JP5837693B2 - リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年８月１８日に出願された米国特許仮出願第６１／５２５，０２９号の利益を主張する。この仮出願の全体が本明細書に援用される。

本発明は、リソグラフィ装置及びデバイスを製造するための方法に関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、または基板の部分に与える機械である。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、微細形状を備えるその他のデバイス又は構造の製造に用いられる。従来のリソグラフィ装置においては、マスクまたはレチクルとも称されるパターニングデバイスが、ＩＣやフラットパネルディスプレイ、その他のデバイスの個々の層に対応する回路パターンを生成するために使用されることがある。このパターンは例えば、（例えばシリコンウェーハまたはガラスプレート等の）基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）層への結像により、基板（の部分）へと転写される。

パターニングデバイスを使用して、回路パターンではなく例えばカラーフィルタのパターンやドットのマトリックス状配列などの他のパターンを生成する場合もある。従来のマスクに代えて、パターニングデバイスは、回路パターンまたはその他の適用可能なパターンを生成する個別に制御可能な素子の配列を備えるパターニングアレイを備えてもよい。このような「マスクレス」方式では従来のマスクを使用する方式に比べて迅速かつ低コストにパターンを準備したり変更したりできるという利点がある。

故に、マスクレスシステムはプログラマブルパターニングデバイス（例えば、空間光変調器、コントラストデバイスなど）を含む。プログラマブルパターニングデバイスは、個別制御可能素子のアレイを使用して所望のパターンが与えられたビームを形成するよう（例えば電子的に、または光学的に）プログラムされている。プログラマブルパターニングデバイスの種類には、マイクロミラーアレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）アレイ、グレーティングライトバルブアレイ、自己放射可能なコントラストデバイスなどがある。

リソグラフィプロセスでは、基板に形成されるレジスト層上に投影される放射の一部は、レジスト層から方向転換して（例えば反射して）戻る可能性がある。例えば、一部の放射がレジストの下面から、すなわちレジストと、基板又はレジストと基板との間に挿入された別の層との間の界面において、反射する可能性がある。入射放射と方向転換した放射との重ね合わせは、レジスト層内に定常波をもたらす可能性がある。これは、複数の問題を引き起こす可能性がある。

例えば、レジスト層の表面における定常波の強度、及びひいてはレジスト層から方向転換して戻る放射の強度は、レジスト層及び任意に基板上に形成される複数の他の層の厚さによって決まる可能性がある。レジスト層厚の小さな変化は、方向転換した放射の強度に大きな変化を生じさせる可能性がある。このような方向転換した放射は、レジストの露光ドーズに寄与しないであろう。従って、レジストの厚さの変化は、レジスト層上に投影される放射ビームの所与の強度に対して、レジストにより受光される露光ドーズの変化を生じさせる可能性がある。これは、次々に、形成されるパターンのフィーチャのクリティカルディメンジョン（ＣＤ）に影響を及ぼす可能性がある。従って、基板上のレジスト層の厚さの変化は、クリティカルディメンジョンの均一性（critical dimension uniformity（ＣＤＵ））の低下をもたらす可能性がある。

クリティカルディメンジョンの均一性の低下を避けるために、基板にわたるレジスト層の厚さの変動を低減することが望ましい。しかしながら、これは、特に比較的大きい基板に対しては、困難である及び／又は費用がかかる可能性がある。

それに代えて又はそれに加えて、レジスト層の下面からの放射の反射を低減するために、いわゆる底面反射防止膜（bottom anti reflection coating（ＢＡＲＣ））が用いられるかもしれない。しかしながら、これは、基板に対して追加的な製造プロセスの実施を必要とするため、追加的な加工費を生じさせる可能性がある。

それに代えて又はそれに加えて、この問題は、比較的広帯域幅の放射源を用いることにより低減または克服される可能性がある。これは、レジスト層からの放射の方向転換は、放射波長に対するレジスト層の厚さに依存するからである。従って、放射源が比較的広帯域幅である場合には、特定のレジスト層の厚さに対して、比較的強く方向転換する放射波長もあれば、比較的弱く方向転換する波長もある。従って、広帯域放射の全体的な方向転換は、レジスト層の厚さの変動によって大きくは変わらないかもしれない。しかしながら、例えばレーザダイオードなどのような比較的狭い帯域幅の放射源を用いることが望まれる可能性がある。

従って、例えば、クリティカルディメンジョンの不均一性がレジスト層の厚さに変動に対して低感度となるようなシステムを提供することが望ましい。

本発明のある実施の形態によると、基板上にパターン形成放射ビームを投影するよう構成されたリソグラフィ装置が提供される。この装置は、基板上にレジスト層の厚さに関連する測定データを提供するよう構成された測定システムと、基板に投影されるパターン形成ビームの放射強度レベルが測定データに基づいて制御されるよう、リソグラフィ装置の動作を制御するよう構成されたコントローラと、を備える。

本発明のある実施の形態によると、デバイス製造方法が提供される。この方法は、リソグラフィ装置を用いてパターン形成放射ビームを基板上に投影することと、基板上のレジスト層の厚さに関連する測定データを取得することと、リソグラフィ装置の動作を制御して、測定データに基づいて基板上に投影されるパターン形成ビームの放射強度レベルを制御することと、を備える。
方法が提供される。

本発明のいくつかの実施の形態が付属の概略的な図面を参照して以下に説明されるがこれらは例示に過ぎない。対応する参照符号は各図面において対応する部分を指し示す。

本発明のある実施の形態に係るリソグラフィ装置の部分を示す図である。

本発明のある実施の形態に係る図１のリソグラフィ装置の部分の上面図である。

本発明のある実施の形態に係るリソグラフィ装置の部分を高度に概略的に示す斜視図である。

本発明のある実施の形態に係り、基板上への図３に係るリソグラフィ装置による投影を示す概略上面図である。

本発明のある実施の形態に係るリソグラフィ装置を概略的に示す図である。

図５に示す構成の変形例を示す図である。

本発明のある実施の形態に係るリソグラフィ装置の一部を示す図である。

本発明のある実施の形態は、リソグラフィ装置に関連し、これはプログラマブルパターニングデバイスを含んでもよく、当該デバイスは例えば自己放射コントラストデバイスのアレイからなることがある。こうしたリソグラフィ装置に関する更なる情報は国際公開第２０１０／０３２２２４号及び米国特許出願公開第２０１１−０１８８０１６号を参照してもよく、これらの全体が本明細書に援用される。

図１は、リソグラフィ装置の部分の概略側断面図を概略的に示す。この実施形態においては、リソグラフィ装置は、後述するようにＸＹ面で実質的に静止した個別制御可能素子を有するが、そうである必要はない。リソグラフィ装置１は、基板を保持する基板テーブル２と、基板テーブル２を最大６自由度で移動させる位置決め装置３と、を備える。基板は、レジストで被覆された基板であってもよい。ある実施の形態においては、基板はウェーハである。ある実施の形態においては、基板は多角形（例えば矩形）の基板である。ある実施の形態においては、基板はガラスプレートである。ある実施の形態においては、基板はプラスチック基板である。ある実施の形態においては、基板は箔である。ある実施の形態においては、リソグラフィ装置は、ロールトゥロール製造に適する。

リソグラフィ装置１は、複数のビームを発するよう構成されている複数の個別に制御可能な自己放射可能なコントラストデバイス４をさらに備える。ある実施の形態においては、自己放射コントラストデバイス４は、放射発光ダイオード（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）、高分子ＬＥＤ（ＰＬＥＤ））、または、レーザダイオード（例えば、固体レーザダイオード）である。ある実施の形態においては、個別制御可能素子４の各々は青紫レーザダイオード（例えば、三洋の型式番号DL-3146-151）である。こうしたダイオードは、三洋、日亜、オスラム、ナイトライド等の企業により供給される。ある実施の形態においては、ダイオードは、例えば約３６５ｎｍまたは約４０５ｎｍの波長を有するＵＶ放射を発する。ある実施の形態においては、ダイオードは、０．５ｍＷないし２００ｍＷの範囲から選択される出力パワーを提供することができる。ある実施の形態においては、レーザダイオードの（むき出しのダイの）サイズは、１００μｍないし８００μｍの範囲から選択される。ある実施の形態においては、レーザダイオードは、０．５μｍ^２ないし５μｍ^２の範囲から選択される発光領域を有する。ある実施の形態においては、レーザダイオードは、５度ないし４４度の範囲から選択される発散角を有する。ある実施の形態においては、それらのダイオードは、合計の明るさを約６．４×１０^８Ｗ／（ｍ^２・ｓｒ）以上にするための構成（例えば、発光領域、発散角、出力パワーなど）を有する。

自己放射コントラストデバイス４は、フレーム５に配設されており、Ｙ方向に沿って及び／またはＸ方向に沿って延在してもよい。１つのフレーム５が図示されているが、リソグラフィ装置は、図２に示すように複数のフレーム５を有してもよい。フレーム５には更に、レンズ１２が配設されている。フレーム５、従って、自己放射コントラストデバイス４及びレンズ１２はＸＹ面内で実質的に静止している。フレーム５、自己放射コントラストデバイス４、及びレンズ１２は、アクチュエータ７によってＺ方向に移動されてもよい。それに代えて又はそれとともに、レンズ１２はこの特定のレンズに関係づけられたアクチュエータによってＺ方向に移動されてもよい。任意選択として、各レンズ１２にアクチュエータが設けられていてもよい。

自己放射コントラストデバイス４はビームを発するよう構成されていてもよく、投影系１２、１４、１８はそのビームを基板の目標部分に投影するよう構成されていてもよい。自己放射コントラストデバイス４及び投影系が光学コラムを形成する。リソグラフィ装置１は、光学コラム又はその一部を基板に対して移動させるためのアクチュエータ（例えばモータ）１１を備えてもよい。フレーム８には視野レンズ１４及び結像レンズ１８が配設されており、そのアクチュエータを用いてフレーム８は回転可能であってもよい。視野レンズ１４と結像レンズ１８との結合が可動光学系９を形成する。使用時においては、フレーム８は自身の軸１０まわりを、例えば図２に矢印で示す方向に、回転する。フレーム８は、例えばモータ等のアクチュエータ１１を使用して軸１０まわりに回転させられる。また、フレーム８はモータ７によってＺ方向に移動されてもよく、それによって可動光学系９が基板テーブル２に対し変位させられてもよい。

内側にアパーチャを有するアパーチャ構造１３がレンズ１２の上方でレンズ１２と自己放射コントラストデバイス４との間に配置されてもよい。アパーチャ構造１３は、レンズ１２、それに関連する自己放射コントラストデバイス４、及び／または、隣接するレンズ１２／自己放射コントラストデバイス４の回折効果を限定することができる。

図示される装置は、フレーム８を回転させると同時に光学コラム下方の基板テーブル２上の基板を移動させることによって、使用されてもよい。自己放射コントラストデバイス４は、レンズ１２、１４、１８が互いに実質的に整列されたときこれらのレンズを通じてビームを放つことができる。レンズ１４、１８を移動させることによって、基板上でのビームの像が基板の一部分を走査する。同時に光学コラム下方の基板テーブル２上の基板を移動させることによって、自己放射コントラストデバイス４の像にさらされる基板の当該部分も移動する。光学コラム又はその一部の回転を制御し、自己放射コントラストデバイス４の強度を制御し、且つ基板速度を制御するコントローラにより自己放射コントラストデバイス４の「オン」と「オフ」とを高速に切り換える制御をすることによって（例えば、「オフ」であるとき出力がないか、しきい値を下回る出力を有し、「オン」であるときしきい値を上回る出力を有する）、所望のパターンを基板上のレジスト層に結像することができる。

図２は、自己放射コントラストデバイス４を有する図１のリソグラフィ装置の概略上面図である。図１に示すリソグラフィ装置１と同様に、リソグラフィ装置１は、基板１７を保持する基板テーブル２と、基板テーブル２を最大６自由度で移動させる位置決め装置３と、自己放射コントラストデバイス４と基板１７とのアライメントを決定し、自己放射コントラストデバイス４の投影に対して基板１７が水平か否かを決定するためのアライメント／レベルセンサ１９と、を備える。図示されるように基板１７は矩形形状を有するが、追加的に又は代替的に円形の基板が処理されてもよい。

自己放射コントラストデバイス４はフレーム１５に配設されている。自己放射コントラストデバイス４は、放射発光ダイオード、例えばレーザダイオード、例えば青紫レーザダイオードであってもよい。図２に示されるように、自己放射コントラストデバイス４はＸＹ面内に延在するアレイ２１に配列されていてもよい。

アレイ２１は細長い線であってもよい。ある実施の形態においては、アレイ２１は、自己放射コントラストデバイス４の一次元配列であってもよい。ある実施の形態においては、アレイ２１は、自己放射コントラストデバイス４の二次元配列であってもよい。

回転フレーム８が設けられていてもよく、これは、矢印で図示される方向に回転してもよい。回転フレームには、各自己放射コントラストデバイス４の像を与えるためのレンズ１４、１８（図１参照）が設けられていてもよい。本装置には、フレーム８及びレンズ１４、１８を備える光学コラムを基板に対して回転させるためのアクチュエータが設けられていてもよい。

図３は、周辺部にレンズ１４、１８が設けられている回転フレーム８を高度に概略的に示す斜視図である。複数のビーム、本実施例では１０本のビームが、それらレンズの一方へと入射し、基板テーブル２により保持された基板１７のある目標部分に投影されている。ある実施の形態においては、複数のビームは直線に配列されている。回転可能フレームは、アクチュエータ（図示せず）によって軸１０まわりに回転可能である。回転可能フレーム８の回転の結果として、それらビームは、一連のレンズ１４、１８（視野レンズ１４及び結像レンズ１８）に入射する。一連のレンズの各々に入射してビームは偏向され、それによりビームは基板１７の表面の一部分に沿って動く。詳しくは図４を参照して後述する。ある実施の形態においては、各ビームは、対応する源によって、すなわち自己放射コントラストデバイス、例えばレーザダイオードによって、生成される（図３には図示せず）。図３に示される構成においては、ビームどうしの距離を小さくするために、それらビームはともに、あるセグメントミラー３０によって偏向されかつ運ばれる。それによって、後述するように、より多数のビームを同一のレンズを通じて投影し、要求解像度を実現することができる。

回転可能フレームが回転すると、ビームが連続する複数のレンズへと入射する。このときあるレンズがビームに照射されるたびに、レンズ表面上でビームが入射する場所が移動する。レンズ上のビーム入射場所に依存してビームが異なって（例えば、異なる偏向をもって）基板に投影されるので、（基板に到達する）ビームは後続のレンズが通過するたびに走査移動をすることになる。この原理について図４を参照して更に説明する。図４は、回転可能フレーム８の一部を高度に概略的に示す上面図である。第１ビームセットをＢ１と表記し、第２ビームセットをＢ２と表記し、第３ビームセットをＢ３と表記する。ビームセットのそれぞれが、回転可能フレーム８の対応するレンズセット１４、１８を通じて投影される。回転可能フレーム８が回転すると、複数ビームＢ１が基板１７に投影され、走査移動によって領域Ａ１４を走査する。同様に、ビームＢ２は領域Ａ２４を走査し、ビームＢ３は領域Ａ３４を走査する。対応するアクチュエータによる回転可能フレーム８の回転と同時に、基板１７及び基板テーブルが（図２に示すＸ軸に沿う方向であってもよい）方向Ｄに移動され、そうして領域Ａ１４、Ａ２４、Ａ３４におけるビームの走査方向に実質的に垂直に移動される。方向Ｄの第２のアクチュエータによる移動（例えば、対応する基板テーブルモータによる基板テーブルの移動）の結果、回転可能フレーム８の一連のレンズによって投影されるとき連続する複数回のビーム走査が互いに実質的に隣接するよう投影されて、実質的に隣接する領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４がビームＢ１の走査のたびに生じ（図４に示すように、領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３は以前に走査され、領域Ａ１４は今回走査されている）、領域Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３、Ａ２４がビームＢ２の走査のたびに生じ（図４に示すように、領域Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３は以前に走査され、領域Ａ２４は今回走査されている）、領域Ａ３１、Ａ３２、Ａ３３、Ａ３４がビームＢ３の走査のたびに生じる（図４に示すように、領域Ａ３１、Ａ３２、Ａ３３は以前に走査され、領域Ａ３４は今回走査されている）。このようにして、基板表面の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３が、回転可能フレーム８を回転させる間に基板を方向Ｄに移動させることにより、覆われてもよい。多数のビームを同一のレンズを通じて投影することにより、（回転可能フレーム８をある同一の回転速度とすると）より短い時間で基板全体を処理することができる。レンズ通過のたびに各レンズにより基板を複数のビームが走査するので、連続する複数回の走査に際して方向Ｄの変位量を大きくすることができるからである。見方を変えると、多数のビームを同一のレンズを通じて基板に投影するとき、ある所与の処理時間における回転可能フレームの回転速度を小さくしてもよいということである。こうして、回転可能フレームの変形、摩耗、振動、乱流などといった高回転速度による影響を軽減してもよい。ある実施の形態においては、図４に示すように、複数のビームは、レンズ１４、１８の回転の接線に対してある角度をなして配列されている。ある実施の形態においては、複数のビームは、各ビームが重なるか、又は各ビームが隣接ビームの走査経路に隣接するように配列されている。

多数のビームを一度に同一レンズにより投影する態様の更なる効果は、公差の緩和に見ることができる。レンズの公差（位置決め、光学投影など）があるために、連続する領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４（及び／または領域Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３、Ａ２４及び／またはＡ３１、Ａ３２、Ａ３３、Ａ３４）の位置には、互いの位置決めにいくらかの不正確さが現れ得る。したがって、連続する領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４間にいくらかの重なりが必要とされるかもしれない。１本のビームの例えば１０％を重なりとする場合、同一レンズに一度にビームが一つであると、同様に１０％の係数で処理速度が遅くなるであろう。一方、同一レンズを通じて一度に５本又はそれより多数のビームが投影される状況においては、（上記同様１本のビームについて）同じ１０％の重なりが５本又はそれより多数の投影線ごとにあるとすると、重なりの総計は概ね５（又はそれより多数）分の１である２％（又はそれ未満）へと小さくなるであろう。これは、全体的な処理速度を顕著に小さくする効果をもつ。同様に、少なくとも１０本のビームを投影することにより、重なりの総計をおよそ１０分の１に小さくしうる。したがって、多数のビームを同時に同一レンズにより投影するという特徴によって、基板の処理時間に生じる公差の影響を小さくしうる。それに加えて又はそれに代えて、より大きな重なり（従って、より大きな公差幅）が許容されてもよい。一度に同一レンズにより多数のビームを投影するのであれば、重なりが処理に与える影響が小さいからである。

多数のビームを同一レンズを通じて同時に投影することに代えて又はそれとともに、インタレース技術を使用することができるかもしれない。しかしながらそのためには、より厳格にレンズどうしを整合させることが必要になるかもしれない。従って、それらレンズのうちある同一レンズを通じて一度に基板に投影される少なくとも２つのビームは相互間隔を有し、リソグラフィ装置は、その間隔の中に後続のビーム投影がなされるように光学コラムに対して基板を移動させるよう第２アクチュエータを動作させるよう構成されていてもよい。

１つのグループにおいて連続するビームどうしの方向Ｄにおける距離を小さくするために（それによって、例えば方向Ｄに解像度を高くするために）、それらビームは方向Ｄに対して、互いに斜めに配列されていてもよい。そうした間隔は、各セグメントが複数ビームのうち対応する１つのビームを反射するセグメントミラー３０を光路に設けることによって更に縮小されてもよい。それらセグメントは、それらミラーに入射するビームどうしの間隔よりもミラーで反射されたビームどうしの間隔を狭くするよう配設されている。そうした効果は、複数の光ファイバによっても実現しうる。この場合、ビームのそれぞれが複数ファイバのうち対応する１つのファイバに入射し、それらファイバが、光路に沿って光ファイバ上流側でのビームどうしの間隔よりも光ファイバ下流側でのビームどうしの間隔を狭くするよう配設されている。

また、そうした効果は、複数ビームのうち対応する１つのビームを各々が受光する複数の入力を有する集積光学導波路回路を使用して実現されてもよい。この集積光学導波路回路は、光路に沿って集積光学導波路回路の上流側でのビームどうしの間隔よりも集積光学導波路回路の下流側でのビームどうしの間隔を狭くするよう構成されている。

基板に投影される像のフォーカスを制御するためのシステムが提供されてもよい。上述のある構成において、ある光学コラムの部分又は全体により投影される像のフォーカスを調整するための構成が提供されてもよい。

図５は、本発明のある実施の形態に係るリソグラフィ装置を示す。図示されるように、このリソグラフィ装置は、複数のレーザダイオードを有するレーザユニット５０を含む。このレーザユニット５０は、例えば光ファイバ５２を介してパターン形成された放射ビーム（パターン形成放射ビーム）を一連の静止した光学素子５１に提供するよう構成される。一連の静止した光学素子５１は、順々に、パターン形成放射ビームを、例えば上述した構成のような一連の回転する光学素子５３に提供する。光学素子５３は、パターン形成放射ビームを基板Ｗ上に形成されたレジスト層に投影する。コントローラ５４は、所望のパターンを基板Ｗ上に提供するために、各瞬間において各レーザダイオードユニットによって提供される放射の強度を制御する制御信号をレーザダイオードに提供する。

さらに、このリソグラフィ装置は、放射強度センサ５５を含む。この放射強度センサ５５は、測定システムの一部であり、基板Ｗ上のレジスト層５６から方向転換して（例えば反射して）戻るパターン形成放射ビームから放射の強度を測定するよう構成される。

図５に示すように、レジスト層５６から放射強度センサ５５に方向転換して戻る放射を導くために部分反射鏡５７が設けられてもよい。部分反射鏡５７は、パターン形成放射ビームが部分反射鏡を通過するが、レジスト層５６から方向転換して戻る放射（同じ放射ビーム経路に沿って戻ってもよい）が放射強度センサ５５に反射するよう構成されてもよい。図５では一連の静止した光学素子５１における最後の素子として部分反射鏡５７が図示されているが、部分反射鏡５７は別の位置に設けられてもよい。例えば、部分反射鏡５７は、一連の静止した光学素子における最初の光学素子として配置されてもよい。さらに、レジスト層５６から放射強度センサ５５に方向転換した放射を導くための別の構成が用いられてもよい。

上述したように、レジスト層５６から方向転換して戻る放射は、レジストの露光ドーズに寄与していない。従って、コントローラ５４は、例えば、上述したようにレジスト層５６の厚さに依存するレジスト層５６の反射率（これは通常、反射、回折などにより放射を方向転換して戻すレジスト層の能力の尺度を考慮すべきである）を測定するために、放射強度センサ５５によって測定されたレジスト層５６から方向転換して戻る放射の強度を、基板上に投影される放射の対応する強度と比較するよう構成されてもよい。

レジスト層５６の反射率の値を用いて、コントローラは、基板の各位置においてレジスト層５６により受光される（すなわち方向転換した放射を除いた）放射の全ドーズが所望のパターンを形成するのに望まれるドーズにできるだけ近づくように、レジスト層５６上に投影される放射の強度を設定してもよい。

このような構成は、従って、たとえレジスト層５６の反射率が大幅に異なる場合であっても、例えば底面反射防止膜を使用せずに、所望のクリティカルディメンジョンの均一性を有するパターンを提供して、コスト削減を図ることができる可能性がある。例えば、レジストの厚さが約５０ｎｍないし７０ｎｍ変化する場合であっても、上述した構成が用いられてよい。所望の放射波長に対するこのレジスト厚の変化は、０％ないし約２０％の方向転換する放射の変化をもたらす可能性がある。さらに、この構成は、比較的狭い帯域幅の放射源とともに用いられてもよい。例えば、ある実施の形態では、約４０５ｎｍの波長および約１０ｎｍの帯域幅を有する放射を提供するレーザダイオードが用いられてもよい。

図５に図示されるようなリソグラフィ装置においては、複数の放射スポットが同時に基板上に投影されてもよい。従って、ある実施の形態では、放射強度センサ５５は、１つ又は複数または全てのスポットから別々に方向転換して戻る放射の強度を測定するよう構成されてもよい。コントローラ５４は、順々に、各スポットから方向転換して戻る放射の測定強度を、レジスト層５６上に投影された放射の強度と比較して、例えばレジスト層５６の反射率の複数の別々の値を提供してもよい。これらは、スポットが投影されるレジスト層５６の領域に対する反射率値を提供するために、コントローラにより平均化されてもよい。

ある実施の形態では、放射強度センサ５５は、レジスト層５６から方向転換して戻る放射の全強度またはパターン形成放射ビームが投影されるレジスト層の局所部分から方向転換して戻る放射の強度を測定するよう構成されてもよい。このような構成では、コントローラ５４は、測定された方向転換した放射の全強度を、レジスト層５６の対応する局所部分上に投影される放射の全強度と比較して、例えばレジスト層５６の局所部分にわたる平均反射率を効果的に提供してもよい。

上述したように、コントローラ５４は、使用される放射の波長に対するレジスト層５６の反射率を決定するために、レジスト層５６から方向転換して戻る放射の測定強度を、レジスト層５６上に投影される放射の強度と比較する。ある実施の形態では、コントローラ５４は、パターン形成放射ビームを提供するために、リソグラフィ装置、例えばレーザダイオードを制御するために用いられる制御データに基づいてこの比較をしてもよい。言い換えると、レジスト層５６上に投影さえるパターン形成放射ビームの強度が、パターン形成放射ビームの目的とする強度に相当すると仮定されてもよい。これは、妥当な仮定である。レーザダイオードユニットの制御は定期的にキャリブレートされ、且つ、使用中のキャリブレーションの損失はレジスト層５６の厚さの変化に起因するレジスト層５６の反射率の変化よりもずっと小さな影響しか与えないからである。

それに代えて又はそれに加えて、図６に図示されるように、このリソグラフィ装置は、レジスト層５６上に投影される放射の強度を測定するよう構成された第２放射強度センサ６０を有してもよい。それ故、コントローラは、レジスト層５６の反射率を決定するために、レジスト層５６上に投影される放射の測定強度を、レジスト層から方向転換して戻る放射の測定強度と比較してもよい。さらに、第２放射強度センサは、パターン形成放射ビームの強度の制御をキャリブレーションする及び／又は該制御のキャリブレーションをアップデートするために用いられてもよい。

上述したレジスト層５６から方向転換して戻る放射の強度を測定するために用いられる放射強度センサ５５と同様に、第２放射強度センサ６０は、レジスト層５６上に各スポットを形成するために用いられる放射の強度を測定するよう構成されてもよい。あるいは、第２放射強度センサ６０は、パターン形成放射ビームまたはその一部に対する全体的な放射強度を測定するよう構成されてもよい。

上述したように、コントローラ５４は、測定されたレジスト層５６の反射率に基づいて、使用されるパターン形成放射ビームの強度を調整するよう構成されてもよい。これに関連して、パターン形成放射ビームは、どんな場合でも、所望のパターンを基板上に提供するのに必要な強度の変動を有する。従って、コントローラ５４は、測定されたレジスト層５６の反射率に基づいて、パターン形成放射ビームの最大強度、パターン形成放射ビームの最小強度、およびパターン形成放射ビームの一つ以上の中間強度値のうち少なくとも一つを制御するよう構成されてもよい。例えば、コントローラ５４は、基板Ｗ上に所望のパターンを提供するために、パターン形成放射ビームに対する一連の公称放射強度レベルを決定するよう構成されてもよく、レジスト層５６の反射率を補償するために、これらの強度レベルのそれぞれに適用される共通の補正係数を決定するよう構成されてもよい。

図５および図６に図示された装置は、パターン形成放射ビームからの方向転換して戻る放射に基づいて、基板の第１領域におけるレジスト層５６の反射率を決定してもよい。この反射率値は、その後に基板の第２領域上に投影されるパターン形成放射ビームの生成を制御するためにコントローラ５４により用いられてもよい。従って、第１領域に対する反射率値が第２領域に対して用いられるパターン形成放射ビームの生成を制御するために用いられるが、これは十分な精度を提供することが可能である。基板にわたるレジスト層５６の厚さの変動は実際は漸進的であると期待されるからである。

その結果、第１および第２領域が比較的近い場合、すなわち第１領域におけるレジスト層の反射率の測定と、その後の第２領域に対してパターン形成ビームを提供するための制御信号の生成または修正とが比較的速く実行可能な場合、第１領域の反射率は、第２領域の反射率として近い近似値を提供する。

ある実施の形態では、このリソグラフィ装置は、パターン形成放射ビームがレジスト層５６またはその特定部分に投影される前に、レジスト層５６の反射率などのレジスト層５６の厚さに関係するデータを取得する測定システムを含んでもよい。その結果、パターン形成放射ビームが、その特定領域に対するデータを用いてレジスト層５６の各領域に対して生成され得る。

ある実施の形態では、測定システムは、パターン形成放射ビームが基板の任意の部分に投影される前に、基板全体を検査するよう構成されてもよい。例えば、基板は、パターン形成放射ビームを基板上に投影する装置の一部に移動される前に、測定ステーションで検査されてもよい。このような構成により、測定データを解析してパターン形成放射ビームを生成するために用いられる制御データを生成または修正するためにより多くの時間をとることが可能となる。その結果、解析を行うのに用いられる装置のコストを削減することが可能となる。

ある実施の形態では、測定システムは、パターン形成放射ビームを生成または提供するために用いられる構成要素に隣接して設けられてもよい。特にリソグラフィ装置は、パターン形成放射ビームが基板Ｗの各領域に投影されるように基板Ｗがリソグラフィ装置内で走査されるとき、パターン形成放射ビームが基板のある領域に投影される直前に、測定システムが該領域上のレジスト層５６の厚さに関連するデータを取得するように構成されてもよい。従って、該領域上に投影されるパターン形成放射ビームの制御は、該領域に対して取得されたデータを考慮に入れてもよい。

図７は、このような特定の露光前に測定する装置で用いることのできる測定システムの構成を示す。図示されるように、この測定システムは、基板Ｗのレジスト層５６上に投影される放射ビームを生成する放射源６５を含む。測定システムにより提供されるこの放射ビームの強度は、レジストを露光しないよう十分に低く設定されるか、または非化学線波長（non-actinic wavelength）に設定されてよい。

図示されるように、放射源６５は、パターン形成放射ビームを提供するために用いられる放射源から分離していてもよい。しかしながら、測定システムの放射源６５は、パターン形成放射ビームの波長と同じ波長の放射を提供してもよい。その場合、パターン形成放射ビームの強度を制御するときに、レジスト層５６に対する反射率データが直接コントローラ５４により用いられてもよい。

異なる波長が用いられる場合、コントローラは、測定システムの放射の反射率に基づいて、パターン形成放射ビームの波長に対するレジスト層５６の期待される反射率を決定するよう構成されてもよい。例えば、この変換は、ルックアップテーブルに基づいてなされてもよいし、レジスト層５６の厚さを決定するために測定された反射率データを用いることにより決定されてもよい。この決定された厚さは、順々に、パターン形成放射ビームに対するレジスト層５６の期待反射率を決定するために用いられてもよい。

図７に示されるように、この測定システムは、基板Ｗ上のレジスト層５６から方向転換した放射の強度を測定するよう構成された第１放射検査システム６７を含んでもよい。コントローラ５４は、レジスト層５６の反射率を決定するために、これを、放射源６５により提供された放射ビームの既知の強度と比較してもよい。この場合、放射源６５は、確実に出力放射の強度が実質的に一定のままとなるように、周期的な再キャリブレーションを必要としてもよい。

それに代えて又はそれに加えて、ある実施の形態では、図７に図示されるように、測定システムによりレジスト層５６上に投影された放射の強度を測定するために第２放射検査システム６８が設けられてもよい。それにより、コントローラ５４は、レジスト層５６上に投影された放射の測定強度を、レジスト層５６から方向転換した放射の測定強度と比較してもよい。

図７に図示されるように、この実施の形態の測定システムの構成では、部分反射鏡６６が設けられてもよい。放射源６５からの放射ビームは、既知の割合が部分反射鏡６６を通過してレジスト層５６に投影され、既知の割合がレジスト層上に投影される放射の強度の測定を提供する第２放射検査システム６８に反射するよう、部分反射鏡を通過可能である。レジスト層５６から方向転換して戻る放射は、部分反射鏡６６によって、方向転換した放射の強度の測定を提供する第１放射検査システム６７に反射する。別の構成が用いられてもよい。

上述したように、本発明の任意の実施の形態の測定システムは、上述したようにレジスト層の厚さに関連する、レジスト層５６の反射率を決定するために用いられる測定データを提供するよう構成されてよい。しかしながら、上述の実施の形態の変形例では、測定システムは、直接間接を問わず、レジスト層５６の厚さを決定するよう構成されてもよい。例えば、測定システムは、散乱計、容量センサ、または超音波センサを用いてレジスト層の厚さを測定してもよい。

コントローラ５４は、その次に、厚さデータを用いてパターン形成放射ビームの形成を制御してもよい。例えば、コントローラ５４は、レジスト層５６の厚さからレジスト層５６の期待反射率を決定して、それに応じてパターン形成放射ビームの形成を制御するよう構成されてもよい。それに代えて、コントローラ５４は、レジスト層の所与の厚さに対して用いられるパターン形成ビームの放射強度に関するデータをコントローラ５４に提供するアルゴリズム及び／又はルックアップテーブルを備えてもよい。

当然のことながら、本発明は上述の実施の形態および変形例に限定されない。例えば、本発明のある実施の形態は、レーザダイオード以外の放射源を用いるリソグラフィ装置とともに用いられてもよい。特に本発明のある実施の形態は、放射ビームを提供する放射源および放射ビームにパターンを付与するために用いられる例えば可変鏡アレイなどの個別プログラマブルパターニングデバイスを有するリソグラフィ装置に適用することができる。

さらに、本発明のある実施の形態は、基板に与えられるパターンを提供するプログラマブルパターニングデバイスを用いないリソグラフィ装置に適用されてもよい。言い換えると、本発明のある実施の形態は、例えばレチクルなどの放射ビームにパターンを付与するための固定されたパターニングデバイスを用いるリソグラフィ装置とともに用いられてもよい。このようなリソグラフィ装置では、放射源を制御して、レジスト層に与えられる放射ドーズを望み通りに制御するよう放射ビームの強度を変化させてもよい。それに代えて又はそれに加えて、必要に応じて放射ビームの強度を制御する可変減衰器が設けられてもよい。

使用される選択プロセスによって、基板上に層のスタックを形成するためにレジスト層自体とともに一つ又は複数の追加の材料層が基板上に形成されてもよい。パターン形成放射ビームの反射率は、すなわちレジスト層自体に設けられる追加層を含む組み合わせスタックの厚さによって決まる可能性がある。本出願におけるレジスト層の厚さへの言及は、組み合わせスタックの厚さを参照してもよい。

あるデバイス製造方法によると、パターンが投影された基板から、ディスプレイ、集積回路、又はその他の任意の品目等のデバイスが製造されうる。

本書ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用を例として説明しているが、本明細書に説明したリソグラフィ装置は他の用途にも適用することが可能であるものと理解されたい。他の用途としては、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用案内パターンおよび検出パターン、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がある。当業者であればこれらの他の適用に際して、本明細書における「ウェーハ」あるいは「ダイ」という用語がそれぞれ「基板」あるいは「目標部分」という、より一般的な用語と同義であるとみなされると理解することができるであろう。本書に言及された基板は露光前または露光後において、例えばトラック（典型的にはレジスト層を基板に塗布し、露光後のレジストを現像する装置）、メトロロジツール、及び／またはインスペクションツールにより処理されてもよい。適用可能であれば、本明細書の開示はこれらのまたは他の基板処理装置にも適用され得る。また、基板は例えば多層ＩＣを製造するために複数回処理されてもよく、その場合には本明細書における基板という用語は既に処理されている多数の処理層を含む基板をも意味し得る。

本発明の特定の実施形態が上述されたが、説明したもの以外の態様で本発明が実施されてもよい。例えば、本発明は、上述の方法を記述する機械で読み取り可能な命令の１つまたは複数のシーケンスを含むコンピュータプログラム、または、そうしたコンピュータプログラムを記録したデータ記録媒体（例えば半導体メモリ、磁気ディスク、または光ディスク）の形式をとってもよい。また、機械で読み取り可能な命令は、２以上のコンピュータプログラムにより具現化されていてもよい。それら２以上のコンピュータプログラムは、１つ又は複数の異なるメモリ及び／またはデータ記録媒体に記録されていてもよい。

「レンズ」という用語は、文脈が許す限り、屈折光学部品、回折光学部品、反射光学部品、磁気的光学部品、電磁気的光学部品、静電的光学部品、またはこれらの組み合わせを含む各種の光学部品のいずれかを指し示してもよい。

上述の説明は例示であり、限定を意図しない。よって、以下に述べる請求項の範囲から逸脱することなく既述の本発明に変更を加えることができるということは、当業者には明らかなことである。

Claims (14)

1. 基板上にパターン形成放射ビームを投影するよう構成されたリソグラフィ装置であって、
   前記基板上のレジスト層の反射率の測定データを提供するよう構成された測定システムと、
   前記基板に投影されるパターン形成ビームの放射強度レベルが前記測定データに基づいて制御されるよう、前記リソグラフィ装置の動作を制御するよう構成されたコントローラと、
   を備え、
   前記測定システムは、前記レジスト層から方向転換して戻るパターン形成放射ビームから得られる放射の強度を測定するよう構成され、
   前記コントローラは、前記レジスト層の反射率の尺度を決定するために、前記レジスト層から方向転換して戻る放射の測定強度レベルを、前記強度レベルが測定される位置に対応する基板の位置に投影されることを目的とするパターン形成放射ビームの強度と比較するよう構成される、リソグラフィ装置。
2. パターン形成放射ビームを提供するよう構成されたプログラマブルパターニングデバイスをさらに備え、
   前記コントローラは、パターン形成放射ビームの放射強度レベルを制御するために前記プログラマブルパターニングデバイスを制御するよう構成される、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
3. 前記コントローラは、前記リソグラフィ装置が、所望のパターンに従って放射の強度が最小強度レベルと最大強度レベルの間で変化するパターン形成ビームを基板上に投影するよう、前記プログラマブルパターニングデバイスを制御するよう構成され、
   前記コントローラは、パターン形成放射ビームの放射強度レベルを調整するために、所望のパターンを提供するのに用いられるべく、最小放射強度レベル、最大放射強度レベル、中間強度レベル、またはそれらの任意の組み合わせを調整するよう構成される、請求項２に記載のリソグラフィ装置。
4. 前記測定システムは、パターン形成放射ビームが基板上の第１領域上に投影される間に取得された測定に基づいて、前記基板の第１領域における前記基板上のレジスト層の反射率の測定データを提供するよう構成され、
   前記コントローラは、その後にパターン形成放射ビームが前記基板の第２領域上に投影されるとき、前記第１領域に対する測定データに基づいて前記リソグラフィ装置の動作を制御するよう構成される、請求項１から３のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
5. 前記測定システムは、パターン形成放射ビームが前記基板のある領域上に投影される前に取得された測定に基づいて、前記基板の前記領域におけるレジスト層の反射率の測定データを提供するよう構成され、
   前記コントローラは、パターン形成放射ビームが前記基板の前記領域上に投影されるとき、前記測定に基づいて前記リソグラフィ装置の動作を制御するよう構成される、請求項１から４のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
6. 前記測定システムは、パターン形成放射ビームが前記基板の任意の領域上に投影される前に取得された複数の測定に基づいて、前記基板にわたる複数の領域における前記基板上のレジスト層の反射率の測定データを提供するよう構成され、
   前記コントローラは、その後にパターン形成放射ビームが前記基板の前記領域のそれぞれに投影されるとき、前記基板のそれぞれの領域に対する測定データに基づいて前記リソグラフィ装置の動作を制御するよう構成される、請求項５に記載のリソグラフィ装置。
7. 前記測定システムは、前記基板の第１領域に対するレジスト層の反射率の測定データを提供する測定を、パターン形成放射ビームが前記基板の異なる第２領域上に投影される間に行うよう構成される、請求項５に記載のリソグラフィ装置。
8. プログラマブルパターニングデバイスをさらに備え、
   前記コントローラは、前記レジスト層から方向転換して戻る放射の測定強度レベルを、前記プログラマブルパターニングデバイスに提供される制御信号に対応するデータと比較するよう構成され、該制御信号は、前記基板上の前記測定強度レベルに対応する位置に投影されるパターン形成放射ビームに所望の放射強度レベルを提供するよう前記プログラマブルパターニングデバイスを設定するのに用いられる、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
9. 基板上にパターン形成放射ビームを投影するよう構成されたリソグラフィ装置であって、
   前記基板上のレジスト層の反射率に関連する測定データを提供するよう構成された測定システムと、
   前記基板に投影されるパターン形成ビームの放射強度レベルが前記測定データに基づいて制御されるよう、前記リソグラフィ装置の動作を制御するよう構成されたコントローラと、
   を備え、
   前記測定システムは、前記レジスト層から方向転換して戻るパターン形成放射ビームから得られる放射の強度を測定するとともに、前記レジスト層上に投影されるパターン形成放射ビームの強度を測定するよう構成され、
   前記コントローラは、レジスト層の反射率の尺度を決定するために、前記レジスト層のある位置に投影されるパターン形成放射ビームの測定強度を、前記レジスト層の前記位置から方向転換して戻る放射の測定強度と比較するよう構成される、リソグラフィ装置。
10. 前記測定システムは、パターン形成放射ビームよりも低い強度を有する放射ビームを前記レジスト層上に投影して、前記レジスト層から方向転換して戻る該低強度放射の強度を測定するよう構成され、
    前記コントローラは、前記レジスト層の反射率の尺度を決定するために、前記測定システムにより前記レジスト層上に投影される低強度放射ビームの強度を、前記レジスト層から方向転換して戻る前記低強度放射の強度と比較するよう構成される、請求項１から９のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
11. 前記コントローラは、前記レジスト層の反射率の尺度を用いて、前記レジスト層により受光される所望のパターンの放射ドーズが提供されるように、前記基板上に投影されるパターン形成放射ビームの強度を制御するよう構成される、請求項１から１０のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
12. 部分反射鏡を備え、
    前記部分反射鏡は、パターン形成放射ビームが前記基板に入射する前に該部分反射鏡を通過するとともに、前記基板上のレジスト層から方向転換して戻る放射が該部分反射鏡によって放射強度センサに反射するよう配置される、請求項１から９のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
13. 前記部分反射鏡は、前記基板に入射する前に、パターン形成放射ビームを第２放射強度センサに反射するよう構成される、請求項９および１２の組み合わせに記載のリソグラフィ装置。
14. デバイス製造方法であって、
    リソグラフィ装置を用いてパターン形成放射ビームを基板上に投影することと、
    前記基板上のレジスト層の反射率の測定データを取得することと、
    前記リソグラフィ装置の動作を制御して、前記測定データに基づいて基板上に投影されるパターン形成ビームの放射強度レベルを制御することと、
    を備え、
    前記レジスト層から方向転換して戻るパターン形成放射ビームから得られる放射の強度を測定することと、
    前記レジスト層の反射率の尺度を決定するために、前記レジスト層から方向転換して戻る放射の測定強度レベルを、前記強度レベルが測定される位置に対応する基板の位置に投影されることを目的とするパターン形成放射ビームの強度と比較することと、
    をさらに備えるデバイス製造方法。

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