JP2005311362A - リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リソグラフィ装置、特に投影されたビームをパターニングするパターニング手段を提供すること。
【解決手段】パターニング手段は、極性流体１２及び非極性流体１４並びに電極１８を有するセル１０のアレイを含む。電極１８と極性流体１２とにわたって加えられた電位差により、非極性流体１４に変位が生じ、極性流体１２と非極性流体１４との間には屈折率の差があるために、セル１０を通過する光のビームは、その位相を極性流体と非極性流体との相対的な厚さ及びそれらの屈折率に依存して変化させる。
【選択図】図２ｂ

Description

本発明は、リソグラフィ装置及びデバイス製造方法に関する。

リソグラフィ装置は、基板の目標部分に所望のパターンを施す機械である。リソグラフィ装置は、例えば集積回路（ＩＣ）、フラット・パネル・ディスプレイ及びその他の微細構造を有するデバイスの製造において使用することができる。従来のリソグラフィ装置では、マスク又はレチクルとも呼ばれるパターニング手段がＩＣ（又は他のデバイス）の個々の層に対応した回路パターンを生成するために使用することができ、このパターンは感放射線材料（レジスト）の層を有する基板（例えばシリコン・ウェハ又はガラス板）上の目標部分（例えば、１つ又は複数のダイの一部から成る）上に描写することができる。パターニング手段は、マスクの代わりに、回路パターンの生成に役立つ個別制御可能素子アレイから構成することもできる。

一般的に、１つの基板は、連続して露光される隣接する目標部分の網状組織を含む。既知のリソグラフィ装置は、一作動でパターン全体を目標部分上に露光することにより各目標部分を照射する、いわゆるステッパーと、投影ビームを介してパターンを所与の方向（「走査」方向）に走査し、一方、この方向に平行又は逆平行に同期して基板を走査することによって各目標部分を照射する、いわゆるスキャナとを含む。

パターニング手段においてパターンを生成する個別制御可能素子は、いくつかの形態を取り得る。特に、２つのタイプの純位相変調の個別制御可能素子が知られている。１つのタイプは、柔軟層上に置かれた反射層を基本とする。他方のタイプは、反射面と垂直な方向に移動させることができる個々のマイクロ・ミラーを基本とする。しかし、これらの個別制御可能素子は、共に、製造が難しく且つパターンを忠実に維持しながら正確なパターン配置をするには効率的でない。これは、主に、非常に小さい個別制御可能素子アレイを機械的に動かす必要があるからである。

本発明の目的は、パターンの忠実性を損なうことなく、正確に端部を配置できる純位相シフト個別制御可能素子アレイを提供することにある。

本発明の態様に従って、
放射線の投影ビームを供給する照明システムと、
前記投影ビームに断面のパターンを付与する働きをする個別制御可能素子を有するパターニング・アレイと、
基板を支持する基板テーブルと、
パターン形成済み前記ビームを前記基板の目標部分に投影する投影システムとを含むリソグラフィ装置であって、
前記個別制御可能素子は、各々、極性流体と、非極性流体と、非極性流体をセル内で電圧制御により変位させるためにセルにわたって電界を選択的に印加するように構成された電圧源とを有するセルを備え、極性流体及び非極性流体は、透過率はほぼ同じであるが、屈折率は異なることを特徴とするリソグラフィ装置が提供される。

極性流体及び非極性流体を有するセルのアレイを使用する利点は、機械的な動作を行わせる必要が無く、そのため、かさばる、正確な制御が困難であり得るアクチュエータを必要としないことである。各セルに外部から加える必要があるのは、セルの異なる部分にわたって電圧を印加することである。非極性流体の変位の範囲は、この電圧によって制御できる。投影ビームの描線における非極性流体に対する極性流体の比率によって、セルに関与する投影されたビームの一部の位相は、ビームがセルを通過する際に必要な量が変化する。

電圧が正確に制御できるので、非極性流体の変位は正確に変化させることができ、その結果、パターンを損失することなく端部を正確に位置付けることができる純位相シフト個別制御可能素子を提供する。

電圧源は、極性流体に所望のレベルの誘引力を与えるように電圧レベルを変化させるのに適したものが好ましく、それにより非極性流体は所望量の変位を生じる。このように、極性流体がセルの一部の方へ引き寄せられることによって、非極性流体はセルの他の部分に向かって変位が生じ得る。

極性流体及び非極性流体の相対的な性質は、放射線の投影されたビームの位相を必要に応じて変えるように選択されるのが好ましい。これは、特に、別々の流体に対して別々の屈折率を有することによってなされる。ビームが最初に一方の流体を通過し、次に他方の流体を通過すると、屈折率の変化によってビームの性質も変化する。セルを通過するビーム部分の位相の変化は、更に詳しくは後述するが、通過する流体の屈折率の差に正比例する。

極性流体は水であり、非極性流体は油であるのが好ましい。これらの流体は非混和性を理由に選択され、一方が動くと他方も変位する。これらの流体は、取得及び／又は維持が簡単且つ安価でもある。

セルは、セルに関与する投影されたビームの一部がセルを２回通過するように、放射線入射面とは反対側の面上に反射面を含んでもよい。投影されたビームが反射面を介してセルを２回通過するように指向させることの利点は、反射面の無いセルの場合に比し、非極性流体の変位は同じで、投影されたビームの位相をちょうど２倍変化させられることである。

本発明の他の態様に従って、
基板を提供するステップと、
照明システムを使用して放射線の投影ビームを提供するステップと、
前記投影ビームに断面のパターンを付与する個別制御可能素子を含むパターニング・アレイを使用するステップと、
パターン形成済み放射線ビームを前記基板の目標部分に投影するステップとを含むデバイス製造方法であって、
各素子に関与する前記ビームの一部の位相を、極性流体及び非極性流体の層を有するセルを介して導くことによって制御し、流体は、透過率はほぼ等しいが屈折率は異なり、調節可能な相対的な層の厚さを有するステップを特徴とするデバイス製造方法が提供される。

本明細書で採用されている「個別制御可能素子アレイ」という用語は、入射放射線ビームに断面のパターンを提供するために使用され、それにより所望のパターンが基板の目標部分に作成できるいずれの手段でも示すものとして広く解すべきである。「光弁」及び「空間変調器」（ＳＬＭ）という用語もこれに照らして使用できる。

例えばフィーチャの事前バイアス、光学近接効果補正フィーチャ、相変位技術及び多重露光技術が使用される場合、個別制御可能素子アレイ上に「表示」されるパターンは、基板の層又は基板上の層に最終的に転写されるパターンとは実質的には異なっている場合があることは理解されよう。同様に、基板上に最終的に生成されるパターンは、個別制御可能素子アレイ上にいずれの時点に形成されるパターンとも対応していないこともあり得る。これは、基板の各部上に形成される最終的なパターンが、個別制御可能素子アレイ及び／又は基板の相対的位置上のパターンがその間に変化する所与の期間又は所与の回数の露光にわたって構築される構成の場合である。

ＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用について本文で具体的に言及する場合もあろうが、本明細書で説明されるリソグラフィ装置は、例えば集積光学システム、磁区メモリ用の誘導及び検出パターン、フラット・パネル・ディスプレイ、薄膜磁気ヘッドの製造等の他の応用例も有することができることに留意されたい。このような他の代替応用例に関連して、本明細書で「ウェハ」又は「ダイ」という用語を使用するときは、いずれの場合でも、より一般的な用語である「基板」又は「目標部分」と、それぞれ同義と考えてもよいことを当業者は理解されよう。本明細書で言及される基板は、露光の前又は後に、例えばトラック（通常、レジストの層を基板に付与し、露光したレジストを現像するツール）又は測定若しくは検査のツールで処理されてもよい。適用可能なところでは、本明細書における開示は、これら及び他の基板処理ツールに適用してもよい。更に、基板は、例えば多重層ＩＣを作成するために２回以上処理してもよく、その結果、本明細書で使用される用語の基板は、多重処理された層を既に含んでいる基板を指すこともある。

本明細書で使用されている「放射線」及び「ビーム」という用語は、紫外（ＵＶ）線（例えば４０８、３５５、３６５、２４８、１９３、１５７又は１２６ｎｍの波長を有する）及び極紫外（ＥＵＶ）線（例えば５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含む全種類の電磁放射線を包含する。

本明細書で使用されている「投影システム」という用語は、例えば、放射線が使用されている露光にとって又は液浸流体の使用若しくは真空の使用等の他の要因にとって適切な、屈折光学系、反射光学系及び反射屈折光学系を含む様々な種類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。本明細書における用語の「レンズ」は、より一般的な用語の「投影システム」と同義であると考えてよい。

照明システムも、放射線の投影ビームを指向させ、成形し又は制御する屈折光学部品、反射光学部品及び反射屈折光学部品を含む様々な種類の光学部品を包含してもよく、以後、これらの部品を集合的に又は単独で「レンズ」と呼ぶ場合もある。

リソグラフィ装置は２つ（デュアル・ステージ）以上の基板テーブルを有するタイプであってもよい。このような「多重ステージ」機械では、追加のテーブルが平行して使われてもよい、すなわち、予備工程が１つ又は複数のテーブル上で行われ、その間に他の１つ又は複数のテーブルが露光に使用されてもよい。

リソグラフィ装置は、投影システムの最終素子と基板との間の空間を埋めるように、比較的高い屈折率を有する液体、例えば水に基板を浸漬するタイプでもよい。浸漬液はリソグラフィ装置の他の空間、例えば個別制御可能素子アレイと投影システムの第１素子との間に施してもよい。浸漬法は、投影システムの開口数を増やす技術においてもよく知られている。

以下、本発明の実施例について、添付の概略図を例示としてのみ用いて説明する。図中では、対応する参照符号は対応する部分を示す。

図１は、本発明の具体的な一実施例によるリソグラフィ投影装置を概略的に示す。装置は、
放射線（例えば紫外線）の投影ビームＰＢを提供する照明システム（照明器）ＩＬと、
パターンを投影ビームに施す個別制御可能素子アレイＰＰＭ（例えばプログラム可能ミラー・アレイ）であって、一般的には、個別制御可能素子アレイの位置は部材ＰＬを基準として固定されるが、その代わりに、部材ＰＬに対して正確に個別制御可能素子を設置する位置決め手段に接続してもよい、個別制御可能素子アレイＰＰＭと、
基板（例えば、レジスト被覆ウェハ）Ｗを支持し、部材ＰＬに対して基板を正確に位置決めする位置決め手段ＰＷに接続する基板テーブル（例えば、ウェハ・テーブル）ＷＴと、
個別制御可能素子アレイＰＰＭによって投影ビームＰＢに付与されたパターンを、基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つ又は複数のダイを含む）上に描画する投影システム（「レンズ」）ＰＬとを含む。この投影システムは、個別制御可能素子アレイを基板に描画してもよく、或いは、個別制御可能素子アレイの素子がシャッタとして機能する二次放射源を描画してもよく、例えば、二次放射源を形成したり、微小箇所を基板に描画したりするために、マイクロレンズ・アレイ（ＭＬＡとして既知である）又はフレネルレンズ・アレイ等の集束素子のアレイを有してもよい。

ここで図示されているように、装置は反射型（すなわち、反射型個別制御可能素子アレイを有する）である。しかし一般的には、装置は、例えば透過型（すなわち、透過型個別制御可能素子アレイを備える）であってもよい。

照明器ＩＬは放射源ＳＯから放射線のビームを受け取る。放射源とリソグラフィ装置は、例えば放射源がエキシマ・レーザである場合は別々のものであってもよい。このような場合には、放射源はリソグラフィ装置の一部を形成するとは考えられず、放射線ビームは、例えば適当な指向ミラー及び／又はビーム拡大器を備えるビーム伝達システムＢＤを用いて、放射源ＳＯから照明器ＩＬへと渡される。他の場合には、放射源が例えば水銀灯である場合は、装置の不可欠な一部となることもある。放射源ＳＯと照明器ＩＬとは、必要であればビーム伝達システムＢＤと共に、放射システムと呼ぶこともできる。

照明器ＩＬは、ビームの角度強度分布を調整する調整手段ＡＭを含んでもよい。一般的に、照明器の瞳面における強度分布の少なくとも外側及び／又は内側半径方向範囲（通常、各々、σ−ｏｕｔｅｒ、σ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）は調節することができる。加えて、照明器ＩＬは、一般的にインテグレータＩＮやコンデンサＣＯ等の様々な他の部品を含む。照明器は、断面に所望の均一性と強度分布を有する、投影ビームＰＢと呼ばれる、調整された放射線ビームを提供する。

ビームＰＢは、続いて、個別制御可能素子アレイＰＰＭを途中で捕らえる。個別制御可能素子アレイＰＰＭにより反射されて、ビームＰＢは投影システムＰＬを通過し、投影システムＰＬはビームＰＢの焦点を基板Ｗの目標部分Ｃに合わせる。位置決め手段ＰＷ（及び干渉計測手段ＩＦ）を用いて、基板テーブルＷＴを正確に、例えばビームＰＢの経路に別の目標位置Ｃを位置決めするように、移動させることができる。個別制御可能素子アレイのための位置決め手段が使用される場合は、例えば走査中に、個別制御可能素子アレイＰＰＭの位置をビームＰＢの経路に対して正確に補正するために位置決め手段を使用することができる。一般的に、対象テーブルＷＴの移動は、図１には明示されていない長ストローク・モジュール（粗い位置決め）及び短ストローク・モジュール（精密位置決め）を用いて実現される。同様のシステムは個別制御可能素子アレイを位置決めするためにも使用できる。必要な相対的移動をするために、対象テーブル及び／又は個別制御可能素子アレイが固定位置を有し得るのに対し、投影ビームは、別法として／追加的に移動可能とすることができることは理解されよう。他の代替形態として、このことは、フラット・パネル・ディスプレイの製造に特に当てはまり、基板テーブル及び投影システムの位置は固定し、基板は基板テーブルを基準として移動するように構成してもよい。例えば、基板テーブルには、それに載る基板をほぼ一定の速度で走査するシステムが備えられてもよい。

本発明によるリソグラフィ装置は、本明細書では基板上のレジストを露光するためのものとして記載されているが、本発明はこの用途に限定されず、レジストの無いリソグラフィでの使用のための、パターン形成済み投影ビームを投影するために、この装置を使用してもよいことは理解されよう。

図示の装置は４つの好適な形態で使用できる。
１．ステップ形態： 個別制御可能素子アレイは全体のパターンを投影ビームに付与し、投影ビームは一作動で目標部分Ｃに投影される（すなわち、単一静止露光）。次に、基板テーブルＷＴは、別の目標部分Ｃが露光できるようにＸ及び／又はＹ方向にシフトされる。ステップ形態では、照射視野の最大サイズが、単一静止露光で描写される目標部分Ｃのサイズを限定する。
２．走査形態： 個別制御可能素子アレイは、所与の方向（いわゆる「走査方向」、例えばＹ方向）に速度ｖで移動可能であり、投影ビームＰＢが個別制御可能素子アレイを走査させられ、競合して、基板テーブルＷＴは同方向又は反対方向へ速度Ｖ＝Ｍｖで同時移動し、ここで、ＭはレンズＰＬの倍率である。走査形態においては、露光視野の最大サイズは単一動的露光における目標部分の幅（非走査方向）を限定し、他方、走査動作の長さは目標部分の高さ（走査方向）を決定する。
３．パルス形態： 個別制御可能素子アレイは基本的に静止した状態に保たれ、パターン全体がパルス放射源を使用して基板の目標部分Ｃに投影される。基板テーブルＷＴは基本的に一定の速度で移動し、投影ビームＰＢは基板Ｗを横断する直線を走査させられる。個別制御可能素子アレイ上のパターンは必要に応じて放射システムのパルス間で更新され、連続的な目標部分Ｃが基板上の必要な位置で露光されるようにパルスのタイミングはとられる。その結果、投影ビームは基板Ｗにわたって走査し、基板の細長い部分に完全なパターンを露光させることができる。一列毎の露光により基板が完全に露光されてしまうまで、工程は繰り返される。
４．連続走査形態： ほぼ一定した放射源が使用され、且つ、投影ビームが基板にわたって走査し露光すると個別制御可能素子アレイ上のパターンが更新されることを除いては、パルス形態と基本的に同じである。

上記の形態を組み合わせて及び／又は変形して使用し、或いはまったく別の形態を使用することもできる。

図２ａは、水等の極性流体１２と油等の無極性流体１４を含むセル１０の形状における個別制御可能素子を示す。セル１０は電極１８も有し、電極１８は極性流体１２との間に電位差を印加させることができる。電極１８を流体１２、１４から絶縁する絶縁層１６も存在する。入射してくる投影された放射線ビーム２は、矢印２の方向に通されて極性流体１２及び非極性流体１４を通過し、その位相は次の式による量だけ変化する。
Δφ＝２πｄ／λ（ｎ１−ｎ２）
ここで、Δφは位相における変化であり、ｄは油膜の厚さ、λは投影されたビームの波長、ｎ１は油の屈折率、ｎ２は水の屈折率である。

例えば、ｄ＝１μｍ、ｎ１−ｎ２＝０．１及びλ＝１９３ｎｍであれば、位相差はおよそπになる。反射システムでは、この位相差は２πになる。

図２ｂは、電極１８と極性流体１２とに渡って電位差が印加された場合のセル１０を示す。電位差によって、極性流体１２は電極に引き寄せられる。このため、誘引力のある電極１８からセル１０の反対側に油１４の変位が生じる。この過程は、絶縁面がセルに印加される電圧によって多かれ少なかれ「可溶性」になるために、「電解可溶性」として知られている。

この場合には、投影されたビーム２ｂは、図２ａに示される比率とは異なる非極性流体１４に対する極性流体１２の比率をもって投影される。したがって、位相変化は、ｄすなわち非極性流体１４の厚さの値に比例して生じる。

他方、投影された光ビーム２ａは、もはや油１４（すなわち同じ量の油１４）を通過しないので、位相シフトは純粋に水１２の通過に依存することになる。

また、図２ｂは、投影された光ビーム４にとって他の入射方向も示す。この場合には、投影された光ビーム４の位相を別の数量分変化させるために、油１４及び水１２を別の相対的な厚さとすることができる。

セル１０が反射型個別制御可能素子として使用される場合には、反射面は、セルの、投影されたビームが入射する面とは反対側の面に置かれることになる。

ビームが材料を通過する順番ばかりではなく、ビームの位相も変えるのは、異なる屈折率の材料を介してビームが投影されるという事実であるので、反射面はセルのいずれの内部面に置かれてもよい。ただし、絶縁層１６の一部を形成する可能性が最も高い。

他の実施例において、非極性流体と極性流体とが電極間の電位差によって相対的に変位を生じさえすれば、セルの別の面に、別の構成で電極を備えることもできる。

本発明の具体的な実施例を以上に説明してきたが、本発明は説明したような方法以外の方法でも実施できるのはいうまでもない。説明は本発明を限定しようとするものではない。

本発明の一実施例によるリソグラフィ装置を示す図である。 本発明の一実施例による個別制御可能素子を示す図である。 本発明の一実施例による個別制御可能素子を示す図である。

符号の説明

２ 入射してくる投影された放射線ビーム
２ｂ 投影されたビーム
４ 投影された光ビーム
１０ セル
１２ 極性流体（水）
１４ 無極性流体（油）
１６ 絶縁層
１８ 電極
ＡＭ 調整手段
ＢＤ ビーム伝達システム
Ｃ 目標部分
ＣＯ コンデンサ
ＩＦ 干渉計測手段
ＩＬ 照明システム（照明器）
ＩＮ インテグレータ
ＰＢ 投影ビーム
ＰＬ 投影システム（レンズ）
ＰＰＭ 個別制御可能素子アレイ
ＰＷ 位置決め手段
ＳＯ 放射源
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル

Claims (6)

1. 放射線の投影ビームを供給する照明システムと、
   前記投影ビームに断面のパターンを付与する働きをする個別制御可能素子を有するパターニング・アレイと、
   基板を支持する基板テーブルと、
   パターン形成済み前記ビームを前記基板の目標部分に投影する投影システムとを含むリソグラフィ装置であって、
   前記個別制御可能素子は、各々、極性流体と、非極性流体と、前記非極性流体をセル内で電圧制御により変位させるためにセルにわたって電界を選択的に印加するように構成された電圧源とを有するセルを備え、前記極性流体及び前記非極性流体は、透過率がほぼ同じであるが、屈折率は異なることを特徴とするリソグラフィ装置。
2. 前記極性流体及び非極性流体の相対的性質は、前記セルに関与する放射線の投影されたビームの一部の位相を、印加された電圧のレベルに応じて、投影されたビームの他の部分に対して所定の量だけ変化させるよう選択される、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
3. 前記極性流体は水である、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
4. 前記非極性流体は油である、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
5. 前記セルは、投影されたビームが前記セルを２回通過するように、放射線入射面とは反対側の前記セルの内面に反射面を含む、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
6. 基板を提供するステップと、
   照明システムを使用して放射線の投影ビームを提供するステップと、
   前記投影ビームに断面のパターンを付与する個別制御可能素子を含むパターニング・アレイを使用するステップと、
   パターン形成済み放射線ビームを前記基板の目標部分に投影するステップとを含むデバイス製造方法であって、
   各素子に関与する前記ビームの一部の位相を、極性流体及び非極性流体の層を有するセルを介して導くことによって、投影されたビームのその他の部分に対して制御し、前記流体は、透過率がほぼ等しいが屈折率は異なり、調節可能な相対的な層の厚さを有するステップを特徴とするデバイス製造方法。

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