JP4404508B2 - リソグラフィ投影装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、
投影放射線ビームを供給する放射系と、
所望のパターンに従って該投影ビームをパターニングするように働くパターニング手段を支持する支持構造と、
基板を保持する基板テーブルと、
基板のターゲット部分上にパターニングされたビームを投影する投影系と
を備えたリソグラフィ投影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明で使用される用語「パターニング手段」は、基板のターゲット部分に生成されるべきパターンに対応してパターニングされた断面を有する入射放射線ビームを与えるために使用できる手段を称するものとして広範に解釈されるべきである。用語「光バルブ」も、やはりこの文脈で使用できるものである。一般に、上記パターンは、集積回路または他のデバイスなどの、ターゲット部分に生成されたデバイスにおける特定の機能層に対応するものである（下記参照）。そのようなパターニング手段は、以下のものを含む。
マスク。マスクの概念はリソグラフィで公知であり、これは、バイナリ交替位相シフトおよび減衰位相シフトマスク・タイプならびに各種ハイブリッド・マスク・タイプなどのマスク・タイプを含む。放射線ビーム中にそのようなマスクを配置することによって、マスク上のパターンに従って、マスクに投射する放射線を（透過性マスクの場合）選択的に透過させ、または（反射性マスクの場合に）反射させる。マスクの場合、支持体構造は、一般にマスク・テーブルであり、これによって確実にマスクを入射放射線ビーム中の所望の位置に保持することが可能になり、必要ならばビームに対して移動できるようになる。
プログラム可能ミラー・アレイ。このようなデバイスの例は、粘弾性制御層および反射面を有するマトリックス・アドレス指定可能面である。そのような装置の背後にある基本原理は、（たとえば）反射面のアドレス指定領域で入射光が回折光として反射し、一方アドレス指定されていない領域で入射光が非回折光として反射することである。適切なフィルタを使用して、上記の非回折光を反射ビームからフィルタ除去して、後方に回折光のみを残すことが可能であり、この方式で、マトリックス・アドレス指定可能面のアドレス指定パターンに従ってビームがパターニングされる。必要なアドレス指定は、適切な電子手段を使用して実行することができる。このようなミラー・アレイに関するさらなる情報は、たとえば米国特許ＵＳ５２９６８９１およびＵＳ５５２３１９３から得ることができる。これらの米国特許は、参照として本明細書に組み込まれる。プログラム可能ミラー・アレイの場合、上記の支持体構造は、必要に応じて固定または可動にできる、たとえばフレームまたはテーブルとして具現化できる。
プログラム可能ＬＣＤアレイ。そのような構造の例は、米国特許ＵＳ５２２９８７２に示されており、該特許は参照として本明細書に組み込まれる。上述のように、この場合の支持体構造は、必要に応じて固定または可動にできる、たとえばフレームまたはテーブルとして具現化できる。
簡単にするために、本文書の残りにおいて、それは、一定の位置付けにおいて、マスクおよびマスク・テーブルを含む例を特に対象とされるが、そのような例で考察する一般的原理は、本明細書で先に示したパターニング方法のより広範な文脈で理解されるべきである。
【０００３】
リソグラフィ投影装置は、たとえば、集積回路（ＩＣ）の製造で使用できる。そのような場合、パターニング手段は、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る。このパターンは、感放射線材料（レジスト）層で被覆された基板（シリコン・ウェーハ）上の（たとえば１つまたは複数のダイを備える）ターゲット部分上に結像できる。一般に、１枚のウェーハが、１度に１つずつ、投影系を介して連続的に照射される隣接するターゲット部分のネットワーク全体を含むことになる。現行の装置では、マスク・テーブル上のマスクによるパターニングを用いて、２種の異なる機械タイプの区別がなされる。一方のタイプのリソグラフィ装置では、各ターゲット部分は１回の行程（ｏｎｅ ｇｏ）でターゲット上にマスク・パターン全体を露光するによって照射が行われ、このような装置は通常ウェーハ・ステッパと称される。通常ステップ・アンド・スキャン装置と称される代替的装置では、各ターゲット部分に対する照射は、所与の基準方向（スキャン方向）の投影ビーム下でマスクを漸進的にスキャンし、同時に該方向に対し平行または反平行に基板テーブルをスキャンすることによって行われる。一般に、投影系は倍率Ｍ（概ね＜１）を有するので、基板テーブルをスキャンする速度Ｖは、マスク・テーブルをスキャンする速度に倍率Ｍを乗じたものになる。この個所で説明したリソグラフィ装置に関するさらなる情報は、たとえばＵＳ６０４６７９２から得られ、これは参照として本明細書に組み込まれる。
【０００４】
リソグラフィ投影装置を用いた製造プロセスでは、（たとえばマスク内の）パターンが、感放射線材料（レジスト）の層により少なくとも部分的に覆われた基板上に結像される。結像ステップの前に、基板は、プライミング、レジスト、およびソフト・ベークなどの種々の手順を経る。露光後、基板は、ポスト露光ベーク（ｐｏｓｔ−ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｂａｋｅ：ＰＥＢ）、現像、ハード・ベーク、および結像フィーチャの測定検査など、他の手順を経ることになる。この手順の配列は、デバイス、たとえばＩＣの個々の層をパターンニングするための基本として用いられる。次いで、そのようなパターニングされた層は、エッチング、イオン注入（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学機械研磨などの種々のプロセスを経ることになる。これらはすべて個々の層を仕上げるために所期されたものである。複数の層が必要な場合、手順全体またはそれらを変更したものが、新しい各層に対して用意される。最終的にデバイスのアレイが基板（ウェーハ）上に現れることになる。次いでこれらのデバイスは、ダイシングまたはソーイングなどの技法により互いから分離され、次いで個々のデバイスが、ピンなどに接続した状態でキャリアに実装することができる。そのようなプロセスに関するさらなる情報は、たとえば、「Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ： Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」、Ｔｈｉｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ， ｂｙ Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ、ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．、１９９７、ＩＳＢＮ０−０７−０６７２５０−４なる書籍から得ることができ、これは参照として本明細書に組み込まれる。
【０００５】
簡単にする目的で、投影系はこれ以降「レンズ」と称することになるが、この用語は、たとえば屈折光学機器、反射光学機器、カタディオプトリック系（ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ ｓｙｓｔｅｍ）を含む各種タイプの投影系を広く包含するものと解釈されるべきである。放射線系は、投影放射線ビームを指向、形成、または制御するこれらの設計タイプのいずれかにより動作する構成要素も含むことになる。このような構成要素も以下、集合的にまたは単一的に「レンズ」と称することになる。さらに、リソグラフィ装置は、２個以上の基板テーブル（および／または２個以上のマスク・テーブル）有するタイプのものとなる。このような、「複数ステージ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｓｔａｇｅ）」装置では、追加のテーブルが並行して使用可能であり、または、１個以上のテーブルを露光に使用しながら１個以上のテーブル上で準備的なステップを実行できる。ツイン・ステージのリソグラフィ装置は、たとえばＵＳ５９６９４４１およびＷＯ９８／４０７９１に記載されており、これは本明細書に参照として組み込まれる。
【０００６】
リソグラフィ装置では、基板上に結像されるフィーチャのサイズは、投影放射線の波長により制限される。高いデバイス密度で集積回路を生産するために、より小さいフィーチャを結像できることが望ましい。殆どの現行リソグラフィ投影装置では、水銀ランプまたはエキシマ・レーザにより生成された紫外線光を使用するが、約１３ｎｍのより波長の短い放射線を使用することが提案されている。このような放射線は極紫外線（ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ）または軟Ｘ線（ｓｏｆｔ ｘ−ｒａｙ）という用語で示され、可能な放射線源には、たとえばレーザ生成プラズマ源、放電プラズマ源、または電子貯蔵リングからのシンクロトロン放射線が含まれる。放電プラズマ源を用いる装置は、Ｗ．Ｐａｒｔｌｏ、Ｉ．Ｆｏｍｅｎｋｏｖ、Ｒ．Ｏｌｉｖｅｒ、Ｄ．Ｂｉｒｘ、「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｎ ＥＵＶ（１３．５ｎｍ） Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ ａ Ｄｅｎｃｅ Ｐｌａｓｍａ Ｆｏｃｕｓ ｉｎ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｖａｐｏｒ」、Ｐｒｏｃ ＳＰＩＥ ３９９７、ｐｐ．１３６−１５６、２０００と、Ｍ．Ｗ． ＭｃＧｅｏｃｈ 「ＰｏｗｅｒＳｃａｌｉｎｇ ｏｆ ａ Ｚ−ｐｉｎｃｈ Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｓｏｕｒｃｅ」、Ｐｒｏｃ ＳＰＩＥ ３９９７、ｐｐ．８６１−８６６、２０００と、Ｗ．Ｔ． Ｓｉｌｆｖａｓｔ、Ｍ． Ｋｌｏｓｎｅｒ、Ｇ． Ｓｈｉｍｋａｖｅｇ、Ｈ． Ｂｅｎｄｅｒ、Ｇ． Ｋｕｂｉａｋ、Ｎ． Ｆｏｒｎａｃｉａｒｉ、「Ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒ ｐｌａｓｍａ ｄｉｓｃｈａｒｇｅｓｏｕｒｃｅ ａｔ １３．５ ａｎｄ １１．４ ｎｍ ｆｏｒ ＥＵＶ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」、Ｐｒｏｃ ＳＰＩＥ ３６７６、ｐｐ．２７２−２７５、１９９９とに記載されている。
【０００７】
いくつかの極紫外線源、特にプラズマ源は、赤外（ＩＲ）、可視（ＵＶ）、深紫外（ｄｅｅｐ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）さえも含む広範囲の周波数にわたる放射線を放出する。これらの不要な周波数は照射系および投影系に伝播して、加熱の問題が生ずることになり、また、ブロックされていない場合、望ましくないレジスト露光が行われることになる。照射系および投影系の多層ミラーは、所望の波長、たとえば１３ｎｍの反射に関して最適化されているが、光学的には均一（ｆｌａｔ）でＩＲ、可視およびＵＶ波長でかなり高い反射率を有する。したがって、投影ビームに対し、比較的狭い周波数帯域を放射線源から選択することが必要になる。放射線源の放射ライン比較的狭い場合であっても、特に長い波長では、該ライン以外の放射線を除く必要がある。この機能を実行するフィルタとして薄いメンブレーンを使用することが提案されている。しかし、このような膜（ｆｉｌｍ）は非常に脆く、２００℃から３００℃またはそれ以上と非常に高温になり、その結果、高い熱ストレスおよびクラッキング、昇華、ならびに酸化が、リソグラフィ投影装置で必要な高パワー・レベルで生ずることになる。メンブレーン・フィルタはまた、通常所望の放射線を少なくとも５０％吸収する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、広帯域放射線源から比較的狭い波長帯域を選択し、または不要な周波数を除去するためにリソグラフィ投影装置で使用できる改良型フィルタを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、
投影放射線ビームを供給する放射線系と、
所望のパターンに従って投影ビームをパターニングするように働くパターニング手段を支持するための支持体構造と、
基板を保持する基板テーブルと、
パターニングされたビームを基板のターゲット部分上に投影するための投影系とを備え、
前記投影ビームを形成するため所望の波長の放射線を通過させ、かつ不要な波長の放射線を偏向するために、格子状スペクトル・フィルタが前記放射線系に具備されたことを特徴とする
リソグラフィ投影装置が提供される。
【００１０】
本発明の格子スペクトル・フィルタは、より効率的であり、投影ビームへより高い比率で所望の放射線を指向させ、従来技術で使用されるメンブレーン・フィルタよりも堅固なものである。特に、格子スペクトル・フィルタは、熱放射の傾向がより小さいものであるが、その理由は、該フィルタが不要な放射線を吸収するのではなく反射すること、該フィルタを厚くすることが可能であること、ならびに冷却チャネルを該フィルタに一体化できる、または該フィルタの背面に装着できることにある。ライン密度および入射ビームの角度など格子フィルタのパラメータを適切に選択することにより、投影ビームへ通過する波長帯域を決定する解像力を必要に応じて調整できる。さらに、ビーム半径に必要とされるサイズの反射グレージング入射格子フィルタ（ａ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ， ｇｒａｚｉｎｇ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ｇｒａｔｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒ）は、透過フィルタよりも容易に供給することができる。
【００１１】
格子スペクトル・フィルタは、ブレーズ格子（ｂｌａｚｅｄ ｇｒａｔｉｎｇ）であることが好ましいが、それはそのような格子が高い回折効率を有するからである。反射効率を最大に高めるために、格子はグレージング入射で使用されることが好ましい。方形波プロフィルを有するラミナ格子（ｌａｍｉｎａｒ ｇｒａｔｉｎｇ）も使用可能であり、安価に製造できる。
【００１２】
本発明はまた、
少なくとも部分的に感放射線材料の層で覆われた基板を準備するステップと、
放射線系を用いて投影放射線ビームを供給するステップと、
パターニング手段を使用して、投影ビームにその断面においてパターンを与えるステップと、
感放射線材料の層のターゲット部分上にパターニングされた放射線ビームを投影するステップと、
格子スペクトル・フィルタを用いて前記放射線系内の前記投影ビームをフィルタリングするステップと
を含むデバイス製造方法を提供する。
【００１３】
本文書では、ＩＣの製造で本発明による装置を使用することに特定した参照を行うことになるが、そのような装置には他の多くの可能な用途があることは明白に理解されよう。たとえば、集積光学系、磁気領域メモリのガイダンスおよび検出パターン、液晶表示パネル、薄膜磁気ヘッドなどの製造に使用できる。当業者は理解するように、このような代替用途の文脈では、本文書における用語「レチクル」、「ウェーハ」または「ダイ」は、それぞれより一般的な用語「マスク」、「基板」および「ターゲット部分」と置き換えられるものと考えるべきである。
【００１４】
本文書では、用語「放射線」および「ビーム」は、紫外線（たとえば波長が３６５、２４８、１９３、１５７、および１２６ｎｍのもの）ならびに極紫外（ＥＵＶ）放射線（たとえば５〜２０ｎｍの波長を有するもの）を含むすべてのタイプの電磁放射線を包含するために使用される。
【００１５】
本発明および付随する利点を、例示的な実施形態および添付の概略図面を参照して以下に説明する。
【００１６】
様々な図面で、同様の部品は同様の参照符号で示される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施形態１
図１に、本発明の特定の実施形態によるリソグラフィ投影装置を概略的に示す。この装置は、
放射線（たとえばＥＵＶ）の投影ビームＰＢを供給する放射系Ｅｘ、ＩＬ（特別なケースにおいては放射線減ＬＡも含む場合がある）と、
マスクＭＡ（たとえばレチクル）を保持するマスク・ホルダが設けられ、アイテムＰＬに対してマスクを正確に位置決めするための第１位置決め手段ＰＭに接続された第１オブジェクト・テーブル（マスク・テーブル）ＭＴと、
基板Ｗ（たとえばレジスト被覆されたウェーハ）を保持する基板ホルダが設けられ、アイテムＰＬに対してマスクを正確に位置決めするための第２位置決め手段ＰＷに接続された第２オブジェクト・テーブル（基板テーブル）ＷＴと、
基板Ｗの（たとえば１つまたは複数のダイを含む）ターゲット部分Ｃ上にマスクＭＡの被照射部分を結像するための投影系（レンズ）ＰＬ（たとえばミラー群）とを
含んでいる。ここに記載したように、該装置は反射タイプ（すなわち反射マスクを有するもの）である。しかし、一般には、たとえば（透過マスクを備えた）透過タイプのものであってもよい。あるいは、該装置では、上記で言及したタイプのプログラム可能なミラー・アレイなど、他の種類のパターニング手段を使用できる。
【００１８】
放射線源ＬＡ（たとえばレーザ生成または放電プラズマ源）が放射線ビームを生成する。このビームは照明系（照明器）ＩＬに対して、直接に、または、たとえばビーム・エキスパンダなどのコンディショニング手段を通過させた後で供給される。照明器ＩＬは、ビーム中の強度分布の（通常それぞれσ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒと称する）外側および／または内側半径範囲をセットするための調整手段ＡＭを備える。加えて照明器は、インテグレータＩＮおよび集光器ＣＯなどの一般に他の様々な構成部品を備えることになる。このようにして、マスクＭＡ上に投射されたビームＰＢはその断面内で所望の均一性および強度分布を有することになる。
【００１９】
図１に関して留意すべきは、（たとえば放射線源ＬＡが水銀ランプである場合にしばしばそうであるように）放射線源ＬＡはリソグラフィ投影装置のハウジング内にあってよいが、放射線源ＬＡを該リソグラフィ投影装置から離して、それが生成する放射線ビームが（たとえば適切な指向ミラーを用いて）該装置に導入されていてもよいことである。後者のシナリオは、放射線源ＬＡがエキシマ・レーザである場合にしばしばそうである。本発明および請求項はこれらのシナリオを両方含むものである。
【００２０】
続いてビームＰＢは、マスク・テーブル上に保持されたマスクＭＡと交差する。マスクＭＡで選択的に反射されて、ビームＰＢはレンズＰＬを通過し、これはビームＰＢを基板Ｗのターゲット部分上にビームＰＢを集束させる。第２位置決め手段（およびインタフェロメトリ測定手段ＩＦ）を用いて、基板テーブルＷＴは、たとえばビームＰＢの経路内の様々なターゲット部分Ｃを位置決めするように正確に移動できる。同様に、第１位置決め手段を使用して、たとえばマスク・ライブラリからマスクＭＡを機械的に取り込んだ後かまたはスキャン中にビームＰＢ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、ＷＴの移動は、長ストローク・モジュール（粗い位置決め）および短ストローク・モジュール（微細な位置決め）を用いて行われるが、これらは図１に明示しない。しかし、（ステップ・アンド・スキャン装置に対するように）ウェーハ・ステッパの場合において、マスク・テーブルＭＴは単に短ストローク・アクチュエータに接続してよく、または取り付けてよい。
【００２１】
記載した装置は異なる２つのモードで使用できる。
１．ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴは基本的に静止状態に保たれ、マスク・イメージ全体が１回の行程（すなわち１回の「フラッシュ（ｆｌａｓｈ）」で）でターゲット部分Ｃ上に投影される。基板テーブルＷＴは次いで、ｘおよび／またはｙ方向にシフトして、異なるターゲット部分ＣをビームＰＢで露光できるようにする。
２．スキャン・モードでは、所与のターゲット部分Ｃが１回の「フラッシュ」では露光されないことを除いて、基本的に同じシナリオが適用される。代わりに、マスク・テーブルＭＴは所与の方向（いわゆる「スキャン方向」たとえばｙ方向）に速度ｖで移動可能とされ、投影ビームＰＢがマスク・イメージに対してスキャンするようになる。同時に、基板テーブルＷＴは、速度Ｖ＝Ｍｖで同一または反対の方向に同時に移動する。ただし、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。このようにして、比較的大きなターゲット部分Ｃに対する露光が、解像度について妥協する必要なしに行われる。
【００２２】
不要な波長を放射線源出力から除去するために、照明系の残りの部分に対するまたはその中の熱を最小限に抑えるために放射線源の近傍で、かつフィルタが収束または発散ビーム中に位置することができる最初の段階で、スペクトル格子フィルタ１００を照明系内に配置すると好都合である。ビームの開口角は、波長選択性が十分になるように限定されるべきである。格子フィルタは好ましくは反射格子であり、波長に依存する角度で入射放射線を回折する。格子フィルタ１００は、所望の放射線が照明系の残りの部分に入り、不要な放射線が異なる角度で回折してビーム・ブロッカに吸収されるように構成される。
【００２３】
図２に、格子フィルタの可能な構成を収束ビーム１０と共に示す。格子がない場合は、ビームは格子の後方の一点に集束することになる。この時点でビームが角度αで格子に入射し、実質的な放射線源の点は格子後方の距離ｏｒのところにある。所望の波長の放射線は角度βへ回折されて回折ビーム２０となり、また格子から距離ｏｒ’のところへ集束する。この点はマスク上にあってよいが、他の光学要素がマスク上にビームをそこから集束する照明系内の平面上の点としてもよい。
【００２４】
格子は、図３に示すようなブレーズ格子であることが好ましい。ブレーズ格子は、格子定数ｐが鋸歯の間隔幅に等しい鋸歯プロフィルを有する。ブレーズ角ｂａの選択は、鋸歯プロフィルと対比して反射が鏡状になる、すなわち鋸歯プロフィルに対する法線ｎ’から測った入射および反射角α’、β’が相等しくなるように行われる。そのような構成で、理論的には回折効率を１００％にすることが可能である。このタイプの適切な格子は、本明細書に参照として組み込まれたＦｒａｎｋ ｅｔ ａｌ、Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ １５、ｐ２９４０ （１９９７）に記載されており、回折効率が８０％であり、ならびに全体効率は８０％のグレージング入射反射効率を考慮に入れて約６５％となっている。
【００２５】
受光角Δα＝０．５°、スポット・サイズ４ｍｍと等価、格子からの距離４５８ｎｍ、ならびに所望の放射線波長が１３．５ｎｍとなる可能な構成が、以下の表１に提示される。
【表１】

【００２６】
βの値は、αではない法線ｎの他方の側を負の角度とする慣習に基づくものである。遮断値、λｃｕｔｏｆｆは厳密なものではないが、受光角Δαに基づいている。受け入れられる最も波長の長い光線は、図５に示すα＋Δα／２、およびβ＋Δβ／２の光線であり、これから、遮断波長が格子方程式を用いて決定される。
【００２７】
格子の解像力λ／Δλは、５つの寄与要因から導出される。第１および第２に、入口スリットおよび出口スリットからの寄与要因
【数１】

および
【数２】

であり、Ｎｋλ＝ｓｉｎα＋ｓｉｎβから導出され、Ｎはライン密度であり、ｋは次数（ｏｒｄｅｒ）で、この場合１である。Δαからの寄与要因は、上に示した表１に含まれる。
【００２８】
第３の寄与要因は、照射されるラインの数に依存し、照射されるラインの数が非常に多数である場合は本適用では無視できる。第４および第５の寄与要因は、系中の光学的収差、および格子の光学的表面の不完全性に依存する。適切に品質の高い系を、これらの寄与要因が無視できるように選択すること可能である。総合解像度は、このようにして、入口スリットおよび出口スリットからの寄与要因の組合せとなり、両方の寄与要因が相等しい場合、表１に示された解像度の√２倍になる。
【００２９】
ブレーズ格子の代替例として、図４に示したタイプのラミナ格子を使用できる。図４に示すように、ラミナ格子は方形波表面プロフィルを有し、格子定数ｄは方形波の一周期に等しい。このような格子は、ホログラフィ的なリソグラフィ技法を使用して容易に作製することができる。そのような技法では、上側表面は表面粗さが非常に良好になるまで研磨され、フォトレジスト・パターンにより画定されるランド（ｌａｎｄ）を用いて溝（ｇｒｏｏｖｅ）がエッチングされる。様々な供給源から商業的に入手可能な格子が適切であり、約４０％の最大回折効率を提供できる。
【００３０】
使用中にミラーを冷却するために、図２に示すように冷却チャネル１０１を格子の背面に設けることができ、または格子の本体に組み込むことが可能である。適切な冷却流体が、冷却チャネル１０１を通過して、ミラーを所望の温度に維持する。格子１００は、使用に際して必要となる所望の機械的性質および物理的堅固さを目的として、必要に応じて厚く、たとえば５０ｍｍに作製可能である。
【００３１】
レーザ生成プラズマ源ならびにプラズマ放電源は、所望の放射線源に加えて高速イオンおよび原子のストリームを放出する。メンブレーンを波長のフィルタリングに使用するとき、それは該イオンおよび原子をブロックするためにも機能する。本発明の格子フィルタは、イオンや原子をブロックするためにガス・ベースの系と組み合わせると有利である。この組合せによって、デブリスおよび放射線のフィルタリングを放射線源の近くで実行することが可能になり、照明系内の汚染および加熱を最小限に抑える。
【００３２】
実施形態２
以下に記載することを除いて、本発明の第１実施形態と同一となる本発明の第２の実施形態では、格子は発散ビーム中に配置され、その結果、実際の物体および虚像があることになる。一定のライン間隔を用いると、距離ｏｒおよびｏｒ’、格子から物体および像までの距離は相異なる。第１実施形態と第２実施形態の両方で、ライン間隔が可変の格子を使用してこれらの距離を変更して相等しくすることが可能であり、このケースでは格子は平面ミラーとほぼ同一の特性を持つことになる。第１実施形態および第２実施形態の両方の格子は、散乱プレートまたは球状集束ミラーなどの、照明系に含まれる他の反射器と組み合わせて、組み合わせた機能を持たせることが可能である。
【００３３】
実施形態３
以下に記載することを除いて第１および第２実施形態と同一となる、本発明の第３実施形態では、格子構造を照明系内のグレージング入射ミラーに適用する。
【００３４】
図６に示すように、放射線源ＬＡからの放射線は集光器ミラーＣＭで集光されて、グレージング入射反射器２００に向かって指向される。反射器２００に向かって指向されたビーム２００は、たとえば１３．５ｎｍの所望のＥＵＶ放射線と、波長がより長い不要な波長との両方を含む。放射線源ＬＡがたとえばレーザ生成キセノン・プラズマである場合、１００〜２００ｎｍのＵＶ放射線帯域では、１３．５ｎｍ近傍にある所望ＥＵＶ帯域の約１０倍のエネルギーがあることになる。
【００３５】
不要な長波長側放射線を抽出するために、図４に示すような位相格子からなるもののような、回折格子構造を反射器２００に適用する。格子は、格子の「ランド」Ｌおよび「溝」Ｇによって反射した光線間の光路差（ＯＰＤ）は、所望波長部の波長の整数倍である。すなわち、
ＯＰＤ＝ｎ・λ_eyv （３）
であり、ｎは整数、λ_euvは所望放射線たとえば１．３５ｎｍの波長である。同時に、上記の光線に対するＯＰＤは不要な放射線範囲の波長の整数半倍となるように選択される。すなわち、
ＯＰＤ＝（ｍ＋１／２）・λ_ud （４）
であり、ｍは整数で、λ_udは不要波長部の波長である。
【００３６】
方程式（３）を満足することによって、格子は反射器２００により所期されたように反射する所望の放射を擾乱せず、効果的に所望の放射線すべてが０次のビームへ回折される。ただし、不要な放射線は、該格子方程式により規定されて回折し、方程式（４）が厳密に満足される波長に対して、回折効率は最大値をとり、すべてのエネルギーは０次のビームの外に回折される。このようにして、不要な放射線は、投影ビームＰＢを形成する所望放射線から空間的に分離され、適切なヒート・シンクまたはビーム・ダンプ２１０により吸収できる。
【００３７】
一例として、回折構造は、図４に示すように、デューティ・サイクルが５０％、深さがｂ、周期ｐが約１００・λ_euvで、位相格子を形成できる。深さｂは、下式で与えられるＯＰＤが６７．５ｎｍになるように選択され、
ＯＰＤ＝２ｂ・ｓｉｎ（α） （５）
ただし、αはグレージング入射角である。グレージング角α＝１５°の場合、ｄは１３０ｎｍとなり、これは正確に実現できる。そのような格子で、λ_euv＝１３．５ｎｍの場合ＯＰＤ＝５・λ_euvとなり、その結果、所望の放射線のすべてが０次ビームに入ることになる。１３５ｎｍの放射線の場合、ＯＰＤ＝１／２・λ_euvとなり、その結果、該波長付近の放射線は０次ビームに実質的に入らず、不要波長の最大エネルギーは所望放射線から分離される。
【００３８】
留意すべきは、たとえば製造寸法公差に起因する格子高さの不完全性によって０次ビームに入る所望の放射線量は低下するが、０次ビームにかなりの不要なエネルギーが入り込むようにはならないということである。０次ビームに入る所望の放射線の損失は、依然として金属吸収フィルタから生じる損失よりもはるかに小さいものである。
【００３９】
実施形態４
第４の実施形態は第３の実施形態と同様であるが、ただし、ミラーに適用する格子は、投影ビームが格子に入射する前に進行する媒体の屈折率に近似した屈折率を有する材料から形成されている。排気された放射線系を備えたＥＵＶに対して、複屈折率は、所望の波長では実部が単位量となり虚部は小さくある（低吸収）べきであるが、他の波長では単位量からは大幅に異なるべきである。
【００４０】
１３．５ｎｍのＥＵＶの場合、シリコンを用いて回折構造を形成でき、その波長での複屈折率は次式で与えられる。
ｎ＝０．９９９３−０．００１８ｊ
【００４１】
図７と、図７の部分拡大図である図８に、グレージング入射（ＧＩ）ミラー３００上に堆積したシリコンの突起部を含む回折構造を示す。１３．５ｎｍのＥＵＶ放射線は、回折構造３０１によっては基本的に影響されず、正常に反射して投影ビームＰＢを形成する。不要な放射線は、回折構造３０１により回折し、空間フィルタ３０２によりブロックされる。
【００４２】
図８によく示すように、回折構造は、所望の放射線ＰＢが一周期の回折構造だけを通過するように構成される。回折構造の側の表面に対する、投影ビームの入射角はα’₁で示されている。この角度は、シリコン回折構造３０１上に設けられるキャッピング層により投影ビームが反射するのを最小限に抑えるために、依然として小さくするべきである。その理由は、キャップ層材料は、グレージング入射角に対する反射率が高くなる傾向にあるからである。やはり、ブレーズ格子の場合のように回折構造の突起の上側表面に角度を付けて、０次の不要放射線が所望放射線とは異なる方向に指向されるようにすることが可能である。さらに、所望放射線に対するグレージング反射率特性が不十分である（透過率が高い）材料が、キャッピング層には好適である。所望の放射線がＥＵＶであるときは、炭素が好適である。
【００４３】
回折構造の効果は以下の考察で導出される。
【００４４】
回折スペクトルの極大は次式を用いて計算できる。
ａ（ｓｉｎγ−ｓｉｎα）＝ｍλ （６）
ただし、ａは回折構造の周期であり、ｍは極大の次数であり、αおよびγは、それぞれミラー３００の法線に対する（回折構造に対するものではない）入射および回折ビームの角度である。式（６）は回折構造の厳密な構造には依存しないことに留意されたい。
【００４５】
（例示目的だけのための）一例として、ａ＝２０００ｎｍ、α₁＝８５°、ｂ_f＝１０ｍｍ、ｄ＝２０ｍｍ、およびｌ＝１５０ｎｍとし、ただし、ｄは空間フィルタ３０２の開口アパチャの幅であり、ｂ_fは回折構造と空間フィルタ３０２の間の距離であり、ｌは回折構造の突起部の幅である。（０次に対するものを除き）回折光を減じるために、光は、空間フィルタ３０２の開口アパチャの縁部に入射する、図７のビーム３０３よりも強めに偏向されなくてはならない。偏向したビーム３０３に対して、以下の式が適用される。
【数３】

【００４６】
この式を式（６）と組み合わせて、図１でビーム３０３よりも強めに偏向される放射線の最短波長を計算できる。
λ₁＝１．２ｎｍ
したがって結論として、２０００ｎｍピッチの偏向位相格子に対して、波長が１．２ｎｍより長い放射線は、回折構造がその放射線に対し「可視（ｖｉｓｉｂｌｅ）」であるという条件で、空間フィルタにより抑えられることになる。ただし、格子構造は所望の放射線に対しては可視でないが、その理由は、該格子構造が、関係波長で真空状態の値に近接する屈折率を有するように選択された材料から作製されるからである。
【００４７】
突起部の高さｈは次式を用いて計算できる。
【数４】

【００４８】
ノッチ内のビームの最大経路長ｌ_maxは、
【数５】

となる。
【００４９】
所望の反射たとえばＥＵＶ反射に対する突起部構造の影響は、一周期内の様々な位置での突起部の透過率を対比することによって計算される。厚さｄ_sのシリコン層の透過率は、
【数６】

となり、ただしμは、シリコン（５８８．２ｎｍ）中の１３．５ｎｍＥＵＶの減衰長である。矩形突起部構造の最大吸収率は
【数７】

上に示した構造は、この吸収率は２３％となる。水平方向突起部上面に対して、突起部の頂部に当たる入射放射線の比率はｌ／ａ＝７．５％である。上面に投射される放射線がすべて反射され、ミラー表面での鏡反射の方向から位相的に外れると仮定すると、最大でＥＵＶ放射線の２ｌ／ａ＝１５％が回折により減じられる。したがって、回折による最大損失は、
【数８】

となる。
回折構造を含むミラーのＥＵＶ放射線に対する総合鏡反射は、
Ｒ＝Ｒ_GI・（１−χ_A）・（１−χ_d） （１３）
となる。上記に示した回折構造を有する粗さ１ｎｍ ｒｍｓのルテニウム層を具備するミラー３００に対して、最小透過率は所望のＥＵＶ放射線に対して６１％程度になる。
【００５０】
迷光を低く抑えるために回折構造の表面粗さは小さくするべきであることに留意されたい。ただし、この粗さの基準は、多層のミラー表面およびグレージング入射ミラー表面に対しては、より緩やかである。これは、ＥＵＶフィルタの粗さ基準に匹敵するものである。このことは、他のスペクトル純化フィルタと比較した場合に、ＥＵＶ不可視材料から作製される回折構造の主な利点となる。
【００５１】
収束ビームがＧＩミラーで反射する場合、先に示した計算は、最も低い入射角α₁（最も高いグレージング角）に対して実行される。光線が複数のノッチを通過してその結果透過率が下がることが可能である。一例として、ａ＝１００ｎｍ、α₁＝７０°、およびｌ＝１５０ｎｍとする。ｂ＝１５５ｎｍとなる。７０〜８５°の範囲の入射角に対して、平均反射率係数は８２％、突起部の平均透過率は７３％となる（８２°を上回る角度は２ノッチを透過する）。上面は、平均入射角（７７．５°）に平行な角度で傾いていると仮定されている。次いで、平均有効上面幅は５９ｎｍとなり、その結果、損失は１２％となる。総合透過率は５３％となる。
【００５２】
ミラー上の回折構造は、ダイアモンド・ツールで線引きすることにより作成できる。正弦曲線構造のイオン・エッチングにより回折構造を作成することも可能である。リソグラフィ技法を用いイオン・エッチングを続けることでＧＩミラー上にブロック構造を作成することも可能なオプションである。図７および図８に示された構造は一例として示されたものである。他の構造もやはり可能であり、その条件は、ＥＵＶ放射線の吸収が少なく（経路長ｌｍａｘが短く）、かつ、非ＥＵＶ放射線に対して０次の十分な抑制があり、およびＥＵＶ放射線の回折が最少であることである。
【００５３】
実施形態５
本発明の第５の実施形態は、第４の実施形態と同様であるが、ただし「不可視（ｉｎｖｉｓｉｂｌｅ）」な回折構造が多層ミラー４００に適用される。
【００５４】
図９に、多層ミラー４００上に入射する収束ビーム４０１を示す。多層ミラー４００は、所望の放射線、たとえば１３．５ｎｍのＥＵＶを反射して投影ビームＰＢを形成する。多層ミラーは、αとα₂の間の角度で入射する所望の放射線の反射に対して最適化される。回折構造は所望の放射線に対して影響しない、すなわち、その放射線に対して実質的に「不可視」であり、それがミラーの上に堆積されている。第４実施形態のように、これはシリコンから形成することが可能であり、所望の放射線はＥＵＶである。
【００５５】
回折構造により、ビーム４０３に向かう不要な放射線が回折して所望放射線から離れ、これは空間フィルタ４０２よってブロックされる。回折構造にブレーズ・プロフィルを与えることにより、０次の不要波長とより次数の高い不要波長の両方を所望放射線から離れるように回折させることが可能になる。
【００５６】
回折構造の効果は以下のようにして示されるが、例示目的のみで与えるものである。
【００５７】
回折スペクトルの極大は式（６）を用いて計算できる。一例として、ａ＝５００ｎｍ、α₁＝２０°、α₂＝６°、ｂ_f＝１００ｍｍ、ｄ＝２０ｍｍ、およびｄ₁＝ｄ＝２０ｍｍとし、ただし図９に示すように距離ｄ₁は簡単のために幅ｄと等しいものとする。（０次のものを除いて）回折光を減じるために、光は、図９のγ₁およびγ₂よりも大きく偏向されなくてはならない。偏向ビーム４０３に対して、以下の式が適用される。
【数９】

および
【数１０】

【００５８】
これらの式を用い、式（６）と組み合わせて、図１のγ₁およびγ₂よりも大きく偏向される放射線の最短波長を計算できる。
λ₁＝１４．７ｎｍ
λ₂＝４５．８ｎｍ
したがって、５００ｎｍピッチの偏向位相格子の場合は、４５．８ｎｍより長い波長の放射線は空間フィルタによって抑えられる。
【００５９】
０次のものは、たとえばくさび形状を回折構造用に選択することにより抑えられる。くさび形構造を用いて、回折構造の鏡反射は、１次以上のものから独立に変更することが可能である。以下の式が、図９のビーム４０４に対して適用される。
【数１１】

および
【数１２】

０次のものは、図９のミラー４００の表面に対する法線に向かって、１次光線４０１ａの場合２０°−１１．３°＝８．７°で偏向され、２次光線４０１ｂの場合６°−０°＝６°で偏向されなくてはならない。したがって、８．７°／２＝４．４°のブレーズ角ｂａは、０次のものを十分抑えるために十分なものである。ブレーズ角ｂａのブレーズ格子は、図３に示されている。
【００６０】
これらの計算は、焦点半径が無視できる収束ビームに基づいている。実際のビームに対しては、ブレーズ角はいくらか大きく、ピッチはいくらか小さい。
【００６１】
くさび形構造の所望のたとえばＥＵＶの反射にもたらす影響は、一周期内の様々な位置におけるくさび形構造の透過率を対比することによって計算できる。くさび形構造により導入された振幅モジュレーション・デプスは
【数１３】

となる。
上記に示した構造に対し、このモジュレーション・デプスは１２．２％になる。くさび形の表面における放射線は、振動部と一定成分とに分割することが可能である。一定成分（１−χ）は鏡反射を生ずるものである。振動成分χは回折されて、減じられる。回折構造における吸収率は、
【数１４】

となる。
上記に示した構造に対して、この吸収率は６．３％に等しい。
【００６２】
回折構造を含むミラーのＥＵＶ放射線に対する総合鏡反射率は
Ｒ＝Ｒ_ML（１−χ） （２０）
となる。
【００６３】
迷光レベルを低くするために、回折構造の表面粗さを低く抑えるべきことに留意されたい。ただし、粗さの基準は、多層表面およびグレージング入射ミラー表面に対するものよりも緩やかなものになる。これは、ＥＵＶフィルタの粗さ基準に匹敵するものである。
【００６４】
回折構造はたとえばルテニウムのキャップ層で覆うことが可能であるが、その条件は、キャップ層自身による回折を無視できるようにこの層の厚さが十分均一であることである。キャップ層は、所望の放射線を通過させるように十分薄くするべきである。
【００６５】
必要な場合は、ＥＵＶビームにより生成する平面に対する回折構造のラインの配向を、図７に示す方向から異なる方向で選択できる。
【００６６】
この回折構造は、第４実施形態の方法と同じように作成できる。
【００６７】
第４実施形態と第５実施形態の両方に共通するのは、回折構造を備える反射要素３００、４００が所望の放射線に対しては擾乱のない反射器として作用するが、不要な放射線に対しては格子として作用することである。これは、回折構造に対して、所望放射線に対し可能な限りそれを不可視にする屈折率を有する材料を選択することによって実現される。
【００６８】
本発明の特定の実施形態について説明したが、説明したもの以外でも本発明を実施できることを理解されたい。この説明は、本発明を限定することを意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるリソグラフィ投影装置を説明する図である。
【図２】本発明の原理を説明するための図である。
【図３】本発明で使用可能なブレーズ格子を図示するスケッチである。
【図４】本発明で使用可能なラミナ格子を図示するスケッチである。
【図５】本発明による格子フィルタの遮断波長を説明するために使用する図である。
【図６】本発明の第３の実施形態による照明系の一部を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施形態によるフィルタの図である。
【図８】図７のフィルタの一部の拡大図である。
【図９】本発明の第５の実施形態によるフィルタの図である。
【符号の説明】
１０ ビーム
２０ ビーム
１００ 格子フィルタ
１０１ 冷却チャネル
ｎ 法線
α 角度
β 角度
Δα 受光角

Claims (9)

1. ８ｎｍから２０ｎｍまでの範囲の波長を有する極紫外放射線を含む投影放射線ビームを供給する放射線系と、
   所望のパターンに従って投影ビームをパターニングするように働くパターニング手段を支持するための支持体構造と、
   基板を保持する基板テーブルと、
   パターニングされたビームを基板のターゲット部分上に投影するための投影系とを備え、
   前記投影ビームを形成するため８ｎｍから２０ｎｍまでの範囲の所望の波長を有するＥＵＶ放射線を通過させ、かつ赤外及び深紫外の不要な波長の放射線を偏向するために、前記放射線系の照明系内に配置されたブレーズ格子である格子状スペクトル・フィルタであって、前記放射線系の放射線源の近傍で且つ当該フィルタが収束ビーム中に位置することができる最初の段階で前記照明系内に配置された格子状スペクトル・フィルタと、
   前記格子状スペクトル・フィルタに熱的に接触して設けられた冷却要素と、を更に備え、
   前記格子状スペクトル・フィルタは、ミラー上に回折構造を有し、さらに回折構造上にキャッピング層が設けられた反射フィルタであり、且つ、前記回折構造が真空状態における前記所望の波長の屈折率の値に近接する屈折率を有する材料からなり、
   前記材料は、シリコンであり、且つ、前記キャッピング層の材料が炭素である、リソグラフィ投影装置。
2. 前記格子状スペクトル・フィルタが約２．５°未満のブレーズ角を有する、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
3. 前記格子状スペクトル・フィルタが、１ｍｍあたり２００個から７００個の範囲のライン密度を有する、請求項１または２に記載のリソグラフィ投影装置。
4. 前記冷却要素が冷却材チャネルを含む、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
5. 前記冷却材チャネルを通して冷却材流体を送る冷却系をさらに含む、請求項４に記載のリソグラフィ投影装置。
6. 前記格子状スペクトル・フィルタがグレージング入射反射器である、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のリソグラフィ投影装置。
7. 前記格子状スペクトル・フィルタが前記照明系の光学要素と一体化された、請求項５または請求項６に記載のリソグラフィ投影装置。
8. 前記支持体構造がマスクを保持するマスク・テーブルを備えた、請求項１ないし７のいずれか一項に記載のリソグラフィ投影装置。
9. 前記放射線源が、レーザ生成放射線源または放電プラズマ放射線源を備えた、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。

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