JP6338685B2 - マイクロリソグラフィ投影露光系の照明系及びそのような照明系を操作する方法 - Google Patents

マイクロリソグラフィ投影露光系の照明系及びそのような照明系を操作する方法 Download PDF

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Description

本発明は、パルス方式で操作される光源と、2つの切換位置の間でデジタル式に切換可能なDMD(デジタルミラーデバイス)又は別の光学要素アレイとを含むマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系に関する。
集積電気回路及び他の微細構造化構成要素は、通常は、複数の構造化の層を通常はシリコンウェーハである適切な基板上に適用することによって生成される。層を構造化するために、これらの層は、最初に特定の波長領域からの光、例えば、深紫外(DUV)、真空紫外(VUV)、又は極紫外(EUV)のスペクトル範囲の光に敏感なフォトレジスト(レジスト)で覆われる。その後に、このようにして被覆されたウェーハは、投影露光装置内で露光される。ここで、マスク上に配置された回折構造のパターンは、投影レンズを用いてフォトレジスト上に結像される。この場合に、一般的に結像スケールの絶対値は1よりも小さいので、そのような投影レンズは、時として縮小レンズとも呼ばれる。
フォトレジストを現像した後に、ウェーハは、エッチング処理を受け、その結果、マスク上のパターンに従って層が構造化される。依然として残っているフォトレジストは、その後に、層の残りの部分から除去される。全ての層がウェーハに適用されるまで、この工程は、そのように頻繁に繰り返される。
従来技術は、照明系の瞳平面を可変照明することができるようにミラーアレイを使用する照明系を開示している。その例は、EP 1 262 836 A1、US 2006/0087634 A1、US 7,061,582 B2、WO 2005/026843 A2、及びWO 2010/006687 A1に見られる。一般的にこれらのミラーアレイは、この場合に、ミラーをある角度範囲にわたって連続的に傾斜させることができるミラーアレイである。
WO 2012/100791 A1は、デジタル式に切換可能なマイクロミラーアレイをそれに加えて含む照明系を開示している。このマイクロミラーアレイは、レンズを用いて光学インテグレーターの光入射ファセット上に結像される。異なる作動によるものではあるが類似の照明系は、2013年11月22日にファイル参照番号EP 13194135.3で出願された「マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系(Illumination System of a Microlithgraphic Projection Exposure Apparatus)」という名称の欧州特許出願から公知であり、この文献の内容は、本明細書と共に本出願の主題を成している。
デジタル式に切換可能なマイクロミラーアレイが照明系内に使用される場合に、必要とされるマイクロミラーの個数が一般的に非常に多いので、マイクロミラーアレイは、単一マイクロ機械構成要素として実現することができない。この理由から、上述のファイル参照番号EP 13194135.3の欧州特許出願は、複数の比較的小さいマイクロミラーアレイを担体上に互いに隣合わせで配置し、これらのマイクロミラーアレイを個々のアレイの像がターゲット面上で互いに継ぎ目なく隣接するように特殊な結像光学ユニットを用いてターゲット面上に結像することを提案している。
照明系内のアレイがいかなるマイクロミラーも含まないが、異なる方式で切換可能である光学要素、例えば、LCD内に使用されるような液晶セルを含む場合にも類似の問題が生じる。
切換可能光学要素を有するアレイを使用する場合の更に別の問題は、時としてこれらの光学要素が比較的遠くに分離されることにある。そのようなアレイがターゲット面上に結像される場合に、光学要素の像の間に、多くの場合に望ましくない相応に大きい間隙が生じる。
US 6,624,880 B2、US 2011/0134407 A1、及びUS 7,957,055 B2は、照明系がいかなる従来のマスクも照明せず、マスクの機能を担うマイクロミラーアレイを照明する投影露光装置を開示している。そのような装置は、多くの場合に「マスクレス」とも呼ばれる。US 2011/0240611 A1は、ウェーハ上の材料を直接に融除するために1次元のマイクロミラーアレイが使用される投影露光装置を記載している。US 2012/0081685 A1は、2つの連続光パルスの間で光の偏光方向を切り換えることができる照明系を開示している。
EP 1 262 836 A1 US 2006/0087634 A1 US 7,061,582 B2 WO 2005/026843 A2 WO 2010/006687 A1 WO 2012/100791 A1 EP 13194135.3 US 6,624,880 B2 US 2011/0134407 A1 US 7,957,055 B2 US 2011/0240611 A1 US 2012/0081685 A1
本発明の目的は、2つの切換位置の間でデジタル式に切換可能な光学要素のアレイを用いて比較的大きいターゲット面を特に簡単な方式で均一に照明することができるマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系を指定することである。
本発明により、この目的は、光パルスのシーケンス(特に周期的シーケンス)を発生させるように構成された光源を有するマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系によって達成される。光源とターゲット面の間の光路内には、2つの切換位置の間でデジタル式に切換可能な光学要素のアレイが配置される。アレイとターゲット面の間の光路内には、異なる偏向角によって入射光を偏向するように構成された調節可能な光偏向光学ユニットが配置される。制御デバイスは、2つの連続光パルスの間で偏向角の変化があるように光偏向光学ユニットを作動させる
従って、本発明により、ターゲット面は、与えられた時間に完全に照明されることは決してなく、部分的にしか照明されない。光偏向光学ユニットを調節し、かつ必要に応じて同じくアレイの光学要素を異なる切換位置に切り換えるために、連続光パルス間の比較的長い時間が使用される。このようにして、ターゲット面上の望ましい光分布は、時分割多重化と類似の方式で連続的に構築される。この場合に、全体的な強度分布は、時間積分によって生じる。アレイの光学要素のうちの少なくとも1つを2つの連続光パルスの間で切り換えることにより、ターゲット面内の各照明領域上に異なる光パターンを発生させることができる。
照明系では、ターゲット面上の強度分布のそのような連続構築は、フォトレジストも同じくその上に入射する強度を積分するので一般的に許容可能である。フォトレジストは、全露光にわたって積分された強度(時に照射量とも呼ばれる)が特定の閾値を超えた状態でのみその化学特性を変化させる。
すなわち、マスク平面内の照明角度分布は(及び従ってマスク平面と光学的に共役な投影レンズの像平面内の照明角度分布も同じく)、照明系内で瞳面内の投影レンズの時間積分空間分布によって予め決定される。アレイによって照明されるターゲット面が瞳面又はそれに共役な面であるか又は少なくともその照明を決定する場合に、本発明による瞳面の連続照明は、露光中に複数の個々の分布から照明角度分布を連続して組み立てることができる。
調節可能光偏向光学ユニットは、入射光を異なる方向に偏向することができるあらゆる光学要素とすることができる。特に、傾斜可能平面ミラー又は回転多角形ミラーのような反射光学要素、又は他に例えば傾斜可能楔要素又は回転楔要素のような屈折光学要素が考えられる。
一例示的実施形態において、光偏向光学ユニット及び制御デバイスは、偏向角の変化の前にアレイによってターゲット面上に照明可能である第1の光パターンが、偏向角の変化の後でアレイによってターゲット面上に照明可能である第2の光パターンと重ならないように構成される。これは、予め決められた個数の光パルスによる光視野の連続照明によって最大のターゲット面を通過することができることを保証する。この関連において、光パターンは、全ての照明領域のセットであり、暗領域が照明領域の間に残り、従って、暗領域は光パターンの一部ではないと理解しなければならない。
ここで考えられることは、第1の光パターンと第2の光パターンをターゲット視野上でこれらの2つの光パターンのエンベロープ(envelopes)(すなわち、外部輪郭)が重ならないように配置することである。この配置を使用すると、2つの光パターンは、例えば互いに隣合わせで一列に配置するか又はターゲット面上に予め決められた格子の2次元配置で配置することができる。このようにして、比較的大きいターゲット面をアレイを用いて非常に高速に照明することができる。光偏向光学ユニットとアレイの光学要素とのそのような制御は、特に光学要素の間の不可避の間隙がターゲット面上に転写されないか、又は非常に小さくてそれらを許容できる場合に適切である。
それとは対照的に、そのような間隙が許容不能に大きい場合に、第1の光パターンと第2の光パターンを互いにからませる(entangle)ことが多くの場合に好都合である。光偏向光学ユニットは、次に、光パターンのエンベロープが有意に重なるように2つの光パルスの間で光パターンを好ましくはごく僅かだけ変位させる。光パターン自体も重なる場合に、時間積分の後でこのアレイによってターゲット面上に事実上あらゆる強度分布を(多段強度分布も)照明することが可能である。
これは、アレイの2つの隣接光学要素の間の基準方向に沿った距離が、2つの光学要素の基準方向に沿った最大寸法よりも大きい場合に特に好都合である。第1の光パターンと第2の光パターンは、次に、ターゲット面上で第1の光パターンによって照明することができない間隙を第2の光パターンが照明するようにからませることができる。そのような間隙は、特に、アレイをターゲット面上に結像するレンズがアレイとターゲット面の間の光路に配置される場合に生じる場合がある。
光源は、150nm及び250nmの中心波長を有する投影光を発生させるように構成されたレーザとすることができる。
本発明の主題は、更に、a)ターゲット面を照明し、2つの切換位置の間でデジタル式に切換可能である光学要素のアレイ上に光パルスのシーケンスを向ける段階と、b)アレイとターゲット面の間の光路に配置された調節可能光偏向光学ユニットを用いて異なる偏向角だけアレイから向けられた光をターゲット面に偏向する段階であって、偏向角の変化が2つの連続光パルスの間で発生する上記偏向する段階とを含むマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系を操作する方法である。
本発明による方法の利点は、本発明による照明系を参照して上述したものに実質的に対応する。
アレイの光学要素のうちの少なくとも1つは、2つの光パルスの間で切り換えることができる。その結果、時間積分の後でターゲット面上に非常に異なる強度分布を発生させることができる。
偏向角の変化の前にアレイによってターゲット面上に照明される第1の光パターンは、偏向角の変化の後でアレイによってターゲット面上に照明される第2の光パターンと重ならない。
第1の光パターンと第2の光パターンは、2つの光パターンのエンベロープが重ならないようにターゲット視野上に配置することができる。
それに対する代替として、第1の光パターンと第2の光パターンは、互いにからませることができる。これは、アレイの隣接光学要素の間の基準方向に沿った距離が光学要素の基準方向に沿った最大寸法よりも大きい場合に特に好都合である。
本発明の更に別の特徴及び利点は、図面を参照して以下の例示的実施形態の説明から明らかになるであろう。
マイクロリソグラフィ投影露光装置のかなり簡略化した斜視図である。 走査処理中の異なる時間での本発明による照明系の一部を示す略斜視図である。 走査処理中の異なる時間での本発明による照明系の一部を示す略斜視図である。 走査処理中の異なる時間での本発明による照明系の一部を示す略斜視図である。 走査処理中の異なる時間での本発明による照明系の一部を示す略斜視図である。 マイクロミラーアレイがレンズによってターゲット面上に結像される図2aから図2dに基づく本発明の別の例示的実施形態による照明系の一部の図である。 マイクロミラーアレイによってミラー面上に連続して発生される光パターンが互いにからむ例示的実施形態を説明するための概略図である。
図1は、微細構造化構成要素のリソグラフィ生成に適する投影露光装置10を非常に概略的な斜視図に示している。投影露光装置10は、193nmの中心波長を有する投影光を発生させるように構成された光源LSと、光源LSによって発生された投影光をマスク14上に向け、描示する例示的実施形態では矩形である幅狭の照明視野16を照明する照明系12とを含む。他の照明視野形態、例えば、リングセグメントも同じく考えられる。
マスク14上で照明視野16内に位置する構造18は、複数のレンズ要素L1〜L4を含有する投影レンズ20を用いて感光層22上に結像される。例えば、フォトレジストとすることができる感光層22は、ウェーハ24又は別の適切な基板に付加され、投影レンズ20の像平面に置かれる。投影レンズ20は、一般的に結像スケール|β|<1を有するので、照明視野16内に位置する構造18は、投影視野18’上に縮小サイズで結像される。
描示する投影露光装置10では、マスク14とウェーハ24は、投影中にYで表す方向に沿って変位される。この場合に、変位速度比は、投影レンズ20の結像スケールβに等しい。投影レンズ20が像を反転させる場合に(すなわち、β<0)、マスク14の変位移動とウェーハ24の変位移動は、図1に矢印A1とA2に示すように互いに対して逆方向に延びる。このようにして、照明視野16は、比較的大きい構造化領域でさえも感光層22上に連続的に投影することができるように、マスク14にわたって走査移動によって導かれる
図2aは、照明系12の一部を略斜視図に示している。複数のマイクロミラー30を含有するマイクロミラーアレイ28が担体26上に配置される。各マイクロミラー30は、2つの切換位置の間でデジタル式に切換可能である。この場合に、マイクロミラー30は、マイクロミラーアレイ28の面にわたって規則的な2次元配置で分散される。
特に、マイクロミラーアレイ28は、マイクロ電気機械系(MEMS)構成要素として通常は実現されるデジタルミラーデバイス(DMD)とすることができる。
光路内でマイクロミラーアレイ28の下流には、アクチュエータ(この図には描示していない)を用いて2つの直交傾斜軸34、36の周りに傾斜可能な傾斜ミラー32が配置される。傾斜ミラー32は、マイクロミラーアレイ28と、例えば、光学インテグレーターの光入射ファセット又は照明系12の瞳面とすることができるターゲット面38との間の光学光路に置かれる。
図2aには、傾斜ミラー32を第1の傾斜位置に示している。この第1の傾斜位置では、マイクロミラーアレイ28によって反射された投影光40は、ターゲット面38上にその第1の領域42a内に光パターンが生じるように向けられる。ここで、光パターン44aは、マイクロミラーアレイ8内のマイクロミラー30の位置に依存する。従って、マイクロミラー30の適切な作動によって光パターン44aを第1の領域42a内で修正することができる。マイクロミラーアレイ28内により多くのマイクロミラー30が含有される程、光パターン44aを設定することができる空間解像度が増加する。
投影露光装置を操作する時に、光パターン44aは、光源LSによって放出される1又は2以上の連続光パルス中に第1の領域42aに発生される。ここで、光パルスは、一般的に数kHzの周波数で光源LSによって放出され、光パルスの持続時間tは、周期Tに対して短い(t/T≪1)。投影光40が照明系12を通過しない間の光パルス間の時間間隔は相応に長い。
本発明により、光パルス間のこれらの長い時間間隔は、傾斜ミラー32を一方又は両方の傾斜軸34、36によって傾斜させるために使用され、従って、この傾斜ミラーは、第2の傾斜位置に移される。このようにして、次の光パルスがターゲット面38上に存在するときには、図2bによって示すように、第2の領域42bが照明される。更に、マイクロミラーアレイ28の少なくとも1つのマイクロミラー30は、2つの連続光パルス間の時間間隔内に切り換えることができる。従って、第2の領域42b上に発生される光パターン44bは、ターゲット面38が以前に第1の領域42a内で照明された際の光パターン44aとは、一般的に異なることになる。この場合に、2つの領域42a、42bは、好ましくは、ターゲット面38上の光パターン44a、44bが少なくとも実質的に継ぎ目のない方式で互いに融合されるように互いに直接に隣接する。
1又は2以上の光パルス中に第2の光パターン44bがターゲット面38上に発生された後に、傾斜ミラー32は、2つの連続光パルス間の別の時間間隔中にここでもまたアクチュエータを用いて傾斜軸34、36のうちの少なくとも一方の周りに傾斜され、従って、このミラーは、第3の傾斜位置に移される。その結果、次の光パルス中に、ターゲット面38上の第3の領域42cは、マイクロミラーアレイ28によって反射される投影光40によって第3の光パターン44cで照明される。第3の光パターン44cが、第2の光パターン44bとは異なることが意図される場合に、マイクロミラーアレイ28のマイクロミラー30も少なくとも部分的に同時に切り換えられる。
図示の例示的実施形態において、ターゲット面30内の第4の領域42d内に第4の光パターン44dを発生させるために、傾斜ミラー32及びマイクロミラー30のそのような調節が再度繰り返される。
従って、ターゲット面38は、それぞれ連続する2つの光パルス間の時間間隔中の傾斜ミラー32の調節の後に、少なくとも4つの光パルスの期間にわたって光パターン44aから44dによって完全に覆われたことになる。従って、時間積分の後で、全体ターゲット面38にわたる光パターンの解像度に関する値が出現し、この値は、与えられた時間にマイクロミラーアレイ28によってターゲット面38上に発生させることができる解像度の4倍に対応する。
複数の光パルスが領域42aから42dのうちの1つを照明する場合に、これらの連続光パルス間の時間間隔中にマイクロミラー30だけを切り換えて傾斜ミラー32を切り換えない選択肢が更に存在する。このようにして、領域42aから42dの範囲での時間積分の後で異なる強度グラデーション(gradations)を発生させることができる。感光層22の露光中に合計で40個の光パルスが利用可能である場合に、これらの40個の光パルスは、4つの領域42aから42dにわたって均一に分散させることができる。次に、各領域42aから42dに対して10個の光パルスが利用可能であり、これは、各領域42aから42dの範囲の10通りの異なる光強度のグラデーションに対応する。その結果、簡単で比較的小さいデジタルマイクロミラーアレイ28を用いてターゲット面38上に比較的大きい連続かつ多重のグラデーション強度分布を発生させることができる。それによって異なる照明角度分布の精密な設定だけでなく、冒頭で上述したファイル参照番号EP 13194135.3の欧州特許出願に記載されているような視野依存照明角度分布の発生も可能になる。ここで、光学インテグレーター上の光パターンの解像度は非常に高く、従って、光学インテグレーターの小さい光入射ファセット上に異なる光パターンを発生させることができる。これらの光パターンはマスク上に直接に結像されるので、視野依存照明角度分布を発生し、かつマイクロミラーアレイ28の作動によって照明視野16の寸法に影響を及ぼすことも可能である。
図3は、個々のレンズ要素として示すレンズ46がマイクロミラーアレイ28とターゲット面38の間の光路に配置された本発明による照明系に対する別の例示的実施形態を図2a〜図2dに基づく略斜視図に示している。レンズ46は、マイクロミラーアレイ28をターゲット面38上に結像する。
図3には、更に、傾斜ミラー32のためのアクチュエータ48、50と制御デバイス52とを描示している。制御デバイス50は、光源LSと、アクチュエータ48、50と、マイクロミラーアレイ28とを作動させ、それによって一方で光源LSによって発生される光パルスと、傾斜ミラー32及びマイクロミラー30の調節工程との間で必要な同期を確実にする。
図3に示す配置を使用すると、図4に示すように、ターゲット面上の光パターンが互いにからむ(entangled)作動を実現することも可能である。図4は、4つの異なる時間におけるマイクロミラーアレイ28上の4つの光分布を上段に示しており、明瞭化の理由から、マイクロミラーアレイ28が4つのマイクロミラー30のみを有することが示唆されている。マイクロミラー30が大きい非反射領域54によって互いから分離されていることを見ることが可能である。この例示的実施形態において、1つの基準寸法、例えば、X方向に沿ったマイクロミラー30の寸法は、この基準方向に沿った隣接マイクロミラー30の間の距離よりも大きくない
図4によって中段に示すように、傾斜ミラー32のためのアクチュエータ48、50は、この例示的実施形態では光パターン44aから44dが互いにからむように制御デバイス52によって作動する。傾斜ミラー32の調節に依存してターゲット面38上に照明される42aから42dは、この場合に、マイクロミラー30の像30’の幅だけしか互いからオフセットされず、その結果、領域42aから42dのエンベロープは、各場合に有意に重なる。領域42aから42dの連続ピボット回転の結果として、ターゲット面38は、図4の下段に示すように時間積分後に完全に照明される。
光パターン44aから44d内で「オフ位置」に傾斜され、従って、黒色に示すマイクロミラー30は、図4の下段に示すように、時間積分強度分布内で互いにそれらのコーナで隣接する。その結果、傾斜ミラー32を用いて光パターンをピボット回転させることによって達成することができることは、マイクロミラーアレイ28の結像の場合であっても、非反射領域54の像のない強度分布をレンズ46を用いてターゲット面38上に発生させることが可能であることである。
28 マイクロミラーアレイ
30 マイクロミラー
32 傾斜ミラー
34、36 傾斜軸
38 ターゲット面

Claims (13)

  1. マスクを照明するよう構成された、マイクロリソグラフィ投影露光装置(10)の照明系であって、該マスクは該照明系の一部ではなく、該照明系が、
    a)光パルスのシーケンスを発生させるように構成された光源(LS)と、
    b)前記光源と前記マスクとの間に配置されたターゲット面(38)と、
    c)前記光源と前記ターゲット面の間の光路に配置された光学要素(30)のアレイ(28)であって、該光学要素が、2つの切換位置の間でデジタル式に切換可能である前記アレイ(28)と、
    d)前記アレイと前記ターゲット面の間の光路に配置され、異なる偏向角によって入射光(40)を偏向するように構成された調節可能光偏向光学ユニット(32)と、
    e)2つの連続光パルス間で前記偏向角の変化があるように前記光偏向光学ユニットを作動させるように構成された制御デバイス(52)と、
    を含むことを特徴とする照明系。
  2. 前記制御デバイス(52)は、2つの光パルス間で前記アレイ(28)の前記光学要素(30)のうちの少なくとも1つを切り換えるように構成されることを特徴とする請求項1に記載の照明系。
  3. 前記光偏向光学ユニット(32)及び前記制御デバイス(52)は、前記偏向角の変化の前に前記アレイ(28)によって前記ターゲット面(38)上に照明可能である第1の光パターン(44aから44d)が、該偏向角の変化の後で該アレイによって該ターゲット面上に照明可能である第2の光パターン(44aから44d)と重ならないように構成されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の照明系。
  4. 前記第1の光パターン(図2aから図2dの44aから44d)と前記第2の光パターン(図2aから図2dの44aから44d)は、該2つの光パターンの外部輪郭が重ならないように前記ターゲット視野上に配置されることを特徴とする請求項3に記載の照明系。
  5. 前記第1の光パターン(図4の44aから44d)と前記第2の光パターン(図4の44aから44d)は、互いにからむことを特徴とする請求項3に記載の照明系。
  6. 基準方向(X)に沿った前記アレイ(28)の2つの隣接光学要素(30)間の距離が、該基準方向に沿った該2つの光学要素(30)の最大寸法よりも大きいことを特徴とする請求項5に記載の照明系。
  7. 前記アレイを前記ターゲット面上に結像するレンズ(46)が、該アレイ(28)と該ターゲット面(38)の間の前記光路に配置されることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の照明系。
  8. マスクを照明するよう構成された、マイクロリソグラフィ投影露光装置(10)の照明系(12)を操作する方法であって、該マスクは該照明系の一部ではなく、該方法が、
    a)2つの切換位置の間でデジタル式に切換可能である光学要素(30)のアレイ(28)の上に光パルスのシーケンスを向ける段階であって、該アレイが、前記光源と前記マスクとの間に配置されたターゲット面(38)を照明する前記向ける段階と、
    b)前記アレイから向けられた光を異なる偏向角によって前記ターゲット面に該アレイと該ターゲット面の間の光路に配置された調節可能光偏向光学ユニット(32)を用いて偏向する段階であって、該偏向角の変化が2つの連続光パルス間で発生する前記偏向する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
  9. 前記アレイ(28)の前記光学要素(30)のうちの少なくとも1つが、2つの光パルス間で切り換わることを特徴とする請求項8に記載の方法。
  10. 前記偏向角の変化の前に前記アレイ(28)によって前記ターゲット面(38)上に照明可能である第1の光パターン(図2aから図2dの44aから44d)が、該偏向角の変化の後で該アレイによって該ターゲット面上に照明可能である第2の光パターン(図2aから図2dの44aから44d)と重ならないことを特徴とする請求項8又は請求項9に記載の方法。
  11. 前記第1の光パターンと前記第2の光パターンは、該2つの光パターンの外部輪郭が重ならないように前記ターゲット視野上に配置されることを特徴とする請求項10に記載の方法。
  12. 前記第1の光パターン(図4の44aから44d)と前記第2の光パターン(図4の44aから44d)は、互いにからむことを特徴とする請求項10に記載の方法。
  13. 基準方向(X)に沿った前記アレイ(28)の隣接光学要素(30)間の距離が、該基準方向に沿った光学要素の最大寸法よりも大きいことを特徴とする請求項12に記載の方法。
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