リソグラフィ方法、装置およびコントローラ
【課題】パターン付き基板全体にわたるクリティカルディメンジョン（ＣＤ）のばらつきなどを軽減し、あるいは除去することができるリソグラフィ装置および／または方法を提供する。
【解決手段】化学増幅型レジストがコーティングされた試験基板上の異なるロケーションについて、露光後ベークステップの中の、時間の関数としての温度を得るステップが含まれている。化学増幅型レジスト上の放射線量とレジスト層中に生成される促進剤の露光後濃度との間の関係が取得される。ＣＤを促進剤の露光後濃度に関連付ける、かつロケーション全体にわたる、時間の関数としての温度に関連付けるモデルを使用して、指定されたＣＤを得るための放射線量を計算する。基板上の異なるロケーション毎に計算された放射線量を使用して、試験基板と同一基板をパターニングする。この方法を使用して、パターン付き基板全体にわたるＣＤの均一性を改善することができる。
【解決手段】化学増幅型レジストがコーティングされた試験基板上の異なるロケーションについて、露光後ベークステップの中の、時間の関数としての温度を得るステップが含まれている。化学増幅型レジスト上の放射線量とレジスト層中に生成される促進剤の露光後濃度との間の関係が取得される。ＣＤを促進剤の露光後濃度に関連付ける、かつロケーション全体にわたる、時間の関数としての温度に関連付けるモデルを使用して、指定されたＣＤを得るための放射線量を計算する。基板上の異なるロケーション毎に計算された放射線量を使用して、試験基板と同一基板をパターニングする。この方法を使用して、パターン付き基板全体にわたるＣＤの均一性を改善することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001] 本発明は、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002] リソグラフィ装置は、基板のターゲット部分に所望のパターンを付与するマシンである。リソグラフィ装置は、例えば集積回路（IC）の製造に使用することができる。その場合、マスクまた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の個々の層に対応する回路パターンを生成することができ、放射感応性材料（レジスト）の層を有している基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば部分的に1つまたは複数のダイからなる）にこのパターンの像を形成することができる。通常、１枚の基板には、順次露光される網状の隣接するターゲット部分が含まれている。知られているリソグラフィ装置には、パターン全体を１回でターゲット部分に露光することによってターゲット部分のそれぞれが照射されるいわゆるステッパと、パターンをビームで所与の方向（「スキャンニング」方向）にスキャンし、かつ、基板をこの方向に平行または非平行に同期スキャンすることによってターゲット部分のそれぞれが照射されるいわゆるスキャナがある。
【０００３】
[0003] レジストは、通常、基板の表面全体に均一な薄い膜を提供するために使用されるスピン塗布方式などの方法によって基板に塗布される。レジストが塗布されると、通常、基板にプリベークが施され、それによりレジストが固体化され、かつ、安定化される。次に、上で詳細に説明したリソグラフィ装置を使用して放射で露光することによってレジストがパターニングされ、それによりレジスト中に潜像が提供される。露光に応じて、ポジ型レジストは、レジストを露光するために使用されたマスクの像と合致する像を残し、一方、ネガ型レジストは、マスクの反転画像である像を残す。引き続いて、露光済みレジストコーティングに現像液が加えられ、露光済みのポジ型レジストまたは露光されていないネガ型レジストが除去される。これにより、エッチングまたは他の方法によってパターニングすることができる、残留レジストによって保護されていない基板が露出する。
【０００４】
[0004] 化学増幅型レジスト（ＣＡＲ）を使用することにより、サイズが０．２μｍより小さいパターンフィーチャの像を基板上に提供することができる。潜像を提供するための露光の後で、化学増幅型レジストが露光後ベーク（ＰＥＢ）で加熱され、一般的には次に、現像および／またはレジストおよび基板の他の処理に先立って反応を停止させるために冷却される。ポジ型レジストの場合、レジストの露光部分が可溶性になり、現像液によって容易に除去することができる。
【０００５】
[0005] より具体的には、化学増幅型レジストを放射で露光している間に促進剤の分子が形成され、引き続いてこの分子がレジストと反応し、現像液に対するレジストの溶解度が修正される。促進剤は、例えば、露光することによって形成される、および／または露光後の露光後ベーク中に形成される触媒または反応物であってもよい。例えば、典型的な化学増幅型レジストは、放射での露光によってレジストの露光部分の内部に形成される酸触媒を有する酸触媒レジストである。この酸触媒レジストは、レジスト中の他の成分と反応し、後続の露光後ベーク（PEB）後にはレジストを塩基可溶性にし、容易に溶解させることができる。
【０００６】
[0006] 製造者は、従来、例えば露光パターンまたは印刷パターンのクリティカルディメンション（ＣＤ）などの所望のパターンの鍵となる属性を指定している。このＣＤを使用してフィーチャサイズを特性化することができ、あるいはパターン中に出現するフィーチャのトポグラフィ（プロファイル）に関連するパラメータを特性化することができる。クリティカルディメンションＣＤを使用して品質および均一性（例えばダイ上または基板上のフィーチャサイズの空間的ばらつき）のベンチマークレベルを確立することができる。基板上のレジスト上に露光されるパターンのフィーチャのクリティカルディメンションおよびプロファイルは、可能な限り正確に複製されることが望ましい。ＣＤメトリックには、例えば、フィーチャとフィーチャの間の間隙、孔および／またはポストの直径、孔および／またはポストの楕円率、フィーチャの面積、フィーチャ側壁角、フィーチャの頂部の幅、フィーチャの底部の幅およびラインエッジ粗さが含まれることがある。
【発明の概要】
【０００７】
[0007] 基板全体にわたるＣＤの変動は、結果として得られるパターン上のいくつかのロケーションにおけるＣＤが、許容範囲を超えて所望のＣＤと異なる場合、あるいは露光パターンの有効性を維持するために必要なＣＤを超える場合、歩留りを損なうおそれがある。化学増幅型レジストを使用してリソグラフィパターニングを実施する場合、結果として得られるＣＤは、パターン付き基板上のロケーションによって変動することがある。
【０００８】
[0008] したがって、本明細書において言及されている問題であれ、あるいはそれ以外の問題であれ、従来技術が抱えている、例えばパターン付き基板全体にわたるＣＤのばらつきに関連する問題などの１つまたは複数の問題を軽減し、あるいは除去することができるリソグラフィ装置および／または方法が提供されることが望ましい。
【０００９】
[0009] 化学増幅型レジスト中の放射生成促進剤の、レジストの露光済み領域における化学反応およびレジストの露光済み領域からの拡散は、基板上の任意の特定のロケーションにおける、結果として得られるＣＤに影響を及ぼすことがあり、また、基板処理におけるＰＥＢ／冷却ステップ実行中の基板全体にわたる温度の変動は、すべて、基板上の異なるロケーションで得られるＣＤの望ましくない変動の原因になることがある。
【００１０】
[0010] ＰＥＢヒータの性能が改善され、基板全体にわたる良好な均一性が得られているが、ＰＥＢステップにおける温度非均一性の問題が依然として未解決であり、そのために場合によってはクリティカルディメンションが最大０．８ｎｍに制限される。
【００１１】
[0011] ＰＥＢ実行中に化学増幅型レジストが加熱されると、少なくとも２つのタイプのプロセスが生じることになる。第１のプロセスは、放射生成促進剤によって変化する、または触媒作用を受けるレジストマトリクス内での化学反応である。例えばポジ型レジストの場合、この化学反応によって露光済み領域のレジストマトリクスが現像液に対してより可溶性になる。第２のプロセスは促進剤の熱駆動拡散である。このプロセスは、レジストの様々な露光済み領域における促進剤の露光後濃度によって決まる。ＰＥＢ／冷却ステップに入る際のレジスト層中の露光後促進剤濃度は、化学増幅型レジストに印加される、レジスト層の各ロケーションにおける放射露光線量で決まる。
【００１２】
[0012] レジスト層中の任意の特定のロケーションにおける化学反応ならびに拡散は、ＰＥＢ／冷却プロセスの間の局部温度および放射生成促進剤の局部濃度で決まる。これは、任意のロケーションの温度、およびＰＥＢステップ中の時間に伴うその変動が、促進剤および促進剤の拡散によって調整される化学反応に影響を及ぼすことによるものである。
【００１３】
[0013] 本発明の一実施形態では、リソグラフィによって基板にパターンを付与するための方法であって、
ａ）化学増幅型レジストの試験層がコーティングされた試験基板上の１つまたは複数のロケーションで、露光後ベークステップ中の、時間の関数としての温度を得るステップと、
ｂ）化学増幅型レジスト上に導かれる放射線量と該放射線量によって化学増幅型レジスト中に生成される促進剤の露光後濃度との間の関係を得るステップと、
ｃ）１つまたは複数のロケーションそれぞれにおける指定されたクリティカルディメンションを得るために、クリティカルディメンションを促進剤の露光後濃度に関連付ける、かつ、露光後ベークステップ中の１つまたは複数のロケーションのそれぞれにおける、時間の関数としての温度に関連付けるモデルによって、１つまたは複数のロケーションに対する放射線量を計算するステップと、
ｄ）試験基板上の対応するロケーションと等価の基板上の１つまたは複数のロケーションのそれぞれについて、計算された放射線量を使用して、化学増幅型レジストの層がコーティングされた基板をパターニングするステップと、
を含む方法が提供される。
【００１４】
[0014] 露光後ベーク中における、時間の関数としての温度は、実質的に同じ露光後ベーク条件にさらされた試験基板に対する測定によって得ることができる。しかしながら、露光後ベーク装置のサプライヤからこのような情報を得ることも可能である。レジストに対する放射線量と促進剤の露光後濃度との間の関係は、例えばレジストの試験層を使用して測定することができ、あるいは化学増幅型レジストのサプライヤの文献などの他所から知ることも可能である。
【００１５】
[0015] 試験基板は、好適にはパターニングされる基板と類似であり、パターニングされる基板と実質的に同一であることが望ましい。試験基板上のＣＡＲの試験層は、好適にはパターニングされる基板のＣＡＲ層と類似であり、実質的に同一であることが望ましい。
【００１６】
[0016] モデルは、好適には、露光後ベークステップ中に放射によって生成される促進剤の化学反応および拡散を反映する。「露光後ベークステップ」または「ＰＥＢステップ」は、放射で露光されたＣＡＲ層を備えた基板が適切な温度に加熱され、それにより露光の効果を増幅する所望の化学反応を生じさせることができるプロセスステップを意味している。基板は、露光後ベークステップに入り、露光後濃度の放射生成促進剤を基板上の１つまたは複数のロケーションのそれぞれに有することになる。ＰＥＢステップの終了時に、現像および他の処理のための装置およびプロセスを介した基板の輸送に先立って、通常、それ以上著しい化学反応または拡散が生じない温度にＣＡＲが冷却される。これは、一般に「チリング（chilling）」と呼ばれる。また、本明細書において使用される「露光後ベークステップ」という用語には、基板上のパターンの現像に先立つレジストの任意のチリングが含まれる。
【００１７】
[0017] 化学増幅型レジストは、好適には酸触媒レジストである。
【００１８】
[0018] １つまたは複数のロケーションそれぞれにおける指定されたクリティカルディメンションは、ロケーション毎に同じであっても、あるいは実質的に同じであってもよく、それによりパターン付き基板全体にわたって均一なクリティカルディメンションが得られる。
【００１９】
[0019] 本発明の一実施形態では、放射線量を有するパターニング放射を、化学増幅型レジストがコーティングされた基板上の複数のロケーションのそれぞれに投射するように構成された照明システムを備えたリソグラフィ装置が提供される。この装置は、本発明の一実施形態の方法に従って複数のロケーションのそれぞれにおける放射線量を調整するように構成されたコントローラを備えている。
【００２０】
[0020] 本発明の一実施形態では、放射線量を有するパターニング放射を、化学増幅型レジストがコーティングされた基板上の複数のロケーションのそれぞれに投射するように構成された照明システムを備えたリソグラフィ装置のためのコントローラが提供される。このコントローラは、本発明の一実施形態の方法に従って複数のロケーションのそれぞれにおける放射線量を調整するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
[0021] 以下、本発明の実施形態について、単なる例にすぎないが、添付の概略図を参照して説明する。図において、対応する参照記号は対応する部品を表している。
【００２２】
【図１】[0022]本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置を示す図である。
【図２】[0023]複数のロケーションに概略的に分割された本発明の一実施形態の基板の平面図である。
【図３】[0024]本発明の一実施形態のためのプロセスレイアウトを示す概略図である。
【図４】[0025]本発明の一実施形態の方法のための概略的なフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
[0026] 本明細書においては、とりわけＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用が参照されているが、本明細書において説明されているリソグラフィ装置は、集積光学システム、磁気ドメインメモリのための誘導および検出パターン、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド、等々の製造などの他のアプリケーションを有することができることを理解されたい。このような代替アプリケーションのコンテキストにおいては、本明細書における「ウェーハ」または「ダイ」という用語の使用はすべて、それぞれより一般的な「基板」または「ターゲット部分」という用語の同義語と見なすことができることは当業者には理解されよう。本明細書において参照されている基板は、例えばトラック（通常、基板にレジストの層を加え、かつ、露光済みのレジストを現像するツール）またはメトロロジーツールあるいはインスペクションツール中で、露光前または露光後に処理することができる。適用可能である場合、本明細書における開示は、このような基板処理ツールおよび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にわたって処理することができるため、本明細書において使用される基板という用語は、処理済みの複数の層が既に含まれている基板を指している場合もある。
【００２４】
[0027] 本明細書において使用される「放射」および「ビーム」という用語には、紫外（UV）放射（例えば３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍまたは１２６ｎｍの波長を有する放射）、および極端紫外（ＥＵＶ）放射（例えば波長の範囲が５〜２０ｎｍの放射）、ならびにイオンビームまた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が包含されている。
【００２５】
[0028] 本明細書において使用される「パターニングデバイス」という用語は、放射ビームの断面にパターンを付与し、それにより基板のターゲット部分にパターンを生成するように使用することができるデバイスを意味するものとして広義に解釈されたい。放射ビームに付与されるパターンは、基板のターゲット部分における所望のパターンに必ずしも厳密に対応している必要はないことに留意されたい。放射ビームに付与されるパターンは、通常、ターゲット部分に生成されるデバイス、例えば集積回路などのデバイス中の特定の機能層に対応している。
【００２６】
[0029] パターニングデバイスは、透過型であってもあるいは反射型であってもよい。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およびプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクについてはリソグラフィにおいてはよく知られており、バイナリ、レベンソン型（alternating）位相シフトおよびハーフトーン型（attenuated）位相シフトなどのマスクタイプ、ならびに様々なハイブリッドマスクタイプが知られている。プログラマブルミラーアレイの例には、マトリックスに配列された、入射する放射ビームが異なる方向に反射するよう個々に傾斜させることができる微小ミラーが使用されており、この方法によれば、反射したビームがパターニングされる。
【００２７】
[0030] サポート構造はパターニングデバイスを保持している。サポート構造は、パターニングデバイスの配向、リソグラフィ装置の設計および他の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境中で保持されているか否か等に応じた方法でパターニングデバイスを保持している。サポートには、機械式クランプ技法、真空クランプ技法または他のクランプ技法、例えば真空条件下での静電クランプを使用することができる。サポート構造は、例えば必要に応じて固定または移動させることができ、また、パターニングデバイスを例えば投影システムに対して所望の位置に確実に配置することができるフレームまたはテーブルであってもよい。本明細書における「レチクル」または「マスク」という用語の使用はすべて、より一般的な「パターニングデバイス」という用語の同義語と見なすことができる。
【００２８】
[0031] 本明細書において使用される「投影システム」という用語は、例えば使用する露光放射に適した、もしくは液浸液の使用または真空の使用などの他の要因に適した、屈折光学システム、反射光学システムおよび反射屈折光学システム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。本明細書における「投影レンズ」という用語の使用はすべて、より一般的な「投影システム」という用語の同義語と見なすことができる。
【００２９】
[0032] また、照明システムは、放射のビームを導き、整形し、あるいは制御するための、屈折光学コンポーネント、反射光学コンポーネントおよび反射屈折光学コンポーネントを始めとする様々なタイプの光学コンポーネントを包含することができ、このようなコンポーネントは、以下、総称的または個々に「レンズ」と呼ぶことも可能である。
【００３０】
[0033] 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（および/または複数のサポート構造）を有するタイプの装置であってもよい。このような「マルチステージ」マシンの場合、追加テーブルを並列に使用することができ、あるいは１つまた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つまたは複数のテーブルに対して予備ステップを実行することができる。
【００３１】
[0034] また、リソグラフィ装置は、基板が比較的屈折率が大きい液体、例えば水中に浸され、それにより投影システムの最終エレメントと基板の間の空間が充填されるタイプの装置であってもよい。液浸技法は、当分野では、投影システムの開口数を大きくすることでよく知られている。
【００３２】
[0035] 図１は、本発明の特定の実施形態によるリソグラフィ装置を概略図で示したものである。この装置は、
− 放射（例えばＵＶ放射）のビームＰＢを条件付けるための照明システム（イルミネータ）ＩＬと、
− 照明システムによって供給される放射のビームＰＢの放射線量を、本発明の一実施形態の方法に従って露光される基板上のロケーションに応じて制御するように構成されたコントローラ３４と、
− パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡをサポートするためのサポート構造（例えばサポート構造）ＭＴであって、パターニングデバイスをアイテムＰＬに対して正確に位置決めするための第１の位置決めデバイスＰＭに接続されたサポート構造ＭＴと、
− 基板（例えばレジストコートウェーハ）Ｗを保持するための基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴであって、基板をアイテムＰＬに対して正確に位置決めするための第２の位置決めデバイスＰＷに接続された基板テーブルＷＴと、
− パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＰＢに付与されたパターンの像を基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば1つまたは複数のダイが含まれている）に形成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）ＰＬと、
を備えている。
【００３３】
[0036] 図に示されているように、この装置は、透過型（例えば透過型マスクを使用した）タイプの装置である。別法としては、この装置は、反射型（例えば上で参照したタイプのプログラマブルミラーアレイを使用した）タイプの装置であってもよい。
【００３４】
[0037] イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射のビームを受け取っている。放射源が例えばエキシマレーザである場合、放射源およびリソグラフィ装置は、個別の構成要素にすることができる。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しているとは見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダを備えたビームデリバリシステムＢＤを使用して放射源ＳＯからイルミネータＩＬへ引き渡される。それ以外の例えば放射源が水銀灯などの場合、放射源はリソグラフィ装置の一構成要素にすることができる。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤと共に放射システムと呼ぶことができる。
【００３５】
[0038] イルミネータＩＬは、ビームの角度強度分布を調整するための調整手段ＡＭを備えることができる。通常、イルミネータの瞳面内における強度分布の少なくとも外側および／または内側半径範囲（一般に、それぞれσ-outerおよびσ-innerと呼ばれる）は調整が可能である。また、イルミネータＩＬは、通常、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯなどの他の様々なコンポーネントを備えている。このイルミネータによって、所望する均一な強度分布をその断面に有する、条件付けられた放射のビームＰＢが提供される。
【００３６】
[0039] サポート構造ＭＴの上に保持されているパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡに放射ビームＰＢが入射する。パターニングデバイスＭＡを通過したビームＰＢは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃに集束させる投影システムＰＬを通過する。基板テーブルＷＴは、第２の位置決めデバイスＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば干渉計デバイス）を使用して正確に移動させることができ、それにより例えば異なるターゲット部分ＣをビームＰＢの光路内に配置することができる。同様に、第１の位置決めデバイスＰＭおよびもう１つの位置センサ（図1には明確に示されていない）を使用して、例えばマスクライブラリから機械的に検索した後、またはスキャン中に、パターニングデバイスＭＡをビームＰＢの光路に対して正確に配置することができる。通常、オブジェクトテーブルＭＴおよびＷＴの移動は、位置決めデバイスＰＭおよびＰＷの一部を形成しているロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）を使用して実現することができる。しかしながら、ステッパの場合（スキャナではなく）、サポート構造ＭＴは、ショートストロークアクチュエータのみに接続することができ、あるいは固定することも可能である。パターニングデバイスＭＡおよび基板Ｗは、パターニングデバイスアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して整列させることができる。
【００３７】
[0040] 図に示されている装置は、以下のモードで使用することができる。
【００３８】
[0041] １．ステップモード：サポート構造ＭＴおよび基板テーブルＷＴが基本的に静止状態に維持され、ビームＰＢに付与されたパターン全体がターゲット部分Ｃに１回で投影される（すなわち単一静止露光）。次に、基板テーブルＷＴがＸ方向および／またはＹ方向にシフトされ、異なるターゲット部分Ｃが露光される。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、単一静止露光で結像するターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
【００３９】
[0042] ２．スキャンモード：ビームＰＢに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影されている間、サポート構造ＭＴおよび基板テーブルＷＴが同期スキャンされる（すなわち単一動的露光）。サポート構造ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＬの倍率（縮小率）および画像反転特性によって決まる。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の幅（非スキャン方向の幅）が制限され、また、スキャン運動の長さによってターゲット部分の高さ（スキャン方向の高さ）が決まる。
【００４０】
[0043] ３．その他のモード：プログラマブルパターニングデバイスを保持するようにサポート構造ＭＴが基本的に静止状態に維持され、ビームＰＢに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影されている間、基板テーブルＷＴが移動またはスキャンされる。このモードでは、通常、パルス放射源が使用され、スキャン中、基板テーブルＷＴが移動する毎に、あるいは連続する放射パルスと放射パルスの間に、必要に応じてプログラマブルパターニングデバイスが更新される。この動作モードは、上で参照した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利用しているマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。
【００４１】
[0044] 図に示されている実施形態では、コントローラ３４は、基板上の任意の特定のロケーションにおける放射線量露光が本発明の一実施形態の方法に従って確実に実施されるよう補助するために、放射源ＳＯおよび位置センサＩＦに機能的に接続されている。他の実施形態では、コントローラは、放射源ＳＯの強度を直接制御するのではなく、イルミネータＩＬを修正して放射線量を制御することができる。
【００４２】
[0045] 図２は、本発明の一実施形態の基板２１を概略平面図で示したもので、基板２１の表面は、線形デカルト格子によって個々のロケーションｉに恣意的に分割されている。基板は、物理的にこのようなロケーションに分割されているわけではないこと、また、ロケーションｉのサイズおよび位置は任意であり、デカルト格子は単なる例にすぎないことに留意されたい。
【００４３】
[0046] 試験基板およびパターニングされる基板は実質的に同一ものを使用することができるため、図２は、本発明の実施形態における試験基板またはパターニングされる基板に等しく適用される。図２は、図３および４の実施形態の説明の際にも参照される。
【００４４】
[0047] 図３は、本発明の一実施形態を実施するためのプロセスレイアウトの一実施形態を概略図で示したものである。図１に関連して詳細に説明したリソグラフィ装置３１は、コンピュータプログラムによって駆動されるコントローラの形態のコントローラ３４を備えている。このコントローラ３４は、本発明の一実施形態の方法を実施することができるよう、放射源ＳＯおよび位置センサＩＦに機能的に接続されている。ＣＡＲ層を有する基板２１は、装置３１によってパターン付き放射で露光される。コントローラ３４は、基板上のロケーションｉ毎に、パターニングのために使用される線量（Ｄｉ）が、クリティカルディメンションを促進剤の露光後濃度（Ａｉ）に関連付ける、かつ露光後ベークステップ中のロケーションｉ毎の、時間の関数としての温度に関連付けるモデルによって指定され、かつ、計算された線量Ｄｉと促進剤の露光後濃度Ａｉとの間の既知の関係から特定される線量に確実になるように補助する。
【００４５】
[0048] 次に、いわゆるウェーハすなわち基板トラック装置によって基板２１がＰＥＢ／冷却ユニット３２、つまりＰＥＢプロセスを加え、引き続いて冷却ステップを加えるように構成されたデバイスへ輸送される。ここでは、露光された基板は、基板２１上のロケーションｉ毎の、時間の関数としての温度が実質的に試験基板の温度と同一温度になるよう、実質的に試験基板のＰＥＢ／冷却条件と同じ条件下におかれる。
【００４６】
[0049] ＰＥＢ／冷却ユニット３２内での基板の処理が終了すると、ウェーハトラックは基板を現像および他の処理ユニット３３に引き渡し、そこで基板が現像され、かつ、処理されて、指定されたクリティカルディメンションＣｉを有するパターンフィーチャを含む印刷パターンがレジスト中に提供される。
【００４７】
[0050] 図４は、図１ないし３に示されている本発明の実施形態のための概略的な流れ図を示したものである。
【００４８】
[0051] プロセスステップＡは、初期露光後促進剤濃度Ａとレジストに印加される放射線量Ｄとの間の関係を得るステップである。この関係は、次の式Ｉで表すことができる。
【数１】
上式で、φは、露光後促進剤濃度Ａを露光線量Ｄに関連付ける関数である。これは、個々の測定および解析技法によって得ることができ、あるいは、例えばサプライヤの文献からなど、この実施形態に使用されるＣＡＲおよび放射タイプについて周知のものとすることができる。
【００４９】
[0052] ステップＢは、基板２１上のロケーションｉ毎の温度をＰＥＢ／冷却プロセスステップの中の、時間の関数として得るステップである。これは、ロケーションｉ毎の温度Ｔｉ（ｔ）として表すことができ、ここで時間ｔは、ＰＥＢ／冷却プロセスステップ開始時のｔ０からＰＥＢ／冷却プロセスステップ終了時のｔｆまで変化する。試験基板の基板全体にわたる温度ならびに温度時間依存性の空間分布またはばらつきを測定することができる。別法または追加として、例えば、ＰＥＢ／冷却装置と共にサプライヤからこのような情報を得ることも可能である。試験基板は、パターニングされる１つまたは複数の基板と実質的に同一であることが望ましく、また、パターニングされる基板と共に使用されるＣＡＲ層と実質的に同一層中の実質的に同じＣＡＲでコーティングされることが望ましい。
【００５０】
[0053] 試験基板のＰＥＢ／冷却プロセスの間、従来の方法を使用して温度がモニタされる。例えば熱電対を使用することができる。今日、極めて高い再現性でＰＥＢ／冷却プロセスを制御することが可能であり、したがって、試験基板および試験ＣＡＲ層がパターニングされる基板およびそのＣＡＲ層と実質的に同一であることを条件として、パターニングされる基板の温度Ｔｉ（ｔ）を試験基板の温度Ｔｉ（ｔ）と実質的に同一にすることができる。ロケーションｉ毎の温度Ｔｉ（ｔ）を直接測定する必要はない。その代わりに、他の多数のロケーションの温度を測定し、かつ、補間することによってＴｉ（ｔ）を引き出すことも可能である。
【００５１】
[0054] ステップＣは、各ロケーションｉにおけるクリティカルディメンションＣｉを各ロケーションｉにおける露光後促進剤濃度ＡｉおよびＴｉ（ｔ）に関連付けるモデルを確立するステップである。典型的なモデルは、式ＩＩの形を有することになる。
【００５２】
【数２】
この式では、Ｆは、クリティカルディメンションＣｉが露光後促進剤濃度Ａｉおよび温度Ｔｉ（ｔ）の局部値に応じて露光後ベークおよび冷却中に時間の経過につれてどうなるかを詳細に記述する関数を表している。上式で、Ａｉ＝φ（Ｄｉ）であり、したがって指定されたＣｉを与えるために設定すべきＤｉの値を、ＣｉをＡｉに関連付けるモデルからのＴｉ（ｔ）の知識から引き出すことができ、かつ、Ｔｉ（ｔ）を確立することができる。
【００５３】
[0055] 適切な様々なモデルを使用することができる。例えば、公開されている米国特許第５，７１７，６１２号の中で提案されているモデルまたは米国特許第６，２９５，６３７号の中で提案されているモデルを参照されたい。
【００５４】
[0056] 場合によっては式ＩＩＩに示されているような簡易モデルを使用することが望ましい。
【００５５】
【数３】
このモデルでは、Ψは、ロケーションｉにおけるクリティカルディメンションＣｉがｉにおける初期露光後促進剤濃度Ａｉにどのように依存しているかを表す関数であり、一方、Ｒは、クリティカルディメンションが時間の経過に伴ってｉにおける局部温度Ｔｉ（ｔ）に応じてどうなるかを記述する反応速度関数である。式ＩＩＩのモデルでは、クリティカルディメンションに対する露光後促進剤濃度の影響は、温度Ｔｉ（ｔ）で決まる反応速度定数Ｒを使用することによってモデル化することができることが仮定されている。例えば、アレニウスの式に基づく単純ないわゆるＱ１０モデルを使用することができ、温度が１０℃高くなる毎に係数Ｑだけ反応速度が変化することが仮定されている。係数Ｑに使用される値は、典型的には２である。
【００５６】
[0057] プロセスステップＤは、各ロケーションにおける指定されたクリティカルディメンションＣｉを与えるために、モデルから計算され、また、式Ｉから計算されるロケーションｉ毎の線量Ｄｉを提供する。
【００５７】
[0058] ステップＥは、図３のプロセスレイアウトを使用した実際の基板のパターニングに関係している。試験基板上に使用されるＣＡＲの層と実質的に同一ＣＡＲの層を備えた、実質的に試験基板と同一基板の上にパターンが投影される。ステップＡないしＤに基づいてプログラムされたコントローラ３４は、ロケーションｉ毎の放射線量Ｄｉがモデルに従った指定されたクリティカルディメンションＣｉを与えるために必要な線量であることを保証するように補助する。
【００５８】
[0059] ステップＦでは、結果として得られる、各ロケーションｉにおける露光後促進剤濃度Ａｉを有する露光済み基板に、試験基板の場合と同様、時間ｔ０からｔｆまで継続する露光後ベークおよび冷却が施される。最後に、ステップＧで基板およびＣＡＲが現像され、かつ、処理され、基板上のロケーションｉ毎に指定されたクリティカルディメンションＣｉを有するデバイスがもたらされる。
【００５９】
[0060] 特定のシステムに対するステップＡないしＣが一度確立されると、使用される基板が実質的に試験基板およびそのＣＡＲ層と同一状態を維持し、また、ＰＥＢ／冷却プロセスステップが実質的に不変の状態を維持することを条件として、ＣＡＲ層を備えた多くの基板に対して、必要に応じて、ステップＡないしＣを繰り返す必要なくステップＤないしＧを繰り返すことができる。
【００６０】
[0061] 以上、本発明の特定の実施形態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践することも可能であることは理解されよう。以上の説明には、本発明を制限することは意図されていない。
【技術分野】
【０００１】
[0001] 本発明は、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002] リソグラフィ装置は、基板のターゲット部分に所望のパターンを付与するマシンである。リソグラフィ装置は、例えば集積回路（IC）の製造に使用することができる。その場合、マスクまた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の個々の層に対応する回路パターンを生成することができ、放射感応性材料（レジスト）の層を有している基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば部分的に1つまたは複数のダイからなる）にこのパターンの像を形成することができる。通常、１枚の基板には、順次露光される網状の隣接するターゲット部分が含まれている。知られているリソグラフィ装置には、パターン全体を１回でターゲット部分に露光することによってターゲット部分のそれぞれが照射されるいわゆるステッパと、パターンをビームで所与の方向（「スキャンニング」方向）にスキャンし、かつ、基板をこの方向に平行または非平行に同期スキャンすることによってターゲット部分のそれぞれが照射されるいわゆるスキャナがある。
【０００３】
[0003] レジストは、通常、基板の表面全体に均一な薄い膜を提供するために使用されるスピン塗布方式などの方法によって基板に塗布される。レジストが塗布されると、通常、基板にプリベークが施され、それによりレジストが固体化され、かつ、安定化される。次に、上で詳細に説明したリソグラフィ装置を使用して放射で露光することによってレジストがパターニングされ、それによりレジスト中に潜像が提供される。露光に応じて、ポジ型レジストは、レジストを露光するために使用されたマスクの像と合致する像を残し、一方、ネガ型レジストは、マスクの反転画像である像を残す。引き続いて、露光済みレジストコーティングに現像液が加えられ、露光済みのポジ型レジストまたは露光されていないネガ型レジストが除去される。これにより、エッチングまたは他の方法によってパターニングすることができる、残留レジストによって保護されていない基板が露出する。
【０００４】
[0004] 化学増幅型レジスト（ＣＡＲ）を使用することにより、サイズが０．２μｍより小さいパターンフィーチャの像を基板上に提供することができる。潜像を提供するための露光の後で、化学増幅型レジストが露光後ベーク（ＰＥＢ）で加熱され、一般的には次に、現像および／またはレジストおよび基板の他の処理に先立って反応を停止させるために冷却される。ポジ型レジストの場合、レジストの露光部分が可溶性になり、現像液によって容易に除去することができる。
【０００５】
[0005] より具体的には、化学増幅型レジストを放射で露光している間に促進剤の分子が形成され、引き続いてこの分子がレジストと反応し、現像液に対するレジストの溶解度が修正される。促進剤は、例えば、露光することによって形成される、および／または露光後の露光後ベーク中に形成される触媒または反応物であってもよい。例えば、典型的な化学増幅型レジストは、放射での露光によってレジストの露光部分の内部に形成される酸触媒を有する酸触媒レジストである。この酸触媒レジストは、レジスト中の他の成分と反応し、後続の露光後ベーク（PEB）後にはレジストを塩基可溶性にし、容易に溶解させることができる。
【０００６】
[0006] 製造者は、従来、例えば露光パターンまたは印刷パターンのクリティカルディメンション（ＣＤ）などの所望のパターンの鍵となる属性を指定している。このＣＤを使用してフィーチャサイズを特性化することができ、あるいはパターン中に出現するフィーチャのトポグラフィ（プロファイル）に関連するパラメータを特性化することができる。クリティカルディメンションＣＤを使用して品質および均一性（例えばダイ上または基板上のフィーチャサイズの空間的ばらつき）のベンチマークレベルを確立することができる。基板上のレジスト上に露光されるパターンのフィーチャのクリティカルディメンションおよびプロファイルは、可能な限り正確に複製されることが望ましい。ＣＤメトリックには、例えば、フィーチャとフィーチャの間の間隙、孔および／またはポストの直径、孔および／またはポストの楕円率、フィーチャの面積、フィーチャ側壁角、フィーチャの頂部の幅、フィーチャの底部の幅およびラインエッジ粗さが含まれることがある。
【発明の概要】
【０００７】
[0007] 基板全体にわたるＣＤの変動は、結果として得られるパターン上のいくつかのロケーションにおけるＣＤが、許容範囲を超えて所望のＣＤと異なる場合、あるいは露光パターンの有効性を維持するために必要なＣＤを超える場合、歩留りを損なうおそれがある。化学増幅型レジストを使用してリソグラフィパターニングを実施する場合、結果として得られるＣＤは、パターン付き基板上のロケーションによって変動することがある。
【０００８】
[0008] したがって、本明細書において言及されている問題であれ、あるいはそれ以外の問題であれ、従来技術が抱えている、例えばパターン付き基板全体にわたるＣＤのばらつきに関連する問題などの１つまたは複数の問題を軽減し、あるいは除去することができるリソグラフィ装置および／または方法が提供されることが望ましい。
【０００９】
[0009] 化学増幅型レジスト中の放射生成促進剤の、レジストの露光済み領域における化学反応およびレジストの露光済み領域からの拡散は、基板上の任意の特定のロケーションにおける、結果として得られるＣＤに影響を及ぼすことがあり、また、基板処理におけるＰＥＢ／冷却ステップ実行中の基板全体にわたる温度の変動は、すべて、基板上の異なるロケーションで得られるＣＤの望ましくない変動の原因になることがある。
【００１０】
[0010] ＰＥＢヒータの性能が改善され、基板全体にわたる良好な均一性が得られているが、ＰＥＢステップにおける温度非均一性の問題が依然として未解決であり、そのために場合によってはクリティカルディメンションが最大０．８ｎｍに制限される。
【００１１】
[0011] ＰＥＢ実行中に化学増幅型レジストが加熱されると、少なくとも２つのタイプのプロセスが生じることになる。第１のプロセスは、放射生成促進剤によって変化する、または触媒作用を受けるレジストマトリクス内での化学反応である。例えばポジ型レジストの場合、この化学反応によって露光済み領域のレジストマトリクスが現像液に対してより可溶性になる。第２のプロセスは促進剤の熱駆動拡散である。このプロセスは、レジストの様々な露光済み領域における促進剤の露光後濃度によって決まる。ＰＥＢ／冷却ステップに入る際のレジスト層中の露光後促進剤濃度は、化学増幅型レジストに印加される、レジスト層の各ロケーションにおける放射露光線量で決まる。
【００１２】
[0012] レジスト層中の任意の特定のロケーションにおける化学反応ならびに拡散は、ＰＥＢ／冷却プロセスの間の局部温度および放射生成促進剤の局部濃度で決まる。これは、任意のロケーションの温度、およびＰＥＢステップ中の時間に伴うその変動が、促進剤および促進剤の拡散によって調整される化学反応に影響を及ぼすことによるものである。
【００１３】
[0013] 本発明の一実施形態では、リソグラフィによって基板にパターンを付与するための方法であって、
ａ）化学増幅型レジストの試験層がコーティングされた試験基板上の１つまたは複数のロケーションで、露光後ベークステップ中の、時間の関数としての温度を得るステップと、
ｂ）化学増幅型レジスト上に導かれる放射線量と該放射線量によって化学増幅型レジスト中に生成される促進剤の露光後濃度との間の関係を得るステップと、
ｃ）１つまたは複数のロケーションそれぞれにおける指定されたクリティカルディメンションを得るために、クリティカルディメンションを促進剤の露光後濃度に関連付ける、かつ、露光後ベークステップ中の１つまたは複数のロケーションのそれぞれにおける、時間の関数としての温度に関連付けるモデルによって、１つまたは複数のロケーションに対する放射線量を計算するステップと、
ｄ）試験基板上の対応するロケーションと等価の基板上の１つまたは複数のロケーションのそれぞれについて、計算された放射線量を使用して、化学増幅型レジストの層がコーティングされた基板をパターニングするステップと、
を含む方法が提供される。
【００１４】
[0014] 露光後ベーク中における、時間の関数としての温度は、実質的に同じ露光後ベーク条件にさらされた試験基板に対する測定によって得ることができる。しかしながら、露光後ベーク装置のサプライヤからこのような情報を得ることも可能である。レジストに対する放射線量と促進剤の露光後濃度との間の関係は、例えばレジストの試験層を使用して測定することができ、あるいは化学増幅型レジストのサプライヤの文献などの他所から知ることも可能である。
【００１５】
[0015] 試験基板は、好適にはパターニングされる基板と類似であり、パターニングされる基板と実質的に同一であることが望ましい。試験基板上のＣＡＲの試験層は、好適にはパターニングされる基板のＣＡＲ層と類似であり、実質的に同一であることが望ましい。
【００１６】
[0016] モデルは、好適には、露光後ベークステップ中に放射によって生成される促進剤の化学反応および拡散を反映する。「露光後ベークステップ」または「ＰＥＢステップ」は、放射で露光されたＣＡＲ層を備えた基板が適切な温度に加熱され、それにより露光の効果を増幅する所望の化学反応を生じさせることができるプロセスステップを意味している。基板は、露光後ベークステップに入り、露光後濃度の放射生成促進剤を基板上の１つまたは複数のロケーションのそれぞれに有することになる。ＰＥＢステップの終了時に、現像および他の処理のための装置およびプロセスを介した基板の輸送に先立って、通常、それ以上著しい化学反応または拡散が生じない温度にＣＡＲが冷却される。これは、一般に「チリング（chilling）」と呼ばれる。また、本明細書において使用される「露光後ベークステップ」という用語には、基板上のパターンの現像に先立つレジストの任意のチリングが含まれる。
【００１７】
[0017] 化学増幅型レジストは、好適には酸触媒レジストである。
【００１８】
[0018] １つまたは複数のロケーションそれぞれにおける指定されたクリティカルディメンションは、ロケーション毎に同じであっても、あるいは実質的に同じであってもよく、それによりパターン付き基板全体にわたって均一なクリティカルディメンションが得られる。
【００１９】
[0019] 本発明の一実施形態では、放射線量を有するパターニング放射を、化学増幅型レジストがコーティングされた基板上の複数のロケーションのそれぞれに投射するように構成された照明システムを備えたリソグラフィ装置が提供される。この装置は、本発明の一実施形態の方法に従って複数のロケーションのそれぞれにおける放射線量を調整するように構成されたコントローラを備えている。
【００２０】
[0020] 本発明の一実施形態では、放射線量を有するパターニング放射を、化学増幅型レジストがコーティングされた基板上の複数のロケーションのそれぞれに投射するように構成された照明システムを備えたリソグラフィ装置のためのコントローラが提供される。このコントローラは、本発明の一実施形態の方法に従って複数のロケーションのそれぞれにおける放射線量を調整するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
[0021] 以下、本発明の実施形態について、単なる例にすぎないが、添付の概略図を参照して説明する。図において、対応する参照記号は対応する部品を表している。
【００２２】
【図１】[0022]本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置を示す図である。
【図２】[0023]複数のロケーションに概略的に分割された本発明の一実施形態の基板の平面図である。
【図３】[0024]本発明の一実施形態のためのプロセスレイアウトを示す概略図である。
【図４】[0025]本発明の一実施形態の方法のための概略的なフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
[0026] 本明細書においては、とりわけＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用が参照されているが、本明細書において説明されているリソグラフィ装置は、集積光学システム、磁気ドメインメモリのための誘導および検出パターン、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド、等々の製造などの他のアプリケーションを有することができることを理解されたい。このような代替アプリケーションのコンテキストにおいては、本明細書における「ウェーハ」または「ダイ」という用語の使用はすべて、それぞれより一般的な「基板」または「ターゲット部分」という用語の同義語と見なすことができることは当業者には理解されよう。本明細書において参照されている基板は、例えばトラック（通常、基板にレジストの層を加え、かつ、露光済みのレジストを現像するツール）またはメトロロジーツールあるいはインスペクションツール中で、露光前または露光後に処理することができる。適用可能である場合、本明細書における開示は、このような基板処理ツールおよび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にわたって処理することができるため、本明細書において使用される基板という用語は、処理済みの複数の層が既に含まれている基板を指している場合もある。
【００２４】
[0027] 本明細書において使用される「放射」および「ビーム」という用語には、紫外（UV）放射（例えば３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍまたは１２６ｎｍの波長を有する放射）、および極端紫外（ＥＵＶ）放射（例えば波長の範囲が５〜２０ｎｍの放射）、ならびにイオンビームまた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が包含されている。
【００２５】
[0028] 本明細書において使用される「パターニングデバイス」という用語は、放射ビームの断面にパターンを付与し、それにより基板のターゲット部分にパターンを生成するように使用することができるデバイスを意味するものとして広義に解釈されたい。放射ビームに付与されるパターンは、基板のターゲット部分における所望のパターンに必ずしも厳密に対応している必要はないことに留意されたい。放射ビームに付与されるパターンは、通常、ターゲット部分に生成されるデバイス、例えば集積回路などのデバイス中の特定の機能層に対応している。
【００２６】
[0029] パターニングデバイスは、透過型であってもあるいは反射型であってもよい。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およびプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクについてはリソグラフィにおいてはよく知られており、バイナリ、レベンソン型（alternating）位相シフトおよびハーフトーン型（attenuated）位相シフトなどのマスクタイプ、ならびに様々なハイブリッドマスクタイプが知られている。プログラマブルミラーアレイの例には、マトリックスに配列された、入射する放射ビームが異なる方向に反射するよう個々に傾斜させることができる微小ミラーが使用されており、この方法によれば、反射したビームがパターニングされる。
【００２７】
[0030] サポート構造はパターニングデバイスを保持している。サポート構造は、パターニングデバイスの配向、リソグラフィ装置の設計および他の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境中で保持されているか否か等に応じた方法でパターニングデバイスを保持している。サポートには、機械式クランプ技法、真空クランプ技法または他のクランプ技法、例えば真空条件下での静電クランプを使用することができる。サポート構造は、例えば必要に応じて固定または移動させることができ、また、パターニングデバイスを例えば投影システムに対して所望の位置に確実に配置することができるフレームまたはテーブルであってもよい。本明細書における「レチクル」または「マスク」という用語の使用はすべて、より一般的な「パターニングデバイス」という用語の同義語と見なすことができる。
【００２８】
[0031] 本明細書において使用される「投影システム」という用語は、例えば使用する露光放射に適した、もしくは液浸液の使用または真空の使用などの他の要因に適した、屈折光学システム、反射光学システムおよび反射屈折光学システム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。本明細書における「投影レンズ」という用語の使用はすべて、より一般的な「投影システム」という用語の同義語と見なすことができる。
【００２９】
[0032] また、照明システムは、放射のビームを導き、整形し、あるいは制御するための、屈折光学コンポーネント、反射光学コンポーネントおよび反射屈折光学コンポーネントを始めとする様々なタイプの光学コンポーネントを包含することができ、このようなコンポーネントは、以下、総称的または個々に「レンズ」と呼ぶことも可能である。
【００３０】
[0033] 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（および/または複数のサポート構造）を有するタイプの装置であってもよい。このような「マルチステージ」マシンの場合、追加テーブルを並列に使用することができ、あるいは１つまた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つまたは複数のテーブルに対して予備ステップを実行することができる。
【００３１】
[0034] また、リソグラフィ装置は、基板が比較的屈折率が大きい液体、例えば水中に浸され、それにより投影システムの最終エレメントと基板の間の空間が充填されるタイプの装置であってもよい。液浸技法は、当分野では、投影システムの開口数を大きくすることでよく知られている。
【００３２】
[0035] 図１は、本発明の特定の実施形態によるリソグラフィ装置を概略図で示したものである。この装置は、
− 放射（例えばＵＶ放射）のビームＰＢを条件付けるための照明システム（イルミネータ）ＩＬと、
− 照明システムによって供給される放射のビームＰＢの放射線量を、本発明の一実施形態の方法に従って露光される基板上のロケーションに応じて制御するように構成されたコントローラ３４と、
− パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡをサポートするためのサポート構造（例えばサポート構造）ＭＴであって、パターニングデバイスをアイテムＰＬに対して正確に位置決めするための第１の位置決めデバイスＰＭに接続されたサポート構造ＭＴと、
− 基板（例えばレジストコートウェーハ）Ｗを保持するための基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴであって、基板をアイテムＰＬに対して正確に位置決めするための第２の位置決めデバイスＰＷに接続された基板テーブルＷＴと、
− パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＰＢに付与されたパターンの像を基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば1つまたは複数のダイが含まれている）に形成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）ＰＬと、
を備えている。
【００３３】
[0036] 図に示されているように、この装置は、透過型（例えば透過型マスクを使用した）タイプの装置である。別法としては、この装置は、反射型（例えば上で参照したタイプのプログラマブルミラーアレイを使用した）タイプの装置であってもよい。
【００３４】
[0037] イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射のビームを受け取っている。放射源が例えばエキシマレーザである場合、放射源およびリソグラフィ装置は、個別の構成要素にすることができる。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しているとは見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダを備えたビームデリバリシステムＢＤを使用して放射源ＳＯからイルミネータＩＬへ引き渡される。それ以外の例えば放射源が水銀灯などの場合、放射源はリソグラフィ装置の一構成要素にすることができる。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤと共に放射システムと呼ぶことができる。
【００３５】
[0038] イルミネータＩＬは、ビームの角度強度分布を調整するための調整手段ＡＭを備えることができる。通常、イルミネータの瞳面内における強度分布の少なくとも外側および／または内側半径範囲（一般に、それぞれσ-outerおよびσ-innerと呼ばれる）は調整が可能である。また、イルミネータＩＬは、通常、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯなどの他の様々なコンポーネントを備えている。このイルミネータによって、所望する均一な強度分布をその断面に有する、条件付けられた放射のビームＰＢが提供される。
【００３６】
[0039] サポート構造ＭＴの上に保持されているパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡに放射ビームＰＢが入射する。パターニングデバイスＭＡを通過したビームＰＢは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃに集束させる投影システムＰＬを通過する。基板テーブルＷＴは、第２の位置決めデバイスＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば干渉計デバイス）を使用して正確に移動させることができ、それにより例えば異なるターゲット部分ＣをビームＰＢの光路内に配置することができる。同様に、第１の位置決めデバイスＰＭおよびもう１つの位置センサ（図1には明確に示されていない）を使用して、例えばマスクライブラリから機械的に検索した後、またはスキャン中に、パターニングデバイスＭＡをビームＰＢの光路に対して正確に配置することができる。通常、オブジェクトテーブルＭＴおよびＷＴの移動は、位置決めデバイスＰＭおよびＰＷの一部を形成しているロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）を使用して実現することができる。しかしながら、ステッパの場合（スキャナではなく）、サポート構造ＭＴは、ショートストロークアクチュエータのみに接続することができ、あるいは固定することも可能である。パターニングデバイスＭＡおよび基板Ｗは、パターニングデバイスアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して整列させることができる。
【００３７】
[0040] 図に示されている装置は、以下のモードで使用することができる。
【００３８】
[0041] １．ステップモード：サポート構造ＭＴおよび基板テーブルＷＴが基本的に静止状態に維持され、ビームＰＢに付与されたパターン全体がターゲット部分Ｃに１回で投影される（すなわち単一静止露光）。次に、基板テーブルＷＴがＸ方向および／またはＹ方向にシフトされ、異なるターゲット部分Ｃが露光される。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、単一静止露光で結像するターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
【００３９】
[0042] ２．スキャンモード：ビームＰＢに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影されている間、サポート構造ＭＴおよび基板テーブルＷＴが同期スキャンされる（すなわち単一動的露光）。サポート構造ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＬの倍率（縮小率）および画像反転特性によって決まる。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の幅（非スキャン方向の幅）が制限され、また、スキャン運動の長さによってターゲット部分の高さ（スキャン方向の高さ）が決まる。
【００４０】
[0043] ３．その他のモード：プログラマブルパターニングデバイスを保持するようにサポート構造ＭＴが基本的に静止状態に維持され、ビームＰＢに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影されている間、基板テーブルＷＴが移動またはスキャンされる。このモードでは、通常、パルス放射源が使用され、スキャン中、基板テーブルＷＴが移動する毎に、あるいは連続する放射パルスと放射パルスの間に、必要に応じてプログラマブルパターニングデバイスが更新される。この動作モードは、上で参照した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利用しているマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。
【００４１】
[0044] 図に示されている実施形態では、コントローラ３４は、基板上の任意の特定のロケーションにおける放射線量露光が本発明の一実施形態の方法に従って確実に実施されるよう補助するために、放射源ＳＯおよび位置センサＩＦに機能的に接続されている。他の実施形態では、コントローラは、放射源ＳＯの強度を直接制御するのではなく、イルミネータＩＬを修正して放射線量を制御することができる。
【００４２】
[0045] 図２は、本発明の一実施形態の基板２１を概略平面図で示したもので、基板２１の表面は、線形デカルト格子によって個々のロケーションｉに恣意的に分割されている。基板は、物理的にこのようなロケーションに分割されているわけではないこと、また、ロケーションｉのサイズおよび位置は任意であり、デカルト格子は単なる例にすぎないことに留意されたい。
【００４３】
[0046] 試験基板およびパターニングされる基板は実質的に同一ものを使用することができるため、図２は、本発明の実施形態における試験基板またはパターニングされる基板に等しく適用される。図２は、図３および４の実施形態の説明の際にも参照される。
【００４４】
[0047] 図３は、本発明の一実施形態を実施するためのプロセスレイアウトの一実施形態を概略図で示したものである。図１に関連して詳細に説明したリソグラフィ装置３１は、コンピュータプログラムによって駆動されるコントローラの形態のコントローラ３４を備えている。このコントローラ３４は、本発明の一実施形態の方法を実施することができるよう、放射源ＳＯおよび位置センサＩＦに機能的に接続されている。ＣＡＲ層を有する基板２１は、装置３１によってパターン付き放射で露光される。コントローラ３４は、基板上のロケーションｉ毎に、パターニングのために使用される線量（Ｄｉ）が、クリティカルディメンションを促進剤の露光後濃度（Ａｉ）に関連付ける、かつ露光後ベークステップ中のロケーションｉ毎の、時間の関数としての温度に関連付けるモデルによって指定され、かつ、計算された線量Ｄｉと促進剤の露光後濃度Ａｉとの間の既知の関係から特定される線量に確実になるように補助する。
【００４５】
[0048] 次に、いわゆるウェーハすなわち基板トラック装置によって基板２１がＰＥＢ／冷却ユニット３２、つまりＰＥＢプロセスを加え、引き続いて冷却ステップを加えるように構成されたデバイスへ輸送される。ここでは、露光された基板は、基板２１上のロケーションｉ毎の、時間の関数としての温度が実質的に試験基板の温度と同一温度になるよう、実質的に試験基板のＰＥＢ／冷却条件と同じ条件下におかれる。
【００４６】
[0049] ＰＥＢ／冷却ユニット３２内での基板の処理が終了すると、ウェーハトラックは基板を現像および他の処理ユニット３３に引き渡し、そこで基板が現像され、かつ、処理されて、指定されたクリティカルディメンションＣｉを有するパターンフィーチャを含む印刷パターンがレジスト中に提供される。
【００４７】
[0050] 図４は、図１ないし３に示されている本発明の実施形態のための概略的な流れ図を示したものである。
【００４８】
[0051] プロセスステップＡは、初期露光後促進剤濃度Ａとレジストに印加される放射線量Ｄとの間の関係を得るステップである。この関係は、次の式Ｉで表すことができる。
【数１】
上式で、φは、露光後促進剤濃度Ａを露光線量Ｄに関連付ける関数である。これは、個々の測定および解析技法によって得ることができ、あるいは、例えばサプライヤの文献からなど、この実施形態に使用されるＣＡＲおよび放射タイプについて周知のものとすることができる。
【００４９】
[0052] ステップＢは、基板２１上のロケーションｉ毎の温度をＰＥＢ／冷却プロセスステップの中の、時間の関数として得るステップである。これは、ロケーションｉ毎の温度Ｔｉ（ｔ）として表すことができ、ここで時間ｔは、ＰＥＢ／冷却プロセスステップ開始時のｔ０からＰＥＢ／冷却プロセスステップ終了時のｔｆまで変化する。試験基板の基板全体にわたる温度ならびに温度時間依存性の空間分布またはばらつきを測定することができる。別法または追加として、例えば、ＰＥＢ／冷却装置と共にサプライヤからこのような情報を得ることも可能である。試験基板は、パターニングされる１つまたは複数の基板と実質的に同一であることが望ましく、また、パターニングされる基板と共に使用されるＣＡＲ層と実質的に同一層中の実質的に同じＣＡＲでコーティングされることが望ましい。
【００５０】
[0053] 試験基板のＰＥＢ／冷却プロセスの間、従来の方法を使用して温度がモニタされる。例えば熱電対を使用することができる。今日、極めて高い再現性でＰＥＢ／冷却プロセスを制御することが可能であり、したがって、試験基板および試験ＣＡＲ層がパターニングされる基板およびそのＣＡＲ層と実質的に同一であることを条件として、パターニングされる基板の温度Ｔｉ（ｔ）を試験基板の温度Ｔｉ（ｔ）と実質的に同一にすることができる。ロケーションｉ毎の温度Ｔｉ（ｔ）を直接測定する必要はない。その代わりに、他の多数のロケーションの温度を測定し、かつ、補間することによってＴｉ（ｔ）を引き出すことも可能である。
【００５１】
[0054] ステップＣは、各ロケーションｉにおけるクリティカルディメンションＣｉを各ロケーションｉにおける露光後促進剤濃度ＡｉおよびＴｉ（ｔ）に関連付けるモデルを確立するステップである。典型的なモデルは、式ＩＩの形を有することになる。
【００５２】
【数２】
この式では、Ｆは、クリティカルディメンションＣｉが露光後促進剤濃度Ａｉおよび温度Ｔｉ（ｔ）の局部値に応じて露光後ベークおよび冷却中に時間の経過につれてどうなるかを詳細に記述する関数を表している。上式で、Ａｉ＝φ（Ｄｉ）であり、したがって指定されたＣｉを与えるために設定すべきＤｉの値を、ＣｉをＡｉに関連付けるモデルからのＴｉ（ｔ）の知識から引き出すことができ、かつ、Ｔｉ（ｔ）を確立することができる。
【００５３】
[0055] 適切な様々なモデルを使用することができる。例えば、公開されている米国特許第５，７１７，６１２号の中で提案されているモデルまたは米国特許第６，２９５，６３７号の中で提案されているモデルを参照されたい。
【００５４】
[0056] 場合によっては式ＩＩＩに示されているような簡易モデルを使用することが望ましい。
【００５５】
【数３】
このモデルでは、Ψは、ロケーションｉにおけるクリティカルディメンションＣｉがｉにおける初期露光後促進剤濃度Ａｉにどのように依存しているかを表す関数であり、一方、Ｒは、クリティカルディメンションが時間の経過に伴ってｉにおける局部温度Ｔｉ（ｔ）に応じてどうなるかを記述する反応速度関数である。式ＩＩＩのモデルでは、クリティカルディメンションに対する露光後促進剤濃度の影響は、温度Ｔｉ（ｔ）で決まる反応速度定数Ｒを使用することによってモデル化することができることが仮定されている。例えば、アレニウスの式に基づく単純ないわゆるＱ１０モデルを使用することができ、温度が１０℃高くなる毎に係数Ｑだけ反応速度が変化することが仮定されている。係数Ｑに使用される値は、典型的には２である。
【００５６】
[0057] プロセスステップＤは、各ロケーションにおける指定されたクリティカルディメンションＣｉを与えるために、モデルから計算され、また、式Ｉから計算されるロケーションｉ毎の線量Ｄｉを提供する。
【００５７】
[0058] ステップＥは、図３のプロセスレイアウトを使用した実際の基板のパターニングに関係している。試験基板上に使用されるＣＡＲの層と実質的に同一ＣＡＲの層を備えた、実質的に試験基板と同一基板の上にパターンが投影される。ステップＡないしＤに基づいてプログラムされたコントローラ３４は、ロケーションｉ毎の放射線量Ｄｉがモデルに従った指定されたクリティカルディメンションＣｉを与えるために必要な線量であることを保証するように補助する。
【００５８】
[0059] ステップＦでは、結果として得られる、各ロケーションｉにおける露光後促進剤濃度Ａｉを有する露光済み基板に、試験基板の場合と同様、時間ｔ０からｔｆまで継続する露光後ベークおよび冷却が施される。最後に、ステップＧで基板およびＣＡＲが現像され、かつ、処理され、基板上のロケーションｉ毎に指定されたクリティカルディメンションＣｉを有するデバイスがもたらされる。
【００５９】
[0060] 特定のシステムに対するステップＡないしＣが一度確立されると、使用される基板が実質的に試験基板およびそのＣＡＲ層と同一状態を維持し、また、ＰＥＢ／冷却プロセスステップが実質的に不変の状態を維持することを条件として、ＣＡＲ層を備えた多くの基板に対して、必要に応じて、ステップＡないしＣを繰り返す必要なくステップＤないしＧを繰り返すことができる。
【００６０】
[0061] 以上、本発明の特定の実施形態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践することも可能であることは理解されよう。以上の説明には、本発明を制限することは意図されていない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リソグラフィによって基板にパターンを付与するための方法であって、
ａ）化学増幅型レジストの試験層がコーティングされた試験基板上の１つまたは複数のロケーションで、露光後ベークステップ中の、時間の関数としての温度を得るステップと、
ｂ）前記化学増幅型レジスト上に導かれる放射線量と前記放射線量によって前記化学増幅型レジスト中に生成される促進剤の露光後濃度との間の関係を得るステップと、
ｃ）１つまたは複数のロケーションそれぞれにおける指定されたクリティカルディメンションを得るために、前記クリティカルディメンションを促進剤の露光後濃度に関連付ける、かつ、前記１つまたは複数のロケーションのそれぞれにおける前記露光後ベークステップ中の、時間の関数としての温度に関連付けるモデルによって、前記１つまたは複数のロケーションに対する放射線量を計算するステップと、
ｄ）前記試験基板上の対応するロケーションと等価の前記基板上の前記１つまたは複数のロケーションのそれぞれについて、計算された放射線量を使用して、前記化学増幅型レジストの層がコーティングされた前記基板をパターニングするステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記試験基板がパターニングされる前記基板と実質的に同一である、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記化学増幅型レジストの前記試験層が、パターニングされる前記基板にコーティングされた化学増幅型レジストの層と実質的に同一である、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記モデルが、前記露光後ベークステップ中における前記促進剤の化学反応および拡散を反映する、
請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記露光後ベークステップが、前記基板上の前記パターンの現像に先立って前記化学増幅型レジストを冷却するステップを含む、
請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記化学増幅型レジストが酸触媒レジストである、
請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
１つまたは複数のロケーションそれぞれにおける前記指定されたクリティカルディメンションが１つまたは複数のロケーション毎に同じである、
請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
放射線量を有するパターニング放射を、化学増幅型レジストがコーティングされた基板上の複数のロケーションのそれぞれに投射するように構成された照明システムを備えたリソグラフィ装置であって、
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法に従って、前記複数のロケーションのそれぞれにおける前記放射線量を調整するように構成されたコントローラを備える、
リソグラフィ装置。
【請求項９】
放射線量を有するパターニング放射を、化学増幅型レジストがコーティングされた基板上の複数のロケーションのそれぞれに投射するように構成された照明システムを備えるリソグラフィ装置のためのコントローラであって、
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法に従って、前記複数のロケーションのそれぞれにおける前記放射線量を調整するように構成された、
コントローラ。
【請求項１】
リソグラフィによって基板にパターンを付与するための方法であって、
ａ）化学増幅型レジストの試験層がコーティングされた試験基板上の１つまたは複数のロケーションで、露光後ベークステップ中の、時間の関数としての温度を得るステップと、
ｂ）前記化学増幅型レジスト上に導かれる放射線量と前記放射線量によって前記化学増幅型レジスト中に生成される促進剤の露光後濃度との間の関係を得るステップと、
ｃ）１つまたは複数のロケーションそれぞれにおける指定されたクリティカルディメンションを得るために、前記クリティカルディメンションを促進剤の露光後濃度に関連付ける、かつ、前記１つまたは複数のロケーションのそれぞれにおける前記露光後ベークステップ中の、時間の関数としての温度に関連付けるモデルによって、前記１つまたは複数のロケーションに対する放射線量を計算するステップと、
ｄ）前記試験基板上の対応するロケーションと等価の前記基板上の前記１つまたは複数のロケーションのそれぞれについて、計算された放射線量を使用して、前記化学増幅型レジストの層がコーティングされた前記基板をパターニングするステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記試験基板がパターニングされる前記基板と実質的に同一である、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記化学増幅型レジストの前記試験層が、パターニングされる前記基板にコーティングされた化学増幅型レジストの層と実質的に同一である、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記モデルが、前記露光後ベークステップ中における前記促進剤の化学反応および拡散を反映する、
請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記露光後ベークステップが、前記基板上の前記パターンの現像に先立って前記化学増幅型レジストを冷却するステップを含む、
請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記化学増幅型レジストが酸触媒レジストである、
請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
１つまたは複数のロケーションそれぞれにおける前記指定されたクリティカルディメンションが１つまたは複数のロケーション毎に同じである、
請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
放射線量を有するパターニング放射を、化学増幅型レジストがコーティングされた基板上の複数のロケーションのそれぞれに投射するように構成された照明システムを備えたリソグラフィ装置であって、
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法に従って、前記複数のロケーションのそれぞれにおける前記放射線量を調整するように構成されたコントローラを備える、
リソグラフィ装置。
【請求項９】
放射線量を有するパターニング放射を、化学増幅型レジストがコーティングされた基板上の複数のロケーションのそれぞれに投射するように構成された照明システムを備えるリソグラフィ装置のためのコントローラであって、
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法に従って、前記複数のロケーションのそれぞれにおける前記放射線量を調整するように構成された、
コントローラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１０３５２７（Ｐ２０１０−１０３５２７Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００９−２３６７５２（Ｐ２００９−２３６７５２）
【出願日】平成２１年１０月１４日（２００９．１０．１４）
【出願人】（５０４１５１８０４）エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． (1,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３６７５２（Ｐ２００９−２３６７５２）
【出願日】平成２１年１０月１４日（２００９．１０．１４）
【出願人】（５０４１５１８０４）エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． (1,856)
【Ｆターム（参考）】
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