JP4090449B2 - リソグラフィック投影装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィック装置を使用したデバイス製造方法に関する。

リソグラフィック装置は、基板のターゲット部分に所望のパターンを描く装置である。リソグラフィック装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に使用することができる。そのような状況において、マスクの如きパターニング手段（パターン付与手段）を使用してＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成することができ、このパターンを、放射線感応物質（レジスト）の層を有する基板（例えばシリコン・ウェハ）上の（例えば１つまたは複数のダイの一部を含む）ターゲット部分に撮像（イメージング）することができる。一般に単一の基板は、連続的に露光される近接ターゲット部分の全ネットワークを含む。既知のリソグラフィック装置は、パターン全体をターゲット部分に一挙に露光させることによって各ターゲット部分に照射を行ういわゆるステッパと、パターンを投影ビームにより所定の方向（「走査」方向）に走査しながら、同時にこの方向に平行または反平行方向に基板を走査することによって各ターゲット部分に照射を行ういわゆるスキャナとを含む。

リソグラフィ装置におけるマスクの照明の取り扱い操作は、投影（空中）画像に影響するため、印刷する所定のパターンに対して最適な照明モードを選択するのが普通である。照明モードを選択して、限界寸法（クリティカル・ディメンジョン）、焦点深度、露光寛容度（ラチチュード）、またはこれらのパラメータと他のパラメータの組み合せを最適化することができる。

ケーラー照明を用いたリソグラフィック装置では、照明システムの瞳（ｐｕｐｉｌ）面における強度分布を規定することによって照明モードを決定し、表記することが最も多い。瞳面における位置がマスクにおける入射角に対応し、それによって一般にシグマ（σ；ただし０＜σ＜１）と呼ばれる特定の半径までの瞳面における均一な強度が、このσ値によって決定される特定の最大値まで、すべての角度の照明形式を生じさせる。既知の照明モードは、（特定のσ値まで均一な）従来の形態、（σ_{ｉｎｎｅｒ}およびσ_{ｏｕｔｅｒ}値によって定められる）環状形態、双極形態、四極形態、およびより複雑な形態を含む。暗い背景上の（均一な）光領域からなる照明モードは、従来、光領域の形状および配置を表記することによって表記されている。例えばＷＯ第０２／０５０２９号には、極がシェブロンの形（山形）の多極照明モードが記載されており、極を正方形または矩形にすることによって円形極の多極モードを改善できることも示されている。米国特許第６，０４５，９７６号には、瞳面に沿って平行に伸び、ＸまたはＹ軸から間隔を隔てて配置される輝線を含む照明モードが記載されている。これらのモードは、照明モードの輝線に平行な線状パターンを露光することを目的としている。

照明モードを様々な様式で形成することができる。従来の照明モードのσ値がズーム・レンズを使用して制御できるのに対して、環状モードのσ_{ｉｎｎｅｒ}およびσ_{ｏｕｔｅｒ}値は、ズーム・アキシコン（ｚｏｏｍ−ａｘｉｃｏｎ）を使用して制御することができる。瞳面に適切な開口を有する隔板を使用して、または回折光学素子によって、より複雑なモードを形成することができる。照明システムは、パターニング手段における放射線の強度分布を均一にするための棒状反射インテグレータを備えることができる。棒状インテグレータは、典型的には、矩形の断面を有し、前記瞳面の上流の位置に照明システムの光軸に沿って配置されることができる。典型的には、前記回折光学素子は、インテグレータの上流にあらかじめ選定された角度強度分布を生成するように構成される。この角度強度分布は照明システムの瞳面における空間強度分布に変換される。棒状インテグレータでの反射により、後者の強度分布は、前記矩形の断面の側方に対して対称になる。

非常に小さい隔離ゲート、すなわち互いに密接し且つ他の構造体から隔離された一対の線を印刷するために、交互位相シフトマスク（Ａｌｔ−ＰＳＭ）、およびσ値が例えば０．１５と極めて小さい従来の照明モードを用いることが提案されている。しかしそのような方法には、処理寛容度の改善の余地がまだ残されており、小さいσ値の使用は、照明および投影システムにおいて光が極めて局所化し、レンズ加熱の局所化の問題を生じることを意味する。

本発明の目的は、例えば小さい隔離ゲートを印刷するための改善された方法および装置、特に、改善された処理寛容度および／またはより均一なレンズ加熱を提供するそのような方法および装置を提供することである。

本発明の１つの観点によれば、
放射線の投影ビームを提供するための照明システムと、
断面にパターンを有する投影ビームを与える役割を果たすパターニング手段を支持するための支持構造体と、
基板を保持するための基板テーブルと、
パターン・ビームを基板のターゲット部分に投影するための投影システムとを備えたリソグラフィック投影装置であって、
強度分布を定める前記手段が、軸線上の実質的に直線の強度分布を投影ビームに与えること、および
投影ビームに直線偏光を与える偏光手段によって特徴付けられるリソグラフィック投影装置が提供される。

強度分布が矩形または棒状である場合は、矩形の長辺が、通常は装置のＸまたはＹ軸と位置を合わせた印刷対象となるゲートの線に平行であることが好ましい。強度分布が正方形である場合は、辺がＸおよびＹ軸に平行になるか、または対角線がＸおよびＹ軸に平行になるように正方形を配置することができる。後者の配置を菱形照明モードと表記することもでき、非偏光とすることができる。十字形強度分布は、十字形のアームをＸおよびＹ軸、または対角線上に位置合わせすることができる。偏光を伴わない十字形強度分布も有利であるといえる。対辺が平行で等しいが、すべての辺および角度が等しいとは限らない菱形強度分布も有利である。

瞳面における所定の領域に対して、直線強度分布は、従来の円形モードと同じ焦点深度を提供することができる一方で、照明および投影システムにおいて放射線をより均一に分布させてレンズ加熱効果を低減する。

軸線上照明モードは、本発明の目的のために、照明システムの光軸が瞳面の輝領域を通るモードである。輝領域の重心は光軸線上に位置するのが好ましいが、必ずしもそうでなくてもよい。

本発明は、位相シフトマスク（ＰＳＭ）を使用してリソグラフィを行うときに特に有利である。

投影ビームの偏光の方向は、印刷対象となる線に平行であるべきであり、また強度分布が矩形である場合には、矩形の長辺にも平行である必要がある。このように偏光放射線を使用することによって露光寛容度を７０％まで高めることができる。

本発明の他の観点において、直線強度分布は、軸線上に位置する単一の極ではなく、軸線外に位置する少なくとも２つの細長い極を有し、偏光の方向は、極の長手方向に実質的に平行である。この観点の好ましい実施例において、４つの細長い極が存在し、そのうちの２つは第１の方向に沿って配置され、残りの２つは、第１の方向と実質的に直交する第２の方向に沿って配置され、各極における放射線の偏光の方向は、極の長手方向に実質的に平行である。

本発明の他の観点は、
放射線の投影ビームを提供するための照明システムと、
断面にパターンを有する投影ビームを与える役割を果たすパターニング手段を支持するための支持構造体と、
基板を保持するための基板テーブルと、
パターン・ビームを基板のターゲット部分に投影するための投影システムとを備えたリソグラフィック投影装置であって、
強度分布を定める前記手段が、２つの直交軸の交差点において対称でない強度分布を与えること、および
投影ビームに直線偏光を与える偏光手段によって特徴付けられるリソグラフィック投影装置を提供する。

直交軸の交差点に関して対称でない強度分布とは、Ｘ方向とＹ方向の強度分布が同じでないことを意味する。これは、強度分布の形状をＸ方向とＹ方向で位置合わせされたフィーチャのために別個に最適化が可能であることを意味する。

本発明のさらなる観点によれば、
基板を提供するステップと、
照明システムを使用して放射線の投影ビームを提供するステップと、
パターニング手段を使用して、断面にパターンを有する投影ビームを与えるステップと、
放射線のパターン・ビームを基板のターゲット部分に投影するステップとを含むデバイス製造方法であって、
前記所望の強度分布が、投影ビーム上の軸線上直線強度分布を含むこと、および
前記投影ビームを直線偏光するステップによって特徴付けられデバイス製造方法が提供される。

本明細書では、ＩＣの製造におけるリソグラフィック装置の使用について具体的に言及しているかもしれないが、本明細書に記載のリソグラフィック装置は、集積光学システム、磁気ドメイン・メモリのための誘導および検出パターン、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどの他の用途を有していてもよいことを理解すべきである。そのような代替的な用途に関し、本明細書で用いられている「ウェハ」または「ダイ」は、それぞれ、より一般的な用語である「基板」または「ターゲット部分」と同義であると考えてよい。本明細書に記載されている基板は、露光前後に、例えば（典型的にはレジストの層を基板に塗布し、露光レジストを生成させるツールである）トラック、または計量もしくは検査ツールで処理することができる。適用可能であれば、本明細書の開示内容をそのような基板処理ツールまたは他の基板処理ツールに応用することができる。さらに、例えば多層ＩＣを形成するために基板を複数回処理することができ、したがって本明細書に用いられている基板という用語が、既に複数の処理層を含む基板に関して言及していてもよい。

本明細書に用いられている「放射線」および「ビーム」という用語は、（例えば３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの波長を有する）紫外線（ＵＶ）、および（例えば５から２０ｎｍの範囲の波長を有する）極端紫外線（ＥＵＶ）を含むあらゆる種類の電磁放射線を包括する。

本明細書に用いられている「パターニング手段」という用語は、基板のターゲット部分にパターンを形成するなどのために、投影ビームの断面にパターンを与えるのに使用できる手段を指すものとして広く解釈されるべきである。投影ビームに与えられるパターンは、基板のターゲット部分における所望のパターンに正確に対応していなくてもよいことに留意されたい。一般には、投影ビームに与えられるパターンは、集積回路の如き、ターゲット部分に形成されたデバイスにおける特定の機能層に対応することになる。

パターニング手段は透過型または反射型とすることができる。パターニング手段の例としては、マスク、プログラム可能ミラー・アレイおよびプログラム可能ＬＣＤパネルが挙げられる。マスクはリソグラフィにおいてよく知られており、バイナリタイプ、交互位相シフトタイプおよび減衰位相シフトタイプ、ならびに様々なハイブリッド・マスク・タイプの如きマスク・タイプを含む。プログラム可能ミラー・アレイの一例は、入射する放射線ビームを異なる方向に反射するように各々を個別に傾斜できる小ミラーのマトリックス構成を採用するものである。このようにして、反射ミラーをパターン化する。パターニング手段の各例において、支持構造体は、例えば必要に応じて固定または可動とすることができ、パターニング手段が例えば投影システムに対して所望の位置に配置されることを保証できるフレームまたはテーブルとすることができる。本明細書に用いられている「レチクル」または「マスク」という用語は、いずれも、より一般的な用語である「パターニング手段」と同義であると考えることができる。

本明細書に用いられている「投影システム」という用語は、例えば使用される露光放射線に応じて、または浸漬流体の利用または真空の利用などの他の要因に応じて、適宜、屈折光学システム、反射光学システムおよび反射屈折光学システムを含む様々なタイプの投影システムを包括するものとして広く解釈されるべきである。本明細書に用いられている「レンズ」という用語は、より一般的な用語である「投影システム」と同義であると考えることができる。

照明システムは、放射線の投影ビームを誘導、成形または制御するための屈折、反射、および反射屈折光学的構成要素を含む様々なタイプの光学的構成要素をも包括することができ、そのような構成要素は、以降、集約的または単独に「レンズ」と称される。

リソグラフィック装置は、２つまたはそれより多い基板テーブル（および／または２以上のマスク・テーブル）を有するタイプであってもよい。そのような「マルチステージ」装置において、追加的なテーブルを並行して使用することができ、あるいは１つまたは複数のテーブルに対して準備ステップを実施しながら１つまたは複数の他のテーブルを露光のために使用することができる。

リソグラフィック装置は、投影システムの最後の要素と基板との間の間隔を埋めるために、比較的高い屈折率を有する液体に基板を浸漬するタイプ、例えばウェハであってもよい。例えばマスクと、投影システムの最初の要素との間のリソグラフィック装置における他の間隔に浸漬液を仕込むこともできる。投影システムの開口数を増加させる浸漬技術は、そのような技術分野においてよく知られている。

次に、対応する参照符合が対応する部分を示す添付の概略図面を参照しながら、例示のみを目的として、本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の具体的な実施例によるリソグラフィック装置を概略的に示す図である。この装置は、
放射線（例えば紫外線または極端紫外線）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と、
パターニング手段（例えばマスク）ＭＡを支持する第１の支持構造体（例えばマスク・テーブル）ＭＴであって、パターニング手段をアイテムＰＬに対して正確に位置決めする第１の位置決め手段ＰＭに接続される第１の支持構造体ＭＴと、
基板（例えばレジスト塗布ウェハ）Ｗを保持する基板テーブル（例えばウェハ・テーブル）ＷＴであって、基板をアイテムＰＬに対して正確に位置決めする第２の位置決め手段ＰＷに接続される基板テーブルＷＴと、
パターニング手段ＭＡによって投影ビームＰＢに与えられたパターンを基板Ｗの（例えば１つまたは複数のダイを含む）ターゲット部分Ｃ上に撮像するための投影システム（例えば屈折投影レンズ）ＰＬとを有している。

ここに示すように、装置は、（例えば、透過マスクを採用した）透過タイプである。あるいは、装置は、（例えば、上述したタイプのプログラム可能ミラー・アレイを採用した）反射タイプであってもよい。

照明器ＩＬは、放射線源ＳＯから放射線のビームを受ける。放射線源およびリソグラフィック装置は、例えば放射線源がエキシマ・レーザであるときに別個の物体であってもよい。そのような場合は、放射線源は、リソグラフィック装置の一部を形成するものとは見なされず、例えば好適な誘導ミラーおよび／またはビーム拡大器を備えたビーム供給システムＢＤを利用して放射線ビームが放射線原ＳＯから照明器ＩＬに送られる。他の場合は、例えば放射線源が水銀ランプであるときは、放射線源が装置の一体部品であってもよい。放射線源ＳＯおよび照明器ＩＬ、さらに必要な場合はビーム供給システムＢＤも加えて、それらを放射線システムと呼ぶことができる。

照明器ＩＬは、ビームの角度強度分布を調整する調整手段ＡＭを備えることができる。一般に、照明器の瞳面における強度分布の少なくとも外側および／または内側放射線範囲（一般に、それぞれσアウタおよびσインナと呼ばれる）を調整することができる。加えて照明器ＩＬは一般に、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯの如き様々な他の構成要素を備える。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と呼ばれる調整放射線ビームを供給する。

投影ビームＰＢは、マスク・テーブルＭＴ上に保持されるマスクＭＡに入射する。投影ビームＰＢは、マスクＭＡを横切って、基板Ｗのターゲット部分Ｃにビームを集光するレンズＰＬを通過する。第２の位置決め手段ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば干渉測定デバイス）を利用して、ビームＰＢの経路に異なるターゲット部分Ｃを位置決めするように基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。同様に、第１の位置決め手段ＰＭおよび（図１に明確に示されていない）他の位置センサを使用して、例えばマスク・ライブラリからの機械的検索後、または走査時に、ビームＰＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。一般にオブジェクト・テーブルＭＴおよびＷＴの移動は、位置決め手段ＰＭおよびＰＷの一部を形成する長行程モジュール（粗い位置決め）および短行程モジュール（微細な位置決め）を利用して実現されることになる。しかし、（スキャナと異なり）ステッパの場合は、マスク・テーブルＭＴを短行程アクチュエータにのみ接続してもよいし、あるいは固定してもよい。マスクアライメントマークＭ１およびＭ２ならびに基板アライメントマークＰ１およびＰ２を使用して、マスクＭＡおよび基板Ｗを位置合わせすることができる。

図示の装置は以下の好ましい態様で使用することができる。
（１）ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを基本的に静的状態に保ちながら、投影ビームに与えられたパターン全体を一度に（すなわち単一の静的暴露で）ターゲット部分Ｃに投影する。次いで異なるターゲット部分Ｃを露光できるように、基板テーブルＷＴをＸおよび／またはＹ方向に移動させる。ステップ・モードでは、露光領域の最大サイズが、単一の静的暴露で撮像されるターゲット部分Ｃのサイズを制限する。
（２）走査モード（スキャン・モード）では、マスク・テーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを同時に走査しながら、投影ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する（すなわち単一の動的暴露）。マスク・テーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＬの倍率特性（縮小特性）および画像反転特性によって決定される。走査モードでは、露光領域の最大サイズが単一の動的暴露におけるターゲット部分の（非走査方向の）幅を制限し、一方、走査運動の長さが、ターゲット部分の（走査方向の）高さを決定する。
（３）他のモードでは、マスク・テーブルＭＴを基本的に静的状態に保って、プログラム可能パターニング手段を保持し、基板テーブルＷＴを移動または走査しながら、投影ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する。このモードでは一般にパルス化放射線源が採用され、基板テーブルＷＴのそれぞれの移動後、または走査時における連続的な放射線パルスの間に、プログラム可能パターニング手段が更新される。この動作モードは、上述したタイプのプログラム可能ミラー・アレイの如きプログラム可能パターニング手段を利用するマスクレス・リソグラフィに容易に応用できる。

上記使用モードの組み合せおよび／または変型、あるいはまったく異なる使用モードを採用することもできる。

上記リソグラフィック装置を様々な異なるタイプのマスクに使用できる。最も基本的なタイプのマスクは、その上に不透明層（例えばクロム層）を設けてパターンを規定した透明板（例えば石英ガラス）である。より高度なタイプのマスクは、マスクの厚さを変調して、様々な効果に対して投影ビームの位相を変化させている。図２Ａから図２Ｃは、３つのそのようなタイプのマスク、すなわちクロムレス位相エッジ、交互位相シフトマスク（Ａｌｔ−ＰＳＭ）およびクロムレス位相リソグラフィの動作の原理を示す図である。

クロムレス位相エッジ・リソグラフィでは、マスクＭＡは通常と同じに照明され、また位相格子を形成する厚さの異なるパターンを有している。＋および−の１次が投影システムＰＬに捉えられ、干渉して、マスクの周期性より高い周期性を有する空中画像ＡＩを形成する。

交互位相シフトマスクを使用するリソグラフィは、クロムレス位相エッジ・リソグラフィと類似しているが、パターンがマスク上のクロムに画成されている点で異なる。マスクの下部に厚さ変化が提供され、それによって隣接するフィーチャを透過した放射線の位相が交番して、ゴースト・ラインをもたらす隣接フィーチャ間の構造的干渉を防ぐ。

クロムレス位相リソグラフィは、傾斜照明、および０次と１つの１次との間の干渉を利用して、画像を形成する。

本発明では、例えば３２ｎｍ幅の非常に狭いゲートを印刷するために、図３Ａに示すように、矩形単極照明モードが用いられる。矩形単極は、以下の条件が満たされれば、σが非常に小さい円形単極（図３Ｂ）と実質的に同じになる。
０．４０４^＊Ｒ＝Ｂ／４ （１）
上式において、Ｒはσの単位で表される円形単極の半径で、Ｂは、やはりσの単位の棒幅である。

この条件は、図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、２つの照明モードに対して平均σ値ｘｂおよびｘｃを考慮することによって導くことができる。それらの平均σ値が等しければ、それら２つのモードを同等と見なす。平均σ値は、フィーチャの方向に垂直な線に沿う強度分布の第１のモーメントとして定められる。これは、ｙ軸に平行な線に対する期待値＜ｘ＞、およびｘ軸に平行な線に対する＜ｙ＞と同等である。

棒の高さＨは、露光パラメータにほとんど影響しない。

投影システムにおける投影ビームの局所化がより少なくなることでレンズ加熱の局所化が小さくなるため、レンズ加熱に起因する歪みが低減される。したがって矩形単極は、同等の円形単極に比べて有利である。

図５および図６は、露光寛容度対焦点深度（ＤＯＦ）のグラフで、本発明の利点を実証ものである。両グラフは、ＮＡが０．８５で、露光放射線が１９３ｎｍで、ＡＬＴ―ＰＳＭマスクが幅３２ｎｍ、ピッチ１６０ｎｍ（基板レベル）のゲートを表すリソグラフィック装置のソリッド−ＣＴ（商標）モデルで実施されたシミュレーションの結果を示している。図５における曲線ＡからＦに対する照明モードは以下の通りであった。
ａ：円形単極、σ＝０．１０
ｂ：棒、Ｂ＝０．２０、Ｈ＝０．８０
ｃ：棒、Ｂ＝０．２０、Ｈ＝０．４０
ｄ：円形単極、σ＝０．１５
ｅ：棒、Ｂ＝０．２４、Ｈ＝１．０
ｆ：棒、Ｂ＝０．１６、Ｈ＝１．０

このグラフは、Ｂ＝１．６^＊Ｒの規則が遵守されれば、棒によっても、低σの単極と同じ露光寛容度および焦点深度を達成できることを示している。また、Ｈの値は、処理寛容度にはほとんど影響しない。

図６は、偏光の効果を示す図である。ここで、曲線ｇは、Ｂ＝０．１６で、Ｈ＝１．０の棒状照明に対応し、曲線ｈは、放射線がｓ偏光されていることを除いて同じ照明に対応している。露光寛容度が７０％向上していることがわかる。

そのような照明モードを実行する１つの方法は、σ＝０．５の従来の照明モードを用い、照明を所望の形状の矩形に絞るための遮蔽ブレードを放射線システムの瞳面に使用し、ブレード開口部に偏光器を使用することである。そのような構成は、以下の式で定められる効率εを与えることになる。

上式において、Ｂは棒の幅で、Ｒは、ブレード・ダウンした従来の照明設定の半径である。どちらも単位はσである。

Ｂ＝０．１６およびＲ＝０．５０の具体例に対しては、ε＝２０％で、それは、σ＝０．２５の設定をブレード・ダウンすることによって得られるσ＝０．１０の単極に対して得られるような１６％の効率に比べて有利である。局所加熱効果は、σ＝０．２３の単極に相当する。

所定の露光に対する適切な照明モードおよび寸法は、所定のピッチｐ、露光放射線の波長λ、および投影システムの開口数ＮＡに対して決定することができる。１００％の０次および１次が投影システムによって取り込まれ、照明瞳内の０次の領域が最大になる、異なる形状の最適照明モードの寸法は以下の式で与えられる。

ガイドラインとして、棒の幅の上限を以下のように定めることができる。

これらの式は、単純な数学的解析を用いて導くことができる。

偏光器を設けるのではなく、放射線源が、例えばエキシマ・レーザのように偏光ビームを放射する場合には、通常存在する偏光解消器を除去することができ、必要な場合には好適なリターダ（波長板）に取り換えて、偏光を所望の方向に回転させることができる。

（実施例２）
第２の実施例は、図７に示されるように、十字形軸線上単極照明モードを用いる以外は第１の実施例と同じである。十字形照明モードは、面積が同じ円形単極より平均σ値が小さく、あるいは逆に、所定の平均σに対する面積が大きい。十字形は、焦点深度も比較的良好で、円形単極で起こりうるような致命的な焦点ずれエラーを防ぐ。また、十字形は、２つの直交方向に配列されたゲートを含むパターンに適用可能である。十字架の各アームにおける放射線は、十字形における矢印で示されるように、アームの細長い方向に平行に偏光されるのが好ましい。

十字形照明モードは、好ましくは２つの軸について対照的であるため、２つのパラメータ、すなわちアーム幅Ａおよび長さＬによって特徴づけることができる。第１の実施例でＢおよびＨを決定したのと同様にしてＡおよびＬに対する適切な値を決定することができる。好ましくは、水平アーム（棒）の寸法をパターンにおける水平のフィーチャに対して決定し、垂直アームの寸法をパターンにおける垂直のフィーチャに対して決定する。これによって、長さおよび／または幅が異なるアームを得ることができる。

（実施例３）
第３の実施例は、図８に示されるように、菱形の軸線上単極照明モードを用いることを除いては第１の実施例と同じである。直径Ｄの菱形は、より大きい面積を有するが、平均σはＬ＝Ｄの十字形と同じである。したがって、菱形は効率性がより高く、暴露速度を高め（すなわち、スループットを高め）、局所的なレンズ加熱を小さくする。

（実施例４）
第４の実施例は、図９に示されるように、軸線外矩形強度分布を用いることを除いては第１の実施例と同じである。

この強度分布は、それぞれ放射線が棒の長さに平行に偏光される４つの軸線外矩形極（棒）を含む。それらの棒は、光軸線上に中心をおく正方形を形成するように配列され、それらの長さＨおよび幅Ｂによって特徴づけることができる。「四重棒」と呼ぶことができるこの照明モードは、特にクロムレス位相リソグラフィ・マスクを使用するときに、補助的なフィーチャなしで、隔離フィーチャと周期的フィーチャとの両方に対して予想外に高い処理寛容度を与える。バイナリマスクおよび減衰位相シフトマスクを用いても利点が得られる。

回折光学素子を使用して四極照明設定を定め、ズーム・アキシコンを設定して細環状照明設定を生成する既存の装置で、四重棒と同等の設定を達成することができる。得られる極は細いアーク状で、多くの場合は、本実施例の直線棒に近い許容可能なものである。

（実施例５）
第５の実施例は、図１０に示されるように、２極照明モードを用いることを除いては第４の実施例と同じである。この「二重棒」モードは、一方向に配列したフィーチャを有するパターンに対して適用可能である。

（同等の照明モード）
上述したように、平均σ値が等しく、平均σが、フィーチャ方向に垂直な方向に沿う強度の第１のモーメントとして定められる場合には、２つの照明モードを撮像目的に対して同等と見なすことができる。平均σを、中央σまたはσ_Ｃと呼ぶこともできる。したがって、半径σの所定の円形単極に等しい他の照明モードの寸法を数学的に導くことが可能である。これにより、以下の結果が得られる。

（実施例６）
第６の実施例は、図１１に示されるように、四極照明モードを用いることを除いては第１の実施例と同じである。所定の全面積に対して、この照明モードは、優れた焦点深度を提供できるが、従来の円形単極より露光寛容度が劣る。

四極モードは、実質的に環状モード４つ分であるため、内側および外側シグマ値σ_Ｉおよびσ_Ｏ、ならびに弧角φによって特徴づけることができる。それらの値をσ_Ｉ＝０．４０、σ_Ｏ＝０．８０、φ＝２０°とすると、σ＝０．３０の円形単極と同等のモードが与えられる。４つの極における光の偏光が、円の外側の矢印によって示されている。

（実施例７）
上記実施例のいずれにおいても、照明システムは、上述したように、パターニング手段における放射線の強度分布を均一にするための棒状反射インテグレータを含むことができる。照明システムは、あらかじめ選定された円形または矩形の単極角度強度分布をインテグレータの上流に生成するように構成された回折光学素子（「ＤＯＥ」）をさらに含むことができる。第４、第５および第６の実施例のいずれにおいても、前記回折光学素子を照明システムの光軸に平行な軸のまわりを回転させることによって、実質的に棒状の極の長さを便宜的に調整することができる。回折光学素子によって生成される角度強度分布は、照明システムの瞳面における対応する空間強度分布に変換される。棒状インテグレータでの反射により、後者の強度分布は、前記矩形断面の側面に関して対称的になる。その後、これらの側面は、ｘ、ｙ軸の直交系のｘおよびｙ方向を定めるものと想定される。

図１２ａは、名目上の回転方向の二重棒双極照明に対するＤＯＥを（インテグレータの上流の対応する角度強度分布を定めるための光学素子として）使用する場合におけるインテグレータの下流の瞳強度分布を示す図である。長さがＨ１の二重棒極１２０は、ｘ軸に中心をおく。図１２ｂには、前記ＤＯＥが角度αだけ回転することによって生じる瞳における強度分布が示されている。（ｙ軸に平行な側面における）インテグレータ棒での反射により、インテグレータ下流の瞳における強度分布は、角度αだけ回転する極１２１と角度−αだけ回転する極１２２との和となり、ｙ軸に関して対称的になる。実質的に、得られる二重棒極の長さは、Ｈ１より大きいＨ２である。ＤＯＥの回転αに応じて長さＨ２を調整することができる。基本的には、名目上の回転方向において、例えば正方形または円形の極を形成するのに使用されるＤＯＥに対してもその調整を適用することができる。その調整は、極の（回転角度αに応じた）伸長を照明システムの瞳面で実現するという点において同様の効果を有する。

以上、本発明の具体的な実施例を述べたが、記載した実施例以外のやり方で本発明を実施できることが理解されるであろう。上記の説明は、本発明を限定することを意図するものではない。

本発明の実施例によるリソグラフィック投影装置を示す図。 クロムレス位相エッジ・マスクの原理を示す図。 交互位相シフトマスクの原理を示す図。 クロムレス位相リソグラフィの原理を示す図。 本発明の第１の実施例による照明モードを示す図。 比較のための従来技術の照明モードを示す図。 図３Ａおよび図３Ｂの照明モードの平均σ値を示す図。 図３Ａおよび図３Ｂの照明モードの平均σ値を示す図。 本発明の第１の実施例、および従来技術による様々な照明モードに対する露光寛容度対焦点深度のグラフ。 偏光を行う場合と行わない場合における本発明の第１の実施例による照明モードに対する露光寛容度対焦点深度のグラフ。 本発明の第２の実施例による照明モードを示す図。 本発明の第３の実施例による照明モードを示す図。 本発明の第４の実施例による照明モードを示す図。 本発明の第５の実施例による照明モードを示す図。 本発明の第６の実施例による照明モードを示す図。 回折光学素子を有する本発明の第７の実施例における瞳強度分布を示す図。 異なる角度に回折光学素子を有する本発明の第７の実施例における瞳強度分布を示す図。

符号の説明

Ｃ ターゲット部分
ＩＦ 位置センサ
Ｍ１ マスクアライメントマーク
Ｍ２ マスクアライメントマーク
ＭＡ パターニング手段
ＭＴ 第１の支持構造体
ＳＯ 放射線源
Ｐ１ 基板アライメントマーク
Ｐ２ 基板アライメントマーク
ＰＢ 投影ビーム
ＰＭ 第１の位置決め手段
ＰＷ 第２の位置決め手段
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル
１２１ 極
１２２ 極

Claims (20)

1. 放射線の投影ビームを提供するための照明システムと、
   前記照明システムの瞳面における前記投影ビームの強度分布を調整する調整手段と、
   投影ビームの断面にパターンを与えるように機能するパターニング手段を支持するための支持構造体と、
   基板を保持するための基板テーブルと、
   パターンが付与された投影ビームを前記基板のターゲット部分に投影するための投影システムと
   を有するリソグラフィック投影装置において、
   前記調整手段は、前記強度分布の輝領域を直線で囲まれた領域に区画し、該領域の寸法は、該領域の平均σ値が所定の円形単極の平均σ値と同じになるように、該円形対極の半径に基づいて算出されており、
   リソグラフィック投影装置が、前記投影ビームに直線偏光を与えるための偏光手段を有していることを特徴とするリソグラフィック投影装置。
2. 前記強度分布は、アスペクト比が１に等しくない矩形で、該矩形の長辺は、リソグラフィック装置のＸ軸またはＹ軸に平行である請求項１に記載のリソグラフィック装置。
3. 前記直線偏光は、前記矩形の長辺に実質的に平行である請求項２に記載のリソグラフィック装置。
4. 前記強度分布が正方形である請求項１に記載のリソグラフィック装置。
5. 前記強度分布は、正方形の側部がＸ軸およびＹ軸に平行になるように配置されている請求項４に記載のリソグラフィック装置。
6. 前記強度分布は、正方形の対角線がＸ軸およびＹ軸に平行になるように配置されている請求項４に記載のリソグラフィック装置。
7. 前記強度分布が十字形である請求項１に記載のリソグラフィック装置。
8. 前記強度分布は、十字形のアームがリソグラフィック装置のＸ軸およびＹ軸と整合するように配置されている請求項７に記載のリソグラフィック装置。
9. 前記強度分布の中心が照明システムの光軸線上に位置する請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のリソグラフィック装置。
10. 前記パターニング手段として位相シフトマスクをさらに有する請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載のリソグラフィック装置。
11. 前記直線強度分布が、軸線上に位置する単一の極ではなく、軸線外に位置する少なくとも２つの細長い極を有し、偏光の方向が、前記極の長手方向に実質的に平行である請求項１に記載のリソグラフィック装置。
12. 前記直線強度分布が４つの細長い極を有し、そのうちの２つは、第１の方向に沿って配置され、残りの２つは、第１の方向と実質的に直交する第２の方向に沿って配置され、各極における放射線の偏光の方向は、その極の長手方向に実質的に平行である請求項１１に記載のリソグラフィック装置。
13. 強度分布を提供する前記手段は、前記放射線システムの光軸に平行な軸線のまわりを回転可能な二極または四極角度強度分布を生成するための回折光学素子を有し、且つさらに、棒型の光インテグレータを有している請求項１０または請求項１１に記載のリソグラフィック装置。
14. 強度分布を提供する前記手段が一組の可動ブレードを有している請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載のリソグラフィック装置。
15. 強度分布を提供する前記手段が、前記強度分布に対応する１または複数の開口を有するダイアフラムを備える請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載のリソグラフィック装置。
16. 前記偏光手段が、前記ダイアフラムの各開口に装着された偏光器を有している請求項１５に記載のリソグラフィック装置。
17. 偏光手段が、直線偏光ビームを放射する放射線源を有している請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載のリソグラフィック装置。
18. 放射線の投影ビームを提供するための照明システムと、
    前記照明システムの瞳面における前記投影ビームの強度分布を調整する調整手段と、
    投影ビームの断面にパターンを与えるように機能するパターニング手段を支持するための支持構造体と、
    基板を保持するための基板テーブルと、
    パターンが付与された投影ビームを前記基板のターゲット部分に投影するための投影システムと
    を有するリソグラフィック投影装置において、
    前記調整手段が、２つの直交軸の交差点において対称でない強度分布を付与するとともに、前記強度分布の輝領域を直線で囲まれた領域に区画し、該領域の寸法が、該領域の平均σ値が所定の円形単極の平均σ値と同じになるように、該円形対極の半径に基づいて算出されていることおよび
    リソグラフィック投影装置が、前記投影ビームに直線偏光を与えるための偏光手段を有していることを特徴とするリソグラフィック投影装置。
19. 基板を提供するステップと、
    照明システムを使用して放射線の投影ビームを提供するステップと、
    前記照明システムの瞳面における前記投影ビームの強度分布を調整するステップと、
    パターニング手段を使用して前記投影ビームの断面にパターンを付与するステップと、
    パターンが付与された放射線ビームを基板のターゲット部分に投影するステップと
    を含むデバイス製造方法において、
    前記調整ステップは、前記強度分布の輝領域を直線で囲まれた領域に区画し、該領域の寸法が、該領域の平均σ値が所定の円形単極の平均σ値と同じになるように、該円形対極の半径に基づいて算出されていることを特徴とし、また
    前記投影ビームを直線偏光するステップをさらに含むデバイス製造方法。
20. 前記直線偏光ステップにおいて、ビームに与えられた直線偏光の方向が、前記パターンの線に実質的に平行である請求項１９に記載のデバイス製造方法。

Images