JP4384087B2 - リソグラフィ装置およびデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィ装置およびデバイスの製造方法に関する。

リソグラフィ装置は、基板の目標部分上に所望のパターンを投影する機械である。例えば、リソグラフィ装置は、集積回路（ＩＣ）、フラット・パネル・ディスプレイの製造や、微細構造体を含む他のデバイスの製造の際に使用することができる。従来のリソグラフィ装置の場合には、ＩＣ（または他のデバイス）の個々の層に対応する回路パターンを生成するために、マスクまたはレチクルとも呼ばれるパターニング（パターン形成）手段を使用することができ、このパターンを放射線感知材料（例えば、レジスト）の層を有する基板（例えば、シリコン・ウェハまたはガラス・プレート）上の目標部分（例えば、１つまたはいくつかのダイの一部を含む）上に画像形成することができる。パターニング手段は、マスクの代わりに、回路パターンを生成する個々に制御することができる素子のアレイ（配列）を備えることができる。

一般的に、１つの基板は、連続的に露光される隣接する目標部分のネットワークを含む。周知のリソグラフィ装置は、１回で目標部分上に全パターンを露光することにより各目標部分が照射されるステッパ、各目標部分が、所与の方向に平行なまたは逆平行に基板を同期状態で走査しながら、上記所与の方向（「走査」方向）に投影ビームを通してパターンを走査することにより各目標部分が照射されるスキャナを含む。

パターン化されたビームは、一連のレンズ構成要素を含む投影システムにより基板の目標部分上に投影される。ある装置の場合には、レンズのアレイ（レンズ・アレイとも呼ばれる）が基板に隣接していて、その場合、レンズのアレイ内の各レンズは、パターン化されたビームの各部分を１つの照明「ドット」として基板上に焦点を結ぶように配置されている。この装置は、通常、マイクロレンズ・アレイまたはＭＬＡシステムと呼ばれる。レンズ・アレイが投影したドットのパターンが基板を横切って走査されるように、マイクロレンズ・アレイと基板との間で相対的変位を行う必要がある。通常、しかし、必ずしもそうではないが、この相対的変位は静的レンズ・アレイの下で基板を変位させることにより行われる。

マイクロレンズ・アレイが投影するパターンの解像度、すなわちパターンで表すことができるフィーチャ（形態）の最小の寸法は、パターン化したビームの波長に正比例し、レンズ・システムの開口数に反比例する。この最小寸法は、一般に、臨界寸法（ＣＤ）と呼ばれ、通常、１〜２ミクロンの範囲またはそれより小さい。

ＭＬＡシステムにおいては、開口数は、レンズ・アレイ内の各レンズが基板上に焦点を結ぶ放射線が基板に対して形成する角度の関数である。この形成された角度は、「開き角度」と呼ばれる場合もある。それ故、所与の開口数（例えば、通常、約０．０６〜０．２５の範囲内）の場合、レンズ・アレイ内の各レンズの必要な最小直径は、レンズ・アレイとレンズ・アレイがパターン化したビームを投影する基板との間の間隔の関数である。この間隔は、一般に、「自由作動間隔」と呼ばれる。自由作動間隔が長ければ長いほど、レンズ・アレイ内の各レンズの直径は大きくなり、そのためアレイ内のレンズの最小ピッチも大きくなる。開口数をもっと大きくするには、レンズをもっと大きくするか（そうすることにより、ピッチをもっと大きくするか）、または自由作動間隔を短くするか、これら２つの方法を組合わせるかしなければならない。

通常、レンズ・アレイと基板との間の自由作動間隔は、例えば、２００〜８００ミクロンのように数百ミクロンである。ＭＬＡにおいては、１２７×１２７ｍｍ^２（例えば、２００ｍｍの基板の実効面積）内の２５６×２５６から１０２４×１０２４レンズのアレイを使用することが望ましい。このような寸法の場合、アレイ内の可能な最大レンズ・ピッチは、通常、１２４ミクロン（１２７ｍｍ／１０２４）から４９６ミクロン（１２７ｍｍ／２５６）の範囲内である。

解像度をもっと高くするためには、動作を比較的短い自由作動間隔で行うことが望ましい。ＭＬＡにおいては、指定の自由作動間隔のところでの実際のアレイ／基板間隔を維持するために、レンズ・アレイを基板の方向におよび基板から遠ざかる方向に変位することができる。通常の環境においては、レンズ・アレイと基板との間で潜在的に損傷を与える接触が起こることはほとんどない。

フラット・パネル・ディスプレイ技術環境においては、例えば、２メートル平方程度の大型ガラス・パネルのように、基板が大きい場合があり、通常例えば、７００ミクロン程度というように厚さは薄い。このように大型で薄いパネルの場合には、例えば、ガラスまたは他の材料の粒子のような屑が、基板上に実際に存在する恐れがある。例えば、リソグラフィ装置で露光を行う前に、基板がレジストですでにコーティングされている場合には、基板からこのような汚染物質すべてを除去するのが困難な場合がある。基板とレンズ・アレイとの間の自由作動間隔より大きい粒子が基板上に存在している場合には、基板がレンズ・アレイの下を前方に移動した場合、粒子がレンズ・アレイと接触し、その結果、基板に損傷を与え、損傷を受けた基板は欠陥基板となる。もっと重大なことは、このような粒子の衝突によりアレイのレンズに掻き傷を与えたり、他の損傷を起こすことが当然考えられることである。このようなことが起こった場合、レンズ・アレイを交換しなければならないので、時間がかかり、維持費が高くつく。

それ故、汚染物質によるレンズ・アレイの損傷を完全になくすか、実質的に低減するリソグラフィ・システムおよび方法が必要になる。

本発明のある実施形態は、放射線の投影ビームを供給するための照明システムと、投影ビームの断面をパターン化する働きをするパターニング・システムと、基板を支持するための基板テーブルと、パターン化したビームを基板の目標部分上に投影するための投影システムとを備えるリソグラフィ装置を提供する。投影システムは、アレイ内の各レンズが、基板上にパターン化したビームの各部分の焦点を結ぶように、基板からある間隔のところに位置するレンズのアレイを備える。リソグラフィ装置は、また、レンズ・アレイと基板との間で相対的な変位を行うための変位システムと、レンズ・アレイと基板との間の相対的変位によりレンズ・アレイに近づく基板上の粒子を検出するために位置する粒子検出装置と、自由作動間隔制御システムとを備える。自由作動間隔制御システムは、相対的変位により検出した粒子がレンズ・アレイを通過する場合に、基板からレンズ・アレイを遠ざけるように、検出装置の粒子の検出に応じてレンズ・アレイと基板との間の間隔を広くする。

本発明の他の実施形態は、基板テーブル上に基板を供給する段階と、照明システムにより放射線の投影ビームを供給する段階と、投影ビームの断面をパターン化する段階と、パターン化したビームをレンズのアレイを通して基板の目標部分上に投影する段階とを含むリソグラフィ・デバイス製造方法を提供する。レンズのアレイは、アレイ内の各レンズがパターン化したビームの各部分の焦点を基板上に結ぶように、基板からある間隔のところに位置する。相対的変位は、レンズ・アレイと基板との間の相対的変位のために、レンズ・アレイに近づいてくる基板上の粒子が粒子検出装置により検出されるように、レンズ・アレイと基板との間で相対的変位を行う。相対的変位により検出した粒子がレンズ・アレイを通過しようとすると、レンズ・アレイを上に移動して検出した粒子が通過するように、粒子の検出に応じてレンズ・アレイと基板との間の間隔を広くする。

これらの実施形態の場合には、粒子が検出されると、損傷が起こらないようにレンズ・アレイが上に移動し、レンズ・アレイの損傷を避ける。

ある例の場合には、レンズ・アレイを、アレイ／基板間の間隔を広くするために一緒に変位する光学エンジンの一部とすることもできるし、または光学エンジンのレンズ・アレイだけを変位させることもできる。ある例の場合には、相対的変位の方向に検出した粒子と整合しているエンジンだけが、レンズ・アレイ／基板間の間隔を広くするために移動するように、２つ以上の別々の光学エンジンを別々に制御することができる。

ある例の場合には、レンズ・アレイへの損傷およびレンズ・アレイの汚染のリスクを低減するために、レンズ・アレイと基板との間に薄膜（ｐｅｌｌｉｃｌｅ）を配置することができる。

ある例の場合には、基板から粒子を除去するために、クリーニング装置を検出装置の上流に配置することができる。

ある例の場合には、パターン化したビームを、例えば、マスクまたはレチクルを使用して、または個々に制御することができる素子のアレイを使用して、任意の適当な方法でパターン化したビームを生成することができる。

本発明の他の実施形態、機能および利点、並びに本発明の種々の実施形態の構造および動作について、添付の図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

本明細書に組み込まれていて本明細書の一部である添付の図面は、その説明と一緒に本発明の原理を説明するためのものであり、さらに当業者が本発明を実行することができるようにするためのものである。

以下に、添付の図面を参照しながら本発明を説明する。図面中、類似の参照番号は、同一または機能的に類似の素子を示す。

概要および用語
以下の説明においては、集積回路（ＩＣ）の製造の際のリソグラフィ装置の使用について特に説明するが、本明細書に記載するリソグラフィ装置は、集積光学システム、磁気領域メモリ用の案内および検出パターン、フラット・パネル・ディスプレイ、薄膜磁気ヘッド等の製造のような他の用途にも使用することができることを理解されたい。当業者であれば、このような別の用途の場合に、「ウェハ」または「ダイ」という用語を使用した場合には、それぞれもっと一般的な用語「基板」または「目標部分」と同じものであると見なすことができるこを理解することができるだろう。本明細書で使用する基板は、トラック（例えば、通常、基板にレジストの層を塗布し、露光したレジストを現像するツール）または測定ツールまたは検査ツールで露光の前または後で処理することができる。適用できる場合には、本明細書の内容を上記または他の基板処理ツールに適用することができる。さらに、本明細書で使用する基板という用語は、すでに複数の処理層を含む基板のことを指すことができるように、例えば、多重層を生成するために２回以上処理することができる。

本明細書で使用する「別々に制御することができる素子のアレイ」という用語は、基板の目標部分に所望のパターンを形成することができるように、入力放射線ビームにパターン化した断面を与えるために使用することができる任意の装置を含むというように広義に解釈すべきである。「光弁」および「空間光変調器］（ＳＬＭ）という用語もこのように使用することができる。このようなパターニング装置の例について以下に説明する。

プログラマブル・ミラー・アレイは、粘弾性制御層および反射面を有するマトリックス・アドレス指定可能な面を備えることができる。このような装置の基本的原理は、例えば、反射面のアドレス指定したエリアは、入射光を回折した光として反射し、一方、アドレス指定していないエリアは、入射光を回折していない光として反射するという原理である。適当な空間フィルタを使用することにより、回折していない光を反射ビームからフィルタリングすることができ、回折した光だけが残って基板に達する。このようにして、ビームはマトリックス・アドレス指定可能な面のアドレス指定パターンによりパターン化される。

別の方法としては、フィルタは回折した光をフィルタリングすることもでき、回折しなかった光だけが残り基板に達するようにすることもできることを理解することができるだろう。回折光学微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）装置のアレイも対応する方法で使用することができる。各回折光学ＭＥＭＳ装置は、入射光を回折した光として反射する格子を形成するように、相互に変形することができる複数の反射リボンを含むことができる。

もう１つの他の実施形態は、それぞれが、適当な局所電界をかけることにより、または圧電作動手段を使用することにより、軸を中心にして個々に傾斜することができる小さなミラーのマトリックス配置を使用するプログラマブル・ミラー・アレイを含むことができる。この場合も、アドレス指定したミラーが入力放射線ビームをアドレス指定しなかったミラーとは別の方向に反射するように、マトリックス・アドレス指定を行うことができる。このようにして、反射ビームを、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パターンによりパターン化することができる。必要なマトリックス・アドレス指定は、適当な電子手段により行うことができる。

上記両方の状況の場合、個々に制御することができる素子のアレイは、１つまたは複数のプログラマブル・ミラー・アレイを備えることができる。上記ミラー・アレイのより詳細な情報については、例えば、米国特許第５，２９６，８９１号および５，５２３，１９３号およびＰＣＴ特許出願ＷＯ９８／３８５９７号およびＷＯ９８／３３０９６号を参照されたい。これらの特許および特許出願は、参照により全体を本明細書に援用するものとする。

プログラマブルＬＣＤアレイも使用することができる。米国特許第５，２２９，８７２号が、このような構造体の一例を開示している。上記特許は参照により全体を本明細書に援用するものとする。

予備バイアス機能、光学的近接修正機能、位相変動技術および多重露光技術を使用した場合には、例えば、個々に制御することができる素子のアレイ上に「表示される」パターンは、層または基板上に最終的に転写されるパターンとはかなり違うことを理解されたい。同様に、基板上に最終的に形成されるパターンは、個々に制御することができる素子のアレイ上に任意の瞬間に形成されるパターンに対応しない場合がある。これは、基板の各部上に形成される最終的なパターンが、所与の時間または個々に制御することができる素子のアレイ上および／または基板の相対的な位置上のパターンが変化する露光の所与の回数内に形成される場合である。

以下の説明においては、集積回路（ＩＣ）の製造の際のリソグラフィ装置の使用について特に説明するが、本明細書に記載するリソグラフィ装置は、例えば、ＤＮＡチップ、ＭＥＭＳ、ＭＯＥＭＳ、集積光学システム、磁気領域メモリ用の案内および検出パターン、フラット・パネル・ディスプレイ、薄膜磁気ヘッド等の製造のような他の用途にも使用することができることを理解されたい。当業者であれば、このような別の用途の場合、本明細書で使用する「ウェハ」または「ダイ」という用語は、それぞれもっと一般的な用語である「基板」または「目標部分」と同義語であると見なすことができることを理解することができるだろう。本明細書における基板は、例えば、トラック（通常、基板にレジストの層を塗布し、露光したレジストを現像するツール）または計測または検査ツールで露光の前後で処理することができる。適用できる場合には、本明細書の開示を、上記および他の基板処理ツールに適用することができる。さらに、基板を、例えば、多層ＩＣを形成するために２回以上処理することができる。そのため、本明細書で使用する基板という用語は、多重処理層をすでに含んでいる基板を意味する場合もある。

本明細書で使用する「放射線」および「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）放射線（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの波長を有する）、極紫外線（ＥＵＶ）放射線（例えば、５〜２０ｎｍの範囲内の波長を有する）、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むすべてのタイプの電磁放射線を含む。

本明細書で使用する「投影システム」という用語は、例えば、使用する露光放射線用にまたは浸漬流体の使用または真空の使用のような他の要因のために適している屈折光学システム、反射光学システム、および反射屈折光学システムを含む種々のタイプの投影システムを含むものとして広く解釈すべきである。本明細書で使用する「レンズ」という用語は、もっと一般的な用語である「投影システム」と同義語であると見なすことができる。

照明システムは、また、放射線の投影ビームをある方向に向けたり、成形したり、または制御するための屈折、反射および反射屈折光学構成要素を含む種々のタイプの光学構成要素を含むことができ、このような構成要素は、また以下に説明するように、単に「レンズ」と総称する場合もある。

リソグラフィ装置は、２つ（例えば、二重ステージ）またはもっと多くの基板テーブル（および／または２つ以上のマスク・テーブル）を有するタイプであってもよい。このような「多重ステージ」機械の場合には、追加のテーブルを並列に使用することができ、または準備工程を、１つまたは複数の他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上で実行することができる。

リソグラフィ装置は、また、投影システムの最終素子と基板との間の空間を満たすために、屈折率が比較的高い液体（例えば、水）に基板が浸漬されるタイプのものであってもよい。浸漬液体は、例えば、マスクと投影システムの第１の素子との間のようなリソグラフィ装置内の他の空間にも使用することができる。浸漬技術は、投影システムの開口数を増大するための当業者にとって周知の技術である。

さらに、この装置は、（例えば、基板に化学薬品を選択的に塗布したり、基板の表面構造を選択的に修正するために）流体と基板の照射部分との間で相互作用が行われるように流体処理セルを備えることができる。

リソグラフィ投影装置
図１は、本発明のある実施形態による、リソグラフィ投影装置１００の略図である。装置１００は、少なくとも放射システム１０２、個々に制御することができる素子のアレイ１０４、対象物テーブル１０６（例えば、基板テーブル）、および投影システム（「レンズ」）１０８を含む。

放射システム１０２は、この特定の場合には、放射線源１１２を含む、放射線（例えば、紫外線）の投影ビーム１１０を供給するために使用することができる。

個々に制御することができる素子のアレイ１０４（例えば、プログラマブル・ミラー・アレイ）は、投影ビーム１１０をパターン化するために使用することができる。一般的に、個々に制御することができる素子のアレイ１０４の位置は、投影システム１０８に対して固定することができる。しかし、別の装置の場合には、個々に制御することができる素子のアレイ１０４を、投影システム１０８に対して正確に位置決めするために、位置決め装置（図示せず）に接続することができる。この図に示すように、個々に制御することができる素子１０４は、反射型（例えば、個々に制御することができる素子の反射アレイを有する）のものである。

対象物テーブル１０６は、基板１１４（例えば、レジストでコーティングしたシリコン・ウェハまたはガラス基板）を保持するための基板ホルダー（特に図示せず）を備えることができ、対象物テーブル１０６は、投影システム１０８に対して基板１１４を正確に位置決めするための位置決め装置１１６に接続することができる。

投影システム１０８（例えば、クォーツおよび／またはＣａＦ２レンズ・システム、またはこのような材料からできているレンズ素子を含む反射屈折光学系またはミラー・システム）は、ビーム・スプリッタ１１８から受け取ったパターン化したビームを、基板１１４の目標部分１２０（例えば、１つまたは複数のダイ）上に投影するために使用することができる。投影システム１０８は、基板１１４上に個々に制御することができる素子１０４のアレイの画像を投影することができる。別の方法としては、投影システム１０８は、個々に制御することができる素子のアレイ１０４の素子がシャッターとして動作する二次放射線源の画像を投影することができる。投影システム１０８は、また、二次放射線源を形成し、基板１１４上にマイクロ・スポットを投影するために、マイクロレンズ・アレイ（ＭＬＡ）を備えることができる。

放射線源１１２（例えば、エキシマ・レーザ）は、放射線のビーム１２２を生成することができる。ビーム１２２は、直接、または、例えば、ビーム・エキスパンダ１２６のような調整装置１２６を通して、照明システム（照明装置）１２４に送られる。照明装置１２４は、ビーム１２２内の輝度分布の外部および／または内部半径範囲（通常、それぞれσアウタおよびσインナと呼ばれる）を設定するための調整装置１２８を備えることができる。さらに、照明装置１２４は、通常、インテグレータ１３０およびコンデンサ１３２のような種々の他の構成要素を含む。このようにして、個々に制御することができる素子のアレイ１０４上に入射する投影ビーム１１０は、その断面に所望の均一性と輝度分布を有する。

図１の場合、放射線源１１２は、リソグラフィ投影装置１００のハウジング内に位置することができることに留意されたい（例えば、放射線源１１２が水銀ランプである場合のように多くの場合）。他の実施形態の場合、放射線源１１２はリソグラフィ投影装置１００から遠い所に位置してもよい。この場合、放射ビーム１２２を装置１００の方向に向けることができる（例えば、適当な方向づけミラーにより）。この後者のシナリオは、多くの場合、放射線源１１２がエキシマ・レーザである場合である。これらのシナリオの両方が本発明の範囲に含まれることを理解されたい。

その後で、ビーム１１０は、ビーム・スプリッタ１１８によりある方向に向けられた後で、個々に制御することができる素子のアレイ１０４を遮断する。個々に制御することができる素子のアレイ１０４で反射した後で、ビーム１１０は、ビーム１１０の焦点を基板１１４の目標部分１２０上に結んでいる投影システム１０８を通過する。

位置決め装置１１６（およびそうしたい場合には、ビーム・スプリッタ１４０を通して干渉計ビーム１３８を受信するベースプレート１３６上の干渉計測定装置１３４）により、ビーム１１０の経路内にいくつかの目標部分１２０を位置決めするために基板テーブル１０６を正確に移動することができる。使用する場合、個々に制御することができる素子のアレイ１０４の位置決め装置を、例えば、走査中、ビーム１１０の経路に対して個々に制御することができる素子のアレイ１０４の位置を正確に修正するために使用することができる。通常、目標テーブル１０６の移動は、図１に明示していないロング・ストローク・モジュール（粗位置決め）およびショート・ストローク・モジュール（微細位置決め）により行われる。類似のシステムを個々に制御することができる素子のアレイ１０４を位置決めするために使用することもできる。投影ビーム１１０を、対象物テーブル１０６および／または個々に制御することができる素子のアレイ１０４を、必要な相対的移動を行うために固定した状態で、交互に／さらに移動させることができることを理解されたい。

実施形態の他の構成の場合には、基板１１４を基板テーブル１０６上を移動できるようにしておいて、基板テーブル１０６を固定することができる。このように固定した場合、基板テーブル１０６は平らな最上面上に多数の開口部を備える。ガスは、基板１１４を支持することができるガス・クッションを形成するために開口部を通して送られる。このガス・クッションは、従来から空気軸受装置と呼ばれる。基板１１４は、ビーム１１０の経路に対して基板１１４を正確に位置決めすることができる１つまたは複数のアクチュエータ（図示せず）を使用する基板テーブル１０６上を移動する。別の方法としては、基板１１４は、開口部を通るガスの通路を選択的に始動および停止することにより、基板テーブル１０６上を移動することができる。

本明細書においては、本発明によるリソグラフィ装置１００は、基板上のレジストを露光するためのものとして記述しているが、本発明は、この用途に限定されるものではなく、装置１００は、レジストレス・リソグラフィで使用する目的で、パターン化した投影ビーム１１０を投影するのにも使用することができることを理解することができるだろう。

図の装置１００は、４つの好適なモードで使用することができる。
１．ステップ・モード：個々に制御することができる素子のアレイ１０４上の全パターンが、目標部分１２０上に１回で（すなわち、１回の「フラッシュ」で）投影される。次に、基板テーブル１０６は、パターン化された投影ビーム１１０により照射される異なる目標部分１２０のための異なる位置に、Ｘおよび／またはＹ方向に移動する。
２．走査モード：このモードは、所与の目標部分１２０が１回の「フラッシュ」で露光されない点を除けば、本質的には、ステップ・モードと同じである。代わりに、個々に制御することができる素子のアレイ１０４が、速度ｖで所与の方向（例えば、Ｙ方向のようないわゆる「走査方向」）に移動することができ、そのためパターン化された投影ビーム１１０は、個々に制御することができる素子のアレイ１０４上を走査する。同時に、基板テーブル１０６は、速度Ｖ＝Ｍｖで同じ方向または反対方向に移動する。この場合、Ｍは投影システムの倍率である。このようにして、解像度を犠牲にしないで、比較的広い目標部分１２０を露光することができる。
３．パルス・モード：個々に制御することができる素子のアレイ１０４は、本質的に固定されていて、パルス放射システム１０２により全パターンが基板１１４の目標部分１２０上に投影される。基板テーブル１０６は、パターン化された投影ビーム１１０が基板１０６を横切ってラインを走査するようにほぼ一定の速度で移動する。個々に制御することができる素子のアレイ１０４上のパターンは、放射システム１０２のパルス間に必要に応じて更新され、連続している目標部分１２０が基板１１４上の必要な場所で露光されるようにパルスのタイミングがとられる。それ故、パターン化された投影ビーム１１０は、基板１１４のストリップ用の全パターンを露光するために、基板１１４を横切って走査する。全基板１１４がライン毎に露光されるまでこのプロセスが反復して行われる。
４．連続走査モード：ほぼ一定の放射システム１０２が使用され、個々に制御することができる素子のアレイ１０４上のパターンが、パターン化された投影ビーム１１０が基板１１４を横切って走査し、基板を露光する時に更新されるという点を除けば、本質的には、このモードはパルス・モードと同じである。

上記使用モードの組合わせおよび／または修正したもの、または全く異なる使用モードも使用することができる。

図１の実施形態の場合には、個々に制御することができる素子のアレイ１０４はプログラマブル・ミラー・アレイである。プログラマブル・ミラー・アレイ１０４は、それぞれが軸を中心にして個々に傾斜することができる小さなミラーのマトリックス配置を含む。傾斜の角度が各ミラーの状態を定義する。素子が故障していない場合には、コントローラからの適当な制御信号によりミラーを制御することができる。故障していない各素子は、投影した放射線パターンのその対応するピクセルの輝度を調整するために、一連の状態のうちの任意の１つのを使用するように制御することができる。

ある例の場合には、一連の状態は、（ａ）ミラーが反射した放射線が、対応するピクセルの輝度分布に最小またはゼロの影響しか与えない黒の状態、（ｂ）反射した放射線が最大の影響を与える白の状態、（ｃ）反射した放射線が中間の影響を与える中間の複数の状態を含む。上記状態は、通常のビーム・パターン形成／印刷のために使用される通常セット、および欠陥素子の影響を補償するために使用する補償セットに分割される。通常セットは、黒の状態および中間状態の第１のグループを含む。第１のグループは、グレイ状態と表現され、最小の黒の値からある通常の最大値に、対応するピクセル輝度に連続的に増大する影響を与えるために選択することができる。補償セットは、白の状態と一緒に中間状態の残りの第２のグループを含む。中間状態のこの第２のグループは、白の状態と表現され、白の状態に対応する真の最大値に連続的に増大する通常の最大値より大きい影響を与えるために選択することができる。中間状態の第２のグループは、白の状態と表現されるが、通常の露光ステップと補償露光ステップとの間を容易に区別するためのものであることを理解することができるだろう。別の方法としては、複数の全部の状態を、グレイ・スケールの印刷ができるように選択することができる黒と白との間の一連のグレイの状態と表現することもできる。

レンズ・アレイを含む例示としてのリソグラフィ装置
図２は、本発明の一実施形態による、露光する基板に隣接するレンズのアレイを内蔵する図１の一般的なタイプのリソグラフィ装置の略図である。リソグラフィ装置は、コントラスト装置１を備える。コントラスト装置１の下面は、素子２の二次元アレイをサポートする。ある例の場合には、アレイ２内の各素子の角位置は選択的に制御される。ビーム・スプリッタ３は、コントラスト装置１の下に位置する。照明源４は、放射線のビーム５をビーム・スプリッタ３の方向に向ける。放射線のビーム５は、コントラスト装置１の下面上で反射する。図では、コントラスト装置１のアレイ２内の素子のうちの１つは、ビーム・スプリッタ３およびレンズ６、７および８が形成する投影システムを通して、ビーム５の一部を元の方向に反射する素子である。最も低い位置のレンズ８はフィールド・レンズであり、このレンズはマイクロレンズ・アレイ９の方向に向けられるほぼテレセントリックのビームを生成する。マイクロレンズ・アレイ９は、それぞれが基板１０の上面上に入射する光の焦点を結ぶように配置されている小さなレンズの二次元アレイを備える。それ故、マイクロレンズ・アレイ９に光を反射するミラーとしての働きをするコントラスト装置１内のアレイ２内の各素子に対して、マイクロレンズ・アレイ９内の各レンズが照明され、光の各スポットが、マイクロレンズ・アレイ９内のレンズにより基板１０の上面上に投影される。

図３は、本発明の一実施形態による、図２のレンズ・アレイの３つのレンズの略図である。この図は、また、図２の装置の基板１０に対するレンズ・アレイ９の配置も示す。レンズ・アレイ９は、個々のレンズの複数の行および列を含むことを理解されたい。しかし、図３は、レンズ・アレイ９の１つの行の３つのレンズしか示していない。この例の場合には、矢印１１で示す隣接するレンズ間のピッチは約１００ミクロンであり、矢印１２で示す隣接するレンズ間の間隔は約２０ミクロンであり、矢印１３で示す基板１０からレンズ・アレイ９のレンズの自由作動間隔は約２６０ミクロンである。これらの範囲は単に例示としてのものであり、他の範囲も本発明の範囲に入ることを理解されたい。図に示すように、基板１０に対してこの位置にレンズを置いた場合、放射線１４の入力ビームは、基板１０の表面上の３つのスポット１５、１６および１７に焦点を結ぶ。基板１０の表面上に所望のパターンを露光するために、アレイ９と基板１０との間で相対的移動を行わなければならない。ある例の場合には、この移動はアレイ９の下の基板１０の変位により行われる。

図４および図５は、本発明の一実施形態による、それぞれが図２の装置の特徴を有する光学エンジンのアレイを示す平面図および側面図である。図４および図５の装置は、それぞれが図３のレンズ・アレイ９のようなレンズ・アレイを内蔵している一連の光学エンジンの下の大型基板を変位させるために使用することができる。図４および図５の装置においては、基板１０は、第１の静的テーブル１８から第２の中央の静的テーブル１９を横切って、第３の静的テーブル２０上に変位する。ある例の場合には、基板１０は、フラット・パネル・ディスプレイ・デバイスを形成するのに適している、例えば、約２．１５ｍ×約１．８５ｍの大型ガラス・パネルであってもよい。中央のテーブル１９上には、計測フレーム２１が配置されていて、この計測フレームは、テーブル１９およびそれぞれを簡単な正方形で図示してある（図４参照）一連の１２の別々の光学エンジン２３を支持している光学エンジン・フレーム２２に対する基板１０の位置を検出するためのセンサ（図示せず）を支持している。空気清浄装置２４および粒子検出ユニット２５は、第１のテーブル１８上に装着されている。空気清浄装置２４は、基板１０と粒子検出ユニット２５との間の相対的移動の方向を向いて、粒子検出ユニット２５の上流に位置する。それ故、空気清浄装置２４で除去されない粒子だけが検出ユニット２５により検出される。

図４および図５に示す３つの別々のテーブル１８、１９および２０の代わりに、１つのテーブルを使用することができることを理解することができるだろう。同様に、図４および図５には１２の光学エンジン２３を示してあるが、これは単に例示としてのものであって、異なる数のエンジン２３を設置することができる。

ある例の場合には、各光学エンジン２３は図２に示すようなユニットに対応する。それ故、各光学エンジン２３は、それ自身のマイクロレンズ・アレイ９を内蔵する。ある例の場合には、各光学エンジン２３の焦点、整合および倍率を別々に調整することができる。基板１０の幅全体が１２の光学エンジン２３の下を１回通過する時に露光され、隣接するエンジンの露光軌跡は、基板１０上に必要なパターンを形成するために必要に応じて重なる。

ある例の場合には、空気清浄装置２４は、基板１０を横切って、光学エンジン２３から遠ざかる方向に空気のカーテンを向ける。そうすることにより、バラバラの汚染物質が除去されるが、例えば、基板１０上に堆積されたレジストの層（図示せず）内に含まれている粒子（図示せず）は除去されない。ある例の場合には、これらの粒子を補償する目的で、そのエンジンのマイクロレンズ・アレイ９と下に位置する基板１０との間の自由作動間隔を調整するために、各光学エンジン２３を別々に制御することができる。

図６は、本発明の一実施形態による、図４の構成要素のより詳細な図面である。図６は、粒子検出装置２５、計測ブリッジ２１および１２の光学エンジン２３のアレイの下を通過する基板１０の略図である。図６のスポット２６で示す粒子が検出され、その粒子サイズが基板１０と基板１０の移動方向で粒子と整合している光学エンジン２３との間の自由作動間隔より長い場合には、各光学エンジン２３は自由作動間隔を広くするために上に移動し、それにより粒子は、レンズ・アレイ９に損傷を与えないで、各光学エンジン２３のレンズ・アレイ９の下を通過することができる。

図７および図８は、本発明の一実施形態による、図６の装置で大きな粒子を検出した場合のレンズ・アレイ９の変位を示す。図７および図８は動作方法を示す。

図７の場合には、粒子２７は、非常に小さいのでレンズ・アレイ９の下を通過することができる。このようなことは、レンズ・アレイ９と基板１０との間の間隔が所定の自由作動間隔である場合に起こる。所定の自由作動間隔のところで、レンズ・アレイ９内の各レンズは基板１０の表面上に照明ビーム１４の各部分の焦点を結ぶ。

対照的に、図８に示す場合には、基板１０上に位置する粒子２８が大きいので、自由作動間隔を通常のままにしておくと、粒子はレンズ・アレイ９と基板１０との間に捕捉される。それ故、図８に示すように、マイクロレンズ・アレイ９は基板１０から離れて上に移動し、そのため粒子２８は安全にレンズ・アレイ９の下を通過することができる。ある例の場合には、レンズ・アレイ９を含む光学エンジン２３全体が、約２０００〜５０００ミクロンだけ上に移動する。他の例の場合には、図８に概略示すように、レンズ・アレイ９だけが、投影システムの隣接するレンズ８の方向に上に向かって移動することができる。マイクロレンズ・アレイ９が、その通常位置から図８に示す位置に上昇すると、マイクロレンズ・アレイ９は、もはや所望のパターンを形成するのに必要なように、基板１０の表面上に光の焦点を結ばない。そうなると、処理した基板１０の品質が合格レベルに達しない恐れがあり生産の損失となる。しかし、マイクロレンズ・アレイ９への損傷の恐れと比較すると、生産の損失の方がましである。何故なら、マイクロレンズ・アレイの損傷は高いものにつき、その修理に時間がかかるからである。例えば、４、６または９のフラット・パネル・ディスプレイ・デバイスを形成するために基板１０を処理している場合には、上記デバイスのうちの１つに関連する基板１０のあるエリア上の１つの粒子は、その１つのデバイスの損失にとどまり、他のデバイスに対する処理を通常通り継続することができる。

図９は、本発明の一実施形態による、レンズの変位を制御するために使用する粒子検出装置のより詳細な図面である。この実施形態は、図７および図８のところで説明したように、装置の動作のために必要な粒子の検出のためのあるアプローチの原理を示す。この実施形態の場合には、レーザ・ビーム２９は、通常の環境（例えば、表面に欠陥がないか、または粒子が存在しない）において、レーザ・ビーム２９が矢印３０で示す方向に反射するように、視射角で基板１０の方向を向く。粒子が基板１０の表面上に位置している場合には、光は矢印３１で示すように粒子から散乱する。散乱光はカメラ３２により検出される。散乱光の輝度は粒子のサイズの関数である。それ故、カメラ３２の出力は、レンズ・アレイ９に対する基板１０の変位により粒子が移動する各光学エンジン２３のマイクロレンズ・アレイのレンズ９の方向への上昇を制御するために使用することができる。

図１０は、本発明の一実施形態による、レンズ・アレイ９と基板１０との間の自由作動間隔が比較的長くなるように配置されているレンズ・アレイ９および基板１０を示す。図１０は、矢印１１で示すように、例えば、約３２０ミクロンにマイクロレンズ・アレイ９のピッチを増大することにより、通常の自由作動間隔が長くなっている配置を示す。図１０の場合には、基板１０とマイクロレンズ・アレイ９との間の間隔は、矢印３３で示す、例えば、約８００ミクロン程度の自由作動間隔である。自由作動間隔がこのような場合には、図の粒子のような比較的大きな粒子は、レンズ・アレイ９の下を安全に通過できるが、それでもレンズ・アレイ９の下を安全に通過するには大きすぎる粒子が検出された場合には、レンズ・アレイ９を上に移動させる必要がある。それ故、図１０に示すような比較的広い自由作動間隔の場合には、図７に示す場合と比較した場合、レンズ・アレイを上に移動しなければならない回数を少なくすることができ、それにより生産の損失が低減する。

図１１は、本発明の一実施形態による、図１０のレンズ・アレイ９と基板１０との間への薄膜３５の導入を示す。自由作動間隔は、矢印３４で示すように、例えば、８００ミクロンというように比較的長い。薄膜３５は用途により任意のサイズにすることができることを理解されたい。薄膜３５は、例えば、ホトマスク保護のために使用するタイプの薄いポリマー・フィルム（例えば、約１ミクロン程度の厚さ）であってもよい。フィルムは、レンズ・アレイ９に取り付けられているフレームを横切って延ばすことができ、粒子を検出した場合には、レンズ・アレイ９と一緒に上に移動することができる。ポリマー・フィルムの代わりに、薄膜３５を薄いクォーツ・プレートの形にすることができる。薄膜３５は低い吸収率、高い伝送比（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ）および優れた機械的安定性の特性を有することが望ましい。薄膜３５を使用することにより、正しく検出されなかった粒子がレンズ・アレイ９に損傷を与えるリスクを低減することができ、レンズ・アレイ９が分子汚染から保護され、レンズ・アレイ９自身の交換と比較すると、簡単に安価に交換することができる。

他の実施形態の場合には、レンズ・アレイと基板との間の間隔を広くするために、基板１０を固定し、レンズ・アレイ９を移動または変位することができることを理解されたい。こうすれば、粒子はレンズ・アレイ９を損傷しない。

結論
今まで本発明の種々の実施形態を説明してきたが、これらの実施形態は単に例示としてのものであって、本発明を制限するためのものではないことを理解されたい。当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、本発明の形状および詳細を種々に変更することができることを理解することができるだろう。それ故、本発明の範囲は、上記例示としての実施形態のいずれによっても制限されるものではなく、特許請求の範囲およびその等価物によってだけ定義される。

本発明を適用することができるタイプのリソグラフィ投影装置の略図である。 本発明の一実施形態による、露光する基板に隣接してレンズのアレイを内蔵する図１の一般的タイプのリソグラフィ装置の略図である。 本発明の一実施形態による、図２のレンズ・アレイの３つのレンズの略図である。 本発明の一実施形態による、図２の装置の機能を有する光学エンジンのアレイを示す平面図である。 本発明の一実施形態による、図２の装置の機能を有する光学エンジンのアレイを示す側面図である。 本発明の一実施形態による、図４の構成要素のより詳細な図面である。 本発明の一実施形態による、図６の装置で大きな粒子を検出した場合のレンズ・アレイの変位を示す。 本発明の一実施形態による、図６の装置で大きな粒子を検出した場合のレンズ・アレイの変位を示す。 本発明の一実施形態による、レンズの変位を制御するために使用する粒子検出装置のより詳細な図面である。 本発明の一実施形態による、アレイと基板との間に比較的広い自由作動間隔で配置されているレンズ・アレイおよび基板である。 本発明の一実施形態による、図１０のレンズ・アレイと基板との間への薄膜の導入を示す。

符号の説明

１ コントラスト装置
２ 素子
３ ビーム・スプリッタ
４ 照明源
５ 放射線のビーム
６，７，８ レンズ
９ マイクロレンズ・アレイ
１０ 基板
１１，１２，１３ 矢印
１４ 放射線
１５，１６，１７ スポット
１８，１９，２０ 静的テーブル
２１ 計測フレーム
２２ 光学エンジン・フレーム
２３ 光学エンジン
２４ 空気清浄装置
２５ 粒子検出ユニット
２６ スポット
２７，２８ 粒子
２９ レーザ・ビーム
３０，３１，３３，３４ 矢印
３２ カメラ
３５ 薄膜
１００ リソグラフィ投影装置
１０２ 放射システム
１０４ 素子のアレイ
１０６ 対象物テーブル
１０８ 投影システム
１１０ 投影ビーム
１１２ 放射線源
１１４ 基板
１１６ 位置決め装置
１２０ 目標部分
１２２ ビーム
１２４ 照明システム
１２６ ビーム・エキスパンダ
１２８ 調整装置
１３０ インテグレータ
１３２ コンデンサ
１３４ 干渉計測定装置
１３６ ベースプレート
１３８ 干渉計ビーム
１４０ ビーム・スプリッタ

Claims (12)

1. リソグラフィ装置であって、
   パターニング・システムと、
   前記基板上の異なる位置にパターンを形成するための少なくとも２つの光学エンジンごとに内蔵されたレンズアレイであって、前記パターニング・システムからのパターン化されたビームを基板の目標部分上に投影し、レンズ・アレイ内の各レンズが前記基板上に前記パターン化したビームの各部分の焦点を結ぶように、基板からある間隔のところに位置するレンズ・アレイを備える投影システムと、
   前記レンズ・アレイと前記基板との間の間隔を広げるために、前記レンズ・アレイと前記基板間で相対的変位を行う変位システムと、
   前記レンズ・アレイと前記基板との間の走査方向の相対的変位の結果、前記レンズ・アレイに近づくこととなる前記基板上の粒子を検出する粒子検出装置と、
   前記少なくとも２つの光学エンジンごとに内蔵されており、前記粒子検出装置の粒子の検出に応じて、同じ光学エンジンに属する前記レンズ・アレイと前記基板との間の走査に対して垂直方向の間隔を広げる自由作動間隔制御システムであって、前記検出した粒子が前記レンズ・アレイの下を通過できるように、前記変位システムを利用して、検出された前記粒子の位置に対応するレンズ・アレイを前記基板から遠ざける自由作動間隔制御システムと、を備えることを特徴とするリソグラフィ装置。
2. 前記自由作動間隔制御システムが前記基板に対する前記光学エンジンの位置を制御する、請求項１に記載の装置。
3. 前記自由作動間隔制御システムが、前記光学エンジンの他の構成要素に対する前記レンズ・アレイの位置を制御する、請求項１に記載の装置。
4. 前記レンズ・アレイと前記基板との間に位置する薄膜をさらに備える、請求項１に記載の装置。
5. 前記基板から汚染物質を除去し、前記レンズ・アレイと前記基板との間の走査方向の相対的変位の方向に、前記粒子検出装置の上流に位置するクリーニング装置をさらに備える、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
6. 前記自由作動間隔制御システムが、前記レンズ・アレイ間の前記間隔を約２６０〜約８００ミクロンから約２０００ミクロン〜約５０００ミクロンに広げるように配置される、請求項１に記載の装置。
7. リソグラフィ・デバイスの製造方法であって、
   （ｂ）前記基板上の異なる位置にパターンを形成するための少なくとも２つの光学エンジンごとに内蔵されたレンズ・アレイを通して、パターン化された放射ビームを基板の目標部分上に投影して、前記レンズ・アレイ内の各レンズが、前記基板上に前記パターン化したビームの各部分の焦点を結ぶ段階と、
   （ｃ）走査露光にともない、前記基板と前記レンズ・アレイの走査方向の相対位置を変位する段階と、
   （ｄ）段階（ｃ）の結果、前記レンズ・アレイに走査方向に近づくこととなる前記基板上の粒子を検出する段階と、
   （ｅ）前記少なくとも２つの光学エンジンごとに内蔵された自由作動間隔制御システムが、段階（ｄ）に応じて、同じ光学エンジンに属する前記レンズ・アレイと前記基板との間の垂直方向の間隔を広くする段階であって、各自由作動間隔制御システムが、前記検出した粒子が前記レンズ・アレイの下を通過できるように前記レンズ・アレイと前記基板の間の間隔だけを制御する段階と、
   を含む方法。
8. 前記段階（ｅ）は、前記基板に対して前記光学エンジンを移動して前記レンズ・アレイと前記基板との間の間隔を広くする段階を含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記段階（ｅ）は、前記光学エンジンの他の構成要素に対して前記レンズ・アレイを移動して前記レンズ・アレイと前記基板との間の間隔を広くする段階を含む、請求項７に記載の方法。
10. （ｆ）前記レンズ・アレイと前記基板との間に薄膜を装着する段階をさらに含む、請求項７に記載の方法。
11. （ｇ）前記レンズ・アレイと前記基板との間の走査方向の相対的変位の方向に、段階（ｄ）の前に前記基板から汚染物質を除去する段階をさらに含む、請求項７から１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記レンズ・アレイと前記基板との間の前記間隔が、約２６０〜約８００ミクロンから約２０００〜約５０００ミクロンに広がる、請求項７に記載の方法。

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