JP6407296B2 - 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作動させる方法 - Google Patents

Description

本発明は、パルス方式で作動される光源と、２つの切換位置の間でデジタル式に切換可能である光学要素の例えばＭＥＭＳ技術を用いて生成される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。

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 ２０１０／００６０８７３ Ａ１、ＵＳ ２０１０／０２７７７０８ Ａ１、ＵＳ ７，０６１，５８２ Ｂ２、ＷＯ ２００５／０２６８４３ Ａ２、及びＷＯ ２０１０／００６６８７ Ａ１に見出される。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。同様であるが異なって駆動される照明系は、２０１３年１１月２２日に出願され、出願番号ＥＰ １３１９４１３５．３を有する「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、本出願の主題に引用によって組み込まれている。

ＥＰ ２ ２０２ ５８０ Ａ１は、マイクロミラーアレイを含むが、２つの切換位置の間でデジタル式に切換可能ではなく、比較的大きい傾斜角度範囲にわたって連続して傾斜可能な照明系を開示している。このマイクロミラーアレイは、照明設定を設定するのに使用され、かつ２つの光パルス間で照明設定の変化が起こることができるように光源と同期される。

２つの光源の時分割多重化作動は、ＵＳ ５，８８０，８１７及びＵＳ ２００７／０１８１８３４ Ａ１から公知である。

ＥＰ １ ２６２ ８３６ Ａ１ ＵＳ ２００６／００８７６３４ Ａ１ ＵＳ ２０１０／００６０８７３ Ａ１ ＵＳ ２０１０／０２７７７０８ Ａ１ ＵＳ ７，０６１，５８２ Ｂ２ ＷＯ ２００５／０２６８４３ Ａ２ ＷＯ ２０１０／００６６８７ Ａ１ ＷＯ ２０１２／１００７９１ Ａ１ ＥＰ １３１９４１３５．３ ＥＰ ２ ２０２ ５８０ Ａ１ ＵＳ ５，８８０，８１７ ＵＳ ２００７／０１８１８３４ 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であり、かつ特に安定した光学特性を有する光学要素のアレイを含有する照明系を提供することである。

この目的は、光パルスシーケンスを発生させるように設計された光源を含むマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系を用いて達成される。照明系は、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を更に含む。照明系の制御デバイスは、光学要素をそれらがそれらの切換位置を２つの連続光パルス間だけに変化させ、かつ光パルス中はそれらの切換位置を維持するように駆動するように設計される。

本発明は、アレイの光学要素は、切換位置の変化が連続光パルス間の時間間隔内でのみ起こるように光源と同期させるべきであるという洞察に基づいている。光パルスは、一般的に短く、同じく切り換え工程はある一定の時間間隔にわたって延びるので、予め定められた時点で光パルス内で切り換え工程を実施するのは困難である。それは、マスクの照明中に定められた関係を取得するための必須条件であると考えられる。

本発明は、原理的に光パルス中のそのような切り換え工程を回避することによって異なる経路を取る。その結果、特定の光パルスが割り当てられることになる光学要素の設定は、常に明確に定められる。

制御デバイスは、光学要素のうちの少なくとも１つの切換位置が２又は３以上の連続光パルス中に同一であるように光学要素を駆動するように設計することができる。異なる光学要素の場合に、マスクの照明中に切換位置が同一である間の光パルスの個数が異なる場合に、アレイによって照明されるターゲット面上で時間積分方式で異なる輝度レベルを発生させることが可能である。この場合に、光パルスの個数は、例えば、ターゲット面上の又はそれに対して光学的に共役である面内の強度の測定又はシミュレーションに依存するようにすることができる。

一例示的実施形態において、光学要素は、切換位置の間で移動する。制御デバイスは、切換位置が２又は３以上の連続光パルス間で２・ｎ、ｎ＝１，２，３，．．．回変化するように光学要素を駆動するように設計される。切換位置を変化させることによって光学要素は移動し、それによって光学要素を取り囲む空気（又はあらゆる他のガス）の移動、従って、光学要素の冷却が促進される。

デジタル式に切換可能である光学要素を含む他のアレイにおいても類似の問題が発生する可能性があるので、本発明は、マイクロミラーを含むアレイに限定されない。この点に関して、光学要素は、例えば、傾斜可能楔プリズム又はＬＣＤから公知であるような液晶セルとすることができる。

アレイとターゲット面の間に、アレイをターゲット面上に結像するレンズを配置することができる。ターゲット面は、特に、照明系の瞳平面に複数の２次光源を発生させる光学インテグレーターの光入射ファセットとすることができる。

一般的に、光パルスのシーケンスは、周期的であることになる。しかし、本発明は、光パルスが周期的に放出されないか又は厳密には周期的に放出されない光源にも適用可能である。

光源は、特に、投影光と１５０ｎｍ及び２５０ｎｍ間の中心波長とを発生させるように設計されたレーザとすることができる。しかし、原理的には、本発明は、より短い中心波長、例えば、ＥＵＶスペクトル範囲の中心波長に対しても使用可能である。

一例示的実施形態において、照明系は、更に別の光パルスを発生させるように設計された更に別の光源を含み、この場合に、更に別の光パルスは、上述の光源の光パルスに対して時間的にオフセットされる方式で発生される。アレイは、照明系の共通ビーム経路内に光学要素の第１の切換位置で上述の光源の光パルスを結合し、かつ光学要素の第２の切換位置で更に別の光源の光パルスを結合するように設計される。このようにして、２つの光源は、結果として照明系の入力側エタンデュが増大することなくビーム経路に結合することができる。傾斜ミラー又は回転プリズムのような従来の切換可能結合要素と比較すると、デジタル式に切換可能である光学要素のアレイは、非常に小さい構造空間しか必要とせず、かつ小さい質量が移動されることに起因して非常に短い切り換え時間を有するという利点を有する。すなわち、このようにして、照明系の有効パルス速度及び従って感光層の露光に利用可能な光の量を２倍にすることが可能である。

本発明は、更に、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のアレイを与える段階と、ｂ）光パルスのシーケンスを発生させる段階と、ｃ）２つの連続光パルス間で光学要素の切換位置を少なくとも２回変化させ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作動させる方法に関する。

光学要素は、好ましくは、それらの切換位置を光パルス中に維持する。アレイは、レンズを用いてターゲット面上に結像することができる。

一例示的実施形態において、アレイは、共通ビーム経路内に光学要素の第１の切換位置で上述の光源の光パルスを結合し、かつ光学要素の第２の切換位置で更に別の光源の光パルスを結合する。

本発明は、これに加えて、第１の光パルスのシーケンスを発生させるように設計される第１の光源と、第１の光パルスに対して時間的にオフセットされる方式で放出される第２の光パルスのシーケンスを発生させるように設計される第２の光源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。制御デバイスは、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を照明系の共通のビーム経路内に光学要素の第１の切換位置で上述の光源の光パルスのみが結合され、かつ光学要素の第２の切換位置で更に別の光源の光パルスのみが結合されるように駆動するように設計される。

本発明は、更に、ａ）第１の光源を用いて第１の光パルスのシーケンスを発生させる段階と、ｂ）第２の光源を用いて、第１の光パルスに対して時間的にオフセットされた第２の光パルスのシーケンスを発生させる段階と、ｃ）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を照明系の共通ビーム経路内に光学要素の第１の切換位置で上述の光源の光パルスのみが結合され、かつ光学要素の第２の切換位置で更に別の光源の光パルスのみが結合されるように駆動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作動させる方法に関する。

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。 本発明による照明系の各部分を示す略斜視図である。 マイクロミラーの角度位置を経時的な光パルスの関数としてプロットしたグラフである。 図２に基づく図に本発明の別の例示的実施形態による照明系の各部分を示すである。 図４に示す例示的実施形態のための図３に対応するグラフである。

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設計された光源ＬＳを含む照明系１２を含有する。照明系１２は、光源ＬＳによって発生された投影光をマスク１４の上に向け、かつそこで図示の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。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、レジストとすることができる感光層２２が、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。変位速度比は、この場合に投影レンズ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された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の上で走査移動によって案内される。

図２は、本発明による照明系１２の各部分を斜視図に概略的に示している。照明系１２は、マイクロミラーアレイ２８のための担体２６を含み、光源ＬＳは、その上に直接又は更に別の光学要素（例示していない）を通して投影光３０を向ける。ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）として実現することができるマイクロミラーアレイ２８は、各場合に２つの切換位置の間でデジタル式に切換可能なマイクロミラー３２の規則的な配置を含有する。この目的で、マイクロミラーアレイ２８は、破線方式に示す信号接続部を通して制御デバイス３４に接続される。マイクロミラーアレイ２８上に入射した投影光３０は、平面折り返しミラー３６による偏向の後に、レンズ３８を通して例えば光学インテグレーターの面とすることができるターゲット面４０の上に向けられる。この場合に、レンズ３８は、マイクロミラーアレイ２８がターゲット面４０上に結像されるという効果を有する。このようにして、ターゲット面４０は、マイクロミラーアレイ２８を用いて可変的に照明することができる。

図３は、光源ＬＳによって発生された投影光３０の強度（右手の縦座標）と、マイクロミラー３２のうちの１つの角度位置（左手の縦座標）とを時間ｔに対してプロットしたグラフを示している。この例示的実施形態において、光源ＬＳは、持続時間Δｔと周期Ｔとを有する光パルス４−２１から４−２３を発生させると仮定しており、Δｔ／Ｔ≪１である。従って、投影光が照明系１２を通過しない比較的長い時間が、２つの連続光パルス４２間に経過する。光源ＬＳのパルス周波数は、一般的に数ｋＨｚの桁のものである。

図３のグラフでは、連続光パルス４２間の比較的長い時間間隔が、当該マイクロミラー３２をその２つの切換位置の間で複数回切り換えるために使用されることを見て取ることができ、角度α_on及びα_offは、それぞれこの切換位置に対応する。しかし、光パルス４２中に、当該マイクロミラー３２は、定められた切換位置、すなわち、最初の２つの光パルス４２−１及び４２−２中に光がターゲット面４０上に向けられる切換位置（α＝α_on）と、第３の光パルス４２−３中に光がターゲット面４０上に向けられない切換位置（α＝α_off）とに常に位置する。

切換位置を連続光パルス４２−１から４２−３間に複数回変化させることにより、マイクロミラー３２を取り囲む空気（又はあらゆる他のガス）の移動及び従ってマイクロミラー３２冷却が促進される。一般的に、マイクロミラー３２上に入射する高エネルギ投影光３０の一部は（僅かであるにも関わらず）、マイクロミラー３２の反射コーティングによって吸収されて熱に変換される。従って、担体２６単独でのマイクロミラー３２にわたる冷却は、この冷却には十分でない可能性がある。対流による冷却は、マイクロミラー３２がそれらの切換位置を変化させることによって周囲空気が移動する場合は特に有効である。

図４は、マイクロミラーアレイ２８の下流で２倍のパルス周波数を有する投影光３０が照明系１２の下流光学要素の上に向けられるように、第１の光源ＬＳ１によって発生された第１の光パルスと第２の光源ＬＳ２によって発生された第２の光パルスとを時分割多重化方式で交互配置するためにマイクロミラーアレイ２８が使用される別の例示的実施形態を図２に基づく図に示している。

この目的に対して、制御ユニット３４は、照明系の共通のビーム経路内にマイクロミラー３２が第１の切換位置で第１の光源ＬＳ１の第１の光パルスのみを結合し、かつマイクロミラー３２の第２の切換位置で第２の光源ＬＳ２の第２の光パルスのみを結合するようにマイクロミラーアレイ２８を駆動する。

従って、折り返しミラー３６において、正確に同じ方向からではあるが、各個々の光源ＬＳ１、ＬＳ２のパルス周波数と比較して２倍にされたパルス周波数で第１及び第２の光パルスが入射する。

これを図５に示すグラフによって例示する。第１及び第２の光パルス４２−１、４２−２及び５２−１、５２−２の周期的シーケンスは、異なるエッチングによって識別される。周期Ｔ１で放出された第１の光パルスと周期Ｔ２＝Ｔ１で放出された第１の光パルスとの交互配置は、有効周期Ｔ_eff＝Ｔ１／２＝Ｔ２／２を有する光パルスのシーケンスをもたらす。制御デバイス３４は、当該マイクロミラー３２をそれが第１の光パルス４２−１、４２−２、４２−３中に角度ａ１に対応する第１の切換位置に置かれるように駆動する。第２の光パルス５２−１、５２−２中に、マイクロミラーは、傾斜角ａ２に対応する第２の切換位置に置かれる。

この例示的実施形態においても、マイクロミラー３２は、周囲空気による冷却を改善するために、異なる光源ＬＳ１、ＬＳ２から発する２つの連続光パルス４２−１、４２−２、４２−３、５２−１、５２−２間にその２つの切換位置の間で複数回切り換えられる。

４２−１、４２−２、４２−３ 光パルス
α_on 光がターゲット面上に向けられる切換位置に対応する角度位置
α_off 光がターゲット面上に向けられない切換位置に対応する角度位置
Δｔ 持続時間
Ｔ 周期

Claims (10)

1. 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、
   ａ）光パルスのシーケンス（４２−１，４２−２，４２−３，５２−１，５２−２）を発生させるように設計された光源（ＬＳ；ＬＳ１，ＬＳ２）と、
   ｂ）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（３２）のアレイ（２８）と、
   ｃ）前記光学要素をそれらがそれらの切換位置を２つの連続光パルス間でのみ変化させ、かつ該光パルス中にそれらの切換位置を維持するように駆動するように設計された制御デバイス（３４）と、
   を含み、
   レンズ（３８）が、前記アレイ（２８）とターゲット面（４０）の間の光路に配置され、該レンズは、該アレイを該ターゲット面の上に結像することを特徴とする、照明系。
2. 前記制御デバイス（３４）は、前記光学要素（３２）を該光学要素のうちの少なくとも１つの前記切換位置が２又は３以上の連続光パルス中に同一であるように駆動するように設計されることを特徴とする請求項１に記載の照明系。
3. 前記制御デバイス（３４）は、マスク（１４）の照明中に前記切換位置が同一である間の光パルスの個数が、異なる光学要素（３２）の場合に異なるように該光学要素（３２）を駆動するように設計されることを特徴とする請求項２に記載の照明系。
4. 前記光学要素は、前記切換位置の間で移動し、
   前記制御デバイスは、前記切換位置が前記２又は３以上の連続光パルス間で２・ｎ、ｎ＝１，２，３，．．．回変化するように前記光学要素を駆動するように設計される、
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の照明系。
5. 更に別の光パルスを発生させるように設計された更に別の光源（ＬＳ２）を含み、
   前記更に別の光パルス（５２−１，５２−２）は、前記光源の前記光パルス（４２−１，４２−２，４２−３）に対して時間的にオフセットされる方式で発生され、
   前記アレイ（２８）は、前記光学要素（３２）の第１の切換位置で前記光源の光パルス及び該光学要素の第２の切換位置で前記更に別の光源の光パルスを照明系（１２）の共通ビーム経路内に結合するように設計される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の照明系。
6. マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）の照明系（１２）を作動させる方法であって、
   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（３２）のアレイ（２８）を与える段階と、
   ｂ）レンズ（３８）を用いてターゲット面（４０）の上に前記アレイ（２８）を結像する段階と、
   ｃ）光パルスのシーケンス（４２−１，４２−２，４２−３，５２−１，５２−２）を発生させる段階と、
   ｄ）前記光学要素の前記切換位置を前記光パルス中ではなく２つの連続光パルス間でだけ変化させる段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
7. 前記光学要素（３２）のうちの少なくとも１つの前記切換位置は、２又は３以上の連続光パルス中は同一であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. マスク（１４）の照明中に前記切換位置が同一である間の光パルスの個数が、異なる光学要素（３２）の場合に異なることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記光学要素は、前記切換位置の間で移動し、
   前記切換位置は、前記２又は３以上の連続光パルス間で２・ｎ、ｎ＝１，２，３，．．．回変化する、
   ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の方法。
10. 前記アレイ（２８）は、前記光学要素（３２）の第１の切換位置で前記光源（ＬＳ１）の光パルス（４２−１，４２−２，４２−３）及び該光学要素（３２）の第２の切換位置で更に別の光源（ＬＳ２）の光パルス（５２−１，５２−２）を共通ビーム経路内に結合することを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の方法。

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