JP3877517B2

JP3877517B2 - リソグラフィ装置用照明器、そのような照明器を含むリソグラフィ装置、およびそのようなリソグラフィ装置を使う製造方法

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Publication number: JP3877517B2
Application number: JP2000377332A
Authority: JP
Inventors: マルクス、オイルリンクス; ヤープ、クリッケヤン
Original assignee: エーエスエムエルネザーランズビー．ブイ．
Priority date: 1999-12-13
Filing date: 2000-12-12
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2020-12-12
Also published as: DE60028172D1; KR100566776B1; DE60028172T2; US6833907B2; JP2001217188A; TW546550B; KR20010062358A; US20030214643A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線の照射ビームを作るために使用でき、平面での放射線ビームの強度分布を制御する、リソグラフィ装置用照明システムに関する。更に詳しくは、この発明は、リソグラフィ投影装置で；
放射線の投影ビームを供給するための、照明システムを含む放射線システム；
この投影ビームを所望のパターンに従ってパターニングするための、パターニング手段；
基板を保持するための基板テーブル；および
このパターン化したビームをこの基板の目標部分上に結像するための投影システム
を含む装置にこの照明システムを使うことに関する。
【０００２】
【従来の技術】
“パターニング”という用語は、入射放射線ビームに、この基板の目標部分に創成すべきパターンに対応する、パターン化した断面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り；“光バルブ”という用語もこの様な関係に使ってある。一般的に、上記パターンは、集積回路またはその他のデバイス（以下参照）のような、この目標部分で作るデバイスの特別の機能層に対応するだろう。そのようなパターニング手段の例には次のようなものがある；
− マスクを保持するためのマスクテーブル。マスクの概念は、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。そのようなマスクを放射線ビーム中に置くと、このマスク上のパターンに従って、このマスクに入射する放射線の選択透過（透過性マスクの場合）または選択反射（反射性マスクの場合）を生ずる。このマスクテーブルは、このマスクを入射放射線ビームの中の所望の位置に保持できること、およびもし望むなら、それをこのビームに対して動かせることを保証する。
− プログラム可能ミラーアレイ。そのような装置の例は、粘弾性制御層および反射面を有するマトリックスアドレス可能面である。そのような装置の背後の基本原理は、反射面のアドレス指定された領域が入射光を回折光として反射し、一方アドレス指定されない領域が入射光を未回折光として反射するということである。適当なフィルタを使って、上記未回折光を反射ビームから濾過して取除き、回折光だけを後に残すことができ；この様にして、このビームがマトリックスアドレス可能面のアドレス指定パターンに従ってパターン化されるようになる。必要なマトリックスアドレス指定は、適当な電子手段を使って行える。そのようなミラーアレイについての更なる情報は、例えば、米国特許第５，２９６，８９１号および第５，５２３，１９３号から収集することができ、それらを参考までにここに援用する。
− プログラム可能ＬＣＤアレイ。そのような構成の例は、米国特許第５，２２９，８７２号で与えられ、これらは参考までにここに援用する。
簡単のために、この明細書の以下の説明には、ある場所で、それ自体をマスクテーブルおよびマスクを伴う例に具体的に向けるかも知れないが；しかし、そのような場合に議論する一般原理は、上に示すようなパターニング手段の広い文脈で見るべきである。
【０００３】
簡単のために、この投影システムを以後“レンズ”と呼ぶかも知れないが；しかし、この用語は、例えば、屈折光学素子、反射光学素子、および反射屈接システムを含む、種々の型式の投影システムを包含すると広く解釈すべきである。この放射線システムは、放射線の投影ビームを指向、成形または制御するためにこれらの設計形式の何れかによって動作する部品も含んでよく、それでそのような部品も以下に、集合的または単独に、“レンズ”と呼ぶかも知れない。更に、このリソグラフィ装置は二つ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”装置では、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露出に使ってもよい。二段階リソグラフィ装置は、例えば、米国特許第５，９６９，４４１号および１９９８年２月２７日提出の米国特許出願０９／１８０，００１に記載されていて、これらを参考までにここに援用する。
【０００４】
リソグラフィ投影装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使うことができる。そのような場合、このパターニング手段がこのＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成してもよく、およびこのパターンを感光材料（レジスト）の層で塗被した基板（シリコンウエハ）上の目標部分（一つ以上のダイを含む）上に結像することができる。一般的に、単一ウエハが隣接目標部分の全回路網を含み、それらをこの投影システムを介して、一度に一つずつ、逐次照射する。マスクによるマスクテーブル上へのパターニングを使う現在の装置では、二つの異なる型式の機械を区別することができる。一つの型式のリソグラフィ投影装置では、各目標部分を、マスクパターン全体をこの目標部分に一度に露出することによって照射し；そのような装置を普通ウエハステッパと呼ぶ。代りの装置では−それを普通ステップアンドスキャン装置と呼ぶ−、各目標部分を、このマスクパターンを投影ビームの下で与えられた基準方向（“走査”方向）に連続的に走査し、同時に基板テーブルをこの方向と平行または逆平行に同期して走査することによって照射し；一般的に、この投影システムは倍率Ｍ（一般的に＜１）を有するので、この基板テーブルを走査する速度Ｖは、倍率Ｍ掛けるマスクテーブルを走査する速度である。ここに説明したようなリソグラフィ装置に関する更なる情報は、例えば、米国特許第６，０４６，７９２号から収集することができ、これを参考までにここに援用する。
【０００５】
リソグラフィに使うような、投影装置は、一般的に、以後単に照明器と呼ぶ照明システムを含む。この照明器は、レーザのような放射源から放射線を受け、このパターニング手段（例えば、マスクテーブル上のマスク）のような、物体を照明するための照明ビームを作り出す。典型的照明器内では、このビームを成形し、瞳平面でこのビームが所望の空間強度分布を有するように制御する。この瞳平面での空間強度分布は、この照明ビームを作り出すための仮想放射線源の役割を効果的になす。この瞳平面の後で、この放射線を以後“結合レンズ”と呼ぶレンズグループによって実質的に集束する。上記結合レンズは、この実質的に集束した光を、石英ロッドのような、積分器に結合する。上記積分器の機能は、この照明ビームの空間および角度の両方の強度分布の均一性を改善することである。この瞳平面での空間強度分布は、この瞳平面がこの結合光学素子の前方焦点面と実質的に一致するので、上記結合光学素子によって照明される物体で角強度分布に変換される。この瞳平面での空間強度分布の制御は、この照明された物体の像を基板上に投影するときの処理パラメータを改善するために行うことができる。
【０００６】
既知の照明器は、以後“ズーム・アキシコン”と呼ぶ光学システムを含む。このズーム・アキシコンは、瞳平面での空間強度分布を調整するための手段である。この放射源からの放射線は、第１光学部品を通過し、それが角強度分布を生成する。次に、この放射線ビームは、ズームレンズを横切る。このズームレンズの後方焦点面に、一般的にこの瞳平面の２次光源となるのに適した空間強度分布が現れる。従って、このズームレンズの後方焦点面は、典型的には瞳平面（即ち、この結合光学素子の前方焦点面）と実質的に一致する。この瞳平面での空間強度分布の外側半径方向範囲は、ズームレンズの焦点距離を変えることによって変えることができる。しかし、ズームレンズは二つの自由度を持たねばならず、一つはこのズームレンズの焦点距離を変えるためで、第２は、この焦点距離が変るとき、後方焦点面がこの照明器の瞳平面に位置するままであるように、この主面の位置を変えるためである。この機能性のために、ズームレンズは、典型的には直列の数枚（例えば、少なくとも３枚）の別々のレンズから成り、その幾つかは可動である。上述のように、ズームレンズの焦点距離を調整することによって、瞳平面での円盤形の、好ましくは均質の強度分布を設定できる。以下では、瞳平面での何れかの予選択の、好適空間強度分布を“照度整定”と呼ぶかも知れない。
【０００７】
瞳平面近くにあるアキシコンは、一般的に相補の円錐形面を有する二つの素子から成る。上記アキシコンは、環状空間強度分布、またはそれらの中心付近に強度のない、即ち、軸上照度のない、その他の空間強度分布を生成するために使う。このアキシコンの二つの円錐面の間の距離を調整することによって環状度を調整することができる。アキシコンを閉じたとき、即ち、円錐面の間の隙間がゼロのとき、従来の（即ち、上記円盤状）照度設定を作り出すことができる。円錐面の間に隙間があると、環状強度分布が生じ、この環の内側半径方向範囲は二つの円錐面の間の距離によって決り；他方ズームレンズは、この環の外側半径方向範囲、従って幅を決める。この強度分布の予め選択した内側および外側の半径方向範囲を屡々σ設定、特に、それぞれ、σ内側設定およびσ外側設定と呼ぶ。ここでσ内側およびσ外側は、この瞳の最大半径に対する問題の半径の比の尺度である。
ここで使う“ズーム・アキシコン”という用語は、上記ズームレンズおよび上記アキシコンを含むモジュールを指すと解釈すべきである。
【０００８】
多極照度整定は、例えば、この角強度分布を適当に形作るようにこのズームレンズの前の上記第１光学素子を修正することによって、またはこのビーム経路に、例えば、瞳平面の近くに、孔明き板またはブレードを挿入することによって等、既知の照明器の種々の手段によって生成することができる。既知のズーム・アキシコンモジュールおよび多極モード生成についての更なる情報は、１９９９年４月６日に提出した米国特許出願０９／２８７，０１４で与えられ、それを参考までにここに援用する。
【０００９】
上に説明した既知の照明器では、所望の範囲の照度整定を作り出すために、ズーム・アキシコンモジュールが一般的に数個（例えば、５個以上）の光学部品を有し、特に幾つかの素子が独立に可動でなければならないという事実を考えると、それがその製作を高価にすることがある。更なる問題は、ズームレンズおよびアキシコンの二つの円錐形素子を含むこれらのレンズがかなりの厚さのレンズ材料および多数の表面接合境界を示すことである。これは、吸収、効率の悪い被膜、劣化作用および汚染のために透過効率が悪くなることがあることを意味する。この問題は、１９３、１５７、１２６ｎｍのような、短い波長の放射線の使用を要する、絶えず小さな形態を高密度で結像することに対する要求によって悪化する。ＣａＦ₂および石英のような、好適な透過性材料の効率は、一般的に吸収が増すために短波長で落ちる。部品の光学被膜の有効度も典型的に短波長で落ち、劣化作用が一般的に悪くなる。それで、全体として、透過率の減少のために、かなりのスループット低下が起り得る。もう一つの問題は、既知の照明器がリソグラフィ装置の中で比較的大きな容積を占めることである。これは、次に機械の中での過剰な嵩および製造コストの増加（特にＣａＦ₂のような材料を使うとき）に繋がることがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の問題を避けまたは軽減する照明器を備える、改良したリソグラフィ装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの態様によれば、最初の段落で指定したようなリソグラフィ装置で、上記調整手段が複数の光学素子の少なくとも一つをこの投影ビーム経路から出し入れするための少なくとも一つの交換器から成り、上記光学素子の各々が上記強度分布の少なくとも一つのパラメータを規定することを特徴とする装置が提供される。
【００１２】
ここで使う“光学素子”という用語は、以後ＤＯＥと呼ぶ、回折光学素子（例えば、回折マイクロレンズのアレイを含む）、マイクロレンズアレイ、ホログラフィ光学素子（例えば、コンピュータ生成ホログラフィ光学サブ素子のアレイを含む）等のような素子を指すと解釈すべきである。ＤＯＥについての更なる情報は、例えば、米国特許第５，８５０，３００号で与えられ、それを参考までにここに援用する。上記素子は、一般的にかなり薄く、例えば、実質的に平行平面の基板上に作ることができる。
【００１３】
【発明の効果】
交換器と複数の光学素子を使うことで、ズーム・アキシコンモジュールを必要とすることなく、この装置の照度整定を変えることが可能になる。ズーム・アキシコンモジュールの除去およびこのモジュールの単レンズによる置換えがこの照明器の光学部品の数を大きく減らし、それが表面の数を減らしおよび必要な透過性材料の厚さを減少し、それで初期スループットをかなり改善する。ズーム・アキシコンモジュールの除去は、この照明器の劣化および汚染作用に対する感度も下げ、この装置のコストを下げられるようにできる。この装置の大きさも減らすことができる。
【００１４】
この発明の上記態様による装置は、以下の利点を有することもできる。従来の照明器では、光学部品の相対的複雑さおよび配置精度が瞳強度分布に望ましくない楕円性を生ずることがある。しかし、本照明器の比較的単純な構成は、この問題を軽減する。
【００１５】
この発明の特別の実施例では、上記光学素子のビーム経路に沿う位置および上記瞳生成レンズの位置が調整可能である。これは、達成すべき、内側および外側半径方向範囲のような、強度分布パラメータの或る程度の連続変動を可能にする。これは、これらの光学素子によってもたらされる強度分布のパラメータの離散的性質を除去するためまたは交換器に備える必要のある交換可能な光学素子の数を減らすために使うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
一実施例によれば、どの一時にも、単一光学素子がビーム経路に（最初のビーム拡大後に）存在し、強度分布の１組のパラメータを規定する。この交換器は、各々異なる照度整定を規定するために、この光学素子を多数の異なる光学素子の一つと交換する。この構成は、ビーム内の光学素子の数が少なければ少ないほど、ビームの減衰が少ないので、有利なことがある。これは、光学的に薄く且つ製造が比較的安価である、マイクロレンズアレイおよびＤＯＥのようなその他の光学素子に特に有利であり、それで、各所望の照度整定に一つずつ、異なる交換可能光学素子のライブラリを設けることが問題でない。
【００１７】
代りのシナリオでは、この交換器を、このビーム経路に少なくとも二つの上記光学素子を並列に（即ち、並べて）配置できるように具体化する。その代りに、単一のそのような光学素子を、複数の区域を含み、各区域が異なる種類の照度整定に対応するような方法で具体化し、およびこの装置を上記素子の一つ以上の異なる区域を通してビームを向けられるように具体化することができる。例えば、後者のシナリオの交換器は、光学素子の平面に平行な平面で微細ｘ、ｙ運動を行え、それによってこのビームをこの素子に関して微細に位置決め可能であるようにしてもよく；その代りに光学スプリッタ／ミキサを使ってこのビームの異なる部分を異なる区域、または単一区域の異なる領域、または別の素子を予め選択した比で通るように向けてもよい。これらのシナリオは全て共通に、それらが、上に説明した効率的“混合効果”のために、かなり少ない数の光学素子にもとづき格段に多数の照度整定を達成できるようにするという事実を有する。更に、この様にして他の方法では達成困難、または不可能な（様々の）照度整定が可能になる。実際の露出中に照度整定を変えることを意図することさえできる。
【００１８】
先の段落で説明した内容で生成できるハイブリッド照度整定の具体例には次のようなものがある：
− 多極パターンが第１素子（または区域、または区域の領域）によって生成され、背景光束が第２素子（または区域、または区域の領域）によって生成されるソフト多極；
− ｘ方向の“強い”２極およびｙ方向の“弱い”２極を含む４極パターン；
− ｘ方向の極間隔がｙ方向のそれと異なる、“千鳥状４極”パターン。
【００１９】
先の二つの段落で説明した実施例は、その用途がズーム・アキシコンがなく、単レンズで置換えられた照明器に限定されないことに注意すべきである。材料コスト、吸収問題および／またはズーム・アキシコンの嵩が実質的問題でない場合（例えば、ＤＵＶリソグラフィ、または１９３ｎｍ若しくは１５７ｎｍで使う“ハイエンド”機で）は、柔軟性を負荷するために、この“混合実施例”をズーム・アキシコンと組合わせて使ってもよい。
【００２０】
この発明のもう一つの実施例では、上記光学素子の幾つかがこのビーム経路に沿って直列に配置可能である。一実施例では、第１光学素子が強度分布のパラメータの特別なサブセットを規定し、第２光学素子が、例えば、パラメータの上記サブセット特別の変更を規定する。例えば、第１光学素子がこの強度分布の内側および外側半径方向範囲（σ設定；それぞれ、σ内側設定およびσ外側設定）によって定められるある予選択の環状度を規定することができ、第２光学素子が上記内側および外側半径方向範囲を、それぞれ、（予め選択した量だけ）減少および増加する影響を及すことができる。これは、異なる光学素子の予選択可能な組合せ（一つの交換器の中の光学素子と他の交換器の開放位置の組合せを含む）をこの光路に直列に配置することによって、必要な光学素子の数を最小にしながら、照度整定の数を増すことができるという利点を有する。そのような実施例は、幾つか（例えば、二つ）の交換器を直列に含んでもよい。光学素子として、例えば、マイクロレンズアレイまたはＤＯＥを使うことは、一般的にそれらが比較的薄く、従って、それらの幾つかを直列に配置しても、ズーム・アキシコンモジュールと較した光吸収の程度が大きく減少するので、有利である。
【００２１】
この発明の更なる態様によれば、装置製造方法であって：
− 少なくとも部分的に放射線感応材料で覆われた基板を用意する工程；
− 照明システムを使って放射線の投影ビームを供給する工程；
− この投影ビームにその断面にパターンを与えるためにパターニング手段を使う工程；
− このパターン化した放射線ビームをこの放射線感応材料の層の目標領域上に投影する工程；
を含む方法で：
この投影ビーム経路に複数の光学素子の少なくとも一つを配置するために少なくとも一つの交換器を使ってこの投影ビームの強度分布の内側および／または外側半径方向範囲を設定し、この光学素子または各光学素子が上記強度分布の少なくとも一つのパラメータを規定することに特徴がある方法が提供される。
【００２２】
この発明によるリソグラフィ投影装置を使う製造プロセスでは、パターン（例えば、マスクの中の）を、少なくとも部分的にエネルギー感応材料（レジスト）の層で覆われた基板上に結像する。この結像工程の前に、この基板は、例えば、下塗り、レジスト塗布およびソフトベークのような、種々の処理を受けるかも知れない。露出後、基板は、例えば、露出後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハードベークおよび結像形態の測定／検査のような、他の処理を受けるかも知れない。この一連の処理は、デバイス、例えばＩＣの個々の層をパターン化するための基礎として使用する。そのようにパターン化した層は、次に、エッチング、イオン注入（ドーピング）、金属化処理、酸化処理、化学・機械的研磨等のような、全て個々の層の仕上げを意図した種々の処理を受けるかも知れない。もし、幾つかの層が必要ならば、全処理またはそれと同様の処理を各新しい層に反復しなければならないだろう。結局、デバイスのアレイが基板（ウエハ）上にできる。次に、これらのデバイスをダイシングまたは鋸引のような手法によって互いから分離し、そこから個々のデバイスをキャリヤに取付け、ピンに接続等が行われる。そのようなプロセスに関する更なる情報は、例えば、ピータ・バン・ザントの“マイクロチップの製作：半導体加工の実用ガイド”、第３版、マグロウヒル出版社、1997年、ISBN0-07-067250-4という本から得ることができる。
【００２３】
この明細書でＩＣの製造に於けるこの発明による装置の使用を具体的に参照してもよいが、そのような装置は、他の多くの可能な用途があることを明確に理解すべきである。例えば、それを集積光学システム、磁区メモリ用誘導検出パターン、液晶ディスプレイパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使ってもよい。当業者は、そのような代替用途の関係では、この明細書で使う“レチクル”、“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“マスク”、“基板”および“目標領域”で置換えられると考えるべきであることが分るだろう。
【００２４】
本文書では、照明放射線および照明ビームという用語を紫外放射線（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの波長の）およびＥＵＶを含むあらゆる種類の電磁放射線を包含するために使用する。
【００２５】
【実施例】
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する。
これらの図で、対応する参照記号は、対応する部品を指す。
【００２６】
図１は、この発明の具体的実施例によるリソグラフィ投影装置を概略的に描く。この装置は：
− 放射線（例えば、ＵＶまたはＥＵＶ線）の投影ビームＰＢを供給するための放射線システムＬＡ、Ｅｘ、ＩＬ；
− マスクＭＡ（例えば、レチクル）を保持するためのマスクホルダを備え、このマスクを部材ＰＬに関して正確に位置決めするために第１位置決め手段に結合された第１物体テーブル（マスクテーブル）ＭＴ；
− 基板Ｗ（例えば、レジストを塗被したシリコンウエハ）を保持するための基板ホルダを備え、この基板を部材ＰＬに関して正確に位置決めするために第２位置決め手段に結合された第２物体テーブル（基板テーブル）ＷＴ；
− マスクＭＡの被照射部分を基板Ｗの目標部分Ｃ（一つ以上のダイを含む）上に結像するための投影システム（“レンズ”）ＰＬ（例えば、屈折若しくは反射屈折システム、またはミラーグループ）；を含む。
ここで示す装置は、透過型である（即ち、透過性のマスクを有する）。しかし、一般的に、それは、例えば、（反射性のマスクを備える）反射型でもよい。
【００２７】
この放射線システムは、放射線のビームを作る放射源ＬＡ（例えば、Ｈｇランプ、またはエキシマレーザ）を含む。このビームを直接か、または、例えば、ビーム拡大器Ｅｘのような、状態調節手段を通してから、照明システムＩＬの中へ送る。この照明器ＩＬは、このビームの強度分布の外側および／または内側半径方向範囲（即ち、それぞれ、σ外側およびσ内側）を設定するための調整手段ＡＭを含む。その上、それは、一般的に、積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯのような、種々の他の部品を含む。この様にして、マスクＭＡに入射するビームＰＢは、その断面で所望の均一性および強度分布を有する。
【００２８】
図１に関して、放射源ＬＡは、（この放射源ＬＡが、例えば、水銀ランプである場合によくあることだが）このリソグラフィ投影装置のハウジング内にあっても良いが、このリソグラフィ投影装置から遠く離れていて、作った放射線ビームをこの装置に（例えば、適当な指向ミラーを使って）導いても良いことに注意すべきで；この後者のシナリオは、放射源ＬＡがエキシマレーザである場合によくあることである。本発明および請求項は、これらのシナリオの両方を包含する。
【００２９】
ビームＰＢは、次に、マスクテーブルＭＴ上にマスクホルダで保持されたマスクＭＡを横切る。マスクＭＡを横断してから、ビームＰＢは、レンズ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。干渉計変位および測定手段ＩＦの助けをかりて、基板テーブルＷＴは、例えば、異なる目標部分ＣをビームＰＢの経路に配置するように、正確に動くことができる。同様に、例えば、マスクＭＡを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位置決め手段を使ってマスクＭＡをビームＰＢの経路に関して正確に配置することができる。一般的に、物体テーブルＭＴ、ＷＴの運動は、図１に明示していないが、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）の助けをかりて実現する。しかし、ウエハステッパの場合は（ステップアンドスキャン装置と違って）、マスクテーブル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。
【００３０】
図示する装置は、二つの異なるモードで使うことができる：
１．ステップモードでは、マスクテーブルＭＴを本質的に固定して保持し、全マスク像を目標部分Ｃ上に一度に（単一“フラッシュ”で）投影する。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をビームＰＢで照射できるようにする；
２．走査モードでは、与えられた目標部分Ｃを単一“フラッシュ”では露出しないことを除いて、本質的に同じシナリオを適用する。その代りに、マスクテーブルＭＴが与えられた方向（所謂“走査方向”、例えば、ｘ方向）に速度νで動き得て、それで投影ビームＰＢがマスク像の上を走査させられ；同時に、基板テーブルＷＴがそれと共に同じまたは反対方向に速度Ｖ＝Ｍνで動かされ、このＭはレンズＰＬの倍率（典型的には、Ｍ＝１／４または１／５）である。この様にして、比較的大きい目標部分Ｃを、解像度について妥協する必要なく、露出できる。
【００３１】
この発明による照明器の実施例を図２に示す。それは、ビーム経路（破線）に光学素子１０およびこのビーム経路の光学素子１０に置換できる他の光学素子に接近できる光学素子交換器１２を含む。交換器１２は、幾つかの光学素子を備え且つこれらの光学素子の選択したものをビーム経路に配置するために制御可能なカルーセル若しくは回転円板、または、例えば、写真スライド映写機に使われているような、スライド取込取出機構のような、光学素子をビーム経路から出し入れするための何か適当な手段を含んでもよい。
【００３２】
光学素子１０を通過する放射線を単レンズ１４によって集光し、瞳平面１６に空間強度分布を生ずる。代替実施例では、レンズ１４が複合レンズであるが、ズーム・アキシコンの場合と違って、その部品が全て固定である。この瞳平面は、レンズ１４の後方焦点面に位置する。光学素子１０の選択は、この照明器の強度分布（即ち、照度整定）を決定する。各交換可能光学素子１０は、内側および外側半径およびビーム形状のような１組のパラメータを有する特定の強度分布を規定する。
【００３３】
この実施例では、固定単レンズ１４および複数の光学素子１０がズーム・アキシコンモジュールの種々の（可動）レンズおよび二つの相補の円錐形部品に置き換わる。レンズ１４の後で、この放射線を結合レンズ１８によって積分器ロッド２０（または、例えば、複眼レンズ）に導入する。結合レンズ１８の軸方向位置は、その前方焦点面が実質的に瞳平面１６と一致するように選択する。光学素子を使ってこの瞳平面で強度分布を完全に規定するこの実施例は、積分器２０の入口で均一性、テレセントリック性および強度分布のようなビーム特性で測定して、性能に負の影響は全くない。
光学素子１０は、一般的にマイクロレンズのアレイまたはＤＯＥのような、薄い素子である。
【００３４】
特定の実施例では、この光学素子がフレネルレンズのように機能する実質的に同じ回折光学マイクロレンズのアレイを含み、このフレネルレンズの一つの部分の最大（軸方向）厚さと近隣部分の最小厚さとの間の差をこの放射線ビームの波長（例えば、２４８ｎｍ、または１９３ｎｍ）のオーダの精度で制御するＤＯＥである。古典的、屈折フレネルレンズでは、上記精度が一般的には維持されない。ここで使う“フレネルレンズ”という用語は、ＤＯＥを構成する上記回折光学マイクロレンズを指すと一般的に解釈すべきである。このフレネルレンズアレイは、例えば、リソグラフィプロセスを使って製作することができる。フレネルレンズの表面上の異なる領域に於ける厚さの段階的変化は、典型的には約８段（または位相レベル）を使って、即ち、このアレイを製造するために使うプロセスで８層を使って階段として近似することができる。
【００３５】
一般的に作りたいと望む主照度整定（この照明器の瞳平面での強度分布）は：所謂従来の整定、環状整定、および多極整定である。異なる光学素子を製作して以下に議論するようにこれらの整定の各々を生成することができる。
【００３６】
従来の整定、即ち、単純な均一の円盤状強度分布は、単純にＤＯＥの各フレネルレンズを具体化して入射放射線ビームから発散ビームを作ることによって創成できる。この光学素子によって作った角強度分布をレンズ１４（図２）によって瞳平面で空間強度分布に変換する。この照度整定の唯一のパラメータは、この瞳平面での空間強度分布の外側半径方向範囲である。これらのフレネルレンズの有効曲率半径の減少または個々のフレネルレンズの大きさの増加は、このビームの発散を増し、従ってこの空間強度分布の最大半径方向範囲を増す。これらのフレネルレンズの光軸に垂直な平面でのフレネルレンズの形状は、この瞳平面での空間強度分布の形状を決める。それで、円盤形分布のために、フレネルレンズは円盤状の形状を有すべきである。ＤＯＥを構成するフレネルレンズの密詰めを可能にするために、上記形状は、円盤状形状を近似する程に、六角形に選択することができる。異なる光学素子の選択を用意して、多数の従来の照度整定を与えることができる。ここに記載したような従来の整定の実現のために使う光学素子は、以後“従来の光学素子”と呼んでもよい。
【００３７】
環状照度整定は、瞳平面の中心部に光がないことに特徴がある。この照度整定のパラメータは、内側半径方向範囲、即ち、この中心部に光のない範囲である。従来の光学素子では、瞳での強度分布の中心部を各フレネルレンズの中心部によって創成する。それで環状照明を作るためには、従来の光学素子の各フレネルレンズの中心部を除去しなければならない。図３および図４は、環状照度整定を作るための光学素子を設計できる方法を概念的に示す。図３は、従来の光学素子の単一フレネルレンズ３００を示し、内フレネルリングが点線の箱３０２で示す領域から除去してある。放射線がこの内フレネルリングを通過するのを簡単に阻止できるが、これは効率を下げ；従って、このようにする代りにフレネルリング３１０ａ、３１０ｂ、…の残りの外側のグループ３０４を、図３に矢印３０６で示すように、半径方向に内方に効果的に移動する。このようにして得られたフレネルレンズ４００は、図４に断面で概略的に示し、勿論軸対称で、この軸は図４の破線４０８である。そのようなフレネルレンズのアレイによって作った環の内側半径方向範囲は、効果的に除去した内側フレネルリングの数によって決り、この環の外側半径方向範囲は、従来の照明モードに対するのと同じ方法で決めることができる。
【００３８】
２極または４極のような、多極照明モードでは、瞳平面の各極を上記平面に於ける環状強度分布のほんの一部であると考えることができる。多極整定を生成するための光学素子は、フレネルレンズが放射線強度を向ける瞳平面での極形状に従って各フレネルレンズが形作られたフレネルレンズのアレイを含むことができる。
【００３９】
上にフレネルレンズアレイによって説明したが、これらの光学素子は、例えば、コンピュータ生成ホログラム（フーリエ計算した画像発生パターン板）のアレイのような、他の形を採ることができる。
【００４０】
光学素子交換器に少なくとも一つの光学素子を備える、この発明の特定の実施例は、特に小さいシグマ設定（即ち、小さい外側半径方向範囲）の従来の照度整定を達成するために使うことができる。そのような設定は、位相シフトマスクに使うために特に有利である。
【００４１】
上記シナリオによれば、各照度整定用に特有の光学素子１０が必要であり、この照度整定のパラメータは、連続的に変えることはできないが、一つの光学素子を異なる光学素子と交換するときに不連続に変る。この発明の更なる実施例によれば、光学素子１０とレンズ１４が照明器の光軸２２に沿って両方可動である。図２の光学素子１０とレンズ１４を同時に動かせば、従来照明の場合に、瞳平面での強度分布の半径方向範囲が効果的に変る結果となることを研究が示す。例えば、それらを共に積分器２０の方へ動かすとき、瞳平面１６での強度分布の有効半径方向範囲が小さくなる、即ち、外側半径方向範囲（またはσ外側設定）が減る。それで、この様にして、整定のある程度の連続変動が得られる。約０．２５または０．３のσ外側の変更が典型的に達成可能であることを研究が示す。
【００４２】
レンズ１４を軸方向に動かすとき、瞳平面１６がもはや結合レンズ１８の前方焦点面にないことは勿論判るだろう。従って、積分器２０への入口での強度分布は、均一でなくなるかも知れない。これは或る程度修正可能であり、または光学素子１０とレンズ１４の軸方向位置を調整することによって達成可能な“ズーム”機能によって与えられる余剰フレキシビリティを犠牲にして許容できる。
【００４３】
好適実施例では、レンズ１４が１０００ｍｍのオーダの焦点距離を有し、光学素子１０とレンズ１４を光軸２２に沿って積分器２０に近接および離隔するように３５０ｍｍのオーダで移動可能である。
【００４４】
上記実施例によれば、単一光学素子を使って瞳平面１６での強度分布を規定し、交換器１２が、強度分布を変えるように、特定の光学素子１０を異なる光学素子と交換できる。これは、ズーム・アキシコンモジュールを除去してその代りに単レンズ素子１４を使えるようにする。照明器のスループット効率は、勿論、典型的に光学部品に使用するＣａＦ₂および石英の体積吸収係数および表面被覆効率に敏感である。しかし、解析によれば、ズーム・アキシコンモジュールを使用する照明器が５５ないし７５％の領域の効率を有してもよいのに対して、上記実施例による照明器は、８０％と８５％の間の効率を有することができ、それはかなりの効率改善を表す。
【００４５】
照明の一形態では、多極モードに対するような、強度分布の極がそれらの間で本質的にゼロ強度になっていて、それを“ハード”多極モードと呼んでいる。しかし、或る用途では、極間または光軸上で幾らかの放射線強度があるのが都合がよく、これらの変形を一般的に“ソフト”多極モードと呼ぶ。ソフト照度整定の例は：全体的背景放射強度を与えること；中央の弱い極を設けること；および主極以外の多数の弱強度極を設けることである。上記のような、ソフトな変形は、従来のおよび環状照度整定にも使ってよい。そのようなソフトな変形は、前述の主照度整定を表す幾つか（例えば、少なくとも二つ）の瞳強度分布の混合体であると考えることができる。
【００４６】
以下では、“ソフト照度整定”を幾つか（例えば、少なくとも二つ）の異なる瞳強度分布の混合体と呼び、そこでこれらの瞳強度分布は、上記主照度整定を含んでもよいが、それらに限定されない。参考のために、上記主照度整定および対応するマイクロレンズまたはフレネルレンズ形状（それぞれマイクロレンズアレイまたはＤＯＥに現れる通りの）を、以下の表に示すように、文字によって識別する。

【００４７】
ここで称するｘ方向およびｙ方向は、局部光軸に実質的に垂直な平面内にある。多くの実施例で、ｘ軸およびｙ軸の方向は、パターニングマスクの臨界線構造の相互に直交する方向と実質的に一致する。
【００４８】
ソフト照度整定を作り出すための光学素子は、本発明にも使ってよい。一実施例では、ソフト照度整定を生成するための単一ＤＯＥがフレネルレンズのアレイから成り、そこでは例えば２種類のフレネルレンズがこのアレイ上に分布する。例えば、ソフト４極強度分布を生成するＤＯＥは、Ｎ型のフレネルレンズを詰めたアレイを５０％およびもう一つの種類、例えば、Ｏ型のフレネルレンズを詰めたアレイを５０％備えてもよい。他の比、即ち、他の割合も勿論同様に使うことができる。
【００４９】
この発明のもう一つに実施例では、二つのＤＯＥを、図１の素子１０の位置に、放射線ビームの中に並べて、両ＤＯＥが入射放射線ビームによって部分的に照射されるような方法で、配置することによってソフト照明を得る；図５参照。図５に、カルーセル３２の位置３０でのそのような並列構成を示す。このカルーセル（図１の交換器１２の一部）は、軸３１の周りに回転可能で、この軸３１とほぼ垂直な、相互に直交する方向ｘおよびｙに横に動き得る。Ｏ型のフレネルレンズを含み、図５に素子３４として示す従来の照明用ＤＯＥを、Ｓ型のフレネルレンズを含み、素子４４として示す環状照明用ＤＯＥと並べて置く。入射放射線ビーム４０のフットプリント３８が両ＤＯＥを部分的に横切る。従って、瞳平面に出来た空間強度分布は、従来の円盤形強度分布と環状形強度分布の和であろう。明らかに、図５の被照射面積４２と４３の比が上記従来の強度分布と環状強度分布の比を決める。カルーセル３２を、図５に示すように、ｘ方向に動かすことによって、この比を制御し、何れかの所望の予選択値に調整することができる。この様にして、多数の単一素子ソフト環状ＤＯＥにアクセスする必要なしに、特定の結像用途のための最適比を確立することが可能である。
【００５０】
この発明のもう一つに実施例では、異なる照度整定を創成する際のかなりの柔軟性が、図６に示すように、複数の領域５２を含み、その各領域が、例えば、特定の照明モードを生成するＤＯＥ部分である、単一光学素子５４を使うことによって得られる。図６は、各領域に存在するフレネルレンズの型式を示す（上記の表も参照）。それで、領域Ｎは、回折マイクロレンズのアレイがＮ型のフレネルレンズ１００％から成って、４極照明を生成するＤＯＥ部分であり、領域ＯＳは、ソフト環状照明を生成するための上記のＤＯＥ部分である。この光学素子を図５の位置３０に配置し、この光学素子５４をこの放射線ビーム４０のフットプリント３８に対して（例えば、ｘ方向および／またはｙ方向に）動かす可能性を利用することによって、主照度整定は勿論、複数のソフト照度整定を創成することができる。図６は、この実施例を概略的に示すだけであることに注意すべきである。例えば、領域の数、各領域に存在するフレネルレンズ型式の比、および領域の大きさに関するフットプリント３８の大きさは、全て適当に選択できるパラメータである。
【００５１】
この発明の更なる実施例を図７に示す。この例では、二つの光学素子１０Ａ、１０Ｂをこのビーム経路に沿って直列に配置し、各光学素子がそれぞれの交換器１２Ａ、１２Ｂを有する。この例の交換器の各々は、強度分布の特性またはパラメータの特別のサブセットを制御するために１組の光学素子を備える。例えば、交換器１２Ａに関連する光学素子は、アキシコンの機能を引継ぐ、即ち、強度分布の環状度を制御する、多数の環状整定（σ内側およびσ外側）を規定してもよく、一方交換器１２Ｂに関連する光学素子は、ズームモジュールによって従来通りに制御されるように、瞳で空間強度分布パターンの半径方向の範囲を確定する多数の従来の整定（σ外側）を規定してもよい。各交換器１２Ａ、１２Ｂは、空きスロットを備え、それが創成しているビームの特別なパラメータまたは特性の上記異なる値を確定する、異なる光学素子の間で独立に交換できる。交換器１２Ａによる環状整定と交換器１２Ｂによる従来の整定の組合せ効果は、瞳平面での対応する強度分布のたたみ込みだろう。それで、交換器１２Ａで設定されるσ内側およびσ外側値は、交換器１２Ｂの光学素子による従来の整定と組合わせたとき、それぞれ、減少および増加するだろう（即ち、この環のリング幅が増すだろう）。この様にして、光学素子の直列の異なる組合せが可能であるので、大きな柔軟性を達成でき、少しの光学素子しか必要ない。
【００５２】
この発明の特定の実施例を上に説明したが、この発明は、説明したのと別の方法で実施できることが判るだろう。この説明は、この発明を限定することを意図しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例によるリソグラフィ投影装置を描く。
【図２】本発明による照明器の一部の説明図である。
【図３】環状照明を生成すべき場合のために、回折光学素子で使うためのフレネルレンズを断面で示す。
【図４】環状照明を生成すべき場合のために、効率を改善した回折光学素子で使うための修正したフレネルレンズを断面で示す。
【図５】ソフト照度整定を生成するために使うことができる光学素子を備え、この照度整定のソフトさを変えるように動き得る交換器を示す。
【図６】放射線ビーム中に置いたとき、この放射線ビーム中の相対的横位置に依って、複数の照度整定を生成するために使い得る光学素子を描く。
【図７】本発明による照明器の更なる実施例を示す。
【符号の説明】
１０光学素子
１０Ａ光学素子
１０Ｂ光学素子
１２交換器
３２保持手段
３４光学素子
４２被照射面積
４３被照射面積
４４光学素子
ＡＭ調整手段
Ｃ目標部分
Ｅｘビーム成形光学素子
ＩＬ照明システム
ＩＮ積分器
ＬＡ放射源
ＭＡマスク
ＭＴマスクテーブル
ＰＢ投影ビーム
ＰＬ投影システム
Ｗ基板
ＷＴ基板テーブル

Claims

リソグラフィ投影装置であって：
− 放射線の投影ビーム（ＰＢ）を供給するための放射線システム（ＬＡ、Ｅｘ、ＩＬ
）で、平面でのこの投影ビームの強度分布を規定するための照明システム（ＩＬ）
を含み、この照明システムが上記強度分布の内側および／または外側半径方向範囲
を制御するための調整手段（ＡＭ）を含む放射線システム；
− 所望のパターンに従ってこの投影ビームをパターニングするための、パターニング
手段（ＭＡ、ＭＴ）；
− 基板（Ｗ）を保持するための基板テーブル（ＷＴ）；
− このパターン化したビームをこの基板の目標部分（Ｃ）上に結像するための投影シ
ステム（ＰＬ）；
を含む投影装置に於いて、上記調整手段が複数の光学素子（１０）の少なくとも一つをこの投影ビーム経路から出し入れするための少なくとも一つの交換器（１２）から成り、上記光学素子の各々が上記強度分布の少なくとも一つのパラメータを規定し、上記光学素子の少なくとも二つ（３４、４４）が上記ビーム経路に並列に配置可能であり、該上記光学素子（３４、４４）の各々の上記ビーム経路の中の割合（４２；４３）が調整可能である装置。
請求項１による装置に於いて、上記少なくとも一つの光学素子（１０）が回折および／または屈折素子を含む装置。
請求項２による装置に於いて、上記少なくとも一つの光学素子（１０）が屈折若しくは回折マイクロレンズのアレイ、またはコンピュータ生成ホログラムを含む装置。
請求項１ないし請求項３の何れか一つによる装置に於いて、上記少なくとも一つの光学素子（１０）のビーム経路に沿う位置が調整可能である装置。
請求項１ないし請求項４の何れか一つによる装置に於いて、上記光学素子の少なくとも二つ（１０Ａ、１０Ｂ）が上記ビーム経路に沿って直列に配置可能である装置。
請求項１ないし請求項５の何れか一つによる装置に於いて、上記強度分布の上記パラメータを：
外側半径方向範囲、環状度、内側半径方向範囲、周囲形状、周囲定位、極数、極の方位、極形状、強度勾配、および背景照明から選択する装置。
照明システム（ＩＬ）であって、順次：
− 実質的に平行にした放射線ビームから所望の内側および／または外側半径方向範囲
を有する強度分布を作り出すための、調整手段（ＡＭ）；
− このビームを積分器手段（ＩＮ）の入射面上に集束するための集束手段で、上記積
分器手段がこのビームの断面での強度均一性を改善する役に立つ集束手段；
を含み、この調整手段が少なくとも二つの光学素子（３４、４４）を上記ビームに並列に配置するための保持手段（３２）から成り、
上記少なくとも二つの光学素子（３４、４４）の各々の上記ビーム経路の中の割合（４２；４３）が調整可能であることを特徴とするシステム。