JP2007534176A

JP2007534176A - 投影結像システムにおける高解像度原位置照明源測定用の装置及び方法

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Publication number: JP2007534176A
Application number: JP2007509517A
Authority: JP
Inventors: アドライ・エイチ・スミス; ロバート・オー・ハンター・ジュニア; ブルース・マッカーサー
Original assignee: Litel Instruments Inc
Current assignee: Litel Instruments Inc
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2005-04-12
Publication date: 2007-11-22
Also published as: WO2005106592A2; US7088427B2; WO2005106592A3; US20050231705A1

Abstract

リソグラフィックステッパ及びスキャナ（マシン）における高分解能結像用の原位置装置が記載される。装置は、光源を直接にマシンレチクル又は対物レンズ面に結像する複数フィールド原位置結像対物レンズを有する。マシンのウエハ側における像は、電子的に若しくはフォトレジストに記録される。代わりの実施形態では、ウエハステージチャックに埋め込まれたセンサを用いてより便宜的に記録され得るウエハ面の前における又はウエハを越えた位置で光源像が生成される。

Description

本発明は、概して、半導体製造用のプロセスに関し、また、より詳しくは、光リソグラフィの領域に関する。

半導体チップのサイズの抑制に伴い、リソグラフ投影機の性能の締め付け、及び、マシンからマシンへの変化における、また、マシン投影分野にわたる改良が必要とされる。例えば、「国際半導体技術ロードマップ」2001版，拡散工程，「国際半導体技術ロードマップ」2001版，リソグラフィ，「国際半導体技術ロードマップ」2001版，メトロロジィ（metrology），「国際半導体技術ロードマップ」2001版，モデリング及びシミュレーション，「国際半導体技術ロードマップ」2001版，生産性向上参照。

現在、リソグラファ（lithographers）が、利用可能な処理ウィンドウを増大させるために、照明源の特性（部分干渉性，環状等）を調整する。例えば、「自動的に調整可能な従来型のまた環状の照明モード」Ｊ．マルケンス（J.Mulkens）等参照。ここで用いられるように、「照明源」は、レチクルでの放射強度パターン（単位立体角当たりのエネルギー）を生成する上での、プリレチクル（pre-reticle）光学素子（ミラー，ホモジェネータ（homogenator），レンズ，偏光子，ディフューザ等）及び光源（水銀アークランプ，エキシマ・レーザ，シンクロトロン放射等）を意味するものである。ケーラー照明（例えば、「光学原理」Ｍ．ボーン（M.Born）等，ペルガモンプレス，524:526）に関して、特定マシンにおける、また、特定マシンのセッティングのための光源は、

によりもたらされる放射強度により全面的に特徴付けられる。

リソグラフ性能、特にクロスフィールド（cross-field）又はマシン同士の変化を予測する能力は、変化をもたらす要因を量的に知ることが条件となり、このことは、照明源（数式１のｄＥ／ｄｏ）を含む。投影結像対物レンズ（ＰＩＯ：projection imaging objective、つまりレチクル対物面をウエハ面にリレーするレンズ）の収差と対にされた場合における照明源の効果は、リソグラフ印刷における不適切に若しくは好適でないように構成される照明源自体の悪影響を有するものとして立証されている。例えば、「異なる照明条件下でのパターン変位誤差の違い」Ｎ．ソン（N.Seong）等,SPIE,3334巻,868:872,1998年，「ステッパオーバレイにおける軸外照明の効果」Ｎ．ファーラ（N.Farrar）,SPIE,2439巻,273:275,1995年，「レンズコマ及び非対称の照明の依存関係」Ｈ．ノムラ（H.Nomura）等, SPIE,3332巻,199:210,1998年、及び、「リダクションレンズ印刷機能における不正確な集光レンズセットアップの効果」Ｄ．ピーターズ（D.Peters）,インターフェース８５，コダック出版第G-154,66:72,1985年，「露光ツール性能における局部コヒーレンス変化の影響」Ｙ．ボロドフスキ（Y.Borodovsky）,SPIE,2440巻,750:770,1995年，「ケーラー照明における集光レンズ収差」，Ｄ．グッドマン（D.Goodman）等,SPIE,922巻,108:134,1988年，「線幅調整における集光レンズ収差及びその効果の数学的取り扱い」，Ｃ．クラウチシック（C.Krautschik）等,インテル,1:12,1998年，「結像性能における照明源効果の例」,Ａ．Ｊ．デ・ルイタ（A.J.deRuyter）等,アーチケミカルズ（Arch Chemicals）マイクロリソグラフィシンポジウム,2003年。総合的なモデリングは、一般に、投影分野，マシンのセッティング及びマシンにわたる放射強度を知ることを必要とする。例えば「予測モデリング技術を用いた体系的でランダムなＣＤ変化の理解」Ｄ．フラジェロ（D.Flagello）等,SPIE,3679巻,162:175,1999年3月参照，「アクロスチップ線幅変化の理解：光学近接効果補正への第１ステップ」,Ｌ．リーブマン（L.Liebmann）等,SPIE,3051巻,124:136,1997年。

典型的に、リソグラファについては、マシン製造者により各照明セッティングの公称値又は解説が提供されることとなり、これは、最低次のウィンドウ決定に関して有用である。このことは、このフィールドポイント（field point）に関して、観察された変化を処理しまた特性化するのに十分であり、また、マシンに依存する放射強度は通常必要とされる。例えば、上記「結像性能における照明源効果の例」参照。

原位置照明源測定技術は、これまでに述べられている。例えば、「ピンホール及び瞳充填量（pupil fills）」，Ｊ．カーク（J.Kirk）等,マイクロリソグラフィワールドオータム（Microlithography World Autumn）1997,25:28,1997年，上記「露光ツール性能における局部コヒーレンス変化の影響」，「原位置照明源メトロロジィ（metrology）機及び使用方法」,A.スミス（A.Smith）等,2002年3月12日に発行された米国特許第6356345号参照。半導体サイズを抑制するための推進に伴い、原位置照明源の特性を観察し特性化することはますます困難になる。そのため、投影結像システムにおける原位置高解像度照明源を正確に測定する必要性が残る。その結果、迅速で正確な照明源の高解像度の特性化を達成し得る装置及び方法を実現することが有益である。

複数フィールド（multiple field）の原位置結像対物レンズ（MFISIO）は、複数の個々の結像対物レンズを有している。各結像対物レンズは、レチクル面又はおそらくいくつかの他の面上に、照明源を結像する。マシン投影結像対物レンズ（PIO）は、その後、照明源の放射強度プロフィールの再構成を可能とする十分な解像度で、この像を、ウエハ又はセンサ面にこの像をリレーする。強度プロフィールは、照明源プロフィールを決定するための複数のフィールドポイントで、正規化された放射強度

を取得すべく処理され得る。

本発明の他の特徴及び利点は、本発明の原理を例示する好適な実施形態についての以下の記載から明らかとなるはずである。

新規と確信される本発明の特徴及び本発明の要素の特性は、特に、添付された特許請求の範囲において詳細に記載される。図は、例証のためのもので、一定の縮尺では描かれていない。しかしながら、本発明自体は、組織及び動作の方法の両方に関して、添付図面に関連した以下の詳細な説明を参照することで、最もよく理解され得る。

本発明により構成された幾つかの異なる形態のシステムが記載される。考察のために、各実施形態が、ここに記載される教示事項を実施するシステムの代替の構成を有することに注意すべきであるが、各形態のそれぞれが、「主要な実施形態」と呼ばれる。

第１の主要な実施形態
図１は、第１の主要な実施形態に係るハードウェアの一例を示す。複数フィールドの原位置結像対物レンズ（ＭＦＩＳＩＯ）は、レンズプレートＬＰが取り付けられたレチクルＲと、複数のレンズＬと、開口プレートＡＰ用のスタンドオフ及びエッジサポートとして作用するスペーサＳＰとを有している。図１では、ＭＦＩＳＩＯを構成する各原位置結像対物レンズ（ＩＳＩＯ）に関した、各１つのレンズＬと、１つの開口絞りＡＳと、孔部とが存在している。（光学的に無限遠に配置された）光源からの入射光ＩＬは、レチクル面ＲＦ上のクロム開口部ＣＯ上に結像される。

図３は、投影結像光学構成ＰＩＯを含むマシンＭを示すシステムを示すもので、該ＰＩＯは、レチクル面ＲＦ（図３では不図示）が配置されたレチクル対物面（ＲＯＰ）を、ウエハＷ（不図示）の上面が配置されたウエハ結像面ＷＰに結像する。レンズＬ（図１参照）は平凸状をなし、詳細な光学設計パラメータが図２に示される。３つの異なる設計及び結像性能特性に関するそれらパラメータの値が、ＫｒＦエキシマ光源（λ＝２４８．５ｎｍ）に関する表１に示されている。ここで、レンズ／レチクルの材料は溶融石英ガラス（ＳｉＯ_２）である。設計は、物体（光源）が無限遠（実際には、レチクル側のテレセントリックマシン内にあるように）にある場合に、（ＮＡＳ＝．２４のレチクル側の光源の開口数に等しい）半角１３．９°で、レンズＬ及びレチクルＲの両方に関する差し支えのない組立誤差を含みつつ、良好に機能するように最適化される。

図５は、表１に挙げられた設計１の単一のＩＳＩＯに関する光線軌跡ダイアグラムである。軸方向における光束ＡＲＢは、横方向コサインｎ＝０で、若しくは、レチクルＲに対して垂直に入射する光をあらわす。ＡＲＢは、ＩＳＩＯの光軸ＯＡ及びレチクル面ＲＦの交点における軸上の像点ＡＩＰに結像される。周辺光束ＭＲＢは、点ＭＩＰでレチクル面ＲＦ上に結像される、約１３．９°で入射する光源からの光を有する。設計１に関する光線軌跡のスポットダイアグラムは、サイズが１５μｍよりも小さいレンズＬの収差により、ぼやけ（blur）を示す。有用な設計の距離関数（metric）は、図７に示される変調伝達関数（ＭＴＦ）である。フィールドのサイズ及び組立誤差を包含するＭＴＦの曲線から、最低周波数が、ＭＴＦが５０％（ｆ＝０で１００％に等しい）まで下がるところでもたらされる。その最低周波数は、表１においてｆ_５０％とあらわされる。ｆ_５０％，レンズＬの焦点距離及びマシン縮小倍率（Mag）から、放射強度プロフィール内の最小の分解可能な角構造のサイズ（minimum resolvable angular structure）を算出することができる。これは、表１において、Δｎリセル（resel）（角分解能の要素）とあらわされる。それにより、Ｍａｇ＝４であるマシンで動作する設計１（表１参照）に関して、ＩＳＩＯの結像能力は、放射強度

が、Δｎ＝０．００８レベルで分解されることを可能にする。もし公称の開口数ＮＡ_Ｓ＝０．３での光源について言えば、レチクル面ＲＦ上に、また、最終的には、最終の像記録を行うウエハＷに対して投影されるような光源の像にわたり、ＮＡ_Ｓ／Δｎ＝０．３／０．００８＝７５分解能要素が存在するであろう。比較のために、１７５μｍのピンホール直径、及び、５ｍｍの開口プレートのスタンドオフ間隔を備えた上記米国特許第６３５６３４５号のピンホール方法は、因子１７ｘまでのより小さい解像度を有する。

考慮されるべき他の因子は、レンズのゲインＧである。ゲインＧは、ブランクレチクル（レンズＬ又は開口絞りＡＳのない）の場合に関して、レンズＬ及び開口絞りＡＳによる平均強度におけるゲインをあらわす。その結果、もしＩがＭＦＩＳＩＯなしにウエハに到達する光強度（単位領域当たりのエネルギー）であれば、Ｇ＊Ｉは、ＭＦＩＳＩＯを伴い、ウエハに到達する光強度である。Ｇ＜１のゲインは、ＭＦＩＳＩＯが強度を減少させることを意味する。ゲインＧは、公称の照明プロフィール（例えば小さい／大きいシグマの従来の照明）に依存することとなり、また、その理由に関し、最小／最大（Ｇｍｉｎ／Ｇｍａｘ）が表１に挙げられる。設計２及び設計３（表１参照）それぞれ、設計１のゲインよりも４倍及び９倍大きいゲインを有する。過度に高いゲインは、マシンの低線量を達成する困難をもたらすことが分かるが、これは、レンズ上面ＬＴ上における部分的な反射誘電体コーティングにより改善され得る。ゲインＧは、常に、これらの手段により減少させられるため、大きなＧの値は、設計限界を呈するものではないと言える。

図１を参照して、レチクル面上でのクロムコーティングにおけるクロム開口部ＣＯを備えた他の設計点は、図５の周辺結像点ＭＩＰによりあらわされるような全光源が通過することを可能にするのに十分に大きい。幾分かのクロムコーティングを保持するための主な要因の１つは、レチクルの迷光（stray light）の反射を抑制することである。

平面図において、図１のＭＦＩＳＩＯが、図４に示される。ここで、各ＩＳＩＯは、塗り潰された円であらわされる。

第２の主要な実施形態
第２の主要な実施形態は、レンズ底面（図１のＬＢ）が、高回折効率のコンピュータ作成ホログラム（ＣＧＨ）又は非球面を含むべく加工されることを除いて、第１の主要な実施形態と実質的に同じである。λ＝２４８．５μｍのＳｉＯ_２における３つの特定の設計例が、表３に示される。ここでは、第２の主要な実施形態についての設計例が示される。非球面係数（ａ１，ａ２，ａ３）は、ＣＧＨ又は非球面に必須である（ミクロン単位の）位相シフトを、次式としてあらわす。

ここで、ｒは、レンズ底面ＬＢ上における光軸ＯＡからの半径である。これを行う理由は、分解能を向上させる（Δｎリセルを減少させる）ことである。これにより、表２の設計６を、表１の設計３と比較すれば（同じＲａ及び公称のレンズ焦点距離）、分解能の向上は〜２ｘである。

第３の主要な実施形態
ＭＦＩＳＩＯの第３の装置の実施形態（図８）は、レチクル面ＲＧ上に光源を画像化するコンピュータ作成ホログラム（ＣＧＨ）である個々のＩＳＩＯを含んでいる。ＣＧＨは、レチクルＲ上に標準的な方法によって組み立てられる。例えば「バイナリ光学技術；マルチレベル回折光学素子の理論及び設計」,Ｇ．スワンソン（G.Swanson）,リンカーンラボラトリテクニカルリポート（Lincoln Laboratory Technical Report 854）,1989年8月、参照。典型的には、８又はそれ以上の別個の位相レベルが採用されることとなる（図８では、２つのみが示される）。

位相プロフィールの設計は、数式２にみられるように特定されるが、ここでは、ａ３＝０である。サンプルの設計パラメータが、溶融石英ガラスでのλ＝２４８．５μｍに関して、表３に示される。表３は、第３の主要な実施形態に係る設計例を示している。上記「バイナリ光学技術；マルチレベル回折光学素子の理論及び設計」の別個のレベルの代わりに、連続した非球面が、「高エネルギービーム感知ガラスグレイレベルマスクを用いた、光学リソグラフィにより構成される略非球面の屈折マイクロ光学」,Ｗ．ダシュナー（W.Dashner）,ジャーナルバキュームサイエンステクノロジー（Journal Vacuum Science Technology）,B(14)6,3730:3733,1996年11月/12月に記載されるように構成される。

第４の主要な実施形態
図９に示される実施形態では、レンズ上面ＬＴ及びレンズ底面ＬＢが、光源分解能を最大にすべく設計された略非球面又はＣＧＨ素子である。

第５の主要な実施形態
この実施形態では、ＭＦＩＳＩＯが、レチクルＲに取り付けられたレンズプレートＬＰに取り付けられる多素子マイクロ結像対物レンズ（ＭＩＯ）であるＩＳＩＯを有している。前述した実施形態よりも複雑でありながら、ＭＩＯは、より優れた分解能及びより高いＩＳＩＯの開口数（ＮＡ＿ＩＳＩＯ）を実現する。図１１は、マシンの射出瞳（exit pupil）上へのＩＳＩＯの射出瞳のマッピングを示す。低開口数ＩＳＩＯ（＝ＮＡ＿ＩＳＩＯ＿１）及び高開口数ＩＳＩＯ（＝ＮＡ＿ＩＳＩＯ＿２）により画像化されるような方向コサインｎ＝ｎ_Ｓに対応した光源の一部が、マシンの射出瞳上に重ねて示される（＝ＮＡ）。ＩＳＩＯの開口数が、次式によりマシンの射出瞳へマップ付けられる。

ここで、ＮＡ＿ＩＳＩＯ｜レチクル側＝レチクル側におけるＩＳＩＯ対物レンズの射出開口数
Ｍａｇ＝マシン縮小倍率（典型的には４又は５）

さて、マシン射出瞳の透過率Ｔ（ｎｘ，ｎｙ）及びサイズ，ＮＡは、ＩＳＩＯマップ付けられた射出瞳及びＴ（ｎｘ，ｎｙ）の畳み込み（convolution）にほぼ比例して、ウェア面での記録された強度に影響する。そのため、この効果は、次式により近似的に付与される光源点が依存する補正因子により定量化される。

図１１を参照すれば、高開口数の場合（ＮＡ＿ＩＳＩＯ＿２＞２＊ＮＡ）（数式５）について、数式４中の補正因子Ｃは、

に依存しないこととなる。そのため、本質的に補正は必要とされない。低開口数の場合（ＮＡ＿ＩＳＩＯ＿１）、

は、

に一層強く依存することとなる。そのため、（数式５により付与されるほど必ずしも大きくないものの）より大きいＩＳＩＯの開口数で得られる利点は、放射強度を再構成する上での射出瞳及び透過率（transmission）の非干渉化を向上させることであろう（下記参照）。

第６の主要な実施形態
図１２に示されるように、この実施形態は、マイクロ結像対物レンズ（ＭＩＯ）をレチクルに設置する代わりに、それらが、より長いＭＩＯのチューブ長さを可能とする支持プレートＳＰに取り付けられ、それにより、一層大きいＭＩＯの設計のフレキシビリティを可能とする点を除き、第５の実施形態に非常に類似している。

第７の主要な実施形態
この実施形態は、反射マスクを採用するマシン、特に極紫外線（ＥＵＶ）システムに適用される。例えば「多層被覆光学構成を用いる１４ｎｍでの縮小結像：０．１ミクロンより小さい外形の印刷」,Ｊ．ボーコーム（J.Bjorkholm）等,ジャーナルバキュームサイエンスアンドテクノロジー（Journal Vacuum Science and Technology）,B8(6),1509:1513,1990年11月／12月，「６０−８０ｎｍでのＸＵＶ投影リソグラフィの開発」Ｂ．ニューナム（B.Newnam）等,SPIE,1671巻,419:436,1992年，「ＥＵＶリソグラフィ−−光学リソグラフィの後継技術」,Ｊ．ボーコーム（J.Bjorkholm），「４ミラー極紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィ投影システム」Ｓ．コーエン（S.Cohen）,米国特許第6142641号,2000年。概略的な反射ビームトレイン（図１３）において、照明ビームトレイン（不図示）からの最重要な光線ＣＨ１及びＣＨ２は、照明ビームトレインの一部である折り曲げ式のミラー（fold mirror）ＦＭに入射し、その後、反射コーティングＲＣを備えた反射レチクルＲＲに入射する。反射レチクルＲＲの反射率は、所望の回路パターンを生成すべく調整される。ＲＲからの反射後、光は、投影結像対物レンズ（ＰＩＯ）及びウエハＷ（いずれも不図示）に入射する。図１４を参照すれば、フォルドミラーＦＭが、それぞれレチクルＲの反射コーティングＲＣ上に光源を結像するコンピュータ作成ホログラム（ＣＧＨ１，ＣＧＨ２）であるＩＳＩＯから成るＭＦＩＳＩＯに置き換えられると、また、ＣＧＨ間の領域が暗くされると、光源は、名目上直接にウエハ上に結像される。上記「高エネルギービーム感知ガラスグレイレベルマスクを用いた、光学リソグラフィにより構成される略非球面の屈折マイクロ光学」の方法で構成される非球面は、また、必要なＩＳＩＯを生成するためにも利用され得る。

第８の主要な実施形態
ＭＦＩＳＩＯがレチクル／被膜（pellicle）構成要素内に適合しない構成について説明したが、以下、他の形態について説明を行う。図１５を参照すれば、一般的な照明ビームトレインＩＢの一部の略図が、レチクル複合（conjugate）像平面ＲＣＩＰに配置された開口ブレードＡＢを示している。ＲＣＩＰは、光源リレー光学構成体ＳＲＯにより、レチクルＲを通じて、レチクル面ＲＦ上に結合される。ＡＢ及びＳＲＯの機能は、レチクル面ＲＦの一部のサイズ及び配置のマシンユーザによる選択を可能とすることであり、それにより、露光が必要される。

図１６を参照すれば、マイクロ結像対物レンズ（ＭＩＯ），ＩＳＩＯを備えたＭＦＩＳＩＯは、開口ブレードＲＣＩＰから上流側の位置、かつ、ＭＦＩＳＩＯに関する結像面がＲＣＩＰに合致する位置で、照明ビームトレインに組み込まれる。その結果、光源リレー光学構成体ＳＲＯは、レチクル面ＲＦ上に、ＲＣＩＰで構成される光源像を結像することとなる。

この構成の利点は、空間的制約が緩やかであるため、より長い管長さ（ＴＬ）のＭＩＯを使用し得ることである。より詳しくは、標準的なＵＶに近く、少数から適度の開口数の（ＮＡ＿ＩＳＩＯ｜レチクル＜≒０．２５−０．５）顕微鏡対物レンズが使用可能である。

第９の主要な実施形態
この実施形態は、第１，第２又は第４の実施形態に関連して説明されたタイプのＭＦＩＳＩＯを使用するものであるが、ここでは、レチクル面上に光源を結像する代わりに、レチクル面を越えて結像される。図１７では、ＭＦＩＳＩＯが、光源がＲＦからΔＺの間隔で結像される共通面であるＩＳＩＯ結像面を有する個々のＩＳＩＯを有する。投影結像光学構成体ＰＩＯは、ウエハ上面が名目上配置される名目上のウエハ面ＷＰにレチクル面ＲＦを結像する。ＰＩＯは、ＷＰの下位にて、

で与えられる距離に、ＩＳＩＯ結像面を結像することとなる。そこで、電子センサアレイＥＳＡが、１回に１つのフィールドポイントで（例えば連続して測定されたＦＰ１，別に連続して測定されたＦＰ２）、若しくは、１度に複数のフィールドポイントで（ＥＳＡアレイの異なる部分で同時に記録されるＦＰ１，ＦＰ２）光源像を記録する。ＥＳＡは、典型的には、ウエハステージチャックに埋め込まれ、測定が必要とされる適切な位置に移動させられる。

第１０の主要な実施形態
これは、概して、第９の実施形態における場合の動作及び使用パターンと同じであるが、ここでは、ＭＦＩＳＩＯが、ＩＳＩＯが、レチクル面ＲＦ上に書き込まれた複数レベルのＣＧＨであり、ＲＦの下位における平面に光源を結像するレチクルである。非球面は、ＣＧＨの位置にて使用され得る。例えば「高エネルギービーム感知ガラスグレイレベルマスクを用いた、光学リソグラフィにより構成される略非球面の屈折マイクロ光学」,Ｗ．ダシュナー（W.Dashner）,ジャーナルバキュームサイエンステクノロジー（Journal Vacuum Science Technology）,B(14)6,3730:3733,1996年11月/12月、参照。

第１１の主要な実施形態
このＭＦＩＳＩＯは、光源像が、レチクル面ＲＦを越えた面に位置する点を除き、第７の実施形態に類似するものである。ウエハチャックに埋め込まれた電子センサアレイは、第９の実施形態と同様に、像を記録する。それにより、また、図１４から分かるように、ＭＦＩＳＩＯのＣＧＨ１及びＣＧＨ２は、光学的にレチクル面ＲＦの後の結像面ＲＦ’上に、光源を結像することとなる。

前述した主要な実施形態の更なる変形例
図２２は、第１の実施形態の別の変形例を示す。ここで、開口絞りＡＳは、レンズプレートＬＰにおいて、レンズＬとレチクルＲとの間に配置される。これは、レンズ中央厚ＣＬ及びレンズ半径曲率ＲＬがほぼ等しければ、有利に構成される。そのとき、開口絞りが、レンズＬと同心上に配置され、コマ収差は最小化され、凸状のレンズ上面ＬＴにより引き起こされる球面収差は、入力光線（光源又は対象物）角度で一定となる。この一定の球面収差は、レンズ厚ＣＬを僅かに調整することにより補正され得る。一例として、λ＝２４８．４ｎｍ，溶融石英レンズ及びレチクル材料に関する設計パラメータは、ＲＬ＝２．１２ｍｍ，ＣＬ＝２．１ｍｍ，ＡＧ＝０．１８ｍｍ，直径０．２ｍｍの開口絞りでのＲＴ＝３．８１ｍｍである。

これの他の実施形態（しかし第４の主要な実施形態に適用される）において、また、図２３から分かるように、開口絞りＡＳは、再度、レンズプレートＬＰに配置される。もしレンズ中央厚ＣＬが、その曲率半径とほぼ同じであれば、同心状のシステムが実現され、コマ収差及び一定の球面収差の最小化に関連した上記の見解があてはまる。しかし、ここでは、レンズ上面ＬＴ及びとりわけレンズ底面ＬＢが非球面化される、若しくは、単に、それらの曲率が調整されているため、球面収差のより簡単な補正、及び、それに伴う分解能の向上が可能である。

図２４は、原位置結像対物レンズＩＳＩＯのテレセントリックな若しくは実質的にテレセントリックな動作を可能とする第１の主要な実施形態のまた別の変形例を示す。開口絞りＡＳは、レンズ上面プレートＴＰに配置されるが、レンズ底面ＬＢが凸状であり、また、屈折力（optical power）の全てを含む一方で、レンズ上面ＬＴはフラットである。テレセントリックな動作に関して、以下の近軸の関係が成り立つ。

ここで、ＣＬ＝レンズ中央厚
ｎ＝レンズ／レチクルの屈折率
ＲＬ＝レンズの曲率半径
ＡＧ＝エアギャップ厚
ＲＴ＝レチクル厚

実際には、ＣＬ，ＲＴ，ＡＧ，ＲＬは、収差を最小化するために僅かに調整されることとなる。この調整により、軸方向における光束（図２４中のＡＲＢ）及び周辺光束（図２４中のＭＲＢ）は、マシンの射出瞳（図２５中のＭＸＰ）の同じ部分を通過することとなる。テレセントリックな動作によれば、数式４の射出瞳の補正因子Ｃは、光源位置

に伴い変化せず、それにより、考慮される必要がなくなることとなる。より有意なことに、テレセントリックな結像対物レンズが、マシンの射出瞳サイズＮＡよりも大きいサイズＮＡの光源が測定されることを可能とされる（例えばシグマ＞１である光源が解析され得る）。

数式３００及び３０１のテレセントリックな制約が十分な結像分解能を提供しないという限りにおいて、それらは、図２６に示されるように、互いに一致しない周辺光束ＭＲＢ及び軸方向における光束ＡＲＢが、シグマ＞１である条件でさえ、マインの射出瞳ＭＸＰ内に良好に止まるように、緩和され得る。この場合には、数式４の補正因子Ｃが変化することとなり、また、正確な補正に関して使用されることを要するが、ＡＲＢ及びＭＲＢが射出瞳境界内に位置するという限りにおいて、これらの補正は比較的重要でない。

レジスト記録媒体
ウエハ上のフォトレジストに光源像を記録する場合に、図１９のプロセスの流れが用いられる。まず、ここに述べられるようなＭＦＩＳＩＯが提供され、特徴付けられたマシン上に搭載される。次に、レジスト被覆された支持基板（ウエハ）が提供され、マシン上に搭載される。続いて、支持基板が、ウエハ上の別個に分離された像フィールドにおける照射線量を増やすように、複数箇所で露光される。例えば「結像性能における照明源効果の例」,Ａ．Ｊ．デ・ルイタ（A.J.deRuyter）等,アーチケミカルズ（Arch Chemicals）マイクロリソグラフィシンポジウム,2003年、参照。その後、支持基板は現像され、露光された像が、１つずつ写真として仕上げられる。これらの像及び照射線量の手順の知識から、

の「粗野な（raw）」強度の輪郭が得られる。続いて、これらの強度の輪郭が計算的にオーバラップされ、放射分析（radiometric）のまた射出瞳の透過補正因子（数式４）が、正規化された放射強度を再構成するために適用される（図２１）。

電子記録媒体
もし像が、フォトレジストによる代わりに、電子的に（例えばＣＣＤアレイ上に）記録されれば、図２０に概説されるステップが継続される。先の方法との主要な差異は、記録されたセンサの出力が、「粗野な（raw）」強度又は放射強度についての信号をダイレクトにもたらす。ゲインオフセット又はマッピング，放射分析（例えば角度に依存する補正）及び射出瞳透過因子補正（数式４）の適用が、正規化された放射強度（数式１０，１１及び図２１参照）を取得するために実行される。

主要な実施形態の変形例
前述した実施形態の変形例が、種々可能である。
ＭＦＩＳＩＯの設計の全てにおいて、像の歪みは、（設計値に関して）それが知られる限りでは、当業者に知られるように、補正可能であるため、大きな設計上の制約ではない。

本発明は、主として、今日の半導体製造において通常用いられる投影結像ツール（例えばスキャナ）への適用に関して述べられてきた。例えば「第３世代のマイクラスキャン（Micrascan）（ＴＭ）ＩＩＩ性能，反射屈折ステップ及びスキャンリソグラフィックツール」,Ｄ．コート（D.Cote）等,SPIE,3051巻,806:816,1997年，「０．１５ミクロン及び０．１３ミクロン技術ノードに関するＡｒＦステップ及びスキャン露光システム」,Ｊ．マルケンス（J.Mulkens）等,SPIE,光学マイクロリソグラフィＸＩＩ会議,506:521,1999年3月，「改良されたオーバレイを備えた１５０ｎｍ結像に関する０．７ＮＡＤＵＶステップ及び走査システム」,Ｊ．Ｖ．シュート（J.V.Schoot）,SPIE,3676巻,448:463,1999年、参照。本発明の方法は、例えば２次元スキャナ（例えば「走査投影リソグラフィによる大面積微細ラインパターニング」,Ｈ．ミューラー（H.Muller）等,MCM1994議事録,100:104，「大面積，高生産性，高分解能投影結像システム」,ジェーン（Jain）,1994年2月8日発行の米国特許第5285236号参照），オフィスのコピーマシン（例えば「正確なコピーに使用される投影光学システム」,Ｔ．サトウ（T.Sato）等,1989年8月29日発行の米国特許第4861148号参照）、及び、ＸＵＶ（例えば上記「６０−８０ｎｍでのＸＵＶ投影リソグラフィの開発」参照），ＳＣＡＬＰＥＬ，ＥＵＶ（極紫外線−上記「多層被覆光学構成を用いる１４ｎｍでの縮小結像：０．１ミクロンより小さい外形の印刷」参照），ＩＰＬ（イオン投影リソグラフィ），ＥＰＬ（電子投影リソグラフィ−−例えば「種々の組合せ：必要な選択」,Ｒ．デジュゼ（R.DeJuse）,半導体インターナショナル,66:76,2000年2月、参照）及び、Ｘ線（例えば「弱Ｘ線投影リソグラフィ」,Ｎ．セグリオ（N.Ceglio）等,ジャーナルバキュームサイエンステクノロジー（J.Vac.Sci.Technol.）B 8(6),1325:1328,1990年11月/12月）等の次世代のリソグラフィ（ngl）システム等の他の走査投影ツールに適用可能である。本技術は、また、ウエハ上方の光学媒体（例えば水）がエアとは著しく異なる屈折率をもつ液浸リソグラフィを用いて利用され得る。それは、また、リソグラフィックステッパ（lithographic steppers）にも適用可能である。例えば「広範囲の位置合わせと組み合わせられたフィールドずつのレベリングを伴う新しい０．５４開口Ｉ線ウエハステッパ」,Ｍ．バン・デン・ブリンク（M.Van den Brink）等,SPIE,1463巻,709:724,1991年，上記「自動的に調整可能な従来型のまた環状の照明モードを伴う高生産性ウエハステッパ」，「光学リソグラフィ−−３０年及び３桁（Three Orders of Magnitude）」,Ｊ．ブルーニング（J.Bruning）,SPIE,3501巻,1997年，「高開口数Ｉラインステッパ」,Ｂ．ケーツ（B.Katz）,1:20,1993年参照。本発明は、また、所謂液浸レンズ（液体内のウエハ）に適用可能である。

本発明は、主として、ポジ型フォトレジストである記録媒体に関して記載されてきた。本発明は、ネガ型フォトレジストにも同様に適用可能である。概して、記録媒体は、測定されるリソグラフィック投影ツールに典型的に用いられるものであればいかなるものでもよい。それにより、ＥＰＬツール上で、ＰＭＭＡ等の電子ビームフォトレジストが、記録媒体として使用され得る。

記録媒体が配置される支持基板は、ウエハとして記載されてきた。通常、これは、半導体製造におけるケースであろう。支持基板の適切な構成は、投影リソグラフィツール及び特定の製造環境におけるその使用により決定されるであろう。それにより、フラットパネルの製造設備において、フォトレジストが配置される支持基板は、ガラスプレート又はパネルであれう。マスクマスキングツールは、支持基板としてレチクルを使用することとなる。回路基板又はマルチチップモジュールキャリヤは、他の可能性のある支持基板である。加えて、ウエハ構成要素電子センサアレイが、フォトレジストの制御ウエハの所定位置に利用され得る。例えば、「プラズマエッチプロセスに関するウエハ実装センサアレイ」Ｍ．フリード（M.Freed）参照。

本発明は、特定の好適な実施形態に関連して記載されてきたが、多くの代替物，改良物及び変形物が、前述した記載に照らして、当業者には明らかであることは言うまでもない。したがって、添付された特許請求の範囲が、本発明の要旨及び精神の範囲内におさまる代替物，改良物及び変形物を包含することは予期される。

第１及び第２の実施形態に係るハードウェアの一例を示す。第１及び第２の実施形態に係る光学設計パラメータ及びその意味を示す。レチクル対物面からウエハ面の結像を示すマシンＭの一部を示す。複数フィールドの原位置結像対物レンズの平面図である。第１の主要な実施形態のＩＳＩＯに関する光線軌跡ダイアグラムである。第１の主要な実施形態のＩＳＩＯに関するレチクル面でのスポットダイアグラムである。第１の主要な実施形態のＩＳＩＯに関する変調伝達関数を示す。第３の主要な実施形態に係るハードウェアの一例、及び、光学パラメータの意味（designation）を示す。第４の主要な実施形態に係るハードウェアの一例を示す。ＭＦＩＳＩＯに関する第５の主要な実施形態に係るハードウェアの一例を示す。マシンの射出瞳上へのＩＳＩＯ射出境界のマッピングを示す。第６の主要な実施形態に係るハードウェアの一例を示す。ＥＵＶ反射ビームトレイン（beamtrain）の一部を概略的に示す。第７及び１１の主要な実施形態に係るハードウェアの一例を示す。照明源が複合された面をレチクル面にリレーするためのハードウェア装置を概略的に示す。第８の実施形態に係るマシンビームトレインにおけるハードウェアの一例及びその配置を示す。第９の実施形態に係るマシンビームトレインにおけるハードウェアの一例及びその配置を示す。マシンビームトレインにおける第１０の実施形態に係るハードウェア及びその配置を示す。フォトレジストでカバーされた支持基板で、放射強度を測定するためのプロセスを示す。電子基板又はセンサで、放射強度を測定するためのプロセスを示す。複数の別個のフィールドポイント（ｘ，ｙ）で放射強度を正規化した本発明の方法による最終結果を示す。上記第１の実施形態の変形例を示す。上記第４の実施形態の変形例を示す。上記第１の実施形態のまた別の変形例を示す。１つの実施形態の射出瞳内の周辺光束を示すダイアグラムである。他の実施形態の射出瞳内の周辺光束を示すダイアグラムである。

Claims

フォトリソグラフィ投影結像システムにおけるフォトリソグラフィ照明源の放射強度を測定する装置において、
それぞれ対応するフィールドポイントに対して結像可能であり、それにより複数のフィールドポイントを結像する複数の別個の結像対物レンズと、
上記複数のフィールドポイントの各々がその上に結像される、上記複数の別個の結像対物レンズに関する共通の結像面と、を備えており、
上記別個の結像対物レンズは、照明源の放射強度プロフィールの再構成を可能とするために十分な分解能を有していることを特徴とする装置。
上記放射強度プロフィールが、上記フィールドポイントにおける放射強度から再構成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
１つ又はそれ以上の上記別個の結像対物レンズが、平凸レンズを有することを特徴とする請求項１記載の装置。
１つ又はそれ以上の上記別個の結像対物レンズが、コンピュータ作成ホログラムの素子を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
１つ又はそれ以上の上記別個の結像対物レンズが、非球面的に補正されたレンズを有することを特徴とする請求項１記載の装置。
１つ又はそれ以上の上記別個の結像対物レンズが、レチクル上面と一体になったコンピュータ作成ホログラムを有することを特徴とする請求項１記載の装置。
１つ又はそれ以上の上記別個の結像対物レンズが、マイクロ結像対物レンズを有することを特徴とする請求項１記載の装置。
１つ又はそれ以上の上記別個の結像対物レンズが、マルチ要素の結像レンズ（multi-element imaging objective）を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
１つ又はそれ以上の上記別個の結像対物レンズが、反射式コンピュータ作成ホログラフィックプレートを有する、ことを特徴とする請求項１記載の装置。
上記共通の結像面が、レチクル面を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
上記共通の結像面が、レチクル面を越えて配置された平面を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
上記共通の結像面が、レチクル面前に配置された平面を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
上記別個の結像対物レンズが、レチクル／被膜（pellicle）のエンベロープ内に適合することを特徴とする請求項１記載の装置。
上記別個の結像対物レンズが、上記共通の結像面がレチクル複合結像面に位置するように、照明ビームトレインにおいて配置可能であることを特徴とする請求項１記載の装置。
更に、上記複数の結像対物レンズ要の共通のマウンティングを有することを特徴とする請求項１記載の装置。
上記共通のマウンティングが、投影結像ツールを有することを特徴とする請求項１５記載の装置。
上記共通のマウンティングが、支持プレートを有することを特徴とする請求項１５記載の装置。
上記別個の結像対物レンズが、上記共通の結像面がレチクル複合結像面に位置するように、照明ビームトレインにおいて配置可能であることを特徴とする請求項１記載の装置。
放射強度プロフィールを生成し、照明ビームトレインを生成する光源を備えた照明器と、
上記光源と光学的に接続した複数フィールド結像対物レンズと、
上記複数フィールド結像対物レンズより遠位の投影結像光学構成体と、
電子センサアレイと、を備えており、
上記複数フィールド結像対物レンズは、上記放射強度プロフィールの再構成を可能とするために十分な分解能で、上記投影結像光学構成体を介して、上記電子センサアレイと光学的に複合した平面上に、該放射強度プロフィールを結像することを特徴とする投影結像システム。
更に、上記投影結像光学構成体からレチクルを分離するレチクルテーブルを有することを特徴とする請求項１９記載の装置。
上記電子センサアレイは、センサアレイに対して上記平面をリレーする結像光学構成体を有することを特徴とする請求項１９記載の装置。
上記複数フィールド結像対物レンズは、その面上に書き込まれた１つ又はそれ以上のコンピュータ作成ホログラムを備えたレチクルを有することを特徴とする請求項１９記載の装置。
光源，反射支持基板、及び、反射レチクルを有する照明器であって、該光源が複数の光線を該反射支持基板に向かって投影し、該反射支持基板が該光線を反射レチクルに向かって反射する、照明器と、
上記反射レチクルと光学的に接続した複数フィールド結像対物レンズであって、複数の光線が複数フィールド結像対物レンズ上に入射する、複数フィールド結像対物レンズと、を備えており、
上記複数フィールド結像対物レンズが、上記照明器の放射強度プロフィールの再構成を可能とするために十分な分解能を有していることを特徴とする投影結像システム。
上記光源の像が、上記レチクルの遠位にある平面に位置することを特徴とする請求項２３記載の投影結像システム。
上記反射支持基板が、折り曲げ式ミラーを有することを特徴とする請求項２３記載の投影結像システム。
上記反射支持基板が、１つ又はそれ以上のコンピュータ作成ホログラムを有することを特徴とする請求項２３記載の投影結像システム。
上記反射支持基板が、１つ又はそれ以上の非反射領域により分離された少なくとも２つのコンピュータ作成ホログラムを有することを特徴とする請求項２３記載の投影結像システム。
上記反射レチクルが、変調された反射率を備えた反射コーティングを有することを特徴とする請求項２３記載の投影結像システム。
光源，反射支持基板、及び、反射レチクルを有する照明器であって、照明ビームトレインが、複数の原位置結像対物レンズを備えた反射支持基板に向かって投影され、該反射レチクルに向かって反射される、照明器と、
上記ビームトレインの放射強度が複数のフィールドポイントで記録される共通の結像面と、を備えており、
上記複数の原位置結像対物レンズが、上記照明器の放射強度プロフィールの再構成を可能とするために十分な分解能を有していることを特徴とする投影結像システム。
上記原位置結像対物レンズが、コンピュータ作成ホログラムであることを特徴とする請求項２９記載の投影結像システム。
上記原位置結像対物レンズが、非球面であることを特徴とする請求項２９記載の投影結像システム。
複数フィールド結像対物レンズと、
上記複数フィールド結像対物レンズと結合されたレチクル複合結像面と一致する距離で配置された開口ブレードと、
上記複数フィールド結像対物レンズと光学的に接続した光源リレーと、
レチクルと、を備えており、
上記光源リレー光学構成体が、照明器の放射強度プロフィールの再構成を可能とするために十分な分解能で、上記レチクル複合結像面にて構成された複数フィールド対物レンズの像を、上記レチクル上に結像することを特徴とする投影結像システム。
上記複数フィールド結像対物レンズが、複数の要素を有することを特徴とする請求項３２記載の投影結像システム。
複数フィールド結像対物レンズであって、該複数フィールド結像対物レンズの結像面が、レチクルの複合結像面と一致するように配置された複数フィールド結像対物レンズと、
上記レチクル複合結像面に配置された開口ブレードと、
照明器の放射強度プロフィールの再構成を可能とするために十分な分解能で、支持基板上に、レチクル複合結像面にて構成された複数フィールド結像対物レンズの像をリレーするために、上記レチクルと光学的に接続した光源リレー光学構成体と、を備えていることを特徴とする投影結像システム。
上記複数フィールド結像対物レンズが、複数の要素を有することを特徴とする請求項３４記載の投影結像システム。
投影リソグラフィツールにおける照明ビームトレインの放射強度を測定するための方法であり、該方法は、
上記投影リソグラフィツール内に、照明器の放射強度プロフィールの再構成を可能とするために十分な分解能で、複数フィールド原位置結像対物レンズを搭載させるステップと、
上記原位置結像対物レンズを通じて、記録用支持基板を複線量の光に対し露光させるステップと、
上記支持基板を現像し、線量に対する露光領域を決定すべく該支持基板を測定するステップと、
上記測定の結果を用いて上記照明器の放射強度プロフィールを再構成するステップと、を含んでいることを特徴とする方法。
上記投影リソグラフィツールが、ステッパ，１次元スキャナ，２次元スキャナ，ＥＵＶスキャナ，ＥＰＬマシン、若しくは、像側の液浸レンズを有することを特徴とする請求項３６記載の方法。
上記記録用支持基板が、シリコンウエハ，フラットパネル，回路基板、若しくは、ウエハ実装電子センサを有することを特徴とする請求項３６記載の方法。
投影リソグラフィツールにおける照明器の放射強度を測定するための方法であり、該方法は、
照明器の放射強度プロフィールの再構成を可能とするために十分な分解能で、複数フィールド原位置結像対物レンズを用いて、記録用支持基板を露光させるステップと、
上記露光させられた支持基板の測定の結果を用いて、上記照明器の放射強度プロフィールを再構成するステップと、を含んでいることを特徴とする方法。
上記支持基板が、シリコンウエハであることを特徴とする請求項３９記載の方法。
投影リソグラフィツールにおける照明ビームトレインの放射強度を測定するための方法であり、該方法は、
上記投影リソグラフィツール内に、照明器の放射強度プロフィールの再構成を可能とするために十分な分解能で、複数フィールド原位置結像対物レンズを搭載させるステップと、
電子センサアレイを、上記結像対物レンズと光学的に接続するように付与するステップと、
上記結像対物レンズを通じて、上記電子センサアレイを、照明ビームトレインに対し露光させるステップと、
上記電子センサアレイの出力を記録するステップと、
上記電子センサアレイの測定の結果を用いて、上記照明ビームトレインの放射強度プロフィールを再構成するステップと、を含んでいることを特徴とする方法。
フォトリソグラフィ投影結像システムからのフォトリソグラフィックチップマスクワークを製作する方法であり、該方法は、
上記投影結像システムにおいて、所望のマスクワークのレチクルを投影するステップと、
上記投影リソグラフィシステムにおいて、上記投影結像システムの投影リソグラフィツール内に、照明ビームトレインの放射強度プロフィールの再構成を可能とするために十分な分解能で、複数フィールド原位置結像対物レンズを搭載させ、上記原位置結像対物レンズを通じて、記録用支持基板を複線量の光に対し露光させ、上記支持基板を現像し、線量に対する露光領域を決定するために該支持基板を測定し、そして、上記測定の結果を用いて、上記照明ビームトレインの放射強度プロフィールを再構成することを含む動作を実行することにより、該照明ビームトレインの放射強度を測定するステップと、
上記照明ビームトレインの再構成された放射強度プロフィールに関連した投影結像システムの調整を通じて、チップマスクワークの製作を制御するステップと、を含んでいることを特徴とする方法。
上記投影リソグラフィツールが、ステッパ，１次元スキャナ，２次元スキャナ，ＥＵＶスキャナ，ＥＰＬマシン、若しくは、像側の液浸レンズを有することを特徴とする請求項４２記載の方法。
上記記録用支持基板は、シリコンウエハ，フラットパネル，回路基板、又は、ウエハ実装電子センサを有することを特徴とする請求項４２記載の方法。
マイクロ電子チップ製作システムであって、
上記システムを動作させる製作システムコントローラと、
上記投影結像システムのスキャナを制御する走査コントローラと、それぞれ対応するフィールドポイントを結像し、それにより、複数のフィールドポイントを結像し得る複数の別個の結像対物レンズであって、照明器の放射強度プロフィールの再構成を可能とするために十分な分解能を有する、結像対物レンズと、該複数の別個の結像対物レンズ用の共通の結像面であって、複数のフィールドポイントの各々が共通の結像面上に結像される、共通の結像面と、上記複数の結像対物レンズ用の共通のマウンティングと、上記フォトリソグラフィ投影結像システムにおいて、フォトリソグラフィック照明源の放射強度を測定し、測定された放射強度に関連して、上記投影結像システムの動作を調整するプロセスコントローラと、を備えたフォトリソグラフィック投影結像システムと、を有していることを特徴とするマイクロ電子チップ製作システム。
フォトグラフィック投影スキャナを制御する方法であって、該方法は、
複数フィールド原位置結像対物レンズで、記録用支持基板を露光させるステップであって、複数フィールド原位置結像対物レンズは、照明器の放射強度の再構成を可能とするために十分な分解能を有する、ステップと、
上記露光させられた支持基板の測定の結果を用いて、上記照明器の放射強度プロフィールを再構成するステップと、
上記スキャナの放射強度プロフィールにおける変化を最小化するために、再構成された放射強度プロフィールに関連して、上記スキャナを調整するステップと、を含んでいることを特徴とする方法。
上記支持基板が、半導体ウエハを有することを特徴とする請求項４６記載の方法。