生じることがあるが、リソグラフィ投影装置の公称特性（即ち設計特性）が望ましくないリソグラフィ誤差の原因になることもあり、例えば公称設計の一部である残留レンズ収差がリソグラフィ誤差の原因になることがある。以下、リソグラフィ誤差の原因になるこのような特性は、すべて「特性」として言及する。

上で言及したように、投影システムによってパターンの画像に収差が生じる可能性がある。投影システムの収差によって生じるＣＤの変化（例えば目標部分内の変化）は測定が可能であり、また、測定に引き続いて、測定したＣＤ変化を生成することができる投影システムの有効収差条件にマップすることができる。次に、リソグラフィ投影システムに対して補償を適用し、それによりＣＤ一様性を改善することができる。参照によって本明細書に援用されている米国特許第６１１５１０８号に、複数の試験パターンを複数の視野ポイントの個々の視野ポイントに画像化する工程と、引き続いて露光済みの基板を処理し、続いて、画像化され、且つ、処理された試験パターンの各々のＣＤを測定する工程とを含んだこのようなＣＤ制御方法が記載されているが、この方法は時間がかかり、現場ＣＤ制御には適していない。スループット（つまり、単位時間当たりに処理することができる基板の数）及びＣＤ一様性に対する要求の増加に伴い、リソグラフィ誤差の制御、補償及びバランスを改善する必要があり、したがって特性をさらに適切に制御する必要がある。

米国特許第６５６３５６４号にレンズ加熱モデルが開示されており、このモデルによれば、投影システムの画像パラメータを調整し、それによりこのようなレンズの加熱によって生じる収差による影響の計算変化を補償するように機能する画像パラメータ・オフセット制御信号によって、レンズの加熱の影響による投影システム収差を修正することができる。この場合、記憶されている、選択された収差による影響に対応する、較正工程によって得られることが好ましい所定のパラメータ・セットに基づいて、収差による影響の時間による変化が決定される。画像パラメータ・オフセットには、焦点変動、像面湾曲、倍率変動、三次ひずみ及びそれらの組合せを含めることができるが、必要な理想的な補償は、特定の用途（特定のパターン、照明モード等）によって様々であり、調整することができるパラメータの数は、通常、すべての収差を完全に相殺するには不十分である。したがって特定のケースにおける適用すべき補償の決定は、常に相互の妥協であり、必要とする用途に応じて特定の妥協を選択しなければならない。従来のレンズ加熱モデルには特定の用途が考慮されていないため、計算される補償は、特定の用途のすべてに対して最適ではない、と言える。

欧州特許公開公報第１２５１４０２Ａ１号に、基板、基板上の放射線感応材料の層、投影ビーム、パターン形成装置及び投影システムの特性と、投影画像の異常の原因になるリソグラフィ誤差との間の関係に基づいて投影システム収差を補償するための構造が開示されている。制御システムが、リソグラフィ誤差を重み付けし、且つ、合計するメリット関数を決定し、決定したメリット関数を最適化するために、基板、投影ビーム、パターン形成装置及び投影システムのうちの少なくとも１つに適用する補償を計算している。このようなメリット関数を使用することにより、画像を最適化するという点に関して、妥当な相互妥協に到達する方法で補償を適用することができるが、このような最適化は、画像全体の画像品質に関して最適の相互妥協を提供することを意図しているため、画像の一部或いは特定の用途の画像品質が相対的に悪くなる可能性があることが分かっている。

リソグラフィ投影装置の時間による特性変化の影響、例えばレンズ加熱による投影システムの倍率変化などの影響を補償するための制御システムであって、定義済みモデルに基づく特性の時間による予測変化に従って制御信号が生成され、比較器が予測変化に基づく値と閾値を比較し、且つ、予測変化に基づく値が閾値より大きい場合にトリガ信号を生成し、アライメント・システムがトリガ信号に応答してアライメントを実行する制御システムを提供することができる。このような構造は、予測修正が所望する最大より大きくなると、いわゆる「再アライメント」をトリガする。したがってこのシステムは、一連の露光を実行する際に生じる加熱の影響を予測し、且つ、対応する閾値を超えると、露光の実行に先立って適切な修正を施している。この技法によれば、誤差が特定の範囲を外れた場合にのみ再アライメントが実行され、不必要な再アライメントの回避が保証されるため、露光プロセスにおけるスループットの損失が回避される。特定の用途では、再アライメントのための最適時間が特定の用途に基づいて計算されていないため、予測修正の誤差が不必要な追加アライメント工程を実行する原因になり、スループットの損失をもたらしている。これは、実際には、トリガされる再アライメントが特定の用途に対して遅すぎるため、画像化性能が特定の一連の露光における期待性能より悪いことを意味しており、或いは実行される再アライメントが一連の露光に必要な速度より速いため、スループットが期待スループットより小さいことを意味している。

また、上記レンズ加熱モデルは、ほとんどの場合、照明設定値及びエネルギー線量などのパラメータに対して非線形であるため、実行すべき特定の用途、つまり特定の動作点（照明設定値、エネルギー線量等）でレンズ加熱モデルを較正しなければならない。次に、このレンズ加熱モデルを使用して補間し、非較正動作点における性能をモデル化することができるが、較正プロセスのオフラインの性質上、選択された動作点、つまり固定エネルギー線量及び照明レベルで使用するためのレンズ加熱モデルの較正には極めて時間がかかり、これは、リソグラフィ投影装置の可用性が少なくとも８時間短くなる場合があることを意味している。また、レンズの加熱は、製品の構造と照明モードの組合せによって様々であるため、較正されたモデルは依然として不正確であり、また、他の動作点に対する補間も貧弱である。

本発明の目的は、正確に分かっていない収差に基づいて予測誤差を修正し、且つ、不必要なアライメント工程によってもたらされるスループットの損失を少なくする方法でレンズ収差の影響を補償するべく、リソグラフィ投影装置の投影システムに対する調整を実施することである。

本発明によれば、投影放射ビームを提供するための放射システムと、投影ビームにパターンを付与するためのパターン形成装置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射し、それによりパターン形成手段の画像を目標部分に生成するための投影システムと、投影システム収差の時間による変化を測定するための測定システムと、投影システム収差の時間による変化を予測し、且つ、装置の時間と共に変化する特性を補償するための制御信号を生成するための予測制御システムと、予測制御システムによって提供される投影システム収差値及び測定システムによって提供される測定収差値に基づいてモデル・パラメータ誤差を予測するためのインライン・モデル識別システムと、時間と共に変化する特性を許容可能な性能基準の範囲内に維持するために、時間と共に変化する特性の基準値に対する測定値の偏差に応じて、予測制御システムに使用されるモデル・パラメータをモデル・パラメータ誤差を利用して更新するための更新システムとを備えたリソグラフィ投影装置が提供される。

このような更新システムは、顧客の条件で実行されるインライン較正方法、つまり、例えばロット生産中に実行される専用層較正相に使用することができる。オフライン較正手順は、通常、連続する２つの相、つまり露光相とそれに続くモデル・アンド・アップデート相からなっているため、このインライン較正方法は、時間のかかるオフライン較正手順よりも好ましい。露光相の間、純粋なデータを収集するために１つ又は複数のウェハが露光されるが、この方法で露光されるウェハは、正規の生産ウェハとして使用されるものであることを必ずしも意味しているわけではない。このようなオフライン較正の間は、ロット生産のために装置を使用することはできない。オフライン較正では、ウェハは、正規のロット生産中における装置の挙動をシミュレーションするためにのみ使用されている。

それに対して、インライン較正は、正規のロット生産中に実行することができる。したがって、インライン較正技法の性質により、このような較正の間、リソグラフィ投影装置の可用性が犠牲になることはない。また、このインライン較正は、補償を特定の用途に対して最適化することができる利点を有しており、例えばインライン較正相の間、オーバレイ及び集束誤差をユーザ定義値未満に維持することができる。通常、インライン較正方法の初期相の間は、利用可能なレンズ加熱修正モデルは最適ではなく、ロット生産が進行している間に、フィードバック制御ループで収差が測定される。新しく測定された収差データが利用可能になる毎に、改良されたレンズ加熱修正パラメータが計算される。測定の頻度（つまり収差測定と収差測定の間の時間間隔）は、レンズ加熱モデル・パラメータ誤差に関連しており、例えば予測パラメータ誤差が大きくなると、測定と測定の間の時間間隔が短くなり、一方、予測パラメータ誤差が小さくなると、予測モデルの信頼性が高くなり、したがって測定と測定の間の時間間隔が長くなる。この測定頻度により、予測モデルの精度が十分でない場合であっても、時間と共に変化する特性が確実に許容可能な性能基準内に維持され、また、予測モデルの精度が十分である場合の不必要な測定が回避され、ひいては最適レベルで基板を露光するための装置の可用性が維持される。この技法を使用することにより、モデルの誤差をより小さくすることができ、ひいてはフィードバック頻度をより小さくすることができるため、生産性、可用性及びオーバレイ／画像化性能の間のトレードオフを最適化することができる。

測定データが利用可能になると、測定データを使用してモデル・パラメータ誤差値を生成することができる。また、好ましいことには、モデル化プロセスのためにレンズ加熱変動履歴が保存される。このデータ履歴は、新しいデータが利用可能になる毎に拡張され、関連する露光情報がこのデータ履歴に保存される。レンズ加熱挙動を記述したモデルを構築するためには、測定データと露光情報の両方が必要である。

好ましい実施例では、制御信号と閾値を比較し、且つ、制御信号が閾値より大きい場合に、投影システム収差の測定をさらにトリガし、それにより更新測定収差値を提供するべく、再アライメント・システムに再アライメント信号を供給するための比較器が提供されている。この比較器は、必須ではないが、このような比較器を使用して、予測モデルを洗練することができるモデル誤差を決定するための更新測定収差値が、適切に制御されたサンプリング頻度で提供される再アライメント手順をトリガすることは便利である。閾値を使用することにより、これらの閾値を超えた場合にのみ再アライメントが適切に実行されることが保証されるため、スループットに対する影響が最小化され、尚且つ、良好な画像化性能が維持される。

測定システムは、基板のロットを露光している間、投影システム収差の時間による変化を測定し、また、トリガされると、基板のそのロットを露光している間、所定の時間にさらに測定を実行するように機能することが好ましく、また、このような測定は、現基板の露光が完了し、且つ、次の基板の露光を開始する前に実行されることが好ましい。

また、必要な特定のパターン形成ビームを生成するために装置に使用される選択されたパターン形成装置の画像の特定のパラメータに対する予測投影システム収差変化の特定用途効果を決定するためのモデル化システム（以下、ＩＱＥＡモデルと呼ぶ）が提供されていることが好ましい。その場合、制御システムは、予測投影システム収差変化及び画像の特定のパラメータに対するその特定用途効果に基づいて、必要なパターン形成ビームに特化された制御信号を生成することができる。モデル化システムは、予測制御システムのモデル・パラメータの更新に使用するために、測定履歴及び関連する露光情報履歴を保存する。

本明細書における「用途」という用語は、パターン形成装置（マスク）と照明モードの組合せを表すべく使用されている。この点に関して、パターン形成装置は、従来のマスクであっても或いはレチクル若しくは移相マスク（ＰＳＭ）であっても良く、パターン形成装置によって製品上に生成すべきパターンのフィーチャ・サイズ、配向、密度等によって特徴付けられる。また、照明モードは、開口数（ＮＡ）、シグマ・インナ／シグマ・アウタ、回折型光学部品（ＤＯＥ）等によって特徴付けられる。

このような構造を使用することにより、特定の用途（特定のパターン、照明モード等）に対して重要性の劣る収差に先立って、その特定の用途に対して最も重要な収差を補償することができる。次に、特定の用途におけるこのような収差を補償するための適切な調整を、所与の用途に対する収差の影響を最適に相殺する方法で決定し、且つ、適用することができる。例えば、リソグラフィで露光する製品パターン若しくは製品パターンの一部が、リソグラフィ露光による正確な画定を必要とする水平方向の線のみをフィーチャとして有している場合、このような構造を使用することにより、投影システムの収差による影響をこのような水平方向の線に対してのみ確実に最適相殺することができ、垂直方向の線に対しては相殺されない。この実施例の場合、垂直方向の仮想線に関する限り、収差による影響が補償されないという事実は、製品若しくは製品に関連する部分にこのような垂直方向の線を正確に画定する必要がないため、重要なことではない。

また、比較器は、制御信号と必要な用途に基づいてユーザ定義リソグラフィ仕様によって決定される閾値とを比較するように構成されていることが好ましい。また、このように構成された比較器は、特定の用途に対する最も重要な収差を所与の用途に対して確実に最適相殺するように機能する。また、比較器は、制御信号と制御信号の再アライメントが実行される毎に大きくなる閾値とを比較するように構成することも可能であり、それによりモデル化誤差が小さくなるにつれて再アライメントの頻度を小さくすることができる。

また、通常、制御信号に基づいて画像化調整を実行し、それにより、選択されたパターン形成装置の画像に対する予測投影システム収差変化の影響を補償するための調整システムが提供されている。

制御システムは、選択されたパターン形成装置の投影システム収差に対する既知の感度、及び異なる投影システム収差に付与される相対重みを決定する定義済みメリット関数に基づいて制御信号を生成するよう、便利に構成されている。

本発明の好ましい実施態様では、制御システムは、レンズの加熱或いは冷却によって生じる少なくとも１つの収差値の時間による変化を予測するレンズ加熱モデルに基づいて投影システム収差変化を決定するようになされている。適切なレンズ加熱モデルを使用することにより、予め適切な収差オフセットを予測することができるため、これらの収差オフセットを使用して、計算に使用することができる画像パラメータのオフセットを決定することができ、したがって所与の用途に対して適切な（ユーザ定義メリット関数に対して最適化された）調整を適用することができる。

調整システムは、収差変化の影響を補償するための適切な任意の補償システムによって構築することができる。リソグラフィ投影装置との使用に適した補償システムは、例えば、パターン形成装置を保持するためのホルダを精密に位置決めする（Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に並進させ、また、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の周りに回転させる）ことができるアクチュエータ、同様に基板テーブルを精密に位置決めすることができるアクチュエータ、光学部品を移動若しくは変形させるためのシステム（詳細には、投影システムの光学部品をＸ並進／回転、Ｙ並進／回転及びＺ並進／回転を使用して精密に位置決めするためのシステム）であり、また、例えば目標部分に衝突する放射のエネルギーを変化させるためのシステムであるが、適切な補償システムはこのような実施例だけではなく、例えば、放射ビームの波長を変化させるためのコントローラ、パターンを変更するためのコントローラ、投影ビームが通過する空間を充填しているガスの屈折率を変化させるためのシステム、及び放射ビームの強度の空間分布を変化させるためのシステムも、必要な補償を実施するように機能する。

調整システムは、エッジ・アクチュエータを使用して、投影システムの光軸に沿った支持構造の位置、支持構造の回転配向、前記光軸に沿った基板テーブルの位置、基板テーブルの回転配向、前記投影システムに包含されている１つ又は複数の可動レンズ・エレメントの前記光軸に沿った位置、前記投影システムに包含されている１つ又は複数の可動レンズ・エレメントの前記光軸に対する中心外れの程度、投影ビームの中心波長、及び前記投影システムに包含されている１つ又は複数のレンズ・エレメントのサドル状変形のうちの１つを調整するように適合されてもよい。

本発明によれば、さらに、投影放射ビームを提供するための放射システムと、投影ビームにパターンを付与するためのパターン形成装置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射し、それによりパターン形成装置の画像を目標部分に生成するための投影システムと、投影システム収差の時間による変化を測定するための測定システムと、モデル・パラメータに基づいて投影システム収差の時間による変化を予測し、且つ、装置の時間と共に変化する特性を補償するための制御信号を生成するための予測制御システムと、時間と共に変化する特性を許容可能な性能基準の範囲内に維持し、且つ、予測モデル化が十分に正確である場合、不必要な測定を回避するために、制御信号が第１の閾値未満に小さくなると測定と測定の間の時間間隔が長くなり、また、制御信号が第２の閾値より大きくなると測定と測定の間の時間間隔が短くなるように測定システムによる測定を制御するための測定時限システムとを備えたリソグラフィ投影装置が提供される。

この場合、測定時限システムは、インライン較正を用いることなく使用され、予測モデル誤差に対する閾値によって再アライメントがトリガされる。この着想は、再アライメントの頻度が予測モデルの品質（性能）に依存していることである。

本発明によれば、さらに、リソグラフィ投影装置を使用した、画像を受け取るための目標部分を有する基板を提供することと、必要なパターン形成用途に従ってパターン形成装置を選択することと、パターン形成手段の画像を目標部分に提供するために必要な特定のパターン形成ビームを生成するために、選択された放射ビームをパターン形成装置に投射するべく投影システムを使用することと、投影システム収差の時間による変化を測定することと、モデル・パラメータに基づいて投影システム収差の時間による変化を予測し、且つ、装置の時間と共に変化する特性を補償するための制御信号を生成することと、予測投影システム収差値及び測定投影システム収差値に基づいてモデル・パラメータ誤差を予測することによってインライン・モデル識別を実行することと、時間と共に変化する特性を許容可能な性能基準の範囲内に維持するために、モデル・パラメータ誤差に基づいてモデル・パラメータを更新することとを含むデバイス製造方法が提供される。

また、本発明によれば、投影放射ビームを提供するための放射システムと、投影ビームにパターンを付与するための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射し、それによりパターン形成手段の画像を目標部分に生成するための調整可能投影システムとを備えたリソグラフィ投影装置を使用した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・キャリアが提供される。コンピュータ・プログラムは、投影システム収差の時間による変化を測定する制御アクション、モデル・パラメータに基づいて投影システム収差の時間による変化を予測し、且つ、装置の時間と共に変化する特性を補償するための制御信号を生成する制御アクション、予測投影システム収差値及び測定投影システム収差値に基づいてモデル・パラメータ誤差を予測することによってインライン・モデル識別を実行する制御アクション、及び時間と共に変化する特性を許容可能な性能基準の範囲内に維持するために、モデル・パラメータ誤差に基づいてモデル・パラメータを更新する制御アクションを実施するようになされている。

以下、本発明の実施例について、単なる実施例にすぎないが、添付の略図を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施例による、少なくとも１つのマーカ構造を備えたリソグラフィ投影装置を略図で示したものである。このリソグラフィ投影装置は、
− 投影放射（例えばＵＶ放射或いはＥＵＶ放射）ビームＰＢを提供するための照明システムＩＬ（この特定の実施例では、放射システムは、さらに、放射源ＳＯを備えている）と、
− パターン形成装置ＭＡ（例えばマスク）を支持するための、該パターン形成装置をアイテムＰＬに対して正確に位置決めするための第１の位置決めアクチュエータ（図示せず）に接続された第１の支持構造ＭＴ（例えばマスク・テーブル）と、
− 基板Ｗ（例えばレジスト被覆シリコン・ウェハ）を保持するための、該基板をアイテムＰＬに対して正確に位置決めするための第２の位置決めアクチュエータＰＷに接続された第２の支持構造ＷＴ（例えばウェハ・テーブル）と、
− パターン形成装置ＭＡによって放射ビームＰＢに付与されたパターンを基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば１つ又は複数のダイが含まれている）に投影するための投影システムＰＬ（例えば反射投影レンズ系）と
を備えている。

投影システムＰＬは、投影システムの光学設定値を調整するための駆動装置ＡＤを備えている。光学設定値を適合させるための操作については、以下でより詳細に説明する。

図に示すように、この装置は透過型（つまり透過型マスクを有する）タイプの装置であるが、別法としては、この装置は、反射型（反射型マスクを備えた）タイプの装置であっても良い。別法として、この装置は、上で言及したタイプのプログラム可能ミラー・アレイなどの他の種類のパターン形成装置を使用することも可能である。

放射源ＳＯ（例えば水銀灯或いはエキシマ・レーザ）は放射ビームを生成している。この放射ビームは、照明システム（イルミネータ）ＩＬに直接供給されるか、或いは、例えばビーム・エキスパンダＥｘなどの条件付け光学部品を介して供給される。照明システムＩＬは、放射ビームＰＢ中の強度分布の外部及び／又は内部ラジアル・エクステント（一般に、それぞれσ−アウタ及びσ−インナと呼ばれている）を設定するための調整可能光学部品ＡＭを備えることができる。また、照明システムＩＬは、通常、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の様々な構成部品を備えている。この方法によれば、マスクＭＡに衝突する放射ビームＰＢの断面に、所望する一様な強度分布を持たせることができる。

図１に関して、放射源ＳＯをリソグラフィ投影装置のハウジング内に配置し（放射源ＳＯが例えば水銀灯の場合にしばしば見られるように）、且つ、リソグラフィ投影装置から離して配置することにより、放射源ＳＯが生成する放射ビームをリソグラフィ投影装置に供給する（例えば適切な誘導ミラーを使用して）ことができることに留意されたい。この後者のシナリオは、放射源ＳＯがエキシマ・レーザの場合にしばしば見られるシナリオである。本発明は、これらのシナリオの両方に適用することができる。

放射ビームＰＢは、マスク・テーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡに入射する。マスクＭＡを通過した放射ビームＰＢは、放射ビームＰＢを基板Ｗの目標部分Ｃに集束させるレンズＰＬを通過する。基板テーブルＷＴは、第２の位置決めアクチュエータＰＷ及び干渉計ＩＦを使用して正確に移動させることができ、それにより例えば異なる目標部分Ｃを放射ビームＰＢの光路中に配置することができる。同様に、第１の位置決めアクチュエータ（マスク・テーブルＭＴに対して作用する）を使用して、例えばマスク・ライブラリからマスクＭＡを機械的に検索した後、或いは走査中に、マスクＭＡを放射ビームＰＢの光路に対して正確に配置することができる。通常、対物テーブルＭＴ及びＷＴの移動は、図１には明確に示されていないが、長ストローク・モジュール（粗位置決め）及び短ストローク・モジュール（精密位置決め）を使用して実現されているが、ウェハ・ステッパ（ステップ・アンド・スキャン装置ではなく）の場合、マスク・テーブルＭＴは、短ストローク・アクチュエータに接続するだけで良く、或いは固定することも可能である。マスク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を使用して位置合せすることができる。

図に示す装置は、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： 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が基本的に静止状態に維持され、放射ビームＰＢに付与されたパターン全体が目標部分Ｃに１回の照射で投影される（即ち単一「フラッシュ」）。次に、基板テーブルＷＴがＸ及び／又はＹ方向にシフトされ、異なる目標部分Ｃが放射ビームＰＢによって照射される。
２．走査モード： 走査モードでは、所与の目標部分Ｃが単一「フラッシュ」に露光されない点を除き、ステップ・モードと基本的に同じシナリオが適用される。走査モードでは、マスク・テーブルＭＴを所与の方向（いわゆる「走査方向」、例えばＹ方向）に速度νで移動させることができるため、投影ビームＰＢでマスク画像を走査し、且つ、基板テーブルＷＴを同時に同じ方向若しくは逆方向に、速度Ｖ＝Ｍνで移動させることができる。ＭはレンズＰＬの倍率である（通常、Ｍ＝１／４若しくはＭ＝１／５）。この方法によれば、解像度を犠牲にすることなく、比較的大きい目標部分Ｃを露光することができる。
３．その他のモード：その他のモードでは、プログラム可能パターン形成装置を保持するべくマスク・テーブルＭＴが基本的に静止状態に維持され、投影ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影されている間、基板テーブルＷＴが移動若しくは走査される。このモードでは、通常、パルス放射源が使用され、走査中、基板テーブルＷＴが移動する毎に、或いは連続する放射パルスと放射パルスの間に、必要に応じてプログラム可能パターン形成装置が更新される。この動作モードは、上で言及したタイプのプログラム可能ミラー・アレイなどのプログラム可能パターン形成装置を利用しているマスクレス・リソグラフィに容易に適用することができる。

上で説明した使用モードの組合せ及び／又はその変形形態或いはまったく異なる使用モードを使用することも可能である。

図には示されていないが、本発明の変形態様では、個々のウェハが露光ゾーンに位置している間の時間の長さを短くし、ひいては装置のスループットを大きくする観点から、基板テーブルは、ウェハが供給される２つの基板テーブルを備えたツイン・ステージ構造に置換されており、したがって複数のウェハのうちの１つが、上で説明したモードのうちの１つ若しくは上で説明したモードとは異なる他のモードで露光されている間、露光に先立って実行すべき必要な測定が他のウェハに対して実施される。

干渉計は、通常、レーザ（図示せず）などの光源、及び基板或いはステージなどの測定すべき対象に関するいくつかの情報（例えば位置、アライメント等）を決定するための１つ又は複数の干渉計を備えることができる。図１には、単一の干渉計ＩＦが一例として略図で示されている。光源（レーザ）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に対して経路付けされる度量衡学ビームＭＢを生成する。複数の干渉計が存在する場合、度量衡学ビームを異なる干渉計のための個別のビームに分割する光学系を使用して、複数の干渉計の間で度量衡学ビームが共有される。

基板テーブルＷＴの近傍の例示的位置に、基板テーブルＷＴ上の基板とマスク・テーブルＭＴ上のマスクを整列させるための基板アライメント・システムＭＳが略図で示されている。基板アライメント・システムＭＳは、基板Ｗ上のマーカ構造に狙いを定めた光ビームを生成する少なくとも１つの光源、及びマーカ構造からの光信号を検出する少なくとも１つのセンサ装置を備えている。基板アライメント・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設計条件によって決まることに留意されたい。

また、リソグラフィ投影装置は、共通のマスクを使用してウェハのロットを処理する際に、一連の画像化ステップ及び露光工程を実行している間、マシン・パラメータを制御し、且つ、調整することができる、コンピュータ構造の形態の電子制御システムを備えている。本発明の好ましい実施例に使用されるコンピュータ構造は、命令及びデータを記憶する記憶装置に接続されたホスト・プロセッサ、例えばＣＤ−ＲＯＭを読み出すための１つ又は複数の読出し装置、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を備えている。入／出力（Ｉ／Ｏ）装置は、本発明による投影システムＰＬを制御するための一部をなしているアクチュエータ及びセンサに送信される制御信号及びアクチュエータ及びセンサから受け取る制御信号を処理するために、リソグラフィ投影装置にも接続されている。

既に説明したように、投影放射ビームＰＢが投影レンズ・システムＰＬを通過すると、その一部がレンズ・エレメント及びコーティング材料に吸収される。この部分吸収によってレンズ・エレメントの温度及び屈折率が広い範囲で変化し、また、局所的に変化するため、その結果、レンズ収差として特徴付けられるレンズの光学性能が変化する。総合収差は、球面収差、非点収差などの多数の異なるタイプの収差に分解することができる。総合収差は、係数によって与えられる特定の大きさを個々に有するこれらの異なる収差の合計である。収差によって波面が変形するため、タイプの異なる収差は、波面が変形する異なる関数を表している。これらの関数は、半径方向の位置ｒの多項式とｍθの正弦又は余弦における角関数との積の形を取ることができる。ｒ及びθは極座標であり、ｍは整数である。以下でより詳細に説明するように、ゼルニケ多項式の各々がタイプの異なる収差を表し、個々の収差の寄与がゼルニケ係数によって与えられるゼルニケ展開は、このような関数展開の１つである。

焦点変動及びｍθに依存する角関数におけるｍが偶数値（若しくはｍ＝０）の収差などの特定のタイプの収差は、装置の調整を実行するための画像パラメータによって、投影画像を垂直（ｚ）方向に変位させる方法で補償することができる。コマ収差及びｍが奇数値の収差などの他の収差は、装置の調整を実行するための画像パラメータによって、画像の位置を水平面（ｘ、ｙ平面）内で横方向にシフトさせる方法で補償することができる。

最良焦点（ＢＦ）位置即ち画像の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。最良焦点位置は、コントラストが最大のｚ位置であり、例えば、位置が焦点外れから焦点を通って焦点外れへ移動する際のコントラスト対位置曲線に当てはまる六次多項式の最大値によって画定される位置である。最良焦点は、「ＦＯＣＡＬ」（以下で説明する）として知られている技法などの既知の技法を使用して実験によって決定することができ、別法としては、例えば透過イメージ・センサ（ＴＩＳ）（以下で説明する）或いは汎用の焦点モニタを使用して空中画像を直接測定することも可能である。

ＦＯＣＡＬは、アライメントを使用した焦点較正を意味する頭字語である。ＦＯＣＡＬは、焦点面に関する完全な情報をリソグラフィ装置のアライメント・システムを使用して決定するための最良焦点測定技法である。非対称にセグメント化された特殊なアライメント・マークが焦点を通してレジスト被覆ウェハ上に画像化される。画像化（潜像若しくは現像）されたこのマークの位置は、アライメント・システムを使用して測定することができる。非対称にセグメント化されているため、アライメント・システムによって測定される位置は、露光中に使用される焦点外れによって決まり、したがって最良焦点位置を決定することができる。これらのマークを画像視野全体に分散させ、且つ、異なる配向のセグメンテーションを使用することにより、複数の構造配向に対する完全な焦点面を測定することができる。参照によって本明細書に援用されている米国特許第５６７４６５０号に、この技法がより詳細に記載されている。

１つ又は複数の透過イメージ・センサ（ＴＩＳ）を使用して、投影レンズの下方のマスクから投影される画像の横方向位置及び最良焦点位置（つまり水平方向及び垂直方向の位置）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）と結合している物理基準表面に挿入されている。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（若しくはマスク・テーブル基準板上に）提供されるパターンの画像を空間に投影し、且つ、明るい領域及び暗い領域を明暗化している。次に、基板ステージが水平方向（１つ又は好ましくは２つの方向、例えばｘ及びｙ方向）及び垂直方向に走査され、それにより、空中画像が存在していることが期待される空間をＴＩＳの開口が通過する。ＴＩＳ開口がＴＩＳパターンの画像の明るい部分及び暗い部分を通過すると、光検出器の出力が変動する（モアレ効果）。光検出器出力の振幅が変化する割合が最も大きい垂直方向のレベルが、ＴＩＳパターンの画像が最大コントラストを有するレベルを表しており、したがって最適焦点の平面を表している。前記水平走査中における光検出器出力の振幅が変化する割合が最も大きいＴＩＳ開口のｘ、ｙ位置が、画像の空中横方向位置を表している。参照によって本明細書に援用されている米国特許第４５４０２７７号に、このタイプのＴＩＳ検出構造の一例がより詳細に記載されている。

米国特許第６５６３５６４号に他の画像化パラメータの測定が記載されている。

他の技法を使用して画像を解析することも可能であり、例えば国際特許出願公開公報ＷＯ０１／６３２３３に記載されている、いわゆるＩＬＩＡＳセンシング構造を使用することができる。

画像位置のこれらの測定から、異なる形態の収差のゼルニケ係数を得ることができる。これについては、例えば、参照によって本明細書に援用されている欧州特許出願第ＥＰ１１２８２１７Ａ２号に、より完全に説明されている。

また、レンズの加熱による影響は、通常、照明設定値、マスクの透過率、マスクの構造、視野のサイズ及び形状、光強度、ウェハの反射率及びウェハのレイアウトなどのパラメータによって様々であり、したがって第１の原理から計算することは困難であり、一般的には実験に基づいている。また、レンズの加熱による影響は、時間によって動的に変化するため、この実施例には、このレンズの加熱による影響を修正するために、その前の測値に基づくレンズの加熱による影響のモデルが使用されており、リソグラフィ・パラメータをその許容範囲内に維持するために、任意選択で間欠測定を使用してモデルが較正且つ微調整され、また、リソグラフィ投影装置が調整されている。

レンズの加熱による焦点変動として知られている収差による影響を考察すると、好ましい実施例に使用されているモデルは以下の通りである。

したがって、時間ｔを関数とした変動Ｆ、つまりｔ＝０における位置に対する最良焦点位置のｚ方向の変化は、２つの指数関数によって表され、良好なモデルであることが分かっている。指数関数の各々は、それぞれ時定数τ_１及びτ_２を有しており、且つ、それぞれ振幅Ａ_１及びＡ_２を有している。振幅及び時定数の値は、照明設定値、マスクの透過率、マスクの構造、視野のサイズ及び形状、放射強度、ウェハの反射率及びウェハのレイアウトのパラメータの少なくともサブセットによって様々である。また、この実施例のモデルには、これらのパラメータのいくつかに対する振幅の線形依存性が仮定されており、とりわけ、レンズに入射する、光強度、視野サイズ、マスクの透過係数及びウェハの反射率などのパワーに比例することが仮定されており、したがって次のように振幅を表すことができる。

Ｉは露光光強度（Ｗ／ｍ^２）、Ｓは視野サイズ即ちウェハ・レベルにおけるマスキング面積（ｍ^２）、Ｔ_ｒはマスクの透過係数、Ｗ_ｒｅｆｌはウェハの反射率（純分数若しくは百分率）である。また、μ_１及びμ_２は、いわゆるスケーリング因子であり、レンズの加熱に影響し、且つ、明確には含まれていない他のすべてのパラメータに依存する現象因子である。

この方法によれば、レンズ加熱データベースが蓄積され、レンズの加熱を修正するために必要な画像パラメータ値が保存される。この実施例では、レンズ加熱データベースは、２つの時定数（τ_１及びτ_２）及び２つのスケーリング因子（μ_１及びμ_２）からなっている。重要なマスク及び照明設定値毎に一組のこれらの画像パラメータを保存することができる。

この技法は、上では、画像パラメータの１つのタイプの単なる一例として焦点変動に関して説明されているが、複数の組の画像パラメータを蓄積し、非点収差及びコマ収差などの異なる収差の変化をレンズ加熱（時間）の関数として特徴付けるデータベースに保存することも可能である。収差は、露光される特定のマスク構造に強く依存しているため、特定のマスクを使用して微調整測定を実施し、そのマスクを使用したウェハの特定のロットの露光に先立って、異なる収差に対するこれらの画像パラメータの値を得ることができる。あらゆる特定マスク‐マスク加熱影響をモデルに含めることも可能である。

レンズの加熱による影響を定義したパラメータのデータベースが得られ、且つ、インストールされると、ソフトウェアをフィードフォワード技法に使用して、モデルに従って計算された収差の画像パラメータに対する影響を克服するために取るべき必要な修正が予測される。この予測は、露光毎に実施され、個々の露光の直前に、修正する必要のある計算済み画像パラメータ・オフセットを補償するための物理的な調整が実施されることが好ましい。

異なるマスク間における加熱の影響の変化及び異なる照明設定値における加熱の影響の変化を補償するために、必ずしも微調整済みパラメータを得る必要はなく、ロットの間、必要に応じて間欠的に測定を実施し、モデルを動的に調整することも可能である。新しい測定毎に、例えば剰余Ｒの最小化に基づく当てはめによって新しい最適時定数及び／又はスケーリング因子パラメータを計算することができる。また、パラメータ値を利用することができない設定値で露光を実行する場合、既知のパラメータからの補間若しくは補外を使用して、新しい設定値に使用すべきパラメータ値を最も良好に予測することができる。

特定の時間に、収差が影響するタイプ毎に計算することにより、収差によるあらゆる固有の影響即ちレンズのデフォルト値だけでなく、レンズの加熱によって生じる収差が影響する量をさらに予測することができる。調整の形でリソグラフィ投影装置に加える修正は、調整信号によってリソグラフィ投影装置に加えるべきであり、それによりレンズの加熱による影響が以下に示す収差の個々の特定のタイプ即ち画像パラメータに応じてさらに補償される。
焦点変動 − 基板テーブルの高さを調整する
像面湾曲 − １つ又は複数の可動レンズ・エレメントを光軸に沿ってシフトさせる
倍率変動 − １つ又は複数の可動レンズ・エレメントを光軸に沿ってシフトさせ、且つ、マスクの軸方向の位置を光軸に沿って調整する
三次ひずみ − マスクの軸方向の位置を光軸に沿って調整し、且つ、１つ又は複数の可動レンズ・エレメントを光軸に沿ってシフトさせる
球面収差 − １つ又は複数の可動レンズ・エレメントを光軸に沿ってシフトさせる
コマ収差 − 露光放射の中心波長をシフトさせ、且つ、１つ又は複数の可動レンズ・エレメントの光軸に対する中心外れの程度を調整する

収差とリソグラフィ投影装置に必要な調整との間の関係は、レンズのタイプによって異なることに留意されたい。

収差による影響の大きさを必要な機械調整のサイズに関連付けた、一覧表に作成された画像パラメータ値、或いは計算された画像パラメータ値に基づいて、機械によって自動的に修正を実行することができる。例えば、参照によって本明細書に援用されている国際特許出願公開公報ＷＯ９９／６７６８３に、特定の収差を修正するための１つ又は複数のレンズ・エレメントのサドル状変形が記載されている。

個々の収差による影響の寄与は、露光されるマスク及び照明設定値によって様々であり、したがって露光毎に、或いは露光ロット毎に必ずしもこれらの収差による影響のすべてを調整する必要はない。

投影システムＰＬは、計算された画像パラメータに応じて投影システムＰＬ内の光学部品に供給される調整信号によって投影システムの光学設定値を適合させることができる駆動装置ＡＤを備えている。駆動装置ＡＤは、コンピュータ構造と制御信号を交換するための入力ポート及び出力ポートを備えている。

コンピュータ構造は、図３の説明図に示すように、レンズ加熱モデルとＩＱＥＡモデル（ＩＱＥＡは、画像品質に対する収差の影響を表している）の組合せを使用してデータを操作するために使用される。レンズ加熱モデル（例えば米国特許第６５６３５６４号に記載されているモデルであっても良い）は、収差オフセット・データである、レンズの加熱によって生じる時間による収差変化を予測し、且つ、製品パターン、照明モードなどの特定の用途を表すデータ、及びそのロットにおける既に実行済みの各露光の時刻表示、放射線量、画像サイズ、レチクルの透過率などを表し、また、現在時刻を表すデータである露光履歴を表すデータを入力として受け取る動的モデルである。レンズ加熱モデルは、収差オフセット出力信号（ゼルニケで表される）を提供している。また、ＩＱＥＡモデルは、特定の用途（製品パターン、照明モード）を表すデータ及びユーザ定義リソグラフィ仕様を受け取り、また、レンズ加熱モデルから予測収差変化を表す収差オフセット・データを表すデータを受け取り、且つ、Ｘ−Ｙ平面内のひずみ、Ｚ平面内の偏差、及び他の画像パラメータのオフセット、例えば非点収差などの画像パラメータ・オフセットを表す出力信号を提供している。このような画像パラメータ・オフセット出力信号は、特定の用途に最も関係のある収差を補償するために必要な調整を実施しており、このような調整は、リソグラフィ投影装置のオーバレイ及び画像化性能を最適化するために補償すべき収差に応じて、投影システムの１つ又は複数のレンズ及び／又は装置の他の調整可能部品、例えば基板テーブルなどに供給される調整信号によって実施される。このような画像パラメータ・オフセット出力信号は、レンズ加熱モデルによって出力される収差値が時間によって変化し、また、ＸＹ平面内のひずみ及びＸＹ平面に直角のＺ平面内の偏差を調整するように機能し、或いはより一般的な画像化パラメータ、例えば軸上非点収差のオフセットを調整するように機能するため、時間によって変化する。他の画像パラメータ出力信号は、例えばＣＤ或いはＬ１Ｌ２を調整するように機能させることができる。

レンズ加熱モデル及びＩＱＥＡモデルは、レンズ・モデル及びオプティマイザと結合される。レンズ・モデル（レンズ加熱モデルと混同してはならない）は、以下でより詳細に説明するように、使用される特定のレンズ構造に対して最適リソグラフィ性能を与える様々なレンズ調整エレメントの設定値を識別し、また、ＩＱＥＡモデル（及びレンズ加熱モデルからの予測収差オフセット）と共に使用して、ウェハのロットを露光している間、リソグラフィ装置のオーバレイ及び画像化性能を最適化することができる。そのために、ＩＱＥＡモデルからの予測画像パラメータ・オフセット（オーバレイ、集束等）が、画像パラメータの残りのオフセットを最小化することができる調整信号をユーザ定義リソグラフィ仕様に基づいて決定するオプティマイザに提供されている（ユーザ定義リソグラフィ仕様は、例えばオーバレイ誤差及び集束誤差に割り当てるべき相対重みを含むことができ、また、スリット越しのオーバレイ誤差（ｄＸ）に対する最大許容値の範囲を決定することができ、例えばスリット越しの集束誤差（ｄＦ）に対する最大許容値と比較した最適画像品質を表すメリット関数の中でカウントすることができる）。レンズ・モデルのパラメータは、オフラインで較正される。

最適化相の間、調整信号は、オプティマイザによって、このような調整信号がレンズに供給された場合にレンズに誘導されることになる収差を決定するレンズ・モデルに供給される。これらの誘導収差は、レンズ加熱モデルからの予測収差オフセット及びすべての測定収差値と共に、残りの収差のみがＩＱＥＡモデルにフィードバックされるように加算器に供給される。測定収差値は、既に説明した測定の結果として、ロットの開始時に供給され、最新の測定値に対する収差オフセットがレンズ加熱モデルによって予測される。画像パラメータのこのような最適化に続いて、得られた調整信号がレンズ・エレメント若しくは他の調整可能エレメントに供給され、ウェハの露光に先立って必要な補償調整が実施される。

総合収差は、球面収差、非点収差などの多数の異なるタイプの収差に分解することができる。総合収差は、係数によって与えられる特定の大きさを個々に有するこれらの異なる収差の合計である。収差によって波面が変形するため、タイプの異なる収差は、波面が変形する異なる関数を表している。これらの関数は、半径方向の位置ｒの多項式とｍθの正弦又は余弦における角関数との積の形を取ることができる。ｒ及びθは極座標であり、ｍは整数である。ゼルニケ多項式の各々がタイプの異なる収差を表し、個々の収差の寄与がゼルニケ係数によって与えられるゼルニケ展開は、このような関数展開の１つである。

上式で、
Ｗは、ひとみ内の位置を関数としたひとみ平面の位相分布［ｎｍ］

は、収差係数即ちゼルニケ係数［ｎｍ］

は、ｌに依存する次数ｎの多項式
ρは、ひとみ平面内における半径［ＮＡの単位］
θは、ひとみ平面内における角度［ｒａｄ］
ｎは、ρのパワー（０≦ｎ≦Ｎ）
Ｎは、ひとみ展開の次数
ｌは、θの次数（ｎ＋１＝偶数、且つ、−ｎ≦ｌ≦ｎ）
である。

収差係数

は、通常、ゼルニケ係数Ｚ_ｉとして次のように表される。

上式で、
ａ_ｉはスケーリング因子
ｉは、ｎ^２＋ｎ＋１＋ｌ
である。

収差ひいてはゼルニケ係数は、像平面内における位置の関数、Ｚ_ｉ＝Ｚ_ｉ（Ｘ、Ｙ）であるが、スキャナの場合、ｙ方向の収差は、走査露光中に平均化されるため、Ｚ_ｉ（Ｘ、Ｙ）は、

になる（通常、単にＺ_ｉ（Ｘ）で表される）。

したがって、像平面全体の収差（ゼルニケ係数）の関数は、次のように単純な級数展開によって記述することができる。
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）
上式で、Ｚ_ｉ（Ｘ）は、定数項（係数がＺ_ｉ＿０の項）、一次項（係数がＺ_ｉ＿１の項）等及び残りの項即ち剰余項（Ｚ_{ｉ＿ｒｅｓ}）の合計として記述されている。

低次奇数収差の一次項及び三次項（Ｚ_２＿１、Ｚ_２＿３）は、倍率及び三次ひずみと呼ばれているが、例えば倍率効果を有する（ただし、露光画像、照明設定値及びマスクのタイプによって異なる）より高次の奇数収差の一次項（例えばＺ_７＿１即ちコマ収差傾斜）も存在している。より低次の偶数収差の二次項（Ｚ_４＿２）は、通常、像面湾曲と呼ばれている。

レンズ・モデルが、最適リソグラフィ性能が得られるレンズ設定値（調整可能レンズ・エレメントの位置及び傾斜）を計算するのに使用される。例えば、ある特定のシステムのレンズは、パラメータＺ_２＿１、Ｚ_２＿３、Ｚ_４＿２、Ｚ_７＿１、Ｚ_９＿０、Ｚ_１４＿１、Ｚ_１６＿０を調整することができる。

次の式は、レンズ・モデルの単純な例を表している。
Ｚ_２＿１＝Ａ×Ｅ１＋Ｂ×Ｅ２＋Ｃ×Ｅ３
Ｚ_７＿１＝Ｄ×Ｅ１＋Ｆ×Ｅ２＋Ｇ×Ｅ３
Ｚ_９＿０＝Ｈ×Ｅ１＋Ｋ×Ｅ２＋Ｎ×Ｅ３ （４）
Ｚ_１４＿１＝Ｐ×Ｅ１＋Ｑ×Ｅ２＋Ｒ×Ｅ３
或いは行列表記法では、

で表される。上式で、Ｍは従属行列であり、

はレンズ・エレメント・ベクトルである。

シミュレータは、ＩＱＥＡモデルを使用して、製品フィーチャの特性及び使用される照明設定値から、線形化ＩＱＥＡ＿ｍｏｄｅｌを構成する、異なる収差係数（Ｚ_ｉ）のいわゆる感度（Ｓ_ｉ）を決定する。この感度の決定は、フィーチャの特性、照明設定値、レンズのタイプ及びレンズの収差に基づいて投影空中画像を計算することができるＰｒｏｌｉｔｈ、Ｓｏｌｉｄ−Ｃ或いはＬｉｔｈｏｃｒｕｉｓｅｒ（ＡＳＭＬ Ｍａｓｋｔｏｏｌｓが市販している）などの汎用パッケージを使用して実施される。この空中画像から、Ｘ変位（一般にひずみと呼ばれているＸ変位誤差及びＹ変位誤差の分布）、Ｚ変位（焦点外れと呼ばれる、一般に焦点面偏差と呼ばれているＺ変位誤差の分布）、Ｃ−Ｄ差（ブリック・ウォール（煉瓦の壁）・フィーチャの臨界寸法差）、左右非対称性、Ｈ−Ｖリソグラフィ誤差などの関連するリソグラフィ誤差を計算することができる。感度は、計算誤差をシミュレータに入力される収差の量で割算することによって計算される。この計算は、関連するすべてのリソグラフィ誤差及び収差（ゼルニケで表された）に対して実施される。

計算された感度にレンズの収差を掛け合わせることにより、画像視野（スキャナ・スリット）全体にわたるシステムのリソグラフィ誤差が得られる。例えばオーバレイ誤差はＸひずみ（ｄＸ）であり、特定の照明設定値で露光される特定のフィーチャのＸひずみは、

になる。また、スリット全体の焦点外れ（ｄＦ）（垂直方向のフィーチャに対する）は、

になる。

また、ユーザ定義リソグラフィ仕様によっては、他のリソグラフィ誤差を考慮する必要がある。通常、ほとんどのリソグラフィ誤差は、次のように表すことができる。

同じくＩＱＥＡモデルを適用することなくレンズ・モデルを使用する場合、すべての収差（この実施例の場合、Ｚ２＿１、Ｚ７＿１、Ｚ９＿０及びＺ１４＿１）が同時に最適化される。調整するレンズ・エレメントの数が最適化するパラメータの数より少ないため、システム全体を最適状態に置くことができるが、個々の画像パラメータは、特定の用途に対しては必ずしも最適ではない。また、すべての調整可能パラメータをひとまとめにした最適状態によって最適性能を得ることができるとは限らない。

ＩＱＥＡモデルとレンズ・モデルを組み合わせることにより、修正方法をはるかに柔軟且つ強力にすることができる（適切な用途に対して最適化することができる）。

以下、レンズ・モデルとＩＱＥＡモデルを組み合わせるための可能な２つの方法について考察する。２つのモデルを組み合わせるための最も単純な方法は、ＩＱＥＡモデルから計算した感度（Ｓ_ｉ）をレンズ・モデルに適用することである。

例えばＳ_１４＝０の場合、正確に式を解くことができるようになるが、感度のすべてがゼロでない場合であっても、最終的な解の中で最も高い感度により重い重みを持たせることにより、特定の用途に対するシステムの状態を最適化することができる。

２つのモデルを組み合わせるための第２の方法は、システムを１つ又は複数のリソグラフィ性能インディケータに対して最適化することである。可能な一実施例では、Ｘ変位（ｄＸ）の性能インディケータに対してシステムが最適化される。この場合、このインディケータに対するＩＱＥＡモデルの式は、次のように表すことができる。

上式で、ｉ＝２、７、１０、１４、１９、２３、２６、３０及び３４であり、ｒ＝１０、１９、２３、２６、３０及び３４である。

レンズを調整するための表現式をこの式の３つの一次収差項（Ｚ_２＿１、Ｚ_７＿１、Ｚ_１４＿１）に使用すると、上の式は、
ｄｘ（Ｘ）＝（Ｚ_２＿１・Ｓ_２＋Ｚ_７＿１・Ｓ_７＋Ｚ_１４＿１・Ｓ_１４）・Ｘ＋剰余
＝（Ａ・Ｅ１＋Ｂ・Ｅ２＋Ｃ・Ｅ３）・Ｓ_２＋（Ｄ・Ｅ１＋Ｆ・Ｅ２＋Ｇ・Ｅ３）・Ｓ_７＋（Ｐ・Ｅ１＋Ｑ・Ｅ２＋Ｒ・Ｅ３）・Ｓ_１４＋剰余
（１１）
になる。

この式は、解を求める必要のある集積レンズ・モデル式を構成している。解を求めるためには、ｄｘ（Ｘ）が最小になるレンズ・エレメントの位置（Ｅ１、Ｅ２及びＥ３）を見出す必要がある（３つの変数（レンズ・エレメント）が存在し、且つ、式が１つしか存在していないため、これは極めて単純である）。実際には、同時に最適化しなければならないもっと多くのリソグラフィ誤差が存在しているため、解を求めることはもっと複雑である。例えば、焦点外れ（ｄＦ）を最適化しなければならない場合、解を求める必要のある第２の式は、
ｄＦ（Ｘ）＝Ｚ_９＿０・Ｓ_９＋剰余
＝（Ｈ×Ｅ１＋Ｋ×Ｅ２＋Ｎ×Ｅ３）・Ｓ_９＋剰余 （１２）
になる。

この場合、レンズ・エレメントを調整することによってｄｘ及びｄＦの両方が共に最小化される必要がある。

自由度の数が過剰に存在している場合、システムの総合性能を可能な限り良好にするためには、これを使用して個々の調整可能収差を可能な限り小さくすることが賢明である。

図２は、本発明の実際的な実施態様に使用される基本制御フィードバック・プロセスを線図で示したものである。生産中、投影システムのレンズ４１の収差を測定するために、再アライメント頻度コントローラ５０の制御下で、イメージ・センサ４０によってウェハ毎に測定が実行される。得られた測定収差データ値４２は、フィードバック制御システムによって、加算器４３及びモデル予測器４４を介してレンズ加熱モデル１０にフィードバックされる。モデル予測器４４は、測定収差データ値、予め測定済みの収差データ値４５及びもう１つの加算器４６に供給される現在の予測収差オフセットに基づいて、モデル１０に供給されるモデル・パラメータを予測している。その結果、測定収差データ値と予め測定済みの収差値に対する予測収差値との間の差に関連するモデル誤差が得られる。レンズ加熱モデル１０は、さらに、露光メモリ４９から露光履歴を受け取っている。

加算器４６の出力はコントローラ４８に供給され、レンズ収差を最適補償するための最適化調整信号がレンズ４１に供給される。予測収差オフセットがユーザ定義閾値より大きくなると、再アライメント頻度コントローラ５０によって測定がトリガされる。しかしながら、このような測定が実施される以外は、製品の露光にレンズを利用することが可能であり、したがって製品の露光に利用することができる時間が最大化される。

以下、一群のウェハを逐次露光し、且つ、一連の多重ダイの露光をウェハ毎に実行するために、本発明の実施例の典型的な実施態様の中で実行しなければならない一連の制御動作について図を参照して説明する。この実施態様では、コンピュータ構造は、ウェハ毎の一連の多重ダイの露光における個々の露光の間、特定の用途が最も敏感な収差のレンズ加熱による変化が、個々のウェハの連続する個々のダイの露光に対して最適補償される方法で投影システムの設定値を制御し、且つ、調整することができる。

したがって、バッチ開始ボックス２０で示すウェハのバッチの露光開始時に、バッチ修正手順２１が実行され、バッチの一連の露光に先立って、例えばＩＬＩＡＳ技法或いはＴＩＳ技法によって画像の収差が測定され、それにより測定収差データ２２が提供され、且つ、レンズ加熱モデルに更新パラメータ２３が供給される。得られた収差値は、以下でより詳細に説明するように、ＩＱＥＡモデルに供給される。次に、処理ステップ２３で、レンズ加熱モデルを使用して、レンズの加熱による収差オフセット・データ２４が連続する露光毎に予測され、露光履歴（例えば、そのロットにおけるそれまでの露光数及びその時刻表示）を表すデータをレンズ加熱モデルが受け取る。このような収差オフセット予測は、実際の露光に先立って、最新のバッチ修正に対する収差の予測変化に基づいて、そのバッチにおける連続する露光毎に実行される。

処理ステップ２５で、ＩＱＥＡモデルは、測定収差データ２２、収差オフセット・データ２４、及び照明モード（例えば開口数、シグマ‐インナ及びシグマ‐アウタ）、高い精度で製品に画定すべきフィーチャ（例えばフィーチャ・サイズ、密度）、露光中に印加すべき放射線量、マスクの透過率などの特定の用途を表すデータである用途・データ２６、及び様々な収差タイプに対する様々なフィーチャの感度を定義したユーザ定義リソグラフィ仕様を表すデータ２８を受け取る。ＩＱＥＡモデルは、以下で説明するように、露光毎に画像化性能を最適化するために、適切なオプティマイザと共に、ＯＶＬ値（Ｘ−Ｙ調整）、ＦＯＣ値（Ｚ調整）などの適切な設定値を調整するためのモデル化画像パラメータ・オフセットをこのデータから決定する。次に、処理ステップ３０で、ウェハ上の該当するダイがこれらの設定値を使用して露光され、処理ステップ３１で画像の最後のダイが露光されたか否かが判定され、該当する場合、画像の次のダイのための制御信号が送信され、処理ステップ２３が起動される。画像のすべてのダイが露光済みである場合、処理ステップ３２でウェハの最後の画像が露光されたか否かが判定され、該当する場合、次の画像のための制御信号が送信され、一連の処理ステップ２３が起動される。ウェハのすべての画像が露光済みである場合、処理ステップ３３でバッチの最後のウェハが露光されたか否かが判定され、処理ステップ３４で示すように、ウェハのバッチの露光が終了したことを知らせる制御信号が送信される。

この一連の動作の間、特定の段階でアライメント若しくは再アライメント手順が実行され、マスク上の４つのアライメント・マーカの位置が検出される。画像パラメータ・オフセットのうちの１つ又は複数が基準値に対する閾値を超えている場合、例えば倍率などの画像パラメータのいくつかが再測定され、その結果、これらの特定の画像パラメータは、ロット開始時におけるただ一回の測定だけではなく、より頻繁に測定されることになる。この再アライメントは、フィードバック制御システムの一例である。このような再アライメントは、マスク上の、製品パターンとは別のマーカに対して実施される（或いは代替フィードバック制御システムに使用されるバッチ修正の場合、レチクル・ステージ上のマーカから再アライメントが実施される）ため、このような再アライメントの間、残りの収差がマーカの測定に悪影響を及ぼさないことを保証するためには注意が必要である。この点に関して、対応する収差の補償を可能にし、それにより、再アライメントの間、それらがマーカの測定に悪影響を及ぼすことがないようにするために、ＩＱＥＡモデルを使用して、マスク上のマーカの検出に最も関係のある画像パラメータ・オフセットを予測することができる。

また、レンズ加熱フィードバック制御システムが提供されており、フィードバック処理ステップ３５で、予測収差オフセット・データ２４及び用途・データ２６がＩＱＥＡモデルに入力され、それにより、処理ステップ３６で、ウェハ或いは他のウェハ上の他の画像の露光に先立って、予測画像パラメータ・オフセットと３７に保持されている閾値が比較される。画像パラメータ・オフセット値のうちの１つ又は複数が対応する閾値を超えている場合、フィードバック制御信号によって再アライメント手順が起動され、それにより別の測定ステップで画像の収差が再測定され、新たに測定された収差値を使用して、次の画像若しくはウェハを露光するための最適レンズ設定値を制御するための画像パラメータ・オフセットの計算に、その前に測定された収差値の代わりに使用される総合収差値が決定される。個々のウェハ上の個々の画像の露光は、レンズのさらなる加熱を考慮する必要がある場合、画像毎に調整される最適レンズ設定値と同様の方法で制御され、また、再アライメント（収差の再測定による）は、予測画像パラメータ・オフセットが閾値を超え、その必要性が決定された場合にのみ実施される。

図５は、制御再アライメント手順を組み込んだ適応インライン・レンズ加熱較正構造の中で実行しなければならない一連の制御動作を線図で示したものである。既に説明したように、コンピュータ構造は、ウェハ毎の一連の多重ダイの露光における個々の露光の間、特定の用途が最も敏感な収差のレンズ加熱による変化が、個々のウェハの連続する個々のダイの露光に対して最適補償される方法で投影システムの設定値を制御し、且つ、調整することができる。

バッチ開始ボックス６０で示すウェハのバッチの露光開始時に、処理ステップ６１でウェハが露光ゾーンに装荷され、レチクル・アライメント手順７０が上で説明したように実行される。処理ステップ７１で、画像の収差を最後に測定した時点から閾値時間間隔が経過したかどうか判定される。最後の測定から経過した時間間隔がこの閾値より短い場合、露光に先立って、既存の値に基づいてレンズ加熱モデル修正の計算６２が実行される。しかし、最後の測定から経過した時間間隔が閾値に等しいか、或いはそれより長い場合は、処理ステップ７２で、例えばＩＬＩＡＳ技法或いはＴＩＳ技法によって画像の収差が測定され、それによりレンズ加熱モデルに供給するための新しい測定収差値が提供される。処理ステップ７３で、新しい測定収差値に対する予測収差値の誤差が決定され、且つ、新しいレンズ加熱モデル・パラメータが生成される。次に、処理ステップ７４で、この誤差が最後に測定した時点で決定された誤差に対して大きくなっているか、或いは小さくなっているかどうか判定され、誤差が大きくなっている場合、処理ステップ７６で、次のウェハの露光に使用すべきレンズ加熱モデル・パラメータを制御するために小さい閾値に変更される。最後に測定した時点で決定された誤差に対して誤差が小さくなっている場合は、処理ステップ７５で、次のウェハの露光のために大きい閾値に変更される。

次に、関連する入力値に基づいてレンズ加熱モデル修正の計算６２が実行され、処理ステップ６３で、得られた収差値がＩＱＥＡモデルに供給され、露光のための適切な設定値を調整するための画像パラメータ・オフセットが決定される。次に、処理ステップ６４で、ウェハ上の該当するダイがこれらの設定値を使用して露光され、処理ステップ６５で、ウェハ上の最後のダイが露光されたか否かが判定され、該当する場合、ウェハ上の次のダイのための制御信号が送信され、処理ステップ６２が起動される。ウェハ上のすべてのダイが露光済みである場合、処理ステップ６６でバッチの最後のウェハが露光されたか否かが判定され、該当する場合、次のウェハのための制御信号が送信され、一連の処理ステップが起動される。ウェハ上のすべてのダイが露光済みである場合、処理ステップ６７で示すように、ウェハのバッチの露光が終了したことを知らせる制御信号が送信される。個々のウェハ上の個々の画像の露光は、レンズのさらなる加熱を考慮する必要がある場合、画像毎に調整される最適レンズ設定値と同様の方法で制御され、また、再アライメント（収差の再測定による）は、必要な場合にのみ実施される。

図６は、制御再アライメント手順が組み込まれていない適応インライン・レンズ加熱較正構造の中で実行しなければならない一連の制御動作を線図で示したものである。既に説明した構造の場合と同様、バッチ開始ボックス６０で示すウェハのバッチの露光開始時に、処理ステップ６１でウェハが露光ゾーンに装荷されるが、この場合、上で説明した制御再アライメント手順に代わって、処理ステップ８０で、例えばＩＬＩＡＳ技法或いはＴＩＳ技法によってウェハ毎に個々に測定が実施され、処理ステップ８１で新しいレンズ加熱モデル・パラメータが生成される。次に、図５の場合と同様、レンズ加熱モデル修正の計算６２が実行され、処理ステップ６３で、得られた収差値がＩＱＥＡモデルに供給され、露光のための適切な設定値を調整するための画像パラメータ・オフセットが決定される。次に、上で説明した方法と同じ方法で個々のウェハ上の個々のダイの露光が制御される。個々のウェハ上の個々の画像の露光は、収差を再測定する方法と同じ方法で制御され、個々のウェハの露光に先立って自動的に実施されるが、上で説明した構造の場合と同様、必要な場合にのみ実施される。

図３は、制御再アライメント手順を組み込んだ本発明の好ましい実施例の中で制御フィードバック・プロセスを実施する方法を線図で示したものである。生産中（顧客条件）、投影システムのレンズ４１の収差を測定するためのセンサが組み込まれた測定システム４０を使用して、一群のウェハの各々に対して（或いは少なくとも特定のウェハに対して）測定が実行される。これらの測定は、ＴＩＳ測定及び／又はＩＬＩＡＳ測定のいずれかである。得られた測定収差データ値４２は、フィードバック制御システムによって、加算器４３及び予測器４４を介してレンズ加熱モデル１０にフィードバックされる。予測器４４は、測定収差データ値４２、予め測定済みの収差データ値４５及びもう１つの加算器４６に供給される現在の予測収差オフセットに基づいて、モデル１０に供給されるモデル・パラメータを予測している。その結果、測定収差データ値と予め測定済みの収差値に対する予測収差値との間の差に関連するモデル誤差が得られる。

また、測定収差データ値はコントローラ４８に供給され、レンズ収差を最適補償するための最適化調整信号がレンズ４１に供給される。また、コントローラは、様々な収差タイプに対する様々なフィーチャの感度を定義したユーザ定義リソグラフィ仕様を表すデータ２８、及び照明モード、高い精度で画定すべき製品フィーチャ、放射線量などの特定の用途を表す用途・データ２６を受け取り、また、レンズ加熱モデル１０から予測収差オフセットを受け取っている。

また、レンズ加熱モデル１０は、露光メモリ４９から露光履歴を受け取り、予測収差オフセットをＩＱＥＡモデル１１に提供している。ＩＱＥＡモデル１１は、測定システム４０が実行する、露光システム５１が実行する連続する製品露光に対する再アライメント測定の頻度を制御するための再アライメント頻度コントローラ５０を制御している。予測収差オフセットがユーザ定義閾値より大きくなると、再アライメント頻度コントローラ５０によって測定がトリガされる。しかしながら、このような測定が実施される以外は、製品の露光にレンズを利用することが可能であり、したがって製品の露光に利用することができる時間が最大化される。

このような構造の場合、フィードバック測定頻度は、フィードフォワード・モデル・フィードバック測定誤差に基づいており、収差を補償するため（フィードバック制御メカニズムにおける）ばかりではなく、現行の用途に使用するためのレンズ加熱フィードフォワード・モデル・パラメータを予測するために測定が使用される。フィードバック制御メカニズムによって、不完全なレンズ加熱フィードフォワード・モデルを使用している場合であっても、画像化性能を必要な仕様範囲内に維持することができる。

最初は、ウェハの特定のロットの較正サイクル及び測定サイクルの間、レンズ加熱モデル１０に供給されるモデル・パラメータはデフォルト値であり、測定システム４０によって測定が実行される再アライメント頻度は、予測変動がユーザ定義閾値を超えると測定を実行しなければならない再アライメント基準に従って制御される。フィードバック・データが利用可能になると、モデル誤差は、将来の再アライメントのためのスケジューリング基準として使用される。また、モデルが十分に正確になり、モデル誤差が特定の所定限界値より小さくなると、再アライメントの頻度を小さくすることができる。したがって、システム−モデルの不整合が大きい場合、画像化仕様を満足するためには、より多くの再アライメントが必要である。また、再アライメントを制御するために使用されるデータと同じデータを使用してレンズ加熱モデルが洗練され、レンズ加熱モデルが十分に正確になると、再アライメントを少なくすることができる。その結果、生産性と画像化性能の間の最適トレードオフが得られる。

この方法によれば、特定の用途に対する装置の画像化性能及びオーバレイ性能が最適化され、且つ、レンズ加熱による影響が補償され、また、必要が生じた場合にのみ再アライメントが確実に実施され、ひいてはスループットが改善される。これは、適用される修正を用途に従って制御し、また、とりわけ製品の臨界構造のフィーチャ、例えばウェハのフロント・エンド層のトランジスタのゲートなどのフィーチャに基づいて制御することによって達成される。

次に、これらの計算のための手順についてより詳細に説明する。第１のステップとして、投影システムに対して測定されるレンズ収差を、例えばゼルニケ係数の形で表す必要がある。

画像の感度をすべてのゼルニケ係数に対するひずみに線形結合することによって投影システム設定値を適合させる線形予測計算モデルが使用される。基本的には、所与の理想質量中心位置を有する理想パターン・フィーチャのひずみは、その質量中心位置が相対移動する。ゼルニケ係数によって画定されるタイプの異なるひずみの場合、ひずみに対する所与のパターン・フィーチャの感度が異なるが、「コーディネイト・バイ・コーディネイト」或いは「スリット・コーディネイト」に基づく手法に応じて、ひずみマップに基づいて計算することができる。

また、所与のタイプのひずみに対する感度は、画像化すべき（基本）パターン・フィーチャの形状によって変化する。したがって線形予測計算モデルは、（例えばオフライン・モードで）投影システムの局部レンズ収差と相俟った収差誘導ひずみパラメータを様々なパターン・フィーチャに対して計算する（形状及びサイズの変化）。また、照明モード及びマスクのタイプ（つまりひとみ平面充填物）が考慮される。

線形予測計算モデルを使用すると、座標（ｘ、ｙ）上のひずみ（ｄｘ、ｄｙ）は、

で表される。上式で、Ｚ_ｉはｉ番目の次数のゼルニケ係数であり、Ｓ_ｉは、それぞれ一連のゼルニケ係数によって表されるｘひずみ及びｙひずみを有する所与のゼルニケ係数Ｚ_ｉに対する感度係数である。ゼルニケ係数は、ｘ、ｙ座標に依存している。感度Ｓ_ｉは、基本的にはパターン及び照明モードに依存している。

これらの式を計算した結果は、画像化修正データとして１つ又は複数のデータベースのコンピュータ構造のメモリに保存される。画像化修正データは、パターン・フィーチャのタイプ及びサイズ並びにひとみ平面充填物の所与の任意の組合せに対して決定することができる。１つ又は複数のデータベースは、画像化修正データをこのような組合せの各々の関数として保持することができる。

リソグラフィ処理を実行している間、メモリから画像化修正データが検索される。投影システム設定値は、パターンひずみパラメータの組合せ、つまり画像化すべきパターン・フィーチャ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・フィーチャに対する実際のひとみ平面充填物の組合せに従って適合される。画像化修正データ（実際のパターンひずみパラメータの組合せに基づく）は、処理を実行するためのジョブ・データ・ファイル中の情報を介してデータベースからオンライン適合手順へ利用することができる。オンライン適合手順は、処理を実行している間、Ｉ／Ｏ装置によって、式で与えられる収差誘導ひずみのための画像化修正パラメータに従って投影システム設定値を適合させている。

実際の画像化修正パラメータの組合せは、この場合も、リソグラフィ処理を実行している間、処理を実行するためのジョブ・データ・ファイル中の情報を介してデータベースからオンライン適合手順へ利用することができる。オンライン適合手順は、処理を実行している間、式のセットで与えられる収差誘導ひずみのための画像化修正パラメータに従って投影システム設定値を適合させている。

本発明を実施するためのリソグラフィ投影装置を示す図である。 本発明の好ましい実施例の説明図である。 レンズ加熱モデル及びＩＱＥＡモデルを使用した本発明の好ましい実施例の機能図である。 好ましい実施例を実施するための制御ステップの流れ図である。 本発明の一実施例における、スマート再アラインを使用した適応インライン・レンズ加熱較正を実施するための制御ステップの流れ図である。 本発明の他の実施例における、スマート再アライメントを使用しない適応インライン・レンズ加熱較正を実施するための制御ステップの流れ図である。

Claims (16)

1. リソグラフィ投影装置であって、
   投影放射ビームを提供するための放射システムと、
   前記投影ビームにパターンを付与するためのパターン形成装置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前記基板の目標部分に投射し、それにより前記パターン形成手段の画像を前記目標部分に生成するための投影システムと、
   投影システム収差の時間による変化を測定するための測定システムと、
   モデル・パラメータに基づいて投影システム収差の時間による変化を予測し、且つ、前記装置の時間と共に変化する特性を補償するための制御信号を生成するための予測制御システムと、
   前記予測制御システムによって提供される投影システム収差値及び前記測定システムによって提供される測定投影システム収差値に基づいてモデル・パラメータ誤差を予測するためのインライン・モデル識別システムと、
   前記時間と共に変化する特性を許容可能な性能基準の範囲内に維持するために、前記モデル・パラメータ誤差を利用して前記予測制御システムの前記モデル・パラメータを更新するための更新システムとを備えたリソグラフィ投影装置。
2. 前記モデル・パラメータ誤差が小さくなると測定と測定の間の時間間隔が長くなり、前記モデル・パラメータ誤差が大きくなると測定と測定の間の時間間隔が短くなるように前記測定システムによる測定をトリガするための測定時限システムが設けられている、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
3. 投影システム収差の測定をさらにトリガし、それにより更新測定収差値を提供するために、前記制御信号と閾値を比較し、且つ、前記制御信号が前記閾値より大きくなると再アライメント・システムに再アライメント信号を供給するための比較器をさらに備えた、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
4. 前記比較器が、前記制御信号と特定の画像化用途に従って選択されるユーザ定義リソグラフィ仕様によって決定される閾値とを比較するようになっている、請求項３に記載のリソグラフィ投影装置。
5. 前記測定システムが、基板のロットを露光している間、投影システム収差の時間による変化を測定するように機能し、トリガされると、基板の前記ロットを露光している間、現行の基板の露光が終了し、且つ、次の基板の露光を開始する前に実施されることが好ましい測定を所定の時間にさらに実行する、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
6. 必要な特定のパターン形成ビームを生成するために前記装置に使用される選択されたパターン形成装置の画像の１つ又は複数のパラメータに対する前記予測投影システム収差変化の特定用途効果を決定するためのモデル化システムが設けられている、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
7. 前記モデル化システムが、前記予測制御システムの前記モデル・パラメータの更新に使用するために、測定履歴及び露光情報履歴を保存している、請求項６に記載のリソグラフィ投影装置。
8. 前記モデル化システムが、前記選択されたパターン形成装置及び前記投影システムの照明モード設定値を表すデータに基づいて前記特定用途効果を決定するように構成され、且つ、配置された、請求項６に記載のリソグラフィ投影装置。
9. 前記予測制御システムが、前記予測投影システム収差変化と、画像の１つ又は複数のパラメータに対するその特定用途効果に基づいて、必要なパターン形成ビームに特化された制御信号を生成するように構成されている、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
10. 選択されたパターン形成装置の画像に対する前記予測投影システム収差変化の影響を補償するために、少なくとも部分的に前記制御信号に基づいて画像化調整を実行する調整システムが設けられている、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
11. 前記予測制御システムが、選択されたパターン形成装置の投影システム収差に対する既知の感度、及び異なる投影システム収差に付与すべき相対重みを決定する定義済みメリット関数に基づいて前記制御信号を生成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。
12. 前記予測制御システムが、レンズの加熱或いは冷却によって生じる少なくとも１つの収差値の時間による変化を予測するレンズ加熱モデルに基づいて前記投影システム収差変化を決定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であって、
    投影放射ビームを提供するための放射システムと、
    前記投影ビームにパターンを付与するためのパターン形成装置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前記基板の目標部分に投射し、それにより前記パターン形成装置の画像を前記目標部分に生成するための投影システムと、
    投影システム収差の時間による変化を測定するための測定システムと、
    モデル・パラメータに基づいて投影システム収差の時間による変化を予測し、且つ、前記装置の時間と共に変化する特性を補償するための制御信号を生成するための予測制御システムと、
    前記制御信号が第１の閾値より小さくなると測定と測定の間の時間間隔が長くなり、前記制御信号が第２の閾値より大きくなると測定と測定の間の時間間隔が短くなるように前記測定システムによる測定を制御するための測定時限システムとを備えたリソグラフィ投影装置。
14. リソグラフィ投影装置を使用したデバイス製造方法であって、
    選択されたパターン形成装置に放射ビームを投射し、パターン形成されたビームを生成すること、及び前記パターン形成されたビームを投影システムを使用して基板の目標部分に投射することと、
    前記投影システムの収差の時間による変化を測定することと、
    モデル・パラメータに基づいて投影システム収差の時間による変化を予測することと、
    前記装置の時間と共に変化する特性を補償するための制御信号を生成することと、
    予測投影システム収差値及び測定投影システム収差値に基づいてモデル・パラメータ誤差を予測することと、
    前記時間と共に変化する特性が許容可能な所定の性能基準を維持するよう、前記モデル・パラメータ誤差に基づいて前記モデル・パラメータを更新することとを含む方法。
15. 投影システム収差の測定をさらにトリガし、それにより更新測定収差値を供給するために、前記制御信号が閾値を超えると再アライメント信号を生成することと、
    投影システム収差の変化を予測するために前記更新測定収差値を使用することとをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 選択されたパターン形成装置に放射ビームを投射し、パターン形成されたビームを生成すること、及び前記パターン形成されたビームを投影システムを使用して基板の目標部分に投射することと、
    前記投影システムの収差の時間による変化を測定することと、
    モデル・パラメータに基づいて投影システム収差の時間による変化を予測することと、
    装置の時間と共に変化する特性を補償するための制御信号を生成することと、
    予測投影システム収差値及び測定投影システム収差値に基づいてモデル・パラメータ誤差を予測することと、
    前記時間と共に変化する特性が許容可能な所定の性能基準を維持するよう、前記モデル・パラメータ誤差に基づいて前記モデル・パラメータを更新することとを含む方法を実行するための機械実行可能命令を含んだ機械可読媒体。

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