JP2006324664A - リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトリソグラフィで、十分なプロセスラチチュードがあるが、新しいプロセス技術の開発の必要がなく、マスク上の形態のプリント可能最小サイズを小さくする方法を提供する。
【解決手段】この方法は、瞳面を有し且つ或る照明構成を提供するように構成した照明ユニット１２および或る開口数を有する投影システム３４を含むリソグラフィ装置１０でパターン像を基板３８上に転写する方法であって、マスクパターン２６を暗視野成分８８を含む照明構成で照明する工程、およびこの照明したパターン２６の像をこの基板３８上に塗被したフォトレジスト層４０上に投影する工程を含み、照明ユニット１２の開口数ＮＡ_０が投影レンズ３４の物体側開口数ＮＡ_ＯＢ１より大きいことを特徴とする。
【選択図】図３２

Description

この発明は、リソグラフィ装置およびリソグラフィ方法に関する。

リソグラフィ装置は、基板上に、通常は、この基板の目標部分上に、所望のパターンを付ける機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使うことができる。その場合、マスクまたはレチクルとも呼ぶ、パターニング装置を使ってこのＩＣの個々の層上に作るべき回路パターンを創成してもよい。このパターンを、基板（例えば、シリコンウエハ）上の目標部分（例えば、一つまたは幾つかのダイの一部を含む）に伝達することができる。このパターンの伝達は、典型的には基板上に設けた放射線感応材料（レジスト）の層上への結像による。一般的に、単一基板が隣接する目標部分のネットワークを含み、それらを順次パターン化する。既知のリソグラフィ装置には、全パターンをこの目標部分上に一度に露光することによって各目標部分を照射する、所謂ステッパと、このパターンを放射線ビームによって与えられた方向（“走査”方向）に走査することによって各目標部分を照射し、一方、この基板をこの方向に平行または逆平行に同期して走査する、所謂スキャナがある。

フォトリソグラフィは、ＩＣの製造で重要工程の一つとして広く認識されている。現在のところ、同じ精度、速度、および経済的生産性で所望のパターン構造を提供する代替技術は見当らない。しかし、フォトリソグラフィを使って作るＩＣおよび／またはその他のデバイスの寸法が小さくなるにつれ、フォトリソグラフィが小型ＩＣまたはその他の構造体を真に大規模に製造できるようにするための決定的ゲート要因の、最重要ではないにしても、最重要なものの一つになりつつある。

パターンプリント限界の理論推定値は、式（１）に示すような解像度についてのレイリー基準によって与えることができる：

但し、λは、使用する放射線の波長、ＮＡ_ＰＳは、このパターンをプリントするために使用する投影システムの開口数、ｋ_１は、レイリー定数とも呼ばれる、プロセス依存調整係数、およびＣＤは、限界寸法、即ち、デバイス層の製造で許容される、パターンの二つの形態（例えば、ラインまたはコンタクトのような）間の最小間隔および／またはラインまたはその他の形態の最小幅である。アレイの中で形態を離間するピッチに特徴がある、形態のアレイの文脈では、式（１）の限界寸法ＣＤがリソグラフィでプリントできる最小ピッチの半分の値を表し、それを以後“半ピッチ”と呼ぶ。

式（１）から、形態のプリント可能最小サイズを縮小するには、三つの方法：露光波長λの短縮、開口数ＮＡ_ＰＳの増加またはｋ_１値の減少があることになる。

レイリー定数ｋ_１を下げ、それによってパターン解像度を改善するためにリソグラフィで広く使われている現在の解像度向上技術には、位相シフトマスクを使うことと軸外照明を使うことがある。これらの解像度向上技術は、コンタクトホールが、他のＩＣ形態に比べて、比較的小さい面積を占めるので、ＩＣ装置で配線レベル間の接続を形成する、コンタクトホールまたはバイアのリソグラフィによるプリントおよび処理のために特に重要である。コンタクトホールは、例えば、暗視野口径交互位相シフトマスクと組合わせて従来の軸上照明を使って、および更にポジレジストを使ってプリントしてもよい。そのような構成では、レチクル上のコンタクトホールの高密度パターンから出るプラスおよびマイナス１次回折ビームしか、結像に貢献するために投影システムの瞳を横切って、焦点深度の向上を生じることができない。暗視野２値マスク（放射線ビームをパターン化するためにクロム層に透過性ホールのある）と組合わせて軸上照明を使うことに比べて、解像度の向上が同様に得られる。

その代りに、コンタクトホールを、例えば、暗視野２値マスクか暗視野６％減衰位相シフトマスクと組合わせて軸外照明を、ポジレジストの使用と組合わせて使ってプリントしてもよい。ここでこの軸外照明が解像度および焦点深度を同様に改善し、それによってこのレチクルパターンから出る一つだけの１次回折ビームと０次ビームが投影システム瞳を横切って結像に貢献する。高解像度リソグラフィに関連する重要な結像品質パラメータの一つは、ＭＥＥＦで参照する、マスク誤差増大係数である。マスクパターンの形態サイズの誤差は、ウエハレベルで投影された像にこの係数ＭＥＥＦによって増大されて現れるかも知れない。特に、上に述べたような暗視野マスクによるコンタクトホールの結像は、比較的大きいＭＥＥＦを備え、それは、リソグラフィを常に小さい限界寸法ＣＤの形態の処理へ押し進めるとき、公差外になるかも知れない。現在、軸外照明と共に減衰位相シフトマスクまたは２値マスクを使うことは、約８５ｎｍ（λ＝１９３ｎｍ、ＮＡ_ＰＳ＝０．９３、およびｋ_１＝０．４で）未満のコンタクトホールをパターン化するためには可能でないかも知れない。ポジレジストを使うことに基づく、上述の技術は、従って性能が限られ、ｋ_１＝０．４で稼働するとき得られるＣＤ未満の半ピッチプリントに対して十分なプロセスラチチュード（即ち、この限界寸法の与えられた公差に対して使用できる焦点深度と許容できる露光線量の分散の組合せ）がないかも知れない。

十分なプロセスラチチュードをもってｋ_１＝０．４以下の領域で半ピッチをプリントするために最近提案された代替解決策は、渦巻きマスクを使うことである（マークＤ．レビンソン外、“渦巻きマスク：ひねりで８０ｎｍコンタクトを作る！”、フォトマスク技術についての第２２回年次ＢＡＣＵＳシンポジウム、ＳＰＩＥ予稿集４８８９巻（２００２）参照）。渦巻きマスクは、０°、９０°、１８０°および２７０°の位相の矩形からなる。これらの位相トレンチの壁は、ほぼ垂直であり、四つの位相領域全てが鋭い角で交わり、それが位相特異点を形成する。波面の位相は、四つの異なる位相をもつ矩形が交わる角では定まらないので、その点での強度は、物理の法則に従って必ずゼロに等しい。言換えれば、この渦巻の中核は、暗いに違いない。従って、この渦巻きマスクを横切ってから、この放射線波面は、平面または球を形成する代りに、渦のように螺旋形を描き、その中核で振幅がゼロである。ネガレジストプロセスと組合わさって、基板上に転写される光学渦の中心軸暗点は、潜在的に、従来の方法より小さいｋ_１（半ピッチに基づく）で大きいプロセスウインドウを支持でき且つ許容できるプロセスラチチュードで小さいホールをプリントできるようにする。しかし、この技術を成功裏に実施するためには、複雑で高価な、適切なネガレジスト色調プロセスの開発が必要だろう。

この発明の実施例は、リソグラフィ装置でマスクパターンの像を基板上に転写する方法を含む。このリソグラフィ装置は、瞳面を有し且つ或る照明構成を提供するように構成した照明システムおよび或る開口数を有する投影システムを含む。この発明の一実施例で、この方法は、マスクパターンを暗視野成分を含む照明構成で照明する工程；およびこの照明したパターンの像をこの基板上に塗被したフォトレジスト層上に投影する工程を含む。

この発明の別の実施例では、リソグラフィ装置であって、瞳面を有しおよびマスクパターンを暗視野成分を含む照明構成で照明するように構成した照明システム；基板を保持するように構成した基板テーブル；並びに或る開口数を有し且つこの照明したマスクパターンの像をこの基板上に塗被したフォトレジスト層上に投影するように構成した投影システムを含む装置が提供される。

この発明の更なる実施例では、リソグラフィ投影を使う基板上へのパターンの光学転写を設定するための方法が提供され、このリソグラフィ装置は、放射線のビームを調整するように構成した照明器および投影システムを含み、この方法は、照明器の中の放射線ビームを個々の線源点に分割する工程；複数の個々の線源点の各々に対してこのパターンが発生した回折パターンの０次回折ビームがこの投影システムの最大開口数の外であるように、この複数の個々の線源点の各々に対して別々のリソグラフィ応答を計算する工程；並びにこの照明器の照明形状をこの別々のリソグラフィ応答の解析に基づいて決める工程を含む。

この発明の別の実施例では、機械実行可能命令を有するコンピュータ製品で、これらの命令は、リソグラフィ投影を使う基板上へのパターンの光学転写を設定するための方法を実施するために機械によって実行可能であり、このリソグラフィ装置は、照明器および投影システムを含む製品が提供される。この方法は、照明器の中の放射線ビームを個々の線源点に分割する工程；複数の個々の線源点の各々に対してこのパターンが発生した回折パターンの０次回折ビームがこの投影システムの最大開口数の外であるように、この複数の個々の線源点の各々に対して別々のリソグラフィ応答を計算する工程；並びにこの照明器の照明形状をこの別々のリソグラフィ応答の解析に基づいて決める工程を含む。

この発明のその上別の実施例では、放射線のビームを所望のパターンに従ってパターン化するために使えるパターニング装置を支持するように構成した支持構造体；基板を支持するように構成した基板テーブル；このパターン化したビームを基板の目標部分上に投影するように構成した投影システム；照明器の中の放射線ビームを個々の線源点に分割し、複数の個々の線源点の各々に対してこのパターンが発生した回折パターンの０次回折ビームがこの投影システムの最大開口数の外であるように、この複数の個々の線源点の各々に対して別々のリソグラフィ応答を計算し、および照明器の照明形状をこの別々のリソグラフィ応答の解析に基づいて決めるように構成したプロセッサ、並びにこのプロセッサが決めた照明形状に従って、この放射線ビームがこのパターニング装置に達する前に、この放射線ビームの断面強度分布を修正するようになっている、選択可能可変ビーム制御装置を含むリソグラフィ装置が提供される。

この発明の実施例によるデバイス製造方法は：位相シフトマスクのマスクパターンを暗視野成分を含む放射線ビームで照明する工程；およびポジレジスト層をこの位相シフトマスクが透過した放射線ビームで露光してこのポジレジスト層にこのマスクパターンの像を作る工程を含み、このポジレジスト層の像は、このマスクパターンをσ≦１に相当する放射線ビームで照明したときに作った像の反対色調である。σは、このマスクパターンを放射線ビームで照明する照明システムの開口数とこのマスクパターンの像をレジスト層上に投影する投影システムの開口数の間の比である。

或る実施例では、リソグラフィ装置でパターン像を基板上に転写する方法が提供され、このリソグラフィ装置は、瞳面を有し且つ或る照明構成を提供するように構成した照明システムおよび或る開口数を有する投影システムを含み、この方法は、パターニング装置パターンを暗視野成分を含む照明構成で照明する工程；およびこの照明したパターンの像をこの基板上に、この基板の表面と実質的に一致するまたはそれと実質的に平行な基準面から離間した複数の位置で投影する工程を含む。

別の実施例では、リソグラフィ装置で、瞳面を有しおよびパターニング装置パターンを暗視野成分を含む照明構成で照明するように構成した照明システム；基板を保持するように構成した基板テーブル；並びにこの照明したパターンの像をこの基板上に投影するように構成した投影システムを含み、この照明したパターンの像を、この基板の表面と実質的に一致するまたはそれと実質的に平行な基準面から離間した複数の位置で投影するように構成してあるリソグラフィ装置が提供される。

更に別の実施例では、機械実行可能命令を有するコンピュータ製品で、これらの命令は、リソグラフィ装置でパターン像を基板上に転写する方法を実施するために機械によって実行可能であり、このリソグラフィ装置は、瞳面を有し且つ或る照明構成を提供するように構成した照明システムおよび或る開口数を有する投影システムを含み、この方法は、パターニング装置パターンを暗視野成分を含む照明構成で照明する工程；およびこの照明したパターンの像をこの基板上に、この基板の表面と実質的に一致するまたはそれと実質的に平行な基準面から離間した複数の位置で投影する工程を含む製品が提供される。

次に、この発明の実施例を、例としてだけ、添付の概略図を参照して説明し、それらの図面で対応する参照記号は対応する部品を指す。

図１は、この発明の一実施例によるリソグラフィ装置を概略的に描く。この装置は、放射線（例えば、ＵＶ放射線）のビームＢを調整するように構成した照明システム（照明器）ＩＬおよびパターニング装置（例えば、マスク）ＭＡを保持するように構成し、且つこのパターニング装置を投影システムＰＳに関して正確に位置決めするように構成した第１位置決め装置ＰＭに結合した支持構造体（例えば、マスクテーブル）ＭＴを含む。この装置は、基板（例えば、レジストを塗被したウエハ）Ｗを保持するように構成し、且つこの基板をこの投影システムＰＳに関して正確に位置決めするように構成した第２位置決め装置ＰＷに結合した基板テーブル（例えば、ウエハテーブル）ＷＴも含む。この装置は、パターニング装置ＭＡによってこのビームＢに与えたパターンを基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、一つ以上のダイを含む）上に結像するように構成した投影システム（例えば、屈折性投影レンズ）ＰＳも含む。

ここに描くように、この装置は、透過型（例えば、透過性のマスクを使用する）である。その代りに、この装置は、反射型（例えば、以下に言及する種類のプログラム可能ミラーアレイを使用する）でもよい。

照明器ＩＬは、放射線源ＳＯから放射線ビームを受ける。この線源とリソグラフィ装置は、例えば、線源がエキシマレーザであるとき、別々の存在であってもよい。そのような場合、この線源がリソグラフィ装置の一部を形成するとは考えられず、放射線は、線源ＳＯから、例えば適当な指向ミラーおよび／またはビーム拡大器を含むビーム送出システムＢＤを使って、照明器ＩＬへ送られる。他の場合、例えば、線源が水銀灯であるとき、線源がこの装置の一部分であってもよい。この線源ＳＯと照明器ＩＬは、もし必要ならビーム送出システムＢＤと共に、放射線システムと呼んでもよい。

この投影システムＰＳは、この投影システムＰＳのウエハレベルでの開口数を選択した値に設定するために使う調整可能開放口を備える絞りを含んでもよい。最大の選択できる開口数、または固定開放口の場合は、この固定開口数をＮＡ_ＰＳと呼ぶ。レチクルレベルで、この投影システムＰＳがこの放射線ビームの放射線を受けることが出来る、対応する捕捉範囲角は、ＮＡ_ＰＳＯＢと呼ぶ、この投影システムＰＳの物体側開口数によって与えられる。この投影システムＰＳの最大物体側開口数は、ＮＡ_ＰＳＯＢによって表す。光学リソグラフィの投影システムは、普通縮小比Ｍが、例えば５×または４×の縮小投影システムとして具体化する。開口数ＮＡ_ＰＳＯＢは、ＮＡ_ＰＳＯＢ＝ＮＡ_ＰＳ／Ｍに従って、この縮小比ＭによってＮＡ_ＰＳに関係する。
照明システムＩＬがマスクＭＡに提供する放射線ビームＢは、図１でＺ軸に関して形成する、マスクでの対応する複数の入射角を有する複数の光線を含む。従ってこれらの光線は、ＮＡ_ＩＬ＝Ｓｉｎ（入射角）に従って照明開口数ＮＡ_ＩＬによって特徴付けることができ、ここでこのマスクの上流のスペースの屈折率は１とする。しかし、照明光線をそのＮＡ_ＩＬによって特徴付ける代りに、この光線を、この照明システムの瞳でその光線が横断する対応する点の半径方向位置によって特徴付けてもよい。その半径方向位置は、ＮＡ_ＩＬに直線的に関係し、それでこの照明システムの瞳での対応する正規化した半径方向位置をσ＝ＮＡ_ＩＬ／ＮＡ_ＰＳＯＢによって定義するのが一般的な方法である。

インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯの他に、この照明システムは、典型的にこの照明システムの瞳での強度分布の外側および／または内側半径方向範囲（普通、それぞれ、σ外側およびσ内側と呼ぶ）を設定するように構成した調整装置ＡＭを含む。次に、照明放射線の最大開口数をＮＡ_{ＩＬｍａｘ}＝σ外側＊ＮＡ_ＰＳＯＢによって定義する。正規化の観点から、σ外側＝１のとき、この照明瞳の縁を横断する（および従って最大照明開口数を有する）光線は、そのときＮＡ_{ＩＬｍａｘ}＝ＮＡ_ＰＳＯＢであるので、この投影システムＰＳによって（このマスクＭＡによる回折がないとき）丁度捕捉され得る。

放射線ビームＢは、支持構造体ＭＴ上に保持されたパターニング装置ＭＡに入射する。パターニング装置ＭＡを横断してから、放射線ビームＢは、投影システムＰＬを通過し、それがこのビームを基板Ｗの目標部分Ｃ上に集束する。第２位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計測装置）を使って、基板テーブルＷＴを、例えば、異なる目標部分ＣをビームＢの経路に配置するように、正確に動かすことができる。同様に、例えば、マスクライブラリから機械的に検索してから、または走査中に、第１位置決め装置ＰＭおよびもう一つの位置センサ（図１にはっきりとは示さず）を使ってパターニング装置ＭＡをビームＢの経路に関して正確に配置することができる。一般的に、支持構造体ＭＴおよび基板テーブルＷＴの移動は、位置決め装置ＰＭおよびＰＷの一つまたは両方の一部を形成する、長ストロークモジュール（粗位置決め）および短ストロークモジュール（微細位置決め）を使って実現する。しかし、ステッパの場合は（スキャナと違って）、支持構造体ＭＴを短ストロークアクチュエータに結合するだけでもよく、または固定してもよい。パターニング装置ＭＡおよび基板Ｗは、パターニング装置整列マークＭ１、Ｍ２および基板整列マークＰ１、Ｐ２を使って整列してもよい。

図示する装置は、以下の好適モードで使うことができる。
１．ステップモードでは、この放射線ビームに与えた全パターンを目標部分Ｃ上に一度に（即ち、単一静的露光で）投影しながら、支持構造体ＭＴおよび基板テーブルＷＴを本質的に固定して保持する。次に基板テーブルＷＴをＸおよび／またはＹ方向に移動して異なる目標部分Ｃを露光できるようにする。ステップモードでは、露光領域の最大サイズが単一静的露光で結像する目標部分Ｃのサイズを制限する。
２．走査モードでは、この放射線ビームに与えたパターンを目標部分Ｃ上に投影（即ち、単一動的露光）しながら、支持構造体ＭＴおよび基板テーブルＷＴを同期して走査する。支持構造体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ＰＳの（縮）倍率および像反転特性によって決る。走査モードでは、露光領域の最大サイズが単一動的露光での目標部分の（非走査方向の）幅を制限し、一方走査運動の長さが目標部分の（走査方向の）高さを決める。
３．もう一つのモードでは、プログラム可能パターニング装置を保持する支持構造体ＭＴを本質的に固定し、この放射線ビームに与えた全パターンを目標部分Ｃ上に投影しながら、基板テーブルＷＴを動かしまたは走査する。このモードでは、一般的にパルス化した放射線源を使用し、プログラム可能パターニング装置を基板テーブルＷＴの各運動後または走査中の連続する放射線パルスの間に必要に応じて更新する。この作動モードは、上に言及した型式のプログラム可能ミラーアレイのような、プログラム可能パターニング装置を利用するマスクレス・リソグラフィに容易に適用できる。

上に説明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った使用モードも使ってよい。

パターンをコヒーレントな放射線ビームで照明するとき、それは、回折パターンを発生し、この放射線を回折する角度は、このパターンの空間周波数成分によって決る。例えば、ライン／スペースのピッチＰによって決る単一空間周波数を有する無限ライン／スペースパターンは、コヒーレントな放射線（光軸に沿ってこのパターンの方へ移動する）をこのパターンのラインおよびスペースに垂直な方向に次の式（２）によって決る角度（または回折次数ｎ、但しｎは整数）で回折する。
θ＝ｓｉｎ^−１｛（ｎ＊λ）／Ｐ｝ （２）

理想的投影システムは、回折した放射線を全て捕捉し、それを再結合して元のライン／スペースパターンの完全な像を作る。実際には、投影システムが回折したビームを捕捉できる角度は限られ（開口数ＮＡ_ＰＳＯＢに対応する）、この角度を超えて回折した放射線はどれも失われる。これは、像面での像の復元の品質低下に繋がるか、または投影システムが回折した放射線を全く捕えない場合は、像が全くできない。

それで、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、ライン／スペースパターンＰＡを投影システムＰＳの光軸に沿ってコヒーレントな放射線ビームＢで照明すると、まだ＋／−１次の回折をこの投影システムＰＳによって捕えられるようにする、ウエハレベルの像に現れる最小ピッチ（Ｐ_ｍｉｎ）は、次の式で表せる。
Ｐ_ｍｉｎ＝λ／ＮＡ_ＰＳ （３）

ピッチＰ_ｍｉｎを有するパターンＰＡを描く図２（ａ）、およびＰ_ｍｉｎより小さいピッチを有するパターンＰＡを描く図２（ｂ）に示すように、ピッチを減少すると、投影システムＰＳが＋／−１次の回折の両方を捕えることはもはや不可能である。しかし、図２（ｃ）を参照して、このコヒーレントビームＢをこの光軸に関して投影システムＰＳの縁角度捕捉範囲の方へ外へ傾けると（軸外照明またはＯＡＩ）、＋１次の回折をこの投影システムが捕えられる。この場合、この入射照明ビームのσ値が１．０の値に近付く。

この限界を超えると、即ち、照明ビームＢがσ＞１の光線しか含まない場合には、この投影システムは、照明ビームＢによって発生した０次回折のどれも捕えないので（およびその意味で）“正常な”結像が起らない。しかし、高次の回折による結像は可能かも知れず、これらの高次回折で得た情報は、あるリソグラフィ問題に使うと有利かも知れない（図２（ｄ）参照）。この種の結像を、この投影システムが０次回折を集めないという事実に関連して、暗視野顕微鏡に類似して名付けて、暗視野照明による結像と呼んでもよい。本出願では、“暗視野照明”の概念を普通使われる暗視野レチクルパターンおよび明視野レチクルパターンの概念から独立に（および除いて）定義することに言及する。本発明の実施例では、リソグラフィプロセスで、投影システム瞳のこの瞳の外側の領域に対応する照明瞳の領域から生じる、即ち、正規化した半径座標σ＞１の照明瞳内の点から生じるパターニング装置照明を使うことを提案する。上に説明したように、照明放射線の最大開口数をＮＡ_{ＩＬｍａｘ}＝σ外側＊ＮＡ_ＰＳＯＢによって定義し、およびσ外側＝１でこの照明瞳を横断する光線は、そのときＮＡ_{ＩＬｍａｘ}＝ＮＡ_ＰＳＯＢであるので、この投影システムＰＳによって（このマスクＭＡによる回折がないとき）丁度捕捉され得る。従って、暗視野照明を提供するために適する照明システムＩＬは、この投影システムＰＳの開口数ＮＡ_{ＩＬｍａｘ}が照明システムの開口数ＮＡ_ＰＳＯＢより小さいようにＮＡ_{ＩＬｍａｘ}＞ＮＡ_ＰＳＯＢによって特徴付けられる。

以下にこれを図２３を参照して更に詳しく説明する。図２３は、再び本発明によるリソグラフィ投影装置１０を示す。このリソグラフィ投影装置１０は、照明源１４を備える照明ユニット１２、照明光学系または照明レンズシステム１８および絞り羽根２０を含む。この照明源は、一例として光束１６を発生するためのレーザである。この光束の波長は、典型的に１９３ｎｍ、２４８ｎｍまたは３６５ｎｍである。この照明光学系１８および絞り羽根２０は、実施例として非常に単純化して示すに過ぎない。絞り羽根２０は、通常瞳面の瞳またはこの瞳面と共役平面の瞳である（この照明光学系または以下に説明する投影レンズの入射または射出瞳同様）。照明ユニット１２は、光がこの照明ユニット１２を出る出口２２を含む。照明ユニット１２の開口数ＮＡ_０は、例えば、コンデンサを持つことが出来る、照明光学系１８によって決る。この開口数ＮＡ_０は、次の式によって与えられる：ＮＡ_０＝ｎ_ｒ・ｓｉｎθ_ｍａｘ、但し、θ_ｍａｘは、照明すべき平面で照明ユニット１２によって与えられる最大開口角およびｎ_ｒは、屈折率である。光束１６の光伝播方向に、マスク２４が照明ユニット１２に続き、このマスクは構造体２６を備える。このマスク２４は、レチクルとも呼ばれ、ホルダまたは支持体２８上に位置し、それでこのホルダ２８および従ってマスク２４は、複式矢印３０に従って光軸３２を横切る方向に可動である。ホルダ２８は、図示しない駆動装置によってマスク２４と共に可動である。マスク２４は、典型的には固定構造のマスクであるが、切換え可能マスクを使うこともできる。例えば、切換え可能マスクをマイクロミラーアレイ（ディジタルマイクロミラー装置、ＤＭＤとして知られる）によって実現する。光束１６は、例示的に平行光束として示し、この光束は、コヒーレント、部分コヒーレントまたは非コヒーレント光でもよい。このコヒーレンス度は、通常最大開口角θ_ｍａｘまたはＮＡ_０によって与えられ、それは従来の投影露光装置で投影対物レンズ（投影レンズまたは投影システム）３４の開口数の約９５％である。この投影対物レンズ３４は、複数の光学部品を有するが、それらを詳しくは示してない。これらの光学部品は、屈折型だけ、反射型だけでもよく、または屈折型と反射型部品の組合せでもよい。その上、回折型素子も考えられ、またはこれらの光学部品の一部であってもよい。

一般的に、投影対物レンズまたはシステム３４は、物体側開口数ＮＡ_ＯＢ１３６、または物体側開口数とも呼ばれる、少なくとも一つの開口または受入角を有する。一般的に投影対物レンズのこの（物体側）開口数ＮＡ_ＯＢ１は、ＮＡ_ＯＢ１＝ｎ_ｒ・ｓｉｎθ_ｍａｘの関係によって与えられ、但しθ_ｍａｘは、投影対物レンズ３４を通過できる物体面の光ビームの最大開口角であり、およびこのため、一般的に基板３８の平面である、投影対物レンズ３４の像面での像形成に貢献している（ＮＡ_ＯＢはＮＡ_ＯＢ１とも呼ぶ）。この投影対物レンズの開口数ＮＡ_ＯＢは、物体側開口数ＮＡ_ＯＢ１、並びに像側開口または像側開口数と呼ぶ第２開口ＮＡ_ＯＢ２を有する（上記はＮＡ_ＰＳとも呼ぶ）。それでこの投影対物レンズは、ＮＡ_ＯＢ１３６の他に第２開口ＮＡ_ＯＢ２も有し、それでＮＡ_ＯＢ２＞ＮＡ_ＯＢ１が有効である。これは、像側開口数が物体側開口数掛ける、典型的には例えば０．２５のような１．０未満である、対物レンズの倍率によって与えられるからである。マスクレスリソグラフィでは、この倍率が、例えば、１／２００のように更に小さくさえあるかも知れず、物体側開口数が像側開口数より遥かに小さい結果となる。マスク２４、または更に良くはこのマスク上の構造体２６をこの投影対物レンズによって、光に敏感なまたは感光面４０を含む基板３８上に結像する。この感光面４０は、例えば、基板３８上に被着したフォトレジストである。この基板３８の感光面４０は、投影対物レンズ３４の端面４２に向いている。基板３８は、この投影対物レンズに関して複式矢印４８に従って光軸３２を横切る方向に可動であるテーブル４４上に配置してある。電子デバイスまたは集積回路のような部品のマイクロリソグラフィ製造では、基板３８をウエハと呼ぶ。リソグラフィ投影装置１０の露光作業では、照明源１４によって発生した光束１６がマスク２４および投影対物レンズ３４を通過し、それでマスク２４の構造体２６をこの投影対物レンズ３４によって基板３８の感光面４０上に結像する。マスク２４の全領域を感光面４０上に結像するために、マスク２４を図１に関連して説明したように、“ステップアンドスキャン”プロセスまたは所謂“ステップ”プロセスで照明する。

この発明によれば、投影照明装置１０は、照明ユニット１２の開口数ＮＡ_０が投影対物レンズ３４の物体側開口数ＮＡ_ＯＢ１より大きいことを特徴とする。それによってマスク２４および投影対物レンズ３４の明視野および暗視野照明の両方を達成し、または達成できる。投影対物レンズ３４の第１開口ＮＡ_ＯＢ１および第２開口ＮＡ_ＯＢ２に対し、次の関係が有効である：ＮＡ_ＯＢ１＜ＮＡ_０＜ＮＡ_ＯＢ２これは投影対物レンズの倍率約０．２５のマスクベース光学リソグラフィに当てはまる。電子デバイスの製造プロセス中、所望のライン幅に関して非常に小さな公差しか許容されない。このライン幅の変動を出来るだけ低く抑えるためには、通常高“画像対数勾配”の高コントラストおよび高画像形成条件のフォトレジストを使用する。これは、使用したマスクの構造体が結像したライン幅に小さな偏差しか生じない、マイクロリソグラフィ製造法により電子デバイスを製造する結果になる。

画像対数勾配は、基板表面４０上にあるマスクの或る構造体に対する画像の強度分布（強度分布のフランク）の勾配（対数勾配）を意味する。この勾配は、このフォトレジストの露光線量または焦点合せに対する感度の尺度である。一般的に、この画像対数勾配は、投影システムの光学的品質に対する、またはどれだけ良い画像形成条件を選択したかの尺度でもある。この画像対数勾配が大きければ大きい程、ライン幅が露光強度の変化に感じ難く、およびライン幅が（望ましくない）収差、ピンぼけ効果または迷光等のような、投影システムの誤差または収差に反応し難い。

特にマスクの構造体の中の高密度のラインに対して、画像対数勾配がコントラストに正比例することが知られている。このため、このコントラストを増すことが重要である。このコントラストは、以下に説明する、照明の暗視野部分を適用することによって都合よく増すことが出来る。通常、マスクは、幾つかの物体細部を含む。幾つかの物体細部Ｆ_ｋを同時に露光して、ｋ番目の物体細部に対してそれぞれ物体周期ｄ_ｘおよびｄ_ｙの個々の物体細部の像強度Ｉ_ｋがホプキンスによる結像式によって与えられる。周期性Ｐの周期的物体の結像に対して、それは、以下の式によって与えられ、ここで各物体細部Ｆ_ｋに対しては、マスク２４の構造体２６の各細部に対してを意味し、像強度Ｉ_ｋは、次のように与えられる：

ここで、ｇ^ｋ _ｍ，ｎおよびｇ^ｋ＊ _ｔ，ｓは、ｋ番目の物体のｍ、ｎ次の回折の振幅、またはこの投影対物レンズの入射瞳での振幅スペクトル分布のフーリエ係数である。ＴＣＣ^ｋは、次の式によって与えられるホプキンス伝達交差係数である：

この伝達交差係数は、この分布の物体側での振幅スペクトルのフーリエ係数の間の相互コヒーレンス性またはコヒーレンス性の程度を決める。このホプキンス伝達交差係数の値は、照明源の面積、開口関数および複合共役開口関数によって与えられる。更なる詳細は、次の文献参照：ホプキンス Ｈ．Ｈ．：光学結像の回折理論について、王立協会会報（ロンドン）２１７Ａ，Ｓ．４０８−４３２（１９５３）。

図２４にパラメータ（σ_{ｉｎｎｅｒ}，σ_{ｏｕｔｅｒ}）＝（０．５５，０．８５）の正規の明視野照明およびσ＝１より大きい（σ_{ｉｎｎｅｒ}，σ_{ｏｕｔｅｒ}）＝（１．１，１．３）の各照明に対するこのホプキンス伝達交差係数を示す。ＴＣＣ^ｋの値をｚ軸に沿う高さとして示す。右側に暗視野照明に対するＴＣＣ^ｋ値を示す。このＴＣＣ^ｋは、二つの離れた領域５２および５４の重なる面に亘る面積分（空間周波数空間での）に相当する。各々この投影システムの瞳に相当し、およびこの光学システムの開口数ＮＡ_ＯＢ１に比例する半径の、および各領域５２および５４がそれぞれ１／ｄ^ｋ _ｘおよび１／ｄ^ｋ _ｙの倍数だけ離され、および開口数ＮＡ_０に比例する半径の光源１４（図２３参照）の有効面積５０暗視野照明の場合、そこではホプキンス伝達交差係数がゼロであるから、０次の回折に干渉がないことが分る。この伝達交差係数の算出方法は、以下に更に詳述する。

図２５は、ｖｑ^ｘ−ｖｑ^ｙ平面でのσ＝０．７の部分コヒーレント照明についての（ｍ，ｎ，ｔ，ｓ）次に対する式（５）によるホプキンス伝達交差係数ＴＣＣ^ｋを示す。一例として値がσ＝０．７の従来の照明並びにｍ、ｎおよびｔ、ｓ次に対するホプキンス伝達交差係数ＴＣＣ^ｋ（ｍ，ｎ，ｔ，ｓ）を表す、重なり合う面を示す。ＮＡは、この開口を指し、この投影対物レンズの開口数を意味する。数字５０は、σ＝０．７の有効光源の面積による、周波数−空間での面積である。ケーラーの照明によれば、この有効光源は、この照明光学系１２の絞り羽根２０（図２３参照）の開放領域での照明放射線分布、またはこの瞳面と共役の平面での照明放射線分布によって決る。その上、この投影対物レンズの開口数に比例する半径の領域５２を１次回折（ｍ，ｎ）だけ脇へ移して示し、第２領域５４を、やはりこの開口数に比例する半径で、２次回折（ｔ，ｓ）だけずらして示す。ハッチングを付けた重なり合う面ＴＣＣ^ｋ（ｍ，ｎ；ｔ，ｓ）が二つの回折次数（ｍ，ｎ）および（ｔ，ｓ）の干渉の振幅を示す。

図２６は、やはり、ｖ_ｘおよびｖ_ｙと呼ぶｖｑ^ｘ−ｖｑ^ｙ平面での無限拡張光源に対する（ｍ，ｎ；ｔ，ｓ）次の幾つかのホプキンス伝達交差係数をＴＣＣのグラフ表現を示す。外側の円は、σ＝１を意味し、インコヒーレント照明を表し、内側の円は、σ＝０．７用で、部分コヒーレント照明を表す。それぞれのＴＣＣは、ハッチングを付けた面で示す。図２６に示すように、これらのＴＣＣは、暗視野部分によって部分的にかなり増すことが出来る。例えば、右列、中間行のＴＣＣは、σ＜１の外円内に非常に小さい明視野部分または貢献しかないが、特にσ＞１の照明方向に暗視野からの非常に大きい貢献がある。

図２７も、ｖ_ｘおよびｖ_ｙと呼ぶｖｑ^ｘ−ｖｑ^ｙ平面での純暗視野照明に対する最低次のホプキンス伝達交差係数をＴＣＣのグラフ表現を示す。これらは、干渉縞とも呼ぶ、明視野照明での像形成に貢献しない回折パターンである。ここで再び明視野照明は、先の図同様、σ＜１の値の照明を意味する。σ＝１の照明を再び外側円で示し、内側円は、σ＝０．７の照明に対応する。異なるまたは複雑な構造詳細を有するマスクの像に対して、次の状況がある：低周波部分は、高強度に結蔵されるだろう。物体細部（構造体の詳細）のコントラストが決ると、このコントラストは、多分全ての物体細部に対して同じままであるが、しかし、強度は同じままでない。従って有効コントラストは変る。

結像した物体Ｆ１およびＦ２について、結像した強度は、それぞれ、Ｉ_ｍａｘ１およびＩ_ｍｉｎ１並びにＩ_ｍａｘ２およびＩ_ｍｉｎ２になる。Ｉ_ｍｉｎ１およびＩ_ｍｉｎ２は、例えば、共に０かも知れない。しかし、この例ではＩ_ｍａｘ１＞Ｉ_ｍａｘ２がある。２次詳細Ｆ１のコントラストは、結果としてＶ（Ｆ１）＝１００％になり、但しＶは、“視認性”の略である。Ｆ２の有効コントラストは、Ｖ（Ｆ２）＝Ｉ_ｍａｘ２／Ｉ_ｍａｘ１＜Ｖ（Ｆ１）に過ぎない。

図２８は、種々の結像した強度Ｉのグラフ表現を示す。ｙ軸は、任意単位で強度を表す。この図の左側に、強度Ｉ_ｍａｘ１を示し、右側にＩ_ｍａｘ２を示す。点線は、このフォトレジストでの露光に対する閾値を示し、この閾値より高い強度に対して、露光した層がこのフォトレジストに出来ることを意味する。この層は、勿論、高い強度Ｉ_ｍａｘ１に対してより、Ｉ_ｍａｘ２のような低い強度に対して薄い。これは、限界寸法ＣＤに対して意義を有する。ＣＤ１は、Ｉ_ｍａｘ１で露光したフォトレジスト上の領域に対する限界寸法を示し、ＣＤ２は、低強度Ｉ_ｍａｘ２で露光した領域に対する限界寸法を示す。この図の下の部分に、結像した強度が同じサイズであるように、この技術で構造体Ｆ２を所謂位相要素によって如何に高めるか、および減衰によってこのマスク上の構造体Ｆ１を如何に抑制するかを示す。これらの位相要素は、結像面での、高強度による高強度画像細部に対して、低強度Ｉ_ｍａｘ２による、低強度画像細部強度を増すために回折効率を上げまたは別々に下げる。上げた領域に対し、新しい限界寸法ＣＤ３を達成できることが分る。

更に、目的真のライン幅に対して、小さい構造体を高強度に結像するならば、ローパスフィルタリングから生じるファジィ効果のために、所望の構造体幅が減るかも知れないことは有利であると言うことを認識できる。これは、付加的要素、所謂補助形態をマスクに加えなければならないので、勿論、マスクが複雑になり、それで幾らか高価になるという欠点を有する。コントラストの結像というこの結像プロセスの意味を理解するためには、この結像を感光層、フォトレジストで塗被した基板上に行うことを考慮すべきである。全ての物体細部をこのフォトレジストの中に結像するが、一方低光強度で結像する物体細部は、このフォトレジスト内の薄い構造体に見える。このため、このコントラストは、このフォトレジスト内の構造体の厚さによって間接的に結層されるに過ぎない。既知の技術では、この問題を、Ｆ２のように低強度で結像した構造体に所謂位相要素を加えることにより、および構造体Ｆ１のように高強度で結像した構造体を減衰することにより軽減し、これらの位相要素と減衰がマスク上で互いに反対に作用する。これによって、均一な像を得るために強度を増減する。それによりマスクが更に高価になり、情報がなくなる。

この発明による投影マイクロリソグラフィでは、明視野成分に加えて暗視野成分を像形成のための照明に使用する。これにより、像形成に貢献する像強度が、明視野および暗視野照明からの回折パターンの重ね合せにより増し、それを図２９に示す。図２９は、参照数字５５で示す明視野照明、および参照数字５３で示す暗視野照明のための光軸に垂直な平面上への照明ユニット１２（図２３参照）の投影を示し、ここではこの照明ユニットの異なる回折次数を示す。参照数字５６は、この明視野照明ユニットの０次の回折であり、参照数字５８は、暗視野照明ユニットの０次の回折を示す。６０は、暗視野照明ユニットの１次の回折を示し、６２は、明視野照明の１次の回折である。６４は、暗視野照明の３次の回折である。数字６６は、この投影レンズの開口数ＮＡ_ＯＢ１に相当する半径で境界線を示す。暗視野照明の０次の回折５８がこの境界線の外側にあることを示す。これによって、明視野からの０次および１次並びに暗視野からの１次および３次の回折縞だけがこの像に貢献し、隣接する構造体のフランクを急峻にし、望む解像度からのずれを減らす。図２９ｂは、明視野成分の他に暗視野成分も微細物体細部の結像を支持する、照明設定の例を示す。

図３０は、マスクの構造体細部の顕著に弱いコントラストを暗視野成分によって増強できる方法を概略的に示す。図３０の下部は、理想的照明ユニット１２（図２３参照）の瞳面での強度分布を示す。この図の上部に、このための回折縞を示す。この理想的照明ユニットを光軸３２（図２３参照）に垂直な交差平面に相当する平面で概略的に示す。数字６８は、投影レンズ３４の入射口径を示し、７０は、この口径６８内にある明視野照明の成分であり、および７２は、この口径６８の外部にある暗視野の成分である。これにより、これらの構造体は互いに垂直であると仮定し、この照明成分７０により結像する本質的に水平方向のラインによる第１構造体Ｆ１とこの照明の暗視野成分７２で付加的に結像する本質的に垂直方向のラインによる第２構造体Ｆ２を意味する。

図３０の最初の図に投影対物レンズ３４の口径６８も示す。また、暗視野の１次回折７４および３次回折７６を示す。７２は、この暗視野照明の０次回折を指す。明視野照明を７０で示し、この０次が開口６８内にあることが分る。垂直構造体の明視野からの０次および１次回折を７８で示す。８０は、暗視野照明７２で照明した構造体のための背景光を指す。

水平構造体は、明視野照明ユニット７０で理想的に結像されるだろう。垂直構造体を結像すると、これで明視野照明が望まない光８０に貢献し、それでこの構造体のコントラストを下げる。このコントラストは、この図に７４および７６によって示すように、図示する暗視野照明成分７２によって増すことが出来る。数字７４および７６は、それぞれ、この０次回折に関連する１次および３次回折に対応する。これらの垂直構造体のコントラストは、これらの水平構造体の画像品質に悪影響することなく暗視野成分によって増すことが出来る。

図３１に、位相構造体と通常構造体の組合せを結像する、追加の好適実施例を示す。これらの円は、再び開口ＮＡ_０である。この図に示す特別な問題は、位相構造体の結像である。従来のリソグラフィで、そのような構造体は、通常発散の小さい軸方向照明で結像する。しかし、軸方向照明は、そのような照明がコントラストを落すので、解像限界の構造体による従来のマスクの結像には有害である。このため、この発明による実施例では、マスク２４（図２３参照）を暗視野照明成分で結像し、従来の構造体を従来の明視野照明で結像する。両照明成分は、殆ど結合してなく、それらが互いに影響しないことを意味する。再び重なり積分を示し、明視野と暗視野の異なる次数の回折からの重なりを意味する。８２は、構造体Ｆ１を結像する明視野照明成分であり、８４は、Ｆ２に関係する暗視野照明に基づく結像の一部である。これによって１次および３次回折により対称性の干渉が発生する。

図３２は、本発明による光軸３２に沿うマイクロリソグラフィ投影装置（例えば、図２３に示すような）の概略断面図である。図示するのは、照明ユニット１２、マスク２４、投影対物レンズまたは対物レンズ３４および像面３８、いわば基板３８である。明視野成分８６および暗視野成分８８を示す。σによって指定する照明程度を異なる直径の線で示す。８８は、この照明の開口数ＮＡ_０を示し、９０は、この投影レンズの第１開口数ＮＡ_ＯＢ１であり、および９２は、基板３８という像面での開口数ＮＡ_ＯＢ２である。投影レンズ３４による結像は、現状技術によれば、投影照明装置に対するアッベの結像法則によって与えられる：
ｎ_ｒ・ｓｉｎθ＝ｍ・ｎ_ｒ’ｓｉｎθ’
ここで、θは、物体側の光ビームと光軸３２の角度を表し、θ’は、像側の光ビームと光軸３２の角度を表し、ｎ_ｒおよびｎ_ｒ’は、それぞれ物体および像側媒体上の屈折率であり、並びにｍは、投影比である。通常ｍ＜１を適用し、ｍ＝０．２５が好ましい。または、一例として、光変調器を適用するマスクレスリソグラフィでは、ｍ〜１／１００またはそれ以下である。その上、これは、ｍが通常１００以上である顕微鏡と反対である。

それでこの発明は、顕微鏡とは反対に、この照明開口をこの投影光学系に入る開口よりかなり大きく出来るので、上に説明した可能性を開く。これは、投影光学系での開口が非常に高く且つ９０°の最大開口角に非常に近い顕微鏡では可能でない。
図３２で線分９２によって概略的に示す像側開口数ＮＡ_ＯＢ２は、物体側開口数ＮＡ_ＯＢ１に関して規定する：
ｍ・ＮＡ_ＯＢ２＝ＮＡ_ＯＢ１
この照明ユニットの部分コヒーレント光は、次のように定義するパラメータによって定義される：

この技術で、マイクロリソグラフィ投影装置は、開口ＮＡ_０が一般的に投影光学系の第１開口ＮＡ_ＯＢ１に等しいかそれより小さいように、いわばσ≦１（σ_ｍａｘ≦１）であるように設計してある。

暗視野照明を実現する、本発明による投影照明装置では、σ_ｍａｘ＞１で、開口数ＮＡ_０（この照明ユニットの絞り羽根２２の開放開口に相当）が投影レンズ３４の開口数ＮＡ_ＯＢ１より大きいことを意味する。図３２に、明視野成分を範囲ａによって示し、暗視野成分を範囲ｂによって示す。ＮＡ_ＯＢ２に対して、ＮＡ_ＯＢ２＞ＮＡ_０である。

この発明によるマイクロリソグラフィ投影装置で使う方法では、それぞれの暗視野および明視野成分をコンピュータ支援最適化を使って決める。これによって、マスク２４のそれぞれの所望の構造体幅を基板３８上に結像するために、結像すべき細部の強度を具体的に制御する。

この照明の最適化用、更に良くは明視野および暗視野成分の最適化用コンピュータプログラムは、非常に一般化した方法で以下のステップを含む。
−マスク構造体の識別と転送
−本照明で作った基板平面にあるマスク構造体の像の画像情報の識別と転送
−マスク上の重要構造体の識別とそれらの重み付け
−結像マトリックスの生成
−調整パラメータの入力
−最適化ルーチン
−照明用提案を表示する
−達成した像が許容できるかどうかをチェックする
−ノーなら、再度結像マトリックスを生成する
−イエスなら、この照明ユニットでの照明の調整
この技術で知られるデバイス用のそのようなコンピュータプログラムの実行例は、米国特許第５，６８０，５８８号明細書に示してある。

原理上、上で説明したような、投影照明装置で最適化した照明を決めるためのルーチンは、この技術で知られ、且つ引用した文書に記載してある。本発明によるコンピュータプログラムは、同じステップを有し、それで勿論本発明による照明ユニットを適用する。これは、この照明ユニットの開口数ＮＡ_０が投影レンズ３４（図２３および図３２参照）の物体側開口数ＮＡ_ＯＢ１より大きいことを特徴とする。この開口比によって生成する付加的自由度は、上述のように、第２のそれ程重要でない構造体細部の結像に悪影響することなく、第１の超重要構造体細部の独立の最適化を可能にする。

特に、マスクを一度ならず同時にまたは次々に照明し、基板平面上に複数の同時または連続像を生じることを考慮すべきである。これらの像および照明設定は、使用した照明源の強度と共に、それぞれ、フォトレジスト上に記憶または記録する。

説明した結像マトリックスは、米国特許第５，６８０，５８８号明細書に記載してある方法によって生成する。そこで、この結像マトリックスで異なる位置は、ゼロであるか、または一つが明視野成分用と暗視野成分用である。

従って、上の実施例で説明したこの発明の関連する特徴は、従来の明視野像の暗視野像との重ね合せである。これらの暗視野像は、この投影レンズの物体側での開口角より大きい照明方向によるこの物体での回折によって作る。この暗視野貢献によって作る部分像は、従って回折または散乱光によってのみ作り、一方明視野によって作る部分像へも常に０次回折が貢献する。この０次回折が貢献する、干渉縞による部分像は、それで、０次回折を含まない、高次回折によってのみ作った干渉縞による異なる部分像と重ね合せる。例えば、後者の暗視野貢献は、１次と２次または１次と３次だけの回折によって作る。

上に説明したこの発明は、明視野からおよび暗視野から分離独立した照明貢献によって、即ち、投影レンズの物体側での開口角より小さい照明方向による孤立した照明部分、およびこの投影レンズの物体側での開口角より大きい照明方向による孤立した部分から得るのが好ましい。例えば、少なくとも二つの異なる形態または構造体を備えるマスクのような、複合マスク構造体の結像に対して、上に説明したこの発明は、他の解像度向上技術と組合わせることが出来る。このため、明視野像の暗視野像との重ね合せの教示のような、本発明を付加的に解像度向上技術と組合わせることもこの発明の一部である。そのような向上技術の最初の例は、基板（ウエハ）上にレチクル構造体または物体を結像するために、例えば、接線偏光のような、偏光または少なくとも部分偏光を使うことである。そのような場合、照明設定がこの照明システムの瞳面に、またはこの面と共役の面に、または上述の面の近くの面に所定の偏光分布を有するのが好ましい。ある用途では、この投影対物レンズの開口面に、結像した物体の光分布の偏光がかなりの接線成分を含むか、または接線方向にあるのが好ましい。この照明システムの偏光分布を、使用するマスクまたはレチクル（物体）のこの偏光状態へのあらゆる影響を、この投影対物レンズの開口面での所望の偏光状態をできるだけ良く達成するような方法で、考慮するように最適化することが重要である。明視野からおよび暗視野からのこの孤立した照明貢献が異なる偏光方向に線形に偏光しているのが好ましい。

この発明は、例えば、上述の好適偏光分布の適用のような、上述の解像度向上技術と共に浸漬リソグラフィにも適用してもよい。その上、この発明は、投影対物レンズに瞳フィルタを使うなら適用してもよい。本発明は、また補助形態または位相構造体を含むマスクの照明および結像に使うことができる。更なる例として、明視野像の暗視野像との重ね合せの教示のような、本発明は、二重パターニングまたは分割ピッチ結像のような二重露光手法と組合わせることができる。

図３は、この発明の実施例に従って基板上へのパターンの光学転写を設定するための流れ図である。
この方法は、ステップ３００に始り、そこでリソグラフィ問題を確定する。このリソグラフィ問題は、基板上に結像すべきパターンの特定の形状寸法を表す。このパターンは、このリソグラフィ装置の一つ以上のパラメータを最適化するために使い且つこの照明システムの適性構成を選択するために使い、このパターニング装置レイアウトに含まれる積極的な構成の代表であるのが好ましい。低ｋ_１値に達するために使えるそのようなパターンは、例えば、コンタクトホールのグリッドである。コンタクト形態は、益々プリントするために最も挑戦的パターンになっている。その上、コンタクト形態に対しては、マスク限界寸法誤差が、他の回路形態に対してより遥かに大きいマスク誤差増大係数（ＭＥＥＦ）で拡大される。ＭＥＥＦは、対応するパターン形態サイズでの単位変化当りの目標基板上にプリントした最終形態サイズでの増分変化に対応する（この場合、このパターン寸法は、この結像装置の縮小率によって基板サイズに縮尺される）。リソグラフィ装置の解像限界近くで、このＭＥＥＦが屡々劇的に上昇する。

このリソグラフィ問題を確定してから、この方法は、次にステップ３０５へ進み、そこで照明器の、放射線ビームを数学的に複数の線源点に分割する。実施の際は、この照明ビームの離散化を表す線源点のグリッドをこの照明器の瞳面に確定する。

図４は、照明器の瞳面に生成した照明ビームのための線源点４００のグリッドの略図である。このファイルに含まれる線源点が、空間的にこの照明器の瞳面に於ける最大開放口４１０の全断面に及ぶグリッドを作る。図４は、また基板レベルでのこの投影システムの最大開口数ＮＡ_ＰＳに対応する瞳点（σ＝１の点）の半径方向位置を示す。この投影システムの最大開口数のこの線源点グリッド上への重ね合せが暗視野照明に貢献する線源点の予測をもたらす。この投影システムの開口数の外側に位置する線源点が暗視野照明をもたらす。これらの線源点に対して、この照明したパターンによって生成した回折縞に関連する０次回折は、この投影システムによって捕捉されない。高次回折だけがこの投影システムによって捕捉されるかも知れない。この照明構成は、σ＞１に対応する。逆に、この最大開口数の内側に位置する線源点は、それらの０次回折がこの投影システムによって捕捉される。この状況は、σ≦１に対応する。

この全照明器開口に対する各光源点の物理的位置は、個々の線源点ファイルにセットされ、要求精度に依って変えることができる。各光源点間の間隔を小さくすれば、線源応答により詳しい情報を与えるかも知れないが、しかし計算時間を増すかも知れない。逆に、各光源点間の間隔を大きくすれば、線源応答にあまり正確でない情報を与えるかも知れないが、計算時間を減らすかも知れない。この発明の実施例では、全照明器開口に対するグリッドの間隔が約０．１である。他の実施例では、グリッド間隔が約０．０１ないし０．２である。この線源点のグリッドをこの発明の他の実施例では別に決めてもよいことが分るだろう。例えば、照明ファイルの代案として、この線源点のグリッドをシミュレーション・ソフトウェアでパラメータで指定してもよい。更に、このシミュレートしたグリッドをグリッド点密度を増すために補間してもよいことが分るだろう。

図３に戻って参照して、この方法は、次にステップ３１０へ進み、そこでσ＞１の領域（この投影システムの開口数の外側）に位置する０次回折を有する各線源点に対するリソグラフィ応答を計算する。類似の計算をσ≦１の領域（この投影システムの開口数の内側）に位置する０次回折を有する各線源点に対して行ってもよい。別々の応との各々は、シミュレーションモデルを使うシミュレーションの結果または一連の結果を表すかも知れない。実際には、このパターンの像をシミュレーションによって計算し、この像を、この像が基板上に所望のパターンを首尾よくプリントするために適当な光学的品質を有するかどうか判定するために一つ以上の基準に対して評価してもよい。この手順を繰返し行ってリソグラフィ応答の最適値に達することが出来る。この像を、例えば、露光寛容度および焦点深度の予想をもたらす焦点整合範囲によって解析することが出来る。各線源点に対して決められる付加的リソグラフィ応答には：検討したパターンの限界寸法、基板上に目標限界寸法（ＣＤ）を形成するために必要な強度閾値、８％ＥＬでの焦点深度（ＤＯＦ＠８％ＥＬ）、線量対サイズＥ_１：１、高密度対孤立した形態バイアス、任意形態サイズのバイアス、サイドローブプリント、フィルム損失、側壁角、マスク誤差増大係数（ＭＥＥＦ）、線形解像度、絶対解像度、または限界寸法均一性がある。

リソグラフィシミュレーションは、種々のモデルを使って行ってもよい。シミュレーションモデルおよびパラメータで表す照明形状を最適化する方法の例は、例えば、２００３年２月１１日に提出した、“フルレジストシミュレーションおよびプロセスウィンドウ計量を使う照明源を最適化するための方法”という名称の米国特許出願第１０／３６１，８３１号および２００３年１１月２０日に提出した、“リソグラフィ装置および等焦点補償を使う照明源を最適化するための方法”という名称の米国特許出願第１０／７１６，４３９号に見られるだろう。これら２件の出願内容をここにその全体を参考までに援用する。

この発明の実施例では、リソグラフィシミュレーションを、放射線感応材料（レジスト）上への入射放射線エネルギー分布を決めるために、空中像モデルで実施してもよい。この空中像の計算は、フーリエ光学のスカラー形かベクトル形で行ってもよい。開口数（ＮＡ）または特定のパターンのような、このリソグラフィ装置およびプロセスの特性は、このシミュレーションの入力パラメータとして入れてもよい。実際には、シミュレーションを、プロリス^ＴＭ、ソリッド−Ｃ^ＴＭ、リソクルーザ^ＴＭ等のような、市販のシミュレータを使って実行してもよい。この空中像の品質は、コントラストまたは正規化した空中像対数勾配（ＮＩＬＳ）計量（形態サイズに対して正規化した）を使って決めてもよい。この値は、像強度（または空中像）の勾配に対応する。

空中像シミュレーションを行うための関連パラメータには、幾何学的光線光学によって決めるような、合焦の最良面がある平面までの距離を意味する、ガウス像面の焦点面からの距離、または擬似単色放射線源の中心波長を含んでもよい。これらのパラメータは、この照明システムの空間部分コヒーレンスの程度の尺度、基板を露光するこの投影システムの開口数、この光学系の収差およびこのパターンを表すこの空間透過関数の記述も含んでよい。

この発明の別の実施例では、リソグラフィシミュレーションをレジストモデルで実行してもよい。ある実施で、このレジストモデルは、限界寸法（またはサイズ）およびその変形の計算に、線量／露光エネルギーおよび焦点、レジスト露光、レジストベーキング並びにレジスト現像のような変量を考慮に入れてもよい。同様に、このレジストモデルは、この発明の具体化に、非平面表面微細構造およびベクトル効果を考慮に入れてもよい。このベクトル効果とは、高開口数を使うとき、電磁波が斜めに伝播するという事実を指す。ベクトル効果は、空中像を計算するとき補償できるが、低屈折率媒体の中（例えば、空中）のベクトル効果の計算は、入射光線がレジスト内を伝播するとき、レジストの屈折率が高いため、それらが真っ直ぐになろうとするので、一般的に基板上で受けるコントラスト損失を過大評価するかも知れない。従って、厳密な電磁計算を伴うレジストモデルは、実際の実験的応答を正確に見積ることが望ましいかも知れない。

この発明の他の実施例では、集中パラメータモデルまたは可変閾値レジストモデルのような付加的モデルも使ってもよい。このシミュレーションモデルを選択するのは、それが実験データと調和するからであることが分るだろう。

図３に戻って参照して、この方法は、次にステップ３１５へ進み、そこでこの照明ビームの形状を別のリソグラフィ応答の解析に基づいて決める。この照明形状の実際の具体化は、何か適当なビームシェーパで行ってもよい。例えば、米国特許第６，４５２，６６２号は、この照明形状を創るために使える、多モード創成要素を開示する。その特許の内容をここにその全体を参考までに援用する。その特許に開示してある、多モード創成要素は、この照明システムの瞳面でビーム経路に挿入可能な４枚の三角形羽根を含む。この多モード創成要素は、連続的に変化できる四極照明モードを作れるようにする。この発明の別の実施例では、金属開口板フィルタまたは回折光学素子を使って所望の照明形状を創ることが出来る。

照明（線源形状およびマスクバイアス）の最良条件を定量的に決めるこの手順を繰返し行う。実際には、候補線源形状とマスクバイアスを選択して、このシミュレータでテストし、次に繰返し調整して、例えば、許容できるサイドローブを有する、高プロセス・ラチチュード（即ち、各リソグラフィ応答に対する最適値）を得る。この候補線源形状を最適化するために、反復近似アルゴリズムを使ってこの最初のリソグラフィ・パラメータを循環してもよい。

この候補線源形状、または照明構成を定性的に決めるために、選択したリソグラフィ応答の計算結果を線図上に視覚化してもよい。これらの線図は、リソグラフィ応答の値を線源点位置の関数として示す。

図５ａ−ｃを参照して、本発明の実施例に従って得た例示線図を提供する。図５ａ−ｃは、照明器瞳の右上側象限に対応する。これらの図で分るように、この線源点グリッドは、この投影システムの全開口に対して０．１：０．１の間隔を有し、即ち、この間隔は、ｘおよびｙ軸に沿ってσ掛ける０．１の増分を表す。これらの図で、この投影システムが捕捉した０次光に対する最大半径は、１．０（σ＝１）である。対称性のために、この照明器の右上側象限しか可視化する必要がない。

図５ａ−ｃで検討したリソグラフィ問題は、暗視野２値マスクの１４０ｎｍピッチに配置した７５ｎｍコンタクトホールのグリッドである（寸法は、ウエハスケールで与えた）。この放射線ビームの波長は、１９３ｎｍであり、この投影システムの開口数は、０．９３である。

図５ａで、検討した応答は、ポジレジストを使う最大露光寛容度（最大ＥＬ）である。この線図は、この照明器の照明ビームの線源点位置の関数としてシミュレートしたレジストパターンに対して得た最大ＥＬの値を表す。図５ａで分るように、この投影システムの最大開口数の内側に、露光寛容度の大きい値に著しく貢献する二つの領域がある。第１の領域は、この正方形グリッドマスクパターンの水平軸に対して０°と約３５°の間に位置する線源点を含む。第２領域は、この正方形グリッドマスクパターンの水平軸に対して約５５°と９０°の間に位置する線源点を含む。照明器のこの部分は、これらのホールを通る縦切れ目に対して高コントラストを提供する。この図は、また、この照明システムの最大開口数の外側から出る照明が露光寛容度の有利な値も作れることを示す。これらの領域は、それぞれ、大体の座標（１．１５，０．７５）および（０．７５，１．１５）に中心を置く極に対応する。これらの極は、σ＞１に対応する暗視野照明を提供する。言換えれば、これらの極から出る非回折放射線は、それがこの投影システムの開口数の外側に向くので、この投影システムからなくなる。

図５ｂは、最大焦点深度応答（最大ＤＯＭ）のための線図である。この図は、この投影システムの最大開口数内に位置する極に加えて、この投影システムの最大開口数の外側に位置する極が焦点深度の有利な値を提供できることを示す。

次に図５ｃを参照すると、線源点位置の関数としてのマスク誤差増大係数パラメータ（ＭＥＥＦ）の線図が提示してある。この線図は、この投影システムの最大開口数の内側に位置し（即ち、σ≦１）且つ図５ａ−ｂで確認した極が受入れ難く高いＭＥＥＦの値をもたらすことを示す。逆に、この投影システムの最大開口数の外側に位置する極は、低いＭＥＥＦ値を提供する。この結果は、暗視野照明がすぐれたリソグラフィプロセスをもたらすかも知れないことを示す。

図６ａ−ｃは、６％減衰位相シフトマスクで結像した、２２０ｎｍピッチを有する１１０ｎｍホールのグリッドで同じパラメータ（即ち、最大ＥＬ、最大ＤＯＦおよびＭＥＥＦ）に対して得た線図を示す。１０ｎｍマスクバイアスを使ってこのマスクパターンを目標サイズにプリントし、この投影システムの開口数は、０．６である。

図６ａおよび６ｂは、２値マスクで得たのと類似の結果を示す。これらの線図は、σ＝１の円の内側と外側の両方の瞳領域から出る照明が露光寛容度および／または焦点深度に対して類似の有利な値をもたらすことを示す。図６ｃを参照して、図５ｃで確認したものと類似する、σ＞１に位置する照明極が、通常の明視野照明で得られるより低いＭＥＥＦ値をもたらすことを示す。

図７ａは、図６ａ−ｃのパターンおよびマスク型式（即ち、６％減衰位相シフトマスクで結像した、２２０ｎｍピッチを有する１１０ｎｍホール）に対する大域バイアス（２０ｎｍに中心を置く）の関数としてのＭＥＥＦを示す。照明の条件は、マスクバイアスを２０ｎｍにセットしたことを除いて、図６ａ−ｃで使ったものと同じである。図３に示す方法による、最大焦点深度、ＭＥＥＦおよび露光寛容度の線図の解析が良いプロセス寛容度（焦点深度および露光寛容度の点から）および低ＭＥＥＦを提供できる照明構成の選択を可能にした。この照明構成は、図７ｄに示し且つ約３０°の角半径（接線方向範囲）およびσ内側＝１．０６およびσ外側＝１．３４で与えられる半径方向範囲を有する極を備える多極照明に相当する。図７ｄでのこれらの極の位置は、この投影システムが０次回折光を何も捕捉しないようになっている。図７ａで分るように、大域バイアス変動の関数としての限界寸法（ＣＤ）の変動が殆ど何もなく、それはこの線源形状に対してほぼ０のＭＥＥＦ値に繋がる。

図７ｂは、種々の露光エネルギーに対する１１０ｎｍコンタクトホールサイズのピンぼけによる変動を表すボスング線図を示す。この図は、約９４ｍＪを超えるエネルギーに対して、ピンぼけ（−０．５〜＋０．４のピンぼけ）によるホールサイズの変動が殆どないことを示す。このホールの目標サイズは、１１０ｎｍである。図７ｃは、図７ｂの解析によって得た焦点深度の関数としての露光寛容度の変動を表す。約０．５μｍの焦点範囲に対して露光寛容度が５％以上であることを示す。

次に図８ａ−ｄを参照して、これらの図は、標準（σ内側およびσ外側共に＜１）多極照明（それを交差四極またはＣＱｕａｄ照明と呼んでもよい）および暗視野照明によって得たＭＥＥＦ結果を示す。リソグラフィパラメータおよび検討したパターンは、図５ａ−ｃのものと同じである。言換えれば、検討したリソグラフィ問題は、暗視野２値マスクで結像した、１４０ｎｍピッチに配置した７５ｎｍホールのグリッドであり、この放射線ビームの波長は、１９３ｎｍであり、およびこの投影システムの開口数は、０．９３である。

図８ａおよび８ｂは、この照明システムの瞳面での照明強度分布の断面を表す。図８ａは、正方形グリッドマスクパターンの水平軸に対して０°／１８０°、および＋／−９０°に位置する極を含む多極照明構成を示す。これらの極は、σ＜１に対応する直接照明を提供する。それで、これらの極から出る非回折放射線をこの投影システムが捕捉する。この線源形状は、ＭＥＥＦを減少するための従来の方法で最適化した。図８ｂは、暗視野照明を示し、この場合、含まれる線源点の全てが投影システム開口数領域の外側に位置する。これらの線源点は、この水平軸に対して約＋／−４５°に配置した極を形成する。この種の極配置を四極暗視野照明と呼んでもよい。図５ｃに示すように、この暗視野照明モードは、ＭＥＥＦの低値に貢献する。

図８ｃおよび８ｄは、プリントしたコンタクトホール（即ち、フォトレジストに形成したコンタクト）へのマスクＣＤ誤差の影響を示すＣＤマップを示す。これらのマップは、図８ａおよび８ｂに表した照明構成で得たＭＥＥＦの推定をもたらす。図８ｃ−ｄで分るように、このマスクＣＤは、約９０ｎｍに中心を置き、この７５ｎｍホールを目標サイズにプリントするために、１５ｎｍマスクバイアスを使用した。図８ｃで、レチクルレベルでのコンタクトホールサイズの４ｎｍの変化が、このパターンを図８ａの線源形状で照明するとき、プリントしたコンタクトホールサイズの３７ｎｍの変化を与える。これは、約９のＭＥＥＦに相当する。対照的に、ホールサイズの４ｎｍの変化が、このパターンを図８ｂの照明構成で照明するとき、−１３．３ｎｍホール差を作るだけである。更に、これは、約−３の負のＭＥＥＦに相当する。レチクル上の大きいホールがウエハ上に小さいホールを実際にプリントする、この異常な状況は、照明器瞳のこの領域からの貢献を明視野領域からの貢献と組合わせて低ＭＥＥＦを生じることによって利用することが出来る。この種の“ゼロＭＥＥＦ補償”アプローチは、等焦点補償に類似する。図８ａの多極照明は、小さいピッチをプリントするために有用かも知れないが、それを標準２値または減衰さえした位相シフトマスクと組合わせるとき、高ＭＥＥＦを生みだし、それによってこのプロセスを生産使用に不適当にする。他方、暗視野極の組込みは、ＭＥＥＦをかなり減らすかも知れない。

次に図９ａ−ｂを参照すると、これらの図は、二つの多極照明構成を示す。図９ａは、実質的に図８ａのそれと同じ照明構成を示す。図９ｂは、二つの多極照明：図９ａの多極照明（それをＣＱｕａｄ型照明と呼ぶことが出来る）および暗視野多極照明を組合わせる照明構成を示す。１４０ｎｍピッチに配置し、波長λ＝１９３ｎｍの放射線によって開口数０．９３でプリントした、７５ｎｍホールのグリッド（２値マスク）に対する限界寸法均一性（ＣＤＵ）計算をこれら二つの照明構成の各々について行った。このＣＤＵは、ＣＤの変動を線量、焦点整合およびマスク誤差の結果として表す。結果は、図９ａの多極照明が約１０．１ｎｍのＣＤＵを与え、一方図９ｂの多極照明（ＣＱｕａｄ照明と暗視野極の組合せ）は、約８．３ｎｍのＣＤＵを提供する。このホールパターンに対し、暗視野ｑｕａｓａｒ極を含めると、有益であり、ＭＥＥＦを減少するためにＣＤＵ結果を改善する。結果は、暗視野極形状を洗練し、且つ暗視野極相対強度を増すことによって更に改善することが出来る。その場合、更に低いＭＥＥＦ値さえ得られるかも知れない。

図１０ａ−ｃは、この発明の実施例によって、７５ｎｍホールグリッドに対してクロムレス位相リソグラフィマスク（ＣＰＬマスクとも呼ぶ）および暗視野照明で得た結果を示す。ＣＰＬマスクは、透過率１００％減衰位相シフトマスクと考えることが出来る。この実施例では、ホールピッチとリソグラフィパラメータが図５ａ−ｃに示す実施例で定めたものと同じである（１４０ｎｍピッチ、７５ｎｍホールおよび開口数０．９３）。更に、計算は、ポジレジストに対して行う。図１０ａは、このＣＰＬマスク（どこでも１００％透過）上のホールのレイアウトを示す。このホールは、１８０°位相バックグラウンドに配置した０°位相領域で定義する。図１０ｂ−ｃは、図１０ａのＣＰＬマスクで得た露光寛容度および焦点深度線図を示す。これらの線図は、σ＝１の円の外側の瞳領域から出る照明が、露光寛容度および焦点深度に有効な値を提供することによって、これらのホールの好結果の結像に貢献することを示す。結果は、暗視野照明を使って小さいホールをポジレジストにＣＰＬマスクによって高コントラストにプリントできることを示す。使用した露光線量は、この暗視野照明でこれらのホールをプリントするために約３５ｍＪ／ｃｍ^２である。そのような結果は、ポジレジストおよびＣＰＬマスクを使う直接照明（即ち、σ≦１に対応する）によっては得られなかった。

孤立したラインをプリントするための一つのアプローチは、交互位相シフトマスク（ａｌｔ−ＰＳＭ）と組合わせて軸上照明を使うことである。ａｌｔ−ＰＳＭは、基板上に形態を作るために０°および１８０°シフトした石英の交互する領域を使う。屡々クロムラインもこのマスクに含めて結像を助ける。位相がポジからネガになると、透過した放射線の電界がゼロを通過する。この電界の二乗に比例する、この強度もゼロを通過し、ウエハ上に非常に暗く且つ鮮明なラインを作る。

図１１ａ−ｂは、それぞれ、交互位相シフトマスク上の孤立したラインのレイアウトおよびこの照明システムの瞳の中の軸上照明強度分布の断面を示す。図１１ｃは、図１１ａのａｌｔ−ＰＳＭを図１１ｂの“小σ”照明で照明するとき得られるかも知れない孤立したラインの輪郭を示す。図１１ａで、領域Ａは、１８０°位相領域を表す。各ストリップは、幅が５００ｎｍである。この照明構成は、σ＝０．３の従来の照明である。ＮＡ_ＰＳ＝０．９３および１９３ｎｍ放射線、並びに適当な露光線量で行った計算は、図１１ｃに示すように、ポジレジストに５００ｎｍピッチで７５ｎｍラインを作る。

図１１ａ−ｃに示すような、直接σ＜１照明アプローチとは対照的に、暗視野照明は、暗いエッジではなく明るいエッジをもたらし、同じマスクから孤立したトレンチをプリントするために使ってもよい。図１２ａは、図１１ａに示す交互位相シフトマスクおよび暗視野照明で得た７５孤立したトレンチ（５００ｎｍピッチ）の輪郭を示す。図１２ｂは、線図に表示したシミュレーション結果を示し、およびトレンチをプリントする照明器の部分およびそれらの露光寛容度を示す。計算は、水平軸に対して０°／１８０°、および＋／−９０°に位置する暗視野極を有し、並びにσ内側＝１．０６およびσ外側＝１．４で与えられる半径方向範囲を有する照明モードが露光寛容度の点で満足な結果をもたらすことを示す。この問題は、この結果が水平および垂直の両方に向いたトレンチに当てはまるように対称的であることに注目すべきである。これらの極は、σ＞１に対応する暗視野照明を提供する。図１２ｂの円１２００は、暗視野照明とσ＝１である直接照明との間の境界を概略的に示す。円１２００の外側に位置する線源点に関連する回折縞の０次回折は、この投影システム開口数によっては捕捉されない。

照明に貢献するように選んだ照明瞳の部分に依って、これらのトレンチを十分な露光寛容度（例えば、＞５％）でプリントすることが可能である。図１２ｂによれば、露光寛容度は、３０°の開口角を有し且つ水平軸に対して０°／１８０°、および＋／−９０°に位置する暗視野極を含む照明構成で最大になるかも知れない。これらの極は、σ内側＝１．２およびσ外側＝１．３で構築できる。図１３ａは、そのような照明構成の断面を表す。図１３ｂは、図１３ａの照明構成によって得た焦点深度の関数としての露光寛容度の変動を示す。後者の図で分るように、妥当な露光寛容度（９％、焦点深度０．２ｍ）がこの暗視野照明アプローチで得られるかも知れない。

そのようなアプローチは、更に、高ＣＤを作る照明瞳内の領域を小ＣＤを作る領域と釣合わせる、等焦点補償の原理を使うことによって洗練されるかも知れない。等焦点補償は、焦点および線量の誤差が二つの相反効果に繋がることがあり、それがこのリソグラフィプロセスの破壊メカニズムをトリガすることがあるという事実に基づく。この第１の効果は、許容ＣＤの範囲の外部でＣＤが増すという特徴があり、一方第２の効果は、その範囲の外部でＣＤが減るという特徴がある。このリソグラフィプロセスを実質的に等焦点にするために、このリソグラフィプロセスの最適化を、一つの効果を他で補償することによって行ってもよい。言換えれば、露光寛容度の大きい値に貢献しない、図１２ｂに示す照明瞳の領域（即ち、０次回折がこの投影システムによって捕捉されない領域）を、まだ、このプロセスを実質的に等焦点にするために、暗視野照明領域を釣合わせるために使ってもよい。この等焦点補償の原理に関する更なる情報は、２００３年１１月２０日に提出した、“リソグラフィ装置および等焦点補償を使う照明源を最適化するための方法”という名称の米国特許出願第１０／７１６，４３９号から収集することが出来る。

図１４ａは、この発明の実施例による、交互位相シフトマスクおよび７５ｎｍ周期トレンチの密なパターン用の暗視野照明で得たＤＯＦ結果を示す。図１４ｂに示すように、このａｌｔ−ＰＳＭは、各々１５０ｎｍの幅を有する、交互する０°および４０°位相領域から成るこれらのトレンチを相変化領域の共通部分にプリントする。これらのトレンチを確定するために、約２４０ｍＪ／ｃｍ^２のプリント線量およびＮＡ_ＰＳ＝０．９３をこれらのシミュレーションで使った。そのようなプロセスは、約１３％の最大露光寛容度および約０．５μｍを超える焦点深度を生じる。１０°および１８０°位相エッジによる別のシミュレーションは、これらのトレンチを類似のコントラストであるが、高い線量（それぞれ、３６００ｍＪ／ｃｍ^２および２８ｍＪ／ｃｍ^２）でプリントできることを示す。図１４ａは、図３のこの発明の実施例に従って計算したこのパターンのための線図を示す。この線図は、このマスクパターンの水平軸に対して０°／１８０°、および＋／−９０°に位置する暗視野極が水平および垂直両トレンチに対して５％露光寛容度でＤＯＦの高い値に貢献することを示す。

図１１ａ−１４ｂに示す結果は、暗視野照明が、同じマスクをσ≦１の放射線で照明して得た像に比べて逆色調の像を達成することを示す。従って、ポジレジストおよび交互位相シフトマスクと組合わせた暗視野照明をホールおよびトレンチをプリントするために使ってもよい。そのようなアプローチは、複雑で高価な、適切なネガレジスト色調プロセスの使用または開発を避ける。

この発明の更なる実施例では、暗視野照明を使い、コンタクトホールの複雑な、不規則のまたは無作為の配置を高透過率位相シフトマスクを使ってプリントする。不作為または不規則なホールパターン、または低対称度のホールパターンの例を図１５に表す。この図で分るように、コンタクトホールが水平におよび垂直に種々のピッチで配置してある。

図１６ａは、種々の照明構成で図１５の無作為または不規則なホールパターンについて得た、半範囲でのＣＤ変動のシミュレーション結果を示す。ＣＤ変動半範囲測定値は、実質的にこれらのホールの限界寸法均一性（ＣＤＵ）を表す。結果は、図１５に指定したコンタクトホールについて限界寸法均一性、焦点深度、ＭＥＥＦ、および形状誤差に関して得た。これらの結果は、各ホールについての価の平均値に対応する。形状誤差は、垂直方向に測定した限界寸法と水平方向に測定した限界寸法の間の差の絶対値（即ち、│ＣＤｖ−ＣＤｈ│）に対応する。このパラメータは、これらのホールが如何に“丸くないか”の表現である。シミュレーションは、通常の市販のシミュレータで行う。

図１６ａの照明構成は、以下の方法で表示してある。第１に、照明に貢献する照明瞳領域のサイズおよび位置に関する特徴を与える。各照明構成は、軸外成分および、ある場合には、従来の軸上成分（“ｓ”によって識別しおよび最大σ値に特徴があり、最小値はゼロである）を含む。この軸外成分の半径方向範囲を最初に示す、即ち、σ外側およびσ内側値を最初に示す。この軸外成分の接線方向位置を次に示し：環状照明は、“ａｎｎ”によって識別し、極を図１のＸ軸に対して＋／−４５°に配置した四極照明は、“Ｑ”に続いて四極の各々の開口角の表示を付けて識別する。例えば、“Ｑ４５°”は、この四極照明の各極の開口角が約４５°であることを意味する。第２に、マスク形態（ＭＦ）のサイズを示す（ｎｍ）。第３に、このマスクの透過率（％）を与える。照明構成１〜１５および２４は、減衰位相シフトマスクを使用する。照明構成１６〜２３は、クロムレス位相リソグラフィ（ＣＰＬ）マスク（即ち、透過率１００％）を使用する。例えば、“１．２／１．０ ａｎｎ＋０ｓ ＭＦ１００ １００％”の線源形状は、内側半径σ＝１．０および外側半径σ＝１．２（軸上成分なし）の環状暗視野照明を含み、透過率１００％ＣＰＬマスクで１００ｎｍコンタクトホールをプリントするために使う。図１６ａの残りの線源形状では、環状または多極暗視野照明の内側／外側半径、マスク透過率および暗視野極の位置が変っている。

図１６ｂは、図１６ａの極左に示す第１照明瞳強度分布または“線源形状”（即ち、１．２／１Ｑ４５°＋０．４ｓ）の断面を表す。この線源形状は、水平軸に対して４５°に配置し（即ち、四極型軸外照明）、内側半径σ＝１．０および外側半径σ＝１．２の暗視野極を含む。この線源形状は、σ＝０．４の中心極も含む。この線源形状は、透過率１５％の減衰位相シフトマスクと組合わせ、このマスクを１０５ｎｍにバイアスして無作為または不規則ホールパターンを照射するために使った。この条件は、図１６ａに示すように、最も好ましい結果、即ち、最小ＣＤ変動を示した。

図１６ａで分るように、ＣＤＵ結果は、暗視野照明（例えば、１．１／０．９＋０．４ｓ ＭＦ＝１００ ９％のような、極または環状）と直接軸上照明を組合わせる線源形状に対して良い。７ｎｍ未満のＣＤ変動を幾つかの線源に対して得ることができる。同様に、焦点合せ誤差がこれらの線源形状に対して低いままである。更に、純粋（即ち、１．２／１．０ Ｑ４５）および“混合”（即ち、１．１／０．９環状）の両暗視野軸外照明が、軸上照明および減衰位相シフトマスクと組合わせるとき、良い結果を与える。

やはり図１６ｂで分るように、透過率１００％ＣＰＬマスクと組合わせた暗視野照明が秀れた無作為または不規則ホールパターン性能を示し、低ＭＥＥＦおよび良いホール形状忠実度を与える。しかし、これらの照明シナリオに対し、焦点深度の悪さがＣＤＵ値全体を実質的に低下するかも知れない。

この焦点深度を改善するために、軸外暗視野照明と高透過率マスクを、図１７に示すこの発明の実施例に従って、軸上照明と組合わせてもよい。図１６ａの実施例同様、図１７のシミュレーションは、図１５のコンタクトホールに対して行う。図１７は、特定の焦点合せ、マスクおよび形状誤差は勿論、ＣＤ変動半範囲に関して結果を示す。図１７の照明構成の説明は、図１６ａのそれと同じである。

図１７の極右に表す最後の二つの照明シナリオは、軸上照明（即ち、１．３／１．１ ａｎｎ＋０ｓ ＭＦ＝９０ｎｍ透過率１００％ＣＰＬマスクおよび１．３／１．１ ａｎｎ＋０ｓ ＭＦ＝１００ｎｍ透過率１００％ＣＰＬマスク）を含まない。予想通り、これら二つの線源形状は、悪いＣＤＵ結果をもたらす。しかし、軸上照明を追加すると、マスクおよび形状誤差を許容レベルに維持しながら、ＣＤＵを減らす（例えば、１．３／１．１ ａｎｎ＋０ｓ ＭＦ＝９０ｎｍ １００％ＣＰＬの結果を１．３／１．１ ａｎｎ＋０．１ｓ ＭＦ＝９０ｎｍ １００％ＣＰＬと比較せよ）。やはり図１７で分るように、同時軸上および暗視野照明条件を適当にバランスをとることによって、低ＭＥＥＦおよび低形状誤差で６〜７ｎｍ未満のＣＤＵを得ることが可能である。

式（１）に戻って参照して、パターンプリントの解像限界は、放射線波長に比例し、投影システムの開口数に逆比例する。他方、焦点深度、即ち、パターンの像が十分に鮮鋭である範囲の光軸に沿う距離は、放射線波長に比例し、開口数の二乗に逆比例する。この焦点深度（ＤＯＦ）は、次のように表してもよい：

但し、ｋ_２は、実験定数である。

式（１）と（７）を比較すると、特定の波長に対し、高ＮＡを使うことによりパターンの解像度を上げると（即ち、低ＣＤ）、焦点深度を下げることを示す。しかし、焦点深度の減少は、デバイス製造歩留りにかなり影響するかも知れない。リソグラフィ装置の焦点面が、例えば、基板表面の大きな凹凸または入射放射線の大きなフィールド湾曲のために、もう基板の表面と一致しないかも知れない。従って、このパターンを適性に結像するために、焦点深度の許容レベルを維持することが望ましい。

焦点深度を増すために、この発明の実施例では、暗視野露光中に焦点合せ変動を使うことを提案する。焦点合せ変動を使うか、または焦点ドリルをすると、このリソグラフィ装置の焦点面の位置を、露光中基板の表面と実質的に一致するかまたはそれと実質的に平行な基準面に対して変える。この基準面は、最良合焦面に相当するかも知れない。その結果、このリソグラフィ装置の有効焦点深度がかなり増すかも知れない。

図１８は、一実施例による、焦点合せ変動中のステッパ装置の焦点面位置を概略的に示す。この焦点合せ変動は、この投影システムの光軸Ｏ−Ｏ’に沿う異なる対応位置Ｐｏｓ１、Ｐｏｓ２、Ｐｏｓ３、Ｐｏｓ４およびＰｏｓ５での複数の露光Ｅｘｐ１、Ｅｘｐ２、Ｅｘｐ３、Ｅｘｐ４およびＥｘｐ５の重ね合せから成る。最初の露光Ｅｘｐ１と五番目の露光Ｅｘｐ５の間の距離は、少なくとも基板Ｗの表面ＳＵの上部ＵＰと下部ＬＰの間の距離より大きい。十分な数の露光をすると、この焦点面と基板表面がこの基板表面の凹凸の上部、下部および中間部で互いに実質的に一致するかも知れない。それで、パターンの像を基板Ｗの表面全体に亘ってその凹凸に関係なく正確に作ることができる。

図１８に示す焦点合せ変動は、五つの連続する個別露光から成るが、露光数を増やしても減らしてもよいことが分るだろう。その上、図１８の焦点合せ変動は、走査装置で行ってもよい。多重連続露光の代案として、走査装置の焦点面をこの焦点合せ変動中に連続的に変えてもよいことが分るだろう。これは、例えば、以下に更に詳しく説明するように、走査中に基板を傾斜することによって行ってもよい。

或る実施例では、基板支持体を投影システムの光軸に沿って動かすことによって、露光中に焦点合せ変動を生み出してもよい。この構成で、リソグラフィ装置は、放射線システムおよび基板テーブルに作動するように接続した、制御システムを含んでもよい。この制御システムは、この放射線システムが出すパルスを基板テーブルの運動と同期するように構成してあってもよい。

投影システムの光軸に沿う基板支持体の変位は、事前選択した時間依存性（露光中）で連続的であってもよい。或る実現方式では、この光軸Ｏ−Ｏ’に沿う基板支持体の連続変位が周期的運動（例えば、振動）であり、それは、正弦波でも三角波でもよい。全露光中の焦点面と基準面の間の距離の分布は、選択した周期運動に依るだろう。露光中の複数の後続位置での基板の位置は、特定の分布に従って決めてもよく、それは、プロセスウインドウを最大化するために修正してもよい。この分布は、プロセスウインドウを拡大するためのパラメータとして使ってもよいことが分るだろう。或る実施例で、この分布は、一定またはガウス型でもよい。

或る実施例では、スキャナ型リソグラフィ装置で、投影システムの光軸と垂直な平面に対して所定の一定に傾斜した基板を走査することによって焦点合せ変動を生み出してもよい。この焦点合せ変動は、基板の傾斜角およびスキャナのスリット幅で幾何学的に決めてもよい。その代りにまたはそれに加えて、入射放射線の波長を変えることによって焦点合せ変動を得てもよい。この実施例では、投影システムの色収差のために、パターンを光軸に沿う異なる位置（即ち、各波長について一つの位置）に結像する。

焦点合せ変動で得た像のコントラストは、実質的に種々の露光Ｅｘｐ１、Ｅｘｐ２、Ｅｘｐ３、Ｅｘｐ４およびＥｘｐ５の像コントラストの平均に相当する。この焦点合せ変動および二つの隣接する露光間の距離は、プリントすべき像パターン、投影システムの開口数、および放射線波長に基づいて決めてもよい。しかし、この焦点合せ変動を照明構成（例えば、照明構成の暗視野成分の形状）に基づいて決めてもよいことが分るだろう。或る実施例では、約０．５μｍの焦点合せ変動を、投影システムを充満し、従って暗視野光を含む、σが約１．４より小さい従来の照明分布と共に使ってもよい。別の実施例では、約１μｍ未満の焦点合せ変動を、軸上および軸外成分を含む、より複雑な照明と共に、またはσが約１．４より小さい従来の照明分布と共に使ってもよい。この焦点合せ変動と照明構成（例えば、形状）の最適化は、反復プロセスを使って一緒に行ってもよい。同様に、焦点合せ変動とその最良合焦に対する位置は、コンピュータシミュレーションによって行ってもよい。この発明の実施例で、焦点合せ変動は、図１８の基準面ＢＦに概略的に相当する、最良合焦位置にほぼ中心を置いてもよい。

焦点合せ変動と暗視野照明の組合せが小さいコンタクトホールをプリントするために有利であることが分るだろう。それで、焦点ドリルが焦点深度をかなり改善するが、これを行いながらＭＥＥＦを悪化するかも知れない。しかし、暗視野照明がＭＥＥＦをかなり減少するので（例えば、図５ｃおよび図６ｃ参照）、焦点合せ変動／ドリルと暗視野照明の組合せ効果が焦点深度とＭＥＥＦの両方の同時改善を可能にする。

図１９は、従来の照明に対して極サイズの関数としてシミュレートしたＣＤ変動半範囲（ｎｍ）を示す。この計算では、露光中、０．５μｍの一定の焦点合せ変動範囲（即ち、０．５μｍ焦点ドリル）を想定する。図１９は、焦点ドリルを含めるとき、ＭＥＥＦが誤差割当てを支配することを示す。

図１９では、ＣＤ変動を二つの異なるマスク型式：６％減衰位相シフトマスクと２値マスクに対して示す。各マスクに対し、マスク誤差と焦点誤差の両方によるＣＤ変動をプロットする。０．１５μｍ（焦点誤差）および２ｎｍ（マスク誤差）の想定割当て範囲を使って、それぞれ、焦点誤差およびマスク誤差によって誘発されるＣＤを計算する。この実施例では、９０ｎｍホールの無作為または不規則パターンおよび０．９の開口数を使用する。図１９で、“Ａ１”と表示するＣＤ変動は、６％減衰位相シフトマスク、３０ｎｍマスクバイアスおよびマスク誘発誤差で得；“Ｂ１”と表示するＣＤ変動は、２値マスク、２０ｎｍマスクバイアスおよびマスク誘発誤差で得；“Ａ２”と表示するＣＤ変動は、６％減衰位相シフトマスク、３０ｎｍマスクバイアスおよび焦点誘発誤差で得；および“Ｂ２”と表示するＣＤ変動は、２値マスク、２０ｎｍマスクバイアスおよび焦点誘発誤差で得た。図１９に示すように、マスク誤差によって誘発したＣＤ変動は、焦点誤差によって誘発したものよりかなり大きい（グラフＡ１およびＢ１参照）。例えば、０．７σ照明および６％減衰位相シフトマスクに対し、０．１５μｍ焦点誘発誤差が約１．５ｎｍのＣＤ変動を発生する（グラフＡ２参照）。対照的に、同じマスクに対するマスクレベルでの２ｎｍＣＤ変動が約１１ｎｍのＣＤ変動を発生する（グラフＡ１参照）。しかし、図１９で分るように、マスク誤差の影響は、σを増すことによって減少し、瞳を充満するとこの減少が続く（グラフＡ１およびＢ１参照）。この様に、瞳をσ＝１を超えて充満することによる暗視野照明の包含は、焦点合せ変動または焦点ドリルと組合わさって両マスク型式に対するＣＤ変動を減少する。この利益は、主として、マスク変動である、最も重要な感度の減少から来る（ＭＥＥＦが減少する）。

図２０ａ〜ｃは、三つの異なるリソグラフィプロセスについて、図１５で指定した九つの９０ｎｍホール（１〜９）に対するシミュレートした露光寛容度の変動を焦点深度の関数として示す。図１５の９０ｎｍコンタクトホールのパターンは、最小ピッチが約１７１ｎｍ（ｋ１＝０．４）である。各シナリオで、露光寛容度を各ホールの水平部と垂直部の両方に提供する。最初のリソグラフィプロセスでは、６％減衰位相シフトマスク、５ｎｍマスクバイアス、０．９ＮＡ、露光線量約８７．９ｍＪ／ｃｍ^２およびσ約０．７の従来の照明形状（図２１ａ参照）でこの計算をする。焦点合せ変動は、使わない。第２リソグラフィプロセスでは、２値マスク、２０ｎｍマスクバイアス、０．９ＮＡ、露光線量約８７．９ｍＪ／ｃｍ^２およびσ約１の従来の照明形状（図２１ｂ参照）でこの計算をする。第３リソグラフィプロセスは、６％減衰位相シフトマスク、３０ｎｍマスクバイアス、ＮＡ＝０．９、露光線量約５９．４ｍＪ／ｃｍ^２およびσ約１．４の従来の照明形状（図２１ｂ参照）を組合わせる。第２および第３リソグラフィプロセスについて、０．５μｍ焦点合せ変動を基板露光中に適用する。この実施例では、焦点合せ変動および焦点深度を共にこのリソグラフィプロセスの露光寛容度および焦点深度を最大化し、且つＭＥＥを最小化するために選択する。

図２０ａを参照すると、この図は、焦点ドリルなし且つ従来の明視野照明で得られるだろう最適結果を示す。しかし、焦点ドリルが焦点深度を増すので、σが大きい従来の照明分布を使うとＭＥＥを減らすかも知れない。この実現方式は、第２リソグラフィプロセスに対応する。図２０ｂで分るように、焦点ドリルとσが約１の照明形状を使うと、ＭＥＥＦを悪化しないのに焦点深度を実質的に増す。

これらの結果は、瞳を暗視野領域へ充満することによって更に改善できる。図２０ｃで分るように、暗視野照明と焦点合せ変動の組合せが、露光寛容度と焦点深度の両方の点で、調べたホール位置およびその向き（垂直／水平）に関係なく、秀れた結果をもたらす。この組合せは、第１、第２および第３リソグラフィプロセスに付いて各ホールの垂直および水平部分に対するシミュレートしたＭＥＥＦ値を示す、表Ａに示すようにＭＥＥＦもかなり減少する。

図２２は、図２０ｃの照明と０．５μｍ焦点合せ変動の組合せで得た、図１５のシミュレートしたパターンを示す。図２２では、図１５のマスクパターン（正方形ホール）がシミュレートしたパターン（“Ｓ”によって識別する）と重ね合せてある。この図で分るように、パターンプリント中にサイドローブが現れず、ホール形状および均一性が秀れている。

或る実施例では、照明形状が環状または多極形で、この環状照明の全てまたは一部が暗視野（即ち、半径σ＞１．０）でもよく、および任意に半径σ＜１．０の軸上または軸外照明（例えば、全部または一部暗視野の環状照明および軸上極を備える目玉構成）を含む。

この本文では暗視野照明構成の特定の例を説明したが、この発明の他の実施例では、代替暗視野照明構成を使ってもよいことを理解すべきである。例えば、シミュレーションによれば、σ外側値が１．８までの暗視野照明成分をある状況では使ってもよいことを示す。それで、暗視野照明構成は、この本文または図面に説明しまたは示す、特定の多極照明または環状照明に限定されない。

マスクパターンの基板上への光学転写を設定する際に伴う種々の行為を機械実行可能命令に従って実行してもよいことが分るだろう。これらの機械実行可能命令を、例えば、リソグラフィ装置の制御ユニットの、データ記憶媒体に組込んでもよい。この制御ユニットは、調整装置ＡＭを制御し、照明システムＩＬを出るビームの断面強度分布を修正するように構成したプロセッサを含んでもよい。

この発明の実施例で、これらの機械実行可能命令は、プロリス^ＴＭ、ソリッドＣ^ＴＭまたはリソクルーザ^ＴＭ等のような、シミュレーション・ソフトウェアと共に使えるコンピュータ製品に組込んでもよい。即ち、このコンピュータ製品は、照明ファイルを生成し且つシミュレーション・ソフトウェアに入力し、およびこのシミュレーション・ソフトウェアに、例えば、空中またはフルレジストシミュレーションを使って、所望のパターンの像を計算するように命令するように構成することができる。このコンピュータ製品は、この計算した像を出力しおよびこの像を、像が所望のマスクパターンを基板上に首尾よくプリントするために適切な光学的品質を有するかどうかを判定するための一つ以上の基準に対して評価するように構成してもよい。この像を、例えば、露光寛容度および焦点深度を推定するための合焦範囲によって解析することができる。このコンピュータ製品は、線源点位置の関数としての種々のリソグラフィ応答に対する線図を創るようにも構成してよい。

その代りにまたはそれに加えて、これらの機械実行可能命令は、暗視野照明によるパターンの像を計算する能力を与える、リソグラフィ・シミュレーション・ソフトウェアの一部であってもよい。

この本文では、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参照するかも知れないが、ここで説明するリソグラフィ装置は、集積光学システム、磁区メモリ用誘導検出パターン、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造のような、他の用途があることを理解すべきである。当業者は、そのような代替用途の関係で、ここで使う“ウエハ”または“ダイ”という用語のどれも、それぞれ、より一般的な用語“基板”または“目標部分”と同義と考えてもよいことが分るだろう。ここで言及する基板は、露光の前または後に、例えば、トラック（典型的には基板にレジストの層を付け且つ露光したレジストを現像する器具）、計測器具および／または検査器具で処理してもよい。該当すれば、この開示をそのようなおよび他の基板処理器具に適用してもよい。更に、この基板を、例えば、多層ＩＣを創るために、一度を超えて処理してもよく、それでここで使う基板という用語は既に多重処理した層を含む基板も指すかも知れない。

ここで使用する“放射線”および“ビーム”という用語は、紫外（ＵＶ）放射線（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍ位の波長を有する）および超紫外（ＥＵＶ）放射線（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆる種類の電磁放射線を包含する。

ここで使う“パターニング装置”という用語は、ビームの断面に、この基板の目標部分に創るようなパターンを与えるために使うことができる手段を指すと広く解釈すべきである。このビームに与えたパターンは、基板の目標部分の所望のパターンと厳密には対応しないかも知れないことに注目すべきである。一般的に、このビームに与えたパターンは、集積回路のような、この目標部分に創るデバイスの特別の機能層に対応するだろう。

このパターニング装置は、透過性でも反射性でもよい。パターニング装置の例には、マスク、プログラム可能ミラーアレイ、およびプログラム可能ＬＣＤパネルがある。マスクは、リソグラフィでよく知られ、二値、交互位相シフト、および減衰位相シフトのようなマスク型、並びに種々のハイブリッドマスク型を含む。プログラム可能ミラーアレイの一例は、小型ミラーのマトリックス配置を使用し、入射放射線ビームを異なる方向に反射するようにその各々を個々に傾斜することができる。傾斜したミラーは、このミラーマトリックスによって反射した放射線ビームにパターンを与える。

この支持構造体は、パターニング装置を、その向き、リソグラフィ装置の設計、および、例えば、パターニング装置が真空環境に保持されているかどうかのような、その他の条件に依る方法で保持する。この支持体は、機械的クランプ、真空、またはその他のクランプ手法、例えば、真空条件下の静電クランプ、を使うことができる。この支持構造体は、フレームまたはテーブルでもよく、例えば、それは必要に応じて固定または可動でもよくおよびそれは、パターニング装置が、例えば投影システムに関して、所望の位置にあることを保証してもよい。ここで使う“レチクル”または“マスク”という用語のどれも、より一般的な用語“パターニング装置”と同義と考えてもよい。

ここで使う“投影システム”という用語は、例えば使用する露光放射線に対して、または浸漬液の使用または真空の使用のような他の要因に対して適宜、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、種々の型式の投影システムを包含するように広く解釈すべきである。ここで使う“投影レンズ”という用語のどれも、より一般的な用語“投影システム”と同義と考えてもよい。

この照明システムは、放射線のビームを指向し、成形し、または制御するための、屈折式、反射式、および反射屈折式光学部品含む、種々の型式の光学部品も包含してよく、そのような部品を以下で、集合的にまたは単独に、“レンズ”と呼ぶかも知れない。

このリソグラフィ装置は、二つ（二段）以上の基板テーブル（および／または二つ以上のマスクテーブル）を有する型式でもよい。そのような“多段”機械では、追加のテーブルを並列に使ってもよく、または準備工程を一つ以上のテーブルで行い、一方他の一つ以上のテーブルを露光用に使ってもよい。

このリソグラフィ装置は、投影システムの最終素子と基板の間のスペースを埋めるように、この基板の表面を比較的屈折率の高い液体、例えば水に浸漬する型式でもよい。浸漬液をこのリソグラフィ装置の他のスペース、例えば、マスクと投影システムの最初の素子との間にも加えてよい。浸漬法は、投影システムの開口数を増すためにこの技術で周知である。

ここで説明した方法は、ソフトウェア、ハードウェアまたはその組合せとして実施してもよい。或る実施例では、コンピュータシステムで実行すると、そのコンピュータシステムにここで説明した方法のどれかまたは全てを遂行するように指令するプログラムコードを含むコンピュータプログラムを提供する。

この発明の特定の実施例を上に説明したが、この発明を説明したのと別の方法で実施してもよいことが分るだろう。この説明は、この発明を限定することを意図しない。

この発明の実施例によるリソグラフィ装置を表す。 照明システムの開口数割る投影システムの開口数の異なる比に対して投影システムが集める複数次回折を示す略図である。 照明システムの開口数割る投影システムの開口数の異なる比に対して投影システムが集める複数次回折を示す略図である。 照明システムの開口数割る投影システムの開口数の異なる比に対して投影システムが集める複数次回折を示す略図である。 照明システムの開口数割る投影システムの開口数の異なる比に対して投影システムが集める複数次回折を示す略図である。 この発明の実施例に従って基板上へのパターンの光学転写を設定するための流れ図である。 照明ビームの離散かを表す線源点のグリッドを示す。 照明放射線の波長１９３ｎｍ、検討したマスクパターンは、２値マスクの１４０ｎｍピッチに配置した７５ｎｍコンタクトホールのグリッド、および投影システムの開口数０．９３での線源点位置の関数としての最大露光寛容度のシミュレートした値を表す線図である。 図５ａと同じ条件の最大焦点深度のシミュレートした値を表す線図である。 図５ａと同じ条件のマスク誤差増大係数のシミュレートした値を表す線図である。 検討したマスクパターンは、６％減衰位相シフトマスクの２２０ｎｍピッチを有する１１０ｎｍホールのグリッド、および投影システムの開口数０．６での線源点位置の関数としての最大露光寛容度のシミュレートした値を表す線図である。 図６ａと同じ条件の最大焦点深度のシミュレートした値を表す線図である。 図６ａと同じ条件のマスク誤差増大係数のシミュレートした値を表す線図である。 レジストパターンが６％減衰位相シフトマスクの２２０ｎｍピッチを有する１１０ｎｍホールのグリッドであり、および投影システムの開口数が０．６である、大域バイアス（２０ｎｍに中心を置く）の関数としてのレジストパターンのシミュレートした変動を示す。 図７ａと同じ条件の、ピンぼけおよび線量の関数としてのレジストパターンＣＤのシミュレートした変動を示す。 図７ａと同じ条件の、焦点深度の関数としての露光寛容度のシミュレートした変動を示す。 図７ａ〜ｃで定義したマスクパターンを照明するために図３の方法に従って最適化した照明システムの瞳面での線源形状のシミュレートした断面を示す。 この照明システムの瞳面での多極照明のシミュレートした断面を示す。 この照明システムの瞳面での暗視野多極照明のシミュレートした断面を示す。 図８ａの多極照明で得た、シミュレートしたＭＥＥ線図を示す。 図８ｂの暗視野多極照明で得た、シミュレートしたＭＥＥ線図を示す。 この発明の実施例による、シミュレートした多極照明構成を示す。 この発明の実施例による、シミュレートした多極照明構成を示す。 クロムレス位相リソグラフィマスク上の７５ｎｍホール（１８０°位相バックグラウンドでの０°位相）のレイアウトを示す。 線源点位置の関数として最大露光寛容度の値を表す、シミュレートした線図である。 線源点位置の関数として最大焦点深度の値を表す、シミュレートした線図である。 交互位相シフトマスク上の７５ｎｍの孤立したライン（４０°位相エッジを備える０°位相）のレイアウトを示す。 図１１ａの７５ｎｍの孤立したラインをプリントするために使う、軸上照明構成のシミュレートした断面を示す。 図１１ａに示す７５ｎｍの孤立したラインの輪郭（平面図）である。 図１１ａに示す交互位相シフトマスクおよび暗視野照明で得た７５孤立したトレンチの輪郭を示す。 線源点位置の関数としての最大露光寛容度の線図を示し、それは、高露光寛容度値に貢献する照明器の中の部分を示す。 図１１ａの孤立した７５ｎｍトレンチをプリントするために使える照明構成のシミュレートした断面を示す。 図１１ａのレイアウトのための焦点深度の関数としての露光寛容度の変動を示す。 この発明の実施例による、交互位相シフトマスクおよび７５ｎｍ周期トレンチの密なパターン用の暗視野照明で得た、線源点位置の関数としての露光寛容度５％での焦点深度のシミュレートした線図を示す。 交互位相シフトマスク上の７５ｎｍの密なライン（４０°位相エッジを備える０°位相）のレイアウトを示す。 無作為または不規則なホールパターンの略図である。 ２４の照明構成による、図１５に示すホールパターンについての半範囲でのＣＤ変動を表す。 暗視野軸外照明（水平軸に対して＋／−４５°に配置した１．２／１外側／内側半径の暗視野極）を軸上照明（０．４σ中心極）と組合わせる多極照明を示す。この照明を透過率１５％の減衰位相シフトマスクと組合わせて使って１０５ｎｍコンタクトホール（マスク上のサイズ）をプリントする。 種々の照明構成で得た、焦点合せ、マスクおよび形状誤差による半範囲でのＣＤ変動を表す。 焦点合せ変動中のリソグラフィ装置の焦点面の種々の位置を概略的に示す。 焦点合せ変動ありおよびなしの、二つのリソグラフィプロセスについて従来の照明の極サイズの関数としてのＣＤ変動半範囲（ｎｍ）を示す。 図１５のパターンで指定した九つのホールについておよび異なるリソグラフィプロセスについて焦点深度の関数としてシミュレートした露光寛容度（水平および垂直）の変動を示す。 図１５のパターンで指定した九つのホールについておよび異なるリソグラフィプロセスについて焦点深度の関数としてシミュレートした露光寛容度（水平および垂直）の変動を示す。 図１５のパターンで指定した九つのホールについておよび異なるリソグラフィプロセスについて焦点深度の関数としてシミュレートした露光寛容度（水平および垂直）の変動を示す。 この発明の実施例によるシミュレートした軸上従来照明（σ＝０．７）を示す。 この発明の実施例によるシミュレートした軸上従来照明（σ＝１）を示す。 この発明の実施例によるシミュレートした軸上従来照明（σ＝１．４）を示す。 図２０ｃの照明と０．５μｍ焦点合せ変動の組合せで得た、図１５のシミュレートしたパターンを示す。 マイクロリソグラフィまたはリソグラフィ投影露光装置の概略断面図を示す。 ホプキンス伝達関数を示し、左側は、明視野照明を、右側は、暗視野照明を示す。 マイクロリソグラフィ投影露光装置に於ける従来の明視野照明について重なり合う領域の例を示す。 無限拡張光源についての最低次の明視野部分に対するＴＣＣのグラフ表現を示す。 最低次の暗視野部分に対するＴＣＣのグラフ表現を示す。 種々の強度の関数としての露光した層の厚さのグラフ表現を示す。 投影レンズの開口ＮＡ_ＯＢでの構造体に対する回折次数を示す。 明視野成分の他に暗視野成分も微細物体細部の結像を支持する、照明設定の例を示す。 理想的照明ユニットの光源の位置、およびマイクロリソグラフィ投影露光装置での回折次数を示す。 １次回折と３次回折からの対称的干渉によって生じる、の暗視野結像を示す。 明視野および暗視野照明を備える、マイクロリソグラフィ投影露光装置用照明ユニットを示す。

符号の説明

１０ リソグラフィ装置
１２ 照明ユニット
１４ 光源
１６ 光束
１８ 照明光学系
２０ 開口システム
２４ マスク
２６ パターニング装置パターン、マスクパターン、構造体
３２ 光軸
３４ 投影システム、投影レンズ
３８ 基板
４０ フォトレジスト層、表面
４４ 基板テーブル
８６ 明視野成分
８８ 暗視野成分

Claims (38)

1. 瞳面を有し且つ或る照明構成を提供するように構成した照明システムおよび或る開口数を有する投影システムを含むリソグラフィ装置でパターン像を基板上に転写する方法であって、
   パターニング装置パターンを暗視野成分を含む照明構成で照明する工程、および
   この照明したパターンの像をこの基板上に被覆したフォトレジスト層上に投影する工程を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法に於いて、前記投影工程が前記照明したパターンの像を、前記基板の表面と実質的に一致するまたはそれと実質的に平行な基準面から離間した複数の位置で投影する工程を含む方法。
3. 請求項２に記載の方法に於いて、前記基準面が予想した最良合焦面に相当しおよび前記複数の位置がほぼ前記基準面に中心を置く範囲を形成する方法。
4. 請求項２に記載の方法であって、更に、前記照明構成の形状に基づいて前記複数の位置を決める工程を含む方法。
5. 請求項２に記載の方法に於いて、前記基板を前記複数の位置の所定の分布に従って動かす方法。
6. 請求項２に記載の方法に於いて、前記投影工程が前記基準面を前記投影システムの光軸と実質的に垂直な平面に対して或る角度に配置するように前記基板を傾斜する工程および前記基板をこの平面と実質的に平行に動かす工程を含む方法。
7. 請求項１に記載の方法に於いて、前記照明構成が前記瞳面に前記開口数の半径の何分の一かの半径を有する軸上極を含み、前記何分の一かが０．４未満である方法。
8. 請求項７に記載の方法に於いて、前記暗視野成分が前記瞳面に前記開口数の半径の何分の一かの外側半径を有する環状照明構成を含み、前記何分の一かが１を超える方法。
9. 請求項７に記載の方法に於いて、前記暗視野成分が多極照明構成を含む方法。
10. 請求項１に記載の方法に於いて、位相シフトマスクを使って前記投影したマスクパターンを形成し、前記位相シフトマスクは、透過率が約６％と１００％の間の減衰位相シフトマスクである方法。
11. 請求項１０に記載の方法に於いて、前記フォトレジスト層がポジフォトレジスト層を含む方法。
12. 請求項１に記載の方法に於いて、前記瞳面で前記暗視野成分は、その内側半径が上記開口数の半径のσ内側明視野比である、軸外明視野成分を含む照明極の一部であり、そのσ内側明視野が１より小さい方法。
13. 請求項１に記載の方法に於いて、前記暗視野成分によって照明した前記マスクパターンによって発生した回折パターンのゼロ次回折ビームを前記投影システムによって捕捉しない方法。
14. リソグラフィ装置であって、
    瞳面を有しおよびパターニング装置パターンを暗視野成分を含む照明構成で照明するように構成した照明システム、
    基板を保持するように構成した基板テーブル、並びに
    この照明したパターンの像をこの基板上に投影するように構成した投影システムを含む装置。
15. 請求項１４に記載の装置に於いて、上記リソグラフィ装置が上記照明したパターンの像を、上記基板の表面と実質的に一致するまたはそれと実質的に平行な基準面から離間した複数の位置で投影するように構成してある装置。
16. 請求項１５に記載の装置に於いて、前記基準面が予想した最良合焦面に相当しおよび前記複数の位置がほぼ前記基準面に中心を置く範囲を形成する装置。
17. 請求項１４に記載の装置であって、更に、前記基板テーブルの運動を複数の位置での前記照明したパターンの像の投影と機能的に同期する制御装置を含む装置。
18. 請求項１７に記載の装置に於いて、前記制御装置が前上記基板を前記複数の位置の所定の分布に従って動かすように構成してある装置。
19. 請求項１４に記載の装置に於いて、前記照明構成が上記瞳面に前記開口数の半径の何分の一かの半径を有する軸上極を含み、前記何分の一かが０．４未満である装置。
20. 請求項１９に記載の装置に於いて、前記暗視野成分が前記瞳面に前記開口数の半径の何分の一かの外側半径を有する環状照明構成を含み、前記何分の一かが１を超える装置。
21. 請求項１９に記載の装置に於いて、前記暗視野成分が多極照明構成を含む装置。
22. 請求項１に記載の装置に於いて、位相シフトマスクを使って上記投影したパターニング装置パターンを形成し、前記位相シフトマスクは、透過率が約６％と１００％の間の減衰位相シフトマスクである装置。
23. 機械実行可能命令を有するコンピュータ製品で、前記命令は、リソグラフィ装置でパターン像を基板上に転写する方法を実施するために機械によって実行可能であり、このリソグラフィ装置は、瞳面を有し且つ或る照明構成を提供するように構成した照明システムおよび或る開口数を有する投影システムを含み、この方法は、
    パターニング装置パターンを暗視野成分を含む照明構成で照明する工程、および
    この照明したパターンの像をこの基板上に投影する工程を含む製品。
24. 請求項２３に記載のコンピュータ製品に於いて、前記投影工程が前記照明したパターンの像を、前記基板の表面と実質的に一致するまたはそれと実質的に平行な基準面から離間した複数の位置で投影する工程を含む製品。
25. マイクロリソグラフィ投影装置であって、
    光束を発生するための少なくとも一つの光源、開口数ＮＡ_０の照明光学系および開口システムを備える照明ユニット、
    少なくとも第１開口数ＮＡ_ＯＢ１を備える投影レンズ、
    この照明ユニットと投影レンズの間に配置したマスク、
    このマスク上の構造体を結像する基板を含み、
    この投影レンズの少なくとも一つの第１開口数ＮＡ_ＯＢ１がこの照明ユニットの開口数ＮＡ_０より小さい投影装置。
26. 請求項２５に記載のマイクロリソグラフィ投影装置に於いて、前記投影レンズが、更に、前記照明ユニットの開口数ＮＡ_０より大きい第２開口数ＮＡ_ＯＢ２を有する投影装置。
27. 請求項２５または請求項２６に記載のマイクロリソグラフィ投影装置に於いて、前記照明ユニットの開口数ＮＡ_０が前記投影レンズの第１開口数ＮＡ_ＯＢ１の直径値に比べて直径値で１．５倍ないし３倍である投影装置。
28. 請求項２５または請求項２６に記載のマイクロリソグラフィ投影装置に於いて、上記マスクを上記マイクロリソグラフィ投影装置の光軸に対して少なくとも二つの方向α_１およびα_２から照明でき、ｓｉｎα_１およびｓｉｎα_２がそれぞれこの光軸とそれぞれの照明方向の間の正弦であり、並びにｓｉｎα_１＞ＮＡ_０および／またはｓｉｎα_２＜ＮＡ_０である投影装置。
29. 少なくとも第１開口数ＮＡ_ＯＢ１を有する投影レンズを備えるマイクロリソグラフィ投影装置の照明ユニットであって、この照明ユニットのＮＡ_０がこの投影レンズの少なくとも一つの第１開口数ＮＡ_ＯＢ１より大きいユニット。
30. 請求項２５によるマイクロリソグラフィ投影装置の解像度を改善する方法に於いて、暗視野成分を有する照明設定を、上記マスクの構造体を基板上に結像するために上記マスクの照明中に上記照明した構造体に合わせる方法。
31. 請求項２６によるマイクロリソグラフィ投影装置の解像度を改善する方法に於いて、暗視野成分を有する照明設定を、上記マスクの構造体を基板上に結像するために上記マスクの照明中に上記照明した構造体に合わせる方法。
32. 請求項３０に記載の方法に於いて、明視野のｎ次と（ｎ＋１）次回折の干渉縞で、上記暗視野の（ｎ＋１）次と（ｎ＋２）次回折の干渉縞を重ね合せる方法。
33. 請求項３０に記載の方法に於いて、位相構造と通常構造を結像し、この位相構造を結像するために、暗視野成分を適用し、およびこの通常構造を結像するために、明視野成分を適用する方法。
34. 請求項２５または請求項２６に記載のマイクロリソグラフィ投影装置に於いて、暗視野および明視野成分を最適化するためのコンピュータプログラム。
35. 半導体構造体を感光基板上に結像するための方法であって、マスク、或る物体側開口数を備える投影レンズおよび或る照明設定をもたらす照明システムを使い、この結像が０次回折を含む複数次回折の干渉によって発生する第１像部を含み、更に、０次回折を含まない複数次回折の干渉によって発生する第２像部も含み、この第１および第２像部をこの結像中に重ね合せる方法。
36. 請求項３５に記載の方法に於いて、前記照明設定が第１および第２照明成分を含み、この第１照明成分は、前記投影レンズの前記物体側開口数より小さい角度の照明方向によって排他的に作られ、およびこの第２照明成分は、前記投影レンズの前記物体側開口数より大きい角度の照明方向によって排他的に作られる方法。
37. 請求項３５または請求項３６に記載された方法で使う照明設定を決めるための方法。
38. 感光基板上に半導体構造体を結像するための投影露光装置であって、マスク、或る物体側開口数を備える投影レンズおよび或る照明設定をもたらす照明システムを含み、０次回折を含む複数次回折の干渉によって発生する第１像部と、０次回折を含まない複数次回折の干渉によって発生する第２像部をこの感光基板上に重ね合せる装置。

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