JP4006539B2 - リソグラフィ投影装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、
−放射線投影ビームを供給する放射線システムと、
−パターン形成手段を支持する支持構造とを備え、パターン形成手段は、所望のパターンに従って投影ビームをパターン化する働きをし、さらに、
−基板を保持する基板テーブルと、
−パターン化したビームを基板の標的部分に投影する投影システムとを備えるリソグラフィ投影装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
本明細書で使用する「パターン形成手段」とは、基板の標的部分に生成されるべきパターンに対応するパターン化した断面を入射放射線に与えるために使用できる手段を指すものと広義に解釈され、「光弁」もこの意味に使用することができる。一般に、前記パターンは、集積回路または他のデバイス(以下参照)など、標的部分に生成されるデバイスの特定の機能層に対応する。このようなパターン形成手段の例には、以下のようなものがある。
−マスク。マスクの概念はリソグラフィではよく知られ、バイナリ、交流位相シフトおよび減衰位相シフトなどのマスク・タイプ、さらに様々な混合マスク・タイプを含む。このようなマスクを放射線に入れると、マスクのパターンに従い、マスクに衝突する放射線が選択的に透過する(透過性マスクの場合)か、反射する(反射性マスクの場合)。マスクの場合、支持構造は一般にマスク・テーブルであり、これによってマスクを入射放射線中の所望の位置に保持でき、所望に応じてビームに対して移動できることが保証される。
−プログラマブル・ミラー・アレイ。このようなデバイスの一例は、粘弾性制御層および反射表面を有するマトリクス状アドレス可能表面である。このような装置の基本的原理は、(例えば)反射性表面のアドレス指定された区域が、入射光を回折光として反射し、アドレスされない区域は、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し、反射ビームから前記非回折光を除去して、回折光のみを残し、この方法でビームは、マトリクス状アドレス可能表面のアドレス指定パターンに従ってパターン形成することができる。プログラマブル・ミラー・アレイの代替実施形態は、微小ミラーのマトリクス構成を使用し、適切な局所的電界を加えるか、圧電起動手段を使用することによって、各ミラーを軸の周囲で個々に回転することができる。この場合も、ミラーはマトリクス状にアドレス可能であり、したがってアドレス指定されたミラーは、アドレス指定されないミラーとは異なる方向に入射放射線を反射し、この方法で、反射したビームはマトリクス状アドレス可能ミラーのアドレス指定パターンに従ってパターン化される。必要なマトリクスのアドレス指定は、適切な電子的手段を使用して実行することができる。上述した状況の両方で、パターン形成手段は、1つまたは複数のプログラマブル・ミラー・アレイを備えることができる。本明細書で言及するミラー・アレイに関するさらなる情報は、例えば米国特許第5,296,891号および第5,523,193号、および国際PCT特許出願第98/38597号および第98/33096号から収集することができ、これは参照により本明細書に組み込まれる。プログラマブル・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するか、可動状態にすることができるフレームまたはテーブルとして実現してよい。
−プログラマブルLCDアレイ。このような構造の例が米国特許第5,229,892号で与えられ、これは参照により本明細書に組み込まれる。上述したように、この場合の支持構造は、例えば必要に応じて固定するか、可動状態にすることができるフレームまたはテーブルとして実現してよい。
単純にするため、本テキストの残りの部分では、特定の位置で特にマスクおよびマスク・テーブルを含む例を指すが、そのような場合に検討される一般的原理は、上述したようなパターン形成手段のより広義の文脈で考えられたい。
【0003】
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、パターン形成手段は、ICの個々の層に対応する回路パターンを生成し、このパターンを、放射線感応材料(レジスト)の層で既に被覆された基板(シリコン・ウェーハ)の標的部分(例えば1つまたは複数のダイを含む)に撮像することができる。概して、1枚のウェーハが、1回に1つずつ投影システムを介して連続的に照射される隣接標的部分のネットワーク全体を含む。マスク・テーブル上のマスクによるパターン形成を使用するこの装置では、2つの異なる機械タイプを区別することができる。1タイプのリソグラフィ投影装置では、1回で標的部分上にマスク・パターン全体を露光させることにより、各標的部分を照射し、このような装置は一般にウェーハ・ステッパと呼ばれる。走査ステップ式装置と一般に呼ばれる代替装置では、各標的部分は、任意の基準方向(「走査」方向)に投影ビームでマスク・パターンを漸進的に走査し、同時にこの方向に対して平行または逆平行に基板テーブルを走査することにより照射する。概して、投影システムは倍率M(概ね<1)を有するので、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のM倍である。本明細書で説明するリソグラフィ・デバイスに関するさらなる情報は、例えば米国特許第6,046,792号から収集することができ、それは参照により本明細書に組み込まれる。
【0004】
リソグラフィ投影装置を使用する製造方法では、(例えばマスクの)パターンを、少なくとも部分的に放射線感応材料(レジスト)の層に覆われた基板に撮像する。この撮像ステップの前に、基板は、プライミング、レジスト・コーティングおよびソフト・ベークなどの様々な手順が実行される。露光の後、基板は、露光後ベーク(PEB)、現像、ハード・ベークおよび撮像機構の測定/検査などの他の手順が実行されることがある。この一連の手順は、ICなどのデバイスの個々の層にパターン形成するベースとして使用される。このようなパターン化した層は、次にエッチング、イオン注入(ドーピング)、メタライゼーション、酸化、化学機械的研磨などの様々なプロセスを実行し、これは全て個々の層を仕上げるよう意図されている。幾つかの層が必要な場合は、全手順またはその変形を新しい層ごとに反復しなければならない。最終的に、列状のデバイスが基板(ウェーハ)上に存在する。次に、ダイシングまたはソーイングなどの技術で、これらのデバイスを相互から分離し、個々のデバイスを、ピンなどに接続されたキャリアに装着することができる。このようなプロセスに関するさらなる情報は、例えば、「Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing」(第3版、Peter van Zant著、McGraw Hill Publishing Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4)から入手することができ、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【0005】
単純にするため、以降では投影システムを「レンズ」と呼ぶが、この用語は例えば屈折光学系、反射光学系、および反射屈折系など、様々なタイプの投影システムを含むよう広義に解釈される。放射線システムは、投影放射線を配向、形成または制御するため、これらの設計タイプのいずれかに従い作動する構成要素も含むことができ、このような構成要素も以下でまとめて、または単独に「レンズ」と呼ぶ。さらに、リソグラフィ装置は、2つ以上の基板テーブル(および/または2つ以上のマスク・テーブル)を有するタイプでよい。このような「多ステージ」デバイスでは、追加のテーブルを平行に使用するか、1つまたは複数のテーブルで準備ステップを実行し、1つまたは複数の他のテーブルを露光に使用する。複ステージ・リソグラフィ装置が、例えば米国特許第5,969,441号および国際特許第98/40791号に記載され、それは参照により本明細書に組み込まれる。
【0006】
リソグラフィ投影装置で撮像を実行する場合、投影システムが非常に慎重に設計され、システムの製造および使用中の制御が非常に高精度で実施されているにもかかわらず、像はなお収差を生じることがある。例えば歪み(つまり像平面、つまりXY面で標的部分における像の不均一な変位)、横方向の像シフト(つまり像平面で標的部分における像の均一な変位)、像の回転、非対称の拡大、焦平面の変形(例えばフィールドの湾曲などによるZ方向での不均一な像の変位)である。概して、像のエラーは必ずしも均一ではなく、像のフィールドにおける位置の関数として変化し得ることに留意されたい。歪みおよび焦平面の変形は、オーバーレイおよび焦点エラー、例えば異なるマスク構造ごとのオーバーレイ・エラー、および線幅エラーを招くことがある。
【0007】
その結果、これらのエラーを補正するか、少なくとも最小にしようとする(投影システムおよび/または基板の調節などの)補償を提供することが望ましい。これは、最初にエラーを測定し、次に適切な補償を計算するという問題を呈する。以前には、位置合わせシステムを使用して、位置合わせマークの像のフィールドにおける変位を測定した。しかし、位置合わせマークは通常、比較的大きい機構(数ミクロンのオーダー)で構成されるので、投影システムの収差の影響を受けやすい。位置合わせマークは、撮像される実際の機構を表すものではなく、撮像エラーは特に機構のサイズに依存するので、測定される変位および計算される補償値は、必ずしも所望の機構の像を最適化しない。
【0008】
例えば残留製造エラーのために投影システムにフィールドの収差の非対称変動という特徴がある場合、別の問題が発生する。この変動は、フィールドの縁で収差が法外になるような変動であることがある。
【0009】
位相シフト・マスク(PSM)を使用する場合、さらなる問題が発生する。従来、このようなマスクの位相シフトは正確に180°でなければならない。位相の制御は非常に重大であり、180°からの偏位は有害である。PSMは製造費が高く、慎重に検査する必要があり、位相シフトが180°から大きく偏位したマスクは概ね拒否される。これはマスクの価格上昇につながる。
【0010】
限界寸法(「CD」)の制御に対する要求が増大すると、さらなる問題が発生する。限界寸法とは、デバイスの製造で許容された線の最小幅、または2本の線間の最小間隔である。特に、CDの均一性の制御、いわゆる「CD均一性」が重要である。リソグラフィでは、線幅制御およびCD均一性を向上させる努力の結果、最近では、露光および処理した後に獲得されるような機構に発生する特定のエラー・タイプが定義され、研究されている(以上の説明を参照)。例えば、このような像エラー・タイプは、標的部分におけるCDの非対称の分布、焦点ぼけに対するCDの非対称性(その結果、Bossung曲線が傾斜する)、複数のバーを含む機構内のCDの非対称性(通常は左右非対称と呼ばれる)、2本または5本のバーを含む機構内のCDの非対称性(通常は、それぞれL1−L2およびL1−L5として知られる)、2本の相互に直交する方向にほぼ沿って配向されるパターン間のCDの差(例えば「H−V」リソグラフィ・エラー)、および例えばバーに沿った機構内のCDの変動で、これは通常「C−D」として知られる。上述した収差と同様、これらのエラーは概ねフィールド上で非均一である。単純にするため、以下では、例えば歪み、横方向の像シフト、像の回転、非対称の拡大、および焦平面の変形などを含むこれらのエラー・タイプのいずれも、「リソグラフィ・エラー」、つまりリソグラフィ装置の適切性の特徴・欠陥と呼ぶ。
【0011】
リソグラフィ・エラーは、リソグラフィ投影装置の個々の特性によって生じる。例えば、投影システムの収差、つまりパターン形成手段の不完全性およびパターン形成手段によって生成されたパターンの不完全性、または投影ビームの不完全性がリソグラフィ・エラーを招く。しかし、リソグラフィ投影装置の名目特性(つまり設計通りの特性)も、望ましくないリソグラフィ・エラーを招くことがある。例えば、通常の設計の一部である残留レンズ収差がリソグラフィ・エラーを招くことがある。以下では、リソグラフィ・エラーを招くこのような特性のいずれも「特性」と呼ぶ。
【0012】
上述したように、パターンの像は、投影システムの収差の影響を受けることがある。その結果生じるCD(例えば標的部分内)の変動を測定し、その後に、前記測定CD変動を生成できる投影システムの効果的な収差状態にマッピングすることができる。次に、例えばCD均一性を改善するよう、リソグラフィ投影システムに補償を設けることができる。このようなCD制御法が、米国特許第6,115,108号に記載され、これは参照により本明細書に組み込まれ、これは複数のフィールド・ポイントのうち各フィールド・ポイントで複数のテスト・パターンを撮像することと、その後に露光した基板を処理することと、その後に撮像して処理したテスト・パターンそれぞれをCD測定することを含む。その結果、この方法は時間を消費し、その場でのCD制御には適切でない。処理量(単位時間に処理できる基板の数)さらにCD均一性に対する需要の増加とともに、リソグラフィ・エラーの補償および釣り合わせを改善しなければならず、したがって、特性の適切な制御を促進するという問題がある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
以上の問題を軽減することが本発明の目的である。
【0014】
【課題を解決するための手段】
以上およびその他の目的は、
−少なくとも部分的に放射線感応性材料の層で覆われた基板を提供するステップと、
−放射線システムを使用して投影放射線を提供するステップと、
−投影ビームの断面にパターンを与えるため、パターン形成手段を使用するステップと、
−投影システムを使用して、放射線感応性材料の層の標的部分にパターン化した放射線を投影するステップとを含み、
基板、放射線感応性材料の層、投影ビーム、パターン形成手段および投影システムのうち少なくとも1つの特性に関する情報を獲得すること、
前記特性と、放射線感応性層に投影された像に異常を引き起こす複数のリソグラフィ・エラーのうち少なくとも1つとの関係を定量化する複数の係数を獲得すること、
リソグラフィ・エラーを計量して合計するメリット関数を定義することと、
基板、投影ビーム、パターン形成手段、および投影システムのうち少なくとも1つに適用する補償値を計算して、メリット関数を最適化すること、および
計算した補償値を適用することを特徴とするデバイス製造方法によって達成される。
【0015】
全てのリソグラフィ・エラーを最小にすることが好ましいが、使用可能な補償器が十分にないので、これは通常は不可能である。したがって、計量したリソグラフィ・エラーの合計に関して、撮像プロセスの量を適切に記述するメリット関数を定義すると有用である。リソグラフィ・エラーに割り当てられた重みは、そのリソグラフィ・エラーの相対的重要性を示す。補償値を使用して、撮像およびその結果としてのリソグラフィ・プロセスを最適化するなど、メリット関数を最適化する(つまり値を最小にする)ことができる。以上で説明したように、リソグラフィ・エラーは(リソグラフィ投影装置の)特性に依存し、例えば市販されているProlith(商標)、Solid-C(商標)またはLithoCruiser(商標)などの市販されているリソグラフィ・シミュレーション・ソフトウェアを使用して計算することができる。例えば、撮像すべき特定の(重要な)パターン特徴、特定パターン・エラー(位相シフト・マスクでの位相エラーなど)、投影システムの収差、基板上の放射線感応性層に関するデータ、および放射線のエネルギーおよび波長などの放射線特性(つまり特性のセット)が与えられれば、CD均一性または特徴に固有の欠陥に関して、これらのシミュレーション・プログラムで予想することができる。(例えば投影レンズの収差の小さい変化を導入するなどして)特性の小さい変化を導入し、対応するリソグラフィ・エラーの変化を計算することにより、リソグラフィ・エラーと前記特性との関係を定量化する係数を確立することができる。特性に関する情報の取得は、(その場で)特性を測定することを含む。例えば、投影システムの実際の収差状態は、欧州特許出願第1128217A2号、Optical Microlithography XIIIのJ. Progler編集によるSPIE Vol.400, 1245-1249(2000)の議事録にあるP. Venkataramanその他の「Aberrations of steppers using Phase Shifting Point Diffraction Interferometry」に開示されているもののいずれかなど、適切な技術を使用してその場で測定することができる。本発明による方法の利点は、方法が必ずしも露光した基板を処理するステップを含まないことである。
【0016】
リソグラフィ・エラーの制御の鍵は、これらのリソグラフィ・エラーを補償するか、少なくともこれに影響を与える能力である。このような制御を可能にする手段を全て、以下では補償手段と呼ぶ。上述した「補償」という用語は、補償手段を起動することによって生じる特性の変化を意味し、以下ではこの意味で補償という用語を使用する。リソグラフィ投影装置とともに使用するのに適切な補償手段は、例えばパターン形成手段を保持するホルダの微細な位置決め(X、YおよびZ方向の並進、およびX、YおよびZ軸を中心とする回転)を可能にする手段、基板テーブルの同様の微細な位置決めを可能にする手段、光学エレメントを移動させるか変形させる(特にX、YおよびZ並進/回転を使用して投影システムの光学エレメントを微細に位置決めする)手段、および例えば標的部分に衝突する放射線のエネルギーを変化させる手段である。しかし、適切な補償手段は前記例に制限されず、例えば放射線の波長を変化させる手段、パターンを変化させる手段、投影ビームが横断する気体充填空間の屈折率を変化させる手段、および放射線の強度の空間的分布を変化させる手段も、リソグラフィ・エラーに影響を与える働きをすることができる。
【0017】
最適化の計算は、使用可能な補償値の変化をベースにする。計算は、メリット関数の最適化を含む。メリット関数は、(リソグラフィ・エラーを補償値に関連付ける)数式として仕様可能であるので、「重みつき最小二乗最適化」などの標準的な最小化ルーチンを使用して、メリット関数が最小値を有する補償値のセットを見出すことができる。
【0018】
最適化の計算を実行することにより、メリット関数で定義されるように、撮像の品質を明白に改善することができる。補償により、例えば別の収差成分の効果を低下させるために、投影システムの収差の一成分を増加させることができ、したがって結局は像の品質が全体として改善される。つまり、撮像の1つの態様における改善は、撮像の異なる側面の変化を補償する以上であることが好ましい。別の例によると、像フィールドの全体にわたって、理想的位置からの像の局所的変位全体を最小化するため、パターン形成手段を並進、回転および/または傾斜(回転の一形式)することができる。さらなる例では、線形コマ収差を投影システム内に導入して、3波収差によって生じる左右の非対称を軽減または解消することができる。さらなる例では、球面収差を導入して、位相シフト・マスクの位相シフト・エラーによって生じる「Bossung傾斜」を補償することができ、補償しなければ、これは不合格にしなければならない。Bossung傾斜はリソグラフィ・エラーで、これによって最適の焦点位置で焦点位置に対する露光機構幅のグラフに傾斜がある(前記グラフはいわゆるBossung曲線である)。
【0019】
(例えば投影システムの)前記特性は、その投影システムを含む装置を使用した露光のために最適化計算に使用するデータベースに記憶することができる。これらの特性とリソグラフィ効果との関係を定量化する係数も、特徴のタイプ、サイズ、方向、照明モード、開口数などに応じた係数のセットまたはファミリとしてデータベースに保存することができる。
【0020】
本発明のさらなる態様によると、
リソグラフィ投影装置で、
−投影放射ビームを提供する放射線システムと、
−パターン形成手段を支持する支持構造とを備え、パターン形成手段が、所望のパターンに従って投影ビームをパターン化する働きをし、さらに、
−基板を保持する基板テーブルと、
−パターン化したビームを基板の標的部分に投影する投影システムとを備え、さらに、
放射線感応性層に投影された像の異常を引き起こすリソグラフィ・エラーを計量して合計するメリット関数を最適化するために、
パターン形成手段を保持するために、ホルダ、基板テーブル、放射線システム、パターン形成手段および投影システムのうち少なくとも1つに適用可能な補償手段を備えることと、
少なくとも1つのリソグラフィ・エラーと、パターン形成手段、投影システム、基板上の放射線感応性層および投影ビームのうち少なくとも1つの特性との間の関係を定量化する複数の係数に基づき、前記補償手段によって適用される少なくとも1つの補償値を計算するプロセッサを備え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。
【0021】
特に本テキストでは、ICの製造における本発明によるシステムの使用について参照することができるが、このような装置は他にも多くの用途が可能であることを明示的に理解されたい。例えば、集積光学系、磁気ドメイン・メモリの案内および保護パターン、液晶表示パネル、薄膜磁気ヘッドなどの製造に使用することができる。このような代替用途の状況で、本明細書において「レチクル」、「ウェーハ」、または「ダイ」という用語を使用することは、それぞれより一般的な「マスク」、「基板」および「標的部分」という用語に置換するものと見なされることが、当業者には理解される。
【0022】
本明細書では、「放射線」および「ビーム」という用語は、紫外線(例えば365、248、193、157または126nm)およびEUV(例えば5〜20nmの範囲の波長を有する超紫外線)など、全てのタイプの電磁放射線を含むよう使用される。
【0023】
次に、本発明の実施形態について、添付の概略図に関して例示的にのみ説明する。
【0024】
【発明の実施の形態】
実施形態1
図1は、本発明の特定の実施形態によるリソグラフィ投影装置を概略的に示す。装置は、
−放射線投影ビームPB(例えば248nm、193nmまたは157nmの波長で作動するエキシマ・レーザ、または13.6nmで作動するレーザ点火プラズマ源によって生成されるようなUV放射線)を供給する放射線システムEx、ILを備え、この特定のケースでは、放射線システムは放射線源LAも備え、さらに、
−マスクMA(例えばレチクル)を保持するマスク・ホルダを設け、品目PLに対してマスクを正確に配置するために、第1位置決め手段に接続された第1オブジェクト・テーブル(マスク・テーブル)MTと、
−基板W(例えばレジストをコーティングしたシリコン・ウェーハ)を保持する基板ホルダを設け、品目PLに対して基板を正確に配置するため、第2位置決め手段に接続された第2オブジェクト・テーブル(基板テーブル)WTと、
−マスクMAの照射部分を基板Wの標的部分C(例えば1つまたは複数のダイを含む)に撮像する投影システム(「レンズ」)PL(例えばクォーツおよび/またはCaF2レンズ・システムまたはこのような材料から作成したレンズ要素を備える反射屈折光学系、またはミラー・システム)とを備える。
本明細書で示すように、装置は透過タイプである(つまり透過性マスクを有する)。しかし、概してこれは例えば反射タイプ(反射性マスクを有する)でもよい。あるいは、装置は、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、別の種類のパターン形成手段を使用してもよい。
【0025】
源LA(例えばUVエキシマ・レーザ、レーザ点火プラズマ源、放電源、または蓄積リングまたはシンクロトロン内で電子ビームの路の周囲に設けたアンジュレータまたはウィグラなど)が放射線ビームを生成する。このビームは、直接に、または例えばビーム拡張器Exなどの調整手段を横断した後、照明システム(照明器)ILに供給される。照明器ILは、ビームの強度分布の外径および/または内径範囲(一般にそれぞれ外σおよび内σと呼ぶ)を設定する調節手段AMを備えることができる。また、これは通常、インテグレータINおよびコンデンサCOなど、様々な他の構成要素を備える。この方法で、マスクMAに衝突するビームPBはその断面に所望の均一性および強度分布を有する。
【0026】
図1に関して、源LAは(源LAが例えば水銀灯である場合に往々にしてあるように)リソグラフィ投影装置のハウジング内にあってもよいが、リソグラフィ投影装置から離れてもよく、それが生成する放射線ビームが(例えば適切な配向ミラーの補助により)装置に導かれ、この後者のシナリオは、源LAがエキシマ・レーザである場合に往々にして当てはまる。本発明および請求の範囲は、このシナリオの両方を含む。
【0027】
ビームPBはその後、マスク・テーブルMT上に保持されたマスクMAと衝突する。ビームPBは、マスクMAを横断した後、レンズPLを通過し、これはビームPBを基板Wの標的部分Cに集束する。第2位置決め手段(および干渉測定手段IF)の補助により、例えばビームPBの路に異なる標的位置Cを配置するよう、基板テーブルWTを正確に移動させることができる。同様に、第1位置決め手段を使用して、例えばマスク・ライブラリからマスクMAを機械的に取り出した後、または走査中に、ビームPBの路に対してマスクMAを正確に配置することができる。概して、オブジェクト・テーブルMT、WTの動作は、長ストローク・モジュール(粗い位置決め)および短ストローク・モジュール(微細な位置決め)の補助で実現され、これは図1では明示的に図示されていない。しかし、(走査ステップ式装置とは異なり)ウェーハ・ステッパの場合、マスク・テーブルMTを短いストロークのアクチュエータに接続するか、固定することができる。
【0028】
図示された装置は以下の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・モードでは、マスク・テーブルMTは基本的に静止状態に維持され、マスク像全体が1回で(つまり1回の「フラッシュ」で)標的部分Cに投影される。次に、ビームPBで異なる標的部分Cに照射できるよう、基板テーブルWTをxおよび/またはy方向にシフトさせる。
2.走査モードでは、基本的に同じシナリオが当てはまるが、任意の標的部分Cが1回の「フラッシュ」では露光されない。代わりに、マスク・テーブルMTを速度vで任意の方向(例えばy方向などのいわゆる「走査方向」)に移動することができ、したがって投影ビームPBがマスク像を走査し、それと同時に基板テーブルWTは速度V−Mvで同じ方向または逆方向に移動し、ここでMはレンズPLの倍率である(通常はM=1/4または1/5)。この方法で、解像度を損なうことなく、比較的大きい標的部分Cを露光することができる。
【0029】
投影された像の像歪みおよび焦点平面の変形は、レンズの収差、使用する照明モード(例えば開口数(NA)、瞳の充填(シグマ設定))、撮像される機構のタイプおよびサイズなど、様々な要素に依存する。レンズ収差は、ゼルニケ膨張に関して表すことができ、ここで収差波面は、複数のゼルニケ多項式(像フィールドにおける位置の関数)にそれぞれ個々のゼルニケ係数をかけた合計によって与えられる。像のX、YおよびZ変位は、以下の1次式でモデル化することができる。
ここで、
dX、dY、dFはそれぞれX、YおよびZの変位であり、
(x,y)は特定のフィールド位置であり、
jはj番目のゼルニケ収差の指数であり、
Zjは、フィールド・ポイント(x,y)における波面収差に対するj番目のゼルニケ多項式の寄与を表す収差係数であり、
∂/∂Zjはj番目のゼルニケ収差に対する変位の偏導関数である。
【0030】
dX、dYおよびdFはリソグラフィ・エラーであり、係数Zjは(オブジェクトおよび像平面を含む撮像システムの)特性であることに留意されたい。
【0031】
さらなる改良は、Z変位dFを、いわゆる垂直および水平線について、Z軸に沿った最適焦点位置である2つの成分dVおよびdHとして書くことであり、これはそれぞれyおよびx軸に沿って延在する機構である。これを使用し、異なる回転を使用して、上記の式は37のゼルニケ収差について以下のように書き直すことができる。
ここで偏導関数は等価の感度係数Ai、Bi、Ci、Diで置換されており、これは特に照明モード、NA、シグマおよびパターン、機構のサイズおよびタイプの効果を現す。
【0032】
本発明のこの実施形態による手順は以下の通りである。
1.レンズの固有収差を、例えば欧州特許出願第1128217A2号に記載された技術のいずれかなど、適切な技術を使用して測定し、ゼルニケ係数を獲得する(または以前に測定した値を使用することができる)。次に、ゼルニケ係数に個々のゼルニケ関数をかけて、ゼルニケ収差(以上の表記ではZj(x,y))の「フィールド・マップ」を獲得し、これを保存する。この情報は、レンズのみに依存し、照明および機構には依存しない。
2.特定の照明設定で個々のパターン菊を露光するため、例えばドイツのSigma-C GmbHが供給するSolid-C(商標)として知られるプログラムなど、像シミュレーション・ソフトウェアなどの既知の計算技術を使用して感度係数Ai、Bi、Ci、Diを計算する。LithoCruiser(商標)のProlith(商標)として知られるものなど、他の適切なソフトウェア・パッケージを代替的に使用してもよい。これらの感度係数はフィールド位置に依存せず、したがって機構と照明設定の組合せごとに1回計算するだけでよく、次にデータベースに保存する。
3.特定の照明設定で個々のパターン機構を露光するため、例えば式(4)から(7)などのモデルにより、ステップ1のフィールド・マップおよびステップ2の感度係数を使用して、X、YおよびZ変位のフィールド分布を計算する。計算を実行して、フィールド全体の像変位を最小にするには、どの補償値を提供するか決定する。このような計算は、以下の形式のメリット関数をベースにすることができる。
ここでwi(i=1、2、3、4)は重みであり、適切に選択した座標x,yのグリッドにわたって合計することにより、標的部分全体でリソグラフィ・エラーが確実に平均される。重みは、リソグラフィ装置の裁量で選択することができる。dx、dY、dHおよびdVでは、それぞれ式(4)、(5)、(6)および(7)を代入することができる。単純な補償子は、例えば基板のZ位置であり、通常は「焦点」と呼ばれる。距離dZだけ基板を移動することにより、焦点を変化させると、主にZ4の値に影響を与え、この特定のケースでは、エラーはフィールドのx,y位置には依存しないことがよく知られている。したがって、(dZがdZ、dY、dHおよびdV上に有するエラーを通して)補償dZのエラーをメリット関数に組み込むために、式(8)で使用しているように、Z4についてZ4+F4(dZ,x,y)を式(4)、(5)、(6)および(7)に代入しなければならず、ここで関数F4(dZ,x,y)は単純に下式によって与えられる。
a4は、収差理論から分かる(フィールドに依存しない)比例定数である。しかし、実際には補償dZは、このZ4への主要な影響以外に、2次エラーとして他のゼルニケ収差係数にも影響を与えることに留意されたい。一般に補償Cのエラーは、幾つかのゼルニケ係数に関する1次エラー、および他のゼルニケ収差係数間の2次バランス変化を備える。したがって、i=1、2、・・・nで、メリット関数に関する補償値Ciのセットのエラーは、式(8)で使用しているように、式(4)、(5)、(6)および(7のZj(x,y)をZj(x,y,C1,C2、・・・Cn)で置換することによって視覚化することができる。ここで下式が当てはまる。
関数Fj(Ci,x、y)は(適切な近似で)Ciに線形に依存し、Ci=0では消滅する。したがって、適切な近似で下式が獲得される。
比例定数Uji(x,y)は下式によって定義される。
さらに、収差の理論から分かり、例えばCodeV(商標)などの光学設計ソフトウェアを使用して計算することができる。概して、比例定数はフィールドに依存することに留意されたい。上記の例では、a4は比例定数がフィールドに依存しない特殊なケースを表す。
【0033】
上記に鑑みて、メリット関数Sは補償値C1、C2、・・・Cnに依存する。そこで、重み付け最小二乗最適化(例えばWilliam H. Press、Brian P. Flannery、Saul A. TeukolskyおよびWilliam T. Vetterlingによる「Numerical Recipes in C」初版(Cambridge University Press, 1988)の出版物を参照)などの標準的な最小化手順を使用して、Sが最小値となる補償値を見出すことができる。次に、投影装置を調節して、計算した補償を提供する。使用可能な補償子には以下のような例がある。
マスク・テーブルの並進(x、y座標をシフトする)
レンズの調節(例えば内部のレンズ要素マニピュレータおよび/またはテレセントリック調節を使用して倍率および/またはフィールド曲率を変更する)
マスク(レチクル)の回転
マスク高さの調節(例えば3次歪みを補償する)
マスク傾斜の調節
平準化の調節(例えばz変位および傾斜を補償する)
【0034】
撮像される特定のパターンでは、使用する証明設定は通常、コントラストを最適にするよう予め決定される。同様に、パターンは多くの機構タイプを有することができるが、実際には1つの機構タイプが最も重要である。ステップ2で、予め決定した照明設定および最も重要な機構タイプについて、感度係数を計算することができる。あるいは、ステップ2で、ある範囲の機構タイプおよび照明設定について、感度係数のセットのファミリを導き、データベースに保存することができる。これで、特に最も重要な機構タイプおよび予め決定した照明設定を伴うパターンの感度係数のセットを、係数ファミリのデータベースで単純に研削することができる。いずれかの方法で導かれた感度係数は、次にその特定のパターンのデフォルト値として記憶することができる。式(4)から(7)のモデルを使用する場合は、各パターンにともなう係数値が37×4しかない。
【0035】
実施形態2
上述したように、マスク・テーブル(パターン形成手段のホルダ)の並進は、使用可能な補償の1つである。1つの実施形態では、この並進の自由度を利用して、パターンの偏心撮像を確立する。図2参照。走査リソグラフィ装置の投影システムPLが図2に図示され、これは例えばx方向に沿ったZ7(x,y)などの強力な非対称分布21を呈するものとする。このような非対称性は、投影システムの製造中に発生する残留製造エラーによって生じることがあり、リソグラフィ・エラーの左右非対称性(LR非対称)の重要な原因であることが知られている。撮像されるパターン23がフィールドの全幅25より小さい場合は、パターン化されたビームが偏心した状態で投影システムを横断するよう、距離231にわたってx方向にパターンをシフトすることができる。その結果、フィールドの部分27がZ7から強力な影響を受けることが回避され、リソグラフィ・エラーのLR非対称性が減少する。この例では、メリット関数Sは、LR非対称性の原因となる重み付けした項を備える(重みwはリソグラフィ装置によって選択される)。
補償231は、この実施形態では、フィールド全体の標的部分の境界291に対するx,yフィールド・ポイント(メリット関数に寄与する)のグリッドの境界29の相対的位置に影響を与える。
【0036】
実施形態3
上記の実施形態1で説明したように、変位・補償手段を使用して、例えばレンズの収差などから生じるX、YおよびZの像変位を最小にする。像とウェーハの面を効果的にシフトさせて、レンズの収差効果のバランスをとる。代替的に、または追加的に、レンズ自体の収差を調節することができる。例えば、球面収差の調節およびコマ収差の調節を提供することができる(球面収差およびコマ収差は、それぞれ最低次元の偶数および奇数収差である)。他の態様では、この実施形態は実施形態1と同じである。
【0037】
収差調節は、全ての収差の分布に影響を与える(つまりゼルニケ係数の値を変化させる)ので、ステップ1で考慮に入れなければならない。収差を調節する手段は、感度係数Ai、Bi、Ci、Diにも影響を与えるので、ステップ2で考慮に入れる必要がある。レンズの操作は、主に低次元のゼルニケ収差(Z2、Z3、Z4、Z5)に影響を与える。これらの収差が撮像に及ぼす影響は、変位および焦点ぼけ(非点収差)であり、この影響は、パターン機構の構造および照明設定に依存しない。
【0038】
往々にして、単にレンズの収差を最小にすることが最もよい。しかし、式(4)から(7)で分かるように、収差Zjを調節できるので、パラメータの調節性が向上し、したがって変位エラーを最小にするため、自由度が増大する。
【0039】
実施形態4
本発明は、オーバーレイおよび焦点エラーを減少させる(変位を最小にする)ことに制限されない。補償を使用して、像の品質に有害なリソグラフィ効果を低下させることができる。例えば3波収差によって生じる左右の非対称性(LR非対称性)は、システム内に線形コマ収差を導入することによって軽減することができる。つまり、1つの収差の増加を利用して、別の収差を減少させることができ、したがって結局はプリントされる機構の品質が全体として改善される。これで、メリット関数にLR非対称性を含む必要がなくなる。最小にすべき任意のリソグラフィ・エラーをLEj、j=1、2、3、4・・・と呼ぶことにする。例えば、dZ=LE1、dY=LE2、dH=LE3およびdV=LE4である場合、式(8)を下式のように書き直すことができる。
これで、リソグラフィ装置が選択する重みw5を有するメリット関数にLR非対称性を含めることができる。
シミュレーション・ソフトウェアで、式(4)から(7)と同様にリソグラフィ・エラーのLR非対称性(x,y)の感度係数を計算し、実施形態1と同様に進行することができる。補償できるリソグラフィ・エラーの別の例は、Bossung傾斜として知られるエラー(「等焦点傾斜」とも呼ばれる)である。これは、位相シフト・マスク(PSM)をパターン形成手段として使用した場合に生じることがある。マスクの領域間の位相シフトは、精密に180°であることが理想である。180°の位相シフトからずれると、Bossung傾斜を引き起こす(つまり最適の焦点位置でも、焦点位置に対する露光機構の幅のグラフに傾斜があり(Bossung曲線)、したがってプロセスの許容範囲が非常に小さく、実際にはマスクを廃棄しなければならないことがある)。しかし、(i)PSMの位相エラー、および(ii)球面収差(Z9ゼルニケ・パラメータを特徴とする)は、Bossung曲線に同様の影響を与え、両方がBossung傾斜を引き起こすことが分かっている。したがって、球面収差の特定の量を導入して、1方向にBossung傾斜を引き起こし、反対方向にBossung傾斜を引き起こすPSM位相エラーを相殺することができる。この例では、メリット関数はBossung傾斜を含み、これは以降ではBT(x,y)と呼ぶが、レンズ収差の関数であり、例えば下式のように書ける史記(4)と同様である。
この例では、感度係数P9は他の感度係数Pj、j=1、2、・・・8、10、・・・37に対して比較的大きく、θはPSM位相エラーであり、Qは感度係数である。
【0040】
これで、リソグラフィ・エラーのBossung傾斜を打ち消すため、Z9に影響を与える補償手段を使用することができる。実施形態1で述べたBossung傾斜、LR非対称性、および像シフトの補正について最適の妥協案を求める場合、メリット関数は下式のようになるよう選択しなければならない。
【0041】
本発明の特定の実施形態について以上で説明してきたが、本発明は記載とは異なる方法で実践できることが理解される。説明は本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態によるリソグラフィ投影装置を示す。
【図2】偏心パターンの撮像を示し、偏心器はリソグラフィ・エラーの効果を軽減する補償器である。下のグラフは、全フィールド標的部分の境界に対する、メリット関数に寄与するx、yフィールド・ポイントの区域の境界を示す。水平軸はスリットに沿ったx位置を示し、垂直軸はy位置(走査方向に沿った位置)を示す。中央のグラフはリソグラフィ・エラーのプロットを示し、これはx軸に沿って非対称に分布する。水平軸はスリットに沿ったx位置を示し、垂直軸は、リソグラフィ・エラーの大きさを表す。
【符号の説明】
23 パターン
25 幅
29 境界
231 距離/補償
291 境界
Claims (32)
- デバイス製造方法であって、
少なくとも部分的に放射線感応性材料の層で覆われた基板を提供するステップと、
放射線システムを使用して投影放射線を提供するステップと、
投影ビームの断面にパターンを与えるため、パターン形成手段を使用するステップと、
投影システムを使用して、放射線感応性材料の層の標的部分にパターン化した放射線を投影するステップと、
基板、放射線感応性材料の層、投影ビーム、パターン形成手段および投影システムのうち少なくとも1つの特性に関する情報を獲得するステップと、
前記特性の変化と、放射線感応性層に投影された像における複数のリソグラフィ・エラーのうち少なくとも1つの変化との関係を定量化する複数の感度係数を獲得するステップと、
リソグラフィ・エラーを計量して合計するメリット関数を定義するステップと、
前記メリット関数を最適化するために、基板、投影ビーム、パターン形成手段、および投影システムのうち少なくとも1つに適用する補償子を計算するステップであって、該補償子と前記特性の変化との関係の線形的な近似に基づいて、前記メリット関数に対する補償子の影響を計算するステップと、
前記計算された補償子を適用するステップと、
を備えるデバイス製造方法。 - 前記情報が獲得される前記特性が、パターン特徴、パターン・エラー、投影システムの収差、基板上の放射線感応性層に関するデータ、放射線ビームのエネルギーおよび波長で構成されるグループから選択されるものである、
請求項1に記載されたデバイス製造方法。 - 前記少なくとも1つのリソグラフィ・エラーが、X、Y面におけるパターン特徴の変位、パターン特徴の回転、パターン特徴の非対称拡大、歪み、焦平面の変形、標的部分にわたるCDの非対称分布、焦点ぼけに対するCDの非対称性、CDの左右非対称性、ほぼ2つの相互に直交する方向に沿って配向されたパターン間のCDの差、パターン特徴内のCDの変化、およびその組合せで構成されるグループから選択されるものである、
請求項1または2に記載されたデバイス製造方法。 - 前記感度係数が、前記特性と前記リソグラフィ・エラーとの間の線形比例定数を含む、
請求項1、2または3に記載されたデバイス製造方法。 - 前記感度係数が、放射線システムおよび/または投影システムの異なる照明設定および投影されるパターンの異なる特徴のうち少なくとも1つについて、複数の感度係数のファミリを備える、
請求項1から4いずれか1項に記載されたデバイス製造方法。 - 前記情報を獲得するステップおよび前記感度係数を獲得するステップが、測定、計算、データベースからの読み取りのうち少なくとも1つを含む、
請求項1から5いずれか1項に記載されたデバイス製造方法。 - 前記特性に関する情報が、前記標的部分に形成される像の位置の関数として、収差のフィールド・マップを備える、
請求項1から6いずれか1項に記載されたデバイス製造方法。 - 前記計算が、投影されるパターンの最も重要なパターン特徴についてのメリット関数を最適化するよう実行される、
請求項1から7いずれか1項に記載されたデバイス製造方法。 - 前記補償子が、パターン形成手段の並進、パターン形成手段の回転、基板の並進、基板の回転、光学系要素、好ましくは投影システムの光学系要素の移動または変形、放射線ビームのエネルギー変化、放射線ビームの波長変化、投影ビームが横断するガス充填空間の屈折率変化、放射線の強度の空間的分布の変化、使用するフィールド部分の変化のうち少なくとも1つを含む、
請求項1から8いずれか1項に記載されたデバイス製造方法。 - 前記特性の情報が、ゼルニケ多項式で表される投影システムの収差のフィールド・マップであり、
前記リソグラフィ・エラーは、それぞれが基板の標的部分のX、Y面にある位置の関数として、パターンのX変位、パターンのY変位、X方向に配向されたパターン特徴のZ変位、およびY方向に配向されたパターン特徴のZ変位のうち少なくとも1つを含み、
前記感度係数が、前記ゼルニケ多項式の各ゼルニケ収差成分に対するリソグラフィ・エラーの感度を与える比例定数である、
請求項1から9いずれか1項に記載されたデバイス製造方法。 - 前記メリット関数がパターンの左右非対称性を説明し、
前記感度係数が、左右非対称性を、投影システムの全フィールドに対するパターンの位置に関連付け、
前記補償子が、投影システムの全フィールドに対するパターンの位置の調節である、
請求項1から10いずれか1項に記載されたデバイス製造方法。 - 前記補償子が、パターン化したビームが偏心状態で投影システムを横断するようなX方向のパターンのシフトを含む、
請求項11に記載されたデバイス製造方法。 - 前記メリット関数がパターンの左右非対称性を説明し、前記感度係数が、投影システムの収差に対する左右非対称性の感度を与える比例定数であり、
前記補償子が、投影システムの線形コマ収差の調節である、
請求項1から12いずれか1項に記載されたデバイス製造方法。 - 前記パターン形成手段が位相シフト・マスクを備え、
前記特性の情報が、位相シフト・マスクの位相シフト・エラーを備え、
前記メリット関数がBossung傾斜を説明し、
前記感度係数が、位相シフト・エラーおよび投影システムの収差に対するBossung傾斜の感度を与える比例定数であり、
前記補償子が、投影システムの収差の調節である、
請求項1から13いずれか1項に記載されたデバイス製造方法。 - 前記投影システムの収差が、特に球面収差であり、より好ましくはZ9として知られるゼルニケ収差成分である、
請求項12に記載されたデバイス製造方法。 - 投影放射ビームを提供する放射線システムと、
所望のパターンに従って投影ビームをパターン化する働きをするパターン形成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、
パターン化したビームを基板の標的部分に投影する投影システムと、
放射線感応性層に投影された像における複数のリソグラフィ・エラーを計量して合計するメリット関数を最適化するために、パターン形成手段を支持する支持構造、基板テーブル、放射線システム、パターン形成手段および投影システムのうち少なくとも1つに適用可能な補償手段と、
前記複数のリソグラフィ・エラーのうち少なくとも1つの変化と、パターン形成手段、投影システム、基板上の放射線感応性層および投影ビームのうち少なくとも1つの特性の変化との関係を定量化する複数の感度係数に基づき、前記補償手段によって適用される少なくとも1つの補償子を計算するプロセッサであって、該補償子と前記特性の変化との関係の線形的な近似に基づいて、前記メリット関数に対する補償子の影響を計算する手段を有するプロセッサと、
を備えるリソグラフィ投影装置。 - 前記特性が、パターン特徴、パターン・エラー、投影システムの収差、基板上の放射線感応性層に関するデータ、放射線ビームのエネルギーおよび波長で構成されたグループから選択されるものである、
請求項16に記載されたリソグラフィ投影装置。 - 前記少なくとも1つのリソグラフィ・エラーが、X、Y面におけるパターン特徴の変位、パターン特徴の回転、パターン特徴の非対称拡大、歪み、焦平面の変形、標的部分にわたるCDの非対称分布、焦点ぼけに対するCDの非対称性、CDの左右非対称性、ほぼ2つの相互に直交する方向に沿って配向されたパターン間のCDの差、パターン特徴内のCDの変化、およびその組合せで構成されるグループから選択されるものである、
請求項16または17に記載されたリソグラフィ投影装置。 - 前記感度係数が、前記特性と前記リソグラフィ・エラーとの間の線形比例定数を含む、
請求項16、17または18のいずれか1項に記載されたリソグラフィ投影装置。 - 前記感度係数が、放射線システムおよび/または投影システムの異なる照明設定および投影されるパターンの異なる特徴のうち少なくとも1つについて、複数の感度係数のファミリを備える、
請求項16から19いずれか1項に記載されたリソグラフィ投影装置。 - 前記感度係数および/または前記特性のデータベースを備える、
請求項16から20いずれか1項に記載されたリソグラフィ投影装置。 - 前記特性が、前記標的部分に形成される像の位置の関数として、収差のフィールド・マップを備える、
請求項16から21いずれか1項に記載されたリソグラフィ投影装置。 - 前記プロセッサが、前記計算を実行して、投影されるパターンの最も重要なパターン特徴についてのメリット関数を最適化するよう構成される、
請求項16から22いずれか1項に記載されたリソグラフィ投影装置。 - 前記補償子が、パターン形成手段の並進、パターン形成手段の回転、基板の並進、基板の回転、光学系要素、好ましくは投影システムの光学系要素の移動または変形、放射線ビームのエネルギー変化、放射線ビームの波長変化、投影ビームが横断するガス充填空間の屈折率変化、放射線の強度の空間的分布の変化、使用するフィールド部分の変化のうち少なくとも1つを含む、
請求項16から23いずれか1項に記載されたリソグラフィ投影装置。 - 前記特性が、ゼルニケ多項式で表される投影システムの収差のフィールド・マップを含み、
前記リソグラフィ・エラーは、それぞれが基板の標的部分のX、Y面にある位置の関数として、パターンのX変位、パターンのY変位、X方向に配向されたパターン特徴のZ変位、およびY方向に配向されたパターン特徴のZ変位のうち少なくとも1つを含み、
前記感度係数が、前記ゼルニケ多項式の各ゼルニケ収差成分に対するリソグラフィ・エラーの感度を与える比例定数である、
請求項16から24いずれか1項に記載されたリソグラフィ投影装置。 - 前記メリット関数がパターンの左右非対称性を説明し、
前記感度係数が、左右非対称性を、投影システムの全フィールドに対するパターンの位置に関連付け、
前記補償子が、投影システムの全フィールドに対するパターンの位置の調節である、
請求項16から25いずれか1項に記載されたリソグラフィ投影装置。 - 前記補償子が、パターン化したビームが偏心状態で投影システムを横断するようなX方向のパターンのシフトを含む、
請求項26に記載されたリソグラフィ投影装置。 - 前記メリット関数がパターンの左右非対称性を説明し、前記感度係数が、投影システムの収差に対して左右非対称性の感度を与える比例定数であり、
前記補償子が、投影システムの線形コマ収差の調節である、
請求項16から27いずれか1項に記載されたリソグラフィ投影装置。 - 前記パターン形成手段が位相シフト・マスクを備え、
前記特性が、位相シフト・マスクの位相シフト・エラーを備え、
前記メリット関数がBossung傾斜を説明し、
前記感度係数が、位相シフト・エラーおよび投影システムの収差に対するBossung傾斜の感度を与える比例定数であり、
前記補償子が投影システムの収差の調節である、
請求項16から28いずれか1項に記載されたリソグラフィ投影装置。 - 前記投影システムの収差が、特に球面収差であり、より好ましくはZ9として知られるゼルニケ収差成分である、
請求項29に記載されたリソグラフィ投影装置。 - 前記支持構造が、マスクを保持するマスク・テーブルを備える、
請求項16から30いずれか1項に記載されたリソグラフィ投影装置。 - 前記放射線システムが、放射線源を備える、
請求項16から31いずれか1項に記載されたリソグラフィ投影装置。
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