JP3986492B2 - リソグラフィ装置並びにビームサイズおよび発散性を決めるための方法 - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィ装置、並びに
− 放射線の投影ビームを供給するための放射線システム、
− 所望のパターンに従ってこの投影ビームをパターン化するのに役立つパターニング
手段を支持するための支持構造体、
− 基板を保持するための基板テーブル、
− このパターン化したビームをこの基板の目標部分上に投影するための投影システム
、
− 放射線ビームを通して指向する開口、
− 上記開口を通る放射線ビームの強度を測定するための検出器、および
− この放射線ビームの位置または指向方向を変えるための手段、含むリソグラフィ装
置におけるある方法の応用に関する。

ここで使う“パターニング手段”という用語は、入射放射線ビームに、基板の目標部分に創成すべきパターンに対応する、パターン化した断面を与えるために使うことができる手段を指すと広く解釈すべきであり、“光バルブ”という用語もこのような関係で使うことができる。一般的に、上記パターンは、集積回路またはその他のデバイス（以下参照）のような、目標部分に創るデバイスの特別の機能層に対応するだろう。そのようなパターニング手段の例には次のようなものを含む。
− マスク。マスクの概念は、リソグラフィでよく知られ、それは、二値、交互位相シフト、および減衰位相シフトのようなマスク型、並びに種々のハイブリッドマスク型を含む。そのようなマスクを放射線ビーム中に置くと、このマスク上のパターンに従って、このマスクに入射する放射線の選択透過（透過性マスクの場合）または選択反射（反射性マスクの場合）を生ずる。マスクの場合、この支持構造体は、一般的にマスクテーブルであり、それがこのマスクを入射放射線ビームの中の所望の位置に保持できること、およびもし望むなら、それをこのビームに対して動かせることを保証する。

− プログラム可能ミラーアレイ。そのような装置の一例は、粘弾性制御層および反射面を有するマトリックスアドレス可能面である。そのような装置の背後の基本原理は、（例えば）この反射面のアドレス指定された領域が入射光を回折光として反射し、一方アドレス指定されない領域が入射光を未回折光として反射するということである。適当なフィルタを使って、上記未回折光を反射ビームから濾過して取除き、回折光だけを後に残すことができる。この様にして、このビームがマトリックスアドレス可能面のアドレス指定パターンに従ってパターン化されるようになる。プログラム可能ミラーアレイの代替実施例は、極小ミラーのマトリックス配置を使用し、適当な局部電界を印加することにより、または圧電作動手段を使うことにより、それらの各々を軸線周りに個々に傾斜することができる。やはり、これらのミラーは、マトリックスアドレス可能で、アドレス指定したミラーが入射放射線ビームをアドレス指定されないミラーと異なる方向に反射する。この様にして、反射ビームをこれらのマトリックスアドレス可能ミラーのアドレス指定パターンに従ってパターン化する。必要なアドレス指定は、適当な電子手段を使って行える。以上の説明にような両方の場合に、パターニング手段は、一つ以上のプログラム可能ミラーアレイを含むことができる。ここで言及したようなミラーアレイについての更なる情報は、例えば、米国特許ＵＳ５，２９６，８９１およびＵＳ５，５２３，１９３、並びにＰＣＴ特許出願ＷＯ９８／３８５９７およびＷＯ９８／３３０９６から集めることができ、それらを参考までにここに援用する。プログラム可能ミラーアレイの場合、上記支持構造体は、例えば、必要に応じて固定または可動でもよい、フレームまたはテーブルとして具体化してもよい。そして、

− プログラム可能ＬＣＤアレイ。そのような構成の例は、米国特許ＵＳ５，２２９，８７２で与えられ、それを参考までにここに援用する。上記同様、この場合の支持構造体は、例えば、必要に応じて固定または可動でもよい、フレームまたはテーブルとして具体化してもよい。

簡単のために、この本文の残りは、ある場所で、マスクおよびマスクテーブルを伴う例を具体的に指向するかも知れないが、しかし、そのような場合に議論する一般原理は、上に示すようなパターニング手段の広い文脈で見るべきである。

リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使うことができる。そのような場合、パターニング手段がこのＩＣの個々の層に対応する回路パターンを創成してもよく、このパターンを、放射線感応性材料（レジスト）の層で塗被した基板（シリコンウエハ）の目標部分（例えば、一つ以上のダイを含む）上に結像することができる。一般的に、単一ウエハが隣接する目標部分の全ネットワークを含み、それらをこの投影システムを介して、一度に一つずつ、順次照射する。マスクテーブル上のマスクによるパターニングを使う現在の装置では、機械の二つの異なる種類を区別することができる。一つの種類のリソグラフィ装置では、全マスクパターンをこの目標部分上に一度に露出することによって各目標部分を照射し、そのような装置を普通ウエハステッパまたはステップアンドリピート装置と呼ぶ。代替装置 ― 普通ステップアンドスキャン装置と呼ぶ ― では、このマスクパターンを投影ビームの下で与えられた基準方向（“走査”方向）に順次走査し、一方、一般的に、この投影システムが倍率Ｍ（一般的に＜１）であり、この基板テーブルを走査する速度Ｖが、倍率Ｍ掛けるマスクテーブルを走査する速度であるので、この基板テーブルをこの方向に平行または逆平行に同期して走査することによって各目標部分を照射する。ここに説明したようなリソグラフィ装置に関する更なる情報は、例えば、ＵＳ６，０４６，７９２から収集することができ、それを参考までにここに援用する。

リソグラフィ装置を使う製造プロセスでは、パターン（例えば、マスクの中の）を、少なくとも部分的に放射線感応材料（レジスト）の層で覆われた基板上に結像する。この結像工程の前に、基板は、例えば、下塗り、レジスト塗布およびソフトベークのような、種々の処理を受けるかも知れない。露出後、基板は、例えば、露出後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハードベークおよび結像形態の測定／検査のような、他の処理を受けるかも知れない。この一連の処理は、デバイス、例えばＩＣの個々の層をパターン化するための基礎として使用する。そのようにパターン化した層は、次に、エッチング、イオン注入（ドーピング）、金属化処理、酸化処理、化学・機械的研磨等のような、全て個々の層の仕上げを意図した種々の処理を受けるかも知れない。もし、幾つかの層が必要ならば、全処理またはその変形を各新しい層に反復しなければならないだろう。結局、デバイスのアレイが基板（ウエハ）上にできる。次に、これらのデバイスをダイシングまたは鋸引のような手法によって互いから分離し、そこから個々のデバイスをキャリヤに取付け、ピンに接続し等できる。そのようなプロセスに関する更なる情報は、例えば、ピータ・バン・ザントの“マイクロチップの製作：半導体加工の実用ガイド”、第３版、マグロウヒル出版社、1997年、ISBN0-07-067250-4という本から得ることができ、それを参考までにここに援用する。

簡単のために、この投影システムを、以後“レンズ”と呼ぶかも知れないが、この用語は、例えば、屈折性光学素子、反射性光学素子、および反射屈折性光学素子を含む、種々の型式の投影システムを包含するように広く解釈すべきである。この放射線システムも入射放射線ビームを指向し、成形しまたは制御するためにこれらの設計形式の何れかに従って作用する部品を含んでもよく、そのような部品も以下で集合的または単独に“レンズ”と呼ぶかも知れない。更に、このリソグラフィ装置は、二つ以上の基板テーブル（および／または二つ以上のマスクテーブル）を有する型式でもよい。そのような“多段”装置では、追加のテーブルを並列に使ってもよく、または準備工程を一つ以上のテーブルで行い、一方他の一つ以上のテーブルを露出に使ってもよい。二段階リソグラフィ装置は、例えば、ＵＳ５，９６９，４４１およびＷＯ９８／４０７９１に記載してあり、それらを参考までにここに援用する。

投影画像品質を改善するためのリソグラフィの分野での発達は、リソグラフィ装置の放射線システムで創成した放射線ビームの幾つかの特性を改善する必要性を実証した。一般的に、これらの特性には、以後“ビーム品質特性”として示す、ビームの均質性または均一性、ビームのサイズおよび／または形状、ビームの指向方向、およびビームの発散性がある。これまで、そのようなビーム品質特性を決めるためにおよびそのような特性を制御するためにリソグラフィシステムで利用できる選択肢は限られる。特に、放射線ビームが適正な寸法決定および均質性を欠くときは、これが、例えば、投影ビームの楕円性に影響し、ウエハ上に水平構造と垂直構造の異なる画像品質を生ずる。

原則として、リソグラフィシステムは、例えばレーザのような、放射線源を含み、それが放射線ビームを提供し、それを更に照明システムの中へおよび次にパターニング手段の方へ導く。そのような放射線源は、照明システム、支持構造体、投影システム、および基板テーブルを含むリソグラフィ装置の残りからある距離に一般的に配置するユニットである。

このビームを、パターニング手段の支持構造体の方へ更に案内し且つその照度を制御するためには、照明システムを使う。従って、従来のシステムでは、ビームが放射線源から照明システムまで進み、且つ、照明システムに入る前に、ビームのサイズを二つの異なる方向に修正するためにビーム拡大器のような光学的状態調節ユニットを手動で調整し、またはこのビームを一つ以上の操向ミラーによって指向するような、このビームの簡単な状態調節が可能である。

照明システムを通過する放射線ビームのビームサイズを決めるためには、従来、このビームの光路に蛍光性ラスタ・ターゲットを置き、このビームの諸元を目視で読取り、または例えばＣＣＤカメラによって図形的に記録する。そのようなカメラ装置の例は、米国特許第４，９１６，３１９号で与えられる。次に、このカメラからの画像を更に解析してもよい。この様に決めたビームサイズの値に基づいて、この光学的状態調節ユニットを手動で調整できる。適正なビームサイズに達するまでこのプロセスを繰返し、それでこのリソグラフィシステムの新しい調整が必要に思われるまで、このビームを調節する。

ビーム発散性を決めるためには、従来、このビームの光路に沿って少なくとも二つの位置に蛍光性ラスタ・ターゲットを置き、これら２つの位置の間のビームサイズの差がこのビームの発散性を表す。最適照明条件を達成するためにかなり関連すると考えられるが、このビームのビーム発散性を測定するための迅速なまたは自動化した手順は存在せず、そのビーム発散性は小さいが、リソグラフィシステムでは結像瞳がそのような品質特性に依って歪められるので、このシステムにかなり厳しい態様で影響するかも知れない。
ビームサイズおよび発散性を決めるための上記の手順は、この装置を非生産的状態に保つことに伴うコストは言うまでもなく、退屈で時間がかかることは明白である。

既知のリソグラフィ装置には、一般的に照明システムに放射線ビームの強度を検出するための検出器がある。そのような検出器は、例えばエネルギーセンサ（ＥＳ）で、それがビームの分割版を捕え、基板の目標部分へ送出する放射線量を制御するために、エネルギー流入を測定する。そのような検出器のもう一つの例は、所謂ビーム測定ユニット（ＢＭＵ）に使用する位置検出器で、前者は照明システムで放射線ビームの位置および指向方向を決めることができる。このＢＭＵは、このビームの分割版を二つの位置感応デバイス（ＰＳＤ）上に結像する集束素子を含み、この第１ＰＳＤ上の位置が入射位置を示し、第２ＰＳＤ上の位置がこのビームの指向方向を示す。ＰＳＤは、このＰＳＤの出力信号を合計または積分するとき、放射線強度を測定するための検出器として作動することができる。

この発明の目的は、基板を照明するための放射線ビームの品質特性の改善した測定および制御を達成する、リソグラフィ装置を提供することである。この発明の更なる目的は、現存のリソグラフィシステムの極端な修正なしに、そのような品質特性を測定および制御できる、リソグラフィシステムを提供することである。この発明の更なる目的は、ビームサイズおよびビーム発散性のような、放射線ビームの品質特性を決定および制御するために、エネルギーセンサ（ＥＳ）またはビーム測定ユニット（ＢＭＵ）を使うことである。更なる目的は、追加のツール装置およびそのような制御をもたらすために必要な作業負荷の量を減らすことである。この発明のその上更なる目的は、リソグラフィ装置で放射線ビームのビームサイズおよび発散性を決めるための方法で、ビーム特性を調整および調節する既知の手順を実質的に改善する方法を提供することである。

この発明によれば、これらおよびその他の目的は、請求項１の前文で指定するようなリソグラフィ装置で、このリソグラフィ装置が、上記放射線ビームと上記開口の相対運動によってこの開口を通る放射線ビームの強度を変えるために、この放射線ビームの位置を変えるための上記手段に接続したプロセッサを含み、このプロセッサが更に上記強度を測定するための上記検出器に接続してあり、このプロセッサが実測した強度および相対運動の関数としてこのビームサイズを計算するように構成してある装置で達成される。

この発明は、そのような関心ある特性を特定するための簡単な手法を提供し、それで、照明システムを分解しおよび実際のリソグラフィプロセスでは機能しない別のツール装置を置くことによって生ずる長時間の中断の必要をなくする。開口を通過する放射線ビームの一部を増減することによって、検出器に入射する放射線の強度が増減する。従って、入射放射線の量を測定しながら開口と放射線ビームの相対変位を決めることによって、簡単な方法で、ビームのサイズが決められる。これは、放射線ビームの位置か開口の位置を変えられることを意味する。従って、この発明によるリソグラフィシステムを使うことによって、光ビーム品質特性の改良した実際のオンライン制御が可能である。

好適実施例で、このプロセッサは、放射線ビームの第１相対位置で第１相対強度をおよびこの放射線ビームの第２相対位置で第２相対強度を受けるように構成してあり、そして、このプロセッサは、第１および第２相対位置並びに第１および第２相対強度の比としてこのビームサイズを計算するように構成してある。放射線の完全な遮断と放射線の完全な通過の間の中間位置では、この変位と実測エネルギーの間に直線関係が存在し、それが矩形ビーム断面に当てはまり、この関係から全ビームサイズを外挿によって容易に決めることができる。

更なる実施例では、放射線ビームの位置およびそれによってこの開口を通過する強度を変えるための上記手段が上記プロセッサに接続してある第１傾斜可能操向ミラーを含む。そのような構成で、このプロセッサは、上記反射された放射線ビームの相対運動を上記操向ミラーの受光傾斜角の関数としておよび上記操向ミラーおよび上記開口の間の所定のビーム投射長さの関数として計算することができる。前述のように、そのような操向ミラーは、既にこのシステムに存在するかも知れず、そこで、非常に簡単な改造および傾斜角の測定によって、既知のビーム投射長さから、開口の場所での放射線ビームの位置を決めることができる。これに関して、“ビーム投射長さ”という用語は、この場合、操向ミラーと開口の間を放射線ビームが走る光学距離を指す。

そのような操向ミラー構成で、プロセッサは、放射線ビームがこの開口の第１側で少なくとも部分的に、好ましくは５０％、この開口に重なる、この放射線ビームの第３相対位置で第３相対強度を受け、およびこの放射線ビームが開口の上記第１側と反対の第２側で少なくとも部分的に、好ましくは５０％、この開口に重なる、この放射線ビームの第４相対位置で第４相対強度を受けるように構成してあってもよく；そこでこのプロセッサは、このビーム投射長さを、上記第３および第４傾斜角並びに上記開口の上記対向する側間の所定の距離の関数として計算するように構成してある。
ビームサイズを二つの直交方向で決められるように、上記操向ミラーが二つの異なる方向に傾斜可能であるのが都合がよい。

従来の照明システムでは、ビームの角分布を制御することによってこの放射線ビームを更に状態調節してもよく、これは、通常所謂回折光学素子（ＤＯＥ）によって行う。この発明の方法を適用するためには、放射線ビームの光路に配置したどんな開口もビームサイズを決めるために使ってもよいが、好適実施例では、この放射線ビームを通して指向する開口をそのような回折光学素子の非透過性フレームによって作る。その場合、この開口のサイズは、５０×３２ｍｍのオーダにある。従って、好適実施例として、この発明によるリソグラフィシステムは、この開口から比較的大きい距離に位置する従来の操向ミラー、開口として役立つ従来の回折光学素子および基板へ伝達するエネルギーの量を検出するためにやはり既に存在する従来のエネルギーセンサＥＳを備え、従って、この点で、この発明の方法および装置によるビームサイズ決定を行うために、照明システムの本質的修正は何も必要ない。

更なる好適実施例で、この発明による装置は、更に、上記放射線ビームのビームサイズを変えるための光学素子を含み、上記放射線ビームを所望のビームサイズに調節するように、上記光学素子が上記プロセッサに接続してある。この様にして、ビームサイズを制御するために直接フィードバックループを作ることができ、ビームサイズを変えるための光学素子の不正確な手動調節および調整を避けることができる。

この発明のその上更なる好適実施例では、上記放射線ビームまたは上記ビームの一部を焦点面に集束するために、所定の集束力を有する集束素子を配置してもよく、上記開口は、上記集束素子の上記焦点面に配置してあり、位置検出器のような検出器がそれに続く。この発明によれば、プロセッサは、例えば上記集束した放射線ビームに対して開口を動かすことによって、この集束したビームのサイズを決めるように構成してもよく；このプロセッサは、更に上記放射線ビームのビーム発散性を上記集束した放射線ビームの上記サイズの関数として計算するように構成してある。そのような集束素子が既に存在するかも知れないので、この発明は、検出および制御システムのわずかな修正によって、ビーム発散性を測定するための的確な可能性を提供する。従って、ビームサイズを測定するための前述の仕組みに加えて、この更なる好適実施例では、平行ビームは集束したとき点状スポットを作り、一方発散ビームは集束したとき非ゼロサイズのスポットを作るという事実を使うことによって、ビーム発散性測定も可能であり；非平行性または発散性の量がこの様にスポットのサイズに影響し、従って、集束レンズまたはミラーのような、上記集束素子を使って、発散性の決定が可能である。集束した放射線ビームのサイズを決め、その結果、このビームの発散性を決めるための代案は、例えば開口の比較的近くに位置する第２操向ミラーを傾斜し、並びに比較的低い強度がこの開口を通過する（例えば１０％）第１指向方向および比較的高い強度がこの開口を通過する（例えば９０％）第２指向方向決めることによってビームの指向方向を変えることである。このビーム発散性をそこでこれらの第１および第２指向方向の間の差並びにこれらの指向方向で検出した相対強度から直接計算する。

上記放射線ビームの光路に、上記第１操向ミラーを開口から比較的遠くに設けてもよく、それに開口の比較的近くに位置する第２操向ミラーが続き、上記第１ミラーが上記放射線ビームの相対位置を実質的に変え且つ上記第２ミラーが上記放射線ビームの指向方向を実質的に変えるようになっている。この構成では、ビームサイズと発散性の両方を決めることができる。

この発明の更なる態様によれば、リソグラフィ装置で放射線ビームのビームサイズを決める方法であって、
放射線ビームを用意する工程、
開口を用意する工程、
上記開口を通る放射線ビームの強度を測定するための検出器を用意する工程、
上記開口に対する放射線ビームの位置を変える工程、
最大強度に対するこの開口を通る放射線ビームの強度をこの放射線ビームの相対運動の関数として測定する工程、および
実測強度からこの放射線ビームのビームサイズを相対運動の関数として計算する工程を含む方法が提供される。

この発明の方法による第１実施例で、この方法は、この放射線ビームの第１相対位置で第１相対強度を検出する工程、この放射線ビームの第２相対位置で第２相対強度を検出する工程、並びにこのビームサイズを第１および第２相対位置並びに第１および第２相対強度の差の比として計算する工程を含んでもよい。上記第１および第２相対位置がこの放射線ビームの１０％および９０％相対強度に対応するのが好ましい。この方法は、更に、第１傾斜可能操向ミラーを用意する工程、上記操向ミラーによって上記放射線ビームを反射する工程、上記反射した放射線ビームの相対運動を上記操向ミラーの傾斜角の関数としておよび上記操向ミラーと上記開口の間の所定のビーム投射長さの関数として計算する工程、を含んでもよい。

この構成で、この方法は、放射線ビームが開口の第１側で少なくとも部分的にこの開口に重なる、操向ミラーの第３相対傾斜角に相当する、この放射線ビームの第３相対位置で第３相対強度を検出する工程、この放射線ビームが開口の第１側と反対の第２側で少なくとも部分的にこの開口に重なる、この操向ミラーの第４相対傾斜角に相当する、放射線ビームの第４相対位置で第４相対強度を検出する工程、並びにビーム投射長さを、上記第３および第４傾斜角並びに上記開口の上記対向する側間の所定の距離の関数として計算する工程を含んでもよい。上記第３および第４相対位置は、この放射線ビームの５０％相対強度に対応してもよい。上記ビームサイズは、二つの異なる方向で測定してもよく、更に詳しくは、放射線ビームを開口に対して二つの異なる方向に動かしてもよい。

更なる好適実施例で、この方法は、放射線ビームを用意する工程；集束素子を用意する工程；上記集束素子によって上記放射線ビームを焦点面に集束する工程、およびビーム発散性の尺度として上記焦点面での放射線のスポットのサイズを決める工程を含んでもよい。

上記測定は、前記のビームサイズ測定に類似するスポットサイズ測定によって行うのが好ましいが；この発明はそれに限定されず、上記放射線ビームのビーム発散性を決めるための他の測定方法を適用してもよい。
好適実施例で、上記放射線ビームの（絶対）発散性を指向方向の関数として実測強度から計算してもよい。

この様にして、ビーム発散性を決めるための的確な方法を提供する。上記集束した放射線ビームは、上記集束素子の焦点面またはそれに隣接して配置した、位置感応デバイス（ＰＳＤ）のような、位置検出器に入射してもよい。上記位置検出器上の上記集束した放射線ビームの相対入射位置は、通常この放射線ビームの平均方向を表す。この位置検出器は、開口のサイズが９×９ｍｍのオーダである、固定開口を含んでもよい。

この本文では、ＩＣの製造に於けるこの発明による装置の使用を具体的に参照するかも知れないが、そのような装置は、他の多くの可能な用途があることを明確に理解すべきである。例えば、それを集積光学システム、磁区メモリ用誘導検出パターン、液晶ディスプレイパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使ってもよい。当業者は、そのような代替用途の関係では、この本文で使う“レチクル”、“ウエハ”または“ダイ”という用語のどれも、それぞれ、より一般的な用語“マスク”、“基板”および“目標部分”で置換えられると考えるべきであることが分るだろう。

本文書では、“放射線”および“ビーム”という用語を紫外（ＵＶ）放射線（例えば、波長が３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの）および超紫外（ＥＵＶ）放射線（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、並びにイオンビームまたは電子ビームのような、粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射線を包含するために使用する。

次にこの発明の実施例を、例としてだけ、添付の概略図を参照して説明する。これらの図で、対応する参照記号は、対応する部品を示す。

ビームサイズの測定
図１は、この発明の特別の実施例によるリソグラフィ装置を概略的に描く。この装置は：
− 放射線（例えば、深紫外領域の光）の投影ビームＰＢを供給するための、放射線システムＬＡ、Ｅｘ、２、ＩＬ；
− マスクＭＡ（例えば、レチクル）を保持するためのマスクホルダを備え、且つこのマスクを部材ＰＬに関して正確に位置決めするために第１位置決め手段ＰＭに結合された第１物体テーブル（マスクテーブル）ＭＴ；
− 基板Ｗ（例えば、レジストを塗被したシリコンウエハ）を保持するための基板ホルダを備え、且つこの基板を部材ＰＬに関して正確に位置決めするために第２位置決め手段ＰＭに結合された第２物体テーブル（基板テーブル）ＷＴ；および
− マスクＭＡの被照射部分を基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、一つ以上のダイを含む）上に結像するための投影システム（“レンズ”）ＰＬを含む。

ここに描くように、この装置は、反射型である（即ち、反射性のマスクを有する）。しかし、一般的に、それは、例えば、（透過性のマスクを備える）透過型でもよい。その代りに、この装置は、上に言及した種類のプログラム可能ミラーアレイのような、他の種類のパターニング手段を使ってもよい。

この線源ＬＡ（例えば、エキシマレーザ源）が放射線のビームを作る。このビームを直接か、または、例えば、ビーム拡大器Ｅｘのような、状態調節手段または一つ以上の指向ミラー２を通してから、照明システム（照明器）ＩＬの中へ送る。この照明器ＩＬは、このビームの強度分布の外側および／または内側半径方向範囲（普通、それぞれ、σ外側および／またはσ内側と呼ぶ）を設定するための調整手段ＡＭを含んでもよい。その上、それは、一般的に、積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯのような、種々の他の部品を含む。この様にして、マスクＭＡに入射するビームＰＢは、その断面に所望の均一性および強度分布を有する。

図１に関して、線源ＬＡは、（この線源ＬＡが、例えば、水銀灯である場合によくあることだが）このリソグラフィ装置のハウジング内にあってもよいが、このリソグラフィ装置から遠く離れていて、それが作った放射線ビームをこの装置に（例えば、適当な指向ミラー２を使って）導いてもよいことに注目すべきで；この後者のシナリオは、線源ＬＡがエキシマレーザである場合によくあることである。これらの指向ミラーおよびビーム拡大器のような光学的状態調節システムは、物理的に分離したシステムである必要はなく、それらが混合していてもよく、例えばビーム拡大器が指向ミラーの一つを含んでもよい。本発明および請求項は、これらのシナリオの両方を包含する。

ビームＰＢは、次に、マスクテーブルＭＴ上に保持されたマスクＭＡを横切る。マスクＭＡを横断してから、ビームＰＢは、レンズＰＬを通過し、それがこのビームを基板Ｗの目標部分Ｃ上に集束する。第２位置決め手段ＰＷ（および干渉計測定手段ＩＦ）を使って、基板テーブルＷＴを、例えば、異なる目標部分ＣをビームＰＢの経路に配置するように、正確に動かすことができる。同様に、例えば、マスクＭＡをマスクライブラリから機械的に検索してから、または走査中に、第１位置決め手段ＰＭを使ってマスクＭＡをビームＰＢの経路に関して正確に配置することができる。一般的に、物体テーブルＭＴ、ＷＴの移動は、図１にはっきりは示さないが、長ストロークモジュール（粗位置決め）および短ストロークモジュール（微細位置決め）を使って実現する。しかし、ウエハステッパの場合は（ステップアンドスキャン装置と違って）、マスクテーブルＭＴを短ストロークアクチュエータに結合するだけでもよく、または固定してもよい。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスク整列マークＭ１、Ｍ２および基板整列マークＰ１、Ｐ２を使って整列してもよい。

図示する装置は、二つの異なるモードで使うことができる：
１．ステップモードでは、マスクテーブルＭＴを本質的に固定して保持し、全マスク像を目標部分Ｃ上に一度に（即ち、単一“フラッシュ”で）投影する。次に基板テーブルＷＴをｘおよび／またはｙ方向に移動して異なる目標部分ＣをビームＰＢで照射できるようにする；並びに
２．走査モードでは、与えられた目標部分Ｃを単一“フラッシュ”では露出しないことを除いて、本質的に同じシナリオを適用する。その代りに、マスクテーブルＭＴが与えられた方向（所謂“走査方向”、例えば、ｙ方向）に速度ｖで動き得て、それで投影ビームＰＢがマスク像の上を走査させられ；同時に、基板テーブルＷＴがそれと共に同じまたは反対方向に速度Ｖ＝Ｍｖで動かされ、このＭはレンズＰＬの倍率（典型的には、Ｍ＝１／４または１／５）である。この様にして、比較的大きい目標部分Ｃを、解像度について妥協する必要なく、露出できる。

このリソグラフィ装置１では、放射線ビーム３を照明システムＩＬにある開口４を通して案内し；即ち、上記開口４を通過するように放射線ビーム３を導くための指向ミラー２が存在し、上記開口を通る放射線ビームの強度を検出するための検出器ＥＳ、例えばエネルギーセンサが存在する。ビームサイズを決めるために、従来技術のシステムでは、この目的で特に照明システムＩＬの中に手で置いた、ラスタ・ターゲットを使う。この手順は、時間がかかり、ＵＶ放射線を使うので安全性リスクを包含し、およびこの照明システムを汚染するかも知れない。更に、ラスタ・ターゲットによって得た画像は、容易には読めない。

図２に、図１のＬＡ−Ｅｘ−２−ＩＬ素子の更なる詳細を示す。この図で、放射線源ＬＡは深紫外（ＤＵＶ）エキシマレーザであるが、この発明は他の種類の放射線源にも適用可能である。更に、このレーザから出る光ビームを光学的状態調節ユニットＥｘによって状態調節し、それはビームサイズをＸおよびＹ方向に調整するためのユニットである。従来、このユニットは、光軸に沿って可動の手動で調整可能なレンズシステムを含み、これらのレンズの位置がＸおよび／またはＹ方向のサイズを決める。この光学的状態調節ユニットＥｘの中に、傾斜可能操向ミラー２１もあり、その傾斜が、回転軸に依って、開口４近くのビームのＸまたはＹ方向に横変位を生ずる。この様にして、ビーム３を開口４を通過するように導くことができ、その開口は、この実施例では、自動回折性光学素子（ＤＯＥ）交換器の中のＤＯＥのフレームの縁によってできている。そのような交換器から、このビームを所望の方法で更に状態調節するために、ＤＯＥを選択する。この状態調節は、一般的にビームの角分布を制御することを含む。

照明システムＩＬの中で、放射線ビームのほんの一部分をビーム測定ユニット８の中へ案内し、そのユニットは、この放射線ビームの位置および指向方向を測定するために存在し、図５を参照して更に詳しく説明する。このビームの大部分は、このＤＯＥおよび開口４を通り、ズーム・アキシコンＡＭの中へ案内され、そのアキシコンは、このビームの強度分布の外側および／または内側半径方向範囲（普通、それぞれ、σ外側および／またはσ内側と呼ぶ）を設定するためにある。この光ビームのエネルギーのほんの一部をエネルギーセンサＥＳの中へ案内し、残りを、積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯのような、この照明ユニットの更なる素子へ向ける。

このエネルギーセンサの出力信号は、ウエハステージでウエハに入射するエネルギーの量に関係し、その量は、フォトリソグラフィで付ける感光材料に関連する。この実施例では、ビーム３のサイズを操向ミラー２１に接続したプロセッサ５によって測定し、このプロセッサは、エネルギーセンサＥＳからの実測エネルギー信号に応じて傾斜角を測定する。

図３を参照すると、操向ミラー２１の傾斜角とＥＳによって測定したエネルギー信号との間の関係が示してある。上記放射線ビームと上記開口の相対運動によって、上記開口を通るこの放射線ビームの強度を変えるために、このプロセッサが操向ミラー２１に接続してあり、更に上記強度を測定するために上記検出器ＥＳに接続してある。図２のプロセッサ５は、角変位の関数として得たエネルギー値からビームサイズを計算するように構成してある。

図３は、次のように理解することができる：ビームを位置固定開口４の極左側へ向ける傾斜から出発すると、このビームは開口４の縁６によって遮断される。次に、操向ミラー２１を時計方向に回転することによって、この図の上側線図に描く機能的関係に従って、ＤＯＥ４を通るビーム強度が増す。この回転を続けると、結局、ビーム３が開口４の反対側縁７によって部分的に、およびついには完全に遮断される。

ビームサイズ３１を決めるための順序は、そこで次の通りである：最初に、ビーム投射長さをエネルギー線図の５０％点から決め、それは図３に示すように傾斜角αに相当し：

次に、ミラー２１の二つの回転位置間の角度の差を測定し、そこで第１位置では実測強度が比較的低く、例えば１０％であり、第２位置では実測強度が比較的高く、例えば最大強度の９０％である。この開口の第１側でのこれら２つの角度位置がβ_１を形成し、第２の反対側でのこれら２つの角度位置がβ_２を形成する。β_１とβ_２の平均をβと定義し、後にそれを使って以下の式に従ってビームサイズを計算する：

但し、この定数Ｃは、第１および第２位置での特定の相対強度に依る。この特別の場合、ビームサイズの８０％（即ち、１０％〜９０％点）しか実測せず、従って、エネルギー強度と角変位の間に、矩形ビーム断面に対して真である、実質的直線関係を仮定すると、Ｃは１．２５に等しい。このプロセッサは、第１および第２相対位置並びに第１および第２相対強度の差の比としてビームサイズを計算するように構成してある。

図４に、２５×２５傾斜角のマトリックスに対してエネルギー強度を測定した、リソグラフィシステムでの実測結果の２次元プロットを示す。この２次元プロットから、ビームサイズを断面に沿って計算することができ、ここでこれらの１０、５０および９０％点は、線形補間によって決める。この放射線ビームのサイズは、１０％および９０％相対強度線がＹ方向に接近しているので、Ｙ方向よりＸ方向が大きい。

典型的ビームサイズ決定の結果を以下の表１に挙げる：

次に、ＢＭＵに置いた従来のカメラ器具およびラスタ・ターゲットのフレーム・グラバー観察によってビームサイズを測定してチェックした。その結果（３７ｍｍ）は、表１から計算した値と完全に一致した。

ビーム発散性の測定
図５に、ビーム測定ユニットＢＭＵ８の詳細説明図を示す。ズーム・アキシコンＡＭの方向に伝搬する放射線ビーム３（ＤＵＶレーザビーム）から内部結合ミラー９によって１％を分離する。この分離したビーム１０は、レンズ１１を通り、反射ミラー１２を介して第２半反射式ミラー１３に達し、それがこのＤＵＶレーザビーム１０を両半分に分ける。ミラー１３を通過する部分をレンズ１４によって蛍光性ターゲット１５（この例では：ＹＡＧ：Ｃｅ）上に結像する。ミラー１３が反射するこのビームの他の部分は、レンズ１６によって第２蛍光性ターゲット１７上に集束する。両光路の構成は、レンズ１１と１４の組合せがＤＵＶレーザビームの像を蛍光性ＹＡＧ：Ｃｅターゲット１５上に作り、一方レンズ１１と１６の組合せがＤＵＶレーザビーム１０を蛍光性ターゲット１７上に集束するようになっている。従って、レンズ組合せ１１および１４は、ビームの位置を測定するために使い、一方レンズ組合せ１１および１６は、レーザビームの指向方向を測定するために使う。この深紫外光は、ＹＡＧ：Ｃｅ結晶で吸収する。この結晶は、可視光を出し、それをレンズ２０によって位置感応デバイス（ＰＳＤ）１８および１９上に１：１で結像する。

この放射線ビームは、純粋に平行なビームで、もしレンズ１１および１６が適正に整列／配置してある場合は、ターゲット１７上に点状スポットに集束されるだろう（図６のａ参照）。もしこのビームが発散または収束するならば、収束したビームは非ゼロサイズのスポットになるだろう（それぞれ、図６のｂおよびｃ参照）。ターゲット１７上のこのスポットのサイズは、このビームの発散性または収束性の尺度であり、実施例１を参照して説明したように、このスポットを第２ビーム操向ミラー２２でターゲット１７の前またはＰＳＤ１８の前の絞りを通して走査することによって測定することができる。この発散性決定のためには、指向ＰＳＤ１８の合計信号をこの開口を通る全放射線強度の尺度として使うべきである。

次に、ビーム発散性決定の結果を図７および図８に示す。図７の結果を表２に記載する。傾斜角は、回転エンコーダのステップ数からｍｒａｄに変換してある。

角度βは、指向ＰＳＤ１８の最大合計信号の１０％と９０％である、第２操向ミラー２２の二つの位置間の傾斜角差で、ＸおよびＹ方向のビーム発散性の直接の尺度である。角度β［ｍｒａｄ］は、標準較正手順後、ビーム操向ミラー２２の回転位置［ステップ］から得ることができる。

但し、定数Ｃは、全ビーム発散性の１０％および９０％に相当する傾斜角を使用するとき、１．２５に等しい。

表３は、放射線ビームの光路の所定数の位置での写真記録による従来の発散性測定と比較して、この発明による典型的発散性測定の結果を示す。この発明の方法によるビーム発散性測定は、従来のビーム発散性測定法によることを強調する。

説明した実施例では、ビームサイズを測定するために１次元の単一走査を行うが；実際には、ビーム断面の正確な２Ｄ印象を得るためにビームサイズを多数回走査してもよいことを強調する。この本文で該当する場合は、光学的または集束素子という用語を使うとき、それは、同じ効果を与えるならば、複合素子または１組の別々の対物素子でもよいことに言及する。この発明の特定の実施例を上に説明したが、この発明を説明したのと別の方法で実施してもよいことが分るだろう。この説明は、この発明を制限することを意図しない。

この発明の実施例によるリソグラフィ装置を表示する図。 図１のＬＡ−Ｅｘ−２−ＩＬ素子を表示する概略図。 操向ミラーの傾斜角との関係に於けるＥＳ信号の線図を示す概略図であって、対応する放射線ビームと開口の相対位置が上記線図の下部に描いてある図。 ＸおよびＹ方向の相対傾斜に対して２次元で測定したエネルギー信号を示す図。 図２に示したビーム測定ユニットの更に詳しい表示する説明図。 平行（ａ）、発散（ｂ）、および収束（ｃ）放射線ビームの集束を示す図。 Ｘ方向のビーム指向変化に対する測定結果を示す図。 Ｙ方向のビーム指向変化に対する測定結果を示す図。

符号の説明

１ リソグラフィ装置
２ 指向ミラー
３ 放射線ビーム
４ 開口
５ プロセッサ
２１ 操向ミラー
２２ 第２操向ミラー
３１ ビームサイズ
Ｃ 目標部分
ＥＳ 検出器
Ｅｘ ビーム拡大器
ＩＬ 照明システム
ＬＡ 放射線源
ＭＡ パターニング手段
ＭＴ 支持構造体
ＰＢ 投影ビーム
ＰＬ 投影システム
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル

Claims (22)

1. 放射線の投影ビーム（ＰＢ）を供給するための放射線システム（ＬＡ、Ｅｘ、２、ＩＬ）、所望のパターンに従って投影ビームをパターン化するのに役立つパターニング手段を支持するための支持構造体、
   − 基板（Ｗ）を保持するための基板テーブル、
   − パターン化したビームを基板の目標部分上に投影するための投影システム、
   − 放射線ビームを通して指向する開口、
   − 上記開口を通る放射線ビームの強度を測定するための検出器、および
   − 放射線ビーム（３）の位置を変えるための手段、含むリソグラフィ装置であって、
   該リソグラフィ装置が、更に、前記放射線ビームと前記開口の相対運動によってこの開口を通る放射線ビームの強度を変えるために、放射線ビームの位置を変えるための前記手段に接続したプロセッサを含み、該プロセッサが更に前記検出器に接続してあり、プロセッサが実測した強度および相対運動から放射線ビームのビームサイズを計算するように構成され、
   前記放射線ビームの位置を変えるための前記手段が前記開口から比較的大きい距離に位置し且つ前記プロセッサに接続してある傾斜可能な操向ミラーを含み、かつ前記プロセッサが前記反射された放射線ビームの相対運動を前記操向ミラーの受光傾斜角の関数としておよび前記操向ミラーおよび前記開口の間の所定のビーム投射長さの関数として計算するように構成してあることを特徴とするリソグラフィ装置。
2. 前記プロセッサは、前記放射線ビームの第１相対位置で第１相対強度をおよび放射線ビームの第２相対位置で第２相対強度を受けるように、かつ第１および第２相対位置および第１および第２相対強度の比として前記ビームサイズ（３１）を計算するように構成してある請求項１に記載されたリソグラフィ装置。
3. 前記第１および第２相対位置がこの放射線ビームの１０％および９０％相対強度に対応し、かつ上記ビームサイズを前記第１および第２相対位置の間の差から計算する請求項２に記載されたリソグラフィ装置。
4. 前記プロセッサは、前記放射線ビームが前記開口の第１側で少なくとも部分的にこの開口に重なる、放射線ビームの第３相対位置で第３相対強度を受け、および前記放射線ビームが前記開口の前記第１側と反対の第２側で少なくとも部分的に開口に重なる、放射線ビームの第４相対位置で第４相対強度を受けるように構成してあり、プロセッサは、更に、前記ビーム投射長さを、放射線ビームの前記第３および第４相対位置に対応する第３および第４傾斜角並びに前記開口（４）の前記対向する側間の所定の距離の関数として計算するように構成してある請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載されたリソグラフィ装置。
5. 前記操向ミラーが二つの異なる方向に傾斜可能である請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載されたリソグラフィ装置。
6. 前記開口が回折光学素子のフレームの縁によって出来ていることを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載されたリソグラフィ装置。
7. 前記放射線ビームのビームサイズを変えるための光学素子をさらに含み、前記放射線ビームを所望のビームサイズに調節するように、前記光学素子が前記プロセッサに接続してある請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載されたリソグラフィ装置。
8. 放射線の投影ビームを供給するための放射線システム、
   所望のパターンに従って投影ビームをパターン化するのに役立つパターニング手段を支持するための支持構造体、
   基板を保持するための基板テーブル、
   パターン化したビームを基板の目標部分上に投影するための投影システム、
   放射線ビームの一部を焦点面に集束するように構成した集束素子、
   前記集束素子の前記焦点面に配置した開口、
   前記開口を通る放射線ビームの強度を検出するための検出器、および
   放射線ビームの指向方向を変えるための手段、含むリソグラフィ装置に於いて、
   該リソグラフィ装置が、放射線ビームの指向方向の変更によって前記開口を通る前記放射線ビームの強度を変えるために、放射線ビームの指向方向を変えるための前記手段に接続したプロセッサをさらに含み、プロセッサが更に前記検出器に接続してあり、プロセッサが実測した強度および指向方向から放射線ビームのビーム発散性を計算するように構成してあることを特徴とするリソグラフィ装置。
9. 前記放射線ビームの指向方向を変えるための前記手段が二つの異なる方向に傾斜可能な操向ミラーを含み、前記操向ミラーは、それを傾斜することによって放射線ビームの指向方向を実質的に変えるように、前記開口から比較的小さい距離に位置する請求項８に記載されたリソグラフィ装置。
10. 前記検出器がエネルギーセンサおよび位置検出器の一つを含む請求項８又は請求項９に記載されたリソグラフィ装置。
11. リソグラフィ装置で放射線ビームのビームサイズを決める方法であって、
    放射線ビーム（３）を用意する工程、
    開口を用意する工程、
    前記開口を通るこの放射線ビームの強度を測定するための検出器を用意する工程、
    前記開口に対する放射線ビームの位置を変える工程、
    最大強度に対する開口を通る放射線ビームの強度をこの放射線ビームの相対運動の関数として測定する工程、および
    実測強度から放射線ビームのビームサイズを相対運動の関数として計算する工程、を含み、
    前記開口から比較的大きい距離に傾斜可能な操向ミラーを用意する工程、
    前記操向ミラーを傾斜することによって前記放射線ビームの位置を実質的に変えるように操向ミラーによって放射線ビームを反射する工程、および
    前記反射した放射線ビームの相対運動を前記操向ミラーの傾斜角の関数としておよび前記操向ミラーと前記開口の間の所定のビーム投射長さの関数として計算する工程、をさらに含むビームサイズを決める方法。
12. 前記ビームサイズを計算する工程が、
    上記放射線ビームの第１相対位置で第１相対強度を決める工程、
    放射線ビームの第２相対位置で第２相対強度を決める工程、および
    ビームサイズを第１および第２相対位置並びに第１および第２相対強度の差の比として計算する工程を、含むことを特徴とする請求項１１に記載された方法。
13. 前記第１および第２相対位置が上記放射線ビーム（３）の１０％および９０％相対強度に対応する請求項１２に記載された方法。
14. 前記操向ミラーを二つの異なる方向に傾斜しおよび前記ビームサイズを二つの異なる方向で測定する請求項１１から請求項１３までの何れか１項に記載された方法。
15. − 上記放射線ビーム（３）を所望のビームサイズに調節するように、上記放射線ビーム（３）のビームサイズ（３１）を変える工程、をさらに含む請求項１１から請求項１４までの何れか１項に記載された方法。
16. 前記放射線ビームが前記開口の第１側で少なくとも部分的に開口に重なる、前記操向ミラーの第３相対傾斜角に相当する、放射線ビームの第３相対位置で第３相対強度を測定する工程、
    前記放射線ビームが前記開口の前記第１側と反対の第２側で少なくとも部分的に開口に重なる、前記操向ミラーの第４相対傾斜角に相当する、放射線ビームの第４相対位置で第４相対強度を測定する工程、および
    前記ビーム投射長さを、前記第３および第４傾斜角並びに前記開口の前記対向する側間の所定の距離から計算する工程、をさらに含む請求項１１から請求項１５までの何れか１項に記載された方法。
17. 前記放射線ビームの前記第３および第４相対位置が前記開口を通る５０％相対強度に対応する請求項１６に記載された方法。
18. リソグラフィ装置で放射線ビームのビーム発散性を決める方法であって、
    放射線ビームを用意する工程、
    集束素子を用意する工程、
    前記集束素子の焦点面に開口を用意する工程、
    前記開口を通る放射線ビームの強度を測定するための検出器を用意する工程、
    前記集束素子によって前記放射線ビームの一部を焦点面に集束する工程、
    前記放射線ビームの指向方向を変える工程、
    最大強度に対する開口を通る放射線ビームの強度をこの放射線ビームの指向方向の関数として測定する工程、および
    実測強度から放射線ビームのビーム発散性を指向方向の関数として計算する工程、を含むビーム発散性を決める方法。
19. 前記ビームの発散性を計算する工程が、
    前記放射線ビームの第１指向方向で第１相対強度を決める工程、
    放射線ビームの第２指向方向で第２相対強度を決める工程、かつ
    − このビーム発散性を第１および第２指向方向並びに第１および第２相対強度の差の比として計算する工程、を含むことを特徴とする請求項１８に記載された方法。
20. 前記検出器がエネルギーセンサおよび位置検出器の一つを含む請求項１８又は請求項１９に記載された方法。
21. 前記開口から比較的小さい距離に位置する操向ミラーで前記放射線ビームを反射することによりおよび放射線ビームの指向方向を実質的に変えるように前記操向ミラーを二つの異なる方向に傾斜することにより、放射線ビーム（３）の指向方向を変える請求項１８から請求項２０までの何れか１項に記載された方法。
22. 前記放射線ビームの前記ビームサイズおよび前記ビーム投射長さは、第１操向ミラーを傾斜することによって測定し、および放射線ビームの前記ビーム発散性は、第２操向ミラーを傾斜することによって決定し、前記第１操向ミラーは、前記放射線ビームの光路で前記第２操向ミラーの前に設けて、前記第１ミラーが放射線ビームの相対位置を実質的に変え且つ前記第２ミラーが放射線ビームの指向方向を実質的に変えるようになっている請求項１１から請求項２１までの何れか１項に記載された方法。