JP4435762B2 - レンズ素子、リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ素子、リソグラフィ装置及びデバイス製造方法に関するものである。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板上、通常は基板のターゲット部分上に付与する機械である。リソグラフィ装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いることができる。そのような場合、マスク又はレチクルとも呼ばれるパターン形成装置を用いて、ＩＣの個々の層に形成される回路パターンを生成することができる。このパターンを、基板（例えばシリコン・ウェハ）上の（例えば１つ又は複数のダイの一部を含む）ターゲット部分に転写できる。パターンの転写は、通常、基板に設けられた放射感応材料（レジスト）層への結像によるものである。一般に単一の基板は、連続的にパターンの形成される隣接するターゲット部分のネットワークを含む。周知のリソグラフィ装置には、パターン全体をターゲット部分に一度に露光することによって各ターゲット部分を照射する、いわゆるステッパと、パターンを放射ビームによって所与の方向（「走査」方向）に走査し、それと同時にこの方向に対して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各ターゲット部分を照射する、いわゆるスキャナとが含まれる。パターンを基板にインプリント（押印）することによって、パターンをパターン形成装置から基板へ転写することも可能である。

投影系の最終部品と基板との間の空間を満たすように、リソグラフィ投影装置内の基板を、例えば水などの比較的高い屈折率を有する液体に浸すことが提唱されている。この要点は、液体中では露光放射がより短い波長を有するようになるため、より小さいフィーチャの結像が可能になることにある。（液体の効果を（レンズによって支持されているときには）系の有効ＮＡを高め、且つ焦点深度も高めることと考えることもできる。）いくつかの浸漬液が提唱されている。

基板と投影系の最終レンズとの間の領域が液体で満たされる浸漬リソグラフィの場合には、投影されたビームが、基板までのその経路をレンズから液体へ進む際に、全反射することを防ぐために、（液体の屈折率がレンズの屈折率より大きい場合でも）レンズの開口数（ＮＡ）はその屈折率に依存するものに制限される。これによって、投影されたビームが確実にレンズ及び液体を通過して基板に達することのできる角度が制限される。この制限を克服する１つの方法は、より大きい屈折率を有する材料からレンズを作製することであるが、本明細書の執筆時点では、使用に適したｎ＝１．５６よりも大きい材料は確認されていない。

投影されたビームが確実にレンズ及び液体を通過して基板に達することができる角度についての制限を克服する他の方法は、本願の発明者の名で２００４年１０月７日に出願された米国特許出願（出願番号１０／９５９４０３）に記載されている。この文献は、曲面レンズ素子を提供し、曲面レンズ素子を用いてレンズ−液体境界を湾曲させることを提唱している。これによって、開口数は材料の屈折率ではなく、レンズ表面の曲率によって制限されるようになる。しかし、凹レンズ−液体境界が形成されることによって、曲面レンズ素子と基板との間の距離が増大する。特に曲面レンズ素子の中央部では、曲面レンズ素子と基板との間の距離が、実質的に平坦なレンズ−液体境界に比較して１０倍を超える可能性がある。

基板と投影系の（基板に最も近い）最終レンズとの間の領域が液体で満たされる浸漬リソグラフィの場合には、液体を通る放射ビームの光路が増大し、基板の位置における放射ビームの強度をかなり低下させるため、この増大したレンズ−基板間の距離が問題を引き起こす虞がある。また、この配置は比較的多くの空間を占める。

本発明の一観点によれば、第１の面及び第２の面を有するレンズ素子であって、第１の面が複数の凹形レンズ部を有し、各凹形レンズ部が、前記第２の面に入射するビームの一部を、液体を通して単一の平面上に合焦させるように配置されたレンズ素子が提供される。

本発明の他の観点によれば、リソグラフィ投影装置及びデバイス製造方法が提供される。

本発明の一観点によれば、レンズ素子の使用であって、レンズ素子が第１の面及び第２の面を有し、第１の面が複数の凹形レンズ部を有し、各凹形レンズ部が、前記第２の面に入射するビームの一部を、第１の面と単一の平面との間に存在する液体を通して単一の平面に合焦させるように配置されたレンズ素子が使用される。

次に本発明の実施例を、添付の概略図を参照して例示のみの目的で説明するが、図中において同じ符号は同じ部品を指すものであることに留意されたい。

図１は、本発明の一実施例によるリソグラフィ装置を概略的に示している。この装置は、
（１）放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射）を調節するように構成された照明系（照明器）ＩＬと、
（２）パターン形成装置（例えばマスク）ＭＡを支持するように構成され、且つあるパラメータに従ってパターン形成装置を正確に位置決めするように構成された第１の位置決め装置ＰＭに接続された支持構造体（例えばマスク・テーブル）ＭＴと、
（３）基板（例えばレジスト塗布ウェハ）Ｗを保持するように構成され、且つあるパラメータに従って基板を正確に位置決めするように構成された第２の位置決め装置ＰＷに接続された基板テーブル（例えばウェハ・テーブル）ＷＴと、
（４）パターン形成装置ＭＡによって放射ビームＢに与えられたパターンを、基板Ｗの（例えば１つ又は複数のダイを含む）ターゲット部分Ｃに投影するように構成された投影系（例えば屈折投影レンズ系）ＰＬと
を有している。

照明系は、放射の方向付け、成形又は制御のための屈折式、反射式、磁気式、電磁式、静電式又は他のタイプの光学要素、或いはそれらの任意の組合せなど、様々なタイプの光学要素を含むことができる。

支持構造体とは、パターン形成装置を支持する、すなわちパターン形成装置の重量を支えるものである。それは、パターン形成装置の向き、リソグラフィ装置の設計、並びに例えばパターン形成装置が真空環境に保持されているかどうかなどの他の条件によって決まる方法でパターン形成装置を保持する。支持構造体は、機械式、真空式、静電式又は他のクランプ技術を用いてパターン形成装置を保持することもできる。支持構造体を、例えばフレーム又はテーブルとすることが可能であり、これらは必要に応じて固定することも移動させることもできる。支持構造体は、パターン形成装置が、例えば投影系に対してなど所望の位置にあることを保証できる。本明細書中の「レチクル」又は「マスク」という用語の使用はいずれも、「パターン形成装置」というより一般的な用語と同義であると考えられる。

本明細書で使用する「パターン形成装置」という用語は、基板のターゲット部分にパターンを生成するためなど、放射ビームの断面にパターンを与えるために用いることのできる任意の装置を指すものとして広く解釈すべきである。例えばパターンが位相シフト・フィーチャ、又はいわゆるアシスト・フィーチャを含む場合には、放射ビームに与えられるパターンが、基板のターゲット部分における所望のパターンと厳密に一致しない可能性があることに留意すべきである。一般に、放射ビームに与えられるパターンは、集積回路などのターゲット部分に作製されるデバイスの特定の機能層に対応している。

パターン形成装置は、透過式でも反射式でもよい。パターン形成装置の例には、マスク、プログラム可能ミラー配列及びプログラム可能ＬＣＤパネルが含まれる。マスクはリソグラフィの分野では周知であり、それにはバイナリ・マスク、交互位相シフト・マスク（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ＰＳＭ）及び減衰位相シフト・マスク（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ ＰＳＭ）などのマスク・タイプ、並びに様々なハイブリッド型のマスク・タイプが含まれる。プログラム可能ミラー配列の例は、小さいミラーのマトリクス（行列）状の配列を使用するものであり、入射する放射ビームを異なる方向に反射するように、それぞれのミラーを別々に傾斜させることができる。傾斜したミラーは、ミラーのマトリクスによって反射される放射ビームにパターンを与える。

本明細書で使用する「投影系」という用語は、適宜、使用される露光放射向け、又は浸漬液の使用や真空の使用など他の要素向けの屈折式、反射式、反射屈折式、磁気式、電磁式及び静電式の光学系、又はそれらの任意の組合せを含めて、任意のタイプの投影系を包含するものとして広く解釈すべきである。本明細書中の「投影レンズ」という用語の使用はいずれも、「投影系」というより一般的な用語と同義であると考えられる。

本明細書で図示する装置は、（例えば透過性マスクを使用する）透過式のものである。或いは、装置は（例えば先に言及したタイプのプログラム可能ミラー配列を使用する、或いは反射性マスクを使用する）反射式のものでもよい。

リソグラフィ装置は、２（デュアル・ステージ）又は３以上の基板テーブル（及び／又は２以上のマスク・テーブル）を有するタイプのものでもよい。そうした「マルチ・ステージ」装置では、追加のテーブルを並行して用いてもよく、或いは１つ又は複数のテーブル上で予備工程を実施し、それと同時に１つ又は複数の他のテーブルを露光に用いてもよい。

リソグラフィ装置は、例えば投影系と基板との間の空間を満たすように、基板の少なくとも一部を、例えば水など比較的高い屈折率を有する液体で覆うことができるタイプのものであってもよい。浸漬液を、例えばマスクと投影系との間などのリソグラフィ装置の他の空間に適用することもできる。当技術分野では、投影系の開口数を高めるための浸漬技術がよく知られている。本明細書で使用する「浸漬」という用語は、基板などの構造体を液体に沈めなければならないこと意味するのではなく、露光中、投影系と基板との間に液体を存在させることを意味するにすぎない。

図１を参照すると、照明器ＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。例えば放射源がエキシマ・レーザーである場合、放射源とリソグラフィ装置とを別々の構成要素にすることができる。そうした場合には、放射源がリソグラフィ装置の一部を形成するとは考えられず、放射ビームは、例えば適切な指向性ミラー及び／又はビーム・エキスパンダ（拡大器）を有するビーム伝達系ＢＤを用いて、放射源ＳＯから照明器ＩＬへ送られる。他の場合、例えば放射源が水銀ランプである場合には、放射源をリソグラフィ装置の一部とすることができる。放射源ＳＯ及び照明器ＩＬを、必要であればビーム伝達系ＢＤと共に、放射系と呼ぶことがある。

照明器ＩＬは、放射ビームの角強度分布を調整するための調整装置ＡＤを有することができる。一般に、照明器の瞳面内における強度分布の少なくとも外側及び／又は内側の半径方向範囲（それぞれ一般にσ−アウタ（σ−ｏｕｔｅｒ）、σ−インナ（σ−ｉｎｎｅｒ）と呼ばれる）を調整できる。さらに照明器ＩＬは、積算器ＩＮやコンデンサＣＯなど他の様々な構成要素を含むことができる。照明器を用いて、所望される均一性及び強度分布をその断面に有するように放射ビームを調節できる。

放射ビームＢは、支持構造体（例えばマスク・テーブルＭＴ）上に保持されるパターン形成装置（例えばマスクＭＡ）に入射し、パターン形成装置によって放射ビームＢにパターンが形成される。マスクＭＡを通過した放射ビームＢは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃに合焦させる投影系ＰＬを通過する。第２の位置決め装置ＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば干渉測定装置、リニア・エンコーダ又は容量センサ）を用いて、基板テーブルＷＴを、例えば異なるターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路内に位置決めするように、正確に移動させることができる。同様に、第１の位置決め装置ＰＭ及び（図１には明示されていない）他の位置センサを用いて、例えばマスク・ライブラリから機械的に取り出した後、又は走査中に、マスクＭＡを放射ビームＢの経路に対して正確に位置決めできる。一般に、マスク・テーブルＭＴの移動は、第１の位置決め装置ＰＭの一部を形成する長ストローク・モジュール（粗い位置決め）及び短ストローク・モジュール（細かい位置決め）を用いて実現できる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２の位置決め装置ＰＷの一部を形成する長ストローク・モジュール及び短ストローク・モジュールを用いて実現できる。（スキャナではなく）ステッパの場合には、マスク・テーブルＭＴを短ストローク・アクチュエータに接続するだけでもよいし、又は固定してもよい。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスク位置調整用マークＭ１、Ｍ２、及び基板位置調整用マークＰ１、Ｐ２を用いて位置調整できる。図示した基板位置調整用マークは専用のターゲット部分を占めているが、それらをターゲット部分相互間の空間に配置してもよい（これらはスクライブレーン位置調整用マークとして知られている）。同様に、マスクＭＡ上に２つ以上のダイを設ける場合には、マスク位置調整用マークをダイ相互間に配置してもよい。

図示した装置は、以下のモードの少なくとも１つで使用できる。
（１）ステップ・モードでは、放射ビームに与えられたパターン全体を１回でターゲット部分Ｃに投影する間、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴを本質的に静止した状態に保つ（すなわち、ただ１回の静止露光）。次いで、異なるターゲット部分Ｃを露光できるように、基板テーブルＷＴをＸ及び／又はＹ方向に移動させる。ステップ・モードでは、露光フィールドの最大サイズによって１回の静止露光で結像されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
（２）走査モードでは、放射ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する間、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴを同期して走査する（すなわち、ただ１回の動的露光）。マスク・テーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影系ＰＬの拡大（縮小）率、及び像の反転特性によって決定できる。走査モードでは、露光フィールドの最大サイズによって１回の動的露光におけるターゲット部分の（非走査方向の）幅が制限され、走査移動の長さによってターゲット部分の（走査方向の）高さが決定される。
（３）他のモードでは、放射ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する間、プログラム可能なパターン形成装置を保持しながらマスク・テーブルＭＴを本質的に静止した状態に保ち、基板テーブルＷＴを移動又は走査させる。このモードでは、一般にパルス式の放射源が使用され、基板テーブルＷＴが移動するたびに、又は走査中の連続する放射パルスの合間に、プログラム可能なパターン形成装置が必要に応じて更新される。この動作モードは、先に言及したタイプのプログラム可能ミラー配列などのプログラム可能なパターン形成装置を利用するマスクレス・リソグラフィに簡単に適用できる。

前述の使用モードの組合せ及び／又は変形形態、或いは全く異なる使用モードを採用することもできる。

浸漬技術を用いたリソグラフィ装置を提供する様々な解決策が知られている。液体を供給するための周知の系は、液体閉じ込め系を用いて基板Ｗの局所的領域、並びに投影系ＰＬの最終素子ＦＥと基板Ｗとの間にのみ、液体を供給する系を使用するものである（基板は一般に、投影系の最終素子よりも大きい表面積を有する）。これを構成するための周知の方法の１つを図２及び図３に示す。その方法では、液体が少なくとも１つの入口ＩＮから、好ましくは最終素子ＦＥに対する基板Ｗの移動方向に沿って基板Ｗ上に供給され、投影系ＰＬの下を通過した後、少なくとも１つの出口ＯＵＴから除去される。すなわち、基板Ｗが素子の下を−Ｘ方向に走査されると、液体は素子の＋Ｘ側に供給され、−Ｘ側から取り出される。図２は、液体が入口ＩＮを介して供給され、低圧源に接続された出口ＯＵＴによって素子の反対側で取り出される配置を概略的に示している。図２の例では、液体は最終素子に対する基板Ｗの移動方向に沿って供給されているが、このようにする必要はない。最終素子の周りに配置される入口及び出口は、様々な向き及び数にすることが可能である。両側に出口を有する４組の入口を最終素子の周りに規則正しいパターンで設けた一実施例を図３に示す。

投影系の最終素子と基板テーブルとの間の空間の少なくとも一部の境界に沿って延びるシール部材を有する液体供給系を提供する、他の方法も提唱されている。そうした解決策を図４に示す。シール部材は、ＸＹ平面内では投影系に対して実質的に静止しているが、Ｚ方向（光軸方向）にはある程度の相対的移動が可能である。シール部材と基板表面との間には、シールが形成される。シールは、ガス・シールなどの非接触シールであることが好ましい。

本願の発明者名の２００４年１０月７日付米国特許出願（出願番号１０／９５９４０３）として出願された前述の特許出願によれば、液体１１は装置の一方の側へポンプにより注入され、装置のもう一方の側で汲み出される。図５に示すように、液体１１を閉じ込めて基板表面と投影系ＰＬの最終素子ＦＥとの間の空間を満たすように、リザーバ（貯水部）１０が、投影系ＰＬのイメージ・フィールドの周りに基板Ｗに対する非接触シールを形成する。リザーバ１０は、投影系ＰＬの最終素子ＦＥの下に、それを囲むように配置されたシール部材１２によって形成される。液体１１は、投影系ＰＬの下でシール部材１２の内側の空間に導入される。シール部材１２は投影系ＰＬの最終素子ＦＥの少し上まで延び、液体の高さが最終素子ＦＥよりも上に上昇しており、その結果、液体の緩衝体が形成される。シール部材１２は、上端が投影系ＰＬ又はその最終素子ＦＥの形に厳密に一致することが好ましい内側周縁を有し、例えばそれを円形とすることができる。底部では、内側周縁はイメージ・フィールドの形に厳密に一致し、例えば長方形とすることができるが、必ずしもそうである必要はない。

液体１１は、ガス・シール１６によって、シール部材１２の底部と基板Ｗの表面との間でリザーバ１０に閉じ込められる。ガス・シール１６は、ガス、例えば空気や合成空気によって形成されるが、Ｎ_２や他の不活性ガスによって形成されることが好ましく、ガスは加圧下で入口１５を介してシール部材１２と基板Ｗとの間の隙間に供給され、第１の出口１４を介して取り出される。ガス入口１５に対する超過圧力、第１の出口１４に対する実質的な真空レベル及び隙間の形状は、液体を閉じ込める内側への高速ガス流れが存在するように配置される。

図６を参照すると、投影系ＰＬは最終素子２０を有している。最終素子２０は、最も一般的には球面レンズであるが、回折又は屈折素子などの他の素子とすることもできる。液体１１は、この最終素子２０と基板Ｗとの間に供給される。図６は、従来技術のリソグラフィ装置で用いられる素子２０を示している。それは、平凸レンズである。

すべての光線について、正弦条件として下式が知られている。
ｎ_{ｒｅｓｉｓｔ}ｓｉｎθ_{ｒｅｓｉｓｔ}＝ｎ_{ｌｉｑｕｉｄ}ｓｉｎθ_{ｌｉｑｕｉｄ}＝ｎ_ｌｅｎｓｓｉｎθ_ｌｅｎｓ（１）
上式で、
ｎ_{ｒｅｓｉｓｔ}は、基板上に設けられたレジスト層Ｒの屈折率、
ｎ_{ｌｉｑｕｉｄ}は、液体１１の屈折率、
ｎ_ｌｅｎｓは、レンズの屈折率、
θ_ｌｅｎｓは、レンズ中のレンズ−液体境界での法線と放射ビームとの間の角度、
θ_{ｌｉｑｕｉｄ}は、液体中のレンズ−液体境界での法線と放射ビームとの間の角度、
θ_{ｒｅｓｉｓｔ}は、レジスト中の液体−レジスト境界での法線と放射ビームとの間の角度
である。

式（１）が適用されるのは、レンズ−液体境界及び液体−レジスト境界が実質的に平行であるためであることに留意されたい。換言すれば、光線が変化を受けずに最終素子ＦＥ（又はこの場合にはレンズ２０）、液体１１及びレジスト層Ｒを通過するには、この式を釣り合わせる必要がある。これは下式により、レンズ材料、レジスト層Ｒ又は液体のうちの最も低い屈折率によって開口数（ＮＡ）が制限されることを意味している。
ＮＡ＝ｎ_ｌｅｎｓｓｉｎθ_ｌｅｎｓ （２）

１．５６よりも大きい屈折率を有するレジスト及び液体を用いる場合には、レンズ−液体境界で正弦条件を満たすことはできず、図６に矢印Ｐで示すように全反射が生じる。この問題を解決するために、曲面（凹）レンズ素子２１を用いることによって、レンズ−液体境界面上の法線を傾斜させる。これによって、開口数がレンズ材料の屈折率ではなく、レンズ表面の曲率によって制限されるようにすることが可能になる。

換言すれば、屈折率（ｎ_ｌｅｎｓ）を高めることはきわめて難しいため、式（１）を釣り合わせるために調整しなければならないのはｓｉｎθ_ｌｅｎｓである。

レンズ−液体境界の傾斜は、入射するパターン付与された投影ビームに面する凸面、及び出射するパターン付与された投影ビームに面する凹面を有するレンズ２１を用いることによって得られる。例えばこれを、対向する両面が正の曲率半径を有する凸メニスカス・レンズとすることができる。「正の」曲率半径とは、光が左側から入射する場合、レンズの面が左側に向かってふくらんでいることを意味する。両方の面が正の曲率半径を有する場合、レンズは左側で凸、右側で凹になる。図７を見ると、光は頁の上部から入射しており、したがってレンズは頁の上部に向かってふくらんでいる。

この場合も、下式のように正弦条件があてはまる。
ｎ_{ｌｉｑｕｉｄ}ｓｉｎθ_{ｌｉｑｕｉｄ，１}＝ｎ_ｌｅｎｓｓｉｎθ_ｌｅｎｓ （３）
ｎ_{ｌｉｑｕｉｄ}ｓｉｎθ_{ｌｉｑｕｉｄ，２}＝ｎ_{ｒｅｓｉｓｔ}ｓｉｎθ_{ｒｅｓｉｓｔ} （４）
上式で、
ｎ_{ｒｅｓｉｓｔ}は、基板上に設けられたレジストの屈折率、
ｎ_{ｌｉｑｕｉｄ}は、液体１１の屈折率、
ｎ_ｌｅｎｓは、レンズの屈折率、
θ_ｌｅｎｓは、レンズ中のレンズ−液体境界での法線と放射ビームとの間の角度、
θ_{ｌｉｑｕｉｄ，１}は、液体中のレンズ−液体境界での法線と放射ビームとの間の角度、
θ_{ｌｉｑｕｉｄ，２}は、液体中の液体−レジスト境界での法線と放射ビームとの間の角度、
θ_{ｒｅｓｉｓｔ}は、レジスト中の液体−レジスト境界での法線と放射ビームの間の角度
である。

レンズがビームを基板Ｗに合焦させる限り、少なくとも１つの負の曲率半径を有するレンズを用いることも可能である。

できるだけ高い屈折率、したがってレンズの屈折率よりも高い屈折率を有する液体を使用すると、基板上でのパターン像の解像度が向上する。

しかし、曲面レンズ素子２１と基板Ｗとの間の距離は、特に曲面レンズ素子２１の中央部で比較的大きくなる。曲面レンズ素子２１のエッジ付近では、基板Ｗまでの距離を約２ｍｍ程度の大きさにすることができる。図６に示すように、これは最終素子２０（平凸レンズ素子）と基板Ｗとの間の距離にほぼ等しい。しかし、曲面レンズ素子２１の中央部では、曲面レンズ素子と基板Ｗとの間の距離は約２０〜３０ｍｍ程度の大きさになる。

前述のように、また図７に示すように、（先に言及した）米国特許出願１０／９５９４０３に記載された曲面レンズ素子２１は、曲面レンズ素子２１と基板Ｗとの間、特に曲面レンズ素子２１の中央部で比較的大きい距離を有する。浸漬の用途では、曲面レンズ２１と基板Ｗとの間の空間は、液体１１で満たされる。液体１１は通過する放射を比較的大量に吸収する可能性があることが知られている。この吸収の効果は、例えば紫外線の利用時など、波長が短くなると共に強くなる。特に（紫外放射などの）比較的小さい波長λを有する放射を用いる場合には、液体の層が厚すぎる可能性があり、放射が吸収されすぎて基板Ｗの露光ができなくなる虞がある。

また、前述の曲面レンズ素子２１は大きな空間を占める。これは、その凹形状のためである。

（実施例１）
図８は、本発明の一実施例によるレンズ素子３０を概略的に示している。単一の曲面レンズ素子２１の代わりに、複数の曲面レンズ３１を含むレンズ素子３０が提供される。やはり図８に示すように、使用中に、レンズ素子３０は基板Ｗの近くに配置される。前述のように、レンズ素子３０と基板の間には液体１１が供給される。先に言及した（例えば図２〜図５に示す）ように、液体１１を適所に保つために液体閉じ込め系を設けてもよい。

曲面レンズ３１はそれぞれ、入射するパターン形成された投影ビームに面する複数の凸面、及び（使用中は基板Ｗに面する）パターン形成された投影ビームの進行方向に面する複数の凹面を設けることによって得られる、傾斜したレンズ−液体境界を有している。例えばこれを、対向する面の両方で正の曲率半径を有する凸メニスカス・レンズとすることができる。「正の」曲率半径とは、光がある方向から入射している場合、レンズの面が同じ方向に向かってふくらんでいることを意味する。両方の面が正の曲率半径を有する場合、曲面レンズ３１は左側で凸、右側で凹になる。図８を見ると、光は頁の上部から入射しており、したがって曲面レンズ３１は頁の上部に向かってふくらんでいる。

図９ａは、レンズ素子３０の実施例の上面図を示している。図９ａは、レンズ素子３０が複数の隣接するレンズ３１を含むことをはっきりと示している。レンズ３１は、ハニカム状のレンズ・パターンに配置されている。本明細書においてハニカム構造という用語は、レンズ３１がそれぞれ最も近接するレンズ３１を６つ有する、六角形のレンズ・パターンを意味するために用いられる。当業者には理解されるように、このような六角形のレンズ・パターンには複数の対称軸ＡＳが存在する。

レンズ素子３０の外側エッジ（図９ａには図示せず）は、ちょうど図７を参照して先に説明した曲面レンズ素子２１のように、実質的に円形にすることができる。しかし、レンズ素子３０の外側エッジは長方形でもよいし、或いは他の任意の適切な形を有していてもよい。

図１０は、本発明の一実施例によるリソグラフィ装置の一部の単純化した実施例を概略的に示している。この図は、第１のレンズ群Ｌ１及び第２のレンズ群Ｌ２、マスクＭＡ、レンズ素子３０並びに基板Ｗを示している。

マスクＭＡを用いてパターン形成された放射ビームＢが生成され、パターン形成されたビームＢは、第１のレンズ群Ｌ１及び第２のレンズ群Ｌ２を通過した後、レンズ素子３０に達する。この単純化した実施例では、第１のレンズ群Ｌ１、第２のレンズ群Ｌ２及びレンズ素子３０は、一緒に投影系ＰＬを形成している。レンズ素子３０は、パターン形成された放射ビームを基板Ｗ上の異なるサブフィールド３２に合焦させる。

図１１に概略的に示すように、リソグラフィ装置を（前述の）走査モードで動作させる際に、サブフィールド３２のハニカム・パターンはスリット３３と呼ばれる長方形の中に広がることができる。スリット３３は、基板位置では実質的にターゲット部分Ｃの幅に一致した幅を有している。スリット３３の長方形は、例えばスリット３３の外側に存在する放射ビームＢ’をすべて遮るブレード（図示せず）を用いることによって生成できる。ブレードは、例えばレチクルＭＡの近くに配置することができる。スリット３３を生成するために、当業者に周知の他の装置を用いることもできる。スリットは、環状スリットなどの他の形を有していてもよい。スキャナで用いるときには、環状セグメントの幅が、環状セグメントの幅全体にわたって一定になることが重要である。

ターゲット部分Ｃは、スリット３３をターゲット部分Ｃの上で走査方向Ｓに移動させることによって完全に露光される。これは、マスクＭＡを放射ビームＢによって所与の方向に走査し、それと同時にこの方向（「走査」方向Ｓ）に対して平行又は逆平行に基板Ｗを同期して走査することによって実施できる。もちろん、マスクＭＡと基板Ｗとの相対的な走査速度は、マスクＭＡと基板Ｗとの間に配置される光学素子の拡大率を考慮に入れるべきである。多くの変形形態が考えられることが、当業者には理解されよう。基板Ｗを走査すると、レンズ素子３０のレンズ３１によって生成されるサブフィールド３２により、マスクＭＡのパターンが基板Ｗに書き込まれる。走査中、各サブフィールド３２の強度は、マスクＭＡのパターンによって調節される。このように、パターンが基板Ｗへ徐々に転写される。

走査移動の結果、各サブフィールド３２がターゲット部分Ｃを走査することになる。サブフィールド３２のレンズ・パターンは、１回の走査移動の後、ターゲット部分Ｃ全体が均一に露光されるようにパターン形成され、且つ方向付けられるべきである。したがって、一実施例では図１１に示すように、ハニカム構造の対称軸を走査方向Ｓに整列させず、走査方向Ｓに対して角度αだけ傾斜させる。そうすることによって、ターゲット部分Ｃ全体が均一に露光される、すなわち、ターゲット部分Ｃの各部分が同量のサブフィールドによって露光されるようになる。

ターゲット部分Ｃ全体が適切に露光されることを保証するために、以下の要件を策定することができる。図９ｂ及び図９ｃを参照すると、サブフィールド３２はレンズ３１よりも小さいことが分かる。サブフィールド３２はおよそｄの直径を有し、レンズ３１のパターンはおよそｐのピッチを有しており、ｐ＞ｄである。さらに、スリット３３は幅Ｗ及び長さＬを有している。典型的なサイズは、Ｗ＝２６ｍｍ、Ｌ＝１０ｍｍである。また図９ｂには、走査方向Ｓ、及び走査方向Ｓに対してパターンの配置される角度αが示してある。

実施例においてターゲット部分のすべての部分が等しく露光されることを保証するには、α＞ｄ／Ｌの関係を満たすようにする。レンズ３１のパターンを走査方向Ｓに見ると、レンズ３１はその向きが傾斜しているため、緩やかに（ｓｌｏｗｌｙ）互い違いに配置している。この関係により、それらがいずれにしても、距離Ｌ全体にわたって直径ｄに等しい距離で互い違いに配置されることが保証される。

さらに、結像されたパターンの解像度を、サブフィールド３２の直径ｄ及びレンズ・パターンのピッチｐよりもずっと小さくできることに留意されたい。サブフィールド３２は、従来技術に関して先に記述したように単一のレンズ素子によって投影されるため、実際には全フィールドについてのサブフィールドであることに留意されたい。したがって、サブフィールド３２は結像されるパターンの一部を含んでいる。

図１２ａ、図１２ｂ及び図１２ｃは、この実施例に従ってレンズ素子３０を適時（ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３）、次の点において走査する処理を概略的に示している。これらの図は、レンズ素子３０の４つのレンズ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄを示している。

図１２ａは、時間ｔ_１に第１の点でレンズ３１Ａによって結像されるＬ字形のフィーチャを示している。既に記述したように、マスクＭＡ及び基板Ｗはどちらも互いに対する走査移動によって移動し、したがって点ｔ_２（＞ｔ_１）では、Ｌ字形のフィーチャが次のレンズ３１Ｂによって結像されている。図１２ａ、図１２ｂ及び図１２ｃでは、レンズ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ及び３１Ｄによって形成されたパターンが、走査方向Ｓに対して角度αだけ傾斜していることが分かる。

結果として、Ｌ字形のフィーチャはレンズ３１Ｂに関して、レンズ３１Ａ及び（図１２ｃに示す）３１Ｃに比較して異なる相対位置を有するようになる。図１２ｃは、時間ｔ_３（ｔ_３＞ｔ_２）における状態を示している。

（実施例２）
他の実施例によれば、レンズ素子３０のレンズ３１は、ハニカム構造ではなく、長方形のレンズ・パターンにパターン形成される。もちろん、他の任意の適切なレンズ・パターンを用いることもできる。

レンズ素子のレンズ３１に対して、例えばハニカム構造や長方形構造などの異なるパターンを用いることもできることが理解されよう。他の多くのパターンを用いることができることも理解されよう。

非点収差、すなわち露光されるパターンの向きによる露光結果間の違いを最小限に抑えるために、パターンを回転対称にできる。レンズ３１はさらに、露光可能な光量を最適化するために、比較的稠密になるように配置できる。

均一な露光結果を得るには、先に説明したように、パターンを走査方向に対して傾斜させるべきである。

（実施例３）
前述のことから、角度αは、レンズ３１のレンズ・パターンの対称軸と走査方向Ｓとの間に存在できることが明らかであろう。この角度αは、レンズ３１の量、それらの相互の向き及び距離を考慮に入れて注意深く選択される。

先に示した実施例では、走査方向Ｓを実質的にターゲット部分Ｃの外側エッジと整列させる。しかし第３の実施例によれば、走査方向をターゲット部分Ｃに対して傾斜させることが可能であり、レンズ３１のレンズ・パターンの向きは、実質的にターゲット部分Ｃの外側エッジと整列される。

そうした実施例を図１３に概略的に示す。図１３では、スリット３６は、ハニカム状のレンズ・パターンに配置されたレンズ・パターンに対応するサブフィールド３２のパターンで満たされ、レンズ・パターンの対称軸は実質的にターゲット部分Ｃの向きに整列されている。走査方向Ｓ’は、ハニカム状のレンズ・パターンの対称軸に対して傾斜している。図１３では、傾斜した走査方向Ｓ’を可能にするために、スリット３６がターゲット部分Ｃの幅より大きい幅を有しているが、やはりターゲット部分Ｃ全体が露光されることが分かる。

もちろん他の実施例によれば、これら２つの変形形態を組み合わせたものを使用することも可能であり、その場合、レンズ３１のレンズ・パターンの対称軸、並びに走査方向の両方をターゲット部分Ｃの向きに対して傾斜させ、且つ互いに対して傾斜させる。

この場合も、走査移動は、相互に調整された移動（平行及び逆平行）によってマスクＭＡおよび基板Ｗの両方を移動させることにより実現できる。しかし、走査移動を他の方法で実現することもできる。

（実施例４）
図８に概略的に示したレンズ素子３０は１つの実施例にすぎず、別法も考えられることが理解されよう。例えば図１４は、他の実施例による複数の曲面レンズ３１を含むレンズ素子３０を示している。曲面レンズ３１はそれぞれ、入射するパターン形成された投影ビームに面する平面、及び（使用中は基板Ｗに面する）出射するパターン形成された投影ビームに面する複数の凹形レンズ部を有するレンズを用いることによって得られる、傾斜したレンズ−液体境界を有するレンズ素子によって形成されている。

前述のことから、各実施例では、走査処理後にターゲット部分Ｃ全体が露光されるように、レンズ素子３０のレンズ３１のレンズ・パターン、相互の距離及び向きを選択できることが明らかである。これらのパラメータが正しく選択されない場合には、ターゲット部分Ｃの異なる部分が異なる露光条件にさらされる可能性がある。すなわち、一部の領域は全く露光されず、且つ／又は他の領域は走査処理後に２度（又はさらに多くの回数）露光される可能性があり、その結果、ターゲット部分Ｃの不均一な露光がもたらされる。

前述の実施例によれば、レンズ素子３０のレンズ３１は、ハニカム状のレンズ・パターン（六角形のレンズ・パターン）又は長方形のレンズ・パターンに配置される。しかし、他の任意の適切なレンズ３１のレンズ・パターンの使用も可能であることが理解されよう。いずれの場合も、レンズのレンズ・パターンの対称軸を走査方向に対して傾斜させるべきである。

サブフィールド３２は、完全に輪郭が明瞭な円形のサブフィールドではなく、サブフィールド３２の外側エッジに向かって強度が低下していく強度分布を有することも当業者には理解されよう。しかし、サブフィールド３２のパターン及び角度αを注意深く選択することにより、ターゲット部分Ｃ全体が均一に露光される。ｙを走査方向に、ｙ方向に対して実質的に垂直且つターゲット部分Ｃの表面に対して平行なｘを非走査方向に定めた場合、ｙについて積分した照明強度がｘに対して一定の数になるべきである。換言すれば、照明強度は露光後に均一になるべきである。

前述の発明は、２４８、１９３、１５７、１２６ｎｍなどのすべての種類の放射ビームに用いることができるが、他の任意の適切な波長を用いてもよい。また前述の説明は、主に浸漬技術を用いたリソグラフィ装置についてのものであるが、本発明を任意のリソグラフィ装置、並びに他の結像系で用いることもできることが容易に理解されよう。

一実施例によれば、液体の屈折率はレンズ素子３０の屈折率よりも大きい。例えば、液体１１が１．５６よりも大きい屈折率を有し、レンズ素子３０が屈折率１．５６を有する融解石英でできていてもよい。

複数のレンズ３１を含むレンズ素子３０を提供することによって、レンズ素子３０と基板Ｗとの間の距離を短縮することが可能になり、したがって液体１１を通る放射ビームＢの光路が著しく短縮される。結果として、より高い屈折率を有する液体の使用が可能になる。これによって、系の開口数ＮＡが高められる。

また光路を短縮すると、より短い波長λを有する放射ビームＢの使用が可能になる。波長が短くなると共に、液体による放射の吸収が増加することが知られている。したがって、液体を通る放射ビームＢの光路を短縮すると、より小さい波長λを有する放射ビームＢの使用が可能になる。

結果として、光学系の解像度ＲＥＳは下式によって与えられるため、系は基板Ｗ上でより小さいパターンを結像することが可能になる。

一実施例によれば、液体１１は第１の屈折率を有し、最終素子は第２の屈折率を有し、第１の屈折率は第２の屈折率よりも大きい。第１の屈折率を１．５６よりも大きくすることができる。液体は水でもよい。

レンズ素子３０は、あるパターンに配置された複数のレンズ素子３１を含む。レンズ３１を形成するために、レンズ素子３０を、凹部及び凸部がエッチングされた単一のモノリシックな材料片から製造できる。これは、例えばリソグラフィ技術を用いて実施できる。

ただし、レンズ素子３０を形成するように組み立てられた、複数の別々に形成されたレンズ３１によってレンズ素子３０を形成することも可能である。これは、例えばすべてのレンズ３１をフレーム（図示せず）内に一緒に押し込むことによって実施できる。もちろん、レンズ素子３０を製造する他の任意の適切な方法を利用してもよい。

本明細書では、リソグラフィ装置をＩＣの製造に用いることについて特に言及することがあるが、本明細書で記載するリソグラフィ装置は、一体型光学系、磁気ドメイン・メモリ用の誘導及び検出パターン、フラット・パネル・ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドその他の製造などの、他の用途にも使用可能であることを理解すべきである。こうした別の用途についての文脈では、本明細書中の「ウェハ」又は「ダイ」という用語の使用はいずれも、それぞれ「基板」又は「ターゲット部分」というより一般的な用語と同義であると考えられることが当業者には理解されよう。本明細書で言及する基板は、露光前又は露光後に、例えばトラック（一般に基板にレジスト層を施し、露光されたレジストを現像するツール）や計測ツール及び／又は検査ツールによって処理できる。適用可能であれば、本明細書の開示をこうしたツールや他の基板処理ツールに適用してもよい。さらに、例えば多層ＩＣを作製するために、基板を２回以上処理することも可能であり、したがって、本明細書で使用する基板という用語は、処理が施された複数の層を既に含む基板を指すこともある。

ここまで、本発明の実施例を光リソグラフィの場合に使用することについて特に言及してきたが、本発明は他の用途に使用することも可能であり、状況が許す場合には、光リソグラフィに限定されないことが理解されよう。

本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、（例えば３６５、３５５、２４８、１９３、１５７又は１２６ｎｍの波長を有する）紫外（ＵＶ）放射、及び（例えば５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）極紫外（ＥＵＶ）放射を含むあらゆるタイプの電磁放射、並びにイオン・ビームや電子ビームなどの粒子ビームを包含している。

「レンズ」という用語は、状況が許す場合には、屈折式、反射式、磁気式、電磁式及び静電式の光学要素を含めて、様々なタイプの光学要素の任意の１つ又はそれらの組合せを指すことがある。

ここまで本発明の特定の実施例について説明してきたが、本発明は記載したものとは別の方法で実施可能であることが理解されよう。例えば、本発明は、先に開示した方法を記述した機械で読み取り可能な命令の１つ又は複数のシーケンスを含むコンピュータ・プログラム、或いはそうしたコンピュータ・プログラムを内部に記憶したデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気又は光ディスク）の形をとることができる。

前述の説明は例示的なものであり、限定的なものではない。したがって、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、上述の本発明に変更を加えることが可能であることが当業者には明らかであろう。

本発明の一実施例によるリソグラフィ装置を示す図。 従来技術のリソグラフィ投影装置に用いられる液体供給系を示す図。 従来技術のリソグラフィ投影装置に用いられる液体供給系を示す図。 他の従来技術のリソグラフィ投影装置による液体供給系を上から見た図。 他の従来技術のリソグラフィ投影装置による液体供給系の側面図。 従来技術のリソグラフィ投影装置による液体供給系の他の図面。 従来技術のリソグラフィ投影装置における投影系の最終素子を示す図。 従来技術のリソグラフィ投影装置による投影系の最終素子を示す図。 本発明の一実施例によるレンズ素子を概略的に示す図。 本発明の一実施例によるレンズ素子の上面図を概略的に示す図。 本発明の一実施例によるレンズ素子の上面図を概略的に示す図。 スリットの上面図を概略的に示す図。 本発明の一実施例によるリソグラフィ装置の一部を概略的に示す図。 本発明の一実施例による走査動作を概略的に示す図。 本発明の一実施例による適時の次の点における走査動作を概略的に示す図。 本発明の一実施例による適時の次の点における走査動作を概略的に示す図。 本発明の一実施例による適時の次の点における走査動作を概略的に示す図。 本発明の一実施例による走査動作を概略的に示す図。 本発明の一実施例によるレンズ素子を概略的に示す図。

符号の説明

ＡＤ 調整装置
Ｂ 放射ビーム
ＢＤ ビーム伝達系
Ｃ ターゲット部分
ＣＯ コンデンサ
ＩＦ 位置センサ
ＩＬ 照明器
ＩＮ 積算器
Ｍ１、Ｍ２ マスク位置調整用マーク
ＭＡ パターン形成装置
ＭＴ 支持構造体
Ｐ１、Ｐ２ 基板位置調整用マーク
ＰＬ 投影系
ＰＭ 第１の位置決め装置
ＰＷ 第２の位置決め装置
ＳＯ 放射源
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル
ＦＥ 最終素子
ＩＮ 入口
ＯＵＴ 出口
１０ リザーバ
１１ 液体
１２ シール部材
１４ 第１の出口
１５ ガス入口
１６ ガス・シール
２０ 最終素子
２１ 曲面レンズ素子
Ｒ レジスト層
３０ レンズ素子
３１ 曲面レンズ
３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ レンズ
３２ サブフィールド
３３、３６ スリット
ＡＳ 対称軸
Ｓ 走査方向
Ｌ１ 第１のレンズ群
Ｌ２ 第２のレンズ群

Claims (11)

1. パターン形成装置により断面にパターンが与えられた放射ビームを基板に投影する投影系と、前記投影系の最終素子と前記基板との間の空間に液体を供給する液体供給系とを有するリソグラフィ装置において、
   前記投影系の最終素子は、前記基板に対向する第１の面と前記放射ビームが入射する第２の面とを有するレンズ素子であり、前記第１の面は複数の凹形レンズ部を有し、各凹形レンズ部が、前記第２の面に入射する前記放射ビームの一部を、前記液体を通して単一の平面上に合焦させるリソグラフィ装置。
2. 前記第２の面が複数の凸形レンズ部を有し、各凸形レンズ部が凹形レンズ部に対応して組を形成し、凹形レンズ部と凸形レンズ部との各組が１つのレンズとして機能するようになっている請求項１に記載されたリソグラフィ装置。
3. 前記第２の面が平面である請求項１に記載されたリソグラフィ装置。
4. 前記複数の凹形レンズ部は上面視ハニカム状のレンズ・パターンを形成している請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載されたリソグラフィ装置。
5. 前記複数の凹形レンズ部は上面視長方形のレンズ・パターンを形成している請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載されたリソグラフィ装置。
6. 前記複数の凹形レンズ部のレンズ・パターンにおける対称軸が、前記パターン形成装置の走査方向に対して傾斜している請求項４又は請求項５のいずれか一項に記載されたリソグラフィ装置。
7. 前記レンズ素子が前記走査方向に長さＬを有し、前記複数の凹形レンズ部のレンズ・パターンにおける対称軸が前記走査方向に対して角度αだけ傾斜し、前記各凹形レンズ部によって前記放射ビームが前記基板上に合焦されることで形成される各サブフィールドの直径がｄであり、且つα＞ｄ／Ｌである請求項６に記載されたリソグラフィ装置。
8. 前記液体が第１の屈折率を有し、前記最終素子が第２の屈折率を有し、前記第１の屈折率が前記第２の屈折率よりも大きい請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載されたリソグラフィ装置。
9. 前記第１の屈折率が１．５６よりも大きい請求項８に記載されたリソグラフィ装置。
10. 前記レンズ素子が、１．５６の屈折率を有する融解石英でできている請求項８又は請求項９のいずれか一項に記載されたリソグラフィ装置。
11. パターン形成装置において断面にパターンが与えられた放射ビームを、投影系を用いて基板に投影するステップと、前記投影系の最終素子と前記基板との間の空間に液体を供給するステップとを含むデバイス製造方法において、
    前記投影系の最終素子は、前記基板に対向する第１の面と前記放射ビームが入射する第２の面とを有するレンズ素子であり、前記第１の面が複数の凹形レンズ部を有し、各凹形レンズ部が、前記第２の面に入射する前記放射ビームの一部を、前記液体を通して単一の平面上に合焦させるデバイス製造方法。

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