JP2010501113A - マイクロリソグラフィ投影露光装置及びマイクロリソグラフィ露光方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、マイクロリソグラフィ投影露光装置、及びマイクロリソグラフィ露光方法に関する。本発明によるマイクロリソグラフィ投影露光装置は、パルス光を生成するためのパルス光源（１１０、２１０）、照明装置（１３０、２３０）、及び投影対物レンズを含み、照明装置（１３０、２３０）は投影対物レンズの物体平面を照らし、物体平面は投影対物レンズにより該投影対物レンズの像平面に像形成され、パルス光源（１１０、２１０）と照明装置（１３０、２３０）との間に配置された少なくとも１つの光弾性変調器が設けられる。

Description

本発明は、マイクロリソグラフィ投影露光装置、及びマイクロリソグラフィ露光方法に関する。

マイクロリソグラフィ投影露光装置は、例えば、集積回路又はＬＣＤのような微細構造部品の製造のために用いられる。こうした投影露光装置は、照明装置と、投影対物レンズとを有する。マイクロリソグラフィ・プロセスにおいては、マスク構造体を基板の感光性コーティングに転写するために、照明装置を用いて照らされたマスク（＝レチクル）の像が、投影対物レンズを用いて、感光層（フォトレジスト）で被覆され、かつ、投影対物レンズの像面内に配置された基板（例えば、シリコンウェハ）の上に投影される。

照明装置において、幾つかの用途では、可能な限り非偏光が生成されることが望ましく、その目的のために、レーザ光源から出てくる直線偏光を偏光解消する（ｄｅｐｏｌａｒｉｚｅ）必要がある。

この目的のために、独国特許出願公開第ＤＥ１９９ ２１ ７９５Ａ１号は、非偏光の放射を生成するために、投影露光装置の照明ビーム路内に、ラムダ／２板（ｌａｍｂｄａ／２ ｐｌａｔｅ）の形態の回転偏光変換素子を配置することを開示し、光源として用いられるレーザの個々のパルスは、ラムダ／２板がパルスごとに４５°だけ回転し続け、よって、パルスは、ラムダ／２板の下流で、それらの偏光効果に関して対をなして互いに打ち消し合うような方法でラムダ／２板の回転運動と同期される。

米国特許出願公開第２００４／０２６２５００ Ａ１号は、例えばマイクロリソグラフィ投影露光装置のパルス放射源（例えば、エキシマ・レーザ）によって生成されるビーム・ペンシルの像分解偏光分析のための方法及び装置を開示し、ここで、異なる振動周波数で励起される２つの光弾性変調器（ＰＥＭ）と、例えば偏光ビーム・スプリッタの形態の偏光素子とがビーム路内に配置され、放射源が、第１及び／又は第２のＰＥＭの振動状態に依存する方法で放射パルスを放出するように駆動され、偏光素子から来る放射光が、検出器によって像分解方式で検出される。

上記の光弾性変調器（ＰＥＭ）は、音響振動を生じさせるためのＰＥＭの励起が、周期的に変化する機械的応力を導き、よって、時間的に変化するリターデイションを導くような方法で、応力複屈折（ｓｔｒｅｓｓ ｂｒｉｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）を示す材料から製造された光学部品である。「リターデイション」とは、２つの直交する（互いに垂直な）偏光状態の光路差を表す。このタイプの光弾性変調器（ＰＥＭ）は、従来技術、例えば、米国特許第５，８８６，８１０ Ａ１号又は米国特許第５，７４４，７２１ Ａ１号においてよく知られており、例えば、米国オレゴン州Ｈｉｌｌｓｂｏｒｏ所在のＨｉｎｄｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．社によって、可視光からＶＵＶ範囲（約１３０ｎｍ）までの波長での使用のために製造及び販売されている。

本発明の目的は、可動の、特に回転光学部品の必要なしに、偏光状態のパルス分解変調を達成することができる、マイクロリソグラフィ投影露光装置及びマイクロリソグラフィ露光方法を提供することである。

本発明によるマイクロリソグラフィ投影露光装置は、
・パルス光を生成するためのパルス光源と、
・照明装置と、
・投影対物レンズと、
を含み、照明装置は投影対物レンズの物体平面（ｏｂｊｅｃｔ ｐｌａｎｅ）を照らし、物体平面は、投影対物レンズによって該投影対物レンズの像平面内に像形成され、
・パルス光源と照明装置との間に配置された少なくとも１つの光弾性変調器が設けられている。

光弾性変調器は、それ自体が周知の方法の適切な（例えば、音響）励起によって、時間的に変化するリターデイションを受けることができ、リターデイションは次に、パルス光の個々の（例えば連続した）パルスが、いずれの場合にも所定のリターデイションを、よって、偏光状態の所定の変化を受けるように、パルス光と時間的に関連付けることができ、その場合、この変化は、個々のパルスについて異なるものとすることもできる。この場合、偏光状態のこのパルス分解変化を生成するために、可動（特に回転する）光学部品は、本発明の光弾性変調器に従った使用によって回避され、これにより、特に、例えば生じる遠心力のためにこうした部品において誘起された応力複屈折と、応力複屈折に付随する偏光分布の望ましくない影響とが回避される。

一実施形態によると、一例として、結果として照明装置内に非偏光を生成するために、発生させるために、パルス光の２つの連続したパルスが光弾性変調器から出てきた後でそれらの偏光効果に関して互いに打ち消し合うように、或いは、光弾性変調器から出てきたときにそれらの偏光方向に関して互いに対して直交配向されるように、上述の時間的相関をもたらすことができる。

一実施形態によると、偏光に影響を与える（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ）光学素子が、照明装置内にさらに配置される。

本出願の文脈において、偏光に影響を与える光学素子は、原則として、光の好ましい偏光方向を回転させること、特定の偏光状態の光成分をフィルタにかけて除去すること、又は第１の偏光状態を第２の偏光状態に変換することのいずれかによって、その素子上に当たる光の入力偏光状態を異なる偏光状態に変換する特性を有する如何なる素子をも意味するように理解すべきである。さらに、偏光状態は、原則として、偏光状態の光成分の透過においても、反射又は吸収においても変化させることができる。

一実施形態によると、偏光に影響を与える光学素子は４つの偏光素子を有し、これらは、照明装置の光軸を中心として周方向に互いに対して９０°だけオフセットして配置され、互いに対向して配置された２つの偏光子素子は、第１の偏光方向の光を透過させ、残りの２つの偏光素子は、それに対して垂直な第２の偏光方向の光を透過させる。

上記の方法に従って実行される偏光方向のパルス分解変化と組み合わせて、こうした偏光に影響を与える光学素子によって、垂直方向に偏光された水平照明設定と水平方向に偏光された垂直照明設定との間で変化させることができ、その結果、可動部品なしに、迅速な遷移で、垂直構造のために最適化された照明設定と水平構造のために最適化された照明設定との間で切り換えることができる。

偏光に影響を与える光学素子は、照明装置の瞳面内に配置されることが好ましい。

一実施形態によると、偏光に影響を与える光学素子は、偏光フィルタである。

更に別の態様によると、本発明はまた、パルス光源によって生成されたパルス光が、投影露光装置の照明装置に供給され、パルス光のパルスは、照明装置に入る前にその偏光状態の所定の変更を受け、この偏光状態の変更は、パルス光のビーム路内に配置された少なくとも１つの光弾性変調器を用いて行なわれる、マイクロリソグラフィ露光方法に関する。

更に別の態様によると、本発明はまた、投影露光装置を通過する光の偏光状態の所定のパルス分解変化のための、マイクロリソグラフィ投影露光装置における光弾性変調器の使用に関する。

本発明のさらなる構成は、説明及び従属請求項からも推測することができる。

添付の図面において示される例示的な実施形態に基づいて、本発明を以下により詳細に説明する。
本発明による装置を説明し、第１の実施形態に従ったマイクロリソグラフィ投影露光装置における偏光分布に影響を与えるために、図１は、最初に、偏光を生成するパルス光源１１０を示す。パルス光源１１０は、典型的には、例えば、１９３ｎｍの動作波長を有するＡｒＦレーザのような、エキシマ・レーザである。光弾性変調器（ＰＥＭ）１２０が、図１の矢印の方向に走る光伝播方向にパルス光源１１０の下流に配置され、マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明装置１３０が、光伝播方向にその下流に配置される。

ＰＥＭ１２０は、それ自体が周知の方法で励起ユニット１４０によって音響振動を生じさせるように励起され、その結果、変調周波数と共に時間的に変化するリターデイションがＰＥＭ１２０内に生じ、変調周波数は、ＰＥＭの機械的寸法に依存し、典型的には、数１０ｋＨｚの範囲内である。図１においては、圧力方向又は振動方向は、パルス光源１１０によって放出され、かつ、ＰＥＭ１２０上に当たるレーザ光の偏光方向に対して４０°の角度で配置されると考えられる。励起ユニット１４０によるＰＥＭ１２０の励起は、適切なトリガ電子装置によるパルス光源１１０からの放出と相関される。

次に、パルス光源１１０は、ＰＥＭ１２０におけるリターデイションが正確にゼロになる時点で第１のパルスを生成する。第２のパルスは、ＰＥＭ１２０におけるリターデイションが動作波長の半分、すなわちλ／２になる時点でパルス光源１１０によって生成される。したがって、ＰＥＭ１２０は、ラムダ／２板として第２パルスに作用し、そのため、ＰＥＭ１２０から出てくるときの第２の光パルスの偏光方向は、ＰＥＭ１２０に入るときの偏光方向に対して９０°回転される。ＰＥＭ１２０は数１０ｋＨｚの周波数で作動され、したがって、ＰＥＭ１２０の励起振動の持続時間は、パルス光源１１０のパルス持続時間（約１０ナノ秒）に比べて長く、パルス持続時間中、準静的リターデイションは、ＰＥＭ１２０におけるパルス光源１１０からの光に作用する。

前述した２つのパルスは、ＰＥＭ１２０から出てきたときにそれらの偏光方向に関して互いに対して直交配向されるので、これらの２つのパルスは、ＰＥＭ１２０から出てきた後、又は照明装置１３０に入ったとき、それらの偏光効果に関して対をなして互いに打ち消し合う。したがって、照明装置における重ね合わせの結果として、非偏光が生成される。

更に別の実施形態によると、ＰＥＭにおけるリターデイションが動作波長の４分の１に、すなわちλ／４（次に、左円偏光をもたらす）になる時点で第１のパルスがＰＥＭ１２０を通過し、ＰＥＭ１２０におけるリターデイションが異符号の同一の大きさになる、すなわち−λ／４（次に、右円偏光をもたらす）になる時点で（又はその逆も同様）、パルス光源１１０によって第２のパルスが生成されるような方法で、励起ユニット１４０によるＰＥＭ１２０の励起が、パルス光源１１０からの放出と相関される。したがって、そうした様々な対の光パルスの重ね合わせにより、ＰＥＭ１２０から出てきたとき又は照明装置１３０に入るとき、同様に非偏光が生成される。

図２は、図１と比較して本質的に機能的に同一の部分が、１００だけ増加した参照番号で示されている、本発明の更に別の実施形態を示す。図２によると、偏光に影響を与える光学素子２３２が、照明装置２３０の瞳面（ｐｕｐｉｌ ｐｌａｎｅ）内に配置され、光学素子の構成が、図３を参照してより詳細に説明される。

偏光に影響を与える光学素子２３２は、いずれの場合にも光不透過性キャリア２３７内に９０°だけオフセットして配置された４つの偏光素子（ｐｏｌａｒｉｚｅｒ ｅｌｅｍｅｎｔ）２３３−２３６を含む構成を有する。こうした偏光に影響を与える光学素子は、例えば、米国特許出願公開第ＵＳ２００５／０１４０９５８ Ａ１号に記載されている。個々の偏光素子２３３−２３６の偏光方向又は伝送方向は、図３の矢先が２つの矢印Ｐ１−Ｐ４に基づいて示される。偏光素子２３３−２３６自体は、周知の方法（上述の米国特許出願公開第ＵＳ２００５／０１４０９５８ Ａ１号に示された）で対をなして互いに接合された偏光選択性ビーム・スプリッタ層から構成することができる。

図１を参照して既に説明した方法によって図４ａ及び図４ｂに概略的に示されるように、次に、パルス光源２１０から出てくる光の偏光方向は、偏光方向がパルス分解方式でｘ方向（図４ａ）とｙ方向（図４ｂ）の間で変化するように、照明装置２３０に入る前に変更される。最初に述べた場合、すなわち図４ａに従うｘ方向の偏光方向が設定されたとき、偏光に影響を与える光学素子２３２の影響によって、この方法で偏光された光は、偏光素子２３４及び２３６のみによって伝えられるが、偏光素子２３３及び２３５によってブロックされる。

結果として、図２−図４を参照して述べられる実施形態においては、垂直方向（ｙ方向）に偏光された水平照明設定は、水平方向に偏光された垂直照明設定と共に、パルス分解方式で変化する。このように、可動部品なしに、迅速な遷移で、垂直構造のために最適化された照明設定と水平構造のために最適化された照明設定との間で切り換えることが可能である。

さらに、照明装置２３０において用いられ、図２に概略的に示される回折光学素子（ＤＯＥ）２３１は、瞳面内の４つの部分的素子２３３−２３６だけが照らされる（いわゆる四極子ＤＯＥ）ように示されることが好ましい。

本発明は、特定の実施形態に基づいて説明されたが、当業者であれば、例えば、個々の実施形態の特徴を組み合わせること及び／又は交換することによって、多くの変形及び代替的な実施形態を導き出すことができる。したがって、こうした変形及び代替的な実施形態もまた本発明に含まれること、及び本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の及びその均等物の意味の範囲内にのみ制限されることは、当業者には言うまでもないことである。

本発明の第１の実施形態によるマイクロリソグラフィ投影露光装置の部分の概略図である。 本発明の第２の実施形態によるマイクロリソグラフィ投影露光装置の部分の概略図である。 図２の投影露光装置において用いられる偏光に影響を与える光学素子を概略的に示す平面図である。 異なる偏光方向の光が照射されたときの図３からの素子の影響を説明するための概略図である。 異なる偏光方向の光が照射されたときの図３からの素子の影響を説明するための概略図である。

Claims (13)

1. パルス光を生成するためのパルス光源（１１０、２１０）と、
   照明装置（１３０、２３０）と、
   投影対物レンズと、
   を備え、前記照明装置（１３０、２３０）は前記投影対物レンズの物体平面を照らし、前記物体平面は、前記投影対物レンズにより該投影対物レンズの像平面内に像形成され、
   前記パルス光源（１１０、２１０）と前記照明装置（１３０、２３０）との間に配置された少なくとも１つの光弾性変調器（１２０、２２０）が設けられたことを特徴とするマイクロリソグラフィ投影露光装置。
2. 時間的に変化するリターデイションを用いて前記光弾性変調器（１２０、２２０）を励起するための励起ユニット（１４０、２４０）を備え、前記時間的に変化するリターデイションは、前記パルス光と時間的に相関されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
3. 前記パルス光の個々のパルスは、前記光弾性変調器（１２０、２２０）から出てきた後、所定の偏光状態を有することを特徴とする請求項２に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
4. 前記光弾性変調器（１２０、２２０）から出てきた後、前記パルス光の個々のパルスの前記偏光状態は、互いに異なることを特徴とする請求項３に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
5. 前記光弾性変調器（１２０、２２０）から出てきた後、前記パルス光の少なくとも２つの連続したパルスが、それらの偏光効果に関して互いに打ち消し合うことを特徴とする請求項４に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
6. 偏光に影響を与える光学素子（２３２）が、前記照明装置内にさらに配置されることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
7. 前記偏光に影響を与える光学素子（２３２）は、前記照明装置の光軸を中心として周方向に互いに対して９０°だけオフセットして配置された４つの偏光素子（２３３−２３６）を有し、互いに反対側にある２つの偏光素子（２３３、２３５）が、第１の偏光方向の光を透過させ、残りの２つの偏光素子（２３４、２３６）は、それらに対して垂直な第２の偏光方向の光を透過させることを特徴とする請求項６に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
8. 前記偏光に影響を与える光学素子（２３２）は、偏光フィルタであることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
9. 前記偏光に影響を与える光学素子（２３２）は、前記照明装置の瞳面内に配置されることを特徴とする、請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
10. 前記照明装置において、回折光学素子（２３１）が、前記偏光に影響を与える光学素子（２３２）の上流に光伝播方向にさらに配置され、前記素子は、前記瞳面内の前記偏光素子（２３３−２３６）だけが本質的に照らされるように形成されることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
11. 前記パルス光は、２５０ｎｍ未満の波長、特に２００ｎｍ未満の波長、より特定的には１６０ｎｍ未満の波長を有することを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
12. パルス光源（１１０、２１０）によって生成されたパルス光が、投影露光装置の照明装置（１３０，２３０）に与えられ、前記パルス光のパルスは、前記照明装置（１３０、２３０）に入る前にそれらの偏光状態の所定の変化を受ける、マイクロリソグラフィ露光方法において、前記偏光状態の変化は、前記パルス光のビーム路内に配置された少なくとも１つの光弾性変調器（１２０、２２０）を用いてもたらされることを特徴とするマイクロリソグラフィ露光方法。
13. 前記投影露光装置を通る光の前記偏光状態の前記所定のパルス分解変化のための、マイクロリソグラフィ投影露光装置における光弾性変調器（１２０、２２０）の使用。

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