(57)【要約】【課題】  レンズ収差を補償する方法を提供すること。【解決手段】  （ａ）結像系の結像性能を定量化し、結像性能に対するレンズ収差の作用を反映するコスト測定基準を定義する段階と、（ｂ）光源照明プロフィルを定義する段階と、（ｃ）光源照明プロフィルに基づいてコスト測定基準を評価する段階と、（ｄ）光源照明プロフィルを修正し、修正された光源照明プロフィルに基づいてコスト測定基準を再評価する段階と、（ｅ）コスト測定基準が最小限に抑えられるまで段階（ｄ）を繰り返す段階とを含む方法。最小限に抑えられたコスト測定基準に対応する光源照明プロフィルは、結像デバイスの最適な照明を表す。【選択図】      図５
2008294456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ収差を補償する方法であって、
（ａ）結像系の結像性能を定量化し、前記結像性能に対するレンズ収差の作用を反映するコスト測定基準を定義する段階と、
（ｂ）光源照明プロフィルを定義する段階と、
（ｃ）前記光源照明プロフィルに基づいて前記コスト測定基準を評価する段階と、
（ｄ）前記光源照明プロフィルを修正し、前記修正された光源照明プロフィルに基づいて前記コスト測定基準を再評価する段階と、
（ｅ）前記コスト測定基準が最小限に抑えられるまで段階（ｄ）を繰り返す段階とを含む方法。
【請求項２】
前記コスト測定基準を評価した結果が、前記結像系の結像性能を表す単一の数値である、請求項１に記載のレンズ収差を補償する方法。
【請求項３】
最小限に抑えられたコスト測定基準に対応する前記光源照明プロフィルを実施する回折光学要素を形成する段階をさらに含む、請求項１に記載のレンズ収差を補償する方法。
【請求項４】
前記コスト測定基準がさらに、結像プロセスの露光ラチチュード性能を反映する、請求項１に記載のレンズ収差を補償する方法。
【請求項５】
レチクルを照明するための照明源と、前記レチクルによって回折された光を基板上に投影するための投影レンズとを有する結像系内のレンズ収差を補償する方法であって、
（ａ）前記結像系の結像性能を定量化し、前記結像性能に対する前記投影レンズのレンズ収差の作用を反映するコスト測定基準を定義する段階と、
（ｂ）前記レチクル上に照明された光を画定する光源照明プロフィルを定義する段階と、
（ｃ）前記光源照明プロフィルに基づいて前記コスト測定基準を評価する段階と、
（ｄ）前記光源照明プロフィルを修正し、前記修正された光源照明プロフィルに基づいて前記コスト測定基準を再評価する段階と、
（ｅ）前記コスト測定基準が最小限に抑えられるまで段階（ｄ）を繰り返す段階と
（ｆ）前記最小限に抑えられたコスト測定基準に対応する前記光源照明プロフィルを、前記レチクルを照明するためのプロフィルとして選択する段階とを含む方法。
【請求項６】
前記コスト測定基準を評価した結果が、前記結像系の結像性能を表す単一の数値である、請求項５に記載の結像系内のレンズ収差を補償する方法。
【請求項７】
前記コスト測定基準がさらに、結像プロセスの露光ラチチュード性能を反映する、請求項５に記載の結像系内のレンズ収差を補償する方法。
【請求項８】
結像系内で使用するための回折光学要素を設計する方法であって、
（ａ）結像系の結像性能を定量化し、前記結像性能に対するレンズ収差の作用を反映するコスト測定基準を定義する段階と、
（ｂ）光源照明プロフィルを定義する段階と、
（ｃ）前記光源照明プロフィルに基づいて前記コスト測定基準を評価する段階と、
（ｄ）前記光源照明プロフィルを修正し、前記修正された光源照明プロフィルに基づいて前記コスト測定基準を再評価する段階と、
（ｅ）前記コスト測定基準が最小限に抑えられるまで段階（ｄ）を繰り返す段階と
（ｆ）前記最小限に抑えられたコスト測定基準に対応する前記光源照明プロフィルを実施する前記回折光学要素を生成する段階とを含む方法。
【請求項９】
前記コスト測定基準を評価した結果が、前記結像系の結像性能を表す単一の数値である、請求項８に記載の回折光学要素を設計する方法。
【請求項１０】
コンピュータによって可読の記録媒体を備える、コンピュータを制御するためのコンピュータ・プログラム製品であって、結像系内で使用するための回折光学要素に対応するファイルを生成するように前記コンピュータに指示するための手段が前記記録媒体上に記録され、前記ファイルを生成することが、
（ａ）結像系の結像性能を定量化し、前記結像性能に対するレンズ収差の作用を反映するコスト測定基準を定義する段階と、
（ｂ）光源照明プロフィルを定義する段階と、
（ｃ）前記光源照明プロフィルに基づいて前記コスト測定基準を評価する段階と、
（ｄ）前記光源照明プロフィルを修正し、前記修正された光源照明プロフィルに基づいて前記コスト測定基準を再評価する段階と、
（ｅ）前記コスト測定基準が最小限に抑えられるまで段階（ｄ）を繰り返す段階と
（ｆ）前記最小限に抑えられたコスト測定基準に対応する前記光源照明プロフィルを実施する前記回折光学要素を定義する段階とを含む、コンピュータ・プログラム製品。
【請求項１１】
前記コスト測定基準が、結像プロセスの焦点深度性能を含む、請求項１に記載のレンズ収差を補償する方法。
【請求項１２】
前記コスト測定基準が、結像プロセスの焦点深度性能を含む、請求項５に記載の結像系内のレンズ収差を補償する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトリソグラフィに関し、詳細には、照明源最適化プロセスを実行してレンズ収差を補償することにより、リソグラフィ・プロセスの性能を改善する方法に関する。さらに、本発明は、最適化プロセスを組み込み、投影放射ビームを提供するための放射システムと、投影ビームをパターン付けするように働くマスクを保持するためのマスク・テーブルと、基板を保持するための基板テーブルと、パターン付けられた投影ビームを基板の標的部分上に投影するための投影システムとを備えるリソグラフィ装置を使用するデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィ投影装置（ツール）は、たとえば、集積回路（ＩＣ）の製造時に使用することができる。そのような場合、マスクがＩＣの個々の層に対応する回路パターンを含み、このパターンを、感放射線性材料（レジスト）の層で被覆された基板（シリコン・ウェハ）上の標的部分（たとえば、１つまたは複数のダイ）上に結像することができる。一般に、単一のウェハは、投影システムを介して１つずつ連続して照射される隣接した標的部分のネットワーク全体を含むことになる。１つのタイプのリソグラフィ投影装置では、マスク・パターン全体を一度に標的部分上に露光することによって各標的部分が照射され、そのような装置は、通常、ウェハ・ステッパと呼ばれている。通常、ステップ・アンド・スキャン装置と呼ばれる一代替装置では、所与の基準方向（「走査」方向）に投影ビーム下でマスク・パターンを段階的に走査し、一方、この方向に平行または逆平行で基板テーブルを同期走査することによって、各標的部分が照射される。すなわち、一般にこの投影システムは倍率Ｍ（一般に１未満）を有することになるため、基板テーブルが走査される速さＶは、マスク・テーブルが走査される速さのＭ倍になる。ここに述べられているリソグラフィ装置に関する、より多くの情報は、たとえば、参照により本明細書に援用する米国特許第６，０４６，７９２号から収集することができる。
【０００３】
リソグラフィ投影装置を使用する製造プロセスでは、感放射線性材料（レジスト）の層によって少なくとも部分的に被覆された基板上に、マスク・パターンが結像される。この結像工程の前には、基板を、下塗り、レジスト・コーティング、およびソフト・ベークなど、様々な手順にかけることができる。露光後には、基板を、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハード・ベーク、および結像されたフィーチャの測定／検査など、他の手順にかけることができる。この一連の手順を基礎として使用し、デバイス、たとえばＩＣの個々の層にパターン形成する。次いで、そのようなパターン形成された層を、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、化学的機械的研磨など、すべて個々の層を仕上げるように意図された様々なプロセスにかけることができる。いくつかの層が必要とされる場合には、手順全体またはその変形形態を、新しい層それぞれについて繰り返さなければならないことになる。最終的には、一連のデバイスが基板（ウェハ）上に存在することになる。次いで、これらのデバイスは、ダイシングまたはソーイングなどの技法によって、互いに分離される。その後で、個々のデバイスを、キャリア上に取り付ける、ピンに接続する、などすることができる。そのようなプロセスに関するさらなる情報は、たとえば、参照により本明細書に援用するＰｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔによる書籍「Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」第３版、ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．、１９９７年、ＩＳＢＮ００７−０６７２５０−４から得ることができる。
【０００４】
リソグラフィ・ツールは、２つ以上の基板テーブル（および／または２つ以上のマスク・テーブル）を有するタイプとすることができる。そのような「マルチ・ステージ」デバイスでは、追加テーブルを平行して使用することができ、あるいは、準備工程を１つまたは複数のテーブル上で実施し、一方、１つまたは複数の他のテーブルを露光に使用することができる。２ステージ・リソグラフィ・ツールは、たとえば、参照により本明細書に援用する米国特許第５，９６９，４４１号およびＷＯ９８／４０７９１に述べられている。
【０００５】
上記で参照しているフォトリソグラフィ・マスクは、シリコン・ウェハ上に集積される回路構成要素に対応する幾何パターンを備える。そのようなマスクを作成するために使用されるパターンは、ＣＡＤ（コンピュータ支援設計）を使用して生成され、このプロセスは、しばしばＥＤＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）と呼ばれる。大抵のＣＡＤプログラムは、機能的なマスクを作成するために、１組の所定の設計規則に従う。これらの規則は、加工および設計の制限によって設定される。たとえば、設計規則は、回路デバイス間（たとえば、ゲート、コンデンサなど）または相互接続ライン間の空間許容度を規定し、それにより、回路デバイスまたはラインが、望ましくない形で互いに相互作用しないようにする。
【０００６】
当然ながら、集積回路製造時の目標の１つは、元の回路設計を（マスクを介して）ウェハ上に忠実に再現することである。もう１つの目標は、半導体ウェハの表面積を可能な限り使用することである。しかし、集積回路のサイズが縮小し、その密度が増大するにつれて、その対応するマスク・パターンのＣＤ（クリティカル・ディメンション）が光学露光ツールの解像限界に近づく。露光ツールの解像度は、その露光ツールがウェハ上で繰り返し露光できる最小フィーチャと定義される。現在の露光機器の解像値は、しばしば多数の先進ＩＣ回路設計についてＣＤに制約を課している。
【０００７】
リソグラフィ・プロセスの全体性能を劣化させる１つの要因は、投影レンズ内の収差である。実際、現行の製造プロセスは、高い品質基準を有するレンズの生産を可能にしているが、レンズ収差は依然として存在し、結像性能を劣化させている。さらに、レンズは、時間の経過につれて老化し、収差および／またはフレアの増加を示し、それにより、レンズの性能をさらに劣化させる可能性がある。したがって、レンズ収差、および経時的なレンズ性能の劣化を補償するための簡単かつコスト効果的な方法が求められている。
【０００８】
以下で詳しく述べるように、本発明の好ましい実施例は、レンズ収差、および経時的なレンズ性能の劣化（たとえば、レンズは一般に、収差シグネチャの低次成分のドリフトを示す）を補償するための方法および装置を提供する。ただし、本発明について述べる前に、本発明の理解を容易にするために、リソグラフィ・プロセス、およびいくつかの現在周知の最適化技法の概要について簡単に述べる。本明細書では、「レンズ収差」という用語が、レンズの歪み、デフォーカス、レーザ波長の変動、ウェハ平坦度、および気圧による作用を含むことに留意されたい。
【０００９】
図１は、結像系１０の基本構成要素を示すブロック図である。図１を参照すると、結像系１０は、マスク１４（レチクルとしても知られる）を照明するための照明源１２を含む。光は、マスクを通過した後で、ひとみ１６を通過し、投影レンズ１８によって取り込まれ、基板２０上に投影され、基板２０上では、所望のパターンが結像される。図１から理解できるように、撮像系の投影レンズ内に収差が存在する場合には、性能の劣化が生じる。
【００１０】
全体的な焼付け性能を改善するように光源照明およびマスク・パターンを最適化するための方法は、従来技術で開示されていることに留意されたい。１つのそのような方法は、Ｒｏｓｅｎｂｌｕｔｈらの米国特許公開第２００２／０１４９０９２０ Ａ１号に開示されている。具体的には、Ｒｏｓｅｎｂｌｕｔｈは、光源照明およびマスク・パターンの最適化を行って所与のマスク・パターンの焼付けを改善すると言われるリソグラフィ最適化システムを開示している。光源／マスク・パターンの最適な組合せを決定するためにＲｏｓｅｎｂｌｕｔｈによって使用されている優れた関数は、パターン幾何形状の境界に沿って事前選択されたいくつかの点での空中イメージ・ログ・スロープである。この最適化アルゴリズムは、リソグラフィ・パターンの焼付けが、結像ひとみ内で収集された回折次数の集合だけによって、ひとみ平面内の回折次数の位置とは独立して決定されるという仮定に基づいているようである。
【００１１】
しかし、パターン内の選択されたサンプリング位置で空中イメージ・ログ・スロープを最大化することにより、通常、露光ラチチュード（ＥＬ）と呼ばれる露光変動に対する限度／許容量は高まるが、通常、焦点深度（ＤＯＦ）と呼ばれる焦点変動に対する限度／許容量を増大する助けにならない。実際、インフォーカス条件（すなわち、ＤＯＦゼロ）下でＥＬについて最適化されたパターンが、デフォーカス変動に対処する典型的なプロセス条件について最適化されたパターンに比べて補い合う結果を示すことが知られている。したがって、Ｒｏｓｅｎｂｌｕｔｈの最適化ルーチンには、この問題があることになる。
【００１２】
Ｒｏｓｅｎｂｌｕｔｈの最適化プロセスの他の限界は、投影された像に対する回折パターンの作用が、ひとみ平面内の回折次数の位置から独立していると想定されていることである。したがって、Ｒｏｓｅｎｂｌｕｔｈのプロセスは、ひとみ平面内の回折パターンの正確な位置に応じて投影された像に影響を及ぼす、ひとみ平面位置依存性の波面変調として働くレンズ収差作用のモデル化を除外している。
【００１３】
さらに、ＯＡＩ（ｏｆｆ ａｘｉｓ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）を使用することによってマスク・パターンを照明すると、焼き付けられた像について焦点深度を向上させることができることは周知である。そのような応用の一例は、クェーサ（Ｑｕａｓａｒ）、双極（ｄｉｐｏｌｅ）、四重極（ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）光源照明要素など、選択可能な回折光学素子（ＤＯＥ）である。そのような要素の使用は、所与のリソグラフィ・プロセスについてＤＯＦならびにＥＬを改善することができる。しかし、そのような照明は、可能な最適照明プロフィルを生成することもしないこともある所定の形状を有する。現在、そのような光源形状パターンを最適化し、投影レンズ内のレンズ収差を補償する一方、所与のリソグラフィ・プロセスについてＤＯＦおよびＥＬをも共に改善する方法はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、上記で指摘したように、レンズ収差と、経時的なレンズ性能の劣化とを補償し、また同時に、所与のリソグラフィ・プロセスについてＤＯＦ性能を最適化する簡単かつコスト効果的な方法が依然として求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
従来技術の前述の不備を解決するための努力において、本発明の目的は、レンズ収差、および経時的なレンズ性能の劣化を補償するための方法を提供することである。本発明の他の目的は、同時にＤＯＦ性能を最適化しながら前述のレンズ補償を実行することである。本明細書では、「レンズ収差」という用語が、レンズの歪み、デフォーカス、レーザ波長の変動、ウェハ平坦度、および気圧による作用を含むことに留意されたい。
【００１６】
より詳細には、本発明は、（ａ）結像系の結像性能を定量化し、結像性能に対するレンズ収差の作用を反映するコスト測定基準を定義する段階と、（ｂ）光源照明プロフィルを定義する段階と、（ｃ）光源照明プロフィルに基づいてコスト測定基準を評価する段階と、（ｄ）光源照明プロフィルを修正し、修正された光源照明プロフィルに基づいてコスト測定基準を再評価する段階と、（ｅ）コスト測定基準が最小限に抑えられるまで段階（ｄ）を繰り返す段階とを含む、レンズ収差を補償する方法に関する。最小限に抑えられたコスト測定基準に対応する光源照明プロフィルは、結像デバイスの最適な照明を表す。
【００１７】
本文では、ＩＣの製造における本発明の使用に特に言及する可能性があるが、本発明には、多数の他の可能な応用例があることを明確に理解されたい。たとえば、本発明は、集積光学系、磁区メモリ用の案内および検出パターン、液晶ディスプレイ・パネル、薄膜磁気ヘッドなどの製造時に使用することができる。そのような代替応用例の状況では、本文の「レチクル」「ウェハ」または「ダイ」という用語の使用が、それぞれ「マスク」「基板」および「標的部分」というより一般的な用語で置き換えられると見なすべきであることを、当業者なら理解するであろう。
【００１８】
本書では、「放射」および「ビーム」という用語を使用し、（たとえば、３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの波長を有する）紫外線およびＥＵＶ（たとえば５〜２０ｎｍの範囲内の波長を有する極紫外線）を含む、すべてのタイプの電磁放射を包含する。
【００１９】
本文では、マスクという用語について、パターン付けられた断面を有する入来放射ビームをもたらすために使用することができ、その断面が、基板の標的部分内に形成されるパターンに対応する一般的なパターン付け手段を指すと広く解釈することができる。すなわち、「光弁（ライト・バルブ）」という用語もまた、本文で使用することができる。典型的なマスク（透過型または反射型、バイナリ、位相シフト、ハイブリッドなど）を除いて、他のそのようなパターン付け手段の例には、以下が含まれる。
ａ）プログラム可能なミラー・アレイ。そのようなデバイスの一例は、粘弾性制御層および反射表面を有するマトリクス・アドレス可能な表面である。そのような装置の背景にある基本原理は、（たとえば）反射表面のアドレスされた領域が入射光を回折光として反射し、一方、アドレスされない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して、前記非回折光を反射されたビームから逃がし、回折光だけ残すことができ、このようにして、マトリクス・アドレス可能な表面のアドレッシング・パターンに従って、ビームがパターン付けされる。必要とされるマトリクス・アドレッシングは、適切な電子手段を使用して実行することができる。そのようなミラー・アレイに関するさらなる情報は、たとえば、米国特許第５，２９６，８９１号および米国特許第５，５２３，１９３号から収集することができ、これらを参照により本明細書に援用する。
ｂ）プログラム可能なＬＣＤアレイ。そのような構造の一例は、米国特許第５，２２９，８７２号にあり、これを参照により本明細書に援用する。
【００２０】
本発明の方法は、従来技術に優る重要な利点を提供する。最も重要なことには、本発明は、レンズ収差を補償し、より高いパターン忠実度でユーザが結像させることを可能にする照明形状を自動的に決定するリソグラフィ光源パターン最適化ツールを提供する。その結果、本発明は、結像性能を改善し、投影レンズの有効寿命を延長する。一般に、投影レンズは、結像系の最も高価な部品の１つであるため、投影レンズの寿命を延ばすことは著しい利益になる（すなわち、レンズの性能を改善し、経時的なレンズ性能の劣化とを補償することにより、本発明は、レンズを交換することが必要とされる頻度を最小限に抑える）。さらに、本発明の方法はまた、それだけには限らないが、露光ラチチュード「ＥＬ」など追加的な測定基準を同時に最適化することを可能にする。
【００２１】
本発明の追加的な利点は、当業者には、本発明の例示的な実施例に関する以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００２２】
本発明自体、ならびに他の目的および利点は、以下の詳細な説明と添付の図面を参照することによって、よりよく理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下でさらに詳しく述べるように、本発明のリソグラフィ最適化プロセスの目的は、１組の変化する結像条件下で、最初にコスト測定基準Ｃを規定し、次いでそれを最小限に抑えることである。ただし、コスト測定基準Ｃは、１組のプロセス・パラメータの関数であり、結像系の性能を定量化する数値を返す。コスト測定基準Ｃは、結像性能に対するレンズ収差の作用を反映しなければならないことが重要である。本発明によれば、コスト測定基準は、基板上で得られる像に対する照明源の形状の作用を定量化する。コスト測定基準が小さいほど、結像プロセスがより良好に実行される（すなわち、得られる像がより正確に標的パターンに合致する）ことになる。
【００２４】
実際問題として、リソグラフィ・プロセス最適化は、複数の制約を満たすことを必要とする。そのような制約の例には、それだけに限らないが、イメージ・ログ・スロープを最大化すること、焦点深度を最大化すること、ライン・エンド・ショートニングを最小限に抑えること、などが含まれる。したがって、１組のそのような複数の性能基準が与えられた場合、グローバルなコスト関数は、式１．０で述べるように、個々の基準それぞれの加重和として公式化することができる。
【００２５】
【数１】
2008294456.tif 000003
したがって、プロセス最適化の複数の目的は、グローバル・コスト関数に対する個々の寄与率Ｃiとして表すことができる。さらに、各寄与率の重要度は、影響係数ｗiによって加重することができる。
【００２６】
上記で指摘したように、本発明の目的は、照明源の最適化を介してレンズ収差（デフォーカスを含む）の負の作用を最小限に抑えることである。手短に言うと、これは、最初に、結像系のひとみ平面（すなわち、投影レンズ）内の特定の収差フィールドが与えられた場合、焼き付けられたウェハ像に対する光源形状依存性の像劣化の影響を定量化するコスト測定基準Ｃiを定義することによって達成される。本発明の一実施例では、コスト測定基準Ｃiは、それ自体によって最適化され、レンズ収差が存在する中でプロセス性能を純粋に最大化する照明源プロフィルになる。他の一実施例では、コスト測定基準Ｃiが他の測定基準と組み合わされて最適化され、レンズ収差およびデフォーカスによる像劣化の最適化を含む、兼ね合い効果を併せ持つ照明源プロフィルになる。
【００２７】
本発明の好ましい実施例に移ると、光源照明プロフィルに応じたレンズ収差およびデフォーカスの存在による露光済みウェハ像の像劣化を測定するための方法が開示されている。劣化は、コスト測定基準／関数Ｃ（ｗs）によって表される。コスト関数Ｃ（ｗs）は、Ｃ（ｗs）の最小値が得られる光源フィールド分布（すなわち、光源照明プロフィル）を決定するために、様々な光源フィールド分布ｗsについて実質的に評価される。標準的な最適化技法、たとえば、それだけには限らないが、共役勾配法、シミュレーテッド・アニーリング、またはジェネリック・アルゴリズムを使用してＣ（ｗs）の最小化を実行することができる。
【００２８】
最適化プロセスの第１段階は、コスト関数Ｃ（ｗs）を定義することである。結像されるパターンが単位セルＣを有する周期的なパターンであると仮定すると、そのような周期的パターンの場合、ひとみ平面内の回折の順序は、「回折次数」として知られる離散した所定位置の一定のグリッドにマッピングされる。これらの回折次数の正確な位置は、照明源のオフ・アクシスのビームによって調整することができる。図２は、フィーチャ１９９を有する例示的な単位セル２０１を示す。ＳＲＡＭデバイスおよびＤＲＡＭデバイスに伴うものなど、ある種の設計では、そのような単位セルが設計全体にわたって連続的に繰り返される。
【００２９】
物体平面内で点ｒで測定された空中像強度Ｉ（ｒ）は、透過関数ｗs（すなわち、様々な光源照明分布）によってそれぞれ加重された光源点ｗsの倍数からの非干渉性の重ね合わせの結果である。
【００３０】
照明源最適化の目的は、特定の性能測定基準を最大化する（または特定のコスト測定基準を最小限に抑えることに等しい）光源分布Ｐsを見出すことである。より具体的には、この目的は、光学投影系の伝達関数内にレンズ収差が存在することによって誘導される結像誤差を最小限に抑えることである。これらの収差内に、デフォーカスの考慮すべき点が含まれる。レンズ収差は、結像ひとみを介して回折次数の透過に加えられる位相歪みφ（ｋ）で表すことができる。
【００３１】
Ｉs（ｒ）が、単一の光源点ｓからの像強度に対する寄与率を表し、ｗsが、それぞれの点での照明源の透過値であると仮定すると、Ｉ（ｒ）での合計像は、
【００３２】
【数２】
2008294456.tif 000004
と表すことができる。
【００３３】
Ｅs（ｒ）が、物体平面内の点ｒで測定された点源ｓに伴う電界を表すと仮定すると、Ｅs（ｒ）は、ひとみ開口によって収集された離散回折次数の関数であり、標準的な結像論理に従って、
【００３４】
【数３】
2008294456.tif 000005
と表すことができ、上式で、下付き文字ｎは、結像ひとみによって収集された全次数の有限集合を指し、ａsnは、複素変調係数（回折の大きさ）の集合を指す。以下では、下付き文字ｓを省略し、光源点ｓから生ずる干渉照明からの部分的な寄与率を暗黙に仮定する。
【００３５】
レンズ収差の作用は、
【００３６】
【数４】
2008294456.tif 000006
に従って回折の大きさを歪ませることであり、上式で、
【００３７】
【数５】
2008294456.tif 000007
は、収差フィールドφ（ｋ）によって歪まされた回折の大きさを表す。次いで、収差フィールドφ（ｋ）を受ける物体平面内の電界の大きさは、
【００３８】
【数６】
2008294456.tif 000008
に従う。
【００３９】
次いで、収差を受けた像強度
【００４０】
【数７】
2008294456.tif 000009
は、
【００４１】
【数８】
2008294456.tif 000010
に従う。
【００４２】
式２．４内の対角項（ｎ＝ｎ’）すべてについて、収差の作用が相殺されることが観察される。対角でない項（ｎ≠ｎ’）について、（ｎｎ’＋ｎ’ｎ）の対に関連する部分和を構築する。
【００４３】
【数９】
2008294456.tif 000011
【００４４】
【数１０】
2008294456.tif 000012
を定義する。いくらかの簡単な代数変換の後で、式２．５は、
【００４５】
【数１１】
2008294456.tif 000013
と表すことができる。
以下では、レンズ収差が小さい（Δφ＜＜１）ものと仮定されている。サインおよびコサイン項を第１次まで展開すると、
【００４６】
【数１２】
2008294456.tif 000014
が得られる。したがって、部分的な像寄与率
【００４７】
【数１３】
2008294456.tif 000015
に対する収差フィールドφ（ｋ）の作用は、
【００４８】
【数１４】
2008294456.tif 000016
と表すことができる。以下では、物体平面内の任意の点ｒについて
【００４９】
【数１５】
2008294456.tif 000017
に対する収差の作用を最小限に抑えることが望ましい。この場合、係数ａ’（ｒ）は、［−１，＋１］の全範囲を仮定する。上記の仮定の下で、収差フィールドによって導入される合計像強度への連接寄与率Ｉsに対する歪みは、
【００５０】
【数１６】
2008294456.tif 000018
によって束縛され、ただし、
【００５１】
【数１７】
2008294456.tif 000019
上式を（式２．０）と共に参照すると、収差フィールドφ（ｋ）によるレンズ収差の作用を低減するために最適な光源形状は、コスト関数Ｃ（ｗs）を最小化する光源フィールド分布ｗsによって特徴付けられる。
【００５２】
【数１８】
2008294456.tif 000020
【００５３】
したがって、式３．２は、レンズ収差の作用を最小限に抑えるために最小化しなければならないコスト関数を表す。
【００５４】
図３を参照すると、周期的パターンを結像することにより、離散回折次数３０１の集合が得られる。具体的には、図３は、周期的パターンを結像することから生じる例示的な回折パターンを示す。図３に示された回折パターンは、図２に示された周期的パターンに対応しないことに留意されたい。さらに、非周期的パターンは、精度のために定義されたガード帯でパターンを囲む単位セルの周期的パターンとして近似することができることに留意されたい。
【００５５】
周知のように、結像系の投影レンズ３０４によって取り込まれた回折次数３０１は、基板上で所望のパターンを複製する精度／性能を決定する。回折次数３０１の大きさ「ａn」は、結像されるフィーチャの幾何形状によって決定される。再び図３を参照すると、投影レンズ３０４は、レンズ３０４の開口数の取込み範囲内で特定集合の回折次数を収集する。レンズ３０４に対する回折次数３０１の位置は、イルミネータ内の光源要素「ｓ」の部分干渉照明の照明プロフィルによって決定される。図４は、例示的なイルミネータ・プロフィル３０５を示し、単一の照明点「ｓ」が照明されている。したがって、イルミネータ３０５内の光源要素「ｓ」の変位は、集光ひとみ３０４（すなわち、投影レンズ）の中心と回折パターン３０２の中心との間で変位ベクトル「ｓ」を引き起こす。したがって、イルミネータ３０５内の光源要素「ｓ」を操作することにより、ひとみ３０４によって取り込まれた回折次数を変え、また、ひとみ３０４内で、取り込まれた回折次数の位置を変えることが可能である。光源イルミネータ３０５のこの操作により、レンズ収差による結像の劣化を最小限に抑えることができる。具体的には、レンズ収差がひとみ３０４内のある位置で存在する場合に、回折次数がひとみ３０４上の「収差位置」内に入らないように光源イルミネータ３０５を調整することができる。
【００５６】
レンズ収差がない場合、集光ひとみ３０４（すなわち、投影レンズ）に関する回折次数の正確な位置は、同じ回折次数が収集されている限り重要でないことに留意されたい。しかし、上記で指摘したように、レンズ収差またはデフォーカスが存在する場合、性能は、レンズひとみ内の回折次数の正確な位置に応じて変わる。
【００５７】
図５は、本発明の光源照明最適化プロセスを示す例示的な流れ図である。最初の段階であるステップ４０１では、初期光源照明プロフィル「ｗs」が計算される。このプロフィルは、照明開口をカバーする一定グリッド上の透過値「ｗs」の集合として表される。図６を参照すると、このプロフィルは、照明グリッドを形成する複数の離散点「ｗs」のどれが照明されているかを示す。たとえば、上記で論じた「独立の」最適化モードで動作する場合には、ｏ’outの可能な最大設定で従来の照明開口を使用することにより、イルミネータの初期プロフィル（すなわち、形状）を得ることができる。別法として、最適化を他のコスト測定基準と共に適用する場合には、他のコスト測定基準を考慮し、ただしレンズ収差を考慮することなしに形状を最適化することにより、イルミネータの初期プロフィル（すなわち、形状）を得ることができる。
【００５８】
次の段階であるステップ４０２では、コスト測定基準Ｃtotalが評価される。まず、本発明の反復プロセスを最初に通過する際に、Ｃtotalは、（独立の最適化実施例における）Ｃ（ｗs）と同一であるように、または（組み合わされた最適化実施例における）式１．０によるＣ（ｗs）の作用を含むように仮定される。
【００５９】
次いで、ステップ４０３で、ステップ４０２の結果が加重され、考慮されている他の測定基準すべてと共に組み合わされる。次いで、この結果が先の反復と比較され、結果が最小であると決定された場合には、最小であると決定されたコスト関数Ｃ（ｗs）に対応する照明プロフィル「ｗs」が、最適な光源照明プロフィルとして選択される（ステップ４０５）。
【００６０】
本発明のプロセスは、多数の反復を行って、コスト測定基準Ｃ（ｗs）が最小であるか否か判定することに留意されたい。再び図５を参照すると、ステップ４０３でコスト測定基準Ｃ（ｗs）が最初に決定された後で、Ｃ（ｗs）の値がメモリに記憶され、プロセスがステップ４０４に進み、ステップ４０４で新しい照明プロフィル「ｗs」が選択される。次いで、プロセスはステップ４０２に戻り、新しい照明プロフィルと共にＣ（ｗs）を計算する。次いで、この第２反復の得られたコスト測定基準Ｃ（ｗs）は、第１反復のコスト測定基準と比較され、最小のコスト関数に対応する光源照明プロフィルが最適な照明プロフィルとして識別される。この反復プロセスは、最小のコスト測定基準Ｃ（ｗs）が得られたことが確認されるまで続行される。一実施例では、先の反復の結果に基づいてコスト測定基準を最も低減する可能性のあるプロフィルを予測するために、ジェネリック・アルゴリズムが適用される。
【００６１】
前述の変形形態では、指定された値イプシロンを事前定義することも可能であり、次いで、所定の先の反復回数（たとえば、反復４回）の間にＣ（ｗs）の最大変化とイプシロンを比較し、Ｃ（ｗs）の変化がイプシロンより小さい場合には、プロセスがステップ４０５に進み、現在の照明プロフィルが最適な照明プロフィルとして選択される。
【００６２】
ひとたび最適な照明プロフィルｗｓが識別されたなら、オペレータは、最適な光源照明プロフィルを実施する、回折光学要素など照明シェーパを選択できる。
【００６３】
本発明の前述の方法は、典型的には、上記で論じたように、ＣＡＤ（コンピュータ支援設計）プログラムで実施され、ＣＡＤプログラムは、一部には、前述の方法を実行し、最適な照明プロフィルを表すファイルを生成することになることに留意されたい。ＣＡＤプログラムの出力となるであろうそのようなファイルは、最適な光源照明を実施するのに必要な回折光学要素を作製するために使用することができる。
【００６４】
本発明はまた、従来技術に優る著しい利点を提供する。最も重要なことには、本発明は、レンズ収差を補償し、より高いパターン忠実度でユーザが結像させることを可能にする照明形状を自動的に決定するリソグラフィ光源パターン最適化ツールを提供する。その結果、本発明は、結像性能を改善し、投影レンズの有効寿命を延長する。一般に、投影レンズは、結像系の最も高価な部品の１つであるため、投影レンズの寿命を延ばすことは著しい利益になる（すなわち、レンズの性能を改善し、経時的なレンズ性能の劣化とを補償することにより、本発明は、レンズを交換することが必要とされる頻度を最小限に抑える）。
【００６５】
図７は、本発明の助けにより設計されたマスクと共に使用するのに適したリソグラフィ投影装置を概略的に示す。この装置は、以下を備える。
放射線の投影ビームＰＢを供給するための放射システムＥｘ、ＩＬ。この特定の場合では、放射線源ＬＡをも備える。
マスクＭＡ（たとえば、レチクル）を保持するためのマスク・ホルダを備え、投影システムＰＬに対してマスクを正確に位置決めするための第１の位置決め手段に接続された第１の物体テーブル（マスク・テーブル）ＭＴ。
基板Ｗ（たとえば、レジスト被覆済みシリコン・ウェハ）を保持するための基板ホルダを備え、投影システムＰＬに対して基板を正確に位置決めするための第２の位置決め手段に接続された第２の物体テーブル（基板テーブル）ＷＴ。
マスクＭＡの照射部分を基板Ｗの（たとえば、１つまたは複数のダイを備える）標的部分Ｃ上に結像するための投影系（レンズ）ＰＬ（たとえば、屈折光学系、反射光学系、カタディオプトリック光学系）。
【００６６】
本明細書では、この装置は透過型である（すなわち、透過型マスクを有する）。しかし、一般に、たとえば（反射型マスクを有する）反射型とすることもできる。これに代えて、この装置は、マスクの使用の代替として、別の種類のパターン付け手段を使用することができ、例には、プログラム可能なミラー・アレイまたはＬＣＤマトリクスが含まれる。
【００６７】
放射線源ＬＡ（たとえば、水銀ランプ、エキシマ・レーザ、または放出プラズマ線源）は、放射線のビームを生成する。このビームは、直接に、あるいは、たとえばビーム・エキスパンダＥｘなど条件付け手段を横切った後で照明系（イルミネータ）ＩＬ内に送られる。イルミネータＩＬは、ビーム内の強度分布の（一般にそれぞれσ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）外部および／または内部径方向範囲を設定するための調整手段ＡＭを備えることができる。さらに、概してインテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯなど、様々な他の構成要素を備えることになる。このようにして、マスクＭＡ上に衝突するビームＰＢは、その断面において所望の均一性および強度分布を有する。
【００６８】
図７に関して、放射線源ＬＡは、（たとえば、放射線源ＬＡが水銀ランプである場合にしばしばそうであるように）リソグラフィ投影装置のハウジング内にあってもよいが、リソグラフィ投影装置から遠隔にあり、（たとえば、適切な誘導ミラーの助けにより）放射線源が生成する放射ビームを装置内に送ることもできることに留意されたい。この後者の状況は、放射線源ＬＡが（たとえば、ＫｒＦ、ＡｒＦ、またはＦ2レーザに基づく）エキシマ・レーザである場合が多い。本発明は、これらの状況をどちらも包含する。
【００６９】
その後で、ビームＰＢは、マスク・テーブルＭＴ上で保持されているマスクＭＡと交差する。ビームＰＢは、マスクＭＡを横切って、レンズＰＬを通過し、レンズＰＬは、ビームＰＢを基板Ｗの標的部分Ｃ上に集束する。基板テーブルＷＴは、第２の位置決め手段（および干渉測定手段ＩＦ）の助けにより、たとえば、ビームＰＢの経路内で異なる標的部分Ｃを位置決めするように、正確に移動することができる。同様に、第１の位置決め手段を使用し、たとえば、マスクＭＡをマスク・ライブラリから機械的に取り出した後で、または走査中に、ビームＰＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。一般に、物体テーブルＭＴ、ＷＴの移動は、図７には明示的に示されていないロング・ストローク・モジュール（粗い位置決め）およびショート・ストローク・モジュール（細かい位置決め）の助けにより実現されることになる。しかし、（ステップ・アンド・スキャン装置ではなく）ウェハ・ステッパの場合には、マスク・テーブルＭＴをショート・ストローク・アクチュエータに接続するだけとすることも、固定とすることもできる。
【００７０】
図のツールは、２つの異なるモードで使用することができる。
ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴが本質的に静止したままであり、マスク・イメージ全体が標的部分Ｃ上に一度に（すなわち、１回の「フラッシュ」）投影される。次いで、基板テーブルＷＴがｘおよび／またはｙ方向でシフトされ、その結果、異なる標的部分ＣをビームＰＢによって照射することができる。
走査モードでは、本質的に同じ状況が当てはまるが、所与の標的部分Ｃが１回の「フラッシュ」で露光されない。その代わりに、マスク・テーブルＭＴは、所与の方向（いわゆる「走査方向」、たとえばｙ方向）に速さｖで移動可能であり、その結果、投影ビームＰＢはマスク・イメージ全体にわたって走査させられ、それと共に、基板テーブルＷＴが、同方向または反対方向に速さＶ＝Ｍｖで同時に移動する。この式でＭは、レンズＰＬの倍率である（一般に、Ｍ＝１／４または１／５）。このようにして、解像度を損なうことなく、比較的大きな標的部分Ｃを露光することができる。
【００７１】
以上、本発明のある特定の実施例について開示したが、本発明の精神または本質的な特徴から逸脱することなく、他の形態で本発明を実施することができることに留意されたい。したがって、本実施例は、あらゆる態様において制限するものでなく例示的なものと解釈されるべきであり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲に示されており、したがって、特許請求の範囲の均等性の意味および範囲内に入る変更すべてが特許請求の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】結像系の基本構成要素を示すブロック図である。
【図２】基板上に結像されるフィーチャを有する例示的な単位セルの図である。
【図３】周期的パターンを結像することから生じる例示的な回折パターンの図である。
【図４】例示的な光源照明プロフィルの図である。
【図５】本発明の光源照明最適化プロセスを示す例示的な流れ図である。
【図６】別の例示的な光源照明プロフィルの図である。
【図７】本発明の助けにより設計されたマスクと共に使用するのに適したリソグラフィ投影装置の概略図である。
【符号の説明】
【００７３】
ＡＭ  調整手段
Ｃ  標的部分
ＣＯ  コンデンサ
Ｅｘ  放射システム（ビーム・エキスパンダ）
ＩＦ  干渉測定手段
ＩＬ  放射システム（照明システム）
ＩＮ  インテグレータ
ＬＡ  放射線源ＬＡ
ＭＡ  マスク
ＭＴ  第１の物体テーブル（マスク・テーブル）
ＰＢ  投影ビーム
ＰＬ  投影系
Ｗ  基板
ＷＴ  第２の物体テーブル（基板テーブル）
１０  結像系
１２  照明源
１４  マスク
１６  ひとみ
１８  投影レンズ
２０  基板
１９９  フィーチャ
２０１  単位セル
３０１  回折次数
３０２  回折パターン
３０４  投影レンズ
３０５  イルミネータ・プロフィル
【図１】
2008294456.tif 000021
【図２】
2008294456.tif 000022
【図３】
2008294456.tif 000023
【図４】
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【図５】
2008294456.tif 000025
【図６】
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【図７】
2008294456.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月12日(2008.8.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ収差を補償する方法であって、
（ａ）結像系の光源照明プロファイルを計算する段階と、
（ｂ）前記結像系の結像性能に対するレンズ収差の作用を反映するとともに、前記結像性能の変化をレンズ収差の存在に基づいて定量化するコスト測定基準を定義する段階であって、前記コスト測定基準は、レンズ収差による回折次数の歪みの大きさを更に考慮する、段階と、
（ｃ）前記光源照明プロフィルに基づいて前記コスト測定基準を評価する段階と、
（ｄ）前記光源照明プロフィルを修正することにより、前記結像系のひとみによる回折次数の取り込みに影響を与え、前記修正された光源照明プロフィルに基づいて前記コスト測定基準を再評価する段階と、
（ｅ）前記コスト測定基準が最小限に抑えられるまで段階（ｄ）を繰り返す段階とを含む方法。
【請求項２】
前記コスト測定基準を評価した結果は前記結像系の結像性能を表す単一の数値である、請求項１に記載のレンズ収差を補償する方法。
【請求項３】
最小限に抑えられたコスト測定基準に対応する前記光源照明プロフィルを実施する回折光学要素を形成する段階を更に含む、請求項１に記載のレンズ収差を補償する方法。
【請求項４】
前記コスト測定基準は、結像プロセスの露光ラチチュード性能を更に反映する、請求項１に記載のレンズ収差を補償する方法。
【請求項５】
前記光源照明プロファイルは、前記結像系の投影レンズの収差に対応する位置に回折次数が入らないように修正される、請求項１に記載のレンズ収差を補償する方法。
【請求項６】
レチクルを照明するための照明源と、前記レチクルによって回折された光を基板上に投影するための投影レンズとを有する結像系内のレンズ収差を補償する方法であって、
（ａ）結像系の光源照明プロファイルを計算する段階と、
（ｂ）前記結像系の結像性能に対するレンズ収差の作用を反映するとともに、前記結像性能の変化をレンズ収差の存在に基づいて定量化するコスト測定基準を定義する段階であって、前記コスト測定基準は、レンズ収差による回折次数の歪みの大きさを更に考慮する、段階と、
（ｃ）前記光源照明プロフィルに基づいて前記コスト測定基準を評価する段階と、
（ｄ）前記光源照明プロフィルを修正することにより、前記結像系のひとみによる回折次数の取り込みに影響を与え、前記修正された光源照明プロフィルに基づいて前記コスト測定基準を再評価する段階と、
（ｅ）前記コスト測定基準が最小限に抑えられるまで段階（ｄ）を繰り返す段階と、
（ｆ）前記最小限に抑えられたコスト測定基準に対応する前記光源照明プロフィルを、前記レチクルを照明するためのプロフィルとして選択する段階とを含む方法。
【請求項７】
前記コスト測定基準を評価した結果は前記結像系の結像性能を表す単一の数値である、請求項６に記載の結像系内のレンズ収差を補償する方法。
【請求項８】
前記コスト測定基準は、結像プロセスの露光ラチチュード性能を更に反映する、請求項６に記載の結像系内のレンズ収差を補償する方法。
【請求項９】
前記光源照明プロファイルは前記結像系の投影レンズの収差に対応する位置に回折次数が入らないように修正される、請求項６に記載の結像系内のレンズ収差を補償する方法。
【請求項１０】
結像系内で使用するための回折光学要素を設計する方法であって、
（ａ）結像系の光源照明プロファイルを計算する段階と、
（ｂ）前記結像系の結像性能に対するレンズ収差の作用を反映するとともに、前記結像性能の変化をレンズ収差の存在に基づいて定量化するコスト測定基準を定義する段階であって、前記コスト測定基準は、レンズ収差による回折次数の歪みの大きさを更に考慮する、段階と、
（ｃ）前記光源照明プロフィルに基づいて前記コスト測定基準を評価する段階と、
（ｄ）前記光源照明プロフィルを修正することにより、前記結像系のひとみによる回折次数の取り込みに影響を与え、前記修正された光源照明プロフィルに基づいて前記コスト測定基準を再評価する段階と、
（ｅ）前記コスト測定基準が最小限に抑えられるまで段階（ｄ）を繰り返す段階と、
（ｆ）前記最小限に抑えられたコスト測定基準に対応する前記光源照明プロフィルを実施する前記回折光学要素を生成する段階とを含む方法。
【請求項１１】
前記コスト測定基準を評価した結果は前記結像系の結像性能を表す単一の数値である、請求項１０に記載の回折光学要素を設計する方法。
【請求項１２】
前記光源照明プロファイルは、前記結像系の投影レンズの収差に対応する位置に回折次数が入らないように修正される、請求項１０に記載の回折光学要素を設計する方法。
【請求項１３】
結像系内で使用するための回折光学要素に対応するファイルを生成するようにコンピュータに指示するためのコンピュータ・プログラムであって、
前記ファイルを生成するステップは、
（ａ）結像系の光源照明プロファイルを計算する段階と、
（ｂ）前記結像系の結像性能に対するレンズ収差の作用を反映するとともに、前記結像性能の変化をレンズ収差の存在に基づいて定量化するコスト測定基準を定義する段階であって、前記コスト測定基準は、レンズ収差による回折次数の歪みの大きさを更に考慮する、段階と、
（ｃ）前記光源照明プロフィルに基づいて前記コスト測定基準を評価する段階と、
（ｄ）前記光源照明プロフィルを修正することにより、前記結像系のひとみによる回折次数の取り込みに影響を与え、前記修正された光源照明プロフィルに基づいて前記コスト測定基準を再評価する段階と、
（ｅ）前記コスト測定基準が最小限に抑えられるまで段階（ｄ）を繰り返す段階と、
（ｆ）前記最小限に抑えられたコスト測定基準に対応する前記光源照明プロフィルを実施する前記回折光学要素を定義する段階とを含む、コンピュータ・プログラム。
【請求項１４】
前記光源照明プロファイルは、前記結像系の投影レンズの収差に対応する位置に回折次数が入らないように修正される、請求項１３に記載のコンピュータ・プログラム。
【請求項１５】
前記コスト測定基準は、結像プロセスの焦点深度性能を含む、請求項１に記載のレンズ収差を補償する方法。
【請求項１６】
前記コスト測定基準は、結像プロセスの焦点深度性能を含む、請求項６に記載の結像系内のレンズ収差を補償する方法。
【外国語明細書】
2008294456000001.pdf