(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心波長λを有する一次光線を生成するステップと;
照明経路に沿って照明系を介して前記一次光線を案内し、パターンを有するマスク上の照明視野に入射する照明光線を生成するステップと;
投影経路に沿った投影光線によって投影対物レンズを介して感光性基板上の結像視野に前記パターン画像を投影するステップと;
下限λＭＩＮ≦λおよび上限λＭＡＸ≧λを有する波長変更範囲Δλ内で前記中心波長を変更するステップであって、
この波長変更範囲内で、前記照明経路および前記投影経路のうちの少なくともいずれかに沿った少なくとも１つのガス充填空間内に存在する、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）および水蒸気（Ｈ２Ｏ）からなる群から選択された少なくとも１つのガス状吸収種の最小吸収係数ｋＭＩＮと最大吸収係数ｋＭＡＸとの吸収比（ｋＭＡＸ／ｋＭＩＮ）が１０を超過するステップと;
異なる光路に沿って前記結像視野に向けて移動する全ての光線に対して、前記吸収種によってもたらされる全体的な吸収率変化が所定の吸収率変化閾値未満に保持されるように、前記ガス充填空間内で前記吸収種の濃度を制御するステップと、
所定の照明光線テレセントリック性エラー閾値未満のテレセントリック性エラーが得られ、かつ／または所定の投影光線テレセントリック性エラー閾値未満のテレセントリック性エラーが得られるように、中心波長の変化に応じて照明光線のテレセントリック性を調整するステップと
を含み、
前記テレセントリック性を調整するステップは、所定の光線強度分布エラー閾値未満の強度分布変動エラーが得られるように、中心波長の変化に応じて前記投影対物レンズの射出瞳の空間強度分布を可変的に調整するステップを含むことを特徴とする投影露光法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記吸収率変化閾値を、０.１％以下とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、
波長変更範囲の絶対値Δλ＝λＭＡＸ−λＭＩＮに対して条件Δλ≧０．１５ｎｍを満たす方法。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法において、
λＭＩＮ＜１９３.３０ｎｍおよびλＭＡＸ＞１９３.５０ｎｍの双方またはいずれか一方を満たす方法。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法において、
１９３ｎｍ＜λＭＩＮ＜１９３.３０ｎｍおよび１９３.５０ｎｍ＜λＭＡＸ＜１９４ｎｍとする方法。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法において、
前記吸収種を酸素とする方法。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法において、
酸素濃度ＣＯＸを、前記照明系の射出面と前記投影対物レンズの入射面との間のガス充填空間において値ＣＯＸ＜１０％に保持し、酸素濃度ＣＯＸを、好ましくは、各ガス充填空間において値ＣＯＸ＜１０％に保持する方法。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法において、
前記強度分布エラーを１％未満とする方法。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法において、
少なくとも１つのガス充填空間において前記吸収種の前記濃度を測定し、濃度信号を生成し;
前記濃度信号に応じて前記一次光線の放出を制御し、好ましくは、前記放出の制御は、前記濃度信号が、前記ガス充填空間の所定濃度閾値を超過する前記吸収種濃度を示した場合に前記第一光線の放出を遮断するステップを含む方法。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか一項に記載の方法において、
マスクに隣接するガス充填空間を密閉し、前記マスクと相互作用する光線に対して透過性の密閉されたガス充填空間を形成し;
前記吸収種の濃度が臨界濃度未満となるように、前記密閉された空間から前記吸収種を除去し、好ましくは、吸収種の除去は、前記吸収種の前記濃度を前記臨界濃度未満に低減するために効果的なパージガスを前記ガス充填空間に導入することによって前記ガス充填空間を浄化するステップを含み、好ましくは、前記密閉された空間の周辺環境のガス圧に対して前記パージガスを過圧状態に保つ方法。
【請求項１１】
請求項１から９までのいずれか一項に記載の方法において、
前記投影対物レンズの射出面と前記基板の入射面との間の空間に、実質的に１よりも大きい屈折率を有する液浸液を充填する方法。
【請求項１２】
１９３ｎｍから１９４ｎｍまでの間の中心波長λを有する第一光線を生成する光源と;
照明経路に沿って一次光線を案内し、パターンを有するマスク上に入射する照明光線を生成する照明系と;
投影経路に沿って案内された投影光線により感光性基板上にパターン画像を投影する投影対物レンズと;
下限λＭＩＮ≦λおよび上限λＭＡＸ≧λを有する波長変更範囲Δλ内で中心波長を変更する波長変動システムであって、この波長変更範囲内で、前記照明経路および前記投影経路のうちの少なくともいずれかに沿った少なくとも１つのガス充填空間内に存在する、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）および水蒸気（Ｈ２Ｏ）からなる群から選択された少なくとも一つのガス状吸収種の最小吸収係数ｋＭＩＮと最大吸収係数ｋＭＡＸとの吸収比（ｋＭＡＸ／ｋＭＩＮ）が１０を超過する波長変更システムと;
異なる光路に沿って前記結像視野に向けて移動する全ての光線に対して前記吸収種によってもたらされる全体的な吸収率変化が所定の吸収率変化閾値未満に保持されるように、前記ガス充填空間内で前記吸収種の濃度を制御するための吸収率制御システムと、を含み、
所定の照明光線テレセントリック性エラー閾値未満のテレセントリック性エラーが得られ、かつ／または所定の投影光線テレセントリック性エラー閾値未満のテレセントリック性エラーが得られるように、前記中心波長の変化に応じて照明光線のテレセントリック性を調整するように構成されたテレセントリック性操作装置と、
所定の光線強度分布エラー閾値未満の強度分布変動エラーが得られるように、中心波長の変化に応じて前記投影対物レンズの射出瞳の空間強度分布を可変的に調整するフィルタと
を備えていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の投影露光装置において、
前記吸収率制御システムが、前記マスクに隣接するガス充填空間を密閉し、かつ前記マスクと相互作用する光線に対して透過性の密閉されたガス充填空間を形成するように構成された密閉された構造体と、前記吸収種の前記濃度が臨界濃度未満となるように前記密閉された空間から前記吸収種を除去するように構成されたシステムとを含み、
好ましくは、吸収種を除去するように構成された前記システムは、前記吸収種の前記濃度を臨界濃度未満に低減するために効果的なパージガスを前記ガス充填空間に導入することによって、前記ガス充填空間を浄化するように構成されたガス供給システムを含む投影露光装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の投影露光装置において、
前記投影対物レンズの射出面と前記基板の入射面との間の空間に、実質的に１よりも大きい屈折率を有する液浸液を充填するように構成された構造体を備える投影露光装置。
【請求項１５】
請求項１２から１４までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
少なくとも１つのガス充填空間において前記吸収種の前記濃度を測定し、濃度信号を生成するように構成された測定システムと、
濃度信号と、
前記濃度信号に応じて前記一次光線の放出を制御するように構成された制御システムと
を備える投影露光装置。
【請求項１６】
中心波長λ＜２００ｎｍを有する一次光線を生成する光源と;
照明経路に沿って前記一次光線を案内し、パターンを有するマスク上に入射する照明光線を生成する照明系と;
投影経路に沿って案内される投影光線によって感光性基板上にパターン画像を投影する投影対物レンズと;
下限λＭＩＮ≦λおよび上限λＭＡＸ≧λを有する波長変更範囲内の前記中心波長を変更するように構成されており、波長変更範囲の絶対値Δλ＝λＭＡＸ−λＭＩＮに対して条件Δλ≧０．１５ｎｍが満たされている波長変更システムと；
所定の照明光線テレセントリック性エラー閾値未満のテレセントリック性エラーが得られ、かつ／または所定の投影光線テレセントリック性エラー閾値未満のテレセントリック性エラーが得られるように、前記中心波長の変化に応じて照明光線のテレセントリック性を調整するように構成されたテレセントリック性操作装置と、
所定の光線強度分布エラー閾値未満の強度分布変動エラーが得られるように、中心波長の変化に応じて前記投影対物レンズの射出瞳の空間強度分布を可変的に調整するフィルタと
を備えることを特徴とする投影露光装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の投影露光装置において、
前記波長変更範囲が１９２.２ｎｍから１９３.５ｎｍまでの間の波長範囲を含み、かつ／または前記光源がＡｒＦエキシマレーザであり、かつ／または１９３ｎｍ＜λＭＩＮ＜１９３.３０ｎｍおよび１９３.５０ｎｍ＜λＭＡＸ＜１９４ｎｍである投影露光装置。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の投影露光装置において、
異なる光路に沿って結像視野に向けて移動する全ての光線に対して、前記吸収種によってもたらされる全体的な吸収率変化が所定の吸収率変化閾値未満に保持されるように、前記照明経路および前記投影経路のうちの少なくともいずれかに沿った少なくとも１つのガス充填空間内に存在する、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）および水蒸気（Ｈ２Ｏ）からなる群から選択された少なくとも１つのガス状吸収種の濃度を制御するための吸収率制御システムを備えている投影露光装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の投影露光装置において、
前記吸収率制御システムが、前記マスクに隣接するガス充填空間を密閉し、かつ前記マスクと相互作用する光線に対して透過性の密閉されたガス充填空間を形成するように構成された密閉された構造体と、前記吸収種の前記濃度が臨界濃度未満となるように前記密閉された空間から前記吸収種を除去するように構成されたシステムとを含み、
好ましくは、吸収種を除去するように構成された前記システムは、吸収種の濃度を臨界濃度未満に低減するために効果的なパージガスを前記ガス充填空間に導入することによって、前記ガス充填空間を浄化するように構成されたガス供給システムを含む投影露光装置。
【請求項２０】
請求項１６から１９までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記投影対物レンズの射出面と前記基板の入射面との間の空間に、実質的に１よりも大きい屈折率を有する液浸液を充填するように構成された構造体を備える投影露光装置。
【請求項２１】
請求項１６から２０までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
所定の照明光線テレセントリック性エラー閾値未満のテレセントリック性エラーが得られ、かつ／または所定の投影光線テレセントリック性エラー閾値未満のテレセントリック性エラーが得られるように、前記中心波長の変化に応じて前記投影光線のテレセントリック性を調整するように構成されたテレセントリック性操作装置を備えている投影露光装置。
【請求項２２】
請求項１６から２１までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
少なくとも１つのガス充填空間において前記吸収種の前記濃度を測定し、濃度信号を生成するように構成された測定システムと、
前記濃度信号に応じて前記一次光線の放出を制御するように構成された制御システムと
を備える投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影対物レンズの物体面の領域に配置されるマスクの少なくとも１つのパターン画像を用いて、投影対物レンズの結像面の領域に配置される感光性基板を露光するための投影露光法、およびこの方法を実施するために適した投影露光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロリソグラフィ投影露光法は、現在では集積半導体素子および他の微小構造化部品を製作するために用いられている。結像されるべき構造パターン、例えば半導体部品の層の線形パターンを有するマスク（レチクル）が使用される。マスクは、投影露光システムにおいて、照明系と投影対物レンズとの間で投影対物レンズの物体面の領域に位置決めされており、マスク上の照明系によって供給される照明光線によって照明される。マスクおよびパターンによって変化した光線は、投影光線として投影対物レンズを通過し、この光線は、露光されるべき基板にマスクのパターンを結像させる。通常、基盤は感光性の層（フォトレジスト）を有している。
【０００３】
次第に最終的なパターンを有するマスクの投影画像の空間分解能を改良することが、投影対物レンズの像側の開口数（ＮＡ）を増大させること、および、短波長を有する光線を使用することによって可能となる。現在では、約２６０ｎｍ未満の波長を有する紫外線が使用されることが多い。屈折性または反射屈折性の投影対物レンズを用いた多くの投影露光システムは、中心波長λ≒１９３ｎｍを有するＡｒＦエキシマレーザによって提供される一次光線を使用する。
【０００４】
屈折光学素子、例えばレンズを含む投影システムの光学特性は、主に光学接触面、例えばガス充填された空間に隣接したレンズ面で生じる屈折率差による影響を受ける。光学系の他の特徴的な設計要素、例えば、光学面の半径、光学面間の距離、光学面の非球面形状などは、具体的な一連の設計パラメータのために最適化される。屈折率差の各変動は、付加的な結像収差をまねく。
【０００５】
光学面に隣接した１つの光学物質がガスである場合、圧力変化は光学面で屈折率差に著しい変動をもたらす場合がある。なぜなら、ガス濃度およびガスの屈折率はガス圧によって変化するからである。同様に、温度変化は屈折率差に影響する。圧力変化は主に光学縦列のガス状物質に作用し、温度変化は一般にガスならびに固体透明材料、例えばガラスまたは結晶質のフッ化物、または、例えば光学縦列において任意に使用される液浸液などの光学液の光学特性に影響を及ぼす。
【０００６】
光学接触面の屈折率差は、使用する光線の波長による影響を受ける。この作用の原因である光学分散度ｄｎ／ｄλは、通常、ガス状物質においてよりも固体物質および液体において大きい。例えば、λ＝１９３．３６８ｎｍ近辺の分散度ｄｎ／ｄλは、石英ガラスでは約−１.５７７×１０−６ｐｍ−１であり、結晶質弗化カルシウムでは−０．９８９×１０−６ｐｍ−１であり、水（液浸液として使用される場合もある）では−２．１３９×１０−６ｐｍ−１である。分散により、光線の中心波長の微細な変化が光学系の内部で識別可能な屈折率変動を引き起こす。
【０００７】
米国特許第５，８３８，４２６号明細書は、投影露光システム、および中心波長λ＝２４８.４ｎｍを放出するＫｒＦエキシマレーザによって供給される照明光線を投影露光システム周辺で生じる圧力変化に応じて変更する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，８３８，４２６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、投影露光システム周辺で生じた圧力変化とはほぼ無関係な光学性能を有する投影露光法およびシステムを提供することである。本発明の別の課題は、結像収差補正および結像収差補償に関して極めて可変的である投影露光法およびシステムを提供することである。本発明の別の課題は、投影露光装置周辺で生じた大気変化とはほぼ無関係な光学性能を有する約１９３ｎｍの中心波長を備える一次光線を利用し、投影露光法およびシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これらの課題を解決するために、本発明は、本発明の１つの実施形態に従って、
中心波長λを有する一次光線を生成するステップと;
照明経路に沿って照明系を介して一次光線を案内し、パターンを有するマスク上の照明視野に入射する照明光線を生成するステップと;
投影経路に沿った投影光線によって投影対物レンズを介して感光性基板上の結像視野にパターン画像を投影するステップと;
下限λＭＩＮ≦λおよび上限λＭＡＸ≧λを有する波長変更範囲Δλ内で中心波長を変更し、
この波長変更範囲内で、照明経路および投影経路のうちの少なくともいずれか沿った少なくとも１つのガス充填空間内に存在する、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）および水蒸気（Ｈ２Ｏ）からなる群から選択された少なくとも一つのガス状吸収種の特定の吸収係数ｋ（λ）を、吸収比（ｋＭＡＸ／ｋＭＩＮ）が１０を超過するように、最小吸収係数ｋＭＩＮと最大吸収係数ｋＭＡＸとの間で変化させるステップと;
異なる光路に沿って結像視野に向けて移動する全ての光線に対して吸収種によってもたらされる全体的な吸収率変化が所定の吸収率変化閾値未満に保持されるように、ガス充填空間内で吸収種の濃度を制御するステップと
を含む投影露光法を提供する。
【００１１】
全体的な吸収率変化は、実質的に０.５％または０.４％未満であることが望ましい。いくつかの実施形態における吸収率変化閾値は、０.３％未満または０.２％未満である。好ましくは、吸収率変化閾値は、０.１％以下である。この条件が満たされている場合、通常は吸収率が視野均一性に決定的に影響を及ぼすことはない。
【００１２】
本明細書の冒頭で述べたように、大気圧変化は投影露光システムの光学性能に影響を及ぼすので考慮されるべきである。１つの方法は一次光線の中心波長λを調整または変更し、これにより、圧力に誘起された光接触面における屈折率差の変動を、少なくとも部分的に光学媒体における波長分散によって補償することである。しかしながら、分散は考慮されるべき唯一の点ではない。光学縦列に沿ったガス充填空間内の媒体の吸収率は、圧力、温度および波長の関数でもある。それゆえ、ガス充填空間内の吸収率を考慮することも有益であり、これにより、異なる環境において信頼のおける補償対策および光学性能が得られる。
【００１３】
現在使用されている多くの投影露光システムでは、照明系と照明されるべきマスクとの間の空間ならびにマスクと投影対物レンズとの間の空間が、空気または空気に相当する酸素（Ｏ２）量を含む別のガスにより充填されている。また投影対物レンズの射出面と露光される基板との間の空間には、この空間に液浸液を使用しない場合には、酸素を含むガス、例えば空気が充填されている場合が多い。酸素原子を含む他のガス状分子、例えばオゾン（Ｏ３）および／または水蒸気（Ｈ２Ｏ）などが所定量存在しいてもよい。
【００１４】
酸素は、１９３.４ｎｍ近辺でＡｒＦエキシマレーザによって提供される波長範囲内の特定の波長において紫外線に対して強い吸収率を呈する（例えばＫ.吉野、Ｄ．Ｅ，フリーマン等による"High Resolution Absorption Cross Section Measurements and Band Oscillator Strengths of the (1 ,0)-(12,0) Schumann-Runge Bands of O2, Planet Space Sci. 31 (1983), No. 3, 339-353)"を参照のこと）。
【００１５】
シューマン−ルンゲ帯により反映される吸収特性は、約１９３ｎｍの中心波長を有する従来のシステムを、例えば、１９３.３３ｎｍから１９３.４５ｎｍまでの吸収帯域間の低い吸収率の範囲から選択された中心波長λのみを利用するように制限するものであった。対応する波長変更範囲Δλ≒０.１２ｎｍは、中心波長が変化することが望ましい多くの用途のためには十分であることがわかった。例えば、投影露光システムは、海面位においても、海抜２，０００ｍ以上の高い高度においても作動可能に保持されるように、異なる高度に適合可能であることが望ましい。またほとんどの場合、天候により生じた圧力変化による変動も補償することができる。使用されるこの波長変更範囲において、（例えば、吸収係数ｋまたは吸収断面積σの値によって表される）酸素に起因する特定の吸収率の絶対値は、２または３倍以上には変化しない。しかしながら、投影露光システムのガス充填空間の内部で吸収種、例えば酸素の濃度が制御され、これにより、異なる光路に沿って結像視野に向けて移動する全ての光線の吸収種によってもたらされる全体的な吸収率変化が所定の吸収率変化閾値未満に保持された場合、波長変更範囲Δλの可能幅はもはや制限されない。例えば、利用される波長最小値λＭＩＮは１９３.３０ｎｍ未満となるように調整してもよい。波長変更範囲は、約１９３.２９ｎｍ近辺に吸収帯の局部的吸収率最大値の範囲を含んでいてもよいし、この値より小さくてもよい。代替的または付加的に、波長変更範囲の最大値λＭＡＸは、必要に応じて約１９３.４９ｎｍ近辺の他の局部的吸収率最大値まで拡大してもよい。
【００１６】
いくつかの実施形態では、波長変更範囲の絶対値Δλ＝λＭＡＸ−λＭＩＮに対して条件Δλ≧０.１５ｎｍが満たされる。これにより、圧力および温度による性能変化の補償に関してより高い自由度が得られる。また利用された透明な固体光学材料のより大きい絶対屈折率差を、例えば５×１０−５まで補償することもできる。この柔軟性の増大は、コスト高な測定にかかる支出を低減することを可能にし、異なるタイプの光学材料の使用に関してより高い柔軟性をもたらす。例えば、様々な製造業者から得られる光学特性に関してわずかに異なる溶融石英材料および／または結晶質フッ化物を、光学系において許容することができる。使用材料に関する柔軟性が高いので、さらに耐用性およびコストなど他の要素を最適化することができる。
【００１７】
いくつかの実施形態では、１ｍｍよりも軸線方向に拡大されたそれぞれのガス充填空間、好ましくは、軸線方向寸法に関係なくそれぞれのガス充填空間において酸素濃度ＣＯＸが値ＣＯＸ＜１０％および／またはＣＯＸ＜１％に保たれる。
【００１８】
問題のあるガス充填空間は、異なる光線間において光路長さに大幅な差が生じる空間である。このような不安定なガス充填空間は、隣接する光学面の入射角の大幅な変化により特徴づけられる場合もある。こうした場合、異なる光線に対して生じる吸収率は、入射角に応じて著しく異なる場合もある。従って、一般に、光学系の視野面に近接する、または視野面と境をなすガス充填空間は決定的に重要な場合がある。これらの空間は、物体面に隣接する空間および投影対物レンズの結像面に隣接する空間を含む。投影対物レンズが少なくとも一つの中間像を有する場合、中間像に隣接する空間は、異なる光線間の光路長さの大きい変動により決定的に重要となる場合もある。
【００１９】
いくつかの実施形態では、マスクに隣接したガス充填空間は密閉空間を形成するように密閉されており、これにより、マスクと相互作用する光線に対して透過性の密閉された空間が形成される。この密閉された空間は、酸素濃度が臨界値未満となるように（例えば酸素＜１０％または＜１％）、排気してもよい。例えば、酸素などの吸収種の濃度を臨界濃度未満に低減するために効果的なパージガスをガス充填空間に導入することによってガス充填空間を浄化することも可能である。浄化は臨界ガス充填空間を密閉せずに行うこともできるが、パージガスは好ましくは密閉された空間内に案内され、所望のように吸収種を除去する。この場合、パージガスを経済的に使用することができる。
【００２０】
異なるパージガスを、単独で、または互いに組み合わせて使用することもできる。例えば、窒素（Ｎ２）または二酸化炭素（ＣＯ２）またはヘリウム（Ｈｅ）またはアルゴン（Ａｒ）を浄化のために使用してもよい。
【００２１】
パージガスが密閉された空間の内部で使用される場合、密閉された空間の周辺環境のガス圧に対してパージガスを過圧状態に保つことが好ましい場合もあり、これにより、周辺環境に存在する吸収種が密閉された空間に大量に進入することを防止できる。例えば、過圧は、５０から１，０００Ｐａまでの範囲であってもよい。
【００２２】
必要に応じて、投影対物レンズの射出面と基板との間の領域に同様の方法を適用することもできる。液浸システムにおいては、投影対物レンズの射出面と基板の入射面との間の空間に、投影露光システムの動作中に１よりも実質的に大きい屈折率を有する液浸液が充填され、これにより、ガス状吸収種がこの空間から取り除かれる。
【００２３】
投影対物レンズの結像性能を異なる環境条件に合わせて調整するために、光線の中心波長λが変更された場合、照明系の照明経路に沿った光路もまた変更される。これにより、照明系の光学性能が低下する場合もある。具体的には、必要とされるテレセントリック性が悪化する場合もある。いくつかの実施形態では、このような作用が考慮され、中心波長の変更に応じて照明光線のテレセントリック性を調整し、これにより、所定の照明光線テレセントリック性エラー閾値未満のテレセントリック性エラーが得られる。適切なテレセントリック性操作手段を必要に応じて作動させてもよい。
【００２４】
投影露光法は、テレセントリック性エラー閾値未満のテレセントリック性エラーが得られるように、中心波長の変化に応じて投影光線のテレセントリック性を調整するステップを含んでいてもよい。
【００２５】
投影露光システムのテレセントリック性を調整するステップは、投影対物レンズの光軸に対して投影対物レンズの開口絞りを変位させるステップ、投影対物レンズに対して基板の位置を調整するステップ、投影対物レンズに対して結像されるべきマスクの位置を調整するステップ、および、照明系の第２部品に対して、照明光線を生成する照明系の第１部品の位置を調整するステップのうちの少なくとも１つのステップを含んでいてもよい。
【００２６】
特定の用途において吸収によって生じる残留効果を許容できる場合には、投影露光システム内部のガス状吸収種を完全に除去することは必ずしも必要ではない場合もある。１つの残留効果は、投影露光システムの内部の異なる光線は、光軸と共に形成されるそれぞれの光線角度に応じた異なる光路に沿って移動するという事実に基づいた吸収率の変化によってもたらされる。一般に、光路に沿った全体的な吸収率は、結像視野に向かう途上におけるガス状吸収種を充填された空間の絶対的な長さに関係している。所定の光線強度分布エラー閾値未満の強度分布変動エラーが得られるように、中心波長の変化に応じて投影対物レンズの射出瞳の空間強度分布を調整することが有利な場合もある。このために、空間強度分布に適合した透過率の空間的変動を有する適切なフィルタ素子を、投影対物レンズの射出瞳の領域（または投影対物レンズと光学的に協働する領域）内に導入し、強度変化を補償することもできる。あるいは、空間透過分布に対応する角度選択的な透過性を有するフィルタ素子を、射出瞳に関してフーリエ変換された位置の視野面またはその近傍に導入してもよい。出願人により出願されたドイツ国特許出願第１０２１８９８９号明細書が、このために構成することのできる適切なフィルタ素子および方法を開示している。この明細書の開示内容は、参照により本明細書に組み入れられる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、投影対物レンズの射出瞳の空間強度分布は、中心波長の変化に応じて調整され、これにより、１％未満の強度分布変化エラーが得られる。上記エラーは、例えば０.８％以下または０.５％の以下であってもよい。好ましくは、強度分布変動エラーは、０.１％未満、例えば０.０８％以下または０.０５％以下である。約０.０１％のオーダの値は、多くの場合は許容可能である。
【００２８】
いくつかの実施形態は、少なくとも１つのガス充填空間で吸収種の濃度を測定することを可能にし、濃度信号を発信して濃度信号に応答して１次光線の放出を制御するように構成されている。この場合、投影露光システムは、例えば周辺圧力の増減等の環境の変化、または光学系のエラー状況に応じて短時間で反応することができる。投影露光システムは、監視されている空間における濃度信号が、ガス充填空間の所定濃度閾値を超過する吸収種濃度を示した場合に、放出制御部が１次光線の放出を遮断するステップを含むように構成されている。これらの付加的な安全性の確保によって、より安定したプロセスが得られる場合もある。
【００２９】
個々の特徴は、単独で、または組み合わせて本発明の実施形態として実施してもよいし、あるいは他の適用分野において実施してもよい。さらに個々の特徴はそれら自体の権利において特許を受けることができる有利な実施形態を示しており、これらの実施形態に対して出願された出願内容において保護が請求され、または、出願内容の係争中の保護が請求される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態による投影露光法を実施するために構成された投影露光システムの実施形態の概略図である。
【図２】吸収帯に適合された異なる波長変更範囲および文献に基づく値に従ったシューマン−ルンゲ帯の吸収断面積の測定から得られる線図である。
【図３】照明系と投影対物レンズとの間のマスクが載置された空間の幾何学配置を示す概略的な拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、高密度に集積される半導体構成部品を液浸リソグラフィによって製造するために使用されるウェーハスキャナＷＳＣとして構成されたマイクロリソグラフィ投影露光システムの実施形態の概略図である。このシステムは第１光源ＬＳを含み、第１光源ＬＳは、中心波長λ≒１９３.４ｎｍを有する一次光線ＰＲを生成するためのＡｒＦエキシマレーザによって形成されている。一次光線ＰＲの放出ビームは、ガス密なガイドシステムＧＳによって照明系ＩＬＬの入口に向けて案内される。照明系ＩＬＬは、第一光線を、感光性基板Ｗに結像されるべきパターンを有するマスクＭに入射する光線に変換するように構成されている。照明系ＩＬＬは、種々異なる照明モードを選択することを可能する多数の光学部品および光学ユニットを有し、これにより、所望のコヒーレンスを有する従来の照明、環状視野照明、双極子または四極子照明の間で照明モードを切り換えることができる。照明系は、マスクの光学的に下流側に配置される投影対物レンズＰＯのテレセントリック性必要条件に適合し、ほぼ均質な照明を有する、厳密に限定された大きい照明視野を生成する。照明系の光学部品は、ガイドシステムＧＳとガス連通状態で、適切な密閉構造によって本質的にガス密に封じ込められる。
【００３２】
マスクＭを保持し、操作するための装置ＲＳ（レチクルステージ）は、一般に、照明系の出口側と投影対物レンズの入力側との間の領域に配置される。この場合、マスクＭによって設けられるパターンＰＡＴは、投影対物レンズの物体平面ＯＳに配置される。物体平面ＯＳは、照明系（図３）の出口平面ＥＰと一致する。装置ＲＳは、照明系の光軸に対して垂直な走査方向にマスクを移動させ、物体平面ＯＳに対して平行に投影対物レンズを移動させることを可能にする走査駆動装置を含む。
【００３３】
マスク平面（またはレチクル平面）とも呼ばれる平面ＯＳには投影対物レンズＰＯが後置されている。投影対物レンズＰＯは、フォトレジスト層により被覆された半導体ウェーハＷの形の感光性基板に、例えば４：１の縮尺でマスクの画像を結像するように構成されている。４：１以外の縮尺、例えば５：１、１０:１またはそれ以上の縮尺も同様に可能である。投影対物レンズＰＯは、例えば出願人による米国特許第６８９１５９６号明細書に開示されているように、純粋に屈折性であってもよいし、または、例えば出願人による国際公開第２００５０９８５０６パンフレットもしくは米国特許出願公開第２００５０１９０４３５号明細書に開示されているように、１つ以上の凹状ミラーを含む反射屈折光学系であってもよい。これらの明細書の開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００３４】
フォトレジスト層により被覆され、感光性基板として使用されるウェーハＷは、平坦な基板面ＳＳおよび基板面ＳＳに被覆されたフォトレジスト層が投影対物レンズＰＯの平坦な結像面ＩＳと一致するように配置される。ウェーハは、装置ＷＳ（ウェーハステージ）によって保持される。ウェーハステージは、スキャン操作のためにマスクＭと同期的に、かつマスクに対して平行に、反対方向にウェーハを移動させるためのスキャナ駆動装置を備えている。ウェーハステージは操作装置をも含み、これにより、投影対物レンズの光軸に対して平行なｚ方向にも、光軸に対して、かつ互いに対して直角なｘおよびｙ方向にも、ウェーハを移動させる。傾動装置が組み込まれており、投影対物レンズの光軸に対して直角に延びる少なくとも１つの傾動軸を有している。操作のための付加的な自由度が設けられていてもよい。
【００３５】
ウェーハＷを保持するために設けられた装置ＷＳは、液浸リソグラフィを可能にするように設計されている。装置ＷＳは平坦で液密な保持構造体を含む。保持構造体は、投影対物レンズに面した上側が開放されており、液浸液ＩＬを収容するように寸法決めされ、これにより、液浸液が保持構造体内に導入された場合に液浸液が基板面ＳＳの少なくとも露光されるべき領域を完全に覆い、投影対物レンズの射出面と基板面との間の作業距離全体が液浸液により満たされるように投影対物レンズＰＯの射出面を液浸液に浸漬することができる。露光システム全体は、中央処理装置ＣＰＵによって制御される。
【００３６】
投影露光システムは波長変更システムＷＶＳを備えている。波長変更システムＷＶＳは、最大波長変更範囲Δλ＞０.１５ｎｍ、例えば、約１９３.２７ｎｍから１９３.４６ｎｍまでの間ので、レーザ光源ＬＳによって放出される一次光線ＰＲの中心波長λを変更するように構成されている。光源は、レーザ共振器と、レーザ共振器と協働する波長調整素子とを備えている。波長調整素子は、例えば、レーザから放出される光線の帯域幅を狭めることができる格子を備えていてもよい。共振器に対する格子の傾斜角を変更することによって、レーザ共振器の固有波長帯域の範囲内で放出された中心波長λを変更することもできる。傾斜可能な格子は、中央処理装置ＣＰＵ内に組み込まれた波長変更制御装置によって制御される駆動装置（図示していない）に接続されている。レーザから放出される波長を様々に調整するための他の手段を用いてもよい。
【００３７】
密閉構造体Ｅは、照明系の出口端部と投影対物レンズの入口端部との間の空間が本質的にガス密に封じ込められることを可能にするために設けられている。このために、密閉構造体Ｅは、照明系の出口側端部の外側に密封して係合するように構成された照明側開口と、投影対物レンズの入口側端部を密封して収容する、照明側開口の反対側に設けられた別の開口とを有する容器として形成されている。密閉構造体Ｅは、レチクルステージＲＳの可動機械部分全てを収容することができるように寸法決めされており、したがって、電力線等のみが密閉構造体の壁を介して案内されればよい。密閉構造体Ｅの内部で検出された酸素量に応じた電気的センサ信号を発信するために設けられたガスセンサＳＥＮＳが、密閉構造体の内部、または密閉構造体の壁内に取り付けられ、中央処理装置ＣＰＵに電気的に接続される。中央処理装置の選択された部分は、密閉構造体Ｅの内部の酸素分圧が臨界閾値を超過していることを示すガスセンサＳＥＮＳによって供給されるセンサ信号に応じて光源ＬＳに対して遮断信号を生成するように構成されている。
【００３８】
投影対物レンズＰＯは、投影対物レンズの瞳孔面の近傍または瞳孔面に配置された可変開口絞りＡＳを有している。開口絞り操作装置ＡＳＭが、（利用されるＮＡ値を決定するための）開口絞りの有効径を調整するために設けられており、横方向移動および／または傾動によって光軸に対して開口絞りの位置を移動させることを可能にし、これにより、結像側のテレセントリック性状態を調整することができる。開口絞り操作装置ＡＳＭは、中央処理装置に電気的に接続されている。照明系ＩＬＬに接続されたテレセントリック性操作装置ＴＭは、中央処理装置ＣＰＵにも接続されており、照明系の選択された光学素子を移動および／また傾動させることによってマスクＭ上に入射する照明光線のテレセントリック性を調整することを可能にする。
【００３９】
ガス供給システムＧＳＵＰは、ガスラインＧＬによって、ガイドシステムＧＳ、照明系ＩＬＬ、密閉された構造体Ｅおよび投影対物レンズＰＯの内部に接続されている。本実施形態では、ガス供給システムは、本質的に無酸素性のガス、例えば窒素またはアルゴンにより、光学系の内部の上記全ての空間を連続的に清浄するように構成されている。他の実施形態では、光線が横断する光路の異なる部分に清浄ガスを供給することを可能にするために１つ以上のガス供給システムが設けられていてもよい。
【００４０】
約１９３ｎｍの波長で作動する投影露光システムの光路に酸素が存在することにより生じるいくつかの問題を、ここで図２および図３に関連して説明する。図２は、３００Ｋにおける１９３.０から１９３.６ｎｍまでの間の真空波長λ（ｎｍ）の関数として、Ｏ２吸収断面積σ（ｃｍ２）に関する実験データを示している（K. Yoshino, D. E. Freeman, et al: “High Resolution Absorption Cross Section Measurements and Band Oscillator Strengths of the (1,0)-(12,0) Schumann-Runge Bands of O2, Planet Space Sci. 31 (1983), No.3,339-353”）。
この波長間隔では、Ｏ２吸収断面積に対して３つの極大値Ｍ１、Ｍ２およびＭ３（いわゆる「シューマン-ルンゲ帯」）が存在する。（レーザ出力の全般的な最大値および比較的低いＯ２吸収値によって影響される）ＡｒＦレーザの最適なレーザ効率が、波長λ０＝１９３.３６８ｎｍ（σ＝３.０１×１０−２３ｃｍ２またはｋ＝８.１×１０−４ｃｍ−４ａｔｍ−１）に対して得られると考えられる。断面積値が、近くの局部的吸収極大値Ｍ２およびＭ３では、低いλ側および高いλ側に対して著しく大きいことが図２から明白である。例えば、吸収断面積は、局部的吸収極大値Ｍ２では、約１９３.２９ｎｍ（ここでｋ≒３.２×１０−２ｃｍ−４ａｔｍ−１）において、低いλ側に対して約５０倍大きい。
【００４１】
ここで、酸素によって引き起こされる吸収ＡＢＳを考慮する。吸収ＡＢＳは、ＡＢＳ＝１−（Ｉ／Ｉ０）＝ｅ−ｋＬ
に従って吸収係数ｋから導くことができ、この場合（Ｉ／Ｉ０）は透過率Ｔであり、Ｌは吸収が生じる光路の幾何学的長さを表す。吸収係数ｋは、理想的なガス等式
ｋ＝σｎ
を用いて理想的なガス状態を仮定する吸収断面積σを用いて計算することができ、この場合、ｎ＝μｎ＊Ｐ／ＲＴであり、ｎは空気中のガス類の濃度（ｃｍ−３）、ｎ＊は空気中のガス類の割合、Ｐは圧力（ｂａｒ）、Ｔ＝周辺温度（℃）＋２７３.１６、Ｒは一般ガス定数、μは寸法のための変換定数である。従って、吸収断面積σ（λ）のために図２に示した条件は、温度および圧力が一定である場合の（波長に依存する）吸収係数ｋ（λ）のための条件に直接にあてはまる。
【００４２】
ここで従来の投影露光システムが、光線が横断する少なくともいくつかのガス充填された空間であり、これらの空間が通常約２０％の酸素を含む空気で満たされていると考える。吸収による能力損失を回避するために、酸素による吸収が大部分回避されるように、システムの中心波長λを選択することが望ましい。従って、λ０に近い中心波長λを使用してもよい。例えば、圧力変動によって生じる収差を補償するために、中心波長を変更することが望ましい場合、波長変更範囲Δλは、吸収レベルが比較的低い波長、例えば約１９３.４ｎｍ近辺の広い局部的な最小値内の値のみをなお含むべきである。おおむねλＭＩＮ＝１９３.３３ｎｍからλＭＡＸ＝１９３．４５までの間にわたる可能な波長変更範囲Δλ０が示されている。この範囲内で、酸素によって生じる吸収値は、係数３より多くは変化しない。この領域内で可能な絶対範囲Δλ＝０.１２ｎｍは、多くの用途において周辺圧力変動などによる収差を考慮するためには十分であるが、Δλのためにはより大きい絶対値が望ましい。
【００４３】
図１の露光システムにおいて、光線が横断する光路全体は、光源ＬＳと基板Ｗとの間のガス充填された全ての空間に本質的に無酸素のガスを導入することにより、本質的に無酸素に保たれる。約２０％から約１０％に酸素濃度を低減すれば充分な場合もあるが、実際には、ガス充填された空間に１％よりも少ない酸素が存在するように低減され、これにより、酸素の吸収効果が著しく低減される。このような状況下で、中心波長λは、（吸収係数ｋ（λ）または吸収断面積σλによってそれぞれ表される）比較的高い特定吸収値に相当する値に変更してもよい。３つの例示的な利用可能な波長変更範囲Δλ１、Δλ２およびΔλ３を図２に概略的に示す。Δλ１の場合、低い方の波長吸収帯域Ｍ２を下回る波長変更範囲ＬＳの最小値λＭＩＮは約１９３．２３ｎｍであり、１９３.２９ｎｍで吸収率極大値を含む。λ１の最大波長値λＭＡＸが１９３.４５ｎｍなので、絶対値Δλ１＝０．１９ｎｍが得られる。第２の波長変更範囲Δλ２によって示されるように、最大波長値λＭＡＸを、高い方の吸収率最大値Ｍ３を越える値、例えばλＭＡＸ＝１９３.５２まで拡大することも可能である。必要に応じて、波長変更範囲Δλ３は、λ０の両側に両方の吸収極大値Ｍ２、Ｍ３を含んでいてもよい。通常、例えば、光学材料内の圧力変動により、波長変更範囲が広いとより大きい屈折率変動値を許容することができるので、できるだけ広い波長変更範囲を有することが望ましい。１９２.２ｎｍから１９３.５ｎｍまでの波長変更範囲（Δλ＝０．３ｎｍ）が有利である。より広い、例えば、１９３.０ｎｍから１９３.６ｎｍ（Δλ＝０．６ｎｍ）までの波長変更範囲を得ることもできる。
【００４４】
露光システムを通る光軸に関して異なる光線角度を有する異なる光線は、通常、結像面へ向かう途中で異なる絶対吸収ＡＢＳを被り、これにより、例えばテレセントリック性のような結像特性は否定的に影響を受ける場合もある。照明系ＩＬＬの出口端部と投影対物レンズＰＯとの間の幾何学空間を図３に関連して推定的に示しており、この空間には、パターンＰＡＴを有するマスクＭが投影対物レンズＰＯの物体平面ＯＳに配置されている。照明系から投影対物レンズまで移動する光線は、本質的に投影対物レンズの光軸ＡＸに沿って移動する中心光線ＣＲと、投影対物レンズの開口絞りＡＳの端部に向けて移動する周辺光線ＭＲとによって表される。周辺光線と光軸の間に形成される角度αは、投影対物レンズの像側開口数およびその縮率により決定される。ＮＡ＝１．３５および４:１の縮小率を有する例示的な液浸システムでは、マスクの周囲の空間に空気が充填されている場合（ｎ＝１）には、（ｓｉｎαに対応する）物体側開口数は０.３３７５である。このような幾何学的状況下では、中心光線と周辺光線との間の幾何学的経路長さにおける差は、このガス充填された空間の内部では約６％である。より小さいＮＡ値の場合、差がより小さいことは自明であり、例えば、ＮＡ＝０．９３で縮小率が同じ場合には差は約３％である。湾曲したレンズ面（中心光線と比較して周辺光線の横方向空間を増大する）によって生じるさらなる幾何学的な影響を考慮すると、ここで考慮されるタイプの典型的な高い開口数の投影対物レンズの中心光線と周辺光線との間の幾何学的な経路差は、１０％のオーダであってよい。
【００４５】
ここで照明系と投影対物レンズとの間の典型的な寸法決めを考慮すると、典型的には約１０ｍｍのオーダ以上、例えば少なくとも２０ｍｍ、少なくとも４０ｍｍ、少なくとも６０ｍｍ、少なくとも８０ｍｍまたは少なくとも１００ｍｍである。中心波長λが吸収曲線（図２を参照のこと）の局部的最小値に対応する場合、この領域の吸収のための典型的な値はＡＢＳ＝０.１５％であってもよい。上述の幾何学経路差を考慮すると、中心光線と周辺光線との間の吸収率の典型的な変化は、最小限の吸収率（低いｋまたはσ値）を考慮した場合には約０.０１５％であることが望ましい。しかしながら、ガス充填された空間の対応する吸収率が局部的極大値（例えば図２のＭ２）に対応するように、中心波長λが選択された場合、吸収作用は５０倍高くなることがあり、中心光線と周辺光線との間の約０．７５％の吸収率の差につながる。
【００４６】
他の数値的な例が、像側の開口数ＮＡ＝１．３５および４：１の縮小率を有する投影対物レンズについて示され、この場合、照明系の射出面と投影対物レンズの入射面との間の空間は９０ｍｍである。この場合、最大ＮＡにおいて移動する最長の光線と、光軸に対して平行に移動する最短の光線との間の幾何学的経路差は、ＰＴ＝９０ｍｍ・（１／√（１−（１.３５／４）２）−１）＝５．４ｍｍである。この一般的な幾何学的な関係は、ほぼ視野とは無関係であり、ガス充填されたそれぞれの空間のガス吸収率に対応する振幅を有する瞳孔アポダイゼーションに対応する。投影対物レンズの射出瞳の強度特性の典型的な変化は、このような条件下で約０.０１％であり、これは、多くの場合に許容可能であるとみなしてよい。
【００４７】
これよりも著しく大きい差、例えば係数１０または係数１００だけ大きい（すなわち、０．１％または１％だけ大きい）変化は、通常は無視できない。なぜならば、投影光学レンズの射出瞳面（ここに開口絞りが位置する）における光線の対応する強度分布が不均一になり、光軸近傍でシステムを通過する光線に比べて、ガス充填された比較的長い幾何学的光路を有する光線が横断する領域において光線の強度が低い状態となるからである。射出瞳において吸収作用により誘起される強度変化は、概して投影対物レンズの出口において吸収作用により誘起されるテレセントリック性エラーに変化する。なぜなら、テレセントリック性エラーは、理想的には像側のテレセントリック光学系の結像面において光軸に対して平行に移動する中心光線（または主光線）の像側傾斜角であるとみなされるからである。換言すれば、光学系を異なる形で移動し、吸収率に作用する異なる光線は、一般に投影対物レンズを射出する光線のエネルギーの重心をずらし、テレセントリック性エラーをもたらすからである。
【００４８】
吸収によって誘起されるテレセントリック性エラーは、システムにおいてガス充填された任意の空間から吸収性の高い酸素を本質的に除去することにより、本発明の実施形態では大部分が回避される。上述のように、このことは、望ましい波長領域に吸収率を有していないか、または低い吸収率を有している窒素またはその他のガスによって、使用される経路全体を浄化することによって達成することができる。テレセントリック性エラーに関する特定条件に応じて、いくつかの空間、特に寸法の小さい空間においては、この領域に著しい吸収率が生じないように少量の吸収種が許容可能であってもよい。例えば、所定値、例えば１ｍｍまたは２ｍｍよりもさらに軸線方向に延在するこれらの空間のみを清浄化すれば十分な場合もある。本実施形態では、マスクの周囲の空間は、光線が横断する最大の開放空間であり、この領域から酸素（および他の吸収種、例えば水およびオゾン）を除去することは特に効果的である。いずれにせよ、残余の吸収率も特定条件に応じて許容できる程度に、吸収の負の作用を大部分除去することができる。
【００４９】
光路から吸収種、特に酸素を除去することにより、図１の露光システムは波長変更システムＷＶＳによって影響される中心波長λの様々な変化を可能にする。大気圧および／または温度の変化に対して投影対物レンズの結像性能を調節するために、中心波長λが変更された場合、このシステム内の光路も変更される。このことは、概して初期に設計された波長のために最適化された光学能力から光学系を逸脱させてしまう。具体的には、照明系の必要とされるテレセントリック性が、悪化する場合もある。本実施例では、このことは、中心波長の変化に応じて照明光線のテレセントリック性を調整し、これにより、テレセントリック性エラーが、選択されたテレセントリック性エラーの閾値を超過しないようにすることにより補償される。このためには、照明系の光学部品は、テレセントリック性を調整するためにテレセントリック性操作装置ＴＭによって、互いに対して移動および／または傾動されてもよい。照明系のテレセントリック性を調整するために適した装置および方法は、出願人により２００４年１２月１３日付けで出願された米国特許出願第６０/６３４９９３号明細書に開示されており、その開示内容は参照により本願明細に組み込まれるものとする。
【００５０】
代替的または付加的に、残りの強度不均一性を補償するために、少なくとも一つの灰色フィルタを瞳孔面に使用することができる。灰色フィルタの局部的（空間的）透過性は可変的であることが望ましく、かつ／または、灰色フィルタは光路に異なる透過性の灰色フィルタを任意に嵌入するかまたは取り外すための装置に結合されていることが望ましい。多くの実施形態では、灰色フィルタまたは類似した装置は本発明を実施するために必要とされない場合もある。
【００５１】
好ましい実施形態の上記説明は、例として挙げられた。開示内容から、当業者は、本発明およびその利点を理解するだけでなくて、開示された構成および方法に対して明白なさまざまな変更態様および改良形態を見出すであろう。従って、出願人は、添付の特許請求の範囲に規定され、および、その均等の範囲にある全ての変更をおよび改良形態を、本発明の精神および範囲内にあるものとして要求する。
【図１】
0005513889.tif 000002
【図２】
0005513889.tif 000003
【図３】
0005513889.tif 000004