JP4047614B2 - マスクエラー係数補償によりライン幅をコントロールするｄｕｖスキャナ - Google Patents

Description

【０００１】
発明の技術分野
本発明は、一般的にフォトリソグラフ、より詳細には画像へのライン幅の変化を制御する露光システムに関連するものであり、この画像は半導体デバイスの製造でプリントおよび使用される。
【０００２】
発明の背景
半導体製造では、レチクルまたはマスクの画像が感光性基板またはウェハに投影される。半導体デバイスはますます小型化されるから、半導体デバイス上に印刷される画像のフューチャサイズもまた小さくなる。この小さなフューチャサイズを感光性基板に正しく結像および印刷することは、フューチャサイズの低下と共にますます困難となる。フューチャサイズが露光波長の端数に近付くと、正しい結像を得ることがしばしば困難となる。画像品質およびレチクル上のパターンの正しい印刷を判定するには多数の変数がある。複製すべきレチクル上のラインはフューチャサイズ、タイプおよびフィールド中の位置の関数として変化する。また画像は、結像されるマスクまたはレチクル上のフューチャの配向または方向の関数として変化する。フォトリソグラフのイメージング特徴を改善し、以て画像品質を改善し、一定の印刷を提供しようとする多数の試みが為された来た。このようなフォトリソグラフシステムの１つが米国特許５３８３０００号明細書に「Partial Coherence Varier For Microlithographic Systems」のタイトルで、Michaloski et al により１９９５年１月１７日に開示された。これを参考文献としておく。ここに開示されたのは、調整可能なプロファイラを使用するマイクロリソグラフシステムであり、このプロファイラは光軸に沿って実際に、照明の所定の角度プロフィールをインポーズするために照明路に移動することができる。フォトリソグラフシステムでのイメージングを改善するための別のデバイスが米国特許６０１３４０１号明細書に「Method of Controlling Illumination Field To Reduce Linewidth Variation」のタイトルで、McCullough et al により２０００年１月１１日に開示された。これも参考文献としておく。ここには、レチクルの走査露光中に種々異なる空間的位置での露光量を制御するため、ダイナミックに調整可能なスリットが開示されている。露光での調整は、照明野のスキャン方向に対して垂直方向で行われる。別のフォトリソグラフシステムが米国特許願０９／２３２７５６７に「Dose Control For Correcting Linewidth Variation In The Scan Direction」のタイトルで、McCullough により、１９９９年１月１５日に開示された。これを参考文献としておく。ここには、露光量をスキャン方向での距離の関数としてライン幅変化を低減するため変化するための装置が開示されている。これらのフォトリソグラフシステムおよび露光装置および方法は、画像品質および感光性基板上へのフューチャの印刷を改善するが、さらなる改善の必要性がある。とりわけフューチャサイズが低下するので、さらに良好な画像品質が必要であり、画像を感光性基板に正しく複製しなければならない。
【０００３】
発明の要約
本発明は、フィールド上に印刷されるフューチャサイズの変化を、露光量並びに部分可干渉性を走査リソグラフ装置で選択的に調整することによって補正する方法および装置に関するものである。走査リソグラフ装置またはツールは照明源を有しており、この照明源は走査される照明野を形成し、マスクまたはレチクルの画像を感光性基板上に投影する。照明野は露光量を変化するために所定の空間的位置において調整され、調整可能な光学的アレイエレメントが異なる空間的位置において照明の開口数を変化する。これによりシステムの部分可干渉性が変化される。
【０００４】
従って本発明の課題は、感光性基板上へのフューチャの印刷を改善することである。
【０００５】
本発明の別の課題は、レチクルライン幅の変動を補正することである。
【０００６】
本発明は有利には、印刷すべき種々のフューチャを考慮するために容易に変更できる。
【０００７】
本発明は有利には、印刷されるフューチャでのライン幅変動を低減できる。
【０００８】
さらに本発明は有利には、印刷されるフューチャの水平バイアスおよび垂直バイアスを低減する。
【０００９】
調整可能なスリットを露光量の変化のために使用することが本発明の特徴である。
【００１０】
本発明のさらなる特徴は、光学的アレイエレメントが照明開口数の変化のために使用され、照明野の種々の個所で部分可干渉性を生じさせ、レチクルフューチャ変動を最小にし、水平／垂直バイアスを低減することである。
【００１１】
この課題および他の課題、利点、および特徴は以下の詳細な説明から明かとなる。
【００１２】
有利な実施例の詳細な説明
図１は、本発明のフォトリソグラフ装置を概略的に示す。マスクまたはレチクル１０はその上にパターンを有しており、感光性基板またはウェハ１２に結像される。マスクまたはレチクル１０の画像は投影光学系１４によって基板１２に投影される。照明源または照明システム１６が、マスクまたはレチクル１９の画像を感光性基板１２に投影するのに使用される。部分可干渉性調整器または光学的アレイエレメント１８は照明の出射開口数をスロット照明野に沿って走査方向で選択的に変化し、従ってシステムの部分可干渉性を調整する。調整可能なスリット２０は照明野を形成し、この照明野はレチクル１０上を走査される。マスクステージ２２と基板ステージ２４はステージコントローラ２６により制御され、同期して移動する。これにより調整可能スリット２０により形成される照明野はレチクル全体を走査し、その上の画像を感光性基板上に複製する。マスクまたはレチクルステージ２２と基板ステージ２４は矢印１７の方向に運動する。調整可能スリット２０は調整可能スリットコントローラ２８により制御される。調整可能スリットコントローラ２８は露光計算器３０およびデータ記憶デバイス３２と接続されている。部分可干渉性調整器１８は部分可干渉性調整器コントローラ３３と接続されている。部分可干渉性調整器コントローラ３３は部分可干渉性調整器の運動を制御し、所定の調整をシステムの部分干渉性に提供する。部分可干渉性調整器または光学的エレメント１８は、米国特許願第０９／５９９３８３号に「Illumination System With Spatially Controllable Partial Coherence Compensating For Linewidth Variance In A Photolithofraphic System」のタイトルで、McCullough et al により２０００年１月２２日に開示された光学的エレメントと類似であり、ここに全体を参考文献としておく。部分可干渉性調整器１８はまた、選択された異なる部分を有するグラジエントアレイとすることもできる。この選択された異なる部分は照明の部分可干渉性を照明野における所定の位置で、走査中にコントロールするのに用いる。部分可干渉性調整器は光学的エレメント共に移動または事実上移動し、所望の部分を部分可干渉性の形成ために選択する。システムコントロール３５はステージコントローラ２６，部分可干渉性調整器コントローラ３３，調整可能スリットコントローラ２８，露光計算器３０，およびデータ記憶デバイス３２と接続されている。
【００１３】
図１に示された本発明の実施例により、マスクエラー係数から生じるフューチャサイズ変動を補正することができる。マスクエラー係数がレチクルフューチャサイズの関数として変化すれば、マスクエラー係数は印刷されるフューチャの偏位をフューチャサイズの関数として引き起こす。マスクエラー係数は次式により定義することができる：
マスクエラー＝画像縮小係数 × ウェハライン幅の変化／レチクルライン幅の変化
マスクエラー係数が１つまたは一定であれば（これは望ましいことである）、キャリブレーションをライン幅の調整に使用することができる。
【００１４】
レチクルライン幅はレチクル面で測定され、ウェハライン幅はウェハ面で測定される。マスクエラー係数によりライン幅は、異なるフューチャサイズおよびフューチャタイプに対して異なる画像縮小係数で印刷される。ライン幅変動は焦点の有効深度にわたる最良焦点において影響を受ける。本発明はマスクエラー係数の作用を、露光量と部分可干渉性をスリットと走査方向に沿って調整することにより低減または除去するものである。従ってライン幅が最良焦点において、また所定のフューチャタイプの種々異なる配向に対する所定の焦点範囲にわたって改善される。
【００１５】
所定のフューチャタイプおよび配向に対するマスクエラー係数は空間的画像測定またはリソグラフィック測定からモデル化または計算することができる。この測定は、スリットに沿ったマスクエラー係数の変動が有意であるのに必要なだけの数の異なる個所でスリットに沿って行う。マスクエラー係数はフォトリソグラフデバイスまたはツールの種々異なる条件に対して測定することができる。これは例えばピューピル、部分可干渉性、開口数、および累積露光量のような異なる動作条件、ウェハ当たりのフィールド数、バッチ当たりのウェハ数等である。レチクル上のフューチャ、例えばライン、コンタクトがいったん特定されれば、基本的特徴をリソグラフィカルにまたは空中画像測定により測定することができる。工業的標準モデル化を使用したソフトウエアコンピュータシミュレーションによるモデル化、または他の等価のモデル化技術も公知であり、使用することができる。一般的にレチクルフューチャから感光性基板フューチャへのフューチャサイズ縮小は固定の画像縮小係数を有しており、これは例えば４：１である。しかし他の縮小係数も可能であり、使用することができる。しかしフューチャサイズを公称サイズを中心に変動するから、縮小係数も変化する。公称画像縮小係数から偏差すると、不所望のライン幅変動が印刷されるフィールドわたって生じる。結果としてレチクルからのフューチャサイズはウェハ上に、公称画像縮小係数を以て一定には形成されず、フューチャサイズが異なると公称値を中心に異なる。しかし公称値を中心にしたレチクルフューチャサイズ変動をいったん測定すれば、露光量を照明野において走査露光中に変更することによりレチクルフューチャサイズ変動を補正することができる。このことは調整可能スリット２０を使用して行われる。
【００１６】
レジスト特性と、単位露光量変化当たりのライン幅変動が既知であれば、種々異なるマスクエラー係数作用を種々異なるフューチャサイズにおいてフィールドにわたり、スリットに沿った縦方向にも走査方向にも補正するのに必要な露光量変化を計算することができる。この計算は次に露光量を走査中に変更するのに使用され、印刷されたライン幅におけるマスクエラー係数の作用を低減または除去する。基板またはウェハに印刷されたライン幅エラーは次の式により計算することができる。
【００１７】
印刷されたウェハライン幅における変化＝［マスクエラー係数 × レチクルライン幅における変化］／公称画像縮小係数
マスクエラー係数が一定であれば、すなわち、レチクルフューチャサイズ変動によって公称値を中心に変化しなければ、露光量較正またはマグニチュード制御によって補正することができる。マスクエラー係数がレチクル上の１つのフィールド位置から別の位置へと変化する場合、すなわちこれが、公称値を中心にしたレチクルフューチャサイズの変化と共に変化する場合、これを公称露光量較正によって補正することはできない。露光量は、レチクルが調整可能スリット２０により走査されるのに併せて変化しなければならない。マスクエラー係数とレチクルライン幅が既知であれば、レチクル補正較正を行うことができ、ツールの使用中にデバイス製造および特性付与のために適用することができる。マスクエラー係数が種々異なるフューチャタイプに対して同じであれば、補正を調整可能スリットにより単一露光で行うことができる。ただし配向が異なっても同じフューチャ構成を有することが前提である。露光量補正はレチクル上の各フィールド位置で計算される。レチクルライン幅変動補正較正は次のように行うことができる：
ＭＥＦ＝ｍ［ΔＣＤ_{ｗａｆｅｒ}／ΔＣＤ_{ｒｅｔｉｃｌｅ}］
ＭＥＦはマスクエラー係数であり、マスクライン幅に対して各フィールド位置で定義される。典型的にはＭＥＦは１である。ｍは、公称画像縮小係数またはＮＩＲＦである。
【００１８】
従って
［ΔＣＤ_{ｒｅｔｉｃｌｅＨ} × ＭＥＦ_Ｈ］／ｍ＝ΔＣＤ_{ｗａｆｅｒＨ}＝ウェハ上の所定の水平ライン幅
［ΔＣＤ_{ｒｅｔｉｃｌｅＶ} × ＭＥＦ_Ｖ］／ｍ＝ΔＣＤ_{ｗａｆｅｒＶ}＝ウェハ上の所定の垂直ライン幅
フィールド内のいずれの所与の位置においてＭＥＦ_Ｈ≒ＭＥＦ_Ｖ＝ＭＥＦである場合に対して、
ΔＣＤ_{ｗａｆｅｒ}＝（ΔＣＤ_{ｗａｆｅｒＨ} ＋ ΔＣＤ_{ｗａｆｅｒＶ}）／２＝ＭＥＦ［ΔＣＤ_{ｒｅｔｉｃｌｅＨ} ＋ ΔＣＤ_{ｒｅｔｉｃｌｅＶ}］／２Ｍ
択一的にＭＥＦ_ＨがＭＥＦ_Ｖに等しくなければ、
ΔＣＤwafer＝［（ΔＣＤ_{ｒｅｔｉｃｌｅＨ}）ＭＥＦH +（ΔＣＤ_{ｒｅｒｔｉｃｌｅＶ}）ＭＥＦv］／２Ｍ
Δ露光量補正＝ΔＣＤ_{ｗａｆｅｒ}／露光量感度
Δ露光量補正は露光フィールド中の各位置において計算される。
【００１９】
しかし残留水平／垂直バイアスが平均ライン幅に従って上記のように補正されるならば、すなわち（ａ）水平フューチャが同じ位置で垂直フューチャとは異なって結像されるか、または（ｂ）水平フューチャがレチクル上で垂直フューチャサイズと異なっていれば、マスクエラー係数は部分可干渉性調整器または光学的アレイエレメント１８により、部分可干渉性を異なる空間的位置で両方向で照明スロットに沿って、かつ走査方向で変形することによって補正することができる。択一的に多重露光を使用することができる。すなわち、配向の異なるフューチャを調整可能スリット２０セットによる独立した露光量により別個に露光して印刷するのである。
【００２０】
ライン幅変動は、水平および垂直フューチャサイズバイアスをレチクル上の各サイトにおいて計算し、マスクエラー係数制御を使用することにより補正できる。測定またはモデル化によって、印刷された水平フューチャおよび印刷された垂直フューチャをウェハ面で計算することができる。水平および垂直バイアスもまたウェハ面で計算することができる。水平および垂直バイアスを補正するのに必要な部分可干渉性変化は、技術的に公知の形式によりすでに市販のソフトウエアを用いて計算することができる。光学的エレメント１８は次に部分可干渉性を、スリットフィールド中の各空間的位置で変化するのに使用され、水平および垂直バイアスを補償する。いったん部分可干渉性が空間的位置で定義されれば、部分可干渉性は部分可干渉性調整器により供給されるか、または光学的エレメント１８が適用される。
【００２１】
従って本発明は、平均レチクルライン幅変動の補正に、または水平および垂直バイアス変動の補正に、または平均レチクルライン幅変動と水平および垂直バイアス変動の両方の補正に、または水平ライン幅変動だけの補正に、または垂直ライン幅変動だけの補正に使用することができる。
【００２２】
図２は、図１に示した調整可能スリット２０を概略的に示す。照明野４０は照明調整器３８により形成され、この照明調整器は調整可能輪郭３６を形成する。調整可能輪郭３６は照明調整器３８において実質的に矩形の照明野の一部をブロックし、照明野の幅を種々異なる縦方向位置で調整する。従って照明野４０は最大幅Ｗ_ｍａｘまたは最小幅Ｗ_ｍｉｎを有することになる。調整可能輪郭ドライブ３４は調整可能輪郭３６を調整する。調整可能輪郭ドライブ３４は調整可能スリットコントローラ２８により制御される。
【００２３】
動作時に調整可能スリット２０は、図１にしめされた感光性基板１２により受光される露光量を変更する。実質的に矩形の照明野４０は矢印４２の方向に走査され、レチクル１０の画像を感光性基板に投影する。レチクル１０はレチクルステージ２２に保持されており、ステージコントローラ２６によりドライブされ、これにより照明野４０が走査される。照明野４０がレチクル１０にわたって走査されるとき、調整可能スリットコントローラ２８は調整可能輪郭ドライブ３４を制御し、照明調整器３８により調整可能輪郭３６を変化させる。露光計算器３０は調整可能スリットコントローラに接続されており、正確な露光量を決定するのに使用される。データ記憶部３２は所望のライン幅変化を得るのに必要な露光量に関連するデータを記憶する。
【００２４】
図２Ａは、図１の光学的アレイエレメントまたは部分可干渉性調整器１８を示す。可干渉性調整器または光学的アレイエレメント１８は、照明野を形成するのに使用される照明源の出射開口数を変化するのに使用される。これはさらに部分可干渉性を変化させる。この部分可干渉性は、照明光学系の開口数を投影光学系の開口数で割った比により定義される。部分可干渉性調整器１８は複数の領域１９から形成される。各領域１９はレンズまたは複数のレンズからなり、これらは出射開口数または所定の経路における照明円錐形を変化させる。種々異なる領域１９は連続するか、または離散的ではなく勾配である。部分可干渉性調整器または光学的アレイエレメント１８は、これがレチクルの部分を選択し、所定の部分可干渉性を提供できるという意味でダイナミックである。従って部分可干渉性変化は照明野中の予め選択されたいずれかのポイントで、印刷画像に形成すべき調整に依存して形成することができる。
【００２５】
部分可干渉性調整器１８は固定することができ、所望の領域１９は光学的に領域選択器１８Ａにより選択される。すなわち、他の光学的エレメントが所望の領域１９に隣接して位置決めされ、所望の部分可干渉性を形成するための照明を提供する。領域選択器１８Ａは可動ミラー、プリズム、ファイバ光学素子、調整可能スロットまたはスリット、または他の公知の光学素子またはデバイスを有することができる。
【００２６】
図３Ａおよび３Ｂは種々異なるフューチャタイプを有するレチクルを概略的に示す。レチクル１１０Ａは垂直フューチャタイプ１１１Ａを有し、レチクル１１０Ｂは水平フューチャタイプ１１１Ｂを有する。
【００２７】
図４Ａと４Ｂは他の異なるフューチャタイプを有するレチクルを示す。図４Ａでレチクル１１０Ｃは第１のフューチャタイプ１１１Ｃをその上に有する。図４Ｂでレチクル１１０Ｄは第２のフューチャタイプ１１１Ｄをその上に有する。第１と第２のフューチャタイプ１１１Ｃと１１１Ｄはレチクル配向に対して異なる角度で配向することができる。多数のフューチャタイプが種々異なるレチクル上に見出されることが分かる。図３Ａ、Ｂおよび図４Ａ，Ｂに示したフューチャタイプは、種々異なるフューチャタイプの種々異なる配向の例である。多数のフューチャタイプが実質的に水平または垂直、または相互に直交する。フューチャタイプはまた孤立したフューチャおよび／またはグループ化されたフューチャを含むことができる。他の例では、ライン、コンタクト、およびフォトリソグラフで半導体デバイスの製造のために使用される公知のフューチャを含む。
【００２８】
図５は、リソグラフ技術で製造される半導体デバイスの一部断面図を示す。基板１１２には第１のライン１１２Ａと第２のライン１１２Ｂが配置されている。一つの層しか図示されていないが、典型的には多数の異なる層が、製造される半導体デバイスに依存して使用される。第１のライン１１２Ａはラテラル幅Ｗと隣接ライン１１２Ａと１１２Ｂとの間のスペースを有する。しかし用語「ライン幅」は隣接ライン１１２Ａと１１２Ｂとの間のスペースを示すのにも使用される。
【００２９】
図６は、垂直ライン１１５Ａ，１１５Ｂ，１１５Ｃおよび水平ライン１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃの平面図である。これらは図５に示されたラインに類似する。ライン１１５Ａ〜Ｃおよび１１３Ａ〜Ｃは種々の位置に、感光性基板に投影されるスロットに沿って印刷される。ライン１１５Ａ〜Ｃと１１３Ａ〜Ｃは一般的に相互に直交しているが、別の配向でも良い。付加的にライン幅は、感光性基板上に結像されるレチクルのライン幅を正確に反映しなければならない。しかし露光波長またはそれ以下のオーダーでの小さなライン幅では、同じライン幅をスロットにわたって得ること、およびレチクル上のライン幅から偏差しないライン幅を得ることはしばしば非常に困難である。これはリソグラフィックパラメータまたは変数が異なるからである。
【００３０】
従ってライン幅は種々の幅Ｗ’_Ｖ、Ｗ”_Ｖ、Ｗ"'_Ｖ、Ｗ’_Ｈ、Ｗ”_Ｈ、およびＷ"'_Ｈを種々の縦方向位置で、感光性基板に投影されるスロットに沿って有する。本発明は、露光量を図１および２に示した調整可能スリット２０によりライン幅の変動を低減する。このライン幅の変動はとりわけフューチャサイズおよび位置の関数である。
【００３１】
付加的にライン幅のエラーまたは変動がレチクル製造の結果としても存在する。本発明は、露光野における種々異なる位置での露光量と部分可干渉性をスロットに沿って選択的に制御することにより、レチクルの製造エラーを補正することができる。従って設計されたまたは意図されたライン幅を、レチクル上にライン幅エラーがレチクルの製造中に発生しても印刷することができる。本発明のこの特徴はまた、レチクルの所要の製造公差を低減し、従って実質的にレチクルの製造コストを低減する。例えば低減された製造公差を有するレチクルは低コストで製造することができ、またある程度のエラーを種々の個所に備えるレチクルも使用することができる。複製すべきレチクル画像の比例寸法からの偏差は本発明により補償され、所望の画像の複製が得られる。比例寸法とは、レチクルの画像が縮小係数または１より小さな倍率、例えば１／４の縮小比により縮小されることを意味する。従ってレチクルが低減された製造公差を有していても所望の画像をそのまま複製することができる。
【００３２】
図７から９は、水平および垂直バイアスの作用を印刷された直交ライン幅において示す。水平および垂直バイアスは２つの水平および垂直配向の間のライン幅における変動を表すことが分かる。別の方向でのバイアスも理解できる。図７は幅Ｗ_Ｈを有する水平ライン２１２Ｈと、幅Ｗ_Ｖを有する垂直ライン２１２Ｖを示す。幅Ｗ_Ｈは実質的に幅Ｗ_Ｖに等しい。図８は図７に示されたラインパターンを、フィールドの所定個所に水平バイアスを有するフォトリソグラフシステムにより印刷する様子を示す。水平バイアスにより、水平ライン２１２Ｈ’は変化して印刷されたライン幅Ｗ_{Ｈ '}を有する。これに対し、垂直ライン２１２Ｖは実質的に図７のラインパターンと同じライン幅Ｗ_Ｖを有している。同様に図９は、図７に示したラインパターンがフィールド中の特定個所に垂直バイアスを有するフォトリソグラフシステムにより印刷された様子を示す。垂直バイアスのため、垂直ライン２１２Ｖ’は変化して印刷されたライン幅Ｗ_{Ｖ '}を有している。これに対し、水平ライン２１２Ｈは実質的に図７のラインパターンと同じライン幅Ｗ_Ｈを有している。フォトリソグラフシステムは、正の比較的に広いライン幅、または負の比較的に狭いライン幅、バイアス、または水平および垂直バイアス両方の組み合わせを１つの個所に有することがある。この水平および垂直バイアスは、リソグラフシステムのフィールド内で空間的に変化し、また各システムに対して異なることがある。
【００３３】
この水平および垂直バイアスは、フォトリソグラフシステムの他のイメージング特性と共にしばしばフォトリソグラフシステムの署名として参照される。フォトリソグラフシステムの署名はまたイメージングに使用されるレチクルの特性を含むことがある。レチクルにより、マスクエラー係数特性から生じる水平／垂直バイアスの補償の際に、本発明は図１および図２Ａに示された光学的アレイエレメント１８を使用して、部分可干渉性または照明のフィル幾何形状を変形し、これにより水平および垂直バイアスを、レチクル画像の正確の印刷が要求される種々の個所で補償する。
【００３４】
図１０は、ラインパターン部分３１１に複数の列ｍと行ｎを有する検査レチクル３１０を概略的に示す。ラインパターン部分３１１は複数の異なるライン幅、スペースおよび配向を有する。ラインパターン部分３１０の各々は検査レチクル３１０上のアレイコンフィギュレーションに配置されている。検査レチクル３１０は正確に印刷された測定を得るために使用され、フォトリソグラフシステムまたツールマスクエラー係数を、種々異なる個所でスロットに沿って、公称サイズを中心にした所定のフューチャタイプおよびサイズに対して決定する。
【００３５】
図１１は、相応のラインパターン部分３１１をスリットフィールド３２０の縦方向長に沿って有するスロットまたはスリットフィールド３１０の使用を示す。ラインパターン部分またはグループフューチャは、（ａ）コントラストピッチに対して変化するライン幅、または（ｂ）１：１のライン／スペースデューティサイクルを有する変化するライン幅（すなわちピッチが変化する）からなる。スロットまたはスリットフィールドは図１０に示されたレチクルを走査される。実際のツールマスクエラー係数が、種々異なる縦方向位置でスリットフィールド３２０に沿って検出される。この情報は、調整可能スリットにより供給される適切な露光量、および光学的アレイエレメントにより供給される部分可干渉性を検出するのに使用され、ライン幅変動または水平／垂直バイアスの補正に使用される。
【００３６】
このフォーマットまたは方法データを使用することは、走査に沿った種々の個所で所定のスロット位置に対し有効である。このことにより走査署名に対する評価および補正、および所定のフューチャタイプおよびサイズに対する評価および補正が可能である。
【００３７】
図１２は、レチクル４１０Ｈ上の種々異なる空間的位置に配置された種々の水平フューチャサイズを概略的に示す。
【００３８】
図１３は、レチクル４１０Ｖの種々異なる空間的位置に配置された種々の垂直フューチャサイズを概略的に示す。
【００３９】
種々の水平および垂直フューチャサイズが単一レチクルのフューチャにしばしば組み合わされる。図１２と図１３は、水平および垂直コンポーネントを有する種々のフューチャを示す。
【００４０】
図１４は、マスクエラー係数を示す線図である。破線５０は、レチクルクリティカルディメンションがウェハクリティカルディメンションと同じであり、従って露光中に必要な補正に関連するマスクエラー係数が存在しないことを示す曲線である。ライン５２は、基板またはウェハに複製されるフューチャがレチクルから複製されるフューチャと比較してオーバーサイズである場合の、比較的に小さなフューチャに対するマスクエラー係数を示す。ライン５４は、基板またはウェハに複製されるフューチャがレチクルから複製されるフューチャと比較してアンダーサイズである場合の、比較的に小さなフューチャに対するマスクエラー係数を示す。マスクエラー係数は実質的にフューチャサイズが小さくなると増大することに注意されたい。従って、本発明はマスクエラー係数および関連するイメージング問題の補正の点で、フューチャサイズが小さくなるとますます重要になる。
【００４１】
図１５は、本発明の要素の方法ステップを示すフローチャートである。図１５は、ライン幅変動を低減するための露光量補正に使用される方法ステップを示す。ボックス５１０は、公称フューチャサイズおよびタイプからのレチクルライン幅変動の測定ステップを示す。ボックス５１２は、各空間位置における種々の配向ごとの予測ウェハまたは印刷されたライン幅変動の計算ステップを示す。この計算は次式を使用して実行することができる：
［ΔＣＤreticleH×ＭＥＦH］／ｍ＝ΔＣＤwaferH＝ウェハでの予測水平ライン幅；
［ΔＣＤreticleV×ＭＥＦV］／ｍ＝ΔＣＤwaferV＝ウェハ上の予測垂直ライン幅；
ボックス５１４は、印刷される平均ウェハライン幅の予測ステップを示す。この予測は次式により実行することができる：
ΔＣＤwafer＝（ΔＣＤwaferH ＋ ΔＣＤwaferV）／２；
ここでΔＣＤwaferは水平および垂直ライン幅の平均である。
【００４２】
ボックス５１６は、各空間位置における露光補正の計算ステップを表す。この計算は次式により実行することができる：
Δ露光補正＝ＣＤwafer／露光感度
露光補正は所定のフューチャ、レジストおよびタイプに対するものである。
【００４３】
ボックス５１８は、露光量を調整可能スルットにより各空間的位置で調整する方法ステップを示す。このステップにより露光量を補償または補正し、前記方法ステップからの計算に基づき、低減されたライン幅変動を得ることができる。
【００４４】
図１６は、本発明の要素を示すフローチャートである。図１６は、照明の部分可干渉性を変更し、水平および垂直バイアスを補償するのに使用される方法ステップを示す。ボックス６１０は、水平／垂直バイアスをレチクル上の各空間的位置で計算する方法ステップを示す。ボックス６１２は、印刷される水平／垂直バイアスを、マスクエラー係数を使用して予測するステップを表す。水平および垂直バイアスは、計算またはモデル化に基づいて測定または得ることができる。ボックス６１４は、水平および垂直バイアスを補正するのに必要な部分可干渉変化を計算する方法ステップを示す。この計算は、種々の計算方法または市販のソフトウエア、例えばProlithソフトウエアを使用して実行することができる。ボックス６１６は、各空間的位置において部分可干渉性を、所要の部分可干渉性変化の計算または水平／垂直バイアスに対して所要の補正を得るための変化に基づいて変化する方法ステップを示す。照明源に関連する光学的アレイエレメントの変形または変化もダイナミックであり、または図２Ａに示したように面を移動可能である。
【００４５】
図１５と図１６に示した方法を組み合わせることにより、改善された印刷を得ることができる。従って、種々異なる個所での露光量と、種々異なる空間的位置での部分可干渉性の両方を補正することにより、ライン幅での変動が水平および垂直バイアスと同様に補償される。従って本発明は、半導体製造で使用されるフォトリソグラムデバイスと共に使用され、品質および歩留まりを向上させる装置および方法を提供する。本発明により、現在の技術を使用しては不可能であるか、または容易には得ることのできない非常に小さなフューチャまたはエレメントをイメージングおよび印刷することができる。従って本発明は、ホトリソグラフ処理方法とこれに関連する半導体製造を進歩させるものである。
【００４６】
用語「水平および垂直バイアス」は、印刷されたライン幅における、配向の相違の結果としての変化を意味するのに使用される。一方、ライン幅は典型的には、相互に垂直であり、水平または垂直である。ライン幅はまた相対的な配向を有する。従って用語「水平および垂直バイアス」は配向バイアスと互換的に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の概略図である。
【図２】図１に示した調整可能スリットの概略図である。
【図２Ａ】図１に示した部分可干渉性調整器の概略図である。
【図３Ａ】垂直フューチャを有するレチクルの概略図である。
【図３Ｂ】水平フューチャを有するレチクルの概略図である。
【図４Ａ】第１の方向に配向されたフューチャを有するレチクルの概略図である。
【図４Ｂ】第２の方向に配向されたフューチャを有するレチクルの概略図である。
【図５】基板の上にリソグラフで形成されたラインの概略断面図である。
【図６】リソグラフで形成されたラインの部分における幅の変化を示す概略図である。
【図７】直交ラインパターンを示す平面図である。
【図８】水平バイアスを以て印刷されたラインパターンを示す平面図である。
【図９】垂直バイアスを以て印刷されたラインパターンを示す平面図である。
【図１０】種々異なるフィールドに種々異なるライン幅を有する検査レチクルの平面図である。
【図１１】スリットに沿った種々の位置を示す平面図である。
【図１２】種々異なる水平フューチャを種々異なる空間的位置に有するレチクルの平面図である。
【図１３】種々異なる垂直フューチャを種々異なる空間的位置に有するレチクルの平面図である。
【図１４】マスクエラー係数を示す線図である。
【図１５】露光量を調整するための本発明の実施例の方法ステップを示すフローチャートである。
【図１６】水平バイアスを部分可干渉性の変化により補正するための本発明の実施例の方法ステップを示すフローチャートである。

Claims (22)

1. 照明源と、部分可干渉性調整器と、調整可能スリットと、レチクルステージと、基板ステージと、投影光学系とを有するフォトリソグラフデバイスであって、
   前記部分可干渉性調整器は、電磁放射を前記照明源から受け、
   前記調整可能スリットは、電磁放射を前記照明源から受け、
   前記レチクルステージは、レチクルをその上に保持するように構成されており、
   前記基板ステージは、感光性基板をその上に保持するように構成されており、
   前記投影光学系は、前記レチクルステージと前記基板ステージとの間に配置されており、
   前記投影光学系は、レチクルの画像を感光性基板に投影する形式のフォトリソグラフデバイスにおいて、
   基板が受ける電磁放射の量を前記調整可能スリットにより種々異なる空間的位置で変更可能に構成されており、
   照明の部分可干渉性を前記部分可干渉性調整器により種々異なる空間的位置で変更可能に構成されており、
   これによりライン幅変動と配向バイアスを制御する、
   ことを特徴とするフォトリソグラフデバイス。
2. 前記部分可干渉性調整器は光学的アレイエレメントを有する、
   請求項１記載のフォトリソグラフデバイス。
3. さらに前記光学的アレイエレメントと関連する領域選択器を有し、
   これにより部分可干渉性変化が所定の空間的位置で行われる、
   請求項２記載のフォトリソグラフデバイス。
4. 前記光学的アレイエレメントは、領域を変更する複数の出射開口数を有する、請求項２記載のフォトリソグラフデバイス。
5. レチクルの画像を感光性基板に印刷するために使用される走査フォトリソグラフデバイスであって、
   照明源と、光学的アレイエレメントと、調整可能スリットと、レチクルステージと、基板ステージと、投影光学系と、ステージコントローラと、調整可能スリットコントローラとを有し、
   前記光学的アレイエレメントは、領域を変更する複数の出射開口数を有し、かつ前記照明源から電磁放射を受けるように配置されており、
   前記調整可能スリットは、前記光学的アレイエレメントから出射する電磁放射を受け、
   前記レチクルステージはレチクルをその上に保持するように構成されており、
   前記基板ステージは感光性基板をその上に保持するように構成されており、
   前記投影光学系は、前記レチクルステージと前記基板ステージとの間に配置されており、
   該投影光学系は、レチクルの画像を前記感光性基板に投影し、
   前記ステージコントローラは、前記レチクルステージおよび前記基板ステージと接続されており、
   前記調整可能スリットコントローラは前記調整可能スリットと接続されている形式の走査フォトリソグラフデバイスにおいて、
   感光性基板が受ける電磁放射の量が前記調整可能スリットにより種々異なる空間的位置で変更可能に構成されており、
   前記光学的アレイエレメントは出射開口数を種々異なる空間的位置で変更可能に構成されており、
   これによりライン幅変動と配向バイアスとが制御される、
   ことを特徴とする走査フォトリソグラフデバイス。
6. レチクルの画像を感光性基板に印刷するために使用される、請求項５記載の走査フォトリソグラフデバイスにおいて、
   前記光学的アレイエレメントに関連する領域選択器を有し、
   該領域選択器により出射開口数を変化し、これにより所定の空間的位置における部分可干渉性を変化する。
7. レチクルの画像を感光性基板に印刷するために使用される、請求項５記載の走査フォトリソグラフデバイスにおいて、
   前記調整可能スリットは、縦方向長に沿って可変の幅を有する。
8. レチクルの画像を感光性基板に印刷するために使用される、請求項５記載の走査フォトリソグラフデバイスにおいて、
   検査レチクルを有し、
   該検査レチクルは、種々異なるライン幅を備える複数のラインパターン部分と、空間的に配置された配向とを有し、
   これにより印刷された基板上でのライン幅の変動個所と配向バイアスとを検出する。
9. レチクルの画像を感光性基板に印刷するために使用される、請求項５記載の走査フォトリソグラフデバイスにおいて、
   感光性基板に関連して、感光性基板が処理されるときに当該基板上のライン幅変動および配向バイアスを検出するための手段を有する。
10. レチクルの画像を感光性基板に印刷するために使用される走査フォトリソグラフデバイスであって、
    照明野を供給する照明源を有し；
    前記照明源からの電磁放射を受けるように配置されており、部分可干渉性を照明野の種々異なる空間的位置で変更するための手段を有し；
    印刷されたフィールド内においてレチクルを基準にして配向バイアスの変動を、配向バイアスの複数の位置で検出するための手段を有し；
    前記配向バイアス変動の検出手段に接続されており、部分可干渉性を複数の配向バイアス個所の各々において、印刷されたフィールド内の配向バイアスを低減するために計算する手段を有し；
    前記部分可干渉性を変更するための手段と接続されており、部分可干渉性を複数の配向バイアス個所の各々において、部分可干渉性補正に基づいて調整するための手段を有し；
    前記照明源からの電磁放射を受けるように配置されており、露光量を感光性基板上の種々異なる空間的位置で変更するための手段を有し；
    印刷されたフィールド内のライン幅変動を、レチクルを基準にして、複数のライン幅変動個所で検出するための手段を有し；
    前記ライン幅変動の検出手段と接続されており、複数のライン幅変動個所の各々において露光量補正を計算し、印刷されたフィールド内のライン幅変動を低減するための手段を有し；
    前記露光量を変更するための手段と接続されており、露光量を複数のライン幅変動個所の各々において、露光量補正に基づいて調整するための手段を有し；
    レチクルをその上に保持するレチクルステージを有し；感光性基板をその上に保持する基板ステージを有し；
    前記レチクルステージと前記基板ステージとの間に配置された投影光学系を有し；
    該投影光学系は、レチクルの画像を感光性基板の上に投影し、前記レチクルステージおよび基板ステージと接続されており、前記レチクルステージと前記基板ステージとを同期して走査するための手段を有し；
    これにより基板の受ける電磁放射が変化され、印刷された基板上のライン幅変動および配向バイアスが制御される、
    ことを特徴とする走査フォトリソグラフデバイス。
11. レチクルの画像を感光性基板に印刷するのに使用される走査フォトリソグラフデバイスであって、
    照明源と、光学的アレイエレメントと、該光学的アレイエレメントと関連する領域選択器と、調整可能スリットと、レチクルをその上に保持するレチクルステージと、感光性基板をその上に保持する基板ステージと、投影光学系と、ステージコントローラと、調整可能スリットコントローラと、システムコントローラとを有し、
    前記光学的アレイエレメントは複数の出射開口数を有し、前記照明源からの電磁放射を受けるように配置された領域を変更することで部分可干渉性を変更し、変更された部分可干渉性をレチクル上の所定個所で提供し、
    前記領域選択器は、複数の出射開口数を方向転換し、領域を所定個所で変更し、
    前記調整可能スリットは、前記照明源からの電磁放射を受けるように配置された縦方向構成を有し、
    該調整可能スリットは可変幅を前記縦方向構成に沿って有し、
    前記投影光学系は、前記レチクルステージと前記基板ステージとの間に配置されており、
    該投影光学系は、レチクルの画像を感光性基板上に投影し、
    前記ステージコントローラは、前記レチクルステージおよび基板ステージに接続されており、
    前記調整可能スリットコントローラは前記調整可能スリットに接続されており、
    前記システムコントローラは、前記ステージコントローラ、前記領域選択器、前記調整可能スリットコントローラと接続されている形式の走査フォトリソグラフデバイスにおいて、
    感光性基板の受ける電磁放射の量を前記調整可能スリットにより種々異なる空間的位置で変更し、
    前記光学的アレイエレメントは、選択された部分可干渉性をレチクル上の所定の空間的位置で変更し、
    これによりライン幅変動および配向バイアスが制御される、
    ことを特徴とする走査フォトリソグラフデバイス。
12. 前記光学的アレイエレメントは勾配を有する、レチクルの画像を感光性基板上に印刷するために使用される、請求項１１記載の走査フォトリソグラフデバイス。
13. 印刷された基板上のライン幅変動と配向バイアスとを低減するために、補正された露光量と出射開口数とを計算するための手段を有し、
    該手段は前記システムコントローラに接続されている、レチクルの画像を感光性基板上に印刷するために使用される、請求項１１記載の走査フォトリソグラフデバイス。
14. レチクルの画像を感光性基板に露光する方法において、
    電磁放射の露光量を種々異なるライン幅において変更し、
    感光性基板上の空間的位置を変更し、
    レチクルを感光性基板に結像するのに使用される電磁放射の部分可干渉性を、該感光性基板上の種々異なるバイアス空間的位置で変更し、
    これによりライン幅変動と配向バイアスをレチクルの印刷された画像中で低減する、
    ことを特徴とする感光性基板の露光方法。
15. 露光量補正を種々異なるライン幅の各々において計算し、感光性基板上の空間的位置を変更し、部分可干渉性補正を、感光性基板上の種々異なるバイアス空間的位置の各々において計算する、請求項１４記載の感光性基板の露光方法。
16. 印刷された基板上でライン幅と、垂直および水平バイアスを変更するために感光性基板を露光する方法において、
    レチクルを基準にしたライン幅変動を、印刷されたフィールド内での複数のライン幅個所において検出し、
    露光量補正を複数のライン幅個所の各々において計算し、
    印刷されたフィールド中のライン幅の変動を低減し、
    感光性基板を露光するために使用される電磁放射の露光量を、種々異なるライン幅個所の各々において、前記露光量補正に基づいて調整し、
    レチクルを基準にする配向バイアスの変動を、印刷されたフォールド中の複数の配向バイアス個所において検出し、
    部分可干渉性補正を、複数の水平および垂直バイアス個所の各々において計算し、
    印刷されたフィールド中の配向バイアスを低減し、
    感光性基板を露光するために使用される電磁放射の部分可干渉性を、配向バイアスの複数個所の各々において、前記部分可干渉性補正に基づいて調整し、
    これにより印刷されたフィールド中のライン幅変動および配向バイアスを低減する、
    ことを特徴とする感光性基板の露光方法。
17. 印刷された基板上でライン幅および配向バイアスを制御するために感光性基板を露光する方法において、
    印刷された基板上での、意図したライン幅から偏差するライン幅変動を、印刷されたフィールド中の複数のライン幅個所において検出し、
    露光量補正を複数のライン幅変動個所の各々において計算し、
    印刷されたフィールド中での意図したライン幅を制御し、
    感光性基板を露光するために使用される電磁放射の量を、種々異なるライン幅個所の各々において、前記露光量補正に基づいて調整し、
    意図したライン幅を基準にする配向バイアスの変動を、印刷されたフィールド中の複数の配向バイアスにおいて検出し、
    部分可干渉性補正を、複数の配向バイアス個所の各々において計算し、
    印刷されたフィード中の配向バイアスを制御し、
    感光性基板を露光するために使用される電磁放射の部分可干渉性を、複数の配向バイアスの各々において、前記部分可干渉性補正に基づいて調整し、
    これにより印刷されたフィールド中のライン幅および配向バイアスを制御し、意図するライン幅を印刷された基板上で得る、
    ことを特徴とする感光性基板の露光方法。
18. フォトリソグラフ装置で使用される露光制御デバイスにおいて、
    調整可能スリットと、部分可干渉性調整器とを有し、
    前記調整可能スリットは、照明源からの電磁放射を受けるように配置されており、
    前記部分可干渉性調整器は、種名源からの電磁放射を受けるように配置されており、
    露光量および電磁放射の部分可干渉性を、感光性基板上の所定の空間的個所においてそれぞれ変更可能に構成されており、これによりライン幅変動および配向バイアスを低減する、
    ことを特徴とする露光制御デバイス。
19. 前記部分可干渉性調整器は、複数の異なる出射開口数領域を有し、これにより部分可干渉性が変更される、請求項１８記載の露光制御デバイス。
20. 前記部分可干渉性調整器に関連する領域選択器を有し、これにより種々異なる複数の出射開口数領域の１つが選択される、請求項１９記載の露光制御デバイス。
21. 比例する所望の構成から偏差する構成を有するレチクルの画像を感光性基板に印刷する方法において、
    感光性基板に印刷すべき比例する所望の構成から偏差する構成を有するレチクルを製造し、照明量を種々異なる空間的位置で調整し、
    印刷されるフューチャライン幅を種々異なる空間的位置で変更し、
    感光性基板上に印刷すべき比例する所望の構成が得られるようにし、
    照明の部分可干渉性を種々異なる空間的位置で調整し、
    配向バイアスを変更し、
    感光性基板上に印刷すべき比例する所望の構成が得られるようにし、これによりレチクルが緩和された製造公差を有していても使用できるようにする、
    ことを特徴とする印刷方法。
22. 比例する所望の構成から偏差する構成を有するレチクルの画像を感光性基板に印刷するためのフォトリソグラフ方法において、
    感光性基板上に印刷すべき比例する所望の構成から偏差する構成を有するレチクルを製造し、
    照明量の調整を、印刷されるライン幅を変化するのに必要な種々異なる空間的位置において計算し、
    感光性基板に印刷すべき比例する所望の構成を獲得し、
    照明量を、照明量の調整計算ステップに基づいて種々異なる空間的位置で調整し、
    印刷されるフューチャライン幅を種々異なる空間的位置で変更し、
    感光性基板に印刷すべき比例する所望の構成を獲得し、
    照明の部分可干渉性の調整を、種々異なる空間的位置において計算し、
    配向バイアスを変更し、
    感光性基板に印刷すべき比例する所望の構成を獲得し、
    照明の部分可干渉性を、部分可干渉性の調整計算ステップに基づいて種々異なる空間的位置で調整し、
    配向バイアスを変更し、
    感光性基板に印刷すべき比例する所望の構成を獲得し、
    これによりレチクルが緩和された製造公差を有していても使用できるようにする、
    ことを特徴とするフォトリソグラフ方法。

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