JP2005354063A - リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロレンズ・アレイがリソグラフィ・ツールで利用されるときにゴースト発生効果を低減するシステムおよび方法を提供すること。
【解決手段】リソグラフィ装置は、放射線の投影ビームを供給する照明システムを有し、この投影ビームには、パターン形成システムを使用してパターンが形成される。投影システムが、パターンの形成されたビームを所定のビーム経路に沿って基板のターゲット部分に投影する。投影システムはレンズのアレイを有し、このアレイは、各レンズが、パターンの形成されたビームのそれぞれの部分を基板のターゲット部分のそれぞれの部分に向けて方向付けるように位置付けられる。投影システムは、パターン形成システムとレンズのアレイとの間にビーム経路に沿って間隔を空けて配置された一連のレンズ構成要素を有している。レンズ構成要素は、パターンの形成されたビームの少なくとも３次回折成分を収集するように寸法決めされる。
【選択図】図２

Description

本発明は、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法に関する。

リソグラフィ装置は、基板のターゲット部分に所望のパターンを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）、フラット・パネル・ディスプレイ、および精密な構造を有する他のデバイスの製造で使用することができる。従来のリソグラフィ装置では、パターン形成手段（あるいはマスクまたはレチクルと呼ばれる）を使用して、ＩＣ（または他のデバイス）の個々の層に対応する回路パターンを生成することができ、このパターンを、放射線感光材料（例えばレジスト）の層を有する基板（例えばシリコン・ウェハ、可撓性基板、またはガラス・プレート）上のターゲット部分（例えば１または複数のダイの一部を有している）にイメージング（結像）することができる。パターン形成手段は、マスクの代わりに、個別に制御可能な要素のアレイを有していてもよく、このアレイによって回路パターンを生成してもよい。

一般に、単一の基板が、隣接するターゲット部分の全ネットワークを含み、ターゲット部分は連続的に露光される。既知のリソグラフィ装置には、ターゲット部分に全パターンを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ステッパと、投影ビームによって所与の方向（「走査」方向）でパターンを走査し、それと同期して、この方向と平行または逆平行に基板を走査することによって各ターゲット部分を照射するスキャナとが含まれる。

リソグラフィ装置がステップ・モードで動作するか、スキャン・モードで動作するかにかかわらず、パターン付けされたビーム（パターン付きビーム）が、基板表面の適切なターゲット部分に方向付けられることが重要であることを理解されたい。多くの状況では、一連のリソグラフィ処理ステップによって、基板の表面に多層構造が構築される。当然、基板に形成される連続する層が互いに正確に見当合わせされることが重要である。したがって、ビーム投影システムに対する基板の位置が正確に分かることを保証するように十分な配慮がなされる。

パターン付きビームは、マスクまたは制御可能な要素のアレイなどパターン付与デバイスの単なる複製ではなく、パターン付与デバイスから伝播する一連の回折成分の結果得られるものであるので、回折効果がリソグラフィ装置で問題を生じる可能性がある。例えば、不透明ストリップによって離隔された等しい幅の一連のスリットであって、この不透明ストリップはスリットと等しい幅である一連のスリットによって構成されたマスクから伝播する投影ビームは、一連の奇数回折成分の和となる。１次成分だけは、方形波ではなく正弦波強度パターンを生成し、そのため回折効果が存在しない。光学システムが受け取る成分の数が多くなると共に、結果として生じる強度パターンが方形波に近づく。しかし実際には、多くのリソグラフィ・システムにおいて、「しきい値」効果により、１次成分のみに依拠して適当な結果を達成することができる。

しきい値効果（スレッショルド効果）は、レジストを露光するために使用されるリソグラフィ装置において生じ、レジストは、所定のしきい値強度を超える光に露光される場合には化学的に完全に変換され、しかし、しきい値未満で露光される場合には有意な程度までは化学的に変換されない。上で論じたマスクの場合、もし１次成分のみが受け取られると、必要なのは、「方形波」パターンと等価の「正弦波」パターンが、基板のターゲット領域全体にわたって適切なしきい値露光を提供することだけである。ターゲット領域の外側での投影ビームの低強度成分の若干の重なりは、ターゲット領域の外側のレジストを現像しない。したがって、パターン形成システムから１次回折成分のみを受け取るリソグラフィ装置内の照明システムを提供することが従来の実施法である。これは、照明システム内のレンズ構成要素の必要サイズを縮小するという大きな利点がある。

マイクロレンズ・アレイ（ＭＬＡ）イメージ形成システムでは、レンズのアレイを含む投影システムが提供される。このレンズ・アレイは、アレイ内の各レンズが、露光すべき基板に向けてそれぞれの光のビームを投影するように構成されている。ビーム拡大器によってマイクロレンズ・アレイのそれぞれのレンズに送達された個別のビームが、基板のそれぞれの部分に向けて方向付けられる。アレイのレンズは、個々のビームを基板上に直接合焦（フォーカス）することができ、あるいはアレイと基板との間に配置されたさらなる投影システムによって基板に向けてビームを方向付けてもよい。個々のビームは、例えば１または複数のミラーがアレイのそれぞれのレンズに向けて放射線を反射するように位置決めされているミラーのアレイから構成されたパターン形成デバイスによって生成することができる。パターン形成デバイスは、必然的に周期的な物理構造を有し、この周期構造が回折成分の発生をもたらす。しかし従来、より高次の回折成分は、ＭＬＡイメージ形成システムに重要とは考えられておらず、パターン形成デバイスからのせいぜい１次回折成分のみを受け取れば十分であると考えられてきた。

そのようなＭＬＡシステムでは、アレイの１つのレンズに、別のレンズのために意図された投影ビームの一部分が送達されたことを示す露光の「ゴースト」パターンの出現に伴う問題が生じ、しかし、これらの問題は、投影ビームとレンズ・アレイとの位置合わせ不良、または照明システムでの光学収差によるものとされてきた。

したがってマイクロレンズ・アレイがリソグラフィ・ツールで利用されるときにゴースト発生効果を低減するシステムおよび方法が求められている。

本発明の一実施例によれば、放射線の投影ビームを供給する照明システムと、投影ビームの断面にパターンを付与する働きをするパターン形成システムと、基板を支持するための基板テーブルと、パターン付きビームを所定のビーム経路に沿って基板のターゲット部分に投影するための投影システムとを有するリソグラフィ装置が提供される。投影システムはレンズのアレイを有し、このレンズ・アレイは、アレイ内の各レンズがパターン付きビームのそれぞれの部分を基板のターゲット部分のそれぞれの部分に向けて方向付けるべく構成されるように配置されている。投影システムは、パターン形成システムとレンズ・アレイとの間にビーム経路に沿って間隔を空けて配置された一連のレンズ構成要素をさらに有する。レンズ構成要素は、パターン形成システムからの投影ビームの少なくとも３次回折成分を集めるように寸法決めされる。

パターン形成システムの最小周期構造フィーチャから発生する３次回折成分の収集が、マイクロレンズ・アレイの「誤った」レンズに到達する投影ビームの成分の強度を実質的に低減する。それにより、ゴースト発生効果が大幅に低減する。実用的な寸法のレンズ構成要素を用いて５次成分、さらには２９次成分を集めて、ゴースト発生効果をさらに低減することもできる。

本発明の別の実施例によれば、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投影するステップと、投影ビームの断面にパターンを付与するステップと、基板テーブル上に基板を支持するステップと、投影システムを通して、パターン付きビームを所定のビーム経路に沿って基板のターゲット部分に投影するステップとを含むデバイス製造方法が提供される。投影システムはレンズのアレイを有し、このレンズ・アレイは、アレイ内の各レンズが、パターン付きビームのそれぞれの部分を基板のターゲット部分のぞれぞれの部分に向けて方向付けるべく構成されるように位置されている。パターン形成システムからの投影ビームの少なくとも３次回折成分が、パターン形成システムとレンズ・アレイとの間にビーム経路に沿って間隔を空けて配置された投影システムのレンズ構成要素によって集められる。

一例では、本発明は、レンズのアレイが光のスポットを基板上に直接合焦するシステムに適用可能である。

一例では、本発明は、レンズのアレイが一連の源イメージ（ソース・イメージ）を形成し、それが、アレイと基板との間に位置された投影サブシステムによって基板に投影されるシステムに適用可能である。

一例では、本発明は、投影されるビームにパターンを付与するために個別に制御可能な要素のアレイに依拠するリソグラフィ装置、および所望のパターンを付与するために単純なレチクル（例えばマスク）を使用するデバイスに適用可能である。

本発明のさらなる実施例、特徴、および利点、ならびに本発明の様々な実施例の構造および動作を、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を成す添付図面は、本発明を例示し、さらに、本記述と共に本発明の原理を説明し、当業者が本発明を作成して使用することができるようにするものである。

次に、本発明を添付図面を参照して説明する。図中、同様の参照番号が、同一または機能的に同様の要素を示し得る。

（概要および用語）
マイクロレンズ・アレイ・イメージ形成システムを使用する本発明の一実施例において、照明システム内のビーム拡大器の視野レンズ（この視野レンズは、２以上の個別のレンズから形成することができる）の役割は、視野レンズとマイクロレンズ・アレイとの間の光ビームの全ての成分が平行であり且つマイクロレンズ・アレイに垂直であることを保証することによって、投影システムをテレセントリックにすることである。しかし、視野レンズとマイクロレンズ・アレイとの間の光ビームは、実質的に平行にすることはできるが、完全な平行性は実現することができない場合がある。

したがって、本発明の一実施例によれば、投影システム内でのある程度の非テレセントリック性を想定して、瞳（ｐｕｐｉｌ）と基板テーブルとの間に位置付けられたレンズ構成要素の１つまたは複数を移動させることによって、過度の焦点のずれを伴わずに小さな倍率調整を実現することができる。

一実施例では、投影システムが瞳を画成する。本文書で使用する用語「瞳」は、投影ビームの複数の光線が横切る平面について言及したものであり、これら光線は、パターン形成システムに関して異なる位置から、しかしパターン形成システムに垂直な投影ビームの軸線に対して同じ角度で、パターン形成システムを出る。

例えば、本発明の一実施例によれば、視野レンズが、視野レンズ自体とレンズ・アレイとの間で完全に平行な放射線ビームを生成するよう初期的に構成されたマイクロレンズ・イメージ形成システムを仮定する。また、視野レンズに到達する光が発散していることを仮定する。マイクロレンズ・アレイから離れる視野レンズの移動は、投影ビームのわずかな発散をもたらし、一方、マイクロレンズ・アレイに向かう視野レンズの移動は、投影ビームのわずかな収束をもたらす。ただし、視野レンズが比較的弱いレンズであると想定すると、（典型的には百万分の一程度の）基板の歪みを補償するために投影システムの倍率を変更するのに必要な移動は、許容できない程度まで基板表面上の投影ビームの合焦に影響を及ぼすことなく実現することができる。基板に向かう、または基板から離れるマイクロレンズ・アレイの移動による焦点変化は一次効果であり、その結果生じる倍率の変化は二次効果であるが、そうであるにもかかわらず、有用な倍率調整を行うことができる。

この実施例では、視野レンズは、単一のレンズまたは２つ以上のレンズから構成することができる。各視野レンズは、マイクロレンズ・アレイに向かうように、またはマイクロレンズ・アレイから離れるように単純に並進で移動させることができ、あるいは、視野レンズを傾斜させて、露光される基板の表面にわたって倍率の差分変化をもたらすことができる。同様に、マイクロレンズ・アレイを並進で移動させること、および／または傾斜させることもできる。

本明細書で使用する用語「個別に制御可能な要素のアレイ」は、基板のターゲット部分に所望のパターンを作成することができるように、パターン形成された断面を入射放射線ビームに与えるために使用することができる任意のデバイスを表すものと広く解釈すべきである。用語「光弁」および「空間光変調器」（ＳＬＭ）をこの文脈で使用することもできる。そのようなパターン形成デバイスの例を以下に述べる。

プログラム可能ミラー・アレイは、粘弾性制御層および反射面を有するマトリックス・アドレス指定可能な表面を有することができる。そのような装置の基本原理は、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というものである。適切な空間フィルタを使用して、非回折光を反射ビームからフィルタ除去し、回折光のみを残して基板に到達させることができる。このようにして、ビームは、マトリックス・アドレス指定可能表面のアドレス指定パターンに従ってパターン形成される。

代替方法として、フィルタが回折光をフィルタ除去し、非回折光を残して基板に到達させることもできることを理解されたい。これと同様に、回折光学マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスのアレイを使用することもできる。各回折光学ＭＥＭＳデバイスは複数の反射リボンを含むことができ、これらのリボンは、互いに対して変形して、入射光を回折光として反射する格子を形成することができる。

さらなる代替実施例は、小さなミラーのマトリックス配列を採用したプログラム可能ミラー・アレイを含むことができ、これら小さなミラーはそれぞれ、適当な局部電界を印加することにより、または圧電作動手段を使用することにより、軸線のまわりで個別に傾斜させることができる。ここでもやはり、ミラーはマトリックス・アドレス指定可能であり、したがって、アドレス指定されたミラーが、アドレス指定されていないミラーとは異なる方向に入射放射線ビームを反射する。このようにして、反射ビームは、マトリックス・アドレス指定可能ミラーのアドレス指定パターンに従ってパターン形成される。必要なマトリックス・アドレス指定は、適当な電子的手段を使用して行うことができる。

ここで上に述べた両方の状況において、個別に制御可能な要素のアレイは、１または複数のプログラム可能ミラー・アレイを有することができる。本明細書で言及するミラー・アレイについて、例えば参照により全体を本明細書に組み込む米国特許第５２９６８９１号および第５５２３１９３号、ならびに国際特許出願ＷＯ９８／３８５９７号およびＷＯ９８／３３０９６号からより多くの情報を得ることができる。

プログラム可能ＬＣＤアレイを使用することもできる。そのような構造の一例は、参照により全体を本明細書に組み込む米国特許第５２２９８７２号に与えられている。

フィーチャの事前バイアス、光近接効果補正フィーチャ、位相変化技法、および複数回露光技法が使用される際、例えば、個別に制御可能な要素のアレイ上に「表示」されるパターンは、基板の層に、または基板上に最終的に転写されるパターンとは実質的に異なる場合があることを理解されたい。同様に、基板上に最終的に生成されるパターンは、個別に制御可能な要素のアレイ上にある時点に形成されているパターンに対応していない場合がある。これは、基板の各部に形成される最終的なパターンが所与の時間または所与の回数の露光を経て構築され、その間に個別に制御可能な要素のアレイ上のパターンおよび／または基板の相対位置が変化する構成において当てはまる場合がある。

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けれども、本明細書で説明するリソグラフィ装置が、例えば、ＤＮＡチップ、ＭＥＭＳ、ＭＯＥＭＳ、集積光システム、磁気ドメイン・メモリ用の誘導および検出パターン、フラット・パネル・ディスプレイ、薄膜磁気ヘッドなどの製造といった他の用途を有していてもよいことを理解すべきである。そのような他の用途の文脈では、本明細書における用語「ウェハ」または「ダイ」の使用を、それぞれより一般的な用語「基板」または「ターゲット部分」と同義と考えることができることを当業者は理解されよう。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（典型的には、レジストの層を基板に塗布し、露光されたレジストを現像するツール）、または測定ツールもしくは検査ツールで処理することができる。該当する場合には、本明細書の開示を、そのような基板処理ツール、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、例えば多層ＩＣを作成するために基板を複数回処理することもでき、したがって、本明細書で使用する用語「基板」は、複数の処理層をすでに含む基板を表している場合もある。

本明細書で使用する用語「放射線」および「ビーム」は、紫外（ＵＶ）放射線（例えば、波長が３６５、２４８、１９３、１５７、または１２６ｎｍ）および極端紫外（ＥＵＶ）放射線（例えば、波長が５〜２０ｎｍの範囲内）、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含めた全てのタイプの電磁放射線を包含する。

本明細書で使用する用語「投影システム」は、例えば、使用する露光放射線、または浸液の使用もしくは真空の使用など他の因子に適するように、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様々なタイプの投影システムを包含するものと広く解釈すべきである。本明細書における用語「レンズ」の使用は、より一般的な用語「投影システム」と同義と考えることができる。

また、照明システムは、放射線の投影ビームを方向付け、成形し、または制御するための屈折、反射、および反射屈折光学構成要素を含む様々なタイプの光学構成要素を包含することができ、以下、そのような構成要素を総称して、または個々に「レンズ」と呼ぶ場合がある。

リソグラフィ装置は、２つ（例えば、デュアル・ステージ）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にすることができる。そのような「マルチ・ステージ」の機械では、追加のテーブルを並行して使用することができ、あるいは、１つまたは複数のテーブルで準備ステップを行い、その間に、１つまたは複数の他のテーブルを露光用に使用することができる。

また、リソグラフィ装置は、比較的高い屈折率を有する液体（例えば水）の中に基板を液浸し、それにより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タイプのものにすることができる。浸液は、リソグラフィ装置内の他の空間、例えばマスクと投影システムの最初の要素との間に適用することもできる。液浸技法は、投影システムの開口数を高める技術分野でよく知られている。

さらに、装置に流体処理セルを設けて、（例えば化学物質を基板に選択的に付着させるために、または基板の表面構造を選択的に修正するために）流体と基板の照射部分との相互作用を可能にすることができる。

（リソグラフィ投影装置）
図１に、本発明を実施することができるリソグラフィ投影装置１００を模式的に示す。装置１００は、放射線システム１０２と、個別に制御可能な要素のアレイ１０４と、オブジェクト・テーブル１０６（例えば基板テーブル）と、投影システム（「レンズ」）１０８とを少なくとも含む。

放射線システム１０２は、放射線（例えばＵＶ放射線）の投影ビーム１１０を供給するために使用することができ、この特定の場合には放射線源１１２も備える。

個別に制御可能な要素のアレイ１０４（例えば、プログラム可能ミラー・アレイ）は、投影ビーム１１０にパターンを付与するために使用することができる。一般に、個別に制御可能な要素のアレイ１０４の位置は、投影システム１０８に対して固定することができる。ただし、代替構成では、個別に制御可能な要素のアレイ１０４を、投影システム１０８に対してアレイを正確に位置決めするための位置決めデバイス（図示せず）に接続してもよい。本明細書で述べる際、個別に制御可能な要素１０４は、反射型のものである（例えば、個別に制御可能な要素の反射アレイを有するものである）。

オブジェクト・テーブル１０６に、基板１１４（例えばレジスト被覆シリコン・ウェハまたはガラス基板）を保持するための基板ホルダ（特に図示せず）を設けることができ、オブジェクト・テーブル１０６は、投影システム１０８に対して基板１１４を正確に位置決めするための位置決めデバイス１１６に接続することができる。

投影システム１０８（例えば水晶および／またはＣａＦ２レンズ・システム、またはそのような材料から作成されたレンズ要素を備える反射屈折システム、あるいはミラー・システム）は、ビーム・スプリッタ１１８から受け取ったパターン付きビームを基板１１４のターゲット部分１２０（例えば、１または複数のダイ）に投影するために使用することができる。投影システム１０８は、個別に制御可能な要素のアレイ１０４のイメージ（像）を基板１１４に投影することができる。別法として、投影システム１０８は、二次的な放射線源のイメージを投影することができ、その際、個別に制御可能な要素のアレイ１０４の要素はシャッターとして働く。また、投影システム１０８は、二次的な放射線源を形成するため、およびマイクロスポットを基板１１４に投影するために、マイクロ・レンズ・アレイ（ＭＬＡ）を有している場合もある。

放射線源１１２（例えばエキシマ・レーザ）は、放射線のビーム１２２を発生することができる。ビーム１２２は、直接、または例えばビーム拡大器１２６などの調整デバイス１２６を通過した後に、照明システム（照明器）１２４内に供給される。照明器１２４は、ビーム１２２の強度分布の外側および／または内側ラジアル範囲（一般に、それぞれσアウターおよびσインナーと呼ばれる）を設定するための調節デバイス１２８を有していてもよい。さらに、照明器１２４は通常、積分器１３０および集光器１３２など様々な他の構成要素を含む。このようにして、個別に制御可能な要素のアレイ１０４に当たる投影ビーム１１０が、断面で所望の一様性および強度分布を有する。

図１に関して、放射線源１１２がリソグラフィ投影装置１００のハウジング内部に位置している場合もあることに留意すべきである（例えば、放射線源１１２が水銀ランプであるときにしばしば当てはまる）。代替実施例では、放射線源１１２をリソグラフィ投影装置１００から離すことができる。この場合、放射線ビーム１２２は、（例えば、適切な方向付けミラーを用いて）装置１００内に方向付けられる。この後者の態様は、放射線源１１２がエキシマ・レーザであるときにしばしば当てはまる。これらの態様の両方が本発明の範囲内で予期されることを理解されたい。

ビーム１１０は引き続いて、ビーム・スプリッタ１１８を使用して方向付けられた後に、個別に制御可能な要素のアレイ１０４に入る。ビーム１１０は、個別に制御可能な要素のアレイ１０４によって反射された後、投影システム１０８を通過し、この投影システム１０８は、ビーム１１０を基板１１４のターゲット部分１２０に合焦する。

位置決めデバイス１１６（および任意選択で、ビーム・スプリッタ１４０を通った干渉ビーム１３８を受け取るベース・プレート１３６上の干渉測定デバイス１３４）を用いて、ビーム１１０の経路内に様々なターゲット部分１２０が位置決めされるように基板テーブル１０６を正確に移動させることができる。使用できる場合には、個別に制御可能な要素のアレイ１０４用の位置決めデバイスを使用して、例えば走査中に、ビーム１１０の経路に対する個別に制御可能な要素のアレイ１０４の位置を正確に補正することができる。一般に、オブジェクト・テーブル１０６の移動は、図１には明示していない長行程モジュール（粗い位置決め）および短行程モジュール（精密な位置決め）を用いて実現される。個別に制御可能な要素のアレイ１０４を位置決めするために同様のシステムを使用することもできる。別法として／追加として、投影ビーム１１０を移動可能にし、オブジェクト・テーブル１０６および／または個別に制御可能な要素のアレイ１０４が固定位置を有するようにして、必要な相対移動を提供してもよいことを理解されたい。

この実施例の代替構成では、基板テーブル１０６を固定することができ、基板１１４が基板テーブル１０６上にわたって移動可能である。このようにされる場合、基板テーブル１０６は、平坦な最上面に複数の開口を設けられ、その開口を通してガスが供給されて、基板１１４を支持することが可能なガス・クッションを提供する。これは従来、空気軸受構成と呼ばれている。基板１１４は、ビーム１１０の経路に対して基板１１４を正確に位置決めすることが可能な１または複数のアクチュエータ（図示せず）を使用して、基板テーブル１０６上にわたって移動される。別法として、基板１１４は、開口を通るガスの通過を選択的に開始または停止することによって、基板テーブル１０６上にわたって移動させることができる。

本明細書では、本発明によるリソグラフィ装置１００を、基板上でレジストを露光するためのものとして説明しているが、本発明がこの使用法に限定されず、レジストレス・リソグラフィにおける使用の際には、装置１００を、パターン形成投影ビーム１１０を投影するために使用することができることを理解されたい。

図示する装置１００は、４つの好ましいモードで使用することができる。

（１）ステップ・モード
個別に制御可能な要素のアレイ１０４上の全パターンが一度に（すなわち、ただ１回の「フラッシュ」で）ターゲット部分１２０に投影される。次いで、パターン形成投影ビーム１１０によって異なるターゲット部分１２０が照射されるように、基板テーブル１６０がｘおよび／またはｙ方向の別の位置に移動される。

（２）走査モード
本質的にはステップ・モードと同じであるが、所与のターゲット部分１２０がただ１回の「フラッシュ」で露光されない。個別に制御可能な要素のアレイ１０４が所与の方向（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、それにより、パターン形成投影ビーム１１０が、個別に制御可能な要素のアレイ１０４全体にわたって走査する。これと並行して、基板テーブル１０６が速度Ｖ＝Ｍｖで同じ方向または反対方向に同時に移動される。ここで、Ｍは投影システム１０８の倍率である。このようにすると、解像度を損なうことなく比較的大きなターゲット部分１２０を露光することができる。

（３）パルス・モード
個別に制御可能な要素のアレイ１０４が実質的に静止したままであり、パルス放射線システム１０２を使用して全パターンが基板１１４のターゲット部分１２０に投影される。基板テーブル１６０が実質的に一定の速度で移動され、それにより、パターン形成投影ビーム１１０が、基板１０６全体にわたってラインを走査する。個別に制御可能な要素のアレイ１０４上のパターンは、放射線システム１０２のパルスの合間に必要に応じて更新され、パルスは、連続するターゲット部分１２０が基板１１４上の要求された位置で露光されるようにタイミングを取られる。その結果、パターン形成投影ビーム１１０が基板１１４上を走査して、基板１１４のストリップに関する全パターンを露光することができる。ライン毎に基板１１４全体が露光されるまでこのプロセスが繰り返される。

（４）連続スキャン・モード
本質的にはパルス・モードと同じであり、ただし、実質的に一定の放射線システム１０２が使用され、パターン形成投影ビーム１１０が基板１１４全体にわたって走査して基板を露光するときに、個別に制御可能な要素のアレイ１０４上のパターンが更新される。

上述した使用モードの組み合わせおよび／または変形形態、あるいは全く異なる使用モードを採用することもできる。

（例示的な投影ビームのパターン形成）
図２は、本発明の一実施例の単純化された概略図である。この実施例では、投影ビーム２が、コントラスト・デバイス１を使用してパターン形成される。この実施例では、コントラスト・デバイス１は、個別に制御可能なミラーの行と列のマトリックスの形態である。投影ビーム２は、照明源（図示せず）からコントラスト・デバイス１に向けて方向付けられる。コントラスト・デバイス１を構成する個々のミラーの向きに応じて、光は、レンズ３に向けて反射されるか、またはレンズ３から遠ざかるように反射される。したがって適切な向きを有するコントラスト・デバイス１内の各要素によって、一連の平行な放射線ビームがレンズ３に向けて方向付けられる。

レンズ３は、そこに入射したビームをさらなるレンズ４であって、光学システムの瞳を規定しているレンズ４上に収束させる。瞳は、異なる位置からコントラスト・デバイス１を出た複数の光線であって、しかしコントラスト・デバイス１に対して同じ傾斜角である複数の光線が交差する、光路に垂直な面である。レンズ４に入射したビームは、視野レンズ５に向けて拡大される。レンズ５に入射した個別のビームは、実質的に平行なビームに変換され、マイクロレンズ・アレイ６のそれぞれのレンズに向けて方向付けられる。マイクロレンズ・アレイ６は、この個別ビームを基板７の表面上のスポットのアレイに合焦する。基板７の表面はレジストで覆われており、マイクロレンズ・アレイ６によってそこに合焦される光のスポットによって選択的に露光される。

（例示的なマイクロレンズ・アレイ）
図３に、本発明の一実施例による図２のマイクロレンズ・アレイ６の構造を示す。図４に、本発明の一実施例によるマイクロレンズ・アレイ６内の３つの個別のレンズの拡大図を示す。中心光軸線が、線８によって示されている。放射線のビームは、中心レンズ９に向けられ、このビームは軸線８に関して対称である。さらなるビームが、軸線８の各側で個別のレンズ１０および１１に向けられる。これらのビームはそれぞれ、それぞれのレンズ１０、９、および１１によってそれぞれのスポット１２、１３、および１４に合焦される。

図２に示す例では、投影ビームにパターンを付与するためにコントラスト・デバイス１が提供される。当然、マスクまたはレチクルによって投影ビームにパターンを付与することもできる。いずれにせよ、回折効果が高まり、その結果、投影ビームの成分が、光学システムを通って光軸線に対して様々な方向に伝播する。

（パターン生成器の回折特性）
図５および図６に、周期的な格子を形成するように構成されたマスクによって生じる状況を示す。

図５で、マスクは、不透明ストリップ１５から構成され、ここでは簡便のために４つの不透明ストリップ１５のみが示されている。この図では、ストリップ１５は紙面に垂直に延びている。投影ビーム１６がマスクの片側を照明し、光は、同心円状の半円１７によって示されるようにマスクのもう一方の側から伝播する。

図６は、ストリップ１５の面に対して角度αだけ傾いた一方向に進む回折成分を表す。周期的な格子がピッチＰを有すると仮定すると、角度αは、以下の式によって与えられる。
ｓｉｎα＝ｎ・λ／Ｐ
ここで、ｎ＝回折成分の次数であり、ｎ＝０，１，２，・・・であり、λは投影ビームの波長である。

ピッチが小さくなると共に、回折成分が主光軸線に対して傾けられる角度が大きくなる。波長が長くなると共に傾斜角が大きくなり、回折成分の次数が高くなると共に角度が大きくなる。より高い次数は、投影軸に対してより大きな傾斜角で回折される。

図７に、様々な回折次数を示す。ｎ＝０次が光軸線の方向に伝播し、ｎ＝＋１または−１次が、光軸線に対して第１の比較的小さな傾斜角で伝播し、ｎ＝＋２または−２次が、光軸線に対してわずかに大きな角度で伝播し、以下同様に、次数と共に傾斜角が大きくなることを見ることができる。

ｎ＝０次はＤＣ成分であり、これは、振幅が格子の明部分および暗部分の平均に等しい。ｎ＝０次のみが光学システムによって集められる場合、基板上にはイメージ（像）が形成されない。したがって、よく知られているように、少なくともｎ＝＋／−１次が光学システムによって収集されなければならない。

図８に、強度分布グラフを示す。

一番上の線は、マスクまたはコントラスト・デバイス１での強度分布を表し、ここでは、マスクが、等しい幅のストリップ１５と該ストリップ間のギャップとを備えている図７に示されるような単純な格子である、あるいは、各ミラーが同じサイズであり、隣接するミラーの間にギャップがない移動可能なミラー・デバイスであると仮定される。

下に向かって数えて第２の線は、ゼロ次一様ＤＣ成分を表す。

その下の第３の線は、マスクまたはコントラスト・デバイスの周期性に従った第１の周期性を有する１次成分を表す。マスクまたはコントラスト・デバイスに５０％のデューティ・サイクルがないとき、２次成分は存在しない。

その下の第４の線は、１次成分の３倍の周期性を有する３次成分を表す。

図８に示す例では、ｎ＝３までの回折次数のみが収集される。マスクまたはコントラスト・デバイスの５０％のデューティ・サイクルを仮定すると、偶数の次数は存在せず、周期性が１次のｎ倍である奇数の次数（ｎ＝１、３、５、など）が存在する。

図９にグラフを示す。このグラフでは、線１８が、図８に示される１次と３次の和を表し、比較のために、線１９によって、１次と３次の和と、マスクまたはコントラスト・デバイスでの強度分布との相違を示す。線１９によって表される理想的な方形波は、線１８によって表される実際の強度分布と非常に異なる。

線１８によって表される強度分布が例えばレジストに送達される従来のリソグラフィ装置では、レジストがしきい値強度レベルを有するので、依然として適切な露光を実現することができる。このしきい値強度レベルよりも下では、レジストは露光プロセスによって化学的に変換されず、このレベルよりも上では化学的に変換される。線１８によって表される強度分布のピーク間のほぼ中間にしきい値があるとき、適切な露光パターンが実現される。この「しきい値効果」により、投影ビームの全断面が単一レンズによって基板表面に合焦される従来のリソグラフィ装置では、一般にｎ＝０およびｎ＝±１次よりも高次の成分を収集する必要がないとされてきた。どの回折次数まで収集されるかということがレンズ・サイズに対応していると想定すると、ｎ＝０およびｎ＝±１次のみの収集を容認することによって過度に大きなレンズの必要性を回避することが有利であると考えられてきた。

しかし、図２に示す例のようにマイクロレンズ・アレイを利用する投影システムの場合、この「しきい値効果」は適用されない。これは、パターン付与デバイスの「オフ」要素に対応する領域での図９の線１８によって表されるような回折成分の影響が、しきい値効果によって無視できなくなるためである。

線１８と１９の間の図９の斜線部は、理想的には全く照明を受けるべきでないマイクロレンズ・アレイのレンズの１つに到達する光を表す。マイクロレンズ・アレイの「誤った」レンズへ漏れるそのような光は、「正しい」レンズから光を受ける場合と比較して、基板の完全に異なる部分に合焦される。その結果、求められているパターンから大きく離れた位置で、基板表面に「ゴースト」パターンが生成される。そのようなゴースト・パターンは、重大な露光位置合わせ不良の問題をもたらす可能性がある。

（例示的なパターン形成デバイス）
ゴースト・パターン形成の問題を、投影ビームにパターンを付与するパターン形成デバイスの詳細な構造に触れずに上述した。しかし、パターン形成手段がデジタル・ミラー・アレイである適用例で生じる特定の回折問題が存在する。

図１０に、デジタル・ミラー・アレイであるパターン形成手段の一部分を示す。デジタル・ミラー・アレイは、可撓性ヒンジ２１に支持される個別ミラー要素２０の２次元アレイを備える。適切な制御電圧の印加によって、ミラー要素２０を、アレイの通常面に位置するように構成することができ、あるいは、アレイの通常面に対してある角度で位置するようにヒンジ２１のまわりで傾斜させることができる。各個別ミラー要素２０は比較的小さく、例えば、限定するものではないが１４μｍ×１４μｍであり、ヒンジ２１は、典型的には１μｍ幅程度である。一例では、ミラー要素２０は１１°まで傾斜させることができる。この幾何形状により、デジタル・ミラー・アレイは１μｍ程度の最小フィーチャ寸法を有する格子を本質的に形成する。これらのフィーチャは、図５〜９を参照して述べたものと同様の回折効果をもたらす。したがって、１次回折成分のみが光学システムによって収集される場合に、実質的な「ゴースト」パターンが生じる可能性がある。

光学システムによって集められる次数の値は、光投影システムの瞳のサイズに対応している。典型的には、図２に示したようなコントラスト・デバイスおよびレンズ・アレイと共に使用するように提案されているリソグラフィ・システムでは、レンズ４が非常に小さく、例えば直径がミリメートル単位である。そのような寸法により、ｎ±１の１次回折成分のみが収集され、重大な「ゴースト」パターン効果が生じる。

本発明の一実施例によれば「ゴースト」効果がなくなり、あるいは実質的に低減される。この実施例では、これは、少なくとも３次、可能であればそれよりも高い次数の回折成分を収集するようにレンズ・システムが寸法決めされることを保証することによって達成される。図２に示されるものなどのシステムのレンズ４は、直径が数ミリメートルではなく、数センチメートルとなろう。

（より高次の回折光の収集を用いたゴースト効果低減の例示的なグラフ）
図１１に、本発明の一実施例に従って、ｎ＝±１とｎ＝±３回折成分の両方を収集する効果を示す。線１８と１９の間の斜線領域が、図９の線１８と１９の間の斜線領域に比べて大幅に縮小されている。それにより、「ゴースト発生」効果が大幅に低減される。

図１２に、本発明の一実施例に従って、ｎ＝±１、±３、および±５成分を収集する効果を示す。この場合も、線１８と１９の間の斜線領域のサイズの漸進的な縮小がある。

図１３に、本発明の一実施例に従って、ｎ＝±１〜±２９に関する全ての回折成分を収集する効果を示す。

５０％デューティ・サイクル・パターンを使用する例では、図１３は、１５個の異なる回折成分の和を表す。例えば図５〜７に示したような、単純な５０％デューティ・サイクル形式ではないパターン形成デバイスを使用する例では、偶数次数成分が強度分布に寄与する。これは、限定するものではないが、例として図１０に例示したコントラスト・デバイスで示されるようなフィーチャによって回折寄与がもたらされる場合に生じることが予想される。

図２に示す単純化した光学システムの文脈で本発明を説明してきたが、実際には、通常、光学システム内に多くのレンズが存在する場合があり、それらのレンズ全てを、求められる回折次数全ての収集を保証するように寸法決めすることができることを理解されたい。

（結論）
本発明の様々な実施例を上述してきたが、それらは単に例として提示されており、限定ではないことを理解されたい。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形状および細部に様々な変更を加えることができることを当業者は理解されよう。したがって、本発明の外延および範囲は、上述した例示的な実施例の任意のものによって限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲およびその等価箇所に従ってのみ定義されるべきである。

本発明を実施することができ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、図２の装置に組み込まれるマイクロレンズ・アレイを概略的に示す図である。 本発明の一実施例に従って、図３のアレイの３つのレンズが放射線ビームを基板上に合焦する様子を概略的に示す図である。 本発明の一実施例による、周期的な格子から伝播する波面の概略図である。 本発明の一実施例による、図５の格子によって生成される回折次数の概略図である。 本発明の一実施例による、図５の格子によって生成される３つの異なる回折次数の概略図である。 本発明の一実施例による、図５の格子の構造を代表する４つの波形と、その格子によって生成される３つの回折次数を示す図である。 本発明の一実施例による、図８に示す最初の２つの回折次数波形の和の概略図である。 本発明の一実施例による、図２の実施例に組み込まれた制御デバイスの概略図である。 本発明の一実施例による、図５の格子によって生成される最初の３つの回折次数の和の概略図である。 本発明の一実施例による、図５の格子によって生成される最初の５つの回折次数の和の概略図である。 本発明の一実施例による、図５の格子によって生成される最初の１５の回折次数の和の概略図である。

符号の説明

１ コントラスト・デバイス
２、１６ 投影ビーム
３、４、９、１０、１１ レンズ
５ 視野レンズ
６ マイクロレンズ・アレイ
７ 基板
１２、１３、１４ スポット
１５ 不透明ストリップ
２０ 個別ミラー要素
２１ 可撓性ヒンジ

Claims (9)

1. 放射線の投影ビームを供給する照明システムと、
   前記投影ビームにパターンを形成するパターン形成システムと、
   パターンが形成された前記ビームを、所定のビーム経路に沿って基板のターゲット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であって、
   前記投影システムが、
   レンズのアレイであって、該レンズのアレイ内の各レンズは、パターンが形成された前記ビームのそれぞれ部分を前記基板の前記ターゲット部分のそれぞれの部分に向けて方向付けるように位置付けられているレンズのアレイと、
   前記パターン形成システムと前記レンズのアレイとの間に前記ビーム経路に沿って間隔を空けて配置された一連のレンズ構成要素と
   を有しており、
   前記一連のレンズ構成要素は、パターンが形成された前記ビームの少なくとも３次回折成分を収集するように寸法決めされているリソグラフィ装置。
2. 前記レンズ構成要素は、パターンが形成された前記ビームの少なくとも５次成分をさらに収集するように寸法決めされている請求項１に記載のリソグラフィ装置。
3. 前記レンズ構成要素は、パターンが形成された前記ビームの少なくとも２９次成分をさらに収集するように寸法決めされている請求項１に記載のリソグラフィ装置。
4. 前記パターン形成システムが、個別に制御可能な要素のアレイを有している請求項１に記載のリソグラフィ装置。
5. 放射線の投影ビームにパターンを形成するステップと、
   投影システム内のレンズのアレイを使用して、パターンが形成された前記ビームを所定のビーム経路に沿って基板のターゲット部分に投影するステップであって、前記レンズのアレイ内の各レンズは、パターンが形成された前記ビームのそれぞれの部分を前記基板の前記ターゲット部分のそれぞれの部分に向けて方向付けているステップと、
   前記投影システムのレンズ構成要素を使用して、パターンが形成された前記ビームの少なくとも３次回折成分を収集するステップと
   を含むデバイス製造方法。
6. 前記パターン形成システムと前記レンズのアレイとの間に前記ビーム経路に沿って前記レンズ構成要素を間隔を空けて配置するステップをさらに含む請求項５に記載のデバイス製造方法。
7. パターンが形成された前記ビームの少なくとも５次成分をさらに収集するようにレンズ構成要素を寸法決めするステップをさらに含む請求項５に記載のデバイス製造方法。
8. パターンが形成された前記ビームの少なくとも２９次成分をさらに収集するようにレンズ構成要素を寸法決めするステップをさらに含む請求項５に記載のデバイス製造方法。
9. 前記パターン形成システムとして、個別に制御可能な要素のアレイを使用するステップを含む請求項５に記載のデバイス製造方法。

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