JP5521012B2 - フォトリソグラフシステムに用いられるプログラム可能な照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して、フォトリソグラフシステムに関し、特に、フォトリソグラフシステムに用いられるプログラム可能な照明装置に関する。

フォトリソグラフシステムは、基本的な構成要素として、光源を有する照明装置、回路パターンが付されたレチクル、投影レンズ、および感光性(例えば、フォトレジストでコートされたような)ウエハを備えている。この照明装置は、光源からの光でレチクルを照射する。当該レチクルを透過、あるいは当該レチクルから反射した光は、投影レンズによって感光性ウエハの表面に結像する。次に、感光性ウエハに対して、ウエハの表面にパターンを形成する処理がなされる。このフォトリソグラフ露光プロセスおよびその後のプロセスは、複数の異なるレチクルを用いて繰り返され、集積回路を規定する半導体構造がウエハの表面に形成される。

フォトリソグラフシステムでは、境界が明瞭な領域（すなわち、「露光野」）を介して感光性ウエハに正確な量の露光エネルギ（すなわち、「照射線量」）を供給することが求められる。従来のフォトリソグラフシステムは、典型的に、照明装置内の光路に配置されている機械的なブレードで形成された、照射線量を規定するシャッターを有している。機械的な開口も露光野の寸法を規定するのに使用される。

米国特許第７，１７７，０９９号明細書 米国特許第７，１４８，９５３号明細書 米国特許第７，１１６，４９６号明細書 米国特許第６，８６３，４０３号明細書 米国特許第６，８１３，０９８号明細書 米国特許第６，３８１，０７７号明細書 米国特許第５，４１０，４３４号明細書 米国特許第４，４４１，７９１号明細書 米国特許第４，６１５，５９５号明細書 米国特許第４，９５６，６１０号明細書

フォトリソグラフプロセスが解像度および焦点深度に関して最大のプロセスウィンドウを有するように、フォトリソグラフシステムが適切な照射線量を維持することが重要である。適切な照射線量の維持は、シャッタータイミング（具体的にはシャッタースイッチング）、すなわち、オフ−オン−オフ移行タイミングに依存する。要求される照射線量が少ない場合、シャッターが開いている時間量は、シャッターブレードをスイッチするのに必要な時間量に相当するか、あるいはより小さくなる。シャッターブレードの速さおよび加速度を劇的に増加させること無くシャッターブレードのスイッチ時間を制御する効果的な手法は無い。しかしながら、このやり方は、機械的事由によって制限される。必要とされるさらなる加速および減速は、フォトリソグラフシステムの性能に不利な影響を与える光学システムの振動を引き起こす。このため、従来の機械的なシャッターを用いて、フォトリソグラフシステムの運用に不利な影響を与えることなく照射線量を小刻みに変更することは困難であった。

さらに、フォトリソグラフシステムに異なったサイズのレチクルを提供するようにしてもよい。レチクルの回路パターンが付された領域は、レチクル野と呼ばれる。レチクル野は、ウエハの露光野の寸法に対応する寸法に形成されている。レチクル野の露光は、意図される露光野よりも広い範囲の露光をもたらす必要はない。したがって、フォトリソグラフシステムは、通常、露光野の寸法を規定するための、前述した機械的開口を含んでいる。この機械的開口は、露光野のサイズ要求と物理的に整合するように調整される必要がある。機械的開口は、機械的に動かされるブレードを有しているので、システム不具合の原因およびフォトリソグラフシステムの平均故障間隔（ＭＴＢＦ）に悪影響を与えるおそれがある。

一部のフォトリソグラフ露光において、ウエハの縁に沿ったフォトレジストの環状部（例えば、２から４ｍｍ）は露光されない状態のままで残すことが求められる。このことは、フォトリソグラフ露光工程の後に電気めっき工程が施される必要のあるウエハの場合にあり得る。通常、ウエハ上におけるいくつかの露光野上のフォトレジストは、ウエハの縁まで露光されることになる。現在、ウエハの縁近辺のフォトレジストへの露光を防止するために、機械的リングシステムが使用されている。しかしながら、この機械的な対処方法は、確実なものではなく、フォトリソグラフシステムのＭＴＢＦに悪影響を与えるおそれのある失敗を起こしがちである。

本発明の一局面は、光路を通じて、レチクル野を有するレチクルを照射するフォトリソグラフシステムに用いられるプログラム可能な照明装置である。このプログラム可能な照明装置は、光学軸に沿って順に、化学光を生成する光源、および照明装置からの化学光を受けるように構成されている第１光学システムを有している。第１光学システムは、受けた化学光から均一化化学光を形成するように構成されている少なくとも一つの均一化エレメントを有している。プログラム可能なマイクロミラー装置は、第１光学システムの下流側に配置されているとともに、複数のマイクロミラーのアレイを有している。各マイクロミラーは、その向きを調整することができる。プログラム可能なマイクロミラー装置は、これら調整可能なマイクロミラーの向きを設定することにより、均一化光を受けるとともに選択的に反射させるように配置されている。プログラム可能な照明装置は、また、プログラム可能なマイクロミラー装置に使用可能に接続されているとともに、１以上の調整可能なマイクロミラーの向きを制御するように構成されているコントロールユニットを有している。第２光学システムは、選択的に反射された均一化光を光路に沿って受けるとともに、レチクル野の少なくとも一部を照射する照射野を形成するように配置されている。

プログラム可能な照明装置において、光源は、紫外線波長を含む化学光を生成するように構成されているのが好適である。

プログラム可能な照明装置において、コントロールユニットは、調整可能なマイクロミラーの向きの選択を、均一化化学光を光路の内側に反射させる第１反射状態と、光路の外側に反射させる第２反射状態との間で変えることにより、プログラム可能なマイクロミラー装置をシャッターとして操作するように構成されているのが好適である。

プログラム可能な照明装置は、さらに、第２選択方向に設定されたプログラム可能なマイクロミラー装置によって、光路の外へ屈折された均一化化学光を受けるように配置されたビームダンプを有するのが好適である。

プログラム可能な照明装置において、コントロールユニットは、プログラム可能なマイクロミラー装置を操作して開口を規定するように構成されているのが好適である。

プログラム可能な照明装置において、コントロールユニットは、ａ）レチクル野を通して照射野を走査すること、およびｂ）１回の露光において、非走査照射野を用いてレチクル野を照射することの少なくともいずれか一方を実施するように構成されているのが好適である。

プログラム可能な照明装置において、コントロールユニットは、マイクロミラーが実質的に均一な反射をするように構成されている場合において、プログラム可能なマイクロミラー装置を操作して照射野における強度不均一性の量を現在の強度均一性の量と比べて減少あるいは最小化するように構成されているのが好適である。

本発明の他の局面は、フォトレジストで被覆されているとともに縁を有するウエハ上に露光野を形成するためのフォトリソグラフシステムである。このフォトリソグラフシステムは、上述したプログラム可能な照射システム、投影レンズ、およびコントロールユニットを有している。投影レンズは、レチクルとウエハとの間に使用可能に配設されている。コントロールユニットは、プログラム可能なマイクロミラー装置を操作して、露光野が形成されていないフォトレジストにおいて環状縁部除外領域を規定するように構成されている。

本発明の別の局面は、フォトリソグラフシステムに支持されるレチクルのレチクル野を照射して、半導体ウエハに支持されるとともに外縁を有するフォトレジスト層に露光野を形成する方法である。この方法は、化学光を生成するとともに、当該化学光を均一化して、均一化化学光を形成する工程を有している。この方法は、また、マイクロミラーアレイを形成する複数のマイクロミラーのそれぞれを選択した向きに向けるように構成されているプログラム可能なマイクロミラー装置からの（つまり、当該装置が発した）均一化化学光を選択的に反射する工程を有している。この方法は、また、選択的に反射された均一化化学光から、レチクル野の少なくとも一部をレチクル野の露光時間の間照射する照射野を形成する工程を有している。

この方法は、さらに、露光野が形成されていないフォトレジストにおける環状縁部除外領域を規定するように複数のマイクロミラーを構成する工程を有するのが好適である。

この方法は、さらに、照射野における均一化化学光の量を制御するシャッターを規定するように複数のマイクロミラーを構成する工程を有するのが好適である。

この方法は、さらに、照射野の寸法を規定する照明装置開口を規定するように複数のマイクロミラーを構成する工程を有するのが好適である。

この方法は、さらに、レチクル野を通して照射野を走査する工程、およびマイクロミラーアレイの選択向きを変化させてレチクル野を走査する間、照射野を変更させる工程を有するのが好適である。

この方法において、照射野の変更は、フォトレジスト層の外縁に隣接する環状除外ゾーンにおいて露光野の一部が形成されるのを回避することを含んでいる。

この方法は、さらに、照射野を用いてレチクル野を照射する工程、およびレチクル野露光時間中に、マイクロミラーアレイの選択向きを変えることによって照射野を変更する工程を有するのが好適である。

この方法は、さらに、レチクル野露光時間中に、ａ）１以上のマイクロミラーのオン状態およびオフ状態の間を急速に変動させる工程、およびｂ）１以上のマイクロミラーがオン状態になる時間量を変化させる工程の少なくとも一方を有するのが好適である。

この方法において、照射野の変更は、フォトレジスト層の外縁に隣接する環状除外ゾーンにおいて露光野の一部が形成されるのを回避することを含んでいる。

この方法は、さらに、マイクロミラーが実質的に均一な反射をするように構成されている場合において、複数のマイクロミラーのそれぞれを選択した向きに設定することによって照射野における強度不均一性の量を現在の強度均一性の量と比べて減少あるいは最小化する工程を含むのが好適である。

この方法は、複数のレチクル照射を実施して、フォトレジスト層において、それぞれに対応する複数の露光野を形成する工程、およびマイクロミラーをオンあるいはオフにすることによって、複数のレチクル照射を行うレチクル野露光時間を規定する工程を有するのが好適である。

この方法は、複数のレチクル照射を実施して、フォトレジスト層において、それぞれに対応する複数の露光野を形成する工程を有するのが好適である。複数の露光野の少なくとも一つは、ウエハの縁に隣接する露光野縁部を有している。この方法は、また、さらに、非露光野縁部と、少なくとも一つの露光野縁部とで相違する照射野強度分布を規定する工程を有するのが好適である。

本発明のさらなる特徴及び利点は、下記の詳細な説明（発明を実施するための形態）に明記されている。また、それらの一部は詳細な説明の記載内容から当業者にとって直ちに明白となるか、下記の詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面を含む、ここに記載された発明を実施することによって認識される。

上記の背景技術に関する記載及び下記の本発明の詳細な説明に関する記載は、特許請求の範囲に記載されているように、本発明の本質及び特徴を理解するための概略または枠組みを提供するものであることを理解すべきである。添付図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、本発明の様々な実施形態を図示するものであり、本明細書の記載とともに、本発明の原則及び実施を説明するための一助となる。

本発明のプログラム可能な照明装置の使用に適したＵＶリソグラフシステムの例の概略図である。 レチクル野を規定するレチクルパターンおよび走査された照射野の例を示すレチクルの一例についての概略正面図である。 走査される照射野の一例および走査された照射野に関する露光野の一例を示す概略図である。 図２Ａと同様の図であり、全体照射野の一例を示している。 図２Ｂと同様の図であり、対応する露光野に応じた寸法の全体画像野の一例を示している。 図１のフォトリソグラフシステムでその表面に露光野が形成された半導体ウエハの平面図である。 本発明に係るプログラム可能な照明装置の一例についての実施例を示している。 図４のプログラム可能な照明装置に使用されるプログラム可能なマイクロミラー装置の一例を示す概念図である。 フォトレジストの環状縁部が露光されるのを防止するため、どのように露光野縁部が除外されるのかを示す、ウエハの一部の拡大図である。

ここで、本発明の実施形態を詳細に参照する。なお、添付の図面に、実施形態の一例を図示する。図中、同一または同様の部分を参照する為、可能な限り同一または同様の参照番号及び符号を使用する。

本発明は、とりわけ、レチクルあるいはマスクを用いるフォトリソグラフシステムに使用されるプログラム可能な照明装置が対象とされる。フォトリソグラフシステムの一例を最初に述べ、続いて、当該フォトリソグラフシステムの一例での使用に適したプログラム可能な照明装置の一例について詳述する。

（フォトリソグラフシステム）
本発明の実施例の一例は、本発明のプログラム可能な照明装置を使用するフォトリソグラフシステムである。ここで述べられるプログラム可能な照明装置が使用に供され得るフォトリソグラフシステムは、米国特許第７，１７７，０９９号明細書、第７，１４８，９５３号明細書、第７，１１６，４９６号明細書、第６，８６３，４０３号明細書、第６，８１３，０９８号明細書、第６，３８１，０７７号明細書、および第５，４１０，４３４号明細書に開示されている。これら特許の明細書はすべて本明細書において援用される。

図１は、本発明のプログラム可能な照明装置の使用に適したフォトリソグラフシステム２００の一例の概略図である。フォトリソグラフシステム２００は、光学軸Ａ_０に沿って順に、後に詳述するプログラム可能な照明装置１０、レチクル面ＲＰでレチクルステージ２２０によって支持されたレチクル２１０（例えば、回路パターンが付されたマスク）、投影レンズ２３０、およびウエハ面ＷＰでウエハステージ２５０によって支持されたウエハ２４０を有している。レチクル２１０は、パターン構成要素２１２を有しているとともにレチクル野ＲＦを規定する、回路パターンが付された領域２１１を有している。ウエハ２４０は、外縁２４１（図３参照）を有している。

ウエハ２４０は、プログラム可能な照明装置１０に設けられた光源３１０で生成される光（すなわち、「化学光」）Ｌによって活性化される、ウエハ２４０の表面の感光性コーティング２４２（例えば、フォトレジスト）を有している。一例において、化学光Ｌは、紫外線波長を有しており、より詳しい例を挙げれば、ｇ線波長、ｈ線波長、ｉ線波長、２４８ｎｍ波長、および１９３ｎｍ波長のうちのいずれか一つを有している。

フォトリソグラフシステム２００は、また、プログラム可能な照明装置１０に対して使用可能に接続されたコントローラ２６０、レチクルステージ２２０、およびウエハステージ２５０を有している。コントローラ２６０は、フォトリソグラフシステム２００の運転を制御するように構成されている。一例のコントローラ２６０は、パーソナルコンピュータあるいはワークステーションといったコンピュータを有している。一例において、コントローラ２６０は、命令を含み、コンピュータによって読み込み可能な媒体に格納されるとともに、フォトリソグラフシステム２００の様々な構成要素を制御する装置制御ソフトウェアを有している。

プログラム可能な照明装置１０は、レチクル面ＲＰに対応する照射面ＩＬＰにおいて照射野ＩＬＦ（図２Ａ参照）を生成するように構成されている。照射野ＩＬＦは、均一化化学光Ｌ’を有しているとともに、対応するウエハ露光時間の間、ウエハ面ＷＰにおいて対応する画像野ＩＦを投影レンズ２３０が形成するように、レチクル野露光時間の間、レチクル野ＲＦの少なくとも一部を照射する。ウエハステージ２５０は、画像野ＩＦがウエハ２４０の異なった部分に配置することができて、ウエハ２４０上（具体的には、感光性コーティング２４２において）に様々な露光野ＥＦを形成できるように、移動できるようになっている（例えばコントローラ２６０からの制御信号ＳＣＷにより）。一例において、レチクルステージ２２０は、コントローラ２６０からの制御信号ＳＣＲにより、移動できるようになっている。

したがって、プログラム可能な照明装置１０からの均一化化学光Ｌ’は、レチクル野ＲＦを規定する、回路パターンが付された領域２１１の少なくとも一部を照射する。すると、照射されたレチクル野ＲＦの一部は、投影レンズ２３０を介してウエハ２４０の感光性コーティング２４２上に結像される。実施例の一つにおいて、図１において矢印ＡＲで示すとともに、図２Ａおよび図２Ｂにおいて概略的に示すように、レチクル２１０およびウエハ２４０は、照射野ＩＬＦがレチクル野ＲＦを走査するようにしてウエハ２４０の上から画像野ＩＦを走査して互いに一緒に動く。この操作により、照射野ＩＬＦあるいは画像野ＩＦよりも広い、走査された露光野ＥＦが形成される。そして、この処理は、ウエハ２４０の異なる（未露光の）領域に繰り返される。この印刷手法は、「ステップ・アンド・スキャン」として、当該技術において言及される。

別の例において、照射野ＩＬＦは、レチクル野ＲＦの全体を一度に照射する。１回の露光により一つの露光野ＥＦが形成される。そして、ウエハ２４０は、移動された後、１回の静止露光が繰り返される。この印刷手法は、「ステップ・アンド・リピート」と呼ばれる。図２Ｃには、図２Ａと同様の図であり、ステップ・アンド・リピート印刷に用いられる全体照射野ＩＬＦの一例が示されている。図２Ｄは、図２Ｂと同様の図であり、ステップ・アンド・リピート印刷に用いられる対応露光野ＥＦに対応するサイズの全体画像野ＩＦの一例が示されている。

図３を参照するに、ウエハ２４０上における感光性コーティング２４２に形成された露光野ＥＦは、順に、通常のフォトリソグラフおよび半導体処理技術を用いた集積回路チップの形成に使用される。

（プログラム可能な照明装置）
図４は、プログラム可能な照明装置１０の一例に係る概略図である。プログラム可能な照明装置１０は、プログラム可能な照明装置１０を通してレチクル２１０に至る化学光Ｌ（均一化化学光Ｌ’を含む）の光路ＯＰの中央軸を規定する、光学軸Ａ１を有している。光学軸Ａ１は、フォトリソグラフシステム２００の光学軸Ａ_０に一致している。プログラム可能な照明装置１０は、光学軸Ａ１に沿って配置されているとともに、前述の（均一化されていない）化学光Ｌを放射する前述の光源３１０を有している。光源３１０の一例は、図示するように、水銀アークランプを有している。水銀アークランプは、水銀アークバルブ３１２および反射鏡３１４を有している。１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）、あるいは１つ以上のレーザーを有するＬＥＤ光源といった、他の種類の光源３１０を使用してもよい。

プログラム可能な照明装置１０は、任意に、光学軸Ａ１に沿って光源３１０の直下流側に配置されており、光路ＯＰを折り曲げるとともに装置の小型化に寄与する折り返しミラー３２０を有している。折り返しミラー３２０は、また、コールドミラーであってもよい。つまり、折り返しミラー３２０は、光源３１０から放射された非化学波長によって生成される、光源３１０からの熱を除去するために冷却されてもよい。また、光学フィルター３２２を光路ＯＰ上（例えば、図示するように折り返しミラー３２０の上流側に隣接させて）に設けてもよい。光学フィルター３２２は、光源３１０から放射される非化学波長を実質的にブロックあるいは反射させつつ、化学光Ｌを透過させるように構成されている。

また、プログラム可能な照明装置１０は、任意に、光学軸Ａ１に沿って、折り返しミラー３２０の下流側に第１光学システム３４０、表面３５２および裏面３５３を有するプログラム可能なマイクロミラー装置３５０、および第２光学システム３６０を有している。表面３５２は、後に詳述するように、調整可能な複数のマイクロミラー要素３５６（すなわち、複数のマイクロミラー）を有している。第１光学システム３４０は、光源３１０からの光Ｌを受けるとともに、当該光Ｌをプログラム可能なマイクロミラー装置３５０の表面３５２に向かわせるように構成されている。一例において、第１光学システム３４０は、化学光Ｌを受けるとともに、当該化学光Ｌを均一化化学光Ｌ’にする。均一化化学光Ｌ’は、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０の表面３５２に入射する。表面３５２における、均一化化学光Ｌ’の強度均一性の一例は、プラスマイナス２％あるいはこれよりも良好（つまり、プラスマイナス１％といったように小さい）である。ここで、均一化化学光Ｌ’は、当該均一化化学光Ｌ’の方がより均一な強度分布を有していることを除き、化学光Ｌと同じである。

一の実施例において、第１光学システム３４０は、少なくとも一つのライトパイプおよび／または少なくとも一つの拡散要素（つまり、拡散器。ディフューザー）といった、少なくとも一つの光均一化要素３４２を有している。また、第１光学システム３４０は、一例において、光均一化要素３４２の入光端および出光端にそれぞれ隣接配置された、集束レンズ３３０および結像レンズ３３２を有してもよい。また、一の実施例において、第１光学システム３４０は、縮小倍率Ｍ１（すなわち、等倍よりも小さい倍率）を有している。

一例において、少なくとも一つの光均一化要素３４２は、規定された寸法の出力端３４３を有している。光均一化要素３４２の出力端３４３は、この出力端３４３の像サイズがプログラム可能なマイクロミラー装置３５０の表面３５２の寸法に実質的に一致するように、第１光学システム３４０によって、約２ｘ（つまり、倍率Ｍ１＝プラスマイナス０．５）まで縮小される。第１光学システム３４０の縮小倍率Ｍ１の正確な値は、光均一化要素３４２の出力端３４３の寸法、およびプログラム可能なマイクロミラー装置３５０の表面３５２の寸法に依存する。一例において、光均一化要素３４２の出力端３４３に隣接する結像レンズ３３２は、要求される縮小倍率Ｍ１を提供する。

第２光学システム３６０は、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０の表面３５２で反射された均一化化学光Ｌ’を受けるとともに、レチクル面ＲＰに対応する照射面ＩＬＰにおいて照射野ＩＬＦを規定するために、当該化学光Ｌ’をレチクル２１０に向けるように構成されている。照射野ＩＬＦは、レチクル野ＲＦの少なくとも一部を照射する。一の実施例において、第２光学システム３６０は、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０の表面で反射された、均一化化学光Ｌ’における強度均一性の程度を維持するように構成されている。表面３５２からの均一化化学光Ｌ’の反射の特性については、後に詳述する。

第２光学システム３６０は、集光レンズ３６２および集束レンズ３６４を有するものを例として図示される。これらレンズ３６２および３６４は、それぞれ、１つ以上のレンズ要素で構成されているが、図面では概略的に１つの要素として示されている。一例において、レンズ３６２および３６４は、互いに協働してリレーレンズシステムを規定するように構成されている。

一の実施例において、第２光学システム３６０は、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０の表面３５２で反射された均一化化学光Ｌ’を取り込むとともに、レチクル野ＲＦと同じ大きさの照射野ＩＬＦを形成するために選択された倍率を有している。一例において、複数のマイクロミラー３５６（図５と関連して後に説明される）がｘ１ミクロンの寸法を有しているとともに、照射野ＩＬＦにおける明から暗への遷移距離をｘ２としたとき、第２光学システム３６０は、倍率Ｍ２＝ｘ２／ｘ１を有することになる。例において、マイクロミラー寸法ｘ１＝２０ミクロン、および明−暗遷移距離ｘ２＝１００ミクロンの場合、倍率Ｍ２＝５（あるいは「５Ｘ」）となる。より明瞭な明−暗遷移が許容される場合、倍率Ｍ２はｘ２／ｘ１よりも小さくすることができる。しかしながら、倍率を大きくすると問題が生じやすくなることに注意すべきである。なぜならば、１つのマイクロミラー３５６によって規定される照射野ＩＬＦの面積は、過大になりがちだからである。

また、第２光学システム３６０は、マイクロミラー３５６同士の間（図５参照）の隙間３５７（すなわち、「デッドゾーン」）を解消するために、ある場合において好ましくないおそれのある事実を考慮に入れて選択された解像度Ｒ２を有するように設計されてもよい。したがって、第２光学システム３６０の解像度Ｒ２を、隙間３５７をぼやけさせて照射野ＩＬＦが実質的に均一に見える（例えば、プラスマイナス２％内）ような点にするように設定するのが好適である。一例において、解像度Ｒ２は、１つのマイクロミラー３５６に隣接する隙間３５７を加えた１ピリオド（Ｐ２）で規定される（図５参照）。このような解像度Ｒ２は、実質的に隙間３５７をぼやけさせるとともに、一般的に、照射野ＩＬＦにおける照明を平均化する役割を有している。

図４を再び参照するに、プログラム可能な照明装置１０は、下記のように、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０の表面から散乱した光Ｌ”を受けるように配置されたビームダンプ３７０を有している。ビームダンプ３７０は、拡散光Ｌ”を吸収するか、さもなければ、拡散光Ｌ”が光路ＯＰに戻ること、および、具体的には、レチクル野ＲＦに到達することを防止するように構成されている。

プログラム可能な照明装置１０は、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０に使用可能に接続されているとともに、マイクロミラー装置３５０の運転を制御するコントロールユニット４００を有している。コントロールユニット４００は、また、コントローラ２６０に使用可能に接続されている。コントロールユニット４００の一例として、モーションコントローラを挙げることができる。コントロールユニット４００は、プログラム可能であり、また、制御信号ＳＣ１を介してプログラム可能なマイクロミラー装置３５０の運転および状態を制御する。コントローラ２６０は、同じく、制御信号ＳＣ２を介してコントロールユニット４００の運転を制御する。

（プログラム可能なマイクロミラー装置）
図５は、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０の一例の平面−立面図である。プログラム可能なマイクロミラー装置３５０は、表面３５２上において、調整可能な複数のミラー要素３５６（つまり、複数のマイクロミラー）のアレイを有している。互いに隣り合った複数のマイクロミラー３５６は、上述した隙間３５７によって分離されている。プログラム可能なマイクロミラー装置３５０の一例は、テキサス州オースティンのテキサス・インストルメント社のＤＬＰＲチップである。プログラム可能なマイクロミラー装置３５０の別の例としては、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）が含まれ得る。プログラム可能なマイクロミラー装置３５０の例は、米国特許第４，４４１，７９１号明細書、第４，６１５，５９５号明細書、および第４，９５６，６１０号明細書に記載されており、これら明細書は、本明細書に援用される。

複数の調整可能なマイクロミラー３５６はアドレス可能であり、また、コントロールユニット４００は、調整可能な複数のマイクロミラー３５６同士の向きのパターンを選択的に制御するために、調整可能なマイクロミラー３５６をアドレスするようにプログラムされ得る。マイクロミラー３５６同士の向きのパターンは、例えば、当該マイクロミラー３５６同士の複数の向きの関係の中から選択するやり方や、１の選択パターンから別の選択パターンに変更するやり方がある。一例において、コントロールユニット４００のプログラム可能性は、コンピュータが判読可能な媒体に記述された命令群が格納された、当該コントロールユニット４００内のソフトウェアあるいはファームウェアによって実現される。この命令群によって、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０のアドレス可能なマイクロミラー３５６のアレイは、選択されたマイクロミラーの向きに形成される。

プログラム可能なマイクロミラー装置３５０の一例は、約１００万から２００万個の調整可能なマイクロミラー３５６（例えば、１，０００×１，０００アレイ）を有しており、各マイクロミラー３５６は、一辺が１０から２０ミクロンの略正方形状をしている。それぞれの調整可能なマイクロミラー３５６は、個々にアドレス可能であり、また、一の実施例において、各マイクロミラーは、２つの物理的な反射状態の内の１つに移るようにプログラムされ得る。一の実施例において、与えられた調整可能なマイクロミラー３５６は、第１の状態において、中間基準方向を基準として約プラス１０度の方向に傾けられており、第２の状態において、中間基準方向を基準として約マイナス１０度の方向に傾けられている。

図示するように、図５におけるいくつかの調整可能なマイクロミラー３５６（２つのマイクロミラー３５６に参照番号３５６−１が付されている）は、表面３５２によって大略規定された平面Ｐに対して実質的に平行である第１の状態の向きになっている。参照番号３５６−２が付された他の調整可能なマイクロミラーは、平面Ｐとは平行でない（つまり、平面Ｐに対して角度をなす）第２の状態として図示されている。したがって、調整可能なマイクロミラー３５６−１に入射した均一化化学光Ｌ’は、一の方向（例えば、光路ＯＰに沿う方向）に反射される。その一方で、調整可能なマイクロミラー３５６−２に入射した均一化化学光Ｌ’は、別の方向（例えば、光路ＯＰから外れる方向）に反射されるとともに、例えば図４に示すようにビームダンプ３７０に向かう拡散光Ｌ”を形成する。

プログラム可能なマイクロミラー装置３５０の構成の一例において、調整可能なマイクロミラー３５６は、光路ＯＰに沿うとともに第２光学システム３６０に向かう、入射均一化化学光Ｌ’を反射させるときには「オン」反射状態にあり、光路ＯＰを外れてビームダンプ３７０に向かう、拡散光Ｌ”としての入射均一化化学光Ｌ’を反射させるときには「オフ」反射状態にある。一例において、「オン」状態にあるマクロミラー３５６の全てが、同じ向きかつ同じ時間量（つまり、全ての「オン」ミラーは、振動したり、「オフ」にならない）の入射均一化化学光Ｌ’を反射させる場合、調整可能なマイクロミラー３５６のアレイは、実質的に均一な反射性を有する平面ミラーの役割を果たす。

プログラム可能な照明装置１０において、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０を最も効率的に使用することを目的として、調整可能な各マイクロミラー３５６は、均一化化学光Ｌ’を効率的に反射させなければならない。したがって、一の実施例において、調整可能なマイクロミラー３５６は、均一化化学光Ｌ’を光学的に反射させるような（例えば、多層の）反射性被膜を有している。

図４を再び参照するに、一の実施例において、プログラム可能な照明装置１０は、冷却ユニット４２０に対して使用可能に接続された冷却エレメント４１０を有している。冷却エレメント４１０は、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０に対向して（例えば、裏面３５３上に、あるいは近接して）使用可能に配設されている。つまり、冷却エレメント４１０は、マイクロミラー装置３５０との間で熱交換が可能な状態になっており、このため、当該冷却エレメント４１０は、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０からの熱を除去することができる。冷却ユニット４２０は、冷却液４２２を冷却エレメント４１０に通して、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０の温度を臨界温度（例えば、６０℃）以下に維持するように構成されている。一例において、冷却ユニット４２０は、コントローラ２６０に使用可能に接続されており、また、コントローラ２６０からの制御信号ＳＣ３によって制御される。

（シャッターの構成）
一の実施例において、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０は、コントロールユニット４００のプログラミングにより、シャッターとして動作する。全ての調整可能なマイクロミラー３５６が「オフ」反射状態にあるとき、均一化化学光Ｌ’は、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０からレチクル２１０に伝わらない。つまり、照射野ＩＬＦはオフになる。同様に、全ての調整可能なマイクロミラー３５６が「オン」反射状態にあるとき、均一化化学光Ｌ’は、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０からレチクル２１０に伝わる。つまり、照射野ＩＬＦはオンになる。

フォトリソグラフシステムにおけるシャッターには、全露光時間の１％未満の時間で開から閉（あるいは、閉から開）に遷移しなければならないといった必要条件がある。いくつかの高感度レジストでは、１００ミリ秒（ｍｓ）以下の露光時間が求められる。したがって、１ｍｓ未満のシャッター遷移時間を有することが求められる。数ミリ秒のスイッチングタイムで動作する機械式シャッターと比べて、調整可能なマイクロミラー３５６は、オン反射状態からオフ反射状態の間を非常に速く（つまり、ミリ秒以下のスイッチングタイムで）遷移させることができる。これにより、低レベル露光であっても、照射線量を精細に制御することができる。

さらにいえば、商業的に使用可能な、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０の信頼性（つまり、ＭＴＢＦ）は、一般に、機械式シャッター（例えば、因数が約１，０００）のそれよりも良好である。加えて、調整可能なマイクロミラー３５６それぞれの質量は非常に小さいことから、プログラム可能なマクロミラー装置３５０は、フォトリソグラフシステム２００の性能を悪化させ得る振動を生じさせない。

（縁部保護の構成）
図６は、２つの露光野ＥＦに沿う感光性コーティング２４２の環状縁部２４４を示す、ウエハ２４０の拡大図である。一の実施例において、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０は、露光野ＥＦによって環状縁部２４４の露光が避けられるように構成されている。これにより、機械的な縁保護リングを用いる必要が無くなる。

この縁部保護機能は、感光性コーティング２４２（図３参照）上に形成された様々な露光野ＥＦの位置をコントローラ２６０が監視することによって達成される。図６において右端の露光野ＥＦの露光野部ＥＦＰによって示されているように、環状縁部２４４まで延入し、あるいは環状縁部２４４に重なる露光野ＥＦのために、コントローラ２６０は、制御信号ＳＣ２中に、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０がレチクル野ＲＦの一部分のみを選択的に照射するようにする、コントロールユニット４００用の命令群を有している。この選択的照射は、図６における右端の露光野ＥＦに示すように、問題のある露光野ＥＦが感光性コーティング２４２の環状縁部２４４に延入あるいは重ならないように、問題のある露光野ＥＦの大きさを減少させるように設定されている。右端の露光野ＥＦの露光野部ＥＦＰは、現実に形成されたものではなく、また、右端の露光野ＥＦの外縁ＥＦＥは、環状縁部２４４の内側の湾曲に実質的に対応している。

したがって、露光野縁部ＥＦの先端は、環状縁部２４４の境界に沿って精細に切り取られ得る。一例において、縁部の保護は、機械的な縁部保護リングの配置精度よりも一般的に良好な約２０から４０ミクロンの範囲の精度で維持される。したがって、縁部保護機能は、動的かつオンザフライで実行することが可能である。

この特徴を実行するためには、ステージの動きおよびフィールドサイズに合わせるようにマイクロミラーアセンブリをプログラムする必要がある。ウエハの位置および寸法に基づく露光野ＥＦに関連してウエハ縁位置を算出する必要がある。例えば、ウエハ２４０がツール上に載置されたときのウエハ寸法（つまり、直径２００あるいは３００ｍｍ）は、よく知られている。ウエハ２４０の中心は、ウエハ２４０（未だ全く露光されていないもの）上にあるアライメントマークから算出される。これにより、ウエハ２４０の周長が算出される。周辺が露光野ＥＦに交差する場合、コントロールユニット４００は、周辺に沿った露光に対応する複数のマイクロミラーといったマイクロミラーアレイをオフ（つまり、露光停止）にする指示を行う。

（開口の構成）
本発明の一局面には、プログラム可能な照明装置１０の表面３５２における開口３５４（図１および図４参照）を規定するためにプログラム可能なマイクロミラー装置３５０を使用することも含まれる。多数の調整可能なマイクロミラー３５６（例えば、１，０００×１，０００アレイ）を用いて、また、個別にアドレス可能なマイクロミラー３５６を用いて、調整可能なマイクロミラー３５６から反射した均一化化学光Ｌ’の強度プロファイルを非常に高い精度で規定することが可能となる。それぞれが、一辺が１０ミクロンの正方形状である調整可能なマイクロミラー３５６であることから、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０から反射した均一化化学光Ｌ’の強度プロファイルは、約１０ミクロンの精度で規定される。プログラム可能なマイクロミラー装置３５０が必要なレチクル野ＲＦの寸法を規定できるように、コントロールユニット４００をプログラムしてもよい。一例において、３４ｍｍの寸法の照射野ＩＬＦは、約３４ミクロン以内に規定される。対応する露光野ＥＦが露光野ＥＦ同士の間のけがき線に対応できるように照射野ＩＬＦを規定することが求められる。けがき線空間は、典型的には、約７５から１００ミクロンである。これは有利に働くことになる。なぜならば、製造時において、ウエハ２４０上におけるダイおよびフィールドのサイズは、製品ごとに変更することができるからである。したがって、フォトリソグラフシステムには、露光野ＥＦの面積を変更できることが求められる。これは、現在、レチクル面ＲＰにおいて機械的な開口を調整することによって達成されている。

（照明装置の均一性のコントロール）
したがって、露光プロセス中に、残りのマイクロミラー３５６をオンあるいはオフにスイッチしつつ、いくつかの調整可能なマイクロミラー３５６をオフにすることで、露光野ＥＦの大きさを制御することができる。

一例において、照射野ＩＦＬの照明均一性は、調整可能なマイクロミラー３５６の選択的な構成により、向上（例えば、プラスマイナス１％、あるいはそれよりも良好な均一性に）する。一例において、選択的な反射には、高い頻度（例えば、キロヘルツあるいはそれ以上）で一つ以上の調整可能なマイクロミラー３５６をオン／オフすることが含まれる。他の例において、選択的な反射には、照明の非均一性の既知の領域を補うために、選択した調整可能なマイクロミラー３５６を他のミラーよりも早期に止めることが含まれる。この種類の、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０の選択的なプログラミングは、マイクロミラー３５６が均一な反射（つまり、全てのマイクロミラー３５６は、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０の表面３５２が実質的に平面鏡のようにふるまうよう、全て同じ向きに設定されている。）をする場合において、照射野ＩＬＦにおける強度不均一性の量を現在の強度不均一性の量に比べて減少あるいは最小化させるのに使用し得る。このように光学システム３４０および３６０の空間的な非均一性が補われる。

プログラム可能なマクロミラー装置３５０の選択的なプログラミングは、照明非均一性を補うのに使用される。化学光Ｌおよび均一化化学光Ｌ’の強度における空間的な非均一性は、この光が光路ＯＰを横切る際に、発生し得る。一例において、非均一性は、第１光学システム３４０および／または第２光学システム３６０、あるいは光路ＯＰにおける他の要素における欠陥に起因して生じる。別の実施例において、空間的な強度不均一性は、第１光学システム３４０が光均一化要素３４２の出力端３４３をプログラム可能なマイクロミラー装置３５０の表面３５２に結像したときに生じる。別の実施例において、空間的な強度不均一性は、第２光学システムがプログラム可能なマイクロミラー装置３５０の表面をレチクル２１０の表面に結像したときに生じる。ウエハ２４０における空間的な非均一性は、対応する露光野ＥＦを形成するために、投影レンズ２３０が、照射されたレチクル野ＲＦを感光性コーティング２４２に結像するときに生じ得る。

一例において、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０の選択的なプログラミングによって達成される、照明の非均一性の補正により、プログラム可能な照明装置１０における他の要素の許容性が低くなる。

プログラム可能なマイクロミラー装置３５０の選択的なプログラミングは、これらだけでなく他の種類の源から生じる、空間的な照明の非均一性の補正に用いることができる。一例において、空間的な照明の非均一性の補正には、ウエハ面ＷＰにおける静的な（つまり、シャッターは連続的に開くことになる）照明の均一性を測定する工程が含まれる。典型的には、ウエハ面ＷＰにおける強度が空間的に不意に変化することはなく、また、数百ミクロンの空間的な解像度での測定が許容される。

したがって、図４を参照するに、光検知器５２０の前に小さな（５００ミクロン未満の）開口５１２を規定する開口部材５１０を有する強度メータ５００が示されている。光検知器５２０は、コントローラ２６０（あるいは、図示しない別体のコンピュータ）に使用可能に接続されている。強度メータ５００は、露光野ＥＦが形成される部分を越えて当該強度メータを移動させることにより、ウエハ面ＷＰにおける照明の均一性をマッピングするのに用いることができる。一回の測定は、ウエハ面ＷＰにおいてｘおよびｙ方向に１ｍｍずつ行うことができる。一度、この強度マッピングが実施され、また、強度分布が調べられると、この情報は、マイクロミラー３５６の「オン」持続時間を調整することによる、露光中における照明の均一性の向上に使用することができる。例えば、もし、ウエハ面ＷＰにおける一つの領域が、５％高い強度（ウエハ２４０の残余と比べて）を有しているとすれば、プログラム可能なマイクロミラー装置３５０を制御するコントロールユニット４００を、この特定の領域が露光中に５％短い時間だけ露光されるようにプログラムすることができる。もし、別の領域が３％低いのであれば、この特定の領域に関連するマイクロミラー３５６は、この領域が３％長い露光時間を有するように制御されることになる。このようにして、動的シャッターは、静的な強度不均一性を向上させ得る（つまり、減少させるか、あるいは実質的に消滅させてしまう）。

当業者には明白であるが、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、本発明に対して様々な修正及び変更を加えることができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等範囲内において本発明の修正及び変更を包含する。

Claims (20)

1. レチクル野を有するレチクルを光路に沿って照射し、表面と、縁と、前記縁に隣接する環状縁部を含むフォトレジストの被膜とを有するウエハ上に露光野を形成するフォトリソグラフシステムであって、
   化学光を生成する光源と、
   前記照明装置からの前記化学光を受けるように構成されているとともに、受けた前記化学光から均一化化学光を形成するように構成されている少なくとも一つの均一化エレメントを有している第１光学システムと、
   向きを調整することができる複数のマイクロミラーのアレイを有しており、前記調整可能なマイクロミラーの向きの設定により前記均一化化学光を受けるとともに選択的に反射させるように配置されたプログラム可能なマイクロミラー装置と、
   前記プログラム可能なマイクロミラー装置に使用可能に接続されているとともに、１以上の前記調整可能なマイクロミラーの向きを制御するように構成されているコントロールユニットと、
   選択的に反射された前記均一化光を光路に沿って受けるとともに、前記レチクル野を照射する照射野を形成するように配置された第２光学システムと、
   前記レチクルと前記ウエハとの間に使用可能に配設された投影レンズと、
   を備え、
   前記投影レンズは、照射された前記レチクル野に基づいて前記フォトレジストに露光野を結像し、
   前記露光野は、前記レチクル野が全面的に照射された場合において前記フォトレジストの前記環状縁部に少なくとも部分的に重なる少なくとも一つの露光野縁部を含み、
   前記コントロールユニットは、前記プログラム可能なマイクロミラー装置の前記マイクロミラーの向きを制御して、前記露光野縁部が前記フォトレジストの前記環状縁部に延入しないように前記レチクルを部分的に照射する
   フォトリソグラフシステム。
2. 前記光源は、紫外線波長を含む前記化学光を生成するように構成されている
   請求項１に記載のフォトリソグラフシステム。
3. 前記コントロールユニットは、前記調整可能なマイクロミラーの向きの選択を、前記均一化化学光を前記光路の内側に反射させる第１反射状態と、前記光路の外側に反射させる第２反射状態との間で変えることにより、前記プログラム可能なマイクロミラー装置をシャッターとして操作するように構成されている、請求項１または２に記載のフォトリソグラフシステム。
4. 前記第２選択方向に設定された前記プログラム可能なマイクロミラー装置によって、前記光路の外へ屈折された前記均一化化学光を受けるように配置されたビームダンプをさらに備えている、請求項１から３のいずれかに記載のフォトリソグラフシステム。
5. 前記コントロールユニットは、前記プログラム可能なマイクロミラー装置を操作して開口を規定するように構成されている、請求項１から４のいずれかに記載のフォトリソグラフシステム。
6. 前記コントロールユニットは、ａ）前記レチクル野を通して前記照射野を走査すること、およびｂ）１回の露光において、非走査照射野を用いて前記レチクル野を照射することの少なくともいずれか一方を実施するように構成されている、請求項１から５のいずれかに記載のフォトリソグラフシステム。
7. 前記コントロールユニットは、前記マイクロミラーが実質的に均一な反射をするように構成されている場合において、前記プログラム可能なマイクロミラー装置を操作して前記照射野における強度不均一性の量を現在の強度均一性の量と比べて減少あるいは最小化するように構成されている、請求項１から６のいずれかに記載のフォトリソグラフシステム。
8. フォトリソグラフシステムに支持されるレチクルのレチクル野を照射して、半導体ウエハに支持されるとともに外縁と、前記外縁に隣接する環状縁部とを有するフォトレジスト層に露光野を形成する方法であって、
   均一化化学光を生成する工程と、
   マイクロミラーアレイを形成する複数のマイクロミラーのそれぞれを選択した向きに向けるように構成されているプログラム可能なマイクロミラー装置からの前記均一化化学光を選択的に反射する工程と、
   前記選択的に反射された均一化化学光から、前記レチクル野を照射する照射野を形成して、前記レチクル野が全面的に照射された場合において前記フォトレジストの前記環状縁部に少なくとも部分的に重なる少なくとも一つの露光野縁部を形成する工程と、
   前記プログラム可能なマイクロミラー装置を制御して、前記露光野縁部が前記フォトレジストの前記環状縁部に延入しないように前記レチクルを部分的に照射する工程と
   を備える方法。
9. 照射野における均一化化学光の量を制御するシャッターを規定するように前記複数のマイクロミラーを構成する工程をさらに備える、請求項８に記載の方法。
10. 前記照射野の寸法を規定する照明装置開口を規定するように前記複数のマイクロミラーを構成する工程をさらに備える、請求項８または９に記載の方法。
11. 前記レチクル野を通して前記照射野を走査する工程と、
    前記マイクロミラーアレイの選択向きを変化させて前記レチクル野を走査する間、前記照射野を変更させる工程と
    をさらに備える、請求項８から１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記ウエハは、寸法を有し、
    前記ウエハ上の異なる位置で露光野を形成する工程をさらに備え、
    前記プログラム可能なマイクロミラー装置を制御する工程は、前記ウエハの寸法および前記露光野の位置に基づいていずれの露光野が、少なくとも一つの露光野縁部を構成するかを決定することを含む
    請求項８から１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記照射野による前記レチクル野の照射中に、ａ）１以上の前記マイクロミラーのオン状態およびオフ状態の間を急速に変動させる工程と、ｂ）１以上の前記マイクロミラーがオン状態になる時間量を変化させる工程との少なくとも一方を有する
    請求項８から１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記マイクロミラーが実質的に均一な反射をするように構成されている場合において、複数の前記マイクロミラーのそれぞれを選択した向きに設定することによって前記照射野における強度不均一性の量を現在の強度均一性の量と比べて減少あるいは最小化する工程をさらに備える、請求項８から１３のいずれかに記載の方法。
15. 複数のレチクル照射を実施して、前記フォトレジスト層において、それぞれに対応する複数の露光野を形成する工程と、
    前記マイクロミラーをオンあるいはオフにすることによって、複数のレチクル照射を行う前記レチクル野露光時間を規定する工程と
    をさらに備える、請求項８から１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記複数の露光野の少なくとも一つは、露光野縁部を有しており、複数のレチクル照射を実施して、前記フォトレジスト層において、それぞれに対応する複数の露光野を形成する工程と、
    非露光野縁部と、少なくとも一つの前記露光野縁部とで相違する照射野強度分布を規定する工程とをさらに備える、請求項８から１４のいずれかに記載の方法。
17. 前記環状縁部は、２ｍｍから４ｍｍの幅を有する請求項８から１６のいずれかに記載の方法。
18. 寸法および外縁を有するウエハ上に支持されると共に、前記外縁に隣接する環状縁部を含むフォトレジスト層に露光野を形成する方法であって、 それぞれに向きを調整可能なマイクロミラーを有するプログラム可能なマイクロミラー装置に均一化化学光を照射する工程と、 前記プログラム可能なマイクロミラー装置の前記マイクロミラーからの前記均一化化学光を選択的に反射する工程と、 レチクル野を有するレチクルを繰り返し照射して、前記フォトレジスト層の異なる位置に、前記レチクル野が全面的に照射された場合において前記フォトレジストの前記環状縁部に延入する少なくとも一つの露光野縁部を含む複数の露光野を形成する工程と、 少なくともいくつかのマイクロミラーの向きを調整して、前記露光野縁部が前記フォトレジストの前記環状縁部に延入しないように前記レチクル野を前記照射野で部分的に照射する工程とを備える方法。
19. 前記環状縁部は、２ｍｍから４ｍｍの幅を有する請求項１８に記載の方法。
20. 少なくともいくつかのマイクロミラーの向きを調整する工程は、前記ウエハの寸法および前記露光野の異なる位置に基づいて行われる請求項１８または１９に記載の方法。

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