JP3993608B2 - リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法に関する。

リソグラフィ装置は、基板の目標部分上に所望のパターンを付ける機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）、フラットパネルディスプレイおよび微細構造を伴うその他のデバイスの製造に使うことができる。従来のリソグラフィ装置では、マスクまたはレチクルとも呼ぶ、パターニング装置を使ってこのＩＣ（またはその他のデバイス）の個々の層に対応する回路パターンを創成してもよい。このパターンを、放射線感応材料（レジスト）の層を有する基板（例えば、シリコンウエハまたはガラス板））上の目標部分（例えば、一つまたは幾つかのダイの一部を含む）に結像することができる。マスクの代りに、このパターニング手段は、回路パターンを創成するために役立つ、個々に制御可能な素子のアレイを含んでもよい。

一般的に、単一基板が隣接する目標部分のネットワークを含み、それらを順次露出する。既知のリソグラフィ装置には、全パターンをこの目標部分上に一度に露出することによって各目標部分を照射する、所謂ステッパと、このパターンを放射線ビームによって与えられた方向（“走査”方向）に走査することによって各目標部分を照射し、一方、この基板をこの方向に平行または逆平行に同期して走査する、所謂スキャナがある。

フラットパネルディスプレイの製造では、例えば、基板の異なる領域が別々の全体線量の放射線を受けるように、この基板を露出できることが屡々望ましい。そうすることによって、例えば、ある領域では基板上のレジストを完全に除去し、他の領域ではレジストの厚さを丸ごと残し、およびレジストを部分的に除去した付加的領域を設けることも可能である。

この機能を屡々ハーフトーンまたはグレートーン露出と称する。これは、単一露出工程のために行うべき後の製造プロセスで複数の処理工程を可能にする。例えば、あるプロセスは、露出後に完全に露出した基板の部分に適用してもよい。次に、一定の厚さのレジストを、まだレジストによって覆われている領域から除去する。これは、基板の追加の領域を露出するが、レジストが最厚であった領域は露出せず、後に追加の処理工程を今度露出した領域だけに行うことができる。最後に、残りのレジスト全てを、基板全体に処理工程を行う前に除去してもよい。

グレートーン露出は、基板の個々の部分を異なる時間与えられた強度で露出することによって、個々の部分を同じ時間であるが、異なる強度で露出することによって（その機能を普通グレースケール露出と称する）、またはこれら二つの組合せによって作り出してもよい。

本発明は、基板の異なる領域に異なる放射線量を適用するための方法および装置を提供する。

ここに具体化し且つ広く説明する本発明の原理と矛盾することなく、リソグラフィ装置が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。やはり含まれているのは、投影ビームの断面にパターンを付けるのに役立つ個々に制御可能な素子のアレイおよび最初基板を支持するための基板テーブルで、投影システムがパターン化したビームを基板の目標部分上に投影するために含まれていて、この投影システムは、集束素子のアレイを含み、それは、複数の個々に制御可能な素子からのパターン化したビームの放射線を基板上のある領域へ向けるように構成してある。

従って、与えられた集束素子に関連する個々に制御可能な素子の全てがこの集束素子に高強度の放射線をもたらすようにセットしてあれば、基板上の関連する領域の放射線強度は高く、与えられた露出時間の間に受けた放射線量は比較的高いだろう。この集束素子に関連する個々に制御可能な素子の全てが低強度の放射線をこの集束素子に向けるように（または、好ましくは、放射線を全く向けないように）セットしてあれば、この基板上の領域の放射線強度（および従って与えられた露出時間の放射線量）は低いだろう。

この集束素子に関連する個々に制御可能な素子の幾つかをこの集束素子に高強度の放射線を向けるようにセットし、幾つかをこの集束素子に低強度の放射線を向けるようにセットすることによって、この基板上の関連する領域の放射線強度は、中間値になり、それによって先の二つのセットと同じ露出時間で中間の放射線量を得る。従って、グレースケール制御をもたらすことによって、必要なグレートーン制御を得ることができる。各集束素子に関連する個々に制御可能な素子が多ければ多い程、各集束素子に関連する基板上の各領域に用意できる、放射線強度の可能な中間レベル、またはグレースケールレベルの数が大きい。

個々に制御可能な素子の各々は、三つ以上の状態にセットできるのが好ましい。例えば、第１状態では、個々に制御可能な素子に向けられた強度の最大割合を関連する集束素子に向ける。第２状態では、個々に制御可能な素子に入射する放射線の最小、好ましくは実質的にゼロ、割合を対応する集束素子に向ける。追加の状態では、個々に制御可能な素子に入射する放射線の、対応する集束素子に向けられる割合が第１および第２状態のそれの間で、どの他の状態とも違う。これによって、追加のグレースケールレベルが得られることを意味する。

もう一つの好適実施例によれば、個々に制御可能な素子の各々を、それに入射する放射線の、それぞれの状態で関連する集束素子へ向ける割合がその集束素子に関連する他の個々に制御可能な素子の各々のそれと違うように構成してもよい。これは、その上更なるグレースケールレベルが提供されるようにできる。例えば、一つの集束素子に関連する三つの個々に制御可能な素子を備える装置を考慮する。全ての素子が同じ割合の入射放射線をそれらの最大強度状態で集束素子に向けるならば、この集束素子が照射する基板上の領域の強度は、個々に制御可能な素子のどれか一つを最大状態にセットし且つ残りをゼロ放射線をこの集束素子に向ける状態にセットしたのと同じであろう。各素子の最大状態を互いに異なるように用意することによって、これら三つのセットは、この集束素子が照射する基板上の領域に三つの異なる放射線強度、従って与えられた露出時間に対して異なる放射線量またはグレートーンをもたらす。

同じ効果は、個々に制御可能な素子の各々に対して同じ状態（即ち、対応する状態の各々で、個々に制御可能な素子が全て入射放射線の同じ割合を集束素子へ向ける）にすることによって得ることができる。しかし、同時に、各個々に制御可能な素子に入射する放射線を、与えられた集束素子と関連する素子の各々に入射する放射線が異なるように減衰する。その代りに、個々に制御可能な素子の各々から伝播する放射線を、与えられた集束素子と関連する個々に制御可能な素子の各々から放射線のことなる割合がこの集束素子に達するように減衰する。上記の方法の幾つかの組合せも使ってよい。

この装置は、全部で、単一集束素子に関連する基板上の各点が放射線強度を２５６、５１２または１０２４グレースケールレベルのどれか一つにセットできるように構成するのが好ましい。

この装置は、更に、基板の所定の部分を露出しながら、この基板を投影システムに対して実質的に一定の速度で動かすためのアクチュエータを含んでもよい。この基板が投影システムの下を走査するとき、個々に制御可能な素子に対するセットを変えて必要なパターンをもたらす。好適構成で、この装置は、更に、個々に制御可能な素子をセットするための制御装置で、基板上の１点が一つの集束素子によって照射される領域内にある間に個々に制御可能な素子のセットを変えられるように構成した制御装置を含んでもよい。従って、各集束素子によって基板上の１点を露出する時間中に、個々に制御可能な素子に二つの異なるセットを適用することができる。これは、基板上のそのような点が受ける露出線量の付加的制御をもたらす。

例えば、その点の露出の途中でセットを変えるならば、その点が受ける放射線量は、第１セットを全露出時間の間維持したならば受けたであろう放射線量と、第２セットを全時間の間維持したならば受けたであろう放射線量の平均であろう。従って、一つの個々に制御可能な素子を全強度からゼロ強度へ変えるならば、その効果は、個々に制御可能な素子が全露出時間の間半分の強度であったのと同等の露出線量をもたらすことである。それで、中間セットの個々に制御可能な素子をもつ効果は、そのようなセットを個々に制御可能な素子に提供することが可能でなくても再現できる。同様に、個々に制御可能な素子を中間状態にセットできるとしても、付加的中間状態の効果を作り出せる。従って、付加的グレートーンが得られる。

類似の方法で、基板上の各点画異なる集束素子によって照射する二つの領域を通過する場合に、放射線量の制御増加をもたらすことができる。この場合、制御装置が、その点の二つの補助露出（即ち、各集束素子から受けた露出）の各々のために個々に制御可能な素子に異なるセットを提供することができ、この全線量は、二つの補助露出の和であろう。従って、上に説明した状況に類似して、全放射線量は、二つの補助露出時間（即ち、この点が二つの照射領域を通過する時間）に対して第１セットの露出から受けたであろう放射線量と、二つの補助露出時間に対して第２セットの露出から受けたであろう放射線量の平均に相当するだろう。この手法を、全露出線量を制御するための先の方法の何れか、例えば、露出のグレースケール放射線強度を制御するために使ったものと組合わせられることが分るだろう。

本発明の更にもう一つの態様によれば、基板を用意する工程および投影ビームの断面にパターンを付けるために個々に制御可能な素子のアレイを使う工程を含むデバイス製造方法が提供される。やはり含まれているのは、基板の目標部分上にこのパターン化したビームを投影するための投影システムの一部として、集束素子のアレイを使う工程である。各集束素子は、複数の個々に制御可能な素子からのパターン化したビームの放射線を目標部分内の領域へ向けるように構成してある。これらの個々に制御可能な素子は、複数の異なる状態にセットでき、その各々の状態で異なる強度の放射線が個々に制御可能な素子から関連する集束素子へ伝播する。この方法は、更に、個々に制御可能な素子の各々を基板上の上記領域に必要な放射線強度を生じるために必要な状態にセットする工程を含む。

このリソグラフィ装置は、投影システムの最終素子と基板の間のスペースを埋めるように、この基板を比較的屈折率の高い液体、例えば水の中に浸漬する型式でもよい。浸漬液をこのリソグラフィ装置の他のスペース、例えば、マスクと投影システムの最初の素子との間にも加えてよい。浸漬法は、投影システムの開口数を増すためにこの技術でよく知られている。

本発明の種々の実施例の構造および作用と共に、本発明の更なる実施例、特徴、および利点を以下に添付の図面を参照して詳細に説明する。

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。それらの図面で対応する参照記号は対応する部品を指す。

本発明の以下の詳細な説明は、この発明と整合する実施例を示す添付の図面を参照する。他の実施例が可能であり、この発明の精神および範囲内でこれらの実施例に修正を施してもよい。従って、この詳細な説明は、この発明を限定することを意味しない。そうではなく、この発明の範囲は、添付の請求項が定義する。

当業者には、以下に説明する本発明を、以下に説明するように、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、および／または図に示す構成要素の多くの異なる実施態様で実行してもよいことが分るだろう。本発明を実施するためにハードウェアの特殊な制御を伴う実際のソフトウェアコードのどれも本発明を制限しない。それで、本発明の操作挙動を、ここに呈示する詳細のレベルが与えられれば、実施例の修正および変形が可能であるという理解で説明する。

背景として、ここで使う“個々に制御可能な素子のアレイ”という用語は、基板の目標部分に所望のパターンができるように、入射放射線ビームにパターン化した断面を与えるために使えるあらゆる手段を指すと広く解釈すべきである。“光バルブ”および“空間光変調器”（ＳＬＭ）という用語もこの文脈で使うことができる。そのようなパターニング手段の例を以下に提供する。

プログラム可能ミラーアレイは、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を含んでもよい。そのような装置の背後の基本原理は、（例えば）この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。適当な空間フィルタを使って、上記未回折光を反射ビームから濾過して取除き、回折光だけを基板に達するように後に残すことができる。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。代案として、フィルタが回折光を濾過して取除き、未回折光を基板に達するように後に残してもよいことが分るだろう。

回折光学式マイクロ電気機械（ＭＥＭＳ）デバイスのアレイも対応する方法で使うことができる。各回折光学式ＭＥＭＳデバイスは、互いに対して変形して入射光を回折光として反射する格子を形成することができる複数の反射リボンを含む。更なる代替実施例は、極小ミラーのマトリックス配置を使用し、適当な局部電界を印加することにより、または圧電作動手段を使うことにより、それらの各々を軸線周りに個々に傾斜することができる。やはり、これらのミラーは、マトリックスアドレス可能で、アドレス指定したミラーが入射放射線ビームをアドレス指定されないミラーと異なる方向に反射する。この様にして、反射ビームをこれらのマトリックスアドレス可能ミラーのアドレス指定パターンに従ってパターン化する。

必要なアドレス指定は、適当な電子手段を使って行える。上に説明した両方の場合に、個々に制御可能な素子のアレイは、一つ以上のプログラム可能ミラーアレイを含むことができる。ここで言及した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号明細書および同第５，５２３，１９３号明細書、並びに国際特許出願第ＷＯ９８／３８５９７号および同第ＷＯ９８／３３０９６号から集めることができ、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号明細書で与えられ、それを参考までにここに援用する。

形態の予備バイアス、光学的近接補正形態、層変異技術および多重露出技術を使う場合、例えば、個々に制御可能な素子のアレイ上に“表示する”パターンは、基板の層にまたは基板の上に結局転写するパターンと実質的に違ってもよいことを理解すべきである。同様に、基板上に結局創成するパターンは、個々に制御可能な素子のアレイ上に任意の一瞬間に作るパターンに対応しなくてもよい。これは、基板の各部分に作る結果パターンを、個々に制御可能な素子のアレイ上のパターンおよび／または基板の相対位置が変る与えられた期間または与えられた露出数に亘って形成する装置の場合かも知れない。

この本文では、ＩＣの製造でリソグラフィ装置を使用することを具体的に参照するかも知れないが、ここで説明するリソグラフィ装置は、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のような、他の用途があるかも知れないことを理解すべきである。当業者は、そのような代替用途の関係で、ここで使う“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“基板”または“目標部分”と同義と考えてもよいことが分るだろう。

ここで言及する基板は、露出の前または後に、例えば、トラック（典型的には基板にレジストの層を付け且つ露出したレジストを現像する器具）、計測器具および／または検査器具で処理してもよい。該当すれば、この開示をそのようなおよび他の基板処理器具に適用してもよい。更に、この基板を、例えば、多層ＩＣを創るために、一度を超えて処理してもよく、それでここで使う基板という用語は既に多重処理した層を含む基板も指すかも知れない。

ここで使用する“放射線”および“ビーム”という用語は、紫外（ＵＶ）放射線（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの波長を有する）および超紫外（ＥＵＶ）放射線（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、並びにイオンビームまたは電子ビームのような、粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射線を包含する。

ここで使う“投影システム”という用語は、例えば使用する露光放射線に対して、または浸漬液の使用または真空の使用のような他の要因に対して適宜、屈折性光学システム、反射性光学システム、および反射屈折性光学システムを含む、種々の型式の投影システムを包含するように広く解釈すべきである。ここで使う“レンズ”という用語のどれも、より一般的な用語“投影システム”と同義と考えてもよい。

この照明システムも放射線の投影ビームを指向し、成形し、または制御するための屈折性、反射性、および反射屈折性光学要素を含む、種々の型式の光学要素も包含してよく、そのような要素も以下で集合的または単独に“レンズ”とも呼ぶかも知れない。

このリソグラフィ装置は、二つ（二段）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”機械では、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を露出用に使ってもよい。

図１は、この発明の特定の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放射線）の投影ビームＰＢを提供するための照明システム（照明器）ＩＬおよびこの投影ビームにパターンを付けるための個々に制御可能な素子のアレイＰＰＭ（例えば、プログラム可能ミラーアレイ）を含む。一般的に、個々に制御可能な素子のアレイの位置は、部材ＰＬに関して固定である。しかし、それは、その代りに部材ＰＬに関して正確に位置決めするために位置決め手段に結合してもよい。

やはり含まれているのは、基板（例えば、レジストを被覆したウエハ）Ｗを支持し、且つこの基板を部材ＰＬに関して正確に位置決めするために位置決め手段ＰＷに結合された基板テーブル（例えば、ウエハテーブル）ＷＴである。投影システム（“レンズ”）ＰＬが個々に制御可能な素子のアレイＰＰＭによって投影ビームＰＢに与えたパターンを基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、一つ以上のダイを含む）上に結像するために設けてある。この投影システムは、個々に制御可能な素子のアレイを基板上に結像してもよい。その代りに、この投影システムは、個々に制御可能な素子のアレイの素子がシャッタとして作用する二次源を結像してもよい。この投影システムは、例えば、二次源を作り且つマイクロスポットを基板上に結像するために、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡとして知られる）も含んでよい。

ここに描くように、この装置は、反射型である（即ち、個々に制御可能な素子の反射性アレイを有する）。しかし、一般的に、それは、例えば、（個々に制御可能な素子の透過性アレイを備える）透過型でもよい。

照明器ＩＬは、放射線源ＳＯから放射線のビームを受ける。この線源とリソグラフィ装置は、例えば、線源がエキシマレーザであるとき、別々の存在であってもよい。そのような場合、この線源はリソグラフィ装置の一部を形成するとは考えられず、放射線ビームは、線源ＳＯから、例えば適当な指向ミラーおよび／またはビーム拡大器を含むビーム送出システムＢＤを使って、照明器ＩＬへ送られる。他の場合、例えば、線源が水銀灯であるとき、線源がこの装置の一部分であってもよい。この線源ＳＯと照明器ＩＬは、もし必要ならビーム送出システムＢＤと共に、放射線システムと呼んでもよい。

照明器ＩＬは、ビームの角強度分布を調整するための調整手段ＡＭを含んでもよい。一般的に、この照明器の瞳面での強度分布の少なくとも外側および／または内側半径方向範囲（普通、それぞれ、σ外側およびσ内側と呼ぶ）を調整できる。その上、照明器ＩＬ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。この照明器は、その断面に所望の均一性および強度分布を有する、投影ビームＰＢと呼ぶ、放射線の調整したビームを提供する。

ビームＰＢは、次に、個々に制御可能な素子のアレイＰＰＭと交差する。個々に制御可能な素子のアレイＰＰＭで反射されてから、ビームＰＢは、レンズＰＬを通過し、それがこのビームＰＢを基板Ｗの目標部分Ｃ上に集束する。位置決め手段ＰＷ（および干渉計測定手段ＩＦ）を使って、基板テーブルＷＴを、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、正確に動かすことができる。使う場合は、個々に制御可能な素子のための位置決め手段を使って、個々に制御可能な素子のアレイＰＰＭの位置を、例えば走査中に、ビームＰＢの経路に関して正確に補正することができる。

一般的に、物体テーブルＷＴの移動は、図１にはっきりは示さないが、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（精密位置決め）を使って実現する。類似のシステムを使って個々に制御可能な素子のアレイを配置してもよい。その代りに／それに加えて、物体テーブルおよび／または個々に制御可能な素子のアレイが固定位置にあっても、投影ビームが可動で必要な相対運動を得てもよいことが分るだろう。

フラットパネルディスプレイの製造に特に適用可能な、更なる代案として、基板テーブルおよび投影システムの位置が固定で、基板をこの基板テーブルに対して動かすように構成してもよい。例えば、基板テーブルが基板をその全域に亘ってほぼ一定の速度で走査するためのシステムを備えてもよい。

この発明によるリソグラフィ装置をここでは基板上のレジストを露出するためのものとして説明するが、この発明はこの用途に限らず、この装置をレジストレス・リソグラフィで使うためのパターン化した投影ビームを投影するために使ってもよいことが分るだろう。

図示する装置は、四つの好適モードで使うことができる。ステップモードでは、個々に制御可能な素子のアレイが全パターンを投影ビームに与え、それを目標部分Ｃ上に一度に（即ち、単一静的露出で）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を露出できるようにする。ステップモードでは、露出領域の最大サイズが単一静的露出で結像する目標部分Ｃのサイズを制限する。

走査モードでは、個々に制御可能な素子のアレイが与えられた方向（所謂“走査方向”、例えば、Ｙ方向）に速度ｖで動き得て、それで投影ビームＰＢがこの個々に制御可能な素子のアレイ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＝Ｍｖで動かされ、このＭはレンズＰＬの倍率である。走査モードでは、露出領域の最大サイズが単一動的露出での目標部分の幅（非走査方向の）を制限し、一方走査運動の長さが目標部分の高さ（走査方向の）を決める。

パルスモードでは、個々に制御可能な素子のアレイを本質的に固定し、パルス化した放射線源を使って全パターンを目標部分Ｃ上に投影する。基板テーブルＷＴをほぼ一定速度で動かして投影ビームＰＢに基板Ｗを横切る線を走査させるようにする。個々に制御可能な素子のアレイ上のパターンを放射線システムのパルス間で必要に応じて更新し、これらのパルスは、連続する目標部分Ｃを基板上の必要な場所で露出するように時間が決めてある。従って、投影ビームは、基板のストリップに対して完全なパターンを露出するために基板Ｗを横切って走査できる。完全な基板を1行ずつ露出するまでこのプロセスを繰返す。

連続走査モードがあり、本質的にパルスモードと同じである。例外は、連続走査モードでは、実質的に一定の放射線源を使い、個々に制御可能な素子のアレイ上のパターンを投影ビームが基板を横切って走査し且つそれを露出するとき更新することである。上に説明した使用モードの組合せおよび／または変形または全く異なった使用モードも使ってよい。

図２は、本発明による装置の一部を表す。特に、それは、個々に制御可能な素子のアレイ１０、投影素子のシステム１１および放射線を基板１３上へ向けるための集束素子のアレイ１２を示す。放射線を個々に制御可能な素子のアレイ１０から集束素子のアレイ１２上へ投影するために代替装置も使ってよいことが分るだろう。個々に制御可能な素子のアレイをビームスプリッタ（投影素子のセット内にそれが放射線の投影ビームを個々に制御可能な素子の反射性アレイ上にテレセントリックに分流し、するとよく知られているようにその反射がこのビームスプリッタを直接通過してこの投影システムの残りの中へ入るように配置してある）によって照射してもよいこと、斜放射線によって照射してもよいこと（図２に示すように）、またはもしそれが透過性構造であれば、直接照射できることも分るだろう。

図示するように、個々に制御可能な素子のアレイ１０は、個々に制御可能な素子２１ないし２６を含む。集束素子のアレイ１２は、二つの集束素子３１、３２を含む。三つの個々に制御可能な素子２１、２２、２３からの放射線は、集束素子の一つ３２へ向けられ、残りの個々に制御可能な素子２４、２５、２６からの放射線は、他の集束素子３１へ向けられる。実際には、この集束素子のアレイが更に多くの集束素子を有することが分るだろう。例えば、この集束素子のアレイは、１０２５×９６８の集束素子をアレイで有してもよい。更に、この個々に制御可能な素子のアレイが同様にかなり大きいだろうことが分るだろう。更に、以下に説明するように、個々に制御可能な素子の幾つが集束素子の各々に関連してもよい。

集束素子３１、３２の各々は、それに向けられた放射線を基板１３上の関連する領域３３、３４へ集束する。各領域の放射線の強度は、その集束素子に関連する個々に制御可能な素子の各々からのパターン化したビームの部分の強度の和に依存する。従って、集束素子３２に関連する基板１３上の領域３４での放射線は、個々に制御可能な素子２１、２２、２３の各々から伝播する放射線の強度に依存する。個々に制御可能な素子２１ないし２６の各々は、複数の状態にセットすることができる。単純な状況では、これらの素子を関連する集束素子２０上への直接放射か、そうでないかのどちらかにセットしてもよい。従って、それは二つの状態、即ち全強度およびゼロ強度を有する。

図２に示す例では、各集束素子に関連する三つの個々に制御可能な素子の各々をセットできることが、一つの集束素子からの放射線が向けられる基板上の領域で四つの異なる放射線強度レベルを提供できる結果となる。特に、全ての素子をゼロ放射線にセットして、この集束素子が照射する基板上の領域がゼロ放射線になるかも知れない。全ての素子を全強度にセットして、この集束素子が照射する基板上の領域に最大強度になるかも知れない。個々に制御可能な素子の一つだけを全強度にセットして、この集束素子が照射する基板上の領域に最大強度の三分の一の強度レベルになるかも知れない。または個々に制御可能な素子の二つを全強度にセットして、この集束素子が照射する基板上の領域に最大強度の三分の二になるかも知れない。

各集束素子に関連する異なる数の個々に制御可能な素子で、基板上の領域に異なる数の強度レベルまたはグレースケールが得られることが分るだろう。例えば、集束素子当り一つの個々に制御可能な素子で、二つの強度レベルが得られる。二つの素子で、三つのレベルが得られる。上に議論したように、三つの個々に制御可能な素子で、四つのレベルが得られる、等々。図２に示す概略図では、各集束素子に関連する三つの個々に制御可能な素子を、明確さのために、一列に配置して示す。しかし、実際には個々に制御可能な素子を異なる構成に配置してもよいことを理解すべきである。例えば、集束素子当り四つの個々に制御可能な素子を使うならば、これらを正方形構成に配置してもよい。

先の説明は、放射線を集束素子へ通過させられるか、させられないかの個々に制御可能な素子を使うことに関連した。実際には、幾らかの放射線が個々に制御可能な素子の低強度状態ででも集束素子へ向けられるかも知れないことが分るだろう。言換えれば、個々に制御可能な素子の二つの状態は、比較的高強度状態と比較的低強度状態であろう。

この発明は、付加的状態にセットできる個々に制御可能な素子に使ってもよい。例えば、これらの素子を一つ以上の中間状態にセットし、高強度レベルと低強度レベルの間の強度の放射線を集束素子へ向けてもよい。例えば、個々に制御可能な素子の各々が高強度レベルと低強度レベルの中間の強度レベルの放射線を作ることができてもよい。

この場合、図２に示すような装置は、この集束素子が照射する基板上の領域に三つの付加的レベルの放射線強度、即ち、最小強度レベルと三分の一強度レベル（上に言及した）の間のもの、この三分の一レベルと三分の二強度レベルの間のもの、およびこの三分の二強度レベルと最大強度レベルの間のものを提供できるだろう。

この利点は、各集束素子に関連する個々に制御可能な素子を幾つ使っても当てはまることも分るだろう。更に、各個々に制御可能な素子に付加的制御状態を提供することは、基板上の照射される領域に創成できる強度レベルの数を更に増すことが明白だろう。実際には、各個々に制御可能な素子が、例えば、２５６までの異なる強度レベルを創成できてもよい。

上に説明したようなシステムでは、幾らかの冗長性がある。例えば、基板上の照射される領域の放射線の強度は、これらの個々に制御可能な素子の第１のものを第１状態にセットし、残りの二つを第２状態にセットするならば、個々に制御可能な素子の第２のものを第１状態にセットし、残りの二つを第２状態にセットするのに比べて同じである。

従って、一つの集束素子に関連する個々に制御可能な素子の各々は、それらの各状態で、それらが、それらに入射する放射線の強度の異なる割合を関連する集束素子へ向けるように構成してもよい。この場合、照射される基板上の領域で受ける放射線の強度は、例えば、これらの個々に制御可能な素子の第１のものをその最大強度にセットし、残りの個々に制御可能な素子を最小強度にセットするならば、次に個々に制御可能な素子の第２のものをその最大強度にセットし、他の素子を最小強度にセットするとき違うだろう。従って、この例のように、集束素子当り三つの個々に制御可能な素子を使い、各々が三つの異なる状態にセットできるならば、九つの異なる強度レベルが照射される基板の領域に創成されるかも知れない。

上に説明したように、各集束素子に関連する個々に制御可能な素子を、それらに入射する放射線の異なる割合をこの集束素子へそれらの対応する状態の各々で伝達するように構成してもよい。しかし、その代りに、この装置を、一つの集束素子に関連する個々に制御可能な素子の各々に入射する放射線が異なる強度レベルを有するように構成してもよい。これは、例えば、個々に制御可能な素子のアレイに関連する減衰器のアレイを設けることによって達成してもよい。

個々に制御可能な素子の第１のものへ向けた入射放射線が、例えば、全く減衰されないかも知れないが、同じ集束素子に関連する他の個々に制御可能な素子の各々に向けた放射線は、異なる量だけ減衰される。従って、個々に制御可能な素子の各々がそれに入射する放射線の同じ割合を集束素子に対応する状態の各々で向けても、個々に制御可能な素子の各々からこの集束素子で受けた放射線は、異なるだろう。

従って、前のように、集束素子が照射する基板の領域に付加的強度レベルができる。個々に制御可能な素子に入射する放射線を減衰せずに、その代りにまたはそれに加えて、個々に制御可能な素子の各々からの放射線を個々に制御可能な素子と関連する集束素子との間で減衰してもよいことが分るだろう。

上に説明した装置は、集束素子の各々が照射する基板の領域で放射線の強度を制御する方法を提供する。従って、基板上のこれらの領域の各々が与えられた露出時間の間照射されるとき、これらの領域が受ける放射線量を変えることができる。

基板上の各領域が二つの強度の各々で一つずつ、二つの露出を受けるように構成することによって、放射線量の更なる制御をもたらすことができる。例えば、二つの露出の各々が等しい時間の間であれば、この領域が受ける線量は、第１露出の強度レベルを全露出時間の間維持したならば受けたであろう線量と、第２露出の強度レベルを全時間の間維持したならば受けたであろう線量の平均であろう。従って、更なる中間線量を設けることが可能である。更なる露出（即ち、三つ以上）を設けることによって、更なる中間線量レベルを設けられることが分るだろう。

実際には、基板を投影システムに対してアクチュエータによって一定速度で動かしてもよい。この場合、基板上の点に対して、この点が関連する集束素子によって照射される領域を通過する間、個々に制御可能な素子に施したセットを変えることによって、上に議論したような付加的線量制御をもたらしてもよい。例えば、それをこの点が照射領域を通過する途中で変えてもよい。

その代りにまたはそれに加えて、基板上の各点は、この基板が投影システムの下を走査するとき、二つ以上の異なる集束素子によって照射される領域を通過する。この場合、この点が各照射領域を通過するときに、異なる集束素子によって照射した異なる領域に二つの異なる放射線強度レベルをもたらすために、個々に制御可能な素子をセットするための制御装置を設えてもよい。

その結果、この点は、各集束素子によって与えられた時間の間必要な強度レベルで照射され、必要な全体的放射線量レベルを生じるだろう。実際には、例えば、基板上の単一点が異なる集束素子によって照射された数十の異なる領域を通過するかも知れない。従って、各点は、潜在的に数十の独立の露出を受け、多数のグレートーンレベルが発生するのを可能にする。

放射線量またはグレートーンレベルを制御するための上に議論した手法の任意の組合せを一緒に使ってもよいことが分るだろう。例えば、複数の強度レベルまたはグレースケールを、基板上の各点の複数の補助露出の各々に設けてもよい。

図３、図４ａおよび図４ｂは、グレートーン露出制御の利点を示す。図３は、グレートーンなしの露出後の基板４０を示す。領域４４、４５では、レジスト４２が完全に除去してあり、次の処理作業の対象であるデバイス層４１の対応する部分を露出している。領域４３、４６では、レジストの全層が原位置に残っていて、それでこのレジストの下のデバイス層の対応する部分が後の処理作業によって冒されない。

図４ａは、グレートーンを使う露出後の基板４０を示す。レジストが少しも除去されていない領域４７、５０に加えて、レジストがグレートーン露出によって部分的に除去されている領域４８（即ち、この領域は、最少線量と最大線量の間の放射線量を受けた）がある。従って、直ぐ後の処理工程では、デバイス層４１の領域４９だけが露出され、この処理工程によって冒される。

しかし、次に、図４ｂに示すように、一定の厚さのレジスト４２を除去する。これは、部分露出を受けた領域４８のデバイス層４１を露出するが（既に露出された領域４９同様に）、最少露出を受けた領域４７、５０のデバイス層は露出しない。従って、次の処理工程で、領域４８、４９は冒されるが領域４７、５０は冒されない。

従って、１回だけの放射線露出工程の後に、最初の組の処理工程を最初の組の領域に適用でき、第２の組の処理工程を第２の組の領域に適用できる。この様に、グレートーン制御の条件を使って放射線露出工程の要件を軽減することができる。多数のグレートーンレベルを使い、且つ一連の処理工程の間にこのデバイスから一定の均一レベルのレジストを繰返し除去することによって、放射線露出工程数の更なる減少を達成できることが分るだろう。

指定した機能の性能およびその関係を示す機能ビルディングブロックを使って、本発明を上に説明した。これらの機能ビルディングブロックの境界を、ここでは説明の便宜上任意に決めた。代りの境界は、指定した機能およびその関係が適切に機能する限り決めることができる。

それで、そのような代りの境界のどれも請求する発明の範囲および精神内にある。当業者には、これらの機能ビルディングブロックをアナログおよび／またはディジタル回路、個別部品、特定用途向け集積回路、ファームウェア、プロセッサ実行適正ソフトウェア等またはそれらの任意の組合せによって実行できることが分るだろう。それで、本発明の広さおよび範囲は、上に説明した実施例のどれによっても制限されるべきでなく、以下の請求項およびそれらの等価物に従ってのみ定義されるできである。

この発明の実施例によるリソグラフィ投影装置を描く。 本発明による装置の一部の略図を描く。 露出後に基板を描く。 図３と違う露出状態後の基板を描く。 図４ａの基板の次の処理工程後を描く。

符号の説明

１０ 個々に制御可能な素子のアレイ
１２ 集束素子のアレイ
１３ 基板
２１ 個々に制御可能な素子
２２ 個々に制御可能な素子
２３ 個々に制御可能な素子
２４ 個々に制御可能な素子
２５ 個々に制御可能な素子
２６ 個々に制御可能な素子
３１ 集束素子
３２ 集束素子
３３ 領域
３４ 領域
Ｃ 目標部分
ＩＬ 照明システム
ＰＢ 投影ビーム
ＰＬ 投影システム
ＰＰＭ 個々に制御可能な素子のアレイ
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル

Claims (12)

1. リソグラフィ装置であって、
   放射線の投影ビームを供給するための照明システム、
   前記投影ビームの断面にパターンを付けるのに役立つ個々に制御可能な素子のアレイ、
   基板を支持するための基板テーブル、および
   前記パターン化したビームを前記基板の目標部分上に投影するための投影システムを含む装置に於いて、
   前記投影システムが集束素子のアレイを含み、各集束素子は、当該集束素子に対応づけられる複数の前記個々に制御可能な素子からのパターン化したビームの放射線を前記基板へ向けそれによって基板のある領域を露光するように構成されており、
   各集束素子に対応づけられる個々に制御可能な素子の各々は互いに独立に制御され、各集束素子により基板に投影される放射強度が２つ以上の異なる強度レベルのうちの１つに設定されるよう構成されている装置。
2. 前記個々に制御可能な素子の各々を二つの状態の一つにセットでき、第１状態では、第１強度の放射線が前記パターン化したビームの対応する部分に入り、および第２状態では、第２の、低い強度、好ましくは実質的にゼロの強度の放射線が前記パターン化したビームの対応する部分に導き入れられる請求項１に記載された装置。
3. 前記個々に制御可能な素子の各々を一つ以上の付加的状態にセットでき、その状態では、放射線を、前記第１および第２状態の強度の間で且つ他の状態と異なる強度で前記パターン化したビームの対応する部分に導き入れる請求項２に記載された装置。
4. 少なくとも一つの個々に制御可能な素子を、その状態の各々でそれが前記個々に制御可能な素子に入射する放射線の、同じ集束素子に関連する少なくとも一つの他の個々に制御可能な素子と異なる割合を前記関連する集束素子へ渡すようにセットできる請求項２に記載された装置。
5. 更に、前記個々に制御可能な素子の一つに入射する放射線の強度を同じ集束素子に関連する他の個々に制御可能な素子に対して減少するために少なくとも一つの減衰器を含む請求項１に記載された装置。
6. 更に、前記個々に制御可能な素子から伝播して前記関連する集束素子に達する放射線の一部が少なくとも一つの他の個々に制御可能な素子から伝播して前記集束素子に達する放射線の更なる部分より少ないように、前記個々に制御可能な素子の一つからの放射線を減衰するために少なくとも一つの減衰器を含む請求項１に記載された装置。
7. 更に、前記基板の所定の部分を露出しながら、前記基板を前記投影システムに対して実質的に一定の速度で動かすためのアクチュエータ、および
   前記個々に制御可能な素子をセットするための制御信号を提供するための制御装置で、前記基板上の１点が一つの集束素子によって照射される領域内にある間に前記点で受ける放射線の強度を変えるように、前記個々に制御可能な素子のセットを変えるように構成してある制御装置を含む請求項１に記載された装置。
8. 更に、前記基板の所定の部分を露出しながら、前記基板上の与えられた点が異なる集束素子によって照射される複数の領域内を通過するように、前記基板を前記投影システムに対して実質的に一定の速度で動かすためのアクチュエータ、および
   前記個々に制御可能な素子をセットするための制御信号を提供するための制御装置で、前記集束素子が照射する複数の領域の放射線強度が、前記領域を通過する、前記基板上の点が前記露出中に所望の全放射線量を受けるようになっているように、前記個々に制御可能な素子に必要なセットをできるように構成してある制御装置を含む請求項１に記載された装置。
9. デバイス製造方法であって、
   照明システムを使って放射線の投影ビームを用意する工程、
   前記投影ビームの断面にパターンを付けるために個々に制御可能な素子のアレイを使う工程、
   基板の目標部分上に前記パターン化したビームを投影するための投影システムの一部として、集束素子のアレイを使う工程であって、前記集束素子の各々が当該集束素子に対応づけられる複数の前記個々に制御可能な素子からの前記パターン化したビームの放射線を前記目標部分内の対応領域へ向けるように構成してあり、且つ各集束素子に対応する複数の前記個々に制御可能な素子が複数の異なる状態にセットされ、その各々の状態で異なる強度の放射線が対応する複数の前記個々に制御可能な素子から伝播される集束素子のアレイを使う工程、および
   ２つ以上の放射強度レベルのうちの所望の１つを前記基板上の前記対応領域に生じるように、各集束素子に対応する前記個々に制御可能な素子の各々を独立にセットする工程を含む方法。
10. 前記個々に制御可能な素子の各々を少なくとも三つの状態にセットできる請求項９に記載されたデバイス製造方法。
11. 更に、前記基板の所定の部分を露出しながら、前記基板を前記投影システムに対して実質的に一定の速度で動かす工程および前記基板上の与えられた点が一つの集束素子によって照射される領域内にある間に前記個々に制御可能な素子のセットを変える工程を含む請求項９に記載されたデバイス製造方法。
12. 更に、前記基板の所定の部分を露出しながら、前記基板を前記投影システムに対して実質的に一定の速度で動かす工程および複数の集束素子が照射する領域の放射線強度が、前記領域を通過する前記基板上の点が所望の全放射線量を受けるようになっているように、前記個々に制御可能な素子に必要なセットを適用する工程を含む請求項９に記載されたデバイス製造方法。

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