JP4290553B2 - 画像化装置 - Google Patents

Description

本発明は、
投影放射ビームを供給するための放射システムと、
投影ビームを所望のパターンに従ってパターン化するべく機能するプログラム可能パターン化手段を支持するための支持構造と、
基板を保持するための基板テーブルと、
パターン化されたビームを基板の目標部分に投射するための投影システムと
を備えた画像化装置に関する。

本明細書に使用されている「プログラム可能パターン化手段」という用語は、入射する放射ビームの断面を、基板の目標部分に生成すべきパターンに対応するパターンにパターン化するべく使用することができる手段を意味するものとして広義に解釈されたい。また、このコンテキストにおいては、「光バルブ」という用語を使用することも可能である。一般的には、前記パターンは、目標部分に生成されるデバイス、例えば集積回路又は他のデバイス（以下を参照されたい）中の特定の機能層に対応している。このようなパターン化手段の実施例には以下のようなものがある。
プログラム可能ミラー・アレイ：粘弾性制御層及び反射型表面を有するマトリックス処理可能表面は、このようなデバイスの実施例の１つである。このような装置の基礎をなしている基本原理は、（例えば）反射型表面の処理領域が入射光を回折光として反射し、一方、未処理領域が入射光を非回折光として反射することである。適切なフィルタを使用することにより、前記非回折光を反射ビームからフィルタ除去し、回折光のみを残すことができるため、この方法により、マトリックス処理可能表面の処理パターンに従ってビームがパターン化される。プログラム可能ミラー・アレイの代替実施例には、マトリックス配列された微小ミラーが使用されている。微小ミラーの各々は、適切な局部電界を印加することによって、あるいは圧電駆動手段を使用することによって、１つの軸の周りに個々に傾斜させることが可能である。この場合も、微小ミラーは、入射する放射ビームを反射する方向が、処理済みミラーと未処理ミラーとでそれぞれ異なるようにマトリックス処理することが可能であり、この方法により、マトリックス処理可能ミラーの処理パターンに従って反射ビームがパターン化される。必要なマトリックス処理は、適切な電子手段を使用して実行される。上で説明したいずれの状況においても、プログラム可能パターン化手段は、１つ又は複数のプログラム可能ミラー・アレイを備えている。上で参照したミラー・アレイに関する詳細な情報については、例えば、いずれも参照により本明細書に援用されている米国特許第５，２９６，８９１号及び第５，５２３，１９３号、並びにＰＣＴ特許出願ＷＯ９８／３８５９７号及びＷＯ９８／３３０９６号を参照されたい。プログラム可能ミラー・アレイの場合、前記支持構造は、例えば、必要に応じて固定又は移動させることができるフレーム又はテーブルとして具体化されている。
プログラム可能ＬＣＤアレイ：参照により本明細書に援用されている米国特許第５，２２９，８７２号に、このような構造の実施例の１つが記載されている。この場合の支持構造も、プログラム可能ミラー・アレイの場合と同様、例えば、必要に応じて固定又は移動させることができるフレーム又はテーブルとして具体化されている。

分かり易くするために、本明細書の以下の特定の部分、とりわけ実施例の部分にはマスク及びマスク・テーブルが包含されているが、このような実施例の中で考察されている一般原理は、上で説明したプログラム可能パターン化手段のより広義のコンテキストの中で理解されたい。

本明細書において説明する画像化装置を使用した（半導体）製造プロセスでは、デバイス・パターンが、少なくとも一部が放射線感応材料（レジスト）の層で被覆された基板上に画像化される。この画像化ステップに先立って、プライミング、レジスト・コーティング及びソフト・ベークなどの様々な処理手順が基板に加えられる。放射線への露光後、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハード・ベーク及び画像化されたフィーチャの測定／検査などの他の処理手順が基板に加えられる。この一連の処理手順は、例えばＩＣなどのデバイスの個々の層をパターン化するための基本として使用されている。次に、パターン化されたこのような層に、エッチング、イオン注入（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学機械研磨等、様々な処理が施される。これらの処理はすべて個々の層の仕上げを意図したものである。複数の層を必要とする場合、すべての処理手順又はそれらの変形手順を新しい層の各々に対して繰り返さなければならないが、最終的にはデバイスのアレイが基板（ウェハ）上に出現する。これらのデバイスは、次に、ダイシング又はソーイングなどの技法を使用して互いに分割され、分割された個々のデバイスは、キャリアに実装され、あるいはピンに接続されることができる。このようなプロセスに関する詳細な情報については、例えば、参照により本明細書に援用されている著書「Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」（第３版、Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ著、ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．、１９９７年、ＩＳＢＮ ０−０７−０６７２５０−４）を参照されたい。

分かり易くするために、以下、投影システムを「レンズ」と呼ぶが、この用語には、例えば、屈折光学系、反射光学系及びカタディオプトリック系を始めとする様々なタイプの投影システムが包含されているものとして広義に解釈されたい。また、放射システムには、投影放射ビームを導き、整形し、あるいは制御するためのこれら設計タイプに従って動作するコンポーネントが含まれていてもよく、以下、このようなコンポーネントについても、集合的あるいは個々に「レンズ」と呼ぶ。また、リソグラフィック装置は、複数の基板テーブル（及び／又は複数のマスク・テーブル）を有するタイプの装置であり、このような「多重ステージ」デバイスの場合、追加テーブルが並列に使用されているか、あるいは１つ又は複数の他のテーブルが露光のために使用されている間、１つ又は複数のテーブルに対して予備ステップが実行されている。例えば、参照により本明細書に援用されている米国特許第５，９６９，４４１号及びＷＯ９８／４０７９１号に、二重ステージ・リソグラフィック装置が記載されている。

冒頭の段落で明記した画像化装置は、マスク書込みマシンを製造するべく、例えばスウェーデンの企業Ｍｉｃｒｏｎｉｃによって広く使用されている。このようなマスクは、集積回路（ＩＣ）などの集積デバイスの製造に必要な広範囲に渡る製造ステップの一部として、マスク・パターンをフォトレジスト被覆シリコン・ウェハなどの感光性基板上に反復して画像化するリソグラフィック投影装置に使用することができる。このようなマスク書込みマシンにおける基板は、例えば、フォトレジストの層で被覆された金属化プレート（例えばＣｒ被覆クォーツ又はＣａＦ_２プレート）である。このようなマスク書込みマシンの基礎をなしている着想は、（高度に複雑な）マスク・パターンの電子ファイルを使用してパターン化手段がマトリックス処理され、マトリックス処理されたパターン化手段によってパターン化放射ビームがマスク・プレートの微小部分に投射されることである。電子ファイルに従ってパターン化ビーム中のパターンを変更し、同時に、マスク・プレートの表面全体に渡ってビームを移動させる（走査運動若しくはステッピング運動のいずれかで）ことにより、パターン化ビームからの結合（並列）サブパターンの総体として最終マスク・パターンが構築される。そのために、このようなマシンは、しばしば「直接書込み」マシンと呼ばれている。

上の段落で説明したマシンが使用されているのは、これまでのところ、マスクの製造のみであるが、少なくとも原理的には、半導体集積デバイス及び他の集積デバイスの製造にこのようなマシンを使用することが可能である。その場合、マスク・プレートは、例えばシリコンウェハに置き換えられ、また、パターン化手段によってウェハ上に構築されるパターンは、ダイ・パターンのアレイに対応することになるが、このようなアプリケーションの主な欠点は、スループットが極めて小さいということであろう。現在の直接書込みマシンは、１日当たり基板１枚程度のスループットの達成を期待することができるが、最新技術によるリソグラフィック投影装置は、１時間当たり基板１００枚程度のスループットを有している。しかしながら、このようなアプリケーションを追求することは依然として興味深いことであり、例えば、特定の集積デバイス（専用ＡＳＩＣなど）の少量バッチを鋳造製造する場合、問題のバッチ専用のマスクを製造するための極めて高いコスト（５０，０００〜１００，０００米ドル程度に及ぶことがしばしばである）を当てるより、上で説明したマシンによって提供される低速直接書込み処理を辛抱強く使用することの方が魅力的である。このような選択が魅力的であるのは、現状においては、極めて高価なデバイスのバッチが極めて少量の場合のみであるが、直接書込みマシンのスループットを向上させることができれば、このようなマシンは、より一層魅力的になるであろう。上で説明した従来のリソグラフィック装置に関する詳細な情報については、例えば、参照により本明細書に援用されている米国特許第６，０４６，７９２号を参照されたい。

直接書込みマシンが抱えている問題の１つは、データ処理に関係している。パターン化手段によって生成されるパターンは、通常、パターン化手段の個々の「ピクセル」に引き渡される電子信号によって決定される。通常、密接に関連する極めて多数のこのようなピクセルが存在しており（１００，０００〜１，０００，０００個又はそれ以上）、また、これらのピクセルによって生成されるパターンが定期的に変更されるため（上記２つの段落で説明したサブパターンを合わせる結果として）、その結果、通常、典型的な露光操作の間にパターン化手段に引き渡される電子データが膨大な数に上っている。このようなシステムのすべてに当てはまることであるが、例えば電子エラー（統計的ビットエラー）あるいは機械エラー（個々のピクセルのヒシテリシス）の結果として、ピクセルエラーが生じる可能性が存在している。このようなエラーが、基板に投影されるパターンの望ましくない変化の原因になり、延いては、最終的にリソグラフィック・プロセスに起因する集積デバイス（又はマスク）の故障若しくは次善機能による動作に導いている。

スループットが比較的小さい場合、上の段落で説明した問題は、必ずしも重大な問題ではなく、例えば、１回の通過中に生じる統計的ピクセルエラーを、後続及び／又は先行する、そのピクセルエラーのない通過によって十分に補償することができるよう、重畳する複数回の通過で投影パターンを構築することができる。しかしながら、より大きいスループットを追求する場合は、このようなシナリオでの所望回数の多重通過に関わる時間オーバヘッドの余裕はない。また、統計的ピクセルエラーの危険は、存在しているピクセルの数に比例して増加するため、パターン化手段のピクセルの数を増やすことによってスループットを向上させる試みは、一般的には問題を一層悪化させるだけである。

本発明の目的は、これらの問題を低減することであり、より詳細には、冒頭の段落で記述した、従来の直接書込み装置よりピクセルエラーの影響を受け難い装置を提供することである。

これら及び他の目的は、冒頭の段落で明記した、
プログラム可能パターン化手段と基板テーブルの間に設けられた、パターン化されたビームの一部をわきへ逸らせるべく機能するビーム分割手段と、
パターン化されたビームの前記部分を解析するための画像検出手段と
をさらに備えたことを特徴とする、本発明による画像化装置によって達成される。

本発明による装置により、パターン化手段に引き渡される電子データによって所望のパターンが生成されるであろうことをただ単に信頼するのではなく、プログラム可能パターン化手段によって生成される実際の（空中）画像をモニタする方法が提供される。この方法によれば、画像化されたパターンの事後検査後ではなく、実時間でピクセルエラーを検出することができるため、製造欠陥が生じる前にピクセルエラーを検出し、かつ、修正することができる。

本発明による特定の実施例では、画像検出手段は、（メイン）パターン化手段によって生成される実際の画像と、基準パターン化手段によって生成される基準画像とを比較するべく具体化されている。このようなシナリオにおいては、メイン・パターン化手段に入力される電子データ・ストリームが基準パターン化手段にも引き渡されるため、両方のパターン化手段によって同じパターンが生成される。メイン・パターンに統計的ピクセルエラーが生じたとしても、基準パターンに同じエラーが生じることはめったになく、したがって２つのパターンを比較することによってエラーが明らかになり、さらには欠陥ピクセルの位置を特定することができる。何らかのこのようなピクセルエラーが検出されると、メイン・パターン化手段がリセットされ、実際の画像が結像される前に、関連する電子データが「リファイア」される。

上の段落における状況に対する例示的実施例では、メイン・パターン化手段によって生成される画像のネガ画像である（空中）画像が基準パターン化手段によって生成されている。この画像の生成は、例えば、基準パターン化手段へのデータ・ストリーム中にインバータを使用することによって達成することができる。次にメイン画像及び基準画像を加え合わせることにより、明るいピクセルとして映し出されるピクセルエラーが存在する場合を除き、一様な黒い画像が画像検出手段上に生成される。

本発明に使用される画像検出手段は、例えば画像を検出するための電荷結合デバイス（ＣＣＤ）を備えている。別法としては、画像検出手段は、ＣＭＯＳ検出器、光電子増倍管若しくはフォトダイオードなどの検出器を備えることも可能である。

本発明の他の態様によれば、
（ａ）少なくとも一部が放射線感応材料の層で被覆された基板を提供するステップと、
（ｂ）放射システムを使用して投影放射ビームを提供するステップと、
（ｃ）投影ビームの断面に所望のパターンを付与するためのプログラム可能パターン化手段を使用するステップと、
（ｄ）パターン化された放射ビームを放射線感応材料の層の目標部分に投射するステップとを含み、
ステップ（ｄ）に先立って、あるいはステップ（ｄ）を実行中に、
パターン化されたビームの一部がわきへ逸れて画像検出手段に導かれ、
前記画像検出手段を使用して、パターン化されたビームの前記部分が解析され、かつ、前記所望のパターンに対応するパターンを含有している領域の範囲が決定される
ことを特徴とするデバイス製造方法が提供される。

本明細書においては、本発明による装置の、とりわけＩＣの製造における使用が述べられているが、本発明による装置は、他の多くの可能アプリケーションを有していることを明確に理解されたい。例えば、本発明による装置は、集積光学系、磁気領域メモリのための誘導及び検出パターン、液晶表示パネル、薄膜磁気ヘッド、ＤＮＡ分析装置等の製造に使用することができる。また、本発明による装置を使用してマスクを書き込むこともできる。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「ウェハ」あるいは「ダイ」という用語の使用はすべて、それぞれより一般的な「基板」及び「目標部分」という用語に置換されているものと見なすべきであることは、当分野の技術者には理解されよう。

本明細書においては、「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外線放射（例えば、波長が３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ若しくは１２６ｎｍ）及びＥＵＶ（波長の範囲が例えば５〜２０ｎｍの極紫外線放射）を含むあらゆるタイプの電磁放射を包含するべく使用されている。

以下、本発明の実施例について、単なる実施例に過ぎないが、添付の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。

図１は、本発明を使用することができる画像化装置を略図で示したものである。この装置は、
投影放射ビームＰＢ（例えばＵＶ放射若しくはＥＵＶ放射）を供給するための放射システムＲＳ（この特定の実施例の場合、放射システムにはさらに放射源ＬＡが含まれている）と、
パターン・ラスタライザ（パターン化手段をマトリックス処理するためのもの）に接続された、偏向手段ＤＭを使用してビームＰＢが導かれるパターン化手段ＰＭ（例えばプログラム可能ミラー・アレイ若しくはこのようなアレイの集合）と、
アイテムＰＬに対して基板を正確に位置決めするための干渉測定及び位置決め手段ＩＦに接続された、基板Ｗ（例えばレジスト被覆シリコン・ウェハ）を保持するための基板テーブルＷＴと、
ビームＰＢを基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば１つ又は複数のダイからなっている）に結像させるための投影システム（「レンズ」）ＰＬ（例えば屈折系、カタディオプトリック系若しくはカトプトリック系）と
を備えている。

図１に関して、放射源ＬＡを画像化装置のハウジング内に配置し、かつ、画像化装置から離して配置することにより、例えば適切な誘導ミラーを使用して、放射源ＬＡが生成する放射ビームを画像化装置に供給することができることに留意されたい。本発明及び特許請求の範囲の各請求項には、これらのシナリオの両方が包含されている。

パターン化手段ＰＭを通過したビームＰＢは、ビームＰＢを基板Ｗの目標部分Ｃに集束させるレンズＰＬを通過する。干渉測定及び位置決め手段ＩＦを使用することにより、例えば異なる目標部分ＣをビームＰＢの光路中に配置するべく、基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。一般に、基板テーブルＷＴの移動は、図１には明確に示されていないが、長ストローク・モジュール（粗位置決め）及び短ストローク・モジュール（精密位置決め）を使用して実現されている。基板Ｗは、例えばマスク・パターンを書き込むべきクォーツ板であり、あるいはデバイス・ダイのアレイを画像化すべきシリコン・ウェハである。

「実施例１」
図２は、本発明の第１の実施例による画像化装置の一部を示したもので、パターン化手段ＰＭと基板Ｗの間に、投影ビームＰＢの一部ＰＢ’をわきへ逸らせ、かつ、画像検出手段ＩＤに導くべく機能しているビーム分割手段ＢＳが使用されている。ビーム分割手段ＢＳは、図１に示す、異なる目的を果たしている偏向手段ＤＭと混同してはならない。ビーム分割手段ＢＳは、原理的には、アイテムＰＭとＷの間の都合の良い任意のポイントに配置することができる。

画像検出手段（例えばＣＣＤアレイからなる）を使用して、ビームＰＢ’のパターンがパターン化手段ＰＭによって生成すべき所望のパターンに対応しているか否かを決定するべく、ビームＰＢ’のパターンが解析される。ビームＰＢ’のパターンが所望のパターンに対応していない場合、基板Ｗ上への画像化が延期されるかあるいは中止され、意図するパターンを新たに生成するべくパターン化手段ＰＭがリセットされ、かつ、「リファイア」される。新たに生成されたパターンは、アイテムＢＳ及びＩＤを使用して再度チェックされる。この方法によれば、例えばパターン化手段ＰＭ中のピクセルエラーあるいはパターン化手段ＰＭを駆動しているエレクトロニクスに起因する不良パターンに基づく画像化の発生が回避される。

図２に示す画像検出手段は、例えば画像を処理することができるコンピュータに接続することができる。その場合、このようなコンピュータは、ビームＰＢ’のパターンと基準パターンとを比較し、ビームＰＢ’のパターンと基準パターンの間のあらゆる相違を識別することができる。

「実施例２」
図３は、図２に示す状況に対する代替実施例を示したものである。この代替実施例では、基準パターン化手段ＰＭ２（例えば、実施例１の場合と同じタイプ及びサイズのプログラム可能ミラー・アレイ）が、メイン・パターン化手段ＰＭ１（図２のアイテムＰＭに対応している）と同じパターン・ラスタライザＰＲに接続されている。ただし、基準パターン化手段ＰＭ２へのラスタ化信号は、最初にインバータＩＮＶを通過している。この場合、理論的には、メイン・パターン化手段ＰＭ１及び基準パターン化手段ＰＭ２は、同じパターンを生成することになるが、そのパターンは、互いにネガ（すなわち相補）をなしている。基準パターン化手段ＰＭ２によって生成されたパターン化ビームＰＢ２は、ビーム分割手段ＢＳ中に結合され、最終的には画像検出手段ＩＤに結合される。

ピクセルエラーが存在しない場合、パターン化ビームＰＢ２及びＰＢ１が加え合わされ、一様な輝度の等方性画像が検出器ＩＤ上に生成されるが、ピクセルエラーが存在している場合、強度のより強いスポット若しくはより弱いスポットが検出器ＩＤ上に生成され、延いてはエラー信号が生成されることになる。この方法は、メイン・パターン化手段ＰＭ１の出力を解析するためのとりわけ洗練された方法である。

上で考察した方法の代替として、ラスタライザと基準パターン化手段ＰＭ２の間のインバータを省略し、画像をＰＭ１及びＰＭ２から個別検出器上に投影し、かつ、これらの検出器から出力信号を控除することができる。

「実施例３」
図４は、図３に示す実施例の変形態様を示したものである。図４では、ビーム分割手段ＢＳと検出器ＩＤの間に基準パターン化手段ＰＭ２が置かれている。図に示すように、基準パターン化手段ＰＭ２は透過型であるが、図４に示す動作原理を逸脱することなく、基準パターン化手段ＰＭ２を反射型にすることもできる。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、説明した以外の方法で本発明を実践することができることは理解されよう。以上の説明は、本発明を制限することを意図したものではない。

本発明との使用に適した画像化装置を示す図である。 本発明による装置の第１の実施例を示す図である。 本発明による装置の第２の実施例を示す図である。 本発明による装置の第３の実施例を示す図である。

Claims (4)

1. 投影放射ビームを提供するための放射システムと、
   前記投影ビームを、基板の目標部分に生成すべき所望のパターンに対応するパターンにパターン化するべく機能するプログラム可能パターン化手段を支持するための支持構造と、
   基板を保持するための基板テーブルと、
   パターン化されたビームを前記基板の目標部分に投射するための投影システムとを備えた画像化装置において、該装置が、
   前記プログラム可能パターン化手段と前記基板テーブルの間に設けられた、前記パターン化されたビームの一部をわきへ逸らせるべく機能するビーム分割手段と、
   前記パターン化されたビームの前記部分を解析するための画像検出手段とをさらに備え、
   前記画像検出手段が、前記プログラム可能パターン化手段によって生成される実際の画像と、基準パターン化手段によって生成される基準画像とを比較するべく具体化されたことを特徴とする画像化装置。
2. 前記基準画像が前記実際の画像のネガであることを特徴とし、かつ、前記画像検出手段が、前記実際の画像と基準画像を加え合わせための手段若しくは控除するための手段を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の画像化装置。
3. 前記画像検出手段が、電荷結合デバイス、ＣＭＯＳ検出器、フォトダイオード及び光電子増倍管からなるグループから選択された検出デバイスを備えたことを特徴とする、請求項１または２に記載の画像化装置。
4. （ａ）少なくとも一部が放射線感応材料の層で被覆された基板を提供するステップと、
   （ｂ）放射システムを使用して投影放射ビームを提供するステップと、
   （ｃ）前記投影ビームの断面に、基板の目標部分に生成すべき所望のパターンに対応するパターンを付与するためのプログラム可能パターン化手段を使用するステップと、
   （ｄ）パターン化された放射ビームを前記放射線感応材料の層の目標部分に投射するステップとを含むデバイス製造方法において、
   ステップ（ｄ）に先立って、あるいはステップ（ｄ）を実行中に、
   前記パターン化されたビームの一部がわきへ逸れて画像検出手段に導かれ、また、
   前記画像検出手段を使用して、前記パターン化されたビームの前記部分が解析され、かつ、前記所望のパターンに対応するパターンを含有している領域の範囲が決定され、
   前記画像検出手段が、前記プログラム可能パターン化手段によって生成される実際の画像と、基準パターン化手段によって生成される基準画像とを比較するべく具体化されていることを特徴とする、デバイス製造方法。

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