(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトリソグラフィック装置の照明器であって、
−光ビームの光源（１’）、
−集光レンズ（５）、
−マイクロレンズの少なくとも１つのアレイ（Ｌ３、Ｌ４）を含み、前記集光レンズから上流に位置決めされている光均一化系（４）、および
−前記光均一化系の物体焦点に位置決めされた遮断具（３）
を含み、
前記遮断具（３）の平面のフーリエ変換の平面内に位置決めされたアパーチャ絞りのネットワーク（８）をさらに含む
ことを特徴とする、照明器。
【請求項２】
アパーチャ絞りの前記ネットワーク（８）が、前記光均一化系（４）の前記アレイ（Ｌ３、Ｌ４）の前記マイクロレンズに対面して位置決めされた複数の絞りを含み、
前記絞りネットワークの各絞りが、対応するマイクロレンズに対面して位置決めされている、
請求項１に記載の照明器。
【請求項３】
光軸に対する前記光均一化系（４）のマイクロレンズの第１のアレイ（Ｌ３）の焦点距離ｆ１、前記遮断具の照明角度θ、および前記絞りの前記アパーチャの直径ｂは、
前記絞りを通過する前記光ビームが、
０．２〜０．８に含まれるコヒーレンス因子
【数１】
0006296665.tif 000004
を有するように、適合されている、
請求項１に記載の照明器。
【請求項４】
前記絞りの前記アパーチャの直径、および前記絞りを通過する前記光線の前記コヒーレンス因子が、絞りによって異なる、
請求項３に記載の照明器。
【請求項５】
前記絞りの前記アパーチャの直径、および前記光線の前記コヒーレンス因子が、２つの隣接する絞り間で異なることができる、
請求項４に記載の照明器。
【請求項６】
前記絞りの前記アパーチャの直径の分布がランダムである、
請求項４または５に記載の照明器。
【請求項７】
絞り毎の前記アパーチャの直径の変化が、０〜５０％の間に含まれる、
請求項４〜６のいずれか一項に記載の照明器。
【請求項８】
絞り毎の前記アパーチャの直径の変化が、０〜３０％の間に含まれる、
請求項４〜６のいずれか一項に記載の照明器。
【請求項９】
前記光均一化系（４）の像焦点面が、前記集光レンズ（５）の前記物体焦点面内に位置決めされる、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の照明器。
【請求項１０】
マスク（７）、および請求項１〜９のいずれか一項に記載の照明器を含むフォトリソグラフィック装置であって、
前記照明器の前記遮断具（３）が、前記照明器の前記集光レンズ（５）の像焦点面の共役面内に位置決めされる、
フォトリソグラフィック装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトリソグラフィック装置の照明器、そのようなフォトリソグラフィック装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィは、電磁放射線を使用して半導体装置上に薄いパターンを生成することによって、半導体装置を作製するために使用される技術である。このために、フォトリソグラフィック装置の照明器はマスクを照明し、その像が、半導体スライス（「ウエハ」としても公知）に投影される。  
【０００３】
図１を参照して説明すると、公知の照明器は、一般的に、照明源１’によって照明される回折光学素子(diffractive optical element)（ＤＯＥとも呼ばれる）を含む。  
【０００４】
照明源１’は、例えばレーザ光源である。  
【０００５】
素子１は、一般的に回折をもたらすために使用される任意の素子、例えば、球面マイクロレンズの二次元アレイ、フレネルレンズ、回折格子などとし得る。素子は、光学散乱装置の役割を果たし、およびその主機能は、その射出側において、一般的に所望のパターン、例えばディスク形状またはリング形状を有する瞳を生成することである。  
【０００６】
照明器は、素子１の射出側に、いくつかのレンズを備えて形成されたズーム系２を含む。ズーム系２の機能は、素子１の射出瞳の像を有限距離に戻し、かつその寸法を変更できるようにすることである。  
【０００７】
ズーム系２の射出側には、互いに対面する２つの面を含む平板と、各面に形成されている球面または円柱マイクロレンズのネットワークとからなるマイクロレンズのアレイＬ１が位置決めされる。マイクロレンズのアレイＬ１は、ズーム系２の射出側における入射ビームを、多数のサブビームに分ける。換言すると、アレイＬ１の射出瞳は、サブ射出瞳に分解される。  
【０００８】
マイクロレンズの第２のアレイＬ２は、第１のアレイＬ１から下流に位置決めされるため、Ｌ１Ｌ２系は無限焦点である。  
【０００９】
マイクロレンズの第３のアレイＬ３は、第２のアレイＬ２から下流に位置決めされる。この第３のアレイＬ３の像焦点に、遮断具３(obturator)が位置決めされており、この遮断具は、一定間隔でアパーチャが形成されている板または格子からなる。選択的に、遮断具３は、光軸に直角のある方向に沿って、または光軸に直角の複数の方向に沿って、および必要な場合には互いに照明されるマスク７およびウエハｗの動きと同期して動く２枚の板３１、３２を含んでもよい。この遮断具の作製に関する詳細について、文献国際公開第２００７／０２８７９３号パンフレットを参照してもよい。  
【００１０】
あらゆる場合において、遮断具３は、マスク７での照明プロファイル、画像フォーマットおよび照射量の制御を可能にする。この点において、マスク７は、平面内に位置決めされ集光レンズ５の焦点面と結合され、集光レンズからわずかに下流に位置決めされる。これにより、照明中のウエハ上に寄生光を生成する光が所望のフィールド外へ透過されないようにすることができる。マスクの焦点が集光レンズの焦点面に対してわずかにぼけていることにより、光パルスのエネルギーの時間変化を滑らかにすることによって、照射量の制御を改善できる。  
【００１１】
遮断具３から上流のＬ１Ｌ２ネットワーク系が無限焦点であることにより、遮断具を照明する系のサブ射出瞳のサイズを限定できる。それゆえ、マイクロレンズの間にはビームの非照明領域がある。非照明領域では、画像フィールドが完全に照明される必要があるとき、ビームを妨害せずに、遮断具３の不透明部分が位置決めされ得る。これにより、遮断具の射出側においてサブビームのシャープカットオフ、およびマスクにおけるシャープな遮断を可能にする。  
【００１２】
照明器をテレセントリックにするため、すなわち、照明器の射出瞳が無限遠であるようにするように、マイクロレンズの第３のアレイＬ３の像焦点は、集光レンズ５の物体焦点に配置される。それに関し、集光レンズ５は複数のレンズを含み、それを用いてＬ１Ｌ２アレイからのサブビームをマスクにおいて重ね合わせ得る。  
【００１３】
集光レンズ５とマスク７との間にはアポダイゼーション素子６も配置される。  
【００１４】
先に指摘したように、遮断具３は、集光レンズの焦点面の共役面内に位置決めされて、ビーム１０のシャープな遮断を保証する。  
【００１５】
特に、そのような照明器は、一次元に沿った光ビームに対して、すなわち、光ビームの遮断が遮断具の平面内の第１の軸に沿って保証される必要があるとき、良好な結果をもたらす。  
【００１６】
しかしながら、遮断具の平面内の２つの軸、特に光軸に垂直でかつ互いに垂直な２つの軸に沿って遮断を保証する必要があるという仮定の下で、イメージングの問題が引き起こされる。  
【００１７】
実際に、照明器のテレセントリシティ条件は、両遮断軸の方向においてマイクロレンズのアレイＬ３の物体焦点に遮断具３が位置決めされることを課す。他方で、マスクでの遮断具の像鮮鋭度条件は、両方向においてマイクロレンズのアレイＬ３の像焦点が集光レンズの物体焦点に位置決めされることを課す。  
【００１８】
これらの条件の双方とも、マイクロレンズのアレイＬ３が両方向に沿って同じ焦点距離を有する必要があることを課す。ここで、このタイプの照明器では、マイクロレンズの焦点距離が前記マイクロレンズの厚さと同じ大きさであるため、この結果が確実に得られるようにすること、それゆえ、両方向において遮断具とマスクとの完璧な組み合わせを保証することは、幾何学的に不可能である。  
【００１９】
他方で、遮断具は、集光レンズの平面に、それゆえマスク上に遮断具の鮮明な像を得ることを困難にする回折現象を引き起こす。より詳細には、格子による光の回折は、マイクロレンズのアレイＬ１Ｌ２から生じるサブビームのアパーチャ(aperture)よりも大きいアパーチャに従って、光ビームを散乱させる。
このことから、２つの否定的な結果が生じる：
−回折が大きすぎる場合、遮断具からの光は、右側のアレイＬ３のマイクロレンズを通過しない可能性があり、サブビーム１００とマスク上の干渉現象との間にクロストークを生じる。
−遮断具による回折は、マイクロレンズの第３のアレイＬ３の入射側でのサブビームのアパーチャの増大をもたらす。ここで、アパーチャが大きいことが、マイクロレンズのアレイＬ３の物体被写界深度(object field depth)を制限し、これが、このアレイＬ３の物体焦点面に関しての遮断具の焦点ぼけに対する感度を高める。それゆえ、照明器の調整は、より複雑になる
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、上述の問題の少なくとも１つを克服することを提案する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
このために、フォトリソグラフィック装置の照明器であって、
−光ビームの光源、
−集光レンズ、
−マイクロレンズの少なくとも１つのアレイを含み、集光レンズから上流に位置決めされている光均一化系、および
−光均一化系の物体焦点に位置決めされた遮断具、
を含み、
遮断具の平面のフーリエ変換面またはフーリエ面内に位置決めされたアパーチャ絞りのネットワークをさらに含む、照明器が提案される。  
【００２２】
任意選択的にではあるが、本発明は、さらに、以下の特徴のうちの少なくとも１つを備えることが好ましい：
−アパーチャ絞りのネットワークが、光均一化系のアレイのマイクロレンズに対面して位置決めされた複数の絞りを含み、絞りのネットワークの各絞りが、対応するマイクロレンズに対面して位置決めされている。
−光軸の方向に対する光均一化系のマイクロレンズの第１のアレイの焦点距離ｆ１、遮断具の照明角度θ、および絞りのアパーチャの直径ｂは、
絞りを通過する光線が、
０．２〜０．８に含まれるコヒーレンス因子
【数１】
0006296665.tif 000002
を有するように、適合されている。
−絞りのアパーチャの直径、および前記絞りを通過する光線のコヒーレンス因子が、絞りによって異なる、
−絞りのアパーチャの直径、および光線のコヒーレンス因子が、２つの隣接する絞りの間で異なることができる。
−アパーチャの直径の分布がランダムである。
−絞り毎のアパーチャの直径の変化が、０〜５０％の間、および好ましくは０〜３０％の間に含まれる。
−光均一化系の焦点面が集光レンズの物体焦点面内に位置決めされる。
【００２３】
本発明の目的はさらに、マスク、および本発明による照明器を含むフォトリソグラフィック装置であり、照明器の遮断具は、集光レンズの像焦点面の共役面内に位置決めされている、フォトリソグラフィック装置に関する。  
【００２４】
本発明は多くの利点を有する。  
【００２５】
本発明の照明器は、遮断具と、光軸に直角の第１の方向においてだけでなく、光軸に直角の、および好ましくは第１の方向に直角の第２の方向においても照明されるマスクとの間の組み合わせ条件を満たす。  
【００２６】
さらに、本発明による照明器は、マスク上での遮断具の像の鮮鋭度を高めるため、遮断具に関係した回折効果の制御を可能にする。アパーチャを制御することによって、さらに、マイクロレンズの第３のアレイＬ３を、その物体焦点面に関する格子の焦点ぼけに対してあまり感度を有しないようにすることが可能になり、これにより、本発明による照明器の装着および調整を容易にする。  
【００２７】
本発明の他の特徴、目的および利点は、純粋に説明のためでありかつ非限定的である以下の説明から明らかとなり、およびこの説明は、添付の図面を参照して読むべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】既に説明した、従来技術で公知の照明器を概略的に示す。
【図２ａ】本発明による照明器の異なる実施形態を概略的に示す。
【図２ｂ】本発明による照明器の異なる実施形態を概略的に示す。
【図２ｃ】本発明による照明器の異なる実施形態を概略的に示す。
【図３】遮断具から下流のマイクロレンズのアレイに関する配置を示す。
【図４】絞りのネットワークを横切る光ビームのコヒーレンスに依存する、集光レンズの物体焦点面内における遮断具のスロットの像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
照明器の概要
図２ａ〜２ｃは、本発明による照明器の一部分を概略的に示す。  
【００３０】
図２ａでは、照明器は、例えばレーザ光源等の光ビーム１０の光源１’、光源１’の射出側に配置された回折素子１、およびズーム系２を含む（これらの素子は、図２ｂおよび図２ｃには示されていない）。  
【００３１】
さらに、照明器は、ズーム系２の射出側において、マイクロレンズの第１および第２のアレイＬ１およびＬ２からなる無限焦点系Ｌ１Ｌ２を含む。  
【００３２】
ビーム１０は、無限焦点系Ｌ１Ｌ２の射出側において、複数のサブビーム１００を含む。サブビーム１００は、無限焦点系Ｌ１Ｌ２のサブ射出瞳を形成する。  
【００３３】
照明器は、遮断具３を含む。遮断具３は、２つの格子３１、３２として示され、かつ無限焦点系Ｌ１Ｌ２の射出瞳に位置決めされる。  
【００３４】
マイクロレンズの第３のアレイＬ３を含む、光均一化系４が、遮断具３から下流に配置されている。遮断具は、光均一化系４の物体焦点面内に位置決めされている。  
【００３５】
照明器は、集光レンズ５およびダイゼーション素子６も含んでいる。集光レンズ５により、無限焦点系Ｌ１Ｌ２からのサブビーム１００をフォトリソグラフマスク７に重ね合わせることが可能となる。アポダイゼーション素子６は、集光レンズ４と、マスク７が位置決めされる平面との間に設けられる。  
【００３６】
集光レンズ５の物体焦点面は、マスクでの遮断具の像の鮮鋭度を保証するために、均一化系４の像焦点面に位置決めされることが好ましい。  
【００３７】
そのような照明器を含むフォトリソグラフィック装置は、エッチング形成されるウエハｗに位置決めされたマスク７を含む。遮断具は、集光レンズ５の像焦点面の共役面内に位置決めされる。使用中、投影光学系がマスク７の像をウエハｗに生成することが理解される。  
【００３８】
均一化系
本発明による照明器の均一化系は、光軸に直交する２つの別個の方向において、照明器の鮮鋭度およびテレセントリシティを得ることを可能とする。これらの方向は、互いに直交することが好ましい。
非限定的な例として、図２ａ〜２ｃでは、光軸をＺと記し、光軸に直交する第１の方向に沿うとともに図の断面に直交する軸をＸと記し、光軸およびＸ軸に直交する第２の方向に沿った軸をＹと記している。  
【００３９】
この結果を得ることができるようにする均一化系は、マイクロレンズの第３のアレイＬ３に加えて、マイクロレンズの第４のアレイＬ４を含む。  
【００４０】
図３に、マイクロレンズのアレイＬ３およびＬ４の相対的配置を示す。遮断具３およびこの系の像焦点面Ｆ’を概略的に示す。遮断具３は、均一化系の物体焦点Ｐに配置されている。像焦点面Ｆ’は、両方向ＸおよびＹにおいて集光レンズの物体焦点面ＦＣに配置される必要がある。  
【００４１】
鮮鋭度およびテレセントリシティ条件は、両方向ＸおよびＹにおいて光均一化系が同じ物体焦点面および像焦点面内にある場合に、保証される。
【００４２】
これを達成するために、マイクロレンズの各アレイは、互いに対面する２つの面３１０、３２０、４１０、４２０を含む平面板として現れる。前記面の少なくとも１つに、複数の円柱マイクロレンズがエッチング形成される。  
【００４３】
より具体的には、マイクロレンズのアレイＬ３は、その面３１０、３２０のそれぞれに円柱状のマイクロレンズを含む。一方の面のマイクロレンズの軸は、他方の面のマイクロレンズの軸に直交する。  
【００４４】
両面のマイクロレンズの軸が光軸に直角であるため、それらの円柱面を通してマイクロレンズに光線が達する。  
【００４５】
マイクロレンズのアレイＬ４に関しては、光束の伝播方向に対してその第１の面４１０に円柱マイクロレンズを含むだけであり、上面４２０(upper face)は光線をどの方向にもそらさないように平面的である。  
【００４６】
第１の方向、例えばＹ方向において、均一化系が、アレイＬ３の第１の面内に位置決めされた収束レンズ３１として振る舞うように、マイクロレンズの円柱の軸の向きが定められる。そのため、遮断具の平面Ｐが前記レンズ３１の物体焦点面内にあり、集光レンズの物体焦点面ＦＣが前記レンズの像焦点面Ｆ’内にある。  
【００４７】
この結果を得るために、マイクロレンズのアレイＬ３の第１の面の円柱レンズの軸は、Ｙ方向に直交して延びる一方、他の円柱レンズの軸（すなわち、アレイＬ３の第２の面およびアレイＬ４の第１の面の円柱レンズの軸）は、Ｙ方向に沿った光ビームの伝播をそらさないようにするためにＹ方向に平行に延びる。  
【００４８】
これは、第１の方向Ｙにおいて照明器の鮮鋭度およびテレセントリシティを得ることを可能にする。  
【００４９】
第２の方向、この場合Ｘ方向に関しては、マイクロレンズの円柱の軸が第１の方向Ｙに平行に向けられるため、均一化系４は、
−アレイＬ３の第２の面に収束レンズ３２、および
−アレイＬ４の第１の面に発散レンズＤ１、
を含む系として振る舞い、遮断具の平面が収束レンズ３２の物体焦点面内にあり、集光レンズの物体焦点面が系の像焦点面Ｆ’内にある。  
【００５０】
これらレンズは、当業者に公知の方法において、それらそれぞれの焦点距離がそのような結果を得ることができるようにするような寸法にされる。  
【００５１】
そえゆえ、マイクロレンズの両アレイＬ３およびＬ４の位置決め、ならびにそれらを構成するレンズの寸法決定によっては、両方向に同じ焦点距離を有する均一化系４を得ることが可能となる。  
【００５２】
絞り
図２ｂを参照して説明すると、照明器は、遮断具の射出側における回折現象を制御するために、アパーチャ絞りのネットワーク８を含む。アパーチャ絞りのネットワーク８は、遮断具の平面Ｐのフーリエ変換の面またはフーリエ面内に位置決めされている。  
【００５３】
好ましくは、このネットワークは複数の絞り８０を含む。各絞り８０は、均一化系に隣接するアレイの対応するマイクロレンズ４０に対面して位置決めされている。  
【００５４】
図２ｂでは、均一化系４は、マイクロレンズの１つのアレイＬ３のみを含む；その場合、絞りネットワークは、マイクロレンズのアレイＬ３の像焦点面内にあり、それぞれの絞りはこのアレイＬ３のそれぞれのマイクロレンズに対面している。  
【００５５】
図２ｃでは、絞りのネットワーク８の使用は、図２ａを参照して先に説明したように、マイクロレンズの２つのアレイＬ３Ｌ４を含む均一化系４と組み合わされた。  
【００５６】
この場合、絞りのネットワーク８は、Ｆ’の平面内においてマイクロレンズの両アレイＬ３とＬ４との間に位置決めされる。この平面は、遮断具の平面のフーリエ面である。絞りは、マイクロレンズのアレイＬ４およびＬ３のマイクロレンズに対面している。  
【００５７】
それゆえ、遮断具３の射出側での回折の場合、絞りが存在することによって、光ビームのサブビーム１００間のクロストーク現象を回避することが可能となる。絞りのネットワーク８を用いて、均一化系の物体焦点面に関する遮断具の焦点ぼけに対して照明器の精度があまり感度を有しないようにするように、被写界深度(field depth)を十分に増やすことも可能である。それにより、照明器の製造および調整を容易にする。  
【００５８】
絞りのアパーチャの直径は、マイクロレンズと同じ次数の値であることが好ましい。例えば、マイクロレンズの直径は０．５ｍｍ程度とし、およびアパーチャの直径は０．１ｍｍ程度とし得る。  
【００５９】
アパーチャ絞りのネットワークによる、遮断具が存在することから生じる回折の補正は、照明器のいくつかのパラメータに依存する。特に、像の鮮鋭度は、絞りネットワークの照明のコヒーレンス因子に依存する。  
【００６０】
図４を参照すると、集光レンズの像焦点面における遮断具のスロットの縁の像が、異なるコヒーレンス因子に関して示されている。図では：
−「コヒーレント」ビームを表す曲線は、ゼロのコヒーレンス因子に対応し、
−「部分的にコヒーレント」ビームを表す曲線は、０．３のコヒーレンス因子に対応し、
−「インコヒーレント」ビームを表す曲線は、１に等しいコヒーレンス因子に対応する。  
【００６１】
スロットに関するミリメートルでの幾何学的位置は、横座標に与えられる。スロットは、２５ｍｍに位置決めされ、スロットの透明部分は、２５ｍｍ未満に見られ、および不透明部分は２５ｍｍ後に見られる。  
【００６２】
光強度が縦座標に入射ビームの強度の百分率として示される。理論的には、この強度は、スロットの透明部分では１００％に等しくなり、不透明部分では０％になる。  
【００６３】
ここで、全体的にコヒーレントなビームに関し、スロットの透明な側に干渉パターンが現れ、このレベルにおける強度は正弦曲線で与えられる。  
【００６４】
ビームが全体的にインコヒーレントであると、これらの干渉は消えるが、この改善は、２５ｍｍにおけるスロットの不透明部分と透明部分との移行部に不利益を生じる。  
【００６５】
ビームが部分的にコヒーレントである場合が中間のケースであり、先の両ケース間に良好な妥協をもたらす。より具体的には、ビームが０．２〜０．８に含まれるコヒーレンス因子を有するとき、好都合な構成が保証される。  
【００６６】
コヒーレンス因子は、
【数２】
0006296665.tif 000003
として表わされる。式中、ｆ１は、均一化系のマイクロレンズのアレイＬ３の焦点距離であり、θは、光軸に対する遮断具の照明角度であり、およびｂは、絞りのアパーチャの直径である。それゆえ、コヒーレンス因子の値は、これら３つのパラメータの値を調整することによって得られる。  
【００６７】
しかしながら、図４では、光強度の変動がスロットの透明部分に存在することが観察される。これらの変動を平均するために、絞りのアパーチャの直径を変更し、これを行うことによってコヒーレンス因子を修正するための対策(provision)が行われることが好ましい。好ましくは、２つの隣接する絞りの間を含め、絞りの直径が変化する。  
【００６８】
絞り毎のアパーチャの直径の変化は、０〜５０％の間に含まれ、および好ましくは０〜３０％の間に含まれる。  
【００６９】
さらに、絞りのアパーチャの直径は、好都合にも、ランダムな統計的分布に従い、およびこれは、遮断具の照明に関わらない。これにより、例えば所与のサブビーム１００に対して、局所的にも、回折現象を平均することが可能になる。
【図１】
0006296665.tif 000005
【図２ａ】
0006296665.tif 000006
【図２ｂ】
0006296665.tif 000007
【図２ｃ】
0006296665.tif 000008
【図３】
0006296665.tif 000009
【図４】
0006296665.tif 000010