(57)【要約】      （修正有）【課題】光効率およびコントラストレベルの高いリソグラフィシステムを提供する。【解決手段】放射の投影ビームを形成する照明系と、所望のパターンにしたがって投影ビームをパターニングするパターニングデバイスと、パターンビームを基板のターゲット部分へ投影する投影系と、照明系と表面とのあいだに配置された可変偏光素子２００とを有しており、可変偏光素子は少なくとも２つのモード、すなわち第１の直線偏光、これに直交する第２の直線偏光、および円偏光のうち、選択された１つのモードで駆動される。【選択図】図３
2006135324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光をパターンによりパターニングし、そのパターン光を表面へ投影する
リソグラフィシステムにおいて、
放射の投影ビームを形成する照明系と、
所望のパターンにしたがって投影ビームをパターニングするパターニングデバイスと、
パターンビームを基板のターゲット部分へ投影する投影系と、
照明系と表面とのあいだに配置された可変偏光素子と
を有しており、
可変偏光素子は少なくとも２つのモード、すなわち第１の直線偏光、これに直交する第２の直線偏光、および円偏光のうち、選択された１つのモードで駆動される
ことを特徴とするリソグラフィシステム。
【請求項２】
可変偏光素子は少なくとも３つの偏光モードで選択的に駆動される、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
少なくとも３つのモードは水平偏光、垂直偏光および円偏光を含む、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
可変偏光素子は第１の１／４波プレートおよび第２の１／４波プレートを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
第１の１／４波プレートと第２の１／４波プレートとは相対的に運動可能である、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
モータが第１の１／４波プレートおよび第２の１／４波プレートの少なくとも一方に接続されている、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
第１の１／４波プレートと第２の１／４波プレートとのあいだに相対回転運動を形成する回転手段が設けられている、請求項５記載のシステム。
【請求項８】
回転手段は第１の１／４波プレートおよび第２の１／４波プレートを少なくとも３つの位置のうちのいずれか１つに位置決めする位置決め装置を含み、第１の１／４波プレートおよび第２の１／４波プレートの組み合わせは選択された位置に依存して非遅延素子、１／４波遅延素子または１／２波遅延素子として駆動される、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
回転手段はエレクトロメカニカルアクチュエータを含む、請求項７記載のシステム。
【請求項１０】
回転手段は第１の１／４波プレートおよび第２の１／４波プレートがパターンフィーチャに基づく所定の関係を有するように位置決めする、請求項７記載のシステム。
【請求項１１】
回転手段は第１の１／４波プレートおよび第２の１／４波プレートがパターンの方向に一致する偏光を形成するための所定の関係を有するように位置決めする、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
可変偏光素子はパターンの方向に基づいて選択される、請求項１記載のシステム。
【請求項１３】
可変偏光素子はパターンがほぼ第１の偏光方向に沿って配向されている場合に第１の偏光方向を形成し、パターンがほぼ第２の偏光方向に沿って配向されている場合に第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向を形成する、請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
第１の偏光方向と第２の偏光方向とは直交している、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
定義されたパターンに基づいて投影ビームをパターニングするステップと、
パターンビームを基板のターゲット部分へ投影するステップと、
ビームと基板とのあいだに配置された可変偏光素子により、少なくとも２つのモード、すなわち第１の直線偏光、これに直交する第２の直線偏光および円偏光のうち、選択された１つのモードで投影ビームを偏光するステップと
を含む
ことを特徴とするリソグラフィシステムによるリソグラフィ方法。
【請求項１６】
偏光ステップにおいて、可変偏光素子を少なくとも３つの偏光モードから選択されたモードで駆動する、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも３つのモードは水平偏光、垂直偏光および円偏光を含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
偏光ステップにおいて、可変偏光素子を第１の１／４波プレートおよび第２の１／４波プレートから形成する、請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
選択されたモードが生じるように第１の１／４波プレートおよび第２の１／４波プレートを相対的に位置決めする、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
第１の１／４波プレートおよび第２の１／４波プレートを相対的に位置決めする際に、エレクトロメカニカルデバイスにより第１の１／４波プレートを第２の１／４波プレートに対して選択的に運動させる、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
第１の１／４波プレートおよび第２の１／４波プレートを相対的に位置決めする際に、第１の１／４波プレートおよび第２の１／４波プレートを少なくとも３つの位置のうちいずれか１つへ運動させ、第１の１／４波プレートおよび第２の１／４波プレートの組み合わせが位置に依存して非遅延素子、１／４波遅延素子または１／２波遅延素子として動作するようにする、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
第１の１／４波プレートおよび第２の１／４波プレートの所望の相対位置をパターンフィーチャに基づいて決定する、請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
偏光方向がパターン方向に一致するように所望の相対位置を選択する、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
可変偏光素子のモードをパターン方向に基づいて選択する、請求項１５記載の方法。
【請求項２５】
モードを選択する際に、パターンがほぼ第１の偏光方向に沿って配向されている場合には第１の偏光方向を選択し、パターンがほぼ第２の偏光方向に沿って配向されている場合には第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向を選択する、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
第１の偏光方向と第２の偏光方向とは直交している、請求項２５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリソグラフィシステムおよびリソグラフィシステムによるリソグラフィ方法に関する。本発明は特にリソグラフィシステムにおける偏光の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィは基板表面にフィーチャを形成するプロセスである。ここでの基板とはフラットパネルディスプレイ、回路板、種々の集積回路、プリンタヘッド、マイクロ／ナノ液晶デバイスなどで使用されるものを含む。例えば半導体ウェハは集積回路の製造に使用される基板である。
【０００３】
リソグラフィプロセスではしばしば、レチクル上に形成されたイメージが基板へ転写され、所望のパターンが形成される。リソグラフィ中、ウェハステージ上に配置されたウェハは所望のイメージパターンに相応に表面へ投影されたイメージによって露光される。
【０００４】
投影されたイメージはウェハ表面に配置された層（例えばレジスト層）の特性を変化させる。この変化は露光中にウェハへ投影されたフィーチャに相応する。露光に続いて当該の層がエッチングされ、パターン層が形成される。このパターン層はウェハ内の下方の層（例えば導体層、半導体層または絶縁層）の露出部分の除去または処理に使用される。これらのプロセスは所望のフィーチャがウェハ表面に形成されるまで任意に繰り返される。
【０００５】
こうしたリソグラフィプロセスは微細化レベルが増大するにつれてますます複雑なデバイスの形成に使用されるようになっている。リソグラフィシステムはその開口数NAで表されるが、これは高密度のデバイス製造を可能にするために増大される。高NAリソグラフィでは、処理能力が可能なイメージング精度によって制限される。ここで、高光効率および高コントラストレベルのイメージを投影できるシステムがあれば、高NAリソグラフィにおいても高密度の集積デバイスを製造できるはずである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、光効率およびコントラストレベルの高いリソグラフィ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】
【０００７】
この課題は、放射の投影ビームを形成する照明系と、所望のパターンにしたがって投影ビームをパターニングするパターニングデバイスと、パターンビームを基板のターゲット部分へ投影する投影系と、照明系と表面とのあいだに配置された可変偏光素子とを有しており、可変偏光素子は少なくとも２つのモード、すなわち第１の直線偏光、これに直交する第２の直線偏光、および円偏光のうち、選択された１つのモードで駆動される構成により解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は全体として改善された偏光制御光学系に関する。ただし本発明は説明のための実施形態によってではなく、特許請求の範囲によって定義される。
【０００９】
本発明の有利な実施形態では、水平偏光、垂直偏光および／または円偏光の選択を可能にする偏光制御装置がリソグラフィシステム内に設けられる。この偏光制御装置は相互に、また到来する偏光に対して回転可能な１／４波プレートの対を有している。１／４波プレートの軸線の角度が到来する直線偏光に対して（０゜，４５゜）である場合、出力は円偏光である。１／４波プレートの軸線の角度が（０゜，０゜）である場合、出力は到来する偏光に対して平行な直線偏光である。１／４波プレートの軸線の角度が（４５゜，４５゜）である場合、出力は到来する偏光に対して垂直な直線偏光である。
【００１０】
この出願の発明者は投影すべきイメージの方向に基づいて偏光状態を選択することにより光効率を増大させることができることを発見した。水平偏光は有利には強く水平に方向づけられたイメージに使用され、垂直偏光は強く垂直に方向づけられたイメージに使用される。円偏光はイメージが水平または垂直の強い配向を有さない場合に選択される。
【００１１】
本発明のさらなる特徴、態様、利点および種々の実施形対の構造および動作を以下に添付図を参照しながら説明する。
【実施例】
【００１２】
添付の図面は本明細書に関連するものであってその一部をなし、発明の詳細な説明とともに当該の技術分野の技術者が本発明の基本的思想を理解して使用する助けとなる。
【００１３】
本発明を以下に添付図に則して詳細に説明する。図中、同様の機能を有する素子には同様の番号を付してある。
【００１４】
本発明の実施例は特に、改善された偏光系およびこれを用いた高精度リソグラフィに適用される。以下に図1，図2を参照しながら有利な実施例を詳細に説明する。
【００１５】
高精度リソグラフィシステムではイメージがレジスト材料へ投影される。このイメージに発生する干渉量がコントラストレベルを決定する。特に干渉光の割合が高くなると大きなコントラストが形成される。光がコヒーレントであってかつ電場が平行であるときのみ干渉が生じる。リソグラフィシステムにおける偏光ベクトルの方向はコントラストを決定し、システムの能力に影響する。
【００１６】
図１，図2にはリソグラフィシステムにおけるイメージングの際のこうした要素の効果が示されている。図1には比較的低いコントラストのイメージを形成する光路が示されている。光が対象物、例えばレチクル１０４を通過すると、この光は回折して０次、−１次、＋１次の光路をつくる。光路１００の０次ビームおよび光路１０１の＋１次ビームは対物レンズ１０６によって集光され、レジスト１０８へフォーカシングされる。最適な偏光なしでは、回折光路１００，１０１のレジストでの電場は、矢印で示されているように平行にはならない。図２では電場は画面の外部から内部へ配向されている。したがって電場は光路１０２の０次ビームおよび光路１０３の＋１次ビームに対して平行である。これらのビームは対物レンズ１０６によって集光され、レジスト１０８へフォーカシングされる。光ビーム上の丸は電場を表す。電場が複数の回折光路に対して平行となるように配向されているので、図２の実施例のほうが図１の実施例よりも高いイメージコントラストが得られる。
【００１７】
本発明の有利な実施例では、新しい偏光制御のアプローチ、すなわち干渉レベルを増大することによってウェハでのイメージコントラストが改善される。干渉レベルは投影されるイメージのタイプに応じて最適なイメージコントラストが得られるように選択される。例えば或る極端な実施例では、イメージの形状が２ビーム間干渉に等価となるように対物系および照明系が選択されるが、本発明はこの実施例に限定されない。
【００１８】
図３には本発明で使用されるシステムの実施例が示されている。この実施例では、リソグラフィシステムのコントラストは偏光制御装置２００内に偏光制御素子を追加することによって高められる。偏光制御装置２００は可変の偏光を制御できる１つまたは複数の能動の電子制御装置から成るか、または１つまたは複数の受動の偏光光学素子から成る。
【００１９】
受動素子を用いる実施例では、偏光制御装置２００は独立に可変に回転する２つの１／４波プレート２０２，２０４を有する。可変の方向は例えば少なくとも一方の（有利には双方の）プレート２０２，２０４を可動とすることによって達成される。図３の実施例では、プレート２０２，２０４は双方ともＺ軸に関して相互に回転可能である。
【００２０】
プレート２０２，２０４を運動させる運動機構２０６の詳細は本発明にとってあまり重要ではないので、図３に簡単にしか示されていない。重要なのは、プレート２０２，２０４の組み合わせによる偏光効果を変化させる手段が設けられるということである。例えば双方のプレートを回転させることができる。光学素子を回転させる装置であればどんなものでもこの目的に使用することができる。簡単な実施例を挙げるとすれば、手動またはモータ駆動のサーキュラギアトラックがプレート２０２，２０４をＺ軸に関して選択的に回転させるために設けられる。別の実施例として、ソレノイドまたはその他のエレクトロメカニカル運動機構を使用し、一方または双方のプレートを所望の相対位置へ移動させてもよい。当該の技術分野の技術者であれば、光路内の所望の位置および方向を達成するための光学素子の運動手段がすでに確立されており、光学素子の回転装置は周知のものも開発中のものも本発明の範囲内で使用できることを理解できるであろう。
【００２１】
１／４波プレート２０２，２０４は有利には応力石英ガラスから形成されている。この材料は応力負荷により複屈折性を有している。屈折率の高い光は低い光に対して位相９０゜（１／４波長）遅延される。プレートは光軸がプレートの前後に対して平行となるように形成される。直線偏光が複屈折軸に対して平行である場合を除き、プレートに入射する全ての光が種々の屈折率で２つのコンポーネントへ分割される。
【００２２】
本発明は１／４波プレートの特定の構造または形状による制限は受けない。つまり適切な光学特性を備えたプレートまたは他の光学素子を１／４波プレートに代えて使用することができる。
【００２３】
図４には、図３の偏光制御装置２００がリソグラフィシステムのレンズ系３００に組み込まれる様子が示されている。レンズ系３００は例えばASML, Wilton, Connecticutで製造されている高ＮＡリソグラフィのレンズ系である。この実施例では、レンズ系３００は第１の光学段３０２および第２の光学段３０４を有する。この実施例で用いられる偏光制御装置２００は２つの１／４波プレートを含み、第１の光学段３０２と第２の光学段３０４とのあいだに配置される。偏光制御装置２００は従来のリソグラフィシステムのレンズ系において１つの１／４波プレートが配置されていた箇所に配置される。
【００２４】
偏光制御装置２００内での１／４波プレートの配向状態は有利にはイメージのジオメトリに依存して変更される。本発明の有利な実施形態では、１／４波プレートはイメージのジオメトリに依存して水平偏光、垂直偏光または円偏光のいずれかを形成するために用いられる。一般に、水平方向のイメージに対しては水平の直線偏光を行うとコントラストが高まる。同様に垂直方向のイメージに対しては垂直の直線偏光が望ましい。対象物が水平でも垂直でもない場合には円偏光が有利である。
【００２５】
ここで云う水平方向のイメージとは、強い水平方向要素、例えば水平方向の多くの線分ないしは図形を有し、この成分に比べて垂直方向要素が格段に少ないものを意味する。これとは逆に、垂直方向のイメージとは強い垂直方向要素を有し、この成分に比べて水平方向要素が格段に少ないものを意味する。当該の技術分野の技術者であれば、イメージが水平方向または垂直方向のどちらであるかをイメージの検査により簡単に求めることができるであろう。何らかの理由でイメージの方向を求めることが困難である場合、配向状態は３つの偏光（水平偏光、垂直偏光、円偏光）を有するイメージをテストし、どの偏光が最良のリソグラフィ結果を生じるかを求めることにより実験で求められる。
【００２６】
本発明はリソグラフィパターンまたはイメージを光路に形成するステップからは独立に使用される。特に、本発明は全てのタイプのリソグラフィシステムに適用可能である。従来のリソグラフィシステムでは、リソグラフィパターンマスクはレチクル基板上に形成され、光はこのマスクを通過し、投影イメージをエレメントの表面上に形成する。またマスクレスリソグラフィシステムも開発されている。マスクレスリソグラフィシステムは種々のコンポーネント、例えば能動デバイス、空間光変調器、液晶デバイスおよび／または種々の反射デバイスなどを使用しており、選択的に光がブロックされ、光源とパターンを投影すべき表面とのあいだにリソグラフィパターンが形成される。本発明の偏光のフィーチャはどのようなリソグラフィシステム（マスクプロセスまたはマスクレスプロセス）にも適用可能である。
【００２７】
入力光が線形の水平偏光であって、水平偏光が所望されている場合、１／４波プレート２０２，２０４は水平方向の直線偏光を形成するように配向される（例えば１／４波プレート２０２，２０４が光軸に対して０゜に配置される）。この配向状態で２つの１／４波プレート２０２，２０４の偏光のフィーチャは整列され、アセンブリは大きな遅延なしに光を通過させる。垂直偏光が所望されている場合、１／４波プレート２０２，２０４は垂直方向の直線偏光を形成するように配向される（例えば１／４波プレート２０２，２０４が光軸に対して４５゜へ回転される）。このモードではアセンブリが１／２波遅延素子として動作するように２つの１／４波プレート２０２，２０４が配置される。
【００２８】
この実施例での水平偏光、垂直偏光および円偏光は２つの１／４波プレートの離散的な３通りの設定しか要さない。付加的な設定を行えば付加的な偏光状態を形成することができる。例えば第１の１／４波プレートで可能な直線偏光に対する０゜，４５゜の設定により、第２の１／４波プレートで可能な全ての調整角に対して直線偏光を形成することができる。
【００２９】
ここで、水平方向および垂直方向という表現は状況に応じて任意に交換することができる。つまり水平方向と称される一方向は、光学デバイス、１／４波プレートおよび投影すべきイメージの方向に一致しさえすれば、どの方向であってもよい。そして典型的には水平方向に直交する一方向が垂直方向と称される。また１／４波プレートの位置についての０゜，４５゜の呼称も相対的なものである。システムの他の素子の配向状態および参照フレームに依存して１／４波プレート２０２，２０４の種々の角度位置が可能である。本発明の実施例では、システムは第１の１／４波プレートで例えば０゜の水平偏光を形成し、第２の１／４波プレートで例えば４５゜の垂直偏光を形成する。
【００３０】
典型的には１／４波プレートの水平偏光のための位置は垂直偏光のための位置に対して４５゜の角度をなしている。ただし本発明はこれに限定されず、本発明の範囲内の別の実施例として、水平位置および垂直位置が異なる配向状態をとってもよい。
【００３１】
円偏光が所望される場合、１／４波プレート２０２，２０４は１／４波遅延素子と組み合わされ、直線偏光を円偏光へ変換するように配向される。このモードでは第１の１／４波プレート２０２は光軸に対して約４５゜で配向され、第２の１／４波プレート２０４は光軸に対して０゜で配向される。入射光は２つの１／４波プレート２０２，２０４を通過し、その相対的な配向状態によって等しい振幅の円偏光のｏ波とｅ波とを生じる。ただしｏ波は位相９０゜だけ遅延している。
【００３２】
偏光制御装置をリソグラフィシステムの光学系内の種々の位置に配置することにより、偏光を制御することもできる。光源と処理表面とのあいだの任意の位置に偏光制御装置を配置して偏光を制御するアプローチは本発明の範囲に含まれる。例えば偏光制御装置を投影光学系内または照明源の機構内に設けることができる。またこれらの位置には劣るものの、リソグラフィパターンと処理表面とのあいだに配置してもよい。有利な実施例では、偏光制御装置は投影光学系内に配置される。投影光学系内で、光がコリメートされ、最終的な増倍が行われる前の領域では、他の場所よりも容易に偏光を行うことができる。
【００３３】
最適な偏光を選択するための有利な方法を以下に図５を参照しながら説明する。図５には偏光を選択する方法４００が示されている。ここで入力光は線形の水平偏光であるとする。方法４００はステップ４０２で開始され、所望のイメージが水平方向であるか否かが求められる。水平方向である場合にはこの方法はステップ４０４へ移行し、１／４波プレートは双方とも０゜で位置決めされ、水平偏光が形成される。リソグラフィプロセスが実行された後、方法４００は処理すべき次のイメージのためにリスタートされる。
【００３４】
所望のイメージが水平方向でない場合、この方法はステップ４０６へ移行する。ステップ４０６ではイメージが垂直方向であるか否かが求められる。イメージが垂直方向である場合、方法はステップ４０８へ移行し、可動の１／４波プレートは双方とも４５゜の位置へ回転される。リソグラフィプロセスが実行されると、方法４００は処理すべき次のイメージのためにリスタートされる。
【００３５】
ステップ４０６の実行中、垂直方向ではないことが求められた場合には、配向状態は水平でも垂直でもないことになる。このとき有利な偏光は円偏光であり、方法はステップ４１０へ移行する。すなわち一方の１／４波プレートが他方の１／４波プレートに対して４５゜の位置へ回転され、円偏光が形成される。リソグラフィプロセスが完了すると、方法４００は処理すべき次のイメージのためにリスタートされる。
【００３６】
方法４００ではイメージが水平方向であるか、または垂直方向であるか、またはそのどちらでもないかを識別する際にイメージが検査されるか、または電子的なイメージ処理による自動識別が行われる。特にイメージはディジタル化およびコンピュータ処理され、イメージの線形要素が水平方向であるか、または垂直方向であるか、またはそのどちらでもないかが識別される。
【００３７】
本発明を幾つかの実施例に則して説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。当該の技術分野の技術者であれば、本発明の範囲から離れることなく本発明に種々の修正を加えうることは明らかである。また本発明の範囲は前述した実施例によってではなく、特許請求の範囲およびこれと等価の特徴によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】非平行電場を形成する回折角を備えた光路の概略図である。
【図２】図１の光路よりもコントラストの高い非平行電場を形成する回折角を備えた光路の概略図である。
【図３】本発明の実施例による相対的に回転可能な１／４波プレートを示す図である。
【図４】最終段に図３の１／４波プレートの設けられた光学素子の前面図である。
【図５】リソグラフィツールにおける光出力の偏光状態を選択的に変化させる方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３９】
１００〜１０３  光路、  １０４  レチクル、  １０６  対物レンズ、  １０８  レジスト、  ２００  偏光制御装置、  ２０２，２０４  プレート、  ２０６  運動機構、  ３００  レンズ系、  ３０２  第1の光学段、  ３０４  第２の光学段
【図１】
2006135324.tif 000003
【図２】
2006135324.tif 000004
【図３】
2006135324.tif 000005
【図４】
2006135324.tif 000006
【図５】
2006135324.tif 000007