JP2006049898A - リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より効率のいいマイクロレンズ・アレイ・システムを提供すること。
【解決手段】投影システムは、パターン形成されたビームを受け取り、パターン形成されたビームを複数のほぼ多角形の部分に分割し、ほぼ多角形の部分をそれぞれ合焦して、基板の目標部分にそれぞれの放射スポットを形成するように構成されたレンズ・アレイを備える。一実施例では、照明システムは、放射源から放射ビームを受け取るように構成された照明器を備え、照明器は、放射源からの放射ビームを複数のほぼ多角形の部分に分割し、ほぼ多角形の部分をそれぞれ、個々に制御可能な素子のアレイのそれぞれの素子に合焦するように構成されたレンズ・アレイを備える。
【選択図】図６

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適用する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、ＩＣ（集積回路）、フラット・パネル・ディスプレイ、印刷ヘッド、マイクロ流体デバイス又はナノ流体デバイスその他の微細構造を伴うデバイスの製造で使用することができる。従来型リソグラフィ装置では、マスク又はレチクルとも称するパターン形成手段を使用して、ＩＣ（又は他のデバイス）の個々の層に対応する回路パターンを生成し得る。このパターンは、放射感応性材料（例えば、レジスト）の層を有する基板（例えばシリコン・ウェハ又はガラス・プレート）の（例えば、ダイの一部或いは１つ又は複数のダイを含む）目標部分に結像させることができる。マスクの代わりに、パターン形成手段は、回路パターンを生成する個々に制御可能な素子のアレイを備えることができる。

一般に、１枚の基板は、次々に露光される隣接した目標部分の集合を含む。周知のリソグラフィ装置の例は、目標部分にパターン全体を１回露光することによって各目標部分が照射されるステッパと、所与の方向（「走査」方向）にビームを通過してパターンを走査し、この方向と平行又は逆平行に基板を同期走査することによって各目標部分が照射されるスキャナである。

マスクレス・リソグラフィでは、各レンズがパターン形成されたビームのそれぞれの部分を受け取り、それを合焦させるように構成されたレンズ・アレイを備える投影システムを使用して、基板の目標部分にパターン形成されたビームを投影することが知られている。このように、レンズ・アレイの各レンズは、それぞれの放射スポットを基板に投影し、レンズ・アレイは、放射パターンを一括して基板に投影する。このようなシステムは一般に、マイクロレンズ・アレイ・システム又はＭＬＡシステムと呼ばれる。これらのシステムでは、パターン形成されたビームは一般に、一連の光学部品を備え、且つほぼ平行な放射ビームを提供するビーム・エキスパンダを介してレンズ・アレイに投影される。

ＭＬＡを使用することの固有の欠点は、ＭＬＡに入射するパターン形成されたビームの一部が失われる、即ち、ある部分が基板の目標表面に到達しないことであることを理解されたい。この失われる部分は、ＭＬＡのレンズとレンズの間に入射するビームの部分（即ち、ＭＬＡのマスキング構造に入射する部分）である。遮断されるビーム断面の大きさを小さくするために（即ち、目標基板に到達する割合を最大にするために）、ＭＬＡのマスキング構造における開口部又は窓をできるだけ大きくすることができる。しかし、ＭＬＡの窓を比較的大きくしても、失われる（即ち、基板に到達しない）パターン形成されたビーム断面の割合は依然として、約２１．５％になることがある。その結果、円形レンズの矩形アレイの最大充填比は７８．５％になる。実際には、実現可能な最大充填比は、７０％未満になることがある。

したがって、より効率のよいＭＬＡが求められている。

一実施例によれば、放射ビームを供給する照明システムと、このビームの断面にパターンを付与する働きをする個々に制御可能な素子のアレイと、基板を支持する基板テーブルと、基板の目標部分にパターン形成されたビームを投影する投影システムとを備えるリソグラフィ装置が提供される。この投影システムは、パターン形成されたビームを受け取り、このパターン形成されたビームの断面を複数のほぼ多角形の部分に分割し、ほぼ多角形の部分をそれぞれ合焦して、基板の目標部分にそれぞれの放射スポットを形成するように構成されたレンズ・アレイを備える。

この実施例では、このレンズ・アレイは、ビーム断面の多角形の部分を合焦するように構成される。一実施例では、円形レンズの矩形アレイを使用するときの固有な最大充填比である７８．５％が回避される。パターン形成されたビームの目標基板に向ける部分をより大きくすることができ、この部分の割合は１００％にもなり得る。

一実施例では、ほぼ多角形の部分はそれぞれ、ほぼ矩形である。別の実施例では、ほぼ多角形の部分はそれぞれ、ほぼ正方形である。パターン形成されたビームの断面を正方形に分割することは、ビーム・パターン形成手段が、制御可能な素子からなる正方形グリッドの形態をとるときに特に望まれる。というのは、こうすると、投影される各放射スポットが、これらの素子のそれぞれに対応し得るからである。

一実施例では、レンズ・アレイは、円筒レンズの第１アレイを備える。各円筒レンズは、パターン形成されたビームの断面のそれぞれの矩形部分を受け取り、このそれぞれの部分をそれぞれの焦線に向かって合焦するように構成される。円筒レンズの焦線は、互いにほぼ平行であり、且つビーム方向を横切る第１軸にほぼ平行である。一実施例では、第１アレイの円筒レンズの焦線は同一平面上にあり、アレイ自体は、全体的に平面構造とすることができ、レンズは、例えば、共通の透明基板の平行な部分によって形成される。

一実施例では、レンズ・アレイはさらに、第１アレイからパターン形成された合焦ビームを受け取るように配置された円筒レンズの第２アレイを備える（即ち、第１及び第２のアレイは、ビームに沿って直列に配置し得る）。この実施例では、第２アレイの各円筒レンズは、パターン形成された合焦ビームの断面のそれぞれの矩形部分を受け取り、さらにこのそれぞれの部分を、それぞれの焦線に向かって合焦するように構成される。第２アレイの円筒レンズの焦線は、互いにほぼ平行であり、且つ、ビーム方向を横切り、第１軸にほぼ直交する第２軸にほぼ平行である。この場合も、第２アレイの円筒レンズの焦線は同一平面上にあり、第２アレイ自体は、全体的に平面構造とすることができ、レンズは、共通の透明基板の平行な部分によって形成される。

このように、ビームの断面を矩形部分に分割し、これらの部分を目標基板上で矩形スポット・アレイに合焦することは、円筒レンズ・アレイを交差させ直列に組み合わせることによって好都合に実現し得る。

一実施例では、第１アレイの円筒レンズは第１共通焦点距離を有し、第２アレイの円筒レンズは第２共通焦点距離を有する。第１共通焦点距離は第２共通焦点距離よりも長い。別の実施例では、焦点距離が異なるこれらの第１及び第２のアレイは、第１アレイのレンズの焦線及び第２アレイのレンズの焦線が、同じ共通面上に入射するように構成される。即ち、第１及び第２の円筒レンズ・アレイは、ビーム方向に沿って直列に配置されているので、目標面から異なる距離のところにある（これらは例えば、目標基板の上で異なる高さのところにあることがある）が、これらの円筒レンズ・アレイはそれぞれ、目標面上に合焦し得る。言い換えれば、これら２つのレンズ・アレイは、共通の焦点面を有し得る。このように、第１円筒レンズ・アレイのレンズは、第２円筒レンズ・アレイのレンズと異なる曲率を有し得ることを理解されたい。

円筒レンズの第１及び第２のアレイは、物理的に別々の構造によって形成し得るが、代替実施例では、これらは、共通基板のそれぞれの部分によって形成することができる。

一実施例では、円筒レンズの第１アレイは第１透明基板を含む。第１アレイの各円筒レンズはこの第１基板のそれぞれの部分によって形成される。円筒レンズの第２アレイは第２透明基板を含む。第２アレイの各円筒レンズはこの第２基板のそれぞれの部分によって形成される。第２基板は第１基板に取り付けられる。この取付けは、例えば適切な粘着剤による結合によって、或いは共晶接合又はファンデルワールス力を利用した直接結合など、他の結合技術などによって行うことができる。

このように、上記で説明した本発明の実施例及び例で使用するのに適したレンズ・アレイの一形態はパターン形成されたビームを横切って第１方向に延びる円筒レンズの第１平行アレイを備え、この第１平行アレイはパターン形成されたビームを横切って第１方向に直交する第２方向に延びる円筒レンズの第２平行アレイに直列に配置されることを理解されたい。ただし、代替実施例では、円筒レンズの第１アレイと第２アレイは互いに直交しないことがある。

一実施例では、レンズ・アレイにマスキング構造を含めないようにすることができ、目標基板に到達するパターン形成されたビームの割合は１００％にもなり得る。或いは、マスキング構造を使用してパターン形成されたビームの一部を遮断し、それによって、例えば、（画素と称することもある）隣接する投影放射スポット間の「クロストーク」を減少させることができる。このマスキング構造は、例えば、レンズ基板の表面上に配置された遮蔽材料（例えば、共通基板上の隣接する円筒レンズを分離するライン状の材料）の形態をとることもできるし、投影システム内の他の場所に配置することもできる。例えば、レンズ・アレイが、円筒レンズ・アレイを交差させ直列に配置する実施例では、これら２つのアレイ間にマスクを配置し得る。

一実施例では、レンズ・アレイはパターン形成されたビームの断面の少なくとも９０％を基板の目標部分に合焦するように構成され、そのため、理論最大値である７８．５％しか送達し得ないはずの従来型ＭＬＡに比べて大きく改善される。

一実施例では、個々に制御可能な素子のアレイは矩形のアレイとし得る。このレンズ・アレイはそれぞれ制御可能な各素子に対応する投影スポットが矩形アレイを形成するように構成される。

別の実施例では、放射ビームを供給する照明システムと、このビームの断面にパターンを付与する働きをする個々に制御可能な素子のアレイと、基板を支持する基板テーブルと、基板の目標部分にパターン形成されたビームを投影する投影システムとを備えるリソグラフィ装置が提供される。この照明システムは、放射源から放射ビームを受け取るように構成された照明器を備える。この照明器は、放射源からの放射ビームの断面を複数のほぼ多角形の部分に分割し、ほぼ多角形の部分をそれぞれ、個々に制御可能な素子のアレイのそれぞれの素子に合焦するように構成されたレンズ・アレイを備える。

一実施例では、パターン形成プロセスにおいて「失われる」か、或いは無駄になるビームの割合が減少する。このレンズ・アレイは、普通ならパターン形成素子間に入射する供給ビームの一部を、これらの素子上に合焦することができる。

本発明の第１実施例の投影システムに関連して先に述べたレンズ・アレイを、この第２実施例の対応する照明器とともに使用し得ることを理解されたい。

この実施例では、コントラスト装置の近くの照明システム内で１対の円筒レンズ・アレイを使用して、このコントラスト装置の（画素と称することもある）素子のスポット照明を生成し得る。

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ビームを提供するステップと、個々に制御可能な素子のアレイを使用して、このビームの断面にパターンを付与するステップと、このパターン形成された放射ビームを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が提供される。投影ステップは、パターン形成されたビームの断面を複数のほぼ多角形の部分に分割するステップと、ほぼ多角形の部分をそれぞれ合焦して、基板の目標部分上にそれぞれの放射スポットを形成するステップとを含む。

別の実施例では、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ビームを提供するステップと、個々に制御可能な素子のアレイを使用して、このビームの断面にパターンを付与するステップと、このパターン形成された放射ビームを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が提供される。ビームを提供するステップは、放射源から放射ビームを提供するステップと、放射源からの放射ビームの断面を複数のほぼ多角形の部分に分割するステップと、ほぼ多角形の部分をそれぞれ、個々に制御可能な素子のアレイのそれぞれの素子に合焦するステップとを含む。

本発明の別の実施例、特徴、及び利点、並びに本発明の様々な実施例の構造及び動作を、添付の図面を参照して以下で詳細に説明する。

本明細書に組み込まれ、明細書の一部を形成する添付の図面は、本発明を図示し、説明と合わせてさらに、本発明の原理を説明し、当業者が本発明を理解し利用し得るのに役立つ。

次に、添付の図面を参照して本発明を説明する。図面では、同じ参照数字は、同じ又は機能的に類似の要素を示す。

概要及び用語
本明細書では、ＩＣ（集積回路）の製造でリソグラフィ装置を使用することを具体的に言及するが、本明細書で説明するリソグラフィ装置は、集積光学系、磁気ドメイン・メモリ用の誘導／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など、他の応用が可能であることを理解されたい。このような代替応用例の状況では、本明細書で用いる「ウェハ」又は「ダイ」という用語は、それぞれより一般の用語である「基板」又は「目標部分」と同義とみなし得ることが当業者には理解されよう。本明細書で言及する基板は、例えば、トラック（例えば典型的には、基板にレジスト層を塗布し、露光されたレジストを現像するツール）、或いは計測又は検査用のツール内で、露光前又は露光後に処理することができる。該当する場合には、上記その他の基板処理ツールに本明細書の開示を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２回以上処理される。そのため、本明細書で用いる基板という用語は、複数の処理済み層をすでに含む基板を指す。

「合焦する」という用語は、広い意味で解釈すべきであることを理解されたい。この用語は、レンズ・アレイが、多角形の部分をそれぞれある程度集結して、それぞれの放射スポットを形成するように構成されることを意味する。言い換えれば、このレンズ・アレイにより、各多角形部分の光線が集束して放射スポットが形成される。ただし、各放射スポットは、ある種の実施例では先鋭な像であることがあるが、必ずしもそうではない。

ここで用いる「個々に制御可能な素子のアレイ」という用語は、入射する放射ビームの断面にパターンを付与して、基板の目標部分に所望のパターンを生成するのに使用し得る任意の装置を指すと広く解釈すべきである。ここでは、「ライト・バルブ」及び「ＳＬＭ（空間光変調器）」という用語を用いることもできる。以下、このようなパターン形成装置の実施例を論じる。

プログラム可能なミラー・アレイは、粘弾性制御層及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を含み得る。このような機器の基礎となる基本原理は、例えば、反射面のアドレス指定された区域は入射光を回折光として反射し、アドレス指定されない区域は入射光を非回折光として反射するというものである。適当な空間フィルタを使用して、非回折光をフィルタリングして反射ビームから除去し、それによって、基板に到達する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パターンに従ってビームがパターン形成される。

代替手段として、フィルタにより回折光をフィルタリングして除去し、それによって、基板に到達する非回折光を残すことができることを理解されたい。これに対応するやり方で、回折型光ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）装置のアレイを使用することもできる。回折型光ＭＥＭＳ装置はそれぞれ、相互に変形して入射光を回折光として反射するグレーティングを形成し得る複数の反射性リボンを含み得る。

別の代替実施例は、適切な局所電界を印加するか、或いは圧電作動手段を使用することによって、それぞれ個別にある軸の周りで傾けることができるマトリックス状に配置した小ミラーを使用するプログラム可能なミラー・アレイを含み得る。この場合も、これらのミラーはマトリックス状にアドレス指定可能であり、そのためアドレス指定されたミラーは、入射する放射ビームを、アドレス指定されないミラーと異なる方向に反射することになる。このようにして、反射ビームは、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パターン形成される。必要とされるマトリックス・アドレス指定は、適当な電子手段を使用して実施し得る。

ここで先に述べたいずれの状況でも、個々に制御可能な素子のアレイは、１つ又は複数のプログラム可能なミラー・アレイを含み得る。ここで言及したミラー・アレイに関するより多くの情報は、例えば、米国特許第５２９６８９１号及び第５５２３１９３号、並びにＰＣＴ特許出願ＷＯ９８／３８５９７号及びＷＯ９８／３３０９６号から入手することができる。これら全体が参照により本明細書に援用される。

プログラム可能なＬＣＤアレイを使用することもできる。このような構造の実施例が、米国特許第５２２９８７２号に示されている。この特許全体が参照により本明細書に援用される。

フィーチャのプリバイアス処理、光学近接効果補正用のフィーチャ、位相変化技術、及び多重露光技術を利用する場合、例えば、個々に制御可能な素子のアレイ上に「示される」パターンは、例えば基板の層に、又は基板上の層に最終的に転写されるパターンとかなり異なること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、任意のある瞬間に個々に制御可能な素子のアレイ上に形成されるパターンに対応しないことがある。このようなことが生じるのは、基板の各部分に形成される最終パターンが、所与の時間又は所与の回数の露光全体を通して形成され、その間に、個々に制御可能な素子のアレイ上のパターン及び／又は基板の相対位置が変化するように構成される場合である。

本明細書では、ＩＣの製造でリソグラフィ装置を使用することを具体的に言及するが、本明細書で説明するリソグラフィ装置は、例えば、ＤＮＡチップ、ＭＥＭＳ、ＭＯＥＭＳ、集積光学系、磁気ドメイン・メモリ用の誘導／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など、他の応用が可能であることを理解されたい。このような代替応用例の状況では、本明細書で用いる「ウェハ」又は「ダイ」という用語は、それぞれより一般の用語である「基板」又は「目標部分」と同義とみなし得ることが当業者には理解されよう。本明細書で言及する基板は、例えば、トラック（典型的には、基板にレジスト層を塗布し、露光されたレジストを現像するツール）、或いは計測又は検査用のツール内で、露光前又は露光後に処理することができる。該当する場合には、上記その他の基板処理ツールに本明細書の開示を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２回以上処理することがある。そのため、本明細書で用いる基板という用語は、複数の処理済み層をすでに含む基板を指すこともある。

本明細書で用いる「放射」及び「ビーム」という用語は、（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７、又は１２６ｎｍの波長を有する）ＵＶ（紫外）放射、及び（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）ＥＵＶ（極紫外）放射、並びにイオン・ビーム又は電子ビームなどの粒子ビームを含めて、あらゆるタイプの電磁放射を包含する。

本明細書で用いる「投影システム」という用語は、例えば、用いられる露光放射に対して、或いは浸漬液の使用又は真空の使用などの他のファクタに対して適宜、屈折光学系、反射光学系、及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と広く解釈すべきである。本明細書で用いる「レンズ」という用語は、「投影システム」と言う、より一般の用語と同義とみなし得る。

照明システムも、放射ビームを方向づけ、整形し、また制御する屈折型、反射型、及び反射屈折型の光学部品を含めて、様々なタイプの光学部品を含み得る。このような部品も、以下では総称して或いは単独で「レンズ」と称することがある。

リソグラフィ装置は、２つ（例えば、２段階）以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のマスク・テーブル）を有するタイプのものとし得る。このような「多段階」型の機械では、追加のテーブルを並列で使用し得る。即ち、準備ステップを１つ又は複数のテーブル上で実施しながら、１つ又は複数の他のテーブルを使用して露光を行うことができる。

リソグラフィ装置は、比較的高屈折率の液体（例えば、水）に基板を浸して、投影システムの最終要素と基板の間のスペースを満たすタイプのものとすることもできる。浸漬液は、リソグラフィ装置内の他のスペース、例えばマスクと投影システムの第１要素の間に適用することもできる。投影システムの開口数を大きくする液浸技術は、当技術分野では周知のものである。

さらに、この機器は、流体と基板の照射される部分との間の相互作用を可能にする（例えば、基板に化学物質を選択的に付着させるか、或いは、基板の表面構造を選択的に改変する）流体処理セルを備えることができる。

リソグラフィ装置の第１実施例
図２に、リソグラフィ装置の一部を示す。水銀ランプ又はレーザなどのコリメートされた放射源からのビームＰＢは、制御可能な素子のアレイＰＰＭに向けられる。アレイＰＰＭから反射したパターン形成されたビームは、ビーム・エキスパンダＢＥによってＭＬＡに投影される。ＭＬＡは、基板Ｗの目標表面に放射スポットのアレイを投影する。

図３は、ＭＬＡ（マイクロレンズ・アレイ）の簡略化した平面図であり、図４は、図３のＭＬＡの線ＡＡに沿った断面図である。このＭＬＡは、上面が平坦であり、下面が複数の球面レンズＳＬを画定する形状になっている透明材料の本体を備える。このＭＬＡは、透明な本体の第１平坦表面に取り付けられた不透明な材料の層ＬＭの形態のマスク構造も備える。円形窓ＣＷのアレイが、不透明層ＬＭに形成される。各窓ＣＷは、レンズ部分ＳＬのそれぞれに中心が合わせられる。図３には９個の窓だけからなるアレイを示すが、実際には、このＭＬＡは百万個又はそれ以上ものマイクロレンズを含み得ることを理解されたい。

図５は、リソグラフィ装置で使用するＭＬＡの概略図であり、投影された放射スポットの対応するパターンも示されている。遮断されるビーム断面の大きさを小さくする（即ち、目標基板に到達する割合を最大にする）ために、窓をできるだけ大きくすることができる。下にある基板に投影された像スポットＩも示されている。これらの像スポットは円形である（空間にある）。

リソグラフィ装置の第２実施例
図１に、本発明の実施例によるリソグラフィ投影機器１００を概略的に示す。機器１００は少なくとも、放射システム１０２、個々に制御可能な素子のアレイ１０４、物体テーブル１０６（例えば、基板テーブル）、及び投影システム（「レンズ」）１０８を備える。

放射システム１０２を使用して、放射（例えば、ＵＶ放射）ビーム１１０を供給することができる。この特定の場合には、放射システム１０２は、放射源１１２も備える。

個々に制御可能な素子のアレイ１０４（例えば、プログラム可能なミラー・アレイ）を使用して、ビーム１１０にパターンを適用することができる。一般に、個々に制御可能な素子のアレイ１０４の位置は、投影システム１０８に対して相対的に固定し得る。ただし、代替構成では、個々に制御可能な素子のアレイ１０４を（図示しない）位置決め装置に連結して、投影システム１０８に対して正確に位置決めすることができる。ここで示すように、個々に制御可能な素子１０４は、反射タイプのものである（例えば、反射性の個々に制御可能な素子のアレイを有する）。

物体テーブル１０６には、基板１１４（例えば、レジストを塗布したシリコン・ウェハ又はガラス基板）を保持する（具体的には図示しない）基板ホルダを設けることができる。物体テーブル１０６は、位置決め装置１１６に連結して、投影システム１０８に対して基板１１４を正確に位置決めし得る。

投影システム１０８（例えば、石英及び／又はＣａＦ２のレンズ系、又はこのような材料でできているレンズ要素を備える反射屈折光学系、或いはミラー系）を使用して、ビーム・スプリッタ１１８から受け取ったパターン形成されたビームを、基板１１４の目標部分１２０（例えば、１つ又は複数のダイ）に投影することができる。投影システム１０８は、基板１１４に個々に制御可能な素子のアレイ１０４の像を投影し得る。或いは、投影システム１０８は、個々に制御可能な素子のアレイ１０４の各素子がシャッタとして働く２次放射源の像を投影し得る。投影システム１０８は、このような２次放射源を形成し、且つ基板１１４に微小スポットを投影するＭＬＡ（マイクロレンズ・アレイ）も含み得る。

放射源１１２（例えば、エキシマ・レーザ）は、放射ビーム１２２を生成し得る。ビーム１２２は、直接、或いは例えばビーム・エキスパンダ１２６などの調節装置１２６を横切った後で、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の強度分布の外側及び／又は内側の半径方向範囲（一般に、それぞれσ−アウタ及びσ−インナと呼ばれる）を設定する調整装置１２８を含み得る。さらに、照明器１２４は一般に、積分器１３０及びコンデンサ１３２など、他の様々な部品を備える。このようにして、個々に制御可能な素子のアレイ１０４に入射するビーム１１０の断面で、所望の均一性及び強度分布が得られる。

図１に関して、放射源１１２は、（放射源１１２が、例えば水銀ランプのときしばしばそうであるが）リソグラフィ投影機器１００のハウジング内に含めることができることに留意されたい。代替実施例では、リソグラフィ投影機器１００から放射源１１２を離すこともできる。この場合、放射ビーム１２２は、（例えば、適当な方向づけミラーを用いて）機器１００内に方向づけられることになる。後者の状況は、放射源１１２がエキシマ・レーザのときにしばしば生じるものである。これらいずれの状況も、本発明の範囲内で企図されていることを理解されたい。

その後、ビーム１１０は、ビーム・スプリッタ１１８を使用して方向づけられた後で、個々に制御可能な素子のアレイ１０４に当たる。個々に制御可能な素子のアレイ１０４によって反射されたビーム１１０は、投影システム１０８を通過し、基板１１４の目標部分１２０に合焦する。

位置決め装置１１６（及び任意選択で、ビーム・スプリッタ１４０を介して干渉ビーム１３８を受け取るベース・プレート１３６上の干渉計測装置１３４）を使用して、基板テーブル１０６を正確に移動させ、それによって、ビーム１１０の経路内で異なる目標部分１２０を位置決めすることができる。個々に制御可能な素子のアレイ１０４用の位置決め装置を使用する場合、これを使用して、例えば走査中に、ビーム１１０の経路に対して個々に制御可能な素子のアレイ１０４の位置を正確に補正することができる。一般に、物体テーブル１０６の移動は、（粗い位置決め用の）長ストローク・モジュール及び（精密位置決め用の）短ストローク・モジュールを使用して実現される。これらのモジュールは、図１に明示的に示していない。類似のシステムを使用して、個々に制御可能な素子のアレイ１０４を位置決めすることもできる。或いは／それに加えて、ビーム１１０を移動可能とし、物体テーブル１０６及び／又は個々に制御可能な素子のアレイ１０４の位置を固定して、必要とされる相対運動が実現される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を固定し、基板テーブル１０６の上で基板１１４を移動可能にすることができる。これを行う場合、基板テーブル１０６の平坦な最上面に複数の開口部を設け、これらの開口部を通してガスを供給して、基板１１４を支持し得るガス・クッションを設ける。従来方式では、これをエア・ベアリング構成と称する。ビーム１１０の経路に対して基板１１４を正確に位置決めし得る（図示しない）１つ又は複数のアクチュエータを使用して、基板テーブル１０６の上で基板１１４を移動させる。或いは、これらの開口部を通るガスの移動を選択的に開始／停止することによって、基板テーブル１０６の上で基板１１４を移動させることができる。

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本発明によるリソグラフィ装置１００を説明するが、本発明はこのような使用法に限定されず、機器１００を使用して、レジストレス・リソグラフィで使用するパターン形成されたビーム１１０を投影し得ることを理解されたい。

図に示す機器１００は、以下の４つの好ましいモードで使用し得る。

１．ステップ・モード：目標部分１２０に、個々に制御可能な素子のアレイ１０４上のパターン全体を１回で（即ち、１回の「フラッシュ」で）投影する。次いで、基板テーブル１０６をｘ方向及び／又はｙ方向に異なる位置に移動させて、パターン形成されたビーム１１０によって異なる目標部分１２０を照射することができる。

２．スキャン・モード：所与の目標部分１２０が１回の「フラッシュ」で露光されない点を除き、ステップ・モードとほぼ同じである。その代わりに、個々に制御可能な素子のアレイ１０４を、所与の方向（いわゆる「走査方向」、例えばｙ方向）に速度ｖで移動可能とし、それによってパターン形成されたビーム１１０が、個々に制御可能な素子のアレイ１０４の上を走査する。それと並行して、基板テーブル１０６が同時に同方向又は反対方向に速度Ｖ＝Ｍｖで移動する。ただし、Ｍは投影システム１０８の倍率である。このようにして、比較的大きな目標部分１２０を、解像力を損なわずに露光し得る。

３．パルス・モード：個々に制御可能な素子のアレイ１０４をほぼ固定し、パルス化された放射システム１０２を使用して、基板１１４の目標部分１２０にパターン全体を投影する。基板テーブル１０６は、パターン形成されたビーム１１０が基板１０６を横切るラインを走査するように、ほぼ一定のスピードで移動する。放射システム１０２のパルスとパルスの間に、個々に制御可能な素子のアレイ１０４上のパターンが必要に応じて更新される。これらのパルスは、基板１１４の必要とされる場所で、連続した目標部分１２０が露光されるように時間間隔が設定される。その結果、基板１１４のある帯状部分について完全なパターンが露光されるように、基板１１４を横切ってパターン形成されたビーム１１０を走査することができる。基板１１４がライン１本ずつ最後まで露光されるまで、このプロセスを繰り返す。

４．連続スキャン・モード：ほぼ一定の放射システム１０２を使用する点と、パターン形成されたビーム１１０が基板１１４を横切って走査し、基板１１４を露光するときに、個々に制御可能な素子のアレイ１０４上のパターンを更新する点とを除き、パルス・モードとほぼ同じである。

上記で説明した使用モードの組合せ及び／又は変形、或いはまったく異なる使用モードを用いることもできる。

リソグラフィ装置の第３実施例
図６に、本発明の一実施例によるリソグラフィ装置の一部を示す。図６は、放射ビーム１を供給するように構成された照明システムを備える。ビーム１は、ビーム・スプリッタ４によって、制御可能な素子２１のアレイ２に向けられる。（図示しない）制御手段は、素子２１の状態を制御して、ビーム１に所望のパターンを付与することができる。次いで、パターン形成されたビーム１０は、素子２１のアレイから反射し、ビーム・スプリッタ４を通過し、投影システム５によって基板３の目標表面３１に投影される。

この実施例では、投影システム５は、パターン形成されたビーム１０を受け取り、それを開口絞り６２の開口を通して合焦させるように構成された第１レンズ６１を含むビーム・エキスパンダを備える。この開口内には、別のレンズ６３が配置される。次いで、ビーム１０は発散し、第３レンズ６４（例えば、フィールド・レンズ）によって合焦されて、ほぼ平行なパターン形成された拡大ビーム１１を形成する。投影システム５はさらに、パターン形成された拡大ビーム１１を受け取るように構成されたレンズ・アレイ７を備える。レンズ・アレイ７は、パターン形成された拡大ビーム１１の断面を複数のほぼ多角形の部分に分割し、ほぼ多角形の部分をそれぞれ合焦して、基板３の目標表面３１でそれぞれの放射スポット１２を形成する。レンズ・アレイ７は、目標表面３１上の各放射スポット１２が、ビーム１１のそれぞれの多角形部分から得られるようにビーム１１を分割する。一実施例では、レンズ・アレイ７は、ビーム断面の正方形部分を合焦して、目標表面３１上で、対応する正方形放射スポット１２を形成するように構成される。

レンズ・アレイ７は、円筒レンズの第１平行アレイ７１を備え、第１平行アレイ７１は、円筒レンズの第２平行アレイ７２に直列に配置される。図６には、任意の１組の軸Ｘ、Ｙ、及びＺを示す。この実施例では、Ｚ方向は、ビームの投影方向に平行である。

円筒レンズの第１アレイ７１は、その円筒レンズがそれぞれ、Ｘ軸に平行な焦線に向かってビーム１１の一部を合焦するように構成される。第１アレイ７１の円筒レンズは、ビーム方向を横切って第１方向に延びるとみなされる。

円筒レンズの第２アレイ７２は、第１アレイ７１の円筒レンズと同じサイズ及びピッチのレンズを備えるが、第２アレイ７２の各円筒レンズは、ビームを横切って第２方向に延び、そのため、Ｙ軸に平行な焦線に向かって、入射する放射を合焦する。第１アレイ７１及び第２アレイ７２は基板３の目標表面３１に全体的に平行であるが、第２アレイ７２は第１アレイ７１に対してＸ軸の周りで９０°回転しており、そのため、これら２つのアレイの円筒レンズが交差するように、第１アレイ７１及び第２アレイ７２が構成されるとみなすことができる。これら２つのアレイのレンズのサイズ及びピッチは同じではないことがあることを理解されたい。

円筒レンズ・アレイを交差させ、直列に組み合わせると、合焦ビーム１１が放射スポット１２のアレイになる効果が得られる。この実施例では、各放射スポット１２は、制御可能な素子２１のそれぞれに対応する。

一実施例では、第１アレイ７１の円筒レンズの数Ｎは、第２アレイ７２の円筒レンズの数に等しく、投影される放射スポット１２の数は、Ｎ×Ｎに等しい。この実施例では、第１アレイ７１は、第２アレイ７２よりも焦点距離が長く、アレイ７１、７２のいずれの焦点面も同一平面になり、目標表面３１に入射するように構成される。

第１レンズ・アレイ７１と目標基板３１の距離は、一般に自由作動距離と呼ばれ、この距離はできるだけ長くすべきである。この自由作動距離は、第２レンズ・アレイ７２の焦点距離によって決まることを理解されたい。

一実施例では、第１レンズ・アレイ７１の焦点距離を約１ｍｍとし、第２レンズ・アレイ７２の厚さを約２００μｍとすることができ、それによって、第２レンズ・アレイ７２を第１アレイ７１にできるだけ近づける場合、８００μｍの最大自由作動距離が得られる。

一実施例では、第１アレイ７１及び第２アレイ７２から形成された組合せレンズ・アレイの開口数は、約０．１５になり得る。

第１及び第２のレンズ・アレイ７１、７２のレンズを円筒形として説明したが、これは、これらのレンズの曲面が、厳密に円形の経路をたどることを必ずしも意味せず、異なる曲率を有し得ることを理解されたい。円筒レンズは、その最も広い意味では、入射する平行光を焦線に合焦させる任意のレンズと解釈すべきである。

図７は、本発明の一実施例によるレンズ・アレイの概略図であり、入射するパターン形成されたビームに対するレンズ・アレイの合焦動作を示す。この図には、図６に示すものなど、本発明の実施例で使用するのに適したレンズ・アレイの合焦動作を示す。この場合も、レンズ・アレイは、円筒レンズＡ、Ｂ、Ｃの第１アレイ７１を含み、第１アレイ７１は、平行な円筒レンズＡ、Ｂ、Ｃの第２アレイ７２に直列に配置される。第１アレイ７１は、あらかじめ拡大されていることもあり、されていないこともあるビーム１１を受け取る。次いで、第２アレイは、第１アレイ７１から得られたパターン形成された合焦ビームを受け取る。

簡単にするために、アレイ７１及び７２はそれぞれ、３つの円筒レンズしか含まないように示されていることを理解されたい。各アレイの円筒マイクロレンズは、１，０００個よりも多くなることがある。

一実施例では、第１アレイ７１は、透明材料の基板（又は本体）７３を備え、円筒レンズＡ、Ｂ、及びＣは、基板７３のそれぞれの部分によって形成される。基板７３の下面７５は、ほぼ平坦であり、ＸＹ面に平行になるように配置される。基板７３の上面は、３つの円筒レンズＡ、Ｂ、及びＣを形成する形状になっている。各円筒レンズは、円筒面７４を含む。

この実施例では、隣接する円筒レンズＡ、Ｂ、及び／又はＣの境界は、Ｘ方向に平行に延び、各円筒レンズ部分は、入射する放射を、やはりＸ軸に平行な焦線に合焦させる。第１アレイ７１の３つのレンズすべての焦線は同一平面上にある。

この実施例では、円筒レンズの第２アレイ７２は、第１アレイ７１と同じ構造を有するが、円筒レンズＡ、Ｂ、及びＣの向きは、それらの焦線がＹ軸に平行になる（即ち、Ｘ軸に直交する）ように配置される。パターン形成されたビーム１１は、交差した円筒レンズ・アレイの直列の組合せに入射するように示されている。パターン形成されたビームの断面を参照数字１３で示す。２つの円筒アレイを組み合わせると、実際に、ビーム１１の断面１３が複数の（例えば、９個の）矩形部分１４に分割されるという効果が得られる。各矩形部分１４は、合焦（即ち、集中）されて、（図示しない）目標面上で、基板の目標表面の位置に対応し得るそれぞれの放射スポット１２が形成される。

この実施例では、レンズ・アレイは、円形放射スポット１２の矩形アレイである放射パターンを投影する。各放射スポット１２は、第１アレイ７１のそれぞれの円筒レンズ及び第２アレイ７２のそれぞれの円筒レンズの合焦動作を組み合わせた結果である。ビーム断面１３の矩形部分１４ａは、第１アレイ７１のレンズＡによって合焦され、次いで、第２アレイ７２のレンズＡによって合焦され、それによって放射スポット１２ａが形成される。同様に、矩形部分１４ｂは、第１アレイのレンズＢ及び第２アレイのレンズＣによって合焦され、それによってスポット１２ｂが形成される。

一実施例では、２つの円筒レンズ・アレイ７１、７２は、２次元レンズ・アレイを形成するように組み立てられると考えられる。この２次元レンズ・アレイの像は、目標基板に投影される。

一実施例では、２つの円筒レンズ・アレイ７１及び７２は、同じピッチを有する。例えば、これらの円筒レンズ間のピッチは、約０．０５〜約１．５ｍｍとし得る。この２次元レンズ・アレイのＮＡ（開口数）は、合焦分解能要件に応じて、例えば約０．０５〜約０．３とし得る。

この実施例では、レンズ・アレイ７１及び７２は、マスキング構造を含まず、各円筒レンズ・アレイ７１及び７２の開口は、ピッチと同じ大きさである。したがって理論的には、ビーム断面１３の１００％が、目標基板に合焦される。

この実施例では、レンズ・アレイ７１、７２は、別々のそれぞれの基板７３から形成される。これらは、例えば、適切な粘着剤を使用して接触点（又は、線）のところで第２アレイ７２の第１表面を第１アレイ７１の第２表面に結合させることによって互いに剛的に取り付けることができる。或いは、適切な直列構成でこれらのレンズが支持されるように、第１アレイ７１と第２アレイ７２を互いに剛的に取り付けることができる。このように、これらのレンズを製作し、次いで、合わせて接着することができる。

図７では、曲面レンズの表面が、基板７３の第１表面に形成されるように示されている。代替実施例では、アレイ７１及び／又はアレイ７２の一方又は両方について、これらの曲面レンズの表面を第２表面に形成し得ることを理解されたい。また、図７のレンズのピッチは同じであるが、代替実施例では、これらのピッチを異なるものにし得る。

図７に示すレンズ・アレイは、制御可能な素子の矩形アレイによってパターン形成されたビームを投影するのに特に適しており、そのため、投影される放射スポット１２はそれぞれ、制御可能な素子のそれぞれに対応することを理解されたい。図７に示すタイプのレンズ・アレイは、図１に示すものなどの機器の照明器内で使用することもでき、それによって、放射源から提供された放射ビームを複数の矩形部分に分割し、各矩形部分を、矩形パターン形成アレイの制御可能な素子のそれぞれに合焦し得ることも理解されたい。

図８は、本発明の一実施例によるレンズ・アレイの概略図であり、図には、対応する投影された放射スポットのアレイも示されている。この図は、簡略化したレンズ・アレイ７の平面図である。レンズ・アレイ７は、２つの交差した円筒レンズ・アレイによって形成された２次元レンズ・アレイを表す。レンズ・アレイ７は、複数のレンズを備え、各レンズは、入射するパターン形成されたビームの矩形部分を受け取り、それを合焦するように構成される。レンズ・アレイ７の各レンズ７６は、正方形の開口を有する。各レンズ７６は、単一のレンズ・コンポーネント、又はビーム方向に沿った一連のレンズ・コンポーネントによって形成し得る。レンズ７６は、充填比が大きくなるように構成され、充填比は９８％以上になり得る。この数字は、目標基板に合焦される入射ビーム断面の割合に相当する。

図９は、本発明の一実施例によるレンズ・アレイの概略図である。円筒レンズ・アレイ７１は、ほぼ平坦な上面７５と、３つの平行な円筒レンズのアレイを画定するように構成された円筒部分７４を含む下面とを有する透明基板７３を含む。この実施例では、放射遮断材料のライン７７の形態のマスキング構造が、第１表面７５上に形成される。ある種の応用例では、クロストークを防止するために、マスキング構造をこのように設けることが望ましいことがある。このマスキング構造を伴う場合でさえ、レンズ・アレイ７１は、入射ビーム１１の９５％を合焦するように構成される。各円筒レンズは、パターン形成されたビームの断面１３のそれぞれの矩形部分１４を合焦する。例えば、円筒レンズＡは、部分１４ａを受け取り、それを合焦し、それによって、合焦された矩形放射１５ａを他の何らかのコンポーネント（例えば、「交差した」円筒レンズの第２アレイ）又は目標表面に送達することができる。アレイ７１のマスキング構造７７は、入射ビーム１１の一部１７を遮断する。

結論
以上、本発明の様々な実施例を説明してきたが、これらは単なる実施例として提示されたものであり、限定的なものではないことを理解されたい。本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、これらの実施例において形態及び細部の様々な変更を加えることができることが当業者には明らかであろう。そのため、本発明の広さ及び範囲は、上記で説明した実施例のいずれによっても限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によってのみ定義すべきである。

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。 リソグラフィ装置の一部を示す図である。 ＭＬＡ（マイクロレンズ・アレイ）の簡略化した平面図である。 図３のＭＬＡの線Ａ−Ａに沿った断面図である。 リソグラフィ装置で使用するＭＬＡの概略図であり、投影された放射スポットの対応するパターンも示す。 本発明の一実施例によるリソグラフィ装置の一部を示す図である。 本発明の一実施例によるレンズ・アレイの概略図であり、入射するパターン形成されたビームに対するレンズ・アレイの合焦動作を示す。 本発明の一実施例によるレンズ・アレイの概略図であり、対応する投影された放射スポットのアレイも示す。 本発明の一実施例によるレンズ・アレイの概略図である。

Claims (20)

1. 放射ビームを供給する照明システムと、
   前記ビームをパターン形成する個々に制御可能な素子のアレイと、
   基板の目標部分に前記パターン形成されたビームを投影する投影システムとを備えるリソグラフィ装置であって、
   前記投影システムが、前記パターン形成されたビームを受け取り、前記パターン形成されたビームを複数のほぼ多角形の部分に分割し、ほぼ多角形の部分をそれぞれ合焦して、前記基板の前記目標部分にそれぞれのビーム・スポットを形成するレンズ・アレイを備える、リソグラフィ装置。
2. 前記多角形部分がほぼ矩形である、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
3. 前記多角形部分がほぼ正方形である、請求項２に記載のリソグラフィ装置。
4. 前記レンズ・アレイが、前記パターン形成されたビームのそれぞれの部分を受け取り、且つ前記それぞれの部分をそれぞれの焦線に向かって合焦する円筒レンズの第１アレイを備え、前記焦線が、互いにほぼ平行であり、且つビーム方向を横切る第１軸にほぼ平行である、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
5. 前記焦線が同一平面上にある、請求項４に記載のリソグラフィ装置。
6. 前記レンズ・アレイが前記第１アレイから前記パターン形成された合焦ビームを受け取る円筒レンズの第２アレイをさらに備え、前記第２アレイの前記円筒レンズが、前記パターン形成された合焦ビームのそれぞれの部分を受け取り、前記それぞれの部分を第２のそれぞれの焦線に向かって方向づけ、前記第２焦線が、互いにほぼ平行であり、且つ、前記ビーム方向を横切り、前記第１軸にほぼ直交する第２軸にほぼ平行である、請求項４に記載のリソグラフィ装置。
7. 前記第２焦線が同一平面上にある、請求項６に記載のリソグラフィ装置。
8. 前記第１アレイの前記円筒レンズが第１共通焦点距離を有し、
   前記第２アレイの前記円筒レンズが第２共通焦点距離を有し、
   前記第１共通焦点距離が前記第２共通焦点距離よりも長い、請求項６に記載のリソグラフィ装置。
9. 前記第１及び第２の円筒レンズ・アレイが前記第１及び第２の焦線が同じ面内にあるように配置される、請求項８に記載のリソグラフィ装置。
10. 円筒レンズの前記第２アレイが第２透明基板を含み、
    前記第２アレイの前記円筒レンズが前記第２基板のそれぞれの部分によって形成される、請求項６に記載のリソグラフィ装置。
11. 円筒レンズの前記第１アレイが第１透明基板を含み、
    前記第１アレイの前記円筒レンズが前記第１基板のそれぞれの部分によって形成され、
    円筒レンズの前記第２アレイが第２透明基板を含み、
    前記第２アレイの前記円筒レンズが前記第２基板のそれぞれの部分によって形成され、
    前記第２基板が前記第１基板に取り付けられる、請求項６に記載のリソグラフィ装置。
12. 前記レンズ・アレイが透明基板を含み、
    前記第１及び第２のアレイの前記円筒レンズが前記基板のそれぞれの部分によって形成される、請求項６に記載のリソグラフィ装置。
13. 円筒レンズの前記第１アレイが第１透明基板を含み、
    前記第１アレイの前記円筒レンズが前記第１基板のそれぞれの部分によって形成される、請求項４に記載のリソグラフィ装置。
14. 前記レンズ・アレイが、
    前記パターン形成されたビームを横切って第１方向に延びる円筒レンズの第１平行アレイと、
    前記パターン形成されたビームを横切って前記第１方向にほぼ直交する第２方向に延びる円筒レンズの第２平行アレイを備える、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
15. 前記投影システムが前記パターン形成されたビームの一部を遮断する開口アレイをさらに備える、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
16. 前記レンズ・アレイが前記パターン形成されたビームの少なくとも９０％を前記基板の前記目標部分に合焦する、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
17. 前記個々に制御可能な素子のアレイが矩形アレイであり、
    前記レンズ・アレイがそれぞれ前記制御可能な各素子に対応する前記投影スポットが矩形アレイを形成するように構成される、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
18. 放射源から放射ビームを受け取る照明器と、
    前記照明器から前記ビームを受け取り、前記ビームを複数のほぼ多角形の部分に分割し、ほぼ多角形の部分をそれぞれ、個々に制御可能な素子のアレイのそれぞれの素子に合焦して前記多角形の部分をパターン形成するレンズ・アレイと、
    基板の目標部分に前記パターン形成されたビームを投影する投影システムとを備える、リソグラフィ装置。
19. （ａ）個々に制御可能な素子のアレイによって、放射ビームをパターン形成するステップと、
    （ｂ）前記パターン形成されたビームを基板の目標部分に投影するステップと、
    （ｃ）前記パターン形成されたビームを複数のほぼ多角形の部分に分割するステップと、
    （ｄ）前記ほぼ多角形の部分を合焦して、前記基板の前記目標部分にそれぞれのビーム・スポットを形成するステップとを含む、デバイス製造方法。
20. （ａ）放射源から受け取ったビームを、複数のほぼ多角形の部分に分割するステップと、
    （ｂ）前記ほぼ多角形の部分を、個々に制御可能な素子のアレイのそれぞれの個々に制御可能な素子に合焦するステップと、
    （ｃ）前記個々に制御可能な素子のアレイの前記それぞれの個々に制御可能な素子によって、前記合焦ビームをパターン形成するステップと、
    （ｄ）前記パターン形成されたビームを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。

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