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

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の瞳面分布と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１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１乃至４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１乃至５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。