JP6339658B2

JP6339658B2 - 可変透過フィルタを有する対物系を含むマイクロリソグラフィ装置

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Description

本発明は、一般的にマイクロリソグラフィの分野に関し、特に、投影露光装置又はマスク検査装置に使用される対物系に関する。本発明は、特に、そのような対物系内の投影光路における光照射分布を補正するか又はより一般的には変化させることに関する。

マイクロリソグラフィ（フォトリソグラフィ又は簡単にリソグラフィとも呼ばれる）は、集積回路、液晶ディスプレイ、及び他の微細構造化デバイスの製作のための技術である。マイクロリソグラフィの工程は、エッチングの工程との連携で基板、例えば、シリコンウェーハ上に形成された薄膜積層体内に特徴部をパターン化するのに使用される。製作の各層では、最初に、ウェーハが、深紫外（ＤＵＶ）光、真空紫外（ＶＵＶ）光、又は極紫外（ＥＵＶ）光のような放射線に敏感な材料であるフォトレジストで被覆される。次いで、フォトレジストをその上に有するウェーハは、投影露光装置内でマスクを通して投影光に露光される。マスクは、フォトレジスト上に投影される回路パターンを含む。露光後に、フォトレジストが現像され、マスク内に含まれる回路パターンに対応する像が生成される。この後、エッチング工程が、回路パターンをウェーハ上の薄膜積層体内に転写する。最後に、フォトレジストが除去される。異なるマスクを使用するこの工程の繰り返しは、多層微細構造化構成要素をもたらす。

投影露光装置は、典型的に、照明系と、マスクを位置合わせするためのマスク位置合わせ台と、投影対物系と、フォトレジストで被覆されたウェーハを位置合わせするためのウェーハ位置合わせ台とを含む。照明系は、例えば、矩形スリット又は幅狭リングセグメントの形状を有することができるマスク上の視野を照明する。

現在の投影露光装置では、２つの異なるタイプの装置の間で区別を付けることができる。一方のタイプでは、ウェーハ上の各ターゲット部分は、マスクパターン全体をターゲット部分の上に一回で露光することによって照射され、そのような装置は、一般的にウェーハステッパと呼ばれる。一般的にステップアンドスキャン装置又は簡単にスキャナと呼ばれる他方のタイプの装置では、各ターゲット部分は、マスクパターンを投影光ビームの下で与えられた基準方向に次第に走査し、同時にこの方向と平行又は逆平行に基板を同期して走査することによって照射される。ウェーハの速度とマスクの速度の比は、投影レンズの倍率βに等しい。倍率に対する典型的な値は、β＝±１／４である。

用語「マスク」（又はレチクル）は、広義にパターン化手段と解釈されるものとする。一般的に使用されるマスクは、不透明、透過性、又は反射性のパターンを含み、例えば、バイナリタイプ、交互位相シフトタイプ、減衰位相シフトタイプ、又は様々な混成マスクタイプのものである場合がある。

投影露光装置の開発において不可欠な目的の１つは、ウェーハ上に益々小さい寸法を有する構造をリソグラフィによって生成することができることである。小さい構造は、一般的に、そのような装置を用いて製造される微細構造化構成要素の性能に対して好ましい効果を有する高い集積密度をもたらす。更に、単一ウェーハ上により多くのデバイスを製造することができる程、生産工程のスループットはより高い。

生成することができる構造のサイズは、主として、使用されている投影対物系の分解能に依存する。投影対物系の分解能は、投影光の波長に反比例するので、分解能を高める１つの手法は、益々短い波長を有する投影光を使用することである。現在使用されている最も短い波長は、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、又は１５７ｎｍであり、従って、深紫外又は真空紫外のスペクトル範囲にある。一方、約１３ｎｍの波長を有するＥＵＶ光を使用する装置も市場で入手可能である。将来の装置は、時に６．９ｎｍ程度まで短い波長を有するＥＵＶ光を使用することになる。

非常に高い分解能を有する投影対物系では、収差（すなわち、像誤差）の補正が益々重要になってきている。他の重要な問題は、対物系の視野及び瞳平面における望ましくない照射変動である。

像平面内の望ましくない照射変動は、ＣＤ変化、すなわち、臨界寸法の変化に直接的に変換される。瞳平面内の照射変動は、把握することがより困難である。複素瞳透過関数の振幅部分は、対物系の角度透過特性を表し、それに対して瞳透過関数の位相部分は、その収差を定める。

数学的には、結像は、２つのフーリエ変換により、すなわち、物体平面から瞳平面へ及び瞳平面から像平面へのものによって表すことができる。第２のフーリエ変換の前に、複素瞳透過分布に結像系の光学伝達関数（ＯＴＦ）を乗算しなければならない。ＯＴＦは、収差を表す位相項Ｗと、角度照射分布が対物系による影響をどのように受けるかを表す振幅項Ａとに分割することができる。一般的に、両方の項は、瞳座標（すなわち、視野レベルでの光線方向）及び視野座標の関数である。これは、光線の振幅が、一般的にこの光線が視野内で入射する位置に依存し、同じく光線の方向にも依存することを表している。類似の考察が位相にも適用される。

振幅分布を表す項Ａが瞳座標内で奇対称性を有する場合に、それは、非テレセントリック性の対物系をもたらすことになる。テレセントリック性という表現は、視野平面内の点から射出するか又は点に収束する光束の平均方向を表している。非テレセントリック性の対物系では、オーバーレイが、像平面上の与えられた点に一方の側から他方の側よりも多い光が到達するのでフォーカスの関数になり、その結果、ウェーハが像平面に対して上方又は下方に移動される場合に（すなわち、露光像をデフォーカスする）、像は、実質的に水平に移動する。

振幅分布を表す項Ａが、像平面上の与えられた点に到達する光照射が対称であるような偶対称性を有する場合に、これは、構造密度（ピッチ）及び向きの関数として最適露光照射量に影響を及ぼし、異なるピッチの線は、異なる露光照射量を同じサイズで印刷することを必要とする。

瞳平面内での照射分布の望ましくない変動に関連付けられた悪影響を排除するために、アポディゼーションが使用される。本明細書では、用語アポディゼーションは、フィルタを使用することによるＯＴＦの振幅項Ａの修正を一般的に表す上で使用する。当業技術では、対物系内で回折リングのエネルギを抑制するための瞳平面内での透過率の光学フィルタリングを表す上で用語アポディゼーションが使用される場合がある。

通常、瞳平面には理想照射分布があり、アポディゼーションフィルタは、実照射分布をそれが少なくともある程度理想照射分布に近づくように補正するのに使用される。しかし、この意味での補正を必要としない場合がある。例えば、非理想照射分布アポディゼーションによって引き起こされる悪影響を他の対策によって排除することができるように照射分布を変化させることが可能である場合がある。そのような対策は、取りわけ、照明系によって生成される角度光分布の修正、又は対物系内に含まれるレンズの変位又はウェーハの変位を含む。

実照射分布が変化しない場合に、固定の空間フィルタ機能、すなわち、修正することができない減衰率分布を有するアポディゼーションフィルタを使用するだけで通常は十分である。しかし、マイクロリソグラフィ投影露光装置では、多くの場合に実照射分布は少なくともある程度まで変化し、従って、アポディゼーションフィルタのフィルタ機能を変化させることができることが望ましい。

ＵＳ５，４４４，３３６は、異なる灰色フィルタを対物系の瞳平面に挿入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投影対物系を開示している。しかし、異なるフィルタ機能の個数は、余儀なく制限されている。

ＵＳ２００６／００９２３９６は、個々にプログラム可能な要素、例えば、ＬＣＤセルのアレイによって形成された可変アポディゼーションフィルタが対物系の瞳平面に配置されたマイクロリソグラフィ投影露光装置の投影対物系を開示している。アレイの要素を個々に制御することにより、アポディゼーションフィルタの減衰率分布を変化させることができる。この公知の手法の１つの欠点は、各要素によって生成される減衰率を微調節することが困難である点である。

ＵＳ２０１０／０１３４８９１Ａ１は、マイクロリソグラフィ投影露光装置の対物系のための別の可変アポディゼーションフィルタを開示している。ここでは、ミラーの反射係数を局所的に変化させるために、曲面ミラー面上に塗布された反射コーティングが離調される。類似の手法は、ＵＳ７，７９１，７１１Ｂ２にも記載されている。しかし、この手法を用いると、離調を完全に逆転させることができることを保証することが困難である。

ＷＯ２０１１／１１６７９２Ａ１は、出口開口から射出する複数の流体流れが投影露光装置の作動中に投影光が通って伝播する空間に入射する波面補正デバイスを開示している。温度制御ユニットが、各流体流れに対して流体流れ温度を個々に設定する。流体の屈折率は、その温度に依存するので、これは、３次元屈折率分布を生成することを可能にする。後者は、屈折率分布に関連付けられた光路長差が波面変形を補正するように決定される。

ＵＳ５，４４４，３３６ＵＳ２００６／００９２３９６ＵＳ２０１０／０１３４８９１Ａ１ＵＳ７，７９１，７１１Ｂ２ＷＯ２０１１／１１６７９２Ａ１

本発明の目的は、マイクロリソグラフィ装置の対物系の投影光路及び特に瞳平面における光照射分布を可変的に修正するように構成された透過フィルタを含むマイクロリソグラフィ装置を提供することである。透過フィルタは、透過率を完全に可逆で非常に柔軟で局所的に分解された方式で細かく変化させることができるべきである。

対物系内の投影光路における光照射分布を変化させる方法を提供することも本発明の目的である。本方法は、透過率を完全に可逆で非常に柔軟で局所的に分解された方式で細かく変化させることができることを保証すべきである。

本発明により、装置に関して上述した目的は、投影光路における光照射分布を可変的に修正するように構成された透過フィルタを含む対物系を含むマイクロリソグラフィ装置、特にマイクロリソグラフィ投影露光装置によって達成される。透過フィルタは、マイクロリソグラフィ装置の作動中に投影光が通って伝播する空間を通過するガス流れを放出するように構成された複数のガス出口開口を含む。透過フィルタは、更に、各ガス流れに対してガス流れ内のオゾン分子の数密度を個々に変化させるように構成された制御ユニットを含む。

本発明は、オゾンが紫外スペクトル範囲の光に対して比較的高い吸収係数を有するという認識に基づいている。実際に、本発明者は、紫外線に対して同じく高い吸収係数を有するいかなる他のガスも思い当たらない。従って、投影光が通過するガス流れ内のオゾン分子の数密度を慎重に制御することにより、投影光をほぼあらゆる任意の程度まで減衰することができる。

真空紫外（ＶＵＶ）スペクトル範囲の投影波長、特に１９３ｎｍでは、吸収係数は、特定のガス流れに沿って少なくとも実質的に一定である。これは、オゾン分子の数密度が、ＶＵＶ光との相互作用にも関わらずそれ程変化しないことによる。より具体的には、オゾン（Ｏ₃）は、ＶＵＶ光の照射下で分子酸素（Ｏ₂）と励起された酸素ラジカル（Ｏ^1D）とに解離する。後者は、分子酸素（Ｏ₂）又は分子窒素（Ｎ₂）のような他の分子と衝突すると基底状態（Ｏ^3P）に緩和し、かつ分子酸素（Ｏ₂）と再結合して再度オゾン（Ｏ₃）を形成する。

ガス流れ内のオゾン分子の数密度を変化させる異なる手法が存在する。最も簡単な場合に、パージガス流れに給送されるオゾン分子の個数が変更される。しかし、オゾンのようなガスの数密度は、その分圧に直接に関連するので、オゾンの数密度を変化させるのに、少なくとも原理的には分圧の変化を使用することができる（直接的又は温度変化を通して間接的のいずれかで）。

一般的に、層状ガス流れを保証するためには、後者は、互いに交わってはならない。ガス流れが層状であり、かつ投影光路と交わる直線に沿って伝播すると仮定すると、透過フィルタの透過率分布は、従って、オゾン分子の数密度を調節することによって設定することができる一定の透過率を各々が有する複数のストライプの重ね合わせによって与えられる。

そのようなストライプの重ね合わせによってあらゆる任意の透過率分布を構成することができるわけではない。利用可能な透過率分布の範囲は、出口開口の個数だけではなく、これらの開口の相対配置にも依存する。例えば、出口開口の群を対物系の光軸に沿って離間した平行平面に配置することができる。層状ガス流れを保証するためには、特定の平面内の全てのガス流れが互いに平行に延びなければならない。可能な透過率分布の範囲を拡大するために、ガス流れは、各平面に関して異なる方向に沿って延びることができる。例えば、２つの平面の場合に、一方の平面内のガス流れの方向は、他方の平面内のガス流れの方向から９０°だけ異なることができる。３つの平面の場合に、方向は、６０°だけ異なることができ、４つの平面の場合に、方向は、４５°だけ異なることができ、以降同様に続く。一般的に、出口開口の個数が十分に多い場合に、透過フィルタの準連続的な透過率分布を達成することができる。

アポディゼーション目的では、透過フィルタは、対物系の瞳平面内又はその直近に配置しなければならない。特に、少なくとも１つのガス流れは、瞳平面を通って延びなければならず、（適応可能な場合に）平行平面内のガス流れは、瞳平面の直近に配置された平面を通って延びなければならない。

ガス流れが、対物系の光軸に対して少なくとも実質的に垂直な方向に沿って延びる場合に、これは、高い対称性を保証し、かつ望ましくない角度依存フィルタ効果を低減する。

透過フィルタは、２つの隣接するガス流れを分離するように空間内に配置された少なくとも１つの透明光学要素を含むことができる。そのような透明光学要素は、そうでなければ隣接するガス流れが接触することになると考えられる透過フィルタの部分における乱流を阻止するのを助ける。

特に出口開口の群が平行平面に配置される場合に、少なくとも１つの透明光学要素は、透明薄膜を含む平行平坦面を有する板とすることができる。少なくとも１つの板は、それが２つの平面を互いから分離するように対物系の光軸と垂直に配置することができる。複数のそのような板が設けられる場合に、それらは、隣接する板の対が透過フィルタの作動中に平行ガス流れが通って延びる隙間を定める積層体を形成することができる。

（同じく）ガス流れの横接触を回避すべきである場合に、光軸と平行に延びる薄板を設けることができる。光軸と垂直に延びる板との組合せで、薄板は、次に、各ガス流れに対して例えば矩形断面を有するチャネルを定める。それによってガス流れ中の望ましくない乱流の危険性が低減する。

一実施形態において、制御ユニットは、ガス出口開口に接続したガス供給ユニットを含む。ガス供給ユニットは、可変オゾン数密度を用いてガス流れを生成するように構成される。

原理的には、他のガスが不在の状態でオゾンのみがガス出口開口から流出することができる。しかし、これは、吸収がないことが望ましい場合に透過フィルタ内で真空を維持しなければならないことを必要とするであろう。

上述の理由から、本発明の一実施形態において、各ガス流れは、好ましくは、低い反応性を有するガスであるが、同時に投影光に対して完全に透明であり、従って、透過フィルタによって生成される減衰に寄与しないパージガスを含む。例えば、分子窒素（Ｎ₂）がこの目的に適するが、異なるガスから構成される混合物も考えられている。

ガス流れの屈折率は、その圧力に依存する。パージガスの数密度が変更されないままに留まる一方、ガス流れ中のオゾンの数密度が変更された場合に、必然的に圧力変動がもたらされ、従って、ガス流れ中の屈折率の変動ももたらされる。これは、それが対物系の結像品質を劣化させるという理由で一般的に望ましくないので、制御ユニットは、オゾンの数密度が変更された場合に、各ガス流れに対して全体圧力が変化せず、又は少なくとも０．５％を上回って変化せず、好ましくは、０．１％を上回って変化しないようにパージガスの原子又は分子の数密度を各ガス流れに対して個々に変化させるように構成することができる。言い換えれば、分圧の和が一定に保たれるように、パージガスの分圧は、オゾンの分圧のあらゆる変化を補償するように変更される。この場合に、ガス流れの屈折率も変化しない。

パージガスと比較したオゾンのモル屈折率の差と、オゾンによる投影光の吸収に起因する局所温度増大とによって引き起こされる屈折率変化を補正するために、パージガスの分圧の制御式変動を使用することができる。

別の実施形態において、ガス供給ユニットは、パージガス容器と、一端でパージガス容器に接続され、ガス出口開口のうちの１つにおける反対端で終わるチャネルと、オゾン容器と、制御弁とを含む。制御弁は、チャネルを通って案内されるパージガス中にオゾン容器から取られたオゾン分子を単位時間毎に可変個数だけ給送し、それによってチャネルが入って終わるガス出口開口から流出するガス流れ内のオゾン分子の数密度を変化させるように構成される。これは、制御弁が可動構成要素を含む唯一のデバイスである非常に単純な構成をもたらす。

オゾン容器を設ける代わりに、ガス供給ユニットは、分子酸素を含むガスを収容するガス容器と、一端でガス容器に接続され、ガス出口開口のうちの１つにおける反対端で終わるチャネルとを含むことができる。更に、ガス供給ユニットは、２４０ｎｍよりも短く、好ましくは、１８０ｎｍよりも短く、より好ましくは、１６０ｎｍよりも短い中心波長を有する反応光を生成するように構成された光源を含む。反応光は、ガス中に含まれる分子酸素の少なくとも一部分が原子酸素に解離し、かつこれらの原子酸素が次に分子酸素と再結合してオゾンを形成するようにチャネル内で案内されるガス上に向けられる。ガス上に向けられる反応光の照射を変化させることにより、次に、ガス流れ内のオゾン分子の数密度を変化させることができる。この実施形態において、オゾンは、地球の大気中で発生するのと類似の化学反応を用いてマイクロリソグラフィ装置内で生成される。

投影光が十分に短い中心波長を有する場合に、この投影光は、反応光として使用することができる。例えば、投影光ビームから投影光の一部分が分離され（例えば、ビームスプリッタを用いて）、ミラー又は他の光学要素を通じて透過フィルタに向けて誘導され、上述したように透過フィルタにおいて分子酸素を解離させる。これに代えて、投影光ビームは、透過フィルタを通過するときに、それ自体が透過フィルタ内にオゾンを生成する。しかし、この場合に、各ガス流れ内のオゾン分子の数密度は、制御することが困難であるような不均一なものである可能性がある。更に、オゾン分子の数密度は、投影光の照射が最も高い場所で最も高い可能性もある。一般的なアポディゼーションフィルタでは、多くの場合にこれは望ましくない。

マイクロリソグラフィ装置は、対物系の像平面内の角度光分布を測定するように構成された測定系を更に含むことができる。そのような測定系が透過フィルタの制御ユニットに接続される場合に、投影光路における光照射分布は、測定系によって生成された測定信号に応答して変化させることができる。これは、透過フィルタの開ループ制御又は閉ループ制御を実施することを可能にする。

透過フィルタは、ガス流れが空間を通過した後にこれらのガス流れを吸い出すように構成された吸引ユニットを更に含むことができる。これは、ガス流れの層流性をサポートする。

上述の方法に関しては、上述の目的は、対物系内の投影光路における光照射分布を変化させる方法によって達成される。本方法は、以下の段階：ａ）マイクロリソグラフィ装置の作動中に投影光が通って伝播する空間を通して複数のガス流れを案内する段階と、ｂ）ガス流れ内のオゾン分子の数密度を各ガス流れに対して個々に変化させる段階とを含み、対物系は、マイクロリソグラフィ装置に収容される。

本方法は、対物系の像平面内の角度光分布を測定する更に別の段階と、ターゲット角度光分布からの測定角度光分布のずれが低減されるように、ガス流れ内のオゾン分子の数密度を変化させることによって投影光路における光照射分布を変化させる更に別の段階とを含む。

本方法は、分子酸素を含むガスを２４０ｎｍよりも短く、好ましくは、１８０ｎｍよりも短く、より好ましくは、１６０ｎｍよりも短い中心波長を有する反応光で照射することによってオゾンを生成する段階を更に含むことができる。

主張する本発明の一部を形成しない代替において、ガス流れ中で個々に変更されるのはオゾン分子の数密度ではなく、ナノ粒子の数密度である。粒子は、その最大寸法が１００ｎｍよりも小さい場合にナノ粒子と呼ばれる。

そのようなナノ粒子、特に５０ｎｍよりも小さく、好ましくは、２５ｎｍよりも小さい最大寸法を有するナノ粒子が、マイクロリソグラフィ装置の作動中に投影光が通って伝播する空間を通過するガス流れ中に存在する場合に、投影光の一部分は、散乱又は吸収されることになり、従って、対物系の像平面には到達しない。従って、ガス流れ中のナノ粒子の数密度を個々に変化させることにより、オゾン分子の数密度に関して上述したものと実質的に同じ方式で投影光路内に様々な透過率分布を生成することができる。

ナノ粒子は、好ましくは、無機粒子である。この点に関して、銀、ウォルフラム、二酸化チタン、又は二酸化珪素の粒子が適切である。そのようなナノ粒子は、例えば、蒸発、噴霧、削摩、又はスパーク発生によって生成することができる。

ナノ粒子は、ガス流れを封入する透明光学要素の光学面上に沈着する場合があるので、ある程度の時間の後にこれらの光学要素を入れ替えるか、又は他の手段、例えば、電界又は磁場を用いて、投影光が通って伝播する空間を通してガス流れを案内することが必要である場合がある。

ナノ粒子はまた、特に超音波を用いて液体を分散させることによって生成することができる。そのような粒子は、光学面上に沈着した場合に、いかなる残留物も残さずに蒸発する。

定義
本明細書では、Ｖが体積であり、Ｎが与えられた時点で体積Ｖ中に含まれるオゾン分子の個数である場合に、比Ｎ／Ｖを表す上で用語「オゾン分子の数密度」を使用する。

本明細書では、いずれかの電磁放射線、特に、可視光、ＵＶ光、ＤＵＶ光、及びＶＵＶ光を表す上で用語「光」を使用する。

本明細書では、線によって説明することができる伝播経路を有する光を表す上で用語「光線」を使用する。

本明細書では、複数の光線を表す上で用語「光ビーム」を使用する。光ビームは、通常、その直径にわたって伝播経路に沿って変化する可能性がある照射分布を有する。単一光ビームは、通常は、単一点又は拡張光源に関連付けることができる。

本明細書では、３次元空間内のいずれかの平坦又は湾曲面を表す上で用語「面」を使用する。面は、本体の一部とすることができ、又はそこから完全に分離したものとすることができる。

本明細書では、２つの点又は２つの面の間の結像関係を表す上で用語「光学的に共役」を使用する。結像関係は、ある点から射出する光束が光学的に共役な点に収束することを意味する。

本明細書では、マスク平面に対して光学的に共役な平面を表す上で用語「視野平面」を使用する。

本明細書では、視野平面において同じ角度の下で収束又は発散する全ての光線が同じ点を通過する平面を表す上で用語「瞳平面」を使用する。当業技術では通例であるように、実際には「瞳平面」が数学的な意味で平面ではなく、若干湾曲しており、従って、厳密な意味では瞳面と呼ぶべき場合であっても、用語「瞳平面」を使用する。

本発明の様々な特徴及び利点は、添付図面に関連付けて以下に続く詳細説明を参照することでより容易に理解することができる。

本発明による投影露光装置の略斜視図である。図１に示す装置を通る略子午断面図である。第１の実施形態による図１及び図２に示す装置に収容される透過フィルタの略斜視図である。図３に示す透過フィルタを通る略断面図である。図３及び図４に示す透過フィルタに収容される第１及び第２のフィルタユニットの異なる透過率分布を組み合わせることにより、透過フィルタの全透過率分布が如何にして得られるかを示すグラフである。図３及び図４に示す透過フィルタに収容される第１及び第２のフィルタユニットの異なる透過率分布を組み合わせることにより、透過フィルタの全透過率分布が如何にして得られるかを示すグラフである。図３及び図４に示す透過フィルタに収容される第１及び第２のフィルタユニットの異なる透過率分布を組み合わせることにより、透過フィルタの全透過率分布が如何にして得られるかを示すグラフである。図３及び図４に示す透過フィルタに収容される第１及び第２のフィルタユニットの異なる透過率分布を組み合わせることにより、透過フィルタの全透過率分布が如何にして得られるかを示すグラフである。第２の実施形態による透過フィルタを通る略断面図である。本発明の重要な方法段階を示す流れ図である。

Ｉ．投影露光装置の基本構成
図１は、本発明によるマイクロリソグラフィ投影露光装置１０の略斜視図である。装置１０は、１９３ｎｍの中心波長を有する投影光を生成する光源ＬＳを収容する照明系１２を含む。投影光は、微細特徴部１９のパターン１８を含むマスク１６上の視野１４を照明する。この実施形態において、照明視野１４は、矩形形状を有する。しかし、他の形状の照明視野１４、例えば、リングセグメント、及び同じく他の中心波長、例えば、１５７ｎｍ又は２４８ｎｍも同様に考えられている。

光軸ＯＡを有し、複数のレンズＬ１からＬ４を含む投影対物系２０は、照明視野１４の範囲のパターン１８を基板２４によって支持された感光層２２、例えば、フォトレジスト上に結像する。シリコンウェーハによって形成することができる基板２４は、感光層２２の上面が投影対物系２０の像平面に厳密に位置するようにウェーハ台（図１には示していない）上に配置される。マスク１６は、マスク台（図１には示していない）を用いて投影対物系２０の物体平面に配置される。投影対物系２０は、｜β｜＜１の倍率βを有するので、照明視野１４の範囲のパターン１８の縮小像１８’が感光層２２上に投影される。

投影中に、マスク１６及び基板２４は、図１に示すＹ方向に対応する走査方向に沿って移動する。この場合に、照明視野１４は、それよりも大きいパターン付き区域を連続して結像することができるように、マスク１６にわたって走査を行う。基板２４の速度とマスク１６の速度の間の比は、投影対物系２０の倍率βに等しい。投影対物系２０が像を反転させない場合には（β＞０）、図１に矢印Ａ１とＡ２に示すように、マスク１６と基板２４は、同じ方向に沿って移動する。しかし、本発明は、軸外物体視野及び変形像視野を有する反射屈折投影対物系２０と、マスク１６及び基板２４が投影中に移動しないステッパタイプの装置と共に使用することができる。

図２は、図１に示す装置１０を通る略子午断面図である。この断面図には、投影対物系２０の物体平面２８内でマスク１６を支持して移動する２６で表記したマスク台、及び投影対物系２０の像平面３０内で基板２４を支持して移動する３２で表記したウェーハ台も略示している。

この実施形態において、投影対物系２０は、中間像平面３４を有する。物体平面２８と中間像平面３４の間には第１の瞳平面３６が位置し、中間像平面３４と投影対物系２０の像平面３０の間には第２の瞳平面３８が位置する。図２に示すように、視野平面、すなわち、物体平面２８、中間像平面３４、及び像平面３０のうちのいずれかから同じ角度の下に収束又は発散する全ての光線は、第１及び第２の瞳平面３６、３８それぞれ内で同じ点を通過する。

第１の瞳平面３６内には、透過フィルタ４２が配置される。透過フィルタ４２は、第１の瞳平面３６における光照射分布を補正し、又はより一般的には可変的に修正する。透過フィルタ４２は、投影対物系２０の瞳平面３６、３８のうちの１つ内におけるその配置に起因して、像平面３０に到達することを許した場合にマスク１６の像の品質を劣化させることになる投影光の部分を吸収するアポディゼーションフィルタとして使用することができる。

図２には非常に概略的にしか示していない透過フィルタ４２は、投影光が通って伝播するガス流れを放出するように構成された複数のガス出口開口４４と、ガス流れ４６内のオゾン分子の数密度を各ガス流れ４６に関して個々に変化させるように構成された制御ユニット４８とを含む。この目的に対して、制御ユニット４８は、ガス供給ユニット５０と、ガス供給ユニット５０に接続した計算ユニット５２とを含む。更に、計算ユニット５２は、装置１０の全体系制御器５３に接続される。

以下に続く節では、透過フィルタ４２の実施形態を図３及び図４を参照してより詳細に説明する。

ＩＩ．透過フィルタの設計
図３は、正確な縮尺のものではない透過フィルタ４２の略斜視図である。透過フィルタ４２は、ガス供給ユニット５６と吸引ユニット５７とを含む第１のフィルタユニット５４を含む。これらのユニット内に含まれる構成要素に対しては、図４を参照して後により詳細に説明する。ユニット５６、５７は、装置１０の作動中に投影光ＰＬが通って伝播する実質的に空の空間５５によって離間している。

ガス供給ユニット５６は、図示の実施形態では円形の断面を有する２列のガス出口開口４４に接続される。これらの列は、Ｙ方向に沿って交互方式に配置される。２列のガス出口開口４４は、水平ガラス板５８によって分離した２つの平行平面に配置される。水平ガラス板５８と平行に配置された２つの追加の水平ガラス板６０、６２と、２つの垂直ガラス板６４、６６と、ユニット５６、５７とは、上側空洞６８と下側空洞７０を共同で定める（図４の断面図も参照されたい）。空洞６８、７０の高さは、１ｍｍ程度の小さいものとすることができる。透過フィルタ４２の作動中に、ガス流れ７２は、空洞６８、７０を通って−Ｘ方向に沿って伝播する。ガス流れ７２は、各空洞６８、７０の一端に配置されたガス出口開口４４によって放出される。

吸引ユニット５７は、空洞６８、７０を横断した後のガス流れ７２を吸い出す類似の配置のガス入口開口に接続される。ガス入口開口は、ガス出口開口４４の反対側に１対１対応で配置されるが、図３では見ることができない。

透過フィルタ４２は、第１のフィルタユニット５４と同じ全体設計を有する第２のフィルタユニット１５４を更に含む。この理由から、第２のフィルタユニット１５４の構成要素は、第１のフィルタユニット５４の対応する構成要素と比較して１００だけ増分した参照番号で表記している。

第２のフィルタユニット１５４は、第１のフィルタユニット５４に対して９０°だけ回転される。この理由から、一方で第１のフィルタユニット５４内のガス流れ７２と、他方で第２のフィルタユニット１５４内のガス流れ１７２とは、直交方向に沿って延びる。図３では、空洞１６８、１７０を横断した後のガス流れ１７２を吸い出す第２のフィルタユニット１５４のガス入口開口１４５のみを見ることができる。

図４は、図３にＳ−Ｓに示す断面平面に沿って図３に示す透過フィルタ４２を通る断面図である。第２のフィルタユニット１５４のガス供給ユニット１５６は、複数のチャネル１７３を含む。各チャネル１７３は、その一端でガス出口開口４４のうちの１つに流体接続される。反対端では、各チャネル１７３は、パージガスを含むパージガス容器１７４とオゾンを含むオゾン容器１７６とにおいてそれぞれ終わる２つのチャネル区画に分岐する。図示の実施形態において、パージガスとして窒素（Ｎ₂）が使用される。一般的に、パージガスは、投影光ＰＬに対して無視することができる吸収係数を有するべきである。

オゾン容器１７６と特定のガス出口開口１４４に関する分岐点との間のチャネル区画内には、オゾン制御弁１７８が設けられる。計算ユニット５２によって制御されるオゾン制御弁１７８は、最終的にガス出口開口１４４に至るチャネル区画内にオゾン容器１７６から取られたオゾン分子を単位時間毎に可変個数だけ供給するように構成される。このようにして、各ガス出口開口１４４に対して、そこから流出するガス流れ１７２内のオゾン分子の数密度は、オゾン制御弁１７８を用いて細かくかつ個々に調節することができる。

パージガス容器１７４と特定のガス出口開口１４４に関する分岐点との間のチャネル区画内には、パージガス制御弁１７９が設けられる。同じく計算ユニット５２によって制御されるパージガス制御弁は、最終的にガス出口開口１４４に至るチャネル区画内にパージガス容器１７４から取られたパージガスの原子又は分子を単位時間毎に可変個数だけ供給するように構成される。このようにして、各ガス出口開口１４４に対して、そこから流出するガス流れ１７２中のパージガスの原子又は分子の数密度は、パージガス制御弁１７９を用いて細かくかつ個々に調節することができる。

第１のフィルタユニット５４のガス供給ユニット５６は同じ構成を有し、従って、ガス流れ７２のオゾン分子及びパージガスの原子又は分子の数密度を制御するためのオゾン制御弁７８（図には示していない）とパージガス制御弁７９（図には示していない）とを含む。

第２のフィルタユニット１５４の吸引ユニット１５７は、ガス入口開口１４５を吸引ポンプ１８６に接続するチャネル１８２を含む。吸引ポンプ１８６は、ガス出口開口１４４から流出するガスが吸引ユニット１８０によって吸い出され、空洞１６８、１７０を通って延びる複数の層状ガス流れ１７２を形成するように負の圧力を生成する。オゾン分子の数密度は、各ガス流れ１７２に関して個々に制御することができるので、空洞１６８、１７０内にオゾン分子の不均一数密度を生成することができる。当然ながら、同じことは、第１のフィルタユニット５４の空洞６８、７０内のガス流れ７２にも適用される。

以下では、図３及び図４に示す透過フィルタ４２の機能に対して図５から図８を参照して説明する。

ＩＩＩ．透過フィルタの機能
簡略化の目的で、以下では、第１及び第２のフィルタユニット５４、１５４内の空洞７０、１７０にパージガスのみが流入し、オゾンは全く流入しないと仮定する。従って、透過フィルタ４２の透過率は、オゾン制御弁７８、１７８によって制御される他の２つの空洞６８及び１６８内のオゾン分子の数密度によってのみ決定される。

図５は、第１及び第２のフィルタユニット５４、１５４の全てのオゾン制御弁７８、１７８が、単位時間毎に同じ個数のオゾン分子を空洞６８、１６８に供給する場合の透過フィルタ４２の透過率分布を示している。次に、空洞６８、１６８内でオゾン分子の均一な数密度が得られる。従って、オゾン分子の数密度に鋭敏に依存する吸収係数は、空洞６８、１６８内の各点で等しい。各空洞６８、１６８が光軸ＯＡに沿って１ｍｍの高さを有し、投影光ＰＬの波長が１９３ｎｍである場合に、第１のフィルタユニット５４内の空洞６８を通って延びるガス流れ７２中の約１．０２６・１０¹⁸分子／ｃｍ³のオゾン分子数密度は、透過率を９５％に５％だけ低下させることになる。図５では第１のフィルタユニット５４の透過率分布ＴＤ５４を左手側に例示している。

同じことは、第２のフィルタユニット１５４内の空洞１６８を通って延びるガス流れ１７２にも適用される。従って、図５の中心部分に示す透過率分布ＴＤ１５４から明らかなように、第２のフィルタユニット１５４も、透過率を９５％に５％だけ低下させる。

各ＸＹ座標において透過率分布ＴＤ５４、ＴＤ１５４を乗算することにより、第１のフィルタユニット５４と第２のフィルタユニット１５４との組合せ効果が得られる。図５の右手側に示すように、第１及び第２のフィルタユニット５４、１５４内の約１．０２６・１０¹⁸分子／ｃｍ³のオゾン分子の均一な数密度は、透過フィルタ４２全体にわたって９０％の均一な透過率分布ＴＤ４２をもたらす。

図６では、制御弁７８ａ、１７８の類似の制御を仮定する。しかし、ここでは、一部のオゾン制御弁７８、１７８は、これらの弁に関するガス流れ７２がいかなるオゾンも全く含まないように制御される。この場合に、ガス流れに関する透過率は、ほぼ１００％である窒素パージガスの透過率に等しい。残りのガス流れは、ここでもまた、透過率を５％だけ低下させる。

第１のフィルタユニット５４は、次に、図６の左手側に示し、かつＸ方向に沿って延びるＴ＝９５％を有する２つのストライプ９１Ｘ、９２Ｘと、第１のストライプ９１Ｘと第２のストライプ９２Ｘとの間で延びるＴ＝１００％を有する第３のストライプ９３Ｘとで構成される透過率分布ＴＤ５４を生成する。

同じく、第２のフィルタユニット１５４は、次に、図６の中心部分に示し、Ｙ方向に沿って延びるＴ＝９５％を有する２つのストライプ９１Ｙ、９２Ｙと、第１のストライプ９１Ｙと第２のストライプ９２Ｙとの間で延びるＴ＝１００％を有する第３のストライプ９３Ｙとで構成される透過率分布ＴＤ１５４を生成する。

第１のフィルタユニット５４と第２のフィルタユニット１５４との組合せ効果を図６の右手側に例示している。ここで、透過フィルタ４２全体の透過率分布ＴＤ４２がより複雑であることを見ることができる。すなわち、透過率分布ＴＤ４２は、Ｔ＝９０％を有する４つの区域９４と、Ｔ＝９５％を有する４つの区域９６と、Ｔ＝１００％を有する中心区域９８とを含む。

図７は、その左手側と中心部分とに示すように、少数のガス流れ７２、１７２しかオゾン分子の非ゼロ数密度を持たない場合を示している。第１及び第２のフィルタユニット５４、１５４それぞれの透過率分布ＴＤ５４、ＴＤ１５４の組合せ効果は、ここでもまた右手側に示している。透過フィルタ４２全体の透過率分布ＴＤ４２は、最小透過率Ｔ＝８５％を有する２つの区域１００と、Ｔ＝９０％を有する４つの区域１０２と、Ｔ＝９５％を有する３つの区域１０４と、最大透過率Ｔ＝１００％を有する残りの６つの区域１０６とを含む。

オゾン制御弁７８、１７８を慎重に制御することにより、投影光ＰＬの光路内に様々な透過率分布を生成することができることが以上により認められるであろう。これは、特に、非常に多数、例えば、数百本又は更に数千本のガス流れ７２、１７２内のオゾン分子の数密度を各ガス流れに対して独立して設定することができる場合に適用される。ガス流れ７２、１７２が、異なる平面内で投影光ＰＬが通って伝播する空間５５を通る２つだけではなく、３つ又はそれよりも多くの異なる方向に沿って延びる場合に、透過フィルタ４２によって生成することができる異なる透過率分布ＴＤ４２の個数は更に高まる。

一般的に、透過率分布ＴＤ４２の分解能は、ガス流れ７２、１７２の幅に依存する。この幅は、任意の小さい値まで縮小することができないので、各フィルタユニット５４、１５４は、ガス流れが通過する空洞を１つだけではなく２つ含む。ガス出口開口４４、１４４は、これらの空洞６８、７０及び１６８、１７０内で横方向にオフセットされるので、分解能は実際には２倍高い。これは、空洞６８内のガス出口開口４４の列が他方の空洞７０内の出口開口４４の列に対して横方向にオフセットされている図４で最も明確に見ることができる。

図８は、個々に制御可能なガス出口開口４４、１４４の個数が、投影光ＰＬが通って伝播する空間５５内でオゾン分子の数密度の準連続的な分布を達成することができる程度まで高められた場合を示している。その結果、図８の右手側に示すように、透過フィルタの透過率分布ＴＤ４２も準連続的である。この場合に、透過率は、第１のフィルタユニット５４の透過率分布ＴＤ５４内で−Ｙ方向に沿って連続的に増大すると仮定している。第２のフィルタユニット１５４の透過率分布ＴＤ１５４内では、透過率は、−Ｘ方向に沿って連続的に増大する。組合せ透過率分布ＴＤ４２内では、透過率は、対角方向に沿って増大する。

上記では、ガス流れ７２、１７２のうちの１つにおけるオゾン分子の数密度が変更される場合に、オゾン制御弁７８、１７８のうちの１つのみが作動されると仮定している。しかし、パージガスの原子又は分子の数密度が一定に保たれる場合に、オゾン分子の数密度の変動は、必然的に圧力変化を伴う。そのような圧力変化は、屈折率の変化に変換される。次に、透過率分布ＴＤ４２の変化には、透過フィルタ４２を通過する光学波面の望ましくない位相変化が常に伴うことになる。

そのような位相変化を許容することができない場合に、計算ユニット５２内に実施される適切な制御アルゴリズム手法に基づいて、オゾン分子の数密度が変更された場合に各ガス流れに対して全体圧力が変化しないようにパージガス制御弁７９、１７９を作動させることができる。例えば、ガス流れ中でオゾン分子の数密度が増大した場合に、パージガスの原子又は分子の数密度は、全体圧力が実質的に一定に留まるような程度まで同時に低減される。全体圧力が大まかに一定に留まるだけでよい場合に、制御手法は、単純に、制御弁７８、１７８のうちの１つを通る流れがΔだけ増大した場合に同じガス出口開口４４、１４４に関するパージガス制御弁を通る流れが−Δだけ減少し、その逆も同様であることしか必要としない場合がある。

より高度な制御手法は、全体圧力が吸引ユニット５７、１５７内で測定される閉ループ制御を含むことができる。この場合に、ガス流れ７２、１７２中の全体圧力の望ましくない変動に対する他の原因も補償することができる。そのような原因は、オゾン分子による投影光ＰＬの部分吸収の結果であるガス流れ７２、１７２中の温度変化を含む。

ＩＶ．透過フィルタの第２の実施形態
図９は、透過フィルタの第２の実施形態を通る図４と類似の断面図である。この実施形態において、透過フィルタ４２は、１つだけの空洞６８及び単一列のガス出口開口４４を有する。

更に、ガス供給ユニット５６は、パージガスとオゾンとに対して２つの別個の容器を含まず、パージガス（この場合も前と同じく分子窒素Ｎ₂）と分子酸素Ｏ₂との混合物を含む単一ガス混合物容器７５だけのみを含む。各ガス出口開口４４は、反応チャンバ１１０を通してガス混合物容器７５に流体接続される。反応チャンバ１１０の壁は、１７０ｎｍよりも短い波長を有するＶＵＶ光に対して透過性を有するフッ化カルシウム（ＣａＦ₂）で製造された窓１１２を含む。ガス供給ユニット５６は、各反応チャンバ１１０に対して、１５７ｎｍの波長を有するＶＵＶ光を放出するように構成された光源１１４を更に含む。以下では反応光と記すことにする光源１１４の光は、反応チャンバ１１０に入射するように窓１１２に向けられる。光源１１４は、例えば、エキシマレーザ、周波数シフターと組み合わされた固体レーザ、又はガス放電ランプとすることができる。

反応光が、反応チャンバ１１０を通って案内されるガス混合物上に入射する場合に、ガス混合物中に含まれる分子酸素Ｏ₂の少なくとも一部分は、励起状態の酸素原子に解離する。励起状態の酸素原子は、それらの励起エネルギの一部をＮ₂分子に転移させた後に、残りの分子酸素Ｏ₂と再結合してオゾンＯ₃を形成する。この化学反応は、大気のうちの高空領域内でも発生し、ＶＵＶ光が地球面に到達するのを阻止する。以上により、反応チャンバ１１０から流出し、最終的にガス出口開口４４から流出するガス流れ内のオゾン分子の数密度を反応チャンバ１１０に入射する反応光の照射を個々に変化させることによって制御することができる。

当然ながら、光源１１４は、ガス供給ユニット５６の内側に配置する必要はなく、あらゆる他の場所に位置付けることができる。更に、全ての反応チャンバ１１０に対して単一光源のみを用い、光変調器を用いて反応チャンバ１１０に入射する反応光の量を個々に制御することができる。これに代えて、約１８０ｎｍまで及び更に２４０ｎｍの長い波長を有する反応光もこの目的に適している。以上により、少量の投影光ＰＬを照明系１２内で分離し、これらの光を反応チャンバ１１０の窓１１２上に個々に向ける調節可能光変調器に向けて案内することができるということになる。

Ｖ．補正方法
以下では、アポディゼーション目的で透過フィルタ４２を如何に使用することができるかを説明する。

第１の段階では、対物系２０の像平面３０内の角度光分布が決定される。この決定は、測定及び／又はシミュレーションのいずれかによって行うことができる。シミュレーションは、実験データに基づいて実施することができ、測定を実施するために装置１０の作動を中断しなくてもよいという利点を有する。一方、測定によって角度光分布を決定する段階は、可能な最も高い精度が望ましい場合に必要であると考えられる。

角度光分布を測定するために、図２に矢印１２２に示すように、像平面３０の像視野の範囲に測定デバイス１２０が配置される。適切な測定デバイス１２０は、当業技術でそれ自体公知であり、一般的に、ＣＣＤセンサと、像平面３０内の角度をＣＣＤセンサ上の位置に変換するフーリエ光学系とを含む。

像平面３０内の角度光分布を迅速に正確に決定するために、測定に加えてシミュレーションも使用する混成手法を使用することができる。

次の段階では、シミュレーション及び／又は測定によって決定された角度光分布は、理想角度光分布と比較される。この理想角度光分布は、通常、感光層２２上に転写されるパターン１８と、対物系２０の結像特性と、投影光がマスク１６上に入射するときの投影光の角度光分布とに基づいて計算される。理想角度光分布は、感光層２２上へのパターン１８の最適な結像が提供されるように計算される。この目的に対して、最適化アルゴリズムを使用することができる。

この比較が、一方で測定／シミュレーションによる角度光分布と他方で理想角度光分布との間に許容不能なずれをもたらす場合に、アルゴリズムは、測定／シミュレーションによる角度光分布を理想角度光分布に変換するのに必要とされる透過フィルタ４２のターゲット透過率分布を計算する。このアルゴリズムは、対物系２２の像平面３０内の角度光分布が、透過フィルタ４２が配置された瞳平面３６内の照射分布に対応するという事実を利用する。

次いで、透過フィルタ４２の計算ユニット５２は、ターゲット透過率分布が得られるようにガス流れ７２、１７２内のオゾン分子の数密度を制御する。

ＶＩ．重要な方法段階
図１０は、対物系２２内の投影光路における光照射分布を変化させる方法の重要な態様を要約する流れ図である。

第１の段階Ｓ１では、複数のガス流れ７２、１７２が、装置１０の作動中に投影光ＰＬが通って伝播する空間５５を通って案内される。

第２の段階Ｓ２では、ガス流れ７２、１７２内のオゾン分子の数密度が、各ガス流れに対して個々に変更される。

４２透過フィルタ
４４ガス出口開口
１４５ガス入口開口
１７８制御弁
ＰＬ投影光

Claims

投影光路における光照射分布を可変的に修正するように構成された透過フィルタを含む対物系を含むマイクロリソグラフィ装置であって、
前記透過フィルタは、
ａ）マイクロリソグラフィ装置の作動中に投影光が通って伝播する空間を通過するガス流れを放出するように構成された複数のガス出口開口、及び
ｂ）前記ガス流れ内のオゾン分子の数密度を各ガス流れに対して個々に変化させるように構成された制御ユニット、
を含み、
前記ガス流れは、パージガスを含み、
ガス供給ユニットであって、
ｃ）分子酸素を含むガスを収容するガス容器、
ｄ）前記ガス容器に一端で接続され、かつ反対側の端では前記ガス出口開口のうちの１つで終わるチャネルと、及び
ｅ）２４０ｎｍよりも短い中心波長を有する反応光を生成するように構成された光源であって、該反応光が、前記ガスに含まれる前記分子酸素の少なくとも一部分が原子酸素に解離し、これが次に分子酸素と再結合してオゾンを形成するように前記チャネル内を案内される該ガス上に向けられ、該ガス上に向けられた該反応光の照射を変化させることによって前記ガス流れ内のオゾン分子の前記数密度を変化させることができる前記光源、
を含むガス供給ユニットを更に含み、
露光のために生成された投影光の一部がオゾン生成をもたらすために分離される
ことを特徴とするマイクロリソグラフィ装置。
前記透過フィルタは、少なくとも実質的に前記対物系の瞳平面に配置されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロリソグラフィ装置。
出口開口の群が、前記対物系の光軸に沿って離間した平行平面に配置されることを特徴とする請求項１から請求項２のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ装置。
前記ガス流れは、各平面に関して異なる方向に沿って延びることを特徴とする請求項３に記載のマイクロリソグラフィ装置。
前記透過フィルタは、２つの隣接するガス流れを分離するように前記空間に配置された少なくとも１つの透明光学要素を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ装置。
前記少なくとも１つの透明光学要素は、平行平坦面を有する板であることを特徴とする請求項５に記載のマイクロリソグラフィ装置。
前記制御ユニットは、オゾン分子の数密度が変化した場合に各ガス流れに対して全体圧力が０．５％を上回って変化しないように、パージガス原子又は分子の数密度を各ガス流れに対して個々に変化させるように構成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項に記載のマイクロリソグラフィ装置。
前記対物系の像平面における角度光分布を測定するように構成された測定系を含み、
前記測定系は、前記投影光路における前記光照射分布が、該測定系によって生成された測定信号に応答して可変であるように、前記透過フィルタの前記制御ユニットに接続される、
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ装置。