(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影露光システムの結像性能を最適化する方法であって、
前記投影露光システムは、パターニング構造を照明するための光源を含む照明光学系と、前記照明されたパターニング構造の領域を基板平面内の対応するフィールド上に結像するための投影光学系とを含み、
該方法は、
前記フィールドを、第１のフィールド寸法と、前記投影露光システムによって露光可能な最大フィールド内の第１の位置とを有する第１の露光フィールドに設定することと、
前記投影光学系の光学パラメータを、前記第１の露光フィールド内の結像性能が第１の実質的に最適な性能となるように第１の設定に設定することと、
前記フィールドを、前記第１のフィールド寸法とは異なる第２のフィールド寸法または／および前記第１の位置とは異なる、前記投影露光システムによって露光可能な前記最大フィールド内の第２の位置を有する第２の露光フィールドに変更することと、
前記投影光学系の光学パラメータを、前記第２の露光フィールド内の結像性能が第２の実質的に最適な性能となるように第２の設定に変更することとを含み、
前記第２の設定における前記第２の露光フィールド内の結像性能が、前記第１の設定における前記第２の露光フィールド内の結像性能よりも優れている方法。
【請求項２】
前記第１および第２の露光フィールド内の結像性能が、各フィールド内の複数の位置での少なくとも１つの結像特性に基づいて決定される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの結像特性が、収差、均一性、テレセントリック性、透過率、照明効率および偏光からなる群から選択される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの結像特性を測定することと、前記少なくとも１つの測定された結像特性に基づいて前記光学パラメータを決定することとをさらに含む請求項２または３の１つに記載の方法。
【請求項５】
複数の第２のフィールド寸法または／および位置に対する複数の第２の設定用に光学パラメータを決定することと、前記第２のフィールド寸法または／および位置に関連する前記複数の第２の設定の光学パラメータを格納することとをさらに含む請求項１から４の１つに記載の方法。
【請求項６】
前記第２のフィールド寸法または／および位置に基づく、複数の格納された光学パラメータに基づいて前記第２の設定の光学パラメータを決定することをさらに含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記格納された光学パラメータが、前記少なくとも１つの測定された結像特性に基づいて決定されたものである請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記光学パラメータの変更が、前記パターニング構造の位置を変更すること、前記基板の位置を変更すること、前記投影露光システムの隣接する光学素子間のボリューム（volume）における気体圧力を変更すること、前記投影露光システムの隣接する光学素子間のボリュームにおける屈折率を変更すること、前記パターニング構造を照明する光の波長を変更すること、前記投影露光システムの光学素子を前記投影露光システムの他の光学素子に対して変位させること、前記投影露光システムの光学素子を変形させること、前記投影露光システムの光学素子の透過特性を変更すること、前記投影露光システムの光学素子を別の光学素子と交換すること、および前記投影露光システムに設けられた絞りの開口を変更することのうちの少なくとも１つを含む請求項１から７の１つに記載の方法。
【請求項９】
前記第１および第２の露光フィールドが、露光した基板から形成される小型製品の製造工程において基板を露光するために用いられる請求項１から８の１つに記載の方法。
【請求項１０】
前記投影露光システムの光軸が、前記第１または／および第２の露光フィールドの外側で基板平面と交わる請求項１から９の１つに記載の方法。
【請求項１１】
投影露光システムの結像性能を最適化する方法であって、
前記投影露光システムは、パターニング構造を照明するための光源を含む照明光学系と、
前記照明されたパターニング構造の、第１のサブ領域を含む領域を、基板平面内の対応するフィールド上に結像するための投影光学系とを含み、
前記パターニング構造の第１のサブ領域は、前記基板平面内の前記対応するフィールド内の対応する第１のサブフィールド上に結像される投影露光システムであり、
該方法は、
前記フィールドを、フィールド寸法を有する露光フィールドであって、前記フィールド寸法とは異なる第１のサブフィールド寸法と該露光フィールド内の第１のサブフィールド位置とを有する前記第１のサブフィールドを含む露光フィールドに設定することと、
前記投影光学系の光学パラメータを、
前記第１のサブフィールド内の結像性能が、第１の結像特性に関して実質的に最適な性能となり、
前記第１の結像特性に関する結像性能が、前記第１のサブフィールド内において、前記第１のサブフィールドの外側に位置する前記露光フィールド内の部位内における結像性能よりも優れているような設定に設定することとを含む方法。
【請求項１２】
前記パターニング構造の前記第１のサブ領域が、第１の型の特徴を含み、前記第１の型の特徴を後続の製造工程に十分な品質で結像するために、前記第１のサブフィールド内の前記第１の結像特性に関する実質的に最適な性能が必要である請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記パターニング構造が、第２のサブ領域をさらに含み、
前記第２のサブ領域は、前記基板平面内の前記対応するフィールド内の、第２のサブフィールド寸法と前記露光フィールド内の前記第１のサブフィールド位置とは異なる第２のサブフィールド位置とを有する対応する第２のサブフィールド上に結像され、
前記設定もまた、
前記第２のサブフィールド内の結像性能が、前記第１の結像特性とは異なる第２の結像特性に関して実質的に最適な性能となり、
前記第２の結像特性に関する結像性能が、前記第２のサブフィールド内において、前記第２のサブフィールドの外側に位置する前記第１の露光フィールド内の部位内における結像性能よりも優れているようなものである請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記パターニング構造の前記第２のサブ領域が、第２の型の特徴を含み、前記第２の型の特徴を後続の製造工程に十分な品質で結像するために、前記第２のサブフィールド内の前記第２の結像特性に関する実質的に最適な性能が必要である請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記各サブフィールド内の結像性能が、前記各サブフィールド内の複数の位置での各結像特性に基づいて決定される請求項１１から１４の１つに記載の方法。
【請求項１６】
前記結像特性が、収差、均一性、テレセントリック性、透過率、照明効率および偏光からなる群から選択される請求項１１から１５の１つに記載の方法。
【請求項１７】
前記各結像特性を測定することと、前記測定された結像特性に基づいて光学パラメータを決定することとをさらに含む請求項１１から１６の１つに記載の方法。
【請求項１８】
複数のサブフィールド寸法または／および位置に対する複数の設定用に光学パラメータを決定することと、前記サブフィールド寸法または／および位置に関連する前記複数の設定の光学パラメータを格納することとをさらに含む請求項１１から１７の１つに記載の方法。
【請求項１９】
前記サブフィールド寸法または／および位置に基づく、複数の格納された光学パラメータに基づいて前記設定の光学パラメータを決定することをさらに含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記格納された光学パラメータが、前記測定された結像特性に基づいて決定されたものである請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記光学パラメータを設定することが、前記パターニング構造の位置を設定すること、前記基板の位置を設定すること、前記投影露光システムの隣接する光学素子間のボリュームにおける気体圧力を変更すること、前記投影露光システムの隣接する光学素子間のボリュームにおける屈折率を設定すること、前記パターニング構造を照明する光の波長を設定すること、前記投影露光システムの光学素子を前記投影露光システムの他の光学素子に対して変位させること、前記投影露光システムの光学素子を変形させること、前記投影露光システムの光学素子の透過特性を設定すること、前記投影露光システムの光学素子を別の光学素子と交換すること、および前記投影露光システムに設けられた絞りの開口を設定することのうちの少なくとも１つを含む請求項１１から２０の１つに記載の方法。
【請求項２２】
前記光学パラメータを設定することが、前記パターニング構造の位置を設定すること、前記基板の位置を設定すること、前記投影光学系の隣接する光学素子間のボリュームにおける気体圧力を変更すること、前記投影光学系の隣接する光学素子間のボリュームにおける屈折率を設定すること、前記パターニング構造を照明する光の波長を設定すること、前記投影光学系の光学素子を前記投影光学系の他の光学素子に対して変位させること、前記投影光学系の光学素子を変形させること、前記投影光学系の光学素子の透過特性を設定すること、前記投影光学系の光学素子を別の光学素子と交換すること、および前記投影光学系に設けられた絞りの開口を設定することのうちの少なくとも１つを含む請求項１１から２０の１つに記載の方法。
【請求項２３】
前記投影露光システムの光軸が、前記露光フィールドの外側で前記基板平面と交わる請求項１１から２２の１つに記載の方法。
【請求項２４】
前記露光フィールドが、露光した基板から形成される小型製品の製造工程において、前記パターニング構造の像で基板を露光するために用いられる請求項１１から２３の１つに記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の露光フィールドと前記第２の露光フィールドとが相互に重なり合う請求項１から１０の１つに記載の方法。
【請求項２６】
前記投影露光システムが走査式露光システムである請求項１から２５の１つに記載の方法。
【請求項２７】
請求項１から２６の１つに記載の方法を実施するように適合された、パターニング構造を照明するための光源を含む照明光学系と、前記照明されたパターニング構造の領域を基板平面内の対応するフィールドに結像するための投影光学系とを含む投影露光システム。
【請求項２８】
瞳面を有し、パターニング構造を照明するための光源を含む照明光学系と、前記照明されたパターニング構造の領域を、露光した基板から形成される小型製品の製造工程において前記パターニング構造の像で基板を露光するために基板平面内の対応するフィールドに結像するための投影光学系とを含む投影露光システムであって、
前記照明光学系は、前記パターニング構造の第１のサイズの第１の領域を照明するための第１の光学インテグレータシステムと、
少なくとも、前記第１のサイズとは異なる第２のサイズを有する前記パターニング構造の第２の領域を照明するための第２の光学インテグレータシステムとを含み、
前記第１および少なくとも第２の光学インテグレータが、前記第１の光学インテグレータを前記少なくとも第２の光学インテグレータシステムと交換することができるように配置された照明光学系であり、
前記照明光学系の瞳面内の照度分布が、形状およびサイズの点で、前記第１および少なくとも第２の光学インテグレータシステムに関して実質的に同じである投影露光システム。
【請求項２９】
前記第１および少なくとも第２の光学インテグレータシステムが、それぞれ、回折光学ラスタ素子または屈折光学ラスタ素子を含む請求項２８に記載の投影露光システム。
【請求項３０】
前記第１および少なくとも第２の光学インテグレータシステムが、それぞれ、ガラスロッドをさらに含む請求項２９に記載の投影露光システム。
【請求項３１】
前記第１および少なくとも第２の光学インテグレータシステムが、それぞれ、フライアイ集光レンズを含む請求項２８に記載の投影露光システム。
【請求項３２】
請求項１から２１の１つに記載の方法を実施するように適合された請求項２８から３１の１つに記載の投影露光システム。
【請求項３３】
投影露光システムの結像性能を最適化する方法であって、
前記投影露光システムは、パターニング構造を照明するための光源を含む照明光学系と、前記照明されたパターニング構造の領域を基板平面内の対応するフィールド上に結像するための投影光学系とを含み、
該方法は、
前記フィールドを、第１のフィールド寸法と前記投影露光システムによって露光可能な最大フィールド内の第１の位置とを有する第１の露光フィールドに設定することと、
前記投影光学系の光学パラメータを、第１の設定に設定し、このことによって該第１の設定における前記第１の露光フィールド内の結像性能量が第１の性能条件を満たすようにすることと、
前記フィールドを、前記第１のフィールド寸法とは異なる第２のフィールド寸法または／および前記第１の位置とは異なる、前記投影露光システムによって露光可能な前記最大フィールド内の第２の位置を有する第２の露光フィールドに変更することと、
前記投影光学系の光学パラメータを、第２の設定に変更し、このことによって該第２の設定における前記第２の露光フィールド内の結像性能量が第２の性能条件を満たすようにすることとを含み、
前記第２の設定における前記第２の露光フィールドに関連する結像性能量が、前記第１の設定における前記第２の露光フィールドに関連する結像性能量よりも優れている方法。
【請求項３４】
前記第１および第２の露光フィールド内の結像性能量が、前記各フィールド内の複数の位置での少なくとも１つの結像特性に基づいて決定される請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記少なくとも１つの結像特性が、収差、均一性、テレセントリック性、透過率、照明効率および偏光からなる群から選択される請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記少なくとも１つの結像特性を測定することと、前記少なくとも１つの測定された結像特性に基づいて前記光学パラメータを決定することとをさらに含む請求項３４または３５の１つに記載の方法。
【請求項３７】
複数の第２のフィールド寸法または／および位置に対する複数の第２の設定用に光学パラメータを決定することと、前記第２のフィールド寸法または／および位置に関連する前記複数の第２の設定の光学パラメータを格納することとをさらに含む請求項３３から３６の１つに記載の方法。
【請求項３８】
前記第２のフィールド寸法または／および位置に基づく、複数の格納された光学パラメータに基づいて前記第２の設定の光学パラメータを決定することをさらに含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記格納された光学パラメータが、前記少なくとも１つの測定された結像特性に基づいて決定されたものである請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記光学パラメータの変更が、前記パターニング構造の位置を変更すること、前記基板の位置を変更すること、前記投影露光システムの隣接する光学素子間のボリュームにおける気体圧力を変更すること、前記投影露光システムの隣接する光学素子間のボリュームにおける屈折率を変更すること、前記パターニング構造を照明する光の波長を変更すること、前記投影露光システムの光学素子を前記投影露光システムの他の光学素子に対して変位させること、前記投影露光システムの光学素子を変形させること、前記投影露光システムの光学素子の透過特性を変更すること、前記投影露光システムの光学素子を別の光学素子と交換すること、および前記投影露光システムに設けられた絞りの開口を変更することのうちの少なくとも１つを含む請求項３３から３９の１つに記載の方法。
【請求項４１】
前記第１および第２の露光フィールドが、露光した基板から形成される小型製品の製造工程において基板を露光するために用いられる請求項３３から４０の１つに記載の方法。
【請求項４２】
前記投影露光システムの光軸が、前記第１または／および第２の露光フィールドの外側で基板平面と交わる請求項３３から４１の１つに記載の方法。
【請求項４３】
投影露光システムの結像性能を最適化する方法であって、
前記投影露光システムは、パターニング構造を照明するための光源を含む照明光学系と、
前記照明されたパターニング構造の、第１のサブ領域を含む領域を、基板平面内の対応するフィールド上に結像するための投影光学系とを含み、
前記パターニング構造の第１のサブ領域は、前記基板平面内の前記対応するフィールド内の対応する第１のサブフィールド上に結像される投影露光システムであり、
該方法は、
前記フィールドを、フィールド寸法を有する露光フィールドであって、前記フィールド寸法とは異なる第１のサブフィールド寸法と該露光フィールド内の第１のサブフィールド位置とを有する前記第１のサブフィールドを含む露光フィールドに設定することと、
前記投影光学系の光学パラメータを、
前記第１のサブフィールド内の結像性能量が、第１の結像特性に関して第１の性能条件を満たし、
前記第１の結像特性に関する結像性能量が、前記第１のサブフィールド内において、前記第１のサブフィールドの外側に位置する前記露光フィールド内の部位内における結像性能量よりも優れているような設定に設定することとを含む方法。
【請求項４４】
前記パターニング構造の前記第１のサブ領域が、第１の型の特徴を含み、前記第１のサブフィールド内の前記第１の結像特性に関する前記第１の性能条件を満たすことによって、前記第１の型の特徴を後続の製造工程のために所定の品質レベルで結像することが可能になる請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記パターニング構造が、第２のサブ領域をさらに含み、
前記第２のサブ領域は、前記基板平面内の前記対応するフィールド内の、第２のサブフィールド寸法と前記露光フィールド内の前記第１のサブフィールド位置とは異なる第２のサブフィールド位置とを有する対応する第２のサブフィールド上に結像され、
前記設定もまた、
前記第２のサブフィールド内の結像性能量が、前記第１の結像特性とは異なる第２の結像特性に関して第２の性能条件を満たし、
前記第２の結像特性に関する結像性能量が、前記第２のサブフィールド内において、前記第２のサブフィールドの外側に位置する前記露光フィールド内の部位内における結像性能量よりも優れているようなものである請求項４３または４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記パターニング構造の前記第２のサブ領域が、第２の型の特徴を含み、前記第２のサブフィールド内の前記第２の結像特性に関する前記第２の性能条件を満たすことによって、前記第２の型の特徴を後続の製造工程のために所定の品質レベルで結像することが可能になる請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
各サブフィールド内の結像性能量のそれぞれが、前記各サブフィールド内の複数の位置での各結像特性に基づいて決定される請求項４３から４６の１つに記載の方法。
【請求項４８】
前記結像特性のそれぞれが、収差、均一性、テレセントリック性、透過率、照明効率および偏光からなる群から選択される請求項４３から４７の１つに記載の方法。
【請求項４９】
前記各結像特性を測定することと、前記測定された結像特性に基づいて光学パラメータを決定することとをさらに含む請求項４３から４８の１つに記載の方法。
【請求項５０】
複数のサブフィールド寸法または／および位置に対する複数の設定用に光学パラメータを決定することと、前記サブフィールド寸法または／および位置に関連する前記複数の設定の光学パラメータを格納することとをさらに含む請求項４３から４９の１つに記載の方法。
【請求項５１】
前記サブフィールド寸法または／および位置に基づく、複数の格納された光学パラメータに基づいて前記設定の光学パラメータを決定することをさらに含む請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記格納された光学パラメータが、前記測定された結像特性に基づいて決定されたものである請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記光学パラメータを設定することが、前記パターニング構造の位置を設定すること、前記基板の位置を設定すること、前記投影露光システムの隣接する光学素子間のボリュームにおける気体圧力を変更すること、前記投影露光システムの隣接する光学素子間のボリュームにおける屈折率を設定すること、前記パターニング構造を照明する光の波長を設定すること、前記投影露光システムの光学素子を前記投影露光システムの他の光学素子に対して変位させること、前記投影露光システムの光学素子を変形させること、前記投影露光システムの光学素子の透過特性を設定すること、前記投影露光システムの光学素子を別の光学素子と交換すること、および前記投影露光システムに設けられた絞りの開口を設定することのうちの少なくとも１つを含む請求項４３から５２の１つに記載の方法。
【請求項５４】
前記光学パラメータを設定することが、前記パターニング構造の位置を設定すること、前記基板の位置を設定すること、前記投影光学系の隣接する光学素子間のボリュームにおける気体圧力を変更すること、前記投影光学系の隣接する光学素子間のボリュームにおける屈折率を設定すること、前記パターニング構造を照明する光の波長を設定すること、前記投影光学系の光学素子を前記投影光学系の他の光学素子に対して変位させること、前記投影光学系の光学素子を変形させること、前記投影露光システムの光学素子の透過特性を設定すること、前記投影光学系の光学素子を別の光学素子と交換すること、および前記投影光学系に設けられた絞りの開口を設定することのうちの少なくとも１つを含む請求項４３から５２の１つに記載の方法。
【請求項５５】
前記投影露光システムの光軸が、前記露光フィールドの外側で前記基板平面と交わる請求項４３から５４の１つに記載の方法。
【請求項５６】
前記露光フィールドが、露光した基板から形成される小型製品の製造工程において、前記パターニング構造の像で基板を露光するために用いられる請求項４３から５５の１つに記載の方法。
【請求項５７】
前記第１の露光フィールドと前記第２の露光フィールドとが相互に重なり合う請求項３３から４２の１つに記載の方法。
【請求項５８】
前記投影露光システムが走査式露光システムである請求項３３から５７の１つに記載の方法。
【請求項５９】
請求項３３から５８の１つに記載の方法を実施するように適合された、パターニング構造を照明するための光源を含む照明光学系と、前記照明されたパターニング構造の領域を基板平面内の対応するフィールドに結像するための投影光学系とを含む投影露光システム。
【請求項６０】
瞳面を有し、パターニング構造を照明するための光源を含む照明光学系と、前記照明されたパターニング構造の領域を、露光した基板から形成される小型化された物品の製造工程において前記パターニング構造の像で基板を露光するために基板平面内の対応するフィールドに結像するための投影光学系とを含む投影露光システムであって、
前記照明光学系は、前記パターニング構造の第１のサイズの第１の領域を照明するための第１の光学インテグレータシステムと、
少なくとも、前記第１のサイズとは異なる第２のサイズを有する前記パターニング構造の第２の領域を照明するための第２の光学インテグレータシステムとを含み、
前記第１および少なくとも第２の光学インテグレータが、前記第１の光学インテグレータを前記少なくとも第２の光学インテグレータシステムと交換することができるように配置された照明光学系であり、
前記照明光学系の瞳面内の照度分布が、形状およびサイズの点で、前記第１および少なくとも第２の光学インテグレータシステムに関して実質的に同じである投影露光システム。
【請求項６１】
前記第１および少なくとも第２の光学インテグレータシステムが、それぞれ、回折光学ラスタ素子または屈折光学ラスタ素子を含む請求項６０に記載の投影露光システム。
【請求項６２】
前記第１および少なくとも第２の光学インテグレータシステムが、それぞれ、ガラスロッドをさらに含む請求項６１に記載の投影露光システム。
【請求項６３】
前記第１および少なくとも第２の光学インテグレータシステムが、それぞれ、フライアイ集光レンズを含む請求項６０に記載の投影露光システム。
【請求項６４】
請求項３３から５２の１つに記載の方法を実施するように適合された請求項６０から６３の１つに記載の投影露光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、投影露光システムの結像性能を最適化する方法および該方法を実施するように適合された投影露光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）、ＬＳＩ、液晶素子、微細パターン部材および微細機械部品等の半導体素子の製造においては、リソグラフィ工程が一般に用いられている。
【０００３】
フォトリソグラフィに用いられる投影露光装置は、一般に、光源を備えた照明光学系と投影光学系とを含んでいる。照明光学系からの光は、所与のパターンを有するレチクル（マスク）を照明し、投影光学系は、レチクルパターンの像を感光基板上に転写する。レチクルパターンの像は、レチクルパターンのより小さい像を基板上に生成するために投影光学系によってサイズが縮小されることもある。
【０００４】
半導体装置のよりいっそうの高性能化へと向かう傾向によって、より小さくより複雑な半導体素子が必要とされ、そのことが、投影露光システムで達成可能な結像性能に対する要求を高めている。特に、レチクルパターンの像を非常に精度よく基板上へ投影する必要がある。したがって、例えば、レチクルパターンの像を基板上へ転写する光の波面の収差を可能な限り低減させる必要がある。また、透過性、照明の均一さおよび効率ならびに偏光効果等の他の要因も厳密に制御する必要がある。
【０００５】
さらに、総製造時間を減少させ、それにより製造コストを削減するというように、露光のスループットを高めるための努力がなされている。したがって、リソグラフィ工程の効率を最適化する必要がある。
【０００６】
投影露光システムに含まれる種々の部品の組み立て後に投影露光システムの結像性能を変えることを可能にする様々な方法およびシステムが知られている。例えば、非点収差のような一定の種類の収差を低減させるためにシステムの光軸に対して垂直に、あるいは光軸に沿って１つ以上のレンズを傾斜または移動させることができる。
【０００７】
一般に、投影露光システムは、最適な性能を得るために組み立て後に最適化される。
【０００８】
しかし、組み立ておよび最適化の後に、投影露光システムが曝される環境の大気条件の変化等によって投影露光システムの結像性能が変わってしまうことがある。組み立てられた投影露光システムの輸送によっても、投影露光の品質に影響を及ぼす機械的変化が起こり得る。投影露光システムの結像性能は、また、長時間にわたり放射を受けることやその結果として生じる収差、透過率および／または反射率等の変化により引き起こされる光学素子の損傷によって経時的に変化し得る。加えて、軸外（off-axis）照明モードや多重極（multipole）照明モード等の照明のモードの変更によって結像特性を適合させることが必要となることがある。
【０００９】
結像性能および効率への高まり続ける要求を考慮すると、投影光学系の結像性能を最適化する方法および該方法を実施するように適合された投影露光システムに対する需要が依然として存在している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上の観点から、本発明の目的は、投影露光システムの結像性能を最適化する方法を提供することである。本発明の目的は、また、結像性能を最適化する方法を実施するように適合された投影露光システムを提供することである。本発明のさらなる目的は、レチクルのサイズが異なる領域を効率よく照明するための照明系を有する投影露光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】
【００１１】
第１の局面において、本発明は、投影露光システムの結像性能を最適化する方法であって、該投影露光システムは、パターニング構造を照明するための光源を含む照明光学系と、照明されたパターニング構造の領域を基板平面内の対応するフィールド上に結像するための投影光学系とを含み、該方法は、
フィールドを、第１のフィールド寸法と、投影露光システムによって露光可能な最大フィールド内の第１の位置とを有する第１の露光フィールドに設定することと、
投影光学系の光学パラメータを、第１の露光フィールド内の結像性能が第１の実質的に最適な性能となるように第１の設定に設定することと、
フィールドを、第１のフィールド寸法とは異なる第２のフィールド寸法または／および第１の位置とは異なる、投影露光システムによって露光可能な最大フィールド内の第２の位置を有する第２の露光フィールドに変更することと、
投影光学系の光学パラメータを、第２の露光フィールド内の結像性能が第２の実質的に最適な性能となるように第２の設定に変更することとを含み、
第２の設定における第２の露光フィールド内の結像性能が、第１の設定における第２の露光フィールド内の結像性能よりも優れている方法を提供する。
【００１２】
一般に、投影露光システムの結像性能は、投影露光システムの組み立ての後に、投影露光システムよって露光可能な最大フィールド、すなわち最大可能フィールドサイズに適合および最適化される。リソグラフィ工程において露光を実施するように適合されたモードにおける、投影露光システムによって露光可能な最大フィールド（以下では、「最大露光可能フィールド」ともいう）は、一般に、「視野」と呼ばれるものに相当し、投影露光システムによって（通常は露光ステップにおいて）露光することができる基板平面内の部位を表す。
【００１３】
しかし、投影露光システムの結像性能は、フィールド寸法または／および最大露光可能フィールド内の位置によって規定される、特定の用途において実際に露光に用いられるフィールドについて最適化することが有利であるということがわかっている。用途が異なれば、寸法の異なるフィールドが必要となり得る。さらに、実質的に最適な性能を得るために最大露光可能フィールド内の露光フィールドに対して好ましい位置を選択することによって結像性能を最適化するには、最大露光可能フィールド全域にわたる収差の分布が有利に用いられることがわかっている。
【００１４】
第１のフィールドの寸法または／および位置を、所与の第１の光学パラメータ設定を持つ第１の露光フィールドから、異なる寸法または／および位置を有する第２の露光フィールドへと変更する場合には、第２のフィールド寸法または／および位置を有する第２の露光フィールドの露光に対して第１の光学パラメータ設定を使用するよりも優れた結像性能が得られるように、投影露光システムの少なくとも１つの光学パラメータを変更して第２の光学パラメータ設定を得る。
【００１５】
投影露光システムの特に投影光学系内の少なくとも１つの光学パラメータは、フィールド寸法または／および位置が変更される際に、フィールド寸法または／および位置を有する個々のフィールドに対して最適な結像性能が達成されように調節される。
【００１６】
フィールドの変更は、レチクルの変更または結像対象となるレチクルの領域の変更に関連し得る。最も好ましくは、光学パラメータを各設定に調節した後、フィールドを別の露光フィールドに設定して光学パラメータを別の設定用に変更する前に、露光した基板から小型製品を製造するために基板の露光を実施する。
【００１７】
第２の局面において、本発明は、投影露光システムの結像性能を最適化する方法であって、該投影露光システムは、パターニング構造を照明するための光源を含む照明光学系と、照明されたパターニング構造の、第１のサブ領域を含む領域を、基板平面内の対応するフィールド上に結像するための投影光学系とを含み、
パターニング構造の第１のサブ領域は、基板平面内の対応するフィールド内の対応する第１のサブフィールド上に結像される投影露光システムであり、
該方法は、
フィールドを、フィールド寸法を有する露光フィールドであって、該フィールド寸法とは異なる第１のサブフィールド寸法と該露光フィールド内の第１のサブフィールド位置とを有する第１のサブフィールドを含む露光フィールドに設定することと、
投影光学系の光学パラメータを、
第１のサブフィールド内の結像性能が、第１の結像特性に関して実質的に最適な性能となり、
第１の結像特性に関する結像性能が、第１のサブフィールド内において、第１のサブフィールドの外側に位置する露光フィールド内の部位内における結像性能よりも優れているような設定に設定することとを含む方法を提供する。
【００１８】
最も好適な実施形態においては、パターニング構造の第１のサブ領域は、第１の型の特徴を含み、第１の型の特徴を後続の製造工程に十分な品質で結像するために、第１のサブフィールド内の第１の結像特性に関する実質的に最適な性能が必要である。
【００１９】
第２の局面による結像特性を最適化する方法において、好ましくは、パターニング構造は、第２のサブ領域をさらに含み、第２のサブ領域は、基板平面内の対応するフィールド内の、第２のサブフィールド寸法と露光フィールド内の第１のサブフィールド位置とは異なる第２のサブフィールド位置とを有する対応する第２のサブフィールド上に結像され、該設定もまた、第２のサブフィールド内の結像性能が、第１の結像特性とは異なる第２の結像特性に関して実質的に最適な性能となり、第２の結像特性に関する結像性能が、第２のサブフィールド内において、第２のサブフィールドの外側に位置する第１の露光フィールド内の部位内における結像性能よりも優れているようなものである。
【００２０】
好ましくは、それらの実施形態において、パターニング構造の第２のサブ領域は、第２の型の特徴を含み、第２の型の特徴を後続の製造工程に十分な品質で結像するために、第２のサブフィールド内の第２の結像特性に関する実質的に最適な性能が必要である。
【００２１】
換言すれば、結像性能は、所与の用途における実際の露光フィールド内のサブフィールドについて最適化される。露光フィールド内のサブフィールドの寸法および／または位置は、一般に、基板平面内の露光フィールド上に結像される照明されたパターニング構造の領域内のサブ領域の対応する寸法および／または位置によって決定される。パターニング構造のサブ領域の寸法および位置は、結像されるべきパターニング構造の領域内の一定の型の特徴によって空間的に規定され得る。パターニング構造の１つの型の特徴は、１つの種類の収差に対して、別の種類の収差に対してよりも敏感であるということがあり得る。換言すれば、基板上の特定の特徴の像の品質は、投影露光システム内の１つの種類の収差に、別の種類の収差に比べて、より依存している。このため、第１の型の特徴は１つの種類の収差に対して敏感であり、第２の型の特徴は第２の種類の収差に対して敏感であるということがあり得る。
【００２２】
サブフィールドにおける少なくとも１つの結像特性に関して結像性能を最適化することは、この最適化によって、その後で露光した基板から小型製品を製造するのに十分に高い品質を有するパターニング構造の領域の像を生成することが可能になるのであれば、特に、結像性能を露光フィールド全体について最適化することではこの目的において十分でない場合には、特に有利である。本発明のこの第２の局面はまた、２つの型の特徴が存在し、各サブ領域における特徴の型に応じて異なる種類の収差に関して最適化が実施されるのであれば、特に有利である。
【００２３】
本明細書中で用いられる用語「パターニング構造」は、照明光ビームにパターニングされた断面を付与するのに適したあらゆる手段を広く指しており、（照明されたパターニング構造の）そのパターンの像は、基板上に投影される。パターニング構造は、例えばマスクまたはレチクルであってもよい。用語「レチクル」は、より一般には、縮小された像が基板上に投影されるマスクに関連し、用語「マスク」は、一般には、非縮小すなわち１：１の投影露光を指す。マスクまたはレチクルの種類は、バイナリタイプ、ハーフトーン型（attenuating）位相シフトタイプおよびレベンソン型（alternating）位相シフトタイプならびに様々なハイブリッドタイプを含む。マスク／レチクルは、照明光ビームにパターニングされた断面を与えながら照明光ビームを透過または反射させ得る。プログラム可能なミラーアレイは、本発明と共に用いるのに適したパターニング構造のさらなる例である。このようなアレイの一例は、例えば米国特許第５，２９６，８９１号に記載されており、この文献の全内容を参照により本明細書に援用する。能動型のマトリックスアドレス可能な表面光変調器は、個々にアドレスされた表面領域が入射光を回折光として反射し、アドレスされていない表面領域が光を非回折光として反射する反射表面を備えている。その後、非回折光はろ過により取り除かれ、回折光だけが投影レンズ（投影光学系）へと進むことを許される。これにより、マトリックスアドレス可能な表面マトリックスは、所望のパターンを照明光ビームに与えるようプログラムされている。プログラム可能なミラーアレイのさらなる例が、米国特許５，５２３，１９３号に開示されており、この文献の全内容を参照により本明細書に援用する。照明光は、規定された位置に電子的に駆動され、それによりパターンを生じさせる複数のプログラム可能なミラー装置または画素を含む空間光変調器に当たる。照明光ビームは、このパターンから反射されて、基板または投影光学系へ向かってあるいはＯＦＦの位置へと進むことになる。プログラム可能なＬＣＤアレイは、本発明と共に用いるのに適したパターニング構造のさらなる例である。このようなアレイは、例えば米国特許５，２２９，８７２号に開示されており、この文献の全内容を参照により本明細書に援用する。照明光ビームは、（陰極線管スクリーンから再生された）像の反射パターンを有する液晶光弁の面から反射され、投影光学系を通って基板へと向けられる。一般に、光弁または照明テンプレートは、パターニング構造に関連して用いられる追加的な用語である。
【００２４】
一般に、パターニング構造の所定の領域が、照明光学系によって照明される。パターニング構造の照明された領域の像は、その後、投影光学系を通って基板平面内の露光フィールド上に投影される。本明細書中で用いられる用語「露光フィールド」は、基板上または基盤平面内の被照明部位を指す。このため、基板上の被照明部位、つまり露光フィールドは、一般に、パターニング構造上の被照明領域によって規定され、パターニング構造の該領域の像は、照明されたパターニング構造の縮小投影が基板上に生成されるように基板（基板平面）上に投影され得る。一般に、照明されるべきパターニング構造の領域、ひいては露光フィールドは、照明光学系内または照明光学系とパターニング構造の間に設定されるが、本発明はこのような実施形態に限定されない。
【００２５】
露光フィールドまたはサブフィールドのフィールド寸法は、それぞれいずれもフィールドの特性寸法、例えば長方形の露光フィールドの場合には幅および長さを示している。そのため、フィールド寸法は、フィールドサイズを特徴付けるものでもある。
【００２６】
フィールドの位置は、例えば長方形の２つの頂点等の１つ以上の特性点の１つ以上の座標を寸法とともに示すことによって、または当業者には容易に明らかとなるであろうその他の従来手段によって与え得る。例えば、投影露光システムによって露光可能な最大フィールドの中心点とおおむね交わる光軸が、適切な基準点となる。
【００２７】
投影露光システムによって露光可能な最大フィールド内で露光フィールドのフィールド寸法または／および位置を設定または変更することは、当業者に公知の多数の方法および／または手段によって達成し得る。本発明の１つの好適な実施形態においては、フィールド寸法は、米国特許第６，２８５，４４３号に記載のようなレチクルマスキングシステムによって設定され、この文献の全内容を参照により本明細書に援用する。レチクルマスキングシステムは、調節可能な視野絞りを規定する。当該特許中のレチクルマスキングシステムは、走査式投影露光システムにおいて用いられ、アスペクト比が１：２〜１：８の長方形である、レチクルの細片のみを照明することを可能にする。レチクル上の照明領域は、他の形状にも形成し得る。
【００２８】
あるいは、例えば米国特許第６，０７２，５６１号および米国特許第５，７１０，６２０号に開示されているように、可変照明視野絞りまたはマスクもしくはレチクル遮蔽体（blind）等の他の手段を用いてフィールドサイズまたはフィールド寸法を設定または変更してもよい。
【００２９】
本発明の他の例示的実施形態においては、フィールド寸法またはフィールドサイズ設定手段は、レチクル上の領域を規定するための視野絞りを含み得る。このような視野絞りは、例えば米国特許第６，４１１，３６４号および該特許中の引用文献に開示されているように、レチクルから一定の距離をおいて、例えばマスクと共役な平面内に配置される。これらの文献の全内容を参照により本明細書に援用する。
【００３０】
上記または同様のシステムは、レチクル以外のパターニング構造にも適用し得る。
【００３１】
投影露光システム、特に投影光学系は、典型的に光軸を有している。本発明の実施形態によっては、露光フィールドの位置を、光軸を包含しないように選択するのが有利な場合がある（軸外フィールド）。すなわち、投影露光システムの光軸は、露光フィールドの外側で基板平面と交わる。本発明の第１の局面による方法においては、第１および第２の露光フィールドの両方または一方のみをこのような軸外フィールドとしてよい。
【００３２】
フィールドを軸外（露光）フィールドに設定する場合、このように位置決めされた露光フィールドを照明するために、照明系の一部または全体を移動させることが必要になることがある。
【００３３】
好ましくは、第１および第２の露光フィールド内の結像性能は、各露光フィールド内の複数の位置での少なくとも１つの結像特性に基づいて決定される。同様に、第２の局面による本発明において、好ましくは、各サブフィールド内の結像性能は、各サブフィールド内の複数の位置での各結像性能に基づいて決定される。
【００３４】
好ましくは、結像特性は、収差、均一性、照明効率、テレセントリック性、透過率および偏光からなる群から選択される。第１および第２の局面の両方による本発明においては、結像性能は、少なくとも１つの結像特性に関して決定される。
【００３５】
「収差」は、色収差および単色収差を含み、単色収差は、球面収差、コマ収差および非点収差ならびに縦方向の焦点ずれ（longitudinal focus displacement）または像面湾曲および歪曲収差を含んでいる。さらに、所与の種類の収差、例えば非点収差は、瞳における波面歪みの異なる次数の項として、または異なるゼルニケ（Zernike）関数として数学的に表現される異なる「成分」を含んでいることが多い。所与の収差の１つの成分に対して、像面内の分布の対称性に基づいて、異なる分類を規定することができる。
【００３６】
より広義には、「収差」は、光学投影システムによって生じるあらゆる種類の結像誤差あるいはシステムの結像性能または光学品質を特徴付ける他の数値を含む。結像誤差とは、あるパターンの投影像とそのパターンの理想像との間の不一致である。所与のパターン、所与の照明条件および所与のシステムに関して、狭義のシステムの収差がわかれば、結像誤差をシミュレートすることができる。（結像性能を特徴付ける）「他の数値」の一例は、波面の二乗平均平方根、つまりいわゆる波面ＲＭＳである。
【００３７】
本明細書中で用いられる「均一性」は、各露光フィールドにおける照明の均一性、すなわち所与の露光フィールド全体にわたる均一な照度のことをいう。「均一性」は、全フィールドよりも小さい所定の部位全域の照明の均一性にも関連し得る。「照明効率」は、もとの照度の量の基準、すなわち、もとの照度を基準とした、所与のフィールドサイズの露光フィールドの露光に実際に用いられる、光源（および該当する場合には増幅手段）によって生成された照度である。パターニング構造上の領域を規定し、それにより投影露光システムによって露光可能な最大フィールドよりも小さい露光フィールドを規定する場合、露光フィールドは、従来は、（上記のように）照明光学系において生成された光の一部が開口部によって遮断される、すなわち「捨てられる」といった方法で規定され、その結果、最適な照明効率よりも低い照明効率となってしまう。具体的には、「照明効率」は、本明細書中においては、光源（および該当する場合には増幅手段）によって生成された光の強度と、視野絞り等を含む投影露光システム内のフィールドサイズ設定手段および特に照明光学系によって遮断され、それゆえ露光フィールドの照明に用いられない光の強度との比を特定するために用いられる。
【００３８】
本明細書中で用いられる「透過率」は、投影露光システムおよびその光学素子の光を透過させる性質として理解される。光学素子の透過率は、一定であっても調節可能であってもよく、あるいは光学素子のある領域にわたって変化してもよい。
【００３９】
本明細書で用いられる「偏光」は、投影露光システムにおいて光源と感光基板の間の光学部材を通過する光の偏光を指す。投影露光システムにおいて用いられる光は、偏光されても偏光されなくてもよい。しかし、非偏光光を用いる露光に基づく投影露光システムであっても、照明光は投影露光システム内の１つ以上の光学素子によって偏光されることがある。ｓ偏光およびｐ偏光光用の高反射（ＨＲ）コーティングまたは非反射（ＡＲ）コーティングの異なる反射または透過係数によって、部分偏光が生じ得る。ｓ偏光およびｐ偏光光は、（感光）基板に対して異なる相互作用を行うことがあり、そのことが基板の露光品質を損なうことになる。
【００４０】
投影露光システムは、一般に、投影露光システムの少なくとも基板側において、テレセントリック光学系に基づいている。テレセントリック光学系は、物体および／または像全域のすべての点に関して平行化されている主光線によって特徴付けられ、主光線が光軸と平行であるという点でさらに特徴付けられる。
【００４１】
「テレセントリック性」は、倍率が一般に作動距離の範囲全体にわたって不変であるために基板の平坦でない表面が結像性能に悪影響を及ぼすことがないという利点に関連する。しかし、本発明の実施形態はテレセントリック投影露光システムに限定されない。
【００４２】
例えば、結像性能は、１つ以上の結像特性を調節することによって、所与の（サブ）フィールド寸法または／および位置に対して最適化される。結像特性を最適化することは、結像特性の絶対値または結像特性を示すパラメータを一定の閾値より下に保つこと、かつ／または結像特性の値の偏差を一定の閾値より下に保つこと、かつ／またはフィールド内の異なった点での結像特性の値の絶対差を一定の閾値より下に保つこと等を伴い得る。一例としては、第１のフィールドにおいて、結像特性の値が一定の閾値より下になるように設定されるが、フィールドサイズがより小さいサイズに変更されると、最も高い絶対値はもはやフィールドサイズ内には位置しなくなり、そのため、結像特性は、例えば結像特性の平均値からの結像特性の値の最小偏差といった異なる基準に関して最適化され得る。結像性能を最適化する方法の一例が米国特許出願第２００３／０７１９８６  Ａ１号に記載されており、この文献の全内容を参照により本明細書に援用する。
【００４３】
収差に関して結像性能を最適化するための１つの一般的な方法は、露光フィールド全体にわたる収差の二乗平均平方根値（フィールドＲＭＳ）を最小化することを目的とするいわゆる「最小二乗最適化」を用いることである。露光フィールドがＮの像点Ｐiを含み、Ｐiにおいて最適化されるべき収差が値ａiを有しているとすると、メリット関数は以下のように表すことができる。
（数１）
0004771730.tif 000002
【００４４】
最小二乗最適化は、このメリット関数を最小化する。
【００４５】
別の最適化方法は、以下のメリット関数を最小化する最大最適化であろう。
（数２）
0004771730.tif 000003
【００４６】
最適化手順において対象となる収差は、例えば、個々のゼルニケ係数であり得る。あるいは、いくつかの個々のゼルニケ係数から導き得る、露光フィールド内のすべての点にわたる波面ＲＭＳのような、結像特性を示す他のパラメータを用いてもよい。ゼルニケ係数のような個々のパラメータの異なった寄与がターゲット関数において異なる重み付けをされるシミュレーションまたはモデルの使用を採用してもよく、その一例は、異なる重み付けが行われたゼルニケ係数が合計される一次関数であろう。あるいは、リソグラフィ工程において用いられるパターニング構造の特定の種類の用途またはパターンに一般に依存するリソグラフィパラメータに関して最適化を実施してもよい。
【００４７】
（１つまたは複数の）結像特性は、当該分野において公知の多数の方法で決定し得る。
【００４８】
１つの例示的実施形態においては、結像特性の決定は、レチクル（パターニング構造）平面において臨界寸法のパターンを有する被検物体を感光基板上に結像し、基板を現像し、現像した基板上の臨界寸法のパターンを、投影露光システムの結像特性を決定するために例えば電子顕微鏡で走査することによって評価することによって行われる。臨界寸法の被試験構造は、例えば、米国特許第６，４４９，０３１号に開示されている。別の例としては、米国特許第６，３３１，３６８号に、光学結像システムの収差を検出するのに用いられる被検物体が記載されている。
【００４９】
他の例示的実施形態において、結像特性の決定は、結像性能のシミュレーションによって行い得る。シミュレーションは、照明および／もしくは投影光学系の特定の設計ならびに／または投影露光システムの組み立ての前もしくは後に測定されていることがある上記の系の構成要素の特性に基づいて実施し得る。
【００５０】
本発明の例示的実施形態において、上記方法は、各（１つまたは複数の）結像特性を測定することと、測定された（１つまたは複数の）結像特性に基づいて光学パラメータを決定することとをさらに含む。
【００５１】
（１つまたは複数の）結像特性の測定は、当該分野において公知の多数の方法によって実行し得る。最新の投影露光システムは、一般に、残存収差等の結像特性を現位置で測定するための手段を含んでいる。
【００５２】
１つの例示的実施形態においては、フィールド内の（１つまたは複数の）結像特性の測定は、投影光学系を通過した光の波面の空間像を生成することと、空間像から波面を再現することと、再現された波面から（１つまたは複数の）結像特性を決定することとを含む。他の例示的実施形態においては、結像特性は、干渉計測法を用いることによって測定される。干渉計測法は、トワイマン・グリーン干渉法、フィゾー干渉法、点回折干渉法およびシアリング干渉法等の方法を含む。本発明の他の例示的実施形態においては、フィールド内の（１つまたは複数の）結像特性を測定するためにハルトマン方式のセンサを用い得る。
【００５３】
例えば、ハルトマン法は、一般に、投影光学系の瞳面における波面を複数の部分に分割し、分割された波面の部分のそれぞれの傾き（gradient）を測定することを伴う。このため、分割部分の収差と波面全体の収差とを決定することができる。ハルトマン法を用いた波面検出方法の一例は米国特許出願第２００２／０１５９０４８  Ａ１号に記載されており、この文献の全内容を参照により本明細書に援用する。
【００５４】
米国特許第５，８２８，４５５号には、レンズ列全体にわたる多数のフィールド点において波面を解析するための方法および装置が記載されており、この文献の全内容を参照により本明細書に援用する。該方法は、レチクルを照射すると、投影光学系の像面に回折限界位置からずれたスポットが生成され、そのずれが測定可能であるという知見に基づいている。該方法は、それぞれが結像対物レンズの入射瞳に入る点の近傍の下に中心を有する多数個の開口部からなるアパーチャプレートを用いることを含んでいる。すべての開口部を通過する各点は、基板平面内に多数のスポットアレイを生成する。重心を測定および再現することのできるスポットアレイのすべてが、全体として、多数の離散したフィールド点において収差のある波面を生じる。
【００５５】
これにより、投影露光システムにおいて投影光学系を通過した波面の現位置での解析が提供される。
【００５６】
米国特許出願第２００２／０００１０８８Ａ１号においては、シアリング干渉法によって波面を検出するための方法および装置が開示されており、この文献の全内容を参照により本明細書に援用する。
【００５７】
照明の均一性または透過率、すなわち光の強度の空間分布を測定するために、光電センサを用いてもよい。光電トランスデューサ素子は、このようなセンサの一例であろう。センサは、光の強度分布を空間的に分解できるものであってもよく、フィールド全域の異なる走査点において測定された光の強度に基づいて光の強度分布を決定するためにフィールド内の様々な点を走査するものであってもよい。
【００５８】
フィールド寸法または／および位置を第１のフィールド寸法または／および位置から第２のフィールド寸法または／および位置へと変更する場合、（１つまたは複数の）結像特性の測定は、第２のフィールド寸法または／および位置を有する第２のフィールド内あるいは、たいていは、第２のフィールド寸法よりも大きいフィールド寸法を有するフィールド内で行われ得る。同じことが、第１の露光フィールドと各サブフィールドに当てはまる。結像性能を最適化するべきフィールド寸法よりも大きいフィールド寸法を有するフィールド内で結像特性を測定することには、測定された（１つまたは複数の）結像特性の精度を高められることが多いという利点がある。これは、より大きなフィールドにおいて結像特性を測定することによって、より多くのデータ点を得ることが可能になり、それゆえ測定されたデータ点をデータ点の分布により良好に適合させることができるという知見によるものといえる。
【００５９】
例示的実施形態において、第１の局面による結像性能を最適化する方法は、複数の第２のフィールド寸法または／および位置に対する複数の第２の設定用の光学パラメータを決定することと、第２のフィールド寸法または／および位置に関連する複数の第２の設定の光学パラメータを格納することとをさらに含む。したがって、関連するフィールド寸法または／および位置に対する光学パラメータの設定が含まれたルックアップテーブルを生成してもよい。同様に、本発明の第２の局面による方法の例示的実施形態は、複数のサブフィールド寸法または／および位置に対する複数の設定用の光学パラメータを決定することと、サブフィールド寸法または／および位置に関連する複数の設定の光学パラメータを格納することとをさらに含む。
【００６０】
第１の局面による本発明の例示的実施形態において、本発明の方法は、第２のフィールド寸法または／および位置に基づく、複数の格納された光学パラメータに基づいて第２の設定の光学パラメータを決定することをさらに含む。同様に、第２の局面による方法は、サブフィールド寸法または／および位置あるいは／ならびに特徴の型に基づく、複数の格納された光学パラメータに基づいて設定の光学パラメータを決定することをさらに含み得る。
【００６１】
格納された光学パラメータは、（１つまたは複数の）測定された結像特性に基づいて決定されたものであるのが最も好ましい。あるいは、格納された光学パラメータは、シミュレーション、補間または他の種類の計算によって決定された光学パラメータに基づいていてもよい。測定された結像特性に基づいて決定された光学パラメータは、シミュレーション、補間またはその他の種類の計算の基礎となり得る。あるいは、投影露光システムの光学設計のデータからシミュレートされた光学パラメータのみに基づいた光学パラメータを格納された光学パラメータとしてもよい。
【００６２】
格納された光学パラメータが結像特性（好ましくは測定された結像特性）に基づいて決定されたものである実施形態は、複数の第２の設定が結像特性（好ましくは測定された結像特性）に基づいて決定されており、測定された結像特性に基づいた第２の設定がない第２のフィールドサイズが選択される場合に好適である。その場合、第２の設定または光学パラメータを既存の設定に基づいて決定してよく、これにより第２のフィールド内で結像特性を測定する時間が節減されることになる。また、この実施形態は、投影露光システムが結像特性を測定する手段を含んでおらず、結像特性が一度だけ、例えば投影露光システムに露光動作をさせる前に、複数の第２のフィールドサイズにおいて連続して測定された場合にも有利である。同様の考察が、本発明の第２の局面に従って、１つ以上のサブフィールドについて最適化が実施される場合にあてはまる。
【００６３】
フィールド寸法または／および位置を、以前に用いられたフィールド寸法もしくは／および位置または格納された光学パラメータが存在するフィールド寸法もしくは／および位置に変更する場合には、それらの／そのフィールド寸法または／および位置に関連する設定を格納された光学パラメータの設定から検索し、それにより、結像特性の追加測定およびその測定に基づいた光学パラメータの決定の必要性をなくしてもよく、これにより時間およびコストが節減される。
【００６４】
上記のように、結像特性の測定および光学パラメータの決定は、複数のフィールド寸法または／および位置／サブフィールド、ならびに格納されたフィールド寸法または／および位置／サブフィールドに関連する設定について連続して実施し得る。しかし、一般には、結像特性の測定は、フィールド寸法または／および位置の変更後に、または各サブフィールドについて行うことが好ましい。なぜなら、特に、結像特性が経時的に変化し得ることと、照明光への長時間の曝露によって少なくともいくつかの光学素子の性質が変わってしまい得ることとを考慮すると、こうすることが結像特性に関してより高精度の結果をもたらし得るからである。
【００６５】
例示的実施形態において、光学パラメータを変更／設定することは、パターニング構造の位置を変更／設定すること、基板の位置を変更／設定すること、投影露光システムの隣接する光学素子間のボリュームにおける気体圧力を変更／設定すること、投影露光システムの隣接する光学素子間のボリュームにおける屈折率を変更／設定すること、パターニング構造を照明する光の波長を変更／設定すること、投影露光システムの光学素子を投影露光システムの他の光学素子に対して変位させること、投影露光システムの光学素子を変形させること、投影露光システムの光学素子の透過特性を変更／設定すること、投影露光システムの光学素子を別の光学素子と交換すること、および投影露光システムに設けられた絞りの開口を変更／設定することのうちの少なくとも１つを含む。
【００６６】
本発明の第２の局面による方法において、光学パラメータを設定することは、パターニング構造の位置を設定すること、基板の位置を設定すること、投影光学系の隣接する光学素子間のボリュームにおける気体圧力を変更すること、投影光学系の隣接する光学素子間のボリュームにおける屈折率を設定すること、パターニング構造を照明する光の波長を設定すること、投影光学系の光学素子を投影光学系の他の光学素子に対して変位させること、投影光学系の光学素子を変形させること、投影光学系の光学素子の透過特性を設定すること、投影光学系の光学素子を別の光学素子と交換すること、および投影光学系に設けられた絞りの開口を設定することのうちの少なくとも１つを含み得る。
【００６７】
パターニング構造の位置を変更することは、パターニング構造を、投影露光システムの光軸に対して任意の方向に傾けること、光軸に対して平行に変位させること、または光軸に対して垂直な平面内で変位させることを伴い得る。
【００６８】
同様に、基板の位置を変更することは、基板を、投影露光システムの光軸に対して任意の方向に傾けること、または光軸に対して平行に変位させること、または光軸に対して垂直な平面内で変位させることを伴い得る。光軸の方向に変位させることは、例えば変更されたフォーカス条件に対応するために用い得る。
【００６９】
レチクルは、一般に、前述の方向における微細な移動を可能にする駆動機構とモータとを含むレチクルステージ上に保持され、同様に、基板は基板ステージ上に保持される。好ましくは、基板および／またはレチクルの位置を変更する際は、基板およびレチクルの両方の位置がそれぞれの位置検出システムによって決定される。レチクル以外のパターニング構造は、同様の手段によって保持および移動させ得る。
【００７０】
投影露光システムの隣接する光学素子間のボリューム（密閉空間）における気体圧力もしくは温度ならびに／または投影露光システムの隣接する光学素子間のボリュームにおける気体の屈折率は、特に、気温、気圧および光学素子の温度等の要因によって決まる投影光学系の投影倍率および／または焦点位置および／または像面湾曲に関して結像性能を操作するために変更してよい。この目的に適した気体は、照明光の波長と、気体の特質および／または化学組成に特有の、屈折率の圧力変化への依存性とによって非常に左右される。例えば２００ｎｍ未満の波長では、酸素は実質的な吸収帯を示し、このことにより不活性気体雰囲気下で投影露光システムを動作させることが必要となる。気体圧力を変更する手段を含む投影露光装置の例は、米国特許第４，６９０，５２８号および米国特許第４，８７１，２３７号において見られ、これらの文献の全内容を参照により本明細書に援用する。
【００７１】
光学パラメータを変更することは、コマ収差のような結像特性を調節するためにパターニング構造を照明する光の波長を変更することも含み得る。
【００７２】
投影露光システムが曝される環境の大気条件の変化によって起こる投影露光システムの結像性能の変化を補償するためにレチクルの位置、物体またはウェハの位置および１つ以上のレンズの位置のうちの少なくとも１つの変更と組み合わせて波長を変更する例が、例えば米国特許第４，９６１，００１号に開示されており、この文献の全内容を参照により本明細書に援用する。
【００７３】
他の例示的実施形態において、光学パラメータを変更することは、投影露光システムの光学素子を投影露光システムの他の光学素子に対して変位させることを伴い得る。収差の種類に応じて、光学素子は、投影露光システムの光軸に沿ってまたは光軸に対して垂直に変位される。他の例示的実施形態においては、光学素子が光軸を中心としてある程度回転されることがある。これにより、非回転対称素子については、収差、特に歪曲収差、球面収差、コマ収差および非点収差のような結像特性を調節し得る。光軸に沿った光学素子の変位は、アクチュエータまたは他の光学素子駆動手段および駆動制御素子によって行い得る。例えば、米国特許第６，２５６，０８６号等に記載のように、空気圧によって移動可能な誘導筒（guided barrel）をこの目的に用いてもよく、この文献の全内容を参照により本明細書に援用する。１つ以上の光学素子を別個に駆動してもよい。いずれの光学素子または光学素子のいずれの組み合せが一定の種類の結像特性の調節に適しているかは、一般に、投影光学系の特定の設計および投影光学系における各光学素子の位置によって決まる。光学素子によっては、例えば像面湾曲および非点収差に影響を与えるものもあり、これらの光学素子はその他の光学素子よりも容易に制御することができる。一方、他の光学素子には、例えば米国特許第６，０７８，３８０号に記載のように、球面収差を調節するのにより適しているものもあり、この文献の全内容を参照により本明細書に援用する。１つ以上の光学素子および／または１つ以上の光学素子群を変位させることによって収差等の結像特性を調節するための方法は、当該分野において周知である。光学素子の変位のその他の例が米国特許第５，９７３，８６３号において見られ、この文献の全内容を参照により本明細書に援用する。さらなる例を米国特許出願第２００３／０６３２６８Ａ１号において見ることができ、この文献の全内容を参照により本明細書に援用する。
【００７４】
テレセントリック性を制御するための方法およびシステムは、例えば米国特許第５，７３９，８９９号に記載されており、この文献の全内容を参照により本明細書に援用する。該文献中に開示されている投影露光システムは、基板上のテレセントリック性を変更するために照明光学系内に配置された調節部材を含んでいる。該システムは、投影光学系の光軸の方向における基板の位置および基板の傾きの少なくとも１つを調節するための第２の調節部材をさらに含んでいる。
【００７５】
他の例示的実施形態において、投影露光システムの光学素子を変形させてその光学特性を調節し、それにより結像特性を調節してもよい。光学素子の変形は、光学素子の１つ以上の所定の点に圧力を加えるアクチュエータを用いることによって行ってもよい。光学素子は、例えば、一定の種類の収差を補正するために局所的に変形させ得るミラーのような反射素子であってもよい。変形可能な光学素子の例は、米国特許第６，３０７，６８８号および米国特許第６，３８８，８２３号において見ることができ、これらの文献の全内容を参照により本明細書に援用する。変形可能な光学素子のさらなる例が、米国特許出願第２００３／００２０２３号、米国特許出願第２００２／０４８０９６号およびＰＣＴ出願公開番号第ＷＯ２００３／０３６３５９Ａ２号において見られ、これらの文献の全内容を参照により本明細書に援用する。
【００７６】
光学パラメータを変更することは、投影露光システムの光学素子の透過特性を変更することも含み得る。光学素子は、例えば、照明光学系内に位置する調節可能な灰色フィルタのような調節可能なフィルタであり得る。灰色フィルタは、特に、例えば二重極（dipole）照明モードにおいて照明均一性を制御し、光の強度の変化を補償するために調節し得る。
【００７７】
本発明の他の例示的実施形態において、光学パラメータは、投影露光システムの光学素子を別の光学素子と交換することによって変更し得る。
【００７８】
本発明の好適な実施形態においては、照明効率を向上させるためにフィールドサイズが変更される場合、光学インテグレータシステムが交換される。一般に、本発明と共に用いるのに適した照明光学系つまりビーム照射系（beam delivery system）は、当該分野において公知のいかなるビーム照射系であってもよい。例えば、ビーム照射系は、米国特許第６，２８５，４４３号に記載のものであってもよく、この文献の全内容を参照により本明細書に援用する。上記のビーム照射系は、光源と、光源によって生成された光のビームを拡大するためのビームエキスパンダと、照明モードすなわち特定の瞳充填性（pupil fill）を設定するように適合された回折光学素子と、対物レンズと、ビーム照射系内でさらに離れて位置するガラスロッドのアスペクト比に対応するアスペクト比を有する長方形の形状内において光の発散を生じさせる第２の回折光学素子とを含んでいる。第２の回折光学素子から出射する光は、光ビームをガラスロッドの入射面上へと導く結合レンズ（in-coupling optic）を通過し、該ガラスロッドは、瞳面全域において光分布の均一性を高めるために光の均一化および混合を行う。ガラスロッドの出射面に直接に配置された中間フィールド面内には、調節可能な視野絞りを形成するレチクルマスキングシステムが設けられている。一般に、視野絞りは、レチクル上の被照明領域のサイズを規定するために調節される。視野絞りによって規定される開口のサイズを減少させることによって、一般に、ガラスロッドの出射面から出射する光の一部が遮断され、それにより照明効率が低下することになる。
【００７９】
対照的に、本発明においては、結像性能を最適化することは、光学インテグレータシステム、すなわち光学インテグレータおよびこれに関連する光学素子を別の光学インテグレータシステムと交換することにより照明効率を高めることも含み得る。好ましくはガラスロッドである光学インテグレータに関連する光学素子は、光ビームを光学インテグレータの入射面の形状に対応する形状にする役割を果たすものである。上記のビーム照射系では、ガラスロッドおよび第２の回折光学素子が交換される。ガラスロッドの入出射面の表面がより小さい場合には、第２の回折光学素子も、光学インテグレータの入射面形状およびサイズに正確に対応した照明形状およびサイズを提供するようになされなければならない。このため、光の一部を遮断するのではなく、光ビームをより小さい部位に集中させ、その結果、照明効率が高められることになる。これにより、単位面積当たりの光強度が高められ、そのことによって投影露光システムにおいてより高い露光スループットを実現することが可能になる。例えばガラスロッドのアスペクト比、すなわち幅と高さの比を、パターニング構造上の被照明領域のアスペクト比に適合させる。本実施形態の特徴は、パターニング構造上の被照明領域のサイズは変更されるが、照明光学系の瞳面内の照明形状および照明される瞳のサイズはほぼ変わらないことである。上記の実施形態における回折光学素子の代わりに、耐熱性または／および耐放射線性材料からなる屈折レンズラスタを用いてもよい。
【００８０】
本発明の本実施形態によると、照明光学系は、光学インテグレータおよび光学インテグレータに関連する光学素子を交換する手段を含む。回折光学素子（ＤＯＥ）およびガラスロッドは、例えば、所望のガラスロッドおよびこれに対応するＤＯＥを光路内に配置するために向きを変えることが可能なタレット板上に取り付けることができる。
【００８１】
第３の局面において、本発明は、本発明の第１および第２の局面に従って結像性能を最適化する方法を実施するように適合された投影露光システムを提供する。
【００８２】
本発明の第４の局面においては、上記のような交換可能な光学インテグレータシステムを備えた照明光学系を含む投影露光システムも提供される。特に、該投影露光システムは、瞳面を有し、パターニング構造を照明するための光源を含む照明光学系と、照明されたパターニング構造の領域を、露光した基板から形成される小型製品の製造工程においてパターニング構造の像で基板を露光するために基板平面内の対応するフィールドに結像するための投影光学系とを含み、該照明光学系は、パターニング構造の第１のサイズの第１の領域を照明するための第１の光学インテグレータシステムと、少なくとも、第１のサイズとは異なる第２のサイズを有するパターニング構造の第２の領域を照明するための第２の光学インテグレータシステムとを含み、該第１および少なくとも第２の光学インテグレータが、第１の光学インテグレータを少なくとも第２の光学インテグレータシステムと交換することができるように配置された照明光学系であり、照明光学系の瞳面における照度分布が、形状およびサイズの点で、第１および少なくとも第２の光学インテグレータシステムに関して実質的に同じであることを特徴とする。
【００８３】
光学インテグレータとしてガラスロッド等を有していない照明光学系では、同様の効果を達成するためには第２の回折光学素子または屈折ラスタ素子をそれぞれ交換しなければならない。このため、好ましくは、第１および少なくとも第２の光学インテグレータシステムは、回折光学素子または屈折光学素子を含む。他の例示的実施形態においては、第１および少なくとも第２の光学インテグレータシステムは、ガラスロッドをさらに含む。
【００８４】
他の例示的実施形態において、第１および少なくとも第２の光学インテグレータシステムは、フライアイ集光レンズを含む。
【００８５】
光学パラメータを変更することは、投影露光システムに設けられた絞りの開口を変更することを含み得る。絞りは、照明光学系内に位置していてもよく、投影露光システム内に位置していてもよい。絞りの開口を変更することは、絞りの位置によっては、投影光学系の瞳面における絞りの場合のように、開口数の変更を伴い得る。照明系内の絞りは、照明光学系の瞳面全域にわたる照度の分布を変更するためにも用い得る。
【００８６】
投影露光システムの結像性能は、本発明の第１の局面によると、所与のフィールド寸法または／および所与のフィールド位置とともに所与の照明モードまたは所与のパターニング構造パターンに関して最適化し得る。結像性能の最適化は主として所与のフィールド寸法または／および所与のフィールド位置に関して行われるが、結像性能を、さらに、一定の種類の照明モードまたは所与のパターニング構造パターンに適合させ得る。
【００８７】
本発明の好適な実施形態においては、第１および第２の露光フィールドは、露光した基板から形成される小型製品の製造工程において、基板をパターニング構造の像で露光するために用いられる。第１および第２の露光フィールドは、例えば、異なるパターニング構造の像または同一のパターニング構造の異なる領域の像で露光し得る。同様に、本発明の第２の局面による方法における露光フィールドは、露光した基板から形成される小型製品の製造工程において、基板をパターニング構造の像で露光するために用いられる。
【００８８】
本発明の方法において用いられる投影露光システムは、いかなる適切な公知の投影露光システムであってもよい。投影露光に含まれる投影光学系は、反射光学式であっても屈折光学式であっても反射屈折光学式であってもよい。
【００８９】
本明細書中で用いられる用語「光源」は、２つのレーザが光源として用いられる場合のように２つ以上の光源が照明光学系の光源を構成している実施形態も包含するように意図されている。
【００９０】
例示的実施形態において、投影露光システムは逐次移動（step-and-repeat）投影露光システムである。好ましくは、投影露光システムは走査式露光システムである。走査式露光システムにおいては、レチクルおよび基板が投影光学系を基準にして同時に走査され、そのため、逐次移動式投影露光システムに比べてスループットを高めることが可能である。
【００９１】
別の局面において、本発明は、投影露光システムの結像性能を最適化する方法であって、該投影露光システムは、パターニング構造を照明するための光源を含む照明光学系と、照明されたパターニング構造の領域を基板平面内の対応するフィールド上に結像するための投影光学系とを含み、該方法は、フィールドを、第１のフィールド寸法と投影露光システムによって露光可能な最大フィールド内の第１の位置とを有する第１の露光フィールドに設定することと、投影光学系の光学パラメータを、第１の設定に設定し、このことによって該第１の設定における第１の露光フィールド内の結像性能量が第１の性能条件を満たすようにすることと、フィールドを、第１のフィールド寸法とは異なる第２のフィールド寸法または／および第１の位置とは異なる、投影露光システムによって露光可能な最大フィールド内の第２の位置を有する第２の露光フィールドに変更することと、投影光学系の光学パラメータを、第２の設定に変更し、このことによって該第２の設定における第２の露光フィールド内の結像性能量が第２の性能条件を満たすようにすることとを含み、第２の設定における第２の露光フィールドに関連する結像性能量が、第１の設定における第２の露光フィールドに関連する結像性能量よりも優れている方法を提供する。
【００９２】
さらなる局面において、本発明は、投影露光システムの結像性能を最適化する方法であって、該投影露光システムは、パターニング構造を照明するための光源を含む照明光学系と、照明されたパターニング構造の、第１のサブ領域を含む領域を、基板平面内の対応するフィールド上に結像するための投影光学系とを含み、パターニング構造の第１のサブ領域は、基板平面内の対応するフィールド内の対応する第１のサブフィールド上に結像される投影露光システムであり、該方法は、
フィールドを、フィールド寸法を有する露光フィールドであって、フィールド寸法とは異なる第１のサブフィールド寸法と該露光フィールド内の第１のサブフィールド位置を有する第１のサブフィールドとを含む露光フィールドに設定することと、
投影光学系の光学パラメータを、
第１のサブフィールド内の結像性能量が、第１の結像特性に関して第１の性能条件を満たし、
第１の結像特性に関する結像性能量が、第１のサブフィールド内において、第１のサブフィールドの外側に位置する露光フィールド内の部位内における結像性能量よりも優れている方法を提供する。
【００９３】
また、パターニング構造の第１のサブ領域は、第１の型の特徴を含んでいてもよく、第１のサブフィールド内の第１の結像特性に関する第１の性能条件を満たすことによって、第１の型の特徴を後続の製造工程のために所定の品質レベルで結像することが可能になる。結像特徴に関する所定の品質レベルを指定することは、例えば、特徴解像度に対する要件（例えば、最小特徴サイズ要件）、重ね合わされたパターン間での最大許容可能位置合わせ誤差、あるいはその他の適切な品質基準または品質基準の組み合わせを指定することを含み得る。
【００９４】
結像性能に関する第１および第２の性能条件は、各露光フィールドまたはサブフィールドの全体にわたって収差（または他の特性）のＲＭＳ値を最小化すること、本明細書中に説明したような別のメリット関数の値を最小化すること、あるいはこのような量の特定の値を指定することのようないかなる適切な条件であってもよい。また、例えば、第１および第２の性能条件は、いかなる結像特性、結像特性（例えば、収差、照度、解像度、重ね合わせパターンの位置合わせ）や本明細書中に記載のようなその他の結像特性のいかなる適切な組み合わせに課される、いかなる条件であってもよい。このような性能条件を決定することは、所望の用途に関連する所与の結像工程の要件に応じてなされ、当面の要件に応じて当業者の技量の範囲内のものである。同様に、結像性能量は、このような結像特性のいかなるものの値であっても、このような結像特性のいかなる適切な組み合わせの値の組み合わせであってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９５】
本発明の上記およびその他の有利な特徴は、添付の図面を参照しながら、以下の本発明の例示的実施形態の詳細な説明からより明らかになるであろう。なお、本発明の全ての考えられる実施形態が必ずしも本明細書中で明らかにされる各利点を全て、つまりいずれの利点をも示しているというわけではない。
【００９６】
以下、様々な実施形態を参照しながら結像性能の最適化について説明する。第１から第５の実施形態において、様々な収差を結像性能の指標として選び、露光フィールドおよびサブフィールドの様々なサイズおよび位置についての例を挙げる。
【００９７】
本発明の第１の実施形態においては、典型的な種類の収差として非点収差に関する投影露光システムの最適化を実施する。
【００９８】
まず、最大露光可能フィールドサイズである第１のフィールドサイズについて非点収差値を最適化し、その後、露光フィールドを第１のフィールドサイズよりも小さい第２のフィールドサイズの露光フィールドに変更し、非点収差を第２のフィールドサイズについて最適化する。
【００９９】
露光フィールド（例えば、走査式投影露光システムの場合にはスリット）全域の非点収差値の分布は、定数項、一次項および二次項を含む、フィールドサイズまたは高さ（走査式投影露光システムの場合にはスリット高さ）の関数として数学的に表すことができる。
【０１００】
投影光学系の組み立て後に、結像性能を最大露光可能フィールドサイズについて最適化する。
【０１０１】
非点収差は、以下の様々な手段によって調節することができる。非点収差の定数項は、投影光学系内の少なくとも１つの光学素子を回転または変形させることによって調節することができる。非点収差の一次項は、１つまたはいくつかの光学素子を光軸に対して垂直に変位させることあるいは１つの光学素子または１群の素子を傾斜させることによって調節し得る。非点収差の二次項は、光学素子を光軸に対して平行に変位させること、隣接する光学素子間の少なくとも１つのボリュームにおいて気体圧力を変更すること、あるいは隣接する光学素子間の１つのボリュームまたはボリュームの群において屈折率を変更することによって制御し得る。
【０１０２】
図１における黒線Ｌ１は、非点収差値の最適化された分布を、最大露光可能フィールドサイズの第１の露光フィールド全域においてナノメートル単位で示している。最大露光可能フィールドサイズに関連するスリット高さは、「ＦＳ１」と示した線によって示すように、約２６ｍｍ、すなわちスリットｘ軸上で±１３ｍｍであった。「スリット高さ」とは、走査方向に対して垂直な方向における露光フィールドの寸法のことをいう。図１からわかるように、非点収差の最小および最大値間の最大差は３ｎｍ未満である。
【０１０３】
続いて、フィールドサイズを第１のフィールドサイズよりも小さい第２のフィールドサイズに変更する。本実施形態においては、第２のフィールドサイズは、スリット高さが１５ｍｍ、すなわちスリットｘ軸上で±７．５ｍｍとなるように選択した。１つ以上の上記の調節手段によって非点収差を調節し、その結果、図１において破線Ｌ２として示す分布となった。図から明らかなように、非点収差をより小さい第２のフィールドサイズ（端部を「ＦＳ２」と示した黒線で示す）について最適化することによって、第２の露光フィールド内で非点収差値をより小さくすることが可能になり、その結果、最大露光可能フィールドサイズ用に最適化された設定で達成することができる結像性能よりも優れた結像性能が得られる。第２のフィールドサイズ用の設定における非点収差値の分布は、この第２の設定を用いることでは第１の露光フィールドに許容範囲の結像性能が得られることにはならないということも示している。なぜなら、第２の露光フィールド内では非点収差値は小さいが、図１において「Ａ」として示した第２の露光フィールドの端部を超えて広がる第１の露光フィールドの領域においては非点収差値は５ｎｍもの高い値を有しているからである。したがって、所与の用途において用いられるフィールドサイズに対して結像性能を最適化することにより、向上した性能が得られる。
【０１０４】
本発明の第２の実施形態においては、特定のフィールドサイズに対する投影露光システムの最適化について説明するために、収差の別の例としてコマ収差を用いる。
【０１０５】
スリット全域のコマ収差分布は、定数項と一次項とを含むスリット高さの関数として数学的に表現し得る。コマ収差の定数項は、投影光学系内の光軸に対して垂直な方向において１つの光学素子または一群の素子を変位させる、あるいは素子または素子の群を傾斜させることによって制御し得る。コマ収差の一次項は、例えば、投影光学系内の光軸に対して平行に１つ以上の光学素子を変位させる、あるいは光学素子間の圧力を変更する、あるいは照明光の波長を変更することによって調節し得る。
【０１０６】
第１および第２のフィールドサイズの寸法またはそれらのスリット高さは、第１の実施形態と同様であり、図１と同じ参照符号で示した。
【０１０７】
上記の調節手段の１つを用いることによってコマ収差を第１のフィールドサイズについて最適化した。図２における黒線Ｌ３は、第１のフィールドサイズ（「ＦＳ１」と示した一点鎖線の間）用に最適化された設定におけるコマ収差値の分布を表している。一方、破線Ｌ４は、第２のフィールドサイズ（すなわち、「ＦＳ２」と示した黒線の間）用に最適化された設定におけるコマ収差値の分布を表している。第１の実施形態と同様に、あるフィールドサイズは、別のフィールドサイズ用の設定よりも優れた結果が得られる、当該フィールドサイズに関連する最適化された設定を有している。本実施形態においては、平均コマ収差値からの偏差がより小さいコマ収差値分布を第２のフィールドサイズ用にのみ選択することができる。なぜなら、第２のフィールドの端部と第１のフィールドの端部の間のフィールドの領域Ａにおけるコマ収差値は、より小さい第２のフィールドサイズにおける結像性能に影響を与えることはないからである。したがって、この設定が第２のフィールドサイズ用に最適化されるが、第１のフィールドサイズ用に最適化された設定では第２のフィールドサイズを有する露光フィールドにおいて最適な結像性能は得られない。
【０１０８】
本発明の第１および第２の実施形態においては、異なる種類の収差を互いに別個に扱ってきた。しかし、当業者には、これらの解決手段を組み合わせ、異なる種類の収差の最適化手順を並行して実施することが可能である。さらに、上記の種類の収差は一例にすぎない。投影光学系の光学的性質の計算により、他の多くの種類および収差フィールド分布を見い出し、個々に補正することができる。
【０１０９】
本発明による第３の実施形態においては、軸外露光フィールド、すなわち最大露光可能フィールド内で中心から外れて位置する露光フィールドにおける非点収差に関する投影露光システムの例を挙げる。第３の実施形態による投影露光システムにおいては、変形可能なレンズを設けない。非点収差の一次および二次項は、第１の実施形態に関連して説明したように調節し得る。非点収差の定数項は、露光フィールドが軸外であることにより、１つ以上の光学素子を変位させることによって調節し得る。図３において、実線Ｌ５は、最適化手順が実施される前の非点収差値を表している。非点収差値が高い原因は、投影露光システムの製造や組み立て時に生じた欠陥あるいは材料の劣化またはレンズの加熱であろう。最適な場合においては非点収差値はゼロである。図３における点線Ｌ６は、結像性能が最大露光可能フィールドサイズ（ｘ軸上を約−１３ｍｍから約＋１３ｍｍまで延びる）について最適化された後の非点収差値の分布をナノメートル単位で示している。最大露光可能フィールドサイズに関連するスリット高さはここでも約２６ｍｍであった。最適化には光学素子の変位が含まれていた。最適化は、最小二乗法に基づいて実施した。図３における破線Ｌ７は、投影露光システムが「ＯＡＦ」と示したｙ軸に平行な黒線によって左右境界線を示した軸外露光フィールドについて最適化された後の非点収差値の分布を表している。表示した軸外フィールドにおける分布から明らかにわかるように、最大露光可能フィールドにおける分布と比較すると、非点収差値は極めて小さく、そのため、結像性能は極めて優れている。
【０１１０】
図４は、投影露光システムによって露光可能な最大フィールド全域における歪曲収差値の分布の一例を示している。歪曲収差値は、投影露光システムによって露光可能な円形の最大フィールドＭＦ全域にわたって変化する。ベクトルの矢印は、結像点の正しい位置と各結像点の実際の測定位置との間のずれを示している。それらの歪曲収差は、典型的には１０ｎｍ以下の範囲内となる。したがって、図４は、投影露光システムの結像性能の最適化が、投影露光システムによって露光可能な最大フィールドＭＦ内で収差の値が特に適切な（この場合においては低い）値となる露光フィールドの特定の位置を選択することによって、実施され得ることを実証している。図４に示す投影露光システムによって露光可能な最大フィールド内に描かれている長方形は、本発明に従って選択し得る露光フィールドの考えられる有利な位置を示している。最も大きな長方形ＥＦ１は、走査式露光システムにおいて用いられるような、最大可能スリット幅を有する露光フィールドの標準的な位置を示している。所与の露光工程においていずれの種類の収差を特に重要または重大であると考えるかに応じて、投影露光システムによって露光可能な最大フィールド全域にわたるその特定の種類の収差の分布を同様に考察することができ、その特定の種類の収差の分布に基づいて、適切な位置を選択し、それにより、投影露光システムの結像性能を最適化する。収差に関する最適化に加えて、均一性、テレセントリック性、透過率、照明効率および偏光等の他の結像特性について、同一または同様の考察があてはまる。
【０１１１】
本発明による第４の実施形態においては、同じ寸法ではあるが最大照明領域内で異なる位置を有している２つの露光フィールドの全域にわたる非点収差の最適化について図５を参照しながら説明する。投影露光システム内の非点収差の調節は、先行する実施形態に関連して説明した内容に従って実施される。露光フィールド１は、図中において黒い実線で示され、スリットｘ軸上の約−１３ｍｍからスリットｘ軸上の約＋７まで延びており、露光フィールド２は、鎖線で示され、スリットｘ軸上の約−７ｍｍからスリットｘ軸上の約＋１３まで延びている。両露光フィールドは、同じサイズおよび寸法を有しているが、最大露光可能フィールド内で異なる位置にあると同時に重複する部分を有している。図５から明らかにわかるように、線Ｌ８によって示した露光フィールド１について最適化された非点収差値の分布は、線Ｌ９によって示した露光フィールド２について最適化された非点収差値の分布とは異なっている。したがって、最適化は、最大露光可能フィールド内での各露光フィールドの絶対位置によって左右されることになる。一方、特に有利な位置を選択し、その位置において露光フィールドの結像特性を最適化することにより、最大露光可能フィールド内の異なる位置の異なる性質を最適化に利用することができる。
【０１１２】
本発明による第５の実施形態においては、露光フィールド内の２つの異なるサブフィールドについて最適化を実施する。サブフィールドは、パターニング構造の異なるサブ領域に対応し、一方のサブ領域は、特定の種類の収差に対して特に敏感な特徴を含んでおり、すなわち、その特定の種類の収差がそれら特定の特徴に関する結像性能に特に有害となり、他方のサブ領域は、異なる種類の収差に対して特に敏感な特徴を含んでいる。本実施形態においては、パターニング構造は２つのサブ領域を含み、一方のサブ領域における特徴は非点収差に対して特に敏感であり、他方のサブ領域における特徴はコマ収差に対して特に敏感である。したがって、左側のサブフィールドを非点収差に関して最適化し、右側のサブフィールドをコマ収差に関して最適化する。これらの種類の収差を調節する方法は、上記に説明されている。
【０１１３】
各収差値の分布に関しての最適化手順の結果を図６および図７に示す。図６は、鎖線Ｌ１０によって示したように、黒線ＬＳＦで端部を示したスリットｘ軸上の約−１３ｍｍから約０ｍｍまで延びる左側サブフィールドについて最適化された非点収差値の分布を示している。最適化されたサブフィールドの外側（すなわち、右側）の非点収差値は、黒い実線Ｌ１１によって示した露光フィールド全体について最適化された分布における非点収差値よりも高くなっている。図７には、コマ収差値の分布を示す。コマ収差値の分布は、露光フィールド全体について最適化された分布を表す黒い実線と比較すると、鎖線によって示した分布から明白なように、「ＲＳＦ」と示した黒線で端部を示した右側サブフィールドについて最適化されている。
【０１１４】
図８において、フローチャートは、本発明の第６の実施形態を説明するものである。第１のステップにおいて、（基板の／基板平面内の）フィールドを第１のフィールドサイズを有する第１の露光フィールドに設定する。これは、照明光学系のレチクルマスキングシステムを所望のサイズに設定することによって達成してもよい。第２のステップにおいて、米国特許出願第２００２／０００１０８８  Ａ１号に記載のようにシアリング干渉法によって結像特性を測定する。この文献の全内容を参照により本明細書に援用する。要するに、照明系によって生成された光ビームが、投影光学系のレチクル面（物体面）内に位置する干渉性マスク（coherence mask）を含むレチクルに入射する。干渉性マスクはシアリング干渉計のための波面源として作用する。波面は、投影光学系によって、投影光学系の基板平面（像面）内に位置する回折格子上に結像される。回折格子は、波面をいくつかのずらされた（sheared）回折次数に分割し、これらが重なり合って干渉図形を形成し、それが検出器によって記録される。これらのずらされた波面の回折図形は、投影光学系の収差を含む波面を再現するのに用いられる。測定された結像特性に基づいて、第３のステップにおいて光学パラメータを決定する。第１のフィールドサイズ用に最適化された結像性能を提供する光学パラメータは、第１の設定を構成する。第１のフィールドサイズ用に最適化された結像性能を提供する光学パラメータは、ルックアップテーブルに格納され、以降の段階においてはそのルックアップテーブルから光学パラメータを検索してもよく、このことにより、第１のフィールドサイズとは異なるフィールドサイズを有する露光フィールドにおける露光後にフィールドサイズを第１のフィールドサイズに設定し直す場合には、追加の測定ステップが不必要となる。一旦、光学パラメータを第１の設定に設定すると、投影露光システムは、第１の露光フィールドにおいて投影露光を実施するために用いられる。例えば、投影露光システムを、異なる照明領域、ひいては異なる露光フィールドサイズを必要とするパターニング構造を採用する異なる用途に用いる場合には、フィールドを第２のフィールドサイズを有する第２の露光フィールドに設定する。次のステップにおいて、上記のように、シアリング干渉法によって結像特性を測定する。これらの結像特性に基づいて、第２のフィールドサイズ用に光学パラメータを決定する。第２のフィールドサイズ用に最適化された結像性能を提供する光学パラメータは、第２の設定を構成する。その後、光学パラメータを、より優れた結像性能を提供する第２の設定に設定する。ここでも、後で使用するために第２の設定の光学パラメータを格納し得る。
【０１１５】
図９に示した第４の局面による本発明の投影露光システムの好適な実施形態によると、照明系は、照明効率を改善するためにフィールドサイズを変更する際に交換し得るガラスロッドと回折光学素子とを含む交換可能な光学インテグレータシステムを含んでいる。本発明の第３の実施形態によるビーム照射系は、実質的に米国特許第６，２８５，４４３号に記載のものであり、ビーム照射系を通過するビームの進行方向において、光源１、ビームエキスパンダ２、第１の回折光学素子３、対物レンズ４、第２の回折光学素子５、結合レンズ６、ガラスロッド７、レチクルマスキングシステム８ならびにレチクル平面１２の手前にいくつかのレンズ素子９、１０およびミラー１１を含む追加の対物レンズを含んでいる。ビームエキスパンダ２は、レーザ光源１によって生成されたレーザビーム断面の干渉性を拡大および縮小する。第１の回折光学素子３は、射出瞳を有する物体面を規定し、物体面内に第２の回折光学素子５が設けられる。２つの回折光学素子３および５の間にある対物レンズ４は、ズーム素子であってもよい。結合レンズ６は、第２の回折光学素子５から出射する光を、光を混合して均一化する働きをするガラスロッド７の入射面へと送る。レチクルマスキングシステム８は、ガラスロッド７の出射面に直接に配置された中間フィールド平面内に配置されており、調節可能な視野絞りを規定している。その後、対物レンズ９から１１が、レチクルマスキングシステム８の中間フィールド平面をレチクル１２上に結像する。フィールドサイズをより小さいフィールドサイズに変更する場合、すなわち、レチクル上の被照明領域をより小さい領域に変更する場合には、ガラスロッド７と第２の回折光学素子（ＤＯＥ）５とを含む光学インテグレータシステムを、異なるサイズのガラスロッド７’と、該ガラスロッド７’の入射面のサイズおよび形状に応じて光ビームを正確に成形するように適合された第２のＤＯＥ５’と交換する。これにより照明効率が高められる。ガラスロッド７および７’は、ガラスロッド７または７’を光ビームの経路内に移動させるように適合された摺動可能なキャリッジ１５に取り付けられている。キャリッジ１５は、中央制御ユニット１８から命令を受け、ガラスロッド７をビーム経路内にした第１の位置またはガラスロッド７’をビーム経路内にした第２の位置にキャリッジを摺動させるキャリッジ制御ユニット１６によって制御される。ガラスロッドをガラスロッド７からガラスロッド７’に交換する場合には、第２のＤＯＥをＤＯＥ５からＤＯＥ５’に交換する。ＤＯＥは、中央制御ユニット１８からＤＯＥを交換する命令を受けるタレット板制御ユニット１４によって回転および制御されるタレット板１３に取り付けられている。レチクルマスキングシステム８は、交換されるガラスロッドおよび第２のＤＯＥに応じて調節し得る。レチクルマスキングシステムによって形成される調節可能な開口は、やはり中央制御ユニット１８から命令を受けるレチクルマスキングシステム制御ユニット１７によって制御される。中央制御ユニット１８は、ユーザインターフェースと、マニピュレータや測定システム等を制御する他の制御ユニットとも接続されている。上記のＤＯＥ３および５、５’の代わりに、屈折マイクロレンズアレイまたは所望の角スペクトルを生成する他のディフューザを用いることもできる。
【０１１６】
図１０に、本発明による方法と共に用いるように適合された投影露光システム１００の模式図を示す。投影露光システム１００は、光軸１０１を有しており、照明光学系１０２と投影光学系１１２とを含んでいる。照明光学系１０２は、所定の波長もしくは波長領域および／または偏光光のビームを放出する光源１０３を含んでおり、光源１０３は、本発明の本実施形態においてはレーザ光源である。照明系は、多数の構成部品１０４〜１０９をさらに含んでいる。
【０１１７】
構成部品１０４は、本実施形態においては、照明光の所定の波長の設定を可能にする波長選択システムである。本実施形態例においては構成部品１０４は独立した波長選択システムであるが、本発明の他の実施形態においては構成部品１０４は光源１０３の一体部品であってもよく、これは、通常、レーザから放出されたビーム中の光の波長の選択を可能にする最新式のレーザの場合にあてはまる。構成部品１０５は、照明光学系の照明モードの選択、すなわち円状、環状、軸外、二重極、四重極（quadrupole）等のうちの１つの選択を可能にする。構成部品１０６は、投影光学系の開口数の変更を可能にするズーム対物レンズである。構成部品１０７は、図９に示したようなガラスロッドおよび第２のＤＯＥを交換するために光学インテグレーションシステムを交換するためのシステムである。構成部品１０８は、光学インテグレーションシステムと組み合わせて、あるいはその代替としてレチクル上の被照射領域を規定するためのレチクルマスキングシステムである。構成部品１０９は、照明光学系１０２のテレセントリック誤差を補償するための可傾式ミラーまたはウェッジ状透過光学素子等の補償器である。構成部品１０４および１０６〜１０９の光学特性は、フィールドサイズを第１のフィールドサイズから第２のフィールドサイズに変更する場合には、結像特性、ひいては結像性能を最適化するために調節し得る。照明モードを設定する構成部品１０５は、特定のレチクルパターンに応じて選択し得る。構成部品１０４および１０６〜１０９の光学パラメータは、フィールドサイズおよび照明モードの両方について最適な結像特性を提供するように調節し得る。照明光学系１０２によって形状、強度および均一性が調節された光ビームは、レチクル保持器１１１上に載置されたレチクルに入射する。レチクル保持器１１１は、光軸１０１に対して平行（ｙ）または垂直（ｘ）な方向における微細な移動および光軸１０１に対する傾斜を可能にする。レチクル１１０の照明された領域のパターンの像は、その後、投影光学系１１２を通って送られ、露光に用いられる光の波長に対して敏感な層で被覆された基板１２１上に投影される。基板１２１は、レチクル保持器と同様に光軸１０１に対して平行（ｙ）または垂直（ｙ）な方向における微細な移動および光軸１０１に対する傾斜を可能にする基板保持器１２２上に載置される。例えば、光軸に沿った移動によって、変更されたフォーカス条件に適合させることができる。投影光学系は、多数の構成部品１１３〜１２０を含んでおり、それらの光学特性は、投影光学系１１２の結像特性を適合させ、結像性能を特定のフィールドサイズについて最適化するために調節することができる。
【０１１８】
構成部品１１３〜１２０を直列に示しているが、この特定の配置は概要を表したにすぎず、これらの構成部品の順序として解釈されるべきではない。順序は、一般に、投影光学系の特定の設計および他の要因によって変わる。以下に、投影光学系に含まれ得、かつ結像性能を最適化するために光学パラメータの調節を可能にし得る構成部品または光学素子を列記する。構成部品１２０は、この特定の実施形態においては、投影光学系１１２の開口数を変更するために調節し得る調節可能な開口である。構成部品１１９は、制御対象の光学素子間の１つ以上の密閉空間において気体圧力を制御し、それにより透過率および／または屈折率を制御する気体送出および制御システムである。構成部品１１８および１１７は、光軸に対して垂直に移動可能、かつ／または光軸に対して傾斜可能なレンズである。構成部品１１６は、収差を補正するのに使用し得る変形可能な光学素子である。構成部品１１５および１１４は、光軸を中心に回転可能なようになっているレンズである。この特定の実施形態においては、レンズ１１５および１１４は、固有の複屈折を有するフッ化カルシウムからなるものである。レンズ１１４および１１５を通過する光の偏光を補償するために、これらのレンズを光軸１０１と各レンズの特定の結晶軸との間の角度に応じて互いに回転させてもよく、これは「クロッキング」として知られている。構成部品１１３は、レンズ群であり、レンズ群内の１つ以上のレンズ間の距離は、投影光学系１１２のコマ収差、非点収差および歪曲収差等の誤差を補償するために変更することができる。照明光学系１０２および投影光学系１１２の両方のすべての構成部品は、それぞれ、簡略化のために図示していない個別の駆動および制御機構を含んでいる。各構成部品の駆動および制御機構は、中央制御ユニット１２３によってそれぞれ個別に制御される。中央制御ユニット１２３は、用いられる特定のフィールドサイズに基づいて命令を送る。
【０１１９】
本発明を一定の具体的な実施形態に関して説明したが、当業者にとって多くの代替、修正および変形が明らかであろうことは明白である。したがって、本明細書中に記載の本発明の好適な実施形態は、説明のためのものであり、いかなる点においても本発明を限定するものではない。以下の請求項およびそれらの均等物によって定められる本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の第１の実施形態による第１および第２のフィールドにおける非点収差値の最適化された分布を示す。
【図２】本発明の第２の実施形態による第１および第２のフィールドにおけるコマ収差値の最適化された分布を示す。
【図３】本発明の第３の実施形態による、最適化前の非点収差値の分布ならびに最大露光可能フィールド全体および軸外露光フィールドに対する最適化後の非点収差値の分布を示す。
【図４】最大露光可能フィールド全域の歪曲収差値の分布を示す。
【図５】本発明の第４の実施形態による、異なる位置を有する２つの露光フィールドのそれぞれについて最適化された非点収差値の分布を示す。
【図６】本発明の第５の実施形態による、左側サブフィールドについて最適化された非点収差値の分布を示す。
【図７】本発明の第５の実施形態による、右側サブフィールドについて最適化されたコマ収差値の分布を示す。
【図８】本発明の第６の実施形態のフローチャートを示す。
【図９】本発明の第４の局面による投影露光システムの好適な実施形態の照明光学系を示す。
【図１０】本発明の方法を実施するように適合された投影露光システムの一実施形態を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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