JP5499081B2 - ダイサイズの最適化方法、パターン設計方法及びコンピュータプログラム製品 - Google Patents

Description

[0001] 本発明は、ダイサイズの最適化方法、ダイ設計方法、デバイス製造方法、及びコンピュータプログラム製品に関する。

[0002] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板のターゲット部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。このような場合、代替的にマスク又はレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層上に形成すべき回路パターンを生成することができる。このパターンを、基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば１つ又は幾つかのダイの一部を含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。一般的に、１枚の基板は、順次パターンが与えられる隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。従来のリソグラフィ装置は、パターン全体をターゲット部分に１回で露光することによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、基板を所与の方向（「スキャン」方向）と平行あるいは逆平行に同期的にスキャンしながら、パターンを所与の方向（「スキャン」方向）に放射ビームでスキャンすることにより、各ターゲット部分が照射される、いわゆるスキャナとを含む。パターンを基板にインプリントすることによっても、パターニングデバイスから基板へとパターンを転写することが可能である。

[0003] 投影システムの最終要素と基板の間の空間を充填するように、リソグラフィ投影装置内の基板を水などの比較的高い屈折率を有する液体に液浸することが提案されている。ある実施形態では、液体は蒸留水であるが、別の液体を使用することもできる。本発明の実施形態は、液体について説明されている。しかし別の流体、特にウェッティング流体、非圧縮性流体及び／又は屈折率が空気より高い、望ましくは屈折率が水より高い流体が適切なこともある。気体を除く流体が特に望ましい。そのポイントは、露光放射は液体中の方が波長が短いので、結像するフィーチャの小型化を可能にすることである（液体の効果は、システムの有効開口数（ＮＡ）を大きくでき、焦点深さも大きくすることと見なすこともできる）。固体粒子（例えば石英）が懸濁している水、又はナノ粒子の懸濁（例えば最大１０ｎｍの最大寸法の粒子）がある液体などの、他の液浸液も提案されている。懸濁粒子は、これが懸濁している液体と同様の屈折率又は同じ屈折率を有しても、有していなくてもよい。適切になり得る他の液体は、芳香族などの炭化水素、フルオロハイドロカーボン、及び／又は水溶液である。

[0004] 半導体集積回路を製造するための大半のリソグラフィ工程は、シリコンなどの半導体材料の単一の結晶から切り出した円形のウェーハである基板上に印刷を行う。半導体デバイスは、通常、平面視で矩形であり、リソグラフィ装置のイメージフィールドも矩形である。通常、ダイはリソグラフィ装置のイメージフィールドよりも小さいが、ダイがイメージフィールドより大きいことも可能である。その場合、複数回の露光が「スティッチング」として知られている工程によってつなぎ合わされる。したがって、ウェーハ上に製造可能な良好なデバイスの数を最大化するようにイメージフィールド内の矩形のダイの配置を最適化することは無視できない問題である。この問題は、ウェーハサイズが増大するにつれて（現在３００ｍｍのウェーハが標準であるが、４５０ｍｍのウェーハが提案されている）ある程度まで低減するが、リソグラフィ装置の資本経費及び運用経費は数パーセントの生産性の向上でも探求する価値があるほど高コストになっている。

[0005] 米国特許ＵＳ６，３６８，７６１号は、アライメントマーク及びウェーハのその他の固定フィーチャの位置を考慮することで１枚のウェーハから生産できるダイの数を最大化するコンピュータベースの手順を開示する。「費用対効果比」を用いて少数のダイしか印刷しない露光を実行するか否かを決定することができる。

[0006] Chen-Fu Chien他による「Optimize Die Size Design to Enhance OWE for Design for Manufacturing」（ISSM paper: DM-P-091, 2007）という論文は、各ウェーハ上に可能な限り多数のダイを印刷するというターゲットを達成し、露光時間を低減するための最適なダイサイズ及び／又はアスペクト比を決定するデータマイニング方法を開示する。

[0007] A. Dor他による「WAMA - A method of optimizing reticle/die placement to increase litho cell productivity」（Proceedings of SPIE Vol 5756, 2005）は、ウェーハの各ポイントの潜在歩留まりのマップを参照することでステッパ使用時のダイの位置決めを制御して歩留まりを最大化する方法を開示する。

[0008] 例えば、リソグラフィ装置とデバイス製造工程の生産性をさらに向上させることが望ましい。

[0009] 本発明の一態様によれば、リソグラフィ装置を用いてデバイスを製造する方法においてダイのサイズを最適化する方法であって、リソグラフィ装置は、単一露光ステップで可変サイズのイメージフィールドを露光するように構成され、イメージフィールドは、ある最大サイズを有し、当該方法は、
ダイの所望の面積を受け取るステップと、
ダイのターゲットアスペクト比を計算するステップと、を含み、
ターゲットアスペクト比は、リソグラフィ装置を用いて１時間当たりに結像可能な良好なダイの数を最大化するように決定される、方法が提供される。

[0010] 本発明の一態様によれば、リソグラフィ装置を用いてデバイスを製造する方法においてデバイスの層を形成するために使用するパターンを設計する方法であって、リソグラフィ装置は、単一露光ステップで可変サイズのイメージフィールドを露光するように構成され、イメージフィールドは、ある最大サイズを有し、当該方法は、
パターンを露光するダイの所望の面積を決定するステップと、
ダイのターゲットアスペクト比を計算するステップであって、ターゲットアスペクト比は、リソグラフィ装置を用いて１時間当たりに結像可能な良好なダイの数を最大化するように決定される、ステップと、
所望の面積のダイ内に収まりかつターゲットアスペクト比を有するパターンを設計するステップと、
を含む方法が提供される。

[0011] 本発明の一態様によれば、リソグラフィ装置を用いてデバイスを製造する方法であって、リソグラフィ装置は、単一露光ステップで可変サイズのイメージフィールドを露光するように構成され、イメージフィールドは、ある最大サイズを有し、当該方法は、
デバイスの層を形成するためにパターンを露光するダイの所望の面積を決定するステップと、
ダイのターゲットアスペクト比を計算するステップであって、ターゲットアスペクト比は、リソグラフィ装置を用いて１時間当たりに結像可能な良好なダイの数を最大化するように決定される、ステップと、
所望の面積のダイ内に収まりかつターゲットアスペクト比を有するパターンを設計するステップと、
基板を上記パターンで複数回露光して基板の表面をパターンのコピーでほぼ充填するステップと、
を含む方法が提供される。

[0012] 本発明の一態様によれば、コンピュータシステムによって実行されると、リソグラフィ装置を用いてデバイスを製造する方法においてダイのサイズを最適化する方法を実行するコンピュータプログラムであって、リソグラフィ装置は、単一露光ステップで可変サイズのイメージフィールドを露光するように構成され、イメージフィールドは、ある最大サイズを有し、当該方法は、
ダイの所望の面積を受け取るステップと、
ダイのターゲットアスペクト比を計算するステップと、を含み、
ターゲットアスペクト比は、リソグラフィ装置を用いて１時間当たりに結像可能な良好なダイの数を最大化するように決定される、コンピュータプログラム製品が提供される。

[0013] 対応する参照符号が対応する部分を示す添付の概略図を参照しながら以下に本発明の実施形態について説明するが、これは単に例示としてのものに過ぎない。
[0014] 本発明のある実施形態によるリソグラフィ装置を示す。 [0015] リソグラフィ投影装置で使用する液体供給システムを示す。 [0016] 本発明のある実施形態の方法でデバイスが形成される円形基板を示す。 [0017] １つの露光フィールド内の複数のダイを示す図である。 [0018] １００ｍｍ^２に等しい面積のダイのアスペクト比を有する様々な生産性パラメータの変動を示すグラフである。 [0019] ５０ｍｍ^２のダイの図５と同様のグラフである。 [0020] ４００ｍｍ^２のダイの図５と同様のグラフである。 [0021] 本発明のある実施形態による方法を示す。 [0022] 本発明のある実施形態による制御システムを示す。

[0023] 図１は、本発明のある実施形態によるリソグラフィ装置を概略的に示したものである。この装置は、
[0024] 放射ビームＢ（例えばＵＶ放射、ＤＵＶ放射又はＥＵＶ放射）を調節するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、
[0025] パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するように構成され、特定のパラメータに従ってパターニングデバイスＭＡを正確に位置決めするように構成された第１のポジショナＰＭに接続された支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
[0026] 基板（例えばレジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構成され、特定のパラメータに従って基板Ｗを正確に位置決めするように構成された第２のポジショナＰＷに接続された基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴと、
[0027] パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに与えられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つ以上のダイを含む）に投影するように構成された投影システム（例えば屈折投影レンズシステム）ＰＳと、を備える。

[0028] 照明システムは、放射の誘導、整形、又は制御を行うための、屈折、反射、磁気、電磁、静電型等の光学コンポーネント、又はその任意の組合せなどの種々のタイプの光学コンポーネントを含んでいてもよい。

[0029] 支持構造ＭＴは、パターニングデバイスを保持する。支持構造ＭＴは、パターニングデバイスの方向、リソグラフィ装置の設計等の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されているか否かに応じた方法で、パターニングデバイスを保持する。この支持構造ＭＴは、パターニングデバイスを保持するために、機械式、真空、静電式等のクランプ技術を使用することができる。支持構造ＭＴは、例えばフレーム又はテーブルでよく、必要に応じて固定式又は可動式でよい。支持構造ＭＴは、パターニングデバイスが例えば投影システムＰＳなどに対して確実に所望の位置にくるようにできる。本明細書において「レチクル」又は「マスク」という用語を使用した場合、その用語は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義と見なすことができる。

[0030] 本明細書において使用する「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分にパターンを生成するように、放射ビームの断面にパターンを与えるために使用し得る任意のデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。ここで、放射ビームに与えられるパターンは、例えばパターンが位相シフトフィーチャ又はいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板のターゲット部分における所望のパターンに正確には対応しないことがある点に留意されたい。一般的に、放射ビームに与えられるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特定の機能層に相当する。

[0031] パターニングデバイスは透過性又は反射性でよい。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、及びプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、バイナリマスク、レベンソン型(alternating)位相シフトマスク、ハーフトーン型(attenuated)位相シフトマスクのようなマスクタイプ、さらには様々なハイブリッドマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例として、小さなミラーのマトリクス配列を使用し、そのミラーは各々、入射する放射ビームを異なる方向に反射するよう個々に傾斜することができる。傾斜したミラーは、ミラーマトリクスによって反射する放射ビームにパターンを与える。

[0032] 本明細書において使用する「投影システム」という用語は、例えば使用する露光放射、又は液浸液の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、磁気光学システム、電磁光学システム及び静電型光学システム、又はその任意の組合せを含む任意のタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」という用語を使用した場合、これはさらに一般的な「投影システム」という用語と同義と見なすことができる。

[0033] 本明細書で示すように、本装置は透過タイプである（例えば透過マスクを使用する）。あるいは、装置は反射タイプでもよい（例えば上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイ又は反射マスクを使用する）。

[0034] リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）又はそれ以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のパターニングデバイステーブル）を有するタイプでよい。このような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルを並行して使用するか、１つ以上の他のテーブルを露光に使用している間に１つ以上のテーブルで予備工程を実行することができる。

[0035] 図１を参照すると、イルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受ける。放射源とリソグラフィ装置とは、例えば放射源がエキシマレーザである場合に、別々の構成要素であってもよい。このような場合、放射源はリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤの助けにより、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源が水銀ランプの場合は、放射源がリソグラフィ装置の一体部分であってもよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに放射システムと呼ぶことができる。

[0036] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するアジャスタＡＤを備えていてもよい。通常、イルミネータＩＬの瞳面における強度分布の外側及び／又は内側半径範囲（一般にそれぞれ、σ-outer及びσ-innerと呼ばれる）を調節することができる。また、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の種々のコンポーネントを備えていてもよい。イルミネータＩＬを用いて放射ビームを調節し、その断面にわたって所望の均一性と強度分布とが得られるようにしてもよい。放射源ＳＯと同様、イルミネータＩＬは、リソグラフィ装置の一部を形成すると考えてもよいし、又は考えなくてもよい。例えば、イルミネータＩＬは、リソグラフィ装置の一体化部分であってもよく、又はリソグラフィ装置とは別の構成要素であってもよい。後者の場合、リソグラフィ装置は、イルミネータＩＬをその上に搭載できるように構成することもできる。任意選択として、イルミネータＩＬは着脱式であり、（例えばリソグラフィ装置の製造業者又は別の供給業者によって）別に提供されてもよい。

[0037] 放射ビームＢは、支持構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴ上に保持されたパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡに入射し、パターニングデバイスＭＡによってパターニングされる。パターニングデバイスＭＡを横断した放射ビームＢは、投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に合焦させる。第２のポジショナＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ又は容量センサ）の助けを借りて、基板テーブルＷＴは、例えば、様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めできるように正確に移動できる。同様に、第１のポジショナＰＭと別の位置センサ（図１には明示されていない）を用いて、マスクライブラリからの機械的な取り出し後又はスキャン中などに放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイスＭＡを正確に位置決めできる。一般に、支持構造ＭＴの移動は、第１のポジショナＰＭの部分を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）及びショートストロークモジュール（微動位置決め）の助けにより実現できる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２のポジショナＰＷの部分を形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を用いて実現できる。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、支持構造ＭＴをショートストロークアクチュエータのみに接続するか、又は固定してもよい。パターニングデバイスＭＡ及び基板Ｗは、パターニングデバイス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を使用して位置合わせすることができる。図示のような基板アライメントマークは、専用のターゲット部分を占有するが、ターゲット部分Ｃの間の空間に位置してもよい（スクライブレーンアライメントマークとして知られている）。同様に、パターニングデバイスＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、パターニングデバイスアライメントマークをダイ間に配置してもよい。

[0038] 図示のリソグラフィ装置は、以下のモードのうち少なくとも１つにて使用可能である。
[0039] １．ステップモードにおいては、支持構造ＭＴ及び基板テーブルＷＴは、基本的に静止状態に維持される一方、放射ビームに与えたパターン全体が１回でターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一静的露光）。次に、別のターゲット部分Ｃを露光できるように、基板テーブルＷＴがＸ方向及び／又はＹ方向に移動される。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一静的露光で像が形成されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
[0040] ２．スキャンモードにおいては、支持構造ＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期的にスキャンされる一方、放射ビームに与えられるパターンがターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一動的露光）。支持構造ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）及び像反転特性によって求めることができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光におけるターゲット部分Ｃの（非スキャン方向における）幅が制限され、スキャン動作の長さによってターゲット部分Ｃの（スキャン方向における）高さが決まる。
[0041] ３．別のモードでは、支持構造ＭＴはプログラマブルパターニングデバイスを保持して基本的に静止状態に維持され、基板テーブルＷＴを移動又はスキャンさせながら、放射ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する。このモードでは、一般にパルス状放射源を使用して、基板テーブルＷＴを移動させる毎に、又はスキャン中に連続する放射パルスの間で、プログラマブルパターニングデバイスを必要に応じて更新する。この動作モードは、以上で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクレスリソグラフィに容易に利用できる。

[0042] 上述した使用モードの組合せ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。

[0043] 多くのリソグラフィ装置では、流体、特に液体が投影システムの最終要素の間に提供されて微小フィーチャの結像を可能にし、及び／又は装置の有効ＮＡを増加させる。そのような液浸装置に関して以下に本発明のある実施形態を記載するが、この実施形態は非液浸装置にも同様に具体化できる。投影システムの最終要素と基板との間に液体を提供する構成は、少なくとも２つのカテゴリに分類される。これらは、浴タイプの構成と、いわゆる局所液浸システムである。浴タイプの装置では、基板のほぼ全体とオプションで基板テーブルの一部が浴液中に浸漬される。いわゆる局所液浸システムは、液体が基板の局所領域にのみ提供される液体供給システムを使用する。後者のカテゴリでは、液体によって充填される空間は、基板の上面より平面視で小さく、液体によって充填される領域は、その領域下を基板が移動している間、投影システムに対してほぼ静止している。本発明のある実施形態が企図する別の構成は、液体が閉じ込められないオールウェット解決策である。この構成では、基板の上面全体と基板テーブルの全部又は一部が液浸液に覆われる。少なくとも基板を覆う液体の深さは小さい。液体は、基板上の液体の薄膜のなどの膜であってもよい。

[0044] 提案されている構成は、投影システムの最終要素と基板テーブルとの間の空間の境界の少なくとも一部に沿って進展する液体閉じ込め部材を液体供給システムに提供する構成である。そのような構成を図２に示す。液体閉じ込め部材はＸＹ平面で投影システムに対してほぼ静止しているが、Ｚ方向（光軸方向）には相対的に多少動くことができる。液体閉じ込めと基板の表面との間には封止が形成される。ある実施形態では、液体閉じ込め構造と基板の表面との間には、封止が形成される。封止は、ガスシールなどの非接触封止であってもよい。そのようなシステムが、米国特許出願ＵＳ２００４−０２０７８２４号に開示されている。

[0045] 流体ハンドリング構造１２は、投影システムＰＳの最終要素と基板Ｗとの間の空間１１内に少なくとも部分的に液体を封じ込める。液体が基板Ｗの表面と投影システムＰＳの最終要素との間の空間内に閉じ込められるように、基板Ｗへの非接触封止１６を投影システムのイメージフィールドの周囲に形成できる。この空間は、投影システムＰＳの最終要素の下方に位置し、それを取り囲む流体ハンドリング構造１２によって少なくとも部分的に形成される。液体は、投影システムの下方の空間、さらに液体入口１３によって流体ハンドリング構造１２内に流し込まれる。液体は、液体出口１３によって除去できる。

[0046] 多くの他のタイプの液体供給システムが可能である。本発明は、いかなる特定のタイプの液体供給システムにも、また液浸リソグラフィにも限定されない。本発明は、いかなるリソグラフィにも同様に適用できる。

[0047] 制御システム５００は、リソグラフィ装置の全体的動作を制御し、具体的には以下に詳述する最適化プロセスを実行する。制御システム５００は、中央処理装置並びに（揮発性及び／又は不揮発性）記憶装置を備える好適にプログラミングされた汎用コンピュータとして具体化できる。制御システムは、キーボード及びスクリーンなどの入力及び出力装置、ネットワークへの接続及び／又はリソグラフィ装置の様々な部分へのインターフェイスをさらに含んでもよい。制御コンピュータとリソグラフィ装置との１対１の関係が必要ではないことが理解されよう。本発明のある実施形態では、１つのコンピュータが複数のリソグラフィ装置を制御することができる。本発明の別の実施形態では、ネットワーク接続された複数のコンピュータを用いて１つのリソグラフィ装置を制御できる。制御システム５００は、リソグラフィ装置がその一部を形成するリソセル若しくはクラスタ内の１つ以上の関連付けられたプロセスデバイス及び／又は基板ハンドリンググデバイスを制御するように構成できる。制御システム５００は、リソセル若しくはクラスタの監視制御システム及び／又は製造工場の全体的制御システムに従属するように構成することができる。

[0048] 図３に示すように、円形の基板（例えば、ウェーハ）Ｗは、その全表面積よりもわずかに小さい使用可能面積ＵＡを有する。これによって、デバイスを形成するために使用できない縁部領域が生まれる。標準の基板は、例えば、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ又は４５０ｍｍの呼び径を有していてもよい。書き込みの時点で、シリコン基板の標準は３００ｍｍであるが、４５０ｍｍが提案されている。ＧａＡｓなどの他の半導体材料に小さいサイズが使用される。将来は大きいサイズの導入も考えられる。基板は、粗アライメントのための（図示していない）平坦さ、又は１つ以上の（図示していない）切欠きを有していてもよい。本発明は、特定のサイズ又は形状の基板の使用に限定されない。

[0049] リソグラフィ装置のイメージフィールドｆは、通常、矩形である。各々のタイプの装置は、（基板レベルで）最大イメージフィールド寸法Ｘ_ｆｍａｘ及びＹ_ｆｍａｘ、例えば、２６ｍｍ×３３ｍｍを有するが、パターニングデバイスの一部をイルミネータ内の刃でマスクし、最大距離よりも短いスキャンを用いて、又はパターニングデバイス内で不透明の（例えば、クロームの）縁を用いて（Ｘ_ｆ×Ｙ_ｆの寸法を有する）より小さい像を露光することができる。マスク又はレチクルの標準の形状も矩形である。基板上のイメージフィールドｆへのパターニングデバイスのパターン全体の１回の結像を露光と呼ぶ。ステッパ内で、パターン全体が１回の「フラッシュ」で結像される。スキャナ内では、パターンの一部だけが１回に照明され、パターニングデバイス及び基板はスキャンされてパターン全体を結像する。本発明は、ステッパとスキャナの両方に適用される。上記のように、投影システムの縮小のために、パターニングデバイスのパターンは基板レベルの像の４〜５倍大きい。本発明の記述では、すべての寸法は基板レベルの寸法である。

[0050] 従来、デバイスも矩形であった。図４は、特に断りのない限り、イメージフィールドｆ内の寸法Ｘ_ｄｉｅ及びＹ_ｄｉｅの寸法を有する２つのダイｄを示す。デバイスのサイズ及び形状は、その機能性と当該機能性を提供するのに必要なコンポーネントのタイプとによって決定される。いくつかの例では、デバイスに対して必要な接点の数が最小周辺長を設定する。これは、接点が普通、デバイスの縁部の周囲に配置されるからである。また、スクライブレーンＳＬと呼ばれる空間を基板のデバイスの間に提供する必要がある。スクライブレーンは、多くの場合、アライメント及びその他のマーカに使用されるが、スクライブレーンの寸法は、露光された基板を離散的なデバイスに分割するためのソーイング又はダイシング技術によって設定されるのが一般的である。デバイスが十分に小さい場合、露光のたびに複数のダイが結像されるように、ダイの複数のコピーを１つのパターニングデバイス上に含むことができる。

[0051] ギャップを残さずに、又は基板の縁部を重ねることなく円形の基板上に複数の矩形のイメージフィールドｆを重ねることができないのは明らかである。時間の浪費と思われるかもしれないが、縁部のフィールド、すなわち、基板の使用可能な面積の縁部に重なるフィールドを結像することが多くの場合望ましい理由が２つある。第１の理由は、パターニングデバイスがダイの複数のコピーを含む場合、縁部フィールドの１つ以上のダイが基板の使用可能な面積内に収まる（１つ以上のその他のダイはそうでないとしても）可能性があるということである。したがって、縁部フィールドで良好なデバイスを製造できる余地がある。第２に、縁部フィールドで露光が実行されなかった場合、追加の（例えば、沈着）及び／又は減算の（例えば、エッチング）工程の結果、縁部フィールドと中央フィールドとの間に大幅なレベル差が生じる場合がある。したがって、良好なデバイスを製造しない露光の実行時のスループットの損失にもかかわらずすべての縁部フィールドを露光するのが通例である。

[0052] スループット最適化技術は、幾何学的条件を参照することで基板上に収容可能な良好なダイの数を最大化することに集中してきた。基板当たりのデバイス生産数を最大化することで生産性が最大化されるという前提がある。場合によっては、縁部フィールドを露光するか否かが考慮される。Chien他（先に引用した）は、ウェーハ当たりの露光回数を低減する適当なダイのサイズの可能性に言及し、最適なダイ寸法を識別するデータマイニング技術を提案している。しかし、そのような方法は、新しいデバイス判定基準又は新しいリソグラフィ装置が採用され、過去に試行されてきた範囲内でしかダイの寸法を最適化しない場合には有効ではない。

[0053] したがって、本発明のある実施形態は、基板の幾何学的条件と使用するリソグラフィ装置の動的特性又は能力の両方を考慮することで露光するダイの最適な寸法を決定する方法を提供する。本発明のある実施形態は、合理的な時間尺度にわたる有用なダイ、例えば、１時間当たりのダイのスループットを最大化することを目指す。場合によっては、１時間当たりの基板のスループットを向上させるために基板当たりのダイの数を低減することで最高の生産性が得られる。また場合によっては、１時間当たりの基板の数を犠牲にしても基板当たりのダイの数を最大化することで最高の生産性が得られる。さらに場合によっては、基板当たりのダイの数と１時間当たりの基板の数との間の調整によって最高の生産性が得られる。

[0054] 本発明のある実施形態では、２ステップの方法が採用される。ダイ面積が固定される（また場合によっては最小周辺長に関する制約が課される）と、メリット関数ＭＦの値を最大化する第１のアスペクト比（ｙ方向のダイ寸法に対するｘ方向のダイ寸法の比率）が決定される。ここで、ＭＦは、リソグラフィ装置によって結像可能な最大露光フィールド以下の露光フィールド内に収容可能なダイの最大数を、基板上に収容可能な露光の（ダイの数にいきわたるだけの）最大回数で除した値である。したがって、第１のアスペクト比は、露光当たりのダイの数を最大限にし、基板をほぼ完全に覆いながら基板当たりの露光回数を最小化するアスペクト比である。

[0055] 第２のステップとして、リソグラフィ装置のスループットモデルを用いてアスペクト比が微調整される。スループットモデルは、所与の工程での装置のスループットを可能な限り正確に予測しようとするリソグラフィ装置の数学的モデルである。スループットモデルは、リソグラフィ装置の動的特性とリソグラフィ工程のパラメータとを考慮する。モデル内で考慮されるパラメータは、露光フィールドの寸法、スキャン速度の設定ポイント、アライメントマーカの配置、アライメント工程、露光ルーティング、スキャン長、加速度などを含んでもよい。微調整工程は、リソグラフィ工程の生産性を数パーセント向上させて所有の有効コストをそれに等しい量だけ低減する。

[0056] アスペクト比が決定されると、デバイスの設計を作成し、又は変更して決定されたアスペクト比に合わせる。次に、デバイスの様々な層が露光、処理される。最後に、基板は、既知の技術によるスクライブレーンに沿った切断又はソーイングによって離散的なデバイスに分割される。

[0057] 図５は、本発明のある実施形態による方法を３００ｍｍのウェーハ上に１００ｍｍ^２の面積を有する例示的なダイに適用し、２６ｍｍ×３３ｍｍの最大イメージフィールドを有するリソグラフィ装置を使用した結果を示すグラフである。同図で、アスペクト比がｘ（水平）軸に沿って描画され、それに対応する、すべてアスペクト比１：１に正規化された、基板当たりの１つ以上のフィールド当たりのダイの値（Ｉ−太線）、各フィールド内のダイ（ＩＩ−中実の菱形がある細い線）、１時間当たりのダイ（ＩＩＩ−中実の円がある太線）及び基板当たりのフィールド数（ＩＶ−中空の正方形がある細い線）がｙ（垂直軸）上に描画されている。図から分かるように、フィールド当たりのダイの数（Ｉ）は、約１．４５〜約１．７というかなり広範囲のアスペクト比にわたって最大値を保つ。同じ範囲で、１：１のアスペクト比のダイで得た数字と比較して、基板上のフィールドの数が低下し、１時間当たりのダイの数が増加している。しかし、１時間当たりのダイの数が最大でメリット関数ＭＦ（基板当たりの１つ以上のフィールド当たりのダイの値）が最大である範囲内で、基板当たりのフィールド数が最小である比較的小さい範囲のアスペクト比において１時間当たりのダイの数がさらに増加している。このより狭い範囲内での増加は数パーセントに過ぎないが、そのような生産性のゲインは高い価値がある。

[0058] 図６及び図７は、図５と同様のグラフであるが、図６はサイズ５０ｍｍ^２のダイを、図７は４００ｍｍ^２のダイを示している。図６及び図７のラインパターンは、図５に対応する。１００ｍｍ^２のダイと同様に、各々のケースで、フィールド当たりのダイの数（Ｉ）はかなり広範囲のアスペクト比にわたって最大であり、その範囲内で、１：１のアスペクト比のダイで得た数字と比較して、基板上のフィールドの数が低下し、１時間当たりのダイの数が増加している。しかし、１時間当たりのダイの数が最大でメリット関数ＭＦ（基板当たりの１つ以上のフィールド当たりのダイの値）が最大である範囲内で、基板当たりのフィールド数が最小である比較的小さい範囲のアスペクト比において１時間当たりのダイの数がさらに増加している。機械のスループットモデルを用いた最適化によって、５０ｍｍ^２のダイで１．３５の最適なアスペクト比、４００ｍｍ^２のダイで０．６７の最適なアスペクト比が得られる。後者の例では、ダイのサイズとして設計の自由が限定されているが、これは、露光当たり１つ又は２つのダイを収容することしかできないという意味である。

[0059] 特定の最大露光サイズについて上記の結果が得られ、この結果は、本発明のある実施形態が適用されるリソグラフィ装置の実際の最大露光サイズに従ってスケール変更されることが理解されよう。

[0060] 図８は、本発明のある実施形態による方法を示す。ステップＳ１で、デバイス要件ＤＲを用いて必要な総ダイ面積が決定される。次に、メリット関数ＭＦ（フィールド当たりのダイの数を基板当たりのフィールドの数で除した値）を最大化するイメージフィールドサイズとダイのアスペクト比が決定される。ステップＳ３で、スループットモデルを用いてアスペクト比がさらに最適化される。スループットモデルは特定のリソグラフィ装置に合わせて調整され、機械特性ＭＣに関する情報に依存する。スループットモデルを用いたさらなる最適化の開始ポイントとしてのメリット関数を用いて決定されたアスペクト比を使用することで、最適化されたアスペクト比を迅速に発見でき、この最適化が局所的な最大値でなくグローバルな最大値を確実に生み出すようにされる。このステップで、最適化されたアスペクト比と同様、露光ルーティング及びマーカ位置などのレシピ情報ＲＩも生成される。ステップＳ４で、デバイスパターンが設計又は変更されて最適化されたアスペクト比内に収まる。ステップＳ５で、基板は、リソグラフィ装置内でルーティング情報を用いてパターンに露光される。露光後、レジストが現像され、Ｓ６ですべての必要な工程ステップが実施される。露光及び処理ステップＳ５及びＳ６は、Ｓ７で必要に応じて繰り返される。すべての露光及び工程が実行されると、デバイスは、既知のソーイング又はダイシング工程を用いて個々のチップＳ８に分割される。

[0061] 図９は、本発明のある実施形態による方法を実行する制御装置５００を概略的に示す。制御装置５００は、リソグラフィ装置１及びパターン設計システム２００にインターフェイス５０１、５０４を介してインターフェイスを取る。プロセッサ５０３は、本発明のある実施形態のこの方法を実行する。記憶装置５０２は、リソグラフィ装置１から受け取りプロセッサ５０３によって参照されるデバイス特性を格納する。

[0062] 理解されるように、上記のいかなる特徴も他の任意の特徴と併用でき、本出願が対象とする範囲は明示された上記の組合せに限定されない。

[0063] 以下の条項を用いて本発明の各実施形態を詳述する。
１．リソグラフィ装置のスループットを向上させる方法であって、リソグラフィ装置は、リソグラフィ装置のイメージフィールド内に位置する１つ以上のダイを基板上に複数回結像するように構成され、前記基板の露光面を１つ以上のダイの像でほぼ充填するものであり、前記方法は、
前記１つ以上のダイのイメージフィールド内に十分な面積を確保しながら前記基板の露光面をほぼ充填する前記基板上の露光回数を最小化するイメージフィールドの寸法を決定するステップを含む、方法。
２．前記イメージフィールドの寸法を決定するステップは、前記イメージフィールド内のダイの最大数と前記基板をほぼ充填する前記基板上の最小露光回数との間のトレードオフとして前記イメージフィールドの寸法を決定することを含む、条項１に記載の方法。
３．前記１つ以上のダイの寸法を決定するステップをさらに含み、前記１つ以上のダイの寸法は、前記イメージフィールドの寸法内のダイの数を最大化することで決定される、条項１又は条項２に記載の方法。
４．前記イメージフィールドの寸法を決定するステップは、前記リソグラフィ装置のイメージフィールドの物理的な変動の限界を表すフィールド制約パラメータを含み、及び／又は前記１つ以上のダイの寸法を決定するステップは、前記ダイの物理的な変動の限界を表すダイ制約パラメータを含む、条項１又は３に記載の方法。
５．前記トレードオフは、
の関係によって達成される、条項２に記載の方法。
６．前記イメージフィールドの寸法を決定するステップは、前記リソグラフィ装置に関連するスループットシミュレーションモデルを含む、条項１に記載の方法。
７．前記スループットシミュレーションモデルは、
前記基板を支持する基板テーブルの速度、
前記基板テーブルの加速度、
前記リソグラフィ装置のスキャン長、及び／又は
前記リソグラフィ装置のスキャンルーティング
のうち少なくとも１つを含む、条項６に記載の方法。
８．前記基板上に結像されるダイの数を最大化することは、前記基板の縁部からの事前定義された距離外にある前記基板上のダイの数を最大化することを含む、条項２に記載の方法。
９．前記基板は、事前定義された配置許容差を有する追加の構造をさらに備え、前記基板上に結像されるダイの数を最大化することは、前記追加の構造の配置許容差を使用することを含む、条項２に記載の方法。追加の構造は、例えば、アライメント構造であってもよく、そのような追加の構造をその許容差の範囲内で移動させることで、追加の空間を作成することができ、良好なダイの数を増加させることができる。
１０．前記ダイは、周辺構造を備え、前記基板上に結像されるダイの数を最大化することは、前記周辺構造の少なくとも一部を前記基板の縁部からの事前定義された距離内に配置することを可能にすることを含む、条項２に記載の方法。

[0064] 本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置には他の用途もあることを理解されたい。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用誘導及び検出パターン、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の製造である。こうした代替的な用途に照らして、本明細書で「ウェーハ」又は「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ、「基板」又は「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義と見なしてよいことが、当業者には認識される。本明細書に述べている基板は、露光前又は露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）、メトロロジーツール及び／又はインスペクションツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上及びその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を生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指すことができる。

[0065] 本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、イオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ若しくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極端紫外線（ＥＵＶ）放射（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を包含する。

[0066] 「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折及び反射光学コンポーネントを含む様々なタイプの光学コンポーネントのいずれか一つ、又はその組合せを指す。

[0067] 以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実践できることが理解される。例えば、本発明の実施形態は、上記で開示したような方法を述べる機械読み取り式命令の１つ以上のシーケンスを含むコンピュータプログラム、又はこのようなコンピュータプログラムを内部に記憶したデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気又は光ディスク）の形態をとることができる。さらに機械読み取り式命令は、２つ以上のコンピュータプログラムで実現することができる。２つ以上のコンピュータプログラムを、１つ以上の異なるメモリ及び／又はデータ記憶媒体に記憶することができる。

[0068] 上述したコントローラは、信号を受信、処理及び送信するのに適切な任意の構成を有することができる。例えば、各コントローラは、上述した方法の機械読み取り式命令を含むコンピュータプログラムを実行するために、１つ以上のプロセッサを含んでよい。コントローラは、このようなコンピュータプログラムを記憶するデータ記憶媒体及び／又はこのような媒体を受信するハードウェアを含んでよい。

[0069] 以下の条項を用いて本発明を詳述する。
１．リソグラフィ装置を用いてデバイスを製造する方法であって、リソグラフィ装置は、単一露光ステップで可変サイズのイメージフィールドを露光するように構成され、イメージフィールドは、ある最大サイズを有し、前記方法は、
前記デバイスの層を形成するためにパターンを露光するダイの所望の面積を決定するステップと、
前記ダイのターゲットアスペクト比を計算するステップであって、前記ターゲットアスペクト比は、前記リソグラフィ装置を用いて１時間当たりに結像可能な良好なダイの数を最大化するように決定される、ステップと、
前記所望の面積のダイ内部に収まりかつ前記ターゲットアスペクト比を有するパターンを設計するステップと、
基板を前記パターンで複数回露光して前記基板の表面を前記パターンのコピーでほぼ充填するステップと、
を含む、方法。
２．前記基板を複数の離散的なデバイスに分割するステップをさらに含む、条項１に記載の方法。
３．前記ターゲットアスペクト比を計算するステップは、前記リソグラフィ装置の動的特性を考慮する、条項１又は２に記載の方法。
４．前記リソグラフィ装置の動的特性は、スキャン速度、ステップ速度、加速度、スキャン長、露光ルーティング及び基板スループットからなる群から選択される１つ以上の特性である、条項３に記載の方法。
５．複数のダイが単一露光ステップで露光できるように、前記ダイは前記イメージフィールドの最大サイズよりも小さい、条項１から４のいずれか１項に記載の方法。
６．前記ターゲットアスペクト比を計算するステップは、メリット数ＭＦを最大化する第１のターゲットアスペクト比を見つけることを含み、ＭＦは、各イメージフィールドで露光されるダイの数を各基板上の露光回数で除した比率である、条項５に記載の方法。
７．前記ターゲットアスペクト比を計算するステップは、第２のターゲットアスペクト比を見つけるためにスループットモデルと前記第１のターゲットアスペクト比とを用いて露光シーケンスをシミュレートすることをさらに含む、条項６に記載の方法。
８．前記ダイを露光するためのターゲットイメージフィールドを計算するステップをさらに含む、条項１から７のいずれか１項に記載の方法。
９．コンピュータシステムによって実行されると、リソグラフィ装置を用いてデバイスを製造する方法においてダイのサイズを最適化する方法を実行するコンピュータプログラムであって、リソグラフィ装置は、単一露光ステップで可変サイズのイメージフィールドを露光するように構成され、イメージフィールドは、ある最大サイズを有し、当該方法は、
前記ダイの所望の面積を受け取るステップと、
前記ダイのターゲットアスペクト比を計算するステップと、を含み、
前記ターゲットアスペクト比は、前記リソグラフィ装置を用いて１時間当たりに結像可能な良好なダイの数を最大化するように決定される、コンピュータプログラム。

[0070] 上記の説明は例示的であり、限定的ではない。それ故、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、記載されたような本発明を変更できることが当業者には明白である。

Claims (11)

1. リソグラフィ装置を用いてデバイスを製造する方法においてダイのサイズを最適化する方法であって、前記リソグラフィ装置は、単一露光ステップで可変サイズのイメージフィールドを露光するようになされており、該イメージフィールドは、ある最大サイズを有し、当該方法は、
   ダイの所望の面積を受け取るステップと、
   ダイのターゲットアスペクト比を計算するステップと、を含み、
   前記ターゲットアスペクト比は、前記リソグラフィ装置を用いて１時間当たりに結像可能な良好なダイの数を最大化するように決定され、
   複数のダイが単一露光ステップで露光できるように、前記ダイは前記イメージフィールドの最大サイズよりも小さく、
   前記ターゲットアスペクト比を計算するステップは、メリット数ＭＦを最大化する第１のターゲットアスペクト比を見つけることを含み、ＭＦは、前記イメージフィールド当たりのダイの数を各基板上の露光回数で除した比率である、方法。
2. 前記ターゲットアスペクト比を計算するステップは、前記リソグラフィ装置の動的特性を考慮する、請求項１に記載の方法。
3. 前記リソグラフィ装置の動的特性は、スキャン速度、ステップ速度、加速度、スキャン長、露光ルーティング及び基板スループットからなる群から選択される１つ以上の特性である、請求項２に記載の方法。
4. 前記ターゲットアスペクト比を計算するステップは、第２のターゲットアスペクト比を見つけるためにスループットモデルと前記第１のターゲットアスペクト比とを用いて露光シーケンスをシミュレートすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記ダイを露光するためのターゲットイメージフィールドを計算するステップをさらに含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. リソグラフィ装置を用いてデバイスを製造する方法においてデバイスの層を形成するために使用されるパターンを設計する方法であって、前記リソグラフィ装置は、単一露光ステップで可変サイズのイメージフィールドを露光するようになされており、該イメージフィールドは、ある最大サイズを有し、当該方法は、
   前記パターンを露光するダイの所望の面積を決定するステップと、
   前記ダイのターゲットアスペクト比を計算するステップであって、前記ターゲットアスペクト比は、前記リソグラフィ装置を用いて１時間当たりに結像可能な良好なダイの数を最大化するように決定される、ステップと、
   前記所望の面積のダイ内に収まりかつ前記ターゲットアスペクト比を有するパターンを設計するステップと、を含み、
   複数のダイが単一露光ステップで露光できるように、前記ダイは前記イメージフィールドの最大サイズよりも小さく、
   前記ターゲットアスペクト比を計算するステップは、メリット数ＭＦを最大化する第１のターゲットアスペクト比を見つけることを含み、ＭＦは、前記イメージフィールド当たりのダイの数を各基板上の露光回数で除した比率である、方法。
7. 前記ターゲットアスペクト比を計算するステップは、前記リソグラフィ装置の動的特性を考慮する、請求項６に記載の方法。
8. 前記リソグラフィ装置の動的特性は、スキャン速度、ステップ速度、加速度、スキャン長、露光ルーティング及び基板スループットからなる群から選択される１つ以上の特性である、請求項７に記載の方法。
9. 前記ターゲットアスペクト比を計算するステップは、第２のターゲットアスペクト比を見つけるためにスループットモデルと前記第１のターゲットアスペクト比とを用いて露光シーケンスをシミュレートすることをさらに含む、請求項６に記載の方法。
10. 前記ダイを露光するためのターゲットイメージフィールドを計算するステップをさらに含む、請求項６から９のいずれか１項に記載の方法。
11. コンピュータシステムによって実行されると、リソグラフィ装置を用いてデバイスを製造する方法においてダイのサイズを最適化する方法を実行するコンピュータプログラムであって、前記リソグラフィ装置は、単一露光ステップで可変サイズのイメージフィールドを露光するようになされており、該イメージフィールドは、ある最大サイズを有し、当該方法は、
    前記ダイの所望の面積を受け取るステップと、
    前記ダイのターゲットアスペクト比を計算するステップと、を含み、
    前記ターゲットアスペクト比は、前記リソグラフィ装置を用いて１時間当たりに結像可能な良好なダイの数を最大化するように決定され、
    複数のダイが単一露光ステップで露光できるように、前記ダイは前記イメージフィールドの最大サイズよりも小さく、
    前記ターゲットアスペクト比を計算するステップは、メリット数ＭＦを最大化する第１のターゲットアスペクト比を見つけることを含み、ＭＦは、前記イメージフィールド当たりのダイの数を各基板上の露光回数で除した比率である、
    コンピュータプログラム。