JP4912686B2 - リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、リソグラフィ装置およびデバイスを作る方法に関する。
リソグラフィ装置は、基板の目標部分上に、所望のパターンを付ける機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使うことができる。その場合、マスクまたはレチクルとも呼ぶ、パターニング装置を使ってこのＩＣの個々の層上に作るべき回路パターンを創成し、このパターンを基板（例えば、シリコンウエハ）上の目標部分（例えば、一つまたは幾つかのダイの一部を含む）に結像することができる。一般的に、単一基板が、順次パターン化する隣接目標部分のネットワークを含む。既知のリソグラフィ装置には、全パターンをこの目標部分上に一度に露光することによって各目標部分を照射する、所謂ステッパと、このパターンを投影ビームによって、与えられた方向（“走査”方向）に走査することによって各目標部分を照射し、一方、この基板をこの方向と平行または逆平行に同期して走査する、所謂スキャナがある。
リソグラフィに於ける新しい装置および方法の開発は、基板上にパターン化した、ラインおよびコンタクトホールまたはバイアホールのような、結像形態の解像度の改善に繋がり、事によると５０ｎｍ未満の解像度に繋がった。これは、例えば、比較的高開口数（ＮＡ）の投影システム（０．７５ＮＡ超）、１９３ｎｍ以下の波長、並びに位相シフトマスク、特殊照明および最新式フォトレジスト処理のような過剰な技術を使えば達成することができる。
しかし、コンタクトホールのような或る小さい形態は、製作するのが特に困難である。波長以下の解像度での製造プロセスの成功は、低変調像をプリントする性能、またはこの像変調を許容できるリソグラフィ収率を与えるレベルまで向上する性能に依る。
典型的に、この業界は、プロセスの限界寸法（ＣＤ）および焦点深度（ＤＯＦ）能力を評価するためにレイリー基準を使っている。このＣＤおよびＤＯＦの大きさは、次の式によって与えることができる。
ＣＤ＝ｋ１（λ／ＮＡ）
および
ＤＯＦ＝ｋ２（λ／ＮＡ２）
但し、λは、照明放射線の波長、ｋ１およびｋ２は、特定のリソグラフィプロセスの定数、およびＮＡは、開口数である。
ＣＤ＝ｋ１（λ／ＮＡ）
および
ＤＯＦ＝ｋ２（λ／ＮＡ２）
但し、λは、照明放射線の波長、ｋ１およびｋ２は、特定のリソグラフィプロセスの定数、およびＮＡは、開口数である。
解像限界でのリソグラフィに関連する課題に対する洞察力を与える追加の基準には、露光ラチチュード（ＥＬ）、稠密：孤立バイアス（ＤＩＢ）、およびマスク誤差増大係数（ＭＥＥＦ）がある。この露光ラチチュードは、プリントしたパターンの限界寸法（ＣＤ）が許容限界内である百分率線量範囲を表す。例えば、この露光ラチチュードは、プリントしたラインに１０％の変化を生じる露光線量の変化と定義してもよい。露光ラチチュードは、リソグラフィに於けるプリント形態の信頼性の尺度である。それは、プロセスウインドウ、即ち、最終レジストプロフィルを所定の仕様内に保つ合焦および露光の範囲を決めるためにＤＯＦと共に使う。稠密：孤立バイアスは、類似形態間の、パターン密度に依る、サイズ差の尺度である。最後に、ＭＥＥＦは、如何にパターニング装置ＣＤ誤差が基板ＣＤ誤差に伝えられるかを表す。
リソグラフィの動向の中の一つは、使用する波長を下げ、開口数を増し、および／またはｋ１の値を減らすことによってＣＤを小さくすることである。しかし、開口数を増すことは、ＤＯＦの減少にも繋がり、それが結局プロセスラチチュードの制限に繋がることがあるだろう。これは、上の二つの式を組合わせて次の式を得ることによっても理解できる。
ＤＯＦ＝（ｋ２／ｋ１ ２）（ＣＤ２／λ）。
ＤＯＦ＝（ｋ２／ｋ１ ２）（ＣＤ２／λ）。
この式から、ＣＤの減少、即ち、解像度の向上は、ＤＯＦの減少に繋がり、それは大抵のリソグラフィプロセスで、および特にコンタクトホールをプリントするプロセスで望ましくない。
本発明の一態様によれば、リソグラフィ装置であって、放射線ビームを所望のパターンに従ってパターン化するように構成したパターニング装置を保持するように構成した支持構造体、基板を保持するように構成した基板テーブル、およびこのパターン化したビームをこの基板の目標部分上に投影するように構成し投影システムを含むリソグラフィ装置が提供される。このリソグラフィ装置は、更に、この放射線ビームの経路に配置した偏光変更子を含む。この偏光変更子は、複屈折性が放射状に変化する材料を含む。
本発明の別の態様によれば、リソグラフィ装置であって、放射線ビームを所望のパターンに従ってパターン化するように構成したパターニング装置を保持するように構成した支持構造体、基板を保持するように構成した基板テーブル、およびこのパターン化したビームをこの基板の目標部分上に投影するように構成し投影システムを含むリソグラフィ装置が提供される。このリソグラフィ装置は、更に、この放射線ビームの経路に配置した偏光変更子を含む。この偏光変更子は、複屈折性が放射状に連続的に変化する材料を含む。
本発明の更に別の態様によれば、デバイスを製造するための方法が提供される。この方法は、パターン化した放射線ビームを、複屈折性が放射状に変化する材料を含む偏光変更子を通して基板の目標部分上へ投影する工程を含む。
この本文では、ＩＣの製造でリソグラフィ装置を使用することを具体的に参照するかも知れないが、ここで説明するリソグラフィ装置は、集積光学システム、磁区メモリ用誘導検出パターン、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造のような、他の用途があることを理解すべきである。当業者は、そのような代替用途の関係で、ここで使う“ウエハ”または“ダイ”という用語のどれも、それぞれ、より一般的な用語“基板”または“目標部分”と同義と考えてもよいことが分るだろう。ここで言及する基板は、露光の前または後に、例えば、トラック（典型的には基板にレジストの層を付け且つ露光したレジストを現像する器具）、計測器具および／または検査器具で処理してもよい。該当すれば、この開示をそのようなおよび他の基板処理器具に適用してもよい。更に、この基板を、例えば、多層ＩＣを創るために、一度を超えて処理してもよく、それでここで使う基板という用語は既に多重処理した層を含む基板も指すかも知れない。
ここで使用する“放射線”および“ビーム”という用語は、紫外（ＵＶ）放射線（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの波長を有する）および超紫外（ＥＵＶ）放射線（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、並びにイオンビームまたは電子ビームのような、粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射線を包含する。
ここで使う“パターニング装置”という用語は、ビームの断面に、この基板の目標部分に創るようなパターンを与えるために使うことができるあらゆる装置を指すと広く解釈すべきである。このビームに与えたパターンは、基板の目標部分の所望のパターンと厳密には対応しないかも知れないことに注目すべきである。一般的に、ビームに与えたパターンは、集積回路のような、この目標部分に創るデバイスの特別の機能層に対応するだろう。
パターニング装置は、透過性でも反射性でもよい。パターニング装置の例には、マスク、プログラム可能ミラーアレイ、およびプログラム可能ＬＣＤパネルがある。マスクは、リソグラフィでよく知られ、二値、交互位相シフト、および減衰位相シフトのようなマスク型、並びに種々のハイブリッドマスク型がある。プログラム可能ミラーアレイの一例は、小型ミラーのマトリックス配置を使用し、入射放射線ビームを異なる方向に反射するようにその各々を個々に傾斜することができ、この様にして反射したビームにパターンを付ける。
この支持構造体は、パターニング装置を、その向き、リソグラフィ装置の設計、および、例えば、パターニング装置が真空環境に保持されているかどうかのような、その他の条件に依る方法で保持する。この支持体は、機械的クランプ、真空またはその他のクランプ手法、例えば真空条件下の静電的クランプを使うことができる。この支持構造体は、フレームまたはテーブルでもよく、例えば、それらを必要に応じて固定または可動でもよく、且つこのパターニング装置が、例えば投影システムに関して、所望の位置にあることを保証してもよい。ここで使う“レチクル”または“マスク”という用語のどれも、より一般的な用語“パターニング装置”と同義と考えてもよい。
ここで使う“投影システム”という用語は、使用する露光放射線に対して、または浸漬液の使用または真空の使用のような他の要因に対して適宜、屈折式光学システム、反射式光学システム、および反射屈折式光学システムを含む、種々の型式の投影システムを包含するように広く解釈すべきである。ここで使う“投影レンズ”という用語のどれも、より一般的な用語“投影システム”と同義と考えてもよい。
この照明システムは、放射線を指向し、成形し、または制御するための、屈折式、反射式、および反射屈折式光学部品含む、種々の型式の光学部品も包含してよく、そのような部品を以下で、集合的にまたは単独に、“レンズ”と呼ぶかも知れない。
このリソグラフィ装置は、二つ（二段）以上の基板テーブル（および／または二つ以上の支持構造体）を有する型式でもよい。そのような“多段”機械では、追加のテーブルまたは支持体を並列に使ってもよく、または準備工程を一つ以上のテーブルまたは支持体で行い、一方他の一つ以上のテーブルを露光用に使ってもよい。
このリソグラフィ装置は、投影システムの最終素子と基板の間のスペースを埋めるように、この基板の表面を比較的屈折率の高い液体、例えば水に浸漬する型式でもよい。浸漬液をこのリソグラフィ装置の他のスペース、例えば、パターニング装置と投影システムの最初の素子との間にも加えてよい。浸漬法は、投影システムの開口数を増すためにこの技術でよく知られている。
ここで説明した方法は、ソフトウェア、ハードウェアまたはその組合せとして実施してもよい。或る実施例では、コンピュータシステムで実行すると、そのコンピュータシステムにここで説明した方法のどれかまたは全てを遂行するように指令するプログラムコードを含むコンピュータプログラムを提供する。
本発明のこれらおよびその他の態様は、添付の図面と共に検討すれば、この発明の現実施例の以下に示す詳細な説明からより明白になり且つより容易に理解できよう。
図１は、この発明の特定の実施例によるリソグラフィ装置を概略的に図示する。この装置は、
放射線ビームＰＢ（例えば、ＵＶ放射線）を調整するようにした照明システム（照明器）ＩＬ、
パターニング装置（例えば、マスク）ＭＡを支持するように構成し、且つこのパターニング装置を部材ＰＬに関して正確に位置決めするように構成した第１位置決め装置ＰＭに結合した支持構造体（例えば、マスクテーブル）ＭＴ、
基板（例えば、レジストを塗被したウエハ）Ｗを保持するように構成し、且つこの基板を部材ＰＬに関して正確に位置決めするように構成した第２位置決め装置ＰＷに結合した基板テーブル（例えば、ウエハテーブル）ＷＴ、および
パターニング装置ＭＡによってビームＰＢに与えたパターンを基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、一つ以上のダイを含む）上に結像するようにした投影システム（例えば、屈折性投影レンズシステム）ＰＬを含む。
放射線ビームＰＢ（例えば、ＵＶ放射線）を調整するようにした照明システム（照明器）ＩＬ、
パターニング装置（例えば、マスク）ＭＡを支持するように構成し、且つこのパターニング装置を部材ＰＬに関して正確に位置決めするように構成した第１位置決め装置ＰＭに結合した支持構造体（例えば、マスクテーブル）ＭＴ、
基板（例えば、レジストを塗被したウエハ）Ｗを保持するように構成し、且つこの基板を部材ＰＬに関して正確に位置決めするように構成した第２位置決め装置ＰＷに結合した基板テーブル（例えば、ウエハテーブル）ＷＴ、および
パターニング装置ＭＡによってビームＰＢに与えたパターンを基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、一つ以上のダイを含む）上に結像するようにした投影システム（例えば、屈折性投影レンズシステム）ＰＬを含む。
ここに描くように、この装置は、透過型（例えば、透過性のマスクを使用する）である。その代りに、この装置は、反射型（例えば、上に言及した型式のプログラム可能ミラーアレイを使用する）でもよい。
照明器ＩＬは、放射線源ＳＯから放射線ビームを受ける。この線源とリソグラフィ装置は、例えば、線源がエキシマレーザであるとき、別々の存在であってもよい。そのような場合、この線源がリソグラフィ装置の一部を形成するとは考えられず、放射線は、線源ＳＯから、例えば適当な指向ミラーおよび／またはビーム拡大器を含むビーム送出システムＢＤを使って、照明器ＩＬへ送られる。他の場合、例えば、線源が水銀灯であるとき、線源がこの装置の一部分であってもよい。この線源ＳＯと照明器ＩＬは、もし必要ならビーム送出システムＢＤと共に、放射線システムと呼んでもよい。
照明器ＩＬは、このビームの角強度分布を調整するための調整装置ＡＭを含んでもよい。一般的に、この照明器の瞳面での強度分布の少なくとも外側および／または内側半径方向範囲（普通、それぞれ、σ外側およびσ内側と呼ぶ）を調整できる。その上、照明器ＩＬは、一般的にインテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯのような、種々の他の部品を含む。この照明器は、その断面に所望の均一性および強度分布を有する、投影ビームＰＢと呼ぶ、状態調節した放射線ビームを提供する。
投影ビームＰＢは、支持構造体ＭＴ上に保持されたパターニング装置ＭＡに入射する。パターニング装置ＭＡを横断してから、投影ビームＰＢは、投影システムＰＬを通過し、それがこのビームを基板Ｗの目標部分Ｃ上に集束する。第２位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計測装置）を使って、基板テーブルＷＴを、例えば、異なる目標部分ＣをビームＰＢの経路に配置するように、正確に動かすことができる。同様に、例えば、マスクライブラリから機械的に検索してから、または走査中に、第１位置決め装置ＰＭおよびもう一つの位置センサ（図１にはっきりとは示さず）を使ってパターニング装置ＭＡをビームＰＢの経路に関して正確に配置することができる。一般的に、支持構造体ＭＴの移動は、位置決め装置ＰＭおよびＰＷの一つまたは両方の一部を形成する、長ストロークモジュール（粗位置決め）および短ストロークモジュール（微細位置決め）を使って実現する。しかし、ステッパの場合は（スキャナと違って）、支持構造体ＭＴを短ストロークアクチュエータに結合するだけでもよく、または固定してもよい。パターニング装置ＭＡおよび基板Ｗは、パターニング装置整列マークＭ１、Ｍ２および基板整列マークＰ１、Ｐ２を使って整列してもよい。
図示する装置は、以下の好適モードで使うことができる。
１．ステップモードでは、投影ビームに与えた全パターンを目標部分Ｃ上に一度に（即ち、単一静的露光で）投影しながら、支持構造体ＭＴおよび基板テーブルＷＴを本質的に固定して保持する。次に基板テーブルＷＴをＸおよび／またはＹ方向に移動して異なる目標部分Ｃを露光できるようにする。ステップモードでは、露光領域の最大サイズが単一静的露光で結像する目標部分Ｃのサイズを制限する。
２．走査モードでは、投影ビームに与えたパターンを目標部分Ｃ上に投影（即ち、単一動的露光）しながら、支持構造体ＭＴおよび基板テーブルＷＴを同期して走査する。支持構造体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（縮）倍率および像反転特性によって決る。走査モードでは、露光領域の最大サイズが単一動的露光での目標部分の（非走査方向の）幅を制限し、一方走査運動の長さが目標部分の（走査方向の）高さを決める。
３．もう一つのモードでは、プログラム可能パターニング装置を保持する支持構造体ＭＴを本質的に固定し、投影ビームに与えた全パターンを目標部分Ｃ上に投影しながら、基板テーブルＷＴを動かしまたは走査する。このモードでは、一般的にパルス化した放射線源を使用し、プログラム可能パターニング装置を基板テーブルＷＴの各運動後または走査中の連続する放射線パルスの間に必要に応じて更新する。この作動モードは、上に言及した型式のプログラム可能ミラーアレイのような、プログラム可能パターニング装置を利用するマスクレス・リソグラフィに容易に適用できる。
１．ステップモードでは、投影ビームに与えた全パターンを目標部分Ｃ上に一度に（即ち、単一静的露光で）投影しながら、支持構造体ＭＴおよび基板テーブルＷＴを本質的に固定して保持する。次に基板テーブルＷＴをＸおよび／またはＹ方向に移動して異なる目標部分Ｃを露光できるようにする。ステップモードでは、露光領域の最大サイズが単一静的露光で結像する目標部分Ｃのサイズを制限する。
２．走査モードでは、投影ビームに与えたパターンを目標部分Ｃ上に投影（即ち、単一動的露光）しながら、支持構造体ＭＴおよび基板テーブルＷＴを同期して走査する。支持構造体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（縮）倍率および像反転特性によって決る。走査モードでは、露光領域の最大サイズが単一動的露光での目標部分の（非走査方向の）幅を制限し、一方走査運動の長さが目標部分の（走査方向の）高さを決める。
３．もう一つのモードでは、プログラム可能パターニング装置を保持する支持構造体ＭＴを本質的に固定し、投影ビームに与えた全パターンを目標部分Ｃ上に投影しながら、基板テーブルＷＴを動かしまたは走査する。このモードでは、一般的にパルス化した放射線源を使用し、プログラム可能パターニング装置を基板テーブルＷＴの各運動後または走査中の連続する放射線パルスの間に必要に応じて更新する。この作動モードは、上に言及した型式のプログラム可能ミラーアレイのような、プログラム可能パターニング装置を利用するマスクレス・リソグラフィに容易に適用できる。
上に説明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った使用モードも使ってよい。
解像度を増すために投影システムに高開口数を、例えば、非偏光照明を使う乾式投影システムに０．９３の開口数を使うとき、これは、対称的であるが比較的小さい焦点深度に繋がることがある。
これを、例えば、図３Ａおよび図３Ｂに図示し、それは、開口数０．９３の投影システムを屈折率１．８のレジスト材料上へ三次元合焦し、この投影システムと基板の間に約１に等しい屈折率の媒体がある（即ち、乾式投影システム）シミュレーションの結果を示す。このシミュレーションでは、完全な投影システム、即ち、収差のない投影システムを仮定し、全てのシミュレーションを１９３．３６ｎｍの放射線波長で行う。しかし、上記およびこの他のパラメータは、可能なパラメータの一組に過ぎず、他の可能なパラメータの組が本発明の範囲内にあることを理解すべきである。例えば、波長を、例えば、約１５７ｎｍのような、別の波長値に選ぶことができる。
本説明の目的で、レジスト層を有する基板がＸＹ平面にあり、投影ビームがＺ座標に沿って伝播すると仮定する。図２は、焦点計算のための幾何学的関係を示し、そこでこの座標（ｐ，ｑ）は瞳座標を表し、Ｅは電磁界ベクトルであり、ｋは伝播ベクトルであり、θは、図２では射出瞳にあるレンズによって概略的に表す、この投影システムによる放射線ビームの集束を表す角度であり、φはベクトルＥおよびｋが作る平面とＸ座標の間の方位角であり、並びにｎは、放射線ビームが基板表面（ＸＹ平面で）に達するために通過する媒体の屈折率である。
図３Ａは、ＸＺ平面での最良合焦付近での種々の合焦点での投影ビームの強度分布を示し、図３Ｂは、ＹＺ平面での最良合焦付近での種々の合焦点での投影ビームの強度分布を示す。合焦点の位置は、三つの座標Ｘ、ＹおよびＺでマップにし、このＺ座標は、焦点範囲（例えば、焦点深度）を表し、各合焦点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）での強度をカラーまたはグレーの明度によって与える。この強度分布の中心でのグレーまたはカラーの最暗明度は、最大強度（この強度は、約０．９）に対応する。図３Ａおよび図３Ｂの右側のカラーまたはグレースケールは、この強度の尺度を示す。
図３Ａおよび図３Ｂに示すシミュレーションの結果で、許容できる合焦の全範囲、即ち、結果としてプリントした形態を多種多様な仕様（例えば、ライン幅、側壁角、レジスト損失、および／または露光ラチチュード）内に保つ合焦の範囲である焦点深度がＺ座標で約−２００と約２００の間にあり、最良合焦が０にある。
開口数を、例えば、投影システムと基板の間に浸漬液として水（屈折率１．４４の）を使うことをシミュレートすることによって、１．２に増すとき、このシミュレーションによって先に得た強度分布は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように変る。
図４Ａは、ＸＺ平面での最良合焦付近での種々の合焦点での投影ビームの強度分布を示し、図４Ｂは、ＹＺ平面での最良合焦付近での種々の合焦点での投影ビームの強度分布を示す。合焦点の位置は、三つの座標Ｘ、ＹおよびＺでマップにし、このＺ座標は、焦点範囲を表し、各合焦点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）での強度をカラーまたはグレーの明度によって与える。この強度分布の中心でのグレーまたはカラーの最暗明度は、最大強度（この強度は、約０．８）に対応する。図４Ａおよび図４Ｂの右側のカラーまたはグレースケールは、この強度の尺度を示す。
図４Ａおよび図４Ｂに示すシミュレーションの結果で、焦点深度がＺ座標で約−２００と約２００の間にあり、最良合焦が０にある。焦点深度が小さいと、与えられたプロセスのプロセスウインドウを小さくする。この問題は、このプロセスが現実に３次元であるコンタクトホールを結像することを含むとき、コンタクトホールの結像は、プロセスウインドウの点から見るとより慎重な配慮が必要かも知れないので、より深刻になる。
この焦点深度を改善するために、偏光を使って焦点深度を増すことを提案する。これは、二つの直交するように偏光した焦点を互いに関して横に変位することによって達成する。これら二つの直交するように変位した焦点の重ね合せは、複合焦点を形成し、焦点深度が増す。
この発明の一実施例では、直線的複屈折材料から作った、放射状に変化する（例えば、増加する）線形複屈折性の偏光変更子を結像システムに挿入して焦点深度を増す。或る実施例では、そのような偏光変更子が遅延子である。
方解石（ＣａＣＯ３）のような、直線的複屈折材料は、全単色放射線ビームを直交偏光の二つのビームに分割する。これらのビームは、異なる方向に伝播し、伝播速度が異なる。この複屈折材料が一軸性であるか二軸性であるかに依って、この材料内でビームが共線的のままであって同じ速度で伝播を続ける、一つまたは二つの方向があるだろう。これらの方向を光学軸方向と呼ぶ。例えば、この材料が平行平面板であり、このビームがこれらの光学軸と共線的でないならば、この放射線は、二つの別々の、直交するように偏光したビームとして出現するだろう。複屈折結晶内の二つのビームは、それぞれ、常光線および異常光線と呼ぶ。この異常光線の偏光は、このビームの伝播方向およびこの光学軸を含む平面内にあり、常光線の偏光は、この平面と垂直である。
図５は、線形複屈折性が放射状に増加（例えば、二次的に増加）する偏光変更子を示す。図５の右のカラーまたはグレースケールは、複屈折性の大きさの尺度を示し、最低値が０、最高値が１００である。瞳座標ｐおよびｑの関数としてのこの複屈折性の大きさは、次の式によって与えられる。
および向きαは、次の式によって与えられる。
但し、ｎはこの偏光変更子の複屈折材料の屈折率、Δｎは座標（ｐ，ｑ）でのこの屈折率の変化量、ｉは虚数、ＮＡは開口数およびΔφ０はこの開口の縁での遅延値である。
図５の偏光変更子を使ったシミュレーションの結果を、屈折率１．８のレジスト材料上へ開口数０．９３の投影システムで投影し、この投影システムと基板の間に約１に等しい屈折率の媒体がある（即ち、乾式投影システム）場合について図６Ａおよび図６Ｂに示す。このシミュレーションでは、完全な投影システム、即ち、収差のない投影システムを仮定し、全てのシミュレーションを１９３．３６ｎｍの放射線波長で行う。図６Ａは、ＸＺ平面での最良合焦付近での種々の合焦点での投影ビームの強度分布を示し、図６Ｂは、ＹＺ平面での最良合焦付近での種々の合焦点での投影ビームの強度分布を示す。図６Ａで、上合焦点（例えば、Ｚが２００付近の合焦点）がＸ方向に伸びているのが分る。他方、図６Ｂでは、下合焦点（例えば、Ｚが−２００付近の合焦点）がＹ方向に伸びているのが分る。これは、直線偏光合焦が偏光方向に並行と偏光方向に垂直で非対称、即ち、合焦の幅が偏光方向に垂直方向に沿うより偏光方向に沿う方が大きいからである。従って、上焦点は、Ｘ方向に沿って偏光していて、下焦点はＹ座標に沿って偏光している。
開口数を、例えば、投影システムと基板の間に浸漬液として水（屈折率１．４４の）を使うことをシミュレートすることによって、１．２に増すとき、直線複屈折偏光変更子を備える乾式投影システムの場合に得た強度分布は、図７Ａおよび図７Ｂに示すように変る。図７Ａは、ＸＺ平面での最良合焦付近での種々の合焦点での投影ビームの強度分布を示し、図７Ｂは、ＹＺ平面での最良合焦付近での種々の合焦点での投影ビームの強度分布を示す。この焦点の強度の非対称分布は、一般的に乾式投影システムの場合に得たものと同じままである。
しかし、複屈折性を使わずに得た結果（図３Ａおよび図３Ｂ）と乾式投影システムの場合に直線複屈折偏光変更子を使って得た結果（図６Ａおよび図６Ｂ）を比べるとき、焦点深度は、一般的に同じままか、Ｚ方向に僅かに増している。この傾向は、浸漬投影システムの場合にも観察でき、複屈折性を使わずに得た結果（図４Ａおよび図４Ｂ）と乾式投影システムの場合に直線複屈折偏光変更子を使って得た結果（図７Ａおよび図７Ｂ）は、Ｚ方向の焦点深度が一般的に変らないままか、僅かに増えていることを示す。従って、直線複屈折偏光変更子を使っても焦点深度を実質的に増さないが、ＸおよびＹ方向の合焦の幅を増加する。
焦点深度を改善するために、円複屈折性の偏光変更子（例えば、円複屈折性の瞳フィルタ）を、直線複屈折性の偏光変更子の代りに投影システムに挿入する。これは、直線偏光波の焦点の非対称的性質と反対に、円偏光波の焦点が対称的であるという事実が動機となる。
常（Ｏ）光線および異常（Ｅ）光線が等しい方向がある、直線複屈折性を示す材料（方解石のような）と反対に、円複屈折性を示す材料（水晶のような）にはそのような方向がない。円複屈折性結晶の光軸方向は、Ｏ光線とＥ光線に対する屈折率の差が最小の方向である。例えば、水晶板をその光学軸がこの板の表面と直角を成すように切断し、且つ直線偏向した光がこの光学軸と平行に入射するならば、この光線は、２本の共線の、円偏光した光線に分離されるだろう。このＯおよびＥ光線は、円偏光の向きが反対で、異なる速度で進む。この偏光面は、ビームがこの板に貫入すると、この光学軸周りに回転する。この回転量は、この貫入の深さ、および結局はこの板の厚さに正比例する。二つの逆回転円偏光の重ね合せは、中間の楕円偏光状態が何もなしに直線偏光を作る。水晶でのＯおよびＥ光線の偏光は、光軸から少ししか離れない方向に対してさえも円から楕円へ急速に変る。このために、円偏光に依存する装置は、高度に平行にした放射線が光軸方向と平行に伝播するときにだけ典型的に有効である。
円複屈折性の偏光変更子は、左および右円偏光放射線の間に遅延をもたらす光学素子である。或る実施例で、そのような光学素子は、以下のジョーンズ行列を有する回転子である。
但し、この回転角βは、以下の式に従って、半径瞳座標（ｐ，ｑ）、開口数ＮＡ、およびこの開口の縁での回転の値β０に依存する。
或る実施例では、シミュレーションを０．９３に等しい（乾式投影システムに対して）および１．２に等しい（浸漬投影システムに対して）開口数ＮＡで、並びにπに等しいこの開口の縁での回転β０で行う。このシミュレーションの結果を乾式投影システムについて図８Ａおよび図８Ｂに並びに浸漬投影システムについて図９Ａおよび図９Ｂに示す。図８Ａは、ＸＺ平面での最良合焦付近での種々の合焦点での投影ビームの強度分布を示し、図８Ｂは、ＹＺ平面での最良合焦付近での種々の合焦点での投影ビームの強度分布を示す。同様に、図９Ａは、ＸＺ平面での最良合焦付近での種々の合焦点での投影ビームの強度分布を示し、図９Ｂは、ＹＺ平面での最良合焦付近での種々の合焦点での投影ビームの強度分布を示す。
これらの結果から、乾式投影システムに対して、焦点の全体的対称性は維持され、複屈折性を使わずに得た焦点深度（図３Ａおよび図３Ｂ）または直線複屈折偏光変更子を使って得た焦点深度（図６Ａおよび図６Ｂ）に比べて、円複屈折性偏光変更子を使って得た焦点深度（図８Ａおよび図８Ｂ）がほぼ二倍になってることが分る。同様に、浸漬投影システムに対して、焦点の全体的対称性は維持され、複屈折性を使わずに得た焦点深度（図４Ａおよび図４Ｂ）または直線複屈折偏光変更子を使って得た焦点深度（図７Ａおよび図７Ｂ）に比べて、円複屈折性偏光変更子を使って得た焦点深度（図９Ａおよび図９Ｂ）がほぼ二倍になってることが分る。
これらの結果は、更に、上に議論した構成、即ち、複屈折性なし（“空”のラベル付き）、直線複屈折偏光変更子付き（“ＳＢＲ”のラベル付き）および円複屈折性偏光変更子付き（“ＲＯＴ”のラベル付き）に対して、それぞれ、ＸＺ座標およびＹＺ座標での強度線図を示す図１０Ａおよび図１０Ｂで見られる。この強度線図は、０．３の正規化強度値（最大強度に正規化した）で採る。図１０Ａおよび図１０Ｂで分るように、Ｚ方向に伸びの大きい、即ち、焦点深度が大きい、閉曲線は、円複屈折性偏光変更子を使う場合に対応する。
図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１１Ｃは、それぞれ、上に議論した三つの構成、即ち、複屈折性なし、直線複屈折偏光変更子付きおよび円複屈折性偏光変更子付きに対して、ＸＺ平面での乾式投影システムに付いてのボスング曲線のグラフを示す。ボスング曲線は、焦点および露光エネルギーの両方の関数としてライン幅（および事によると他のパラメータ）の変動を示す。このデータは、典型的には異なる露光エネルギーについてライン幅対焦点としてプロットする。これらのボスング曲線から、円複屈折性偏光変更子を使うとき、焦点深度（これらのグラフで横軸）が大きく（最高露光強度で約−４００ｎｍから約４００ｎｍまで）およびＣＤ（これらのグラフで縦軸）が最良合焦位置（合焦位置は０）付近で実質的に対称であることが分る（図１１Ｃ参照）。他方、直線複屈折偏光変更子を使うとき、焦点深度は広い（約−３００ｎｍから約３００ｎｍまで）ことが分るが、しかし、ＣＤは、最良合焦位置付近で対称でない（図１１Ｂ参照）。この場合、ＣＤが合焦の負値に対して小さく（最高露光強度に対して約１００ｎｍ）、合焦の正値に対して大きい（最高露光強度に対して約３００ｎｍ）ことに気づくことができる（図１１Ｂ参照）。複屈折性がない場合、ＣＤは最良合焦付近で実質的に対称（ＣＤ値が約１５０ｎｍで）であるが、焦点深度は、円複屈折性偏光変更子（回転子）を使うときに得た焦点深度に比べて小さい（最高露光強度に対して約−２００ｎｍと約２００ｎｍの間に拡がる）（図１１Ａ参照）。
図１２Ａ、図１２Ｂおよび図１２Ｃは、それぞれ、上に議論した三つの構成、即ち、複屈折性なし、直線複屈折偏光変更子付きおよび円複屈折性偏光変更子付きに対して、ＸＺ平面での乾式投影システムに付いてのボスング曲線のグラフを示す。図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１１Ｃに示した結果同様に、図１２Ａ、図１２Ｂおよび図１２Ｃのボスング曲線も同じ傾向を示し、ＣＤは、円複屈折性偏光変更子を使うとき、最良合焦位置付近で実質的に対称であり、直線複屈折偏光変更子を使うとき、この最良合焦位置付近で対称でなく、円複屈折性偏光変更子を使う焦点深度は、直線複屈折偏光変更子を使うかまたは複屈折性のない場合より全体的に大きい。
一般的に、円複屈折性を変えるために二つのアプローチがある。一つのアプローチは、投影システムの瞳面で円複屈折性を変えることである。この場合、この瞳面で円複屈折性を変えるためにスペース変形素子を使ってもよい。スペース変形素子は、回転が横または半径座標によって変る素子である。もう一つのアプローチは、物体面で円複屈折性を変えることである。この場合、物体面で円複屈折性を変えるために角変形素子を使ってもよい。角変形素子は、回転が伝播角で変る素子である。物体面では、異なる瞳座標をそれらの伝播角によって区別する。
瞳面偏光変更子アプローチの実施例には、スペース変形素子、例えば、微細構造が変形または厚さが高さで二次的に増加または減少する水晶のような光学素子を使うことがある。例えば、図１３に示すように、この光学素子は、この光学素子の中心から縁の方へ厚さの二次的増加を示す。しかし、上に議論したように、水晶の円複屈折性を使うためには、この水晶光学素子の結晶軸をこの光軸と平行に整列しなければならず、およびこの水晶光学素子内の伝播角を２・３度に平行にするかまたは制限しなければならない。従って、これは使用可能なフィールドサイズを制限するかも知れない。
瞳面アプローチのもう一つの実施例には、図１４に示し、２枚の半波長板ＷＰ１およびＷＰ２を含み、これら２枚の半波長板ＷＰ１およびＷＰ２のそれぞれの結晶軸Ａ１およびＡ２がこの開口の縁の方へ二次的に増加する角度α／２を囲む、回転子を使うことがある。
物体面アプローチの実施例には、純粋円複屈折性の結晶を使うことまたはダイヤモンドコーティングのような複屈折性コーティングを使うことまたは右手および左手カイラル薄膜を使うことがある。
図１５は、本発明の実施例に従って偏光変更子を利用するリソグラフィ装置の実施例を概略的に示す。先に説明したように、リソグラフィ装置１０は、照明システムＩＬ、パターニング装置（例えば、マスク）ＭＡ、投影システムＰＬ、基板Ｗおよび偏光変更子２０を含む。この偏光変更子２０は、この実施例では、投影システムの入口に、瞳面に最適に近く位置するように示すが、当業者は、この偏光変更子２０を、例えば、パターニング装置ＭＡと投影システムＰＬの間のような、投影システムＰＬの中または投影システムＰＬの外部のどこに置いてもよいことが分るだろう。
更に、多数の修正および変更が当業者に容易に思い浮ぶだろうから、本発明をここに説明した厳密な構成および作用に限定することを望まない。例えば、ここには複屈折性を示す新しい材料を議論するが、他の複屈折性材料および／または構成も意図することを理解すべきである。更に、ここで使う瞳面およびフィールド面という用語は、その全ての共役面を含むことを理解すべきである。
その上、本発明のプロセス、方法および装置は、リソグラフィ技術で使用する関連装置およびプロセスのように、性質が複雑である傾向があり、および動作パラメータの適当な値を実験的に決めることによって、または与えられた用途に対して最善設計に達するためにコンピュータシミュレーションを行うことによって、最善に実施される。従って、全ての適当な修正および等価物をこの発明の精神および範囲内に入ると考えるべきである。
１０ リソグラフィ装置
２０ 偏光変更子
Ａ１ 第１軸
Ａ２ 第２軸
Ｃ 目標部分
ＭＡ パターニング手段
ＭＴ 支持構造体
ＰＢ 投影ビーム
ＰＬ 投影システム
Ｗ 基板
ＷＰ１ 第１半波長板
ＷＰ２ 第２半波長板
ＷＴ 基板テーブル
α／２ 半角
２０ 偏光変更子
Ａ１ 第１軸
Ａ２ 第２軸
Ｃ 目標部分
ＭＡ パターニング手段
ＭＴ 支持構造体
ＰＢ 投影ビーム
ＰＬ 投影システム
Ｗ 基板
ＷＰ１ 第１半波長板
ＷＰ２ 第２半波長板
ＷＴ 基板テーブル
α／２ 半角
Claims (10)
- リソグラフィ装置であって、
放射線ビームをパターン化するように構成したパターニング装置を保持するように構成した支持構造体、
基板を保持するように構成した基板テーブル、
このパターン化したビームをこの基板の目標部分上に投影するように構成した投影システム、および
このビームの経路に配置した、複屈折性が変化する材料を含む偏光変更子、
を含み、
上記偏光変更子が円偏光変更子を含み、
上記円偏光変更子が以下のジョーンズ行列を有する回転子を含み、
但し、βは回転角であり、
上記回転子が角変形素子を含み、その中で上記複屈折性が物体面で変り且つ上記ビームの偏光の回転量が上記ビームの伝播角で変化し、
上記回転子は、上に複屈折性コーティングが被着してある光学素子、又は右手および左手カイラル薄膜で出来ている光学素子を含む
リソグラフィ装置。 - 請求項１に記載の装置に於いて、上記回転角βが以下の式によって与えられる：
（但し、ｐおよびｑは瞳座標、ＮＡは上記投影システムの開口数、およびβ０は上記投影システムの開口の縁での回転角である）
装置。 - 請求項１又は２に記載の装置に於いて、上記偏光変更子がこの装置によって実施するリソグラフィプロセスの焦点深度を増す装置。
- 請求項１乃至３の何れかに記載の装置に於いて、この焦点深度が、上記偏光変更子なしのリソグラフィ装置で行ったリソグラフィプロセスで得た焦点深度に比べてサイズでほぼ二倍になっている装置。
- 請求項１乃至４の何れかに記載の装置に於いて、上記基板上にプリントした形態の限界寸法が最良合焦位置付近で実質的に対称である装置。
- 請求項１乃至５の何れかに記載の装置に於いて、上記偏光変更子が上記投影システムの瞳面にまたはこの瞳面付近に配置してある装置。
- 請求項１乃至６の何れかに記載の装置に於いて、上記偏光変更子が上記パターニング装置と上記投影システム（ＰＬ）の間に配置してある装置。
- デバイスを製造するための方法であって、
パターン化した放射線ビームを、複屈折性が変化する材料を含む偏光変更子を通して基板の目標部分上へ投影する工程を含み、
上記偏光変更子が円偏光変更子を含み、
上記円偏光変更子が以下のジョーンズ行列を有する回転子を含み、
但し、βは回転角であり、
上記回転子が角変形素子を含み、その中で上記複屈折性が物体面で変り且つ上記ビームの偏光の回転量が上記ビームの伝播角で変化し、
上記回転子は、上に複屈折性コーティングが被着してある光学素子、又は右手および左手カイラル薄膜で出来ている光学素子を含む
方法。 - 請求項８に記載の方法に於いて、上記パターン化したビームを上記偏光変更子を通して投影することが焦点深度を増す方法。
- 請求項８又は９に記載の方法であって、更に、形態を上記基板上にプリントする工程を含み、このプリントした形態の限界寸法が最良合焦位置付近で実質的に対称である方法。
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