JP2010267963A - リソグラフィ装置及びデバイス製造方法におけるアライメントの改良 - Google Patents

Abstract

【課題】投影される像と基板とを正確に位置合わせする。
【解決手段】リソグラフィ装置において基板が像に対し走査されるときに、基板に露光されるべき像の精密パターンに比べて走査機構は粗い精度を持つ。像と基板とがある時点で位置合わせされることを保証するために、基板テーブル、または例えばマスクテーブル等の像を位置合わせするデバイスに振動が与えられる。位置合わせ誤差の最大値に応じて振動周波数が選択される。放射パルスの周波数は像と基板とが最も正確に位置合わせされるよう調整される。像の放射パルスのタイミングは、振動が与えられていない場合に正確な位置合わせを実現するよう調整されていてもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、リソグラフィ装置及びデバイス製造方法に関する。本発明は特に、パターン付き放射ビームの経路への基板またはウェーハの位置合わせに関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板、通常は基板の目標部分に転写する機械である。リソグラフィ装置は例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いられる。この場合、例えばマスクまたはレチクルとも称されるパターニングデバイスが、集積回路の各層に対応した回路パターンを形成するために使用され得る。このパターンが基板（例えばシリコン基板）の（例えばダイの一部、あるいは１つまたは複数のダイからなる）目標部分に転写されることになる。パターンの転写は典型的には、基板に塗布された放射感応性材料（レジスト）層への像形成により行われる。一般に一枚の基板にはネットワーク状に隣接する一群の目標部分が含まれ、これらは連続的にパターン形成される。公知のリソグラフィ装置にはいわゆるステッパとスキャナとがある。ステッパにおいては、目標部分にパターン全体が一度に露光されるようにして各目標部分は照射を受ける。スキャナにおいては、所与の方向（スキャン方向）に放射ビームによりパターンを走査するとともに基板をスキャン方向に平行または逆平行に走査するようにして各目標部分は照射を受ける。また、パターンを基板にインプリントすることにより、パターニングデバイスから基板にパターンを転写することも可能である。

パターンの走査は公知の「ミアンダ（蛇行）」に従っていてもよい。走査ステージがこの経路をとることにより目標部分の全体を走査し露光することを保証することができる。

基板上の正しい位置を露光するためには、マスクと基板とが位置合わせされていなければならない。すなわち、基板上の製品位置の精度を決める１つの要因は上述のように、パターンを露光しているときの基板とパターニングデバイスとの相対位置である。特に、露光時における基板上のパターン像の位置精度（または精度不良）は、基板表面にパターニングデバイスを通じて放射ビームが照射されるまさにその瞬間における基板支持部とパターニングデバイス支持部との相対位置誤差に依存する。位置誤差は、オーバレイ（すなわち、露光されたある層と別の層との位置精度）、及びクリティカルディメンション均一性（すなわち、基板表面の製品構造の幅）に影響する。

ところが位置誤差は常に存在する。というのは、マスク（テーブル）及び基板（支持部）の運動が露光放射よりも低速であるからである。基板またはパターニングデバイスを支持する支持部（またはテーブル）は、最小の位置誤差かつ定速で移動するよう制御されている。このとき放射（通常レーザで構成されるが）はパルスを一定の周波数（パルス反復速度）で打っている。機械デバイスにおいては予想外の動きが生じ得る。それがちょうど放射タイミングで生じた場合には、放射ビームが正確な位置にあるにもかかわらず、その瞬間にマスク及び基板は完全には位置合わせされていないことになる。

基板に露光されるパターンをより小さく、より精密にするという要求は日々厳しくなっている。製品が微細化されるにつれて、基板テーブルとパターニングデバイステーブルとの相対移動への要求も厳しくなっており、誤差要因となりつつある。言い換えれば、支持部の位置誤差を、狭くなりつつある許容範囲内に収めることがますます難しくなってきている。その理由の１つは、支持部（またはテーブル）が機械要素であるために、瞬間的な再位置決めまたは超高速移動が許されないからである。加えて、電気要素における音響またはノイズ等の外乱力により実現可能な精度が制限される。ところが、パターニングデバイスを支持する支持部と基板を支持する支持部の両方が放射パルス中に（すなわち基板表面にパターンを露光しているときに）位置合わせされている必要があり、この位置合わせにおいて誤差が生じ得るのである。この誤差は、電子部品に起因する音響的振動や機械的振動に応答して上述の支持部の１つに生じる意図せざる運動をしばしば原因としている。

放射パルス、（支持部上の）パターニングデバイス、及び（支持部上の）基板の正確な位置合わせが保証されることが好ましい。また、投影される像と基板との正確な位置合わせが保証されることが好ましい。

本発明の一態様によれば、放射ビームを調整する照明系と、放射ビーム断面にパターンを与えてパターン付きの放射ビームを形成するパターニングデバイスを支持するための支持部と、基板を保持するための基板テーブルと、パターンが与えられた放射ビームを基板の目標部分に投影する投影系と、投影系の光軸に垂直な制御された振動をパターニングデバイスの支持部及び基板テーブルの少なくとも一方に与える振動装置と、を備えるリソグラフィ装置が提供される。

この制御された振動は、その振動による運動中のある時点において基板の目標部分にパターン付き放射ビームが位置合わせされる確率が高まるように与えられる。

本発明の一態様によれば、放射ビームを調整する照明系と、放射ビーム断面にパターンを与えてパターン付きの放射ビームを形成するパターニングデバイスを支持するための支持部と、基板を保持するための基板テーブルと、パターンが与えられた放射ビームを基板の目標部分に投影する投影系と、を備えるリソグラフィ装置が提供される。このリソグラフィ装置は、パターン付き放射ビームと基板の目標部分との相対位置を検出する相対位置検出器をさらに備える。照明系は、パターン付き放射ビームと基板の目標部分との相対位置のずれ量が最小となるタイミングに調整されたパルスを放射ビームに与える。

本発明の一態様によれば、パターンが与えられた放射ビームを基板に投影する方法が提供される。この方法は、投影されるパターン付き放射ビームと基板との間に制御された振動的相対運動を与えることを含む。振動的相対運動は、投影されるパターン付き放射ビームの投影方向に垂直な方向の運動である。

本発明の一態様によれば、デバイス製造方法が提供される。この方法は、パターンが与えられた放射ビームを基板に投影することと、パターン付き放射ビームが投影される基板に対しパターン付き放射ビームの像をパターン付き放射ビームの投影方向とは垂直方向に振動させることとを含む。この方法に従って製造されたデバイスがさらに提供されてもよい。

本発明の実施形態が以下に説明されるがこれらは例示に過ぎない。この説明に用いられる参照符号は各図面において対応する部分を指し示す。

本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を示す図である。 本発明の２つの実施例に係るリソグラフィ装置の一部を示す図である。 本発明の一実施形態に係り、基板支持部の変位の時間変化を示すグラフである。 本発明の更なる一実施形態に係り、基板支持部の変位の時間変化を示すグラフである。

図１は、本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を模式的に示す図である。この装置は、
−放射ビームＢ（例えばＵＶ放射またはＥＵＶ放射）を調整するよう構成されている照明系（イルミネータ）ＩＬと、
−パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するよう構成され、いくつかのパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置決めするよう構成されている第１の位置決め装置ＰＭに接続されている支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
−基板（例えばレジストでコーティングされたウエーハ）Ｗを保持するよう構成され、いくつかのパラメータに従って基板を正確に位置決めするよう構成されている第２の位置決め装置ＰＷに接続されている基板テーブル（例えばウエーハテーブル）ＷＴと、
−パターニングデバイスＭＡにより放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗの（例えば１つまたは複数のダイからなる）目標部分Ｃに投影するよう構成されている投影系（例えば屈折投影レンズ系）ＰＳと、を備える。

照明系は、放射の方向や形状の調整またはその他の制御用に、各種の光学素子例えば屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子または他の各種光学部品を含んでもよく、あるいはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。

支持構造はパターニングデバイスを支持、すなわちその荷重を支える。支持構造は、パターニングデバイスの向きやリソグラフィ装置の構成、あるいはパターニングデバイスが真空環境下で保持されるか否かなどの他の条件に応じた方式でパターニングデバイスを保持する。支持構造においてはパターニングデバイスを保持するために、機械的固定、真空固定、静電固定、または他の固定用技術が用いられる。支持構造は例えばフレームまたはテーブルであってよく、必要に応じて固定されていてもよいし移動可能であってもよい。支持構造は、パターニングデバイスを例えば投影系に対して所望の位置に位置決めできるようにしてもよい。本明細書では「レチクル」または「マスク」という用語を用いた場合には、より一般的な用語である「パターニングデバイス」に同義であるとみなされるものとする。

本明細書では「パターニングデバイス」という用語は、例えば基板の目標部分にパターンを形成すべく放射ビームの断面にパターンを付与するために使用され得るいかなるデバイスをも指し示すよう広く解釈されるべきである。放射ビームに与えられるパターンは、基板の目標部分に所望されるパターンと厳密に対応していなくてもよい。このような場合には例えば、放射ビームのパターンが位相シフトフィーチャあるいはいわゆるアシストフィーチャを含む場合がある。一般には、放射ビームに付与されるパターンは、目標部分に形成される集積回路などのデバイスの特定の機能層に対応する。

パターニングデバイスは透過型であっても反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、例えばマスクやプログラマブルミラーアレイ、プログラマブルＬＣＤパネルなどがある。マスクはリソグラフィの分野では周知であり、バイナリマスクやレベンソン型位相シフトマスク、ハーフトーン型位相シフトマスク、更に各種のハイブリッド型マスクが含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例としては、小型のミラーがマトリックス状に配列され、各ミラーが入射してくる放射ビームを異なる方向に反射するように個別に傾斜されるというものがある。これらの傾斜ミラーにより、マトリックス状ミラーで反射された放射ビームにパターンが付与されることになる。

本明細書では「投影系」という用語は、使用される露光光あるいは液浸や真空の利用などの他の要因に関して適切とされるいかなる投影系をも包含するよう広く解釈されるべきである。投影系には例えば屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系、磁気的光学系、電磁気的光学系、静電的光学系、またはこれらの任意の組み合わせなどが含まれる。以下では「投影レンズ」という用語は、より一般的な用語である「投影系」と同義に用いられ得る。

ここに説明されるのは、（例えば透過型マスクを用いる）透過型のリソグラフィ装置である。これに代えて、（例えば上述のようなプログラマブルミラーアレイや反射型マスクなどを用いる）反射型のリソグラフィ装置を用いることもできる。

リソグラフィ装置は２つ以上（２つの場合にはデュアルステージと呼ばれる）の基板テーブル（及び／または２つ以上のマスクテーブル）を備えてもよい。このような多重ステージ型の装置においては追加されたテーブルは並行して使用されるか、あるいは１以上のテーブルで露光が行われている間に他の１以上のテーブルで準備工程を実行するようにしてもよい。

リソグラフィ装置は、基板の少なくとも一部が液体で覆われるものであってもよい。この液体は比較的高い屈折率を有する例えば水などの液体であり、投影系と基板との間の空隙を満たす。液浸露光用の液体は、例えばマスクと投影系との間などのリソグラフィ装置の他の空間に適用されるものであってもよい。液浸技術は投影系の開口数を増大させる技術として周知である。本明細書では「液浸」という用語は、基板等の構造体が液体に完全に浸されているということを意味するのではなく、露光の際に投影系と基板との間に液体が存在するということを意味するに過ぎない。

図１に示されるようにイルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。例えば光源がエキシマレーザである場合には、光源とリソグラフィ装置とは別体であってもよい。この場合、光源はリソグラフィ装置の一部を構成しているとはみなされなく、放射ビームは光源ＳＯからイルミネータＩＬへとビーム搬送系ＢＤを介して受け渡される。ビーム搬送系ＢＤは例えば適当な方向変更用のミラー及び／またはビームエキスパンダを含んで構成される。あるいは光源が例えば水銀ランプである場合には、光源はリソグラフィ装置に一体に構成されていてもよい。光源ＳＯとイルミネータＩＬとは、またビーム搬送系ＢＤが必要とされる場合にはこれも合わせて、放射系または放射システムと総称される。

イルミネータＩＬは放射ビームの角強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを備えてもよい。一般には、イルミネータの瞳面における強度分布の少なくとも半径方向外径及び／または内径の大きさ（通常それぞれ「シグマ−アウタ（σ−ｏｕｔｅｒ）」、「シグマ−インナ（σ−ｉｎｎｅｒ）」と呼ばれる）が調整される。加えてイルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の要素を備えてもよい。イルミネータはビーム断面における所望の均一性及び強度分布を得るべく放射ビームを調整するために用いられる。

放射ビームＢは、支持構造（例えばマスクテーブルＭＴ）に保持されるパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に入射して、当該パターニングデバイスによりパターンが付与される。マスクＭＡを通過した放射ビームＢは投影系ＰＳに進入する。投影系ＰＳはビームを基板Ｗの目標部分Ｃに投影する。第２の位置決め装置ＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉計、リニアエンコーダ、静電容量センサなど）により基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。基板テーブルＷＴは例えば放射ビームＢの経路に異なる目標部分Ｃを順次位置決めするように移動される。同様に、第１の位置決め装置ＰＭと他の位置センサ（図１には明示せず）とにより放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。この位置決めは例えばマスクライブラリからのマスクの機械的交換後や露光走査中に行われる。一般にマスクテーブルＭＴの移動は、第１の位置決め装置ＰＭの一部を構成するロングストロークモジュール（粗い位置決め用）及びショートストロークモジュール（精細な位置決め用）により実現される。同様に基板テーブルＷＴの移動は、第２の位置決め装置ＰＷの一部を構成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールにより実現される。ステッパでは（スキャナとは逆に）、マスクテーブルＭＴはショートストロークのアクチュエータにのみ接続されているか、あるいは固定されていてもよい。マスクＭＡと基板Ｗとは、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を用いてアライメントされてもよい。図においては基板アライメントマークが専用の目標部分を占拠しているが、アライメントマークは目標部分間のスペースに配置されてもよい（これはスクライブライン・アライメントマークとして公知である）。同様に、マスクＭＡに複数のダイがある場合にはマスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。

図示の装置は例えば次のうちの少なくとも１つのモードで使用され得る。
１．ステップモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンの全体が１回の照射（すなわち単一静的露光）で目標部分Ｃに投影される間、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは実質的に静止状態とされる。そして基板テーブルがＸ方向及び／またはＹ方向に移動されて、異なる目標部分Ｃが露光される。ステップモードでは露光フィールドの最大サイズが単一静的露光で転写される目標部分Ｃのサイズを制限することになる。
２．スキャンモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間（すなわち単一動的露光の間）、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期して走査される。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影系ＰＳの拡大（縮小）特性及び像反転特性により定められる。スキャン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での目標部分の（非走査方向の）幅を制限し、スキャン移動距離が目標部分の（走査方向の）長さを決定する。
３．別のモードにおいては、マスクテーブルＭＴがプログラム可能パターニングデバイスを保持して実質的に静止状態とされ、放射ビームＰＢに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間、基板テーブルＷＴが移動または走査される。このモードではパルス放射源が通常用いられ、プログラム可能パターニングデバイスは、基板テーブルＷＴの毎回の移動後、または走査中の連続放射パルス間に必要に応じて更新される。この動作モードは、上述のプログラマブルミラーアレイ等のプログラム可能パターニングデバイスを利用す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。

上記で記載したモードを組み合わせて動作させてもよいし、各モードに変更を加えて動作させてもよいし、さらに全く別のモードでリソグラフィ装置を使用してもよい。

上述のモードのいずれが本発明の実施形態に適用されてもよい。一実施形態は放射ビームを形成するレーザパルスのタイミングに関する。そのタイミングは、パターニングデバイスにより実現される像と基板の目標部分とが位置合わせされるときにレーザパルスが発せられるように制御される。本発明の一実施形態は、放射ビームのパルスタイミングとともにパターニングデバイスと基板との相対位置を制御することに関する。この制御により、基板に露光されるパターン像が可能な限り正確に位置決めされる。この制御はフィードバック制御ループまたはフィードフォワード制御ループにより実行されてもよい。基板テーブルＷＴまたはパターニングデバイスの支持構造ＭＴ（例えばマスクテーブル）のいずれか一方またはこれら両方は、基板の全面にパターンを露光するために移動されてもよい（例えば、ミアンダ（蛇行経路）に沿って走査されてもよいし、複数の静止位置をステップ移動してもよい）。この移動中に（または静止位置においても）誤差が導入されうる。具体的には、支持構造ＭＴまたは基板テーブルＷＴを移動させるためのロングストロークアクチュエータまたはショートストロークアクチュエータによる移動は、正確に露光されるべき微小パターンまたは精密パターンほど十分な精度をもたない場合がある。

典型的には、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは、大質量をもつ複雑な機械構造物である。これらは微小距離移動される。また、内部共振を有する。２つのテーブルＭＴ、ＷＴの位置は、（多自由度を考慮し）各テーブルの実位置を（例えば干渉計を使用して）測定し、予め設定されたモーションセットポイント（設定点）に対し測定位置を比較することにより制御される。マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴの位置は通常放射ビームのパルスレートとは独立した頻度で測定される。例えば、２つのテーブルＭＴ、ＷＴの位置は５ｋＨｚのレートで測定される一方、放射ビームパルスは５ｋＨｚの周波数を有する。これらの位置に誤差が検出された場合には、補正アクチュエータ力を生成し、２つのテーブルの少なくとも一方を移動させることで誤差を最小化する。しかし、（大質量を高速に加速可能である必要のある）アクチュエータを使用して大質量を微小距離移動させ位置誤差を最小化することは、あるレベルの最小誤差以下では困難である。また、テーブルＭＴ、ＷＴの移動には他の原因もある。テーブルの移動は、加速のための大きな力に起因する振動（バイブレーション）、音響的振動（走査移動による空気圧力変動）、または、センサや増幅器のノイズである場合がある。本発明はこれらの困難を解決しようとするものである。

基板を露光するために使用される放射は通常レーザであるので、以下で説明する放射パルスはレーザパルスまたはレーザ発光であってもよい。典型的には、レーザパルス周波数は４ｋＨｚ以上であり、基板支持部の走査速度は５００ｍｍ／秒のオーダである。典型的なスリット幅は例えば５ｍｍであり、１つのパターンは部分ごとに０．０１秒露光され、ここには４０回程度のレーザパルスが含まれる。

本発明の一実施形態においては、レーザパルスのタイミングを追加の変数として変化させて、露光中の基板上の（パターン）像の位置を改善する。基板がマスクに（許容範囲内で）位置合わせされているときに限りレーザが発射される。これが実用的である状況は、もとのレーザパルスタイミングの「近傍」においてテーブル位置誤差（すなわちマスクテーブルと基板テーブルとの位置ずれ）がゼロとすることが（位置合わせ誤差を調整することなく）可能であるのが確実であると言える場合である。予定されていた時点と異なる時点においてマスクテーブルと基板テーブルとが位置合わせされる場合にはレーザパルスタイミングを早めたり遅めたりしてもよい。しかし、一実施形態においてはレーザパルスタイミングはスループット（すなわち、基板の目標部分の露光所要時間）を低下させないよう所定のマージンの範囲内で早めたり遅めたりしてもよい。

レーザパルスタイミングを可変とすることを活用するために、本発明の一実施形態はさらに、一方または両方のテーブルを振動（オシレーション）させることに関する。このオシレーションによって、マスクテーブルと基板テーブルとがオシレーション中のある時点及び空間位置において完璧に位置合わせされる確率を高めることができる。このオシレーション中における時点及び空間位置でレーザパルスが発せられる。これによりスループットを改善することが可能である。系においてオシレーションを与えないときに要するであろうマージンよりも小さいマージンの範囲でレーザパルスを早めたり遅らせたりすればよくなるからである。

オシレーションを与えるということは、制御された振動をパターン付き放射ビームまたは基板のいずれかに与えてこれら二者間に相対的な振動（オシレーション）を生成するということである。オシレーションは、制御された周期運動または摂動をテーブルまたは放射ビームに導入することにより誘起されてもよい。摂動は既存の運動に付加されてもよい。例えば、基板の（放射ビームに対する）ミアンダにオシレーションが誘起されてもよい。このミアンダは、放射ビームをある位置に保持するとともに、基板を支持する基板テーブルを蛇行経路で移動させることにより実行されてもよい。そしてオシレーションがこのミアンダ運動に重ね合わされてもよい。あるいはオシレーションが放射ビームに適用されてもよい。オシレーションは単なるバイブレーション以上のものである。バイブレーションは通常制御されていないからである。つまり、ある振幅が当初設定され、その振動により共振を発見することができる。一方、本発明で適用されるオシレーションは注意深く制御されており、予め設定された一定の周波数を有する。この周波数は、振動される装置またはテーブルの最大周波数誤差に関連付けられており、レーザパルスの周波数にも関連付けられている。

すなわち、相対テーブル誤差（すなわち投影像に対する基板テーブルの位置誤差）をできるだけゼロに近づけるために、正弦波振動が公称レーザ反復レート（例えば４ｋＨｚ）で投影像（または像に相対的に基板に）に適用されてもよい。この追加された正弦波振動または正弦波運動のタイミングは、毎回の公称のレーザパルスの瞬間において追加正弦波運動がゼロクロスをするように定められる。ゼロクロスとは図３及び図４等に示される正弦波のグラフが正弦波振動の最大値と最小値との中間を表すゼロのラインに交差することを言う。このゼロクロスにおいてテーブル又は装置の移動速度は最大となる。また、位置外乱がないとすれば、ゼロクロスは２つのテーブルＭＴ、ＷＴが（好ましくは完全に）位置合わせされる位置を示す（ゼロクロスは正弦波の極大と極小とが切り替わる中間地点である）。位置外乱がある場合には、ゼロクロス以外の正弦波上の位置でテーブルＭＴ、ＷＴが位置合わせされ（ゼロクロスが実質的に移動されるとも言える。図３及び図４参照。）、レーザパルスのタイミングを２つのテーブルが位置合わせされたとき（すなわち移動された新たなゼロクロス）に一致させることができる。

付加される振動（オシレーション）または正弦波運動の振幅は、最大相対テーブル誤差の振幅の２倍乃至１０倍である。最大相対テーブル誤差は例えば１０ｎｍ以内である。この場合には、付加振動は４ｋＨｚの周波数で２０ｎｍ乃至１００ｎｍの振幅を有してもよい。オシレーションは、その継続時間が基板の目標部分への露光時間よりも相当短くなるよう制御される。例えば、１回の露光がおよそ６０ｍｓである場合にシステムに付与されるオシレーション周期は０．２５ｍｓ以下である。より重要なのは、オシレーション周期を公称レーザパルス発射周波数に実質的に同等にすることである。

オシレーションは、マスクテーブルまたは基板テーブルに付加信号を導入することにより誘起される。これを図２を参照して以下に説明する。オシレーションは、振動する平坦なプレートを使用して放射ビームに与えられてもよい。反射投影光学系または反射屈折投影光学系を用いるリソグラフィ装置においては反射器を振動させることにより放射ビームにオシレーションを与えるようにしてもよい。

図２は、図１に示すリソグラフィ装置の一部を示す図である。具体的には、図示される放射源ＳＯはレーザパルスを送出し、これがイルミネータＩＬを通じてマスクテーブルＭＴ上のマスクＭＡへと届けられる。放射パルスはマスクを通過することによりパターンが付与される。パターンが付与された放射ビームは投影系ＰＳを通じて最終的には基板Ｗの表面に達する。基板Ｗは基板テーブルまたは基板支持部ＷＴに保持されている。

図２は更に２つのスイッチＶ、ＤＲを示す。第１のスイッチは振動装置（オシレーションデバイス）Ｖである。これはスイッチではなくてもよく、この場合単一出力を出すオシレーションデバイスであってもよい。このオシレーションデバイスは、オシレーションまたは正弦波運動を出力ＶＭを通じてマスクテーブルＭＴに与える。または、オシレーションデバイスは、オシレーションまたは正弦波運動を出力ＶＷを通じて基板テーブルＷＴに与える。

リソグラフィ装置のこれらの部分の１つまたは複数にオシレーションが与えられてもよいし、あるいは装置のその他の部分にオシレーションを与えることにより基板Ｗに対する像のオシレーションを生じさせてもよい。もちろん、スイッチを設けるのではなく、いずれかのオシレーションデバイスに単一出力を出す振動部（オシレータ）を取り付けてもよい。

図２に示す第２のスイッチは検出器ＤＲである。検出器ＤＲは入力ＤＭを通じてマスクテーブルＭＴの運動または位置を検出する。または、検出器ＤＲは入力ＤＷを通じて基板テーブルＷＴの運動または位置を検出する。もちろん、検出器はスイッチでなくてもよく、１つのデバイスに関連して設けられている単一の運動検出器または位置検出器であってもよい。

検出器は、マスクテーブルＭＴ及び／または基板テーブルＷＴの位置に関する情報を放射源ＳＯにフィードバックする。そうして、放射源は、マスクＭ及び投影系ＰＳを通じて到達する像（すなわちパターンが付与された放射ビーム）が基板Ｗ上の所望の位置にできるだけ一致する時点でレーザパルスが発せられるようにする。このようにして、パターンを基板Ｗにより正確に露光することができる。

正弦波運動またはオシレーションを追加することの効果は、公称の（つまり初期設定の）レーザタイミング（すなわち、オシレーションが追加されていないときにレーザが発射されるであろうタイミング）の近傍のどこかに、マスクと基板との相対位置誤差がちょうどゼロとなる瞬間が望ましくは常に存在するということである。実際のところ、テーブルまたは光学デバイスのオシレーションによっても厳密にはアライメントがされない可能性もあるが、オシレーションがない場合に比べれば正確なアライメントがなされる確率は高まる方向に行く。実際のレーザバルスがこの瞬間に発せられれば、許容可能な公差範囲に収まる。レーザパルスの発射タイミングを図３に示す。

図３において、基板テーブルの実位置データは検出器ＤＲへの入力である。実位置データは例えば８ｎｍの最大位置誤差を有する。基板支持部の誤差に、１００ｎｍ及び４ｋＨｚのオシレーションＡが付加される。図３は、１００ｎｍの最大値及び最小値をもつ正弦波を示し、この正弦波を付加されたオシレーションとして「Ａ」と表記している。仮に基板支持部の位置誤差がゼロであるとしたら、１００ｎｍの正弦波そのままのゼロクロスＯＸの各々でレーザが発せられればよい。これはちょうど２５０μ秒のレーザパルスタイミングに相当する。ところが図３に示される場合においてはレーザパルスタイミングが基板支持部の位置誤差に基づいて調整されている。正弦波Ｂが示すのは、付加されたオシレーションと基板テーブル誤差との重ね合わせである。基板テーブル誤差は当初８ｎｍでありおよそ２５０μ秒の周期で減少していく。２つの正弦波Ａ及びＢの違いが、要求されるレーザパルスタイミングの違いである。図３の例においては、基板における位置誤差をゼロとするためには公称値から２．７μ秒レーザの発射を遅くする必要がある。

同一の基板テーブル誤差に対して振幅がより小さいオシレーションを付加することも可能であるが、レーザタイミングの公称値からのずれ量を大きくする必要があろう。例えば、図４に正弦波Ａ２で示される２０ｎｍ振幅の振動を付加する場合には、１３μ秒のレーザタイミング調整が必要となる。

図４は、オシレーションを付加した基板テーブルの実際の運動を正弦波Ｂ２で示す。正弦波の中程にゼロクロスＯＸ２が示されている。レーザパルスのタイミングは軸の通過により示される。よって、図４の場合には図３に比べて、公称値からのずれ量を大きくする必要があることが示されている（つまり、正弦波Ａ２とＢ２とはｘ軸上でより大きな間隔をもつ）。これは、図４に示す例では図３に示す例よりもテーブルの実位置誤差がオシレーションに対し大きな比率をもつからである。

図２を参照して述べたように、リソグラフィ装置の様々な部位にオシレーションを与えるにはいくつかの方法がある。例えば４ｋＨｚのオシレーションを付加するには、テーブルのうち一方の運動に（既存のアクチュエータを使用して）４ｋＨｚの振動を加えるという方法がある。しかし、これにより比較的大きな影響がテーブルの運動に生じるおそれがある。また、テーブルＭＴ、ＷＴの一方の大質量を動かすのに大きな力が要求されるおそれもある。

レーザパルスタイミングを計算する方法を以下に述べる。テーブルの一方または両方に独立の振動を加えるために別々の振動部（オシレータ）が使用されてもよい。

基板テーブルの位置誤差は比較的低い周波数で変化する。よって、位置測定は例えば１０ｋＨｚの周波数で行えば、テーブルＭＴ、ＷＴ間の相対誤差がゼロとなる瞬間を予測するのに十分である。通常の動作においては各テーブルの位置誤差を最小化する複数の位置コントローラが設けられており、これらが制御コンピュータにより制御される。固定されたクロックレートで運動制御アルゴリズムが演算される。モーションコントローラの典型的なクロックレートは５ｋＨｚまたは１０ｋＨｚである。レーザパルスはこれとは異なるクロックレートで発せられる。これは使用される露光レーザの能力によって決まる。典型的なレーザパルスのクロックレートは４ｋＨｚである。モーションコントローラとレーザパルスとのこのクロックレートの違いにより、レーザパルスは通常モーションコントローラの「クロック・ティック（クロック周期）」には一致しない。モーションコントローラの個々のクロック信号の時点において、次回のレーザパルス公称発射タイミングまでの時間は既知である。また、そのクロック信号の時点において各テーブル及び振動するデバイスの位置測定データも既知である。基板支持部の誤差の変動速度はクロック周波数よりも遅いので、個々のクロック・ティックにおける測定位置のずれ量は次回のレーザパルス発射まで一定であると仮定することができる。よって、測定位置及びその目標位置からのずれ量に基づいてモーションコントローラにより、次回のレーザパルスのタイミング補正量を演算することができる。このタイミング補正量がレーザパルスタイミング制御電子機器に送信される。

言い換えれば、公称のレーザパルスタイミングより前の最後のモーションコントローラのクロック・ティックにおいて、必要となるパルスタイミングの変動量が計算される。

上述のように図３においては、正弦波Ｂは、最大８ｎｍの基板テーブル誤差にオシレーションを付加したものを示している。２つのグラフＡ、Ｂの相違がレーザパルスタイミングのずれ量を与える。上述の方法はｘ軸方向の位置誤差に適用されてもよいし、ｙ軸方向の位置誤差に適用されてもよい。あるいは、ｘ軸方向及びｙ軸方向の両方の位置誤差に適用されてもよい。ｘ軸方向及びｙ軸方向の誤差が同時にゼロとなる可能性は低いので、上述の方法はｘ軸方向のみまたはｙ軸方向のみの誤差に最も適している。しかし、ｘ軸方向及びｙ軸方向の両方の位置誤差を取り扱うには、ｘ方向及びｙ方向のオシレーションを合体させてもよい。ｘ軸方向のみまたはｙ軸方向のみの誤差を考慮する代わりに、下記のベクトル誤差を最小化する瞬間を選択するようにしてもよい。

本発明の効果を述べる。基板上での像の位置誤差がレーザパルスの瞬間において低減される。これにより、移動平均（ＭＡ）及び移動標準偏差（ＭＳＤ）が小さくなり（すなわち、高周波数の誤差及び低周波数の誤差が小さくなり）、オーバレイ及びクリティカルディメンションの測定結果が改善される。この方法により、精度の低いテーブル位置決め装置の採用も可能になる。例えば、基板テーブルＷＴの走査にロングストロークアクチュエータのみを用いることもできる。これにより、テーブルの複雑さと費用とを著しく低減することができる。さらに、調整されたレーザパルスタイミングをオシレーションと組み合わせることにより、基板のスループットを達成するために精度について妥協しなくてもよくなる。

本明細書ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用を例として説明しているが、リソグラフィ装置は他の用途にも適用することが可能であるものと理解されたい。他の用途としては、集積光学システム、磁区メモリ用案内パターンおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどがある。当業者であればこれらの他の適用に際して、本明細書における「ウェーハ」あるいは「ダイ」という用語がそれぞれ「基板」あるいは「目標部分」という、より一般的な用語と同義であるとみなされると理解することができるであろう。基板は露光前または露光後においてトラック（典型的にはレジスト層を基板に塗布し、露光後のレジストを現像する装置）、メトロロジツール、及び／またはインスペクションツールにより処理されてもよい。適用可能であれば、本明細書の開示はこれらのまたは他の基板処理装置にも適用され得る。また、基板は例えば多層ＩＣを製造するために複数回処理されてもよく、その場合には本明細書における基板という用語は既に処理されている多数の処理層を含む基板をも意味する。

ここでは特に光学的なリソグラフィを本発明に係る実施形態に適用したものを例として説明しているが、本発明は例えばインプリントリソグラフィなど文脈が許す限り他にも適用可能であり、光学的なリソグラフィに限られるものではない。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスのトポグラフィーが基板に生成されるパターンを決める。パターニングデバイスのトポグラフィーが基板に塗布されているレジスト層に押し付けられ、電磁放射や熱、圧力、あるいはこれらの組み合わせによってレジストが硬化される。レジストが硬化されてから、パターニングデバイスは、パターンが生成されたレジストから外されて外部に移動される。

本明細書において「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外（ＵＶ）放射（例えば約３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長を有する）、極紫外（ＥＵＶ）放射（例えば５乃至２０ｎｍの範囲の波長を有する）、及び、イオンビームまたは電子ビーム等の粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射を示す。

「レンズ」という用語は、文脈が許す限り、屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁的光学素子、及び静電的光学素子を含む１つまたは各種の光学素子の組み合わせを指し示すものであってもよい。

本発明の具体的な実施形態が上述のように説明されたが、本発明は上述の形式以外の形式でも実施可能であると理解されたい。例えば本発明は、上述の方法が記述された機械で読み取り可能な１以上の一連の指示を含むコンピュータプログラムの形式、またはこのようなコンピュータプログラムが記録されたデータ記録媒体（例えば半導体メモリや磁気・光ディスク）の形式をとってもよい。

本発明の種々の実施例を上に記載したが、それらはあくまでも例示であって、それらに限定されるものではない。本発明の請求項の範囲から逸脱することなく種々に変更することができるということは、関連技術の当業者には明らかなことである。

Claims (15)

1. 放射ビームを調整する照明系と、
   放射ビーム断面にパターンを与えてパターン付きの放射ビームを形成するパターニングデバイスを支持するための支持部と、
   基板を保持するための基板テーブルと、
   パターンが与えられた放射ビームを基板の目標部分に投影する投影系と、
   投影系の光軸に垂直な制御された振動をパターニングデバイスの支持部及び基板テーブルの少なくとも一方に与える振動装置と、を備えることを特徴とするリソグラフィ装置。
2. 制御された振動の周期を基板の目標部分への露光時間よりも短くしたことを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ装置。
3. 制御された振動の周期を基板の目標部分への露光時間の半分よりも短くしたことを特徴とする請求項２に記載のリソグラフィ装置。
4. 基板テーブルは運動プロファイルに従って移動され、パターン付きの放射ビームはその運動プロファイルに沿って間欠的に基板表面に投影され、
   振動装置は、制御された振動を基板テーブルの運動プロファイルに重ね合わせることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
5. 振動装置は基板に対しパターン付きの放射ビームを振動させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
6. 照明系は放射源を含み、振動装置により与えられる制御された振動に等しい周波数のパルス放射ビームを供給することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
7. 振動装置は、ゼロ軸の両側に等しい振幅をもつとみなされる正弦波状の挙動をもつ振動を与え、照明系は、制御された振動によりゼロ軸に交差しているときに基板に放射ビームが投影されるよう放射ビームパルスのタイミングが調整されていることを特徴とする請求項６に記載のリソグラフィ装置。
8. 振動装置は、最大の基板テーブル制御誤差の振幅の２乃至１０倍の振幅をもつ制御された振動を与えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
9. 振動装置は、２０ｎｍ乃至１００ｎｍの振幅をもつ制御された振動を与えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
10. 振動装置は、パターニングデバイスの支持部及び基板テーブルの少なくとも一方を予め定められた周波数で振動させるアクチュエータを含むことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
11. パターン付きの放射ビームと基板との相対位置を検出する相対位置検出器をさらに備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
12. 相対位置検出器は、パターニングデバイスの支持部、基板テーブル、及び光学素子の少なくとも１つのための個別の位置検出器と、個別の位置検出器の出力間の相対誤差を計算するためのプロセッサと、を備えることを特徴とする請求項１１に記載のリソグラフィ装置。
13. 相対位置検出器は、パターン付きの放射ビームと基板との相対位置に関する情報を照明系に送信し、照明系は、パターン付きの放射ビームと基板とが位置合わせされるように放射ビームのパルスタイミングを調整することを特徴とする請求項１１または１２に記載のリソグラフィ装置。
14. 基板テーブルの振動は、正弦波振動の振幅が両側で等しくなる軸として定義されるゼロ軸に該振動が交差する中間のタイミングにおいて放射ビームのパルスが基板に与えられるように調整されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
15. 振動装置は、基板面におけるｘ方向、基板面におけるｙ方向、またはｘ方向及びｙ方向のベクトル結合のいずれかについて制御された振動を与えることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載のリソグラフィ装置。

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