JP4034262B2 - リソグラフ装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明はリソグラフ装置に関し、本リソグラフ装置は、
− 放射の投影ビームを供給する放射システムであって、瞳孔面内における前記ビームの位置依存強度分布を画定する照明システムを備える放射システムと、
− パターン化手段を支持する支持構造であって、照明システムが前記瞳孔面内の位置依存強度分布に依存してパターン化手段における前記ビームの角度依存強度分布を画定するものである支持構造と、
− 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化されたビームを投影する投影システムとを備える。

ここで使用されるような「パターン化手段」という用語は、基板の目標部分に作成すべきパターンに対応するパターン化された断面を、入射放射ビームに与えるために使用することができる手段のことを意味するものとして、広く解釈すべきである。また、用語「光弁」は、この文脈で使用することができる。一般に、前記パターンは、集積回路または他のデバイスのような、目標部分に作られるデバイスの特定の機能層に対応する（以下を参照されたい）。そのようなパターン化手段の例は、次のものを含む。すなわち、
− マスク。マスクの概念は、リソグラフではよく知られており、様々な混成マスクの種類はもちろんのこと、２進位相シフト、交番位相シフトおよび減衰位相シフトのようなマスクの種類を含む。そのようなマスクを放射ビーム内に配置することで、マスクのパターンに応じて、マスクに当たる放射の選択的な透過（透過マスクの場合）または反射（反射マスクの場合）が起こる。マスクの場合、支持構造は一般にマスク・テーブルであり、このマスク・テーブルによって、マスクを入射放射ビーム内の所望の位置に確実に保持することができるようになり、さらに、望むならば、マスクをビームに対して移動させることができるようになる。
− プログラム可能ミラー・アレイ。そのようなデバイスの一例は、粘弾性制御層および反射表面を有するマトリック・アドレス指定可能表面である。そのような装置の基本原理は、（例えば）反射表面のアドレス指定された領域は入射光を回折光として反射するが、アドレス指定されない領域は入射光を非回折光として反射することである。適切なフィルタを使用して、前記非回折光を反射ビームからフィルタ除去して、後に回折光だけを残すことができる。このようにして、マトリックス・アドレス指定可能表面のアドレス指定パターンに従って、ビームはパターン化されるようになる。プログラム可能ミラー・アレイの他の実施例では、小さなミラーのマトリックス配列が使用される。この小さなミラーの各々は、適切な局部電界を加えることで、または圧電作動手段を使用することで、軸の周りに個々に傾斜させることができる。再び、ミラーは、アドレス指定されたミラーとアドレス指定されないミラーが異なる方向に入射放射ビームを反射するように、マトリックス・アドレス指定可能である。このようにして、反射ビームは、マトリックス・アドレス指定可能ミラーのアドレス指定パターンに応じてパターン化される。必要なマトリックス・アドレス指定は、例えば、適切な電子的手段を使用して行うことができる。上記の両方の状況で、パターン化手段は１つまたは複数のプログラム可能ミラー・アレイを含むことができる。ここで言及したようなミラー・アレイについて、例えば、米国特許第５，２９６，８９１号および米国特許第５，５２３，１９３号、およびＰＣＴ特許出願ＷＯ９８／３８５９７およびＷＯ９８／３３０９６からより多くの情報を収集することができる。これらの特許および特許出願は、参照によってここに援用される。プログラム可能ミラー・アレイの場合、前記支持構造は、例えば、フレームまたはテーブルとして具体化することができ、それらは、必要に応じて、固定するか、可動にすることができる。
− プログラム可能液晶表示（ＬＣＤ）パネル。そのようなデバイスの実施例は、米国特許第５，２２９，８７２号に与えられている。この特許は、参照によってここに援用される。上記のように、この場合の支持構造は、例えば、フレームまたはテーブルとして具体化することができ、それらは、必要に応じて、固定するか、可動にすることができる。

簡単にするために、本明細書の残りは、ある場所で、特にマスクおよびマスク・テーブルを含む実施例に充てられる。しかし、そのような例で述べる一般的な原理は、上で述べたようなパターン化手段のより広い文脈で理解すべきである。

リソグラフ投影装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造で使用することができる。そのような場合、パターン化手段で、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成することができる。このパターンの像は、放射感応材料（レジスト）の層で覆われた基板（シリコン・ウェーハ）上の目標部分（例えば、１つまたは複数のダイを含む）に形成することができる。一般に、単一ウェーハは全体として網の目のような隣接する目標部分を含み、この隣接する目標部分が、投影システムにより、一度に１つずつ、連続的に放射を照射される。マスク・テーブル上のマスクを用いたパターン化を使用する現在の装置は、２つの異なる種類の機械に区別することができる。一方の種類のリソグラフ投影装置では、全マスク・パターンを一括して目標部分に露光することで、各目標部分が放射を照射される。そのような装置は、通常、ウェーハ・ステッパまたはステップ・アンド・リピート式装置と呼ばれる。走査ステップ式装置と通常呼ばれる他方の装置では、投影ビームの当たるマスク・パターンを特定の基準方向（「走査」方向）に走査し、同時に、同期して、この方向に対して平行または逆平行に基板テーブルを走査することで、各目標部分が放射を照射される。一般に、投影システムは、拡大率Ｍ（一般に、Ｍ＜１）を持つので、基板テーブルが走査される速度Ｖは、マスク・テーブルが走査される速度の係数Ｍ倍となる。ここで説明したようなリソグラフ装置に関して、例えば、米国特許第６，０４６，７９２号から、もっと多くの情報を収集することができる。この特許は、参照によってここに援用される。

リソグラフ投影装置を使用するデバイス製造プロセスでは、放射感応材料（レジスト）の層で少なくとも部分的に覆われた基板に、パターン（例えば、マスク内の）の像が形成される。この像形成ステップの前に、基板は、下塗り、レジスト被覆、およびソフト・ベークのような様々な手順を経るかもしれない。露光後に、基板は、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハード・ベーク、および形成された像の特徴の測定／検査のような他の手順を受けるかもしれない。この手順の配列は、デバイス例えばＩＣの個々の層をパターン化する基礎として使用される。次に、そのようなパターン化層は、エッチング、イオン打込み（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学機械研磨などのような、全て個々の層を仕上げるために意図された、様々なプロセスを経る可能性がある。いくつかの層が必要な場合には、この全手順またはその変形を、新しい層ごとに繰り返さなければならない。最終的に、デバイスの配列が基板（ウェーハ）上に存在するようになる。次に、ダイシングまたは鋸引きのような方法で、これらのデバイスを互いに分離し、それから、個々のデバイスをピンなどに接続されたキャリアに取り付けることができる。そのようなプロセスに関するさらに他の情報は、例えば、「Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（マイクロチップの製造：半導体処理への実用的入門書）」，Ｔｈｉｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，ｂｙ Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ，ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．，１９９７，ＩＳＢＮ０−０７−０６７２５０−４の本から得ることができる。この本は参照によってここに援用される。

簡単にするために、投影システムを以下で「レンズ」と呼ぶことがある。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、およびカタディオプトリック・システムなどの様々な種類の投影システムを包含するものとして広く解釈すべきである。それによって、これらの種類の投影システムのどれでも、従来の像形成に適しているか、または浸漬液が存在する状態での像形成に適しているかどちらかである。また、放射システムは、放射の投影ビームを方向付け、成形し、または制御するためにこれらの設計方式のどれかに従って動作する部品を含むことができる。さらに、そのような部品もまた、以下で一括してまたは単独で、「レンズ」と呼ぶことができる。さらに、リソグラフ装置は、２以上の基板テーブル（および／または２以上のマスク・テーブル）を有する種類のものであるかもしれない。そのような「マルチ・ステージ」の装置では、追加のテーブルは、並列に使用することができ、または、他の１つまたは複数のテーブルを露光に使用しながら、１つまたは複数のテーブルで準備ステップを行うことができる。デュアル・ステージ・リソグラフ装置は、例えば、米国特許第５，９６９，４４１号および国際公開ＷＯ９８／４０７９１に記載されている。この両方が参照によってここに援用される。

この本文において、ＩＣの製造における本発明による装置の使用に特に言及するが、そのような装置には多くの他の可能な用途があることは明確に理解すべきである。例えば、本発明による装置は、集積光システム、磁気ドメイン・メモリ用の案内および検出パターン、液晶ディスプレイ・パネル、薄膜磁気ヘッド、その他の製造で使用することができる。当業者は理解するであろうが、そのような他の用途の背景では、この本文の「レチクル」、「ウェーハ」、または「ダイ」という用語の使用は、それぞれ、より一般的な用語である「マスク」、「基板」、および「目標部分」に置き換えるものとして考えるべきである。

本明細書では、「放射」および「ビーム」という用語は、紫外（ＵＶ）放射（例えば、波長が３６５、２４８、１９３、１５７、または１２６ｎｍである）および極端紫外（ＥＵＶ）放射（例えば、波長が５〜２０ｎｍの範囲にある）、並びに、イオン・ビームまたは電子ビームのような粒子ビームを含んだ、全ての種類の電磁放射を包含するように使用される。

放射システムは、ビーム中の位置の関数として、かつビーム中の放射線の入射角の関数として所望の強度分布を実現することを保証しなければならない。強度分布は、マスク（レチクル）・レベルか、または基板（ウェーハ）レベルかどちらかで定義することができる。マスクで生成されたパターンを除いて、所望の位置依存性は、一般に、基板上の位置の関数として一様で一定強度でなければならないし、所望の角度依存性は、ある特定の角度でピークに達しなければならない。所望の角度依存性は、マスクのパターンの本質に依存する可能性がある。したがって、適切な所望の角度依存性を実現することができるように、マスクの照明の特性を変えることができなければならない。非常に複雑な照明システムで、所望の強度分布の実現が保証されることになる。

欧州特許出願第１３０４８５０．９号（対応する米国特許出願第１０／１５７，０３３号は、本出願と同じ譲受人に譲渡され、共通の発明者を有する）には、照明システムの例が記載されている。この欧州特許出願は、参照によってここに援用される。１つの照明システムは、レーザ源を有し、その後に、屈折光学要素（ＤＯＥ）、アキシコン（ａｘｉｃｏｎ）、およびズーム・レンズのような光学要素が続いている。ＤＯＥ、アキシコン、およびズーム・レンズの後で、ビームは、光積分器ロッドを通過する。このロッドは、位置の関数としての光強度分布を一様にし、大部分の角度依存性を維持する。このことは、ロッドの出口側で、ロッドの全断面にわたった空間強度分布はほぼ完全に一様であることを意味する。

ＤＯＥ、アキシコン、およびズーム・レンズは、基板における投影ビームの角度依存強度分布の形を作るために使用される（この背景での「角度」は、ビームの主方向に対する角度、並びにその主方向のまわりの回転の角度を意味することができる）。少なくともＤＯＥに代わるものとして、個々に電子的に方向付けすることができるマイクロ・ミラーまたはマイクロ・レンズのマトリックスが提案された。ビームを様々な方向に反射するミラーのうちのほんの一部を制御することで、角度依存強度分布を非常に詳細に制御することが可能になる。ＤＯＥでアキシコンの機能を行うことも提案されている。

そのような非常に複雑な照明システムは、基板における角度の関数としての所望の一様性と強度分布を保証するように、正確に構成されなければならない。照明システムの小さなずれが強度分布に影響を及ぼすかもしれない。また、汚染のような不安定な要素が重要であるかもしれない。

一般に、適正な強度分布はセットアップの手順によって保証され、この手順には、位置および角度の関数としての所望の強度分布が確実に実現されるように、特定のマスクを照明するために必要な部品を選択し、かつ基板を露光する前にこれらの部品のパラメータを調整することが含まれる。パラメータには、例えば、アキシコンの要素間の距離および／またはミラーのマトリックのミラーの向きが含まれる。

基板における強度分布の位置依存性を測定することが可能であることが分かった。このために、検出器は、基板の近く、またはマスクの近くに含めることができ、そこには、通常、そのような検出器にとって十分なスペースがある。

角度強度分布の測定は、あまり直接的でない。基本的に、角度分布は、瞳孔面内または瞳孔面の近く、すなわち光学システム内部での位置依存強度の検出で、直接に測定することができる。もしくは、ピンホールをマスク・レベルに配置し、同時に、基板レベルの焦点はずれの空間強度分布の形でピンホールの焦点はずれの像を測定することができる。この空間強度分布は、マスク・レベルでの角度強度分布に対応する。しかし、両方のシナリオで、通常の像形成プロセスは中断される。瞳孔面とマスク面の間の関係は、瞳孔面内の位置の関数としての強度分布によってマスクでの角度の関数としての強度分布が決定されることである。逆に、瞳孔面内の角度の関数としての強度分布によってマスクでの位置の関数としての強度分布が決定される（もっとも、後者の関係は、投影ビームを内部反射ロッドを通過させることによってリソグラフ装置内で変化する）。この関係が生じるのは、瞳孔面が光学構造から実効焦点距離の位置にあるように、実効焦点距離を有する光学構造が、瞳孔面とマスクの間にあるからである。

瞳孔面での位置依存強度の測定は、現在、検出器を瞳孔面内に入れることを必要とするために、装置の通常動作の中断をともなう。通常動作のための設定で、瞳孔面の近くのスペースには、一般に、照明システムの多くの部品がぎっしり詰まっている。というのは、例えば、瞳孔面の照明パターンを制御するために多くの部品が必要とされるからである。もしくは、瞳孔面の位置依存強度の測定が物体面または像面にある検出器を使用して行われるとき、明らかに、装置の通常動作は同じく中断される。

検出器で測定された瞳孔面の強度分布を確認し、瞳孔面内の強度分布に影響を及ぼす光学部品のパラメータを調整した後で、装置は通常動作状態に回復され、ビームは基板に達することができるようになる。その後で、瞳孔面内の強度分布に影響を及ぼす光学部品は、必要な角度依存性を維持するために設定されたままになっている。

この手順には、マスク取替え後の装置を使用できるようになるまでの時間が長くなるという欠点がある。さらに、放射ビームの角度依存強度分布を動的に制御することが不可能になる。

本発明の目的は、リソグラフ装置の運用性を乱すことなく、瞳孔面内の強度分布について情報を得ることができるようにすることである。

本発明の他の目的は、いつでも照明システムの構成を調整して、強度分布について測定された情報に依存して瞳孔面内の所望の強度分布を制御することができるようにすることである。

本発明のさらに他の目的は、瞳孔面内の強度分布に建設的な影響を及ぼす瞳孔面の近くにある部品で使用されるスペースを取り上げることなしに、瞳孔面内の強度分布について情報を得ることができるようにすることである。

この目的および他の目的は、冒頭のパラグラフで明示したようなリソグラフ装置であって、請求項１の特徴部分を特徴とするリソグラフ装置で、本発明に従って達成される。瞳孔面内の強度分布について情報を得るために、リソグラフ装置の投影ビーム中に出し入れしなければならない検出器の代わりに、投影ビームから副ビームを分離するビーム・スプリッタを有する永久的な構成が使用される。瞳孔面内の投影ビームの強度分布についての情報は、副ビームを使った測定から得られる。

副ビームの強度分布から得られる情報を使用して、瞳孔面内の強度分布の位置依存性を操作するために使用される光学部品を調整することができる。このように、例えば、投影ビームを特定の方向に反射するマトリックス状のミラーのほんの一部を修正して、測定された分布が必要とされる分布により密接に近づくようにすることができる。アキシコンを調整して、瞳孔面内の光のリングの直径を変えることができ、または、ズーム・レンズのズーム率を調整することができるなど、全ては副ビームの強度分布の測定から得られる情報に依存している。

好ましくは、このために、検出器からの帰還ループが使用される。ビーム・スプリッタは永久的にビーム中にあるので、角度依存性の制御は永久的に可能である。これによって、基板の露光中に角度依存性の動的制御を使用することが可能になる。また、所望の強度分布の急な変化および確認を実現することができる。

好ましくは、リソグラフ装置で現在使用中のマスクのための所望の照明パターンの少なくとも一部を定義する１つまたは複数の設定値が与えられ、測定値を設定値に向けて変えるように光学部品のパラメータが制御される。

基板におけるビームの強度分布の角度依存性の制御は、基板におけるビームの位置依存強度分布の制御と組み合わせることができる。後者の分布を測定するために、好ましくは第２の強度検出器が基板レベルまたはマスク・レベルで使用される。このように、それぞれ検出器がビームに対して異なる位置にある少なくとも２つの帰還ループで、ビームの強度分布が制御される。

強度分布を操作する光学要素のためにできるだけ多くのスペースを確保するために、副ビーム中の検出要素の位置は、好ましくは、必ずしも瞳孔面内にない。その結果として、副ビーム全体にわたった測定強度分布と瞳孔面内の所望の分布の間に一般に違いがある。好ましくは、副ビーム全体にわたった測定強度分布にデコンボリューション操作を適用して、この違いを補償する。このデコンボリューション操作で使用される境界条件には、例えば積分器ロッドの出口の形および大きさのような照明システムの像形成特性、または例えばビーム経路中で後に光学要素を通過するロッドの出口側にある点光源の特定の放射線の追跡、が含まれる。デコンボリューション操作は、好ましくは、適切にプログラムされたコンピュータを使用して行われ、このコンピュータは、測定で得られる情報を処理する。

検出器は、投影ビームの一部を反射する部分的に透明なミラー表面を使用して実現することができ、検出器はミラー表面の裏側に取り付けられている。検出器は、ＣＣＤセンサ・マトリックスを含むことができ、必要であれば、ＣＣＤにとって検出可能な信号を生成する蛍光性の層がそのＣＣＤセンサ・マトリックスの前にあることができる。ミラーの実質的に直ぐ後ろに検出器または少なくとも蛍光層を配置することで、瞳孔面の強度分布と検出器の強度分布の間の違いを最小限にすることができる。留意しなければならないことであるが、測定面と瞳孔の像面は、４５度の相対角度で方向付けすることができる。したがって、瞳孔面内の強度分布を計算するには、使用中の特定の照明装置の所定の光変換特性を利用する余分な計算ステップが必要である。この変換特性は、放射線追跡法を使用して数値的に決定することができる。この放射線追跡法は、ここでは、それ自体で知られているものと考える。

知られているリソグラフ装置の照明システムでは、マスクの前のビームの経路中に、瞳孔面の後に結合レンズ、光均一化ロッドおよび集光レンズが続いている。この均一化ロッドは、大部分の角度依存性を維持しながら、マスク上の位置の関数として強度をさらに一様に分布させる。ロッドの後の集光レンズで、ビームがマスクに達する前に第２の瞳孔面が生じる。１つの特定の実施例では、集光レンズの実質的に直ぐ後の投影ビームの経路中にビーム・スプリッタが位置している。強度分布の制御が少なくなるような方法で照明システムを中断させることなしに、この位置で、使用に適した検出情報が得られることが分かった。

他の実施例では、角度依存性の形を作る光学構造（例えばミラーのマトリックス、ＤＯＥ、アキシコン、および／またはズーム・レンズなど）と均一化ロッドの間の既に言及した瞳孔面の前に、ビーム・スプリッタが位置付けされる。この位置によって、投影ビームの瞳孔面と同等な副ビーム中の面に検出器を位置付けすることができるようになる。したがって、検出された強度分布と実際の強度の間に生じなければならない違いは小さくなる。

本発明はまたデバイス製造方法を提供し、本方法は、
− 放射感応材料の層で少なくとも部分的に覆われた基板を供給するステップと、
− 放射システムを使用して放射の投影ビームを供給するステップであって、放射システムが瞳孔面内における投影ビームの強度分布の位置依存性を画定する照明システムを備え、この位置依存性が基板における投影ビームの強度分布の角度依存性を決定するものであるステップと、
− 放射感応材料の前記層の目標部分に前記パターン化された放射のビームを投影するステップとを備え、
− 前記投影ビームから副ビームを分離させるステップと、
− 前記副ビームを横切って強度分布を測定するステップと、
− 前記副ビームを横切って測定された強度分布に依存して、瞳孔面の強度分布を制御するステップとを特徴とする。

ここで、本発明の実施例を、ただ例として、添付の模式化図面に関連して説明する。図において、対応する参照符号は対応する部分を示す。

図１は、本発明の特定の実施例に従ったリソグラフ装置を模式図化して示す。本装置は、
− この特別な場合には放射源ＬＡも備える、放射の投影ビームＰＢ（例えば、紫外放射）を供給するための放射システムＥｘ、ＩＬと、
− マスクＭＡ（例えば、レチクル）を保持するためのマスク・ホルダを備えた第１の物体テーブル（マスク・テーブル）ＭＴと、
− 基板Ｗ（例えば、レジスト被覆シリコン・ウェーハ）を保持するための基板ホルダを備えた第２の物体テーブル（基板テーブル）ＷＴと、
− マスクＭＡの照射部分の像を基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つまたは複数のダイを含む）に形成するための投影システム（「レンズ」）ＰＬ（例えば、屈折式、反射式、カタディオプトリック式のレンズ）とを備える。
ここに示すように、この装置は透過型（例えば、透過マスクを有する）である。しかし、一般には、例えば、反射マスクを有する反射型であることができる。もしくは、この装置は、例えば上で言及したような型のプログラム可能ミラー・アレイのような別の種類のパターン化手段を使用することができる。

放射源ＬＡ（例えば、エキシマ・レーザ）で、放射のビームを生成する。このビームは、直接か、または、例えばビーム拡大器Ｅｘなどのコンディショニング手段を通り抜けた後かいずれかで、照明システム（照明装置）ＩＬに送られる。照明装置ＩＬは、ビーム内の角度強度分布を調整するための調整手段ＡＭを備えることができる。一般に、放射システムの瞳孔面内の強度分布の少なくとも外側半径範囲および／または内側半径範囲（通常、それぞれ、σ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を調整することができる。さらに、照明装置ＩＬは、一般に、積分器ＩＮ、集光器ＣＯなどの様々な他の部品を備える。このようにして、マスクＭＡに当たるビームＰＢは、その断面内に所望の一様性強度分布を持つようになる。図１に関して留意すべきことであるが、放射源ＬＡは、リソグラフ投影装置のハウジング内にあるかもしれないが（例えば、放射源ＬＡが水銀ランプの場合、そうであることが多い）、また、放射源ＬＡがリソグラフ投影装置から遠く離れており、それの生成する放射ビームが装置の中に導かれるかもしれない（例えば、適当な方向付けミラーを使用して）。この後者のシナリオは、放射源ＬＡがエキシマ・レーザである場合に多い。本発明および特許請求の範囲は、これらのシナリオの両方を含む。

ビームＰＢは、その後、マスク・テーブルＭＴに保持されているマスクＭＡと交差する。マスクＭＡを通ったビームＰＢは、レンズＰＬを通過する。このレンズＰＬは、ビームＰＢを基板Ｗの目標部分Ｃに収束させる。干渉測定手段ＩＦを使って、例えば、ビームＰＢの経路内に異なった目標部分Ｃを位置決めするように、基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。例えばマスク・ライブラリからの機械的な取り出しの後で、または走査中に、マスクＭＡをビームＰＢの経路に対して位置決めすることもできる。一般に、物体テーブルＭＴ、ＷＴの移動は、長行程モジュール（粗い位置決め）と短行程モジュール（精密位置決め）を使って行われる。これらのモジュールは、図１にはっきりと示さない。しかし、ウェーハ・ステッパ（走査ステップ式装置に対立するものとして）の場合は、マスク・テーブルＭＴは、短行程用アクチュエータに接続するだけでよく、または、固定してもよい。マスクＭＡと基板Ｗは、マスク位置合せマークＭ１、Ｍ２および基板位置合せマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合せすることができる。

図示の装置は、２つの異なるモードで使用することができる。
１．ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴは基本的に静止したままであり、全マスク像が一括して（すなわち、単一「フラッシュ」で）目標部分Ｃに投影される。次に、異なる目標部分ＣがビームＰＢで照射されるように、基板テーブルＷＴがｘおよび／またはｙ方向に移動される。

２．走査モードでは、基本的に同じシナリオが当てはまるが、ただ、特定の目標部分Ｃが単一「フラッシュ」で露出されないことが異なる。代わりに、マスク・テーブルＭＴが、特定の方向（いわゆる「走査方向」、例えば、ｙ方向）に速度ｖで移動し、その結果、投影ビームＰＢはマスク像全体を走査するようになる。これと並行して、基板テーブルＷＴが、速度Ｖ＝Ｍｖで、同じ方向または反対方向に同時に移動する。ここで、ＭはレンズＰＬの拡大率である（一般に、Ｍ＝１／４または１／５）。このようにして、分解能で妥協する必要なく、比較的大きな目標部分Ｃを露光することができる。

図２は、照明システムを含んだリソグラフ装置の光路の実施例のより詳細な模式図を示す。ビームＰＢは、破線で示す。ビームＰＢは、放射源ＬＡから角度依存性成形ユニット１２、ロッド１６、第１の集光レンズ１８０、第２の集光レンズ１８６、位置依存性制御ユニット２４、マスクＭＡ、投影レンズＰＬを通って基板Ｗに進む。位置依存強度検出器２２は、基板Ｗの近くに含まれ、それの出力が位置依存性制御ユニット２４（マスクＭＡにおけるフィールド面不均一性を補正するためのもの）に結合されている。ここで、また以下で「レンズ」という単語は、一般的な用語として理解すべきであり、光学的に成形されたガラスのただ１部品だけをまさに意味するのではなく、単一要素または要素の組合せで構成された屈折光学システム、反射光学システム、およびカタディオプトリック・システムを含んで、もっと一般的に様々な種類の光学的に能動的なシステムを含む。

ビーム・スプリッタ１８１はミラーの形でビームＰＢの経路中に挿入されており、このミラーの前面１８２はビームＰＢの大部分を反射し、ビームのほんの一部を副ビームとしてミラーの裏面に通過させる。このミラーの裏面に蛍光シート１８３の形の検出要素が設けられている。ＣＣＤカメラの形の位置依存センサ１８４が蛍光シート１８３に向けられている。センサ１８４は、制御ユニット１１の入力に結合され、この制御ユニット１１の出力は角度依存性成形ユニット１２に結合されている。例として、角度依存性成形ユニット１２は、第１の成形要素１２０、ズーム・レンズ１２４、およびアキシコン１２２を含むように示されている。第１の成形要素１２０は、例えば、マイクロ・ミラーのアレイを含み、このマイクロ・ミラー各々がビームの一部を制御可能な方向に反射する。角度依存性成形ユニット１２は、制御された位置依存性を有する強度分布を最初の瞳孔面１４に作る。結合レンズ１２６は、瞳孔面１４からのビームをロッド１６に結合する。

動作中に、最初の瞳孔面１４の前にある光学要素は、瞳孔面内の強度分布の位置依存性を操作するのに役立つ。瞳孔面１４の後の光学要素１２６、１８０、１８６は、位置依存性を、マスクＭＡにおけるおよび投影レンズＰＬを介して基板ＷにおけるビームＰＢの強度の入射角依存性に変換する。瞳孔面１４の強度分布の角度依存性は、ロッド１６でこの角度依存性が取り除かれた後だけに、マスクＭＡにおけるビームＰＢの強度分布の位置依存性をもたらし、結果として、実質的に一様な位置依存性がマスクＭＡに生じる。

第１の集光レンズ１８０で、最初の瞳孔面１４の像が生じる（実際は、ロッド１６内での反射の結果として、瞳孔面１４の重なり合う複数の像）。この第２の瞳孔面から出て来る放射は、半透明ミラー１８１に進み、この放射のほんの一部（例えば、１％）がこのミラーを通過してミラー１８１の裏面にある蛍光層１８３に達する。蛍光層１８３に当たる放射によって、位置依存光パターンが生じる。このパターンの２次元位置依存性をセンサ１８４で測定する。このパターンについて測定された情報はセンサ１８４で制御ユニット１１に送られる。

制御ユニット１１は、この情報を使用して、最初の瞳孔面１４内の強度分布の位置依存性を操作する光学要素１２０、１２２、１２４の１つまたは複数のパラメータを制御して、この位置依存性を所定のパターンに適合させる。この所定のパターンは、ビームＰＢをパターン化するために使用される特定のマスクＭＡのために前もって選ばれている。

１つの例では、第１の成形要素１２０は、それぞれ個々に制御可能な向きを有するミラーのマトリックスを含む。この向きは、ビームの一部の反射方向に影響を及ぼす。これによって、第１の成形要素１２０が、放射の最初の角度分布をもたらす。このマトリックスと最初の瞳孔面１４の間にあるズーム・レンズ１２４のような光学要素は、その後、放射の角度を増すか減らすかすることができる。

この例では、制御器１１は、測定された位置依存性を使用して、ミラーの向きを制御する。処理前に、制御器１１は、測定された強度パターンと所望のパターンを互いに対して規格化して、それらの空間平均値が互いに等しくなるようにすることができる。制御器１１は、測定された強度が所定の強度を超える瞳孔面内の領域を決定する。そして、制御器１１は、それらの領域の強度が所定のパターンに従った強度まで減少するように、ビームＰＢからそれらの領域に放射を反射するミラーの数の必要な減少を計算する。その後で、制御器１１は、制御信号を第１の成形要素１２０に送って、以前それらの領域に放射を反射したミラーのうちの対応する数の方向を変える。制御器１１は、逆のやり方で所定のパターンが測定された強度を超えている領域を処理して、パターン化されたビームをそれらの領域に反射するように増加された数のミラーを制御することができる。

より一般的には、制御器１１は、所定のパターンと方向変更値のマトリックスの予測結果の間の距離条件を最小限にするように、ミラーのマトリックスのための方向変更角度のマトリックスを探して方向変更を計算することができる。

他の例では、制御器１１は、測定強度に依存して、アキシコン１２２の要素間の距離および／またはズーム・レンズ１２４のズーム率を制御することができる。ズーム率は、例えば測定強度の加重平均に依存して制御することができ、この測定強度の加重平均では、測定強度は、ズーム倍率の中心からの隔たりに応じて増加する重みで重み付けされた瞳孔面内の様々な位置について平均される。加重平均が基準値より上か下かに依存して、ズーム率を減少させるか増加させる。瞳孔面の照明パターン内の要求されるリングの縁近くで重みが正から負に変化する同様な平均を、アキシコン１２２を制御するために使用することができる。

ミラーのマトリックスの代わりに、屈折要素または回折要素（例えば、マイクロ・レンズまたはホログラフィ要素）のマトリックスを使用することができる。もしくは、例えばプログラム可能な透過率を有する制御可能な要素のマトリックスの形で、最初の瞳孔面１４の近くに位置依存制御の形を導入することができる。

図２の実施例で、検出要素（蛍光層１８３）は、レンズ１８０および１８６を含む複合レンズの最初の瞳孔面１４の像面に近接している（ここで、単語「像面」は、最初の瞳孔面１４と像面の間の光学的距離およびその間にある様々な光学要素が像形成関係に合っているという意味で使用される。ただし、もちろん、ロッド１６中の反射は、最初の瞳孔面１４の鏡像をいくつか追加する効果を有する）。このようにして、ビームＰＢの経路中のロッド１６の後に検出要素を配置することには、マスクＭＡにおける強度分布の角度依存性に及ぼすロッド１６のどのような影響も制御器１１で補正することができるという利点がある。瞳孔面の像は、一般に、複合レンズ１８０および１８６を構成するレンズのシステム内に生じるので、検出要素を最初の瞳孔面１４の像に永久に正確に位置付けすることは一般に不可能である。

その結果として、瞳孔面の像における位置依存強度分布と検出された強度分布の間に、ある程度の違いが生じるかもしれない。好ましくは、制御器１１は、この違いを補正した後で、強度分布を使用して角度依存性成形ユニット１２の光学要素１２０、１２２、１２４の１つまたは複数のパラメータを制御する。補正には、瞳孔面の像と検出要素１８３の間のずれの光学効果のデコンボリューションが必要である。照明システムに固有な像形成特性が、このデコンボリューション操作で境界条件として使用される。境界条件には、例えばロッド１６の出口の形および大きさ、および例えば、瞳孔面の像および測定面に向かって放射するロッドの出口側にある点光源についての放射線追跡モデルから得られる発見物が含まれる。境界条件を利用してデコンボリューションを計算する数値的な方法は、それ自体で知られている。制御器１１は、任意のそのような方法を使用して、角度依存性成形ユニット１２の光学要素のパラメータを制御する際に使用するための、瞳孔面の像面内の強度分布を推定することができる。

デコンボリューションの精度を改善するために、ビームＰＢはロッド１６を通過した後で像を形成するために第２の瞳孔面の強度分布が２つの直交方向で実質的に鏡面対称であるということを利用することができる。その上、ロッドの出口側の異なる点から出て来るビームの角度強度分布は等しい。さらに他の実施例では、制御器１１は、また、マスクＭＡまたは基板Ｗでの位置の関数として強度分布についての情報を受け取ることができる。この実施例では、制御器は、この情報を使用して、デコンボリューション操作または境界条件を補正する。

図２ａは、図２の光路の修正されたものの詳細を示す。この修正されたものでは、１つまたは複数の追加の光学要素２８０がミラー１８１の後ろに含まれ、このミラーの後に検出要素２８２が続いている。この実施例では、検出要素は、ミラー１８１の裏面に直接含まれていない。追加の１つまたは複数の光学要素２８０を使用して、瞳孔面と検出要素のあいだのずれの影響を光学的に補正するか（例えば、瞳孔の別の像を作ることで）、または少なくともこの影響の補正をより実施し易くすることができる。

さらに他の光路（図示しない）では、検出器は、さらに、１つまたは複数の透明なピンホールを有する不透明シートを含む。単一ピンホールの場合、このシートは、好ましくは、副ビームの方向に対して横向きの面内で動くことができる。多くのピンホールを含むシートの場合、このシートは好ましくは静止している。ピンホールのシートは、ミラー１８１の裏面に含めることができ、このシートの直ぐ後に（例えば、１ｍｍの距離で）検出要素２８２が続いている。動作中に、センサは、ピンホールの後ろのある距離離れたところの強度を、ビーム方向に対して横向きの位置の関数として検出して、ピンホールを通過する光の強度の角度依存性を測定する。このようにして、検出器は、ピンホールの位置とピンホールを通過する放射線の角度の両方の関数として強度を測定する。

制御器１１は適切にプログラムされたコンピュータとして実現することができ、このコンピュータは、センサ１８４からのデータを処理し、制御信号を角度依存性成形ユニット１２に送出する。随意に、デコンボリューションのような処理の一部をディジタル信号処理装置（図示しない）で実行することができる。好ましくは、制御器１１は、入力を有し、例えばローカル・エリア・ネットワークを介して、ビームＰＢに挿入されたマスクＭＡについての情報、または、特に、マスクＭＡに望ましいマスクＭＡにおける強度分布の角度依存性の型についての情報を受け取る。マスクを変えるたびに、新しい所望の角度依存を選択することができる。

実施例に依存して、制御器１１は、能動的であり、その時間の一部で角度依存性成形ユニット１２を制御することができる。第１の実施例では、制御器１１は、任意の関連する基板Ｗが露光される前でマスクＭＡが交換された後だけに、センサ１８４からのデータに依存して、角度依存性成形ユニット１２を制御する。角度依存性成形ユニット１２のパラメータの適切な設定値を取り込んだ後で、この設定値は、１つまたは複数の基板Ｗの次の露光の間ずっと凍結されている。第２の実施例では、なおその上、制御器は、基板Ｗの露光中に受け取られたデータに依存して角度依存性成形ユニット１２を制御し続ける。このように、角度依存性の動的なリアルタイムの制御が実現され、このリアルタイム制御を使用して露光中に外乱を補償することができる。

第３の実施例では、制御器１１は、基板の露光中に、または同一基板の露光のフラッシュ間に角度依存性を変えて、連続した異なった角度依存強度分布の放射で基板を露光することができる。したがって、例えば異なった角度で入射する放射間で干渉効果が起きないようにし、これらの異なる角度から連続して照明することによって、より正確に制御することができる照明を実現することができる。瞳孔の形を永久的（リアルタイム）に検出するために、そのような制御は正確かつ速く実現することができる。

図３は、リソグラフ装置の異なる実施例の光路を模式的に示す。ここで、検出要素３０およびセンサ１８４は半透明ミラー３２の後ろに配置され、この半透明ミラー３２はビームＰＢの経路中の最初の瞳孔面１４の前にある。好ましくは、検出要素３０（例えば、蛍光層）はミラー３２からある距離をおいて配置されるので、ミラー３２から最初の瞳孔面１４までの光学距離は、ミラーから検出要素までの距離に実質的に等しい。したがって、デコンボリューションは必要でない。しかし、検出要素３０は、また、ミラー３２の裏面に設けることができる。この場合、デコンボリューションは、最初の瞳孔面１４までの距離および必要とされる精度に依存して必要であるかもしれない。同様に、光学要素（図示しない）はミラー３２の後ろに含まれて、ミラー３２から所望の距離のところにより正確な瞳孔の像を実現することができる。

実施例のセンサ１８４は、好ましくは、検出要素３０の大きさをＣＣＤの感応表面領域の大きさに縮小するレンズの付いた従来のＣＣＤカメラである。しかし、ビーム直径全体に広がる十分な大きさのセンサ・アレイが使用可能であれば、検出要素３０の直ぐ後ろにセンサを含めることができる。センサ１８４がビームＰＢの波長の放射に敏感であるとき、別個の検出要素３０は省くことさえできる。

本発明の特定の実施例を上記で説明したが、理解されるであろうが、説明されたものと違った別のやり方で本発明を実施することができる。説明は本発明を制限する意図ではない。例えば、主ビームを反射し副ビームを透過するミラーの使用を示したが、代わりに、主ビームを透過し副ビームを反射するミラーを使用することができることは理解されるであろう。この場合、もちろん、検出要素はミラーに直接含まれないで、主ビームを妨害しないようにミラーからある距離離れたところに含まれるのが好ましい。

本発明の実施例に従ったリソグラフ装置を模式的に示す図である。 光路の実施例を模式的に示す図である。 光路の詳細を模式的に示す図である。 光路の他の実施例を模式的に示す図である。

符号の説明

ＬＡ 放射源
Ｅｘ、ＩＬ 放射システム
ＩＬ 照明システム（照明装置）
ＰＬ 投影システム
ＭＡ マスク（レチクル、パターン化手段）
ＭＴ 第１の物体テーブル（マスク・テーブル）
Ｃ 目標部分
ＰＢ 投影ビーム
Ｗ 基板（ウェーハ）
ＷＴ 第２の物体テーブル（基板テーブル）
１１ 制御ユニット
１２ 角度依存性成形ユニット
１４ 瞳孔面
１６ 内部反射ロッド
２２ 位置依存強度検出器
２４ 位置依存性制御ユニット
３０ 検出要素
３２ 半透明ミラー
１８１ ビーム・スプリッタ
１８２ ミラーの前面
１８３ 蛍光シート
１８４ 位置依存センサ（ＣＣＤカメラ）

Claims (15)

1. 放射の投影ビームを供給する放射システムであって、
   瞳孔面内における前記ビームの位置依存強度分布を画定する照明システムを備える放射システムと、
   パターン化手段を支持する支持構造であって、前記照明システムが前記瞳孔面内の位置依存強度分布に依存して前記パターン化手段における前記ビームの角度依存強度分布を画定するものである支持構造と、
   基板を保持する基板テーブルと、
   前記基板の目標部分に前記パターン化されたビームを投影する投影システムと、
   前記投影ビームの経路中に永久的に位置する、副ビームを分離させるビーム・スプリッタと、
   前記瞳孔面に対応する位置依存強度分布について情報を検出するための、前記副ビームの経路中に検出要素を有する検出器と、
   制御可能なパラメータを有し、且つ、ズーム・レンズ、アキシコン、及びマイクロ・ミラーアレイを含む光学要素と、
   前記検出器に結合された入力および前記光学要素に結合された出力を有し、前記検出された情報に依存して前記パラメータを制御する制御器と、
   を備え、
   前記制御器が、前記瞳孔面における強度分布の所望の位置依存性を受け取るためのインタフェースを有し、
   前記制御器が、前記所望の位置依存性に近づけるように前記パラメータを調整するように構成されている、
   リソグラフ装置。
2. 前記光学要素が、それぞれの個々に制御可能な方向にそれぞれ前記投影ビームの方向を変える要素のマトリックスを備え、
   前記制御器が、前記瞳孔面の領域の所望の強度と測定された強度の違いに依存して、前記ビームの方向を変える前記要素のほんの一部を前記領域に適応させるように構成されている、
   請求項１記載のリソグラフ装置。
3. 前記制御器が、少なくとも基板の露光中に、前記測定された位置依存性に依存して前記パラメータを制御するように構成されている、
   請求項１または２に記載のリソグラフ装置。
4. 前記ビーム・スプリッタが、前記投影ビームの経路中の前記瞳孔面からずれたところに位置付けされ、
   前記検出要素が、前記副ビーム全体にわたって強度分布を検出するように構成され、前記装置が、前記瞳孔面と前記検出要素の間の副経路に沿った放射の伝搬によって生じる前記瞳孔面での強度分布と前記検出要素での強度分布の違いをデコンボリューションするためのデコンボリューション・ユニットを備える、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のリソグラフ装置。
5. 前記ビーム・スプリッタが、前記投影ビームの一部を反射するミラー表面を備え、
   前記ミラー表面が、前記投影ビームのさらに他の一部を前記副ビームとして透過し、
   前記検出要素が、前記ミラー表面の裏面側で前記副ビームを実質的に遮る、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のリソグラフ装置。
6. 前記ビーム・スプリッタが、前記投影ビームの一部を反射するミラー表面を備え、
   前記ミラー表面が、前記投影ビームのさらに他の一部を前記副ビームとして透過し、
   前記検出要素が、前記ミラー表面の後で前記副ビームを遮り、１つまたは複数の補正光学要素が前記ミラー表面と前記検出要素の間に含まれる、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のリソグラフ装置。
7. 最初の瞳孔面と、前記ビームの強度分布の位置依存性を取り除く反射側壁を有する光伝導性ロッドであって、前記最初の瞳孔面と前記最初の瞳孔面の第１の像面の間の前記投影ビームの経路中に含まれる光伝導性ロッドと、前記最初の瞳孔面の像を前記瞳孔面の前記第１の像面に形成する１つまたは複数の光学要素とを備え、
   前記ビーム・スプリッタが前記ビームの経路中の前記ロッドの後に位置付けされている、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のリソグラフ装置。
8. 前記ビーム・スプリッタが、前記最初の瞳孔面の前の前記ビームの経路中に位置付けされている、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載のリソグラフ装置。
9. 放射感応材料の層で少なくとも部分的に覆われた基板を供給するステップと、
   放射システムを使用して放射の投影ビームを供給するステップであって、前記放射システムが瞳孔面内における前記投影ビームの位置依存強度分布を画定する照明システムを備え、前記位置依存性が前記基板における前記投影ビームの強度分布の角度依存性を決定するものであるステップと、
   パターン化手段を使用して前記投影ビームの断面にパターンを与えるステップと、
   放射感応材料の前記層の目標部分に前記パターン化された放射のビームを投影するステップと、
   前記投影ビームから副ビームを分離させるステップと、
   前記副ビームを横切って強度分布を測定するステップと、
   前記副ビームを横切って測定された前記強度分布に依存して、前記瞳孔面の強度分布を制御するステップと、
   前記瞳孔面の強度分布の所望の位置依存性を受け取るステップと、
   前記照明システムに備わるズーム・レンズ、アキシコン、及びマイクロ・ミラーアレイを含む光学要素のパラメータを、前記測定された位置依存性の制御下にある帰還ループで使用し、前記ビームの強度分布の位置依存性を前記所望の位置依存性に近づけるステップと、
   を有するデバイス製造方法。
10. 前記照明システムが、それぞれの個々に制御可能な方向にそれぞれ前記投影ビームの方向を変える要素のマトリックスを備え、
    前記方法が、前記瞳孔面の領域の所望の強度と測定された強度の違いに依存して、前記ビームの方向を変える前記要素のほんの一部を前記領域に適応させることを含む、
    請求項９に記載のデバイス製造方法。
11. 前記制御器が、放射感応材料の前記層の露光中に、前記測定された位置依存性に依存して前記パラメータを制御するように構成されている、
    請求項９または１０に記載のデバイス製造方法。
12. 前記副ビームが、前記投影ビームの経路中の前記瞳孔面からずれた位置で前記投影ビームから分離され、
    測定することが、前記副ビームを横切る面の強度分布を測定すること、および前記瞳孔面と前記検出要素の間の副経路に沿った放射の伝搬によって生じる前記瞳孔面の強度分布と前記面の強度分布の間の違いをデコンボリューションすることを含む、
    請求項９〜１１のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
13. 前記分離するステップが、前記投影ビームの一部が反射され、かつ前記副ビームを形成する前記投影ビームの他の一部が透過される部分的に透明なミラー表面を使用して行われ、前記副ビームが、前記強度分布の検出のために前記ミラー表面の裏面で実質的に遮られる、
    請求項９〜１２のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
14. 前記投影ビームの強度分布を均一化することを備え、
    前記副ビームが均一化後に分離される、
    請求項９〜１３のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
15. 前記瞳孔面の前記位置依存性を調整すると同時に、前記基板における前記投影ビームの強度分布の位置依存性を調整することを含む、
    請求項９〜１４のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。

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