JP4489783B2 - リソグラフィ投影装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

[0001] 本発明は、リソグラフィ投影装置およびリソグラフィ投影装置を用いたデバイスの製造方法に関する。

[0002] リソグラフィ装置は、基板上、通常は基板の目標部に所望のパターンを付与する機器である。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することができる。その場合、ＩＣの個々の層に形成される回路パターンを生成するために、マスクあるいはレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスが使用されることもある。このパターンは、基板（例えば、シリコンウェーハ）上の目標部（例えば、１つまたはいくつかのダイの一部を含む）に転写できる。リソグラフィ装置は、マスクを照明する照明系と、結象により基板上に設けられた放射感応性物質（レジスト）の層へパターンを転写する投影系（投影レンズとも呼ぶ）とを備えている。一般に、１つの基板は、パターン形成が順次施された複数の目標部が隣接しているネットワーク構造を含むことになる。

[0003] 公知のリソグラフィ装置は、いわゆるステッパすなわちステップアンドリピート装置と、いわゆるスキャナすなわちステップアンドスキャン装置とを備える。ステッパでは、各目標部上でパターン全体を一度に露光することで各目標部を照射し、続いてウェーハを所定量動かして次の露光位置に移動させる。スキャナでは、投影ビームによりパターンを所定の方向（「走査」方向）へ走査すると同時に、その方向と実質的に平行または非平行な方向へ基板を同期走査することで各目標箇所を照射し、続いてウェーハを所定量動かして次の露光位置に移動させる。

[0004] スキャナにおいては、照明系によって照射されるマスク領域は、一般にスリット形の矩形であるか楕円形の領域となっており、よって、非走査方向での被照射マスク領域のサイズは、投影レンズの最大の対象視野サイズに相当する。このような走査露光装置では、露光部分が矩形またはスリットのような形をしているため、投影光学系をレンズ素子は、実質的に矩形または楕円系の領域で照射することができる。レンズ素子では、投影系から送られてくる放射のフットプリントは、光路に置かれるレンズ素子の位置によって決まる。特に、投影レンズの瞳面から離れて配置されたレンズ素子は、非対称な細長い領域での照射を受けやすい。

[0005] 光学素子および表面被覆における投影ビーム放射の残存吸収により、１回以上の露光の間にレンズの加熱が引き起こされ、この加熱によって、投影レンズ要素の回転非対称な歪みが生じ、回転非対称な光学収差を生じてしまうおそれがある。例えば、この光学収差は、許容範囲を超える量の三次以上の非点収差を含むこともあり、よって、パターンの線形特性に対する最良の焦点位置が、その線の向きに依存してしまう。非点収差は、デバイスのパターン像をひどく劣化させ得る。

[0006] 被照射マスク領域のスリット形によって引き起こされる非対称なレンズの加熱が収差に及ぼす影響を緩和する技術としては、レンズの加熱がより均一になるように、投影レンズに非化学波長の放射ビームを追加で与えるものがある。別の技術としては、一方の偏光子が照明系に配置され、他方（交差した）の偏光子が投影系に配置された交差する直線偏光子を用いて、所望の照明モード（すなわち、照明系瞳での効果的強度分布）を画定するものもある。このとき、投影系に置かれた偏光子の上流のレンズ素子は、照明モードが照明系の瞳に全体的に画定された構成と比べ、より均一に照射される。

[0007] 本発明の目的は、レンズ加熱による非点収差の問題を緩和することである。

[0008] 本発明の一実施形態によれば、照明系および投影系を備えたリソグラフィ投影装置が提供される。照明系は、瞳の中心で互いに交差する２つの軸によって画定される対向象限の第１および第２のセットに対応して配置された第１および第２のセットの極のペアを有する瞳の強度分布からの放射により、マスクパターンを照明する構成とすればよい。各極は、その極を囲む領域の強度よりも、強い強度を有するものとすることができる。投影系は、強度分布からの放射によりパターンから発せられる回折ビームによって形成されるマスクパターンの像を基板上に被覆されたフォトレジスト層に投影するように構成すればよい。投影系は、第１のセットの極に関連するゼロ次回折ビームを透過し、第２のセットの極に関連するゼロ次回折ビームをブロックするように調整された開口デバイスを備えるものとすればよい。

[0009] 本発明のさらなる実施形態によれば、基板を露光するリソグラフィ投影装置を用いたデバイス製造方法が提供される。この方法では、瞳の中心で互いに交差する２つの軸によって画定される対向象限の第１および第２のセットに対応して配置された第１および第２のセットの極のペアを有する瞳の強度分布からの放射により、マスクパターンを照明することを含む。各極は、その極を囲む領域の強度よりも、強い強度を有するものとすることができる。この方法は、さらに、マスクパターンの像を基板上に被覆されたフォトレジスト層に投影することを含む。像は、強度分布からの放射によりパターンから発せられる回折ビームによって形成することができる。この像の投影動作には、第１のセットの極に関連するゼロ次回折ビームを透過し、第２のセットの極に関連するゼロ次回折ビームをブロックすることを含めることができる。

[0010] 以下、本発明の実施形態について、添付の模式図を参照しながら説明するが、これらは例に過ぎない。図中、同じ参照符号は、同じ部分を表している。

[0019] 図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃは、本発明の第１の実施形態による、リソグラフィ装置ＬＡ、パターニングデバイスＭＡ、および基板Ｗを示している。図１Ａの装置ＬＡは、照明系ＩＬと、支持構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴと、基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴと、投影系（例えば、屈折式投影レンズ系）ＰＳとを備えている。

[0020] 照明系ＩＬは、放射ビームＢ（例えば、水銀灯により提供されるようなＵＶ放射ビーム、またはＫｒＦエキシマレーザもしくはＡｒＦエキシマレーザにより生成されるＤＵＶ放射ビーム）を調整するように構成されている。支持構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴは、マスクパターンＭＰを有する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成されており、第１の位置決め装置ＰＭに連結されている。第１の位置決め装置ＰＭは、特定のパラメータにしたがってパターニングデバイスを正確に位置決めするように構成できる。

[0021] 基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴは、基板（例えば、レジスト被覆ウェーハ）Ｗを保持するように構成され、第２の位置決め装置ＰＷに連結されている。第２の位置決め装置ＰＷは、特定のパラメータにしたがって基板を正確に位置決めするように構成できる。

[0022] 投影系（例えば、屈折式投影レンズ系）ＰＳは、パターニングデバイスＭＡのパターンＭＰによって放射ビームＢに与えられたパターンを基板Ｗの目標部Ｃに投影するように構成されている。この目標部は、例えば１つ以上のダイを含んでいてもよい。

[0023] 照明系は、屈折式、反射式、および回折式のタイプの光学部材、またはそれらの組み合わせのような、放射の方向決め、成形、または制御のための様々なタイプの光学部材を含むこともできる。

[0024] 支持構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡを支持する（すなわち、重量を支える）。この支持構造は、パターニングデバイスＭＡの方向、リソグラフィ装置の設計、および例えばパターニングデバイスＭＡが真空環境で保持されるか否かというような他の諸条件に応じた態様でパターニングデバイスＭＡを保持する。支持構造ＭＴは、例えば、必要に応じて固定式でも可動式でもよいフレームまたはテーブルとすることができる。支持構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡが、例えば投影系ＰＳに対して所望の位置に確実に位置するようにすることもできる。本願明細書で使用する「レチクル」または「マスク」という用語は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同意語であるとみなすことができる。

[0025] 本願明細書で使用する「パターニングデバイス」という用語は、基板の目標部にパターンを形成するように放射ビームの横断面にパターンを付与するために使用できるあらゆる装置を示すものと広く解釈される必要がある。放射ビームに付与されるパターンが、基板の目標部に望まれるパターンと厳密に同じではない場合もあることに注意すべきである。これは、例えば、パターンＭＰが位相シフト特徴またはいわゆる「補助（アシスト）」特徴を備えている場合に起こり得る。一般に放射ビームＢに付与されるパターンは、目標部に形成される集積回路などのデバイスの特定機能層に対応する。

[0026] パターニングデバイスＭＡは透過式であっても反射式であってもよい。パターニングデバイスＭＡの例としては、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パネルなどがある。マスクはリソグラフィの分野では周知であり、バイナリ式、交番位相シフト式、減衰位相シフト式、ならびに各種のハイブリッドマスクタイプをはじめとするマスクタイプがある。プログラマブルミラーアレイの例では、小さなミラーのマトリックス配列を使用しており、個々のミラーは入射する放射ビームを異なる方向へ反射するように個別に傾動できる。傾動されたミラーは、ミラーマトリックスによって反射される放射ビームにパターンを付与する。

[0027] 本願明細書で使用する「投影系」という用語は、使用される露光用放射光や、他の因子、例えば浸液の使用や真空の使用に適当とされる屈折光学系、反射光学系、および反射屈折光学系を含む各種投影系またはそれらの任意の組合せを包含するものと広く解釈される必要がある。本願明細書で使用する「投影レンズ」という用語は、より一般的な「投影系」という用語と同意語とみなすことができる。

[0028] 本願明細書に記載するように、この装置は透過式（すなわち透過式マスクを使用する）のものである。あるいは、この装置は反射式（例えば、上述のタイプのプログラマブルミラーアレイを使用または反射マスクを使用）のものであってもよい。

[0029] このリソグラフ装置は２つ（デュアルステージ）以上の基板テーブル（および／または、２つ以上のマスクテーブル）を有するタイプのものであってもよい。そのような「多段（マルチステージ）」の機器では、付加的なテーブルを並行して使用してもよいし、１つまたはそれより多いテーブルが露光に使用されている間に他の１つ以上のテーブルで準備段階を行なってもよい。

[0030] このリソグラフィ装置はまた、基板の少なくとも一部分が、比較的高い屈折率を有する液体、例えば水に覆われて、投影系と基板との間の空間が満たされるタイプのものであってもよい。液浸技術は、投影系の開口数を増やす技術として当技術分野では周知である。本明細書で使用する「液浸」という用語は、基板などの構造を液体中に沈めなくてはならないことを必ずしも意味するものではなく、露光中に投影系と基板の間に液体があることを意味するものに過ぎない。

[0031] 図１Ａを参照すると、照明系ＩＬは、例えばｇ線もしくはｉ線ＵＶ放射を提供する水銀灯、または２４８、１９３、１５７、１２６ｎｍなどのおよそ２７０ｎｍ未満の波長のＤＵＶ放射を提供するエキシマレーザなどの放射光源ＳＯから放射ビームを受ける。放射光源ＳＯおよびリソグラフィ装置は、別個のものであってもよい。例として、放射光源ＳＯがエキシマレーザであることが挙げられる。その場合、放射ビームＢは、ビーム導入系ＢＤを用いて、放射光源ＳＯから照明系ＩＬへ送られる。ビーム導入系ＢＤは、例えば、適切な方向決めミラーおよび／またはビーム拡大器を備える。他の例では、放射光源をリソグラフィ装置の一体部分とすることもできる。一体部分の例としては、例えば、放射光源ＳＯが水銀灯である場合が挙げられる。放射光源ＳＯおよび照明系ＩＬは、必要に応じてビーム導入系ＢＤと共に、放射系と呼んでもよい。

[0032] 照明系ＩＬは、放射ビームの角度強度分布をマスクレベルで調整する調整装置ＡＤを含むこともできる。一般に、照明系の瞳ＩＰＵの強度分布における少なくとも外側および／または内側の半径方向範囲（一般にそれぞれσ-outerおよびσ-innerと称される）を調整することができる。また、照明系ＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯなど、他のさまざまな構成部材を備えることもできる。照明系は、放射ビームＢがマスクレベルでの横断面において所望の均一性および強度分布を有するよう調整するために使用することもできる。

[0033] 放射ビーム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、パターンＭＰにしたがいパターニングデバイスＭＡによりパターン付与される。パターニングデバイス（すなわちマスク）ＭＡを横断すると、放射ビームＢは投影系ＰＳを通過し、これによりビームＢが焦点を基板Ｗの目標部Ｃ上に結ぶ。

[0034] 投影系は、照明系の瞳ＩＰＵと共役する瞳ＰＰＵを有している。ここでは、放射の一部が照明系瞳ＩＰＵでの強度分布から発し、マスクパターンでの回折に影響されることなくマスクパターンを横断し、この放射によって照明系瞳ＩＰＵでの強度分布の像が形成される。

[0035] 基板テーブルＷＴは、第２の位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉測定デバイス、直線エンコーダ、または容量センサ）を使用して正確に移動できる。このように移動することによって、例えば放射ビームＢの光路内に異なる目標部Ｃを配置することができる。同様に、第１の位置決め装置ＰＭおよび（図１Ａに明確に示されていない）他の位置センサを用いて、放射ビームＢの光路に対してパターニングデバイスＭＡ（すなわちマスク）を正確に位置決めすることができる。この正確な位置決めは、例えばマスク保管場所からマスクが機械的に取り出された後または走査中に、行なうことができる。一般に、支持構造（すなわちマスクテーブル）ＭＴの動きは、第１の位置決め装置ＰＭの一部を形成してい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）によって実現され得る。同様に、基板テーブルＷＴの動きは、第２の位置決め装置ＰＷの一部を構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用いて実現され得る。ステッパ（スキャナではなく）の場合、支持構造（すなわちマスクテーブル）ＭＴはショートストロークアクチュエータのみに連結するかまたは固定できる。パターニングデバイス（すなわちマスク）ＭＡおよび基板ＷはマスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を用いて位置合わせできる。図示された基板アライメントマークは専用の目標部に設けられているが、目標部と目標部の間の空間に配置することもできる（これらは、スクライブレーン（罫書き線）アライメントマークとして知られている）。同様に、パターニングデバイス（すなわちマスク）ＭＡ上に複数のダイが設けられている場合には、ダイとダイの間にマスクアライメントマークＭ１、Ｍ２があってもよい。

[0036] 図示された装置は、下記モード、１）ステップモードまたは２）スキャンモード、のうちの少なくとも１つで使用できる。

[0037] ステップモードでは、支持構造（すなわちマスクテーブル）ＭＴおよび基板テーブルＷＴは基本的に静止状態に維持され、放射ビームＢに付与されたパターン全体が目標部Ｃに一度に投影される（すなわち単一静的露光）。その後、別の目標部Ｃが露光できるように、基板テーブルＷＴがＸおよび／またはＹ方向に動かされる。ステップモードでは、露光視野の最大サイズにより、単一静的露光で結像される目標部Ｃのサイズが制限される。

[0038] スキャンモードでは、放射ビームＢに付与されたパターンを目標部Ｃ上に投影しながら、支持構造（すなわちマスクテーブル）ＭＴおよび基板テーブルＷＴを同期走査する（すなわち、単一動的露光）。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、投影系ＰＳの倍率および像反転特性によって決めることができる。スキャンモードでは、露光視野の最大サイズによって単一動的露光における目標部の幅（非走査方向の幅）が制限され、また、走査動作の長さによって目標部の高さ（走査方向の高さ）が決まる。

[0039] その他のモードでは、プログラマブルパターニングデバイスを保持しつつマスクテーブルＭＴを基本的に静止状態に維持し、放射ビームＢに付与されたパターンを目標部Ｃに投影しながら、基板テーブルＷＴを移動または走査する。このモードでは、通常、パルス放射源が使用され、基板テーブルＷＴが移動する毎に、または走査中の連続する放射パルスと放射パルスの間に、プログラマブルパターニングデバイスが必要に応じて更新される。この動作モードは、上記で参照した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利用しているマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。

[0040] 上述の使用モードの組合せおよび／またはその変更態様あるいはまったく異なる使用モードを採用することも可能である。

[0041] 本発明によれば、図２に示されるように、照明系ＩＬは瞳ＩＰＵの強度分布２００から発せられる放射によってマスクパターンＭＰを照明するように構成されている。強度分布２００は、瞳ＩＰＵの中心２６０で互いに交差する２つの軸２５１および２５２によって画定された、第１のセットの対向象限２３１および２３２に対応して配置された２つの極２１１および２１２の第１のセット２１０と、第２のセットの対向象限２４１および２４２に対応して配置された２つの極２２１および２２２の第２のセット２２０とを備えている。各極２１１、２１２、２２１、および２２２は、極２１１、２１２、２２１、および２２２を囲む領域の強度よりも、強い強度を有する。

[0042] 図３に概略的に示されるように、投影系ＰＳ（図１Ａに示される）は、マスクパターンＭＰの像ＭＰ’を投影する。像ＭＰ’は、強度分布からの放射によりパターンＭＰから発せられる回折ビームによって、基板Ｗに被覆されたフォトレジスト層に形成される。ビーム３１１、３１２、３２１および３２２は、それぞれ極２１１、２１２、２２１および２２２から放射する。これらのビームは、コンデンサＣＯを横断し、パターンＭＰが備えられたパターニングデバイス（すなわちマスク）ＭＡを照明する。

[0043] 本実施形態のパターンＭＰには、ラインとスペースのアレイが含まれている。アレイでの放射回折でゼロ次回折でないものからは、ラインと垂直な方向に方向が変わった回折ビームを生じる。非回折ビーム（すなわち、いわゆるゼロ次回折ビーム）は、伝搬方向が変化することなく、パターンを横断する。ビーム３１１’、３１２’、３２１’、および３２２’は、そのようなゼロ次回折ビームであり、それぞれビーム３１１、３１２、３２１および３２２と対応する。

[0044] ゼロ次回折ビームは、投影系ＰＳの瞳ＰＰＵの上流にある投影系ＰＳの上部レンズグループＵＬＧを横断して、瞳ＰＰＵに到達する。ゼロ次回折ビームに関連して瞳ＰＰＵの面に到達した強度分布の部分が、照明系の瞳ＩＰＵの強度分布の像である。

[0045] 本発明によれば、図３に示されるように、投影系ＰＳは、第２のセットの極２２１および２２２に関連するゼロ次回折ビーム３２１’および３２２’をブロックするように構成されている開口デバイスＰＤを備えている。

[0046] 開口デバイスＰＤは、放射遮断領域３３１および３３２と、極２１１および２１２の第１のセットと関連するゼロ次回折ビーム３１１’および３１２’を通過させる非遮断領域３３３とを有する金属板として具現化させる絞りであってもよい。あるいは、開口デバイスＰＤは、透過型基板または光学素子または光学レンズ素子として具現化されてもよく、これにより、放射を遮断するための領域３３１および３３２が放射吸収領域として具現化される。例えば、放射吸収コーティング（クロムコーティングのような）が基板の表面またはそのような領域内の素子上に設けられてもよい。あるいは、開口デバイスＰＤは、回折型素子または反射型素子として具現化されてもよく、これにより、領域３３１および３３２を照射する放射が、光路から回折または反射するという意味で、効果的にブロックされる。本発明の一実施形態によれば、開口デバイスＰＤは、投影系ＰＳの瞳ＰＰＵを含む面に配置されるか、当該面に実質上配置されている。

[0047] 投影系ＰＳは、上部レンズグループＵＬＧを用いて、照明瞳ＩＰＵの４つの極からのゼロ次回折ビームのみならず、極２１１および２１２に関連する一次または一次以上の回折ビーム（図３に示されてない）も捉えるように構成されている。このような極２１１および２１２は、２つの極２１１および２１２を繋ぐ線に垂直な方向に延びるラインパターンを結像するのに好適な照明モードである二重極照明モードに相当する。特に、一次回折ビームは、対応するゼロ次回折ビームにウェーハＷのレベルで干渉し、ラインパターンＭＰの像ＭＰ’を可能な限り高い解像度およびプロセスウィンドウ（すなわち、有効な焦点深度ならびに許容可能な露光量変化）で形成するため、上記のようにブロッキングすると、ビーム３２１’および３２２’はウェーハＷに到達できなくなり、従来の二重極照明の解像度強化効果を維持できる。これにより、ウェーハ上の目標部Ｃを照射する際に、ビーム３２１’および３２２’が像ＭＰ’のコントラストを失わせていた構成よりも性能が向上する。

[0048] ビーム３２１’および３２２’が無いと、放射吸収による、上部レンズグループＵＬＧのレンズおよび投影系ＰＳの瞳ＰＰＵ付近のレンズ（図３に示されていない）の加熱は、主にゼロ次ビーム３１１’および３１２’が光学素子を横断する領域を接続するライン群に沿って集中する。このようなラインの略例を図３のライン３４１に示す。このような加熱の集中は、対応するレンズ素子の非対称性の拡大および歪みにつながり、また、結果として非点収差を引き起こす。

[0049] 本発明によれば、上部レンズグループＵＬＧ、ならびに投影系ＰＳの瞳ＰＰＵに配置された開口デバイスＰＤ付近（および上流）のレンズを横断する放射ビーム３２１’および３２２’を設けることによって、放射のさらなる残存吸収が生じ、ライン３４１に垂直なラインに沿って対称（すなわち、ゼロ次ビーム３２１’および３２２’が光学素子を横断する領域を接続するラインに沿って対称）に、上流レンズ素子をさらに加熱し、このため非点収差を減少させることができる。結果として生じるレンズ素子の歪みが、従来の結像で用いられた二重極照明モードに関連する放射ビームによって生じる歪みを相殺し、非点収差を緩和する。

[0050] スキャナの典型的な非点収差誤差の周知の要因は、パターニングデバイス（すなわちレチクル）ＭＡで照明された領域の形状に関する要因である。スキャナでは、照明系に照射されるマスク領域は、例えばスリット形の矩形領域であるので、スリットが走査方向と垂直な方向に延びている。したがって、図３におけるパターニングデバイス（すなわちマスク）ＭＡに隣接した上部レンズグループＵＬＧのレンズ表面での放射のフットプリントも同様にほぼスリット形になっている。

[0051] 投影系ＰＳの光軸に沿った中間位置（パターニングデバイスすなわちマスクＭＡと瞳ＰＰＵとの間）では、フットプリントは実質的に、スリット形の強度分布とスケールされたまたはスケールされていない照明瞳強度分布との畳み込みである。一方、投影系ＰＳの瞳および瞳付近では、フットプリントは照明系の瞳ＩＰＵの強度分布の像（瞳対瞳の倍率でスケール）である。本発明の一実施形態によれば、照明系瞳ＩＰＵの対向する象限の中、およびスリット形または畳み込みされたスリット形が延在する方向に垂直なラインの上に放射極２２１および２２２を設け、これらの極２２１および２２２に関連するゼロ次ビームを投影系ＰＳの瞳ＰＰＵでブロックすることで、非点収差を減少させることができる。

[0052] 照射されるマスク領域のスリット形により発生するレンズの非対称加熱の収差影響を緩和させる従来の技術は、化学波長での放射の画像形成投影ビームが照射されない領域の投影レンズ素子に、非化学波長の放射ビームをさらに与えるものである。ウェーハ上のレジスト層の感光性物質は、非化学波長に対し感度が高くない。したがって、このような放射をしても、デバイスのパターン像を劣化させることがない。非化学放射の一部が、光学素子に吸収され、結果として生じる加熱が、従来の像形成投影放射によって生じたレンズの加熱を空間的に補完する。しかし、これを達成するには、さらに一つ以上の非化学放射源を投影装置に備えなければならない。一方、本発明によるリソグラフィ装置および方法によれば、さらなる放射源および関連する光学系を用いず、コストを削減することができる。

[0053] 別の従来技術は、均一に分布された（化学）放射を投影系の光学素子に与え、例えば、四重極照明モードを画定する開口非偏光領域を有する照明系の瞳ＩＰＵに配置された第１の直線偏光素子、および投影系ＰＳの瞳ＰＰＵに配置された第２の直線偏光素子を用いて、照明モード（すなわち、照明系瞳の効果的強度分布）を画定する。第１の偏光子は、照明モードを画定する開口非偏光領域を補完する領域で放射の直線偏光を行なう。したがって、第１の偏光素子のすぐ下流では、強力な四重極照明モードと比べ、強度分布の非均一さが少ない。使用されている第２の偏光素子は、第１の偏光素子の開口領域に共役する開口を有し、その偏光の軸は第１の偏光素子に対して交差する向きに配置される。したがって、第２の偏光子の上流のレンズ素子は、例えば照明系瞳に４つの開口を有する金属ブレードなどによって四重極照明が画定される配置と比べ、より均一に照射される。より均一な照明は、非点収差を減少させる。この技術では、環状または非偏光源放射を使用する必要がある。本発明は、照明放射の偏光の状態に対して何ら制限がないので、偏光の選択および制御に基づくコントラストの向上技術を、本発明の装置または方法とともに用いることができる。

[0054] 他の従来の方法では、パターン転写のため従来の単一露光が、同一のリソグラフィ装置を用いる熱調整露光によって進められる。したがって、専用の「プレ露光」熱調整パターンが露光される。このパターンは、投影光学系の少なくとも１つのレンズが実質的に熱飽和状態となるように投影光学系に放射を入射させることができるよう調整されている。プレ露光パターンは、光学素子上に回転対称な放射フットプリントを生じさせることもできるし、投影ビームのフットプリントに補完的な回転非対称なフットプリントを生じさせることもできる。この技術では、プレ露光の工程があるために、本発明の方法（必ずしもプレ露光の工程を含まない）に比べ、プロセススループットが低くなる。

[0055] 本発明の実施形態の一例は、図４に示されており、以下の段落で説明する。リソグラフィ密集ラインプリンティング・プロセスが二重極照明モードによってリソグラフィ投影装置上で実施されるように構成されている。リソグラフィ投影装置は、選択可能な最大開口数０．９３、以下ＮＡ_ｍａｘ＝０．９３と示す、を特徴とする投影系を備えている。放射源ＳＯは、レーザ放射を１９３ｎｍの波長で放射するＡｒＦエキシマレーザである。

[0056] 二重極照明モードは、極（２１１、２１２）の正規化された半径方向範囲により特徴づけられる。Ｘ、Ｙ座標系は、瞳の中心を基点とし、照明系の瞳の２つの垂直な軸上に定義すればよく、これに基づいてσが半径距離、θが方位角である極座標系σ、θを得る。σ座標は正規化された座標である。すなわち、図４に示されるように照明系瞳の半径は１となり、この半径は開口数ＮＡ_ｍａｘに対応している。極２１１および２１２の半径方向範囲は、図４に示されるように、σ_{１，ｉｎｎｅｒ}およびσ_{１，ｏｕｔｅｒ}のσ値で表される。本発明の例では、σ_{１，ｉｎｎｅｒ}＝０．５９およびσ_{１，ｏｕｔｅｒ}＝０．８１である。図４において、極２１１および２１２の角度範囲（θ範囲）は矢印２１３で示され、３５度である。

[0057] 本願明細書で記載される二重極照明モードは、例えば照明系瞳に配置される二重開口部を有する開口ブレードを用いて提供することができる。一方、この目的のために放射遮断ブレードを使用することをやめ、図１Ａのビーム導入系ＢＤの出口面でレーザービームが２つの異なる伝搬方向へ回折するように、回折光学部品（ＤＯＥ）を構成することができる。これらの異なる方向は、例えば図１Ａの瞳ＩＰＵを含む面のような光フーリエ変換面において、所望の二重極強度分布に相当する。

[0058] プリンティング・プロセスは、限界寸法７０ｎｍライン幅の密集ラインをプリントすることをねらいとしている。そのため、使用されるマスクは６％の透過式減衰位相シフトマスクである。二重極照明モードの向きは、照明系瞳の極をつなぐラインが所望のプリントラインの方向と垂直な方向を有するように調節される。投影系の開口数の設定は、ラインパターンのピッチに基づいて選択される。本発明の例では、ピッチは１４０ｎｍである。このような密集ラインのプリントのプロセスでは、選択開口数、以下ＮＡ_ｓｅｌと表わす、が０．８５である。これは、ＮＡ_ｍａｘ＝０．９３でσ＝０．９１（図４に示されていない）であるのに対応している。

[0059] 投影系ＰＳは、投影系ＰＳの瞳ＰＰＵの面に、調節可能なアイリス絞りとして具現化される開口デバイスＰＤを備えている。この絞りの開放口を、変化させることによって所望の開口数ＮＡ_ｓｅｌを選択することができる。ラインパターンＭＰの周辺に存在し得る臨界ラインの方向以外の方向にあるラインは、これと同じ照明モードでプリントすることもできるが、これらのラインでは、非点波面収差によるプリントパターンエラーの問題が生じてしまう。

[0060] 本発明によれば、二重極照明モードの２つの極２１１および２１２に極２２１および２２２の第２のセットを追加することで従来のプリンティング・プロセスを変更し、レンズ加熱による非点収差の影響を緩和させる。以下、極２２１および２２２の第２のセットを「補助極」２２１および２２２と称する。補助極２２１および２２２は、従来の二重極照明モードの極２１１および２１２を含む象限に補完的な象限に配置されている。以下、従来の極２１１および２１２を第１のセットの極と称することもある。図４に示される、補助極２２１および２２２の半径方向範囲σ_{２，ｉｎｎｅｒ}およびσ_{２，ｏｕｔｅｒ}は、補助極の最小半径方向範囲σ_{２，ｉｎｎｅｒ}が二重極照明モードの従来の極２１１および２１２の最大半径方向範囲σ_{１，ｏｕｔｅｒ}より大きいか等しいように選択される。第１の実施形態の本例では、補助極２２１、２２２は、σ値σ_{２，ｉｎｎｅｒ}＝０．９１４およびσ_{２，ｏｕｔｅｒ}＝０．９８によって特徴づけられる。選択される開口数ＮＡ_ｓｅｌのσ値は、補助極の最小半径方向範囲σ_{２，ｉｎｎｅｒ}より小さいため、補助極２２１および２２２に関連するゼロ次回折放射は、投影系ＰＳにより与えられる光路内に突き出る調節可能なアイリス絞りの部分によって、ブロックされる。

[0061] 本例のリソグラフィプリントプロセスでは、プロセスウィンドウに影響を与える装置パラメータと併せたレジスト層の結像条件は、理想的には２０ｍＪ／ｃｍ^２の露光量が必要となるような条件である。ここで、従来のプリントプロセスでは、ＡｒＦエキシマレーザの出力は、限定要因ではない。実際に、放射源は、おおよそ２倍の露光量が得られる出力で、動作することができる。

[0062] 本発明の一実施形態によれば、補助極２２１および２２２は、放射源ＳＯの余剰出力を利用して、補助極２２１および２２２に関連するビーム３２１’および３２２’（図３に示される）に放射エネルギーを供給することができるような形状および寸法をしている。理想的な露光量２０ｍＪ／ｃｍ^２は、レチクル透過、照明系瞳ＩＰＵからウェーハレベルの像ＭＰ’への光路に沿った透過、および目標部分Ｃの各ポイントの露光時間などのパラメータによる照明系ＩＬの瞳ＩＰＵの強度分布の二重極２１１および２１２の目標積分強度相当値に当たる。放射源ＳＯは余剰出力を与えることができるので、本発明による、補助極２２１および２２２の提供に積分強度のある量または一部を回すことができる。

[0063] 前述のパターンＭＰ’をプリントするための目標積分強度より高く事前選択された効果的な積分強度が照明系瞳ＩＰＵで得られるよう余剰出力にして放射源ＳＯを操作することによって、事前選択された積分強度の一部である積分強度を補助極２２１および２２２に備えさせることができる。この部分というのは、目標積分強度に相補的である。

[0064] 本実施形態の例では、補助極２２１および２２２は、像形成二重極照明モード（２１１、２１２）の目標積分強度と実質的に同一の積分強度を有するような形状および寸法である。また、一つの極の内側でも別の極の内側でも実質的に均一になるように、いずれの極の強度も選択される。このようにすれば、σ_{２，ｉｎｎｅｒ}＝０．９１４およびσ_{２，ｏｕｔｅｒ}＝０．９８で与えられる補助極２２１および２２２の半径方向範囲で、補助極２２１および２２２の角度範囲（図４の矢印２２３で示される）が９０度に選択されたときに、補助極２２１および２２２の所望の積分強度部分が得られる。

[0065] 本発明によれば、補助極２２１および２２２は、必ずしも、像形成極２１１および２１２の目標積分強度と実質的に同一の積分強度を有するようなサイズおよび形状である必要はない。補助極２２１および２２２の積分強度は、像形成極２１１および２１２の積分強度より低くしても高くてもよい。像形成極２１１および２１２の積分強度に対する補助極２２１および２２２の積分強度の比率（補助極および像形成極への分布に有効な総積分強度も含め）によって、半径方向範囲および角度範囲に関し、補助極２２１および２２２が取り得るレイアウトの範囲が決まる。この比率は、補助極２２１および２２２の角度範囲２２３が非点収差を効果的に補正できる程度に十分小さくして選択することができる。本実施形態では、例えば、補助極２２１および２２２が１８０度に近い大きい角度範囲２２３を有すると、非点収差の特有の非対称性により、非点収差の補正の効果が薄れる。第２の極のセット、すなわち補助極２２１および２２２の積分強度の第１の極のセット２１１および２１２に対する比率の選択可能な例は、１．１乃至２または０．５乃至０．９の値などがある。

[0066] 図５は、三次および五次の非点収差の大きさに対する本例の補助極２２１および２２２の効果を示している。各大きさは、それぞれ対応するツェルニケツェルニケ係数Ｚ５、Ｚ６、Ｚ１２およびＺ１３の大きさで示し、ナノメートルで示されている。ツェルニケ係数は、波面位相誤差への寄与を重み付けするものである。これにより、総波面位相誤差は、波面位相誤差への寄与率の合計として表わされる。波面誤差への寄与率は、一連の直交ツェルニケ多項式Ｐ１、Ｐ２などで表わされる。例えば、重みＺ５、Ｚ６、Ｚ１２およびＺ１３でそれぞれ生じる多項式Ｐ５、Ｐ６、Ｐ１２およびＰ１３は、三次および五次非点収差の特徴的なものであり、以下のように求められる。

[0067] Ｐ５＝ρ^２ｃｏｓ２θ

[0068] Ｐ６＝ρ^２ｓｉｎ２θ

[0069] Ｐ１２＝（４ρ^４−３ρ^２）ｃｏｓ２θ

[0070] Ｐ１３＝（４ρ^４−３ρ^２）ｓｉｎ２θ

[0071] ここで、ρおよびθは、σおよびθと同じく、投影系ＰＳの瞳ＰＰＵを含む面の正規化極座標である。

[0072] レンズの加熱による光学収差の影響については、コンピュータシミュレーションを用いて計算した。図５の縦軸に沿って、各ツェルニケ係数の値が示され、横軸に沿って次数別のツェルニケ係数が示されている。バー５０１および５０２は、それぞれ、本例のリソグラフィ・プリンティング・プロセスを従来の態様で行なったときの、三次および五次非点収差の値を示している。これに対し、バー５０３および５０４は、同じく三次および五次収差を示しているが、本発明による補助極を設けているのでレンズが加熱された状態にある。図５からは、本発明による補助極の使用により、１．８の比率で三次非点収差が減少し、また五次非点収差も実質的に減少していることがわかる。

[0073] 補助極２２１および２２２のサイズおよび形状、ならびに投影レンズＰＬの開口数値ＮＡ_ｓｅｌの設定を変え、それ以外は第１の例と同じである、本実施形態の第２の例では非点収差のさらなる減少が得られた。本例では、ＮＡ_ｍａｘ＝０．９３でσ＝０．８４であるのに対し、本発明による開口デバイスＰＤとして機能する調節可能なアイリス絞りが、開口数ＮＡ_ｓｅｌ＝０．７８に設定される。極２１１および２１２の第１のセットのサイズは、第１の例と同じσ_{１，ｉｎｎｅｒ}＝０．５９およびσ_{１，ｏｕｔｅｒ}＝０．８１であり、これらの極の角度範囲２１３は３５度である。

[0074] 一方、本例では、σ_{２，ｉｎｎｅｒ}＝０．８４およびσ_{２，ｏｕｔｅｒ}＝０．９８の半径方向範囲、および６０度の角度範囲２２３をもつ補助極２２１、２２２が設けられている。このような仕様によって配置した補助極２２１および２２２によってレンズが加熱された状態にある三次および五次非点収差がバー５０５および５０６によって示されている。図５からは、これらの補助極を用いると、三次非点収差が４の比率で減少することができ、五次非点収差は１．２の比率で減少する。

[0075] 本発明は、第１および第２の２つの極のセットが瞳の中心で互いに交差する２つの軸によって画定される第１および第２の対向象限にそれぞれ対応して配置されている、リソグラフィ投影装置に限定されない。象限ごとに瞳セクションを設け、それぞれ補助極または極を備えるものとし、放射がマスクパターンを回折せずに横断し基板を照射する放射部分を含むものを、９０度とは異なる角度で互いに交差する２つの軸によって画定することもできる。例えば、各セクションの角度の大きさを、本発明の補助極により減少されることとなる収差の対称性に応じて選択すれば、回折せずにマスクパターンを横断するが、開口デバイスによって基板への到達がブロックされる部分を上記のような補助極により提供される放射に含めることができる。

[0076] 本発明の一実施形態では、補助極を設けることによる非点収差の減少と、レンズの位置および向きを調節することによって得られる他の収差の非点収差の減少および制御とを組み合わせている。後者の調節を実施するため、投影系にレンズアクチュエータまたはレンズマニピュレータを設けることもできる。

[0077] 図６は、本発明によるデバイス製造方法を示す流れ図である。ステップ６００では、リソグラフィプリントされる所望のパターンを示すデータとレジストデータ、放射源データ、マスクタイプデータ、パターン特徴寸法データ、および装置の結像プロセスデータを含むデータ６５０とに基づいて、極２１１および２１２を含む二重極照明モードと目標露光量とが選択される。後者のデータには、例えば、開口数データおよび公称収差データが含まれる。ステップ６１０では、極２１１および２１２を用いた、パターンをプリントするための目標積分強度が、マスクおよび投影光学系の放射吸収データを含むデータ６６０に基づいて計算される。

[0078] ステップ６２０では、２つの極２２１および２２２（照明系ＩＬの瞳ＩＰＵの２つの対向する象限２４１および２４２に配置されるものであり、２つの極２１１および２１２のいずれも含まない）の半径方向範囲および角度範囲が、目標積分強度、放射源の余剰出力に応じて利用可能な余剰積分強度、および目標積分強度と余剰強度分布との差を含むデータ６７０に基づいて計算される。

[0079] ステップ６３０では、極２１１および２１２に加え補助極２２１および２２２を提供するように投影系ＩＬの調整装置ＡＤが設定され、開口デバイスＰＤが、極２２１および２２２に関連するゼロ次回折ビームをブロックし、且つ極２１１および２１２に関連するゼロ次回折ビームを透過するように設定される。ステップ６４０で、目標部分Ｃが露光される。

[0080] 本願明細書ではＩＣ製造におけるリソグラフィ装置の使用について特に述べているが、本願細書記載のリソグラフィ装置には、一体型光学システム、磁気ドメインメモリのガイドおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶表示装置（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造など、他の用途があることを理解すべきである。このような他の用途において、本願明細書における「ウェーハ」または「ダイ」という用語の使用は、それぞれより一般的な用語である「基板」または「目標部分」の同義語とみなすこともできることは当業者には理解されよう。本願明細書で言及される基板は、露光前または露光後に、例えばトラック（一般に基板に対してレジスト層を施し、露光したレジストを現像するツール）、メトロロジーツールおよび／または検査ツールで処理することもできる。適用可能であるならば、本願明細書の開示内容を上記およびその他の基板処理ツールに適用することもできる。また、基板は、例えば多層ＩＣを製造するために１回より多く処理される場合があり、したがって、本願明細書で使用する基板という用語は、既に複数回処理された層を含む基板を表すこともできる。

[0081] 以上、本発明の実施形態の使用について光学リソグラフィを検討しながら特に言及したが、本発明は、他の用途で用いることもできることは理解されよう。

[0082] 本願明細書で使用する「放射」および「ビーム」という用語は、（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの波長またはほぼそれらの波長を有する）紫外線（ＵＶ）放射および（例えば５〜２０ｎｍの波長を有する）極紫外線（ＥＵＶ）放射を含むがこれらに限定されない、全種類の電磁放射を包含する。

[0083] 本発明の特定の実施形態を上記で説明したが、記載した以外の方法で本発明を実施することもできることは理解されよう。例えば、本発明は、上記方法を記述した機械読取り可能な命令のシーケンスを１つまたはそれより多く含むコンピュータプログラムの形態、またはそのようなコンピュータプログラムを内部に格納したデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気または光ディスク）の形態を取ることもできる。

[0084] 上記の説明は、例示を目的としており、限定をしようとするものではない。よって、添付の請求項の範囲から逸脱することなく、説明の範囲内で本発明に変更を施すことができることは、当業者には自明であろう。

[0011]本発明の実施形態によるリソグラフィ装置を示す図である。 [0012]本発明の実施形態による図１Ａに示されたリソグラフィ装置のパターニングデバイスの平面図である。 [0013]本発明の実施形態による図１Ａに示されたリソグラフィ装置の基板の平面図である。 [0014]照明系の瞳面の強度分布を示す図である。 [0015]照明系瞳の強度分布から発せられ、マスクパターンで回折の影響を受けずにマスクパターンを横断する放射の選択透過された部分および選択ブロックされた部分を示す図である。 [0016]本発明による照明系の瞳面の強度分布の例を示す図である。 [0017]横軸に沿って示される次数別のツェルニケ係数の大きさを縦軸に沿って示す図である。二重極照明モードを含むリソグラフィプリントプロセスに、従来のリソグラフィ装置および本発明にしたがって調整されたリソグラフィ装置をそれぞれ使用し、いずれもレンズの加熱によって収差が生じる。 [0018]本発明によるデバイス製造方法を示す流れ図である。パターニングデバイス

Claims (11)

1. 瞳の強度分布からの放射によってマスクパターンを照明するように構成された照明系であって、前記瞳が前記瞳の中心で互いに交差する２つの軸により画定される４つの象限を有し、前記強度分布が、前記象限の１つに配置された第１の極と、前記第１の極が配置されている該象限に対向する前記象限の１つに配置された第２の極と、前記第１および第２の極のいずれも含まない前記象限の１つに配置された第３の極と、前記第３の極が配置された該象限に対向して配置された象限に配置された第４の極とを有し、前記第１、第２、第３および第４の極各々が前記各極を囲む強度よりも強い強度を有する、照明系と、
   前記強度分布からの放射により前記パターンから発せられる回折ビームによって形成される前記マスクパターンの像を基板上に被覆されたフォトレジスト層に投影するように構成された投影系であって、前記投影系が前記第１および第２の極に関連するゼロ次回折ビームを透過し、且つ前記第３および第４の極に関連するゼロ次回折ビームをブロックするように配置される開口デバイスを備えた、投影系と、
   を備えるリソグラフィ投影装置。
2. 前記瞳の中心に対して、前記第３および第４の極の最小半径方向範囲が、前記第１および第２の極の最大半径方向範囲よりも大きいまたは等しい、
   請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
3. 前記第１、第２、第３および第４の極は、
   σ_２ｍｉｎが０．７乃至０．９単位の範囲の値を有し、
   σ_１ｍａｘが０．６乃至０．８３単位の範囲の値を有し、
   前記瞳の半径が１単位に等しく、
   σ_２ｍｉｎが前記瞳の前記中心から前記第３および第４の極への最も近い半径距離であり、
   σ_１ｍａｘが前記瞳の前記中心から延びる前記第１および第２の極への最も遠い半径距離である、
   請求項２に記載のリソグラフィ投影装置。
4. 前記開口デバイスが、アイリス絞り、調節可能なアイリス絞り、および光学素子の１つを備え、これが前記第３および第４の極に関連するゼロ次回折ビームをブロックするように調整された放射吸収サブ要素の空間分布を含む、
   請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
5. 前記照明系に前記放射を与えるように調整された放射源が、パターンをプリントするための目標積分強度よりも高い事前選択された積分強度を前記瞳で提供することができ、前記第３および第４の極の積分強度は前記事前選択された積分強度の一部として調整され、前記一部は前記目標積分強度に補完的である、
   請求項２に記載のリソグラフィ投影装置。
6. 前記照明系に前記放射を与えるように調整された放射源が、パターンをプリントするための目標積分強度よりも高い事前選択された積分強度を前記瞳で提供することができ、前記第３および第４の極の積分強度の前記第１および第２の極の積分強度に対する比率が１．１乃至２の間または０．５乃至０．９の間の値になるよう調整されている、
   請求項２に記載のリソグラフィ投影装置。
7. 前記照明系に前記放射を与えるように調整された放射源が、パターンをプリントするための目標積分強度よりも高い事前選択された積分強度を前記瞳で提供することができ、前記第３および第４の極の積分強度は前記事前選択された積分強度の一部として調整され、前記一部は前記目標積分強度に補完的である、
   請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
8. 前記照明系に前記放射を与えるように調整された放射源が、パターンをプリントするための目標積分強度よりも高い事前選択された積分強度を前記瞳で提供することができ、前記第３および第４の極の積分強度の前記第１および第２の極の積分強度に対する比率が１．１乃至２の間または０．５乃至０．９の間の値になるよう調整されている、
   請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
9. 基板露光用リソグラフィ投影装置を用いたデバイス製造方法であって、
   瞳の強度分布からの放射によってマスクパターンを照明する工程であって、前記瞳が前記瞳の中心で互いに交差する２つの軸により画定される４つの象限を有し、前記強度分布が、前記象限の１つに配置された第１の極と、前記第１の極が配置されている該象限に対向する前記象限の１つに配置された第２の極と、前記第１および第２の極のいずれも含まない前記象限の１つの配置された第３の極と、前記第３の極が配置された該象限に対向して配置された象限に配置された第４の極とを有し、前記第１、第２、第３および第４の極各々が前記各極を囲む強度より強い強度を有するものとする、工程と、
   前記強度分布からの放射により前記パターンから発せられる回折ビームによって形成される前記マスクパターンの像を、基板上に被覆されたフォトレジスト層に投影する工程であって、前記第１および第２の極に関連するゼロ次回折ビームを透過する工程と、前記第３および第４の極に関連するゼロ次回折ビームをブロックする工程とを含む、投影工程と、
   を含むデバイス製造方法。
10. 前記中心に対して、前記第３および第４の極の最小半径方向範囲が前記第１および第２の極の最大半径方向範囲よりも大きいまたは等しい、
    請求項９に記載のデバイス製造方法。
11. 前記放射をブロックする工程は、放射の部分的な透過、回折、反射、および部分的な反射、吸収、および部分的な吸収のいずれかである、
    請求項９に記載のデバイス製造方法。