JP2005079591A - リトグラフ装置、デバイス製造方法およびデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】マスク・パターン構造の再現性を改善するためのリトグラフ装置を提供すること。
【解決手段】第一波長を有する第一放射線成分と、第二波長を有する第二放射線成分とを含む放射線投影ビームを供給する、マスク上のパターン構造を再現するための照射系を有するリトグラフ装置。この照射系は、放射線投影ビームを濾過するための調節可能なフィルタ手段を含み、このフィルタ手段は、使用時に放射線投影ビーム中の第二放射線成分の割合を選択的に調節するために配置される。本発明装置は、マスク上の、離隔状態および密集状態のパターン構造の両者の再現性を改善する。
【選択図】図２

Description

本発明は、リトグラフ装置に係わり、該リトグラフ装置は、
放射線の投影ビームを供給する照射系と、
パターン付与手段を支持する支持構造と、
基板を保持する基板テーブルと、
基板の目標部分にパターン付与されたビームを投影する投影系とを含み、
前記放射線ビームが、第一波長を有する第一放射線成分と、第二波長を有する第二放射線成分とを含み、
前記パターン付与手段が、所望のパターンに従って投影ビームにパターンを付与する働きをする。

本明細書で使用する用語「パターン付与手段」は、入射する放射線ビームに、基板の目標部分に作り出されるべきパターンと一致するパターン付与された横断面を与えるために使用可能な手段を指すものとして広義に解釈すべきであり、用語「ライトバルブ」も斯かる文脈で用いられる。一般に、前記パターンは、目標部分に作られるデバイス（集積回路、その他のデバイス（以下を参照）等）における特別な機能層に相当する。斯かるパターン付与手段の例として以下のものが含まれる。すなわち、
マスク： マスクという概念は、リトグラフにおいて周知であり、各種ハイブリッド・マスクのみならず、バイナリ（２元）マスク、レベンソンマスク、交互位相シフトマスク等のマスク種も含まれる。放射線ビーム中に、このようなマスクを配置することにより、マスクに照射する放射線の、マスク・パターンに従う選択的透過（透過性マスクの場合）や選択的反射（反射性マスクの場合）を可能にする。マスクの場合、一般に、前記支持構造はマスクテーブルであり、該マスクテーブルは、入射する放射線ビームの所望位置におけるマスクの保持を保証し、かつ、必要な場合、放射線ビームに対して動かすことができる。
プログラム可能なミラーアレイ： このようなデバイスの一例は、粘弾性制御層および反射面を有するマトリックス・アドレス可能な表面である。こうした装置の基本原理は、例えば、反射面のアドレス指定された領域が、入射光を回折光として反射し、アドレス指定されていない領域が、入射光を非回折光として反射することである。適切なフィルタを用いることにより、回折光のみを残して、前記非回折光を反射ビーム外に濾過（フィルター）することができる。この方法で、マトリックス・アドレス指定可能面のアドレス指定されたパターンに従って、ビームにパターンが付与される。プログラム可能なミラーアレイ（ミラー群）の別の例では、マトリックス配列された微小ミラーを用いる。その各ミラーは、適切な局部電界を適用することによって、または、圧電付勢手段を用いることによって、軸線の周囲で個別に傾斜させることができる。繰り返すが、ミラーはマトリックス・アドレス指定可能であり、それによってアドレス指定されたミラーは、アドレス指定されていないミラーとは異なる方向に、入射放射線ビームを反射する。このようにして、マトリックス・アドレス指定可能なミラーのアドレス指定されたパターンによる反射ビームのパターン付与がなされる。必要なマトリックス・アドレス指定は、適切な電子手段を用いて行なわれる。前記両者において、パターン付与手段は、１つ以上のプログラム可能なミラーアレイを含むことができる。ここで言及したミラーアレイに関するそれ以上の情報は、例えば、米国特許第５２９６８９１号、同第５５２３１９３号、ＷＯ ９８／３８５９７、および、ＷＯ ９８／３３０９６から得られる。プログラム可能なミラーアレイの場合、前記基板ホルダは、例えばフレームまたはテーブルとして具体化され、これは必要に応じて、固定式または可動式であってよい。
プログラム可能なＬＣＤアレイ： その構成例が米国特許第５２２９８７２号に開示されている。前記のように、この場合における支持構造は、例えばフレームまたはテーブルとして具体化され、これは必要に応じて、固定式または可動式であってよい。

簡潔化のために、本明細書の残部は或る箇所で、特にマスクおよびマスクテーブルを伴なう例に関するものになるだろう。しかし、そのような例で議論される一般原理は、既に述べたようなパターン付与手段に関する広義の文脈で理解すべきである。

リトグラフ投影装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造で使用可能である。この場合、パターン付与手段はＩＣの個々の層に対応する回路パターンを作ることができ、このパターンを、放射線感光材料（レジスト）の層が塗布された基板（シリコンウェハ）上の目標部分（例えば、１つ以上のダイを含む）に画像投与できる。一般に、単一ウェハは、投影系によって１つずつ順次照射される互いに隣接する目標部分から成る全体ネットワークを含む。現在の装置では、マスクテーブル上のマスクによるパターン形成を採用すると、２つの異なる種類の機械の間で区別が可能である。一形式のリトグラフ投影装置では、１回の動作で全体マスクパターンを目標部分に露光することによって各目標部分が照射される。このような装置は、一般に、ウェハ・ステッパまたはステップ・アンド・リピート装置と呼ばれる。通常、ステップ・アンド・スキャン装置と呼ばれる別の装置では、所定の基準方向（走査（スキャン）方向）で投影ビームによって徐々にマスクパターンの走査を行ない、同時に、この方向と平行に、または、逆平行に基板テーブルを走査することによって各目標部分が照射される。一般に、投影系は倍率係数Ｍ（一般に、＜１）を有するため、基板テーブルの走査速度Ｖは、マスクテーブルの走査速度の係数Ｍ倍となる。ここで説明したリトグラフ装置に関するその他の情報は、例えば、米国特許第６０４６７９２号から得ることができる。

リトグラフ投影装置を用いた製造プロセスにおいて、パターン（例えば、マスクにおける）は、少なくとも部分的に放射線感光材（レジスト）の層で覆われた基板上に画像投与される。この画像投与段階に先立って、基板は、プライミング（下塗り）、レジスト塗布、およびソフトベーク等の各種処理を受ける。露光後、基板は、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハードベーク（hard bake）、および画像輪郭の測定／検査等のその他の処理を施される。この一連の処理は、例えばデバイス（例、ＩＣ）の個々の層にパターン付与するための基礎として行なわれる。次いで、かかるパターン付与された層は、全て個々の層を仕上げる目的である、エッチング、イオン注入（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学機械的研磨等の各種プロセスを経る。複数層が必要な場合には、全ての処理、または、その変形処理をそれぞれの新しい層に繰り返す必要がある。最終的に、一連のデバイスが基板（ウェハ）上に形成される。次に、これらのデバイスはダイシング（賽の目状截断）またはソーイング（截断）等の技術で相互に分離される。個々のデバイスは、キャリア（担持体）に装着され、または、ピンに連結される等により処理される。斯かるプロセスに関するその他の情報は、「マイクロチップの製造： 半導体処理に対する実用ガイド」（第３版）（Peter van Zant著、McGraw Hill 出版社、１９９７年発行、ISBN 0-07-067250-4）と題する書籍のから得られる。

マイクロチップの製造には、デバイスと相互接続線の間、または、複数の輪郭構造（features）間、および／または、輪郭構造の各要素間（例えば、輪郭構造の２つの縁等）のスペースまたは幅の公差を制御することを含む。特に、デバイスまたはＩＣ層の製造で許容される斯かるスペースのうち最小スペースのスペース公差の制御が重要である。前記最小スペースおよび／または最小幅を、限界寸法（ＣＤ）と称する。

簡潔化の目的で、これより投影系を「レンズ」と称するものとする。しかし、この用語は、例えば屈折光学システム、反射光学システム、および反射屈折光学システムを含む各種形式の投影系を網羅するものとして広義に解釈されるべきである。照射系はまた、投影ビームの誘導、成形、あるいは制御を行う、こうした設計タイプのいずれかに応じて稼動する構成要素も備えることが出来る。こうした構成要素もまた以降において集約的に、あるいは単独的に「レンズ」と称する。照射系、さらに投影系は一般的に、放射線の投影ビームを誘導、成形または制御する構成要素を有する。一般的に、投影系は、投影系の開口数（一般的に「ＮＡ」と称する）を設定する手段を有する。例えば、投影系の瞳に調節可能なＮＡダイアフラムを設ける。照射系は通常、（照射系の瞳内で）マスクの上流にて強度分布の外部および／あるいは内部放射範囲（一般的にそれぞれ、外側σおよび内側σと呼ばれる）を設定する調節手段を有する。照射系の瞳面における空間的強度分布の制御は、照射されるオブジェクトの像を基板に投影する場合に、処理パラメータを改善するために実行することができる。

さらに、リトグラフ装置は、２つ以上の基板テーブル（および／または、２つ以上のマスクテーブル）を有する形式のものである。このような「多段」デバイスにおいては、追加のテーブルが並列して使用される。もしくは、１つ以上の他のテーブルが露光に使用されている間に予備工程が１つ以上のテーブルにて実行される。２重ステージ・リトグラフ装置については、例えば米国特許第５９６９４４１号およびＷＯ ９８／４０７９１に記載されている。

像の解像度を改善するための投影リトグラフ技術の開発は、従来、開口数の増大を伴なっていた。このような増大は、焦点深さの減少をもたらし、したがって十分な「プロセス許容範囲」（つまり、十分な焦点深さ、および照射された目標部分の露光量における残留エラーに対する十分な不感受性）の維持という問題がある。特に、従来の投影リトグラフ技術に伴う一つの問題は、離隔状態のパターン構造と密集状態のパターン構造について、ＣＤの変動が生じることである。この問題が生じるのは、マスク（レチクルとも称される）上で同じ名目限界寸法を有するパターン構造が、マスク上のそのピッチ（つまり隣接するパターン構造間の間隔）に応じて、違って印刷されるからである。これは、ピッチに依存する回折効果のせいである。例えば、離隔した場合に特定の線幅を有する（つまり、大きいピッチを有する）線で構成されたパターン構造は、マスクの密集したパターン構造で同じ線幅の他の線と一緒になった場合に、同じ線幅を有する（つまり、小さいピッチを有する）同じパターン構造とは違って印刷（プリント）される。したがって、限界寸法の密集したパターン構造と、離隔したパターン構造の両者を同時に印刷する場合、印刷されたＣＤにはピッチに依存する変動が見られる。この減少は、「等密集バイアス」（iso-dense bias）と呼ばれ、フォトリトグラフ技術に特有の問題である。

従来のリトグラフ装置は、等密集バイアスの問題に直接的には対応していない。従来、投影レンズの開口数または外側σおよび内側σの最適化など、装置の光学的パラメータを変更するか、印刷された離隔パターン構造と密集パターン構造の寸法差が最小になるような方法でマスクを設計することにより、等密集バイアスを補償するように試みることは、在来リトグラフ装置の利用者の責任である。この最後の技術は、例えば、レチクルのオーバーサイズ化および／または光学近接性の補正を含むだろう。

したがって、従来のリトグラフ装置の問題は、装置の利用者が、自身の必要性に合わせてシステムを適合化させる必要のあることである。これは不便で、時間がかかり、装置またはマスクの適合化中における生産の損失および人員に関して費用がかかる。さらに、或る用途のために最適化されたプリント品を作るようにマスクを設計することができるが、第二の用途では、異なる用途における特別な条件を考慮に入れて最適化した第二マスクを作る必要があるだろう。このことによって、追加の費用を要し、不都合である。

以上で確認した問題を克服して、特にマスク・パターン構造の再現性を改善するためのリトグラフ装置を提供することが、本発明の目的である。

本発明の別の目的は、改善された等密集バイアスを有するリトグラフ装置を提供することである。

本発明によると、前記目的およびその他の目的は、請求項１の前段で特定したリトグラフ装置において、前記照射系が、放射線投影ビームを濾過するための調節可能なフィルタ手段を含み、このフィルタ手段は、使用時に放射線投影ビーム中の第二放射線成分の割合を選択的に調節するために配置されたものであることを特徴とする前記リトグラフ装置を提供することによって達成される。

本発明は、マスクのパターン構造、特に、離隔状態および密集状態にあるパターン構造の再現性を改善するという利点を与える。本発明者らは、これが、投影ビームのスペクトル特性を選択的に調節することによって達成されることを見出した。一般に、フォトリトグラフ投影源が用いられ、その場合、波長範囲における放射線エネルギーのスペクトル分布は、単一の中心波長に強いピークがある。スペクトル分布の十分に狭い帯域幅でのみ、投影レンズの色収差が公差を外れることを防止できる。それにもかかわらず、ほぼ単色の放射線源は、通常、投影ビームの放射線エネルギーの大部分を有する（リトグラフの保護のためには十分に小さいが）有限の帯域幅である放射線のスペクトル分布の他に、投影ビームの放射線エネルギーの比較的小さい部分を含む大きな帯域幅の放射線の第二スペクトル帯を発生する。このような放射線の第二スペクトル帯は、例えば放射線源または照射系の一部である光学要素の蛍光または燐光によって、または、例えば放射線源で構成された放射線放出材料のエネルギー状態の励起による自然放射によって生じ得る。

本明細書の記述および請求の範囲では、第一波長を有する前記第一放射線成分は、前記中心波長を中心とする狭いスペクトル帯内に波長を有する放射線を指し、この狭いスペクトル帯は、投影ビームの放射線エネルギーの大部分を有する。同様に、第二波長を有する前記第二放射線成分は、投影ビームの放射線エネルギーの比較的小さい部分を有する帯域幅が大きい方の放射線の前記第二スペクトル帯内に波長を有する放射線を指す。第二放射線成分で発生する波長は、第二スペクトルの波長の全範囲からの波長を有するが、第二スペクトル帯の幅より遥かに小さい範囲に制限することもできる。一般的に、第二スペクトル帯に波長を有するこのような不純な放射は、（公差を越える色収差を防止するために）投影ビームからフィルタで除去されるが、本発明の発明者は、前記第二スペクトル帯からの放射線を使用して、等密集バイアスの量に影響を与えられることを発見した。

パターンの空中像は、主に第一放射線成分の放射線によって形成される。これが放射線エネルギーの大部分を有するからである。第二放射線成分の放射線は、第一放射線成分によって形成されるような空中像の頂部に、ベイリンググレアタイプの強度分布成分を引き起こす。このベイリンググレアは、印刷状態におけるパターン構造の縁位置に影響を与える。印刷状態におけるパターン構造の縁位置は、レジストの閾値強度と空間的な空中像の強度分布との組合せによって決定される。印刷状態におけるパターン構造の縁位置のベイリンググレア（膜状眩輝）の強度量に従う変化は、パターン構造の縁の空中像における空中強度パターンの傾斜によって決定される。この傾斜は、一般に、離隔パターン構造と密集パターン構造とで異なり、したがってパターン構造の縁位置は、第二放射線成分の割合の調節により異なる影響を受けることがある。特に、第二放射線成分の割合を調節することにより、等密集バイアスが改善されるよう、投影ビームのスペクトル特性を変更することができる。本発明の発明者は、レーザビームから広帯域背景放射を除去しようとするのではなく、放射線ビームにおける広帯域放射線の成分の量を調節する手段を提供することにより、限界寸法の離隔パターン構造と密集パターン構造の両者を同時に印刷する場合に、ＣＤの変動を実際に減少できることを発見した。

好適形態では、前記調節可能なフィルタ手段は、使用時に前記放射線の投影ビームが通過する位置に配置した空間フィルタである。

別の形態では、前記調節可能なフィルタ手段は、空間フィルタである。

空間フィルタまたはスペクトルフィルタを設けることにより、投影ビームを、非常に選択的であるが単純な方法で調整し、等密集バイアスの問題を防止することができる。このような空間およびスペクトルフィルタは、限られた空間内に構成するよう適用可能であるので、既存の構成要素を大幅に再構成したり、装置にさらなる複雑性を追加したり、追加のビーム処理構成要素を必要としたりすることなく、装置を適用させることができる。

本発明の第二形態によると、第一波長の第一放射線成分および第二波長の第二放射線成分を含む放射線ビームを受ける手段を有する、リトグラフ装置で使用する照射系であって、この照射系が、前記放射線投影ビームを濾過するための調節可能なフィルタ手段を含み、このフィルタ手段は、使用時に前記放射線投影ビーム中の前記第二放射線成分の割合を選択的に調節するために配置されたものであることを特徴とするリトグラフ装置で使用する照射系が提供される。

本発明の第三態様によると、デバイス製造方法であって、
放射線感光材料の層で少なくとも部分的に覆われた基板を提供する段階と、
第一波長の第一放射線成分と、第二波長成分の第二放射線成分を含む放射線投影ビームを、照射系を用いて供給する段階と、
放射線投影ビームの横断面にパターンを付与するために、パターン付与手段を用いる段階と、
放射線感光材料の層の目標部分にパターン付与された放射線投影ビームを投影する段階とを含むデバイス製造方法において、
前記放射線投影ビームを濾過するために、前記照射系内に調節可能なフィルタ手段を設ける段階と、
前記放射線投影ビームの前記第二放射線成分の割合を選択的に調節するために、前記調節可能なフィルタ手段を用いる段階とによって特徴づけられるデバイス製造方法が提供される。

本発明による装置の使用法に関して、本文ではＩＣの製造において詳細なる参照説明を行うものであるが、こうした装置が他の多くの用途においても使用可能であることは明確に理解されるべきである。例えば、これは、集積光学装置、磁区画メモリ用誘導および検出パターン（guidance and detection patterns）、液晶ディスプレイパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使用され得る。こうした代替的な用途においては、本文にて使用した「レチクル」、「ウェハ」、「ダイ」といった用語は、それぞれ「マスク」、「基板」、「目標部分」といった、より一般的な用語に置き換えて使用され得ることは当業者にとって明らかである。

本明細書では、「放射線」および「ビーム」という用語は、イオンビームあるいは電子ビームといったような粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射線（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、あるいは１２６ｎｍの波長を有する）および超紫外線（ＥＵＶ）放射線（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射線を網羅するものとして使用される。

本発明の実施例を添付の略図を見ながら、例示の方法においてのみ説明する。図面では対応する符号は対応する部品を示すものとする。

図１は、本発明の独自の実施形態に基づくリトグラフ投影装置を概略的に示したものである。この装置は、
この特別なケースでは放射線源ＬＡも備えた、放射線の投影ビームＰＢ（例えば遠紫外線領域の光）を供給する放射線源Ｅｘ、ＩＬ、２および３と、
マスクＭＡ（例えばレクチル）を保持するマスクホルダを備え、かつ、品目ＰＬに対して正確にマスクの位置決めを行う第一位置決め手段ＰＭに連結を行った第一オブジェクトテーブル（マスクテーブル）ＭＴと、
基板Ｗを保持する基板ホルダ２を備え、かつ、品目ＰＬに対して正確に基板の位置決めを行う第二位置決め手段ＰＷに連結を行った第二オブジェクトテーブル（基板テーブル）ＷＴと、
マスクＭＡの照射部分を、基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つあるいはそれ以上のダイから成る）に画像投与する投影系（「レンズ」）ＰＬとにより構成されている。

ここで示しているように、本装置は透過タイプである（すなわち透過マスクを有する）。しかし、一般的には、例えば上記に関連するタイプであるプログラム可能なミラーアレイを使用するような反射タイプも可能である。

放射線源ＬＡ（例えばエキシマレーザ源）は放射線のビームを作り出す。このビームは、直接的に、あるいは、例えばビームエキスパンダＥｘといったような調整手段を横断した後に、ビーム送出システム２に供給される。ビームは、一般的に１つまたは複数の配向ミラーを含むビーム送出システム２によって、放射線源ＬＡから照射ユニットＩＬへと誘導される。

照射ユニットＩＬ内では、照射系の瞳面におけるビームの強度分布の外部および／あるいは内部放射範囲（一般的にそれぞれ、外側σおよび内側σと呼ばれる）を設定するために、調節手段ＡＭ内へと誘導される。次に、ビームは、積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯなど、照射ユニットＩＬのさらなる要素に配向される。

エキスパンダユニット（expander unit）Ｅｘおよび照射ユニットＩＬを含む照射系は、マスクＭＡに当たるビームＰＢが、その断面にわたり所望の均一性および強度分布を有することを保証する機能を実行する。

照射系は、フィルタユニット３も含む。図１では、フィルタユニット３は、ビーム送出システム２の下流で、調整手段Ｅｘと照射ユニットＩＬとの間に配置される。しかし、本発明はこの態様に制限されず、フィルタユニット３を照射系内の任意の位置に配置できることが想定される。特に、ビーム送出システム２は、フィルタユニット３を有することができる。フィルタユニット３は、ビームのスペクトルフィルタまたは空中フィルタ機能を提供する手段を含む。

本発明による照射系、および特にフィルタユニット３について、図２および図５に関してさらに詳細に説明する。

図１に関して、放射線源ＬＡはリトグラフ投影装置のハウジング内にある（これは例えば、放射線源ＬＡが水銀ランプである場合に多い）が、リトグラフ投影装置から離して配置することも可能であり、これが作り出す放射線ビームは（例えば、適切な誘導ミラーにより）装置内に導かれることを注記する。この後者のシナリオでは、放射線源ＬＡがエキシマレーザである場合が多い。本発明および請求の範囲はこれら両方のシナリオを網羅するものである。

続いてビームＰＢはマスクテーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡに入射する。ビームＰＢはマスクＭＡを横断して、基板Ｗの目標部分Ｃ上にビームＰＢの焦点を合わせるレンズＰＬを通過する。第二位置決め手段ＰＷおよび干渉計測手段ＩＦの助けにより、基板テーブルＷＴは、例えばビームＰＢの経路における異なる目標部分Ｃに位置を合わせるために正確に運動可能である。同様に、第一位置決め手段ＰＭは、例えばマスクライブラリからマスクＭＡを機械的に検索した後に、あるいは走査運動の間に、ビームＰＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めするように使用可能である。一般に、オブジェクトテーブルＭＴ、ＷＴの運動はロング・ストローク・モジュール（粗動位置決め）およびショート・ストローク・モジュール（微動位置決め）を用いて行われる。これについては図１に明示を行っていない。しかし、ウェハ・ステッパの場合（走査ステップ式装置とは対照的に）、マスクテーブルＭＴはショート・ストローク・アクチュエータに連結されるだけであるか、あるいは固定される。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスク位置合わせマークＭ１、Ｍ２および基板位置合わせマークＰ１、Ｐ２を使用して位置を合わせることができる。

ここに表した装置は２つの異なるモードにて使用可能である。
１．ステップモードにおいては、マスクテーブルＭＴは基本的に静止状態に保たれている。そして、マスクの像全体が１回の作動（すなわち１回の「フラッシュ」）で目標部分Ｃに投影される。次に基板テーブルＷＴがｘ方向および／あるいはｙ方向にシフトされ、異なる目標部分ＣがビームＰＢにより照射され得る。
２．走査モードにおいては、基本的に同一シナリオが適用されるが、但し、ここでは、所定の目標部分Ｃは１回の「フラッシュ」では露光されない。代わって、マスクテーブルＭＴが、速度ｖにて所定方向（いわゆる「走査方向」、例えばｙ方向）に運動可能であり、それによってビームＰＢがマスクの像を走査する。これと同時に、基板テーブルＷＴが速度Ｖ＝Ｍｖで、同一方向あるいは反対方向に運動する。ここで、ＭはレンズＰＬの倍率（一般に、Ｍ＝１／４あるいは１／５）である。このように、解像度を妥協することなく、比較的大きな目標部分Ｃを露光することが可能となる。

次に、照射系について、図２に関してさらに詳細に説明する。

照射系ＬＡ、Ｅｘ、ＩＬ、２、３は、投影ビームがパターン付与手段に入射する前に、その位置および組成を調節する。

図２では、放射線源ＬＡは遠紫外線（ＤＵＶ）エキシマレーザであるが、本発明は他の放射線源にも適用可能である。

ビームは、放射線源ＬＡを出た後、ＸおよびＹ方向でビームの直径を調節するユニットである任意選択のビームエキスパンダＥｘによって調整することができる。ビームエキスパンダユニットＥｘから放射される光学出力ビームは、ビーム送出システム２に入射するよう構成される。ビーム送出システム２は、（任意選択で）調整したビームを照射ユニットＩＬの光学入射要素２２に送出する。照射装置ＩＬの光学入射要素２２は、例えばこの要素を通過する放射線ビームのエタンデュ（または光伝導値）を上昇させる光散乱要素として実現してもよい。入射要素２２の位置に配置された光軸に対して直角の像平面における放射線の角度および空間分布を制御することが重要である。というのは、これが、マスクに入射する放射線の角度および空間分布に影響を与えるからである。

像平面２２から最も離れて位置するステアリング・ミラー１０（steering mirror）は、位置決めミラーと称され、Ｘ方向に平行運動可能である。これが位置決めミラーと称されるのは、ミラー１０の平行運動が、像平面２２におけるビーム位置の変更を実行するからである。ミラー１０が反射した光を受けるため、第二ミラー１４を配置する。ミラー１４は、Ｙ方向に平行運動可能であり、その垂直軸線の周囲で回転可能である。ミラー１４を調節すると、像平面２２において放射線ビームのポインティングおよび位置決めの両方が実行される。ミラー１４は、像平面２２から特定の距離に配置することが好ましく、この場合、このミラーによってポインティングの補正を実行しても、像平面において望まれない位置の変更が引き起こされない。

図２では、フィルタ手段３がビーム送出システム２と照射ユニットＩＬとの間に配置される。しかし、前述したように本発明はこの態様に制限されない。調節可能なフィルタ手段３は、レンズ１６、２０および空間フィルタ１８を含む。２つのレンズ１６および２０は、ビームの路に設けられる。レンズ１６、２０は、レンズ１６および２０によって形成された光学システムがほぼ共焦になるよう配置される。レンズ１６および２０の共通焦点に、空間フィルタ手段１８を設ける。空間フィルタ手段は調節可能であり、例えば共通焦点からいずれかの方向に光軸に沿って移動可能である。空間フィルタ手段は、吸収性区域に囲まれた透過性区域を特徴とするダイアフラムまたはピンホール（小穴）として実現することができ、吸収性区域は、例えば吸収性ピクセルのグレートーン・ディザ・パターン（a grey tone dithered pattern）として実現することができる。空間フィルタに入射する投影ビームは、少なくとも２つの異なる波長を有する放射線を有する。上記で説明したように、投影ビームの波長にわたる放射線エネルギーの空間分布は、第一中心波長に強力なピークを有し、前記スペクトルピークは、放射線ビームの放射線エネルギーの大部分を有し、さらに投影ビームの放射線エネルギーの比較的小さい部分を有する大きい方の帯域幅の放射線の第二スペクトル帯を特徴とする。空間フィルタ手段の目的は、前記第二スペクトル帯の波長で、第二放射線成分の量を調節することである。そのため、例えばレンズ１６に存在する光学材料の分散による長手方向色収差の存在を活用する。この収差により、第一波長にピークがある放射線成分（第一放射線成分）の焦点が、光軸に沿って第二放射線成分の焦点から分離される。第二放射線成分は、第一放射線成分が収束する面（この面を以降「第一焦点面」と称する）で焦点ずれし、したがって第一焦点面に配置されたピンホールは、第二放射線成分の一部を遮断する。光軸に沿ってピンホールを移動することにより、ピンホールによって遮断される第二放射線成分の部分が変化する。これにより、ピンホールの下流でビームの、したがってパターン付与手段に入射する投影ビームの第二放射線成分の割合を調整することができる。

長手方向色収差を活用する代わりに、例えばレンズ１６内またはその付近の分散性光学材料のウェッジの存在などによる横方向色収差を使用して、第一および第二放射線成分の別個の焦点を獲得することができる。このような実施形態では、上述したように、別個の焦点を結ぶ線に沿った方向で空間フィルタを横方向に変位させると、投影ビームの第二放射線成分の割合に影響を与える。第二放射線成分の割合を調整することにより、等密集バイアスの現象に影響を与え、最小限に抑えることができる。

画像パラメータの等密集バイアスは、上述したような要素の影響を受けるばかりでなく、レーザのスペクトル特性の影響も受けることが判明している。特に、慣例とは逆に、投影ビームのスペクトル特性を調節することにより、等密集バイアスが改善されることが判明した。放射線源の出力、特にエキシマレーザ源の出力は、第一波長の狭帯域ピーク成分、および異なる波長の側波帯を、第二波長の範囲にわたり自然放射増幅光（ＡＳＥ）と呼ばれる広帯域フォトルミネセンス背景成分とともに含む。狭帯域レーザを使用する用途では、レーザスペクトルの狭帯域波長の中心から離れた残留ＡＳＥ波長成分が、投影系ＰＬから基板に投影された場合、パターンの像を薄くすることがあるので、ＡＳＥが問題となることが多い。しかし、本発明の発明者は、投影ビームのＡＳＥの量を調節することにより、等密集バイアスを使用するリトグラフ装置に応じてほぼゼロから約１マイクロメートルまで調節できることを認識している。

特に、本発明の発明者は、レーザビームから広帯域背景放射線を消去しようとするのではなく、ビームの広帯域放射線の成分の量を調節する手段を設けることにより、等密集バイアスを調節によって削減できることを発見した。

投影ビームに存在するＡＳＥの量を調節することは、ＡＳＥが高度に発散性であるので問題を引き起こす。この問題に対応するために、投影ビームの路にレンズ１６を設ける。レンズにより、投影ビームの第一波長が、ある位置で収束する。第一波長成分は、高度にコヒーレントな狭帯域レーザが生成した放射線を含む。また、はるかに低い程度ではあるが、レンズ１６はＡＳＥおよび側波帯などの他の波長成分を収束させる。空間フィルタ手段は、レンズ１６の焦点長さと等しい距離に配置することが好ましい。空間フィルタ手段は、収束した第一成分波長が通過できるが、投影ビームの他の波長成分は一部しか通過できないよう調節する。これは、空間フィルタ手段の位置に存在する他の波長成分の割合が低くなるので達成される。というのは、発散性のＡＳＥが、レーザ光成分ほど効果的には収束されず、側波帯などの他のレーザ光成分は、色収差のために、第一放射線成分の焦点とは異なる位置で収束するからである。

したがって、フィルタ手段を出るビームのＡＳＥの量は、レンズおよび空間フィルタ手段によって決定される。

また、照射系内での空間フィルタ手段の位置が役割を果たす。レーザデバイス内で、ＡＳＥを調整することはできない。ＡＳＥは、レーザキャビティ内でレーザ動作を開始する必要があるからである。さらに、上述したように、ＡＳＥは高度に発散性であり、照射系を通して異なる状態で伝搬する。本発明の発明者は、照射系内にフィルタ機能を設けることにより、レーザのレーザ機能に影響を与えることなく、投影ビーム中のＡＳＥの量を調節できることを認識している。

空間フィルタ手段は、調節可能な開口を有するピンホール（またはダイアフラム）であることが好ましい。任意の開口で、投影ビームが特定のパーセンテージの積分ＡＳＥを有するよう校正される。開口が広いほど、投影ビーム中の積分ＡＳＥのパーセンテージが大きくなる。ピンホールは、ピンホールの構造が、ピンホールの吸収性部分の吸収する放射線によって非常に高温になるのを防止するため、反射性材料で構築することが好ましい。

ピンホールは以下の方法で調節される。つまり、使用する装置（以下の図３参照）に応じて、可能な限りゼロに近い等密集バイアスを達成するために必要なＡＳＥのパーセンテージが決定される。次に、校正済みのピンホールを開閉して開口を与え、これによって投影ビーム中のＡＳＥのそのパーセンテージが通過することができる（例えば、特定の投影ビームの開口サイズが必要である）。

投影ビームの第二放射線成分の量を調節した結果、等密集バイアスが改善される。つまり、離隔して（大きいピッチで）印刷するか、密集して（小さいピッチで）印刷するかに関係なく、線幅ＣＤの形態が、正確に印刷される。その理由は、投影ビームに第二放射線成分が存在した状態で、パターンの空中像のコントラストが、投影レンズの色収差のために（第二放射線成分がない状態でのコントラストと比較して）わずかに低下するからである。コントラストの損失は、上記で説明したように調節可能であり、コントラストの損失によるボケは、離隔形態および密集形態の印刷された形態縁の位置に異なる影響を及ぼす。印刷された位置（したがってＣＤ）に及ぼす影響の実際の違いは、前記形態縁の空中像における空間強度パターンの傾斜の違いに従う。

図３は、本発明の結果を示すグラフである。特に、図３は、レーザビーム中のＡＳＥの量と、印刷された形態で測定された等密集バイアスとの関係を示すプロットである。ｘ軸は投影ビームのパーセンテージとして積分ＡＳＥ成分を１０が底の対数で示す。ここで、「積分」とは、第二放射線成分が、ＡＳＥに一般的なスペクトル帯内のほぼ全ての波長を有することを示す。ｙ軸は、マイクロメータの結果として得られる像の等し密集バイアス（つまりマイクロメータで測定した離隔形態と密集形態のＣＤの差）を示す。線ａは、１９３ｎｍのＮＡ０．６のリトグラフ装置で獲得された結果を示し、線ｂは、１９３ｎｍのＮＡ０．７０の装置で獲得された結果を示し、線ｃは、１９３ｎｍのＮＡ０．７５の装置で獲得された結果を示す。線の勾配は、各装置の光学特性、特に各装置の開口数およびシグマ最適化によって決定されることを注記しておく。

レーザのスペクトル特性によって誘起された等密集バイアスが目立つことが分かる。特に、ビームにおけるＡＳＥのパーセンテージは、等密集バイアスに顕著な影響を及ぼす。装置は、ゼロの等密集バイアスで操作することが最適である。というのは、これにより、離隔および密集構成で形態を再現することに関して、マスクが真に再現されるからである。したがって、線ａ、線ｂおよび線ｃの交点で、ｘ軸が積分ＡＳＥの所望のパーセンテージを示す。各装置の線が異なる点にてｘ軸と交差するのは、前記のとおり、各装置の光学パラメータが異なるせいである。

図３から、レーザビームが本発明に従い処理されていない従来のリトグラフ装置では、１９３ナノメートルで０．０１未満の積分ＡＳＥのパーセンテージを有する遠紫外線（ＤＵＶ）のビームの結果、等密集バイアスが０．０３マイクロメートルになることが分かる。図３の（ＡＳＥを活用した）第二放射線成分の増加した積分値の急勾配から、本発明が、等密集バイアスを調整する（そしてゼロにする）非常に敏感な調整機構を提供することが明白である。

各種リトグラフ装置の結果を比較すると、各装置が異なる等密集バイアス／第二放射線成分の割合を有することが分かる。これは、他の機械に依存する要素の結果であり、これは機械ごとに変化し、等密集バイアスに寄与する。

図４は、本発明の結果を示すさらなるグラフである。特に、図４は、パターン付与手段に入射するレーザビームのピコメートル単位の帯域幅と印刷された像の等密集バイアスとの関係を示すプロットである。図３と同様に、線ａは、１９３ｎｍのＮＡ０．６のリトグラフ装置で獲得された結果を示し、線ｂは、１９３ｎｍのＮＡ０．７の装置で獲得された結果を示し、線ｃは、１９３ｎｍのＮＡ０．７５の装置で獲得された結果を示す。

図４は、第一中心レーザ波長の光に加えて第二波長成分の調節可能な量を導入することによって、帯域幅が０．１ピコメートルから０．３ピコメートルだけわずかに増加させると、その結果として得られる像の等密集バイアスが増加することを示す。したがって、本発明によると、等密集バイアスの調整は、第一放射線成分の波長を中心とし、それを有する小さい帯域幅内の波長を有する第二放射線成分の割合を調整することによって提供することができる。

上述した実施形態では、レーザビームにおけるＡＳＥの量を調節して、その結果として得られる印刷された像の等密集バイアスを調整した。しかし、本発明はこの態様に制限されない。ＡＳＥに加えて、第二ビーム源からの光または同じビーム源から発する他の波長成分など、レーザビームの他の波長成分の割合を調節して、同様の結果を達成することができる。

図５は、本発明の第二の実施形態を示す。図５では、ビームエキスパンダＥｘ、ビーム送出システム２および照射ユニットＩＬは、図２に関して説明したものと同じである。しかし、図５では、調節可能なフィルタ手段３が分光計２４を含む。分光計は、投影ビームのスペクトルをフィルタで除去する。本発明の発明者は、放射線源の第一波長ピークの周囲を中心とする波長の除去された範囲を含むよう、投影ビームを調整することにより、等密集バイアスを調整できることを認識している。

レーザのスペクトルを変更すると、等密集バイアスに加えて、焦点などのビームの他の特性も変化することを注記しておく。例えば、焦点のドリリングが発生することがある。特定の状況では焦点のドリリングが望ましいが、他の状況では望ましくない。本発明により、焦点のドリリングを引き起こさずに、等密集バイアスを選択的に調節することができる。その理由は、等密集バイアスを変更するためには、特定の程度のレーザスペクトルを変更する必要がある、ということである。焦点深さを増加させるために、レーザのスペクトルに、これより大きい程度の異なる変化が必要である。したがって、スペクトルの操作度を細かく制御することにより、レーザスペクトルの他の特性に影響を与えずに、等密集バイアスを変更することができる。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実施できる。前記説明によって本発明を制限する意図はない。

本発明の実施形態によるリトグラフ投影装置を示したものである。 本発明の第一実施形態による放射線源および照射系の幾つかの要素を概略的に示したものである。 投影系の積分自然放射増幅光のパーセンテージに対する等密集バイアスのプロットを示す。 投影ビームの帯域幅に対する等密集バイアスのプロットを示す。 本発明の第二実施形態による放射線源および照射系の幾つかの要素を概略的に示したものである。

Claims (9)

1. 放射線投影ビームを供給する照射系と、
   パターン付与手段を支持する支持構造と、
   基板を保持する基板テーブルと、
   基板の目標部分にパターン付与された放射線投影ビームを投影する投影系とを含み、
   前記放射線ビームが、第一波長を有する第一放射線成分と、第二波長を有する第二放射線成分とを含み、前記パターン付与手段が、所望のパターンに従って前記放射線投影ビームにパターンを付与する働きをするリトグラフ装置において、
   前記照射系が、前記放射線投影ビームを濾過するための調節可能なフィルタ手段を含み、このフィルタ手段は、使用時に前記放射線投影ビーム中の前記第二放射線成分の割合を選択的に調節するために配置されたものであることを特徴とするリトグラフ装置。
2. 前記調節可能なフィルタ手段が、使用時に前記放射線投影ビームの横切る位置に配置された空間フィルタである請求項１に記載されたリトグラフ装置。
3. 前記照射系が、前記放射線投影ビームを前記位置に収束させるビーム収束手段を含む請求項２に記載されたリトグラフ装置。
4. 前記調節可能なフィルタ手段がピンホールである請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載されたリトグラフ装置。
5. 前記調節可能なフィルタ手段がスペクトルフィルタである請求項１に記載されたリトグラフ装置。
6. 前記スペクトルフィルタ手段が分光計である請求項５に記載されたリトグラフ装置。
7. 第二放射線成分が、放射線源から出る増幅された自然放射線から生じる放射線を含む請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載されたリトグラフ装置。
8. 第一波長の第一放射線成分および第二波長の第二放射線成分を含む放射線ビームを受ける手段を有する、リトグラフ装置で使用する照射系において、
   前記照射系が、前記放射線投影ビームを濾過するための調節可能なフィルタ手段を含み、このフィルタ手段は、使用時に前記放射線投影ビーム中の前記第二放射線成分の割合を選択的に調節するために配置されたものであることを特徴とするリトグラフ装置で使用する照射系。
9. 放射線感光材料の層で少なくとも部分的に覆われた基板を提供する段階と、
   第一波長の第一放射線成分と、第二波長成分の第二放射線成分を含む放射線投影ビームを、照射系を用いて供給する段階と、
   放射線投影ビームの横断面にパターンを付与するために、パターン付与手段を用いる段階と、
   放射線感光材料の層の目標部分にパターン付与された放射線投影ビームを投影する段階とを含むデバイス製造方法において、
   前記放射線投影ビームを濾過するために、前記照射系内に調節可能なフィルタ手段を設ける段階と、
   前記放射線投影ビームの前記第二放射線成分の割合を選択的に調節するために、前記調節可能なフィルタ手段を用いる段階とによって特徴づけられるデバイス製造方法。

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