JP2016164675A - 投影露光方法、投影露光システム、及び投影対物系 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】投影露光方法は、放射線感応基板の露光区域をマスクのパターンの少なくとも1つの像により、投影対物系の有効物体視野に対してマスクをかつ同時に投影対物系の有効像視野に対して基板をそれぞれの走査方向に同時に移動する段階を含む走査作動において露光する段階を含む。本方法は、走査作動の開始と終了の間に投影対物系の少なくとも1つの収差を動的に変更するために走査作動中に所定の時間プロフィールに従って投影対物系の結像特性を能動的に変更する段階を含む。投影対物系の結像特性を変更する段階は、光学使用区域内でミラーの反射面の面プロフィールを変更することにより、投影ビーム経路内で視野面に光学的に近く配置されたミラーの光学特性を変更する段階を含む。
【選択図】図1
Description
一般的に、ステップ・アンド・スキャン装置又はウェーハスキャナと呼ばれる代替の露光システムでは、各露光区域は、投影対物系の有効物体視野内の照明ビームに対してマスクを更に投影対物系の共役な有効像視野内の投影ビームに対して基板をそれぞれの走査方向に同時に移動することによって走査作動で漸次的に照射される。一般的に、マスクは、走査装置内の投影対物系の物体面に対して平行に移動することができるマスクホルダによって所定位置に担持される。一般的に、基板は、走査装置内の像面に対して平行に移動することができる基板ホルダによって保持される。走査方向は、例えば、互いに対して平行、又は互いに対して非平行のものとすることができる。走査作動中に、マスクの移動速度と基板の移動速度とは、縮小投影対物系では1よりも小さく、投影対物系の倍率比βによって相互に関連付けられる。
結像誤差は、マスク形状を平面形状から逸脱させる重力の誤りの結果として導入される場合もある。この効果は、多くの場合に「レチクル湾曲」と呼ばれる。WO2006/013100A2として公開されている本出願人の国際特許出願は、レチクル湾曲によって引き起こされる歪曲効果に対処するように特に補正された投影対物系を開示している。
本発明の別の目的は、結像されるパターンが平坦でないマスク面上に形成される場合に高品質な結像を可能にするステップ・アンド・スキャン投影露光方法を提供することである。
本発明者は、基板上への微細構造の合焦された結像を保証するための従来の方法が、正しく露光された基板の高い歩留りを保証し、それによって不合格率を低減するのに全ての場合に十分というわけではない可能性があることを認めた。具体的に不合格率が露光区域内の基板面の局所凹凸(非平坦度)によって大きく影響を受ける可能性があることが認められている。露光区域内の基板面の相対位置が露光区域にわたって許容範囲を超えるマグニチュードで変化する場合には、露光内で結像されるパターンの一部が、構造化される構成要素内で十分に形成されない場合があり、それによって構成要素の耐用寿命中の構成要素異常の確率が高まる。
一般的に、他の結像収差に影響を与えることなく独立した方式で1つの結像収差を変化させることは困難である場合がある。従って、他の収差、特に歪曲、コマ収差、非焦点視野プロフィール、非点収差、及びこれらの重ね合わせのような他の視野収差が、視野曲率を変化させる時に同期して変化する場合がある。
SAR=(CRHの符合)・(MRH/(|MRH|+|CRH|))
この定義では、パラメータMRHは、結像過程の近軸周辺光線高さを表し、パラメータCRHは、結像過程の近軸主光線高さを表している。この用途の目的では、「主光線」(「プリンシパル・レイ」としても公知である)という用語は、有効使用物体視野の最外側視野点(光軸から最も分離した)から入射瞳の中心へと延びる光線を表している。回転対称系では、主光線は、子午平面内の同等の視野点から選択することができる。物体側で基本的にテレセントリックな投影対物系では、主光線は、光軸に対して平行に又は極めて小さい角度で物体面から出射する。結像過程は、周辺光線の軌道によって更に特徴付けられる。本明細書に用いる「周辺光線」は、軸上物体視野点(光軸上の視野点)から開口絞りの縁部へと延びる光線である。周辺光線は、軸外有効物体視野が用いられる場合は口径食の理由から像形成には寄与しないものとすることができる。本明細書では、主光線及び周辺光線の両方を近軸近似において用いる。所定の軸上位置におけるそのような選択された光線と光軸の間の半径方向距離をそれぞれ「主光線高さ」(CRH)及び「周辺光線高さ」(MRH)で表している。光線高さ比RHR=CRH/MRHは、視野面又は瞳面からの近接性又は距離を特徴付けるのに用いることができる。
近軸周辺光線及び近軸主光線の定義は、例えば、Michael J.Kidger著「基礎光学設計」、「SPIE PRESS」、米国ワシントン州ベリンガム(第2章)から得ることができ、この文献は、本明細書に引用によって組み込まれている。
一部の実施形態では、視野要素と最近接視野面の間にいかなる光学要素も配置されないように、視野要素は、次の視野面の直近に配置される。
視野要素は、投影対物系の光学要素とすることができる。視野要素を投影対物系の物体面と投影対物系の物体側入射面との間、又は投影対物系の像側出射面と像面の間に配置することができる。
本出願人による特許US7,385,756は、2つの中間像、及び各々が中間像の近く、すなわち、視野面の比較的近くに配置された2つの凹ミラーを有する反射屈折インライン投影対物系を開示している。両方の凹ミラーをマニピュレータとして用いることができる。この文献の開示内容は、本明細書に引用によって組み込まれている。
相対的に見ると、現時点では、多くの場合に、十分な補償を得るのに10ms(ミリ秒)内の焦点深度(DOF)の10%程度の変化率を十分なものとすることができると考えられる。一部の実施形態では、視野曲率は、1msの時間間隔内に投影対物系の焦点深度(DOF)の約0.5%と約50%の間の変化率で変更される。
それによって、例えば、マスク面の凹凸によって誘発される結像収差を非常に有効な手法で補償することができる。
以上の及び他の特性は、特許請求の範囲だけではなく、本明細書及び図面においても参照することができ、個々の特徴は、本発明の実施形態として及び他の分野で単独又は部分組合せのいずれにおいても用いることができ、個々に有利かつ特許性のある実施形態を表すことができる。
図に示している設計の仕様を開示するのに表を提供している場合には、1つ又は複数の表にそれぞれの図と同じ番号を振っている。理解を容易にするために、図内の対応する特徴部には、同様又は同一の参照識別記号を振っている。レンズを指定する場合には、識別記号L3−2は、第3の対物系部分における第2のレンズ(放射線伝播方向に見て)を表している。
他の実施形態では、出射面は、投影対物系の出射面と基板面の間に気体が充填された間隙が置かれるように、ウェーハの基板面SSの上方数ミリメートルの作動距離のところに配置される(乾式システム)。
投影対物系POは、物体面OSに配置された物体の像を物体面と光学的に共役な像面内に形成するように設計された光学結像システムである。結像は、中間像を形成することなく、又は1つ又はそれよりも多くの中間像、例えば、2つの中間像を通じて得ることができる。
次に、対物系の像側における条件を図2Bに関連して説明する。本出願の論旨では、像視野サイズは、対物系の(円形)「設計像視野」の半径に対応する最大像視野高さy’によって特徴付けることができる。設計像視野IFDは、対物系の結像忠実性が、目標とするリソグラフィ処理に対して十分に良好である像面の全ての視野点を含む。言い換えれば、全ての結像収差は、最大像視野高さy’に等しいか又はそれよりも小さい半径方向座標内で目標とする用途に向けて十分に補正され、それに対して設計像視野IFDの外側の視野点では、1つ又はそれよりも多くの収差が必要な閾値よりも高くてもよい。
光学面が真球面であることからの逸脱を発生源とする波面収差を説明するのにゼルニケ項を用いる技術は、従来の技術である。また、異なるゼルニケ項が非焦点、非点収差、コマ収差、及びより高次の収差に至る球面収差を含む異なる収差現象を表すことは十分に認められている。収差は、選択された数のゼルニケ多項式の線形組合せとして表すことができる。ゼルニケ多項式は、単位円上に定められた1組の完全な直交多項式である。例えば、ρが正規化半径であり、θが方位角である極座標が用いられる。波面収差W(ρ、θ)は、ゼルニケ多項式内でゼルニケ項とそれぞれの重み係数との積の和として展開することができる(例えば、H Gross編「光学系ハンドブック」第2巻、「物理的像形成」、「Wiley−VCH Verlag GmbH & Co.KGaA」、第20章2項、2005年を参照されたい)。ゼルニケ表現では、ゼルニケ多項式Z1,Z2,Z3等は、全体収差へのそれぞれの寄与を識別するある一定の意味を有する。例えば、Z1=1は、定数項(又はピストン項)に対応し、Z2=ρcosθは、x方向の歪曲に対応し(又はx方向の波面傾斜)、Z3=ρsinθは、y方向の歪曲(又はy方向の波面傾斜)に対応し、Z4=2ρ2−1は、非焦点(放物状部分)に対応し、Z5=ρ2cos2θは、3次の非点収差に対応する等である。
図5は、露光区域内で山から谷までの値PV=100nmによって特徴付けられる基板面の凹凸に対して、露光区域内のx方向の基本的に2次の面プロフィールの効果を表すゼルニケスペクトルを示している。凹凸が、基本的に非焦点(ゼルニケ係数Z4)及び球面収差(1次球面収差Z9、2次球面収差Z16等)に影響を与え、同時に、平坦でない(非平面)面プロフィールによって誘発される他の収差のレベルが比較的小さいことが明らかである。
各場合の破線は、投影対物系のペッツヴァル面PSを表し、この面PSは、平坦でない基板面によって引き起こされる結像収差を低減することを可能にするように、有効像視野内の基板の面トポグラフィと共形であるように適応される。この例では、投影対物系は、時点t1では視野曲率に対して若干補正不足であり、補正状態は、時点t2における若干過補正された状況へと動的に変更される。結像システムの像視野曲率のこの有意な変化は、走査速度に適応されて数分の1秒以内に動的に起こされる。この変化は、下記により詳細に説明するように、走査作動に先行して実施された面トポグラフィ測定に基づいて達成される。
相対的に見ると、現時点では、多くの場合に、十分な補償を得るのに、10ms(ミリ秒)内の焦点深度(DOF)の10%程度の変化率を十分なものとすることができると考えられる。一部の実施形態では、非焦点は、1msの時間間隔以内の投影対物系の焦点深度(DOF)の約0.5%と約50%の間の変化率で変更される。
投影対物系の1つ又はそれよりも多くの光学要素の能動的操作によって引き起こされる視野曲率及び/又は歪曲のような結像収差の変化率は、環境圧力及び/又は温度、及び/又はシステムの加熱によって誘発される変化によって引き起こされる投影システムの使用中に発生する場合がある時間依存変化よりも速い程度のものとすることができる。
各場合に、下記により詳細に説明するように、基板面の凹凸及び/又はレチクルの凹凸の効果に対処するために1つ又はそれよりも多くの付加的なマニピュレータが特定的に準備される。
3つの互いに共役な瞳面P1,P2,及びP3は、主光線CRが光軸と交差する位置に形成される。第1の瞳面P1は、第1の対物系部分内で物体面と第1の中間像の間に形成され、第2の瞳面P2は、第2の対物系部分内で第1の中間像と第2の中間像の間に形成され、第3の瞳面P3は、第3の対物系部分内で第2の中間像と像面ISの間に形成される。
第1のシナリオSC1では、基板の凹凸を基本的に図3に関連して上述したように従来の方式でウェーハのz位置及びウェーハの傾斜ステータスの能動的操作によって補正した。第2のシナリオSC2では、上記に加えて、光軸に対して平行なレンズの相対変位及びレンズの傾斜を含む光学要素に対するいくつかの能動的操作を実施した。
これらの値は、視野要素の動的な変形が、焦点割り当てに対する現在優勢な寄与のうちの1つである基板面の凹凸の寄与を大きく低減することを示している。それによってリソグラフィ処理における処理許容範囲の有意な改善が得られる。同時に、焦点誤差に関連する要件をレンズ加熱などのような他の寄与効果に関して緩和することができる。
投影ビームのビーム経路を辿るのを容易にするために、図10Bには、軸外物体視野OFの外側視野点の主光線CRの経路を太線で示している。
3つの互いに共役な瞳面P1,P2,及びP3は、主光線CRが光軸と交差する位置に形成される。第1の瞳面P1は、第1の対物系部分内で物体面と第1の中間像の間に形成され、第2の瞳面P2は、第2の対物系部分内で第1の中間像と第2の中間像の間に形成され、第3の瞳面P3は、第3の対物系部分内で第2の中間像と像面ISの間に形成される。
第3のシナリオSC3では、走査作動中に投影対物系の視野曲率及び他の視野収差を動的に最適化するために、平面プレートPP内で時間依存の横方向屈折率不均一性を適用した。屈折率の2次元(空間)分布は、例えば、ゼルニケ係数Z2からZ49で説明することができる。
これらの値は、視野プレートPPにおける屈折力分布の動的修正が、焦点割り当てに対する現在優勢な寄与のうちの1つである基板面の凹凸の寄与を大きく低減することを示している。それによってリソグラフィ処理における処理許容範囲の有意な改善が得られる。同時に、焦点誤差に関連する要件をレンズ加熱などのような他の寄与効果に関して緩和することができる。
レチクル湾曲によって引き起こされる収差の問題は、走査作動中に投影対物系の結像特性を動的に変更するように構成された露光装置の実施形態を用いて動的な方式で対処することができる。
走査投影露光装置における走査作動中の視野曲率のような視野収差の実時間補正が、基板面及び/又はパターン面の理想的な平面形状からの逸脱によって誘発される場合がある結像収差を大きく低減することができることを様々な実施形態で示した。特に、走査露光システムにおけるウェーハ面の凹凸及び/又はレチクル湾曲の悪影響を大きく低減することができる。
全ての特許請求の範囲の内容は、引用によって本明細書の一部とされる。
ILL 照明系
M マスク
OS 物体面
PO 投影対物系
WS ウェーハスキャナ
Claims (23)
- 投影対物系の像面に配置された放射線感応基板の露光区域を該投影対物系の物体面に配置されたマスクのパターンの少なくとも1つの像により、該投影対物系の有効物体視野に対して該マスクをかつ同時に該投影対物系の有効像視野に対して該基板をそれぞれの走査方向に移動する段階を含む走査作動において露光する段階と、
前記走査作動の開始と終了の間に前記投影対物系の少なくとも1つの収差を動的に変更するために、該走査作動中に所定の時間プロフィールに従って該投影対物系の結像特性を能動的に変更する段階と、
を含み、
(i)前記投影対物系の少なくとも1つの結像特性を変更する前記段階は、投影ビーム経路内で該投影対物系の視野面に光学的に近く配置された少なくとも1つの光学面を含む該投影対物系の少なくとも1つの視野要素によって引き起こされる光学効果を空間分解方式で変更する段階を含み、
(ii)少なくとも1つの視野要素が、前記投影ビーム経路内で視野面に光学的に近く配置された反射面を有するミラーであり、
(iii)前記投影対物系の少なくとも1つの結像特性を変更する前記段階は、前記ミラーの光学特性を光学使用区域における該ミラーの前記反射面の面プロフィールを変更することによって変更する段階を含む、
ことを特徴とする投影露光方法。 - 少なくとも2つの視野要素が設けられ、
前記視野要素は、規定の協調方式で互いに独立に操作される、
ことを特徴とする請求項1に記載の投影露光方法。 - 前記投影対物系の視野曲率が、前記走査作動中に所定の時間プロフィールに従って動的に変更されることを特徴とする請求項1に記載の投影露光方法。
- 前記視野曲率は、1msの時間間隔内に前記投影対物系の焦点深度の0.5%と50%の間の変化率で変更されることを特徴とする請求項3に記載の投影露光方法。
- 少なくとも1つの収差の変更方向が、1回の走査作動中に1回又はそれよりも多く変更されることを特徴とする請求項1に記載の投影露光方法。
- 結像特性が、少なくとも20Hzの頻度で変更されることを特徴とする請求項1に記載の投影露光方法。
- 前記露光区域内の前記基板の面プロフィールを表す基板面データを生成する段階と、
前記基板面データに基づいてマニピュレータ制御信号を生成する段階と、
前記投影対物系の前記結像特性を動的に適応させて前記露光区域内の前記面プロフィールによって引き起こされる結像収差を低減するために、前記マニピュレータ制御信号に応答して該投影対物系の少なくとも1つの操作デバイスを駆動する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の投影露光方法。 - 前記露光区域に対応するマスク区域内の前記マスクの面プロフィールを表すマスク面データを生成する段階と、
前記マスク面データに基づいてマニピュレータ制御信号を生成する段階と、
前記投影対物系の前記結像特性を動的に適応させて前記マスク区域内の前記面プロフィールによって引き起こされる結像収差を低減するために、前記マニピュレータ制御信号に応答して該投影対物系の少なくとも1つの操作デバイスを駆動する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の投影露光方法。 - 少なくとも1つの視野要素が、前記投影ビーム経路内の透過光学要素であり、前記光学特性を変更する段階は、該視野要素の光学使用区域における屈折力の空間分布を変更する段階を含むことを特徴とする請求項1に記載の投影露光方法。
- 前記視野要素の少なくとも1つが、平面ミラーであり、前記投影対物系の少なくとも1つの結像特性を変更する前記段階は、該平面ミラーの光学特性を光学使用区域における該平面ミラーの反射面の面プロフィールを変更することによって変更する段階を含むことを特徴とする請求項1に記載の投影露光方法。
- 1次放射線源によって生成された1次放射線を受光し、かつ該1次放射線を成形してパターンを担持するマスク(M)上に入射する照明放射線を生成するように構成された照明系と、
前記パターンの像を放射線感応基板上に投影するように構成された投影対物系と、
前記投影対物系の有効物体視野に対して前記マスクをかつ同時に該投影対物系の有効像視野に対して前記基板をそれぞれの走査方向に同時に移動するように構成された走査システムと、
走査作動の開始と終了の間に前記投影対物系の少なくとも1つの収差を動的に変更するために、該走査作動中に所定の時間プロフィールに従って該投影対物系の結像特性を能動的に変更するように構成された制御システムと、
を含み、
(i)前記投影対物系は、投影ビーム経路内で該投影対物系の視野面に光学的に近く配置された少なくとも1つの光学面を含む少なくとも1つの視野要素と、該視野要素によって引き起こされる光学効果を空間分解方式で変更するように構成された操作デバイスとを含み、
(ii)少なくとも1つの視野要素が、前記投影ビーム経路内で視野面に光学的に近く配置された反射面を有するミラーであり、
(iii)前記操作デバイスは、光学使用区域における前記反射面の面プロフィールを変更するように構成される、
ことを特徴とする投影露光装置。 - 前記ミラーに作動的に接続した前記操作デバイスは、該ミラーの前記反射面の形状を2次元で変更するように構成されることを特徴とする請求項11に記載の投影露光装置。
- 各々が操作デバイスに関連付けられた少なくとも2つの視野要素が設けられ、該操作デバイスは、規定の協調方式で互いに独立に操作されるように構成されることを特徴とする請求項11に記載の投影露光装置。
- 前記制御システムは、前記走査作動中に所定の時間プロフィールに従って前記投影対物系の少なくとも視野曲率を動的に変更するように構成されることを特徴とする請求項11に記載の投影露光装置。
- 前記制御システムは、前記視野曲率を1msの時間間隔内に前記投影対物系の焦点深度の0.5%と50%の間の変化率で変更するように構成されることを特徴とする請求項11に記載の投影露光装置。
- 前記制御システムは、1回の走査作動中に少なくとも1つの収差の変更方向を1回又はそれよりも多く変更するように構成されることを特徴とする請求項11に記載の投影露光装置。
- 少なくとも1つの視野要素が、前記投影ビーム経路内の透過光学要素であり、前記操作デバイスは、該透過光学要素の透過材料の屈折率を変更し、該透過光学要素の光学面の局所面曲率を変更することの少なくとも一方により、該視野要素の光学使用区域における屈折力の空間分布を変更するように構成されることを特徴とする請求項11に記載の投影露光装置。
- 前記視野要素の少なくとも1つが、平面ミラーであり、該平面ミラーに関連付けられた操作デバイスが、光学使用区域における該平面ミラーの反射面の面プロフィールを変更するように構成されることを特徴とする請求項11に記載の投影露光装置。
- 前記投影対物系は、
前記物体面に設けられた前記パターンを第1の中間像へと結像する第1の対物系部分と、
第2の瞳面に置かれた単一凹ミラーを含み、前記第1の中間像を第2の中間像へと結像する第2の対物系部分と、
前記第2の中間像を前記像面上に結像する第3の対物系部分と、
前記物体面から到着する放射線を前記凹ミラーの方向に反射するように、前記第1の中間像に光学的に近く配置された第1の折り返しミラーと、
前記凹ミラーから到着する放射線を前記像面の方向に反射するように、前記第2の中間像に光学的に近く配置された第2の折り返しミラーと、
を含み、
前記操作デバイスは、前記第1の折り返しミラー及び前記第2の折り返しミラーのうちの少なくとも一方の光学使用区域における前記反射面の面プロフィールを変更するように構成される、
ことを特徴とする請求項11に記載の投影露光装置。 - 前記折り返しミラーの各々は、操作デバイスに関連付けられ、該操作デバイスは、規定の協調方式で互いに独立に折り返しミラーの前記面プロフィールを変更するように構成されることを特徴とする請求項19に記載の投影露光装置。
- 投影対物系の像面に配置された放射線感応基板の露光区域を該投影対物系の物体面に配置されたマスクのパターンの少なくとも1つの像により、該投影対物系の有効物体視野に対して該マスクをかつ同時に該投影対物系の有効像視野に対して該基板をそれぞれの走査方向に同時に移動する段階を含む走査作動において露光する段階と、
前記走査作動の開始と終了の間に前記投影対物系の少なくとも1つの収差を動的に変更するために、該走査作動中に所定の時間プロフィールに従って該投影対物系の結像特性を能動的に変更する段階と、
を含み、
少なくとも1つの収差の変更方向が、1回の走査作動中に1回又はそれよりも多く変更される、
ことを特徴とする投影露光方法。 - 結像特性が、少なくとも20Hzの頻度で変更されることを特徴とする請求項21に記載の投影露光方法。
- 前記投影対物系の視野曲率が、前記走査作動中に所定の時間プロフィールに従って動的に変更されることを特徴とする請求項21に記載の投影露光方法。
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