JP4459850B2 - リソグラフィ装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィ装置と、デバイスを製造する方法とに関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板の標的部分上に形成する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）、フラット・パネル・ディスプレイ、また微細構造を含む他のデバイスの製造時に使用することができる。従来のリソグラフィ装置では、選択可能にマスク又はレチクルと呼ばれるパターン形成手段を使用してＩＣ（又は他のデバイス）の個々の層に対応する回路パターンを形成することができ、このパターンを、感放射線性材料（例えば、レジスト）の層を有する基板（例えば、シリコン・ウェハ又はガラス板）上の標的部分（例えば、１つ又は複数のダイの一部）上に結像することができる。パターン形成手段は、マスクの代わりに、回路パターンを形成する個別に制御可能な要素のアレイを含むことができる。

一般に、単一の基板は、連続して露光される隣接した標的部分のネットワークを含むことになる。既知のリソグラフィ投影装置には、パターン全体を一度に標的部分上に露光することによって各標的部分が照射されるステッパと、所与の方向（「走査」方向）で投影ビームを介してパターンを走査し、一方、この方向に平行又は逆平行で基板を同期走査することによって各標的部分が照射されるスキャナとが含まれる。

リソグラフィ装置がステップ・モード又は走査モードで動作するのであろうとなかろうと、パターン形成済みビームが基板表面の適切な標的部分上に向けて送られることが重要であることは理解されるであろう。多くの状況において、一連のリソグラフィ加工ステップの結果として、多層構造が基板の表面上に積み重ねられ、当然ながら、基板内で形成される連続する層が互いに正しく位置合わせされることが重要である。したがって、ビーム投影システムに対する基板の位置が正確に把握することを保証するよう十分注意される。これは、一般に、例えば基板の縁部を基板テーブル上の支持表面と係合させ、次いで基板上の参照マークを使用し、基板テーブルに対して基板がどこにあるか正確に識別することにより、基板を基板テーブル上で既知の向きに位置決めすることによって達成される。次いで、計測システムが使用され、基板とビーム投影システムの間の相対変位を制御する。参照マークは、変位すべてがそれに比べて測定される基準位置を確立する。

基板のサイズが増大するにつれて、基準位置に対して基板がどこにあるか正確に判定するために基板上の単一の参照マークに依拠することが、より困難になっている。この問題に対処するために、単一の基板上に複数の参照マークを置き、それにより、投影システムと基板の間のように比較的小さな変位の後で基板位置を監視する計測システムを再較正することができることが知られている。しかし、いくつかの応用例では、例えば、パターン・ジェネレータ・システムとして多数の液晶デバイス（ＬＣＤ）に依拠する大型フラット・パネル・ディスプレイ（ＦＰＤ）を製造する際に、これは可能でない。ＦＰＤの場合には、厚さ約１ｍｍ未満の非常に大型で薄い基板（例えば、約１．８５×２．２メートル）が考えられる。各ガラス基板上で、いくつかのパネル（例えば、４、６、又は９枚）が画成され、各パネルは、一般的にサイズが（コーナからコーナまで対角線的に測定して）約２５．４ｃｍ（約１０インチ）から約１３９．７ｃｍ（約５５インチ）に及ぶ単一製品（例えば、コンピュータ・モニタ画面、テレビジョン画面など）に対応する。単一基板上の各パネル領域内で、個々の画素をそれぞれ画成する個々のＬＣＤ群が並べられる。高い光透過効率を確保するために、また、不規則の、視覚的に明らかな光作用を回避するために、どの１枚のパネル内にもアライメント・フィーチャを形成することができない。したがって、アライメント・フィーチャは、ガラス基板の周縁部周りや、隣接するパネル間に配置しなければならない。個々のパネルのサイズが増大するにつれて、隣接するアライメント・フィーチャ間の距離もまた増大する。したがって、位置合わせの情報は、基板の表面上に形成されたアライメント・フィーチャからあまり獲得することができない。

投影システムと基板の間のような位置誤差の１つの原因は、熱膨張である。２つのマークが基板の表面上で形成され、次いで、基板の温度が上昇した場合、これらのマーク間の間隔は、熱膨張の結果として増大することになる。したがって、ある温度にある基板の表面上で形成された構造は、後で形成された構造が、基板の温度が変化したときに後の露光の結果生じる場合、後で形成された構造と一致しない。これは従来、基板を所定の基準温度で維持するように十分注意することによって対処されてきた周知の問題である。しかし、これは実際には、特に大型基板の場合、達成するのが困難である。今や、非常に大きなサイズの基板、例えば、外寸２メートル程度の基板を考えることが可能である。そのようなサイズの基板にわたる非常に小さな温度変動が、例えばＬＣＤディスプレイ・パネルにおける状況において有意となる膨張と収縮を引き起こす可能性がある。

したがって、露光間で正確な位置合わせを可能にし、一方、熱膨張によって引き起こされるミスアライメントを実質的になくす、又は低減するシステム及び方法が求められている。

本発明の実施例は、放射線の投影ビームを供給する照明システムと、投影ビームの断面にパターンを付与するパターン形成システムと、基板を支持する基板テーブルと、基板の表面の標的部分上にパターン形成済みビームを投影する投影システムとを含むリソグラフィ装置を提供する。基板テーブル上において所定の位置で支持された基板の表面上の所望の露光パターンにとって適している、基板テーブルに対する所定の空間特性を標的部分は有する。本装置は、基板の温度を測定する測定システムと、測定された温度に対する基板の寸法応答を計算するシステムと、計算された寸法応答を補償するために、基板テーブルに対して標的部分の空間特性を調整するためのシステムとをさらに含むことができる。

温度測定システムは、基板表面全体にわたって分布する複数の領域のそれぞれにおいて基板の温度を測定するために少なくとも１つのセンサを含むことができる。例えば、複数のセンサは、基板テーブル全体にわたって分布することができ、各センサは、基板及び基板テーブルの隣接する領域の温度が同じ、又は同様になるという想定に基づいて、基板テーブル上で支持された基板の隣接する領域の温度を検知する、或いは、基板テーブルの隣接する領域の温度を検知する。別法として、複数のセンサは、基板テーブルの上方に位置する支持体上に分布することができ、走査システムを構成し、センサに対して基板テーブルを変位させ、また、基板テーブルとセンサ支持体の間の複数の相対位置のそれぞれにおいて、各センサに隣接する基板の領域の温度を測定することができる。

本発明の他の実施例は、基板を提供するステップと、照明システムを使用して放射線の投影ビームを提供するステップと、投影ビームの断面にパターンを付与するステップと、基板を基板テーブル上で支持するステップと、基板の表面の標的部分上にパターン形成済み放射ビームを投影するステップとを含むデバイス製造方法を提供する。基板テーブル上において所定の位置で支持された基板の表面上の所望の露光パターンにとって適している、基板テーブルに対する所定の空間特性を標的部分は有する。本方法は、基板の温度を測定するステップと、測定された温度に対する基板の寸法応答を計算するステップと、計算された寸法応答を補償するために、基板テーブルに対して標的部分の空間特性を調整するステップとをさらに含む。

本発明の他の実施例は、次のステップを含む、温度の変化に対する基板の寸法応答のモデルを確立するための方法を提供する。複数のアライメント・フィーチャが、基板の表面上で形成される。アライメント・フィーチャは基板の表面全体にわたって分布し、その結果、所定の基板温度を想定してそれらの空間分布が予め定められる。基板の温度が測定される。アライメント・フィーチャの空間分布が、測定された基板温度で測定される。寸法応答のモデルが、所定の空間分布と測定された空間分布との差から導出される。

本発明の１つ又は複数の実施例は、様々なタイプのパターン・ジェネレータに依拠するリソグラフィ装置内で使用することができる。例えば、個別に制御可能な要素のアレイ群を使用し、投影されたビームにパターンを付与するパターン・ジェネレータや、単純なレチクル（例えば、マスク）を使用し、所望のパターンを付与するパターン・ジェネレータである。

本発明の他の諸実施例、特徴、利点、並びに本発明の様々な実施例の構造及び動作について、添付の図面を参照しながら以下で詳しく述べる。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する添付の図面は、本発明を例示し、説明と共に、さらに本発明の原理を説明するように、また当業者が本発明を製造し使用することができるように働く。

次に、本発明について、添付の図面を参照しながら述べる。図面では、同じ参照番号が、同一の又は機能的に同様な要素を示す場合がある。

概要及び用語
本明細書で使用される「個別に制御可能な要素のアレイ」という用語は、パターン形成された断面を入来放射線ビームに付与するために使用することができ、その結果、所望のパターンを基板の標的部分内で作成することができる任意のデバイスを指すように広く解釈すべきである。また、「ライト・バルブ」及び「空間光変調器（ＳＬＭ）」という用語をもこの文脈で使用することができる。そのようなパターン形成デバイスの例について、以下で述べる。

プログラム可能なミラー・アレイは、粘弾性制御層及び反射表面を有するマトリクス・アドレス可能な表面を備えることができる。そのような装置の背景にある基本原理は、例えば、反射表面のアドレスされた領域が入射光を回折光として反射し、一方、アドレスされない領域が入射光を非回折光として反射することである。適切な空間フィルタを使用して、その非回折光を反射されたビームから濾波し、基板に達するように回折光だけ残すことができる。このようにして、マトリクス・アドレス可能な表面のアドレッシング・パターンに従って、ビームがパターン形成される。

別法として、このフィルタは、回折光を濾波し、基板に達するように非回折光を残すことができることは理解されるであろう。回折光学微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスのアレイをも対応する形で使用することができる。各回折光学ＭＥＭＳデバイスは、入射光を回折光として反射する回折格子を形成するように互いに変形することができる複数の回折リボンを含むことができる。

他の代替実施例は、小さな鏡の行列構成を使用するプログラム可能なミラー・アレイを含むことができ、鏡のそれぞれは、適切な局所電界を印加することにより、又は圧電始動手段を使用することにより、軸の周りで個別に傾斜させることができる。この場合も、鏡はマトリクス・アドレス可能であり、その結果、アドレスされた鏡は、アドレスされない鏡に対して異なる方向で入来放射線ビームを反射することになり、このようにして、反射されたビームは、マトリクス・アドレス可能な鏡のアドレッシング・パターンに従ってパターン形成される。必要とされるマトリクス・アドレッシングは、適切な電子手段を使用して実行することができる。

上述の状況のどちらも、個別に制御可能な要素のアレイは、１つ又は複数のプログラム可能なミラー・アレイを備えることができる。本明細書で参照されているミラー・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号及び米国特許第５，５２３，１９３号、並びにＰＣＴ特許出願ＷＯ９８／３８５９７及びＷＯ９８／３３０９６から収集することができ、これらは、その全文を参照により本明細書に組み込む。

プログラム可能なＬＣＤアレイをも使用することができる。そのような構造の一実施例は、米国特許第５，２２９，８７２号にあり、その全文を参照により本明細書に組み込む。

例えば、フィーチャのプリバイアス（ｐｒｅ−ｂｉａｓｉｎｇ ｏｆ ｆｅａｔｕｒｅｓ）、光学近接補正機能（ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｆｅａｔｕｒｅｓ）、位相変動技法（ｐｈａｓｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）、複数の露光技法が使用される場合、個別に制御可能な要素のアレイ上で「表示」されたパターンは、基板に属する、又は基板上の層に最終的に転写されるパターンと実質的に異なる可能性がある。同様に、基板上で最終的に形成されるパターンは、個別に制御可能な要素のアレイ上で任意のある瞬間に形成されたパターンに対応しない可能性がある。これは、基板の各部上で形成される最終的なパターンが所与の時間又は所与の露光回数にわたって構築され、その間に個別に制御可能な要素のアレイ上のパターン及び／又は基板の相対位置が変化する構成の場合である。

本文中では、ＩＣ製造時におけるリソグラフィ装置の使用を具体的に参照することがあるが、本明細書で述べられているリソグラフィ装置には、例えば、ＤＮＡチップ、ＭＥＭＳ、ＭＯＥＭＳ、集積光学系、磁区メモリ用のガイド及び検出パターン、フラット・パネル・ディスプレイ、薄膜磁気ヘッドなどの製造など、他の応用分野があり得ることを理解されたい。当業者なら、そのような代替応用例の文脈において、本明細書における「ウェハ」又は「ダイ」という用語のどのような使用も、それぞれより一般的な用語である「基板」又は「標的部分」と同義と見なすことができることを理解できるであろう。本明細書で参照されている基板は、露光の前後に、例えば、トラック（一般に、レジストの層を基板に付着し、露光されたレジストを現像するツール）、又は測定若しくは検査ツール内で処理することができる。適用可能な場合、本明細書における開示は、そのような、また他の基板処理ツールに適用することができる。さらに、基板は、例えば多層ＩＣを作成するために複数回処理することができ、その結果、本明細書で使用される基板という用語は、すでに複数回処理された層を含む基板を指すこともあり得る。

本明細書で使用される「放射線」及び「ビーム」という用語は、（例えば、波長３６５、２４８、１９３、１５７、又は１２６ｎｍを有する）紫外線（ＵＶ）及び（例えば、５〜２０ｎｍの範囲内の波長を有する）極紫外線（ＥＵＶ）、並びに、イオン・ビーム又は電子ビームなど粒子ビームを含む、あらゆるタイプの電磁放射線を包含する。

本明細書で使用される「投影システム」という用語は、例えば、使用される露光放射線に対して、或いは、浸漬流体の使用又は真空の使用など他の要因に対して適切なように、屈折光学系、反射光学系、カタディオプトリック光学系を含む様々なタイプの投影システムを包含すると広く解釈すべきである。本明細書における「レンズ」という用語のどの使用も、「投影システム」というより一般的な用語と同義と見なすことができる。

照明システムはまた、放射線の投影ビームを誘導する、形作る、又は制御するために、屈折構成要素、反射構成要素、カタディオプトリック光学構成要素を含む様々なタイプの光学構成要素を包含することができ、そのような構成要素もまた下記で、集合的又は単数で「レンズ」と称される可能性がある。

本リソグラフィ装置は、２つ（デュアル・ステージ）以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のマスク・テーブル）を有するタイプのものとすることができる。そのような「複数ステージ」機では、追加テーブルを同時に使用することができ、或いは、１つ又は複数の他のテーブルを露光に使用している間に、１つ又は複数のテーブルに対して準備ステップを実施することができる。

本リソグラフィ装置はまた、比較的高い屈折率を有する液体（例えば水）に基板が浸漬され、投影システムの最終要素と基板の間の空間を満たすタイプのものとすることができる。また、浸漬液は、リソグラフィ装置内の他の空間、例えば、マスクと投影システムの最初の要素との間に適用することができる。浸漬技法は、投影システムの開口数を増大するために、当技術分野で周知である。

さらに、本装置は、流体と、基板の照射された部分との間の相互作用を可能にするために（例えば、化学薬品を基板に選択的に添着するために、或いは基板の表面構造を選択的に修正するために）、流体処理セルを備えることができる。

リソグラフィ投影装置
図１は、本発明の一実施例によるリソグラフィ投影装置１００を概略的に示す。装置１００は、少なくとも放射システム１０２（例えば、ＥＸ、ＩＬ（例えば、ＡＭ、ＩＮ、ＣＯなど）など）と、個別に制御可能な要素のアレイＰＰＭ１０４と、物体テーブルＷＴ１０６（例えば、基板テーブル）と、投影システム（レンズ）ＰＬ１０８とを含む。

放射システム１０２は、放射線（例えば、ＵＶ放射）の投影ビームＰＢ１１０を供給するために使用することができ、この特定の場合には、放射線源ＬＡ１１２をも備える。

個別に制御可能な要素のアレイ１０４（例えば、プログラム可能なミラー・アレイ）は、パターンを投影ビーム１１０に適用するために使用することができる。一般に、個別に制御可能な要素のアレイ１０４の位置は、投影システム１０８に対して固定とすることができる。しかし、代替構成では、個別に制御可能な要素のアレイ１０４を、投影システム１０８に対して正確に位置決めするために、位置決めデバイス（図示せず）に接続することができる。本明細書では、個別に制御可能な要素１０４は、（例えば、個別に制御可能な要素の反射性アレイを有する）反射タイプのものである。

物体テーブル１０６は、基板Ｗ１１４（例えば、レジスト・コーティング済みシリコン・ウェハ又はガラス基板）を保持するための基板ホルダ（具体的に図示せず）を備えることができ、物体テーブル１０６は、基板１１４を投影システム１０８に対して正確に位置決めするために位置決めデバイスＰＷ１１６に接続することができる。

投影システム（例えば、レンズ）１０８（石英及び／又はＣａＦ_２レンズ系、或いは、そのような材料製のレンズ要素、又はミラー系を備えるカタディオプトリック系）は、ビーム・スプリッタ１１８から受け取られたパターン形成済みビームを、基板１１４の標的部分Ｃ１２０（例えば、１つ又は複数のダイ）上に投影するために使用することができる。投影システム１０８は、個別に制御可能な要素のアレイ１０４の像を基板１１４上に投影することができる。別法として、投影システム１０８は、個別に制御可能な要素のアレイ１０４の諸要素がシャッタとして動作する２次線源の像を投影することができる。投影システム１０８はまた、２次線源を形成するために、また、マイクロスポットを基板１１４上に投影するために、マイクロ・レンズ・アレイ（ＭＬＡ）を備えることができる。

線源１１２（例えば、エキシマ・レーザ）は、放射線のビーム１２２を生成することができる。このビーム１２２は、直接に、或いは、例えばビーム・エキスパンダＥｘなどコンディショニングデバイス１２６を横切った後で照明システム（イルミネータ）ＩＬ１２４内に送られる。イルミネータ１２４は、ビーム１２２内の強度分布の（一般にそれぞれσ−外側及びσ−内側と呼ばれる）外部及び／又は内部径方向範囲を設定するための調整デバイスＡＭ１２８を備えることができる。さらに、一般にインテグレータＩＮ１３０及びコンデンサＣＯ１３２など、様々な他の構成要素を備えることになる。このようにして、個別に制御可能な要素のアレイ１０４上に衝突するビーム１１０は、その断面において所望の均一性及び強度分布を有する。

図１に関して、線源１１２は、（例えば、線源１１２が水銀ランプの場合にしばしばそうであるように）リソグラフィ投影装置１００のハウジング内にある可能性があることに留意されたい。代替実施例では、線源１１２はまた、リソグラフィ投影装置１００から離隔することができる。この場合、放射線ビーム１２２は、（例えば、適切な誘導ミラーの助けにより）装置１００内に導かれることになる。この後者の状況は、線源１１２がエキシマ・レーザである場合に多い。これらの状況は共に、本発明の範囲内で考えられていることを理解されたい。

ビーム１１０、その後、ビーム・スプリッタ１１８を使用して導かれた後で、個別に制御可能な要素のアレイ１０４を横切る。ビーム１１０は、個別に制御可能な要素のアレイ１０４によって反射されながら投影システム１０８を通過し、投影システム１０８は、ビーム１１０を基板１１４の標的部分１２０上に集束する。

位置決めデバイス１１６（また、任意選択で、ビーム・スプリッタ１４０を介して干渉ビーム１３８を受け取る、ベース・プレートＢＰ１３６上の干渉測定デバイスＩＦ１３４）の助けにより、様々な標的部分１２０をビーム１１０の経路内で位置決めするように、基板テーブル１０６は正確に移動することができる。個別に制御可能な要素のアレイ１０４用の位置決めデバイスは、使用される場合、例えば走査中に、ビーム１１０の経路に対して、個別に制御可能な要素のアレイ１０４の位置を正確に補正するために使用することができる。一般に、物体テーブル１０６の移動は、図１には明示的に示されていないが、ロング・ストローク・モジュール（粗い位置決め）及びショート・ストローク・モジュール（細かい位置決め）の助けにより実現される。また、同様なシステムを使用し、個別に制御可能な要素のアレイ１０４を位置決めすることができる。必要とされる相対移動を実現するために、別法として／追加として投影ビーム１１０を移動可能とし、一方、物体テーブル１０６及び／又は個別に制御可能な要素のアレイ１０４が固定位置を有することができることは理解されるであろう。

この実施例の代替構成では、基板１１４が基板テーブル１０６の上で移動可能な状態で、基板テーブル１０６を固定とすることができる。これが行われる場合、基板テーブル１０６は、平坦な最上面上に多数の開口を備え、その開口を介してガスが共有され、基板１１４を支持することが可能であるガス・クッションを提供する。これは、従来、空気ベアリング構成と呼ばれる。基板１１４は、基板１１４をビーム１１０の経路に対して正確に位置決めすることが可能である１つ又は複数のアクチュエータ（図示せず）を使用して、基板テーブル１０６の上で移動される。別法として、基板１１４は、開口を介したガスの通過を選択的に開始及び停止することによって、基板テーブル１０６の上を移動させることができる。

本発明によるリソグラフィ装置１００は、本明細書では、基板上のレジストを露光するためのものとして述べられているが、本発明は、この使用に限定されず、レジストレス・リソグラフィにおいて使用するために、装置１００を使用し、パターン形成済み投影ビーム１１０を投影することができることは理解されるであろう。

図の装置１００は、４つの好ましいモードで使用することができる。
１．ステップ・モード：個別に制御可能な要素のアレイ１０４上のパターン全体が標的部分１２０上に１回で（すなわち、１回の「フラッシュ」）投影される。次いで、基板テーブル１０６は、ビーム１１０によって照射される異なる標的部分１２０について異なる位置に、Ｘ及び／又はＹ方向で移動される。
２．走査モード：本質的にステップ・モードと同じであるが、所与の標的部分１２０が１回の「フラッシュ」で露光されない。その代わりに、個別に制御可能な要素のアレイ１０４は、所与の方向（いわゆる「走査方向」、例えばｙ方向）に速さｖで移動可能であり、その結果、投影ビーム１１０は個別に制御可能な要素のアレイ１０４全体にわたって走査させられる。それと共に、基板テーブル１０６は、同方向又は反対方向に速さＶ＝Ｍｖで同時に移動される。この式でＭは、投影システム１０８の倍率である。このようにして、解像度を損なうことなく、比較的大きな標的部分１２０を露光することができる。
３．パルス・モード：個別に制御可能な要素のアレイ１０４を本質的に静止したまま保たれ、パターン全体が、パルス放射システム１０２を使用して、基板１１４の標的部分１２０上に投影される。基板テーブル１０６は、本質的に一定の速さで移動され、その結果、投影ビーム１１０は、基板１０６全体にわたってラインを走査する。個別に制御可能な要素のアレイ１０４上のパターンは、放射システム１０２のパルス同士の間で必要に応じて更新され、パルスは、連続する標的部分１２０が基板１１４上の必要とされる位置で露光されるように計時される。したがって、投影ビーム１１０は、基板１１４の帯について完全なパターンを露光するように、基板１１４全体にわたって走査することができる。このプロセスは、基板１１４全体がラインごとに露光されるまで繰り返される。
４．連続走査モード：本質的にパルス・モードと同じであるが、実質的に一定の放射システム１０２が使用され、個別に制御可能な要素のアレイ１０４上のパターンは、投影ビーム１１０が基板１１４全体にわたって走査し、それを露光したとき更新される。

上述の使用モード又はまったく異なる使用モードに対する組合せ及び／又は変形形態をも、使用することができる。

例示的な結像構成
図２は、本発明の一実施例によるリソグラフィ投影装置２００を、概略的に示す。装置２００は、イルミネータ２０６（ＩＬ）部で受け取られる放射ビーム２０４を生成する光源２０２（ＳＯ）を含む。イルミネータ２０６は、放射ビームを透過性パターン・ジェネレータ２０８（Ｍ）（例えば、マスク、レチクル、空間光変調器など）に送達する。したがって、パターン形成済みビームが透過性パターン・ジェネレータ２０８から投影システム２１０（ＰＬ）に、次いで、投影システム２１０の下で変位可能である基板テーブル２１４（ＷＴ）上で支持された基板２１２（Ｗ）の表面に送られる。

図１及び図２の両実施例について以下で論じるが、別段の指摘がない限り、考察を容易にするために、図１の参照番号だけが使用されることになる。

図１及び図２の実施例では、基板１１４の表面上の所望の露光パターンにとって適切なパターンがパターン形成済みビームの断面に与えられる。そのビームは、基板１１４がその上で位置決めされる基板テーブル１０６に対して定義されるＸＹ座標系において、空間特性、例えば位置及びサイズを有する。基板１１４は、基板テーブル１０６上の所定の位置に位置し、基板１１４が実際に適切な所定の位置にあることに基づいて、パターン形成済みビームが基板１１４上に投影される。基板１１４が適切な所定の位置にない場合、標的部分は、当然ながら基板１１４上で正しく位置決めされていないことになる。したがって、基板テーブル上の基板の適切な位置決めを確保するために当業者に周知の様々な技法を使用して、基板１１４が基板テーブル１０６上で適切に位置決めされることが重要である。

熱膨張による標的部分に対する例示的な作用
図３は、本発明の一実施例による、基板テーブル２上に載置された基板１を示す。基板２に対応する座標系は、原点０及び軸ｘ、ｙを有する。標的部分３（例えば、基板１に対して所定の直径及び位置を有する領域）を基板表面５上で露光することが望まれると仮定すると、基板１の正しい部分が露光されるように、放射ビームを適切にパターン形成し、パターン形成済み放射ビームを基板１に対して位置決めすることが必要である。これは、基板１が基板テーブル２に対して所定の位置にあることを必要とする。

一実施例では、位置決めは、基板１の表面５に設けられた（十字によって示された）点Ｐ１部の参照マークと、基板テーブル２上で適切なアバットメント（ａｂｕｔｍｅｎｔｓ）に接して基板１をクランプすることにより、Ｘ方向で位置合わせすることができる縁部、例えば縁部４とを使用して行われる。基板１の寸法が既知とすれば、基板１上のあらゆる点は、参照点Ｐ１に対して基板テーブル２のｘ、ｙ座標系内で参照することができる。例えば、露光すべき標的部分３は、その中心を定義する点Ｐ２と、点Ｐ２から引かれた半径とを参照することによって画成することができる。

標的部分３が基板１上で、例えば、先の露光ステップの結果である基板１内の表面構造に対して正しく位置決めしようとする場合、基板１の寸法が既知であることが必須である。この情報は、標的部分３の位置を適切に決定することができるように使用することができる。しかし、上記で論じたように、基板１は熱膨張を受ける可能性があり、従来のシステムでは、基板１が常に所定の基準温度、例えば２０℃にあることを保証するために多大な努力を必要とした。例えば、図４は、基板１が所定の基準温度より高い温度にある場合どうなるかを示す。

図４を参照すると、標的部分３は、参照点Ｐ１に対して基板テーブル２のＸ、Ｙ座標系内で測定された位置で示されている。しかし、基板１が膨張した場合、標的部分３は、参照点Ｐ１からある距離だけ遠のいて、例えば、基板テーブル座標系内で定義された点Ｐ３を中心とする領域３’に移動する可能性がある。この作用は、図４では著しく誇張されているが、必要とされる基板フィーチャの限界寸法（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）が減少し、基板サイズが増大するにつれて、数分の１度程度のわずかな温度変動が発生したにすぎない場合でも深刻なパターン・ミスアライメントに通じる実際問題が発生する恐れがあることは理解されるであろう。熱膨張によって引き起こされたこのミスアライメントは、図５〜９を参照して論じる技法を介して実質的に減少させる、又はなくすることができる。

熱膨張を補償するための例示的な方法
図１及び図２の両実施例について以下で論じるが、別段の指摘がない限り、考察を容易にするために、図１の参照番号だけが使用されることになる。

図５は、本発明の一実施例による測定及び調整方法５００を、概略的に示す。この実施例では、基板１１４の温度の正確な測定を使用し、検知された温度変動を考慮するためにシステム１００を調整する。安定した所定の基準基板温度を維持するために、あらゆる努力が依然として行われることになるが、以下で述べる本発明の実施例によるシステムは、この基準温度からの変動を補償することを理解されたい。ステップ６で、基板テーブル上の基板位置の情報が、例えば、基板をローディングし、プリアライメントを行うことによって決定される。ステップ７で、（ａ）基板テーブルに対して既知である位置でセンサを位置決めし、（ｂ）基板テーブルに対するセンサの位置を決定することにより、基板全体にわたる温度の検知が行われる。

基板とセンサ位置の幾何形状が既知なので、基板温度マッピング・ステップ８により、基板表面全体にわたって分布する領域の行列のそれぞれで基板の温度を表す温度マップ［ｔ（ｘ，ｙ）］が形成される。大型基板の場合特に、基板の長さと幅の双方にわたって温度変動がある可能性があり、これらの変動は、温度マップにおいて表すことができる。

ステップ９で、温度の変化に対する基板の予測される寸法応答についてモデルが導出される。得られたモデルは、例えば、基板上の２つの点間の距離が温度と共にどのように変化するか予測を可能にすることができる。例えば、得られたモデルは、図４における標的部分３の中心Ｐ２と参照点Ｐ１との間の距離が温度変動でどのように変化するかという予測を可能にすることができる。

ステップ１０で、温度に対する基板の寸法応答は、ステップ８によって提供された温度マップと、ステップ９によって提供されたモデルとに基づいて計算することができる。

ステップ１１で、所望の露光パターンがリソグラフィ・システムに入力される。この所望の露光パターンは、基板の寸法が熱膨張又は熱収縮の結果として影響を受けていないという想定に基づいて、基板テーブル座標系で表して定義されたフィーチャを含むことができる。

ステップ１２で、所望の露光パターンは、計算された基板の熱膨張を考慮するために調整される。一実施例では、この調整は、
Ｐ’（ｘ，ｙ）＝Ｆ［Ｐ（ｘ，ｙ）；ｔ（ｘ，ｙ）］
として表すことができ、上式で、
Ｐ（ｘ，ｙ）は、所望の露光パターンによる、基板テーブルの座標系内におけるパターン・フィーチャの位置であり、
Ｐ’（ｘ，ｙ）は、基板の熱膨張又は熱収縮を考慮するための調整後の同じフィーチャの位置であり、
ｔ（ｘ，ｙ）は、基板温度マップである。

基板の標的部分の基板テーブル座標系に対して位置が調整されたので、パターン形成済みビームが基板の適切な標的部分に送られるように、リソグラフィ装置を調整することが必要である。これは、標的部分の寸法特性を変化させることになるリソグラフィ装置の特性のいずれかを調整することによって達成することができる。ステップ１３で、ビーム・パターン形状を調整することができる。ステップ１４で、ビーム位置合わせを調整することができる。ステップ１５で、ビーム倍率を調整することができる。これら３つの先行ステップの任意の１つ又は複数は、リソグラフィ・システムの応用例に応じて行うことができる。ビーム・パターン形状は、例えば、正方形を不等辺四辺形に転じるために調整することができる。ビーム位置合わせ調整では、例えば、標的部分を必要に応じてｘ方向及びｙ方向で単に変位させることができる。倍率調整では、例えば、正方形をより大きな正方形に拡大することができる。

熱膨張を補償するための例示的なシステム
図６及び図７は、それぞれ本発明の一実施例によるシステム６００の側面図と上面図を示す。システム６００は、基板の温度を測定するために使用することができる。図６及び図７に示されている事例では、基板１６が基板テーブル１７上で位置決めされ、基板テーブル１７には、ｍ×ｎ行列（ｍ＝１、２、３．．．及びｎ＝１、２、３．．．）の温度センサ１８が埋め込まれている。センサ１８は計測システム１９に接続され、計測システム１９は、例えば、図７に矢印２０によって表された方向で基板のステッピング又は走査を制御し、また、投影ビームのパターン形成及び位置決めを制御する。したがって、センサ１８のアレイは、センサ１８直近の基板領域の温度を測定する。このシステムを使用して、センサ１８の位置は、基板テーブル座標系に対して既知とすることができる。したがって、方法５００を使用する一実施例では、ステップ８における温度マップを導出することができる。

図８及び図９は、それぞれ本発明の一実施例によるシステム８００の側面図と上面図を示す。システム８００は、本発明の範囲内で考えられている、図６及び図７に示されたものに対する１つの代替のセンサ構成である。図８及び図９では、同様な要素について図６及び図７と同じ参照番号が使用されている。

この実施例では、基板テーブル１７上でその下を基板１６が移送されるフレーム２１上で、センサ１８が支持されている。ｍ個の温度センサ１８のアレイがフレーム２１上で離隔されている。基板１６が露光される前に、基板１６は、フレーム２１の下でｎステップで移動されることになり、その結果、ｍ×ｎ行列で分布する基板１６の領域の温度を測定することができる。その結果、図６及び図７を参照して述べられている構成を使用して導出することができるものと同様なデータが得られ、それは、基板熱膨張又は熱収縮を計算するために使用することができる基板１６の温度マップである。一実施例では、これは、上述の方法５００のステップ９において決定することができる。

熱膨張モデル化ステップを実行するための例示的な方法
図５を再び参照して、本発明の一実施例に従って、基板熱膨張モデル化ステップ９についてさらに述べる。様々な実施例では、モデルは、処理すべき基板から、その基板の適切な測定を行うことによって直接導出することも、その物理特定が、処理すべき基板と実質的に同じである参照基板から間接的に導出することもできる。

熱膨張モデルを直接導出しようとする実施例では、基板上でアライメント・フィーチャの行列を形成し、第１の測定ステップで、基板の温度と、それらのフィーチャの空間分布とを同時に測定し、次いで、第２の測定ステップで、基板の温度と、それらのフィーチャの空間分布とを同時に測定することによって、これを達成することができる。２つの測定ステップは、同じ装置、例えば、図１又は図２のリソグラフィ装置上で行うことができるが、異なる測定ツール上で行うこともできる。次いで、基板の寸法応答のモデルを、２つの測定ステップ間のように、温度とフィーチャ分布における差から導出することができる。

別の実施例では、処理すべき基板から熱膨張モデルを直接導出することができる。これは、アライメント・フィーチャの第１及び第２のセットを形成し、１回の測定ステップで、第１のセットの温度と空間分布を測定し、第２の測定ステップで、第２のセットの温度と空間分布を測定し、２つの測定ステップの結果からモデルを導出することによって行うことができる。例えば、アライメント・フィーチャの第１のパターンが形成され、次いで、リソグラフィ装置内で基板がレジストでコーティングされ、（Ｘ_０，Ｙ_０）のＸ方向及びＹ方向における公称オフセット（ｎｏｍｉｎａｌ ｏｆｆｓｅｔ）を除いて第１のパターンと同じ公称空間分布（ｎｏｍｉｎａｌ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を有する第２のパターンが露光及び現像される。したがって、第２の層が、温度変動を補正しようと試みることなしに露光される。基板の温度マップは、第２のパターンの形成と同時に導出されるが、「同時」という用語は、パターン形成ステップと温度測定ステップが、同じ時間内で可能な範囲で（例えば、同時又は直後に）行われることを示すために使用されている。次いで、２つのパターンのフィーチャ間の実際のオフセットが測定され、測定されたオフセットと公称オフセットの差により、必要とされる熱膨張モデルの導出が可能となる。

他の実施例では、熱膨張モデルを参照基板から導出することができる。参照基板の物理特性は、処理すべき基板のクラスと同等とすることができる。この場合も、同じクラスの基板用に使用される熱膨張モデルを導出するために、単一パターンの分布を異なる温度で測定することも、２つのパターンの分布を比較することもできる。第２のパターンに依拠する場合、第２のパターンは、レジストの層を露光し、ただし現像せずに形成することができる。第２のパターンの測定後、レジストを参照基板から洗い流し、後の熱膨張モデル導出の際に再度使用することを可能にすることができる。熱膨張マップを導出するために単一の参照基板を繰り返し定期的に使用することは、処理条件内のドリフトを検出することを可能にする上で有利となる可能性がある。

好ましい実施例では、対象とする基板を処理する後続のステップで使用されるものと同じ装置を使用して、熱膨張モデル化を実行することができる。これは、例えば基板を照明ビームにさらすことに起因する熱作用がモデル化プロセスで忠実に再現されることを確実にする。しかし、すべての条件（例えば、基板支持体及びクランプ・システムの熱特性及び機械特性）が他の計測ツール内で正確に再現することができるならば、モデル化は、他の計測ツールを使用して行うことができる。

結論
本発明の様々な実施例について上記で述べたが、それらは例として示されているにすぎず、限定するものではないことを理解されたい。本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに、形態及び細部における様々な変更を加えることができることを、当業者なら理解するであろう。したがって、本発明の広さ及び範囲は、上述の例示的な実施例のいずれかによって限定すべきでなく、添付の特許請求の範囲とその均等物だけに従って規定すべきである。

本発明の一実施例によるリソグラフィ装置を示す図である。 本発明の一実施例によるリソグラフィ装置を示す図である。 本発明の一実施例による、基板上の所望の露光パターンの概略図である。 基板温度が上昇した場合、図３の所望の露光パターンをどのように修正しなければならないかを表す概略図である。 基板温度の変化を補償するために露光パターンを調整するための、本発明の一実施例によるシステムを示す概略ブロック図である。 本発明の一実施例に従ってテーブル上に載置された基板の温度を測定することを可能にするために基板支持テーブル内に埋め込まれた第１のセンサ・アレイの概略側面図である。 図６のアレイの概略上面図である。 本発明の一実施例に従ってテーブル上に載置された基板の温度を測定することを可能にするために基板支持テーブルの上方に取り付けられた第２のセンサ・アレイの概略側面図である。 図８のアレイの概略上面図である。

符号の説明

０ 原点
１ 基板
２ 基板テーブル
３ 標的部分
３’ 領域
４ 縁部
５ 表面
１６ 基板
１７ 基板テーブル
１８ 温度センサ
１９ 計測システム
２０ 矢印
２１ フレーム
１００ リソグラフィ装置
１０２ 放射システム
１０４ 個別に制御可能な要素のアレイ
１０６ 物体テーブル
１０８ 投影システム
１１０ 投影ビーム
１１２ 放射線源
１１４ 基板
１１６ 位置決めデバイス
１１８ ビーム・スプリッタ
１２０ 標的部分
１２２ 放射線のビーム
１２４ 照明システム（イルミネータ）
１２６ コンディショニングデバイス
１２８ 調整デバイス
１３０ インテグレータ
１３２ コンデンサ
１３４ 干渉測定デバイス
１３６ ベース・プレート
１３８ 干渉ビーム
１４０ ビーム・スプリッタ
２００ リソグラフィ投影装置
２０２ 光源
２０４ 放射ビーム
２０６ イルミネータ
２０８ 透過性パターン・ジェネレータ
２１０ 投影システム
２１２ 基板
２１４ 基板テーブル
５００ 測定及び調整方法
６００ システム
８００ システム

Claims (17)

1. パターン形成システムと、
   フラットパネルディスプレイ基板を支持する基板支持体と、
   前記フラットパネルディスプレイ基板の表面の標的部分上に、前記パターン形成システムからのパターニングされたビームを投影する投影システムであって、前記標的部分は、前記基板支持体上において所定の位置で支持された前記フラットパネルディスプレイ基板の前記表面上の所望の露光パターンにとって適した前記基板支持体に対する所定の空間特性を有している、システムと、
   前記フラットパネルディスプレイ基板の複数の位置における温度を測定する温度測定システムと、
   前記測定された温度に対する前記フラットパネルディスプレイ基板の寸法応答を計算する計算システムと、
   前記計算された寸法応答を補償するために、前記基板支持体に対して前記パターニングされたビームの前記標的部分の断面形状を調整する調整システムとを備えるリソグラフィ装置。
2. 前記温度測定システムが、
   前記フラットパネルディスプレイ基板の前記表面全体にわたって分布する複数の領域のそれぞれにおいて前記フラットパネルディスプレイ基板の前記温度を測定する少なくとも１つのセンサを備える請求項１に記載の装置。
3. 前記温度測定システムが、
   前記基板支持体全体にわたって分布するセンサを備える請求項１に記載の装置。
4. 前記センサのそれぞれが、前記フラットパネルディスプレイ基板の隣接する領域の前記温度を検知する請求項３に記載の装置。
5. 前記センサのそれぞれが、前記基板支持体の隣接する領域の前記温度を検知する請求項３に記載の装置。
6. 前記温度測定システムが、
   前記基板支持体の上方に位置するセンサ支持体上に分布するセンサと、
   前記センサに対して前記基板支持体を変位させるように、また、前記基板支持体と前記センサ支持体の間の複数の相対位置のそれぞれにおいて、前記センサのそれぞれに隣接する前記フラットパネルディスプレイ基板の領域の前記温度を測定するように構成された走査システムとを備える請求項１に記載の装置。
7. 前記センサが、前記基板支持体がその下で変位可能である静止フレーム上で支持される請求項６に記載の装置。
8. 前記センサが、前記基板支持体が変位可能である方向に対して横断方向に延びる直線アレイの形で支持される請求項６に記載の装置。
9. 前記温度測定システムが、前記フラットパネルディスプレイ基板の複数の領域における前記温度を表すマップを形成する基板温度マッピング・システムを備え、
   前記計算システムが、基板支持体座標系内での前記フラットパネルディスプレイ基板の前記寸法応答のモデルを形成するシステムを備え、
   前記空間特性調整システムが、前記フラットパネルディスプレイ基板の前記複数の領域における前記マップされた温度と前記寸法応答モデルとを与えられて、前記基板支持体座標系に対する前記フラットパネルディスプレイ基板上の点の位置変化のマップを形成するシステムと、前記計算された寸法応答を補償するために、位置マップの前記変化に従って前記パターニングされたビームの前記標的部分の断面形状を調整するためのシステムとを備える請求項１に記載の装置。
10. 基板支持体上でフラットパネルディスプレイ基板を支持するステップと、
    前記フラットパネルディスプレイ基板の表面の標的部分上に放射のパターニングされたビームを投影するステップであって、前記標的部分は、前記基板支持体上において所定の位置で支持された前記フラットパネルディスプレイ基板の前記表面上の所望の露光パターンにとって適した前記基板支持体に対する空間特性を有しているステップと、
    前記基板の温度を測定するステップと、
    前記測定された温度に対する前記フラットパネルディスプレイ基板の寸法応答を計算するステップと、
    前記計算された寸法応答を補償するために、前記基板支持体に対して前記パターニングされたビームの前記標的部分の断面形状を調整するステップとを含むデバイス製造方法。
11. 前記温度が、前記フラットパネルディスプレイ基板の前記表面全体にわたって分布する複数の領域で測定される請求項１０に記載の方法。
12. 前記温度が、前記基板支持体全体にわたって分布する複数のセンサを用いて測定され、前記複数のセンサのそれぞれが、前記フラットパネルディスプレイ基板の隣接する領域の前記温度を検知する請求項１０に記載の方法。
13. 前記複数のセンサが、前記基板支持体の上方に位置するセンサ支持体上に分布し、
    前記基板支持体及び前記複数のセンサが、互いに変位され、
    前記複数のセンサのそれぞれに隣接する前記フラットパネルディスプレイ基板の領域の前記温度が、前記基板支持体と前記センサ支持体の間の複数の相対位置のそれぞれにおいて測定される請求項１２に記載の方法。
14. 前記複数のセンサが、前記基板支持体の上方に位置する静止フレーム上で支持され、前記基板支持体が、前記フレームの下で変位される請求項１３に記載の方法。
15. 前記基板支持体が所定の方向で変位され、前記センサが、前記方向に対して横断方向に延びる直線アレイの形で支持される請求項１４に記載の方法。
16. 前記フラットパネルディスプレイ基板全体にわたる前記温度のマップが形成され、
    基板支持体座標系内での前記フラットパネルディスプレイ基板の前記寸法応答のモデルが形成され、
    前記フラットパネルディスプレイ基板全体にわたる前記温度の前記マップと前記寸法応答の前記モデルとを与えられて、前記基板支持体座標系に対する前記基板上の点の位置変化を表す基板位置マップが形成され、
    前記寸法応答を補償するために、前記基板位置マップに従ってパターニングされたビームの前記標的部分の前記空間特性が調整される請求項１０に記載の方法。
17. 前記空間特性が、前記パターニングされたビームの前記標的部分の形状を調整することによって調整される請求項１０に記載の方法。

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