JP5503589B2 - リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

[0001] 本発明の実施形態は、リソグラフィ装置およびデバイスを製造するための方法に関連する。

[0002] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板上、通常、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。その場合、ＩＣの個々の層上に形成され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デバイスを用いることができる。このパターンは、基板（例えば、シリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば、ダイの一部、または１つ以上のダイを含む）に転写することができる。通常、パターンの転写は、基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）層上への結像によって行われる。一般には、単一の基板が、連続的にパターニングされる隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。

[0003] リソグラフィは、ＩＣおよび他のデバイスおよび／または構造の製造における重要なステップの１つとして広く認識されている。しかし、リソグラフィを使用して作られるフィーチャの寸法が小さくなるにつれ、小型のＩＣまたは他のデバイスおよび／または構造の製造を可能にするためのより重要な要因となっている。

[0004] パターンプリンティングの限界の理論的な推測は、式（１）に示す解像度についてのレイリー基準によって与えられ得る：
上の式で、λは、使用される放射の波長であり、ＮＡは、パターンを印刷するために使用される投影システムの開口数であり、ｋ_１は、レイリー定数とも呼ばれているプロセス依存調節係数であり、ＣＤは、印刷されたフィーチャのフィーチャサイズ（またはクリティカルディメンジョン）である。式（１）から、フィーチャの最小印刷可能サイズの縮小は、以下の３つの方法：露光波長λを短くすることによって、開口数ＮＡを大きくすることによって、あるいはｋ_１の値を小さくすることによって、達成することができると言える。

[0005] 露光波長を短くするため、ひいては、最小印刷可能サイズを縮小するために、極端紫外線（ＥＵＶ）放射源を使用することが提案されている。ＥＵＶ放射は、１０〜２０ｎｍ、例えば１３〜１４ｎｍの範囲内の波長を有する電磁放射である。さらに、１０ｎｍ未満、例えば、６．７ｎｍまたは６．８ｎｍといった５〜１０ｎｍの範囲内の波長を有するＥＵＶ放射を使用し得ることが提案されている。このような放射は、極端紫外線放射または軟Ｘ線放射と呼ばれる。可能な放射源としては、例えば、レーザ生成プラズマ源、放電プラズマ減、または電子蓄積リング（Electron storage ring）によって提供されるシンクロトロン放射に基づく放射源などが含まれる。しかし、ＥＵＶリソグラフィはピッチの顕著な縮小を可能にすべきものであるが、それに関わる重要な問題が依然として解決されずに残っている。従って、他の代替的なリソグラフィ技術に関心が集まっている。

[0006] 代替的なリソグラフィ技術の１つに、いわゆる固浸リソグラフィ（Solid Immersion Lithography）（ＳＩＬ）がある。これは、Bruce Smithによる「Alternative Optical Technologies - More than curiosities?」（Optical Microlithography XXII、Harry J. Levinson、Mircea V. Dusa編集、SPIE会報、第７２７４巻、７２７４０２（２００９年））に記載されている。

[0007] ＳＩＬでは、レンズと基板との間に少量のガス（例えば、空気）のギャップが残っているため、固浸リソグラフィという用語は、多少分かりにくい。レンズ−ガス境界面でのエバネッセント場は、１００ｎｍ未満のギャップを飛び越えて、より高率の媒体によりフラストレートされ、この媒体内へ再伝播する。指数関数的減衰は、関連する材料の屈折率および角度に応じて急速であるが、十分な透過を実現することができる。ギャップ内のガスの代わりに、あるいはギャップ内のガスに加えて、このギャップは、透過率を向上させるために、例えば水などの液体を含むこともできる。１．７２ＮＡのサファイアレンズを使った２８ｎｍのハーフピッチに対して、３０ｎｍの水充填されたギャップは、フォトレジストにおいて５０％の透過率を作り出す。より高い屈折率の流体であれば、１００ｎｍ近くのギャップが可能になり得る。従来の光リソグラフィの限界としてのλ／２ｎに対して、本例における解像度はおよそλ／７である。

[0008] しかし、商業的規模の構造またはデバイスを結像するのに必要とされる大きい領域にわたって、３０ｎｍほどの（あるいは１００ｎｍでも）小さい一定のギャップを維持するのは困難である。

[0009] 当該技術の問題点が解消または軽減され、特にレンズと基板との間の小さい一定のギャップが維持されるような固浸リソグラフィ装置および固浸リソグラフィ方法を提供することが望ましい。

[0010] 一態様では、パターニングデバイスから基板上へパターンを投影するように構成されたリソグラフィ投影装置が提供され、この装置は、使用中、約１００ｎｍ未満の距離だけ前記基板から間隔を置いて配置され、かつ内側部分および外側部分に分割される屈折型光エレメントである最終要素を有する投影システムと、前記最終要素の前記内側部分の位置および／または向きを制御するように構成されたアクチュエータシステムと、を備える。

[0011] 一態様では、放射のパターン付きビームを、前記パターン付きビーム投影する最終要素を有する投影システムを使って基板上に投影することであって、前記最終要素は約１００ｎｍ未満の距離だけ前記基板から間隔を置いて配置され、かつ内側部分および外側部分に分割される屈折型光エレメントである、投影することと、前記投影中、アクチュエータシステムを使って前記最終要素の前記内側部分の位置および／または向きを制御することと、を含む、デバイス製造方法が提供される。

[0012] 本発明の実施形態のさらなる特徴および利点、ならびに本発明の多様な実施形態の構造および動作は添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。なお、本発明は本明細書で説明する特定の実施形態に限定されない。このような実施形態は、例示のみを目的として本明細書内で提示される。さらなる実施形態は、本明細書に含まれる教示に基づき、関連技術の当業者に明らかになるであろう。

[0013] 本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を形成する添付の図面は、本発明を図示し、かつ本記載と共に本発明の原理をさらに説明し、関連技術の当業者が本発明を行い、かつ利用することを可能とするものである。

[0014] 図１は、本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を示す。 [0015] 図２は、本発明の一実施形態に係る投影システムの最終要素を示す。 [0016] 図３は、本発明の一実施形態に係る投影システムの最終要素を示す。 [0017] 図４は、本発明の一実施形態に係る投影システムの最終要素およびクリーニングデバイスを示す。 [0018] 図５は、本発明の一実施形態に係る投影システムの最終要素を示す。 [0019] 図６は、本発明の一実施形態に係る投影システムの最終要素およびレベルセンサシステムを示す。 [0020] 図７は、本発明の一実施形態に係る投影システムの最終要素およびレベルセンサシステムを示す。 [0021] 図８は、本発明の一実施形態に係る投影システムの最終要素およびレベルセンサシステムを示す。

[0022] 本発明の実施形態の特徴および利点は、これらの図面と共に検討される、以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。これらの図面において、同様の参照記号は、全体を通して対応する要素を特定する。また、図面において、同様の参照番号は、通常同一の、機能的に類似した、および／または構造的に類似した要素を示す。

[0023] 本明細書は、本発明の特徴を取り入れた１つ以上の実施形態を開示する。開示される実施形態は、単に本発明を例示するものである。本発明の範囲は、開示される実施形態に限定されない。本発明は、本明細書に添付した請求の範囲により規定される。

[0024] 記載される実施形態、および、「一実施形態（one embodiment）」、「ある実施形態（an embodiment）」、「一例の実施形態（an example embodiment）」などといった明細書中の言及は、その記載される実施形態が特定の特徴、構造、または特色を含み得ることを示すが、全ての実施形態が、必ずしもそれら特定の特徴、構造、または特色を含んでいなくてもよい。さらに、そのような語句は必ずしも同じ実施形態を示さなくてもよい。また、特定の特徴、構造、または特色がある実施形態に関連して説明される場合、明確な記載の有無に関わらず、そのような特色、構造、または特徴が他の実施形態に関連して有効となることは、当業者の知識の範囲内であると理解される。

[0025] このような実施形態を詳細に説明する前に、本発明の実施形態が実施され得る一例の環境を示すことが有益である。

[0026] 図１は、本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を概略的に示している。このリソグラフィ装置は、
−放射ビームＢ（例えば紫外線またはＤＵＶ放射）を調整するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、
−パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを支持するように構成され、かつ特定のパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置決めするように構成された第１ポジショナＰＭに連結されたサポート構造（例えば、サポート構造）ＭＴと、
−基板（例えば、レジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構成され、かつ特定の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ポジショナＰＷに連結された基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴと、
−パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付けられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば、１つ以上のダイを含む）上に投影するように構成された投影システム（例えば、屈折投影レンズシステム）ＰＬと、を備える。

[0027] 照明システムとしては、放射を誘導し、整形し、または制御するために、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、またはその他のタイプの光コンポーネント、あるいはそれらのあらゆる組合せなどのさまざまなタイプの光コンポーネントを含むことができる。

[0028] サポート構造は、パターニングデバイスを支持する。サポート構造は、パターニングデバイスの向き、リソグラフィ装置の設計、および、パターニングデバイスが真空環境内で保持されているか否かなどの他の条件に応じた態様で、パターニングデバイスを保持する。サポート構造は、機械式、真空式、静電式またはその他のクランプ技術を使って、パターニングデバイスを保持することができる。サポート構造は、例えば、必要に応じて固定または可動式にすることができるフレームまたはテーブルであってもよい。サポート構造は、パターニングデバイスを、例えば、投影システムに対して所望の位置に確実に置くことができる。本明細書において使用される「レチクル」または「マスク」という用語はすべて、より一般的な「パターニングデバイス」という用語と同義であると考えるとよい。

[0029] 本明細書において使用される「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分内にパターンを作り出すように、放射ビームの断面にパターンを与えるために使用できるあらゆるデバイスを指していると、広く解釈されるべきである。なお、留意すべき点として、放射ビームに付与されたパターンは、例えば、そのパターンが位相シフトフィーチャまたはいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板のターゲット部分内の所望のパターンに正確に一致しない場合もある。通常、放射ビームに付けたパターンは、集積回路などのターゲット部分内に作り出されるデバイス内の特定の機能層に対応することになる。

[0030] パターニングデバイスは、透過型であっても、反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルが含まれる。マスクは、リソグラフィでは公知であり、バイナリ、レべンソン型(alternating)位相シフト、およびハーフトーン型(attenuated)位相シフトなどのマスク型、ならびに種々のハイブリッドマスク型を含む。プログラマブルミラーアレイの一例では、小型ミラーのマトリックス配列が用いられており、各小型ミラーは、入射する放射ビームを様々な方向に反射させるように、個別に傾斜させることができる。傾斜されたミラーは、ミラーマトリックスによって反射される放射ビームにパターンを付ける。

[0031] 本明細書において使用される「投影システム」という用語は、使われている露光放射にとって、あるいは液浸液の使用または真空の使用といった他の要因にとって適切な、屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁型、および静電型光学系、またはそれらのあらゆる組合せを含むあらゆる型の投影システムを包含していると広く解釈されるべきである。本明細書において使用される「投影レンズ」という用語はすべて、より一般的な「投影システム」という用語と同義であると考えるとよい。

[0032] 本明細書に示されているとおり、リソグラフィ装置は、透過型のもの（例えば、透過型マスクを採用しているもの）である。また、リソグラフィ装置は、反射型のもの（例えば、上述のプログラマブルミラーアレイを採用しているもの、または反射型マスクを採用しているもの）であってもよい。

[0033] リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）以上の基板テーブル（および／または２つ以上のパターニングデバイステーブル）を有する型のものであってもよい。そのような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルは並行して使うことができ、または予備工程を１つ以上のテーブル上で実行しつつ、別の１つ以上のテーブルを露光用に使うこともできる。

[0034] また、リソグラフィ装置は、投影システムと基板との間の空間を満たすように、比較的高屈折率を有する液体（例えば水）によって基板の少なくとも一部を覆うことができるタイプのものであってもよい。また、リソグラフィ装置内の別の空間（例えば、パターニングデバイスと投影システムとの間）に液浸液を加えてもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させることで当技術分野において周知である。本明細書において使用される「液浸」という用語は、基板のような構造物を液体内に沈めなければならないという意味ではなく、単に、露光中、投影システムと基板との間に液体があるということを意味するものである。

[0035] 図１を参照すると、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射を受ける。例えば、放射源がエキシマレーザである場合、放射源とリソグラフィ装置は、別個の構成要素であってもよい。そのような場合には、放射源は、リソグラフィ装置の一部を形成しているとはみなされず、また放射ビームは、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへ、例えば、適切な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダを含むビームデリバリシステムＢＤを使って送られる。その他の場合においては、例えば、放射源が水銀ランプである場合、放射源は、リソグラフィ装置の一体部分とすることもできる。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要ならばビームデリバリシステムＢＤとともに、放射システムと呼んでもよい。

[0036] イルミネータＩＬは、放射ビームの角強度分布を調節するアジャスタＡＤを含むことができる。一般に、イルミネータの瞳面内の強度分布の少なくとも外側および／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）を調節することができる。さらに、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯといったさまざまな他のコンポーネントを含むことができる。イルミネータを使って放射ビームを調整すれば、放射ビームの断面に所望の均一性および強度分布をもたせることができる。

[0037] 放射ビームＢは、サポート構造（例えば、サポート構造）ＭＴ上に保持されているパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に入射して、パターニングデバイスによってパターン形成される。パターニングデバイスＭＡを通り抜けた後、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームの焦点をあわせる。第２ポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、または静電容量センサ）を使って、例えば、さまざまなターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路内に位置決めするように、基板テーブルＷＴを正確に動かすことができる。同様に、第１ポジショナＰＭおよび別の位置センサ（図１には明示的に示されていない）を使い、例えば、マスクライブラリから機械的に取り出した後またはスキャン中に、パターニングデバイスＭＡを放射ビームＢの経路に対して正確に位置決めすることもできる。

[0038] 通常、サポート構造ＭＴの移動は、第１ポジショナＰＭの一部を形成する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）を使って達成することができる。同様に、基板テーブルＷＴの移動も、第２ポジショナＰＷの一部を形成するロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールを使って達成することができる。ステッパの場合は（スキャナとは対照的に）、サポート構造ＭＴは、ショートストロークアクチュエータのみに連結されてもよく、または固定されてもよい。パターニングデバイスＭＡおよび基板Ｗは、パターニングデバイスアライメントマークＭ１およびＭ２と、基板アライメントマークＰ１およびＰ２とを使って、位置合わせされてもよい。例示では基板アライメントマークが専用ターゲット部分を占めているが、基板アライメントマークをターゲット部分とターゲット部分との間の空間内に置くこともできる（これらは、スクライブラインアライメントマークとして公知である）。同様に、複数のダイがパターニングデバイスＭＡ上に設けられている場合、パターニングデバイスアライメントマークは、ダイとダイの間に置かれてもよい。

[0039] 例示の装置は、以下に説明するモードのうち少なくとも１つのモードで使用できる。
１．ステップモードにおいては、サポート構造ＭＴおよび基板テーブルＷＴを基本的に静止状態に保ちつつ、放射ビームに付けられたパターン全体を一度にターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、単一静的露光）。その後、基板テーブルＷＴは、Ｘおよび／またはＹ方向に移動され、それによって別のターゲット部分Ｃを露光することができる。ステップモードにおいては、露光フィールドの最大サイズによって、単一静的露光時に結像されるターゲット部分Ｃのサイズが限定される。
２．スキャンモードにおいては、サポート構造ＭＴおよび基板テーブルＷＴを同期的にスキャンする一方で、放射ビームに付けられたパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、単一動的露光）。サポート構造ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＳの（縮小）拡大率および像反転特性によって決めることができる。スキャンモードにおいては、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光時のターゲット部分の幅（非スキャン方向）が限定される一方、スキャン動作の長さによって、ターゲット部分の高さ（スキャン方向）が決まる。
３．別のモードにおいては、プログラマブルパターニングデバイスを保持した状態で、サポート構造ＭＴを基本的に静止状態に保ち、また基板テーブルＷＴを動かす、またはスキャンする一方で、放射ビームに付けられているパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する。このモードにおいては、通常、パルス放射源が採用されており、さらにプログラマブルパターニングデバイスは、基板テーブルＷＴの移動後ごとに、またはスキャン中の連続する放射パルスと放射パルスとの間に、必要に応じて更新される。この動作モードは、前述の型のプログラマブルミラーアレイといったプログラマブルパターニングデバイスを利用するマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。

[0040] 上述の使用モードの組合せおよび／またはバリエーション、あるいは完全に異なる使用モードもまた採用可能である。

[0041] 図２は、使用に際して基板Ｗとの間に非常に小さなギャップを挟んで位置決めされるいわゆる固浸レンズ（ＳＩＬ）である投影システム１０の最終要素１３を示す。一実施形態では、ギャップｄは約２０ｎｍ〜約５０ｎｍの範囲内であり、例えば約±２ｎｍ以下の範囲の精度で維持される。許容可能なギャップの変動は、投影システムの開口数（ＮＡ）および像中の許容可能なアポディゼーションに左右されることになる。固浸レンズは、近接場光学系を利用する。近接場光学系では、サブ波長フィーチャを有する要素への、該要素からの、該要素を通る、あるいは該要素の近くの放射の通過が存在する。放射または放射ビームは、第１要素からサブ波長距離に位置する第２要素に結合され得る。例えば、第１要素は最終要素であってよく、第２要素は基板の表面であってよい。基板上の結像は、焦点面上で同一平面にあるか、あるいは基板の表面上にある。基板上の結像は、複雑なパターンとなる場合もある。パターン形成された像は、基板上に複数の焦点スポットを形成する。ギャップ内の媒体のバルク屈折率は、結像を制限しない。実質上、固浸レンズは、約１．８の屈折率を有する高屈折率結像を提供する（ＳｉＯ_２）。ＢａＬｉＦ_３、ＭｇＯ、結晶スピネル、セラミックスピネル、およびＬｕＡＧなどの高ｎガラスを使用して、さらに高い屈折率が可能である。一実施形態では、最終要素の屈折率ｎ_１は、１．８〜２．５の範囲である。

[0042] 露光中、所望の精度でギャップを維持するために、ＳＩＬ要素１３は、作動システム１３、１４、１５により能動的にレべリングされる。一実施形態では、最終要素１３は、３自由度、すなわち、Ｚ、Ｒｘ、およびＲｙで作動され、ここで、Ｚは投影システム１０の光軸に平行な方向であり、ＲｘおよびＲｙはＺ軸に直交する軸周りの回転である。一実施形態では、作動システムは５自由度、すなわちＸ、Ｙ、Ｚ、ＲｘおよびＲｙで最終要素を作動する。一実施形態では、作動システムは、全６自由度で最終要素を作動する。作動システムは、基準フレームに対して測定されたＳＩＬ要素１３の位置情報を、あらかじめ測定可能な基板トポロジの知識と共に使用することができる。この代わりに、あるいはこれに加えて、作動機能は、ガス（例えば、空気）ベアリングまたは液体（例えば水）ベアリングにより支持することができる。

[0043] 一実施形態では、最終要素の位置は後方散乱検出デバイス１６、１７、１８により測定される。これは、例えば１．７の高ＮＡで、ＳＩＬ要素を介して放射ビームを投影し、後方散乱した放射の強度を検出する。ＳＩＬ要素が近接場の外へ移動する場合、散乱強度は劇的に増加して全反射となる。急速に低強度から略全強度になる信号は、位置信号として使用することができる。光場にわたって分布したこれら測定点の３つを取り込むことにより、ＳＩＬ要素のＺ、Ｒｘ、Ｒｙを制御することができる。唯一残ったトポロジは、基板自体のトポロジである。

[0044] 一実施形態では、さらなる光エレメント１２がＳＩＬ要素１３の近くに設けられる。一実施形態では、光エレメント１２とＳＩＬ要素１３との間のスペースは、流体供給部からの流体（例えば、水）１１によって満たすことができる。さらなる光エレメント１２は、屈折率ｎ_３を有し、また、流体１１は屈折率ｎ_２を有し得る。

[0045] 一実施形態では、最小限の制御誤差で作動信号に追従することを容易にするために、作動されるＳＩＬ要素の質量は可能な限り小さく維持される。従って、一実施形態では、図３に示すように、光学系２０は２つの同心部分２１、２２に分割される。内側部分を共通中心の周りで傾斜させると、投影システムの光学特性に最小限の影響を与える。この影響は、無視できるほどか、あるいは、投影システムの他の部分でおよび／またはパターニングデバイスの位置を調節することにより補償できる。従って、ＳＩＬ要素は、（大きな）光学的影響をもたらすことなく基板の局所的な傾きに追従することができる。２つの同心光エレメントの間の距離は、流体供給部からの流体２４（例えば、水）で満たすことができる。高屈折率（液体）を使用することにより、オフアクシス場の点についても光結合を増大させ、これによりアポディゼーションに起因するコントラスト損失が減少する。光学面上の反射防止（ＡＲ）コーティング２３、２５、または液体と反射防止コーティングとの組み合わせを使用して同様の作用を実現することができる。

[0046] 固浸リソグラフィが直面する別の問題として、基板上の粒子３５がある。これらの粒子は、最終要素５０のＳＩＬ要素に付着し、損傷を与え得る。一実施形態では、図４を参照すると、粒子を除去するクリーニングデバイス３０において液浸濡れ／乾燥技術が使用される。例えば、クリーニングデバイスは、構造３３の供給口３１を介して液体（例えば、超純水（ＵＰＷ）などの水）を基板上に供給し、（同様に構造３３の一部であり得る）抽出口３２を介してその液体を除去し、基板から汚染をクリーニングし得る。一実施形態では、ＳＩＬ要素５１の前方の表面は、粒子ディテクタ４０、例えばスキャトロメータにより走査される。粒子ディテクタは、クリーニングデバイスに対する追加的なフェイルセーフとして作用し得る。放射出力または放射源４１からの検出ビーム４２は、基板Ｗ上に誘導され、あらゆる散乱放射が１つ以上のディテクタ４３により検出される。クリーンな基板は鏡面反射をするため、散乱放射は欠陥または粒子を示す。大きい散乱信号が発生した場合は、作動システム５２、５３、５４によりＳＩＬ要素５１の緊急後退が引き起こされる。一実施形態では、粒子ディテクタは、クリーニングデバイスと投影システムとの間に位置決めされ、クリーニングデバイスによりクリーニングされ、かつ投影システムの下で走査が開始されようとしている基板の一部分上の粒子を検出するように構成される。

[0047] 一実施形態では、ＮＡは、液浸リソグラフィで実現される約１．３５から、ＳＩＯ_２のＳＩＬ要素を使って約１．７まで増加させることができ、３８ｎｍに代わってハーフピッチ３０ｎｍの限界光解像度を可能にする。ＬｕＡＧについて２．１までの屈折率により、２．０の有効ＮＡおよび単一露光におけるハーフピッチ２５ｎｍを実現することができる。

[0048] 本発明の一実施形態における投影システムの最終要素６０を図５に概略的に示す。この要素は、２つの部分、内側部分６３および外側部分６１から形成される。内側部分６３は、作動システム（図示なし）により作動される一方、外側部分６１は静止状態で維持される。内側部分６３の第１表面６３ａは、前述したように、投影中、基板Ｗから所定の距離で維持される。内側部分６３の第２表面６３ｂは、最終要素６０の外側部分６１の第１表面６１ａに対向する。内側部分６３の第２表面６３ｂは、外側部分６１の第１表面６１ａより大きい曲率半径（つまり、より小さい湾曲）を有する。結果的に得られるギャップは、高屈折率を有する流体（例えば液体）６２によって満たされる。一実施形態では、流体６２は、約１．４より大きい、約１．４５より大きい、約１．５より大きい、約１．５５より大きい、約１．８より大きい、または約２．０より大きい、屈折率を有する。最終要素６０の内側および外側部分６３、６１は、石英（ＳｉＯ_２）から作られ、約１．４５の屈折率ｎ_１、ｎ_３を有する。一実施形態では、流体６２の屈折率ｎ_２は、内側および外側部分６３、６１の屈折率ｎ_１、ｎ_３よりも大きい。好適な液体には、シス型またはトランス型のデカリン、官能化されたデカリン、および水中のナノ粒子の懸濁液が含まれる。

[0049] 図５の実施形態では、基板Ｗとの間隔を制御するために作動させる必要がある最終要素の部分の質量が減少され、短い応答時間で当該部分を作動するのがより容易になっている。高屈折率流体６２は、最終要素の２つの部分に含まれているため、基板Ｗ上のレジストおよび／またはトップコートとの相互作用に関する制限なく、かつ急速に走査されている基板に対する液体の封じ込めに関する制限なく、流体を選択することができる。内側部分６３の第２表面および外側部分６１の第１表面の異なる曲率により、高い屈折力を実現するのが可能になる。この制限において、内側部分６３の第２表面は、実質的に無限の曲率半径を有する、つまり平面的である。

[0050] 図６には、本発明の一実施形態に係る最終要素７０およびレベルセンサシステム７４、７５が概略的に示されている。図６の実施形態では、最終要素は、図５の実施形態と同様に流体７２によって満たされたギャップを挟んで内側部分７３および外側部分７１を備える。レベルセンサシステムは、基準、リソグラフィ装置の例えば基準またはメトロロジフレームに対して基板Ｗの表面の位置を測定する２つのレベルセンサ７４、７５を備える。センサ７４、７５は、本技術で公知の光センサ、静電容量センサ、またはガスゲージとすることができる。図６には２つのセンサが示されているが、より多いまたはより少ない数のセンサを使ってもよい。最終要素７０の周囲に適切な間隔を空けて３つのセンサを配置すると、最終要素７０の光軸に平行な方向における位置、およびこの光軸に垂直な直交軸の周りの傾き（Ｒ_ｘ、Ｒ_ｙ）の測定が可能になる。レベルセンサ出力を使用して、最終要素の作動を制御する。一実施形態では、基板ステージＷＴの位置も並行して制御される。最終要素の制御では、基板ステージの測定された位置および／または基板のあらかじめ測定されたプロファイルも考慮に入れることができる。

[0051] 図７は、本発明のさらなる実施形態に係る投影システムの最終要素８０およびレベルセンサを示す。本実施形態では、最終要素は内側部分８３および外側部分８１を備える。流体８２は、前述したように内側部分と外側部分との間のギャップに閉じ込められる。レベルセンサシステムは、最終要素８０を介して基板上に放射を誘導し、最終要素８０の結像フィールド内の基板の点の垂直方向位置を測定する１つ以上の光センサ８４、８５を備える。１つ以上の折り畳みミラー８６を設け、光放射を最終要素８０へと結合させてもよい。一実施形態では、レベルセンサによって使用される放射の波長は、基板上のレジストが感応しない波長である。ここでも、図７には２つのレベルセンサが示されるが、より多いまたはより少ない数のセンサを使用することができる。３つのセンサにより、Ｚ、Ｒ_ｘ、およびＲ_ｙを決定することができる。

[0052] 図８には、本発明の一実施形態に係る最終レンズ要素９０およびレベルセンサシステム９４、９５を示す。前述したように、最終要素９０は、内側部分９１および外側部分９３を備える。高屈折率流体９２はこれらの間に閉じ込められる。レベルセンサシステムは、内側部分９１の側面内へと放射を誘導し、内側部分９１の下面（基板Ｗに対向する表面）で内部反射させる放射出力または放射源９４を備える。その後、放射は正反対の点で内側部分９１の側面から出射し、ディテクタ９５に入射する。内側部分９１の下面で内部反射される放射の割合は、内側部分９１と基板Ｗとの間の距離に左右される。従って、反射された放射の強度の絶対値および／またはその変化を使用して、内側部分９１と基板Ｗとの間の距離および／または当該距離の変化を検出することができる。内側部分９１の下面上の異なる点に誘導された複数のビームを使用することにより、ギャップ距離を複数の点で測定することが可能になる。

[0053] 本発明の一実施形態では、最終要素の内側部分および外側部分の対向する表面の形状は、内側部分が作動された際に、内側部分と外側部分との間のギャップ体積の変化を最小限に抑えるように選択することができる。本発明の実施形態では、最終要素の内側部分と外側部分との間のギャップは、内側部分が作動された際のギャップ体積の変化を吸収するために、流体のリザーバに接続することができる。

[0054] 本発明の一実施形態では、投影システムの最終要素の内側部分の下面は、投影ビームの放射に対して負の屈折率を有する材料により被覆されている。このような材料は、メタ材料または左手系材料として知られ、その特性をナノスケール構造から導出し、様々な異なる形態が知られている。負の屈折率材料は、最終要素と基板との間の近接場ギャップを増大させる。これにより、所望の近接場ギャップを維持するべく最終要素を制御するためのより大きいスペースが与えられることになる。本発明の一実施形態において、回折光エレメントを形成する回折格子は、最終要素の内側部分の下面上に形成される。回折光エレメントは、結像されたフィーチャのサイズを減少させるのをさらに補助し得る。

[0055] 本明細書において、ＩＣ製造におけるリソグラフィ装置の使用について具体的な言及がなされているが、本明細書記載のリソグラフィ装置が、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用のガイダンスパターンおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造といった他の用途を有し得ることが理解されるべきである。当業者にとっては当然のことであるが、そのような別の用途においては、本明細書で使用される「ウェーハ」または「ダイ」という用語はすべて、それぞれより一般的な「基板」または「ターゲット部分」という用語と同義であるとみなしてよい。本明細書に記載した基板は、露光の前後を問わず、例えば、トラック（通常、基板にレジスト層を塗布し、かつ露光されたレジストを現像するツール）、メトロロジーツール、および／またはインスペクションツールで処理されてもよい。適用可能な場合には、本明細書中の開示内容を上記のような基板プロセシングツールおよびその他の基板プロセシングツールに適用してもよい。さらに基板は、例えば、多層ＩＣを作るために複数回処理されてもよいので、本明細書で使用される基板という用語は、すでに多重処理層を包含している基板を表すものとしてもよい。

[0056] 光リソグラフィの関連での本発明の実施形態の使用について上述のとおり具体的な言及がなされたが、当然のことながら、本発明は、他の用途、例えば、インプリントリソグラフィに使われてもよく、さらに状況が許すのであれば、光リソグラフィに限定されることはない。インプリントリソグラフィにおいては、パターニングデバイス内のトポグラフィによって、基板上に創出されるパターンが定義される。パターニングデバイスのトポグラフィは、基板に供給されたレジスト層の中にプレス加工され、基板上では、電磁放射、熱、圧力、またはそれらの組合せによってレジストは硬化される。パターニングデバイスは、レジストが硬化した後、レジスト内にパターンを残してレジストの外へ移動される。

[0057] 「レンズ」という用語は、文脈によっては、屈折、反射、磁気、電磁気、および静電型光コンポーネントを含む様々な種類の光コンポーネントのいずれか１つまたはこれらの組合せを指すことができる。

[0058] 発明の概要および要約には、本発明者らにより意図される、本発明の１つ以上の全てではない例示的な実施形態が記載されており、よって発明の概要および要約は本発明および添付の請求の範囲をいかようにも限定することを意図したものではない。

[0059] 本発明の実施形態を、特定の機能の実施およびそれら機能の関係を説明する機能的な基本要素を使って説明してきた。本明細書において、これら機能的な基本要素の境界は、説明の都合上、任意に定義した。特定の機能およびそれらの関係が適切に実行される限り、別の境界を定義してもよい。

[0060] 特定の実施形態の以上の説明は、本発明の 一般的な性質を完全に明らかにするため、当業者の知識を適用することにより、他の者が本発明の一般概念から逸脱することなく、必要以上の実験をせずに当該特定の実施形態を容易に変更および／または多様な用途に適用させることができる。従って、そのような適用および変更は、本明細書に提示した教示および説明に基づき、開示された実施形態の均等物の意味および範囲内であることが意図される。当然のことながら、本明細書中の言い回しおよび用語使いは、説明を目的としたものであって、限定的なものでなく、本明細書の言い回しおよび用語使いは本明細書の教示および説明に照らして当業者に理解される。

[0061] 本発明の広さおよび範囲は、上述した例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、以下の請求の範囲およびその均等物に従ってのみ定義されるべきものである。

[0062] 本発明に係る実施形態は、以下の番号付けされた項において提供される。
１．パターニングデバイスから基板上へパターンを投影するように構成されたリソグラフィ投影装置であって、
使用中、約１００ｎｍ未満の距離だけ前記基板から間隔を置いて配置され、かつ内側部分および外側部分に分割される屈折型光エレメントである最終要素を有する投影システムと、
前記最終要素の前記内側部分の位置および／または向きを制御するように構成されたアクチュエータシステムと、
を備える、装置。
２．前記外側部分に対向する前記内側部分の表面および前記内側部分に対向する前記外側部分の表面は、共に、実質的に球面状であり、かつ共通の中心を有し、前記アクチュエータシステムは、前記最終要素の前記内側部分を前記共通の中心の周りを回転させるように構成される、１項に記載の装置。
３．前記外側部分に対向する前記内側部分の表面は第１の曲率半径を有し、前記内側部分に対向する前記外側部分の表面は第２の曲率半径を有し、前記第１の曲率半径は前記第２の曲率半径よりも大きい、１項に記載の装置。
４．前記第１の曲率半径は、実質的に無限である、３項に記載の装置。
５．前記最終要素の前記内側部分と前記外側部分との間にギャップが画定され、前記ギャップに流体を供給するように構成された流体供給システムをさらに備える、先行する項のいずれかに記載の装置。
６．前記流体供給システムは、液体を前記ギャップに供給するように構成される、５項に記載の装置。
７．前記液体は、約１．４より大きい、約１．４５より大きい、約１．５より大きい、約１．５５より大きい、約１．６８より大きい、または、約２．０より大きい、屈折率を有する、６項に記載の装置。
８．前記内側部分は第１屈折率ｎ_１を有し、前記液体は第２屈折率ｎ_２を有し、その他の部分は第３屈折率ｎ_３を有し、ここで、ｎ_２＞ｎ_１およびｎ_２＞ｎ_３である、６または７項に記載の装置。
９．前記最終要素と前記基板との間の距離を検出するように構成されたセンサシステムをさらに備える、先行する項のいずれかに記載の装置。
１０．前記センサシステムは、基準に対する前記基板上の複数の点の位置を測定するように構成された複数の光センサを備える、９項に記載の装置。
１１．前記光センサは、前記投影システムの投影フィールドの外側にある、前記基板の複数の点のそれぞれの位置を測定するように構成される、１０項に記載の装置。
１２．前記光センサは、前記投影システムの投影フィールド内にある、前記基板上の複数の場所のそれぞれの位置を測定するように構成される、１０または１１項に記載の装置。
１３．前記光センサは、前記最終要素の前記内側および前記外側部分を介して前記基板上に放射ビームを誘導するように構成される、１２項に記載の装置。
１４．放射ビームを前記最終要素の前記内側部分の側面内へと誘導し、前記基板に対向する前記最終要素の前記内側部分の表面上で前記放射ビームを内部反射させるように構成される、９〜１２項のいずれかに記載の装置。
１５．前記基板に対向する前記最終要素の前記内側部分の表面は、コーティングを有し、前記コーティングは負の屈折率を有する材料で形成される、１４項に記載の装置。
１６．前記基板に対向する前記最終要素の前記内側部分の表面は、当該表面上に形成された回折格子を有する、１４または１５項に記載の装置。
１７．前記アクチュエータシステムは、前記投影システムの光軸に沿った位置および前記光軸に垂直な軸周りの回転から成る群から選択される少なくとも１つの自由度で、前記最終要素の前記内側部分を制御するように構成される、先行する項のいずれかに記載の装置。
１８．前記アクチュエータシステムは、前記投影システムの光軸に沿った前記最終要素の前記内側部分の前記位置および前記光軸に垂直な２つの直交軸周りの前記最終要素の前記内側部分の回転を制御するように構成される、先行する項のいずれかに記載の装置。
１９．前記最終要素の出射面から前記投影システム内へと後方反射した放射を検出するように構成される後方散乱検出システムをさらに備える、先行する項のいずれかに記載の装置。
２０．前記後方散乱検出システムは、前記最終要素の前記出射面上の３つの離れた位置から反射された放射のそれぞれの強度を検出するように構成される、１９項に記載の装置。
２１．前記基板をクリーニングするように構成されたクリーニングデバイスをさらに備える、先行する項のいずれかに記載の装置。
２２．前記基板上に像を投影している間に前記投影システムに対して前記基板を走査するように構成された位置決めデバイスをさらに備え、前記クリーニングデバイスは、前記基板の領域を、前記領域が投影システムの下で走査される前にクリーニングするように構成される、２１項に記載の装置。
２３．前記クリーニングデバイスは、前記基板を水で洗浄するように構成される、２１または２２項に記載の装置。
２４．前記投影システムの下で走査されようとしている前記基板の一部分上の粒子を検出するように構成された粒子ディテクタをさらに備える、先行する項のいずれかに記載の装置。
２５．前記粒子ディテクタは、前記基板をクリーニングするように構成されたクリーニングデバイスと前記投影システムとの間に位置決めされ、かつ、前記クリーニングデバイスによりクリーニングされた前記基板および前記投影システムの下で走査されようとしている前記基板の一部分上の粒子を検出するように構成される、２４項に記載の装置。
２６．前記アクチュエータシステムは、前記粒子検出器に応答し、粒子が検出された場合には、前記最終要素を前記基板から離れるように移動するように構成される、２４または２５項に記載の装置
２７．前記距離は、前記基板上に前記パターンを投影する投影ビームの波長未満である、先行する項のいずれかに記載の装置。
２８．前記波長は約１９３ｎｍである、２７項に記載の装置。
２９．放射のパターン付きビームを、前記パターン付きビーム投影する最終要素を有する投影システムを使って基板上に投影することであって、前記最終要素は約１００ｎｍ未満の距離だけ前記基板から間隔を置いて配置され、かつ内側部分および外側部分に分割される屈折型光エレメントである、投影することと、
前記投影中、アクチュエータシステムを使って前記最終要素の前記内側部分の位置および／または向きを制御することと、
を含む、デバイス製造方法。

Claims (14)

1. パターニングデバイスから基板上へパターンを投影するリソグラフィ投影装置であって、
   使用中、約１００ｎｍ未満の距離だけ前記基板から間隔を置いて配置され、かつ内側部分および外側部分に分割される屈折型光エレメントである最終要素を有する投影システムと、
   前記最終要素の前記内側部分の位置および／または向きを制御するアクチュエータシステムと、
   前記投影システムの下で走査されようとしている前記基板の一部分上の粒子を検出する粒子ディテクタと、
   を備え、
   前記外側部分に対向する前記内側部分の表面および前記内側部分に対向する前記外側部分の表面は、共に、実質的に球面状であり、かつ共通の中心を有し、
   前記アクチュエータシステムは、前記最終要素の前記内側部分を前記共通の中心の周りを回転させるものであり、
   前記粒子ディテクタは、前記基板をクリーニングするクリーニングデバイスと前記投影システムとの間に位置決めされ、かつ、前記クリーニングデバイスによりクリーニングされかつ前記投影システムの下で走査されようとしている前記基板の一部分上の粒子を検出する、
   装置。
2. 前記粒子ディテクタで粒子が検出された場合に前記最終要素を前記基板から離すように移動させる作動システムをさらに備える、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記最終要素の前記内側部分と前記外側部分との間にギャップが画定され、前記ギャップに流体を供給する流体供給システムをさらに備える、
   請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記流体供給システムは、液体を前記ギャップに供給する、
   請求項３に記載の装置。
5. 前記液体は、約１．４より大きい屈折率を有する、
   請求項４に記載の装置。
6. 前記最終要素と前記基板との間の距離を検出するセンサシステムをさらに備える、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 放射ビームを前記最終要素の前記内側部分の側面内へと誘導し、前記基板に対向する前記最終要素の前記内側部分の表面上で前記放射ビームを内部反射させる、
   請求項６に記載の装置。
8. 前記アクチュエータシステムは、前記投影システムの光軸に沿った位置および前記光軸に垂直な軸周りの回転から成る群から選択される少なくとも１つの自由度で、前記最終要素の前記内側部分を制御する、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記アクチュエータシステムは、前記投影システムの光軸に沿った前記最終要素の前記内側部分の前記位置および前記光軸に垂直な２つの直交軸周りの前記最終要素の前記内側部分の回転を制御する、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記最終要素の出射面から前記投影システム内へ後方反射した放射を検出する後方散乱検出システムをさらに備える、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記後方散乱検出システムは、前記最終要素の前記出射面上の３つの離れた位置から反射された放射のそれぞれの強度を検出する、
    請求項１０に記載の装置。
12. 前記距離は、前記基板上に前記パターンを投影する投影ビームの波長未満である、
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 放射のパターン付きビームを、前記パターン付きビーム投影する最終要素を有する投影システムを使って基板上に投影することであって、前記最終要素は約１００ｎｍ未満の距離だけ前記基板から間隔を置いて配置され、かつ内側部分および外側部分に分割される屈折型光エレメントである、投影することと、
    前記投影中、アクチュエータシステムを使って前記最終要素の前記内側部分の位置および／または向きを制御することと、
    前記基板をクリーニングするクリーニングデバイスと前記投影システムとの間に位置決めされた粒子ディテクタで、前記クリーニングデバイスによりクリーニングされかつ前記投影システムの下で走査されようとしている前記基板の一部分上の粒子を検出することと、
    を含み、
    前記外側部分に対向する前記内側部分の表面および前記内側部分に対向する前記外側部分の表面は、共に、実質的に球面状であり、かつ共通の中心を有し、
    前記アクチュエータシステムは、前記最終要素の前記内側部分を前記共通の中心の周りを回転させる、
    デバイス製造方法。
14. 前記粒子ディテクタで粒子が検出された場合に、作動システムで前記最終要素を前記基板から離すように移動させることをさらに含む、
    請求項１３に記載のデバイス製造方法。