JP4414414B2 - 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、および集積回路（ＩＣ）などのデバイスの製造に装置を使用する方法に関する。特に、必然的ではないが、本発明はある範囲の空間的寸法の形体を基板に転写するために最適化された放射線を提供しながら、リソグラフィ装置内の照明システムの寿命を維持し、延長するために偏光放射線を使用することに関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板の目標部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は例えば、集積回路（ＩＣ）の製造において使用可能である。このような場合、代替的にマスクまたはレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスは、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンの生成に使用することができる。このパターンを、基板（例えばシリコンウェハ）上の目標部分（例えば１つあるいはそれ以上のダイの一部を含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射線感光材料（レジスト）の層への描像を介する。一般的に、１枚の基板は、順次照射される近接目標部分のネットワークを含んでいる。既知のリソグラフィ装置は、パターン全体を目標部分に１回露光することによって各目標部分が照射される、いわゆるステッパと、所定の方向（「走査」方向）にパターンを投影ビームで走査し、これと同時に基板をこの方向と平行に、あるいは反平行に走査することにより、各目標部分が照射される、いわゆるスキャナとを含む。パターンを基板に刻印することによって、パターニングデバイスからのパターンを基板へと転写することも可能である。

米国特許第６，３９２，８００号は、入射ビームを、回転によって基本的に半径方向に直線偏光する放射線の全体断面を有する射出ビームに変換する光学的配置構成に関する。米国特許第６，３９２，８００号は参照により本明細書に組み込まれる。

米国特許出願第２００１／００１９４０４号は、レジストの入射面に対して著各区の放射線の偏光によってコントラストの上昇を達成する、高い開口でのマイクロリソグラフィ投影露光の方法および配置構成に関する。米国特許出願第２００１／００１９４０４号は参照により本明細書に組み込まれる。

米国特許第６，３１０，６７９号は、マスクと基板の間の光学的トレーンにコヒーレンス減少部材を設けるリソグラフィ装置について説明している。コヒーレンス減少部材は、放射線の偏光状態を変更する偏光制御部材でよい。

直線偏光放射線の第一部分および非偏光または円偏光放射線の第二部分を断面に有するように放射線ビームを調整することができる光学要素を有する照明システムを有するリソグラフィ装置を提供する。

本発明の第一の態様によると、非偏光または円偏光放射線の第一部分および異なる偏光の第二部分を断面に有するように放射線ビームを調整することができる光学要素を有する照明システムと、パターニングデバイスを支持するように構築された支持体とを含み、パターニングデバイスは、パターン形成した放射線ビームを形成するために、照明放射線ビームの断面にパターンを与えることができ、さらに基板を保持するように構築された基板テーブルと、パターン形成した放射線ビームを基板の目標部分に投影するように構成された投影システムとを含むリソグラフィ装置が提供される。

本発明の実施形態は、パターニングデバイスを照明するために、比較的高い解像度の形体を描像する直線偏光放射線と、比較的低い解像度の形体を描像する円偏光または非偏光放射線を含む放射線ビームを提供する。

放射線ビームの前記第二部分は、例えば単一の直線偏光または２つ以上の異なる直線偏光などの直線偏光でよい。あるいは、放射線ビームの前記第二部分は、接線（ＴＥ）または半径（ＴＭ）方向の偏光放射線を含んでよい。

光学要素は、放射線ビームの中心部分に円偏光または非偏光放射線を、放射線ビームの外部分には直線偏光放射線を生成するように配置構成してよい。前記第一部分は内部円形部分でよく、前記第二部分は第一部分の周囲のリングでよく、あるいはその逆でもよい。

前記光学要素は、前記円偏光または非偏光放射線を生成するために、例えば調節器、積分器または集光器などの照明システムのほぼ瞳面に配置された光学要素を含んでよい。この光学要素は、円偏光を生成するλ／４プレート、または異なる材料の１対の隣接する楔でよく、第一楔は光学的活性材料で形成され、第二は放射線ビームの一部を非偏光放射線に変形するように配置構成された溶融シリカなどの光学的不活性材料であり、あるいはそれぞれが異なる偏光を生成する複数の部分を有する回折光学要素でもよい。

円偏光または非偏光放射線を生成するように配置構成された光学要素は、放射線ビームの前記第一部分の直線偏光を提供するように配置構成されたさらなる光学要素と組み合わせることができる。前記さらなる光学構成要素はλ／２プレートでよい。

本発明の第二の態様によると、リソグラフィ装置で、
第一方向に偏光したほぼ直線偏光放射線および／または前記第一方向に対して直角な第二方向に偏光した直線偏光放射円しか有さないように、放射線ビームを調整するように配置構成された第一光学要素と、前記第一方向の光軸を有する複屈折率を生じやすく、自身を通って直線偏光放射線が透過する１つまたは複数の第二光学要素と、その後に直線偏光放射線の少なくとも一部を非偏光または円偏光放射線に変形する第三光学要素とを有する照明システムと、
パターニングデバイスを支持するように構築された支持体とを有し、パターニングデバイスは、パターン形成した放射線ビームを形成するために、照明放射線ビームの断面にパターンを与えることができ、さらに、
基板を保持するように構築された基板テーブルと、
パターン形成した放射線ビームを基板の目標部分に投影するように構成された投影システムとを有するリソグラフィ装置が提供される。

本発明による方法で放射線ビームを直線偏光すると、照明システムの寿命を維持し、延長することが判明している。直線偏光放射線の少なくとも一部を非偏光または円偏光放射線に変形すると、様々な寸法の形体をパターニングデバイスから基板へと転写するために、パターニングデバイスを照明する放射線が確実に最適化される。

第三光学要素は、例えば調節器、積分器または集光器などの照明システムのほぼ瞳面に配置することができる。

第三光学要素は、放射線ビームの１つの部分に円偏光または非偏光放射線を、放射線ビームの別の部分に直線偏光放射線を生成するように配置構成することができる。

第三光学要素は、放射線ビームの中心部分のみを非偏光または円偏光放射線に変形し、直線偏光放射線の外部リングを残すように配置構成することができる。

第三光学要素は、放射線ビームの一部を円偏光放射線に変形するλ／４プレートでよい。

第三光学要素は、材料の１対の隣接する楔を有してよく、第一楔は光学活性材料で形成し、第二は、放射線ビームの一部を非偏光放射線に変形するように配置構成された溶融シリカなどの光学不活性要素で形成する。

相互にほぼ直角な第一および第二方向を有する本発明の偏光ビームは、全体的にＸＹ偏光放射線と呼ばれることがある。したがって、以下でＸＹ偏光放射線に言及した場合、それは第一および第二偏光がある放射線を意味するものとし、前記第二偏光は第一にほぼ直角である。

一般的に、照明システムには任意の適切な照明モードを使用することができる。照明モードは多極照明を有してよい。一般的に、多極照明の極は、瞳内で回折放射線の量を最大にするように選択され、極ごとにＸまたはＹ偏光放射線を有するように選択すると、ＴＥ（つまり横断電気）偏光の含有量を最大にし、したがってコントラストを最大にすることができる。

照明モードは、任意のセグメント分割した点対称照明モードまたは非対称照明モードでよい。例えば、照明モードは以下のいずれかを含む。つまり従来の照明モード、双極照明モード、非対称照明モード、四極照明モード、六極（つまり６つの極）照明モードおよび環状照明モードである。

一般的に、放射線ビームの直線偏光部分のほぼ全てが、第一光学要素によって第一または第二方向の偏光モードに偏光される。残りの（直線偏光しない）放射線は、非偏光または円偏光でよい。偏光放射線ビームの少なくとも９５％を、第一方向または第二方向に偏光することが好ましい。第一方向と第二方向で偏光した放射線の割合は、光学デバイスの偏光特性によって決定することができる。概して、放射線の約５０％を第一方向に、約５０％を第二方向に偏光することができる。あるいは、第一方向または第二方向の偏光が優位に立ってよい。

一般的に、第一光学要素は２枚の半波長プレートのように１セットの光学活性プレートまたは複屈折プレートを有してよい。

半波長プレートは任意の適切な形状でよく、ほぼ三角形の形状であることが好ましい。半波長プレートは、集光器（ＣＯ）、調節器（ＡＤ）または積分器（ＩＮ）のいずれかでよい。一般的に、半波長プレートは、集光器（ＣＯ）、調節器（ＡＤ）または積分器（ＩＮ）の両方でよい。半波長プレートは、集光器（ＣＯ）、調節器（ＡＤ）または積分器（ＩＮ）のいずれかの瞳面にあるか、その付近にあってよい。あるいは、集光器（ＣＯ）、調節器（ＡＤ）または積分器（ＩＮ）のいずれかに１枚の半波長プレートがあってよい。

半波長プレートは、石英シリカ、または化学線波長で固有または外部から誘発された複屈折光学特性がある任意の他の材料から形成することができる。半波長プレートは、所望の光学偏光回転を入射放射線に与えるように配向することができる。偏光方向の回転は、直線偏光（半波長プレート）または円偏光複屈折（光学的回転活動）の物理的原理に基づいてよい。

直線偏光複屈折の単軸結晶質材料は、光軸と呼ばれる一意の対称軸を有することを特徴とし、これは結晶内の放射線の伝播に制約を与える。光軸に垂直な面で偏光する通常のビームとして、または光軸を含む面で偏光する異常ビームとして、２つのモードが可能である。各ビームは関連する屈折率を有し、したがって電界（波法線）速度とビーム（光線）の屈折角度の両方が異なる。複屈折材料の複屈折の適切に切断され、配向されたプリズムが減速器、回転子、偏光器および偏光ビーム分割器として作用できるようにするのは、この後者の特性である。

面偏光ビームが円偏光複屈折を呈する材料の光軸を伝播すると、２本の共線円偏光ビームに分解され、それぞれが半径方向に異なる速度で伝播する。これらの２つの成分が材料から出ると、これは再結合して、入射ビームの偏光面から回転した偏光面を有する面偏光ビームになる。経路長とともに偏光面の漸進的回転を生成するこの効果は、光学活性と呼ばれ、光学回転装置の生成に使用される。

一般的に、改善可能な描像特性は、以下のいずれかを含む。つまり、像コントラストの強化、露光寛容度の段階的改善、マスクエラー増強係数（ＦＥＥＦ）の低下、および線縁粗さの軽減である。

照明システムの寿命は、最大約３０×１０^９ショット（つまり３０Ｇショット）、約３５×１０^９ショット（つまり３５Ｇショット）、約４×１０^９ショット（つまり４０Ｇショット）または最大約１１０×１０^９ショット（つまり１１０Ｇショット）だけ延長することができる。４５°の偏光（つまり相互に対して４５°の２本の偏光がある）を使用すると、照明装置の寿命は２０×１０^９ショット（つまり２０Ｇショット）未満になることがある。照明システムの寿命は基本的に無限であることが好ましい。したがって特定数のショットの後、照明システムを形成する材料は、非常に低い誘導複屈折で効果的に飽和することができる。

リソグラフィ装置は、約１．０より大きい開口数（ＮＡ）を有してよい。

一般的に、リソグラフィ装置の少なくとも一部を、水のような浸漬流体に浸漬することができる。

本発明のさらなる態様によると、デバイス製造方法であって、
基板を提供することと、
照明システムを使用して調整した放射線ビームを提供することと、
パターンを放射線に与えることと、
パターン形成した放射線のビームを基板の目標部分に投影することとを含み、
調整した放射線ビームを提供するステップが、非偏光または円偏光放射線の第一部分および異なる偏光の第二部分を断面に有するように放射線ビームを調整することを含む方法が提供される。

本発明のさらなる態様によると、デバイス製造方法で、
基板を提供するステップと、
照明システムを使用して調整した放射線ビームを提供するステップと、
パターンを放射線に与えるステップと、
パターン形成した放射線のビームを基板の目標部分に投影するステップとを含み、
調整した放射線ビームを提供するステップが、第一方向に偏光した直線偏光放射線および／または前記第一方向に対して直角の第二方向に偏光した直線偏光放射線のみをほぼ有するように、放射線ビームを調整することと、複屈折を生成しやすく、前記第一方向の光軸を有する光学要素を通して放射線を透過することと、その後に、直線偏光放射線の少なくとも一部を非偏光または円偏光放射線に変形することとを含む方法が提供される。

本発明のさらなる態様によると、本発明の上記の態様のうち１つの方法により製造したデバイスが提供される。製造されたデバイスは、例えば集積回路（ＩＣ）、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用ガイダンスおよび検出パターン、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、または薄膜磁気ヘッドでよい。

次に、本発明の実施形態を添付の略図を参照に、例示の方法においてのみ説明する。図面では対応する参照記号は対応する部品を示すものとする。

図１は、リソグラフィ装置を示し、この装置は、
−放射線ビームＢ（例えばＵＶ放射線またはＤＵＶ放射線）を調整するように構成された照明システム（照明装置）ＩＬと、
−パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するように構築され、かつ、特定のパラメータに従って正確にパターニングデバイスの位置決めを行うように構成された第一位置決め装置ＰＭに連結を行った支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
−基板（例えばレジスト塗布したウェハ）Ｗを支持するように構築され、かつ、特定のパラメータに従って正確に基板の位置決めを行うように構成された第二位置決め装置ＰＷに連結を行った基板テーブル（例えばウェハテーブル）ＷＴと、
−パターニングデバイスＭＡによって放射線ビームＢに与えられたパターンを基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つあるいはそれ以上のダイから成る）に投影するように構成された投影システム（例えば屈折性投影レンズシステム）ＰＳとを有する。

照明システムは、放射線の誘導、成形、あるいは制御を行うために、屈折、反射、磁気、電磁気、静電気、または他のタイプの光学構成要素、またはその組み合わせなどの様々なタイプの光学構成要素を含むことができる。

支持構造は、パターニングデバイスを支持、つまりその重量を担持する。これは、パターニングデバイスの方向、リソグラフィ装置の設計、および他の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されているか否かに応じた方法で、パターニングデバイスを保持する。支持構造は、パターニングデバイスを保持するために、機械的、真空、静電気、または他の締め付け技術を使用することができる。支持構造は、例えばフレームもしくはテーブルでよく、これは必要に応じて、固定式となるか、もしくは可動式となる。支持構造は、パターニングデバイスが例えば投影システムなどに対して所望の位置にあることを保証することができる。本明細書において使用する「レチクル」または「マスク」なる用語は、より一般的な「パターニングデバイス」なる用途と同義と見なすことができる。

本明細書において使用する「パターニングデバイス」なる用語は、基板の目標部分にパターンを生成するように、放射線ビームの断面にパターンを与えるために使用し得るデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。放射線ビームに与えられるパターンは、例えばパターンが移相形体またはいわゆるアシスト形体を含む場合、基板の目標部分における所望のパターンに正確に対応しないことがあることに留意されたい。一般的に、放射線ビームに与えられるパターンは、集積回路などの目標部分に生成されるデバイスの特別な機能層に相当する。

パターニングデバイスは透過性または反射性でよい。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、様々なハイブリッドマスクタイプのみならず、バイナリマスク、レベンソンマスク、減衰位相シフトマスクといったようなマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例は小さなミラーのマトリクス配列を用いる。そのミラーの各々は、異なる方向に入射の放射線ビームを反射するよう個々に傾斜することができる。傾斜したミラーは、ミラーマトリクスによって反射する放射線ビームにパターンを与える。

本明細書において使用する「投影システム」なる用語は、例えば使用する露光放射線、または浸漬流体の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、磁気光学システム、電磁気光学システムおよび静電気光学システムを含むさまざまなタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」なる用語を使用した場合、これはさらに一般的な「投影システム」なる用語と同義と見なされる。

ここで示しているように、本装置は透過タイプである（例えば透過マスクを使用する）。あるいは、装置は反射タイプでもよい（例えば上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用する、または反射性マスクを使用する）。

リソグラフィ装置は２つ（デュアルステージ）あるいはそれ以上の基板テーブル（および／または２つもしくはそれ以上のマスクテーブル）を有するタイプのものである。このような「多段」機械においては、追加のテーブルが並列して使用される。もしくは、１つ以上の他のテーブルが露光に使用されている間に予備工程が１つ以上のテーブルにて実行される。

リソグラフィ装置は、投影システムと基板との間の空間を充填するよう、基板の少なくとも一部を水などの比較的高い屈折率を有する液体で覆うタイプでもよい。浸漬液は、例えばマスクと投影システムの間など、リソグラフィ装置の他の空間に適用してもよい。浸漬技術は、投影システムの開口数を増加させるために使用可能である。本明細書で使用する「浸漬」なる用語は、基板などの構造を液体に浸さなければいけないという意味ではなく、露光中に投影システムと基板の間に液体を配置するというだけの意味である。

図１を参照すると、照明装置ＩＬは放射線ソースＳＯから放射線ビームを受け取る。ソースとリソグラフィ装置とは、例えばソースがエキシマレーザである場合に、別個の存在でよい。このような場合、ソースはリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射線ビームは、例えば適切な集光ミラーおよび／またはビーム拡大器などを含むビーム送出システムＢＤの助けにより、ソースＳＯから照明装置ＩＬへと渡される。他の場合、例えばソースが水銀ランプの場合は、ソースが装置の一体部品でもよい。ソースＳＯおよび照明装置ＩＬは、必要に応じてビーム送出システムＢＤとともに放射線システムと呼ぶことができる。

照明装置ＩＬは、放射線ビームの角度強度分布を調節するように構成された調節器ＡＤを含んでよい。一般的に、照明装置の瞳面における強度分布の外部および／あるいは内部放射範囲（一般的にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を調節することができる。また、照明装置ＩＬは、積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯのような他の様々な構成要素を含む。照明装置は、その断面に亘り所望する均一性と強度分布とを有するように、放射線ビームの調整に使用することができる。

放射線ビームＢは、支持構造（例えばマスクテーブルＭＴ）上に保持されているパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に入射し、パターニングデバイスによってパターン形成される。放射線ビームＢはマスクＭＡを通り抜けて、基板Ｗの目標部分Ｃ上にビームを集束する投影システムＰＳを通過する。第二位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダまたは容量性センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴは、例えば放射線ビームＢの経路における異なる目標部分Ｃに位置を合わせるために正確に運動可能である。同様に、第一位置決め装置ＰＭおよび別の位置センサ（図１には明示的に図示せず）を使用して、例えばマスクライブラリから機械的に検索した後に、あるいは走査運動の間に、放射線ビームＢ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。一般的に、マスクテーブルＭＴの運動は、第一位置決め装置ＰＭの部分を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）にて行われる。同様に、基板テーブルＷＴの運動は、第二位置決め装置ＰＷの部分を形成するロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールを使用して実現することができる。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴはショートストロークアクチュエータに連結されるだけであるか、あるいは固定される。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクアラインメントマークＭ１、Ｍ２および基板アラインメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。図示のような基板アラインメントマークは、専用の目標位置を占有するが、目標部分の間の空間に配置してもよい（スクライブレーンアラインメントマークと呼ばれる）。同様に、マスクＭＡに複数のダイを設ける状況では、マスクアラインメントマークをダイ間に配置してもよい。

ここに表した装置は以下のモードのうち少なくとも１つにて使用可能である。
１．ステップモードにおいては、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴは、基本的に静止状態に保たれている。そして、放射線ビームに与えたパターン全体が１回で目標部分Ｃに投影される（すなわち１回の静止露光）。次に基板テーブルＷＴがＸ方向および／あるいはＹ方向にシフトされ、異なる目標部分Ｃが照射され得る。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズが、１回の静止露光で描像される目標部分Ｃのサイズを制限する。
２．走査モードにおいては、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを同期走査する一方、放射線ビームに与えられたパターンを目標部分Ｃに投影する（つまり１回の動的露光）。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の拡大（縮小）および像反転特性によって決定される。走査モードでは、露光フィールドの最大サイズが、１回の動的露光で目標部分の（非走査方向における）幅を制限し、走査動作の長さが目標部分の（走査方向における）高さを決定する。
３．別のモードでは、マスクテーブルＭＴが基本的に静止状態に維持されて、プログラマブルパターニングデバイスを保持し、放射線ビームに与えられたパターンを目標部分Ｃに投影する間に、基板テーブルＷＴが動作するか、走査される。このモードでは、一般的にパルス状放射線ソースを使用して、基板テーブルＷＴを動作させるごとに、または走査中に連続する放射線パルス間に、プログラマブルパターニングデバイスを必要に応じて更新する。この動作モードは、以上で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクなしリソグラフィに容易に適用することができる。

上述した使用モードの組合せおよび／または変形、または全く異なる使用モードも使用することができる。

従来のリソグラフィへのアプローチは、これが提供する像のコントラストを強化するせいで、偏光放射線を使用するためのものであった。露光寛容度（ＥＬ）の段階的改善、マスクエラー強化係数（ＭＥＥＦ）の低下、および線縁の粗さの軽減も、偏光放射線を使用して獲得することができる。偏光放射線を使用することの利点は、構造の回折次数の散乱方向に直接つながる。一般的に、レチクルの稠密なピッチ構造に平行な回折次数は、偏光する場合に像のコントラストのためになる。しかし、例えば複数のピッチおよび２Ｄ（例えばＸおよびＹ）方向などを含む複雑なレチクルパターンの場合、および行末またはアレイ末リンギング効果を最小限に抑えるために、他の方向の回折モードを考察する必要がある。これらの回折モードの場合、直線偏光照明モードは最適から遠いことが非常に多く、二次照明モードに他の偏光状態を追加して、特定の構造位置で像コントラストを強化することができる。追加の照明モードの偏光状態は、非偏光または円偏光でよい。

例えば集積回路デバイスに使用できる幾つかの構造を照明する図２を考察してみる。幾つかの構造は、高い空間周波数を有する稠密に詰め込まれた線（Ａ）および低い空間周波数を有する（半分）孤立した線（Ｂ）を有する。主要な形体とは異なる方向を有する幾つかの線がある（例えば稠密な垂直線と追加の半分孤立した水平の形体）。デバイスの接点層の場合は、複数のピッチが存在する（稠密、半分孤立、および幾つかの十分に孤立した接点）。いずれの構造も有限の方向を有し、したがって特定の行末およびアレイ末効果を予測する必要があることに留意されたい。図２で示すタイプの構造は、直線偏光放射線と円偏光または非偏光放射線との組合せを使用して、最もよく描像される。

当技術分野に存在する一つの問題は、偏光に誘発された圧縮のせいで、複屈折が照明システムの一部を形成する溶融シリカ材料に焼き付くことである。このような構成要素に当たる放射線ビームの偏光方向が複屈折方向に平行または直交していない場合は、偏光方向が変化し、したがって限界寸法（ＣＤ）のエラーが生じる。実際には、この効果は照明システムの寿命を大幅に制限する。複屈折の方向および／またはそれに直角に配向した直線偏光放射線を形成することにより、この問題を緩和し、装置の寿命を増大させることができる。このような偏光放射線を一般的にＸＹ偏光放射線と呼ぶことができる。

図３で示すように、放射線が第一および第二方向に直線偏光した環状照明が形成され、前記第一および第二方向は、相互にほぼ直角である。偏光放射線の第一方向と第二方向との比率は１：１である。放射線の少なくとも９５％が第一方向と第二方向のいずれかに偏光される。

図４ａは、本発明による装置の集光器（ＣＯ）内にある２枚の半波長プレート（つまり回転子として識別される）を示す。図４ｂは、調節器（ＡＤ）内にある２枚の半波長プレート（つまり回転子）を示す。図４ｃは、集積器（ＩＮ）内にある２枚の半波長プレートを示す。

図５は、偏光の利点を示し、これは高い開口数（ＮＡ）を有すると、重大な描像偏光効果があることを示す。図５は、ＴＥ（横断電気）偏光では、像のコントラストが開口数（ＮＡ）の増加とともに低下しないことを示す。しかし、図５は非偏光およびＴＭ（横断磁気）偏光の場合は、開口数（ＮＡ）の増加とともに像のコントラストが低下することを示す。したがって、図５は、ＴＥ偏光を使用した場合に、像のコントラストの改善およびマスクエラー係数（ＭＥＦ）の改善があり得ることを示す。

図６は、減衰移相マスク（ａｔｔ−ＰＳＭ）を使用した本発明の実施形態による双極照明モードの瞳像を示す。

図７は、非偏光放射線と比較して、偏光放射線の方が露光寛容度（ＥＬ）が高いことを示す。偏光放射線と非偏光放射線の両方で、図６の双極を使用し、偏光方向は図のＹ方向に平行であるように選択されている。

図８ａおよび図８ｂは、偏光放射線の説明を示す一般的な図である。偏光放射線の品質は、２つの値を使用して画定することができる。第一に、偏光する放射線の部分を説明する偏光度（ＤＯＰ）を使用して、偏光放射線を量化することができる。第二に、適正な方向の偏光放射線の部分に関係する偏光純度（ＰＰ）も使用することができる。

図９は、異なる偏光度および偏光純度（ＰＰ）で異なる偏光状態の表を示す。表では、偏光度（ＤｏＰ）と偏光純度（ＰＰ）を組合せて、両方を好ましい偏光状態（ＩＰＳ）の強度を形成する。ＩＰＳは選択した偏光方向の強度を測定する。

図１０は、偏光照射を使用する異なる照明装置の材料について、複屈折と寿命とのグラフを年単位で示す。これは、異なる材料等級の関数として溶融シリカの劣化（つまり複屈折のバーンイン）を示す。

図１１は、ｘ偏光放射線でのバーンイン複屈折を示す。

図１２は、ＩＰＳの変動が露光寛容度にいかに影響するかを示したものである。完全な偏光（ＩＰＳ変動＝０）の場合は、偏光を使用することによってＥＬに特定の利得がある。像フィールドにＩＰＳの変動がある場合は、形体を露光するために、フィールドポイント毎に異なる絶対エネルギが必要である。これによって、全フィールドポイントの重なりあう露光ウィンドウは、変動がない場合の最大利得より小さくなる。

図１３は、双極照明モード、四極照明モード、環状照明モードおよび非対称照明モードなど、本発明の実施形態による様々な照明モードを示す。図１３で示すように、四極照明は、円状に配向された４つのセグメントを有し、このようなセグメントをＣカッドと呼ぶことがある。さらに、図１３は４つのセグメントを有するクェーサ（商標）として知られる照明モードを示す。クェーサ照明の２つの異なる構成が図示され、一方の構成はＨ偏光であり、他方はＹ偏光である。

図１４は、さらなる可能な照明モードを示す。Ｃカッド、クェーサ（商標）、六極および注文製作の照明モードが図示されている。

図１５は、ＸＹ偏光（つまり、放射線が第一および第二方向で偏光され、前記第二方向が第一に対してほぼ直角である）および４５°偏光で照射した照明装置材料ＡＢの偏光寿命効果を示す。図１５は、ＸＹ偏光を使用すると、照明装置材料の効率の純度損が大幅に減少する、つまり照明システムの寿命が延長することを明白に示す。最悪のケースである４５°偏光の偏光純度の損について、２つの異なるシリカのタイプ（ＡおよびＢ）が図示されている。ＸＹ偏光の使用と比較すると、ＸＹ偏光を使用した場合は、照明システムの寿命に５倍の改善がある。４５°偏光を使用すると、照明システムが２０×１０^９ショット（つまり２０Ｇショット）未満の寿命を有し、ＸＹ偏光を使用すると、照明システムが約３５×１０^９ショット（つまり３５Ｇショット）を超える寿命を有することが明白である。例えば、図１５の材料Ｂは、非常に低い誘発複屈折レベルで飽和することを示す。図１５で示すデータは、材料改善の進歩、シミュレーション状態の変化のせいで変化することがあり、したがって教育および例示の意味しかない。

しかし、照明システムの寿命を延長するために、バーンイン複屈折の方向、またはそれに直角で光を偏光しようとする要求は、（上述したように）直線偏光および円偏光または非偏光放射線の両方でレチクルを照明しようとする要求と合致しない。これらの目的を少なくとも部分的に満足しながら、それと同時に直線偏光放射線と非偏光または円偏光放射線との両方を含む照明ビームを提供するために、妥協の解決策に到達する。本明細書で採用するアプローチは、光学トレーンの上部構成要素の多少を透過するために、完全に直線偏光である放射線ビームを提供し、次にパターニングデバイスを照明する前にそのビームの一部を円偏光または非偏光に変換することである。

直線偏光から円偏光への変換を実行し、直線偏光から正味非偏光への変換を実行するのに適切な光学構成要素が、図１６に図示されている。円放射線への変換は、入射偏光方向に対して４５°未満で配置された光軸を有する１／４波長複屈折プレートで達成される。正味非偏光放射線への変換は、２つの光学的に接触した楔で構成されたハンレ偏光解消器で達成され、一方の楔は複屈折で、位置によって異なる状態で偏光状態に影響する。偏光解消は、回転した偏光の局所的重ね合わせから生じる。第二楔はプリズム偏差を補償する。偏光解消器は、平均偏光度がゼロになるように、放射線の偏光に影響する。

図１７は、セグメント化した直線偏光部分および非偏光または円偏光部分がある幾つかの従来の照明モードを示し、後者は図１６で示したタイプの構成要素を有してよい。これらの偏光照明モードは、両方向に異なるピッチがあるマンハッタンタイプのＸおよびＹ方向の構造と潜在的に関連がある。

図１８は、セグメント化した偏光（接線（ＴＥ）または半径方向（ＴＭ））部分および非偏光または円偏光部分がある幾つかの環状照明モードを示す。これらの偏光照明モードは、両方向に異なるピッチがあるマンハッタンタイプのＸおよびＹ方向の構造と潜在的に関連がある。

図１９は、直線偏光部分および非偏光または円偏光部分がある幾つかの混合した従来の環状照明モードを示す。これらの偏光照明モードは、両方向に異なるピッチがあるマンハッタンタイプのＸおよびＹ方向の構造と潜在的に関連がある。これらの偏光照明モードは、幾つかの方向に異なるピッチがある接点層とも潜在的に関連がある。

図２０は、接線（ＴＥ）および半径方向（ＴＭ）偏光部分および非偏光または円偏光部分がある幾つかの混合した従来通りの環状照明モードを示す。これらの偏光照明モードは、幾つかの方向に異なるピッチがある接点層と潜在的に関連がある。

図２１は、直線偏光部分および非偏光または円偏光部分がある幾つかの対称多極照明モードを示す。これらの偏光照明モードは、一方向の稠密形体に潜在的に関連があり、行末またはアレイ末リンギング効果について最適化される。

図２２は、直線偏光部分および非偏光または円偏光部分がある幾つかの回転多極照明モードを示す。これらの偏光照明モードは、回転した一方向の稠密形体に潜在的に関連があり、行末またはアレイ末リンギング効果について最適化される。

図２３は、直線偏光部分および非偏光または円偏光部分がある幾つかの多極照明モードを示す。左側の偏光照明モードは、２次元稠密形体と潜在的に関連があり、行末またはアレイ末リンギング効果について最適化される。右側の４つの偏光照明モードは、両方向に異なるピッチがあるマンハッタンタイプのＸおよびＹ方向の構造に潜在的に関連がある。

図２４は、直線または接線（ＴＥ）または半径方向（ＴＭ）偏光部分および非偏光または円偏光部分がある幾つかのソフトクェーサ照明モードを示す。これらの偏光照明モードは、幾つかの方向に異なるピッチがある接点層と潜在的に関連がある。

図２５は、ともに直線偏光放射線ビームによって照明された、楔状ハンレ偏光解消器（左パネル）およびλ／４プレート（右パネル）を透過後の放射線ビームの結果の偏光を示す。ハンレ偏光解消器は、異なる材料の２つの楔を有する。第一の楔は、結晶質石英のような光学活性材料を有し、第二は溶融シリカのような光学不活性材料を有する。別の代替アプローチでは、直線偏光放射線から非偏光放射線への変換は、それぞれが異なる偏光を提供する複数の構成要素から構築した回折光学要素（ＤＯＥ）を使用して達成することができる。

変換する光学構成要素は、照明システムの瞳面に、またはその近傍に配置しなければならない。図３ａ、図３ｂおよび図３ｃを参照すると、この構成要素は、これらの図で図示される半波長プレートと置換することができ、ここではビームの直線偏光部分のＸ偏光のみを使用する。Ｘ偏光とＹ偏光の両方を使用する場合は、半波長プレートを保持することができ、円偏光構成要素（または非偏光放射線を提供する構成要素）を半波長プレートの真下に配置する。Ｙ直線偏光と円偏光の両方を導入する（または非偏光放射線を生成する）ことができる単一の光学構成要素を提供することも可能である。変換する光学構成要素の好ましい位置は、調整器と積分器との境界面である。

本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置が他の多くの用途においても使用可能であることは明確に理解されるべきである。例えば、これは、集積光学装置、磁気ドメインメモリ用ガイダンスおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤＳ）、薄膜磁気ヘッド等の製造に使用され得る。こうした代替的な用途の状況においては、本文にて使用した「ウェハ」または「ダイ」といった用語は、それぞれ「基板」または「目標部分」といった、より一般的な用語に置き換えて使用され得ることが当業者には理解される。本明細書で言及する基板は、露光前または露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）または計測または検査ツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上およびその他の基板処理ツールに適用することができる。さらに、基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指す。

以上では光学リソグラフィの状況における本発明の実施形態の使用に特に言及しているが、本発明は、刻印リソグラフィなどの他の用途においても使用可能であり、状況が許せば、光学リソグラフィに制限されないことが分かる。刻印リソグラフィでは、パターニングデバイスの構造が、基板上に生成されるパターンを画定する。パターニングデバイスの構造を、基板に供給されたレジストの層に押しつけ、その後に電磁放射線、熱、圧力またはその組み合わせを適用して、レジストを硬化する。パターニングデバイスをレジストから離し、レジストを硬化した後にパターンを残す。

本明細書では、「放射線」および「ビーム」という用語は、イオンビームあるいは電子ビームといったような粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射線（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、あるいは１２６ｎｍの波長を有する）および超紫外線（ＥＵＶ）放射線（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射線を網羅するものとして使用される。

「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気および静電気光学構成要素を含む様々なタイプの光学構成要素のいずれか、またはその組み合わせを指す。

以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実践できることが理解される。例えば、本発明は、上記で開示したような方法を述べる機械読み取り式命令の１つまたは複数のシーケンスを含むコンピュータプログラム、または自身内にこのようなコンピュータプログラムを有するデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気または光ディスク）の形態をとることができる。

上記の説明は例示的であり、制限的ではない。したがって、請求の範囲から逸脱することなく、記載されたような本発明を変更できることが当業者には明白である。

本発明の実施形態によるリソグラフィ装置を示したものである。 リソグラフィ装置を使用して基板に描像される幾つかの構造を示したものである。 本発明の別の実施形態により環状照明モードの直線偏光を２枚の半波長プレートでほぼ互いに直角の第一および第二方向の偏光放射線に変換することを示したものである。 本発明の実施形態による装置内の２枚の半波長プレートの配置構成を示したものである。 本発明の実施形態による装置内の２枚の半波長プレートの配置構成を示したものである。 本発明の実施形態による装置内の２枚の半波長プレートの配置構成を示したものである。 本発明の実施形態によりＴＥ偏光放射線の部分を最大にすることによって像コントラストを増大させることを示す偏光の利点を示したものである。 本発明の実施形態による双極照明の偏光放射線の像を示したものである。 非偏光放射線および偏光放射線の減衰移相マスクの露光寛容度（ＥＬ）と開口数（ＮＡ）とを示したものであり、偏光放射線と非偏光放射線の両方で、図５の双極照明を使用し、偏光方向は図のＹ方向に平行であるように選択されている。 偏光度（ＤｏＰ）および偏光純度（ＰＰ）を表す図表を示したものである。 偏光度（ＤｏＰ）および偏光純度（ＰＰ）を表す図表を示したものである。 偏光度（ＤＯＰ）および偏光純度を表し、両方を好ましい偏光状態（ＩＰＳ）の強度にした表を示したものであり、ＩＰＳは選択した偏光方向の強度を測定する。 本発明の実施形態による様々な照明装置の材料の複屈折と寿命とのグラフを示したものである。 ｘ偏光放射線でのバーンイン複屈折を示したものである。 ＩＰＳの変動が露光寛容度（ＥＬ）にいかに影響するかを示したものである。 本発明の実施形態による様々な照明モードを示したものである。 本発明の実施形態によるさらなる照明モードを示したものである。 本発明の実施形態による偏光放射線の偏光寿命効果と４５°の偏光放射線を示したものである。 直線偏光から円偏光への変換を実行するのに適切な光学構成要素を示す。 セグメント化した直線偏光部分および非偏光または円偏光部分がある幾つかの従来の照明モードを示す。 セグメント化した偏光（接線（ＴＥ）または半径方向（ＴＭ））部分および非偏光または円偏光部分がある幾つかの環状照明モードを示す。 直線偏光部分および非偏光または円偏光部分がある幾つかの混合した従来の環状照明モードを示す。 接線（ＴＥ）および半径方向（ＴＭ）偏光部分および非偏光または円偏光部分がある幾つかの混合した従来通りの環状照明モードを示す。 直線偏光部分および非偏光または円偏光部分がある幾つかの対称多極照明モードを示す。 直線偏光部分および非偏光または円偏光部分がある幾つかの回転多極照明モードを示す。 直線偏光部分および非偏光または円偏光部分がある幾つかの多極照明モードを示す。 直線または接線（ＴＥ）または半径方向（ＴＭ）偏光部分および非偏光または円偏光部分がある幾つかのソフトクェーサ照明モードを示す。 ともに直線偏光放射線ビームによって照明された楔状ハンレ偏光解消器（左パネル）およびλ／４プレート（右パネル）を透過後の放射線ビームの結果の偏光を示す。

Claims (9)

1. リソグラフィ装置であって、
   第一方向に偏光したほぼ直線偏光放射線および／または前記第一方向に対して直角な第二方向に偏光した直線偏光放射線しか有さないように、放射線ビームを調整するように配置構成された第一光学要素と、偏光に誘発された圧縮により前記第一方向の光軸を有する複屈折率を生じやすく、自身を通って直線偏光放射線が透過する１つまたは複数の第二光学要素と、その後に直線偏光放射線の少なくとも一部を非偏光または円偏光放射線に変形する第三光学要素と、をこの順序で有する照明システムと、
   パターニングデバイスを支持するように構築された支持体と、を有し、
   前記パターニングデバイスは、パターン形成した放射線ビームを形成するために、前記放射線ビームの断面にパターンを与えることができ、さらに、基板を保持するように構築された基板テーブルと、
   前記パターン形成した放射線ビームを基板の目標部分に投影するように構成された投影システムと、を有するリソグラフィ装置。
2. 前記第三光学要素が、ほぼ前記照明システムの瞳面に配置される、請求項１に記載の装置。
3. 前記第三光学要素が、前記放射線ビームの中心部分のみを非偏光または円偏光放射線に変形し、直線偏光放射線の外部リングを残すように配置構成される、請求項１に記載の装置。
4. 前記第三光学要素が、前記放射線ビームの一部を円偏光放射線に変形するλ／４プレートである、請求項１に記載の装置。
5. 前記第三光学要素が、１対の隣接する材料である第一楔および第二楔を有し、前記第一楔が光学活性材料で形成され、前記第二楔が、前記放射線ビームの一部を非偏光放射線に変形するように配置構成された光学不活性要素で形成される、請求項１に記載の装置。
6. 前記第一光学要素が１セットの光学活性プレートまたは複屈折プレートを有する、請求項１に記載の装置。
7. 前記光学活性プレートまたは前記複屈折プレートが、集光器（ＣＯ）、調節器（ＡＤ）または積分器（ＩＮ）のいずれかに配置された半波長プレートである、請求項６に記載の装置。
8. 前記光学活性プレートまたは前記複屈折プレートが、瞳面にあるか、その付近にある、請求項６に記載の装置。
9. デバイス製造方法であって、
   基板を提供することと、
   照明システムを使用して調整した放射線ビームを提供することと、
   パターンを前記放射線ビームに与えることと、
   パターン形成した前記放射線ビームを前記基板の目標部分に投影することとを含み、
   前記調整した放射線ビームを提供することが、
   第一方向に偏光した直線偏光放射線および／または前記第一方向に対して直角の第二方向に偏光した直線偏光放射線のみをほぼ有するように、前記放射線ビームを調整することと、
   偏光に誘発された圧縮により複屈折を生成しやすく、前記第一方向の光軸を有する光学要素を通して前記放射線ビームを透過することと、
   その後に、直線偏光放射線の少なくとも一部を非偏光または円偏光放射線に変形することと、
   を含む方法。