JP4887395B2 - リソグラフィ装置及びリソグラフィ方法 - Google Patents

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Description

本発明は、リソグラフィ装置及びリソグラフィ方法に関する。
リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に転写する機械である。リソグラフィ装置は例えば集積回路(IC)の製造に用いられる。この場合、例えばマスクまたはレチクルと称されるパターニングデバイスが、集積回路の各層に対応した回路パターンを形成するために使用される。このパターンが放射感応性材料(レジスト)層を有する基板(例えばシリコンウエーハ)の(例えばダイの一部、あるいは1つまたは複数のダイからなる)露光領域に転写されることになる。一般に一枚の基板にはネットワーク状に隣接する一群の露光領域が含まれ、これらは連続的にパターン形成される。公知のリソグラフィ装置にはいわゆるステッパとスキャナとがある。ステッパにおいては、露光領域にパターン全体が一度に露光されるようにして各露光領域は照射を受ける。スキャナにおいては、所与の方向(スキャン方向)に放射ビームによりパターンを走査するとともに基板をスキャン方向に平行または逆平行に走査するようにして各露光領域は照射を受ける。
リソグラフィ業界では基板に投影される放射の偏光状態及び/または瞳面分布(これらの特性はまとめて放射の照明モードと呼ばれることもある)の制御を改善することが望まれている。よって、これを実現するリソグラフィ装置及びリソグラフィ方法を提供することが好ましい。
本発明の一態様によれば、放射ビームを供給する照明系と、放射ビームの断面にパターンを与えるパターニングデバイスを支持する支持構造と、基板を保持する基板テーブルと、パターンが与えられた放射ビームを基板に投影する投影系と、を備えるリソグラフィ装置であって、照明系は、放射ビームの偏光を制御するポッケルスセルと、放射ビームの瞳面での分布を制御する個別的に制御可能な反射性素子のアレイと、を備えるリソグラフィ装置が提供される。
本発明の一態様によれば、放射ビームの偏光を制御するポッケルスセルと、放射ビームの瞳面での分布を制御する個別的に制御可能な反射性素子のアレイと、を備えるリソグラフィ装置の照明系が提供される。
本発明の一態様によれば、放射ビームを供給し、ポッケルスセルを使用して放射ビームの偏光を修正し、個別的に制御可能な素子のアレイを使用して放射ビームに瞳面分布を与え、パターニングデバイスを使用して放射ビームにパターンを付与し、投影系を使用して、パターンが付与された放射ビームを基板に投影することを含むリソグラフィ方法が提供される。
リソグラフィ方法は、基板上の露光領域への露光中に第1の偏光状態及び第1の瞳面分布から第2の偏光状態及び第2の瞳面分布へと切り替えることをさらに含んでもよい。
放射ビームはパルス化されていてもよい。放射ビームの1パルスごとに偏光状態及び瞳面分布を切り替えてもよい。あるいは、放射ビームの複数パルスの後に偏光状態及び瞳面分布を切り替えてもよい。
リソグラフィ方法は、二重露光によりダブルパターニングを行うことをさらに含み、第1のパターンを使用する放射ビームのパターニング後であって第2のパターンを使用する放射ビームのパターニング前に偏光状態及び瞳面分布を切り替えてもよい。
露光領域の第1の部位が第1の偏光状態及び第1の瞳面分布を有する放射を受け、露光領域の第2の部位が第2の偏光状態及び第2の瞳面分布を有する放射を受けるように偏光状態及び瞳面分布を切り替えてもよい。
本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を模式的に示す図である。 リソグラフィ装置の照明系の一部をより詳しく模式的に示す図である。 角強度分布から空間的強度分布への変換を模式的に示す図である。 図1に示されるリソグラフィ装置の一部をより詳細に示す模式図である。 瞳面における位置強度分布を示す図である。 図1に示されるリソグラフィ装置の一部を構成する反射性素子アレイのミラーの1つを模式的に示す図である。 本発明の一実施形態を使用して得られる偏光状態及び瞳面分布の組合せを模式的に示す図である。 本発明の一実施形態を使用して得られる偏光状態及び瞳面分布の組合せを模式的に示す図である。 本発明の一実施形態を使用して得られる偏光状態及び瞳面分布の組合せを模式的に示す図である。 本発明の一実施形態を使用して得られる偏光状態及び瞳面分布の他の組合せを模式的に示す図である。 本発明の一実施形態を使用して得られる偏光状態及び瞳面分布の他の組合せを模式的に示す図である。
本明細書ではICの製造におけるリソグラフィ装置の使用を例として説明しているが、リソグラフィ装置は他の用途にも適用することが可能であるものと理解されたい。他の用途としては、集積光学システム、磁区メモリ用案内パターン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がある。当業者であればこれらの他の適用に際して、本明細書における「ウエーハ」あるいは「ダイ」という用語がそれぞれ「基板」あるいは「露光領域」という、より一般的な用語と同義であるとみなされると理解することができるであろう。基板は露光前または露光後においてトラック(典型的にはレジスト層を基板に塗布し、露光後のレジストを現像する装置)、メトロロジツール、及び/またはインスペクションツールにより処理されてもよい。適用可能であれば、本明細書の開示はこれらのまたは他の基板処理装置にも適用され得る。また、基板は例えば多層ICを製造するために複数回処理されてもよく、その場合には本明細書における基板という用語は既に処理されている多数の処理層を含む基板をも意味する。
本明細書において「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外(UV)放射(例えば約365nm、248nm、193nm、157nm、または126nmの波長を有する)、及び極紫外(EUV)放射(例えば5乃至20nmの範囲の波長を有する)を含むあらゆる種類の電磁放射を示す。
本明細書では「パターニングデバイス」という用語は、例えば基板の露光領域にパターンを形成すべく放射ビームの断面にパターンを付与するために使用され得るいかなるデバイスをも指し示すよう広く解釈されるべきである。放射ビームに与えられるパターンは、基板の露光領域に所望されるパターンと厳密に対応していなくてもよい。一般に、放射ビームに付与されるパターンは、露光領域に形成される集積回路などのデバイスの特定の機能層に対応する。
パターニングデバイスは透過型であっても反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、例えばマスクやプログラマブルミラーアレイ、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、バイナリマスクやレベンソン型位相シフトマスク、ハーフトーン型位相シフトマスク、更に各種のハイブリッド型マスクが含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例としては、小型のミラーがマトリックス状に配列され、各ミラーが入射してくる放射ビームを異なる方向に反射するように個別に傾斜されるというものがある。こうして、反射ビームにパターンが付与されることになる。
本明細書では「投影系」という用語は、使用される露光光あるいは液浸や真空の利用などの他の要因に関して適切とされるいかなる投影系をも包含するよう広く解釈されるべきである。投影系には例えば屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系が含まれる。以下では「投影レンズ」という用語は、より一般的な用語である「投影系」と同義に用いられ得る。
照明系は、放射ビームの方向や形状の調整またはその他の制御用に、各種の光学素子例えば屈折光学素子、反射光学素子、反射屈折光学素子を含んでもよい。以下ではこれらの光学素子をまとめてあるいは1つを指して「レンズ」と称することがある。
リソグラフィ装置は2つ以上(2つの場合にはデュアルステージと呼ばれる)の基板テーブル(及び/または2つ以上の支持構造)を備えてもよい。このような多重ステージ型の装置においては追加されたテーブルは並行して使用されるか、あるいは1以上のテーブルで露光が行われている間に他の1以上のテーブルで準備工程を実行するようにしてもよい。
リソグラフィ装置は2以上のマスク(または1つの制御可能パターニングデバイス上の複数のパターン)を高速に切替可能な形式であってもよい。このリソグラフィ装置は例えば米国特許出願公開第2007−0013890A1号に記載されている。
リソグラフィ装置は、基板が液体で覆われるものであってもよい。この液体は比較的高い屈折率を有する例えば水などの液体であり、投影系末端の要素と基板との間の空隙を満たす。液浸液は、例えばマスクと投影系の最初の要素との間などのリソグラフィ装置の他の空間に適用されるものであってもよい。液浸技術は投影系の開口数を増大させる技術として周知である。
図1aは、本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を模式的に示す図である。この装置は、
放射ビームPB(例えばUV放射またはEUV放射)を調整する照明系(イルミネータ)ILと、
パターニングデバイス(例えばマスク)MAを支持し、要素PLに対してパターニングデバイスを正確に位置決めする第1の位置決め装置PMに接続されている支持構造(例えば支持構造)MTと、
基板(例えばレジストでコーティングされたウエーハ)Wを保持し、要素PLに対して基板を正確に位置決めする第2の位置決め装置PWに接続されている基板テーブル(例えばウエーハテーブル)WTと、
パターニングデバイスMAにより放射ビームPBに付与されたパターンを基板Wの(例えば1つ以上のダイからなる)露光領域Cに投影するよう構成されている投影系(例えば屈折投影レンズ)PLと、を備える。
図示されているのは、(例えば透過型マスクを用いる)透過型のリソグラフィ装置である。これに代えて、(例えば上述のようなプログラマブルミラーアレイを用いる)反射型のリソグラフィ装置を用いることもできる。
支持構造MTは、パターニングデバイスを支持する。支持構造MTは、パターニングデバイスの向きやリソグラフィ装置の構成、あるいはパターニングデバイスが真空環境下で保持されるか否かなどの他の条件に応じた方式でパターニングデバイスを保持する。支持構造においてはパターニングデバイスを保持するために、機械的固定、真空固定、または他の固定用技術が用いられる。他の固定技術には例えば真空中での静電固定がある。支持構造MTは例えばフレームまたはテーブルであってよく、必要に応じて固定されていてもよいし移動可能であってもよい。支持構造は、パターニングデバイスを例えば投影系に対して所望の位置に位置決めできるようにしてもよい。本明細書では「レチクル」または「マスク」という用語を用いた場合には、より一般的な用語である「パターニングデバイス」に同義であるとみなされるものとする。
イルミネータILは放射源SOから放射ビームを受け取る。例えば光源がエキシマレーザである場合には、光源とリソグラフィ装置とは別体であってもよい。この場合、光源はリソグラフィ装置の一部を構成しているとはみなされなく、放射ビームは光源SOからイルミネータILへとビーム搬送系BDを介して受け渡される。ビーム搬送系BDは例えば適当な方向変更用のミラー及び/またはビームエキスパンダを含んで構成される。あるいは光源が例えば水銀ランプである場合には、光源はリソグラフィ装置に一体に構成されていてもよい。光源SOとイルミネータILとは、またビーム搬送系BDが必要とされる場合にはこれも合わせて、放射系または放射システムと総称される。
イルミネータILについては後述する。
イルミネータILから出射した放射ビームBは、支持構造MTに保持されるパターニングデバイス(例えばマスク)MAに入射する。パターニングデバイスMAを通過した放射ビームPBはレンズPLに進入する。レンズPLはビームを基板Wの露光領域Cに集束する。第2の位置決め装置PWと位置センサIF(例えば干渉計)により基板テーブルWTを正確に移動させることができる。基板テーブルWTは例えば放射ビームPBの経路に異なる露光領域Cを順次位置決めするように移動される。同様に、第1の位置決め装置PMと他の位置センサ(図1aには明示せず)とにより放射ビームPBの経路に対してパターニングデバイスMAを正確に位置決めすることができる。この位置決めは例えばマスクライブラリからのマスクの機械的交換後や露光走査中に行われる。一般に物体テーブルMT、WTの移動は、位置決め装置PM、PWの一部を構成するロングストロークモジュール(粗い位置決め用)及びショートストロークモジュール(精細な位置決め用)により実現される。ステッパでは(スキャナとは逆に)、支持構造MTはショートストロークのアクチュエータにのみ接続されているか、あるいは固定されていてもよい。パターニングデバイスMAと基板Wとは、パターニングデバイスアライメントマークM1、M2及び基板アライメントマークP1、P2を用いてアライメントされてもよい。
好ましくは図示の装置は例えば以下のモードで使用され得る。
1.ステップモードにおいては、放射ビームPBに付与されたパターンの全体が1回の照射(すなわち単一静的露光)で露光領域Cに投影される間、支持構造MT及び基板テーブルWTは実質的に静止状態とされる。そして基板テーブルWTがX方向及び/またはY方向に移動されて、異なる露光領域Cが露光される。ステップモードでは露光フィールドの最大サイズが単一静的露光で転写される露光領域Cのサイズを制限することになる。
2.スキャンモードにおいては、放射ビームPBに付与されたパターンが露光領域Cに投影される間(すなわち単一動的露光の間)、支持構造MT及び基板テーブルWTは同期して走査される。支持構造MTに対する基板テーブルWTの速度及び方向は、投影系PLの拡大(縮小)特性及び像反転特性により定められる。スキャンモードでは露光フィールドの最大サイズが単一動的露光での露光領域の(非走査方向の)幅を制限し、スキャン移動距離が露光領域の(走査方向の)長さを決定する。
3.別のモードにおいては、支持構造MTがプログラム可能パターニングデバイスを保持して実質的に静止状態とされ、放射ビームPBに付与されたパターンが露光領域Cに投影される間、基板テーブルWTが移動または走査される。このモードではパルス放射源が通常用いられ、プログラム可能パターニングデバイスは、基板テーブルWTの毎回の移動後、または走査中の連続放射パルス間に必要に応じて更新される。この動作モードは、上述のプログラマブルミラーアレイ等のプログラム可能パターニングデバイスを利用す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。
上記で記載したモードを組み合わせて動作させてもよいし、各モードに変更を加えて動作させてもよいし、さらに全く別のモードでリソグラフィ装置を使用してもよい。
ある位置に複数のパターンを与えるように、すなわち第1のパターンの上に第2のパターンを投影するようにリソグラフィ装置が構成されることがある。第1パターンと第2パターンとは完全にまたは実質的に同一であってもよいし、異なっていてもよい。これは、二重露光によるダブルパターニングとして知られている。典型的な二重露光では、1つのフォトレジスト層に2回の露光を別々に行う。このとき、露光ごとに異なるパターニングデバイス(マスク)が使用される。例えば図1bに示すように、マスクポジショナPMは、第1マスクテーブルMT1及び付随する第1マスクMA1と、第2マスクテーブルMT2及び付随する第2マスクMA2と、を移動するよう構成されている。このポジショナPMは、第1の露光において放射ビームPBが第1マスクMA1を通るように第1マスクMA1を位置決めする。次にポジショナPMは、第2の露光において放射ビームPBが第2マスクMA2を通るように第2マスクMA2を−x方向に移動する。これら2つのパターンがフォトレジスト層で足し合わされて、通常は他の方法で実現し得る解像度よりも高解像度であるパターンに結合される。マスクレスリソグラフィの場合には、第1の露光では第1のパターンがプログラマブルミラーアレイ(またはその他のプログラム可能デバイス)に存在し、第2の露光では第2のパターンがプログラマブルミラーアレイ(またはその他のプログラム可能デバイス)に存在する。
イルミネータILは、放射ビームの偏光を調整する偏光子Pを備えてもよい。イルミネータILは、放射ビームの角強度分布を調整する瞳面分布アジャスタAMをさらに備えてもよい。これにより例えば、イルミネータの瞳面の強度分布の内径及び/または外径(それぞれσアウタ、σインナと呼ばれる)を調整することができる。また、輪帯、双極、または四極などのように複数の異なる瞳面分布から選択することができる。偏光子P及び瞳面分布アジャスタAMはコントローラCTにより制御されてもよい。
さらに、イルミネータILは、インテグレータINや結合光学系CO等のその他の構成要素を備えてもよい。インテグレータは例えば石英のロッドであり、放射ビームの均質性を高める。
イルミネータの瞳面での放射ビーム分布(すなわち瞳面分布)は、放射ビームがパターニングデバイス(例えばマスク)MAに入射する前に角強度分布に変換される。言い換えれば、イルミネータの瞳面とパターニングデバイスMAとの間にはフーリエ変換の関係がある(パターニングデバイスはフィールド面である)。これは、放射ビームをパターニングデバイスMAに焦点を合わせる結合光学系COの前側焦点面にイルミネータの瞳面が実質的に一致しているからである。
瞳面における瞳面分布を適切に選択することにより、基板Wに投影されるパターニングデバイスMAの像を改善することができる。特に、双極、輪帯、四極などの瞳面分布は、投影されるパターンの解像度を高めるために使用されたり、あるいは投影光学系の収差に対する感度、露光寛容度、焦点深度などのその他のパラメタを改善するために使用される。
典型的なリソグラフィシステムにおいては、偏光子Pは、放射ビームに交差する波長板の追加及び取出を行う機構を備えてもよい。たとえばTE偏光を有する放射ビームが放射源SOにより生成されてもよい。TM偏光の放射を基板に投影することが望まれる場合には、λ/2波長板が放射ビームに交差するよう偏光子により位置決めされる。これにより、放射ビームの偏光状態がTM偏光に変換される。TE偏光に戻すことが望まれる場合には、λ/2波長板は放射ビームとの交差位置から取り出される。偏光子Pは、複数の波長板を備え、各波長板は放射ビームに異なる変調状態を与えるよう構成されていてもよい。
典型的なリソグラフィシステムにおいては、瞳面分布アジャスタAMは、放射ビームのフィールド面において放射ビームに交差するプレートの追加及び取出を行う機構を備えてもよい。たとえばディスク状の瞳面分布(通常の照明分布ともいう)を有する放射ビームが放射源SOにより生成されてもよい。四極照明を基板に投影することが望まれる場合には、適切に開口が配置されたプレートが放射ビームに交差するよう瞳面分布アジャスタにより位置決めされる。瞳面分布アジャスタは、複数のプレートを備え、各プレートはそれぞれ異なる開口分布を有していてもよい。この場合、異なるプレートはそれぞれ放射ビームに異なる瞳面分布を与えるのに使用される。
また、プレートは例えば、所望の角度分布を放射ビームに与える複数の透過型回折光学素子のアレイを備えてもよい。輪帯モードの放射を基板に投影することが望まれる場合には、適切に回折光学素子が配置されたプレートが放射ビームに交差するよう瞳面分布アジャスタにより位置決めされる。プレート上の回折光学素子は放射ビームの角分布を修正し、環状の瞳面分布を放射ビームに与える。瞳面分布は、各プレートが放射ビームにそれぞれ異なる瞳面分布を与える複数のプレートにより形成されてもよい。
従来の偏光子及び瞳面分布アジャスタに付随する問題は、プレートの導入及び取出に時間を要することにより動作が比較的遅いことである。図2は、この問題またはその他の問題を解決する本発明の一実施形態を示す。
図2は、図1のイルミネータILの一部を示す。偏光子Pはポッケルスセルを備え、瞳面分布アジャスタAMは反射性素子のアレイを備える。
ポッケルスセルは、付与された電圧に応じて放射ビームの偏光を調整する。ポッケルスセルを使用することにより、従来の波長板の導入及び/または取出に比べて放射ビームの偏光状態をかなり高速に変更することができる。
反射性素子アレイは、各反射性素子の向きを調整することにより、所望の角分布を放射ビームに与えるよう放射ビーム瞳面分布を調整する。反射性素子アレイを使用することにより、従来のプレート式の瞳面分布アジャスタに比べて放射ビームの瞳面分布をかなり高速に変更することができる。
ポッケルスセルと反射性素子アレイとを組み合わせることにより、放射ビームの偏光状態及び瞳面分布を高速に整合させて制御することができる。これにより、特定の偏光を有する複数の瞳面分布を切り替えることができる。放射の偏光状態及び瞳面分布を合わせて放射の照明モードと称することがある。
ポッケルスセルは、複屈折性が電圧で制御されることを利用して、波長板として機能させる。ポッケルスセルは例えば、ニオブ酸リチウム結晶または結晶水晶を備える。コントローラCTによりポッケルスセルに電圧が付与されてもよい。ポッケルスセルは、電圧が第1の値であるときには放射ビーム偏光状態は影響を受けず(例えば放射ビームはTE偏光のままとなる)、電圧が第2の値であるときには放射ビーム偏光状態が回転される(例えば放射ビームはTM偏光となる)。中間の電圧値においては例えば、TE偏光とTM偏光との間で選択された直線偏光が得られる。ポッケルスセルは、例えば10ナノ秒程度の速さで偏光状態を切り替えることが可能である。
反射性素子アレイを使用して放射ビーム瞳面分布を調整する方法を図3乃至図6を参照して説明する。
図3は、放射ビームの角強度分布と位置強度分布との対応関係を模式的に示す。典型的な構成においては、放射ビーム瞳面分布は、回折素子アレイ4を有するプレートを使用して設定される。各回折素子4により、発散する光束5が形成される。各光束5は、放射ビームPBの一部またはサブビームに相当する。光束5はフォーカスレンズ6に入射する。フォーカスレンズ6の後側焦面8において各光束5は対応する照明領域を有する。照明領域の大きさは、光束5の伝播方向の範囲に依存する。伝播方向範囲が小さければ、後側焦面8での照明領域も小さい。伝播方向範囲が大きければ、後側焦面8での照明領域も大きい。また、各光束5における同一方向、すなわち互いに平行なすべての光線は、(光学的な条件が理想的であることを仮定すると)後側焦面8における同一位置に対応する。
放射ビームPB断面の(特に放射ビームの瞳面における)位置に応じた強度分布を環状形状(すなわち環状の瞳面分布)とすることが知られている。この環状形状の例を図5に2つの同心円で示す。環状形状の内径(σインナ)は強度がゼロまたはゼロに近い中央領域に対応し、適切な回折光学素子アレイを使用することにより設定されうる。例えば図3においては、いずれの光束5も中央領域に入射せずに環状領域にのみ入射するよう構成された回折光学素子アレイが選択される(なお実際には、例えば分散などの効果により中央領域の強度はゼロよりも大きくなりうる)。回折素子4を適切に選択することにより、例えば双極照明及び四極照明等のその他の位置強度分布を断面に形成することもできる。ズームレンズやアキシコン等の光学素子を付加して(図示せず)、放射ビームの角分布を更に修正してもよい。
図4は、瞳面分布を選択するために使用される個別制御可能素子アレイ33を模式的に示す。光源31(図1のLAに等しい)は、断面が比較的小さくかつコリメートされた放射ビームを出力する。この放射ビームはシャッタ11を通過する。放射ビームはさらにビーム発散光学系32を通る。ビーム発散光学系32は、反射性素子33a−eのアレイ33の大きさに相当する大きさにビームサイズを大きくする。放射ビーム発散光学系32は、コリメートされたビームを出力してもよい。拡大された放射ビームサイズは、すべての反射性素子33a−eに放射ビームが入射するのに十分な大きさであってもよい。図4においては一例として、拡大された放射ビームの3つのサブビームを示している。
第1のサブビームが1つの反射性素子33bに入射する。アレイ33のその他の反射性素子33a、33c−eも同様であるが、反射性素子33bは、サブビームが所望の方向に反射されるよう向きが調整され制御される。方向変更光学系16は、放射ビーム断面18においてサブビームが所望の点または領域に入射するようにサブビームの方向を変える。方向変更光学系16はフォーカスレンズを備えてもよい。断面18は瞳面に一致していてもよい。瞳面は、イルミネータ(図4においては図示せず)の他の部位に対して仮想的な放射源として機能する。図4に示される他のサブビームは、反射性素子33c、33dにより反射され、平面18の他の位置に入射するよう方向変更光学系16により方向が変更される。反射性素子33a乃至33eの向きを制御することにより、断面18に任意の空間的強度分布を形成することが可能となる。
図4は5つの反射性素子33a−eを示しているにすぎないが、アレイ33は多数の反射性素子を備えてもよい。反射性素子は例えば2次元の格子状に配列される。例えば、アレイ33は1024個(例えば32×32)または4096個(例えば64×64)のミラーを備えてもよいし、あるいはその他の適切な数のミラーを備えてもよい。複数のミラーアレイが使用されてもよい。例えば32×32のミラーを有するミラーアレイを4つ含むグループを使用してもよい。本明細書においてアレイという用語は、単一のアレイを意味してもよいし複数のミラーアレイのグループを意味してもよい。
図5は、リソグラフィ装置のイルミネータにより生成される瞳面での空間的な強度分布を示す。図5は、複数のサブビームを用いて空間的強度分布を生成する原理を模式的に示す図であると理解することができる。図5に示される平面は放射ビームの断面であり、例えば図4の断面18に一致する。図5は、環状の瞳面分布21を示し、15個の円形領域23が放射ビームのサブビームを表している。サブビームはそれぞれが異なる反射性素子により方向が変更されたビームである。各放射サブビームにより環状の瞳面分布が形成される。図5は15個の円形領域23しか示していないが、これは図を簡単にするためにすぎない(実際には円形領域が輪帯モード21の全体を満たす)。
放射ビームのサブビームは断面領域における所望の位置に方向付けることができるので、あらゆる照明プロファイルを生成することが可能である。例えば、従来の瞳面分布であると言える輪帯モード、双極モード、四極モード等の瞳面分布を生成することができる。コントローラCTは反射性素子の向きを制御することにより、放射ビームに与える照明モードを決定する。
図6は、反射性素子の一例を模式的に示す。この反射性素子は例えば、図4に模式的に示される反射性素子アレイの一部を構成する。反射性素子アレイは例えば、1000以上の反射性素子を備えてもよい。これらの反射性素子は、放射ビームに交差する平面に格子状に配列されていてもよい。図6においては、1つの反射性素子を上から見た図を左側に示し、右側には斜視図を示す。図を簡単にするために図6の上面図における詳細の一部が斜視図には含まれていない。反射性素子は、長方形の反射表面領域を有するミラー61を備える。一般にはミラーはいかなる形状を有していてもよく、例えば正方形、長方形、円形、六角形等であってもよい。ミラー61は、回転接続部65を介して支持部材63に接続される。ミラー61は、支持部材63に対して回転させられる。この回転は、第1の軸であるX軸(破線で示す)のまわりの回転である。支持部材63は、基板(図示せず)に支持される複数の脚部67に回転可能に接続される。支持部材は第2の軸であるY軸(破線で示す)のまわりに回転させられる。よって、X軸まわり及びY軸まわりの回転を組み合わせてミラー61の向きを変化させることが可能である。
ミラー61の向きは、複数の静電アクチュエータ71を使用してコントローラCTにより制御されてもよい。静電アクチュエータ71は、電荷が付与されるプレートを備える。電荷による静電的な引力がミラーを引きつける。よって、電荷に応じてミラーの向きが変化する。ミラー61の向きのフィードバック制御をするために1つまたは複数のセンサが設けられてもよい。センサは例えば、光学的センサであってもよいし、静電容量フィードバックセンサであってもよい。静電アクチュエータとして使用されるプレートは、静電容量フィードバックセンサとしても機能してもよい。図6においては2つの静電アクチュエータ71が示されているが、これよりも多くのアクチュエータまたはこれよりも少ないアクチュエータが使用されてもよい。アクチュエータはその他の適切ないかなる形式であってもよい。例えば1つまたは複数の圧電アクチュエータが使用されてもよい。
ミラー61の向きは、半球上の任意の所望の方向に入射放射ビームを反射するよう調整することができる。図6に示される形式の反射性素子または他の形式の反射性素子ついては、米国特許第6,031,946号に更に詳しく開示されている。
反射性素子アレイにより、プレート式の瞳面分布調整に比べてかなり高速に複数の瞳面分布を切り替えることができる。この切替はコントローラCTにより制御される。
ポッケルスセルと反射性素子アレイの瞳面分布アジャスタとの組合せにより、従来のリソグラフィ装置では達成不可能(または事実上実現不能または困難)であった基板露光を実現することができる。例えば、四極の瞳面分布を有する放射においてある極をTE偏光とし他の極をTM偏光として基板に投影することができる(図7a参照)。
これを実現するには例えば、図7bに示される第1の双極瞳面分布を反射性素子アレイで形成しかつ放射ビームがTM偏光とされるようポッケルスセルに電圧を与える。そしてある時間経過後に、図7cに示される第2の双極瞳面分布が形成されるよう反射性素子アレイを調整しかつ放射ビームがTE偏光とされるようポッケルスセルへの電圧を調整する。上述の時間が再度経過したら、反射性素子アレイ及びポッケルスセルは第1の双極瞳面分布及びTM偏光をもたらすよう再度調整される。図7bに示されるモード及び偏光状態と図7cに示されるモード及び偏光状態との切替が複数回実行される。このようにして、図7aに示される四極瞳面分布及び偏光状態の組合せを基板に与えられる。
図7aに示される四極瞳面分布においては、各極の偏光は光軸からその極に向けて延びる半径に実質的に垂直方向である。これにより、(先行技術で一般に見られるような)各極の偏光が同方向である四極瞳面分布に比べて良好な結像特性を実現することができる。
本発明の一実施形態を用いて偏光状態及び瞳面分布のその他の組合せを実現することもできる。例えば図8に示すように、モードの中央に放射を追加してもよい。この追加された放射は所望の偏光状態を有してよく、例えばTE偏光とTM偏光との間の直線偏光であってもよい。代替例としては図9に示されるように、8極瞳面分布を得ることもできる。ここで、各極の偏光は光軸からその極に延びる半径に実質的に垂直であってもよい。図9の照明モードにおいては、放射ビームは各々が異なる偏光状態である4つの双極瞳面分布に切り替えられてもよい。そうして図9の照明モードが形成される。TE偏光、TM偏光、及びその他の偏光状態が他の瞳面分布と組み合わされてもよい。
瞳面分布及び偏光状態が特定の組合せ(例えば図7bに示される組合せ)に設定される継続時間は任意の適切な長さであってよい。例えば、放射源SOがパルス源である場合には、1つの放射パルスごとに瞳面分布及び偏光状態が切り替えられるように時間が定められてもよい。例えば放射源のパルス間隔が250マイクロ秒である場合には、ポッケルスセル及び反射性素子アレイの両方がこの時間内に切り替えられる(すなわち、ポッケルスセルに与える電圧を切り替えかつ反射性素子アレイの状態を切り替える)。あるいは、連続する複数のパルスが放射源から切替前に発せられるように時間が定められてもよい。例えば、図7bに示される瞳面分布及び偏光状態に60パルスが割り当てられ、その次の60パルスが図7cに示される瞳面分布及び偏光状態に割り当てられてもよい。その後も同様である。更なる実施例では5パルスで切り替えてもよい。切替は任意のパルスまたは時間で行ってもよい。
偏光状態及び瞳面分布の切替はコントローラCTにより制御されてもよい。コントローラCTは、切替処理全体を調和させる。偏光状態の切替と瞳面分布の切替とが同時または実質的に同時となるよう切替処理は同期または実質的に同期されていてもよい。例えば、コントローラは偏光状態及び瞳面分布の切替を同時に開始してもよい。この場合、瞳面分布の切替前に偏光状態の切替が完了する可能性が高い(ポッケルスセルのほうが反射性素子アレイの動作よりも速く切り替わると考えられる)。よって、コントローラは、偏光状態の切替開始前に瞳面分布の切替を開始してもよい。この場合例えば、瞳面分布及び偏光状態の切替完了が同時または実質的に同時となるようにしてもよい。
切替までの継続時間を十分に短くすることにより1つの瞳面分布及び偏光状態の組合せが基板上の1つの位置に与えられることを保証することが好ましい場合がある。言い換えれば、第1の偏光状態及び瞳面分布の組合せを基板の第1の位置に与え、第2の偏光状態及び瞳面分布の組合せを基板の第2の位置に与えることが好ましい。例えば、露光領域(例えば1つのダイ)の第1の部位が第1の偏光状態及び瞳面分布の組合せを受光し、その露光領域の第2の部位が第2の偏光状態及び瞳面分布の組合せを受光してもよい。あるいは、露光領域の第1の部位が第1の偏光状態及び瞳面分布の組合せ及び第2の偏光状態及び瞳面分布の組合せを受光し、その露光領域の第2の部位が第3の偏光状態及び瞳面分布の組合せ(または第1の偏光状態及び瞳面分布の組合せ、または第2の偏光状態及び瞳面分布の組合せ)を受光してもよい。これらのさまざまな組合せは例えば、リソグラフィ装置がスキャン式のリソグラフィ装置である場合に可能である。
本発明の一実施形態は、(図1を参照して説明した)二重露光によるダブルパターニングと組み合わせて使用してもよい。この場合、1回目の露光で使用される瞳面分布及び偏光状態を、2回目の露光で使用される瞳面分布及び偏光状態とは異ならせることが好ましい。このとき、本発明の一実施形態は、第1のマスクと第2のマスクとを切り替えるのに要する時間に瞳面分布及び偏光状態を切り替えるために使用されてもよい。マスクレスリソグラフィシステムが使用される場合には、本発明の一実施形態は、プログラマブルミラーアレイ上で第1のパターンと第2のパターンとを切り替えるのに要する時間に瞳面分布及び偏光状態を切り替えるために使用されてもよい。
通常、ポッケルスセルの切替は十分に高速であり放射パルス間に行うことが可能であるが、反射性素子アレイの切替はパルス間に完了できない場合がある。この場合、反射性素子アレイが切替中の状態であるときに放射パルスが入射するおそれがある。よって、リソグラフィ装置のパターニングデバイス(例えばレチクル)に形成されるパターンは、切替の際の中間的な瞳面分布の放射がいくらか入射しうることを考慮して設計されていてもよい。
上述の本発明の実施形態は反射性素子アレイを用いて説明している。反射性素子アレイは、ミラーアレイを備えてもよいし、回折素子アレイを備えてもよい。あるいはその他の適切ないかなるアレイを備えてもよい。各素子は個別的に制御可能であってもよい。
本発明の特定の実施形態をいくつか説明したが、本発明は他の形式でも実施可能であると理解されたい。本明細書は本発明を限定することを意図するものではない。

Claims (7)

  1. マスクレスリソグラフィ装置であって、
    パルス化されている放射ビームを調整する照明系と
    放射ビームの断面にパターンを与えるプログラム可能パターニングデバイスを支持する支持構造と、
    基板を保持する基板テーブルと、
    パターンが与えられた放射ビームを基板に投影する投影系と、を備え
    前記照明系は、放射ビームの偏光を調整する偏光子と、該偏光子によって偏光が調整された放射ビームの前記照明系の瞳面での分布を調整する瞳面分布アジャスタと、該瞳面分布アジャスタによって調整された放射ビームを前記プログラム可能パターニングデバイスに合焦させる結合光学系と、を備え、前記照明系の瞳面は前記結合光学系の前側焦点面に実質的に一致しており、
    前記偏光子は、放射ビームの偏光を制御するポッケルスセルを備え、
    前記瞳面分布アジャスタは、前記ポッケルスセルによって偏光が制御された放射ビームの前記照明系の瞳面での分布を制御する個別的に制御可能な反射性素子のアレイを備え、該個別的に制御可能な反射性素子のアレイは、ミラーアレイを備え、
    前記マスクレスリソグラフィ装置は、前記ポッケルスセル及び前記個別的に制御可能な反射性素子のアレイを動作させるコントローラをさらに備え、
    前記コントローラは、前記プログラム可能パターニングデバイスに第1の露光のための第1のパターンが存在するときに、連続する複数の放射パルスを含む継続時間第1の偏光状態及び第1の双極瞳面分布が放射ビームに与えられ、連続する複数の放射パルスを含む継続時間第2の偏光状態及び第2の双極瞳面分布が放射ビームに与えられ、パルス間隔において第1の偏光状態及び第1の双極瞳面分布と第2の偏光状態及び第2の双極瞳面分布とが切り替えられるように、前記ポッケルスセル及び前記個別的に制御可能な反射性素子のアレイの動作を整合させることを特徴とするリソグラフィ装置。
  2. 前記第1の偏光状態は、TE偏光及びTM偏光の一方であり、前記第2の偏光状態は、TE偏光及びTM偏光の他方であり、
    前記コントローラは、前記第1の露光のために、前記第1の偏光状態及び第1の双極瞳面分布と、前記第2の偏光状態及び第2の双極瞳面分布と、第3の偏光状態及び第3の瞳面分布に切り替えられるように、前記ポッケルスセル及び前記個別的に制御可能な反射性素子のアレイの動作を整合させ、
    前記第3の偏光状態は、TE偏光とTM偏光との間の直線偏光であり、前記第3の瞳面分布は、瞳面分布の中央に放射をもつことを特徴とする請求項に記載のリソグラフィ装置。
  3. 前記コントローラは、前記第1の露光のために、各々が異なる偏光状態である4つの双極瞳面分布に切り替えられるように、前記ポッケルスセル及び前記個別的に制御可能な反射性素子のアレイの動作を整合させることを特徴とする請求項1または2に記載のリソグラフィ装置。
  4. 前記コントローラは、前記反射性素子のアレイの個々の反射性素子に入射し当該反射性素子により反射されたサブビームが所望の方向に向けられるように各反射性素子の反射表面の回転角度を制御し、
    前記瞳面分布アジャスタは、前記反射性素子のアレイの大きさに相当する大きさにビームサイズを大きくするビーム発散光学系と、各反射性素子からのサブビームが前記照明系の瞳面において所望の点または領域に入射するように当該サブビームの方向を変えるための方向変更光学系と、を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
  5. 前記コントローラは、偏光状態の切替開始前に瞳面分布の切替を開始することにより、第1の偏光状態から第2の偏光状態への切替完了と、第1の瞳面分布から第2の瞳面分布への切替完了とが実質的に同時となるようにすることを特徴とする請求項乃至のいずれかに記載のリソグラフィ装置
  6. 前記プログラム可能パターニングデバイスは、二重露光によりダブルパターニングを行うために、第1の露光のための第1のパターンから第2の露光のための第2のパターンに変更可能であり、
    前記コントローラは、前記第1のパターンから第2のパターンへの変更に要する時間に、偏光状態及び瞳面分布を切り替えることを特徴とする請求項乃至のいずれかに記載のリソグラフィ装置
  7. マスクレスリソグラフィ装置を使用するマスクレスリソグラフィ方法であって、該マスクレスリソグラフィ装置は、
    パルス化されている放射ビームを調整する照明系と、
    放射ビームの断面にパターンを与えるプログラム可能パターニングデバイスを支持する支持構造と、
    基板を保持する基板テーブルと、
    パターンが与えられた放射ビームを基板に投影する投影系と、を備え、
    前記照明系は、放射ビームの偏光を調整する偏光子と、該偏光子によって偏光が調整された放射ビームの前記照明系の瞳面での分布を調整する瞳面分布アジャスタと、該瞳面分布アジャスタによって調整された放射ビームを前記プログラム可能パターニングデバイスに合焦させる結合光学系と、を備え、前記照明系の瞳面は前記結合光学系の前側焦点面に実質的に一致しており、
    前記偏光子は、放射ビームの偏光を制御するポッケルスセルを備え、
    前記瞳面分布アジャスタは、前記ポッケルスセルによって偏光が制御された放射ビームの前記照明系の瞳面での分布を制御する個別的に制御可能な反射性素子のアレイを備え、該個別的に制御可能な反射性素子のアレイは、ミラーアレイを備え、
    前記マスクレスリソグラフィ装置は、前記ポッケルスセル及び前記個別的に制御可能な反射性素子のアレイを動作させるコントローラをさらに備えており、
    前記方法は、
    前記コントローラを使用して、前記プログラム可能パターニングデバイスに第1の露光のための第1のパターンが存在するときに、連続する複数の放射パルスを含む継続時間第1の偏光状態及び第1の双極瞳面分布を放射ビームに与えるように、前記ポッケルスセル及び前記個別的に制御可能な反射性素子のアレイの動作を整合させことと、
    前記コントローラを使用して、前記プログラム可能パターニングデバイスに前記第1のパターンが存在するときに、パルス間隔において第1の偏光状態及び第1の双極瞳面分布から第2の偏光状態及び第2の双極瞳面分布に切り替えるように、前記ポッケルスセル及び前記個別的に制御可能な反射性素子のアレイの動作を整合させることと、
    前記コントローラを使用して、連続する複数の放射パルスを含む継続時間第2の偏光状態及び第2の双極瞳面分布を放射ビームに与えるように、前記ポッケルスセル及び前記個別的に制御可能な反射性素子のアレイの動作を整合させることと、を含むことを特徴とする方法。
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