JP2015515134A - マイクロリソグラフィ装置及びそのような装置において光学波面を変更する方法 - Google Patents

Abstract

マイクロリソグラフィ装置（１０）は、光学波面マニピュレータ（４２）を含む。後者は、光学要素（４４）と、光学要素（４４）によって部分的に封じ込められるか又はそれを収容する気密空洞（５０）とを含む。ガス入口デバイス（５８）は、光学要素（４４）の方向にガス噴流（８６ａ、８６ｂ）を向ける。ガス噴流が空洞を通過した後に光学要素上に衝突する場所は、制御ユニット（８４）によって供給される制御信号に応答して可変である。ガス出口（６４、６６）は、真空ポンプの作動時に、ガス噴流（８６ａ、８６ｂ）が空洞（５０）を通過する場合であっても空洞内の圧力が１０ｍｂａｒよりも低いように、真空ポンプ（６０、６２）と流体接続状態にある。【選択図】図３

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関する。本発明は、特に、そのような装置において光学波面を補正するか又はより一般的には変更することに関する。

マイクロリソグラフィ（フォトリソグラフィ又は単純にリソグラフィとも呼ぶ）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処理は、エッチング処理と併せて基板、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、ウェーハは、最初に、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過した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、マスクに含まれる回路パターンに対応する像が生成される。次いで、エッチング処理は、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。

異なるマスクを用いたこの処理の繰り返しは、多層微細構造化構成要素をもたらす。

投影露光装置は、典型的には、照明系と、マスクを位置合わせするためのマスクアラインメント台と、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アラインメント台とを含む。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・スキャン装置又は単純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、与えられた基準方向に投影光ビームの下でマスクパターンを徐々に走査し、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。倍率の典型的な値は、β＝±１／４である。

「マスク」（又はレチクル）という表現は、パターン化手段として広義に解釈されるものであることは理解されるものとする。一般的に使用されるマスクは、不透過性、透過性、又は反射性のパターンを含有し、かつ例えばバイナリ、交互位相シフト、減衰位相シフト、又は様々な混成の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極めて重要な目的の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を用いて生成することを可能にすることである。小さい構造は、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一般的に好ましい効果を有する高い集積密度を導くものである。更に、単一のウェーハ上により多くのデバイスを生成することができる程、生産処理のスループットは高い。

発生させることができる構造のサイズは、主として使用され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短波長は、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販で入手可能である。更に別の装置は、６．９ｎｍ程度まで短い波長を有するＥＵＶ光を恐らく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。異なるタイプの収差は、通常、異なる補正対策を必要とする。

回転対称収差の補正は、比較的簡単である。収差は、投影対物系の出射瞳内の波面変形が回転対称である場合に回転対称であると呼ばれる。波面変形という用語は、理想的な収差不在の波からの光波のずれを表している。回転対称収差は、例えば、個々の光学要素を光軸に沿って移動することによって少なくとも部分的に補正することができる。

回転対称ではない収差の補正は、より困難である。そのような収差は、例えば、レンズ及び他の光学要素が回転非対称に加熱されることに起因して発生する。１つのこのタイプの収差は、非点収差である。

回転非対称収差の主要原因は、スキャナタイプの投影露光装置において一般的に遭遇するマスクの回転非対称の特にスリット形の照明である。スリット形照明視野は、視野平面の近くに配置された光学要素の不均一加熱を引き起こす。この加熱は、光学要素の変形をもたらし、レンズ及び屈折タイプの他の要素の場合にはその屈折率の変化をもたらす。屈折光学要素の材料が高エネルギ投影光に繰り返し露光される場合に、永久材料変化も観察される。例えば、投影光に露光される材料の収縮が発生する場合があり、この収縮は、屈折率の永久局所変化をもたらす。ミラーの場合に、高い局所光強度によって反射多層コーティングが損傷を受ける場合があり、それによって反射率が局所的に変更される。

熱誘起変形、屈折率変化、及びコーティング損傷は、光学要素の光学特性を変更し、従って、収差を引き起こす。熱誘起収差は、時に２重対称性を有する。しかし、投影対物系内では、他の例えば３重又は５重の対称性を有する収差も多くの場合に観察される。

回転非対称収差の別の主要原因は、照明系の瞳平面が回転非対称方式で照明されるある一定の非対称照明設定である。そのような設定の重要な例は、瞳平面内で２つの極のみが照明される二重極設定である。そのような二重極設定では、投影対物系内の瞳平面も、２つの強く照明される領域を含む。その結果、そのような対物系瞳平面内又はその近くに配置されたレンズ又はミラーは、回転非対称強度分布に対して露光され、それによって回転非対称収差が生じる。四重極設定も、二重極設定よりも程度は低いが、回転非対称収差を生成する。

回転非対称収差を補正するために、ＵＳ ６，３３８，８２３ Ｂ１は、レンズの円周に沿って配分された複数のアクチュエータを用いて選択的に変形することができるレンズを提案している。レンズの変形は、熱誘起収差が少なくとも部分的に補正されるように決定される。

ＵＳ ７，８３０，６１１ Ｂ２は、同様の波面補正デバイスを開示している。このデバイスでは、変形可能な板の一方の面は、屈折率整合液体と接触する。この板が変形されたとしても、液体に隣接する面の変形は、事実上全く光学効果を持たない。従って、このデバイスは、２つの光学面ではなく、１つの光学面のみの変形から補正寄与を得ることを可能にする。２つの面が同時に変形される場合に観察されるような補正効果の部分補償は、こうして阻止される。

光学要素、特に薄膜を変形する別の方法は、ＵＳ ６，５８３，８５０ Ｂ２に開示されている。一実施形態において、２つの楕円形の膜によって空洞が封じ込められる。空洞の内側のガス圧が変更される場合に、膜は、可変非点収差光学効果が生成されるように回転非対称方式で変形する。

しかし、アクチュエータを用いた光学要素の変形は、様々な欠点を有する。アクチュエータが板又はレンズの円周に配置される場合に、これらのアクチュエータを用いて限定されたタイプの変形のみを生成することができる。この限定されたタイプの変形は、アクチュエータの個数と、更に、装置の両方が固定されることに起因する。特に、Ｚ_１０、Ｚ_３６、Ｚ_４０、又はＺ_６４のような高次のゼルニケ多項式によって表すことができる変形を生成することは、通常は困難であるか又は不可能でさえある。

ＵＳ ２０１０／０２０１９５８ Ａ１及びＵＳ ２００９／０２５７０３２ Ａ１は、板として形成された屈折光学要素を含む波面補正デバイスを開示している。上述のＵＳ ７，８３０，６１１ Ｂ２に記載されているデバイスとは対照的に、波面補正は、板を変形することによってではなく、屈折率を局所的に変更することによって生成される。この目的を実現するために、板には、その面の一方にわたって延びる細い加熱ワイヤが設けられる。加熱ワイヤを使用することにより、板内に温度分布を生成することができ、その結果、温度Ｔへの屈折率ｎの依存性ｄｎ／ｄＴにより、望ましい屈折率分布がもたらされる。この公知の波面補正デバイスを使用すると、更に高次の波面変形を非常に良好に補正することができるが、例えば、板の面の一方にわたってガス流を案内することにより、板を同時に冷却しなければならない。しかし、そのようなガス流は、低い温度変動の結果として、それ自体で光学波面に対する望ましい効果を損なわせるシュリーレンを生成する場合がある。

ＵＳ ６，７８１，６６８ Ｂ２は、いくつかの冷却ガス流が向けられる投影対物系のレンズを開示している。レンズに対する冷却効果を変更することができるように、ガス流が流出するノズルの向きを変更することができる。しかし、この公知のデバイスにおいても、レンズ面の上方の雰囲気中の温度変動に起因して、ある一定量のシュリーレンは回避することができる。

レンズのある一定の区域を冷却又は加熱するためにガス流を使用する同様の波面補正デバイスは、ＵＳ ５，９９５，２６３、ＵＳ ５，８８３，７０４、及びＵＳ ７，８１７，２４９ Ｂ２から公知である。

ＷＯ ２０１１／１１６７９２ Ａ１は、出口開口から流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伝播して通る空間に流入する波面補正デバイスを開示している。温度コントローラは、各流体流れに対して流体流れの温度を個々に設定する。温度分布は、温度分布によって引き起こされる光路長の差が波面変形を補正するように決定される。

同様の概念は、上述のＵＳ ６，５８３，８５０ Ｂ２に記載されている。２つの硬質光学要素の間に形成された空洞内のガス圧が変更される場合に、ガスの屈折率も変化する。これを使用して、空洞を封じ込める光学界面での屈折を修正することができる。しかし、このデバイスは、１つの自由度のみを有し、従って、より高次の波面変形を補正する機能を持たない。

非公開国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１１／００４８５９（Ｚｅｌｌｎｅｒ他）からは、複数の加熱光ビームが屈折光学要素の円周縁面に向けられる波面補正デバイスが公知である。屈折光学要素に入射した後に、加熱光ビームは、要素の内側に部分的に吸収される。このようにして、少量ではあるが無視することができない程度まで投影光を吸収、反射、回折、及び／又は散乱させる加熱ワイヤを投影光経路に配置する必要なく、屈折光学要素の内側にほぼあらゆる任意の温度分布を生成することができる。

ＵＳ ６，３３８，８２３ Ｂ１ ＵＳ ７，８３０，６１１ Ｂ２ ＵＳ ６，５８３，８５０ Ｂ２ ＵＳ ２０１０／０２０１９５８ Ａ１ ＵＳ ２００９／０２５７０３２ Ａ１ ＵＳ ６，７８１，６６８ Ｂ２ ＵＳ ５，９９５，２６３ ＵＳ ５，８８３，７０４ ＵＳ ７，８１７，２４９ Ｂ２ ＷＯ ２０１１／１１６７９２ Ａ１ ＰＣＴ／ＥＰ２０１１／００４８５９ ＷＯ ２０１０／０３４６７４ Ａ１

本発明の目的は、光学波面を可変的に変更することができるが、シュリーレンのような寄生効果が有意に低減される光学波面マニピュレー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。

本発明により、上述の目的は、真空ポンプと、投影光を生成するように構成された照明系と、光学波面マニピュレータとを含むマイクロリソグラフィ装置によって達成される。光学波面マニピュレータは、光学要素と、光学要素によって部分的に封じ込められ（又は光学要素を収容し）、かつ投影光の光路に配置された気密空洞とを含む。マニピュレータは、光学要素とエネルギを交換し、従って、後者の温度分布を変更するためにガス噴流を光学要素に向けるように構成されたガス入口デバイスを更に含む。ガス噴流が空洞を通過した後に光学要素上に衝突する場所は、制御ユニットによって供給される制御信号に応答して可変である。光学波面マニピュレータは、真空ポンプの作動時に、ガス噴流が空洞を通過する場合であっても空洞内の圧力が１０ｍｂａｒよりも低く、好ましくは１０^−３ｍｂａｒよりも低いように、真空ポンプと流体接続状態にあるガス出口を更に含む。装置は、空洞の外側に配置されて投影光が通過するレンズを更に含む。

従って、本発明は、ガス噴流が光学要素上に衝突する場所において光学要素の温度を変更することができる光学波面マニピュレータを提供する。この温度変動は、ガス噴流と光学要素の間の熱エネルギ交換によって引き起こされる。温度変化は、屈折率の変化に関連付けられ、従って、光学要素を通過する光学波面は位相変動を受け、その結果、望ましい光学波面変化がもたらされる。

本発明は、真空が生成され、ガス流が光学要素に向う途中にこの真空を通過する場合に、高密な雰囲気を通過するガス流に関するシュリーレン及びその他の問題が排除されるという認識に基づいている。ガス噴流中のガス粒子の密度が、例えば、１０^１５ｃｍ^−３程度まで高い場合であっても、密度変化及び従って屈折率変化は、相対的には非常に小さい。言い換えれば、真空の屈折率とガス噴流の屈折率は、非常に少ない量だけしか異ならない。従って、そのようなガス噴流は、光学波面に対して無視することができる影響のみを有する。

真空の別の正の効果は、熱伝導又は対流によって熱を除去することができる周囲の雰囲気が存在しないので、光学要素が実際に熱絶縁されることである。溶融シリカのような多くの光学材料の熱伝導係数は小さいので、熱は、少なくともマイクロリソグラフィ装置内で一般的に発生する温度に対して比較的弱い効果でしかない主に熱放射によって光学要素と交換することができる。この熱絶縁は、ガス噴流を用いて生成されるあらゆる局所温度変化が長時間にわたって維持されるという利点を有する。この理由から、ガス噴流が光学要素上に衝突する場所における少量の熱交換でも、ある一定の温度分布を維持するのに十分である。

光学要素が、マスクを面上に結像する装置の対物系に配置された屈折光学要素、特にレンズ、又は平行平面板である場合に、この光学要素は、ほぼあらゆる任意の光学位置、特に瞳平面に配置することができる。一実施形態において、空洞は、２つの光学要素によって封じ込められ、光学要素のうちの１つ又は２つは、平行平面板又はレンズによって形成される。しかし、空洞を封じ込める上で、屈折光学要素と反射光学要素の組合せを使用することができる。ガス噴流が、次に、屈折光学要素上に向けられる場合に、これは、光学波面が反射光学要素によって反射された後に屈折光学要素を２度目に通り、そのために誘起される位相差も２倍になるという利点を有する。ガス噴流が衝突する光学要素がミラーである場合に、温度変化は、光学波面の望ましい変化を生成するミラー面の小さい変形を生成する。

しかし、気密空洞内に収容されるが、それを封じ込めない光学要素上にガス噴流を向けることも可能である。屈折光学要素の場合に、これは、要素の両側が真空によって熱絶縁されるという利点を有する。

この場合に、対物系によって面上に結像されるマスクは、ガス入口デバイスによってガス噴流がその上に向けられる光学要素として使用することさえ可能である。マスクを変位させるように構成されたマスク台は、空洞内に配置することができる。しかし、対物系及び照明系は、空洞内に配置されない。

マスクをガス流がその上に向けられる光学要素とする場合に、歪曲及び他の視野依存収差を非常に効率良く補正することができる。

空洞内で優勢である真空中でマスクを高速に移動する配置は、従来のこのタイプの装置に観察される可能性があるガス乱流が発生しないという更に別の利点を有する。従来のこのタイプの装置においては、通常、周囲のガスの一部分は、加熱された面、例えば、マスク面又は対物系の第１のレンズと接触し、ある程度まで加熱される。それによってガスの屈折率の局所変化がもたらされる。マスクの高速移動は、ガスを撹拌し、従って、得られるガス乱流は、高速に変化するシュリーレンを有する可能性がある。ガス噴流が光学要素上に衝突する場所を変更することができるように、ガス入口デバイスは、ノズルと、制御信号に応答してノズルの位置及び／又は向きを変更するように構成されたアクチュエータとを含むことができる。例えば、ノズルが、光学要素の光軸と一致しない方向に沿って変位されるか又はある一定の角度だけ傾斜される場合に、ガス噴流は、光学要素上の異なる場所に衝突することになり、従って、温度変化は、どこか他の場所に生成される。従って、ノズルの位置及び／又は向きを高速に変更することにより、光学要素内にある一定の時間間隔にわたってほぼあらゆる任意の温度分布を生成することができる。

ガス噴流が光学要素上に衝突する場所を変更する別の方式は、複数のノズルと複数の流量制御デバイスとを含むガス入口デバイスを設けることである。各流量制御デバイスは、ノズルのうちの１つに関連付けられ、流量制御デバイスを通過するガスの量を制御するように構成される。例えば、各ノズルによって生成されるガス噴流が、光学要素上のある一定の場所に衝突することができるように、空洞の円周に沿って配置された複数のノズルを存在させることができる。従って、ある一定のガス噴流が流量制御デバイスを用いて起動及び停止される場合に、光学要素上の異なる場所がガス噴流に露出されることになる。

ガス入口デバイスが、少なくとも１つの超音速自由噴流を放出するように構成される場合に、噴流中の粒子は、最小限の熱移動（振動及び回転）しか伴わずに平行かつ線形の軌道を有することになる。そのような超音速自由噴流は、有意に発散せず、従って、光学要素上の非常に小さい区域をガス噴流に選択的に露出することができる。

超音速自由噴流を生成するのに特に適するタイプのノズルは、ラバールノズルである。

この対物系は、例えば、マスク検査装置又は投影露光装置内に使用することができる。後者の場合に、投影露光装置は、一連の連続する光パルスを生成するように構成された光源を含むことができる。

この場合に、ガス入口デバイスは、光パルスがガス噴流のいずれにも衝突しないように、一連の光パルスと交互配置された一連の連続ガス噴流を生成するように構成することができる。特に、ガス噴流が超音波自由噴流である場合に、ガス粒子がガス入口デバイスからガス出口に到達するのに必要とされる時間は非常に短いので、ガス噴流を注入してガス出口においてガス粒子を回収する処理は、光源によって生成されるパルス列の連続光パルスの合間の間隔中に実施することができる。この場合に、投影光パルスは、ガス噴流のいずれにも決して衝突しないことになり、その結果、ガス噴流は、光学波面に対して悪影響を有することができない。

本発明の主題はまた、マイクロリソグラフィ装置において光学波面を変更する方法である。本発明による方法は、ａ）光学要素と、光学要素によって部分的に封じ込められるか又は光学要素を収容し、投影光の光路に配置された気密空洞と、空洞の外側に配置され、かつ投影光が通過するレンズとを与える段階と、ｂ）空洞に真空を生成する段階と、ｃ）光学要素に向けられるガス噴流を生成するために空洞内にガスを注入する段階とを含む。

本発明の主題はまた、光学要素と、光学要素によって封じ込められるか又は光学要素を収容する空洞と、空洞に接続した真空ポンプと、空洞の外側に配置されたレンズと、空洞を通して伝播して光学要素上に衝突するガス噴流を生成し、ガス噴流が光学要素上に衝突する場所を変更するように構成されたガス入口デバイスとを含むマイクロリソグラフィ装置である。

本発明の主題はまた、マスクを照明するように構成された照明系と、マスクを面上に結像するように構成され、かつ投影光が通過する少なくとも１つのレンズを収容する対物系と、照明系及び対物系ではなくマスクを収容する空洞と、空洞に接続した真空ポンプとを含むマイクロリソグラフィ装置である。真空ポンプは、その作動時に空洞内の圧力が１０ｍｂａｒよりも低いように構成することができる。また、マスクを変位させるように構成されたマスク台を空洞の内側に配置することができる。

定義
「光」という用語は、あらゆる電磁放射線、特に、可視光、ＵＶ光、ＤＵＶ光、及びＶＵＶ光を表している。

本明細書では「光線」という表現は、線によって表すことができる伝播経路を有する光を表すために使用する。

本明細書では「光ビーム」という表現は、複数の光線を表すために使用する。通常、光ビームは、伝播経路に沿って変化する場合があるその直径にわたる放射照度プロファイルを有する。通常、単一の光ビームは、単一の点光源又は面光源に関連付けることができる。

本明細書では「面」という表現は、３次元空間内のあらゆる平面又は曲面を表すために使用する。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されたものとすることができる。

本明細書では「屈折光学要素」という表現は、少なくとも投影光に対して透過性を有する光学要素を表すために使用する。更に、この要素は、投影光がこの要素に入射する際に通る少なくとも１つの光学面を有する。通常、投影光は、この光学面において屈折されることになる。

本明細書では「光学的に共役」という表現は、２つの点又は２つの面の間の結像関係を表すために使用する。結像関係は、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「視野平面」という表現は、マスク平面に対して光学的に共役な平面を表すために使用する。

本明細書では「瞳平面」という表現は、視野平面内で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ために使用する。当業技術において通例であるように、「瞳平面」は、実際には数学的意味において平面ではなく、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である場合にも「瞳平面」という表現を使用する。

添付図面と共に以下に続く詳細説明を参照することにより、本発明の様々な特徴及び利点を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。 図２の装置に収容される光学波面マニピュレータを通る非常に概略的な拡大子午断面図である。 一方のガス噴流のみがガラス板上の異なる場所に衝突する後の時点における図３の光学波面マニピュレータを示す図である。 光パルスがマニピュレータを通して伝播しない時の状態にある光学波面マニピュレータを示す図３及び図４と類似の子午断面図である。 光パルスがマニピュレータを通して伝播するときの状態にある光学波面マニピュレータを示す図３及び図４と類似の子午断面図である。 ガス噴流が結像されるマスク上に向けられる場合の光学波面マニピュレータの別の実施形態による図１に示す装置を通る略子午断面図である。 本発明による方法の重要な態様を要約する流れ図である。

Ｉ．投影露光装置の一般的な構成
図１は、本発明による投影露光装置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を含む照明系１２を含む。投影光は、微細な特徴部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、例えば、リングセグメントの照明視野１４、更に他の動作波長、例えば、１５７ｎｍ又は２４８ｎｍも考えられている。

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の内側のパターン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である倍率βを有するので、照明視野１４の内側のパターン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。次いで、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的に結像することができるようにマスク１６の上を走査する。基板２４の速度とマスク１６の速度の比は、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（β＞０）には、図１に矢印Ａ１とＡ２に示すように、マスク１６と基板２４とは同じ方向に沿って移動する。しかし、本発明は、軸外物体視野及び軸外像視野を有する反射屈折投影対物系２０、並びにマスク１６及び基板２４が投影中に移動しないステップ・アンド・スキャン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、更に、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マスク台を２６で表しており、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ウェーハ台を３２で表している。

投影対物系２０内には、レンズＬ１及びＬ２それぞれを投影対物系２０の光軸ＯＡに沿って個々に変位させるように構成された２つのマニピュレータＭ１及びＭ２が配置される。

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。投影対物系２０の物体平面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、第１及び第２の瞳平面３６、３８内では、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で収束又は発散する全ての光線は、同じ点を通過する。

第１の瞳平面３６内には、波面変形を補正するために又はより一般的には変更するための光学波面マニピュレータ４２が配置される。次の節では、光学波面マニピュレータ４２をより詳細に説明する。

ＩＩ．波面マニピュレータ
図３は、図２に示す光学波面マニピュレータ４２を通る非常に概略的な拡大子午断面図である。

光学波面マニピュレータ４２は、この実施形態では第１の板４４と第２の板４６とによって形成された２つの光学要素を含む。各板４４、４６は、２つの平面及び平行面、及び正方形輪郭を有する。２つの板４４、４６は、ハウジング構造４８と共に気密空洞５０を封じ込める。空洞５０と光学波面マニピュレータ４２を取り囲む外側雰囲気５４との間でガス粒子の出入りがほとんど全く発生しないことを確実にするために、一方で板４４、４６と他方でハウジング構造４８との間の接合部にシール５２が設けられる。この外側雰囲気は、例えば、室温（２２℃）及び標準圧力（１ｂａｒ）にあるＮ_２又は不活性ガスのようなパージガスで構成することができる。投影対物系２０は、その中の雰囲気５４をこれらの状態に維持する調整ユニット（図示せず）を含む。

板４４、４６は、図３に矢印５６に示す投影光に対して透過性を有する。溶融シリカは、小さい熱伝導係数を有し、更に下記で明らかなように光学波面マニピュレータ４２の機能に対して好ましい影響を有するので、板４４、４６に適切する材料である。

図示の実施形態において、板４４、４６は、同一の寸法を有する。しかし、板４４、４６は、異なる寸法を有することができ、板４４、４６の代わりに、レンズのような他の屈折光学要素を光学要素として使用することができる。反射屈折タイプの投影対物系２０では、板４４、４６の一方、特に第２の板４６をミラーで置換するように考えることができる。

空洞５０を封じ込めて取り囲むハウジング構造４８は、総じて５８で表すガス入口デバイスと、投影対物系２０の外側に配置されてそこから振動絶縁された真空ポンプ６０、６２に各々が流体接続状態にある２つのガス出口６４、６６とを受け入れる。

ガス入口デバイス５８は、１つ又はそれよりも多くのガス噴流を第１の板４４に向けるように構成される。この目的を実現するために、ガス入口デバイス５８は、複数の注入ユニットを含む。図３に示す子午断面図には、これらの注入ユニットのうちの２つしか示しておらず、これらを７２ａ及び７２ｂで表している。光学波面マニピュレータ４２の他の円周位置に更に別の注入ユニットを配置することができる。

第１の注入ユニット７２ａは、圧力チャンバ７４ａと、弁７６ａと、可動ラバールノズル７８ａと、弁７６ａをラバールノズル７８ａに接続する可撓性チューブ８０ａとを含む。ラバールノズル７８ａは、関節接合方式で装着され、制御ユニット８４から受け入れる制御信号に応答してラバールノズル７８ａの向きを変更するように構成されたアクチュエータ８２ａに接続される。制御ユニット８４は、図２にパーソナルコンピュータとして表す全体システム制御器８５と通信する。図３に双方向矢印で略示するように、ラバールノズル７８ａは、それによって放出されるガス噴流８６ａの方向をアクチュエータ８２ａを用いて変更することができるように、この場合に、少なくとも１つの回転軸の周りに回転させることができる。

第２の注入ユニット７２ｂは、同一の構成を有する。従って、第２の注入ユニット７２ｂは、圧力チャンバ７４ｂと、弁７６ｂと、ラバールノズル７８ｂと、可撓性チューブ８０ｂと、ラバールノズル７８ｂの向きを変更するためのアクチュエータ８２ｂとを含む。

注入ユニット７２ａ及び７２ｂの圧力チャンバ７４ａ、７４ｂは、予め決められた温度（例えば、２２℃）とある一定の圧力、例えば、５０ｍｂａｒと５ｂａｒの間の圧力とを有するガス、例えば、アルゴンのような不活性ガスを供給するように機能する共通ガス給送ユニット８７にそれぞれ接続される。

ＩＩＩ．機能
以下では、光学波面マニピュレータ４２を通過する投影光５６の光学波面を変更するために、この光学波面マニピュレータをどのように作動させることができるかを説明する。

投影光５６を光学波面マニピュレータ４２に通す前に、真空ポンプ６０、６２を用いて空洞５０内に真空を生成する。空洞５０内の圧力は、１０ｍｂａｒよりも低く、好ましくは１０^−３ｍｂａｒよりも低くなるまで低減しなければならない。次いで、圧力チャンバ７４ａ、７４ｂ内に含まれるガスを空洞５０に流入させるように弁７６ａ、７６ｂが開放される。一方で圧力チャンバ７４ａ、７４ｂと、空洞５０内の真空との間の大きい圧力差に起因して、ラバールノズル７８ａ、７８ｂを通って流れるガスは、超音速で膨張して自由ガス噴流８６ａ、８６ｂが生成される。この超音速膨張の結果として、ガス粒子の間の衝突頻度が大きく低減され、それに対してガス粒子の速度は有意に高められる。ガス噴流８６ａ、８６ｂの温度を僅か数Ｋ程度とすることができるように、ガス粒子の熱移動が同じく低減される。全てのガス粒子は、ほぼ同じ（高い）速度で移動するが、互いに衝突しないので、ガス噴流８６ａ、８６ｂは、伝播方向に沿ってそれ程増大しない非常に小さい直径を有する。ガス噴流８６ａ、８６ｂの直径は、主としてラバールノズル７８ａ、７８ｂの内径によって決定され、１ｍｍ程度まで小さいとすることができる。

ラバールノズル７８ａ、７８ｂから放出されるガス噴流８６ａ、８６ｂは、空洞５０を通り、次いで、第１の板４４の内面９０上に衝突する。ここで、ガス粒子は、第１の板４４の内面９０にある原子と相互作用する。この相互作用は、ガス噴流が第１の板４４の上に衝突する場所にガス粒子と第１の板４４の間の熱交換をもたらす。ガス噴流８６ａ、８６ｂがこれらの場所において加熱効果又は冷却効果のいずれを有するかは、ガスの組成、第１の板４４の内面９０の特性、圧力チャンバ７４ａ、７４ｂと空洞５０の間の圧力差、かつガス噴流８６ａ、８６ｂが第１の板４４の内面９０上に衝突する際の角度を含む様々なパラメータに依存する。

ガス噴流は、第１の板４４の内面９０での反射の後に、空洞５０を封じ込める側面のうちの１つの上に衝突し、好ましくは、真空ポンプ６０、６２に接続したガス出口６４、６６のうちの１つに直接流入する。一般的に、ガス噴流８６ａ、８６ｂが、第１の板４４との相互作用の後に第２の板４６上に衝突することを回避しなければならず、これは、この衝突により、ガス噴流８６ａ、８６ｂと第２の板４６の間の追加の熱交換であるが、今回は望ましくない熱交換がもたらされる場合があることによる。

ガス噴流８６ａ、８６ｂと第１の板４４の間の局所的に限定された熱交換は、第１の板４４内の温度分布を修正する。この修正された温度分布は、温度Ｔへの第１の板４４の屈折率ｎの依存性ｄｎ／ｄＴにより、屈折率ｎの修正された分布と直接に関連付けられる。従って、第１の板４４を通過する光学波面の位相分布も修正される。このようにして、波面変形を投影対物系２０内に設けられた他のマニピュレータ、例えば、レンズＬ１、Ｌ２を光軸ＯＡに沿って変位させるマニピュレータＭ１及びＭ２を用いてより容易に低減することができるように、光学波面の望ましくない変形を低減又は変更することができる。

ガス噴流８６ａ、８６ｂと第１の板４４の間の熱交換は少量である場合があるが、通常は第１の板４４内の温度を局所的に変更するだけで十分であることになることに注意しなければならない。これは、空洞５０が、熱伝導又は対流によって第１の板４４から熱を除去するか又はそこに熱を追加するのを促進する可能性があるいかなる実質的な量のガスも含まないことに起因する。従って、第１の板４４の内面９０における熱は、第１の板４４内の放射又は熱伝導による以外は除去することができない。しかし、溶融シリカのような少なくともある一定の材料では、熱伝導係数は非常に小さい。従って、ガス噴流８６ａ、８６ｂによって生成される第１の板４４内の温度分布の修正は、比較的長い時間にわたって維持される。言い換えれば、少量の熱交換であっても、第１の板４４内に実質的に安定した温度分布を生成するのに十分である。

光学波面に対する光学波面マニピュレータ４２の効果を変更するのに、様々なパラメータ、特に、弁７６ａ、７６ｂを通してのスループット及びラバールノズル７８ａ、７８ｂの向きを使用することができる。図４は、１つだけのガス噴流８６ａが通って第１の板４４上に衝突するが、今回は図３に示す構成と比較して異なる場所に衝突するように、弁８６ｂが閉止されており、かつラバールノズル７８ａが傾斜されている場合を示している。ガス噴流８６ａ、８６ｂを第１の板４４の内面９０の上で連続的又は断続的に移動することにより、ある一定の温度範囲にあるほぼあらゆる温度分布を生成することができる。

ガス噴流８６ａ、８６ｂを第１の板４４上のほぼあらゆる任意の場所に向けることができるように、ラバールノズル７８ａ、７８ｂを同じく平行移動的に、すなわち、直線又は曲線に沿って変位させる機能を有するアクチュエータを使用するように考えることができる。

この実施形態において、第２の板４６は、波面変形の補正に寄与しない。当然ながら、第２の板４６上にガス噴流を向ける追加の注入ユニットを設けることができる。非常に高度な制御手法が適用される場合に、ガス噴流８６ａ、８６ｂが第２の板に向けて反射され、それによって各ガス噴流８６ａ、８６ｂが２回相互作用するように、第１の板４４上にガス噴流８６ａ、８６ｂを向けることさえ可能である。この場合に、光学波面の望ましい修正を２つの板４４、４６の間で配分させなければならないが、第２の板４６内の温度分布を第１の板４４内の温度分布とは独立して決定することができないという追加の制約条件を伴ってそうしなければならない。

ガス噴流８４ａ、８４ｂ中のガス粒子の密度は非常に小さいとすることができるので、ガス噴流８６ａ、８６ｂの屈折率は、空洞５０のうちでガス噴流が通らない部分と実質的に異なることはない。従って、このようなガス噴流８６ａ、８６ｂは、投影光の光学波面に対して実質的に全く影響を持たない。

しかし、何らかの理由から、投影光５６とガス噴流８６ａ、８６ｂの可能な全ての相互作用が阻止される場合に、図５に示すように、投影光５６が光学波面マニピュレータ４２を通らない時間中にのみガス噴流８６ａ、８６ｂを生成することができる。ガス噴流８６ａ、８６ｂは、超音速度で伝播し、従って、非常に高速であるので、連続する走査作動の合間の短い間隔であっても、ラバールノズル７８ａ、７８ｂによって短いガス噴流パルスを放出し、これらのガス噴流が第１の板４４と相互作用した後であるが、投影光（図６を参照されたい）が再度空洞５０を通過する前に、空洞５０からガス噴流を除去するのに十分であることになる。ガス噴流パルスが十分に短いように弁７６ａ、７６ｂが制御される場合に、単一の走査サイクルの連続する光パルスの合間の時間間隔中にガス噴流パルスを放出することさえも可能である。このガス噴流パルス放出は、通常、投影露光装置に収容される光源ＬＳが、数ｋＨｚのパルス周波数を有する一連の光パルスを放出することを利用する。この場合に、光パルスが、ガス噴流８６ａ、８６ｂのうちのどれにも衝突しないように、一連の連続するガス噴流８６ａ、８６ｂを光源ＬＡによって生成される一連の光パルスと交互配置することができる。この場合に、図５に示す状態と図６に示す状態は、非常に高速にパルス周波数と同期して交替する。

ＩＶ．補正方法
以下では、波面変形を補正するのに光学波面マニピュレータ４２をどのように使用することができるかを説明する。

第１の段階では、投影対物系２０の収差が決定される。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、例えば、像品質の測定を実施するために投影露光装置の作動を妨げる必要がないという利点を有する。通常、シミュレーションは、像鮮明化技術が適用される場合にも必要とされる。その一方、可能な最も高い精度で収差を決定する場合に、測定によって収差を決定することを必要とする場合がある。収差を測定するために、図２に矢印１１２に示すように、投影対物系２０の像平面３０内に光学波面測定デバイス１１０、例えば、フィゾー干渉計を挿入することができる。

また、収差を高速かつ正確に決定するために、ある一定の測定並びにシミュレーションを使用する混在手法を使用することができる。例えば、像鮮明化技術を用いて理想的な非平面波面を計算することができ、実際の光学波面が測定される。

次の段階では、望ましい光学波面を得る上で必要とされる補正効果を決定しなければならない。この段階は、収差を低減するのに光学波面マニピュレータ４２だけではなく、他の補正システム、例えば、レンズＬ１、Ｌ２を光軸ＯＡに沿って変位させるように構成されたマニピュレータＭ１、Ｍ２が利用可能であることを考慮に入ることができる。１つの手法は、共通の最適化処理に対して利用可能な全ての補正システムを考慮することである。この点に関して、特異値分解（ＳＶＤ）又はチコノフ正則化を使用することができる。凸計画法に基づく別の手法は、ＷＯ ２０１０／０３４６７４ Ａ１に記載されている。そのような最適化処理では、概念上、第１の板４４は、ガス噴流８６ａ、８６ｂが第１の板４４上に衝突する可能性がある場所に対応する複数のピクセルに分割することができる。

最適化処理は、第１の板４４によって発生することになる位相変動を生じる。投影対物系２０が光学波面に対して回転対称な影響を有する他の補正デバイス（マニピュレータＭ１、Ｍ２等）を含む場合に、第１の板４４によって発生する位相発生は、光学波面が回転対称になるように少なくともほぼ回転非対称になる。これは、光学波面変形を表すために使用される高次のゼルニケ多項式の係数が少なくとも実質的に消失することを意味する。

次いで、アルゴリズムは、先に決定された位相変動を発生させるのに第１の板４４内で必要とされる温度分布を計算する。次の段階では、どこでどれ程の量の熱を第１の板４４とガス噴流の間で交換しなければならないか、かつこの熱交換を得るためにはどのようにガス入口デバイス５８を制御しなければならないかを決定しなければならない。これは、ここでもまた、最適化アルゴリズムを用いて達成することができる。

最後に、ガス噴流８６ａ、８６ｂが、上記で決定された場所に上記で決定された時間間隔にわたって第１の板上に衝突するように、制御ユニット８４は、弁７６ａ、７６ｂ及びアクチュエータ８２ａ、８２ｂを制御する。

Ｖ．代替実施形態
図７は、別の実施形態による光学波面マニピュレータ４２を含む装置１０を通る略子午断面図である。空洞５０は、ここでもまた、２つの板４４、４６とハウジング構造４８とによって封じ込められる。しかし、この実施形態において、空洞５０は、マスク１６とマスク台２６を含み、ガス噴流８６ａ、８６ｂは、空洞５０を封じ込める板４４、４６の一方の上に向けられず、マスク１６の一方の側面の上に向けられる。他の点では、光学波面マニピュレータ４２の構成は、図３に示す波面マニピュレータと同一である。

マスク１６は、１０ｍｂａｒよりも低い、好ましくは１０^−３ｍｂａｒよりも低い圧力が優勢な空洞５０に収容されるので、図７に双方向矢印に示すように、マスク台２６によって高速に移動される時に、実質的な量のガスを撹拌する恐れがない。従って、このマスク移動は、マスクが通常圧力下のＮ_２又は不活性ガスを通して移動する従来技術の装置の場合に該当すると考えられるようなマスク１６の近くで高速に変化する屈折率分布（シュリーレン）をもたらす恐れがない。更に、マスク１６は視野平面に配置されるので、歪曲及び他の視野依存収差を非常に有効に補正することができる。

当然ながら、装置１０は、２つの波面マニピュレータ４２、すなわち、図２に示すような対物系２０の瞳平面３６内の第１のものと図７に示すような視野平面内の第２のものとを含むことができる。次に、視野依存波面収差と視野非依存波面収差の両方は、それらを他の手段によってより容易に補正することができるように、部分的に補正するか又は少なくとも変更することができる。

ＶＩ．重要な方法段階
図８は、マイクロリソグラフィ装置の対物系において光学波面を変更す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、気密空洞を有する対物系が与えられる。

第２の段階Ｓ２では、空洞に真空が生成される。

第３の段階Ｓ３では、空洞を封じ込めるか又はそこに収容された光学要素に向けられるガス噴流を生成するために空洞内にガスが注入される。

４２ 光学波面マニピュレータ
５０ 気密空洞
５６ 投影光
５８ ガス入口デバイス
８６ａ、８６ｂ ガス噴流

Claims (16)

1. 真空ポンプ（６０、６２）と、投影光（５６）を生成するように構成された照明系（１２）と、光学波面マニピュレータ（４２）と、を備えるマイクロリソグラフィ装置（１０）であって、
   前記光学波面マニピュレータは、
   ａ）光学要素（４４）、
   ｂ）前記光学要素（４４）によって部分的に封じ込められるか又は該光学要素を収容し、前記投影光（５６）の光路に配置された気密空洞（５０）、
   ｃ）前記光学要素（４４）の方向にガス噴流（８６ａ、８６ｂ）を向けるように構成され、該ガス噴流が前記空洞を通過した後に該光学要素上に衝突する場所が制御ユニット（８４）によって供給される制御信号に応答して可変であるガス入口デバイス（５８）、及び
   ｄ）前記真空ポンプの作動時に前記ガス噴流（８６ａ、８６ｂ）が前記空洞（５０）を通過する場合であっても該空洞内の圧力が１０ｍｂａｒよりも低いように、該真空ポンプ（６０、６２）と流体接続状態にあるガス出口（６４、６６）、
   を含み、
   前記空洞（５０）の外側に配置され、かつ前記投影光（５６）が通過するレンズ（Ｌ１からＬ４）、
   を更に含むことを特徴とするマイクロリソグラフィ装置（１０）。
2. 前記ガス入口デバイスは、ノズル（８２ａ、８２ｂ）と、前記制御信号に応答して該ノズル（７８ａ、７８ｂ）の位置及び／又は向きを変更するように構成されたアクチュエータ（８２ａ、８２ｂ）とを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記ガス入口デバイス（５８）は、複数のノズル（７８ａ、７８ｂ）と複数の流量制御デバイス（７６ａ、７６ｂ）とを含み、
   各流量制御デバイスが、前記ノズルのうちの１つに関連付けられ、かつ該流量制御デバイスを通過するガスの量を制御するように構成される、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 前記ガス入口デバイス（５８）は、少なくとも１つの超音速自由噴流（８６ａ、８６ｂ）を放出す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３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記ガス入口デバイスは、ラバールノズル（７８ａ、７８ｂ）を含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記空洞（５０）内の圧力が、前記ガス噴流（８６ａ、８６ｂ）が該空洞を通過する場合であっても１０^−３ｍｂａｒよりも低いことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の装置。
7. 一連の連続光パルスを生成するように構成された光源（ＬＳ）を含む投影露光装置であ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項に記載の装置。
8. 前記ガス入口デバイス（５８）は、光パルスが前記ガス噴流のいずれにも衝突しないように、前記光源（ＬＳ）によって生成された前記一連の光パルスと交互配置された一連の連続ガス噴流（８６ａ、８６ｂ）を生成するように構成されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記光学要素は、マスク（１６）を面（２２）上に結像する装置の対物系に配置された屈折光学要素であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記光学要素は、マスク（１６）であり、
    装置が、前記マスク（１６）を面（２２）上に結像する対物系（２０）を含む、
    ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の装置。
11. マイクロリソグラフィ装置において光学波面を変更する方法であって、
    ａ）光学要素（４４）、
    前記光学要素（４４）によって部分的に封じ込められるか又は該光学要素を収容し、投影光（５６）の光路に配置された気密空洞（５０）、及び
    前記空洞（５０）の外側に配置され、かつ投影光（５６）が通過するレンズ（Ｌ１からＬ４）、
    を提供する段階と、
    ｂ）前記空洞（５０）に真空を生成する段階と、
    ｃ）前記光学要素（４４）に向けられるガス噴流（８６ａ、８６ｂ）を生成するために前記空洞（５０）内にガスを注入する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
12. 前記ガス噴流（８６ａ、８６ｂ）が前記空洞（５０）を通過した後に前記光学要素（４４）上に衝突する場所を変更する追加の段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記光学要素は、前記装置の対物系に配置された屈折光学要素であることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の方法。
14. 前記光学要素は、対物系（２０）によって面（２２）上に結像されるマスク（１６）であることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の方法。
15. ａ）光学要素（４４）、
    ｂ）前記光学要素（４４）によって封じ込められるか又は該光学要素を収容する空洞（５０）、
    ｃ）前記空洞（５０）に接続された真空ポンプ（６０、６２）、
    ｄ）前記空洞（５０）の外側に配置されたレンズ（Ｌ１からＬ４）、及び
    ｅ）前記空洞（５０）を通って伝播して前記光学要素（４４）上に衝突するガス噴流（８６ａ、８６ｂ）を生成し、該ガス噴流が該光学要素（４４）上に衝突する場所を変更するように構成されたガス入口デバイス（５８）、
    を含むことを特徴とするマイクロリソグラフィ装置。
16. 請求項２から請求項１０のいずれか１項に記載の特徴を含むことを特徴とする請求項１５に記載の装置。

Images