(57)【要約】【課題】本発明は放射線源の放出される放射線の平均出力を安定化するための方法及び装置に関しており、その課題は、放出パルスエネルギに影響を与える為の十分に信頼できる操作変数がない場合でも信頼できる調整が出来る、パルス放射線源（１）の平均放出放射線出力を安定化させる為の新たな可能性を見出すことである。【解決手段】上記課題は本発明に従い、現在の放射線パルスの単独パルスエネルギ（Ｅｉ）が測定されること、現在の単独パルスエネルギ（Ｅi）の所定の目標値（Ｅ0）からの偏差が決定されること、及び、次の放射線パルスのトリガに先行するパルス間隔（Δｔi+1）を現在の単独パルスエネルギ（Ｅi）及びパルスエネルギの目標値（Ｅ0）の偏差の大きさに依存して制御することによって解決される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特にエキシマレーザ、Ｆ２レーザ又は高温プラズマに基づくＥＵＶ放射線源による、パルス駆動される放射線源の放出される放射線の平均出力を安定化する為の方法において、以下のステップ：
‐現在の放射線パルスの単独パルスエネルギ（Ｅi）を測定するステップ
‐現在の単独パルスエネルギ（Ｅi）の、予め定められた単独パルスエネルギの目標値（Ｅ0）からの偏差ΔＥ＝Ｅi−Ｅ0を決定するステップ、及び
‐現在の単独パルスエネルギ（Ｅi）の、パルスエネルギの目標値（Ｅ0）からの偏差の大きさに依存して、次の放射線パルスを誘起するまでのパルス間隔（Δｔi+1）を制御するステップ、
を特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、素早いトリガ（１１）の適時的なプログラミングによって、現在の単独パルスエネルギ（Ｅi）によって目標値（Ｅ0）を下回る量が大きいほどよりいっそう早くパルスがトリガされ、そして、現在の単独パルスエネルギ（Ｅi）によって目標値（Ｅ0）を上回る量が大きいほどよりいっそう遅くパルスがトリガされることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、パルス間隔（Δｔi+1）が
‐単独パルスの平均繰り返し周波数（ｆ0）、
‐パルスエネルギ（Ｅ0）の要求される目標値、及び
‐現在のパルスの測定される単独パルスエネルギ（Ｅi）
から、計算規則Δｔi+1＝Ｅi／(ｆ0・Ｅ0)を用いて決定されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、ウエハ露光用のリソグラフィ露光システム（３）が、いくつの単独パルスがどれだけ強く作用し又放射線強度がスキャン軸に沿ってどのように分布するかを定める窓関数を、上記窓関数が放射線強度の急に増加及び減少する横側を持たないように、有することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、スキャン軸ｗ(ｘ−ｘ0)に対する単独パルスの放射線強度の空間分布から、窓関数が
∫ｗ(ｘ−ｘ0)ｄｘ＝１
と定義され、その際位置ｘはスキャン速度ｖ及び時間ｔの積により置き換えられ、又、全線量Ｄがウエハ上の特定の位置で、
Ｄ＝∫ｗ(ｖ・ｔ−ｖ・ｔ0)Ｐ(ｔ)ｄｔ
＝Σｗ(ｖ・ｔi−ｖ・ｔ0)Ｅｉ
に対して計算されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、窓関数として少なくとも３０パルスにわたるガウス関数が用いられることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項４に記載の方法において、窓関数として少なくとも３０パルスにわたる三角関数が用いられることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項４に記載の方法において、窓関数として少なくとも３０パルスにわたる台形関数が用いられることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、バーストの初期段階内でのパルスエネルギの所謂オーバーシュート挙動又はアンダーシュート挙動を補償する為、現在のバースト（ｋ）での放射線の平均出力（＜Ｐｉ(ｋ)＞）が少なくとも１つの非調整のモデルバースト（ｊ）の予め保存されたパルスエネルギ値（Ｅｉ(ｊ)）を用いて適用され、そしてそこからパルス間隔（Δｔi+1(ｋ））が調節可能な平均パルスエネルギ（Ｅ0）からの偏差に対応して計算されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、関係式
Δｔi+1（ｋ）＝（１／ｆ0）・（Ｅｉ(ｋ)／Ｅ0）・（＜Ｅi+1(ｊ)＞／＜Ｅｉ(ｊ)＞）
に従う次のパルスに対するパルス間隔が算出され、その際平均パルスエネルギ値（＜Ｅｉ(ｊ）＞）として、少なくとも非調整のモデルバースト（ｊ）のパルスエネルギ値（Ｅｉ(ｊ)）が用いられることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、平均パルスエネルギ値（＜Ｅｉ(ｊ)＞）として、複数の非調整のモデルバースト（ｊ）からの平均パルスエネルギ値（Ｅｉ(ｊ)）が用いられることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の方法において、非調整のモデルバースト（ｊ）が、予め同一の初期条件下でそして同一のバーストパターンと共に、調整されるべき現在のバースト（ｋ）のように、記録及び保存されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項９に記載の方法において、モデルバースト（ｊ）が、複数の様々な初期条件及び厳密に既定されたバーストパターンを有する個別のキャリブレーションレジームで、発生及び保存されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、モデルバースト（ｊ）のパルスエネルギ値を記録する為、放射線発生ユニット（１２）が、厳密に既定された充電電圧値及びガス条件値によって、駆動されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
特にエキシマレーザ、Ｆ２レーザ、又は、高温パルスに基づくＥＵＶ放射線源による、パルス駆動される放射線源の放射線の平均出力を安定化するための装置にして、高いパルス繰り返し数の放射線パルスを発生する放射線発生ユニット、個々の単独パルスのパルスエネルギを測定する為の測定ユニット、及び、少なくとも１つの先行パルスのパルスエネルギ測定に基づき次のパルスの制御を可能にする、放射線発生ユニットの作用変数を制御する為の閉じた制御ループ、を含む装置において、
‐パルス間隔を調整するための制御ユニット（２２）が備えられ、
上記制御ユニットは現在のパルスのパルスエネルギを測定する為の測定ユニット（２１）と接続され、また上記制御ユニットはアウトプットにて制御信号を有し、上記制御信号は、現在のパルスの測定される単独パルスエネルギ（Ｅｉ）の、パルスエネルギ（Ｅ0）の所望の目標値からの偏差に基づいて発せられ、また、現在のパルスに対する次のパルスのパルス間隔（Δｔi+1）の基準値の為の大きさを表すこと、及び
‐パルス誘起時点を素早く変更するためのプログラム可能なトリガ（１１）が、制御ユニット（２２）及び放射線発生ユニット（１２）の間に配設され、上記トリガによって次のパルスの誘起時点は制御ユニット（２２）の出力信号に依存して単独パルスの公称繰り返し周波数（ｆ0）に対して変更可能であること
を特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置において、測定ユニット（２１）が放射線源（１）の個別の測定チャンネルに配設され、その際上記測定チャンネルでは少なくとも放射線発生ユニット（１２）と放射線の適用位置の間に備えられる露光システム（３）の光学透過システム（３１）のエタンデュが等価にシミュレートされることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の装置において、適用位置での現在のパルスのパルスエネルギの実収率(reale Ausbeute)を検知する為に、放射線発生ユニット（１２）及び放射線の適用位置の間に備えられる光学透過システム（３１）の下流に測定ユニット（２１）が配設されることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１５に記載の装置において、測定ユニット（２１）が半導体チップ製造用のリソグラフィ露光システム（３）にて露光されるべきウエハ表面近傍に配設されることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１５に記載の装置において、測定ユニット（２１）が半導体チップ製造用のリソグラフィ露光システム（３）にて露光されるべきウエハ上へ写されるべきマスク近傍に配設されることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１５に記載の装置において、測定ユニット（２１）が半導体チップ製造用のリソグラフィ露光システム（３）の共役ウエハ面に配設される検出システムによって形成され、その際検出システムは、その他の測定タスクの為に設けられ、また、個々の放射線パルスのパルスエネルギ値（Ｅｉ）を記録及び伝達する為に放射線源（１）の制御ユニット（２２）と追加的に接続されることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にガス放電プラズマ(ＧＤＰ：gas-discharge plasma)又はレーザー生成プラズマ(ＬＰＰ：laser produced plasma)に基づくＥＵＶ源、エキシマレーザ、Ｆ２レーザ又はその他のパルス駆動される放射線源による、放射線源の放出される放射線の平均出力を安定化するための方法及び装置に関している。その様な線源の好ましい応用範囲は電気回路を製造する為の半導体リソグラフィである。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業の光リソグラフィ法では、所謂スキャナで（転写される構造を有する）マスクが縮小されて半導体基板（ウエハ）上へ転写される。
【０００３】
光リソグラフィ法の質は、光学システムの特性（開口数、焦点深度、レンズ又は鏡の転写エラー）のほか、本質的に、入射される放射線量をどれだけ厳密に維持できるかによって決定される。この線量精度(Dosisstabilitaet(英語：dose accuracy))は、非特許文献１によれば
ａ）パルスの量子化(Impuls-Quantisierung)
ｂ）パルス‐パルス安定性(Puls-zu-Plus-Stabilitaet)及び
ｃ）放出体積の空間的安定性
によって決定される。
【０００４】
その際、パルスの量子化ａ）はスキャナ固有である。走査(英語：scan)の間に可動スリット(英語：moving slit)へ入る光パルスの数は可変である。パルスの量子化を最適化するための方法は例えば特許文献１に開示される。
【０００５】
ｂ）及びｃ）の量は放射線源そのものに対し固有であり、その際ｃ）の量は放射線を発生するプラズマの検出可能な変動(Fluktuation)に基づくＥＵＶ源の為にのみ重要である。
【０００６】
今日一般的な露光プロセスでは、特別な光源により照射されるマスクは、縮小されてウエハ上へ写し取られる。露光の為、放射線源として現在のところ２４８ｎｍ及び１９３ｎｍの波長での狭帯域のエキシマレーザが使用される。更に、１５７ｎｍのＦ２レーザに基づくシステムが開発中であり、又、より短い波長への動向は目下のところ１３ｎｍ周辺の波長を有するプラズマに基づくＥＵＶ放射線源によって続けられる。
【０００７】
その際、ウエハ表面上でそれぞれの放射線パルスが放射スポットを生じ、上記放射スポットはマスク及びウエハの同期運動により、ウエハ表面上でパルスからパルスへ僅かに変位して生じる。
【０００８】
通常は回路に対応する、ウエハ上で実行される露光エリア(英語：die)の各露光の為に、放射線源は既定の放射パルス（バースト）のパルスシーケンスを放射し、それらパルスの一部は、移動速度、イメージング光学素子の縮小、及び露光フィールドサイズに対応して、光感受性の層をウエハ表面上の特定の位置で全露光する為に貢献する。
【０００９】
半導体メーカーは、（ウエハ表面の特定の位置での）線量の安定性に関する、パルス‐パルス安定性について極めて高い要求をする。これは現在のパルスエネルギの平均値又はパルスエネルギーの目標値（指定エネルギ）からの、現在のパルスエネルギの標準偏差σによって表される。ＤＵＶリソグラフィ及びＶＵＶリソグラフィの場合、狭帯域のエキシマレーザの為にはσＤ＜１．５％の線量安定性が要求され、一方ＥＵＶリソグラフィの為にはσＤ＜０．３％の線量安定性が必要となる。
【００１０】
これらの要求は、パルス‐パルス基準(Basis)での放射線出力の能動的な調整よってのみ満たすことが出来る。この目的の為に既知の方法は全て、次のパルスの単独パルスエネルギの基準値ＥS,i+1：
【数１】
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の変化を当てにしている。その際、Ｅ0は所望の単独パルス平均エネルギ、Ｅｉは先のパルスの実際のエネルギ、ＥS,ｉはその都度の先のパルスの単独パルスエネルギの基準値、ｉ＋１はバースト内の次のパルスの番号、f(…)は数学的関係であり、それはどのように前述の値から次の基準値が獲得されるべきかを、つまりその都度用いられる調整アルゴリズム（例えばＰＩＤ制御等）の実施を記述する。
【００１１】
その様な方法は例えば特許文献１で紹介される。そこにはパルス‐パルスエネルギ制御が記載され、それは発光、光パルスエネルギの測定、駆動レーザの充電電圧及び更新された発光からなる閉じた制御ループに基づいている。それにより、上記制御は数１に従う調整原理に対応する。
【００１２】
その際、適した方法で次のパルスのエネルギの基準値ＥS,i+1と、１つ又は複数の適当な操作変数Ｓn,i+1（例えば、ガス放電駆動の放射線源での充電電圧）の間の関係式ｇn(…)を作成することは、各技術者の経験に委ねられたままである。
【数２】
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その際、関数ｇn(…)には、システムが情報を有するその他の関連を組込むことが出来る。例は他の特許文献に記載される。
【００１３】
特許文献２はパルス付けられる放射線源の為の調整方法を開示する。上記方法は、先の測定値から比例制御の比例定数をパルスエネルギ及び操作変数の為に常に新しく決定し、またそれによって調整をより正確に行う為に有効である。
【００１４】
特許文献３はエキシマレーザ系の為の具体的実施を記載する。ここで、充電電圧とレーザのパルスエネルギへの作用の間の関係の優れた知識によって調整は最適化される。そしてそれにより、この調整は一般的な関係ｇn(…)に該当する。
【００１５】
更に、特許文献４は複数の操作変数Ｓn,i+1（ここでは充電電圧及びガス圧）に関して調整出来ることを記載する。
【００１６】
特許文献５に記載されるようなその他の方法は、過渡効果を初期段階で補償可能にする為、バーストの第１パルスの間に、調整アルゴリズムの最適化に取り組む。
【００１７】
これら上述の方法の全ては、それらが次の放射線パルスの為に基準値を意図的に変更することに基づいている点で共通している。個々の文献は、次の光パルスを可能な限り正確にパルスエネルギの目的値に適合させる為に、次のエネルギ値がどのように決定されるか、又は、放射線源がどのように制御されるか、という方法においてのみ異なっている。
【００１８】
特許文献６では、光量が可変である光パルスを放射する為のパルス光源を含む装置が開示される。その際、光パルスの強度が測定される、また、ターゲット（マスク）上に透過される強度は可変の光低減ユニットによって制御される。
【００１９】
その為、特許文献７には改良された装置が記載される。その際ここで、先ずパルスエネルギの測定が行われることで、追加的に光パルスの間隔について考慮される、その後露光面上での必要な線量の為にパルスがどれだけ必要とされるかが算出され、そしてパルスの時間経過からマスク及びウエハ上でのスキャン速度が確定される。スキャン速度が確定されると、有利には光強度は、精確なフィルタリングを介してパルスの数の変更が行われる必要がないように、調節される。しかしながら一方で平均光量がより少なくなる場合、必要な線量に達する為、パルスの数が１つずつ上げられる。
【００２０】
類似の手段は特許文献８にも記載される。その場合、入射されたパルスエネルギの測定及び前記パルスのパルス周波数の特定後、パルスエネルギは次のパルスの為に適合され、それによりスキャン速度を等しく保つことが可能である。
【００２１】
上述の３つの文献には欠点がある。それは、必要な線量を調節する為、及び、要求される線量精度を達成する為に、予め与えられたスキャン速度及び露光される領域の窓関数での所定のパルス数の場合、放出されるパルスの平均エネルギからのみ、ウエハ平面で、パルスエネルギを明確に適合することが出来るということである。放射線パルスの周波数は、利用可能なパルスエネルギに依存して必要な線量を確実に獲得する為に確かに考慮されるが、しかし、線量精度を調節する為に微調整された可変性の消光フィルタ(extinction filter）を用いて排他的にパルスエネルギを調整する為に、露光プロセスの為に一定に選ばれる。
【００２２】
しかしながら多くの場合で、パルスエネルギの素早いパルス‐パルス調整を可能にする適切で信頼できる関係ｇn(…)は見つけられていない。特に、例えば光学システムのイメージング特性がウエハ平面で測定される放射線強度に影響を与える場合、上述の全ての調整方法で用いられるガス放電用の充電電圧の制御は機能不能となり得る。
【００２３】
従って、特にエネルギの時間変動に加えて空間的なプラズマの変動を有するプラズマに基づく放射線源の場合、そうでなければ通常良好な充電電圧とパルスエネルギの間の相関関係は、敏感に妨げられる。その為、空間的なプラズマの変化により（例えば光学システムのエタンデュ‐リミッティング(Etendue-Limitierung)により）プラズマで発生するエネルギの上昇はウエハへの経路上で失われる。このような場合、充電電圧を制御することによるパルスエネルギの調整は成功しない。
【００２４】
更に、効果的な調整の為に必要な関係ｇn(…)は、調整アルゴリズムに知られていない時間的な揺れに支配され得る。これは必然的に調整の追加的な不確かさを導く。
【００２５】
【特許文献１】ＵＳ５．６０８．４９２
【特許文献２】ＤＥ１０２０９１６１Ａ１
【特許文献３】米国特許ＵＳ６．００５．８７９
【特許文献４】ＤＥ１０２１９８０５Ａ１
【特許文献５】ＤＥ１０２４４１０５Ｂ３
【特許文献６】ＵＳ６．４５６．３６３Ｂ２
【特許文献７】ＵＳ６．４９６．２４７Ｂ２
【特許文献８】ＵＳ６．５３８．７２３Ｂ２
【非特許文献１】V.Banine et al., Proc. SPIE Vol. 3997 (2000) 126
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
本発明は、パルス駆動される放射線源から放出される放射線の平均出力を安定化するための新たな可能性を見出すという課題に基づいている。それは、自由に利用可能な操作変数の場合、操作変数と次の放射線パルスの為の単独パルスエネルギの期待値の間に十分に信頼できる相関関係がない時でも、上記放射線源は信頼できる調整を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明に従い上記課題は、特にエキシマレーザ、Ｆ２レーザ、又は、高温プラズマに基づくＥＵＶ放射線源の、パルス駆動される放射線源の放出される放射線の平均出力を安定化するための方法の場合、以下のステップ：
‐現在の放射線パルスの単独パルスエネルギを測定するステップ、
‐現在の単独のパルスエネルギＥｉの、パルスエネルギの既定の目標値Ｅ0からの偏差ΔＥ＝Ｅi−Ｅ0を決定するステップ、及び、
‐現在の単独パルスエネルギのパルスエネルギの目標値からの偏差の大きさに依存して、次の放射線パルスエネルギを誘起するまでのパルス間隔を制御するステップ、
により解決される
【００２８】
有利には、次のパルスの素早いトリガを適時的にプログラミングすることで、現在の単独パルスエネルギにより算出されるパルスエネルギの目標値の下回り量が大きいほどいっそう早く次のパルスが誘起され、そして、現在の単独パルスエネルギにより算出されるパルスエネルギの目標値の上回り量が大きいほどいっそう遅く次のパルスがトリガされる。
【００２９】
次のパルスの現在のパルスからの時間間隔は合目的に、放射線源の平均（公称）繰り返し周波数ｆ0、パルスエネルギの要求される目標値、及び、現在のパルスの測定される単独パルスエネルギを用いて、演算規則Δｔi+1＝Ｅｉ／(ｆ0・Ｅ0)により決定される。
【００３０】
放射線強度の急に増加及び減少する横側を持たない窓関数を有するリソグラフィ露光システムがウエハを露光する為に用いられる時、本発明に従う方法の為に有利であることが明らかになる。その際窓関数は、いくつの単独パルスがどの程度の強さで作用を及ぼし、且つ、単独パルスの放射線強度がスキャン軸に沿ってウエハ上でどのように空間分布するかを決定する。
【００３１】
その際合目的に窓関数は、スキャン軸ｗ(ｘ−ｘ0)に対する単独パルスの放射線強度の空間分布から、
∫ｗ(ｘ−ｘ0)ｄｘ＝１
として定義され、その際位置ｘはスキャン速度ｖ及び時間ｔの積と置き換わる。
また全放射線量Ｄはウエハ上の特定の位置で、
Ｄ＝∫ｗ(ｖ・ｔ−ｖ・ｔ0)Ｐ(ｔ)ｄｔ
＝Σｗ(ｖ・ｔi−ｖ・ｔ0)Ｅｉ
として計算される。
【００３２】
少なくとも３０パルスにわたる合目的な窓関数として、近似的に等しくガウス関数、三角関数又は台形関数を用いることが出来る。
【００３３】
バーストの初期段階内でのパルスエネルギの所謂オーバーシュート挙動又はアンダーシュート挙動を補償する為に、有利には少なくとも１つの非調整のモデルバーストの予め保存されたパルスエネルギ値を用いて、現在のバーストの放射線の平均出力が適用され、そして、そこから調節可能な平均パルスエネルギからの偏差に対応するパルス間隔が計算される。
【００３４】
その際、有利には関係式
Δｔi+1(ｋ)＝（１／ｆ0）・（Ｅｉ(ｋ)／Ｅ0）・（＜Ｅi+1(ｊ)＞／＜Ｅi(ｊ)＞）
に従う次のパルスに対するパルス間隔が算出され、その際少なくとも１つの非調整のモデルバーストの平均パルスエネルギ値＜Ｅi(ｊ)＞が用いられる。しかしまた＜Ｅi(ｊ)＞の為に複数の非調整のモデルバーストからの平均パルスエネルギ値を用いることも出来る。
【００３５】
合目的に、非調整のモデルバーストは予め同一の初期条件下で且つ同一のバーストパターンと共に調整されるべき現在のバーストのように記録及び保存される。
【００３６】
その為にモデルバーストは、特には個別のキャリブレーションレジームにて、複数の異なる初期条件及び厳密に既定されたバーストパターンによって、発生及び保存される。
【００３７】
モデルバーストのパルスエネルギ値を記録する為に、有利には厳密に既定された充電電圧の値及びガス条件値によって、放射線発生ユニットは駆動される。
【００３８】
本発明の課題は更に、特にエキシマレーザ、Ｆ２レーザ、又は、高温プラズマに基づくＥＵＶ放射線源によりパルス駆動される放射線源の放出される放射線の平均出力を安定化するための装置にして、高いパルス繰り返し数(Impulsrate)の放射線パルスを発生する放射線発生ユニット、各パルスの単独パルスエネルギを測定する為の測定ユニット、及び、少なくとも１つの先行パルスのパルスエネルギの測定に基づいて次のパルスの制御を可能にする放射線発生ユニットの作用変数(Einflussgroessen）を制御する為の閉じた制御ループ、から構成される装置において、パルス周波数を調整する為の制御ユニットが備えられること、及び、パルス誘起時点を素早く変更する為のプログラミング可能なトリガが制御ユニット及び放射線発生ユニットの間に配設されること、によって解決される。その際、上記制御ユニットは、現在のパルスのパルスエネルギを測定する為の測定ユニットに接続され、又、アウトプットで制御信号を有し、上記制御信号は現在のパルスの測定された単独パルスエネルギの、パルスエネルギの所望の目標値からの偏差に基づいて発生され、そして、次のパルスの現在のパルスに対する間隔の為の大きさを表す。また上記トリガにより次のパルスの誘起時点は制御ユニットの出力信号に依存して公称パルス周波数に対して変更可能である。
【００３９】
有利には、測定ユニットは放射線発生ユニットの個別の測定チャンネルに配設され、その際上記測定チャンネルでは少なくとも、放射発生ユニット及び放射線の適用位置の間に設けられる光学透過システムのエテンデュ(etendue)が等しくシミュレートされる。
【００４０】
更なる合目的な実施例では、放射線発生ユニット及び放射線の適用位置の間に設けられる測定ユニットが、適用位置にて現在のパルスのパルスエネルギの実収率(reale Ausbeute)を検知する為に、光学透過システムの下流に配設される。
【００４１】
特に測定ユニットは半導体チップ製造用のリソグラフィ露光システムでは、露光されるウエハ表面の近傍又はそれに対して共役する面の近傍に配設される。
【００４２】
本発明は、半導体のチップ製造の際には非常に狭い変動限界が与えられる対象(ウエハ)上に到達する放射線量が、放射線発生ユニットにより放出される単独パルスエネルギによって決定されるという考えのみではなく、露光光線経路(Belichtungsstrahlengang)の特定の性質が、とりわけ透過光学素子のバンドルバウンダリ(Buendelbegrenzungen）が決定的な役割を果たすという考えに基づいている。それにより、特にパルス付けられて発せられるプラズマから放射線を放出するソースでは、パルスエネルギの本質的な部分は、ソース位置の予期せぬ空間変化に基づき失われる。しかしながら光学光路におけるこの放射線の損失は放出されるソースモジュールのパルスエネルギに比例しない、そのためそうでなければ信頼できるプラズマを発生する為の高電圧の比例調整により補償することが出来ない。その他の又は追加的な制御変数の使用は、原因の線量変動の減少を導かない。
【００４３】
単独パルスのエネルギを調整量として選択せず、放射線出力の（つまりパルスエネルギ及び後続パルスに対する時間間隔からの商の）時間平均が、２つの放射線パルスの間の時間的な間隔を適合することによって、用いられることで本発明は上記の問題を解決する。
【００４４】
リソグラフィスキャナでの正確に量られた露光の為に、ウエハ面では放射線源の平均出力は可能な限り一定に保たれなければならない、その際放射線の平均出力は数３により定義される。
【数３】
2008153645.tif 000005
【００４５】
これは、単独パルスｔｉの始点から正確に次の単独パルスｔi+1が始まる前までの正確な時間範囲では、数４となる。
【数４】
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その際、Ｅiはインターバルに存するパルスのエネルギであり、Δｔi+1は時間インターバルの長さである。この関係は、平均出力＜Ｐi＞を、ＥS,i+1の変化によるようにΔｔi+1の変化によって同様にパルス‐パルス基準で調整出来ることを示す。
【００４６】
そしてまた使用可能な操作変数で操作変数及び単独パルスエネルギの期待値の間の十分信頼できる相関関係が存在しない場合でも信頼できる調整が行われるように、特にエキシマレーザ、Ｆ２レーザ及びガス放電励起又はレーザ励起に基づくＥＵＶ放射線源のパルス駆動される放射線源の、放出される平均出力を安定化させることが、本発明により可能である。更に、単独パルスエネルギを適応する為の放射線発生用の作用変数を制御する場合のように、トリガ時点の調整は必要な精度の枠内で統計上のランダムに乱れる変数(Stoergroessen)に支配されないので、本発明に従う解決法は明らかにより精確な結果を与える。
【００４７】
本発明は後述の実施例によって、より詳しく説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
特にはエキシマレーザ、Ｆ２レーザ又は高温プラズマに基づくＥＵＶ放射源のパルス駆動される放射線源の、放出される放射線の平均出力を安定化するための方法は、図１及び図２の調整スキーマから認識できるように、以下のステップを有する：
‐現在の放射線パルスの単独パルスエネルギＥiを測定するステップ
‐現在の単独パルスエネルギＥiの、事前に定められた単独パルスエネルギの目標値Ｅ０からの偏差ΔＥ＝Ｅi−Ｅ0を決定するステップ
‐目標値Ｅ0からの、現在の単独パルスエネルギＥiの偏差の大きさに依存して、次の放射パルスを誘起するまでのパルス間隔Δｔi+1を制御するステップ。
【００４９】
素早いトリガ１１のプログラミングによって、現在の単独パルスエネルギＥiにより算出される単独パルスエネルギが目標値Ｅ0を下回る量が大きいほど、よりいっそう早く次のパルスは誘起され、又、現在の単独パルスエネルギＥiにより算出される単独パルスエネルギが目標値Ｅ0を上回る量が大きいほど、よりいっそう遅く次のパルスはトリガされる。目標値Ｅ0が達成される場合、トリガ１１は予め選択された平均繰り返し周波数ｆ0に合わされる。
【００５０】
その為に、次のパルスの現在のパルスからの時間的なパルス間隔Δｔi+1は、平均繰り返し周波数ｆ0、要求されるパルスエネルギの目標値Ｅ0、及び、現在の単独パルスの測定される単独パルスエネルギＥiを利用して、制御ユニット２２で計算規則：
Δｔi+1＝Ｅi／(ｆ0・Ｅ0)
によって決定される。
【００５１】
パルス放射線源の放出される放射線を調整する為に、図１に示すように、閉じた制御ループ２が放射線源１で実行される。
【００５２】
ここで従来の特に充電電圧を制御するガス放電駆動の放射線源の調整に対する本質的な違いは、制御ユニット２２のインターフェースにある。
【００５３】
全ての既知の方法では、制御コンピュータは充電電圧の算出値をプログラム可能な高電圧パルス発生器へ送る。それに対して、放射線源１の放射線発生ユニット１２の次のパルスを時間的に遅らせて又は早めて誘起するプログラム可能なトリガー１１を始動する為に、本発明に従い、測定ユニット２１のアウトプットでのエネルギ測定の結果は、変更されるパルス間隔Δｔi+1を計算する為、制御ユニット２２で利用される。
【００５４】
図１に従って、制御ループ２は少なくとも以下の構成要素：
ａ）放射線を感受するセンサ及び測定値を制御コンピュータにより処理可能なデータフォーマットに変換する為の測定値変換器を含む、単独パルスエネルギを測定する為の測定ユニット２１、
ｂ）調整アルゴリズムを実行する為の制御ユニット２２（制御コンピュータ）、
ｃ）可変で正確な次の単独パルスの誘起を行なうプログラム可能なトリガ発生器１１、
ｄ）放射線を放出するプラズマを発生する為の放射線発生ユニット１２、例えばガス放電駆動のＥＵＶ放射線源１の放電ユニット、及び、
ｅ）放射線源１から測定ユニット２１までの光学路、
からなる。
【００５５】
制御ループ２の実施に応じて、選択的に、単独パルスエネルギの測定を、直接放射線源１で行うこと（図１）、又は、放射線源１の外部、例えばリソグラフィ露光システム３（スキャナ）の内部で実行すること（図２）が可能である。その際、測定ユニット２１は、その都度ウエハ表面に共役する平面にあり、また、単独の放射線パルスの放出される放射線エネルギを測定する。特に、図２の実施に従い、使用される光学透過システム３１及びウエハ表面の影響も考慮され、その際、上記光学透過システムは放射線源１とイメージングされるマスクの間にある。
【００５６】
図３は、時間軸上のパルスエネルギの概略図で、調整の基本原理を示す。２つのパルスの間のパルス間隔Δｔiは、放射線源１の放射線パルスの所望の平均繰り返し周波数ｆ0から始まり、実際のパルスの放射線エネルギＥiの、予め与えられるパルスエネルギの目標値Ｅ0からの偏差の大きさに依存して、次のパルスがパルスエネルギＥi+1で誘起されるまでに、適応されるパルス間隔Δｔi+1を計算することにより制御される。
【００５７】
パルス間隔Δｔi+1は、現在のパルスのパルスエネルギＥiが目標エネルギ値Ｅ0をより大きく下回るほどよりいっそう狭まる。又、パルス間隔は、現在のパルスエネルギＥiが目標エネルギＥ0をより大きく上回るほどよりいっそう拡がる。現在のパルスにて目標エネルギＥ0が維持される場合、パルス間隔は１／ｆ0で所望の平均繰り返し周波数ｆ0に合わせられる。
【００５８】
この方法を利用する場合、ウエハ上での到達可能な線量の安定性は露光システム３のいわゆる窓関数(英語：window function)によって決定される。上記窓関数は、どれだけ多くの単独パルスが、全放射線量に対してどれだけ強くウエハの特定の位置に寄与するかを定義し、又、単独パルスの放射線強度の空間分布をスキャン軸ｗ(ｘ−ｘ0)に沿って記載する。定義により、窓関数には次式：
∫ｗ(ｘ−ｘ0)ｄｘ＝１
が成り立つ。
【００５９】
スキャン速度ｖを介してある時間での関係ｘ＝ｖ・ｔを用いて位置ｘを変形出来るので、継続的に発光する放射線源とみなされるか、又は、パルス付けられた放射線源とみなされるか、に応じてウエハ上の特定の位置での全放射線量Ｄは数５で決定される。 
【数５】
2008153645.tif 000007
【００６０】
ノイズによる線量誤差の正確で統計的な特定は時間がかかり且つ困難であることが判明するので、線量誤差を有利には、本発明に従う方法に従い調整される放射線源１の数的なシミュレーションにより決定することも出来る。
【００６１】
シミュレーションでは先ず、全てのＥi及びｔiのシーケンス（Folge）が決定され、その後、数５を用いて、この場合に生じる線量Ｄ(ｘ)又はＤ(ｖ・ｔ)はウエハ上の位置に依存して決定される。線量の安定性σDは基準値Ｄ0からの線量の平均二乗偏差：
【数６】
2008153645.tif 000008
として与えられる。
【００６２】
露光線量の精度の為に重要な要因として、用いられる調整アルゴリズムが関与する。有利には上記調整アルゴリズムは、
ａ）可能な限り高い線量安定性を達成するように、且つ
ｂ）制御ユニット２２で可能な限り僅かな演算能力が必要とされるように
選択される。
【００６３】
有利には、ＰＩコントローラの簡易型が使用される。上記ＰＩコントローラはその都度次のパルスで、先のパルスの誤差の比較を試みる。その為、調整アルゴリズムの為に以下の数７が与えられる。
【数７】
2008153645.tif 000009
【００６４】
それにより、次のパルスへのパルス間隔Δｔi+1は、線源の所望の平均繰り返し周波数ｆ0、並びに直前のパルスのパルスエネルギＥi、及び、単独パルスエネルギ（目標エネルギＥ0）の為の所望の基準値から、直接獲得できる。
【００６５】
図３は、本方法がどのようにパルスの時間間隔に作用するかを示す。測定される単独パルスエネルギＥiが選択された目標値Ｅ0の上にある場合、より小さく放出されたパルスエネルギの場合よりも、次のパルスへの時間間隔Δｔi+1は大きい結果となる。その際、平均出力：
＜Ｐi＞＝Ｅi／Δｔi+1＝Ｅ0・ｆ0
は一定に保たれる。
【００６６】
具体的に示す為に、σ＝７％のパルス‐パルスエネルギ変動の標準偏差及び５ｋＨｚ公称周波数ｆ0を有する放射線源１に本方法を適用した。図４はその結果生じるパルス間の時間間隔の分布を示す。
【００６７】
更に線量精度は、様々な窓関数の為に示される調整の結果として決定され、表１にまとめられている。
【００６８】
窓関数は、リソグラフィ露光システム３（スキャナ）の特性であり、またスキャン速度に関連するスキャン軸に沿って、ウエハ表面上で、単独パルスの放射線強度の断面に物理的に対応する。ｘ＝ｖ・ｔの関係を介して、ウエハ上の照射されるスポットの幅は、スキャン速度及び２つのパルス間の時間間隔による影響を受ける。その際、用いられる窓関数は単独放射線パルスの強度分布、及び、ウエハ表面上での既定のスキャン移動の際にそれらがどの程度オーバーラップするかを抽象化する。
【００６９】
単独パルスの放射線強度が小さい場合（及び／またはウエハ上の光感受性の膜の感度が僅かである）場合、ウエハ上の位置を露光する為に十分に多くの放射パルスが寄与するまで、スキャン速度を減少（及び／またはパルスの公称繰り返し周波数ｆ0を増加）させなければならない。
【００７０】
現在のリソグラフィスキャナ（露光システム３）の場合、数十から数百までのパルスを有する窓関数が一般的である。
【００７１】
ガス放電に基づくＥＵＶ放射線源の為には、目下のところ窓の幅は５０パルスからが適している。Ｆ２レーザやエキシマレーザと連結する場合、より狭い窓関数の窓の幅（３０パルスから）で作動可能である。
【００７２】
表１に基づくシミュレーションの場合、窓関数の時間幅は全ての状況で正確に５０の単独パルス（公称繰り返し周波数ｆ0の場合）のエネルギが全線量に寄与するように、つまり５０／ｆ0となるように選択される。
【００７３】
窓関数が５０パルスの幅を有する場合、２つの互いに続く放射線パルスが、スポットサイズの１／５０だけずれて現れる２つの照射される点（スポット）を、ウエハ上に生じることを意味する。
【００７４】
この場合、統計上の理由から、以下の表１の第１行目に様々な窓関数の比較で示されるように、非制御の放射線源では平均化によるのみで既に５０1/2のファクタの線量安定性の改善、つまりおよそ０．９９０パーセントの線量安定性が期待される。
【００７５】
表１：様々な窓関数の比較
【表１】
2008153645.tif 000010
表１は、窓関数の様々なタイプの為の、本発明に従う調整及び従来の調整によるシミュレーション結果を示す。
【００７６】
その際、例えばガウス関数、三角関数又は台形関数のような、傾斜した横側を有する窓関数の場合特に、パルス間隔Δｔi+1を制御することによる調整の利点が効果を発揮することは明らかである。
【００７７】
矩形関数はいずれにせよ現実的な露光関数ではないので、実際の標準的な窓関数の為のパルスの繰り返し周波数の調整は、従来のパルスエネルギの調整方法よりも優れている。それは特に、表１の末行に記載の、近年のスキャナにて優先的に使用される台形関数に当てはまる。
【００７８】
従来の（比較的単純な調整規則：ＥS,i+1＝Ｅ0＋ＥS,i−Ｅiによる）パルス‐パルスエネルギの安定化との直接的な比較は、パルス間隔Δｔi+1の調整（矩形窓関数を除く）が比肩しうる結果又は更により良い結果を与えることを証明する。しかしながら、線源位置の変動を回避できないプラズマに基づいた放射線源の為に、それは放射線量を安定化する為の唯一の有効な調節を示す。
【００７９】
本発明に従う方法は、プログラミング可能なトリガ１１に、次のパルスを誘発する直前においても誘発時点の変更が可能でなければならない、という要求を出す。その為に可能な限り短いリードタイム(Vorlaufzeit)が不可欠であり、上記リードタイムは、次のトリガパルスを時間的に正確に放出出来る前に、トリガ１１を内部で必要とする。図５では、このリードタイムはトリガ１１の内的なインプットデッド時間ｔdeadによって特徴付けられる。
【００８０】
時間インターバルｔminは２つの放射線パルス間の調節可能な最小の期間を示す。それは、処理時間（放射線パルス、エネルギ測定、適合されるパルス間隔Δｔi+1の計算、トリガ１１のプログラミング）並びに放射線源１の放射線発生ユニット１２の最大繰り返し周波数によって定められる。
【００８１】
予め選択される平均のパルス間隔Δｔi＝１／ｆ0、すなわち予定される公称パルス周波数ｆ0に従う予め与えられる（放射線発生ユニット１２の最適な駆動レジームを調整する為の）パルス間隔Δｔiは、パルス間隔Δｔi+1を短縮することも可能にする為に、常にｔminよりも若干大きくなければならない。図５にはこの時間的な関連が表される。
【００８２】
平均のパルス間隔Δｔi＝１／ｆ0は数８のように定式化されなければならない。
【数８】
2008153645.tif 000011
その際、つまりはｔadd＝０である最小の時間インターバルｔminが予期される最大の「露光不足」（単独パルスエネルギの所定の目標エネルギＥ0からの現在のパルスのパルスエネルギＥｉの最大の負の偏差）の場合のみに用いられるように、追加時間＜ｔadd＞は選ばれる。
【００８３】
本発明は、挙げられた例では、ガス放電駆動のＥＵＶ放射線源との関連で記載されたが、それは同様の方法で同じくパルス駆動されるそれぞれの放射線源、特にＥＵＶ源、エキシマレーザ及びＦ２レーザ、にも適用可能である。
【００８４】
更に本発明は、例において選択されるような、単純な関係Δｔi+1＝Ｅｉ／(ｆ0・Ｅ0)に限定されるのではなく、それぞれの調整アルゴリズムにも及ぶ。上記調整アルゴリズムは、平均パルスエネルギをパルスエネルギの所望の目標値（期待値）に合わせる為に、測定される単独パルスエネルギ、及び、その他の既知又は測定されるシステム変数から、次の放射線パルスまでの期間を計算する。本発明はつまり、任意の調整関係に適用可能である。上記調節関係では、平均（放射線）出力の目標値は、パルス間隔を変更することで達成される。
【００８５】
ここで提案される、２つのパルス間の時間的なパルス間隔Δｔiにわたる線量の制御を、同様にして、現在のバーストｋ内で（方程式４に従う）平均放射線出力：
【数９】
2008153645.tif 000012
のオーバーシュートやアンダーシュートを補正するためにも、用いることが出来る。
【００８６】
以下で述べられるパルスエネルギ値Ｅi(ｋ)、Ｅi(ｊ)は全て、ウエハ平面又は共役面付近で適した手段により測定されるパルスエネルギに関している。
【００８７】
その為に、例えば数１０に従うモデルバーストｊ（又は平均のモデルバースト＜ｊ＞）から始まる、Δｔi+1(ｋ)の値が、以下のように計算される。
【数１０】
2008153645.tif 000013
数１０は数７の変形である。
その際、＜Ｅｉ(ｊ)＞は、平均の非調整のモデルバーストのパルスエネルギ値である（図６の破線で描かれた曲線を参照）。
【００８８】
モデルバーストｊは（一般的にウエハの露光のない）放射線源の個別のキャリブレーティングモード(Kalibriermodus)で露光の為に一般的なバーストパターンで発せられ、そしてそのパルスエネルギ値Ｅi(ｊ)は保存される。その後、平均パルスエネルギ値＜Ｅi(ｊ)＞を計算可能とする為、キャリブレーティングモードを繰り返し実行することが出来る。平均モデルバースト＜ｊ＞の使用には、実際のパルス間の時間でのパルスエネルギ値も補間することが出来る、そして、十分に高い予測確率で利用出来る、という利点がある。調整されるべき現在のバーストｋの為に、合目的に、現在のバーストｋのように同一の前歴(Vorgeschichte）（例えば、先のバースト中断の長さ）を有するモデルバーストｊが利用される。
【００８９】
この関係で、ファクタ：＜Ｅi+1(ｊ)＞／＜Ｅi(ｊ)＞、は多くの場合近似的に１であることに気づかれるべきである。図６の例に従って数１１が得られる。
【数１１】
2008153645.tif 000014
【００９０】
図６ａは例示的に、非調整稼動で測定されるモデルバースト（実曲線）、又は、２０％のオーバーシュート及び約５０パルスのブレイク‐イン‐フェーズ(Einlaufphase)後に調整される変動のない１０ｍＪのパルスエネルギを有する平均モデルバースト（破線）を示す。
【００９１】
図６ｂは、（放射線源１の為に予め選択された５ｋＨｚの公称パルス繰り返し周波数ｆ0の場合、）オーバーシュートなしに平均放射線出力＜Ｐi(ｋ)＞を得る為の、数１０に従いバーストｋで計算される、全てのパルス間隔Δｔi(ｋ)を表す。容易に認識できるように、バースト初期のパルス間隔はオーバーシュートの高さに応じて増加され、また約５０パルスの経過で漸次公称パルス周波数ｆ0と適合する。
【００９２】
充電電圧はこの進行の際一定を保ち、また、放射線源１が放出条件及び寿命の為の最適なレジームで稼動されるように、また、ウエハ上で要求される放射線量を調整する為の必要な平均パルスエネルギが十分であるように、上記充電電圧は調整される。更に、この場合ガスの供給は、放射線発生ユニット１２で最適の放電条件が維持されるように調整される。
【００９３】
したがって、本発明に従うオーバーシュートを補正する為の調整では、単独パルスエネルギを制御する為の全ての操作変数は、（線源１の長時間稼動の為にそれらは最適に調節されたので）放射線発生ユニット１２で一定に保たれる。
【００９４】
現在のパルスエネルギＥiのその目標値Ｅ0からの偏差を補償する為に（つまり初期の約５０のオーバーシュートパルスを有する、バーストにおける、一定の平均放射線出力＜Ｐi＞を調節する為に）、排他的に、つまり従来のパルスエネルギの調整をせずに、個々のパルス間のパルス間隔Δｔiを適応する為の素早い調整プロセスが、つまり順応可能なパルス周波数制御が利用される。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明に従う方法のブロック図である。
【図２】パルスエネルギの測定が（複数の光学システムを通過した後で）露光システムの露光位置で行われる本発明に従う方法のブロック図である。
【図３】目標値からのパルスエネルギの偏差に依存してパルスの誘起を適応させて引き延ばすことによって、パルスエネルギの変動を補償する為の本発明に従う調整原理を表す図である。
【図４】σ＝７％のパルス‐パルスエネルギの標準偏差及び５ｋＨｚの平均繰り返し周波数を有するソースの場合に、結果として生じるパルス間の時間間隔の分布（遅延）である。
【図５】放射線パルスの変更可能なトリガを本発明に従い制御する為の時間経過についての概略図である。
【図６ａ】初期のオーバーシュートを有する非調整のモデルバーストのパルスエネルギ並びにそこから形成される平均モデルバーストの測定グラフである。
【図６ｂ】変化しない放射線の平均出力を有するバーストの為に、図６ａのパルスエネルギのオーバーシュートを補償するための計算されるパルス間隔Δｔi+1の図解である。
【符号の説明】
【００９６】
Ｅ0  単独パルスエネルギの目標値
Ｅi  現在の単独パルスエネルギ
Δｔi+1  パルス間隔
ｆ0  公称繰り返し周波数
１  放射線源
３  （リソグラフィ）露光システム
１１  トリガ
１２  放射線発生ユニット
２１  測定ユニット
２２  制御ユニット
【図１】
2008153645.tif 000015
【図２】
2008153645.tif 000016
【図３】
2008153645.tif 000017
【図４】
2008153645.tif 000018
【図５】
2008153645.tif 000019
【図６ａ】
2008153645.tif 000020
【図６ｂ】
2008153645.tif 000021
【外国語明細書】
2008153645000001.pdf
2008153645000002.pdf
2008153645000003.pdf
2008153645000004.pdf