JP2006086529A - リソグラフィ機器及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】照明源の形状の変動によって生じる画質の変動を少なくするリソグラフィ・システム及び方法の提供。
【解決手段】放射ビームを複数のサブ・ビームに分割するために屈折型格子が使用される。これらサブ・ビームはそれぞれ、個々に制御可能な素子の配列に方向づけられ、それによって変調され、スポット配列として基板に投影される。
【選択図】図２

Description

本発明は、リソグラフィ機器及びデバイスの製造方法に関するものである。

リソグラフィ機器は、基板の目標部分に所望のパターンを付与する機械である。リソグラフィ機器は、例えば、ＩＣ（集積回路）、フラット・パネル・ディスプレイその他の微細構造を伴うデバイスの製造に使用することができる。従来のリソグラフィ機器では、マスク又はレチクルとも称するパターン付与手段を使用して、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できる。このパターンは、放射感受性材料（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、パターン付与手段は、回路パターンを生成する個々に制御可能な素子の配列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網目状の目標部分を含む。周知のリソグラフィ機器の例としては、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を照射するステッパと、所与の方向（「走査」方向）にビームを通過させ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を照射するスキャナとがある。

個々に制御可能な素子の配列（アレイ）を使用する機器は、「画素格子結像」として知られる配置を使用して、基板に放射を投影することができる。このような配置では、マイクロ・レンズ配列を使用して、個々に制御可能な素子の配列内の個々に制御可能な素子の各々からの放射を基板のスポットに結像する。基板に放射を投影するときには、一定速度で基板を走査する。したがって、放射がマイクロ・レンズ配列内のレンズに方向づけられ、放射の帯が基板に投影される。

この帯の基板の走査方向の長さ及び位置は、個々に制御可能な素子の配列によって制御される。個々に制御可能な素子の配列は、放射をいつレンズに向け、または向けないかを決定する。このシステムは、マイクロ・レンズ配列内の異なるレンズに関連する異なるスポットが、互いに隣接する放射の帯を基板に投影できるように構成される。したがって、適切な長さかつ適切な位置の複数のこのような隣接した帯によって、パターン付与されたフィーチャを形成することができる。

しかし、照明源が基板に結像される結果、マイクロ・レンズ配列の各レンズによって基板に投影されるスポットは、照明源の形状に依存している。即ち、このことは、生成される像の質が、照明源の形状に依存することを意味する。さらに、照明源の有効形状は、像の領域全体にわたって変化し得る。照明源の有効形状は、例えば、光学系の収差又はスペックル（斑点）のために変化し得る。しかし、個々に制御可能な素子の配列全体にわたる照明は均一で、スペックルなどの変動のないことが望ましい。

したがって、照明源の形状の変動によって生じる画質の変動を少なくするシステム及び方法が求められている。

本発明の具体例によれば、照明システム、屈折型格子（グレーティング）、個々に制御可能な素子の配列（アレイ）、基板テーブル、及び投影システムを含むリソグラフィ機器が提供される。照明システムは、放射ビームを供給する。屈折型格子は、このビームを複数の放射サブ・ビームに分割する。個々に制御可能な素子の配列は、このビームの断面にパターンを付与する。複数の前記放射サブ・ビームは、個々に制御可能な素子の配列内の関連する個々に制御可能な素子に方向づけられる。基板テーブルは、基板を支持する。投影システムは、基板の目標部分にパターンの付与されたビームを投影する。

本発明の別の具体例によれば、基板を提供する段階と、照明システムを使用して放射ビームを提供する段階と、屈折型格子を使用して、このビームを複数の放射サブ・ビームに分割する段階と、複数の前記放射サブ・ビームを、個々に制御可能な素子の配列内の関連する個々に制御可能な素子に方向づける段階と、前記個々に制御可能な素子の配列を使用して、このビームの断面にパターンを付与する段階と、このパターンの付与された放射ビームを基板の目標部分に投影する段階とを含むデバイスの製造方法が提供される。

本発明の更なる具体例、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、以下の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することに役立つ。

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ことがある。

概要及び用語
本明細書では、ＩＣ（集積回路）の製造にリソグラフィ機器を使用することを具体的に参照することがあるが、本明細書で説明するリソグラフィ機器は、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。

ここで用いる「個々に制御可能な素子の配列」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ために使用できる任意の装置を指すと広く解釈すべきである。ここでは、「光弁」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付与装置の実施例を論じる。

プログラム可能なミラー配列は、粘弾性制御層及び反射面を有するマトリックス（行列）状にアドレス指定可能な表面を含むことができる。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領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領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、非回折光を濾過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、ビームにパターンが付与される。

代替手段として、フィルタにより回折光を濾過して除去し、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。これに対応する方法で、回折型光ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）デバイスの配列を使用することもできる。回折型光ＭＥＭＳデバイスはそれぞれ、相互に変形して、入射光を回折光として反射する格子を形成でき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のできるマトリックス状に配置された小ミラーを使用するプログラム可能なミラー配列を含むことができる。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付与される。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できる。

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配列は、１つ又は複数のプログラム可能なミラー配列を含むことができる。ここで言及したミラー配列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。これら全体を参照により本明細書に組み込む。

プログラム可能なＬＣＤ配列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。この特許全体を参照により本明細書に組み込む。

フィーチャの予備バイアス処理、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配列上に「示される」パターンは、基板の層又は基板に最終的に転写されるパターンとは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配列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配列のパターン及び／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機器を使用することを具体的に参照することがあるが、本明細書で説明するリソグラフィ機器は、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、あらゆる種類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要因に対して適宜、屈折光学系、反射光学系、及び反射屈折光学系を含めて、様々な種類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」とい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、様々な種類の光学部品を含むことができる。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。

リソグラフィ機器は、２つ（例えば、２ステージ）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）を有する種類のものとできる。このような「マルチ・ステージ」型の機械では、追加のテーブルを並列で使用できる。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。

リソグラフィ機器は、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との間の空間を満たす種類のものとすることもできる。浸漬液は、リソグラフィ機器内の他の空間、例えばマスクと投影システムの第１要素と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変化させる）流体処理セルを備えることがある。

リソグラフィ投影機器
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配列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配列１０４（例えば、プログラム可能なミラー配列）を使用して、ビーム１１０にパターンを付与することができる。一般に、個々に制御可能な素子の配列１０４の位置は、投影システム１０８に対して相対的に固定できる。ただし、代替配置では、個々に制御可能な素子の配列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、反射型のものである（例えば、反射性の個々に制御可能な素子の配列を有する）。

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を正確に位置決めできる。

投影システム１０８（例えば、石英及び／又はＣａＦ_２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、ビーム分割器（スプリッタ）１１８から受け取ったパターンの付与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配列１０４の像を投影できる。或いは、投影システム１０８は、個々に制御可能な素子の配列１０４の素子がシャッタとして働く２次放射源の像を投影できる。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・レンズ配列）も含むことができる。

放射源１１２（例えば、エキシマ・レーザ）は、放射ビーム１２２を生成できる。ビーム１２２は、直接、或いは例えばビーム拡大器（エキスパンダ）１２６などの調節装置１２６を横切った後に、照明システム（照明器）１２４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、それぞれ外側σ及び内側σと称する）を設定する調整装置１２８を含むことができる。さらに、照明器１２４は一般に、統合器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配列１０４に入射するビーム１１０の断面に、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、ビーム分割器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配列１０４に当たる。個々に制御可能な素子の配列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に結像する。

位置決め装置１１６（及び任意選択で、ビーム分割器１４０を介して干渉ビーム１３８を受け取る基台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配列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配列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には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配列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配列１０４の位置を固定することにより、必要とされる相対運動が実現でき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を設け、これらの開口を通してガスを供給して、基板１１４を支持できるガス・クッションを設ける。従来方式では、これを空気軸受け（エア・ベアリング）配置と称する。ビーム１１０の経路に対して基板１１４を正確に位置決めできる（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機器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の付与されたビーム１１０を投影でき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できる。

１．ステップ・モード：個々に制御可能な素子の配列１０４上のパターン全体を１回で（即ち、１回の「フラッシュ」で）目標部分１２０に投影する。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、パターンの付与されたビーム１１０によって異なる目標部分１２０を照射できる。

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・モードと本質的に同じである。その代わりに、個々に制御可能な素子の配列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の付与されたビーム１１０が、個々に制御可能な素子の配列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できる。

３．パルス・モード：個々に制御可能な素子の配列１０４を本質的に固定し、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、パターンの付与されたビーム１１０が基板１０６を横切るラインを走査するように、本質的に一定のスピードで移動する。放射システム１０２のパルスとパルスとの間に、個々に制御可能な素子の配列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の付与されたビーム１１０を走査できる。基板１１４がライン１本ずつ最後まで露光されるまで、この処理工程を繰り返す。

４．連続スキャン・モード：実質的に一定の放射システム１０２を使用する点と、パターンの付与されたビーム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配列１０４上のパターンを更新する点とを除き、パルス・モードと本質的に同じである。

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。

パターン付与及び露光に用いる照明及び投影の実施例
図２に、本発明の一実施例によるリソグラフィ・システム１００の一部を示す。照明システム１０２によって提供されたビーム１１０は、それを複数のサブ・ビーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃに分割する屈折型格子１１に方向づけられる。レンズ又はレンズ群１２を使用して、サブ・ビーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃを個々に制御可能な素子の配列１３に投影する。各サブ・ビーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、個々に制御可能な素子の配列１３内の１つ又は複数の個々に制御可能な素子に結像する。それぞれの瞬間に、これらの個々に制御可能な素子は、所望のパターンに設定され、それにしたがって、サブ・ビーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃが変調される。

例えば、個々に制御可能な素子の配列１３は、サブ・ビーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃの強度を変調することができる。これら変調されたサブ・ビーム１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、レンズ又はレンズ群１２によって、第２のレンズ又はレンズ群１５に方向づけられ、次いで、第２のレンズ又はレンズ群１５により、例えばマイクロ・レンズ配列などの結像素子の配列１６に方向づけられる。結像素子の配列１６は、変調されたサブ・ビーム１４ａ、１４ｂ、１４ｃを基板１７上に結像する。したがって、屈折型格子１１は、放射源１１２からの放射１１０を分割し、事実上、形状及び強度の均一性の向上した複数の放射源を提供する。さらに、照明システム１０２の効率が改善される。なぜなら、放射ビーム１１０をサブ・ビーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃに分割する過程で、放射が無駄にならないからである。

図２に示す配置では、単一レンズ又はレンズ群１２を使用して、個々に制御可能な素子の配列１３に放射サブ・ビーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃを結像し、個々に制御可能な素子の配列１３からの放射１４ａ、１４ｂ、１４ｃを第２のレンズ又はレンズ群１５に方向づける。しかし、この特定の配置を本発明とともに使用する必要はないことを理解されたい。他の実施例では、分離されたレンズ又はレンズ群を使用して、個々に制御可能な素子の配列１３に放射１０ａ、１０ｂ、１０ｃを提供し、個々に制御可能な素子の配列１３から放射１４ａ、１４ｂ、１４ｃを受け取ることができる。このような配置では、第２のレンズ又はレンズ群１５は余分である。

別の実施例では、第１のレンズ又はレンズ群１２の代わりに個々の結像素子を使用して、個々に制御可能な素子の配列１３に、放射サブ・ビーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃをそれぞれ結像できる。

同様に、別の実施例では、個々のレンズ又はレンズ群を使用して、変調された個々の放射サブ・ビーム１４ａ、１４ｂ、１４ｃを方向づけ、それらを基板１７に投影することができる。

サブ・ビーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃ又は変調されたサブ・ビーム１４ａ、１４ｂ、１４ｃの一部に、レンズ又はレンズ群を使用する折衷配置を使用できることをさらに理解されたい。

図２に、ビーム１１０が３本のサブ・ビーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃに分割されるところを示すが、屈折型格子１１を使用して、任意の数のサブ・ビームを生成できることを理解されたい。以下に論じるように、ビーム１１０を、一方向だけでなく、２つ以上の方向に向かうサブ・ビーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃに分割するように、屈折型格子１１を構成できることも理解されたい。例えば、屈折型格子１１は、サブ・ビームの配列を生成するように構成できる。具体的には、屈折型格子は、例えば２５６×２５６のサブ・ビームの配列を生成するように構成できる。

屈折型格子の実施例
図３に、本発明の一実施例による屈折型格子の特性を示す。この実施例では、屈折型格子２０は、複数の円筒レンズ２１（例えば、円筒の一部を形成する１つ又は複数の表面を有するレンズ）を含む。円筒レンズ２１は、それらの長手方向軸線（例えば、伸張形状のレンズの長さに沿って一定であるレンズ断面に直交する軸線）が相互に平行になるように、列をなして互いに隣接するように配置される。図３の断面図に示すように、各円筒レンズは、放射を、円筒レンズの長手方向軸線に平行な線に結像する（例えば、図３に示すように、断面図では単なる点である）。これらの焦線は、円筒レンズ２１の列に平行な列２２の形で配置される。例えば、焦線の列２２は、回折型格子におけるスリットの列に対応する働きをする。屈折型格子２０は、複数の平行スリットから形成された回折型格子に類似の効果をもたらす。即ち、最大強度の一連のラインを提供し、事実上、ビームをサブ・ビームに分割する。ただし、屈折型格子２０に入射し方向づけられる放射のほぼすべては、サブ・ビームになるが、回折型格子では、放射の大部分（例えば、スリットとスリットの間で回折型格子に入射する放射）が吸収されるので、屈折型格子２０のほうがかなり効率的である。

図３に示すように、一実施例では、円筒レンズ２１は、一方の側の表面が円筒の一部であり、反対側が平面である。別の実施例では、各円筒レンズ２１は、完全な円筒である。

一般に、円筒レンズの曲面部分により、各レンズによって生成される放射ビームの発散度、即ち、レンズの開口数ＮＡが決まる。このように、屈折型格子２０によって生成されるサブ・ビームの広がりが決まる。したがって、レンズの形状の選択を利用して、サブ・ビームの分布を選択することができる。

一実施例では、屈折型格子２０で使用する円筒レンズ２１の曲面部分の断面は、楕円の一部である。別の実施例では、これらのレンズの断面は、完全な楕円にできる。

この説明で次に言及する円筒レンズ２１は、本発明の屈折型格子２０で使用するレンズに関係するものであり、したがって、楕円の一部を含む断面を有するレンズか、そうでない場合には、以下で説明するように変形された断面を有するレンズを含むことができる。

図４に、本発明の一実施例による屈折型格子３１を示す。円筒レンズの第１配列３０は、これらのレンズの長手方向軸線が第１方向に互いに平行に配置されるように構成される。入射放射３４は、第１配列３０を通過し、上記で論じたように一群の放射に分割される。これら一群の放射は、円筒レンズの第２配列３２に入射する。円筒レンズの第２配列３２は、その構成要素の円筒レンズの長手方向軸線が、円筒レンズの第１配列３０の円筒レンズの長手方向軸線に直交して配置される。円筒レンズの第２配列３２は、第１配列３０によって放射の分割された方向に直交する方向に放射を分割する。その結果、組合せられた屈折型格子３１は、放射ビーム３４をサブ・ビーム３５の配列に分割する。一実施例では、サブ・ビーム３５は、面３６上に投影されると、スポット３７の配列を生成する。先に述べたように、実際には、屈折型格子３１は、（図示しない）基板に投影できる２５６×２５６のスポットの配列を形成するために、２５６×２５６の放射サブ・ビーム３５の配列を生成するように構成できる。

図４では、２つの別々の円筒レンズの配列３０及び３２を組み合わせて使用することによる組合せられた屈折型格子３１を示すが、単一の組合せ素子を使用できることを理解されたい。例えば、各配列のレンズを１枚のガラス板の両側に形成することができる。或いは、これら必要な形状をガラス板の同じ側に形成できる。この場合、必要とされる円筒レンズの曲面形状を、これらレンズ形状が第１方向に平行に配置されるように、ガラス板の第１面に研磨することができる。その後、第２の組のレンズ形状を、このガラス・プレートの同じ面に第１方向に直交する方向に研磨する。いずれの場合も、放射は事実上、第１及び第２のレンズ配列を連続して通過する。

一実施例では、屈折型格子３１によって生成される多数のサブ・ビーム３５は、（例えば、必要なレンズ形状を選択することによる）円筒レンズ配列３０、３２の円筒レンズの開口数ＮＡ、円筒レンズ配列３０、３２のピッチρ（例えば、これらの円筒レンズの焦線の間隔）、及び円筒レンズ配列３０、３２のサイズを選択することによって制御できる。上記で論じたように、サブ・ビーム３５の分布は、レンズ３０、３２の形状を選択することによって制御できる。また、円筒レンズ配列のサイズにより、サブ・ビーム３５を横切る放射強度分布が決まる。回折型格子の場合と同様に、サブ・ビーム３５を横切る放射強度は、屈折型格子３１の全体的なサイズに応じて変化できる。例えば、十分に大型の屈折型格子３１では、すべてのサブ・ビーム３５について、ほぼ同じ放射強度を得ることが可能である。別の実施例では、サブ・ビーム３５の強度分布は、屈折型格子３１を照明する放射３４の強度分布を調整することによって調整できる。別の実施例では、このシステムは、サブ・ビーム配列の縁部のうちの１つ又は複数の縁部に向かうサブ・ビーム３５の放射強度を減少させるように構成できる。

一実施例では、サブ・ビーム３５の一部の強度を減少させることが有利になることがある。なぜなら、例えば、リソグラフィ機器は、パターンを付与されたビーム又は変調されたスポットの配列を基板に同時に投影する複数のいわゆる「光エンジン」を有することがあるからである。例えば、各光エンジンは、照明システム、個々に制御可能な素子の配列、及び投影システムを独立に組み合わせることができる。この実施例では、各光エンジンによって基板に投影されるパターンは、生成されるパターンに不連続部がないように正確に位置調整する必要がある。必要とされる位置調整の精度は、２つの光エンジンによって生成されるパターンを重ね合わせることによって軽減できる。これを一般に、「スティッチング」と称する。ただし、この実施例では、各光エンジンによって生成されるパターンの強度を重ね合わせ領域で減少させる必要がある。これは、放射減衰器を設けることによって実施できる。しかし、本発明を利用すると、これは、重ね合わせ領域における基板上で放射スポットを生成するのに使用する放射サブ・ビーム３５の強度が実質的に減少するように、屈折型格子３１を構成することによっても実施できる。こうすると、減衰器内で放射を吸収させる必要がなくなり、そのため、放射源によって生成された放射の利用効率が改善される。こうすると、放射を吸収する減衰器が加熱されることによってもたらされる熱の影響によって生じる問題を回避できる。

一実施例では、放射サブ・ビーム３５の配列を横切る強度分布は、円筒レンズの配列３０、３３の円筒レンズ断面をわずかに変化させることよっても調整できる。

別の実施例では、円筒レンズの断面のわずかな変動を利用して、レンズの製造公差を補償することができる。例えば、すべてのレンズがある特定の形状である屈折型格子３１を設けることによって、サブ・ビーム３５を横切る放射分布を均一にできる。ただし、すべてのレンズの形状が同じであるが、それほど最適な形状でない場合、放射サブ・ビームを横切る強度になんらかの変動が生じることになる。したがって、最適なレンズ形状からの偏差の影響が平均化され、それによって、放射サブ・ビーム３５を横切る強度分布の均一性が改善されるように、意図してレンズを互いにわずかに変化させることが望ましい場合がある。

リソグラフィ投影機器では、単一の放射源から、基板を効率的に露光するのに十分な出力が得られないことがある。したがって、２つ以上の放射源の出力を組み合わせることが望ましいことが多い。

図５に、本発明の一実施例による別の配置を示す。放射ビームが、斜めの角度で屈折型格子に方向づけられる場合、この屈折型格子は依然として、入射する放射ビームに対してある範囲の角度で複数の放射サブ・ビームを生成する。生成される放射サブ・ビーム間の分離角は同じままである。したがって、屈折型格子に入射するビーム間の角度が、サブ・ビーム間の分離角の整数倍に等しい場合には、各ビームから生成されるサブ・ビームは一致することになる。

図５では、２本のビーム４０、４１は、屈折型格子４２に方向づけられる。ビーム４０とビーム４１との間の分離角４３は、各サブ・ビーム４５、４６、４７、４８、４９間の分離角４４に等しい。したがって、各サブ・ビーム４５、４６、４７、４８、４９は、第１ビーム４０の成分及び第２ビーム４１の成分から構成される。したがって、第１ビーム４０と第２ビーム４１との間に強度の変動がある場合でさえ、サブ・ビーム４５、４６、４７、４８、４９の強度間の変動はなく、個々に制御可能な素子５０はそれぞれ、ほぼ等しい照明強度を受け取る。

一実施例では、かなりの数のビームを合成することができ、図４に示す屈折型格子（例えば、サブ・ビームの配列を生成するもの）を使用する場合、これらのビームは、２つの以上の面内で合成され得ることを理解されたい。

各ビームによって生成されるサブ・ビームの数及びこれらのビーム間の分離角（例えば、これらのサブ・ビーム間の分離角の整数倍の数）によっては、この配列の縁部におけるサブ・ビームの１本又は複数本は、これらのビームの１本からの放射を含まないことがある。

例えば、図５に示す配置において、各ビームが、５本のサブ・ビームを生成する場合、各サブ・ビーム４５、４６、４７、４８、４９は、第１ビーム４０からの成分を含む。しかし、第２ビーム４１からは、その角度のために、サブ・ビーム４６、４７、４８、４９及び図５には示さないサブ・ビーム４９よりも番号の大きいサブ・ビームにしか放射が提供されない。即ち、サブ・ビーム４５は、ビーム４１からの成分を含まないことになる。上記で論じたように、隣接する光エンジンと重なり合う領域内の基板上の放射スポットを形成するサブ・ビームの強度を減少させることが望ましいことが多い。このような周辺サブ・ビームの強度は、これらの周辺サブ・ビームに含まれる放射ビームからの成分の数が、配列の中央部分におけるサブ・ビームよりも少ないように、ビームの組合せを整えることによって減少させることができる。

各放射サブ・ビームの成分を正確に重ね合わせるために、一実施例では、これらの放射ビーム間の角度分離が正確であるべきである。各放射源によって提供される放射ビームは、最初に平行にすることができる。

図６に、図５の配置の変形を示す。この配置には、屈折型格子５３に少なくとも２本の平行放射ビーム５１、５２を、必要とされる分離角５４で屈折型格子５３に投影する構成を示す。この実施例では、これは、放射ビーム５１、５２を、適切に選択した単一レンズ又はレンズ群５５に方向づけることによって実現される。単一レンズ又はレンズ群５５は、屈折型格子５３が、レンズ又はレンズ群５５の焦点のところに配置されるように構成される。放射ビーム５１、５２自体が、屈折型格子５３上で点に結像しないように、放射ビーム５１、５２は、各ビームが発散するようにレンズ又はレンズ群５５に投影される。図６に示すように、これは、各放射ビーム５１、５２に関連する追加のレンズ又はレンズ群５６、５７によって実現できる。

図７に、図５に示す配置の別の変形を示す。この場合も、第１及び第２の放射ビーム６１、６２が、これらのビームを屈折型格子６３に投影するレンズ又はレンズ群６５に方向づけられる。屈折型格子６３は、レンズ又はレンズ群６５の焦点のところに配置される。ただし、図７の配置では、放射ビーム６１、６２は、最初は互いに平行ではない。図に示すように、第１放射ビーム６１は最初、第２放射ビーム６２に直交する。しかし、第１放射ビーム６１のビーム経路内に反射器６８を配置する。反射器６８は、第１放射ビーム６１を、その主光線が、放射ビーム６１、６２がレンズ又はレンズ群６５に入射する点において第２放射ビーム６２の主光線に平行になるようにレンズ又はレンズ群６５に向けて反射する。

好ましくは、反射器６８は、第１放射ビーム６１がレンズ又はレンズ群６５に入射するときに発散するようにするために使用するレンズ又はレンズ群６６の焦点に配置する。この場合、反射器６８のサイズは、第１放射ビーム６１の断面のサイズに対して相対的に極めて小さくできる。

反射器によってレンズ又はレンズ群６５に２本以上の放射ビームを方向づけできることを理解されたい。したがって、このようにして、多数の放射ビームをレンズ又はレンズ群６５に方向づけることができる。さらに、プリズムなどの他の光学要素を使用して、レンズ又はレンズ群６５に１本（又は複数本）の放射ビームを方向づけて、屈折型格子６３によって合成することができる。

図６に示すような配置に比べて図７に示すような配置の利点は、図７に示すとおり、放射ビーム６１、６２を、これらの放射ビームがレンズ又はレンズ群６５に入射する点において重ね合わせできることである。このことは、屈折型格子６３、及び屈折型格子６３を照明する放射ビームのサイズに比べて、必要とされる分離角６４を極めて小さくできるので有益である。したがって、放射ビームがレンズ又はレンズ群５５のところで重なり合うことのできない図６に示すような配置では、レンズ又はレンズ群５５と屈折型格子５３との間の分離間隔はかなり大きくなる。

本発明で使用するのに必要とされることのある極めて小さな分離角では、図６に示すような重なり合わない配置は実現可能でないことがある。例えば、必要な分離角が１００マイクロラジアンであり、屈折型格子のところでの放射ビームの直径が２０ｍｍである場合、レンズ又はレンズ群と屈折型格子との間で必要とされる分離間隔は２００ｍになる。

さらに、図７に示す配置は、図６に示すような配置よりもかなり空間効率性に優れるばかりでなく、必要とされる放射ビームの位置調整精度も低い。

他の配置を用いて、適切な角度で屈折型格子に放射ビームを方向づけて、それらを合成できることを理解されたい。

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機器を示す図。 本発明の一実施例による、基板を照明する配置を詳細に示す図。 屈折型格子が動作する原理を説明する図。 本発明の一実施例による屈折型格子を示す図。 本発明の一実施例による別の配置を示す図。 図５に示す配置の変形を示す図。 図５に示す配置の別の変形を示す図。

符号の説明

１１ 屈折型格子
１２ レンズ
１３ 個々に制御可能な素子の配列、屈折型格子
１５ 第２レンズ
１６ 結像素子の配列、マイクロ・レンズ配列
１７ 基板
２０ 屈折型格子
２１ 円筒レンズ
３０ 円筒レンズの第１配列
３２ 円筒レンズの第２配列
３４ 放射ビーム
３５ サブ・ビーム
４０ 第１ビーム
４１ 第２ビーム
４２ 屈折型格子
４５〜４９ サブ・ビーム
５０ 個々に制御可能な素子
５１、５２ 放射ビーム
５３ 屈折型格子
５５〜５７ レンズ
６１ 第１放射ビーム
６２ 第２放射ビーム
６３ 屈折型格子
６５、６６ レンズ
６８ 反射器

Claims (13)

1. 放射ビームを供給する照明システムと、
   前記ビームを複数のサブ・ビームに分割する屈折型格子と、
   個々に制御可能な素子の配列であって、前記ビームにパターンを付与するために、前記複数の放射サブ・ビームを、前記個々に制御可能な素子の配列の関連する個々に制御可能な素子に方向づけるように構成されている、個々に制御可能な素子の配列と、
   基板の目標部分に前記パターンの付与されたビームを投影する投影システムとを含むリソグラフィ機器。
2. 前記屈折型格子が、伸張形状のレンズの第１の配列及び第２の配列を含み、
   前記ビームが、前記伸張形状のレンズの第１の配列及び第２の配列を連続して通過し、
   前記レンズのそれぞれが、その長手方向軸線に直交する一定の断面を有し、
   前記伸張形状のレンズの第１配列の前記レンズが、それらの長手方向軸線が相互に平行になるように配置され、
   前記伸張形状のレンズの第２配列の前記レンズが、それらの長手方向軸線が前記伸張形状のレンズの第１配列の前記レンズの長手方向軸線に直交するように配置されている請求項１に記載されたリソグラフィ機器。
3. 前記伸張形状のレンズの少なくとも１つのレンズの断面が、実質的に少なくとも円の一部である部分を含む請求項２に記載されたリソグラフィ機器。
4. 前記伸張形状のレンズの第１の配列及び第２の配列の少なくとも１つにおける前記伸張形状のレンズの前記断面が、実質的に同じである請求項２に記載されたリソグラフィ機器。
5. 前記放射サブ・ビームの強度分布が、
   前記伸張形状のレンズの第１の配列又は第２の配列の少なくとも１つにおける前記レンズの形状、
   前記伸張形状のレンズの第１の配列又は第２の配列の少なくとも１つの幅、
   前記伸張形状のレンズの第１の配列及び第２の配列の少なくとも１つにおける前記伸張形状のレンズ間の離隔距離、
   前記伸張形状のレンズの第１の配列又は第２の配列の少なくとも１つを横切って変化する前記レンズの断面、
   前記屈折型格子に入射する前記放射ビームの放射強度分布、
   前記屈折型格子と前記個々に制御可能な素子の配列との間に配置された１つ又は複数の減衰器
   のうちの少なくとも１つによって決定されるようになっている請求項２に記載されたリソグラフィ機器。
6. 各サブ・ビームが、前記個々に制御可能な素子の１つ又は複数に結像されるようになっている請求項１に記載されたリソグラフィ機器。
7. 単一レンズ又はレンズ群が、前記個々に制御可能な素子の配列にすべての前記サブ・ビームを結像するために使用されている請求項１に記載されたリソグラフィ機器。
8. 前記個々に制御可能な素子の配列からの放射を前記基板の複数のスポットに結像する結像素子の配列をさらに含む請求項７に記載されたリソグラフィ機器。
9. 前記単一レンズ又はレンズ群が、さらに、前記個々に制御可能な素子の配列からの前記放射を前記結像素子の配列に方向付けるようになっている請求項８に記載されたリソグラフィ機器。
10. 前記照明システムが、少なくとも１つの別の放射ビームを提供し、
    前記ビーム及び前記少なくとも１つの別のビームが、前記屈折型格子に方向づけられて、それぞれがサブ・ビームに分割されるようになっている請求項１に記載されたリソグラフィ機器。
11. 前記ビーム及び前記少なくとも１つの別のビームが、互いに関連する角度を有して前記屈折型格子に方向づけられ、それによって、各ビームから得られた前記サブ・ビームの少なくとも１つが一致するようになっている請求項１０に記載されたリソグラフィ機器。
12. 前記照明システムによって提供された前記ビーム及び前記少なくとも１つの別のビームが、互いに平行であり、レンズ又はレンズ群によって関連する角度で前記屈折型格子に方向づけられるようになっている請求項１１に記載されたリソグラフィ機器。
13. 屈折型格子を使用して、放射ビームを複数の放射サブ・ビームに分割する段階と、
    前記複数の放射サブ・ビームを、個々に制御可能な素子の配列の関連する個々に制御可能な素子に方向づける段階と、
    前記個々に制御可能な素子の配列を使用して、前記複数のサブ・ビームのそれぞれにパターンを付与する段階と、
    前記パターンを付与したビームを基板の目標部分に投影する段階とを含む、デバイスの製造方法。

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