JP2007516612A - ダイナミックなレンズフィールドの屈曲を決定する装置および方法 - Google Patents

Abstract

フォトグラフィスキャナに一意に関連するダイナミックなレンズフィールドの屈曲を決定する技術を説明する。一連のリソグラフィ露光は、フォトグラフィスキャナを使用してレジストの被膜されたシリコンウェハー上で実行される。リソグラフィ露光は、互いに一意の方法で関係して配置される焦点合わせ基準の配列を作成する。計測結果はコンピュータアルゴリズムに供給され、絶対的な意味でスキャン方向に対して垂直にダイナミックなレンズフィールドの屈曲（ＺＤＬＣ）を決定するコンピュータアルゴリズムに供給される。さらに、ウェハーの平面性、ウェハーの非平面性、およびステージ誤差の影響が考慮される。ＺＤＬＣ情報は、リソグラフィモデリング、重ね合わせモデリング、およびスキャナステージダイナミクスに関連する進歩したプロセス制御技術を改善するために使用される。

Description

本発明は、一般的に半導体製造プロセス、さらに具体的には光リソグラフィの分野に関する。特に、フォトリソグラフィ投影システムに関連するフォーカル・プレーン・デヴィエーション（ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）（ＦＰＤ）の決定方法に関する。

短い波長の半導体パターン特性（トランジスタ、ゲート）を非常に厳しいプロセス規格で製造するために、リソグラフィ技術者は、光リソグラフィプロセスの間および後でのフォーカスを連続して監視する。短い波長特性をつくる能力は、しばしば、かなり単純な（３ビーム）レーリースケーリングレゾリューション（Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｓｃａｌｉｎｇ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）（Ｒ）（λ／２ＮＡ）および焦点深度（ＤｏＦ）方程式、〜λ／２ＮＡおよび〜λ／２ＮＡ²を考慮することにより決定できる。これらの組み合わされた方程式は、露光波長（λ）および開口数（ＮＡ）に基づいて解像度とＤｏＦとの間の逆の関係を重視する。長時間にわたって危機的な特性をより少なくする半導体産業の要求により、半導体製造業者およびリソグラフィツールの販売業者は、より短い波長（例えば２４８ｎｍ）を持つ露光源を使用してより高い開口数リソグラフィシステム（ステッパまたはスキャナ）を製造することを強いられている。焦点の変更によりイメージの忠実性が著しく損なわれるので、ＤｏＦがより浅くなり、リソグラフィプロセスの間に焦点を制御する能力がより困難になる。リソグラフィイメージングが劣り、製造量が芳しくないと、半導体製造費用が増加し、技術の進歩が停滞する。半導体リソグラフィ製造業者は、利用可能なＤｏＦを増やす創造的超解像技術（ＲＥＴ）および他の光技術を発見している。例えば、非特許文献１、ＦＬＥＸのような特許文献１を参照。これらの努力にもかかわらず、この問題は完全には解決されていない。したがって、フォトグラフィ処理の間、焦点を監視し、焦点制御の新しい方法を開発することは重要である。典型的に、スキャナのフィールドにわたる焦点の誤差は以下の３つの項目のせいでありうる。（１）ウェハーとレチクルの非平面性、（２）ダイナミック・ウェハー／レチクル・ステージ（ｄｙｎａｍｉｃ ｗａｆｅｒ／ｒｅｔｉｃｌｅ ｓｔａｇｅ 誤差、および（３）スタティックまたはダイナミックなレンズフィールドの屈曲。

フォトリソグラフィックスキャナに関して、ダイナミックなレンズフィールドの屈曲は、走査方向を横切る方向（ｘ）に、かなり複雑な方法で変化する。フォトリソグラフィック露光ツール用のフィールド位置によるフォーカル・プレーン・デヴィエーションおよび最適な焦点を決定および監視する多くの方法が存在するけれども、これらは、リソグラフィプロセスに関係なく、ウェハーの非平面性およびスキャナのダイナミクスの主な原因になる。例えば、非特許文献２；非特許文献３；非特許文献４；特許文献２；および特許文献３を参照。
リソグラフィプロセス制御および監視

典型的なマイクロ電子デバイスまたは回路は多くの（〜２０）レベルまたはパターン層を含む。重要なレベルに関するパターン特性の忠実性および配置はしばしば制御するのが困難である。リソグラフィ製造業者は、典型的に、以下の評価指標を使用して、リソグラフィパターンプロセスの成功（または失敗）を計測する。（１）微小寸法（ＣＤ）、重要なデバイスの特性の計測、（２）上に記載されたような重ね合わせ誤差または特性位置、および（３）側壁角度（ＳＷＡ）、重要な特性の側壁の形状。これらの評価指標の各々は図１ａに示されている。これらの３つの評価使用は、典型的に、走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）または光計測ツール（重ね合わせツール）を使用して計測される。例えば、”Ｑｕａｅｓｔｏｒ Ｑ７ Ｂｒｏｃｈｕｒｅ”、Ｂｉｏ−Ｒａｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ社を参照。光計測ツールは、ＣＤ−ＳＥＭと比較すると運用費用が安く、しばしば、重ね合わせ監視だけでなく、プロセス制御用途（焦点および露出）に使用される。例えば非特許文献２を参照。

多くの重ね合わせおよびＣＤ計測は、各フォトリソグラフィ処理の後、最後のエッチングの前にシリコンウェハー上で行われる。ウェハーは、フォトレジスト特性が適切に露光され、目標となるプロセス規格（プロセス制限内のＣＤおよびＳＷＡ）を満たすまでエッチングできない。リソグラフィプロセスの技術者は、露光ツールの配置および焦点較正手順に著しく依存して、適切にスキャナが配置され、イメージに焦点を合わせることを保証し；焦点の合わない監視技術は、スキャナ較正データベースをだめにし、リソグラフィツールの性能を下げる。例えば、非特許文献５および非特許文献６を参照。加えて固定誤差（収差）の大きさに関する情報不足により、システマティックおよびランダムリソグラフィ誤差を取り除こうとするプロセス制御および重ね合わせモデリングルーチンをだめにする。

過去３０年以上にわたって、年ごとに、半導体産業はより速く（より小さい微小特性）、より複雑（機能が増え、高密度パターン）な回路を製造し続けている。より小さい特性への圧力は、多くの物理的限界により制限される。半導体デバイスの微小寸法が５０ｎｍに近づくにつれて、利用可能なＤｏＦは１００ｎｍに近づく。例えば非特許文献７を参照。リソグラフィ装置（高ＮＡシステム、短波長露光源）、ＲＥＴ、レジスト処理、および自動プロセス制御（焦点および露光）技術の絶え間ない進歩はより困難で厳しいままになりそうである。例えば、上記の非特許文献７を参照。最後に、ルーチンベースのＦＰＤ計測がリソグラフィプロセス制御にとって重要な間は、ＦＰＤを訂正可能なものと、訂正不可能なものとに分離することが、進歩したプロセス制御スキームの能力限界を見積もるのに重要である。
焦点合わせの数学的説明

ダイナミックなレンズフィールドの屈曲（ＺＤＬＣ）は、レンズ単体による全ての焦点ずれの一部である。これは、スタティックなレンズフィールドの屈曲の加重積分として表すことができる。

ここで：
ＺＳＬＣ（ｘ，ｙ）＝走査されたレンズスロットにわたるスタティックなレンズフィールド屈曲
ｙ＝走査方向の座標
ｗｔ（ｙ）＝加重関数〜Ｉ（ｙ）、ＤＵＶレジスト用のスロットにまたがる強度は、Ｉラインレジストに関して一般的に異なり、特に、スキャンが開始されたスロット高（＋ｙまたは−ｙ）の側部の上により重く加わるスキャン方向に依存する。
ＳＨ＝スキャナスロット高（図１ｂ）
異なる照射設定は、一般的に異なる照射プロファイルＩ（ｙ）を持つので、異なるＺＤＬＣプロファイルを持つ。

ｗｔ（ｙ）およびＺＳＬＣ（ｘ，ｙ）を計測することにより、さもなければｗｔ（ｙ）およびＺＳＬＣ（ｘ，ｙ）を知ることにより、ＺＤＬＣを決定できるけれども、直接ＺＤＬＣ（ｘ）を決定するのは有利である。

ＦＰＤ：露光フィールドにわたって、より大きなまたはより小さな正確性計測焦点ずれまたはフォーカル・プレーン・デヴィエーション（ＦＰＤ）を持つ多くの方法がある。一般論として、これらの技術の各々が、種々の空間レチクルパターン（焦点基準、ＦＦ）を使用してフィールドにまたがる焦点誤差を推定する。加えて、これらの方法のいくつかが、ステッパまたはスキャナウェハステージの水平化および位置決めシステムおよび／または光配置システムを利用して、ＦＰＤの決定の助けになる。例えば非特許文献８参照。用語”ＦＰＤ”は、フォトリソグラフィのステッパまたはスキャナに関連する完全な焦点誤差、すなわちウェハー表面を基準に焦点面からのデヴィエーションを説明するかなり一般的な用語である。他の事柄の中で、ＦＰＤは、レンズのチルト、ステージ／レチクルのチルト、レチクルのおじぎ、レンズフィールドの屈曲、およびステージの同期化誤差により生じうる。図３ａは一般的なフォトリソグラフィ水平化システムを示す。図３ｂおよび図３ｃはある共通のレチクルパターン（例えばＩＢＭ株式会社Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｆｏｃｕｓ Ｍｏｎｉｔｏｒ（ＰＳＦＭ）、およびＡＳＭＬ ＦＯＣＡＬ配置マーク）を示し、そのレチクルパターンはステッパとスキャナの両方のためのＦＰＤを決定するために使用される。典型的に、ＦＰＤ較正／監視は、毎日または少なくとも毎週実行されて、ステッパまたはスキャナが設計限界範囲内で動作するよう保証している（焦点システムが作動するか、ステージが水平かを検証する）。両技術が広く受け入れられているけれども、両技術が、各フィールドポイントで実行されるのに複雑な構成を必要とする。例えば、非特許文献９および非特許文献３を参照。

これらのＦＰＤ従来技術の方法は以下の表１に挙げられている。

光システムの収差を決定する方法は、特許文献２および特許文献３に説明されている。これらの説明では、空間レチクルが使用されて、フォトリソグラフィのステッパおよびスキャナ用のゼルニケ係数を決定する。投影システムの射出ひとみに関連する波面収差（ゼルニケ係数および関連する多項式）が、レンズフィールドの屈曲または焦点についての情報を含む（例えば、ゼルニケ係数ａ４）。特別なレチクルおよび自己基準技術が使用されて、スキャナの雑音を有していても、高精度で急速にＦＰＤを同定し、焦点誤差を５ｎｍまで決定する。この方法は、スタティックおよびダイナミック露光ツール（ステッパおよびスキャナ）用のレンズフィールドの屈曲情報を自動的に決定する。

ＰＳＦＭ：特許文献４に記載された方法（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｆｏｃｕｓ Ｍｏｎｉｔｏｒ）はリソグラフィプロセスに関連するフォーカル・プレーン・デヴィエーション（ＦＰＤ）を決定および監視するために使用できる。さらなる情報は上に述べた非特許文献９の中に見つけることができる。一般的に、９０°に近い位相を持つＰＳＭを変更することは焦点誤差を計測するために利用できる例外的な光特性をもつ。例えば、特許文献１１および特許文献６を参照。一般的に、位相差マスクパターン（ここでは焦点合わせ基準；図３ｂおよび図３ｃ）を使用して、「箱の中に箱の入った」重ね合わせ目標を設計でき、そこでは、計測された重ね合わせ誤差は焦点誤差に比例する（図５参照）。次に、フォーカル・プレーンの非平面性が、レンズフィールドにわたる焦点基準を計測することにより決定される。非点収差情報は、デルタ−Ｘ重ね合わせ誤差およびデルタ−Ｙ重ね合わせ誤差計測値の差として表れる。この技術は、レンズの加熱、ウェハーの端部の近くでの焦点誤り、チャック／ステージ非平面性、によりウェハーにわたる焦点の変化を見積もるために使用されてきた。ＰＳＦＭ方法に関する１つの主な欠点は、ＰＳＦＭ技術が、ソースシグマ（ｓｏｕｒｃｅ−ｓｉｇｍａ）（すなわち、ＮＡ−源／ＮＡ−対象物）に対してかなり敏感に反応するので、プロセスごとに異なるかなり複雑な較正手順（焦点オフセット対各フィールドポイントに関する重ね合わせシフト）が、それが使用できるようになる前に必要になることである。特許文献５に記載されているような別のＰＳＭ技術は、似た方法で使用される。ＰＳＦＭ方法が、スキャナまたはステッパフィールドにわたってＦＰＤマップを提供するにもかかわらず、ＰＳＭ技術は、ステージ同期化誤差が存在する状態で、ウェハー高の変化に関係なくダイナミックレンズフィールドの屈曲を決定する方法を提供しない。例えば、非特許文献１２参照。

ＦＯＣＡＬ：非特許文献１０に記載の方法（ＦＯＣＡＬ−ステッパ配置システムを使用した焦点決定）は、露光フィールド（レンズ）にわたるＦＰＤおよび非点収差を見つけるために使用できる焦点基準を指定する。ＦＯＣＡＬ配置マーク（焦点基準）は変更されたウェハー配置マークからなり、変更されたウェハー配置マークはステッパウェハー配置サブシステムを使用して計測される。非特許文献１３を参照。ツールの焦点ぼけにより、最も焦点が合う位置の中央に対して、配置マークの中央の明らかなシフトとなる。ＦＯＣＡＬ技術は、露光ツールの配置メカニズムを使用し、それ故、ステッパまたはスキャナが、計測シーケンスの長さの間オフラインであることを要求する。ＦＯＣＡＬマークは、ＰＳＦＭ方法のように露光およびシグマに敏感に反応するけれども、基準応答はピッチの関数であるので、ターゲット特性はレチクル誤差にあまり依存しない。さらにＦＯＣＡＬデータ（焦点対重ね合わせ誤差）は、位相差監視装置（典型的には、露光フィールドにわたる１２１地点において）と同様の露光フィールド内の全ての地点に関し構成されねばならない。次に、ＦＯＣＡＬを使用して、ダイナミックＦＰＤマップからレンズチルトおよび非点収差を析出し、ダイナミック焦点面マップを提供するけれども、ウェハーの高さの変化およびステージ同期化誤差は、この結果の中にまだ含まれる。例えば、非特許文献５および非特許文献１４参照。

シュニィツェル・ターゲット：非特許文献２の中に記載された方法は、ラインエンド短縮効果を使用して、半導体製品ウェハー上の露光ドリフトによる焦点のドリフトを切り離す。図３ｃは、典型的な対のシュニィツェル・ターゲット（焦点合わせ基準）を示す。レジストのラインエンド（図３ｃ）が、焦点と露光ドリフトの両方に対してとても敏感に反応（大きなラインエンド短縮効果を示し）することは広く知られており、リソグラフィプロセスが、スキャナツール（〜λ／２ＮＡ）の性能限界の近くまで近づくので効果がさらに増す。シュニィツェル・ターゲットおよび較正のかなり複雑な方法（ＣＤ−ＳＥＭ計測および連立方程式）を使用して、非特許文献２で、露光ドリフトの存在する状態で１以上の露光を使用してウェハー製品上の焦点ドリフトの大きさを決めることのできる方法が説明されている。焦点および露光の変更は微小寸法（ＣＤ）の同様な変化を引き起こしうるので、シュニィツェルの方法は、生産工程の間で焦点および露光実験（ＦＥＭ−Ｆｏｃｕｓ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｍａｔｒｉｘ）を頻繁に行う必要を排除するので、毎日のプロセス監視には有用である。加えて、この方法は、高速で正確な光重ね合わせツールを使用して、ウェハー処理後にシュニィツェルパターンを計測し（いくつかの形で、ＣＤターゲットまたは重ね合わせターゲット、図３ｂ）、これにより光重ね合わせツールがＣＤ−ＳＥＭと比較して安価になって動作するので、監視費用を節約できる。露光ドリフトから焦点ドリフトを切り離す間、現在の形のこの方法は、異なる焦点設定での２つの露光を要求して、絶対焦点ドリフト（方向）を決定する。生産工程の間に追加の露光を実行するととても費用がかかる。加えて、最初のシュニィツェル・ターゲット較正手段が多くのリソグラフィツール設定（線幅、ピッチ、シグマ、ＮＡ）に依存するので、再較正には、測定学ツール内の変更を含む各リソグラフィプロセスの変更が必要になる。シュニィツェル焦点合わせ基準は、ステッパまたはスキャナフィールドにわたるＦＰＤを入念に計画するためにしばしば使用されるけれども、非特許文献１２の中で説明された方法と同様な方法は、ダイナミック焦点マップを得るために実施される必要がある。そうであっても、ウェハー高の変更およびスキャニングのダイナミクスはここでは議論しない。
米国特許第５，３０３，００２号 米国特許第５，８２８，４５５号 米国特許第５，９７８，０８５号 米国特許第５，３００，７８６号 米国特許第５，９３６，７３８号 "Ｔｈｅ Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｍａｓｋ"、Ｂ．Ｌｉｎ "Ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ Ｄｏｓｅ ｆｒｏｍ Ｄｅｆｏｃｕｓ ｆｏｒ Ｉｎ−Ｌｉｎｅ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ"、Ｃ．Ａｕｓｓｃｈｎｉｔｔ、ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．３６７７、ｐｐ．１４０−１４７、１９９９ "Ｌａｔｅｎｔ Ｉｍａｇｅ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｗａｆｅｒ Ｓｔｅｐｐｅｒｓ"、Ｐ．Ｋｉｒｋｓｅｎ等、ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．２４４０、ｐｐ．７０１−７２２、１９９５ "Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｆｏｃａｌ Ｐｌａｎｅ Ｔｉｌｔ"，Ｓ．Ｈｓｕ等、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ａｐｒｉｌ １，１９９８（２００４年２月時点で以下のＵＲＬからオンラインで入手可能、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｅｅｄ−ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．ｃｏｍ／ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ／ａｒｔｉｃｌｅ／ＣＡ１７７５９０？ｐｕｂｄａｔｅ＝４％２Ｆ１％２Ｆ１９９９＆ｓｐａｃｅｄｅｓｃ＝ｗｅｂｅｘ） "１９３ Ｓｔｅｐ ａｎｄ Ｓｃａｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ"、Ｇ．Ｄａｖｉｓ等、Ｓｅｍｉ Ｔｅｃｈ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ、Ｊａｐａｎ、１９９８ "Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｆｏｃｕｓ Ｍｏｎｉｔｏｒ Ｔｅｓｔ Ｍａｓｋ ｔｏ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ"、Ｒ．Ｍｉｈ等、ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．２４４０、ｐｐ．６５７−６６６、１９９５ "２００１ ＩＴＲＳ Ｒｏａｄｍａｐ"、ＳＥＭＡＴＥＣＨ、ｐｐ．１−２１、２００１ "Ｔｗｉｎ Ｓｃａｎ １１００ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ"、ＡＳＭＬ "Ｄｅｔａｉｌｅｄ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ａ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｆｏｃｕｓ Ｍｏｎｉｔｏｒ"、Ｇ．Ｐｕｇｈ等、ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．２４４０、ｐｐ．６９０−７００、１９９５ "ＦＯＣＡＬ"、Ｐ．Ｄｉｒｋｓｅｎ等、ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．２４４０、ｐ．７０１、１９９５ "Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｓｔｅｐｐｅｒ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｆｏｃｕｓ Ｍｏｎｉｔｏｒ Ｔｅｓｔ Ｍａｓｋ"、Ｔ．Ｂｒｕｎｎｅｒ等、ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．２１９７、ｐｐ．５４１−５４９ "Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｆｏｃｕｓ−Ｏｖｅｒｌａｙ−ＣＤ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｏ Ｉｄｅｎｔｉｆｙ Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ"、Ｄｕｓａ等、ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．２７２６−２７２９、１９９６ "Ｌａｔｅｎｔ Ｉｍａｇｅ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｗａｆｅｒ Ｓｔｅｐｐｅｒｓ"Ｐ．Ｄｉｒｋｓｅｎ等、ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．２４４０、１９９５ ｐｐ．７０１−７１１ "Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｆｏｃｕｓ−Ｏｖｅｒｌａｙ−ＣＤ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｏ Ｉｄｅｎｔｉｆｙ Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ"、Ｄｕｓａ等、ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．２７２６−２７２９、１９９６"

まとめ
ＦＰＤを決定するいくつかの方法を説明した。これらの方法の全てに共通なのは、特性（焦点基準またはＦＦ）がウェハー上に印刷され、それに続いて焦点基準が計測される。焦点基準からのデータは処理され、ＦＰＤ値およびδＺが決定される。さらに、全てのこれらの方法に共通なのは、ウェハー高、レンズ収差（レンズフィールドの屈曲の形での）、およびステージ同期化はそれらの明確な構成要素の中に分解される。

ダイナミックなレンズの屈曲（ＺＤＬＣ）は、焦点誤差の他の原因が存在する状態で、ピストンおよびチルト項目の中で決定される。

フォトリソグラフィスキャナに一意に関連するダイナミックなレンズフィールドの屈曲を決定するプロセスが説明されている。フォトリソグラフィスキャナを使用して、レジストの塗布されたシリコンウェハー上で、一連のリソグラフィ露光が実施される。リソグラフィ露光は、一意の方法で互いに対して移動する焦点基準の配列を生成する。焦点基準が計測され、計測結果がコンピュータアルゴリズムの中に供給され、コンピュータアルゴリズムは、絶対的な意味でスキャン方向に対して垂直にダイナミックなレンズフィールドの屈曲（ＺＤＬＣ）を決定する。さらに、ウェハーが平面となる効果、ウェハー表面の非均一性、およびステージ誤差が考えられる。ＺＤＬＣ情報は、システム的かつランダムなリソグラフィ誤差から成る進歩したプロセス制御ルーチンを含む、いくつかの方法を使用したフォトグラフィツールに一意に関連するイメージ基準および重ね合わせ誤差を改善するために使用できる。

本発明の他の特性および利点は、好ましい実施の形態の以下の説明から明らかになり、好ましい実施の形態は、例を用いて本発明の原理を説明する。

新しいと考えられる本発明の特徴および本発明の要素の特性は、特に添付の請求の範囲に記載されている。図は、図示の目的のみのためであって、拡大縮小を意図していない。しかしながら、本発明自体は、構造および動作の方法の両方に関して、以下の添付の図を参照して発明を実施するための最良の形態が最も理解できる。

ダイナミックなレンズフィールドの屈曲の決定プロセスは、説明したフォトグラフィスキャナに一意に関連した。一連のリソグラフィ露光が、リソグラフィスキャナを使用してレジストの塗布されたシリコンウェハー上に実施される。リソグラフィ露光は、一意の方法で、互いに対して移動した焦点合わせ基準の配置をつくる。焦点合わせ基準は計測され、ＦＰＤ値に結合される。計測結果はコンピュータアルゴリズムに供給されて、ウェハー高の変化と、ウェハー／レチクル・ステージの凹凸とが存在する状態で、絶対的な意味でダイナミックなレンズフィールドの屈曲を計算する。

本発明にしたがって、ＺＤＬＣは、フォーカル・プレーン・デヴィエーション（ＦＰＤ）を計測する「焦点合わせ基準」（ＦＦ）の特定の配置と露光パターンとを使用することにより決定される。

項δＺ（ｘ，ｙ）は、ウェハー平面の（ｘ，ｙ）に位置する実際のフォーカル・デヴィエーションまたはフォーカル・プレーン・デヴィエーション（ＦＰＤ）として、ここに定められている。これは種々の方法で決定できる。レンズ、スキャン、およびウェハーからの成分にδＺ（ｘ，ｙ）を分解する。

ここで、連続フィールド位置（ｘ，ｙ）が使用され、
ＺＬ（ｘ）＝ダイナミックなレンズフィールド屈曲＝レンズからの成分。
ＺＳ（ｙ）＝ダイナミックスキャンピストン。これは瞬間のピストンおよびピッチの移動平均。
θ（ｙ）＝ダイナミックスキャンロール。これは瞬間のスキャンロールの移動平均。
ＺＷ（ｘ，ｙ）＝スキャンフィールドにわたるウェハー高の変化。
ダイナミックなスキャン高の機能的依存の詳細な導出

ＺＳ（ｙ）およびθ（ｙ）で表されるダイナミックなスキャン同期化は容易に導かれ、図１ｂを参照して最もよく理解される。そこでは、スキャンスロット（１００）の瞬間の位置はｙの中央値を持つか、またはｙｓに等しいスキャン方向を持つ。スキャンフィールドの位置（ｘ，ｙ）において、スロットの中央の瞬時の位置がｙｓである時、ステージの瞬時高は

ただし、
ｙｓ＝フィールドの中央に対する瞬時スロット高位置−１／２（ＳＣＨ＋ＳＨ）：１／２（ＳＣＨ＋ＳＨ）範囲
＝瞬時スキャナ高およびチルトを決定する座標
ＺＳＨ（ｙｓ）＝ステージの瞬時高
θＳＸ（ｙｓ）＝瞬時ｘチルトまたはスキャナロール
θＳＹ（ｙｓ）＝瞬時ｙチルトまたはスキャナピッチ
ＺＳＨ、θＳＸ、θＳＹはＺ方向の機械的同期化誤差に起因し、一般的にスキャンごとに変化することに注意すべきである。

誘発されたスキャナの高さまたは焦点の変化は加重平均である。

重さの関数、ｗｔ（ｙ’）は、スキャン方向に沿って強度Ｉ（ｙ’）に概して比例する。

本発明にしたがって構築されたシステムのいくつかの異なる実施の形態を説明する。議論をするために、これらの各々は、「主な実施の形態」と呼ぶけれども、この実施の形態はここで説明する教示を実施するシステムの代わりの構成を備えることを意味する。
第１の主な実施の形態の議論

本発明にしたがって、ウェハー高の変化の効果が隔離または排除できない方法で、焦点合わせ基準（ＦＦ）がウェハー上に露光され、ダイナミックなレンズフィールドの屈曲（ＺＤＬＣ）の真の基準を得ることができる。

第１の主な実施の形態の処理フロー図が図４に示されている。フロー図は、本発明にしたがって構築されたリソグラフィ投影イメージングシステム内のスキャナに関して実行された操作を示す。投影イメージングシステムに関する焦点合わせ基準の（５ｘ５）配列を含むレチクルの概略図は図６に示されている。
１．ウェハーの設置

第１の操作では、レジストの被膜されたウェハーが設けられる。ウェハー配置マークのない裸のウェハーが使用できる。
２．ウェハーの装填

次に、応答指令信号の送られた投影スキャナのウェハー露光チャンク上に装填される。
３．レチクルの設置、装填、配置

焦点合わせ基準レチクルが設けられる。使用される正確な形式は、使用される技術に依存するけれども、レチクルは、Ｐに等しいピッチまたは間隔上の焦点合わせ基準（ＦＦ）の（５ｘ５）配列として、図６に概略的に示されている。各ＦＦの大きさまたは程度は”Ｓ”である。レチクルはスキャナ上に装填され、配置される。
４．第１の露光

図４に示された次の操作は、焦点合わせ基準（ＦＦ）の配列を含むレチクル（Ｒ）が、”Ａ”として示されている（図７参照）ウェハー形成露光フィールド上に露光された少なくとも１列を持つ。図８を参照すると、この第１の露光による焦点合わせ基準（Ａ：Ｅ）だけでなく露光されたフィールドＡのウェハーの図が示されている。このダイナミックな露光は、ウェハー上のフィールドの中央の位置（ＸＷＩ、ＹＷＩ）に行われる。フィールド内の横断またはｘ位置、ＸＦは指数ｉにより示され、以下の式で与えられる。

ＸＦの方向は図８に示されている。
５．第２の露光

次にウェハーは、第１の露光から距離Ｇシフトしたフィールドの中央にダイナミックに露光される。図８は、第２の露光後のフィールドを示す。焦点合わせ基準Ａ’：Ｅ’はこの第２の露光により露光される。オフセットＧが選択されるので、焦点合わせ基準は明確で利用可能なまま（Ｇ＞ＳＭ）であるけれども、ウェハーの平面性は、大きさＧの間隔越しに著しくは変化しない。典型的にはウェハー上でＧ＜１ｍｍであるので、より高い周波数の空間変化のみが影響する。ウェハーの平面性のパワースペクトル密度が、より高い周波数で急激に低下するので、１ｍｍ未満の大きさにわたる変化は典型的には小さくなる（〜１０ｎｍ）。例えば、”Ｆｕｔｕｒｅ Ｗａｆｅｒ Ｆｌａｔｎｅｓｓ Ｍｅｔｒｉｃｓ”，Ｍ．Ｂｏｏｎｍａｎを参照。図８では、第２の露光に関するウェハーの中央は、（ＸＷＩ＋Ｐ／Ｍ、ＹＷＩ＋Ｇ）に位置していた。また図８では、４つの焦点合わせ基準の対（Ａ’、Ｂ）、（Ｂ’、Ｃ）、（Ｃ’、Ｄ）、および（Ｄ’、Ｅ）が重ね合わせ列を構成する。
６．ウェハーの現像

適切に処理されれば、ウェハーは現像されている。表面に表れないイメージを利用する技術の場合には、このステップは省略してもよい。上記の”Ｌａｔｅｎｔ Ｉｍａｇｅ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｗａｆｅｒ Ｓｔｅｐｐｅｒｓ”を参照。また、現像後、ウェハーはエッチングされてもよく、フォトレジストがはぎ取られて、焦点合わせ基準の品質を改善する。
７．焦点基準の計測

この時点で、焦点合わせ基準が計測され、データは、δＺにより与えられるＦＰＤ値に変換される。例えば、ＩＳＩ技術を利用して、各ＦＦが、上記の米国特許５，８２８，４５５および米国特許５，９７８，０８５に記載のピンホールの開口部プレートを使用して露光された箱の中の箱の配列であると、箱の中の箱の配列の各々を計測後、ゼルニケ係数ａ４を決定し、それによりＦＰＤを推測する。

例えば、”Ｇａｕｇｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｎ Ｉｎ−Ｓｉｔｕ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｒ”、Ｍ．Ｔｅｒｒｙ等を参照。第１の露光焦点合わせ基準ＦＰＤ値を

として示す。
ここで、図８では、ｉ＝−ｍｘ：ｍｘ＝−２：２またはＡ：Ｅ。同様に、第２の露光のＦＦに対応するＦＰＤ値は

である。

次に、δＺ（Ｘ、Ｙ）は、方程式１．１に示されるようにレンズ、スキャン、およびウェハーからの成分に分解できる。

この分解は以下で利用する。
８．ダイナミックなレンズフィールドの屈曲の決定

図４に示された最後の（第８の）ステップにおいて、計測されたＦＰＤ値はδＺ１_i、δＺ２_iと組み合わされて、ダイナミックなレンズフィールドの屈曲、ＺＬ_iおよびウェハー高の偏差ＺＷ_iを決定する。図８を参照し、離散指数ｉを使用して、δＺ１_i、δＺ２_iは以下のように表すことができる。

ｉ＝−ｍｘ：ｍｘ

ｉ＝−ｍｘ＋１：ｍｘ＋１
ここで、
ＺＷ_i＝場所ｉにおけるウェハー高成分
ＺＳ１、θ１＝第１の露光のダイナミックなスキャン位置およびロール
Ｚ２２、θ２＝第２の露光のダイナミックなスキャン位置およびロール
Ｐ＝レチクルに関するＦＦピッチ
Ｍ＝投影イメージング縮小拡大比（典型的には４）
ｍｘ＝露光の程度（図８では２）
次に方程式１．９および方程式１．１０を解く。量δＺ１_i、δＺ２_iは焦点合わせ基準からの計測されたＦＰＤであるけれども、方程式１．９および方程式１．１０の右側の項の他の量は分かっていない。解は特異値分解を使用して得られる。例えば、”Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｒｅｃｉｐｅｓ、Ｔｈｅ Ａｒｔ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ”、Ｗ．Ｐｒｅｓｓ等、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ、ｐｐ．５２−６４およびｐｐ．５０９−５２０、１９９０参照。ＺＬ_iの決定されていない３つのモード（ピストン、チルト、および二次方程式）が存在する。数学的に、ダイナミックなレンズの歪みは以下の式のように書ける。

ここで、ＺＬ^* _iは方程式１．９および１．１０を解くことから決定されるＺＬであり、ピストン、チルト、および二次方程式モードを取り除き、ａ、ｂ、ｃは、各々決定されていない（未知の）ピストン、チルト、および二次方程式モードである。同様に、ウェハーの平面性ＺＷ_i、ｉ＝−ｍｘ：ｍｘは、ピストン、チルト、および二次方程式モード内で決定される。数学的にこれは以下のように書くことができる。

ここで、ＺＷ_i ^*はピストン、チルト、および二次方程式モードの除かれた数学的に決定されたウェハーの平面性であって、ＺＷ_iは真のウェハーの平面性、ａ’、ｂ’、ｃ’は未知の定数である。

図９は、処理の最終出力を示し、０の周りに対象のＸ値の関数としてＺＬ^*およびＺＷ^*を示す。図１０は、最終出力を処理する技術を示すブロック図である。図１０に示された例では、スキャナが、ダイナミックなフィールドの屈曲の欠陥に関し、スキャナ自体を診断する。次に、ダイナミックなフィールドの屈曲の情報はスキャナを修正するために使用され、例えば、スキャナフィールドの屈曲はこの情報に応答して調整できる。図１０に示されているようにレジストの被膜されたウェハーはスキャナ上に装填される。焦点合わせ基準を備えたレチクルもスキャナ上に装填される。次にスキャナは、本発明の方法からあらかじめ決められた手法に従って、ウェハー上に焦点合わせ基準を露光するようにプログラムされる。ウェハーが、その上に露光される所望のパターンを有した後で、露光されたウェハーはフォトレジストトラックを通って送られ、現像される。次に、焦点合わせ基準のパターンで現像されたウェハーは、スキャナ上に装填される。スキャナは、上記の操作用のプログラムにしたがったスキャナ（図１０のスキャナＡ）を使用して計測された焦点合わせ基準データからダイナミックなレンズフィールドの屈曲を計算する。次にスキャナは、Ｘ値の関数としてのＺＬ^*およびＺＷ^*の値を出力する。

図１１は、最終出力を処理するもう１つの技術を示すブロック図である。図１０で説明した方法と同様な方法で、レジストの被膜されたウェハーおよび焦点合わせ基準を備えたレチクルはスキャナ上に装填される。次に焦点基準は本発明の方法からあらかじめ決められた手法にしたがってウェハー上に露光される。露光されたウェハーはフォトレジストトラックを通って送られ、現像される。次に、この技術では、焦点合わせ基準のパターンで現像されたウェハーは、重ね合わせリーダーのように測定学ツール上に装填される。測定学ツールは現像された基準を計測し、生の測定学データを焦点合わせ基準値に変換するプロセッサまたはコンピュータに供給される測定学データを出力する。もう１つの（または可能ならば同じ）コンピュータが測定学データを処理して焦点合わせ基準値を生成する。焦点合わせ基準値は、ダイナミックなレンズフィールドの屈曲を計算するようプログラムされたコンピュータにより使用される。次にこのコンピュータは、Ｘ値の関数としてＺＬ^*およびＺＷ^*を出力する。
第２の主な実施の形態

本発明にかかる第２の実施の形態用のプロセス操作は図１２に示されている。この実施の形態により、ＺＤＬＣの決定がピストンおよびチルト範囲内に入ることができる。
ウェハーの設置、ウェハーの装填、およびレチクルの設置、装填、配置

図１２に示されているような第２の主な実施の形態のための第１の３つの操作（「ウェハーの設置」「ウェハーの装填」、および「レチクルの設置、装填、配置」として挙げられる）は、上で説明した第１の主な実施の形態の対応する操作と同じである。第１のおよび第２の主な実施の形態は、それに続く操作において異なり、露光操作から始まる。
第１の一連の露光

図６のレチクル（Ｒ）は、ウェハー上の複数のフィールドにおける２ｍｘ＋１ｘ２ｍｙ＋１配列の中にダイナミックに露光される（図１３、ｍｘ＝ｍｙ＝２）。Ｎｆフィールド（図１３ではＮｆ＝６）が露光され、合計で（２ｍｙ＋１）＊Ｎｆ列がウェハー上に作成される。図１４を参照すると、露光フィールド１，１の詳細図が提供される。図１４は焦点合わせ基準Ａ：Ｙがこの第１の一連の露光で作成される。
第２の一連の露光

次に、ウェハーがダイナミックに露光されるけれども、各露光フィールドの中央は第１の一連の露光から（Δｘ、Δｙ）＝（Ｐ／Ｍ，Ｇ）だけシフトする。オフセットＧは、上記の第１の主な実施の形態で説明したとおりである。図１４では、第２の一連の露光により露光された焦点合わせ基準はＡ’：Ｙ’であり、５つの重なった列がＦＦ対を構成する。
ｊ ＝ −２ ＦＦの重ね合わされた列（Ａ’，Ｂ），（Ｂ’，Ｃ），（Ｃ’，Ｄ），（Ｄ’，Ｅ）
ｊ ＝ −１ ＦＦの重ね合わされた列（Ｆ’，Ｇ），（Ｇ’，Ｈ），（Ｈ’，Ｉ），（Ｉ’，Ｊ）
ｊ ＝ ０ ＦＦの重ね合わされた列（Ｋ’，Ｌ），（Ｌ’，Ｍ），（Ｍ’，Ｎ），（Ｎ’，Ｏ）
ｊ ＝ ＋１ ＦＦの重ね合わされた列（Ｐ’，Ｑ），（Ｑ’，Ｒ），（Ｒ’，Ｓ），（Ｓ’，Ｔ）
ｊ ＝ ＋２ ＦＦの重ね合わされた列（Ｕ’，Ｖ），（Ｖ’，Ｗ），（Ｗ’，Ｘ），（Ｘ’，Ｙ）
重ね合わされた列は他のフィールドに関して同様である。
ウェハーの現像

次にウェハーが任意で現像される。表面に出ないイメージを利用する技術の場合、このステップは省略できる。例えば、上記の”Ｌａｔｅｎｔ Ｉｍａｇｅ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｗａｆｅｒ Ｓｔｅｐｐｅｒｓ”を参照。また現像後、ウェハーはエッチングされてもよく、焦点合わせ基準の品質を改善するためにフォトレジストがはがれていてもよい。
焦点合わせ基準の計測

この時点で、焦点合わせ基準は計測され、その結果は、第１、第２の露光のＦＰＤ値δＺ１、δＺ２（ｉ，ｊ；ｉｆ，ｊｆ）の２つの配列に変換される。ここで、
ｉ＝−ｍｘ：ｍｘ＋１ ＸＦ方向に沿ったフィールド内の指標
ｊ＝−ｍｙ：ｍｙ フィールド内の列の指標、ＹＦ方向
ｉｆ，ｊｆ＝フィールド指標、各露光フィールドに関して異なる
次に図１４および方程式１．９および１．１０を参照すると、方程式１．１３で与えられるようにδＺ１、δＺ２を表すことができる。

ｉ＝−ｍｘ：ｍｘ
ｊ＝−ｍｙ：ｍｙ
ｉｆ，ｊｆ＝全フィールド
および

ｉ＝−ｍｘ＋１：ｍｘ＋１
ｊ＝−ｍｙ：ｍｙ
ｉｆ，ｊｆ＝全フィールド
ここで、全てのシンボルは前と同じ意味を持つけれども、ＺＬの重要な例外を含み、列番号ｊおよびフィールド位置ｉｆ、ｊｆに依存する。次に、方程式１．１３および方程式１．１４を、第１の主な実施の形態のように、未知の変量ＺＬ、ＺＷ、ＺＳＩ、ＺＳ２、θ１、θ２に関して解くことができる。その結果は、測定誤差なしに、二次方程式を越えるモードに関して完全に決定され、二次方程式モードはチルト内のスキャンごとの再現性に比例する誤差により決定される。数学的にこれは方程式１．１５により表される。

ここで、
ＺＬ_i＝完全なレンズのダイナミックなフィールドの屈曲
ａ＝未知のピストン項
ｂ＝未知のチルト項
Ｑ＝以下の式で決定されるレンズの二次方程式項

ここで、
σ_θ＝スキャンごとのチルトの再現性標準偏差
Ｎ＝Ｎ_f＊２ｍｙ＋１＝スキャン列の数

したがって、Ｎ＝１００列に関し、二次方程式のレンズの歪み項Ｑは、スキャナのチルトの再現性の約１０％以内であると知られている。ＺＬ^* _i＋Ｑ＊ｉ₂を知っていると、各スキャンされる列に関して異なる線形項内にウェハーの平面性を決定することもできる。
例えば、

各列のＺＷのｉ²が既知の時点である。図１５および図１６は第２の主な実施の形態の結果である。
第３の主な実施の形態

本発明にかかる第３の主な実施の形態のプロセスは図１７に示されている。この実施の形態により、ＺＤＬＣをピストン値およびチルト値の範囲内に決定できる。
ウェハーの設置、ウェハーの装填、およびレチクルの設置、装填、配置

図１７に示されているような第３の主な実施の形態の第１の３つの操作（「ウェハーの設置」「ウェハーの装填」「レチクルの設置、装填、配置」は、上で説明した第１の主な実施の形態の対応する操作と同じである。第１のおよび第３の主な実施の形態は、露光操作に始まる以下の操作において異なる。
第１の一連の露光

図６に示されたレチクルＲは、サブＥ０またはサブ閾値照射量Ｅにおける１つのウェハー位置に置いてＮ_e回ダイナミックに露光される。項”Ｅ０”（Ｅ−ゼロ）は、フォトレジスト（ポジティブフォトレジスト）の大きな露光領域をクリアにするだけに必要な照射量を意味する。Ｅ０より少ない照射量では、レジストの残留物、またはウェハー現像後のフィルムが残ってしまう。複数回の露光の目的は、焦点合わせ基準の複数回の計測をする必要なしに平均化する利益を得ることができるように、スキャンチルトの再現性（θ）を平均化することである。実際には、実際の印刷された焦点合わせ基準は平均スキャンの性能のキャリアとして機能する。露光の回数Ｎ_eおよびサブ閾値照射量Ｅは、得られる平均化の効果的量（方程式１．１６のＮ）を決定する。Ｅ_totがＮ_e回の露光を越える全累積照射量であると、

およびＥ_tot≒２−４Ｅ０である。典型的に、累積照射量が≦Ｅ０である露光のみが平均化効果の成分となる。したがって、方程式１．１６の効果的なＮはおおよそ以下に等しい。

例のように、方程式１．１９により、Ｅ０＝３ｍＪ／ｃｍ²；Ｅ_tot＝６ｍＪ／ｃｍ2；Ｎ_e＝４０であると、露光の有効な回数としてＮ≒２０となる。したがって、スキャナの非再現性の影響は１／√２０≒０．２２の因数により減少する。

したがって、図６のレチクルＲへのＮ_e回繰り返しのダイナミックな露光の第１の一連の露光の後で、図８の焦点基準Ａ：Ｅの一列を作成する。

実際の問題として、露光（Ｎ_e）の回数は、主にサブＥ０回露光を実行するリソグラフィツールの性能により限定される。
第２の一連の露光

次に、ウェハーは第１の主な実施の形態のようにシフトされてオフセットと重なった列を作る。この露光の連続は、第１の一連の露光のように、一連のサブＥ０ダイナミック露光から成る。レチクルＲを備えた第２の一連の露光後の実際の結果は、図８に示されているように焦点合わせ基準Ａ’：Ｅ’である。
ウェハーの現像、焦点合わせ基準の計測

これらの操作は、第１の主な実施の形態に関連して上で説明した対応する操作（第６、第７の操作）と同じである。
ダイナミックなレンズフィールドの屈曲の決定

この操作は第１の主な実施の形態のように対応する操作に正確に対応し、ちょうど特異値分解（ＳＶＤ）によりＺＬに関して解いた後にまで対応する。次に、前記のように、ＺＬ、ピストン、およびチルトの２つの決まっていないモードのみが存在する。数学的に、これは以下のように書くことができる。

ｉ＝−ｍｘ：ｍｘ
ＺＬ^* _iは、ピストン項およびチルト項が省かれたＳＶＤ解であり、ａおよびｂは、各々決まっていないピストンおよびチルトモードである。第２の主な実施の形態の場合のように、方程式（ＺＬ^* _i）の二次方程式部分は、方程式１．１６による効果的な回数のスキャンおよびスキャンとスキャンのロールの再現性に依存する正確性により決定される。

二次方程式モードを含むウェハー項もピストンとチルト項の範囲内で決定される。この実施の形態の最後の出力は図９の管状の形状で示される。
第４の主な実施の形態

第４の実施の形態は、第３のステップで提供される焦点合わせ基準のレチクルが空間構造を持つこと以外第３の主な実施の形態と同一である。第４の主な実施の形態に関し、焦点合わせ基準のレチクルは、標準的なレチクルの透過率よりも低い透過率を持つように設計される。この低い透過率はより多くのスキャンを可能にする効果をもつので、方程式１．１６のＮを増加させ、それにより、結果に関するスキャンチルトの再現性の影響を減少させる。

図６の焦点合わせ基準レチクルＲは、いくつかの重要な例外（以下で説明する）はあるけれども、典型的にはＧが範囲≒＜２から５の中にある照射量Ｅ_tot＝Ｇ＊Ｅ０において動作するように設計される。投影リソグラフィツールが少ない（Ｅ０／１００―Ｅ０／１０）照射量をもたらす１回のダイナミックなスキャンを行う性能を制限する範囲まで、レチクルＲを通り抜ける光の量を反射するか、減衰するか、さもなければ減少させるように変更できる。Ｔが減衰因子であると、例えば正規化された強度＝１が、変更前にＲを透過するけれども、正規化強度＝Ｔ＜１が変更後にＲを透過し、Ｎ_e ^maxが最大スキャン回数であると、変更前の１回の露光シーケンスが利用でき、Ｎ_e ^max／Ｔ（＞Ｎ_e ^max）が、減少した透過レチクルの１回の露光に利用できる最大スキャン回数になる。この減少した透過レチクルのプラスの効果は、方程式１．１９の有効露光回数Ｎを実際に増加させることである。例えば、Ｅ０＝３ｍＪ／ｃｍ²およびＥ_min＝１回のスキャンで機械が照射可能な最少照射量＝０．５ｍＪ／ｃｍ²であると、スキャンあたりに照射される照射量はＥ＝Ｅ_minおよびＮ_e＝３／０．５＝６である。レチクル透過量がＴ＝６％であると、照射できる最大露光回数は、

であり、この場合、ＺＬの二次方程式項の誤差を毎回のスキャンのロールの再現性の約１０％に減少させた（方程式１．１６）。

減少した透過レチクルの操作と利点を議論したが、次にその造りを議論する。図１８を参照して、１つの方法は、レチクルの裏側に一部を反射する被膜を設けることである。これは典型的には複数の層の誘電体被膜であり、その詳細な設計により、１％から１０％の範囲およびもし必要ならばそれ以上の透過率Ｔを容易に達成できる。この被膜は、標準的なレチクルが作成された前にも後にも設けることができる。この一部を反射する被膜はレチクルの表側にも設けることができる。もう１つのメカニズム（図１８）は、レチクルの裏側に設けられた吸収被膜である。この被膜は誘電体材料から成り、ツールの照射波長においてまたは薄い金属層において吸収する。さらにもう１つのメカニズムは、マスクの表側に設けられた吸収材料の利用である。表側の吸収メカニズムの最も実用的なバージョンは、クロムおよび減衰位相シフトマスク材料から成る有効領域を備えたマスクから成る。例えば、上記の”Ｔｈｅ Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｍａｓｋ”を参照。次に、マスクの通常開放されている領域は、典型的には透過率Ｔ≒６％または０．０６を持つ減衰位相シフト領域に置き換えられる。

上記の議論の全ては、ＩＳＩタイプのＦＦレチクルに適用できる。これは例えば、本発明の譲受者に譲渡された上記の米国特許第５，８２８，４５５号および米国特許第５，９７８，０８５号に説明されている。しかし、この場合、開口部プレート上のピンホールのために、これらのレチクルは、Ｔ≒１％の減少した透過モードで動作し、追加の減少した透過被膜は、典型的には必要ない。

この実施の形態からの出力は、上で説明したように第３の主な実施の形態と同じである。
主な実施の形態の変形

これまで、２つの主な実施の形態の説明では、ウェハー上に必要なＦＦを作成する時に、スキャナの１回の露光または重ね合わせられた１回の露光に言及した。ＰＳＦＭなどのそのような技術は、１回の露光でＦＦを作成する。例えば米国特許第５，４００，７８６号を参照。Ｍ．Ｔｅｒｒｙ等による”Ｇａｕｇｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｎ Ｉｎ−Ｓｉｔｕ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ”に記載されているような技術は、１つの焦点合わせ基準を作成するために２回の別々の露光を必要とする。１回の露光は、ウェハー、レンズ、およびスキャナ高の変化情報のキャリアであるいわゆる”ＭＡ”パターンを作成するけれども、もう１回の露光はいわゆる”ＭＯ”パターンを作成する。ＭＯパターンは基準を作成するので、結果のＦＦは、重ね合わせ計測学ツールの中に読み込まれる。ＭＯが、どの重要なウェハーレンズまたはスキャナ高の変化情報も保持しないので、この第２の露光は、本発明の目的のために、第１またはＭＡ露光とひとまとめにできる。

上で説明したプロセスは、レチクルの平面性効果を考慮に入れることにより、より洗練されて、より正確にできる。前もってレチクルの平面性を計測しているか、知っていて、その平面性（ＺＲ_ij）を提供すれば、方程式１．１３および方程式１．１４を参照して、計測したＦＰＤを修正でき、方程式１．１３および方程式１．１４の代わりに以下の方程式を得ることができる。

ｉ＝−ｍｘ：ｍｘ
ｊ＝−ｍｙ：ｍｙ
ｉｆ，ｊｆ＝全フィールド
および

ｉ＝−ｍｘ＋１：ｍｘ＋１
ｊ＝−ｍｙ：ｍｙ
ｉｆ，ｊｆ＝全フィールド
これらの修正の後、前に説明したように操作が進行する。また、第１の、第３の、および第４の主な実施の形態は、レチクルの平面性効果に関して同様に修正できる。

ＦＰＤ値を作成できる１つのＦＦを作成するための複数回の露光を必要とする他の技術の場合、複数回の露光を１回の露光グループとして指定することにより本発明を実行し、本発明の実施に際して露光が要求される露光グループを使用することにより本発明を理解できる。

本発明は、今日の半導体製造に一般的に使用される投影イメージングツール（スキャナ）への応用に関して主に説明した。例えば”Ｍｉｃｒａｓｃａｎ（ＴＭ）III Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａ Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，Ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ Ｓｔｅｐ ａｎｄ Ｓｃａｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ Ｔｏｏｌ”、Ｄ．Ｃｏｔｅ等、ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．３０５１、ｐｐ．８０６−８１６、１９９７；”ＡｒＦ Ｓｔｅｐ ａｎｄ Ｓｃａｎ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ０．１５ Ｍｉｃｒｏｎ ａｎｄ ０．１３ Ｍｉｃｒｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏｄｅ”、Ｊ．Ｍｕｌｋｅｎｓ等、ＳＰＩＥ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＸII、ｐｐ．５０６−５２１、Ｍａｒｃｈ、１９９９；および”０．７ＮＡ ＤＵＶ Ｓｔｅｐ ａｎｄ Ｓｃａｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ １５０ｎｍ Ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｏｖｅｒｌａｙ”、Ｊ．Ｖ．Ｓｃｈｏｏｔ、ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．３６７９、ｐｐ．４４８−４６３、１９９９を参照。本発明の方法は、２次元スキャナなどの他のスキャニング投影ツールに応用できる。例えば、”Ｌａｒｇｅ Ａｒｅａ Ｆｉｎｅ Ｌｉｎｅ Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ ｂｙＳｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ”、Ｈ．Ｍｕｌｌｅｒ等、ＭＣＭ １９９４ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、ｐｐ．１００−１０４、１９９４；および”Ｌａｒｇｅ−Ａｒｅａ，Ｈｉｇｈ−Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ，Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ”、Ｋ．Ｊａｉｎ、米国特許第５，２８５，２３６号、１９９４年２月８日発効を参照。本発明が利用できる他のスキャニング投影ツールは、オフィスのコピー機を含む。例えば、”Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｕｓｅ ｉｎ Ｐｒｅｃｉｓｅ Ｃｏｐｙ”、Ｔ．Ｓａｔｏ等、１９８９年８月２９日に発効された米国特許４，８６１，１４８号を参照。本発明は、ＸＵＶ、ＳＣＡＬＰＥＬ、ＥＵＶ（超紫外線）、ＩＰＬ（イオンプロジェクションリソグラフィ（Ｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ））、ＥＰＬ（電子ビーム投影露光技術（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ））、およびＸ線等の次世代リソグラフィ（ｎｇｌ）システムに応用できる。例えば、”Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＸＵＶ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ａｔ ６０−８０ｎｍ”、Ｂ．Ｎｅｗｎａｍ等、ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．１６７１、ｐｐ．４１９−４３６、１９９２、（ＸＵＶ）；”Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｔ １４ｎｍ Ｕｓｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ−Ｃｏａｔｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ： Ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｏｆ Ｆｅａｔｕｒｅｓ Ｓｍａｌｌｅｒ ｔｈａｎ ０．１ Ｍｉｃｒｏｎ”、Ｊ．Ｂｊｏｒｋｈｏｌｍ等、Ｊｏｕｒｎａｌ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｂ．８（６）、ｐｐ．１５０９−１５１３、Ｎｏｖ／Ｄｅｃ１９９０）（ＥＵＶ）；”Ｍｉｘ−ａｎｄ−Ｍａｔｃｈ： ａ Ｎｅｃｅｓｓａｒｙ Ｃｈｏｉｃｅ”、Ｒ．Ｄｅｊｕｌｅ、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、ｐｐ．６６−７６、Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０００；および”Ｓｏｆｔ Ｘ−Ｒａｙ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ”、Ｎ．Ｃｅｇｌｉｏ等、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．、Ｂ８（６）、ｐｐ．１３２５−１３２８を参照。

本発明は、ポジティブフォトレジストである記録媒体に関して主に説明した。本発明は、レチクルに関して、箱の中の箱の構造を適切に調整すれば、ネガティブフォトレジストに関して全く同様に説明できた。一般的に、記録媒体は、計測中のリソグラフィック投影ツールに典型的に使用されるのは何でもよい。したがって、ＥＰＬツールに関して、ＰＭＭＡ等の電子ビームフォトレジストは記録媒体として利用できる。したがって、記録媒体は、ポジティブまたはネガティブフォトレジスト材料、電子ＣＣＤまたはダイオード・アレー、液晶または他の光学的に敏感な材料にすることができる。

今のところ、記録媒体がウェハーとして設けられる基板を説明した。これは半導体製造業者の場合である。基板の正確な形は、投影リソグラフィツールおよび特定の製造環境でのその使用により決定される。したがって、フラットパネル製造施設では、設けられる記録媒体の載った基板は、ガラス板またはパネルである。マスク作成ツールは基板としてレチクルを利用する。回路基板またはマルチチップモジュールキャリアは他の可能な基板である。

レチクルまたはマスクが、配置マークの配列を含むクロムのパターンガラスのレチクルである説明した技術が使用できる。加えて、レチクルは、配置マークの配列または反射マスクを含むＳＣＡＬＰＥＬまたはＥＵＶレチクルであってもよい。

焦点合わせ基準は多くの形式を取る。例えば、焦点合わせ基準は、電子テストパターン、箱の中の箱、フレームの中のフレーム、またはセグメントの中のセグメントパターンであってもよい。焦点合わせ基準は、断片化された帯の中の帯パターン、シュニィツェルパターン、ＦＯＣＡＬパターン、ＰＳＦＭパターンまたはＴＩＳ配列マークであってもよい。

本発明は、特定の好ましい実施の形態に連結して説明したけれども、多くの代替形、変更形、および変形が上述の説明から当業者には明らかであることが分かる。したがって、任意のそのような代替形、変更形、および変形が、本発明の範囲に含まれるとして、添付の請求の範囲に包含されることを意図している。

いくつかのリソグラフィ評価技法を示す図 本発明に関する典型的なスキャナ露光フィールドおよびスキャナ座標系を示す図 スキャナ焦点誤差構成要素を示す図 スキャナのピッチとロールとを示す図 光学とセンサとを備えた一般的なスキャナツール水平化システム ＦＯＣＡＬ、ＰＳＦＭ、およびシュニィツェルバージョンを備えた従来技術の重ね合わせターゲットを示す図 ＦＯＣＡＬ、ＰＳＦＭ、およびシュニィツェルの詳細を示す図 本発明の第１の主な実施の形態に関するプロセスフローを示す図 １つのフィールド地点に関する焦点対重ね合わせシフトのＰＳＦＭプロットを示す図 露光を実施するために使用される焦点基準レチクルの概略図 ウェハーの露光フィールドを示す図 第２の露光後の露光フィールドＡの拡大概略図 本発明の方法の最終結果を示す図 最終出力を処理する技術を示すブロック図 最終出力を処理するもう１つの技術を示すブロック図 本発明の第２の主な実施の形態のプロセスフローを示す図 本発明の第２の主な実施の形態に関するウェハー上の露光フィールドを示す図 第２の一連の露光後のフィールドの拡大概略図を示す図 本発明の最後の結果のもう１つのバージョンを示す図 本発明の最後の結果のもう１つのバージョンを示す図 本発明の第３の主な実施の形態に関するプロセスフローを示す図 透過性の減少した焦点基準レチクルを作成する典型的な仕組みを示す図

Claims (28)

1. 投影レンズを持つフォトリソグラフィスキャナに連結されたダイナミックなスキャンフィールドの屈曲を決定する方法であって、
   記録媒体によりコーティングされた基板上に、上記スキャナのレチクルの中の焦点合わせ基準の配列の少なくとも１列を露光するステップ；
   上記基板をシフトし、上記焦点合わせ基準を露光して、上記基板の上の少なくとも１列の、印刷されて、重ね合わされた焦点合わせ基準を作成するステップ；および
   現像された基板上の上記焦点合わせ基準の計測により決定されるフォーカル・プレーン・デヴィエーション（ＦＰＤ）値にしたがって、投影レンズのダイナミックなレンズフィールドの屈曲を決定するステップ
   を含む方法。
2. 上記基板が半導体ウェハーを含む請求項１に記載の方法。
3. 上記基板がフラットパネルディスプレイ基板を含む請求項１に記載の方法。
4. 上記基板が光学プレートを含む請求項１に記載の方法。
5. 上記基板が記録媒体を含む請求項１に記載の方法。
6. フォトリソグラフィ露光ツールがステッパを含む請求項１に記載の方法。
7. 上記フォトリソグラフィ露光ツールが電子ビームイメージングシステムまたはダイレクト記録マシンを含む請求項１に記載の方法。
8. 上記フォトリソグラフィ露光ツールが超紫外線イメージング装置を含む請求項１に記載の方法。
9. 上記フォトリソグラフィ露光ツールが電子ビーム投影リソグラフィツールを含む請求項１に記載の方法。
10. 上記フォトリソグラフィ露光ツールがＸ線イメージングシステムを含む請求項１に記載の方法。
11. 上記焦点合わせ基準が、印刷された焦点合わせ基準配列を作成する複数回のダイナミックなスキャンを含む請求項１に記載の方法。
12. 上記焦点合わせ基準が減少した透過レチクルを含む請求項１に記載の方法。
13. 上記焦点合わせ基準を露光するステップが、印刷された焦点合わせ基準配列を作成する複数回のダイナミックなスキャンを含む請求項１２に記載の方法。
14. 上記焦点合わせ基準を露光するステップが、サブ閾値露光照射量を使用して上記焦点合わせ基準をダイナミックに露光するステップを含む請求項１に記載の方法。
15. 上記ウェハー基板がシフトする距離を超える上記ウェハーの平面性が、所望の量を超えて変化しないような量だけ上記ウェハー基板がシフトする請求項１に記載の方法。
16. フォトグラフィスキャナのダイナミックなレンズフィールドの屈曲を決定する装置であって、
    現像済基板から取得したデータを受信するデータインタフェース；および
    上記データインタフェースから、露光された焦点合わせ基準を備えた基板を計測することにより得られる測定学データを受け取るように構成され、投影レンズのダイナミックなレンズフィールドの屈曲を出力するように構成され、上記焦点基準を露光するために使用され、これらが、上記基板上の上記焦点合わせ基準に基づくフォーカル・プレーン・デヴィエーション値に従うプロセッサ
    を含む装置。
17. 上記基板が、半導体ウェハーを含む請求項１６に記載の装置。
18. 上記基板がフラットパネルディスプレイ基板を含む請求項１６に記載の装置。
19. 上記基板が光プレートを含む請求項１６に記載の装置。
20. 上記基板が記録媒体を含む請求項１６に記載の装置。
21. フォトグラフィ投影スキャナであって、
    投影レンズ；
    互いに関連して位置することのできるレチクル・ステージおよび基板キャリア；および
    露光シーケンスに従って、上記投影スキャナを制御して上記レチクル・ステージおよび上記基板キャリアを位置決めでき、上記スキャナの上記ダイナミックなレンズフィールドの屈曲を最少にするために、上記基板上に露光された焦点合わせ基準の計測値にしたがって、上記スキャナを調整できるプロセッサ
    を含むスキャナ。
22. 上記焦点合わせ基準の上記計測値が、上記スキャナの計測サブシステム上でつくられる請求項２１に記載のスキャナ。
23. 上記基板キャリアが半導体ウェハーキャリアである請求項２１に記載のスキャナ。
24. フォトグラフィ投影スキャナを制御する方法であって、
    上記スキャナのレチクルの中の焦点合わせ基準の少なくとも１列の配列を、記録媒体で被膜された基板上に露光するステップ；
    上記ウェハー基板をシフトし、上記焦点合わせ基準を露光して、上記基板上に少なくとも１列の、印刷され、重ね合わされた焦点合わせ基準を作成するステップ；
    現像済基板上の上記焦点合わせ基準の計測により決定されるフォーカル・プレーン・デヴィエーション（ＦＰＤ）値に従って、上記投影レンズのダイナミックなレンズフィールドの屈曲を決定するステップ；および
    上記スキャナの上記ダイナミックなレンズフィールドの屈曲の影響を最少にするために、上記決定された上記投影レンズのダイナミックなレンズフィールドの屈曲に従ってスキャナを調整するステップ
    を含む方法。
25. 上記基板が半導体ウェハーを含む請求項２４に記載の方法。
26. 半導体チップを製造する方法であって、
    スキャナに使用される投影レンズのダイナミックなレンズフィールドの屈曲の情報を受信するステップ；および
    半導体基板を露光中に、上記スキャナのダイナミックなレンズフィールドの屈曲の影響を最少にするために、上記投影レンズの上記受信したダイナミックなレンズフィールドの屈曲の情報にしたがって、上記スキャナを調整するステップ
    を含む方法。
27. 上記受信したダイナミックなレンズフィールドの屈曲が、現像済基板上の焦点合わせ基準の計測により決定されるフォーカル・プレーン・デヴィエーション（ＦＰＤ）値にしたがって決定される請求項２６に記載の方法。
28. 上記ダイナミックなレンズフィールドの屈曲を決定する請求項２７に記載の方法であって、
    上記スキャナのレチクルの中の焦点合わせ基準の少なくとも１つの配列を、記録媒体で被膜された基板上に露光するステップ；および
    上記ウェハー基板をシフトし、上記焦点合わせ基準を露光して少なくとも一列の、上記基板上に印刷され、重ね合わされた焦点合わせ基準を作成するステップ
    をさらに含む方法。

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