JP2005347750A - 照明アセンブリ、放射線ビームを供給する方法、リソグラフィ投影装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線ソースから第一方向（ｚ）に配向された放射線ビームを受け取り、第二方向（ｘ）では第一倍率で、第三方向（ｙ）では第二倍率でビームを拡大するように構成されているビーム拡大器を含む照明アセンブリを提供すること。
【解決手段】第一、第二および第三方向は相互にほぼ直交する。照明アセンブリはさらに、放射線ビーム（ＬＢ）を、第二方向と第三方向の少なくとも一方で分割された２本の分割放射線ビームに分割するように構成され、分割放射線ビームの伝播方向は、ほぼ第一方向である。ビーム分割器（２０）はさらに、倍率の少なくとも１つが調節可能であるビーム拡大器（ＢＸＰ）に、分割放射線ビームを送出するように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は概ねリソグラフィ装置に、特に照明アセンブリを組み込んだこのような装置およびその使用方法に関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板の目標部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は例えば、集積回路（ＩＣ）の製造において使用可能である。この状況で、代替的にマスクまたはレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスは、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンの生成に使用することができ、このパターンを、放射線感光原料（レジスト）の層を有する基板（例えばシリコンウェハ）上の目標部分（例えば１つあるいはそれ以上のダイの一部から成る）に描像することができる。一般的に、１枚の基板は、順次照射される近接目標部分の全体ネットワークを含んでいる。既知のリソグラフィ装置は、全体マスクパターンを目標部分に１回の作動にて露光することによって各目標部分が照射される、いわゆるステッパと、所定の基準方向（「走査」方向）にマスクパターンを投影ビームで徐々に走査し、これと同時に基板テーブルをこの方向と平行に、あるいは反平行に走査することにより、各目標部分が照射される、いわゆるスキャナとを含む。

本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置が他の多くの用途においても使用可能であることは明確に理解されるべきである。例えば、これは、集積光学装置、磁気ドメインメモリ用ガイダンスおよび検出パターン、液晶ディスプレイパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使用され得る。こうした代替的な用途においては、本文にて使用した「ウェハ」または「ダイ」といった用語は、それぞれ「基板」または「目標部分」といった、より一般的な用語に置き換えて使用され得ることが当業者には理解される。本明細書で言及する基板は、露光前または露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）または計測または検査ツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上およびその他の基板処理ツールに適用することができる。さらに、基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指す。

本明細書では、「放射線」および「ビーム」という用語は、イオンビームあるいは電子ビームといったような粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射線（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、あるいは１２６ｎｍの波長を有する）および超紫外線（ＥＵＶ）放射線（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射線を網羅するものとして使用される。

本明細書において使用する「パターニングデバイス」なる用語は、入射する放射線ビームに、基板の目標部分にパターンを生成するよう、投影ビームの断面にパターンを与えるために使用し得るデバイスまたは構造を指すものとして広義に解釈されるべきである。投影ビームに与えられるパターンは、基板の目標部分における所望のパターンに正確に対応しないことがあることに留意されたい。一般的に、投影ビームに与えられるパターンは、集積回路などの目標部分に生成されるデバイスの特別な機能層に相当する。

パターニングデバイスは透過性または反射性でよい。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、様々なハイブリッドマスクタイプのみならず、バイナリマスク、レベンソンマスク、減衰位相シフトマスクといったようなマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例は小さなミラーのマトリクス配列を用いる。そのミラーの各々は、異なる方向に入射の放射線ビームを反射するよう個々に傾斜することができる。このようにして、反射されたビームはパターン形成される。

支持構造はパターニングデバイスの重量を支持、つまり担持する。これは、パターニングデバイスの方向、リソグラフィ装置の設計、および例えばパターニングデバイスを真空環境で保持するか否かなどの他の状況に応じた方法で、パターニングデバイスを保持する。支持は、機械的締め付け、真空、または他の締め付け技術、例えば真空状態で静電締め付けを使用することができる。支持構造は例えばフレームもしくはテーブルでよく、これは必要に応じて、固定式となるか、もしくは可動式となり、パターニングデバイスが例えば投影システムなどに対して所望の位置にあることを保証することができる。本明細書において使用する「レチクル」または「マスク」なる用語は、より一般的な「パターニングデバイス」なる用途と同義と見なすことができる。

本明細書において使用する「投影システム」なる用語は、例えば使用する露光放射線、または浸漬流体の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、反射光学システム、および反射屈折光学システムを含むさまざまなタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「レンズ」なる用語を使用した場合、これはさらに一般的な「投影システム」なる用語と同義と見なされる。

照明システムは、放射線の投影ビームの誘導、成形、あるいは制御を行う屈折、反射、および反射屈折光学構成要素などの様々なタイプの光学構成要素も含むことができ、こうした構成要素もまた以降において集約的に、あるいは単独的に「レンズ」と称する。

リソグラフィ装置は２つ（デュアルステージ）あるいはそれ以上の基板テーブル（および／または２つもしくはそれ以上のマスクテーブル）を有するタイプのものである。このような「多段」機械においては、追加のテーブルが並列して使用される。もしくは、１つ以上の他のテーブルが露光に使用されている間に予備工程が１つ以上のテーブルにて実行される。

リソグラフィ装置は、投影システムの最終要素と基板との間の空間を充填するよう、基板を水などの比較的高い屈折率を有する液体に浸漬するタイプでもよい。浸漬液は、例えばマスクと投影システムの第一要素との間など、リソグラフィ装置の他の空間に適用してもよい。浸漬技術は、投影システムの開口数を増加させるため、当技術分野で周知である。

基板へのマスクの正確な描像を可能にするために、放射線ソースからの光は照明装置によって瞳面に収束され、以下でさらに詳細に検討するように、パターニングの最適な照明を可能にする。照明装置は、特に回折光学素子を使用して、瞳面に所定の配光を確立する。このような瞳面での配光を照明様式と呼ぶ。照明様式の例は、軸上円盤形回転対称瞳分布に対応する従来通りの照明、リング形瞳分布に対応する環状照明、軸外し２極に対応する双極子照明、または軸外し４極に対応する四極子照明である。細菌の開発点は、いわゆる低シグマ照明モードを使用することで、これは従来通りの照明に類似しているが、円盤形（またはトップハット）分布の半径が比較的小さい。

基板へのパターニングデバイスの正確な描像を保証するために、瞳面におけるｘ方向での配光はｙ方向での配光と等しいことが好ましい（ｘおよびｙは光軸ｚに直角で、相互に対して直角にとる）。

レーザソースは、必要な電磁放射線を生成する放射線ソースとして使用することが多い。このようなレーザソースは通常、比較的細く、視準されたレーザビームを生成し、発散が比較的小さい。しかし、ｘ方向での発散は、ｙ方向での発散とは往々にして異なることが観察されている。特にビーム拡大器を使用してレーザビームを都合のよい断面を有するビームに拡大し、ｘ方向での倍率がｙ方向でのそれと異なる場合、ｘ方向での発散は、ｙ方向での発散とさらに大きく異なることになる。ビームが発散した結果、瞳面に光が広がる。つまり像面のパターンが、理想的に視準した光ビームで生成されたパターンに対して、多少ぼやける。

さらに、ｘ方向での発散がｙ方向での発散とは異なるので、瞳面での配光も不均一になる。例えばリング形の照明モードを選択した場合、レーザビームのｘとｙの発散が異なると、ｘおよびｙ方向での瞳面の強度プロフィールが異なってしまう。強度プロフィールの形状が異なるばかりでなく、ｘプロフィールとｙプロフィールの対応する位置の絶対強度も異なることになる。

これは、当業者には理解されるように、基板へのパターニングデバイスの投影にも悪影響を及ぼす。例えば、ｘおよびｙ方向の両方で長くなったパターンの線で、基板上に不均一な描像が生じる結果となることがある。

本出願人の米国特許第６，５８３，８５５Ｂ２号は、放射線システムまたは投影システムの光軸に対して直角の面で強度分布の異常を解決するために幾つかの解決法を説明している。その文書は、以下でさらに詳細に説明するように通常はレーザソースと瞳面との間に配置される回折光学素子の方向を変化させることによって、異常を防止するように記載している。代替解決法によると、異常は、予め決定した楕円率を導入して、他の要素によって引き起こされる楕円率エラーを補正するために、１本の軸に沿って伸張した非正六角形マイクロレンズの回折光学素子を形成することによって防止される。

米国特許第６，５８３，８５５Ｂ２号はさらに、投影ビームの路に投影ビームの放射線に対して部分的に透過性であるフィルタを使用するなど、識別された問題に対する他の解決法についても記載し、前記部分的に透過性のフィルタは、瞳面の前記異常を防止する透過性分布を有する。

米国特許第６，５８３，８５５Ｂ２号で提示された解決法の欠点は、全てを特定のソースのために対して配置および調節が必要となることである。回折光学素子に実行する調節は、ｘとｙの間の発散の違いが分かっている特定の放射線ソースのために特に設計する必要がある。また、透過性フィルタを使用すると、１つの特定の放射線ソースに合わせた特別な調節が必要である。

識別された問題に対する解決法で、使用する放射線のソースの仕様に合わせて調節することができるという点で融通性がある解決法を提供することが、本発明の目的である。

以上およびその他の目的は、本発明により、冒頭のパラグラフで特定された照明アセンブリにて達成され、ここで照明アセンブリはさらに、放射線ビームを第二および第三方向のうち少なくとも１つの方向に分割された２本の分割放射線ビームに分割し、分割した放射線ビームの伝播方向は、ほぼ第一方向であり、さらに分割した放射線ビームを、倍率の少なくとも１つが調節可能であるビーム拡大器へと送出するように構成されたビーム分割器を有する。

分割した２本のビーム間に所定の間隔を持たして、放射線ビームを例えば第２の方向に分割することにより、その方向におけるビーム拡大器の倍率を低下させながら、なお同じ外径のビームを供給することができる。倍率が低下すると、ビーム拡大器によって送出された状態の拡大ビームの分散が増加するので、ｘおよびｙ方向に拡大したビームの発散の差を、絶対および／または相対的な意味で減少させることができる。ビーム拡大器の倍率を低下させ、ビームの外径を減少させることによって、発散を同じように増加させることが可能であることが当業者には理解されるが、これは以下で概略するように大きい欠点を有する。シミュレーションから、ｘ方向でビームサイズが増加すると、ｙ方向の極幅が増加し、それによって極幅が瞳面における極（または強度領域）のサイズとして画定されることが分かる。同様に、ｙ方向のビームサイズが少しでも増加すると、ｘ方向での極幅が増大する。したがって、ｘとｙのビームサイズが異なると、ｘとｙの極幅に差が生じ、その結果、ｘ方向とｙ方向に配向したパターンで描像特性が異なるという望ましくない状況になる。好ましい状況は、ｘおよびｙにて、ｘおよびｙの多少等しいビーム寸法に対応する等しい極幅を有することである。本発明によるビーム分割器は、ビームの発散を変更することなく、特定の方向でビームのサイズを調節することができ、したがってこれもｘおよびｙでのビームの分散を維持しながら、ｘおよびｙでの極幅を等しくすることができる。

ビーム拡大器の１つの基本的設計は、負の（円柱）レンズの後に正の（円柱）レンズを置くことによって実現される。このような構成の倍率は、使用したレンズの光学的出力（焦点距離）によって決定される。したがって、焦点距離を固定した単一レンズを使用すると、このようなビーム拡大器の倍率は固定される。しかし、倍率は、例えば様々なレンズのライブラリからの（円柱）レンズの１つで置換することによって調節することができる。本文でビーム拡大器の倍率の調節と言う場合、それはビーム拡大器のレンズの交換も含むように説明されるべきである。

本発明の実施形態によると、ビーム分割器は、分割された放射線ビーム間の距離を第二および第三方向の少なくとも一方で調節するように構成される。２本の分割された放射線ビームの間隔を調節することにより、分離方向におけるビーム拡大器の必要倍率を調節することができ、同じビームサイズを維持しながら、ｘ方向とｙ方向の発散の差も調節することができる。

本発明の実施形態によると、ビーム分割器は、第一部品および第二部品を有するアキシコンによって形成される。アキシコンは、直線の楔形アキシコンであることが好ましい。これは、予め決定した距離を有する２本の別個のビームを供給するように簡単に調節できるビーム分割器を提供する単純で費用効果が高い方法である。

本発明の実施形態によると、第一部品と第二部品の間の中間距離は、第二方向と第三方向のうち少なくとも一方で分割放射線ビーム間の距離を調節するために適応可能である。これは、分割放射線ビームの間の距離を調節する簡単な方法である。

本発明の実施形態によると、アキシコンは、放射線ビームを第二方向または第三方向に分割するために、第一方向に対して回転可能である。ビーム分割器を回転することにより、受け取った放射線ビームを分割する方向を簡単に調節することができる。

本発明の実施形態によると、アキシコンはフッ化カルシウムで作成する。

この材料は、放射線に対して、特にレーザソースによって生成される波長に対して比較的高い半透明性を有する。材料はさらに、発生し得る高強度の放射線に対して抵抗性がある。

さらなる態様によると、本発明は、上述したような照明アセンブリを有するリソグラフィ装置に関する。

さらなる態様によると、本発明は、リソグラフィ装置で、
− 放射線の投影ビームを供給する照明システムを有し、照明システムは、放射線ソースから第一方向に配向された放射線ビームを受け取り、ビームを第二方向には第一倍率で、第三方向には第二倍率で拡大するように構成され、第二方向と第三方向が第一方向に対して、および相互に対してほぼ直角であり、さらに、
− パターニングデバイスを支持する支持構造を有し、パターニングデバイスが、投影ビームの断面にパターンを与える働きをし、さらに、
− 基板を保持する基板テーブルと、
− パターン形成したビームを基板の目標部分に投影する投影システムとを有し、照明システムがさらに、放射線ビームを、第二方向および第三方向のうち少なくとも一方に分割した２本の分割放射線ビームに分割し、分割放射線ビームの伝播方向はほぼ第一方向（ｚ）であり、さらに分割放射線ビームを倍率の少なくとも一方が調節可能であるビーム拡大器に送出するように構成されたビーム分割器を有するリソグラフィ装置に関する。

さらなる態様によると、本発明は放射線ビームを供給する方法で、
− 放射線ソース（ＳＯ）によって第一方向に伝播する放射線ビームを供給することと、
− 第二方向に第一倍率を有し、第三方向に第二倍率を有するビーム拡大器で放射線ビームを拡大することとを含み、第二および第三方向は第一方向に対して、および相互に対してほぼ直角であり、方法がさらに、
− 放射線ビームを、第二方向および第三方向のうち少なくとも一方で２本の分割放射線ビームに分割することを含み、分割放射線ビームの伝播方向が、ほぼ第一方向であり、さらに、
− 分割放射線ビームをビーム拡大器に送出することを含み、これによってビーム拡大器の倍率の少なくとも１つが調節可能である方法に関する。

さらなる態様によると、本発明は、第一方向に配向された放射線ビームを、第一方向で２本の平行な放射線ビームに分割するように構成されたビーム分割器に関し、ビーム分割器はさらに、分割放射線ビームをリソグラフィ投影装置内に構成されたビーム拡大器に送出するように構成される。

さらなる態様によると、本発明は放射線ビームを供給する方法で、
− 放射線ソースから放射線ビームを受け取り、放射線ビームは第一方向に配向され、さらに受け取った放射線ビームを、第二および第三方向のうち少なくとも一方に分離された２本の分割放射線ビームに分割するようにビーム分割器を構成することを含み、第二および第三方向がそれぞれ、第一方向に対して、および相互に対してほぼ直角であり、分割放射線ビームがほぼ第一方向に指向され、さらに、
− 放射線ソースからの放射線ビームの第二および第三方向それぞれにおける発散率を決定することと、
− 決定した発散率のうちいずれが最大値を有し、いずれが最小値を有するか測定することと、
− ビーム分割器の方向を調節することと、
− 発散値の絶対差を決定することと、
− 第二および第三方向で分割放射線ビームの間隔を決定することと、
− 発散率の差を減少させるために、分割放射線ビームの決定した間隔に従ってビーム分割器とビーム拡大器とを調節することとを含む方法に関する。

本発明の実施形態によると、ビーム分割器が放射線ビームを分割する方向は、第一方向に対してビーム分割器を回転することによって調節可能である。

本発明の実施形態によると、ビーム分割器は、第一部品および第二部品を有するアキシコンであり、分割した放射線ビームの間隔は、第一方向で第一部品と第二部品間の距離を調節することによって調節可能である。

さらなる態様によると、本発明はデバイス製造方法で、
− 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、
− 投影ビームの断面にパターンを与えるために、パターニングデバイスを使用するステップと、
− 放射線のパターン形成したビームを基板の目標部分に投影するステップと、
− 上述したような方法を実行するステップとを含む方法に関する。

次に本発明の実施形態を添付の略図を参照に、例示の方法においてのみ説明する。図面では対応する参照記号は対応する部品を示すものとする。

図１は、本発明の特定の実施形態によるリソグラフィ装置を概略的に示したものである。この装置は、
− 放射線（例えばＵＶ放射線）の投影ビームＰＢを供給する照明システム（照明装置）ＩＬと、
− パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持し、かつ、品目ＰＬに対して正確にパターニング構造の位置決めを行う第一位置決め装置ＰＭに連結を行った第一支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
− 基板（例えばレジスト塗布したウェハ）Ｗを支持し、かつ、品目ＰＬに対して正確に基板の位置決めを行う第二位置決め装置ＰＷに連結を行った基板テーブル（例えばウェハテーブル）ＷＴと、
− パターニング手段ＭＡによって投影ビームＰＢに与えられたパターンを基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つあるいはそれ以上のダイから成る）に描像する投影システム（例えば反射性投影レンズ）ＰＬを有する。

ここで示しているように、装置は透過タイプである（例えば透過マスクを使用する）。あるいは、装置は反射タイプでもよい（例えば上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用する）。

照明装置ＩＬは放射線ソースＳＯから放射線のビームを受け取る。ソースとリソグラフィ装置とは、例えばソースがエキシマレーザである場合に、別個の存在でよい。このような場合、ソースはリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射線ビームは、例えば適切な配向ミラーおよび／またはビーム拡大器などを有するビーム送出システムＢＤの助けにより、ソースＳＯから照明装置ＩＬへと渡される。他の場合、例えばソースが水銀ランプの場合は、ソースが装置の一体部品でもよい。ソースＳＯおよび照明装置ＩＬは、必要に応じてビーム送出システムＢＤとともに、放射線システムと呼ぶことができる。

照明装置ＩＬは、ビームの角度方向強度分布を調節する調節可能な光学素子ＡＭを有してよい。一般的に、照明装置の瞳面における強度分布の外部および／あるいは内部放射範囲（一般的にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を調節することができる。また、照明装置ＩＬは一般的に積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯなど、様々な他の校正用を祖有する。照明装置は、投影ビームＰＢと呼ばれ、その断面に亘り所望する均一性と強度分布とを有する、調整された投影ビームを提供する。

投影ビームＰＢは、マスクテーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡに入射する。ビームＰＢはマスクＭＡを横断した後、基板Ｗの目標部分Ｃ上にビームを集束するレンズＰＬを通過する。第二位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば干渉計デバイス）により、基板テーブルＷＴは、例えばビームＰＢの経路における異なる目標部分Ｃに位置を合わせるために正確に運動可能である。同様に、第一位置決め装置ＰＭおよび別の位置センサＩＦ（図１には明示せず）を使用して、例えばマスクライブラリから機械的に検索した後に、あるいは走査運動の間に、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。一般的に、オブジェクトテーブルＭＴおよびＷＴの運動は、位置決め装置ＰＭおよびＰＷの部分を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）にて行われる。しかし、ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴはショートストロークアクチュエータに連結されるだけであるか、あるいは固定される。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクアラインメントマークＭ１、Ｍ２および基板アラインメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。

ここに表した装置は以下の好ましいモードにて使用可能である。
１．ステップモードにおいては、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴは基本的に静止状態に保たれている。そして、投影ビームに与えたパターン全体が１回の作動（すなわち１回の静止露光）で目標部分Ｃに投影される。次に基板テーブルＷＴがＸ方向および／あるいはＹ方向にシフトされ、異なる目標部分Ｃが照射され得る。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズが、１回の静止露光で描像される目標部分Ｃのサイズを制限する。
２．走査モードにおいては、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを同期走査する一方、投影ビームに与えられたパターンを目標部分Ｃに投影する（つまり１回の動的露光）。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＬの拡大（縮小）および像反転特性によって決定される。走査モードでは、露光フィールドの最大サイズが、１回の動的露光で目標部分の（非走査方向における）幅を制限し、走査動作の長さが目標部分の（走査方向における）高さを決定する。
３．別のモードでは、マスクテーブルＭＴが基本的に静止状態に維持されて、プログラマブルパターニングデバイスを保持し、投影ビームに与えられたパターンを目標部分Ｃに投影する間に、基板テーブルＷＴが動作するか、走査される。このモードでは、一般的にパルス状放射線ソースを使用して、基板テーブルＷＴを動作させるごとに、または走査中に連続する放射線パルス間に、プログラマブルパターニングデバイスを必要に応じて更新する。この動作モードは、以上で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクなしリソグラフィに容易に適用することができる。

上述した使用モードの組合せおよび／または変形、または全く異なる使用モードも使用することができる。

図２ａおよび図２ｂは、照明装置を含む放射線システムのさらなる略図を提供する。ソースＳＯは、例えばエキシマレーザ（図示せず）によって提供され、これはレーザビームＬＢを、この場合はビーム拡大器ＢＸＰによって形成されるビーム送出システムＢＤに送出する。ビーム拡大器ＢＸＰは、ｘおよびｙ方向（ｘおよびｙはレーザビームの電波方向に対してほぼ直角である）に受け取ったレーザビームを拡大する。拡大（または倍率）は、相互に対して別個にｘおよびｙ方向で調節することができる。ビーム拡大器ＢＸＰは拡大したビームＸＢを照明装置ＩＬに送出し、拡大したビームは、ほぼ長方形の断面を有する。ビーム拡大器ＢＸＰはｘ方向およびｙ方向に別個に倍率を調節することができるので、拡大したレーザビームの寸法は、照明装置ＩＬの仕様に合わせて調節することができる。拡大したレーザビームは、ビーム拡大器ＢＸＰを通過した後、ほぼ視準される。

照明装置は、既に上記で検討したものの中でも特に、ビームの角度強度分布を調節する調節可能な光学素子ＡＭを有する。この実施形態によると、これは回折光学素子ＤＯＥによって実行される。

このような回折光学素子ＤＯＥは、図２ｂで示した（例えば六角形の）マイクロレンズ１４ｂのアレイを密に詰め込んで形成することができる。回折光学素子ＤＯＥは、ビームに角度方向分布を与え、瞳面における瞳の形状を画定するのに役立つ。図示の回折光学素子ＤＯＥは、可能な回折光学素子の一例にすぎない。瞳を生成するために、例えば屈折または反射光学素子など、他の光学素子も使用してよいことが理解される。

回折光学素子ＤＯＥは、ソースＳＯおよびビーム送出システムＢＤから受け取った視準済みビームの大部分を回折する。回折光学素子ＤＯＥによって送出された状態の回折ビームは、もはや視準されていず、角度（例えば最大２５ｍｒａｄ）が設けられている。このような角度付きの光ビームは、システムが達成可能な最大開口数を使用し、したがって当業者に理解されるように最適な描像を可能にする必要がある。

照明装置ＩＬは、瞳面に所望の照明様式を提供するように構成される。様々な照明様式が知られ、例えば双極子または四極子照明様式である。図３は、環状照明として知られる回転対称照明モードを示す。様々な照明モードの理論および利点は、当業者には知られている。ソースＳＯは比較的細いビームを出力し、これはビーム拡大器ＢＸＰに配向される。理想的には、ビームＢＸＰは視準したビームを出力するが、発散することもある。これは、実際にはソースＳＯによって生成された状態のビームが完全には視準されていないビームであるばかりでなく、ｘおよびｙ方向に少々の発散もあるという事実による。したがって、この発散は、ビーム拡大器ＢＸＰによって送出されたままのビームにも存在する。

ソースＳＯによって生成されたままのビームのｘ方向における発散は、ｙ方向におけるビームの発散とは異なることがあることが知られる。これにより、ビーム拡大器ＢＸＰによって送出したままの状態で、ｘ方向とｙ方向の間に最大数ｍｒａｄの発散の差が生じる。このようなｘとｙの発散の差は、既に上記で検討したように、瞳面における光の強度にｘ方向とｙ方向とで差を引き起こす。瞳面におけるこのような配光の異常は、パターニングデバイスの不均一な照明を引き起こし、基板へ、または投影面へのこのようなパターニングデバイスの不完全な投影につながる。

ビーム拡大器ＢＸＰの効果について、例示により説明する。例えば、ソースＳＯは、ｘおよびｙ方向に例えば１１ｍｍ×１１ｍｍの長方形の断面を有し、ｘ方向にはｄｉｖ_x,in＝０．５ｍｒａｄの発散、ｙ方向にはｄｉｖ_y,in＝１．２ｍｒａｄの発散を有するビームを生成する。ソースＳＯによって生成されるビームの発散は、実際のソースごとに異なるものである。これらの発散を測定するために、当業者に知られている幾つかの技術がある。例えば遠視野カメラを使用する。これに関するさらなる情報は、U.S. lasercorpのウェブサイト(www.uslasercorp.com)で得られる。

ビーム拡大器ＢＸＰは、例えばレーザビームＬＢを、図５ａに示すようにｘ方向が２４ｍｍ、ｙ方向が２０ｍｍの長方形の断面寸法を有する拡大ビームＸＢに拡大する。通常、これらの寸法は、照明装置Ｉ８Ｌの入口の寸法によって規定される。したがって、ビーム拡大器ＢＸＰはｘ方向にＭ_x＝２．１８（＝２４／１１）の倍率、ｙ方向にＭ_y＝１．８２（＝２０／１１）の倍率を有する。

ビーム拡大器ＢＸＰは発散率にも影響を及ぼす。ビーム拡大器によって送出されるビームは、発散率ｄｉｖ_outを有し、これはビーム拡大器に入る発散率ｄｉｖ_inを倍率Ｍで割った値と等しく、したがって下式のようになる。
ｘ方向では：ｄｉｖ_x,out＝ｄｉｖ_x,in／Ｍ_xおよび
ｙ方向では：ｄｉｖ_y,out＝ｄｉｖ_y,in／Ｍ_y

したがって、この場合にビーム拡大器によって送出される発散は、ｄｉｖ_x,out＝０．２３ｍｒａｄ（＝０．５／２．１８）およびｄｉｖ_y,out＝０．６６ｍｒａｄ（＝１．２／１．８２）である。この場合、ｘ方向とｙ方向の発散率の比率は約３、つまりｄｉｖ_y,out／ｄｉｖ_x,out≒３（≒０．６６／０．２３）である。つまり、例えば先行技術ではｘ方向で任意の望ましい幅を有する細い線が、ｙ方向で等しい細い線の投影幅とは異なる投影幅で投影される。

本発明は、図４ａで示すようにソースＳＯとビーム拡大器ＢＸＰとの間に直線の楔形アキシコン２０を配置することにより、特定された問題の解決法を提供する。図２と同じ要素を指すのに、同じ参照番号を使用する。アキシコンは、以下で説明するように、ｘ方向とｙ方向との発散率の差を減少させるために使用することができる。

アキシコン２０は図４ｂでさらに詳細に図示され、これはアキシコン２０の斜視図を提供する。アキシコンは第一部品２１と第二部品２２を有し、これは相互に対してｚ方向に移動可能である。アキシコンの第一部品２１および第二部品２２の相互に面する表面は、図４ｂで示すような形状を有し、相互にほぼ平行である。第二部品２２に面する第一部品２１の表面には、三角形の切り欠きを設ける。切り欠きの最も深い部分は、図４ｂで示す例によると、ｙ方向に延在する第一縁部２３によって形成される。第一部品２１に面する第二部品２２の表面には、三角形の隆起を設ける。隆起の最高部分は、第４ｂで示す例によると、ｙ方向に延在する第二縁部２４によって形成される。

第一部品２１と第二部品２２を相互に対してｚ方向に移動させることによって、第一部品２１と第二部品２２の間の間隔を減少させると、相互に面する部品２１、２２の表面は相互にちょうど嵌合し、第一部品２１および第二部品２２がともに３次元の長方形体を形成する。

アキシコン２０の効果は、ソースＳＯによって生成されてアキシコン２０に入るビーム１１の断面、およびアキシコン２０によって送出されるビーム１２の断面をさらに示す図４ｂに関して、さらに説明することができる。

アキシコン２０は、第一縁部２３と第二縁部２４とが相互に整合し、ソースＳＯによって生成されたビームＬＢの中心に対して整合するような方法で配置される。ソースによって生成されたビームは、第一部品に入り、第二部品２２に面する第一部品２１の表面によって、２本の分割ビームに分割される。第一部品２１に面する第二部品２２の表面は、２本のビームを再配向し、これをｚ方向にほぼ平行にする。したがって、アキシコン２０は、それぞれが長方形の断面を有する２本の平行なビームを送出する。アキシコン２０によって送出された２本の分割ビームの総断面積は、ソースＳＯによって生成されたビームＬＢの断面積に等しい。

図５ｂは、ソースＳＯによって生成され、図５ａに関して上記の例で検討したビームと同じ仕様を有し、ｘ方向およびｙ方向に１１ｍｍ×１１ｍｍの長方形の断面寸法を有し、ｘ方向にｄｉｖ_x,in＝０．５ｍｒａｄの発散率、ｙ方向にｄｉｖ_y,in＝１．２ｍｒａｄの発散率を有するビームＬＢの断面を示す例を図示したものである。

ビームがアキシコンを通過した後、ビームは２本の分割ビームに分割され、各部分はｘおよびｙ寸法がそれぞれ５．５ｍｍおよび１１ｍｍに等しい長方形の断面を有する。２つの部分は、図５ｂで見られるように、それぞれ２４ｍｍおよび１１ｍｍのｘ、ｙ外形を有する長方形区域に配置される。

次に、これらの２つの部分は、ビーム拡大器ＢＸＰを通過し、これは２本の分割ビームが照明装置ＩＬの入口に対応する外部寸法、この場合は２０×２４ｍｍを有する長方形区域に配置されるような方法で、分割ビームを拡大する。したがって、ｘ方向で必要な倍率はＭ_x＝１（＝２４／２４）であり、ｙ方向で必要な倍率はＭ_y＝１．８２（＝２０／１１）である。ビーム拡大器ＢＸＰによる拡大の結果が図５ｂにも図示され、寸法が図面に指示されている。

ビーム拡大器ＢＸＰによって送出されるビームの発散率は、ここで下式のように計算することができる。
ｄｉｖ_x,out＝ｄｉｖ_x,in／Ｍ_x＝０．５０ｍｒａｄ（＝０．５／１）、および
ｄｉｖ_y,out＝ｄｉｖ_y,in／Ｍ_y＝０．６０ｍｒａｄ（＝１．２／１．８２）

アキシコン２０を使用した結果、ｘ方向とｙ方向との発散率の差は、図５ａに関して説明した状況より減少している。この場合、ｘ方向とｙ方向の発散率の比率は、１のオーダー、つまりｄｉｖ_x,out／ｄｉｖ_y,out≒１（≒０．５０／０．６６）である。

以上の説明から結論づけられるように、アキシコン２０を使用して、ｘ方向とｙ方向の発散率の差を減少させることができる。ビーム拡大器ＢＸＰによって送出されたままのｘ方向の絶対発散率は、ここではアキシコンを使用しなかった例でビーム拡大器が送出したままのｘ方向での発散率より大きい。しかし、この発散率の増大によるマイナスの効果は、ビーム拡大器ＢＸＰによって送出されたままのｘ方向とｙ方向との発散率の比率が１に近づいたというプラスの効果と比較すると小さい。

上記で検討した例では、ｘ方向での発散率はｙ方向での発散率より小さい。しかし、これが逆になる場合、つまりｙ方向の発散率がｘ方向の発散率より小さい場合は、アキシコン２０をｚ軸の周囲で９０°回転し、ｘ方向とｙ方向を入れ替えて同じ方法を適用することができる。

アキシコン２０は、ビームの形状、特に外部寸法を変化させることが分かる。実際、アキシコン２０は、投影ビームに長方形の穴を生成する。しかし、ビームが回折光学素子ＤＯＥを通過した後、この穴は消失している。しかし、アキシコン２０はビームのｘおよびｙの発散率を変化させない。ビームの外部寸法は１方向に増加するので、その方向におけるビーム拡大器ＢＸＰの倍率は低下させねばならず、その結果、ビーム拡大器ＢＸＰが送出した状態で、その方向でのビームの発散率が上昇する。上記で検討した例では、発散率は相互に完全には等しくなかったが、他の状況では可能なこともあることが、当業者には理解される。

例えば、１１×１１ｍｍの寸法の長方形断面で、発散率がｄｉｖ_x,in＝０．８ｍｒａｄおよびｄｉｖ_y,in＝１．２ｍｒａｄに等しいレーザビームによってビームＬＢを生成する場合、アキシコン２０のアキシコン部品は、これによって生成される２本のビームの外部寸法が約１９．８×１１ｍｍになるような相互距離で配置しなければならない。これで、倍率はＭ_x＝１．２１（＝２４／１９．８）およびＭ_y＝１．８２（＝２０／１１）になる。したがって、ビーム拡大器によって送出されたままのビームの発散率は下式の通りになる。
ｄｉｖ_x,out＝ｄｉｖ_x,in／Ｍ_x＝０．６６ｍｒａｄ（＝０．８／１．２１）、および
ｄｉｖ_y,out＝ｄｉｖ_y,in／Ｍy＝０．６６ｍｒａｄ（＝１．２／１．８２）
この例によると、発散率の差は、ほぼゼロまで減少し、発散率の比率は約１になる。

本発明は、回折光学素子ＤＯＥに送出されるレーザビームのｘ方向とｙ方向の発散率の差を減少させるために、単純で簡単な解決法を提供することが理解される。本発明を実行するために、図６で提示するような単純な方法について説明する。

第一に、ステップ３０で示すように、ソースＳＯによって生成されたビームのｘ方向およびｙ方向での発散率ｄｉｖ_xおよびｄｉｖ_yを求める必要がある。これらの発散率が分かったら、いずれの発散率が最大になるか判断することができる。これは、ステップ３１で実行するように、ｄｉｖ_x−ｄｉｖ_yを計算し、結果の符号を求めることによって実行される。結果がプラスである（ｄｉｖ_yがｄｉｖ_xより大きい）場合は、第一縁部２３と第二縁部２４とがｙ軸の方向で整合するようにアキシコンを配置する。結果がマイナスの場合は、第一縁部２３と第二縁部２４とがｘ軸の方向で整合するようにアキシコンを配置する。ステップ３１の結果に基づいて、ステップ３２に示すようにアキシコン２０を配向することができる。

ステップ３３では、場合によってはステップ３１の結果を使用して、｜ｄｉｖ_x−ｄｉｖ_y｜を計算することによって発散率の絶対差を求める。絶対差に基づき、アキシコン２０の第一部品２１と第二部品２２間の距離ｚ_axiconを求め、ステップ３４で示すように調節することができる。適切なｚ_axiconの求め方について、図７に関して以下でさらに詳細に説明する。

図６で提示したステップは、異なる順序で実行してよいことが理解される。図６に関して説明したような方法は手作業で実行してもよいが、当業者には知られているように、コンピュータまたは制御装置によって実行してもよい。

本発明によるアキシコン２０にはさらに、部品の方向および相互距離を調節するアクチュエータＡＣを設けることができる。

図６に関して検討したステップを実行するために使用するコンピュータまたは制御装置には、他のデバイスと通信するために少なくとも１つの入力部および出力部を設けねばならないことが、当業者には理解される。コンピュータまたは制御装置は、例えばソースＳＯのｘ方向およびｙ方向の発散率に関する情報を受信するように構成することができる。この情報は、キーボードなどの手動入力部を介してコンピュータまたは制御装置に提供することができるが、コンピュータまたは制御装置は、発散率を測定するように構成されたデバイスに接続することもできる。さらに、コンピュータまたは制御装置は、アキシコン２０の方向を調節し、アキシコン２０の第一部品２１と第二部品２２との相互距離を調節するために、アクチュエータＡＣを制御するように構成してもよい。

図７は、アキシコン２０の断面図を示す。この図によると、ビームＤに必要な特定の変位を獲得するために、第一部品２１と第二部品２２との適切な距離ｚ_axiconを計算する方法を、簡単に理解することができる。変位Ｄは、光ビームが、このような変位をしないビームの位置、つまり図７の点線で示した位置に対してｘ方向またはｙ方向に変位した距離と定義される。

図７では、角度ψが、第一部品の先縁の鋭利な角度として図示されている。この角度ψは、固定された既知のパラメータである。さらに、アキシコンの材料の屈折率が知られ、これをｎ_axiconとする。

図は、第一部品２１を出る光ビームの入射角度がαと等しく、屈折角度がβに等しいことを示し、ここで、
ｓｉｎ（β）＝ｎｓｉｎ（α）である。

点線で示した変位していない光路に対する屈折ビームの角度γも図示され、ここでγ＝β−αである。アキシコン２０からの光ビームの適切な変位を求めたらすぐに、ソースＳＯの既知の発散率に基づいて、必要なｚ_axiconを簡単に計算することができる。

これは、（α＝９０°−ψおよびｎ・ｓｉｎα＝ｓｉｎβの状態で）ｎおよびψの関数として簡単に表すことができる。

アキシコンの下側を通過するビームの部分は、マイナスＤに等しい変位となり、したがってアキシコン２０からのビームの２つの部分の距離は、上記で計算した変位の２倍に等しい、つまり２＊Ｄであることが理解される。

さらに、ソースＳＯのｘ方向およびｙ方向でのビームの発散率が相互に等しい場合、アキシコン２０の第一部品および第二部品を相互に当てて配置する（ｚ_axicon＝０）か、アキシコン２０を光ビームから除去できることが理解される。

アキシコン２０は、放射線に対して、特にレーザソースが生成する波長に対して比較的高い半透明性および低い吸収性を有する材料で作成することが好ましい。使用する材料はさらに、発生し得る高強度の放射線によって劣化しないものでなければならない。その理由から、アキシコンは例えばフッ化カルシウムから作成してよい。アキシコン２０の機能は、ソースによって生成されたままのビームを２本の分割ビームに分割することである。しかし、この機能は、アキシコン２０とは別の手段を使用し、例えば１組のミラーを使用して遂行してもよい。概して、本発明は、ビームを２本の別個のビームに分割するように構成された任意のビーム分割器で実行することができる。

以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実践できることが理解される。本説明は本発明を制限する意図ではない。

本発明の実施形態によるリソグラフィ装置を概略的に示す。 従来技術によるリソグラフィ投影装置に使用する照明装置を含む放射線システムを概略的に示す。 リソグラフィ投影装置に使用する回折光学素子を概略的に示す。 瞳面における光のプロフィールを概略的に示す。 本発明の実施形態によるリソグラフィ投影装置に使用する照明装置を含む放射線システムを概略的に示す。 本発明の実施形態によるアキシコンを概略的に示す。 光ビームの断面図を概略的に示す。 光ビームの断面図を概略的に示す。 本発明を実行する方法を示すブロック図を示す。 本発明の実施形態によるアキシコンの断面図を示す。

Claims (14)

1. 照明アセンブリであって、
   第一ｚ方向に配向された放射線ビームを受け取り、第二ｘ方向では第一倍率Ｍ_xで、第三ｙ方向では第二倍率Ｍ_yでビームを拡大するように構成されたビーム拡大器を有し、第二方向と第三方向とが、相互にほぼ直角であり、第一ｚ方向にもほぼ直角であって、拡大器が、Ｍ_xおよびＭ_yの少なくとも一方を変更するように調節可能であり、さらに、
   放射線ビームを、第二ｘ方向および第三ｙ方向の少なくとも一方で２本の分割放射線ビームに分割し、分割放射線ビームの伝播方向が、ほぼ第一ｚ方向であり、さらに分割放射線ビームをビーム拡大器に送出するように構成されたビーム分割器を有する照明アセンブリ。
2. ビーム分割器が、第二ｘ方向と第三ｙ方向との少なくとも一方にて分割放射線ビームの間隔を調節するように構成される、請求項１に記載の照明アセンブリ。
3. ビーム分割器が２部品のアキシコンを有する、請求項１に記載の照明アセンブリ。
4. ２部品アキシコンの第一部品と第二部品との中間距離が、第二ｘ方向と第三ｙ方向との少なくとも１つにて分割放射線ビームの間隔を変更するように調節可能である、請求項３に記載の照明アセンブリ。
5. アキシコンの少なくとも１つの部品が、第一ｚ方向に対して回転可能であり、したがって放射線ビームが第二ｘ方向または第三ｙ方向にて分割される、請求項３に記載の照明アセンブリ。
6. アキシコンがフッ化カルシウムを有する、請求項３に記載の照明アセンブリ。
7. 請求項１に記載の照明アセンブリを有するリソグラフィ装置。
8. リソグラフィ装置であって、
   放射線の投影ビームを調整する照明システムを有し、照明システムは、ビーム拡大器を有し、該拡大器は、第一ｚ方向に配向された放射線ビームを受け取り、ビームを第二ｘ方向には第一倍率Ｍ_xで、第三ｙ方向には第二倍率Ｍ_yで拡大するように構成され、第二ｘ方向と第三ｙ方向が、相互にほぼ直角で、第一ｚ方向に対してほぼ直角であり、該拡大器が、Ｍ_xおよびＭ_yの少なくとも一方を変更するように調節可能であり、さらに、
   放射線ビームを、第二ｘ方向および第三ｙ方向のうち少なくとも一方に分割した２本の分割放射線ビームに分割し、分割放射線ビームの伝播方向はほぼ第一ｚ方向であり、さらに分割放射線ビームをビーム拡大器に送出するように構成されたビーム分割器と、
   パターニングデバイスを支持する支持体とを有し、パターニングデバイスは、投影ビームの断面にパターンを与える働きをし、さらに、
   基板を保持する基板テーブルと、
   パターン形成したビームを基板の目標部分に投影する投影システムとを有するリソグラフィ装置。
9. 方法であって、
   第一ｚ方向に伝播する放射線ビームを供給することと、
   放射線ビームを第二ｘ方向には第一倍率Ｍ_xで、第三ｙ方向には第二倍率Ｍ_yで拡大することとを含み、第二ｘ方向と第三ｙ方向が、相互にほぼ直角で、第一ｚ方向に対してほぼ直角であり、Ｍ_xおよびＭ_yの少なくとも一方が調節可能であり、さらに、
   放射線ビームを、第二ｘ方向および第三ｙ方向のうち少なくとも一方で２本の分割放射線ビームに分割することを含み、分割放射線ビームの伝播方向が、ほぼ第一ｚ方向であり、さらに、
   分割放射線ビームをビーム拡大器に送出することとを含む方法。
10. 第一ｚ方向に配向された放射線ビームを、第一ｚ方向に指向された２本のほぼ平行な放射線ビームに分割し、分割放射線ビームを、リソグラフィ投影装置内に構成されたビーム拡大器に送出するように構築され、構成されたビーム分割器。
11. ビーム分割器を調節する方法であって、
    伝播方向（ｚ）を有する放射線のビームを１対の分割放射線ビームに分割することと、
    相互にほぼ直交する方向ｘおよびｙそれぞれで、１対の分割放射線ビームの発散率（ｄｉｖ_x、ｄｉｖ_y）を求めることとを含み、ここでｘおよびｙはそれぞれ、ｚ方向にほぼ直交し、さらに、
    いずれの発散率の方が大きい値を有し、いずれが小さい値を有するか求めることと、
    発散率の値の絶対差を求めることと、
    ｘ方向およびｙ方向で分割放射線ビームの間隔を求めることと、
    発散率（ｄｉｖ_x、ｄｉｖ_y）の差を減少させるために、求めた距離に従ってビーム分割器を調節することとを含む方法。
12. ビーム分割器が放射線ビームを分割する方向が、ビーム分割器を第一ｚ方向に対して回転させることによって調節可能である、請求項１０に記載の方法。
13. ビーム分割器が２部品のアキシコンを有し、調節が、アキシコンの第一部品と第二部品との間隔を変更することを含む、請求項１１に記載の方法。
14. デバイス製造方法であって、
    照明システムを使用して第一ｚ方向で放射線ビームを伝播させることと、
    放射線ビームを第二ｘ方向には第一倍率Ｍ_xで、第三ｙ方向には第二倍率Ｍ_yで拡大することとを含み、第二ｘ方向と第三ｙ方向が、相互にほぼ直角で、第一ｚ方向に対してほぼ直角であり、Ｍ_xおよびＭ_yの少なくとも一方が調節可能であり、さらに、
    放射線ビームを、第二ｘ方向および第三ｙ方向のうち少なくとも一方で２本の分割放射線ビームに分割することを含み、分割放射線ビームの伝播方向が、ほぼ第一ｚ方向であり、さらに、
    分割放射線ビームをビーム拡大器に送出することと、
    ビームの断面にパターンを形成することと、
    パターン形成した放射線ビームを基板の目標部分に投影することとを含む方法。
    

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