(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リソグラフ投影装置であって：
放射線投影ビームを供給するための放射システム；
少なくとも、走査方向である第１方向に動き得て且つマスクパターンを有するマスクを保持するためのマスクホルダを備える第１目的物テーブル；
この第１方向に動き得て且つ基板を保持するための基板ホルダを備える第２目的物テーブル；および
このマスクの照射した部分をこの基板の目標部分に倍率Ｍで結像するための投影システムを含む装置に於いて；
上記放射システムは、このマスクの面での断面積がこのマスクパターンより小さい投影ビームを供給するようにされ、この放射ビームが、この投影ビームの断面積を制御するために可動ビーム・マスク手段を含むこと；並びに
このビーム・マスク手段を走査を始める前に閉じ且つ始めると開かせる制御手段；および
このビーム・マスク手段が開いている間、このマスク上の投影ビームの放射強度の変動を補償するための補償手段；
を組合わせて含み、上記補償手段が、上記変動を補償するために、上記投影ビームを作るために使用する放射線源の出力を、上記ビーム・マスク手段の開放程度に従って制御するようにされた放射線源制御手段を含む装置。
【請求項２】
請求項1によるリソグラフ投影装置に於いて、上記変動が増加であり且つ上記放射線源制御手段は、上記ビーム・マスク手段が開いている間、この放射線源出力を減らすようにされている装置。
【請求項３】
請求項２によるリソグラフ投影装置に於いて、上記放射線源制御手段は、この放射線源出力をＸの逆線形関数に従うように制御するようにされ、但し、Ｘが上記ビーム・マスク手段が形成するスリットの断面積の掩蔽比率である装置。
【請求項４】
請求項１、請求項２または請求項３によるリソグラフ投影装置に於いて、上記放射線源制御手段がこの放射線源出力を：
上記ビーム・マスク手段が全開のときのこの投影ビームの断面積；および
結像すべきレチクルパターンのサイズ；
によって決まる関数に従って制御するようにされた装置。
【請求項５】
請求項４によるリソグラフ投影装置に於いて、上記関数を実験的に求めた基準値から計算する装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか一項によるリソグラフ投影装置に於いて、上記補償手段は、上記ビーム・マスク手段を上記投影ビームに実質的に透明な材料で構成し、上記投影ビームのそれに入射する部分が全内部反射を受けるように具体化することである装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れか一項によるリソグラフ投影装置に於いて、上記補償手段が、上記ビーム・マスク手段の上記投影ビームの入射方向に対して裏面に設けた反射膜を含む装置。
【請求項８】
請求項７によるリソグラフ投影装置に於いて、上記ビーム・マスク手段の上記裏面がその縁に隣接する傾斜部を含む装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８によるリソグラフ投影装置に於いて、上記反射膜がアルミニウムを含む装置。
【請求項１０】
請求項６から請求項９の何れか一項によるリソグラフ投影装置に於いて、上記投影ビームに実質的に透明な上記材料が石英またはガラスを含む装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０の何れか一項によるリソグラフ投影装置に於いて、上記放射システムが放射線源、およびビーム成形光学素子を含む照明システムを含み、上記ビーム・マスク手段が、上記照明システムに、または上記投影ビームの伝播方向に対してその下流に設けたビーム・マスクブレードを含む装置。
【請求項１２】
請求項１１によるリソグラフ投影装置であって、更に、上記投影ビームを選択的に通過させおよび阻止するために上記放射線源と上記照明システムの間に設けたシャッタを含む装置。
【請求項１３】
素子製造方法で：
少なくとも部分的にエネルギー感応性材料の層で覆われた基板を設ける工程；
パターンを含むマスクを設ける工程；
このマスクパターンの少なくとも一部をこのエネルギー感応性材料の層の目標領域上に倍率Ｍで投影するために放射線の投影ビームを使う工程；
上記投影工程中、このマスクを上記投影ビームに対して走査方向に動かす工程；および
上記投影工程中、この基板を上記走査方向に沿ってＭ掛けるこのマスクを動かす速度に等しい速度で動かす工程を含む方法に於いて：
上記投影工程を始める前に閉じ且つ始めると開くビーム・マスク手段を設ける工程；および
このビーム・マスク手段が開いている間、このマスク上の投影ビームの放射強度の変動を補償する工程；
を組合わせて含み、上記補償する工程が、上記変動を補償するために、上記投影ビームを作るために使用する放射線源の出力を、上記ビーム・マスク手段の開放程度に従って制御するようにされた放射線源制御工程を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リソグラフ投影装置であって：
放射線投影ビームを供給するための放射システム；
少なくとも、走査方向である第１方向に動き得て且つマスクパターンを有するマスクを保持するためのマスクホルダを備える第１目的物テーブル；
この第１方向に動き得て且つ基板を保持するための基板ホルダを備える第２目的物テーブル；および
このマスクの照射した部分をこの基板の目標部分に倍率Ｍで結像するための投影システムを含む装置の線量制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
簡単のために、この投影システムを以後“レンズ”と称するかも知れないが、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光学系を含む、種々の種類の投影システムを包含すると広義に解釈すべきである。この放射システムも、放射線の投影ビームを方向付け、成形または制御するための原理のどれかに従って動作する素子を含んでもよく、それでそのような素子も以下に、集合的または特異に、“レンズ”と称するかも知れない。この放射または照明システムの何れの屈折性、反射性または反射屈折性素子もガラスまたはその他の適当な材料の基板に基づいてもよく、必要に応じて単層または多層被膜を備えてもよい。その上、第１および第２目的物テーブルを、それぞれ、“マスクテーブル”および“基板テーブル”と称してもよい。更に、このリソグラフ装置は、二つ以上のマスクテーブルおよび／または二つ以上の基板テーブルを有する型式のものでもよい。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段階で行い、一方一つ以上の他の段階を露出に使ってもよい。双段リソグラフ装置は、国際特許出願ＷＯ９８／２８６６５およびＷＯ９８／４０７９１に記載されている。
【０００３】
リソグラフ投影装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使うことが出来る。そのような場合、マスク（レチクル）にこのＩＣの個々の層に対応する回路パターンがあってもよく、次に感光性材料（レジスト）の層で塗被した基板（シリコンウェーハ）上の目標領域（ダイ）にこのパターンを結像する。一般的に、単一ウェーハが隣接するダイの全ネットワークを含み、それらを逐次レチクルを通して、一度に一つずつ照射する。ある型式のリソグラフ投影装置では、全レチクルパターンをダイ上に一度に露出することによって各ダイを照射し；そのような装置は、普通ウェーハステッパと称する。代替装置−それを普通ステップ・アンド・スキャン装置と称する−では、一般的に、投影システムは、倍率係数Ｍ＜１で、ウェーハテーブルを走査する速度ｖは、係数Ｍ掛けるレチクルテーブルを走査する速度であるので、投影ビーム下のレチクルパターンを与えられた基準方向（“走査”方向）に逐次走査し、一方このウェーハテーブルをこの方向と平行にまたは逆平行に同期して走査することによって各ダイを照射する。ここで説明したようなリソグラフ装置に関する更なる情報は、国際特許出願ＷＯ９７／３３２０５から収集することが出来る。
【０００４】
ステップ・アンド・スキャン露出装置は、ＷＯ９７／３３２０４に記載されている。この装置では、レチクル・マスクブレードを使って、レチクルの矩形部を照明するために照明ビームが通過するスリットを形成し、その画像を倍率Ｍでウェーハ上に投影する。このレチクルは、照明した部分が結像すべき全パターンを走査するように動かす。ウェーハは、全パターンをこのウェーハ上に結像するように、同期して速度Ｍ掛けるレチクルの速度でレチクルと反対方向に動かす。走査の終りで、ウェーハを照明すべき次の領域の始りへ進め、照明工程を繰返す。
【０００５】
全領域を適正且つ均一に照明することが重要である。これは、レチクル・マスクブレードによって形成されるスリットを走査全体にわたって一定且つ均一に照明することを要する。従って、走査露出システムでの露出の制御が問題であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、領域照明の均一性に関して改善した制御をするリソグラフ装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、これおよびその他の目的が上に定義したリソグラフ投影装置であって、：
上記放射システムは、このマスクの面での断面積がこのマスクパターンより小さい投影ビームを供給するようにされ、この放射ビームが、この投影ビームの断面積を制御するために可動ビーム・マスク手段を含むこと；並びに
このビーム・マスク手段を走査を始める前に閉じ且つ始めると開かせる制御手段；および
このビーム・マスク手段が開いている間、このマスク上の投影ビームの放射強度の変動を補償するための補償手段；
を組合わせて含むことを特徴とする装置で達成される。
【０００８】
【発明の効果】
本発明者は、露出（線量）誤差が走査の始めと終りで起り、レチクル・マスクブレードからの反射によって生ずることを測定した。従って、本発明は、ビーム・マスク手段（例えば、レチクル・マスクブレード）が形成するスリットを開閉するとき増加する照明を補償するための手段を提供する。本発明は、このスリット照明を走査全体にわたって一定且つ均一であるように制御可能にし、それによってこの発明の装置を使用するＩＣ製造プロセスの一慣性および歩留りを改善する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上記補償手段は、上記変動を補償するために、照明ビームを作るために使用する放射線源（例えば、ランプ）の出力を、ビーム・マスク手段の開放程度に従って制御するようにされた放射線源制御手段を含むのが好ましい。
【００１０】
その代りにまたはそれに加えて、上記補償手段は、上記ビーム・マスク手段を上記投影ビームに実質的に透明な材料で構成し、上記照明ビームのそれに入射する部分が全内部反射を受けるように形作ることでもよい。
【００１１】
この本文では、この発明による装置の用途にＩＣの製造を特に参照してもよいが、そのような装置には多くの他の可能な用途があることをはっきり理解すべきである。例えば、それを集積光学システム、磁区メモリ用案内および検出パターン、液晶ディスプレーパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使ってもよい。当業者には、そのような代替用途の関係で、この本文での“レチクル”、“ウェーハ”または“ダイ”という用語の使用を、それぞれ、更に一般的な用語“マスク”、“基板”および“目標領域”で置換えて考えるべきであることが分るだろう。
【００１２】
この発明によるリソグラフ投影装置を使う製造プロセスでは、マスクのパターンを、少なくとも部分的にエネルギー感応性材料（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、この基板は、下塗り、レジスト塗被およびソフトベーキングのような、種々の処理を受けてもよい。露出後、この基板は、露出後ベーキング（ＰＥＢ）、現像、ハードベーキングおよび結像形態の測定／検査のような、他の処理を受けてもよい。この多数の処理は、素子、例えば、ＩＣの個々の層のパターン化の基礎として使用する。そのような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、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、全手順、またはその変形を各新層に対して繰返さねばならないだろう。結局、素子のアレイが基板（ウェーハ）に存在するだろう。次に、これらの素子を、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、それから個々の素子をキャリヤに取付け、ピンに結合し等出来る。そのようなプロセスに関する更なる情報は、例えば、単行本“マイクロチップ製造：半導体加工への実用ガイド”、第３版、ピータ・ファン・ザント著、マグロウヒル出版社、１９９７年、ＩＳＢＮ０−０７−０６７２５０−４から得ることが出来る。
【００１３】
【実施例】
本発明とそれに付随する利点を以下に実施例および添付の概略図を参照して説明する。
【００１４】
図面で、類似の部品は、類似の参照番号で指す。この発明の第１実施例によるステップ・アンド・スキャン照明システムの原理を添付の図面の図１に示す。この図は、ステップ・アンド・スキャン装置のテーブルＷＨに取付けた基板Ｗ上に作った、マスクＭＡの縮小画像を示し；この投影レンズシステムの倍率Ｍは、例えば、１／４である。投影ビームＰＢをレチクル・マスクブレード（図示せず）によって部分的に阻止して、このマスクの領域に、例えば、矩形断面ＰＢCが出来るようにし、このマスクの矩形部ＭＡBを照明するようにする。この部分を投影レンズシステムＰＬによって基板Ｗの類似の矩形部ＷB上に結像する。図１に矢印ＤMAおよびＤWによって示すように、このマスクを基板に関して反対のＸ方向に動かすことにより、および倍率Ｍを考慮に入れることにより、全マスクを逐次照明し、全マスクパターンを基板の領域Ｃ上に結像する。このマスクと基板を同じＸ方向に動かしてもよい。
【００１５】
このマスクパターンを第１集積回路（ＩＣ）領域（即ち、目標領域）上に結像してから、基板ホルダをマスクに関して、このＩＣ領域の周期に等しいある距離に沿ってＸ方向またはＹ方向に動かし、このマスクを走査照射パターンＰＢCによって第２ＩＣ領域（即ち、目標領域）上に結像する。
【００１６】
本発明によるリソグラフ装置の照明システムの関連部品を図２に概略的に示す。放射光源１、例えば水銀灯、が出す光を楕円鏡２によって集め、照明光学システム３の第１素子３ａへ反射し、それがこの光をレチクル８上に投影し；この放射源は、レーザでもよい。そのような放射源は、例えば、波長３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍまたは１５７ｎｍのＵＶ光を出してもよい。ランプ１と照明光学システム３の間にシャッタ４を設ける。この照明光学システムの都合のよい点で、この照明光の一部をビームスプリッタ５によってエネルギーセンサ６へ向け、レチクル８に達する光エネルギーの量をモニタ出来るようにする。実際の走査照射パターンの寸法は、このレチクルの照明光が通るスリットを形成するレチクル・マスク手段７によって決る。この装置の残りの部品は、明快さのために省略するが、図１に示す通りでもよい。
【００１７】
領域の走査の始めに、レチクル・マスク手段７を含む、レチクル・マスクブレードを閉じる。走査が始ると、走査方向に先のブレードが動いてこのスリットを開け、次にこのスリットを領域全体にわたって走査し、走査の終りで後ブレードが動いてスリットを閉じる。
【００１８】
この発明の第１実施例では、ランプの輝度を、スリットが閉じたときに落し、スリットの開放に同期して上げる。
【００１９】
特に、この照明強度を、与えられた時のスリットの掩蔽断面積比率Ｘの線形関数と決め、（即ち、開放比率は１−Ｘで、スリットが全開のときＸ＝０）。従って、このシステムは、ウェーハレベルでの放射線強度が一定であることを保証するために、ランプ強度がＸの逆線形関数に従うようにランプ電源９を制御するランプ制御回路１０を含む。
【００２０】
スリットの断面積を示すデータをレチクルマスクサーボ制御装置１１によってランプ制御回路１０に与える。
【００２１】
Ｘの関数としての照明強度の変動は、スリット断面積とダイのサイズの異なる組合せに対して異なり、従って、各製造手順に対して調整する必要がある。この関数は、その都度測定してもよい。その代りに、それを予め複数のスリットとダイの組合せに対して測定し、与えられた製造作業に対して妥当な関数をこれらの基準関数から作ってもよい。
【００２２】
この発明の第２実施例では、レチクル・マスクブレードは、照明光の反射を避けるように構成する。
【００２３】
図３に示すように、レチクル・マスクブレード７０は、石英で構成した本体７１を有する。照明光Ｌが入射するブレード７０の前面７０ａは平坦である。後面７０ｂは、このブレードがその縁７０ｄで最も薄いように、傾斜部７０ｃを有する。傾斜面７０ｃの角度は、前面７０ａに入射する照明光が全内部反射してこの照明ビームから吸収体の方へ横向きに導かれるように設定する。前面７０ａは、この照明光周波数に最適化した反射防止膜を塗被してもよい。
【００２４】
もし望むなら、ブレード７０の後面は、反射性金属層７２（例えば、アルミニウムを含む）を塗被してもよい。すると角度は、もう前面７０ａに入射する光が全て面７０ｃで全内部反射を受けるように選ばなくてもよい（何故なら、今度は普通の反射がこの金属層７２で起るだろうから）。
【００２５】
それによってレチクル・マスクブレードからの反射が除かれ、照明光の強度密度がブレードの開口全体にわたって一定にされる。
【００２６】
照明光の強度密度の増加を補償するための、この発明が提案する代替方法は、走査速度を制御することである。上述のように、この強度密度は、Ｘの線形関数である。これは、走査速度を直線的に増すことによって補償できる。走査速度は、スリット断面積および照明強度に比例するが、線量に逆比例するので、線量がＸの関数として一定であることが分る。レチクルテーブルおよびレチクル・マスクブレードは、上に定義した走査速度に対応して動くように制御しなければならない。
【００２７】
本発明のこの実施例では、照明光学システムの影響を出来るだけ多く考慮に入れるためにエネルギーセンサ６を出来るだけレチクルの近くに置きたいので、それをシャッタ４の下流に配置する。この閉ループフィードバック制御は、シャッタを開いたとき有利である。しかし、シャッタを閉じると、光がシャッタに達せず、従ってランプをこのセンサを根拠に制御することは出来ない。
【００２８】
従って、本発明は、シャッタが閉じたとき使うための、追加の制御システムを提供する。この追加の制御ループは、ランプを流れる電流の閉ループ制御によりこのランプ輝度の開ループ制御をもたらす、電流制御ループを含んでもよい。その代りに、追加のランプセンサ１２をシャッタの上流に設けて、ランプの輝度を直接検出してもよい。このランプセンサからの信号をランプ制御回路１０へ送り、光束を安定化する。
【００２９】
ランプセンサ１２によるランプの制御から光センサ６による制御への切替えを制御することが必要である。本発明は、これに対する三つのオプションを提供する。
【００３０】
最初に、レチクル・マスクブレード７を開いて走査を始める前に、シャッタ４を全開し、光センサ６およびランプ１を光センサ６の制御の下で適当なレベルに落着かせる。この方法は、非常に確実であるが、もし、ランプの整定時間が基板テーブルの整定時間より長ければ、スループットを悪くするという潜在的欠点がある。この制御過程を図４に示す。時点ｔ0でシャッタを開くと、実線４１で示す、光センサ６で検出したエネルギーが、破線４２で示す、実際のランプ出力のレベルまで上昇する。シャッタを全開した時点ｔ1で、測定したエネルギーが実際のランプエネルギーに等しい。センサを落着かせ、ランプ出力を点線４３で示す所望のレベルに調整する。露出がｔ2で始り、ｔ3で終り、その間のランプ出力をランプセンサ６に基づいて制御する。露出の終りで、シャッタが閉じるので、ランプセンサ信号は、シャッタが全閉したｔ4でゼロに達するまで低下する。
【００３１】
代替制御方法は、ランプ制御システムの既知の性質および既知のシャッタ開放時間、例えば、１０ｍｓを使用する。この過程を図５に示す。もし、多分シャッタ開放の途中である時点ｔ1で、制御を光センサ６へ切換えると、この光センサ制御は、光センサがランプ出力の半分しか検知しないので、その出力に大きなオーバシュートを生ずる。この光センサ制御ループの応答時間は非常に速いので、露出が始る時点ｔ2までに、ランプ出力が迅速に正しいレベルにされる。制御の切換えタイミングの適正な選択が、ランプを最も迅速に正しいレベルにすることを保証する。
【００３２】
第３代替案は、両制御ループを同時に作動させ、ランプ出力を二つの制御の低い方に基づいて制御し、シャッタ閉止（即ち、ランプセンサ）制御ループの設定点を所望のエネルギーレベルより僅かに高く設定することになっている。これを図６に示す。シャッタを閉じたとき、光センサ６制御ループは、制御がシャッタ閉止制御ループに従うように、非常に高いランプ出力を命令する。シャッタがｔ0で開き始めると、光センサ６が命令する出力レベルは、それがシャッタ閉止設定点の下へ落ちるｔ1まで低下し、光センサ制御が引継ぐ。ランプ出力が迅速に所望のレベルまで低下し、ｔ2で露出を始めることが出来る。ｔ3でシャッタが閉じ始めると、光センサ６がそれに達する光の減少を補償するために出力の増加を命令するので、ランプ出力が上昇する。しかし、直ぐ光センサ６が命令する出力がシャッタ閉止設定点の上に上がり、従ってその制御を引継ぐ。この様にして、制御ループ間の切替えが自動的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例によるリソグラフ投影装置を示す。
【図２】この発明による走査照明システムの照明光学システムの線図である。
【図３】この発明の実施例にビーム・マスク手段として使用するレチクル・マスクブレードの一部の断面図である。
【図４】この発明のランプ出力制御モードを示すグラフである。
【図５】この発明の他のランプ出力制御モードを示すグラフである。
【図６】この発明の更に他のランプ出力制御モードを示すグラフである。
【符号の説明】
１  放射線源
３  照明システム
４  シャッタ
５  補償手段
６  補償手段
７  ビーム・マスク手段
８  マスク
９  放射線源
１０  放射線源制御手段
１１  制御手段
１２  補償手段
７０  ビーム・マスク手段
７０ｂ  裏面
７０ｃ  傾斜部
７０ｄ  縁
７２  反射膜
Ｃ  目標領域
ＭＡ  マスク
ＭＡB 照射部分
ＭＨ  第１目的物テーブル
ＰＢ  投影ビーム
ＰＬ  投影システム
Ｗ  基板
ＷB 目標部分
ＷＨ  第２目的物テーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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