JP4481156B2 - ハイパーサンプル相関に基づくリソグラフィ処理の最適化 - Google Patents

Description

本発明は一般にリソグラフィ・システム及び装置に関し、より詳細にはリソグラフィ露光プロセスに関する。

リソグラフィ投影装置は、たとえば集積回路（ＩＣ）の生産に使用することができる。このような場合、パターン形成装置によってＩＣの個々の層に対応する回路パターンが生成され、このパターンを、感光材料（レジスト）の層で被覆された基板（シリコン・ウェハ）上の標的部分（たとえば１つ又は複数のダイからなる）に結像することができる。

本明細書に使用されている「パターン形成装置」という用語は、入射する放射ビームの断面に、基板の標的部分に生成すべきパターンに対応するパターンを付与するために使用することができる機構を意味するものとして広義に解釈すべきである。また、この文脈においては、「光バルブ」という用語を使用することも可能である。一般的には、パターンは、標的部分に生成されるデバイス、たとえば集積回路若しくは他のデバイス（以下を参照されたい）中の特定の機能層に対応している。このようなパターン形成装置の例としては、以下を挙げることができる。

マスク：
マスクの概念についてはリソグラフィにおいては良く知られており、バイナリ、レベンソン型位相シフト及びハーフトーン型位相シフトなどのマスク・タイプ、並びに様々なハイブリッド・マスク・タイプが知られている。このようなマスクを放射ビーム中に配置することにより、マスクに衝突する放射をマスク上のパターンに従って選択的に透過させ（透過型マスクの場合）、或いは選択的に反射させている（反射型マスクの場合）。マスクの場合、支持構造は、通常マスク・テーブルとなり、入射する放射ビーム中の所望の位置に確実にマスクを保持することができ、且つ、必要に応じてマスクをビームに対して確実に移動させることができる。

プログラム可能ミラー・アレイ：
粘弾性制御層及び反射型表面を有するマトリックス処理可能表面は、このような装置の例の１つである。このような装置の基礎をなしている基本原理は、（たとえば）反射型表面の処理領域が入射光を回折光として反射し、一方、未処理領域が入射光を非回折光として反射することである。適切なフィルタを使用することにより、非回折光を反射ビームからフィルタ除去し、回折光のみを残すことができるため、この方法により、マトリックス処理可能表面の処理パターンに従ってビームがパターン形成される。必要なマトリックス処理は、適切な電子手段を使用して実行される。このようなミラー・アレイに関する詳細な情報については、たとえば、いずれも参照により本明細書に援用する米国特許第５，２９６，８９１号及び第５，５２３，１９３号を参照されたい。プログラム可能ミラー・アレイの場合、支持構造は、たとえば、必要に応じて固定或いは移動させることができるフレーム若しくはテーブルとして実施されている。

プログラム可能ＬＣＤアレイ：
参照により本明細書に援用する米国特許第５，２２９，８７２号に、このような構造の例の１つが記載されている。この場合の支持構造も、プログラム可能ミラー・アレイの場合と同様、たとえば、必要に応じて固定或いは移動させることができるフレーム若しくはテーブルとして実施されている。

分かり易くするために、本明細書の以下の特定の部分、とりわけ例の部分にはマスク及びマスク・テーブルが包含されているが、このような例の中で考察されている一般原理は、上で説明したパターン形成装置のより広義の文脈の中で理解すべきである。

通常、１枚のウェハには、投影システムを介して順次連続的に照射される隣接する標的部分からなるネットワーク全体が含まれている。現在、マスク・テーブル上のマスクによるパターン形成を使用した装置には２種類の装置がある。一般にウェハ・ステッパと呼ばれている第１の種類のリソグラフィ投影装置では、マスク・パターン全体を１回の照射で標的部分に露光することによって標的部分のそれぞれが照射される。また、一般にステップ・アンド・スキャン装置と呼ばれている代替装置では、マスク・パターンを投影ビームの下で所与の基準方向（「走査」方向）に連続的に走査し、且つ、基板テーブルを基準方向に平行に、或いは非平行に同期走査することによって標的部分のそれぞれが照射される。通常、投影システムは、倍率係数Ｍ（通常＜１）を有しているため、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を係数Ｍ倍した速度になる。上で説明したリソグラフィ・デバイスに関する詳細な情報については、たとえば、参照により本明細書に援用する米国特許第６，０４６，７９２号を参照されたい。

リソグラフィ投影装置を使用した生産プロセスでは、パターンが、少なくとも一部が感光材料（たとえばレジスト又はフォトレジスト）の層で被覆された基板上に結像される。この結像段階に先立って、プライミング、レジスト・コーティング及びソフト・ベークなどの様々な処理手順に基板をかけてもよい。放射線への露光後、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハード・ベーク及び結像されたフィーチャの測定／検査などの他の処理手順に基板をかけてもよい。この一連の処理手順は、たとえばＩＣなどのデバイスの個々の層をパターン形成するための基本として使用されている。次に、パターン形成されたこのような層に、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、化学機械研磨等、様々な処理を施すことができる。これらの処理はすべて個々の層の仕上げを意図したものである。

複数の層を必要とする場合、すべての処理手順又はそれらの変形手順を新しい層のそれぞれに対して繰り返さなければならないが、最終的にはデバイスのアレイが基板（ウェハ）上に出現する。これらのデバイスは、次に、ダイシング又はソーイングなどの技法を使用して互いに分離され、分離された個々のデバイスがキャリアに実装され、或いはピンに接続されることができる。このようなプロセスに関する詳細な情報については、たとえば、参照により本明細書に援用する著書「Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」（Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ著、第３版、ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．、１９９７年、ＩＳＢＮ ０−０７−０６７２５０−４）を参照されたい。

分かり易くするために、以下、投影システムを「レンズ」と呼ぶが、この用語には、たとえば、屈折光学系、反射光学系及びカタディオプトリック系を始めとする様々なタイプの投影システムが包含されているものとして広義に解釈されたい。また、放射システムには、投影放射ビームを導き、整形し、或いは制御するための任意の設計タイプに従って動作するコンポーネントが含まれており、以下、このようなコンポーネントについても、集合的若しくは個々に「レンズ」と呼ぶ。

また、リソグラフィ装置は、場合によっては複数の基板テーブル（及び／又は複数のマスク・テーブル）を有しており、このような「多重ステージ」装置の場合、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のために使用している間、１つ又は複数のテーブルに対して予備工程を実行することができる。たとえば、参照により本明細書に援用する米国特許第５，９６９，４４１号及びＷＯ９８／４０７９１号に、二重ステージ・リソグラフィ装置が記載されている。

言うまでもなく、ウェハ基板の目標フィールドに露光されるパターンのフィーチャ及びプロファイルは、可能な限り正確に複製されることが重要であり、そのために、通常、生産者は、パターンのフィーチャ及びプロファイルを特性化し、且つ、品質及び均一性のベンチマーク・レベルを確立するべく、露光パターンのクリティカル・ディメンション（限界寸法：ＣＤ）を規定している。考慮すべきもう１つの重要なポイントは、リソグラフィ作製プロセスを操作し、高品質の基板ウェハを繰り返しますます産出することができる能力である。

しかしながら、リソグラフィ作製プロセスには、クリティカル・ディメンションの均一性（ＣＤＵ）に影響する多数の活動が存在し、露光パターンの品質が犠牲になっている。このような非均一性は、目標フィールド全体、ウェハ全体及びウェハ間に生じる。実際、基板ウェハをサービスし、且つ、処理するまさに露光前プロセス及び露光後プロセスのいくつかは、ＣＤＵの変動の原因になっている。

たとえば、上で指摘したように、通常、ウェハ基板には、リソグラフィ露光に先立ってフォトレジストが被覆され、このフォトレジストの特性及び性能が、露光後プロセスに使用されている優勢な条件、たとえば露光後ベーク（ＰＥＢ）温度などによって悪影響を受け、そのためにＣＤ品質が犠牲になっている。

ＰＥＢ温度による非均一性を少なくする努力の一環として、様々な試行がなされ、たとえば熱電対、抵抗温度検出器、無線センサなど、ＰＥＢの熱変動を検出し、且つ、ＰＥＢ熱ゾーンを調整することによってこのような変動を補償するための温度検出装置の使用が導入されている。しかしながら、これらの温度検出装置は、基板目標フィールドに対して巨視的であり、また、それらにはハードウェアを追加する必要があるため、ＰＥＢプレートの熱挙動に対する余計な質量及びサイズによる悪影響により、これらの温度検出器は、その精度が犠牲になっている。また、これらの温度検出装置の中には、生産レベルのウェハ基板とは特性が異なる専用の試験ウェハ基板にしか使用することができないものもある。

また、３００ｍｍ以上のウェハ基板に結合することができる温度検出装置の数が限られているため、測定を正確なものにするためには空間解像度が不十分である。最後に、温度測定値をフォトレジスト応答を決定するための基本として使用することは、満足すべきＣＤ性能を達成するための間接的な方法に過ぎない。

本明細書において実施され、且つ、広範囲に渡って説明されているように、本発明の原理と一致するシステム及び装置により、基板の均一性を達成するためのリソグラフィ・プロセスの最適化が提供される。一実施例では、リソグラフィ・プロセスを最適化する方法には、リソグラフィ投影装置を使用して、パターンを基板のサブフィールド上に異なる露光条件で繰り返し露光する段階と、基板を生産処理条件で処理する段階と、処理済み基板のサブフィールドの属性を測定する段階と、測定した属性に基づいて処理済み基板のサブフィールドの特性を決定する段階と、計算した特性間の差を識別する段階と、識別した差に基づいて生産処理条件の差を決定する段階と、決定した差に基づいて生産処理条件を調整する段階が含まれている。

本明細書においては、本発明による装置の、とりわけＩＣの製造における使用を参照しているが、本発明による装置は、他の多くの可能な応用分野を有していることを明確に理解されたい。たとえば、本発明による装置は、集積光学系、磁区メモリのための誘導及び検出パターン、液晶表示パネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使用することができる。このような代替応用分野の文脈においては、本明細書における「レチクル」、「ウェハ」或いは「ダイ」という用語の使用はすべて、それぞれより一般的な「マスク」、「基板」及び「標的部分／目標フィールド」という用語に置き換えられるものと見なすべきであることは、当分野の技術者には理解されよう。

本明細書においては、「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外放射（たとえば、波長が３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ又は１２６ｎｍの放射）、ＥＵＶ（極紫外放射、たとえば波長の範囲が５〜２０ｎｍの放射）及びイオン・ビーム若しくは電子ビームなどの粒子線を含むあらゆるタイプの電磁放射を包含するために使用されている。

上で指摘したように、ウェハ基板を処理するプロセスは、基板上の露光パターンの品質及び性能に悪影響を及ぼすＣＤＵ変化の原因になっている。このような非均一性は、目標フィールド全体、ウェハ全体及びウェハ間に生じる。

以下で極めて詳細に説明するように、本発明は、均一性を達成するためにリソグラフィ・プロセスを最適化することを意図している。リソグラフィ・プロセスを最適化するための方法には、予め指定されている目標処理条件で処理された複数のウェハ基板のフォトレジスト挙動を示すハイパーサンプル相関情報を誘導する段階が含まれている。この方法によれば、次に、生産レベルの処理条件で処理された後続の基板の非均一性が検出され、且つ、基板全体に渡る均一性を達成するために相関情報を利用して生産レベルの処理条件が調整される。

図１は、本発明の特定の実施例によるリソグラフィ・システム１００を略図で示したものである。システム１００は、基板ウェハ上にパターンを露光するように構成されたリソグラフィ露光装置１０２と、基板を様々な露光前処理モジュールと露光後処理モジュールの間で移送するように構成されたウェハ・トラック装置１０４とを備えている。

図２は、リソグラフィ装置１０２をより詳細に示したものである。図２に示すように、リソグラフィ装置１０２は、以下に列記する品目を備えている。

放射システムＥｘ、ＩＬ：
投影放射ビームＰＢ（たとえば、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ若しくは１５７ｎｍの波長で動作するエキシマ・レーザによって、或いは１３．６ｎｍで動作するレーザ点弧プラズマ源によって生成されるＵＶ放射など）を供給するための放射システムである。この特定の実施例の場合、放射システムは放射源ＬＡをさらに備えている。

第１の対物テーブル（マスク・テーブル）ＭＴ：
マスクＭＡ（たとえばレチクル）を保持するためのマスク・ホルダを備え、アイテムＰＬに対してマスクを正確に位置決めするための第１の位置決め機構ＰＭに接続されている。

第２の対物テーブル（基板テーブル）ＷＴ：
基板Ｗ（たとえばレジスト被覆シリコン・ウェハ）を保持するための基板ホルダを備え、アイテムＰＬに対して基板を正確に位置決めするための第２の位置決め機構ＰＷに接続されている。

投影システム（「レンズ」）ＰＬ：
マスクＭＡの照射部分を基板Ｗの標的部分Ｃ（たとえば１つ又は複数のダイからなる）に結像させるための投影システムである（たとえば、石英及び／又はＣａＦ_２レンズ系、或いはこのような材料でできたレンズ要素を備えたカタディオプトリック系、若しくはミラー系）。

図に示すように、この装置は透過型の装置である（つまり透過型マスクを有している）が、一般的にはたとえば反射型（反射型マスクを備えた）装置であってもよい。別法として、この装置は、たとえば上で参照したタイプのプログラム可能ミラー・アレイなどの他の種類のパターン形成機構を使用することも可能である。

放射源ＬＡ（たとえばＵＶエキシマ・レーザ、レーザ点弧プラズマ源、放電源、或いはストレイジ・リング若しくはシンクロトロン内の電子ビームの経路の周りに設けられたアンジュレータ若しくはウィグラ）は放射ビームを生成している。この放射ビームは、照明システム（イルミネータ）ＩＬに直接供給され、或いは、たとえばビーム拡大器Ｅｘなどの調整機構を介して供給される。イルミネータＩＬは、ビーム内の強度分布の外部及び／又は内部ラジアル・エクステント（一般に、それぞれσ−外部及びσ−内部と呼ばれている）を設定するための調整機構ＡＭを備えている。また、イルミネータＩＬは、通常、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の様々なコンポーネントを備えている。この方法により、マスクＭＡに衝突するビームＰＢの断面に、所望する一様な強度分布を持たせることができる。

図１に関して、放射源ＬＡをリソグラフィ投影装置のハウジング内に配置し（放射源ＬＡがたとえば水銀灯の場合にしばしば見られるように）、且つ、リソグラフィ投影装置から離して配置することにより、放射源ＬＡが生成する放射ビームをリソグラフィ投影装置に供給することができる（たとえば適切な誘導ミラーを使用して）ことに留意されたい。この後者の状況は、放射源ＬＡがエキシマ・レーザの場合にしばしば見られる状況である。本発明及び特許請求の範囲には、これらの状況の両方が包含されている。

次に、ビームＰＢが、マスク・テーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡによって遮断される。マスクＭＡを通過したビームＰＢは、ビームＰＢを基板Ｗの標的部分Ｃに集束させるレンズＰＬを通過する。第２の位置決め機構ＰＷ（及び干渉測定機構ＩＦ）を使用することにより、たとえば異なる標的部分ＣをビームＰＢの光路中に位置決めするように、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の位置決め機構ＰＭを使用して、たとえばマスク・ライブラリからマスクＭＡを機械的に検索した後、或いは走査中に、マスクＭＡをビームＰＢの光路に対して正確に位置決めすることができる。

通常、対物テーブルＭＴ及びＷＴの移動は、図１には明示していないが、長ストローク・モジュール（粗い位置決め）及び短ストローク・モジュール（精密位置決め）を使用して実現されているが、ウェハ・ステッパ（ステップ・アンド・スキャン装置ではなく）の場合、マスク・テーブルＭＴは、短ストローク・アクチュエータに接続するだけでよく、或いは固定することも可能である。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスク位置合せマークＭ１、Ｍ２及び基板位置合せマークＰ１、Ｐ２を使用して整列させることができる。

図に示す装置は、以下に示す２つの異なるモードで使用することができる。

ステップ・モード：
マスク・テーブルＭＴは、基本的に静止状態に維持され、マスク画像全体が標的部分Ｃに１回の照射（すなわち単一「フラッシュ」）で投影される。次に、基板テーブルＷＴがｘ及び／又はｙ方向に動かされ、異なる標的部分ＣがビームＰＢによって照射される。

走査モード：
所与の標的部分Ｃが単一「フラッシュ」に露光されない点を除き、基本的にステップ・モードと同じ状況が適用される。走査モードでは、マスク・テーブルＭＴを所与の方向（いわゆる「走査方向」、たとえばｙ方向）に速度νで移動させることができるため、投影ビームＰＢでマスク画像を走査し、且つ、基板テーブルＷＴを同時に同じ方向又は逆方向に、速度Ｖ＝Ｍνで移動させることができる。ＭはレンズＰＬの倍率である（通常、Ｍ＝１／４若しくはＭ＝１／５）。この方法によれば、解像度を犠牲にすることなく、比較的大きい標的部分Ｃを露光することができる。

また、リソグラフィ装置１０２は、ウェハ基板の標的部分Ｃを適切に処理し、且つ、露光するために、装置１０２の様々な機構及び特徴を制御し、監視し、且つ、これらの機構と通信する露光ツール・コントローラ１０２Ａを備えることができる。また、露光ツール・コントローラ１０２Ａは、露光ツール装置１０２が実行する様々な動作を管理するための監視機能及びフィードフォワード／フィードバック制御機能を提供することができる。

露光ツール・コントローラ１０２Ａは、マイクロプロセッサ回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は、情報要求に応答して情報及び命令を処理し、リンクされている装置と通信し、且つ、コマンドを実行することができる類似の論理回路を備えることができる。また、露光ツール・コントローラ１０２Ａは、リソグラフィ・システム内の様々なコントローラと制御要素との間の通信及び制御を可能にするための通信インターフェース部分を備えるように構成することができ、また、電子記憶装置及び／又は記憶設備を備えることができる。

図１に戻ると、リソグラフィ・システム１００のウェハ・トラック装置１０４部分は、リソグラフィ露光装置１０２と、露光に先立ってウェハ基板を処理するように構成された露光前処理モジュールのホストとを相互接続している。これらの予備処理モジュールには、たとえばウェハ・サプライ・モジュール１０６ａ、レジスト・コーティング・モジュール１０６ｂ、プライミング・モジュール１０６ｃ及びソフト・ベーク・モジュール１０６ｄが含まれている。また、ウェハ・サプライ・モジュール１０６ａは、処理すべきウェハを含んだカセットを装荷し、且つ、除去するためのローディング・ステーション１２を備えることができる。

同様に、ウェハ・トラック装置１０４は、リソグラフィ露光装置１０２と、露光後の基板ウェハを処理し、且つ、サービスするように構成された様々な露光後処理モジュールとを相互接続している。これらの露光後処理モジュールには、たとえば露光後ベーク（ＰＥＢ）モジュール１０８ａ、ハード・ベーク・モジュール１０８ｂ、チル・プレート・モジュール１０８ｃ及びディベロッパ・モジュール１０８ｄが含まれてよい。

測定処理モジュール１０８ｅは、ウェハ・トラック装置１０４とリンクさせることができ（図１に示すように）、或いはスタンドアロン（単独）・モジュールとして存在させることができる。測定処理モジュール１０８ｅを使用して計量情報を較正することができる。たとえば、処理モジュール１０８ｅは、多数のウェハ基板属性、基板全体のＣＤ、個々の目標フィールドのＣＤなどのＣＤＵに関連するアーチファクト、及び様々なプロファイル寸法を測定し、且つ、評価するように構成することができ、そのために測定処理モジュール１０８ｅは、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、分光楕円偏光計、反射率計、電気線幅測定（ＥＬＭ）ツール、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）、電子ビーム、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、スキャッタメータ、欠陥検査ツール、オーバレイ測定ツール、その他、このような目的に適した任意のツールを備えることができる。

図３Ａは、本発明の特定の実施例に従って構築され、且つ、動作する適応ハイパーサンプル相関方法３００を示したものである。相関方法３００は、フォトレジスト挙動に関連する特性をリソグラフィ処理条件の関数として捕えるように設計されている。図３Ａに示すように、ハイパーサンプル相関方法３００は、処理手順タスクＰ３０２で開始され、複数のウェハ基板Ｗ_１〜Ｗ_ｑが選択される。相関方法３００は、予め指定されている目標処理条件設定の下で特定のフォトレジスト応答を評価するように構成されているため、選択されるウェハ基板Ｗ_１〜Ｗ_ｑのフォトレジストは、その特性及び／又は化学的性質が、意図する生産レベルのウェハ基板Ｗの特性及び／又は化学的性質と実質的に類似していなければならない。

ウェハ基板Ｗ_１〜Ｗ_ｑが選択されると、ハイパーサンプル相関方法３００は、処理手順タスクＰ３０４に進み、各ウェハ基板Ｗ_ｉの１組の目標フィールドＣ_１〜Ｃ_Ｎの各目標フィールドＣ_ｉ内で、パターンが予め指定されている様々な焦点位置でリソグラフィ装置１０２によってミクロ露光される。一実施例では、図３Ｂに示すように、選択された基板ウェハＷ_１〜Ｗ_ｑ毎に各目標フィールドＣ_ｉが一連のサブフィールドｄ_１〜ｄ_Ｍに分割され、分割されたサブフィールドｄ_ｉのそれぞれが同じパターン、同じ露光量で、且つ、異なるリソグラフィ焦点位置ｆ_１〜ｆ_Ｋで繰り返し露光される。

処理手順タスクＰ３０６で、ミクロ露光されたウェハ基板Ｗ_１〜Ｗ_ｑのそれぞれが、予め指定されている目標処理条件設定に従って処理され、目標処理条件に対するフォトレジスト応答及び感度が決定される。予め指定されている目標処理条件には、生産レベルの条件を包含することが意図された処理条件が含まれていなければならないことは理解されよう。

処理手順タスクＰ３０６は、上で説明した実例実施例に矛盾することなく、ウェハ基板Ｗ_１〜Ｗ_ｑに露光後ベークＰＥＢプロセスを課すことができ、その場合の重要な処理パラメータはＰＥＢ温度である。この場合、様々な目標温度に設定されたＰＥＢ処理条件を有するＰＥＢによって、ミクロ露光されたウェハ基板Ｗ_１〜Ｗ_ｑのそれぞれを処理することができるため、°Ｘ_１のＰＥＢ温度でウェハ基板Ｗ_１をベークすることができる。また、ウェハ基板Ｗ_２は、°Ｘ_２のＰＥＢ温度でベークすることができ、以下同様である。

ハイパーサンプル相関方法３００によれば、処理手順タスクＰ３０８で、ウェハ基板Ｗ_１〜Ｗ_ｑのそれぞれの各サブフィールドｄ_ｉ内でミクロ露光されたパターンのＣＤが測定され、各ウェハ基板Ｗ_１〜Ｗ_ｑのハイパーサンプルＣＤ測定マップが生成される。この測定タスクは、露光パターンのフィーチャ及び属性、たとえば個々の目標フィールドＣ_ｉのサイズ、フィーチャ間のギャップ、孔及び／又はポストの直径Ｘ及び／又はＹ、孔及び／又はポストの楕円率、フィーチャの面積、フィーチャの頂部の幅、フィーチャの中央部分の幅、フィーチャの底部の幅、フィーチャ・サイドウォール角などの任意の組合せを測定するように構成されている。

これらの測定のいくつかは、内部的に実施することができる。つまり、様々な機構、たとえば整列センサとマーカの組合せなどを使用して、リソグラフィ露光装置１０２の内部でフィーチャを測定することができる。別法としては、これらの測定を外部の装置、たとえば走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、分光楕円偏光計、反射率計、電気線幅測定（ＥＬＭ）ツール、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）、電子ビーム、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、スキャッタメータ、欠陥検査ツール、オーバレイ測定ツール、その他、このような目的に適した任意のツールの形態を取ることができる測定処理モジュール１０８ｅなどを使用して実施することも可能である。

ハイパーサンプル相関方法３００によれば、処理手順タスクＰ３１０で、各ウェハ基板Ｗ_１〜Ｗ_ｑのハイパーサンプルＣＤ測定マップを利用してフォトレジスト応答の特性が誘導される。好ましい実施例では、この特性は、焦点位置ｆ_１〜ｆ_Ｋがいかに変化しているか、及び／又は露光量がＣＤにいかに影響しているかを示すＢｏｓｓｕｎｇモデルに基づいている。このＢｏｓｓｕｎｇモデルは、一実施例では、次に示す形を取ることができる二次多項式である。

ＣＤ（ｆ_ｉ）＝ａｆ_ｉ ^２＋ｂｆ_ｉ＋ｃ

上式でＣＤ（ｆ_ｉ）は、焦点位置ｆ_ｉを関数としたＣＤを表し、

ａは、露光パターンのサイズ及びピッチ、開口数ＮＡ及び処理条件によって決まるＢｏｓｓｕｎｇモデルの曲率を表し、

ｂは、焦点を介したＣＤ応答の直線部分すなわち放物線の勾配を表し、

ｃは、焦点を０に設定した場合のＣＤ応答を表している。

図３Ｃは、ウェハ基板Ｗ_ｉの目標フィールドＣ_ｉの露光済み及び処理済みサブフィールドｄ_ｉに対するこのような曲線の１つを示したものである。曲線の最大は、露光済みサブフィールドｄ_ｊの最適焦点位置ｆ_ｏを識別しており、また、上に示したように、Ｂｏｓｓｕｎｇ曲線の曲率ａは、露光パターンのサイズ及びピッチ、リソグラフィ露光装置１０２が使用している開口数ＮＡ及び処理条件に依存している。したがって、サイズ、ピッチ及び開口数ＮＡが固定されている特定の露光済みサブフィールドｄ_ｉのＢｏｓｓｕｎｇ曲率ａの偏差は、優勢処理条件の変化を表している。他の特性モデルを使用して、ＣＤに対するフォトレジスト応答を識別することも可能であることは理解されよう。

ハイパーサンプルＣＤ測定マップに基づいて上に証明した説明例に関して、Ｂｏｓｓｕｎｇ曲線は、各ウェハ基板Ｗ_１〜Ｗ_ｑの処理済みサブフィールドｄ_１〜ｄ_Ｍ毎にプロットされ、焦点位置ｆ_ｉを関数として測定したＣＤがいかに変化しているかをウェハ基板Ｗ_１〜Ｗ_ｑ毎に示している。

ハイパーサンプル相関方法３００によれば、次に処理手順タスクＰ３１２で、フォトレジストの感度を示すモデルの特性パラメータと、目標処理条件すなわち処理パラメータとの間の相関情報が決定される。一実施例では、各ウェハ基板Ｗ_１〜Ｗ_ｑの露光済み及び処理済みサブフィールドｄ_１〜ｄ_Ｍのそれぞれの特性パラメータは、目標処理パラメータで処理された各ウェハ基板Ｗ_１〜Ｗ_ｑの平均特性パラメータを得るために平均化されている。他の実施例では、このような相関を得るために他のパラメータ・スキーム及び／又は最適化スキームが使用されている。

一例として、上に記述した説明例が適用されたＢｏｓｓｕｎｇモデルの使用について考察する。処理手順タスクＰ３１２の場合、上で示したように、特性パラメータは、優勢な処理条件の変化を示すことができるＢｏｓｓｕｎｇ曲率ａとして構成することができ、また、処理パラメータは、ＰＥＢ処理中に使用される様々な目標ＰＥＢ温度として構成することができる。一実施例では、処理済みサブフィールドｄ_１〜ｄ_Ｍのそれぞれに対応するＢｏｓｓｕｎｇ曲率ａは、対応するＰＥＢ処理温度におけるウェハ基板Ｗ_１〜Ｗ_ｑ毎に平均化されている。

図３Ｄは、平均Ｂｏｓｓｕｎｇ曲率ａとＰＥＢ処理温度の間のこの例示的相関を示したものである。したがってこの実施例では、特定のフォトレジストの化学的性質に対して、特定のＰＥＢ温度によって特定の平均Ｂｏｓｓｕｎｇ曲率ａが得られる。

このように、開示した相関プロセスにより、リソグラフィ処理条件を関数としたフォトレジスト挙動に関連する特性が捕獲される。

図３Ｅは、本発明の特定の実施例に従って構築され、且つ、動作するプロセス最適化方法３５０を示したものである。最適化方法３５０には、上で考察した特性パラメータと処理パラメータの間の相関に基づいて均一性を達成するための、生産レベルのリソグラフィ処理条件の最適化が意図されている。図３Ｅに示すように、プロセス最適化方法３５０は、処理手順タスクＰ３５２で開始され、ウェハ基板Ｗが選択される。相関は、特定のフォトレジスト応答に基づいているため、選択されるウェハ基板Ｗのフォトレジストは、その特性及び／又は化学的性質が、相関情報を決定するために使用されるウェハ基板Ｗ_１〜Ｗ_ｑの特性及び／又は化学的性質と実質的に類似していなければならない。

プロセス最適化方法３５０は、次に処理手順タスクＰ３５４に進み、ウェハ基板Ｗの１組の目標フィールドＣ_１〜Ｃ_Ｎの各目標フィールドＣ_ｉ内で、パターンが予め指定されている様々な焦点位置でリソグラフィ装置１０２によってミクロ露光される。一実施例では、各目標フィールドＣ_ｉが一連のサブフィールドｄ_１〜ｄ_Ｍに分割され、サブフィールドｄ_ｉのそれぞれが同じパターン、同じ露光量で、且つ、異なるリソグラフィ焦点位置ｆ_１〜ｆ_Ｋで繰り返し露光される。

処理手順タスクＰ３５６で、ミクロ露光されたウェハ基板Ｗが、生産レベルの処理条件設定に従って処理される。上で指摘したように、相関プロセスに使用される、予め指定されている目標処理条件設定には、生産レベルの条件が意図されているため、生産レベルの処理条件設定は、目標処理条件設定の範囲内でなければならない。たとえば、先行するウェハ基板Ｗ_ｉ〜Ｗ_ｑが、ある範囲のＰＥＢ温度で目標処理条件設定処理された場合、生産レベルの処理は、そのＰＥＢ温度範囲内でなければならない。

プロセス最適化方法３５０によれば、処理手順タスクＰ３５８で、ウェハ基板Ｗの各サブフィールドｄ_ｉ内でミクロ露光されたパターンのＣＤが測定され、処理済みウェハ基板ＷのハイパーサンプルＣＤ測定マップが生成される。上で考察したように、この測定タスクは、露光パターンのフィーチャ及び属性の任意の組合せを測定するように構成されており、リソグラフィ露光装置１０２によって内部で実施することも、或いはリソグラフィ露光装置１０２の外部装置を使用して実施することもできる。

プロセス最適化方法３５０によれば、処理手順タスクＰ３６０で、ウェハ基板ＷのハイパーサンプルＣＤ測定マップを利用して、ＣＤを関数として表現されたフォトレジスト応答の特性モデルが誘導される。様々な特性モデルが存在しているが、特性モデルは、相関プロセスに使用されるモデルと実質的に同様のモデルでなければならない。

上で指摘したように、相関プロセスに使用されたＢｏｓｓｕｎｇモデルを利用して、焦点位置ｆ_１〜ｆ_Ｋがいかに変化しているか、及び／又は露光量がＣＤにいかに影響しているかを示すことができる。処理手順タスクＰ３６０により、上に示した説明例に矛盾することなく、ウェハ基板Ｗの処理済みサブフィールドｄ_１〜ｄ_Ｍ毎にＢｏｓｓｕｎｇ曲線がプロットされる。

プロセス最適化方法３５０によれば、処理手順タスクＰ３６２で、特性モデル・パラメータの変化が処理済みウェハ基板Ｗの全体に渡って検出される。つまり、ウェハ基板Ｗのサブフィールドｄ_１〜ｄ_Ｍのそれぞれが同じ生産レベル処理条件で処理されているため、ｄ_ｊとは異なる特性モデルすなわちパラメータを有しているサブフィールドｄ_ｉは変化を示している。上で説明した例が継続され、サブフィールドｄ_１がａ_１のＢｏｓｓｕｎｇ曲率を示し、一方、サブフィールドｄ_２がａ_２のＢｏｓｓｕｎｇ曲率を示しているかどうか、その変化が検出される。

プロセス最適化方法３５０によれば、処理手順タスクＰ３６４で、基板Ｗの全体に渡る均一性を達成するために、相関情報に基づいてウェハ基板Ｗに施す処理が調整される。上で指摘したように、この相関情報は、フォトレジストの感度を表す特性パラメータと、ある範囲の目標処理条件／パラメータとの間の関係を識別している。したがって、ある所望の特性パラメータに対して、この相関情報を利用して、その所望の特性パラメータに対応する処理パラメータを引き出すことができる。したがって、１つのサブフィールドｄ_ｉ或いは隣接するサブフィールドｄ_ｉ〜ｄｊのグループが、期待特性パラメータとは異なる特性パラメータを示している場合、相関情報に基づいて、期待特性パラメータに関連する値に処理パラメータを調整若しくは修正することができる。

図３Ｅに戻り、たとえばサブフィールドｄ_８〜ｄ_１０が、ａ＝−３２５の期待Ｂｏｓｓｕｎｇ曲率に対してａ＝−３８５のＢｏｓｓｕｎｇ曲率を示している場合、ＰＥＢゾーン温度を１３０℃に上昇させ、後続のウェハ基板のサブフィールドｄ_８〜ｄ_１０の基板全体に渡る曲率ａの均一性を保証するために、サブフィールドｄ_８〜ｄ_１０に対応するＰＥＢ局部領域と結合した熱ゾーンが相関曲線に従って調整される。

また、生産レベルの条件への調整には、検出した、基板Ｗ全体、目標フィールドＣ_ｉ全体、或いはサブフィールドｄ_１〜ｄ_Ｍ全体に渡る変化に矛盾しない空間条件修正をさらに含むことができる。

このように、開示したプロセス最適化方法により、生産レベルのリソグラフィ処理条件が強化され、特性パラメータと処理パラメータの間の相関情報に基づく一様な処理が達成される。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、上で説明した以外の方法で本発明を実施することができることは理解されよう。上述の実施例は、図に示したエンティティにおける異なるソフトウェア実施例、ファームウェア実施例及びハードウェア実施例の中で実施することができる。たとえば、開示した処理手順タスクのいくつかは、露光ツール・コントローラを使用して実施することができ、或いはこのような目的専用の処理装置を使用して実施することができる。

したがって以上の説明は本発明の制限を意図するものではない。本発明の構成、動作及び挙動について説明したが、本明細書において示した詳細な説明により、上記実施例に対する改変及び変形形態が可能であることは理解されよう。したがって以上の詳細な説明は、本発明を何ら制限することを意味するものでも、或いは意図するものでもなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義される。

リソグラフィ露光装置とウェハ・トラック装置の概略図である。 リソグラフィ露光装置の概略図である。 本発明の実施例を示す概略機能工程図である。 本発明実施例の種々の属性を示す概略線図である。 本発明実施例の種々の属性を示す概略線図である。 本発明実施例の種々の属性を示す概略線図である。 本発明の実施例を示す概略機能工程図である。

符号の説明

１２ ローディング・ステーション
１００ リソグラフィ・システム
１０２ リソグラフィ露光装置（リソグラフィ装置、露光ツール装置）
１０２Ａ 露光ツール・コントローラ
１０４ ウェハ・トラック装置
１０６ａ ウェハ・サプライ・モジュール
１０６ｂ レジスト・コーティング・モジュール
１０６ｃ プライミング・モジュール
１０６ｄ ソフト・ベーク・モジュール
１０８ａ 露光後ベーク（ＰＥＢ）モジュール
１０８ｂ ハード・ベーク・モジュール
１０８ｃ チル・プレート・モジュール
１０８ｄ ディベロッパ・モジュール
１０８ｅ 測定処理モジュール
３００ 適応ハイパーサンプル相関方法
３５０ プロセス最適化方法
ＡＭ 調整機構
Ｃ 標的部分
ＣＯ コンデンサ
Ｅｘ、ＩＬ 放射システム（ビーム拡大器、照明システム（イルミネータ））
ＩＦ 干渉測定機構
ＩＮ インテグレータ
ＬＡ 放射源
Ｍ１、Ｍ２ マスク位置合せマーク
ＭＡ マスク
ＭＴ 第１の対物テーブル（マスク・テーブル）
Ｐ１、Ｐ２ 基板位置合せマーク
ＰＢ 投影放射ビーム
ＰＬ 投影システム（レンズ）
ＰＭ 第１の位置決め機構
ＰＷ 第２の位置決め機構
Ｗ 基板
ＷＴ 第２の対物テーブル（基板テーブル）

Claims (12)

1. リソグラフィ処理の均一性を最適化する方法であって、
   リソグラフィ投影装置を使用して、パターンを複数の基板のサブフィールド上に異なる露光条件で繰り返し露光する段階と、
   前記基板のそれぞれを異なる生産処理条件で処理する段階と、
   前記処理済み基板の前記サブフィールドの属性を測定する段階と、
   前記測定した前記処理済み基板の前記サブフィールドの属性に基づいて、前記サブフィールド毎に、サブフィールド特性として、Ｂｏｓｓｕｎｇモデルに基づくフォトレジストの挙動を表す特性を決定する段階と、
   前記決定した前記サブフィールド特性と前記異なる生産処理条件との相関情報を求める段階と、
   前記求めた相関情報に基づいて、前記生産処理条件を調整する段階と、
   を含んでおり、
   前記相関情報が、ベーク温度をＢｏｓｓｕｎｇ曲率の関数として決定するために、前記Ｂｏｓｓｕｎｇ曲率のそれぞれを、規定のベーク温度でベークされた前記複数の処理済み基板毎に平均化する段階をさらに含む、
   方法。
2. パターンを露光する前記異なる露光条件が、前記リソグラフィ投影装置の異なる焦点位置である、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記属性の測定が、
   走査電子顕微鏡、分光楕円偏光計、反射率計、スキャッタメータ、電気線幅測定ツール、集束イオン・ビーム、電子ビーム、原子間力顕微鏡、欠陥検査ツール若しくはオーバレイ測定ツールを使用して達成される、
   請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記生産処理条件が露光後ベークである、
   請求項１または請求項２または請求項３に記載の方法。
5. 前記均一性がクリティカル・ディメンションの均一性（ＣＤＵ）である、
   請求項１から請求項４までのいずれかに記載の方法。
6. 前記均一性が基板全体の均一性である、
   請求項１から請求項５までのいずれかに記載の方法。
7. 前記生産処理条件を調整する段階が、露光後ベークの温度を調整する段階である、
   請求項１から請求項６までのいずれかに記載の方法。
8. 前記生産処理条件が、異なる目標処理条件に包含される、
   請求項７に記載の方法。
9. 前記異なる目標処理条件が、ある範囲のベーク温度からなる、
   請求項８に記載の方法。
10. リソグラフィ処理を最適化し、それにより基板の均一性を達成する方法であって、
    複数の基板内の複数のサブフィールド上に異なる焦点位置でパターンをミクロ露光する段階と、
    前記基板のそれぞれを異なる目標処理条件で処理する段階と、
    前記各処理済み基板内の前記サブフィールドのそれぞれの属性を測定する段階と、
    前記測定した属性に基づいて、Ｂｏｓｓｕｎｇ曲率特性を前記サブフィールド毎に決定する段階と、
    前記各Ｂｏｓｓｕｎｇ曲率特性と前記異なる目標処理条件との相関情報を求める段階と、
    後続の基板内の複数のサブフィールド上に異なる焦点位置でパターンをミクロ露光する段階と、
    前記相関情報に基づいて、前記後続の基板を前記異なる目標処理条件のうちの少なくとも１つと一致する生産処理条件で処理する段階と、
    を含んでおり、
    前記相関情報が、ベーク温度を前記Ｂｏｓｓｕｎｇ曲率の関数として決定するために、前記Ｂｏｓｓｕｎｇ曲率のそれぞれを、規定のベーク温度でベークされた前記複数の処理済み基板毎に平均化する段階をさらに含む、
    方法。
11. 前記複数の基板及び前記後続の基板が実質的に同様のフォトレジスト特性を備えた、
    請求項１０に記載の方法。
12. 前記異なる目標処理条件が、ある範囲のベーク温度からなり、前記生産処理条件が前記範囲のベーク温度範囲にある、
    請求項１０に記載の方法。

Images