JP2013543658A - Ｅｕｖマイクロリソグラフィのための投影露光装置及びマイクロリソグラフィ露光の方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、パターンを照明するための照明系（１）と、パターンを感光基板（５）上に結像するための投影対物系（２）とを含むＥＵＶマイクロリソグラフィのための投影露光装置に関する。投影対物系（２）は、掩蔽を備えた瞳平面（３０）を有する。照明系（１）は、角度分布を有する光を生成する。角度分布は、極角度の範囲及び方位角の範囲にわたって拡がり、その内部で光強度が照明極最低値よりも高い照明極（３５、３６）を有する。その内部で光強度が照明極最低値よりも低く、瞳平面（３０）の掩蔽の形状に対応する形状を領域的に有する暗域（４１、４２）が、照明極（３５、３６）から大きい極角度に向かって除外される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＥＵＶマイクロリソグラフィのための投影露光装置に関する。更に、本発明は、感光基板のマイクロリソグラフィ露光の方法、及び投影露光装置の照明系の絞りに関する。

ＥＵＶマイクロリソグラフィのための投影露光装置は、極紫外内、従って、約１００ｎｍよりも短い作動波長に向けて設計される。特に、作動波長は、１３．５ｎｍ又は７ｎｍとすることができる。しかし、光源及び結像光学要素の利用可能性に基づいて、他の作動波長を使用することができる。

この種の投影露光装置は、通常、照明系と投影対物系とを有する。照明系は、マスク又はレチクルのパターンを照明するのに望ましい光分布を生成するのに使用される。投影対物系は、照明されたパターンを感光材料の上に極めて高い分解能で結像し、それによって感光材料をこのパターンで構造化方式で露光するのに使用される。その後の作業段階により、感光材料に露光されたパターンに基づいて、例えば、半導体材料内に実際の構造を生成することができる。

高い分解能を得るために、投影対物系は、高い開口数を有するべきである。ＥＵＶ領域のための投影対物系は、結像光学要素としてミラーを有するので、高い開口数を提供することは比較的困難である。１つの可能な実現形態は、特に投影対物系の瞳平面の中心掩蔽を与えることにある。その結果、例えば、結像ビーム経路を１つ又は複数の結像光学要素内の貫通孔を通して誘導することができる。

しかし、瞳平面の部分領域しか結像に寄与しないので、掩蔽は、問題をもたらす恐れもある。

本発明の１つの目的は、瞳平面の掩蔽によってもたらされる問題を最小にすることである。

この目的は、択一的な独立請求項に記載の投影露光装置、マイクロリソグラフィ露光の方法、及び絞りを用いて達成される。

本発明によるＥＵＶマイクロリソグラフィのための投影露光装置は、パターンを照明するための照明系と、パターンを感光基板上に結像するための投影対物系とを有する。投影対物系は、掩蔽を備えた瞳平面を有する。照明系は、角度分布を有する光を生成し、角度分布は、極角度の範囲及び方位角の範囲にわたって拡がり、その内部で光強度が照明極最低値よりも高い照明極を有する。その内部で光強度が照明極最低値よりも低く、瞳平面の掩蔽の形状に対応する形状を領域的に有する暗域が、照明極からより大きい極角度に向かって除外される。特に、暗域は、円弧の形状を有することができる。

この場合、極角度は、パターンが照明される方向に対する、すなわち、照明系によって生成される光の平均伝播方向に対する照明系によって生成される光の角度として定義される。一般的に、この方向は、物体平面と垂直に延びない。方位角は、各場合に上述の方向の回りの円上の、照明系によって生成される光線の円周位置を指定する。

本発明による投影露光装置は、基板を高いコントラストによって露光することを可能にするという利点を有する。特に、暗域は、パターンによって掩蔽内に回折され、最終的に像生成に寄与せず、背景放射を増加させるだけで、従って、コントラストを低下させる光の全体のパワーを低下させる。これは、特に、所定の結像条件下で少なくとも１つの回折次数が掩蔽と重なるパターン回折構造に適用される。

暗域は、照明極によって領域的に囲まれることができる。これは、暗域を領域的に照明極内に形成することができることを意味する。同様に、暗域を照明極によって完全に囲むことができる。この場合、暗域は、完全に照明極内に形成されることになる。

照明極は、少なくとも方位角度範囲内で大きい極角度に向けて凹型に具現化される。これは、少なくとも１つの回折次数が掩蔽と重なるパターン回折構造の場合であっても、一般的に、当該回折次数においても、像生成への寄与を構成する光強度が、掩蔽の横方向に並んで依然として存在するという利点を有する。

暗域の外側輪郭は、掩蔽の外側輪郭に少なくとも領域的に対応することができる。特に、暗域の外側輪郭は、少なくとも、掩蔽の外側輪郭のうちで９０°の方位角にわたって拡がる部分領域に対応することができる。更に、暗域は、その外側輪郭を瞳平面内での特に半径方向の変位作用を用いて掩蔽の外側輪郭と少なくとも領域的に対応させることができるように具現化することができる。このようにして、照明極に含まれる全光パワーと、像生成に寄与する光パワーの間の好ましい比を得ることができる。この場合、照明極内に含まれる光パワーは、照明極にわたって積分された光強度を意味すると理解すべきである。

本発明は、更に、パターンを照明するための照明系と、パターンを感光基板上に結像するための投影対物系とを含むＥＵＶマイクロリソグラフィのための投影露光装置に関する。投影対物系は、掩蔽を備えた瞳平面を有する。照明系は、極角度の範囲及び方位角の範囲にわたって拡がり、その内部で光強度が外側照明極最低値よりも高い外側照明極を有する角度分布を有する光を生成する。更に、角度分布は、極角度の範囲及び方位角の範囲にわたって拡がり、その内部で光強度が内側照明極最低値よりも高い内側照明極を有する。内側照明極の角度範囲は、外側照明極の角度範囲よりも小さい極角度を有する。更に、光強度の内側照明極最低値は、外側照明極最低値よりも高い。

投影露光装置のそのような実施形態は、外側照明極に帰する少なくとも１つの回折次数が、掩蔽と重なる場合であっても、像生成に利用可能な依然として十分な光強度が存在するという利点を有する。

外側照明極と内側照明極の間の光の角度分布は、その内部で光強度が外側照明極最低値よりも低く、かつ内側照明極最低値よりも低い極角度範囲を有することができる。これは、外側照明極と内側照明極とを互いから分離することができることを意味する。

外側照明極は、内側照明極よりも大きい面積を有することができる。その結果、外側照明極の光強度と内側照明極の光強度との差を少なくとも部分的に補償することができる。特に、外側照明極及び内側照明極は、各々同じ光パワーを有する。この条件は、外側照明極の光パワーと内側照明極の光パワーの間の偏差が１０％よりも大きくない場合に満たされると考えられたい。

更に、外側照明極と内側照明極は、同じ方位角度範囲にわたって拡がることができる。これは、パターンの照明の方位角に依存する効果が、外側照明極と内側照明極とにおいて同じくもたらされるという利点を有する。

本発明は、更に、パターンを照明するための照明系と、パターンを感光基板上に結像するための投影対物系とを含むＥＵＶマイクロリソグラフィのための投影露光装置に関する。投影対物系は、掩蔽を備えた瞳平面を有する。照明系は、極角度の範囲及び方位角の範囲にわたって拡がり、その内部で光強度が照明極最低値よりも高い照明極を有する角度分布を有する光を生成する。光強度は、照明極内で大きい極角度から小さい極角度に向けて増加する。

特に、光強度は連続的に増加させることができる。

照明極は、小さい極角度に向けて、掩蔽の縁部における極角度の正弦値の１１０％よりも小さい正弦値を有する極角度が発生するまで拡がることができる。これは、大きい周期を有する回折構造を有するパターンの結像時に十分な光強度が像生成に利用可能であるという利点を有する。特に、照明極は、小さい極角度に向けて掩蔽に至るまで拡がることができる。

照明極は、大きい極角度に向けて、投影対物系の物体側開口数の少なくとも９０％の正弦値を有する極角度が発生するまで拡がることができる。これは、小さい周期を有する回折構造を有するパターンの結像時に十分な光強度が像生成に利用可能であるという利点を有する。特に、照明極は、投影対物系の物体側開口数に対応する正弦値を有する極角度に向けて拡がることができる。

照明極は、ミラー配列によって形成することができる。それによって所定の光角度分布の照明極による角度分布へのほぼ無損失の変換が可能になる。

しかし、同様に、絞りを用いて照明極を形成することができる。このようにして、照明極を事前決定に従って比較的少ない経費で非常に精密に形成することができる。

照明極は、少なくとも４５°に等しい方位角度範囲にわたって拡がることができる。特に、方位角度範囲は、６０°とすることができる。

光の角度分布は、照明極と類似に具現化された更に別の照明極を有することができる。特に、照明極と更に別の照明極は、掩蔽の両側に互い対向して位置することができる。この場合、二重極設定は、照明極と更に別の照明極とによって形成することができる。

掩蔽は、瞳平面内の中心に配置することができる。掩蔽のそのような実施形態は、結像に関して利点を有する。一例として、この配列により、テレセントリック性誤差を回避することができる。

投影対物系は、少なくとも０．４という像側開口数を有することができる。高い開口数は、高い分解能を得ることができるという利点を有する。

本発明の全ての変形において、照明極は、格子に従って互いに横並びに配置された複数の離散面要素で構成することができる。この場合、離散面要素の間の光強度は、離散面要素内のものよりも低いとすることができる。特に、離散面要素の間の光強度がゼロまで低下する可能性もある。このようにして具現化された照明極の場合には、離散面要素内の強度は、各場合に、クレームにおいて言及された光強度の最低値との比較に使用される。この場合、照明極は、各場合に面要素の格子によって定義される距離内に十分な強度を有する離散面要素が続かない場所で終端する。

本発明は、更に、掩蔽を備えた瞳平面を有する投影対物系を用いた感光基板のマイクロリソグラフィ露光の方法に関する。

本発明による方法では、照明系を用いて、極角度の範囲及び方位角の範囲にわたって拡がり、その内部で光強度が照明極最低値よりも高い照明極を有する角度分布を有するＥＵＶ領域の光が生成される。この場合、照明極は、大きい極角度に向けて、その内部で光強度が照明極最低値よりも低く、瞳平面の掩蔽の形状に対応する形状を領域的に有する暗域が除外されるように具現化される。

本発明による方法の一変形では、照明系を用いて、極角度の範囲及び方位角の範囲にわたって拡がり、その内部で光強度が外側照明極最低値よりも高い外側照明極を有する角度分布を有するＥＵＶ領域の光が生成される。更に、角度分布は、極角度の範囲及び方位角の範囲にわたって拡がり、その内部で光強度が内側照明極最低値よりも高い内側照明極を有する。内側照明極の角度範囲は、外側照明極の角度範囲よりも小さい極角度を有し、光強度の内側照明極最低値は、外側照明極最低値よりも高い。

本発明による方法の更に別の変形では、照明系を用いて、極角度の範囲及び方位角の範囲にわたって拡がり、その内部で光強度が照明極最低値よりも高い照明極を有する角度分布を有するＥＵＶ領域の光が生成される。この場合、照明極は、照明極内の光強度が大きい極角度から小さい極角度に向けて増加するように具現化される。

本発明は、更に、ＥＵＶマイクロリソグラフィのための投影露光装置の照明系の絞りに関する。

本発明による絞りは、照明系によって生成されて掩蔽を備えた瞳平面を有する投影対物系に供給される光の角度分布を予め定義する少なくとも１つの絞り開口部を有する。絞り開口部は、投影対物系の瞳平面の掩蔽の外側輪郭の形状に対応する形状を領域的に有する少なくとも１つの境界線によって境界が定められる。特に、境界線は、領域的に掩蔽の外側輪郭に等しいように具現化することができる。

投影対物系の瞳平面の掩蔽の外側輪郭の形状に対応する形状を有する絞り開口部の境界線の領域は、絞り開口部を半径方向に外側に向けて区切ることができる。

本発明による絞りの一変形では、絞りは、照明系によって生成されて掩蔽を備えた瞳平面を有する投影対物系に供給される光の角度分布を予め定義する少なくとも１つの内側絞り開口部と少なくとも１つの外側絞り開口部とを有する。外側絞り開口部は、内側絞り開口部の半径方向に完全に外側に配置される。

内側絞り開口部は、投影対物系の瞳平面の掩蔽の外側輪郭の形状に対応する形状を領域的に有する少なくとも１つの境界線によって境界を定めることができる。特に、境界線は、掩蔽の外側輪郭に領域的に等しいように具現化することができる。

本発明を図面に示す例示的な実施形態に基づいて以下により詳細に説明する。

本発明により具現化されたマイクロリソグラフィのための投影露光装置の例示的な実施形態を示す略ブロック図である。 照明系における例示的な実施形態の子午断面図である。 投影対物系における例示的な実施形態の子午断面図である。 照明設定の例示的な実施形態の概略図である。 各場合に図４に記載の照明設定で照明される異なるパターンの結像中の投影対物系の第１の瞳平面の照明の概略図である。 照明設定の更に別の例示的な実施形態の概略図である。 各場合に図６に記載の照明設定で照明される異なるパターンの結像中の投影対物系の第１の瞳平面の照明の概略図である。 照明設定の更に別の例示的な実施形態の概略図である。 各場合に図８に記載の照明設定で照明される異なるパターンの結像中の投影対物系の第１の瞳平面の照明の概略図である。 図９に使用されている照明設定の照明極の幾何学形状の概略図である。 リソグラフィ処理における様々な照明設定の適合性を示すためのグラフである。 照明設定の更に別の例示的な実施形態の概略図である。 図１２に示す照明設定におけるパターンの結像中の投影対物系の第１の瞳平面の照明の概略図である。 転写精度に対する図１２に示す内側照明極の効果を示すためのグラフである。 ２２ｎｍのパターン回折構造周期の場合に像生成に寄与する領域を示す第１の瞳平面の概略図である。 ３６ｎｍのパターン回折構造周期の場合に像生成に寄与する領域を示す第１の瞳平面の概略図である。 図１５及び図１６に基づいて設計された照明設定の概略図である。 様々な照明設定における転写精度を示すためのグラフである。 図１８に示す照明設定を設定するための絞りの例示的な実施形態の概略図である。 図１２に示す照明設定を設定するための絞りの例示的な実施形態の概略図である。 図１７に示す照明設定を設定するための絞りの例示的な実施形態の概略図である。

図１は、本発明により具現化されたマイクロリソグラフィのための投影露光装置の例示的な実施形態を略ブロック図に示している。

投影露光装置は、照明系１と投影対物系２とを含む。照明系１の構造及び投影対物系２の構造に対しては、図２及び図３を参照してより詳細に説明する。照明系１は、レチクルとも呼ぶマスク３を予め決定可能な角度分布を有する光で照射する。照明設定とも呼ぶこの光の角度分布については、以下により詳細に説明する。マスク３は、投影対物系２の物体平面４に配置され、投影対物系２に面する側にパターンを有する。投影対物系２は、マスク３のパターンを基板５の感光層上に結像する。基板５は、投影対物系２の像平面６に配置される。マスク３のパターンの基板５の感光層上への結像は、特に、マスク３と基板５とが、投影対物系２の結像特性を考慮しながら同期して移動され、パターンの部分領域のみが、マスク３の移動方向と平行に照明される走査作動の状況で行うことができる。結像に関する同期移動を可能にするために、マスク３及び基板５の進行移動中に、パターンを結像するのに使用する結像スケール、及び結像が非反転方式又は反転方式のいずれで行われるかが考えられている。マスク３及び基板５の進行移動は、図１に示すｙ方向と平行又は反平行に行われる。ｚ方向は、物体平面４及び像平面６と垂直に延びている。

図２は、照明系１における例示的な実施形態の子午断面を示している。

照明系１は、ＥＵＶ領域の光、すなわち、約１００ｎｍよりも短い波長を有する光を生成するための光源７を有する。光源７によって生成される光の波長は、投影対物系２の作動波長と適合され、特に１３．５ｎｍ又は７ｎｍである。一例として、プラズマ光源又はシンクロトロンを光源７として使用することができる。

光源７によって生成される光のビーム経路には、第１の照明ミラー８、第２の照明ミラー９、第３の照明ミラー１０、第４の照明ミラー１１、及び第５の照明ミラー１２が、この順番で連続して配置される。

第１の照明ミラー８は、光源７によって生成される光を集光し、それを第２の照明ミラー９に供給するコレクターミラーとして具現化される。

第２の照明ミラー９は、複数のミラーファセット１３を有するファセットミラーとして具現化される。ミラーファセット１３は、各個々のミラーファセット１３において結像光線に対する向きを変更することができるように可動方式に具現化される。これは、各ミラーファセット１３において、光の入射角、すなわち、光線とそれぞれのミラーファセット１３の面に対する法線の間の角度を個々に設定することができ、その結果、各場合に光が鏡面反射される方向を選択することができることを意味する。特に、ミラーファセット１３を駆動することにより、第２の照明ミラー９のそれぞれのミラーファセット１３において反射された光が、第３の照明ミラー１０上に入射する場所を定めることができる。

第３の照明ミラー１０も第２の照明ミラー９と同様に、ファセットミラーとして具現化され、複数のミラーファセット１４を有する。第３の照明ミラー１０のミラーファセット１４も、第２の照明ミラー９のミラーファセット１３と類似の方式で個々に駆動することができ、それによって反射光の方向に影響を及ぼすことができる。第２の照明ミラー９のミラーファセット１３と第３の照明ミラー１０のミラーファセット１４との協働駆動により、第１の照明ミラー８によって所定の光の角度分布を損失のない方式で、又は僅かな損失しか伴わずに、この角度分布から逸脱する角度分布に変換することができる。

第４の照明ミラー１１は、光入射場所における表面法線に対して比較的小さい角度で照射され、第３の照明ミラー１０から入射する光を第５の照明ミラー１２の方向に反射する。

第５の照明ミラー１２は、かすめ入射で、すなわち、ミラー面に対して比較的小さい角度で照射され、光を投影対物系２の物体平面４に向ける。

照明ミラー８、９、１０、１１は、例えば、各場合に担体材料上に配置された層積層体として具現化することができる。層積層体は、特に、シリコンとモリブデンとで構成された交替層の積層体とすることができる。一例として、ガラスセラミック、特にＺｅｒｏｄｕｒという商品名の下で販売されているガラスセラミックが、担体材料として適している。照明ミラー１２は、例えば、特にルテニウム層として具現化することができる金属面を有することができる。この場合、特にガラスセラミックが、担体材料として適切である。

図３は、投影対物系２における例示的な実施形態の子午断面を示している。

図示の投影対物系２の例示的な実施形態は、第１の結像ミラー１５、第２の結像ミラー１６、第３の結像ミラー１７、第４の結像ミラー１８、第５の結像ミラー１９、第６の結像ミラー２０、第７の結像ミラー２１、及び第８の結像ミラー２２を有し、これらの結像ミラーは、この順番で投影対物系２の物体平面４から像平面６に配置される。結像ミラー１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２の全ては、照明ミラー８、９、１０、１１、１２と同様に、各場合に担体材料上に配置された層積層体として達成することができる。

図示の例示的な実施形態において、結像ミラー１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２の全てが非球面方式で、投影対物系２の光学系軸２３に関して回転対称に具現化される。しかし、各場合に結像ミラー１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２の完全な回転体を実際に有形的に存在させることは必要ではない。代替的に、基板５の感光材料の露光に寄与する光が結像ミラー１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２上に実際に入射する場所に結像ミラー１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２を形成するだけで十分である。結像ミラー１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２による遮蔽が発生することになる場所で、結像ミラー１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２は各場合に切り抜かれる。そうでなければ、結像ミラー１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２の回転体が実際に形成される場所と、これらの結像ミラーが形成されない場所とは、生産工学的考察及び投影対物系２の可能な限り最適な作動に関する考察にゆだねられる。更に、図３に示す投影対物系２の設計は、光が物体平面４から像平面６に通過することができる順番で、第５の結像ミラー１９が切除部２４を有し、第６の結像ミラー２０が切除部２５を有し、第７の結像ミラー２１が切除部２６を有し、第８の結像ミラー２２が切除部２７を有することを必要とする。

図示の例示的な実施形態において、投影対物系２は、１３．５ｎｍの作動波長に向けて設計され、０．５４の像側開口数ＮＡを有する。投影対物系２の結像スケールは６：１である。結像ミラー１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２の基本設計データを表１及び表２に列挙する。

（表１）

（表２）

表１及び表２では、各場合に面を最初の列に示している。表１の更に別の列は、最適適合球面の曲率半径、次の面までの光学系軸２３上の距離、及び各場合にどの種類の面が含まれるかの指示を表している。表２には、ミラー面の非球面定数Ｋ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、及びＣ７を更に別の列に示している。これらの非球面定数に基づいて、非球面ミラー面は、次式のように定義される。
ｐ（ｈ）＝［（（１／ｒ）ｈ²）／（１＋ＳＱＲＴ（１−（１＋Ｋ）（１／ｒ）²ｈ²）］＋Ｃ１^*ｈ⁴＋Ｃ２^*ｈ⁶＋Ｃ３^*ｈ⁸＋Ｃ４^*ｈ¹⁰＋Ｃ５^*ｈ¹²＋Ｃ６^*ｈ¹⁴＋Ｃ７^*ｈ¹⁶

この場合、曲率半径の逆数（１／ｒ）は、それぞれのミラー面の面曲率を示し、ｈは、面上の点と光学系軸２３の間の距離を示している。その結果、ｐ（ｈ）は、いわゆるサジッタ、すなわち、面上の点と面頂点の間のｚ方向の距離を示している。

投影対物系２は、結像ミラー１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２のうちの１つ又はそれよりも多くが球面方式に具現化されるように修正することができる。更に別の修正により、結像ミラー１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２のうちの１つ又はそれよりも多くをいずれの回転対称性も持たない自由曲面として具現化することができる。

図３に示すビーム経路から明らかなように、投影対物系２の物体平面４は、最初に第１の中間像平面２８に結像される。第１の中間像平面２８は、第２の中間像平面２９に結像され、更に第２の中間像平面２９は、投影対物系２の像平面６に結像される。物体平面４と第１の中間像平面２８の間には第１の瞳平面３０が形成される。第１の中間像平面２８と第２の中間像平面２９の間には第２の瞳平面３１が形成され、第２の中間像平面２９と像平面６の間には第３の瞳平面３２が形成される。第１の瞳平面３０、第２の瞳平面３１、及び第３の瞳平面３２の領域内では、各場合に主光線が光学系軸２３と交わる。この場合、主光線は、各場合に光学系軸２３から外れた物体平面４の点から射出するビームの中心光線である。この定義は、光が主光線の領域内に実際に存在するか否かとは無関係に使用され、この存在の真偽は、照明設定及びマスク３の構造に依存する。図３には、主光線を図式的に示している。この場合、明瞭化の理由から、主光線を例えば遮蔽効果又は掩蔽に起因して主光線が物理的に存在しない領域内にも部分的に示すことを考慮すべきである。更に、主光線が、物体平面４を光学系軸２３と平行に射出せず、その結果、物体側にいずれのテレセントリック性も存在しないことを考慮すべきである。これは、照明系１の光が、物体平面４に配置されたマスク３上に垂直に入射せず、マスク３の面に対する法線とゼロとは異なる角度を構成することに起因する。この場合、これらの角度付き入射は、各場合にマスク３上に入射する光ビーム２５の平均伝播方向に関連する。投影対物系２の光学収差に起因して、中間像及び同じく瞳は、各場合に完全に平面状に形成されず、従って、中間像は、各場合に厳密に中間像平面２８、２９内に位置するわけではない。

第３の結像ミラー１７は、その比較的小さい寸法に起因して開口絞りとして機能し、従って、投影対物系２の物体側及び像側の開口数を定義する。結像ミラー１９、２１、２２内の切除部２４、２６、２７は、像平面６内の光の極角スペクトルが、開口絞りによる境界画定に加えて更に別の境界画定を受けるという結果を有する。しかし、この更に別の境界画定は、大きい極角に対してはもたらされず、小さい極角に対してもたらされる。これは、投影対物系２の瞳平面３０、３１、３２内では、各場合に最大で開口絞りによって境界が定められる領域を照明することができ、瞳平面３０、３１、３２の照明可能領域は、各場合に付加的に中心掩蔽を有することを意味する。投影対物系２の結像特性に対するこの掩蔽の効果を以下に説明し、これらの効果を低減することを可能にする解決法を以下に提案する。

図４は、照明設定の例示的な実施形態の概略図を示している。

上述のように、照明設定という用語は、マスク３を照明する光の角度分布を表している。これは、回折構造が存在しない場合には、照明設定が、投影対物系２の物体平面４内の光の角度分布に対応することを意味する。物体平面４内のこの角度分布は、空間座標と共に変化する場合があるので、通常、光学系軸２３の場所における照明設定の形状が示されている。

外円３３は、各場合に投影対物系２の物体側開口数を示している。この外円３３の範囲の座標は、あらゆる点から外円３３の中点までの距離が、各場合に投影対物系２の物体平面４内の関係する極角の正弦に対応するように選択される。この場合、極角は、各場合に物体平面４に配置されたマスク３を照明系１の光で照明する方向に対して、すなわち、照明系１によって生成される光の平均伝播方向に対して決定される。この場合これらの正弦値は、各場合に外円３３が半径１．０を有するように投影対物系２の物体側開口数に対して正規化される。正規化された正弦値が値として指定され、これらの値は、０．０と１．０との間で変化することができる。

内円３４は投影対物系２の掩蔽を表し、すなわち、掩蔽の角度範囲に回折された光線は、マスク３のパターンの像生成に寄与することができない。

更に、図４は、２つの照明極３５、３６を示しており、各照明極３５、３６は、６０°の開口角を有し、従って、６０°に等しい方位角度範囲にわたって拡がっている。各照明極３５、３６は、半径方向にはσ＝０．６からσ＝０．８までの範囲にわたって拡がっている。従って、図４に示す照明設定は二重極設定である。照明極３５、３６内では、光強度は、所定の照明極最低値よりも高い。照明極３５、３６の外側では、光強度は、照明極最低値よりも低い。

図５は、各場合に図４に記載の照明設定で照明される異なるパターンの結像中の投影対物系２の第１の瞳平面３０の照明の概略図を示している。従って、照明系１によって生成され、パターンを照明する光の角度分布は、パターンの全てに対して等しく、図４に示す二重極設定に対応する。

パターンは、各場合に、周期的に配置されたストリップの形態にある回折構造を有し、以下では回折構造の周期とも呼び、例えば、ストリップ中心からストリップ中心までで測定されたストリップの距離は、図５の左手の図では２２ｎｍ、図５の中央の図では３０ｎｍ、図５の右手の図では３６ｎｍであり、ストリップは、図５の図と垂直に延びている。この場合、ストリップの距離に関するこれら及び同じく更に別の徴候は、各場合にパターン自体には関連せず、像平面６内に生成されるパターンの像に関連し、従って、パターン自体に適用される値から結像スケールだけ逸脱することを考慮すべきである。

ハッチングは、第１の瞳平面３０のうちで、光強度が所定の照明最低値よりも大きく、以下で照明領域３７、３８、３９、４０と呼ぶ領域を特定する。

照明領域３７、３８は、マスク３のパターンの回折構造における０次の回折次数の光の回折の結果として生じ、従って、照明系１によって投影対物系２の物体平面４内に生成される光の角度分布、すなわち、照明設定も表している。照明領域３９、４０は、パターン３の回折構造における１次の回折次数、すなわち、＋１次の回折次数又は−１次の回折次数の光の回折の結果として生じる。

図５に指定した条件の下では、第１の瞳平面３０内に、２つの照明極３５、３６の各々に対して、それぞれ０次の回折次数によって照明される領域３７及び３８と、それぞれ１次の回折次数によって照明される領域３９及び４０とが形成される。本明細書では、図５及び同じく更に別の図における座標は、０次の回折次数によって照明される領域３７及び−１次の回折次数によって照明される領域４０が、照明極３５によって形成されるように選択したものである。０次の回折次数によって照明される領域３８及び＋１次の回折次数によって照明される領域３９は、照明極３６によって形成される。

パターン回折構造周期が小さい程、各場合に、０次の回折次数によって照明される領域３７、３８と、関係する１次の回折次数によって照明される領域３９、４０の間の距離は大きい。従って、パターンの回折構造が最も小さい周期を有する図５の左手の図では、−１次の回折次数によって照明される領域４０は、投影対物系２の物体側開口数に対する外円３３の右手の縁部に配置され、従って、投影対物系２の像平面６内の像生成に依然としてかろうじて寄与することができる。＋１次の回折次数によって照明される領域３９は、投影対物系２の物体側開口数に対する外円３３の左手の縁部に配置され、同じく投影対物系２の像平面６内の像生成に依然としてかろうじて寄与することができる。図５に指定した条件の下での投影対物系２の像平面６内での像生成では、−１次の回折次数は、０次の回折次数と干渉する場合があり、＋１次の回折次数も、０次の回折次数と干渉する場合がある。図５の左手の図における照明領域３７、３８、３９、４０の全てが内円３４の外側に位置するので、第１の瞳平面３０の掩蔽は、像生成に対していずれの悪影響も持たない。

図５の中央の図では、パターンの回折構造は、左手の図におけるものよりも大きく、右手の図におけるものよりも小さい周期を有する。それに応じて１次の回折次数によって照明される領域３９、４０は、各場合に左手の図と比較して小さいσ値に向けてシフトし、領域において掩蔽の内円３４と重なる。従って、第１の瞳平面３０の掩蔽は、各場合に１次の回折次数によって照明される領域３９、４０の部分域しか像生成に寄与せず、１次の回折次数の光の一部が失われるという結果を有する。１次の回折次数によって照明される領域３９、４０の掩蔽との重ね合わせは、像生成に対して純強度損失よりも大きい逆効果を有する。掩蔽内に回折される光は、像生成のための干渉相手として利用することができない。干渉相手としてこの光を余儀なく必要とする回折次数は、掩蔽との重ね合わせのサイズに基づいて、像生成に部分的にしか、又は全く寄与することができず、コントラストを低下させる背景放射を供給するだけである。

最も大きいパターン回折構造周期を有する図５の右手の図では、１次の回折次数によって照明される領域３９、４０は、更に小さいσ値に向けてシフトし、掩蔽に対する内円３４とほぼ完全に重なる。従って、１次の回折次数によって照明される領域３９、４０の僅かな部分域しか掩蔽の外側に位置せず、像生成に寄与することができない。１次の回折次数によって照明される領域３９、４０の比較的大きい部分域が掩蔽内に位置し、その結果、干渉相手として利用することができず、従って、背景放射が比較的高く、コントラストが比較的低い。

図６は、照明設定の更に別の例示的な実施形態の概略図を示している。

図６に示す照明設定は、図４と同じく６０°の開口角を有する照明極３５、３６を有する二重極設定である。しかし、図６の二重極設定における照明極３５、３６は、図４におけるものよりも半径方向に大きい範囲にわたって、すなわち、σ＝０．３からσ＝１．０まで拡がっている。これは、照明極３５、３６が、投影対物系２の物体側開口数に対する外円３３に至るまで半径方向に外向きに拡がり、掩蔽に対する内円３４に至るまで半径方向に内向きに拡がることを意味する。

図７は、各場合に図６に記載の照明設定で照明される異なるパターンの結像中の投影対物系２の第１の瞳平面３０の照明の概略図を示している。この場合、各場合に図５と同じパターンが使用されている。図７は、例示方式においても図５に対応する。

図７の左手の図では、投影対物系２の物体側開口数から外れた角度が１次の回折次数において発生し、従って、１次の回折次数における光の一部しか、第１の瞳平面３０の照明に寄与しない。それに応じて、１次の回折次数によって照明される領域３９、４０は、物体側開口数に対する外円３３に至るまで拡がり、図６に示す照明極３５、３６の部分域にしか対応しない。

図７の中央の図では、１次の回折次数によって照明される領域３９、４０は、大きいパターン回折構造周期に起因して各場合に小さいσ値に向けてシフトし、従って、物体側開口数に対する外円３３は、もはや制限効果を持たない。しかし、１次の回折次数によって照明される領域３９、４０は、図５の中央の図と同様に、ここでは掩蔽に対する内円３４と領域的に重なり、従って、この場合、掩蔽がコントラストの損失をもたらす。しかし、照明極３５、３６の大きい半径方向広がり、更に上述の結果として生じる、１次の回折次数によって照明される領域３９、４０に起因して、図５の中央の図の場合よりも多い光が、像生成のための干渉相手として利用可能である。

同じことは、図７の右手の図にも同じく適用され、この図では、１次の回折次数によって照明される領域３９、４０は、一層大きいパターン回折構造周期に起因して一層小さいσ値に向けてシフトしている。それによって掩蔽に対する内円３４との一層大きい重ね合わせがもたらされ、それに応じて更に掩蔽の結果として生じる一層大きいコントラスト損失がもたらされる。しかし、この場合にも、照明極３５、３６の大きい半径方向広がりに起因して、図５の右手の図の場合におけるものよりも多い光が像生成に利用可能である。

図８は、照明設定の更に別の例示的な実施形態の概略図を示している。

図８に示す照明設定は、図４及び図６と同じく６０°の開口角を有する照明極３５、３６を有する二重極設定である。図６と同様に、図６の二重極設定における照明極３５、３６は、半径方向にσ＝０．３からσ＝１．０の範囲にわたって拡がりている。しかし、図８の照明極３５、３６は、図６の照明極３５、３６とは、光強度が各場合に照明極最低値よりも低い暗域４１、４２によって異なる。暗域４１、４２は、照明極３５、３６の外側領域内に形成され、円セグメントの形状を有する。照明極３５、３６の幾何学形状、特に暗域４１、４２の幾何学形状に関する詳細に対しては、図１０を参照して説明する。

図９は、各場合に図８に記載の照明設定で照明される異なるパターンの結像中の投影対物系２の第１の瞳平面３０の照明の概略図を示している。この場合、各場合に図５及び図７と同じパターンが使用される。図９は、例示方式においても図５及び図７に対応する。

図８の照明設定の照明極３５、３６の暗域４１、４２は、図９の０次の回折次数によって照明される領域３７、３８及び１次の回折次数によって照明される領域３９、４０が、各場合に図７に記載の照明最低値よりも小さい光強度を有する非照明域４３、４４によって異なるという結果を有する。非照明域４３、４４の幾何学形状は、暗域４１、４２の幾何学形状に対応する。

図７と図９との比較から、図９に従って修正された二重極照明の場合の小さいパターン回折構造周期の場合（左手の図）には、図７に記載の二重極照明の場合におけるものよりも少ない光しか像生成に利用することができないことが更に明らかである。０次の回折次数によって照明される領域３７、３８、及び同じく１次の回折次数によって照明される領域３９、４０は、図９の左手の図では、図７の左手の図におけるものよりも小さい面積を有する。制限された物体側開口数及び掩蔽の結果として生じるコントラスト損失に関しては、いずれの相違点も存在しない。

図９の中程度のパターン回折構造周期の場合は（中央の図）、特に０次の回折次数によって照明される領域３７、３８、及び程度は低いが、１次の回折次数によって照明される領域３９、４０も、図７におけるものよりも小さい面積を有する。しかし、図７とは対照的に、図９では、０次の回折次数によって照明される領域３７、３８の領域内のものと類似の方式で、１次の回折次数によって照明される領域３９、４０の領域内に形成される非照明域４３、４４に起因して、１次の回折次数によって照明される領域３９、４０は、掩蔽に対する内円３４と重ね合わせないので、掩蔽の結果として生じるコントラスト損失は発生しない。

図９の大きいパターン回折構造周期の場合（右手の図）には、１次の回折次数によって照明される領域３９、４０ではなく、０次の回折次数によって照明される領域３７、３８のみが図７よりも小さい面積を有する。１次の回折次数によって照明される領域３９、４０は、非照明域４３、４４に起因して掩蔽に対する内円３４と殆ど重ね合わせないので、掩蔽の結果として生じるコントラスト損失は僅かしか発生しない。

図１０は、図９に使用されている照明設定の照明極３５、３６の幾何学形状の概略図を示している。図１０は、照明極３５、３６を設計する際に基本とする基本形状として、図７に記載の照明極３５、３６の形状を示しており、すなわち、照明極３５、３６が６０°の開口角を有し、σ＝０．３とσ＝１．０との間で拡がることを示している。更に、図７には掩蔽に対する内円３４を示している。掩蔽内に回折される照明極３５、３６の光は、像生成に対する干渉相手として寄与することができないので、本発明の関連では、この光の少なくとも一部は、照明極３５、３６から除外される。それに応じて、照明極３５、３６の面積は、暗域４１、４２によって低減する。

しかし、掩蔽内に回折される照明極３５、３６の領域は、パターンの回折構造に依存する。一般的に、マスク３は、複雑さに関しては等しいストリップ距離を有する単純なストリップパターンよりも大きいパターンを有するので、照明極３５、３６の同じ領域が、パターンの第１の回折構造において像生成に寄与し、パターンの第２の回折構造において掩蔽内に回折され、その結果像生成に寄与しないことが起こる場合がある。従って、パターンの回折構造に依存する暗域４１、４２の定義では、全ての回折構造に対して変わらずに像生成に十分な光を供給し、可能な限り僅かな光しか掩蔽内に回折されないようにする妥協が必要である。この妥協は、掩蔽に対する内円３４が、各場合に両方の照明極３５、３６に向けて距離Δσだけ横方向にシフトし、シフトした内円３４の領域が、照明極３５、３６から切り抜かれるようなものとすることができる。このようにして、円セグメントとして具現化された暗域４１、４２がもたらされる。距離Δσは、次式のように計算することができる。
Δσ＝λ／（Ｐ_criticalＮＡ）

この場合、λは、投影対物系２の作動波長であり、Ｐ_criticalは、以下により詳細に定義するコントラスト又はパラメータＮＩＬＳが最小値を有する臨界パターン回折構造周期であり、ＮＡは、投影対物系２の像側開口数である。

投影対物系２を用いた結像中に得ることができるコントラストに対する上述の照明設定の量的効果を図１１を参照して以下により詳細に説明する。

図１１は、リソグラフィ処理における様々な照明設定の適合性を示すためのグラフを示している。この図には、様々な照明設定における投影対物系２を用いて生成される像の転写精度(printability)に関するパラメータＮＩＬＳ（正規化像対数勾配）を結像パターンの周期（ピッチ）に対してプロットしている。この場合、転写精度は、投影対物系２の像平面６に配置された基板５の感光層の露光に対する要件が各場合に生成される像によって満たされる程度を意味すると理解すべきである。この場合、パラメータＮＩＬＳは、基板５の感光層の露光閾値に対応する強度値における場所依存の強度プロフィールの勾配として定義される。

この場合、ＣＤは、例えば、露光閾値における線を表す強度プロフィールの幅であり、Ｉは強度であり、ｘは像平面内の空間座標である。

像の転写精度は、パラメータＮＩＬＳが少なくとも１という値を有する場合に保証される。明確に１よりも低いパラメータＮＩＬＳの値では、基板５の感光層の露光から構成される最低要件は受け入れられず、その結果、転写精度は保証されない。

図１１から（実線で示す曲線プロフィールを参照されたい）、図４に示す二重極設定において、領域内の３６ｎｍのパターン回折構造周期の場合にパラメータＮＩＬＳが約０．６という値を取り、従って、この周期が、上述の照明設定を用いては保証されないことが明らかである。図５の右手の図から明らかないように、３６ｎｍの周期の場合のパラメータＮＩＬＳの低い値は、１次の回折次数によって照明される領域３９、４０が掩蔽と大幅に重なり、従って、少なからぬコントラスト損失が発生することに帰することができる。

図６に示す照明設定を使用すると、有意な改善を提供することができ（破線で示す曲線プロフィールを参照されたい）、この場合、照明極３５、３６は大きいσ範囲にわたって拡がり、その結果、３６ｎｍの周期の場合には、１次の回折次数によって照明される領域３９、４０と掩蔽との重ね合わせにも関わらず、比較的大量の光が像生成に依然として利用可能である。この照明設定の場合には、パラメータＮＩＬＳは、図示の範囲全体において０．８よりも大きい値を有する。

図８に示す修正された二重極設定を使用すると、より良好な転写精度を得ることができ、この場合、暗域４１、４２は、照明極３５、３６から除外される（一点鎖線で示す曲線プロフィールを参照されたい）。この改善は、修正された二重極設定の場合には、暗域４１、４２からもたらされる非照明域４３、４４に起因して、掩蔽との重ね合わせが低減し、それに応じてコントラスト損失も小さくなることに基づいている。これは、図８の修正された二重極設定の場合に、いずれの暗域４１、４２も持たない、図６にあるこの設定に対応する二重極設定の場合におけるものよりも多い光が像生成に利用可能であるわけではないにも関わらず、図示の範囲のパラメータＮＩＬＳの値は殆ど１を下回らないという結果を有する。その結果、修正された二重極設定の場合に、図示の全てのパターン回折構造周期において十分な転写精度が保証される。

その結果、図４及び図６の二重極設定と比較すると、図８の修正された二重極設定が、全体として最良の転写精度を保証することを図１１から直接推察することができる。更に、図８の修正された二重極設定では、図４及び図６の二重極設定と比較して、露光寛容度及び許容デフォーカスに関して最も大きいプロセスウィンドウがもたらされる。一例として、２２ｎｍ、４０ｎｍ、５４ｎｍ、及び１５０ｎｍの周期において、図８の修正された二重極設定の場合に、９．０２％の露光寛容度及び３２ｍｍの焦点深度がもたらされる。暗域４１、４２のない図６の対応する二重極設定を使用すると、７．８３％の露光寛容度及び２８ｎｍの焦点深度が得られる。

上述の二重極設定に対する代替として、良好な転写精度を得るために異なって形成された照明設定を使用することができる。これを図１２から図１８を参照して以下により詳細に説明する。

図１２は、照明設定の更に別の例示的な実施形態の概略図を示している。図１２に示す照明設定は、２つの内側照明極３５ａ、３６ａ及び２つの外側照明極３５ｂ、３６ｂを有する。それに応じて、この照明設定を以下では二重二重極設定とも呼ぶ。内側照明極３５ａ、３６ａ内では、光強度は、所定の内側照明極最低値よりも高い。外側照明極３５ｂ、３６ｂ内では、光強度は、所定の外側照明極最低値よりも高い。照明極３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂの外側では、光強度は、内側照明極最低値及び外側照明極最低値よりも低い。内側照明極３５ａ、３６ａ及び外側照明極３５ｂ、３６ｂは、各場合に例えば６０°の同じ方位角度範囲にわたって拡がり、各場合に同じ円周区間に配置される。外側照明極３５ｂ、３６ｂは、半径方向に内側照明極３５ａ、３６ａの外側に配置され、従って、内側照明極３５ａ、３６ａよりも高いσ値を有する。更に、外側照明極３５ｂ、３６ｂの照明面積は、内側照明極３５ａ、３６ａの照明面積よりも大きい。一例として、外側照明極３５ｂ、３６ｂの照明面積は、内側照明極３５ａ、３６ａの照明面積の２倍大きいとすることができる。しかし、内側照明極３５ａ、３６ａは、外側照明極３５ｂ、３６ｂよりも高い光強度を有する。一例として、内側照明極３５ａ、３６ａの光強度は、外側照明極３５ｂ、３６ｂの光強度の２倍高いとすることができる。特に、内側照明極３５ａ、３６ａの照明面積及び光強度と外側照明極３５ｂ、３６ｂの照明面積及び光強度とは、内側照明極３５ａ、３６ａと外側照明極３５ｂ、３６ｂとが各々同じ光パワーを有するように、互いに調整することができる。外側照明極３５ｂ、３６ｂと内側照明極３５ａ、３６ａの間の半径方向距離は、特に、内側照明極３５ａ、３６ａの１次の回折次数が、臨界周期Ｐ_criticalを有するパターンの回折構造における回折の場合に、完全に又は少なくとも大部分が掩蔽の外側に位置するように選択することができる。これを図１３に例示している。

図１３は、図１２に示す照明設定におけるパターンの結像中の投影対物系２の第１の瞳平面３０の照明の概略図を示している。このパターンはストリップパターンであり、ストリップ距離は、臨界周期Ｐ_criticalに対応する。図示の例示的な実施形態において、臨界周期Ｐ_criticalは、３６ｎｍの値を有する。

図１３は、内側照明極３５ａ、３６ａの０次の回折次数によって照明される領域３７ａ、３８ａ、外側照明極３５ｂ、３６ｂの０次の回折次数によって照明される領域３７ｂ、３８ｂ、内側照明極３５ａ、３６ａの１次の回折次数によって照明される領域３９ａ、４０ａ、及び外側照明極３５ｂ、３６ｂの１次の回折次数によって照明される領域３９ｂ、４０ｂを示している。

図１３から明らかなように、外側照明極３５ｂ、３６ｂの１次の回折次数によって照明される領域３９ｂ、４０ｂは、掩蔽と大幅に重なり、従って、図示の条件の下では大幅なコントラスト損失が発生する。しかし、内側照明極３５ａ、３６ａの１次の回折次数によって照明される領域３９ａ、４０ａは掩蔽と重ね合わせないので、このコントラスト損失は、内側照明極３５ａ、３６ａによって少なくとも部分的に補償することができる。この場合、内側照明極３５ａ、３６ａの高い光強度に起因して、多くの場合に、十分な光が補償に利用可能である。像の転写精度に対するこの補償の効果を図１４に例示している。

図１４は、転写精度に対する図１２に示す内側照明極３５ａ、３６ａの効果を示すためのグラフを示している。例示方式は、図１１に対応し、すなわち、転写精度に関するパラメータＮＩＬＳを結像パターンの周期に対してプロットしている。

この図は、照明極が６０°の開口角を有し、半径方向にσ＝０．６からσ＝０．８までの範囲にわたって拡がる二重極設定において求められた曲線プロフィールを実線形式に示している。この曲線プロフィールは、図１２の外側照明極３５ｂ、３６ｂに対応する。この曲線プロフィールは、臨界周期Ｐ_critical＝３６ｎｍの場合に大幅な降下を有し、従って、この領域内のパラメータＮＩＬＳの値は１よりも有意に低く、臨界周期Ｐ_criticalの近くの周期を有するパターン回折構造に対する像の転写精度は保証されない。

図１４に示すグラフの更に別の曲線プロフィールを破線形態で例示している。この更に別の曲線プロフィールは、内側照明極３５ａ、３６ａ及び外側照明極３５ｂ、３６ｂを有する図１２に示す二重二重極設定において求められたものであり、同じく臨界周期Ｐｃｒｉｔｉｃａｌ＝３６ｎｍの近くに１よりも僅かしか低くないパラメータＮＩＬＳの値を有する。これは、図示の範囲全体で像の十分な転写精度が保証されることを意味する。

内側照明極３５ａ、３６ａ及び外側照明極３５ｂ、３６ｂを有する図１２に示す二重二重極設定に対する代替として、各々が半径方向に変化する光強度を有する２つの照明極３５、３６のみを有する二重極設定を使用することができる。これは、２つの照明極３５、３６が、各場合に異なるσ値において異なる光強度を有することを意味する。特に、照明極３５、３６は、大きいσ値よりも小さいσ値において高い光強度を有する。この場合、光強度は、小さいσ値から大きいσ値に連続して低下することができる。このようにして光強度が変化する照明極３５、３６は、例えば、６０°の開口角を有し、半径方向にσ＝０．３からσ＝１．０までの範囲にわたって拡がることができる。

一般的に、照明設定は、像生成に寄与しない可能な限り全ての領域が除去されるように、及び／又は他の領域と掩蔽との重ね合わせによってもたらされるコントラスト損失を補償するために、更に別の領域が追加されるように具現化することができる。従って、適切な照明設定を設計するために、最初に投影対物系２の第１の瞳平面３０のどの領域が、パターン回折構造周期のうちの１つ又は複数のものにおける像生成に寄与するかを検査することができる。次に、照明設定を第１の瞳平面３０のこれらの領域が可能な限り最適に照明され、第１の瞳平面３０の他の領域、特に掩蔽の領域が可能な限り僅かしか照明されないように最適化することができる。異なる周期を有する回折構造を有するパターンの場合には、一般的に、全ての周期において十分な転写精度を可能にする妥協を行うことが必要になる。

適切な照明設定の設計における手順を図１５から図１７を参照して実施形態に対して説明する。

図１５は、２２ｎｍのパターン回折構造周期の場合に、像生成に寄与する領域を示す第１の瞳平面３０の概略図を示している。図１５から推察することができるように、像生成に寄与する光が射出する、ハッチングで強調した２つの瞳領域４５及び４６が存在する。この場合、像は、０次の回折次数と＋１次の回折次数との干渉、及び０次の回折次数と−１次の回折次数との干渉によって生成される。０次及び＋１次の回折次数からの像生成は、瞳領域４５からの光を用いて行われ、０次及び−１次の回折次数による像生成は、瞳領域４６からの光を用いて行われる。瞳領域４５、４６の外側の光は像生成に寄与せず、背景放射を増加させるだけであり、それによってコントラストを劣化させる。瞳領域４５及び瞳領域４６は、各場合に方位角α_optの範囲にわたって拡がっている。

図１６は、３６ｎｍのパターン回折構造周期の場合に、像生成に寄与する領域を示す第１の瞳平面３０の概略図を示している。３６ｎｍの周期の場合には、図１５におけるものと他の点では等しい条件の下で、４つの瞳領域４７、４８、４９、及び５０が像生成に寄与する。これらの瞳領域４７、４８、４９、５０をハッチングで強調している。詳しくは、像は、瞳領域４７からの０次及び＋１次の回折次数と、瞳領域４８からの０次及び−１次の回折次数と、瞳領域４９からの−１次及び＋１次の回折次数と、瞳領域５０からの＋１次及び−１次の回折次数との干渉によって生成される。瞳領域４７、４８、４９、５０の外側の光は、像生成に寄与しない。これは、特に瞳領域４７と４９と、及び４８と５０とそれぞれによって囲まれた瞳領域５１及び５２からの光にも適用される。

図１７は、図１５及び図１６に基づいて設計された照明設定の概略図を示している。照明設定は、反復アルゴリズムを用いて、又は幾何学的に設計することができる。照明設定を設計するために、最初に、２２ｎｍの周期の場合に像生成に寄与する瞳領域４５、４６と、３６ｎｍの周期の場合に像生成に寄与する瞳領域４７、４８、４９、５０とから交差部が形成される。更に、この交差部は、２つの周期の一方だけにおける像生成に寄与する瞳領域４７、４８の部分域によって補填される。従って、この意図は、特に、図１５及び図１６が基づく２２ｎｍ及び３６ｎｍ以外の周期の場合にも十分な転写精度を保証することである。図示の例示的な実施形態の場合には、部分域は、方位角α_optの範囲で掩蔽に対する内円３４に至るまで小さいσ値に向けて追加される。更に、非寄与瞳領域５１、５２を考慮するために、暗域４１、４２が除外される。それによって全体として、各々が方位角α_optの範囲に対応する開口角を有する２つの最適化された照明極３５、３６がもたらされる。最適化された照明極３５、３６は、掩蔽に対する内円３４と開口数に対する外円３３との間で半径方向に拡がり、暗域４１、４２は除外される。照明設定内の光強度の変化によって更に別の最適化を提供することができる。特に、照明極３５、３６の光強度が、少なくとも領域的に小さいσ値に向けて、すなわち、半径方向に内向きに増加するように、強度勾配を形成することができる。

図１８は、様々な照明設定の場合の転写精度を示すためのグラフを示している。例示方式は、図１１及び図１４と同じく選択したものである。この場合、各々が異なる照明設定を表すパラメータＮＩＬＳに関する合計で３つの曲線プロフィールを示している。

この図は、照明極３５、３６が６０°の開口角を有し、半径方向にσ＝０．６からσ＝０．８までの範囲にわたって拡がる図４の二重極設定において求められた曲線プロフィールを実線に示している。図１１及び図１４のグラフにも同じ曲線プロフィールを示しており、この曲線プロフィールは、約３６ｎｍの周期においてパラメータＮＩＬＳの大幅な降下を示している。この周期の領域では、パラメータＮＩＬＳは、０．６よりも小さい値に低下する。

この図は、暗域４１、４２のない図１７に示す二重極設定、すなわち、照明極３５、３６が、方位角α_optの範囲に対応する開口角を有し、半径方向に連続してσ＝０．３からσ＝１．０までの範囲にわたって拡がる二重極設定において求められた曲線プロフィールを破線に示している。この曲線プロフィールは、実線で示す曲線プロフィールに優る有意な改善を構成し、特に約３６ｎｍの周期におけるパラメータＮＩＬＳの降下をもはや示さない。しかし、この曲線プロフィールにおいても、パラメータＮＩＬＳのパラメータ値は、領域的に値１を下回って低下する。しかし、値ＮＩＬＳ＝０．８よりも小さいことはない。

この図は、暗域４１、４２を有する図１７に示す二重極設定において求められた曲線プロフィールを一点鎖線に示している。ここでもまた、この曲線プロフィールは、破線で示す曲線プロフィールに優る有意な改善を構成する。曲線は、図示の範囲全体において値ＮＩＬＳ＝１を上回って進む。従って、図示の範囲全体において良好な転写精度が保証される。

上述の方式又はあらゆる他の方式で決定した照明設定は、例えば、特に照明系（１）の瞳平面に配置することができる１つ又は複数の絞りによって設定することができる。適切な絞りの例示的な実施形態を図１９、図２０、及び図２１に例示している。しかし、絞りの使用は、一般的に、望ましくない光損失をもたらす。絞りと同様に、例えば、多ミラーアレイを用いたビーム経路の転換によって事実上無損失方式で望ましい照明設定を設定する可能性が存在する。一例として、図２に示す照明系１の照明ミラー９及び１０をこの目的に使用することができる。

図１９、図２０、及び図２１は、照明設定を生成するための絞り５３の異なる例示的な実施形態の概略図を示している。絞り５３は、例えば、薄い金属ディスクとして具現化することができる。図示の例示的な実施形態において、絞り５３は、各場合に円形ディスクとして具現化され、照明系１の光が通過することを可能にする絞り開口部５４、５５、又は内側絞り開口部５４ａ、５５ａ及び外側絞り開口部５４ｂ、５５ｂを有する。絞り開口部５４、５５又は内側絞り開口部５４ａ、５５ａ及び外側絞り開口部５４ｂ、５５ｂの外側では、照明系１の絞り５３は不透過のものである。

図１９に示す絞り５３の例示的な実施形態を使用すると、図８に記載の照明設定を設定することができる。従って、絞り開口部５４、５５の形状及び配列は、図８に示す照明極３５及び３６の形状及び配列に対応する。この場合、絞り開口部５４、５５は、特に、これらの開口部の境界線が、各場合に掩蔽の外側輪郭の形状、すなわち、内円３４の形状に対応することによって決定される。特に、絞り開口部５４、５５の境界線は、領域的に掩蔽の外側輪郭に等しいように具現化される。図示の例示的な実施形態において、そのような領域的な対応は、半径方向に内向きの境界線と半径方向に外向きの境界線の両方に関して存在する。

図２０に示す絞り５３の例示的な実施形態は、図１２に記載の照明設定を設定するためなどに機能する。従って、絞り５３は、図１２に示す照明極３５ａ、３６ａ、３５ｂ、３６ｂの形状及び配列に対応する形状及び配列を有する内側絞り開口部５４ａ、５５ａ及び外側絞り開口部５４ｂ、５５ｂを有する。この場合、外側絞り開口部５４ｂ、５５ｂは、内側絞り開口部５４ａ、５５ａの半径方向に完全に外側に配置される。更に、内側絞り開口部５４ａ、５５ａの各々は、掩蔽の外側輪郭の形状に対応する形状を有する。図示の例示的な実施形態において、半径方向に内向きの内側絞り開口部５４ａ、５５ａの境界線が、各場合に掩蔽の外側輪郭の形状に対応する形状を有する。特に、半径方向に内向きの内側絞り開口部５４ａ、５５ａの境界線は、各場合に掩蔽の外側輪郭に同一に具現化される。

図２１に示す絞り５３の例示的な実施形態は、図１７に記載の照明設定を設定するためなどに機能する。従って、絞り開口部５４、５５の形状及び配列は、図１７に示す照明極３５及び３６の形状及び配列に対応する。特に、絞り５３は、絞り開口部５４、５５内に、薄いウェブ５８、５９を用いて固定され、形状及び配列に関して照明設定の暗域４１、４２に対応する不透過領域５６、５７を有する。従って、不透過領域５６、５７は、掩蔽の外側輪郭の形状に領域的に対応する形状を有する絞り開口部５４、５５の境界線を形成する。特に、絞り開口部５４、５５のこれらの境界線は、領域的に掩蔽の外側輪郭に等しいように具現化される。図示の例示的な実施形態において、領域における対応は、各場合に不透過領域５６、５７の半径方向に内向きに向く側に存在する。

明瞭化の理由から、それぞれ特に断らない限り、垂直ストリップを有するマスク３を以上の説明及び図におけるベースとしてそれぞれに採用した。各場合に、水平に延びるストリップパターン又は他のパターン回折構造に対してこの考察が同じく適用される。

１ 照明系
２ 投影対物系
３ マスク
４ 物体平面
５ 基板
６ 像平面
７ 光源
８ 第１の照明ミラー
９ 第２の照明ミラー
１０ 第３の照明ミラー
１１ 第４の照明ミラー
１２ 第５の照明ミラー
１３ ミラーファセット
１４ ミラーファセット
１５ 第１の結像ミラー
１６ 第２の結像ミラー
１７ 第３の結像ミラー
１８ 第４の結像ミラー
１９ 第５の結像ミラー
２０ 第６の結像ミラー
２１ 第７の結像ミラー
２２ 第８の結像ミラー
２３ 光学系軸
２４ 切除部
２５ 切除部
２６ 切除部
２７ 切除部
２８ 第１の中間像平面
２９ 第２の中間像平面
３０ 第１の瞳平面
３１ 第２の瞳平面
３２ 第３の瞳平面
３３ 外円
３４ 内円
３５ 照明極
３５ａ 内側照明極
３５ｂ 外側照明極
３６ 照明極
３６ａ 内側照明極
３６ｂ 外側照明極
３７、３７ａ、３７ｂ ０次の回折次数によって照明される領域
３８、３８ａ、３８ｂ ０次の回折次数によって照明される領域
３９、３９ａ、３９ｂ ＋１次の回折次数によって照明される領域
４０、４０ａ、４０ｂ −１次の回折次数によって照明される領域
４１ 暗域
４２ 暗域
４３ 非照明域
４４ 非照明域
４５ 瞳領域
４６ 瞳領域
４７ 瞳領域
４８ 瞳領域
４９ 瞳領域
５０ 瞳領域
５１ 瞳領域
５２ 瞳領域
５３ 絞り
５４ 絞り開口部
５４ａ 内側絞り開口部
５４ｂ 外側絞り開口部
５５ 絞り開口部
５５ａ 内側絞り開口部
５５ｂ 外側絞り開口部
５６ 不透過領域
５７ 不透過領域
５８ ウェブ
５９ ウェブ

Claims (24)

1. ＥＵＶマイクロリソグラフィのための投影露光装置であって、
   パターンを照明するための照明系（１）と、
   前記パターンを感光基板（５）上に結像するための投影対物系（２）と、
   を含み、
   前記投影対物系（２）は、掩蔽を備えた瞳平面（３０）を有し、
   前記照明系（１）は、角度分布を有する光を生成し、
   前記角度分布は、極角度の範囲及び方位角の範囲にわたって拡がり、その内部で光強度が外側照明極最低値よりも高い外側照明極（３５ｂ、３６ｂ）を有し、
   前記角度分布は、極角度の範囲及び方位角の範囲にわたって拡がり、その内部で前記光強度が内側照明極最低値よりも高い内側照明極（３５ａ、３６ａ）を有し、
   前記内側照明極（３５ａ、３６ａ）の前記角度範囲は、前記外側照明極（３５ｂ、３６ｂ）の前記角度範囲よりも小さい極角度を有し、
   前記光強度の前記内側照明極最低値は、前記外側照明極最低値よりも高い、
   ことを特徴とする投影露光装置。
2. 前記外側照明極（３５ｂ、３６ｂ）と前記内側照明極（３５ａ、３６ａ）の間の前記光の前記角度分布は、その内部で前記光強度が前記外側照明極最低値よりも低く、かつ前記内側照明極最低値よりも低い極角度範囲を有することを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
3. 前記外側照明極（３５ｂ、３６ｂ）は、前記内側照明極（３５ａ、３６ａ）よりも大きい面積を有することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の投影露光装置。
4. 前記外側照明極（３５ｂ、３６ｂ）と前記内側照明極（３５ａ、３６ａ）は、同じ方位角度範囲にわたって拡がることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の投影露光装置。
5. ＥＵＶマイクロリソグラフィのための投影露光装置であって、
   パターンを照明するための照明系（１）と、
   前記パターンを感光基板（５）上に結像するための投影対物系（２）と、
   を含み、
   前記投影対物系（２）は、掩蔽を備えた瞳平面（３０）を有し、
   前記照明系（１）は、角度分布を有する光を生成し、
   前記角度分布は、極角度の範囲及び方位角の範囲にわたって拡がり、その内部で光強度が照明極最低値よりも高い照明極（３５、３６）を有し、
   その内部で前記光強度が前記照明極最低値よりも低く、前記瞳平面（３０）の前記掩蔽の形状に対応する形状を領域的に有する暗域（４１、４２）が、前記照明極（３５、３６）から大きい極角度に向かって除外される、
   ことを特徴とする投影露光装置。
6. 前記暗域（４１、４２）は、前記照明極（３５、３６）によって領域的に囲まれることを特徴とする請求項５に記載の投影露光装置。
7. 前記暗域（４１、４２）は、前記照明極（３５、３６）によって完全に囲まれることを特徴とする請求項５又は請求項６のいずれか１項に記載の投影露光装置。
8. 前記照明極（３５、３６）は、少なくとも方位角度範囲内で大きい極角度に向けて凹型に具現化されることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の投影露光装置。
9. 前記暗域（４１、４２）の外側輪郭が、前記掩蔽の外側輪郭に少なくとも領域的に同一に具現化されることを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の投影露光装置。
10. ＥＵＶマイクロリソグラフィのための投影露光装置であって、
    パターンを照明するための照明系（１）と、
    前記パターンを前記感光基板（５）上に結像するための投影対物系（２）と、
    を含み、
    前記投影対物系（２）は、掩蔽を備えた瞳平面（３０）を有し、
    前記照明系（１）は、角度分布を有する光を生成し、
    前記角度分布は、極角度の範囲及び方位角の範囲にわたって拡がり、その内部で光強度が照明極最低値よりも高い照明極（３５、３６）を有し、
    前記照明極（３５、３６）内の前記光強度は、大きい極角度から小さい極角度に向けて増加する、
    ことを特徴とする投影露光装置。
11. 前記照明極（３５、３６）は、小さい極角度に向けて、前記掩蔽の縁部における極角度の正弦値の１１０％よりも小さい正弦値を有する極角度が発生するまで拡がることを特徴とする請求項１０に記載の投影露光装置。
12. 前記照明極（３５、３６）は、大きい極角度に向けて、前記投影対物系（２）の物体側開口数の少なくとも９０％の正弦値を有する極角度が発生するまで拡がることを特徴とする請求項１０又は請求項１１のいずれか１項に記載の投影露光装置。
13. 前記照明極（３５、３６）は、ミラー配列によって形成されることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の投影露光装置。
14. 前記照明極（３５、３６）は、少なくとも４５°に等しい方位角度範囲にわたって拡がることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の投影露光装置。
15. 前記光の前記角度分布は、前記照明極（３５、３６）と類似に具現化された更に別の照明極（３５、３６）を有することを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の投影露光装置。
16. 前記掩蔽は、前記瞳平面（３０）内の中心に配置されることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の投影露光装置。
17. 前記投影対物系（２）は、少なくとも０．４という像側開口数を有することを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の投影露光装置。
18. 掩蔽を備えた瞳平面（３０）を有する投影対物系（２）を用いた感光基板（５）のマイクロリソグラフィ露光の方法であって、
    照明系（１）を用いて、極角度の範囲及び方位角の範囲にわたって拡がり、その内部で光強度が照明極最低値よりも高い照明極（３５、３６）を有する角度分布を有するＥＵＶ領域の光が生成され、
    前記照明極（３５、３６）は、大きい極角度に向けて、その内部で前記光強度が前記照明極最低値よりも低く、前記瞳平面（３０）の前記掩蔽の形状に対応する形状を領域的に有する暗域（４１、４２）が除外されるように具現化される、
    ことを特徴とする方法。
19. 掩蔽を備えた瞳平面（３０）を有する投影対物系（２）を用いた感光基板（５）のマイクロリソグラフィ露光の方法であって、
    照明系（１）を用いて、角度分布を有するＥＵＶ領域の光が生成され、
    前記角度分布は、極角度の範囲及び方位角の範囲にわたって拡がり、その内部で光強度が外側照明極最低値よりも高い外側照明極（３５ｂ、３６ｂ）を有し、
    前記角度分布は、極角度の範囲及び方位角の範囲にわたって拡がり、その内部で前記光強度が内側照明極最低値よりも高い内側照明極（３５ａ、３６ａ）を有し、
    前記内側照明極（３５ａ、３６ａ）の前記角度範囲は、前記外側照明極（３５ｂ、３６ｂ）の前記角度範囲よりも小さい極角度を有し、
    前記光強度の前記内側照明極最低値は、前記外側照明極最低値よりも高い、
    ことを特徴とする方法。
20. 掩蔽を備えた瞳平面（３０）を有する投影対物系（２）を用いた感光基板（５）のマイクロリソグラフィ露光の方法であって、
    照明系（１）を用いて、極角度の範囲及び方位角の範囲にわたって拡がり、その内部で光強度が照明極最低値よりも高い照明極（３５、３６）を有する角度分布を有するＥＵＶ領域の光が生成され、
    前記照明極（３５、３６）は、該照明極（３５、３６）内の前記光強度が大きい極角度から小さい極角度に向けて増加するように具現化される、
    ことを特徴とする方法。
21. ＥＵＶマイクロリソグラフィのための投影露光装置の照明系の絞りであって、
    絞り（５３）が、照明系によって生成されて掩蔽を備えた瞳平面（３０）を有する投影対物系（２）に供給される光の角度分布を予め定義する少なくとも１つの絞り開口部（５４、５５）を有し、
    前記絞り開口部（５４、５５）は、前記投影対物系（２）の前記瞳平面（３０）の前記掩蔽の外側輪郭の形状に対応する形状を領域的に有する少なくとも１つの境界線によって境界が定められる、
    ことを特徴とする絞り。
22. 前記投影対物系（２）の前記瞳平面（３０）の前記掩蔽の前記外側輪郭の前記形状に対応する形状を有する前記絞り開口部（５４、５５）の前記境界線の領域が、該絞り開口部（５４、５５）を半径方向に外側に向けて区切ることを特徴とする請求項２１に記載の絞り。
23. ＥＵＶマイクロリソグラフィのための投影露光装置の照明系の絞りであって、
    絞り（５３）が、照明系によって生成されて掩蔽を備えた瞳平面（３０）を有する投影対物系（２）に供給される光の角度分布を予め定義する少なくとも１つの内側絞り開口部（５４ａ、５５ａ）と少なくとも１つの外側絞り開口部（５４ｂ、５５ｂ）とを有し、
    前記外側絞り開口部（５４ｂ、５５ｂ）は、前記内側絞り開口部（５４ａ、５５ａ）の半径方向に完全に外側に配置される、
    ことを特徴とする絞り。
24. 前記内側絞り開口部（５４ａ、５５ａ）は、前記投影対物系（２）の前記瞳平面（３０）の前記掩蔽の外側輪郭の形状に対応する形状を領域的に有する少なくとも１つの境界線によって境界が定められることを特徴とする請求項２３に記載の絞り。

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