JP2007043168A - リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リソグラフィ装置の投影系のＮＡ設定値を調節するための、特に、より広い範囲のＮＡ設定値及び／又は向上したＮＡの均一性を提供できる、改善された構成を提供すること。
【解決手段】リソグラフィ装置の投影系は、複数の瞳平面と、瞳平面それぞれの中に提供される少なくとも２つのアイリスとを有し、瞳平面のそれぞれは、個々のＮＡ範囲全体にわたってＮＡの高い均一性を提供するように最適化され、それにより、ＮＡ設定値の広い範囲にわたってＮＡの高い均一性を提供することができる。
【選択図】図２

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、所望のパターンを基板上に、通常は基板の対象部分上に適用する装置である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用することができる。この場合、マスク又はレチクルとも称されるパターン形成装置を使用して、ＩＣの個々の層上に形成すべき回路パターンを生成することができる。このパターンを、基板（例えば、シリコン・ウェハ）上の対象部分（例えば、１つ又は複数のダイの一部を含む）上に転写することができる。パターンは、通常、基板上に提供された放射線感応材料（レジスト）の層上に結像させることによって転写される。一般に、単一の基板は、次々にパターン形成された互いに隣接する対象部分のネットワークを有する。既知のリソグラフィ装置には、パターン全体を対象部分上に一度に露光することによって各対象部分が照射されるステッパと、放射線ビームによってパターンを所与の方向（「走査」方向）に走査するのと同期して、その方向と平行又は逆平行に基板を走査することによって各対象部分が照射されるスキャナとがある。また、パターンを基板上にインプリントすることによって、パターン形成装置から基板にパターンを転写することも可能である。

リソグラフィ装置は、非常に小さい臨界寸法（ＣＤ）で、即ち、リソグラフィ・シュリンクのばらつきが、トランジスタのゲート幅など、フィーチャの物理的特性の望ましくないばらつきをもたらすフィーチャ寸法で、デバイスを製造するのに使用され、必要な高分解能を得るために、例えば１よりも大きな高い開口数（ＮＡ）が必要であることが多い。しかし、ＮＡが高いほど焦点深度は浅くなるので、焦点深度の方が分解能又は線幅よりも重要である層の印刷を可能にするように、装置のＮＡ設定値を調節できることが望ましい。

投影系のＮＡは、複数の開口プレートを備えた回転式の構成（ｃａｒｏｕｓｅｌ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）、又は投影系の瞳平面の調節可能なアイリス絞りを提供することによって、調節することができる。しかし、回転式の構成はかさばり、限られた数のＮＡ設定値しか提供できないので、アイリスの方がより一般的に使用される。これは、中央開口の周りに配置され、その開口の直径を変更するために旋回可能な、例えば４枚、又は６枚以上のリーフからなる構成を含む。リーフの数は有限なので、開口は、１つのＮＡ設定値以外では、完全円ではなく必ず多角形（湾曲した辺を有する）になり、そのため他のＮＡ設定値では、投影系のＮＡはすべての方向で均一にはならない。従って、ＮＡの均一性は、比較的狭い範囲の開口直径、つまりＮＡ設定値についてのみ良好である。プレートの数を増加させることで良好なＮＡの均一性が得られる範囲が広がるが、アイリスの嵩高さと複雑さは増大する。アイリス絞りの一例は、米国特許第６，４４５，５１０号に記載されている。

リソグラフィ装置の投影系のＮＡ設定値を調節するための、特に、より広い範囲のＮＡ設定値及び／又は向上したＮＡの均一性を提供できる、改善された構成を提供することが望ましい。

本発明の一態様によれば、パターンの像を基板の対象部分上に投影するための、少なくとも２つの瞳平面を有する投影系を有するリソグラフィ装置であって、
瞳平面それぞれの中又はその近傍にそれぞれ設けられ、その開口を変化させるようにそれぞれ別々に制御可能な、少なくとも２つの開口調節装置を有するリソグラフィ装置が提供される。

本発明の一態様によれば、少なくとも２つの瞳平面を含む投影系を有するリソグラフィ装置を使用して、基板上にパターンを投影するデバイス製造方法であって、瞳平面それぞれの中又はその近傍に少なくとも２つの開口調節装置を設ける工程と、所望の開口数設定値を提供するように開口調節装置を設定する工程とを含むデバイス製造方法が提供される。

本発明の一態様によれば、
リソグラフィ装置であって、
第１及び第２の瞳平面を有する投影系と、
第１の瞳平面の中又はその近傍に設けられ、開口数設定値の第１の範囲に対応する開口直径の第１の範囲全体にわたってほぼ円形の開口を提供するように成形されたアイリス板を有する、第１の調節可能なアイリスと、
第２の瞳平面の中又はその近傍に設けられ、開口数設定値の第２の範囲に対応する開口直径の第２の範囲全体にわたってほぼ円形の開口を提供するように成形されたアイリス板を有する、第２の調節可能なアイリスとを有し、
開口数設定値の第１の範囲が開口数設定値の第２の範囲と異なるリソグラフィ装置が提供される。

本発明の実施例を、添付の概略図面を参照して単に例示の目的で説明する。図面において、対応する符号は対応する部分を示す。

図１は、本発明の一実施例に使用されるリソグラフィ装置を概略的に示す。この装置は、放射線ビームＢ（例えば、紫外線又は遠紫外線）を調節するように構成された照射系（照射部）ＩＬと、パターン形成装置（例えば、マスク）ＭＡを支持するように作成されており、特定のパラメータに従ってパターン形成装置を正確に位置決めするように構成された第１の位置決め装置ＰＭに連結された支持体（例えば、マスク・テーブル）ＭＴと、基板（例えば、レジスト塗布ウェハ）Ｗを保持するように作成されており、特定のパラメータに従って基板を正確に位置決めするように構成された第２の位置決め装置ＰＷに連結された基板テーブル（例えば、ウェハ・テーブル）ＷＴと、パターン形成装置ＭＡによって放射線ビームＢに付与されたパターンを、基板Ｗの対象部分Ｃ（例えば、１以上のダイを含む）上に投影するように構成された投影系（例えば、反射投影レンズ系）ＰＳとを含む。

照射系は、屈折型、反射型、磁気型、電磁気型、静電型、又は他のタイプの光学部品、或いはそれらの任意の組合せなど、放射線を方向付け、成形し、制御するための、様々なタイプの光学部品を含んでもよい。

支持体は、例えば重量を支えるなどして、パターン形成装置を支持する。支持体は、パターン形成装置の向き、リソグラフィ装置の設計、並びに例えばパターン形成装置が真空環境内に保持されているか否かなどの他の条件に応じた形で、パターン形成装置を保持する。支持体は、機械式、真空式、静電式、又は他の把持技術を用いて、パターン形成装置を保持することができる。支持体は、例えば、必要に応じて固定又は可動にすることができる、フレーム又はテーブルでよい。支持体によって、確実にパターン形成装置を、例えば投影系に対して所望の位置に置くことができる。本明細書において用語「レチクル」又は「マスク」を使用する場合、より一般的な用語「パターン形成装置」と同義と見なすことができる。

本明細書で使用される用語「パターン形成装置」は、基板の対象部分にパターンを作成できるように、放射線ビームの断面にパターンを付与するのに使用できるあらゆる装置を指すものと広義に解釈すべきである。放射線ビームに付与されるパターンは、例えばパターンが位相シフト・フィーチャ又はいわゆるアシスト・フィーチャを含む場合、基板の対象部分における所望のパターンに正確に対応しなくてもよいことに留意されたい。一般に、放射線ビームに付与されるパターンは、集積回路など、対象部分に作成されるデバイスの特定の機能層に対応するものとなる。

パターン形成装置は、透過型でも反射型でもよい。パターン形成装置の例としては、マスク、プログラム可能なミラー・アレイ、及びプログラム可能なＬＣＤパネルが挙げられる。マスクはリソグラフィにおいてよく知られており、バイナリ、交互位相シフト、及び減衰位相シフトなどのマスク・タイプ、並びに様々な混合マスク・タイプが挙げられる。プログラム可能なミラー・アレイの一例は、入ってくる放射線ビームを様々な方向に反射できるようにそれぞれが個々に傾斜した、小さなミラーのマトリックス配列を用いるものである。傾斜ミラーは、ミラー・マトリックスによって反射された放射線ビームにパターンを付与する。

本明細書で使用される用語「投影系」は、使用される照射放射線、又は浸液の使用や真空の使用など他のファクタに適した、屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁気型、及び静電型の光学系、或いはそれらの任意の組合せを含む、あらゆるタイプの投影系を包含するものと広義に解釈すべきである。本明細書において用語「投影レンズ」を使用する場合、より一般的な用語「投影系」と同義と見なすことができる。

ここに示すように、リソグラフィ装置は透過型（例えば、透過マスクを用いる）である。或いは、リソグラフィ装置は反射型（例えば、上述したようなタイプのプログラマブルなミラー・アレイを用いる、又は反射マスクを用いる）でもよい。

リソグラフィ装置は、２つの基板テーブル（デュアル・ステージ）又はそれよりも多い基板テーブル（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でよい。このような「複数ステージ」装置では、追加のテーブルを並行して使用してもよく、或いは準備工程を１つ又は複数のテーブル上で行うと同時に、他の１つ又は複数のテーブルを露光に使用してもよい。

リソグラフィ装置はまた、投影系と基板の間の空間を埋めることができるように、基板の少なくとも一部分を水など比較的反射率の高い液体で覆うことができるようなタイプのものであってもよい。また、リソグラフィ装置の他の空間、例えばマスクと投影系の間に浸液を使用してもよい。投影系の開口数を増加させるための浸漬技術は、当技術分野でよく知られている。本明細書で使用される用語「浸漬」は、基板などの構造を液体に沈めなければならないことを意味するものではなく、単に、露光中に液体が例えば投影系と基板の間に置かれることを意味する。

図１を参照すると、照射部ＩＬは、放射線源ＳＯからの放射線を受け取る。例えば放射線源がエキシマ・レーザの場合、放射線源とリソグラフィ装置は別々の実体であってよい。このような場合、放射線源はリソグラフィ装置の一部を形成するものと見なされず、放射線は、例えば適当な方向付けミラー及び／又はビーム拡大器を含むビーム送達系ＢＤを介して、放射線源ＳＯから照射部ＩＬまで移動する。他の例では、例えば放射線源が水銀ランプの場合、放射線源はリソグラフィ装置の一体部分であってもよい。放射線源ＳＯ及び照射部ＩＬは、必要に応じてビーム送達系ＢＤと併せて、照射系と称することができる。

照射部ＩＬは、放射線ビームの角強度分布を調節するための調節部ＡＤを含んでもよい。通常は、照射部の瞳平面における強度分布の、少なくとも径方向外側範囲及び／又は径方向内側範囲（一般に、σ外側及びσ内側とそれぞれ称する）を調節することができる。それに加えて、照射部ＩＬは、積算器ＩＮや集光器ＣＯなど、他の様々な構成要素を含んでもよい。照射部は、断面において所望の均一性及び強度分布を有するように、放射線ビームを調節するのに使用されてもよい。

放射線ビームＢは、支持体（例えば、マスク・テーブルＭＴ）上に保持されたパターン形成装置（例えば、マスクＭＡ）に入射し、パターン形成装置によってパターン形成される。マスクＭＡを横断した放射線ビームＢは投影系ＰＳを通過し、投影系ＰＳがビームを基板Ｗの対象部分Ｃ上に集束させる。例えば放射線ビームＢの経路内に様々な対象部分Ｃを配置できるように、第２の位置決め装置ＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉装置、リニア・エンコーダ、又は容量センサ）を用いて、基板テーブルＷＴを正確に移動することができる。同様に、第１の位置決め装置ＰＭ及び別の位置センサ（図１には明示せず）を使用して、マスクＭＡを、例えばマスク・ライブラリから機械的に取得した後、又は走査中に、放射線ビームＢの経路に対して正確に配置することができる。一般に、マスク・テーブルＭＴの移動は、第１の位置決め装置ＰＭの一部をなす、長行程モジュール（大まかな位置決め）及び短行程モジュール（微細な位置決め）を用いて実現してもよい。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２の位置決め装置ＰＷの一部をなす、長行程モジュール及び短行程モジュールを使用して実現してもよい。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、マスク・テーブルＭＴは、短行程アクチュエータのみに連結されていても、固定されていてもよい。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスク位置合わせマークＭ１、Ｍ２及び基板位置合わせマークＰ１、Ｐ２を用いて位置合わせしてよい。図に示す基板位置合わせマークは、マーク専用の対象部分を占めているが、対象部分の間の隙間に置いてもよい（スクライブレーン位置合わせマークとして知られている）。同様に、複数のダイがマスクＭＡ上に設けられる場合、マスク位置合わせマークはダイの間に置いてもよい。

図に示す装置は、次のモードの少なくとも１つで使用することができる。

１．ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴが、基本的に固定した状態で維持されるとともに、放射線ビームに付与されるパターン全体が、一度に対象部分Ｃ上に投影される（即ち、単一静的露光）。基板テーブルＷＴは、次に、異なる対象部分Ｃを露光することができるように、Ｘ方向及び／又はＹ方向にシフトされる。ステップ・モードでは、露光領域の最大寸法が単一静的露光で撮像される対象部分Ｃの寸法を限定する。

２．走査モードでは、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴが同期して走査されるとともに、放射線ビームに付与されるパターンが、対象部分Ｃ上に投影される（即ち、単一動的露光）。マスク・テーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影系ＰＳの拡大（縮小）特性並びに像反転特性によって決まり得る。走査モードでは、露光領域の最大寸法が単一動的露光における対象部分の（非走査方向での）幅を限定し、走査動作の長さが対象部分の（走査方向での）高さを決定する。

３．別のモードでは、マスク・テーブルＭＴは基本的に静止しており、プログラム可能なパターン形成装置を保持し、基板テーブルＷＴが移動又は走査され、それとともに放射線ビームに付与されるパターンが対象部分Ｃ上に投影される。このモードでは、通常、パルス放射線源が用いられ、プログラム可能なパターン形成装置は、基板テーブルＷＴが移動するたびに、又は走査中の連続する放射線パルスの間で、所望のように更新される。この動作モードは、上述したようなタイプのプログラム可能なミラー・アレイなど、プログラム可能なパターン形成装置を用いるマスクレス・リソグラフィに、容易に適用することができる。

上述した使用モード又は全く異なる使用モードの組合せ及び／又は変形を用いることもできる。

本発明の一実施例では、投影系ＰＳは、例えば系の物体平面に配置されたマスクＭＡの、マスク・パターンの一部の縮小像（例えば、縮小率＝１／４又は１／５）を、像平面に配置された基板Ｗの対象部分上に投影するように構成された一連のレンズを含む。これを図２に概略的に示す。投影系は、少なくとも２つ、例えば３つの、瞳平面ＰＰ１、ＰＰ２、即ち物体平面及び／又は像平面のフーリエ複素共役である平面を有する。よく知られているように、瞳平面の開口の寸法が複数の瞳平面を有する系の開口数（ＮＡ）を規定し、最小のＮＡを規定する開口が系の全体のＮＡを規定する。系のレンズの倍率が１に等しくないときは、それらの瞳平面が同じスケールでないことがあり、従って寸法が最小の開口が最小のＮＡを規定しない場合もあることに留意されたい。

本実施例では、アイリス絞り１０、２０は、瞳平面ＰＰ１、ＰＰ２にそれぞれ配置される。投影系は、例えば１．２の最大ＮＡ値ＮＡｍａｘを有するように設計される。アイリス絞り１０、２０は、閉じられて直径がより小さくなったときに、この値を減少させることができる。例えば、アイリス１０は、ＮＡを０．６５まで絞るようにサイズが決められ、そのリーフは、約０．６５〜約０．９の第１のＮＡ範囲ＮＡＲ１内にあるほぼ円形の開口を提供できるように、曲げられる。同様に、アイリス絞り２０は、０．９よりも少し下まで絞るようにサイズが決められ、そのリーフは、約０．９〜約１．２の第２のＮＡ範囲ＮＡＲ２内にあるほぼ円形の開口を提供できるように、曲げられる。どちらのアイリスがより低いＮＡ値まで絞られても、それが投影系ＰＳの全体的なＮＡ値を規定するので、図３に示すように、本実施例は、２つのアイリスの組み合わされた範囲全体にわたって均一なＮＡ設定値を提供することができる。

ＮＡ範囲ＮＡＲ１、ＮＡＲ２が重複する場合、重複領域ＯＲにおけるＮＡ値を設定するのにどちらのアイリスを使用してもよい。この領域は、両方のアイリスの最適範囲の端にあるので、どちらのアイリスによって設定される開口も、完璧な円形ではなくなる。２つのアイリスが光学軸線Ｚの周りで互いに対して回転方向にずれるように配置することにより、各アイリスを所望の設定値よりもわずかに大きなＮＡ設定値に設定して、より均一なＮＡ設定値を達成することができる。図４から分かるように、実線で示す組み合わされた開口は、破線及び点線でそれぞれ示すアイリス１０、２０によって提供される開口よりもわずかに小さく、またそれらよりも円形状である。

３以上の瞳平面を有する投影系では、３個以上のアイリスを使用して、それぞれがより小さな範囲だけカバーすればよいようにし、従ってその範囲のみにわたってより均一な開口を提供するように構成することができる。しかし、場合によっては、例えばレンズ要素間に十分な隙間がないため、必ずしも投影系のすべての瞳平面がアイリスを提供するのに適しているわけではない。

本明細書では、ＩＣの製造においてリソグラフィ装置を使用することに特に言及しているが、本明細書に記載のリソグラフィ装置は、集積光学系の製造や、磁気ドメイン・メモリ、フラットパネル・ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどのためのパターンの誘導及び検出など、他の応用例にも使用できることに留意されたい。そのような代替応用例の文脈では、本明細書において用語「ウェハ」又は「ダイ」を使用する場合、それぞれより広義な用語「基板」又は「対象部分」と同義であると見なせることが理解されよう。本明細書で言及される基板は、露光の前又は後に、例えばトラック（通常、レジストの層を基板に適用し、露光したレジストを現像するツール）、計測ツール、及び／又は検査ツールで処理されてもよい。適用できる場合、本明細書の開示は、これら及び他の基板処理ツールに適用することができる。更に、例えば多層ＩＣを作成するために、基板は２回以上処理することができ、従って本明細書で使用される基板という用語は、複数の処理済の層を既に含んでいる基板を指すこともできる。

上記では、本発明の実施例を光学リソグラフィの文脈で使用することに特に言及しているが、本発明は、インプリント・リソグラフィなど他の応用例で使用してもよく、また文脈上許されるなら、光学リソグラフィに限定されないことが理解されよう。インプリント・リソグラフィでは、パターン形成装置のトポグラフィが、基板上に作成されるパターンを規定する。パターン形成装置の形状は、基板に供給されるレジストの層に型押しされてもよく、レジストは、電磁放射線、熱、圧力、又はそれらの組合せを適用することによって硬化される。レジストが硬化した後、パターン形成装置はレジストから外されて、その中にパターンを残す。

本明細書で使用される用語「放射線」及び「ビーム」は、紫外線（ＵＶ）（例えば、約３６５、３５５、２４８、１９３、１５７、又は１２６ｎｍの波長を有するもの）、及び極紫外線（ＥＵＶ）（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有するもの）、並びにイオン・ビームや電子ビームなどの粒子ビームを含む、すべてのタイプの電磁放射線を包含する。

用語「レンズ」は、文脈上許されるなら、屈折型、反射型、磁気型、電磁気型、及び静電型の光学部品を含む、様々なタイプの光学部品のいずれか１つ又は組合せを指してもよい。

本発明の特定の実施例を上記に記載してきたが、本発明を記載以外の方法で実施してもよいことが理解されよう。例えば、本発明は、上述したような方法を記述する機械読取り可能な命令の１つ以上のシーケンスを含むコンピュータ・プログラム、又はそのようなコンピュータ・プログラムが格納されたデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気ディスク、又は光学ディスク）の形態であってもよい。

上記の記載は、例示的なものであって限定的なものではない。従って、特許請求の範囲から逸脱することなく、記載された発明に変更を加えてもよいことが、当業者には明らかであろう。

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。 図１の装置の投影系を示す図である。 重複するＮＡ範囲を示す図である。 重複する多角形の開口を示す図である。

Claims (12)

1. パターンの像を基板の対象部分上に投影するための、少なくとも２つの瞳平面を有する投影系を備えるリソグラフィ装置であって、
   前記瞳平面それぞれの中又はその近傍にそれぞれ設けられ、その開口を変化させるようにそれぞれ別々に制御可能な、少なくとも２つの開口調節装置を有する、リソグラフィ装置。
2. 前記開口調節装置の少なくとも１つがアイリスを有する、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
3. 前記開口調節装置の少なくとも２つがアイリスを有する、請求項２に記載のリソグラフィ装置。
4. 前記アイリスが、前記投影系の光学軸線に対して回転方向に互いにずれている、請求項３に記載のリソグラフィ装置。
5. 前記開口調節装置によって提供される開口数設定値の組合せ範囲が０．７以下から１．１以上である、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
6. 第１の前記開口調節装置が０．７以下から約０．９の範囲の開口数設定値を提供することができ、第２の前記開口調節装置が約０．９から１．１以上の範囲の開口数設定値を提供することができる、請求項５に記載のリソグラフィ装置。
7. 前記開口調節装置によって提供される開口数設定値の組合せ範囲が０．６５以下から１．２以上である、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
8. 第１の前記開口調節装置が０．６５以下から約０．９の範囲の開口数設定値を提供することができ、第２の前記開口調節装置が約０．９から１．２以上の範囲の開口数設定値を提供することができる、請求項７に記載のリソグラフィ装置。
9. 第１の前記開口調節装置が開口数の値の第１の範囲全体にわたって均一に、比較的高い開口数の開口を提供するように構成され、第２の前記開口調節装置が開口数の値の第２の範囲全体にわたって均一に、比較的高い開口数の開口を提供するように構成され、前記第１の範囲と前記第２の範囲が異なっている、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
10. 前記第１及び第２の範囲が重複している、請求項９に記載のリソグラフィ装置。
11. 少なくとも２つの瞳平面を含む投影系を有するリソグラフィ装置を使用して、基板上にパターンを投影するデバイス製造方法であって、
    前記瞳平面のそれぞれの中又はその近傍に少なくとも２つの開口調節装置を提供する工程と、
    所望の開口数設定値を提供するように前記開口調節装置を設定する工程とを含む方法。
12. リソグラフィ装置であって、
    第１及び第２の瞳平面を有する投影系と、
    前記第１の瞳平面の中又はその近傍に設けられ、開口数設定値の第１の範囲に対応する開口直径の第１の範囲全体にわたってほぼ円形の開口を提供するように成形されたアイリス板を有する、第１の調節可能なアイリスと、
    前記第２の瞳平面の中又はその近傍に設けられ、開口数設定値の第２の範囲に対応する開口直径の第２の範囲全体にわたってほぼ円形の開口を提供するように成形されたアイリス板を有する、第２の調節可能なアイリスとを有し、
    開口数設定値の前記第１の範囲が開口数設定値の前記第２の範囲と異なっている、リソグラフィ装置。

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