JP2009065204A - 基板を露光する方法およびリソグラフィ投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板上のレジスト層をマスクの模様の像に露光する方法、およびリソグラフィ投影装置を提供する。
【解決手段】 露光開始後および露光終了前に、露光中に基板ホルダ（ＷＴ）の位置を変化させることにより、レジスト層の像に制御装置（１００）で制御された量のコントラスト損を導入する。コントラスト損は、リソグラフィ投影装置の解像度のピッチ依存性に影響を及ぼし、その制御を使用して、異なるリソグラフィ投影装置間で解像度のピッチ依存性を整合させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放射線の投影ビームを提供する照明システムと、投影ビームの断面にパターンを与える働きをするパターン付与手段を支持する支持構造と、基板を保持する基板テーブルと、パターン付与したビームを基板の目標部分に投影するため概念的像表面を有する投影システムを備えるリソグラフィ投影装置を使用して、少なくとも部分的に放射線感光層で覆われた基板を露光する方法に関する。

リソグラフィ装置は、基板の目標部分に所望のパターンを与える機械である。リソグラフィ装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造において使用可能である。この場合、マスクなどのパターン付与手段はＩＣの個々の層に対応する回路パターンの生成に使用することができ、このパターンを、放射線感光原料（レジスト）の層を有する基板（例えばシリコンウェハ）上の目標部分（例えば１つあるいは幾つかのダイの一部から成る）に描像することができる。

照明システム、さらに投影システムは一般的に放射線の投影ビームを誘導、成形または制御する構成要素を有する。一般的に投影システムは、投影システムの開口数（一般的に「ＮＡ」と呼ばれる）を設定する手段を有する。例えば、調節可能なＮＡダイアフラムを投影システムの瞳に設ける。照明システムは通常、（照明システムの瞳内にある）マスクの上流で強度分布の外部および／あるいは内部放射範囲（一般的にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を設定する調節手段を有する。σ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒの特定の設定を、以下では環状照明モードと呼ぶ。照明システムの瞳面で空間的強度分布を制御することは、照明した物体の像を基板に投影する場合に、処理パラメータを改善するために実行する。

マイクロチップの作成は、デバイスと相互接続線との間、または形態間および／または例えば形態の２つの縁など、形態の要素間の空間または幅の公差を制御することを含む。特に、デバイスまたはＩＣ層の作成に可能なこのような空間のうち最小の空間の空間公差を制御することが重要である。前記最小空間および／または最小幅を、限界寸法（「ＣＤ」）と呼ぶ。一般的に、シングルウェハは、１つずつ順次照射される近接目標部分の全体ネットワークを含んでいる。既知のリソグラフィ装置は、パターン全体を目標部分に１回の作動にて露光することによって各目標部分が照射されるいわゆるステッパと、所定の方向（「走査」方向）にパターンを投影ビームで走査し、これと同時に基板をこの方向と平行に、あるいは反平行に走査することにより、各目標部分が照射されるいわゆるスキャナまたは走査ステップ式装置とを含む。

従来の投影リソグラフィ技術では、孤立した形態と稠密な形態とのＣＤにおける変動発生が、プロセス寛容度（つまりＣＤの任意の公差について照射された目標部分の露光量において許容される残留エラーの量と使用可能な焦点深さとの組合せ）を制限する。この問題が生じるのは、同じ名目限界寸法を有するマスク（レチクルとも呼ぶ）上の形態が、ピッチに依存する回折効果のためにマスク上のピッチ（つまり隣接する形態間の距離）に応じて異なって印刷されるせいである。例えば、孤立時、つまり大きいピッチを有する場合に特定の線幅を有する線で構成された形態は、マスク上の稠密配置構成の、つまり小さいピッチを有する同じ線幅の他の線と一緒にある場合、同じ線幅を有する同じ形態とは異なった状態で印刷される。したがって、限界寸法の稠密な形態と孤立した形態との両方を同時に印刷すべき場合、印刷されるＣＤのピッチに依存する変動が観察される。この現象を「等稠密バイアス」と呼び、これはフォトリソグラフィ技術で特定の問題である。等稠密バイアスはナノメートル単位で測定し、リソグラフィプロセスを実際の特徴付けるための重要な測定基準である。

従来のリソグラフィ装置は、等稠密バイアスの問題に直接には対応していない。従来は、投影レンズの開口数またはσ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒなど、装置の光学的パラメータを変更するか、印刷される孤立形態および稠密形態の寸法差を最小にするような方法でマスクを設計することにより、等稠密バイアスを補償するのは、従来のリソグラフィ装置の使用者側であった。この後者の技術は、例えばレチクルのオーバーサイズおよび／または光学的近接性補正（以下ではＯＰＣと呼ぶ）を含む。単純にするため、等稠密バイアスのために任意の種類の補償を適用したパターンを設けたレチクルを、以下ではＯＰＣレチクルと呼ぶ。

一般的に、大量製造現場では、機械の最適な活用を保証するために同じリソグラフィ製造プロセスに異なるリソグラフィ投影装置を使用し、その結果（例えば機械ごとの違いに鑑みて）製造プロセスにＣＤの変動および／またはエラーが発生する。一般的に、このようなエラーの実際のピッチ依存度は、パターンおよび形態の特定のレイアウト、使用しているリソグラフィ装置の投影システムの収差、基板上の放射線感光層の特性、および照明の設定や放射線エネルギの露光量などの放射線ビームの特性によって決定される。したがって、パターン付与手段によって提供され、特定の放射線ソースを含む特定のリソグラフィ投影装置を使用して印刷するパターンであれば、そのリソグラフィシステムで実行した場合に、そのプロセスに特徴的な等稠密バイアスに関連するデータを同定することができる。前記データ、および特に任意の装置、パターンおよびプロセスのピッチの関数としてのＣＤのリストまたはプロットを、以下では単純にするために「等稠密バイアス特性」と呼ぶ。（同じタイプおよび／または異なるタイプの）異なるリソグラフィ投影装置を同じリソグラフィ製造プロセスのステップで使用すべき場合は、製造プロセス中に発生するＣＤの変動を低下させるなど、対応する異なる等稠密バイアス特性を相互に整合させるという問題がある。

機械（環状照明モードを使用するプロセス用）の等稠密バイアス特性を別の機械の等稠密バイアス特性と整合させる既知の技術では、２つの機械のうち一方のσ−ｏｕｔｅｒとσ−ｉｎｎｅｒとの設定の差を維持しながら（つまり照明モードの環状リング幅を維持しながら）σ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒの設定を変化させている。プロセス寛容度（特に焦点深さおよび露光の寛容度）などを最適にするため、名目σの設定を選択する。したがって、この方法は、σの設定を変更する機械では、プロセス寛容度が小さくなり、実際に使用するには小さくなりすぎるという欠点を有する。

等稠密バイアス特性が修正可能である基板露光方法を提供することが、本発明の目的である。

以上およびその他の目的は、本発明によると、放射線の投影ビームを提供する照明システムと、パターン付与手段を支持する支持構造とを有し、パターン付与手段は、投影ビームの断面にパターンを与える働きをし、さらに、基板を保持する基板テーブルと、概念的像表面を有し、パターン付与したビームを基板の目標部分に投影する投影システムと、を有するリソグラフィ投影装置を使用して、少なくとも部分的に放射線感光層で覆われた基板を露光する方法で、露光するステップが、露光の開始後および露光の終了前に、等稠密バイアス特性を改造するために目標部分で前記像のコントラスト損を誘発することを特徴とする方法で達成される。

ＩＣデバイスの製造の一部であり、特定のリソグラフィ投影装置で実行される特定のリソグラフィ投影および露光プロセスステップの等稠密バイアス特性は、例えば印刷すべきパターンにおける限界寸法の形態の形状および分布、および露光を実行する照明の設定などのパラメータによって決定される。本発明の発明者は、σの設定以外に、等稠密バイアス特性に影響する重要なパラメータは、パターン像のコントラストであることを発見した。特に、発明者は、誘発されたコントラストの変化によるスルーピッチが、σ設定の変化によるスルーピッチ効果とは異なり、等稠密バイアス特性を修正するために、両方のパラメータ変化を別個に使用できることを発見した。

形態（または形態の縁または形態のグループ）の像のコントラストは、往々にして正規化像ログ傾斜（ＮＩＬＳ）の形で表される。投影システムは概念的像表面をフィーチャし、これは通常、例えばＮＩＬＳに関して像のコントラストが最善になる最良焦点表面（理想的にはほぼ平面の表面）と一致する。リソグラフィプロセスに関する像のＮＩＬＳの値は、基板上に存在するレジスト層に形成されるようなパターンまたはパターンの一部の像に関係する。一般的に、露光中にはレジスト層が概念的像表面とほぼ一致するよう、基板を配置する。目標部分内にあるレジスト層の区域を前記概念的像表面に対してほぼ直角であるＺ方向に沿って変位させ、その像表面から離すと、レジスト層における像はもはや最適ＮＩＬＳを有さず、ＮＩＬＳが多少低下する。本発明者は、このＮＩＬＳの低下が等稠密デバイス特性にも影響を与え、等稠密デバイス特性の滑らかな調整は、露光開始後および露光終了前に、露光が終了したが誘発されたコントラストの少なくとも一部の平均化、つまりＮＩＬＳのロスを提供するよう基板のＺ位置を変位することによって提供できることが好ましいことを発見した。

ステッパおよび走査ステップ式リソグラフィ投影装置の両方で、目標区域の露光中に、レジストを塗布した基板を保持する基板テーブルを概念的像表面に対して直角の方向で変位させることにより、等稠密バイアス特性を操作するための余分な自由度を提供することができる。変位は、例えば振動などの連続的動作または断続的動作でよく、放射線ソースとしてパルス状レーザを使用する場合、変位はパルス間で実行するか、露光中に放射線の１つまたは複数のパルスに対して実行する、あるいはその両方で実行することができる。走査ステップ式リソグラフィ投影装置の場合、本発明により等稠密バイアス特性を操作する余分な自由度は、概念的像表面に平行で走査方向に直角の軸線を中心に、概念的像表面に対して基板テーブルの走査方向を傾斜させることによって提供できることが好ましい。このような傾斜は、走査および露光中に前記概念的像表面におけるパターンの一部の像と基板に目標部分における対応する像との間の距離を変更するという効果を有する。

本発明の態様によると、本発明により提供されるような等稠密バイアス特性を修正する追加的自由度を使用して、等稠密バイアス特性と目標の等稠密バイアス特性との差を最小にすることができる。同じリソグラフィ製造プロセスのステップで（同じタイプおよび／または異なるタイプの）異なるリソグラフィ投影装置を使用すべき状況では、対応する異なる等稠密バイアス特性を手動で整合させることが望ましい。これにより、それぞれが同一のパターンおよび同一の光学的近接性補正の実施形態を有する１つまたは複数のレチクルを使用することができ、これによりこのようなレチクルのいずれをも、異なるが整合したリソグラフィ投影装置のいずれかで使用することができる。この作業方法は、高価なＯＰＣレチクルを節約するばかりでなく、最高級の機械で最高級のアプリケーションを実行する必要がない場合、同じ製造プロセスに最高級および中級または最低のリソグラフィ装置の両方を使用できるようにすることによって費用を節約する。その場合の目標等稠密バイアス特性は、例えば最低の機械の一つで実行した場合のリソグラフィプロセスに典型的な等稠密バイアス特性でよい。本発明者は、この方法が、異なる等稠密バイアス特徴のピッチの大きい範囲にわたって改善された整合を提供し、異なる等稠密バイアス特性に変化を誘発するためにσの設定を使用することと比較すると、露光中に像の制御されたコントラスト損を使用した結果、機械間の残留等稠密バイアスの差が約１／３減少する。

本発明のさらなる態様によると、放射線の投影ビームを提供する照明システムと、パターン付与手段を支持する支持構造とを有し、パターン付与手段が、投影ビームの断面にパターンを与える働きをし、さらに、基板を保持する基板テーブルと、パターン付与したビームを基板の目標部分に投影するため概念的像表面を有する投影システムと、を有するリソグラフィ投影装置で、さらに、目標等稠密バイアス特性と、リソグラフィ投影装置で実行されるプロセスの等稠密バイアス特性とを表すデータを記憶するメモリデバイスと、等稠密バイアス特性および目標等稠密バイアス特性を表す前記データに基づいて、前記概念的像表面に対する基板テーブルの位置の変化と、前記概念的像表面にほぼ平行な軸線を中心とする基板テーブルの回転方位の変化とのうち少なくとも一方を有する１つまたは複数の装置パラメータ設定の変化を決定し、前記１つまたは複数の装置パラメータ設定の変化を適用するために、構築され配置された制御装置とを有することを特徴とするリソグラフィ投影装置が提供される。

本発明のさらなる態様によると、上述した通りのリソグラフィ投影装置が提供され、これにより前記メモリデバイスは、複数の目標等稠密バイアス特性と、リソグラフィ投影装置で実行するプロセスを表す１つの等稠密バイアス特性とを表すデータを記憶するよう構成され、さらに、前記装置パラメータ設定の変更の決定と、前記１つまたは複数の装置パラメータ設定の変更の適用とともに使用するため、前記複数の目標等稠密バイアス特性の１つを選択するよう構成され、配置されたユーザインタフェースモジュールを有することを特徴とする。（例えば異なるタイプおよび／または異なるベンダの）異なるリソグラフィ投影装置を使用中の製造現場では、主に第一選択肢の特定の異なる機械で実行すべき、異なる特定のリソグラフィ製造プロセスのステップ（上述したように特定の模様を含む）に従い幾つかの異なる目標等稠密バイアス特性を識別することが可能である。したがって、別のリソグラフィ投影装置に、選択可能な目標等稠密バイアス特性（例えばプロセスおよび装置のタイプによって単純に識別することができる）をフィーチャするユーザインタフェースを装備すると、第一選択肢の前記機械の一つに整合する等稠密バイアス性能を獲得する装置パラメータを迅速に設定することが可能であり、有利である。

上述したように、概念的像表面は通常、最良の焦点面と一致する。本発明によると、改良された等稠密バイアス特性を獲得するために前記Ｚ方向に沿ってわずかに変位した面で、基板を像に曝露する。前記わずかに変位した面の像は、最良焦点面に対してわずかに「焦点ずれ」する。しかし、本発明による方法の使用中に発生するようなＺ変位は、リソグラフィプロセスウィンドウの典型的焦点深さ（ＤＯＦ）のオーダーであるか、それより小さい。したがって、本発明は、ＤＯＦの強化の問題にたずさわるものでない。通常、リソグラフィプロセスのＤＯＦは、最良焦点面より２００から３００ｎｍのオーダーで上下する。本発明は、ＤＯＦの範囲内で生じる描像効果を活用し、最良焦点表面より最大で約５０ｎｍ上下する焦点ずれ範囲を活用すると十分である。

リソグラフィ装置の使用法に関して、本文ではＩＣの製造において詳細なる参照説明を行うものであるが、本明細書で説明するリソグラフィ装置が他の多くの用途においても使用可能であることは理解されるべきである。例えば、これは、集積光学装置、磁気ドメインメモリ用ガイダンスおよび検出模様、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造に使用され得る。こうした代替的な用途においては、本文にて使用した「ウェハ」または「ダイ」といった用語は、それぞれ「基板」または「目標部分」といった、より一般的な用語に置き換えて使用され得ることは当業者にとって明らかである。本明細書で言及する基板は、露光前または露光後に、例えばトラック（通常は基板にレジスト層を塗布し、露光したレジストを現像するツール）または計測または検査ツールなどで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、このようなツールおよび他の基板処理ツールに適用可能である。さらに、例えば多層ＩＣの生成するために、基板を複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理層を含む基板も指す。

本明細書では、「放射線」および「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）放射線（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、あるいは１２６ｎｍの波長を有する）および超紫外線（ＥＵＶ）放射線（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射線を網羅するものとして使用される。

本明細書において使用する「パターン付与手段」なる用語は、投影ビームの断面に、基板の目標部分にパターンを作り出すなどのためにパターンを与えるために使用し得る手段に当たるものとして広義に解釈されるべきである。投影ビームに与えられるパターンは、基板の目標部分における所望のパターンに正確に対応しないことがあることに留意されたい。一般的に、投影ビームに与えられるパターンは、集積回路などの目標部分に作り出されるデバイスの特別な機能層に相当する。

パターン付与手段は透過性または反射性でよい。パターン付与手段の例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、様々なハイブリッドマスクタイプのみならず、バイナリマスク、レベンソンマスク、減衰位相シフトマスクといったようなマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例は小さなミラーのマトリクス配列を用いる。そのミラーの各々は、異なる方向に入射の放射線ビームを反射するよう個々に傾斜することができる。このようにして、反射されたビームはパターン付与される。パターン付与手段の各例では、支持構造はフレームもしくはテーブルでよく、これは必要に応じて、固定式となるか、もしくは可動式となり、パターン付与手段が例えば投影システムなどに対して所望の位置にあることを保証することができる。本明細書において使用する「レチクル」または「マスク」なる用語は、より一般的な「パターン付与手段」なる用途と同義と見なすことができる。

本明細書において使用する「投影システム」なる用語は、例えば使用する露光放射線、または浸漬流体の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、反射光学システム、および反射屈折光学システムを含むさまざまなタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「レンズ」なる用語を使用した場合、これはさらに一般的な「投影システム」なる用語と同義と見なされる。

照明システムは、放射線の投影ビームの誘導、成形、あるいは制御を行う屈折、反射、および反射屈折光学構成要素などの様々なタイプの光学構成要素も含むことができ、こうした構成要素もまた以降において集約的に、あるいは単独的に「レンズ」と称する。

リソグラフィ装置は２つ（デュアルステージ）あるいはそれ以上の基板テーブル（および、あるいは２つもしくはそれ以上のマスクテーブル）を有するタイプのものである。このような「多段」機械においては、追加のテーブルが並列して使用される。もしくは、１つ以上の他のテーブルが露光に使用されている間に予備工程が１つ以上のテーブルにて実行される。

リソグラフィ装置は、投影システムの最終要素と基板との間の空間を充填するよう、基板を水などの比較的高い屈折率を有する液体に浸漬するタイプでもよい。浸漬液は、例えばマスクと投影システムの第一要素との間など、リソグラフィ装置の他の空間に適用してもよい。浸漬技術は、統制システムの開口数を増加させるため、当技術分野で周知である。

本発明の実施形態を添付の略図を参照に、例示の方法においてのみ説明する。図面では対応する参照記号は対応する部品を示すものとする。

図１は、本発明の独自の実施形態に基づく方法を使用可能であるリソグラフィ投影装置を概略的に示したものである。この装置は、
放射線の投影ビームＰＢ（例えば２４８ｎｍ、１９４ｎｍ、１５７ｎｍおよび１２６ｎｍの波長など、約２７０ｎｍ未満の波長のＵＶ放射線またはＤＵＶ放射線、または１３ｎｍ、６ｎｍの波長で動作するレーザ励起プラズマソースによって生成される放射線）を供給する照明システム（照明装置）ＩＬと、
パターン付与手段（例えばマスク）ＭＡを支持し、かつ、品目ＰＬに対して正確にパターン付与手段の位置決めを行う第一位置決め手段ＰＭに連結を行った第一支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
基板（例えばレジスト塗布ウェハ）Ｗを保持し、かつ、品目ＰＬに対して正確に基板の位置決めを行う第二位置決め手段ＰＷに連結を行った（例えばウェハテーブル）ＷＴと、
パターン付与手段ＭＡで投影ビームＰＢに与えたパターンを基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つあるいはそれ以上のダイを有する）に描像する投影システム（例えば屈折投影レンズ）ＰＬを有する。

ここで示しているように、本装置は透過タイプである（例えば透過マスクを有する）。あるいは、装置は（例えば上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用する）透過タイプのものも可能である。

照明装置ＩＬは、放射線ソースＳＯから放射線のビームを受け取る。ソースおよびリソグラフィ装置は、例えばソースがエキシマレーザの場合、別個の実体でもよい。このような場合、ソースはリソグラフィ装置の部分を形成すると見なされず、放射線ビームは、例えば適切な案内ミラーおよび／またはビームエキスパンダなどを有するビーム送出システムＢＤを介して、ソースＳＯから照明装置ＩＬへと導かれる。ソースＳＯおよび照明装置ＩＬは、必要に応じてビーム送出システムＢＤとともに放射線システムと呼ぶことができる。

照明装置ＩＬは、ビームにおける角度強度分布を調節する調節手段ＡＭを有する。一般的に、照明装置の瞳面における強度分布の少なくとも外部および／あるいは内部放射範囲（一般的にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を調節することができる。また、照明装置ＩＬは一般的に積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯといったような、他のさまざまな構成要素を有する。照明装置は、その断面に亘り所望する均一性と強度分布とを有し、投影ビームＰＢと呼ばれる調整済み放射線ビームを提供する。

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。投影ビームＰＢはマスクＭＡを横断して、基板Ｗの目標部分Ｃ上にビームＰＢの焦点を合わせるレンズＰＬを通過する。第二位置決め手段ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば干渉計測デバイス）により、基板テーブルＷＴは、例えばビームＰＢの経路における異なる目標部分Ｃに位置を合わせるために正確に運動可能である。同様に、第一位置決め手段ＰＭおよび別の位置センサ（図１には明示せず）は、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に、あるいは走査運動の間に、ビームＰＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めするように使用可能である。一般的に、オブジェクトテーブルＭＴおよびＷＴの運動は、位置決め手段ＰＭおよびＰＷの部品を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）にて行われる。しかし、ステッパの場合（スキャナとは反対に）、マスクテーブルＭＴはショートストロークアクチュエータに連結されるだけであるか、あるいは固定される。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置を合わせることができる。

ここに表した装置は以下の好ましいモードにて使用可能である。
１．ステップモードにおいては、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを基本的に静止状態に維持しながら、投影ビームに与えたパターン全体を１回の作動（すなわち１回の静止露光）で目標部分Ｃに投影される。次に基板テーブルＷＴをＸ方向および／あるいはＹ方向にシフトし、異なる目標部分Ｃが照射され得る。
２．走査モードにおいては、投影ビームに与えたパターンを目標部分Ｃに投影する間に、同時にマスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを走査する（つまり単一動的露光）。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および走査方向は、投影システムＰＬの倍率（縮小率）および像反転特性によって決定される。走査モードでは、露光フィールドの最大サイズが、単一動的露光における目標部分の（非走査方向での）幅を制限し、走査運動の長さが目標部分の高さを決める。
３．別のモードでは、投影ビームに与えられたパターンを目標部分Ｃに投影する間、マスクテーブルＭＴを基本的に静止状態に維持して、プログラマブルパターン付与手段を保持し、基板テーブルＷＴを移動または走査する。このモードでは、一般的にパルス状放射線を使用し、基板テーブルＷＴが動作するごとに、または走査中の連続する放射線パルスの間で必要に応じてプログラマブルパターン付与手段を更新する。この操作モードは、上述したようなタイプのプログラマブルミラーアレイなど、プログラマブルパターン付与手段を使用するマスクなしリソグラフィに容易に適用することができる。

上述した使用モードの組合せおよび／または変形または全く異なる使用モードも使用してよい。

リソグラフィ装置は、信号を装置またはそのモジュールのいずれかに提供する制御装置１００を有し、この信号に応答して装置のパラメータ設定が調節かつ／または変更される。制御されるパラメータ設定は、例えば投影システムＰＬの瞳に設けた調節可能ＮＡダイアフラムのＮＡ、照明システムＩＬの設定（例えばσ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒの設定）、露光量の設定、Ｚ軸線に沿った基板テーブルＷＴの位置、Ｚ軸線に沿ったマスクテーブルＭＴの位置、Ｚ軸線に対する基板テーブルＷＴの（および同様にマスクテーブルＭＴの）傾斜、および投影システムＰＬの調節可能レンズ要素の位置および方位である。後者の装置パラメータ設定を使用して、投影システムＰＬの光学収差を制御し、調節することができる。等稠密バイアス特性は、光学収差およびその相対的大きさに依存することが知られている。制御装置は、所望の等稠密バイアス特性を得るに必要な装置のパラメータ設定の値を入力データ１２０から計算するために使用するコンピュータを有する。この計算は、リソグラフィプロセスをシミュレートし、例えば装置に関するデータ、投影および印刷すべきパターンに関するデータ、および使用するレジストに関するデータなど、シミュレーションに関連する任意のデータに基づいてピッチの関数としてＣＤ値を予測することができる。図１のボックス１２０で表す前記データはメモリデバイス１１０に記憶され、これは制御装置１００の部品でよく、コンピュータで読み取り／アドレス可能である。等稠密バイアス特性を目標の等稠密バイアス特性に整合させるため、データ１２０は、前記目標等稠密バイアス特性を表すデータを有する。制御装置は、目標等稠密バイアス特性とリソグラフィ装置を使用して実行すべきリソグラフィプロセスの等稠密バイアス特性との差を計算し、任意の最小化アルゴリズムを使用して、１つまたは複数の装置パラメータ設定を調節することにより、この差を最小にすることができる。特に、投影システムＰＬの像面に対する基板テーブルＷＴの位置を制御するパラメータ設定は、このような最小化に使用することができるが、原則的に、最小化には任意のパラメータ設定の組合せ（例えば前記パラメータとσの設定を制御するパラメータ設定との組合せ）を使用することができる。

方法のこの実施形態では、３００ｎｍから最大６００ｎｍの範囲のピッチでパターンに配置された１３０ｎｍのＣＤの形態を有するパターンを印刷する任意のリソグラフィプロセスを、２つの異なる装置で実行する。両方の機械で、σの設定は最初にσ−ｉｎｎｅｒ＝０．５５およびσ−ｏｕｔｅｒ＝０．８５になるよう選択した。一方のリソグラフィ投影装置は、１９３ｎｍの波長で１．３ｐｍの帯域幅のエキシマレーザに結合されたＮＡ＝０．７５のシステムである。他方の「最高級」リソグラフィ投影装置は、１９３ｎｍの波長で０．８ｐｍの帯域幅のエキシマレーザに結合されたＮＡ＝０．８５のシステムである。図１は、この最高級システムを概略的に示し、このシステムは、任意のリソグラフィプロセスについて等稠密バイアスがＮＡ＝０．７５のシステムに整合されている。２つの装置は、図２で示すように、２つの異なる等稠密バイアス特性をフィーチャする。図２のグラフ１は、ＮＡ＝０．７５のシステムで実行した場合のリソグラフィプロセスの等稠密バイアス特性を表し、このグラフのピッチの関数としてＣＤを表すデータは、目標等稠密バイアス特性を示す。図２のグラフ２は、最高級のＮＡ＝０．８５の装置で実行した場合のリソグラフィプロセスの等稠密バイアス特性を表す。ピッチを上げるため、等稠密バイアス特徴の整合を低下させる。つまり、６００ｎｍのピッチでは、ＣＤの差は約１０ｎｍである。目標等稠密バイアス特性としての等稠密バイアスのグラフ１では、σ−ｉｎｎｅｒおよびｏｕｔｅｒの設定の変化を最高級システムに適用すると、図２の等稠密バイアス特性３および４になり、これはσ−ｉｎｎｅｒ＝０．５９、σ−ｏｕｔｅｒ＝０．８９およびσ−ｉｎｎｅｒ＝０．６３、σ−ｏｕｔｅｒ＝０．９３の設定でそれぞれ得られる。図３では、グラフ３２が２つのシステムの（σの設定変更を最高級システムに適用する前の）初期不整合を示し、グラフ３３および３４は、それぞれ等稠密バイアス特性３および４と目標等稠密バイアス特性１との残留不整合を示す。孤立したピッチには、最大約３ｎｍの非消失スルーピッチ不整合があるという問題がある。発明者は、投影ビームの放射エネルギのスペクトル分布が、等稠密バイアス特性にとって重要なパラメータであることを発見した。最高級システムのＮＡ＝０．７５のシステムとのレーザビームスペクトルピークの帯域幅の差が、等稠密バイアス特性１と２との不整合の主要因である。本発明は、次の洞察にもとづいている。すなわち有限レーザ帯域幅による像のコントラスト損という現象が、露光開始後および露光終了前に前記概念的像表面のパターンの少なくとも一部の像と基板の目標部分の対応する像との間のＺ方向（図１参照）に沿った距離を変更することにより、シミュレートすることができるということである。この実施形態のＺ方向とは、投影システムＰＬの光軸に平行で、投影レンズの概念的像表面に対して（ほぼ）直角である。Ｚ方向に沿って前記距離を変化させると、レジスト層の露光終了時に得られるようなパターンの像のコントラスト損が制御される。このような方法で模様のパターンの像を生成することにより、等稠密バイアス特性の整合が可能である。図４は、パターンの像の制御されたコントラスト損を生成する体系を概略的に示す。マスクＭＡ上のパターンの部分ＦＥは、概念的像表面ＩＰにパターンＦＥ’として描像される。部分ＦＥは、パターンの形態のグループを有することができ、これは走査ステップ式リソグラフィ投影装置を使用して基板Ｗ上に投影する。マスクＭＡは、基板Ｗの頂部にある放射線感光層を露光する間に、方向４１で走査する。ウェハＷは方向４１で走査する。最初に、形態グループＦＥは投影レンズＰＬに対する位置４２１にある。走査中に、形態グループＦＥはそれぞれ位置４２２および４２３を横断する。これらの位置のいずれかで、投影ビームＰＢで照明する。位置４２１、４２２および４２３におけるパターンを、それぞれ位置４２１’、４２２’および４２３’で目標区域に投影する。位置４２１’、４２２’および４２３’における露光が合計して単一動的露光になるよう、基板テーブル（図示せず）で支持した基盤ＷおよびマスクテーブルＭＴ（図示せず）で支持したマスクＭＡを、上記で説明したように同時に走査する。基板テーブルの走査方向を、走査方向４３に直角の軸線の周囲で最良の焦点像面ＩＰに対して角度４４傾斜させる。その結果、露光中に、像面ＩＰに対してほぼ直角であるＺ方向に沿ってパターンの部分ＦＥの（像面ＩＰにおける）像ＦＥ’と基板の目標部分における対応する像との間の距離が、位置４２１’における有限値から位置４２２’でほぼゼロに、位置４２３’では再び有限値へと変化する。パターンＦＥの部分の露光が終了したら、その結果生じたＦＥの単一動的露光の制御し、集積したコントラスト損を得る。同様に、パターンの任意の他の部分も、投影および露光中に同じ制御下コントラスト損を受ける。その結果、ＦＥが部分を形成するパターンを使用してリソグラフィ装置上で実行されるリソグラフィプロセスの等稠密バイアス特性を調節する。本発明により最高級装置の等稠密バイアス特性を調節した結果を、図５に示す。グラフ１（ＮＡ＝０．７５のシステムの等稠密バイアス特性）は、ＮＡ＝０．７５のシステムと同じσ設定で動作する最高級装置の等稠密バイアス特性であり、走査方向４３が像面ＩＰに対して４８マイクロラジアン傾斜しているグラフ５２の影に実際的には隠れている。参考のために、基板を保持する基板テーブルのゼロ傾斜に関して元の等稠密バイアス特性２も示す。同様に、グラフ５３は、７８マイクロラジアンという走査方向の傾斜について等稠密バイアス特性を示し、これはこの場合、過剰補正となるが、方法が極めて効果的であることを明白に示す。図６は、等稠密バイアス特性の残留不整合を示す。グラフ６２は参考として働き、等稠密バイアスの不整合がない状態で、それぞれＮＡ＝０．８５およびＮＡ＝０．７５で動作するリソグラフィプロセス間の不整合を表す。グラフ６３は、上記で説明したように４８マイクロラジアンという基板走査方向の傾斜を通して獲得された等稠密バイアス特性に関して、この実施形態の残留不整合を示す。

図６は、本発明の重要性を明白に示す。図６のグラフ６３のピッチ依存性は、図３のグラフ３３のピッチ依存性より小さく、滑らかであり、したがって上記で説明したように制御されたコントラスト損を使用した等稠密バイアスの整合は、σ設定を使用する整合より好ましい。本発明による方法では、残留不整合が図３に示した不整合に対して大幅に減少する。本発明では、３倍の整合の改善が実証されている。本実施形態に残留不整合があってもそれは図６のグラフ６３で示すように、１ｎｍのオーダーである。グラフ６４は、基板走査方向の７５マイクロラジアンの傾斜について上述した「過剰補正」整合を示す。本実施形態による方法のさらなる重要な利点は、プロセスウィンドウに重大な影響を及ぼさないよう傾斜角度４４が十分に小さいことである。特に、露光寛容度には影響がない。本発明は、最大でほぼ作業時焦点深さ（例えば最善焦点表面の上下３００ｎｍ）の焦点ずれ範囲内で実行される露光に使用する像の好ましく誘発されたコントラスト損またはＮＩＬＳ損に対処し、これを活用するので、後者の利点は本実施形態を制限するものではなく、その実施形態のいずれでも本発明の特徴となる。

（上記のようにリソグラフィ投影装置が走査ステップ式装置である）方法の本実施形態の代替版は、パターン付与手段およびパターン付与手段の走査方向を傾斜させることにより目標部分の走査露光中にＺ方向に沿った距離を変更するため、走査方向で前記概念的像表面の傾斜を誘発することを含む。これは図７で図示され、ここで前記誘発された傾斜を角度４４１で示す。概念的像表面ＩＰは、図７で概略的に示すように、傾斜したマスクＭＡ上のパターンに（描像を通して）関連する最良の焦平面である。傾斜したマスクは、パターンを担持するマスク表面に平行な傾斜方向４１１で移動可能である。マスクＭＡの傾斜とそれに対応する概念的像面ＩＰの誘発された傾斜４４１との関係は、Ｓｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇ条件によって与えられた第一近似に対するそれである。

本発明の実施形態によると、図８で示すように等稠密バイアス特性を操作する追加の自由度は、目標区域の露光中に投影システムＰＬに対して図８の矢印８１によって概略的に示したＺ方向に沿った変位を、基板Ｗを保持する基板テーブルＷＴに適用することによって提供することができる。変位８１は、投影システムＰＬの像表面に対してほぼ直角であり、焦点ずれの結果として誘発されたコントラスト損を提供する。焦点ずれは、基板Ｗ上の目標部分を有する表面に対して投影システムの像面の位置を変化させた結果であり、それにより前記像面が、マスクＭＡ上のマスクパターンを有する表面に光学的に共約である。この位置変更は、前記概念的像表面ＩＰにおけるパターンの少なくとも一部の像と基板の目標部分にある対応する像との間の（実施例１で前述したような）前記距離をＺ方向に沿って実現する。後者の距離を以下ではＤＺと呼ぶ。

同様に、代替方法として図８の矢印８０で概略的に示したＺ方向沿いの変位を、パターン付与手段ＭＡを支持する支持構造ＭＴに適用することができる。

あるいは、基板テーブルＷおよび支持構造ＭＴとの両方を、これがＺ方向に沿って変位可能であるよう配置構成することができ、Ｚ方向に平行な変位８０および８１は、マスクパターンおよび目標部分をそれぞれ有する表面が、精密には相互に光学的に共役しない（したがって焦点ずれ、したがってコントラスト損が誘発される）方法で選択することができる。

前記変位８０および／または８１は、露光中にＤＺ＝ＤＴ（ｔ）で与えられる距離ＤＺの予め選択された時間依存性（露光中）に従う連続運動として実施することができ、ここでｔは時間を表す。例えば、基板ホルダがＺ方向に沿って周期運動（振動）する結果、時間の関数としてＤＺの対応する周期的時間依存性ＤＺ（ｔ）が生じる。運動（例えば時間の正弦関数、つまり三角関数による運動）の正確な周期的形状の選択が、露光中に統合された露光目標部分の各部分が経験するような距離ＤＺの分布を決定する。この距離ＤＺの分布をＤＤＺとし、ＤＤＺは値ＤＺの関数である。ＤＤＺは、ＤＺの各値について目標部分に送出される統合露光エネルギの尺度である。ＤＤＺは、ＤＺ（ｔ）を逆転することにより獲得される関数ｔ（ＤＺ）のＤＺに対する導関数によるＤＺの関数として変動する。前記導関数はｔ’（ＤＺ）とされ、その結果、ｔ’（ＤＺ）は分布ＤＤＺ（ＤＺ）の「形状」を表す。ＤＤＺ（ＤＺ）の特定の形状は、その結果生じる平均コントラスト損に対応する方法で影響を及ぼし、したがってこの形状を設計パラメータまたは制御パラメータとして使用し、前記コントラスト損を調節する（したがってその結果生じる等稠密バイアス特性を調節）することができる。例えば、時間の正弦関数に従う運動の結果、図９で概略的に示すように、関数
によって特徴付けられるＤＤＺの平方根分の１に似た形状になる。

あるいは、Ｚ方向に沿った距離の前記変化は、露光中に一定である変化率で構成することができ、その結果、実施例１の場合と同様にＤＤＺ（ＤＺ）が均一に分布する。例えばノコギリの歯形の運動を実施することができる。放射線ソースとしてパルス状レーザを使用する場合は、断続的運動を使用し、パルス間で、または１つまたは複数のパルスの放射線に露光中に、またはその両方の場合で変位を実行することができる。このタイプの運動では、その後の複数の位置への基板の位置決めを、予め選択したＺ位置の分布に従い構成することができる。例えば、選択肢は、この場合も設計パラメータまたは制御パラメータとして分布のタイプを使用し、その結果生じた等稠密バイアス特性を調節して、ガウス分布ＤＤＺ（ＤＺ）を効果的に実現するよう選択することができる。

実施例３は実施例Ｗと同じであり、目標区域の露光中にレジスト塗布基板を保持する基板テーブルおよび／またはパターン付与手段を支持する支持構造をＺ方向に沿って移動し、これによって変位が周期的運動（振動）になるが、ただしこの実施形態は特に走査ステップ式装置に適切である。一般的に、基板レベルでの露光エネルギは、目標部分の１点で経験するように、露光中に一定でない。これは、照明システムによって生じるシャドー効果により、およびレーザ放射線のパルス動作により、走査方向で変動することがある。したがって、前記距離の周期的変化は、目標部分の走査露光中に複数の周期を有し、したがって目標部分の走査方向にある線上の異なる点が、平均してＤＺの関数として同じ積分露光エネルギを経験する。その結果、走査方向で平均コントラスト損の均一性が改善され、したがって等稠密バイアス特性の制御が改善される。

以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実践できることが理解される。本説明は本発明を制限する意図ではない。

本発明の実施形態によるリソグラフィ装置を示したものである。 照明システムの様々な設定の等稠密バイアス特性を示したものである。 照明システムの様々な設定について等稠密バイアスの残留不整合を示したものである。 スキャナを使用してコントラスト損を導入する体系を概略的に示したものである。 コントラスト損の様々な設定の等稠密バイアス特性を示したものである。 コントラスト損の様々な設定について等稠密バイアスの残留不整合を示したものである。 スキャナを使用してコントラスト損を導入する代替体系を概略的に示したものである。 目標区域の露光中における基板テーブルおよび支持構造の投影システムに対する変位を示したものである。 露光を通じて集積された露光目標部分の各部品が経験するような距離ＤＺの分散を概略的に示したものである。

Claims (15)

1. 少なくとも部分的に放射線感光層で覆われた基板を、リソグラフィ投影装置を使用して露光する方法であって、
   前記リソグラフィ投影装置は、
   放射線の投影ビームを提供する照明システムと、
   前記投影ビームの断面にパターンを与える働きをするパターン付与手段を支持する支持構造と、
   基板を保持する基板テーブルと、
   パターンの像を基板の目標部分に投影する投影システムと、を有し、
   前記方法は、前記放射線感光層に前記像を露光するステップを有し、
   露光するステップは、露光の開始後及び露光の終了前に、等稠密バイアス特性を改造するために目標部分で前記像のコントラスト損を誘発することを特徴とする方法。
2. 前記像のコントラスト損の前記誘発は、前記投影システムの概念的像表面に対してほぼ直角であるＺ方向に沿って、前記パターンの像と前記概念的像表面での対応する像との間の距離を変化させることを含む、請求項１に記載の方法。
3. リソグラフィ装置は、基板を保持する基板テーブルをＺ方向に沿って移動させる手段を更に有し、Ｚ方向に沿った前記距離変化は、基板テーブルのＺ方向に沿った位置を変化させることを含む、請求項２に記載の方法。
4. リソグラフィ装置は、Ｚ方向に沿ってパターン付与手段を移動させる手段を更に有し、Ｚ方向に沿った前記距離変化は、Ｚ方向に沿ってパターン付与手段の位置を変化させることを含む、請求項２に記載の方法。
5. Ｚ方向に沿った前記距離変化は、前記距離の周期的変化である、請求項２乃至請求項４のうち何れか１項に記載の方法。
6. Ｚ方向に沿った前記距離変化は、一定である変化率で構成される、請求項２乃至請求項４のうち何れか１項に記載の方法。
7. Ｚ方向に沿った前記距離変化は、断続的運動として構成される、請求項２乃至請求項４のうち何れか１項に記載の方法。
8. 前記距離変化は、Ｚ位置のガウス分布に従い基板を位置決めすることを含む、請求項７に記載の方法。
9. リソグラフィ投影装置は走査ステップ式装置であり、前記基板は走査方向に沿って移動可能であり、Ｚ方向に沿った前記距離変化は、走査方向で概念的像表面に対して前記走査方向及び前記目標部分を傾斜させることを含む、請求項２に記載の方法。
10. リソグラフィ投影装置は走査ステップ式装置であり、前記基板は走査方向に沿って移動可能であり、Ｚ方向に沿った前記距離変化は、前記距離の周期的変化であり、これは目標部分の走査露光中に複数の周期を有して、走査方向での平均コントラスト損の改善された均一性を提供する、請求項２に記載の方法。
11. リソグラフィ投影装置は走査ステップ式装置であり、前記パターン付与手段は走査方向に沿って移動可能であり、
    前記方法は、目標部分の走査露光中にパターン付与手段及びパターン付与手段の走査方向を傾斜させることにより、Ｚ方向に沿った前記距離変化のために、走査方向で前記概念的像表面の傾斜を誘発することを含む、請求項２に記載の方法。
12. 等稠密バイアス特性と目標等稠密バイアス特性との間の差を最小にするステップを更に含む、請求項１乃至請求項１１のうち何れか１項に記載の方法。
13. 前記距離変化は、２０ｎｍから５０ｎｍの間の距離変化を含む、請求項２乃至請求項１２のうち何れか１項に記載の方法。
14. リソグラフィ投影装置であって、
    放射線の投影ビームを提供する照明システムと、
    前記投影ビームの断面にパターンを与える働きをするパターン付与手段を支持する支持構造と、
    基板を保持する基板テーブルと、
    パターン付与したビームを基板の目標部分に投影するため概念的像表面を有する投影システムと、
    目標等稠密バイアス特性と、リソグラフィ投影装置で実行されるプロセスの等稠密バイアス特性とを表すデータを記憶するメモリデバイスと、
    等稠密バイアス特性及び目標等稠密バイアス特性を表す前記データに基づいて、前記概念的像表面にほぼ垂直なＺ軸方向に沿って前記概念的像表面に対する基板テーブルの位置の変化と、前記概念的像表面にほぼ平行で走査方向にほぼ垂直な軸線を中心とする基板テーブルの回転方位の変化とのうち少なくとも一方を有する１つまたは複数の装置パラメータ設定の変化を決定し、かつ前記１つまたは複数の装置パラメータ設定の変化を適用するために、構築され配置された制御装置と、
    を備えるリソグラフィ投影装置。
15. 前記メモリデバイスは、複数の目標等稠密バイアス特性と、リソグラフィ投影装置で実行されるプロセスを表す１つの等稠密バイアス特性とを表すデータを記憶するよう構成され、
    前記リソグラフィ投影装置は、前記装置パラメータ設定の変更の決定と、前記１つまたは複数の装置パラメータ設定の変更の適用とともに使用するため、前記複数の目標等稠密バイアス特性の１つを選択するよう構成され、配置されたユーザインタフェースモジュールを有することを特徴とする、請求項１４に記載のリソグラフィ投影装置。