JP2004349706A - リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プログラム可能なパターン形成手段およびマイクロレンズ・アレイを使用し、且つより長い作動距離を有するリソグラフィ投影装置を提供すること。
【解決手段】本発明のリソグラフィ投影装置は、２次元配列の複数の源像を生成するためのマイクロレンズ・アレイと、源像に対してシャッタとして働く複数のアドレス指定可能な素子を有するプログラム可能なパターン形成手段と、源像アレイの像を基板上に投影するための投影サブシステムとを有し、それによってより大きい作動距離を得ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、
放射線の投影ビームを供給するための照明システムと、
複数のアドレス指定可能な素子を有し、所望のパターンに従って設定されることのできるプログラム可能なパターン形成手段と、
基板を保持するための基板テーブルと、
所望のパターンを基板のターゲット部分の上に転写するための投影システムと
を有するリソグラフィ投影装置に関する。

リソグラフィ投影装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いることができる。このような場合、プログラム可能なパターン形成手段はＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成することが可能であり、このパターンを、放射線感光材料（レジスト）の層で被覆した基板（シリコン・ウェハ）上の（例えば１つまたは複数のダイを含む）ターゲット部分に結像させることができる。一般に単一のウェハは、投影システムにより１つずつ連続的に照射される隣接ターゲット部分からなる全ネットワークを含む。マスク・テーブル上のマスクによるパターン形成を採用する現在の装置は、異なる２つのタイプの装置に区別することができる。１つのタイプのリソグラフィ投影装置では、マスク・パターン全体をターゲット部分の上に一度に露光することによって各ターゲット部分を照射するようになっており、こうした装置は一般にウェハ・ステッパと呼ばれる。もう１つの装置は、一般にステップ・アンド・スキャン式装置と呼ばれ、マスク・パターンを投影ビームの下で所与の基準方向（「走査」方向）に漸次走査し、それと同時にこの方向に対して平行または逆平行に基板テーブルを同期して走査することによって各ターゲット部分を照射する。一般に、投影システムは倍率Ｍ（一般にＭ＜１）を有するため、基板テーブルを走査する速度Ｖはマスク・テーブルを走査する速度のＭ倍になる。本明細書に記載するリソグラフィ装置に関するさらに詳しい情報は、例えば米国特許第６，０４６，７９２号から得ることができ、これを参照によって本明細書に組み込む。

リソグラフィ投影装置を用いた製造工程では、少なくとも部分的に放射線感光材料（レジスト）の層で被覆した基板の上に（例えばマスクの）パターンが結像される。この結像ステップの前に、プライミング、レジスト・コーティングおよびソフト・ベークなど様々な処理を基板に施すことができる。また露光後に、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハード・ベークおよび結像したフィーチャの測定／検査など他の処理を基板に施すこともできる。この一連の処理が、例えばＩＣなどのデバイスの個々の層にパターンを形成するための基礎として用いられる。次いで、こうしたパターンが形成された層を、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、化学的機械研磨など様々な処理にかけることが可能であり、これらはすべて、個々の層を仕上げるために行われる。いくつかの層が必要な場合には、すべての処理またはその変形形態を新しい層ごとに繰り返さなければならない。最終的に一連のデバイスが基板（ウェハ）上に形成されることになる。次いで、これらのデバイスをダイシングやソーイングなどの技術によって互いに分離し、それによって個々のデバイスをキャリアに取り付けたり、ピンに接続したりすることができるようになる。こうした工程に関する他の情報は、例えばピーター・ファン・ツァント（Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ）の著書「マイクロチップの製造；半導体処理のための実用ガイド（Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」第３版、マグロー・ヒル出版社、１９９７、ＩＳＢＮ ０−０７−０６７２５０−４から得ることができ、これを参照によって本明細書に組み込む。

米国特許第６，１３３，９８６号には、マイクロレンズ・アレイを使用する顕微鏡法および／またはリソグラフィ・システムが記載されている。そうしたリソグラフィ装置の基本配置を添付図面の図１に示す。光源ＬＡからの光は視準され、ビーム・スプリッタＢＳを介して、デジタル・マイクロミラー・アレイから構成される空間光変調器ＳＬＭへ向けられる。このアレイの個々のミラーは、光をシステムの外へ向けるように設定されることができ、あるいは光をビーム・スプリッタＢＳを通して戻し、投影レンズ・システムＰＬへと向けるように設定されることもできる。投影レンズ・システムＰＬは、空間光変調器の個々のミラーと１：１の関係にあるマイクロレンズを有するマイクロレンズ・アレイＭＬＡの上に空間光変調器の像を投影する。マイクロレンズ・アレイの各レンズは、投影開口を基板Ｗ上のそれぞれのスポットに結像させる。したがって空間光変調器内の対応するミラーの設定に従って基板上のスポット・アレイを選択的に露光することが可能であり、また基板を走査することにより、その表面全体を選択的に露光することができる。

上述のシステムはいくつかの利点を有するが、その１つの欠点は作動距離が小さいことである。作動距離は、マイクロレンズ・アレイと基板の間でマイクロレンズの焦点距離によって決まり、１ｍｍ未満になることがある。このため、マイクロレンズ・アレイの汚染の可能性が高まるという問題や、基板とマイクロレンズ・アレイの間で衝突の可能性が高まるなどといった問題が生じる。また、走査露光中のレベリング制御に必要な高さセンサや傾斜センサなど、センサのために利用できる空間がほとんどない。

本発明の目的は、プログラム可能なパターン形成手段およびマイクロレンズ・アレイを使用する一方で、より長い作動距離を有するリソグラフィ投影装置を提供することである。

この目的および他の目的は、冒頭の段落で言及したリソグラフィ装置であって、前記投影システムが、
プログラム可能なパターン形成手段のアドレス指定可能な素子に対応した複数のマイクロレンズを有し、「源像（ｓｏｕｒｃｅ ｉｍａｇｅ；あるいは、元イメージ）」アレイを形成するマイクロレンズ・アレイと、
源像アレイの像を基板上に投影するための投影サブシステムと
を有することを特徴とするリソグラフィ装置における本発明により達成される。

この構成では、作動距離はもはやマイクロレンズ・アレイの焦点距離によって制限されず、むしろ投影サブシステムの適切な設定により、はるかに大きい自由度をもつように設定することができる。投影サブシステムは周知のタイプの（屈折）レンズ・システムとすることができ、源像アレイの１：１の像、または縮小像を投影することができる。

本発明の好ましい実施例では、照明システムが、実質的に視準された放射線ビームをマイクロレンズ・アレイに向けて出力し、そこで源像アレイが形成される。プログラム可能なパターン形成手段は、マイクロレンズ・アレイのすぐ近くに配置された選択的透過性デバイス（例えばＬＣＤアレイ）であり、それによってプログラム可能なパターン形成手段のアドレス指定可能な各素子を、源像のそれぞれの像を遮るように設定することが可能になる。これにより簡潔で堅固なシステムが提供される。プログラム可能なパターン形成手段の非活動部分による吸収を最小限に抑えるためには、それぞれのビームが、プログラム可能なパターン形成手段のアドレス指定可能な各素子の透過性部分の範囲内に収まるように、プログラム可能なパターン形成手段を前記源像の平面の近くに配置することが好ましい。

本発明の他の好ましい実施例では、投影システムが、プログラム可能なパターン形成手段の像をマイクロレンズ・アレイの上に投影するための第２の投影サブシステムをさらに有している。

この第２の投影サブシステムは周知のタイプの（屈折）レンズ・システムでもよく、装置の設計にさらに柔軟性を与える。例えば、適切な拡大率または縮小率を有する第２の投影サブシステムを設計することにより、異なるスケールのプログラム可能なパターン形成手段およびマイクロレンズ・アレイを使用することが可能になる。

有利には、マイクロレンズ・アレイは、源像を球面上に投影するように構成することができる。これによって、投影サブシステムを構成する要素を小型化することが可能になる。

本発明の他の観点によれば、
少なくとも部分的に放射線感光材料の層で被覆された基板を提供するステップと、
照明システムを用いて放射線の投影ビームを提供するステップと、
プログラム可能なパターン形成手段の複数のアドレス指定可能な素子を、所望のパターンに従って設定するステップと、
投影システムを用いて、所望のパターンを放射線感光材料の層のターゲット部分の上に転写するステップと
を含むデバイス製造方法であって、前記投影システムが、
プログラム可能なパターン形成手段のアドレス指定可能な素子に対応した複数のマイクロレンズを有する、源像アレイを形成するためのマイクロレンズ・アレイと
源像アレイの像を基板上に投影するための投影サブシステムと
を有することを特徴とするデバイス製造方法が提供される。

本明細書で使用する「プログラム可能なパターン形成手段（プログラマブル・パターニング手段）」という用語は、入射する放射線ビームの断面に、基板のターゲット部分に作成するパターンに対応するパターンを付与するために用いることができる手段を指すものと広く解釈すべきであり、「光弁（ｌｉｇｈｔ ｖａｌｖｅ）」および「空間光変調器（ＳＬＭ）」という用語もこの意味で用いることができる。一般に、前記パターンは、集積回路や他のデバイスなど、ターゲット部分に作成されるデバイスの特定の機能層に対応している（以下参照）。こうしたパターン形成手段の例には以下のものが含まれる。
（１）プログラマブル・ミラー・アレイ
このようなデバイスの一例は、粘弾性制御層および反射面を有する、マトリックス状にアドレス指定可能な表面である。こうした装置の背景となる基本原理は、（例えば）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、アドレス指定されていない領域が入射光を非回折光として反射することにある。適切なフィルタを用いると、前記非回折光を反射ビームから濾去し、後に回折光のみを残すことができる。このようにして、マトリックス状にアドレス指定可能な表面のアドレス指定されたパターンに従ってビームにパターンが形成される。回折格子光制御弁（ＧＬＶ）アレイを同様の方法で使用することもできる。各ＧＬＶは、入射光を回折光として反射する格子を形成するように互いに対して変形することができる複数の反射性リボンからなる。プログラマブル・ミラー・アレイの別の実施例は、小さいミラーのマトリックス状の配列を使用するものであり、適切な局部電界を印加するか、あるいは電圧作動手段を用いることによりそれぞれのミラーを別々に軸線を中心として傾斜させることができる。ここでも、ミラーはマトリックス状にアドレス指定可能にされ、アドレス指定されたミラーが、入射する放射線ビームを、アドレス指定されていないミラーとは異なる方向に反射する。このようにして、マトリックス状にアドレス指定可能なミラーのアドレス指定パターンに従って、反射ビームにパターンが形成される。必要なマトリックス・アドレス指定は、適切な電子手段を用いて実施することができる。上述のどちらの場合も、プログラム可能なパターン形成手段は１つまたは複数のプログラマブル・ミラー・アレイを備えることができる。本明細書で言及するミラー・アレイに関する他の情報は、例えば米国特許第５，２９６，８９１号および第５，５２３，１９３号、ならびにＰＣＴ特許出願ＷＯ９８／３８５９７号およびＷＯ９８／３３０９６号から得られ、これらを参照によって本明細書に組み込む。
（２）プログラマブルＬＣＤアレイ
このような構成の例は米国特許第５，２２９，８７２号に示されており、これを参照によって本明細書に組み込む。

簡略化のために、以下では投影システムを「レンズ」と呼ぶことがあるが、この用語は、例えば屈折光学系、反射光学系および反射屈折光学系を含めて様々なタイプの投影システムを包含するものとして広く解釈すべきである。放射線システムはまた、放射線の投影ビームの方向付け、成形または制御を行うために、これらの設計タイプのいずれかに従って動作する構成要素を含むことができ、こうした構成要素も以下では一括して、または単独で「レンズ」と呼ぶことがある。さらに、リソグラフィ装置は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）を有するタイプのものであってもよい。こうした「マルチ・ステージ」デバイスでは、追加のテーブルを並行して用いてもよく、あるいは１つまたは複数のテーブル上で予備ステップを実施し、それと同時に１つまたは複数の他のテーブルを露光に用いることもできる。例えば米国特許第５，９６９，４４１号およびＷＯ９８／４０７９１号には２ステージ・リソグラフィ装置が記載されており、これらを参照によって本明細書に組み込む。

本明細書では、本発明の装置をＩＣの製造に用いることについて特に言及しているが、こうした装置は他にも多くの用途に使用可能であることを明確に理解すべきである。例えば一体型光学系、磁気ドメイン・メモリ用の誘導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に使用することができる。こうした別の用途についての文脈では、本明細書中の「レチクル」、「ウェハ」または「ダイ」という用語の使用はいずれも、それぞれ「マスク」、「基板」および「ターゲット部分」というより一般的な用語に置き換えて考えられるべきであることが当業者には理解されよう。

本明細書では、「放射線」および「ビーム」という用語は、（例えば３６５、２４８、１９３、１５７、または１２６ｎｍの波長を有する）紫外線、および（例えば５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）ＥＵＶ（極紫外線）を含むあらゆるタイプの電磁放射線、ならびにイオン・ビームや電子ビームなどの粒子ビームを包含している。

次に本発明の実施例を、添付の概略図を参照して例示のみの目的で説明する。

なお、図中において同じ参照記号は同じ部品を指すものであることに留意されたい。

「実施例１」
図２は、本発明の特定の実施例によるリソグラフィ投影装置１０を概略的に示している。この装置は、
（１）放射線の投影ビーム（例えばＵＶ放射）を供給するための放射線システムＬＡ、Ｅｘ、ＩＬと、
（２）２次元配列の複数の源像を形成するためのマイクロレンズ・アレイ１１と、
（３）マイクロレンズ・アレイによって形成された複数の源像に対応する複数のアドレス指定可能な素子を有するプログラム可能なパターン形成手段１２（例えばＳＬＭ）と、
（４）基板Ｗ（例えば、その上にフラット・パネル・ディスプレイが構成されるレジスト塗布ガラス板）を保持するための基板ホルダを備えた基板テーブルＷＴであって、基板を正確に位置決めするための位置決め手段に接続された基板テーブルＷＴと、
（５）複数の源像を基板Ｗの（例えば１つまたは複数のダイの一部を含む）ターゲット部分Ｃに結像させるための投影サブシステム（「レンズ」）１３（例えば、石英および／またはＣａＦ_２レンズ・システム、またはそうした材料から作成されたレンズ要素を含む反射屈折光学系、またはミラー・システム）と
を備えている。

放射線源ＬＡ（例えばＨｇランプ）は放射線ビームを生成する。このビームは、直接、または例えばビーム・エキスパンダＥｘなどの調節手段を通過した後に、照明システム（照明器）ＩＬ内に送られる。照明器ＩＬは、ビームの強度分布の外側および／または内側の放射範囲（それぞれ一般にσ−アウタ（σ−ｏｕｔｅｒ）、σ−インナ（σ−ｉｎｎｅｒ）と呼ばれる）を設定するための調整手段ＡＭを含むことができる。さらに、調整手段ＡＭは、一般には積算器やコンデンサなど他の様々な構成要素を含む。このようにして、マイクロレンズ・アレイ上に衝突するビームは、所望の均一性、強度分布および角度分布を有するようになる。

マイクロレンズ・アレイ１１は複数の源像を形成する。この源像はアレイ中のマイクロレンズごとに１つ形成され、マイクロレンズの断面よりかなり小さい。これは、ビームを複数のサブビームに分割しているとも考えられ、したがってその機能を果たす他の構成要素で置き換えることができる。次いで、これらの源像を投影サブシステム１３によって基板Ｗの上に投影して、基板上の小さい、間隔があいたスポット・アレイを露光する。投影サブシステム１３は、基板上のスポット・アレイが源像アレイと同じ大きさか、あるいはそれより小さくなるように、１以下の倍率Ｍを有することが好ましい。

プログラム可能なパターン形成手段のアドレス指定可能な素子は個々に、源像に対して制御可能なシャッタとして働き、したがって必要に応じて基板上のスポットをオン・オフすることが可能になる。この目的を達成するために、プログラム可能なパターン形成手段１２はマイクロレンズ・アレイの前または後に配置することが可能であるが、源像の平面の近くに配置すると好都合であり、その場合、プログラム可能なパターン形成手段の非活動部分、例えば画素の端などによるビームの吸収が起こらないように、各サブビームを構成する光線束は細い。

基板Ｗは、位置決め手段（および干渉測定手段ＩＦ）を用いて基板テーブルＷＴを正確に移動させることにより、投影サブシステム１３の下で走査方向、例えばｙ方向に走査される。基板テーブルＷＴの移動は、長ストローク・モジュール（粗い位置決め）および短ストローク・モジュール（細かい位置決め）を用いて実現されるが、これらは図２には明示されていない。

マイクロレンズ・アレイは、すなわち源像アレイおよび基板上に投影されたスポット・アレイは、走査方向に対して鋭角に傾いている。アレイの角度、その間隔、列の数、およびスポットの大きさは、基板を投影サブシステム１３の下で走査するときにその領域全体が投影されたスポットによって掃引されるように選択される。このようにして、きわめて高い縮小率を有する投影サブシステムを必要とすることなく、マイクロレンズ・アレイによって生成された源像の間隔よりずっと高い解像度で基板を選択的に露光することが可能になる。

投影サブシステム１３は、比較的長い焦点距離を有するように構成することが可能であり、最後のレンズ要素と基板との間の作動距離を所望の大きさにすることができる。投影サブシステムの各要素の小型化を可能とするために、源像を球面上に投影するようにマイクロレンズ・アレイを構成してもよい。

図１に関して、（例えば放射線源ＬＡが水銀ランプである場合によく見られるように）放射線源ＬＡは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離して、生成した放射線ビームを（例えば適切な方向付けミラーを利用して）装置内に導くようにすることも可能であることに留意すべきであり、この後者のケースは、放射線源ＬＡがエキシマ・レーザである場合によく見られる。本発明および特許請求の範囲は、これらのケースの両方を包含する。

本明細書で図示する装置は、透過タイプの（すなわち透過性のプログラマブル・パターン形成手段を有する）ものである。しかし一般に、例えば反射タイプの（すなわち反射性のプログラマブル・パターン形成手段を有する）ものであってもよい。また、単にオン・オフ式シャッタであるだけではなく、プログラム可能なパターン形成手段により、グレースケール露光が可能になるように、アドレス指定可能な各素子を通過する光の量を複数のレベル間で、または連続するものとして、制御できるようにしてもよい。

「実施例２」
本発明の第２の実施例によるリソグラフィ投影装置２０を図３に示すが、以下に記載することを除き、第１の実施例と同様である点に留意されたい。

第２の実施例では、投影システムはマイクロレンズ・アレイ２３、ならびに第１および第２の投影サブシステム２４、２２を有し、またプログラム可能なパターン形成手段２１は投影システムより前にある。第１の投影サブシステム２４は、第１の実施例の投影サブシステムに相当し、マイクロレンズ・アレイによって生成された源像を基板Ｗの上に投影する。第２の投影サブシステムは、プログラム可能なパターン形成手段２１の像をマイクロレンズ・アレイの上に投影し、プログラム可能なパターン形成手段の素子が閉じている場合には、対応するマイクロレンズ・アレイに光が到達しないようにする。

第２の投影サブシステム２２は、異なるピッチを有するプログラム可能なパターン形成手段、およびマイクロレンズ・アレイに共に適合する拡大率または縮小率を備えることができる。プログラム可能なパターン形成手段とマイクロレンズ・アレイのアスペクト比が異なる場合には、第２の投影システムが非対称な拡大率または縮小率を有することも可能である。

ここまで本発明の特定の実施例について説明してきたが、本発明は記載したものとは別の態様で実施することが可能であることが理解されよう。上記説明は本発明を限定するものではない。

従来技術のリソグラフィ投影装置の光学系を示す図。 本発明の第１の実施形態によるリソグラフィ投影装置を示す図。 本発明の第１の実施形態によるリソグラフィ投影装置を示す図。

符号の説明

ＢＳ ビーム・スプリッタ
Ｅｘ ビーム・エキスパンダ
ＩＦ 干渉測定手段
ＩＬ 照明器
ＬＡ 放射線源
ＭＬＡ マイクロレンズ・アレイ
ＰＬ 投影レンズ・システム
ＳＬＭ 空間光変調器
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル
１０、２０ リソグラフィ投影装置
１１、２３ マイクロレンズ・アレイ
１２、２１ プログラム可能なパターン形成手段
１３、２２、２４ 投影サブシステム

Claims (8)

1. 放射線の投影ビームを供給するための照明システムと、
   複数のアドレス指定可能な素子を有し、所望のパターンに従って設定することのできるプログラム可能なパターン形成手段と、
   基板を保持するための基板テーブルと、
   前記所望のパターンを前記基板のターゲット部分の上に転写するための投影システムと
   を有するリソグラフィ投影装置であって、前記投影システムが、
   前記プログラム可能なパターン形成手段の前記アドレス指定可能な素子に対応する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズ・アレイであって、源像アレイを形成するためのマイクロレンズ・アレイと、
   前記源像アレイの像を前記基板上に投影するための投影サブシステムと
   を有することを特徴とするリソグラフィ投影装置。
2. 前記照明システムが、実質的に視準された放射線ビームを前記マイクロレンズ・アレイに向けて出力し、該マイクロレンズ・アレイが、そこから源像アレイを形成し、前記プログラム可能なパターン形成手段が、前記マイクロレンズ・アレイの近傍に配置された選択的透過性デバイスであり、それによって前記プログラム可能なパターン形成手段のアドレス指定可能な素子が、前記源像のそれぞれの像を遮るように設定可能であることを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
3. 前記プログラム可能なパターン形成手段が、好適には、前記源像の平面に近いことを特徴とする請求項２に記載のリソグラフィ投影装置。
4. 前記投影システムが、前記プログラム可能なパターン形成手段の像を前記マイクロレンズ・アレイに投影するための第２の投影サブシステムをさらに有している請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
5. 前記プログラム可能なパターン形成手段と前記マイクロレンズ・アレイが異なるピッチおよび／またはアスペクト比を有し、前記第２の投影サブシステムが、前記プログラム可能なパターン形成手段の前記アドレス指定可能な素子を前記マイクロレンズ・アレイのマイクロレンズに適合させるように適切な拡大率または縮小率を有している請求項４に記載のリソグラフィ投影装置。
6. 前記マイクロレンズ・アレイが、前記源像を球面上に投影するように構成されている請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のリソグラフィ投影装置。
7. 前記投影サブシステムが、前記源像アレイの１：１の像、または縮小像を投影する請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のリソグラフィ投影装置。
8. 少なくとも部分的に放射線感光材料の層で被覆された基板を提供するステップと、
   照明システムを用いて放射線の投影ビームを提供するステップと、
   プログラム可能なパターン形成手段の複数のアドレス指定可能な素子を、所望のパターンに従って設定するステップと、
   投影システムを用いて、所望のパターンを前記放射線感光材料の層のターゲット部分の上に転写するステップと
   を含むデバイス製造方法であって、前記投影システムが、
   前記プログラム可能なパターン形成手段の前記アドレス指定可能な素子に対応する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズ・アレイであって、源像アレイを形成するためのマイクロレンズ・アレイと、
   前記源像アレイの像を前記基板上に投影するための投影サブシステムと
   を有することを特徴とするデバイス製造方法。

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