(57)【要約】【課題】本発明は、照射系と照射系を採用するフォトリソグラフィ装置とに関する。【解決手段】照射系は照射分布を生成する装置を備え、照射分布（６）は中心点（３２）および外縁（３３）を有し、中心点（３２）の周りに画定される第１の不透明部（３４）と、外縁（３３）に隣接して画定される第２の不透明部（３５）と、第１および第２の不透明部（３４、３５）の間に配置される放射線透過部（３６）とを含む。照射系はさらに偏光装置（２３）を含む。偏光装置（２３）は、少なくとも第１および第２の偏光方向（３１１ａ、ｂ）が生成されるように局所的に変化する偏光方向（３１１ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を有する直線偏光電磁放射線を生成し、第１の偏光方向（３１１ａ）は第２の偏光方向（３１１ｂ）と異なり、照射分布の放射線透過部の少なくとも２つの異なる点での偏光方向が、この点と照射分布の中心点（３２）とをつなぐ線に平行である。【選択図】図７
2007311794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターニングされる基板（５）と、
前記基板（５）に転写される複数のパターン（４１）を有し、少なくとも１つのパターンが第１の方向に広がり、パターンサイズｄｙである焦点板（４）と、
照射系（２０）と、
前記焦点板（４）の像を前記基板（５）に投影し、開口数（ＮＡ）を有する光学投影系（１１）と、を備えるフォトリソグラフィ装置（１）であって、
前記照射系（２０）が、
電磁放射線を放射する照射源（２１）と、偏光装置（２３）と、照射分布（６）を生成する装置（３）と、を有し、
前記照射分布（６）は、中心点（３２）および外縁（３３）を有する装置（３）によって生成され、前記中心点（３２）の周囲に画定されて、各点の前記中心点（３２）からの距離がｒｉｎよりも小さい第１の不透明部（３４）と、前記外縁（３３）に隣接して画定されて、各点の前記中心点（３２）からの距離がｒｏｕｔよりも大きい第２の不透明部（３５）と、第１および第２の不透明部（３４、３５）の間に配置される放射線透過部（３６）と、を含み、
前記偏光装置（２３）は、前記照射源（２１）と前記照射分布生成装置（３）との間に配置され、少なくとも第１および第２の偏光方向（３１１ａ、ｂ）が生成されるように局所的に変化する偏光方向（３１１ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を有する直線偏光電磁放射線を生成するように調整され、
第１の偏光方向（３１１ａ）は、第２の偏光方向（３１１ｂ）と異なり、前記照射分布の放射線透過部の少なくとも２つの異なる点での偏光方向が、その点と前記照射分布の中心点（３２）とをつなぐ線に平行であり、
前記第２の不透明部（３５）の半径ｒｏｕｔは、前記放射線透過部（３６）での照射による±１次回折光が光学投影系（１１）の開口数外に位置するように、焦点板（４）のパターンサイズｄｙおよび光学投影系（１１）の開口数（ＮＡ）に基づいて決定されることを特徴とするフォトリソグラフィ装置（１）。
【請求項２】
請求項１に記載のフォトリソグラフィ装置であって、
前記放射線透過部（３６）が、第１、第２、第３、および第４の極（３１ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を備え、
前記第１および第２の極（３１ａ、ｃ）は、第１の方向に沿って配置され、前記第３および第４の極（３１ｂ、ｄ）は、第２の方向に沿って配置され、前記第２の方向は、前記第１の方向に直交し、
前記各極で伝達される放射線強度が、前記放射線透過部（３６）の別の部分で伝達される放射線強度よりも大きく、
前記第１および第２の極（３１ａ、ｃ）により伝達される電磁放射線の偏光方向は前記第１の方向と平行で、前記第３および第４の極（３１ｂ、ｄ）により伝達される電磁放射線の偏光方向は前記第２の方向と平行であることを特徴とするフォトリソグラフィ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のフォトリソグラフィ装置であって、
前記各極が円形であることを特徴とするフォトリソグラフィ装置。
【請求項４】
請求項２に記載のフォトリソグラフィ装置であって、
前記極のうち少なくとも１つが楕円形であることを特徴とするフォトリソグラフィ装置。
【請求項５】
請求項２に記載のフォトリソグラフィ装置であって、
前記極のうち少なくとも１つがリング片の形状であることを特徴とするフォトリソグラフィ装置。
【請求項６】
請求項３に記載のフォトリソグラフィ装置であって、
前記第１、第２、第３、および第４の極のそれぞれの直径がｒｏｕｔとｒｉｎとの差に等しいことを特徴とするフォトリソグラフィ装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のフォトリソグラフィ装置であって、
半径ｒｉｎが一定であることを特徴とするフォトリソグラフィ装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載のフォトリソグラフィ装置であって、
半径ｒｏｕｔが一定であることを特徴とするフォトリソグラフィ装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載のフォトリソグラフィ装置であって、
第１の方向で測定される半径ｒｉｎ，ｙは第２の方向で測定される半径ｒｉｎ，ｘと異なることを特徴とするフォトリソグラフィ装置。
【請求項１０】
請求項１乃至７及び９のいずれかに記載のフォトリソグラフィ装置であって、
第１の方向で測定される半径ｒｏｕｔ，ｙは第２の方向で測定される半径ｒｏｕｔ，ｘと異なることを特徴とするフォトリソグラフィ装置。
【請求項１１】
請求項１に記載のフォトリソグラフィ装置であって、
前記放射線透過部は環状で、電磁放射線の放射強度が前記放射線透過部内で一定であることを特徴とするフォトリソグラフィ装置。
【請求項１２】
請求項２乃至１０のいずれかに記載のフォトリソグラフィ装置（１）であって、
前記第１の極（３１ａ）での照射による＋１次回折光が光学投影系（１１）の開口数外にあり、前記第２の極（３１ｃ）での照射による−１次回折光が光学投影系（１１）の開口数外にあるように、前記第２の不透明部（３５）の半径ｒｏｕｔが、前記焦点板（４）のパターンサイズｄｙおよび光学投影系（１１）の開口数（ＮＡ）に基づいて決定されることを特徴とするフォトリソグラフィ装置（１）。
【請求項１３】
請求項２乃至１０のいずれかに記載のフォトリソグラフィ装置（１）であって、
前記第３の極（３１ｂ）での照射による＋１次回折光が光学投影系（１１）の開口数外にあり、前記第４の極（３１ｄ）での照射による−１次回折光が光学投影系（１１）の開口数外にあるように、前記第２の不透明部（３５）の半径ｒｏｕｔが、前記焦点板（４）のパターンサイズｄｙおよび光学投影系（１１）の開口数（ＮＡ）に基づいて決定されることを特徴とするフォトリソグラフィ装置（１）。
【請求項１４】
請求項１乃至１１のいずれかに記載のフォトリソグラフィ装置であって、
前記焦点板（４）が、第２の方向に広がり、パターンサイズｄｘのパターン（４１）をさらに備え、
前記放射線透過部（３６）での照射による±１次の回折光が前記光学投影系（１１）の開口数外となるように、前記第２の不透明部（３５）の第１の方向に伸びる半径ｒｏｕｔ，ｙが、前記焦点板（４）のパターンサイズｄｙおよび前記光学投影系（１１）の開口数（ＮＡ）に基づいて決定され、前記第２の不透明部（３５）の第２の方向に伸びる半径ｒｏｕｔ、ｘが、前記焦点板（４）のパターンサイズｄｘおよび前記光学投影系（１１）の開口数（ＮＡ）に基づいて決定されることを特徴とするフォトリソグラフィ装置。
【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装置での使用に適する照射系と、上記照射系を備えるフォトリソグラフィ装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造中、その半導体装置の構成要素は通常、シリコンウェハ上に蒸着される層をパターニングすることにより形成される。これらの層のパターニングは通常、パターニングされるべき層上にレジスト材料を塗布した後、露光波長に反応するレジスト層の所定部分を露光することにより達成される。その後、放射線を照射された（あるいはされなかった）領域が現像されて、照射された、あるいはされなかった部分が除去される。その結果、その層の一部が、後のエッチング工程や注入工程などの処理工程中、生成されたフォトレジストパターンによりマスクされる。基本層の露光部分の処理後、レジストマスクが除去される。
【０００３】
現在のフォトリソグラフィの一般的な課題は、一定の露光波長で、より小さなパターンサイズとより大きな許容焦点深度（ＤＯＦ）を実現することである。この課題は、新規なマスク、特に位相シフトマスク、あるいは軸外照射を利用して実現可能である。
【０００４】
軸外照射の作用は、例えば、図１から認識することができる。図１は、焦点板４に形成されるパターンを基板、具体的にはパターニングされる半導体ウェハに描画するための光学投影装置又はフォトリソグラフィ装置１の概略図である。照射源２１は、所定の波長範囲の電磁放射線を放射する。光学投影装置は、集光レンズ２２、照射分布生成装置３、焦点板４をさらに含む。パターン４１は焦点板４上に形成される。焦点板４上のパターン４１は、投影系１１によりウェハ５に描画される。照射分布生成装置３は、光学投影装置１の照射瞳孔面に任意の照射分布を定義するように形成することができる。照射分布生成装置３は、図１に示されるように、例えば、開口素子３であってもよい。その例では、開口素子３は、軸光線２４が焦点板４に垂直に当たるように形成することができる。この場合、開口素子は、例えば、その中心部に開口部を有し、入射放射線の１００％を伝達する。もしくは、開口素子３は、軸外光線２５が生成されるようにその中心部外に位置する開口部を有することもできる。軸上光線２４が焦点板４上のパターン４１によって回折される場合、構造上の形状サイズに応じて、０次回折光線のみが投影系１１の入口瞳孔領域１１１内に位置する。しかし、軸外光線２５が焦点板４上のパターン４１によって回折される場合、０次および−１次回折光線が投影系１１の入口瞳孔領域１１１内に位置する。軸外光線２５の回折次数は破線によって示され、軸上光線２４の回折次数は実線によって示される。一般的に、描画されたパターンの質が良いほど、より多くの回折次数がレンズアセンブリ１１の入口瞳孔領域１１１に位置する。したがって、図１に明確に示されるように、軸外照射を利用して、少なくとも２つの干渉回折次数を生成することができる。
【０００５】
図２は、回折された軸外光線２５のうち、０次回折次数および＋１次回折次数の回折光線を重畳することによって形成される干渉パターン１２の例を示す。軸外照射は、例えば、クロムオンガラス（ＣＯＧ）、ハーフトーン位相シフトマスク（ＨＴＰＳＭ）、又はクロム位相リソグラフィ（ＣＰＬ）マスクとともに利用することができる。
【０００６】
規則的なライン／スペースパターンにおいてプリント線と非プリント線間のコントラストをさらに強めるために、光の偏光方向の影響が調査されてきた。特に、図３Ａに示されるように、入射光がマスクパターン４１の方向に対して垂直な偏光方向を有する場合、像のコントラストの劣化、ひいてはウェハ５に投影される像の質が劣化する。特に、図３Ａから推測されるように、第１および第２の回折光線１３１、１３２と対応付けられる電界１４１および１４２は互いに干渉し、それによってウェハ５上の像を劣化させる。
【０００７】
対照的に、入射光線１３の偏光方向１４が焦点板４のパターン４１の方向に対して平行である場合、対応付けられる電界は光１３１、１３２の伝播方向に平行であり、したがって、回折光線１３１、１３２に対応付けられる電界１４１、１４２は互いに平行となって、像のコントラストが強調される。図３Ｂに示されるように、光線１３１、１３２の偏光方向１４１、１４２は図面の面に対して垂直である。具体的には、図面を見る者にとってはページの外へと向かう。
【０００８】
上記の問題は、例えば、ＵＳ６，９７０，２３３Ｂ２から既知であるように、偏光を用いて照射分布を実行することにより解決されてきた。より具体的には、図４に示されるように、照射分布生成装置は、フォトリソグラフィ装置の照射瞳孔内に照射分布６を生成する。軸外照射を実行するための照射分布６は、４個の極３０ａ、ｂ、ｃ、ｄを備え、各極の偏光方向は、照射分布６０の中心点（図示せず）を中心に描かれる円に平行である。この偏光は、方位又は接線偏光と称され、すなわち、電界は瞳孔内の同心回路と平行である。特別な偏光方式と組み合わされる照射分布６０によって、高コントラストの水平線（横線）および垂直線（縦線）のプリントが可能になる。
【０００９】
極又は照射極は、図４に示されるように、例えば、照射瞳孔領域の一部に属し、その部分は照射極の周りの照射瞳孔領域の残りの部分よりも高い光強度を有する。
【００１０】
１つ又は複数の極を備える照射分布は、例えば、適当な開口素子、回折素子、又は適切なレンズ系を用いることによって生成できる。
【００１１】
交互位相シフトマスク（ＡｌｔＰＳＭ）では、マスク自体の透明基板が、位相シフト領域を提供するようにパターニングされる。詳細には、隣接する透明領域が結果的に１８０度位相シフトされる。さらに、任意で、クロムパターンをマスク表面に形成してもよい。交互位相シフトマスク又はクロムレス位相シフトマスクの利点は、低マスク誤差増大要因（ＭＥＥＦ）にある。特に、低マスク誤差増大要因は、ウェハ上の像の欠陥にほとんど効果を及ぼさないマスクでは不良な構造を招く。さらにこのタイプのマスクでは、より大きな焦点深度（ＤＯＦ）と高い解像度を得ることができる。
【００１２】
ＡｌｔＰＳＭマスクのリソグラフィ作用原理は、上述した軸外方式と基本的に異なる。例えば、図５Ａに示されるように、軸上照射のみが使用される。図示されるように、０次回折次数が最小化され、＋１次および−１次の回折次数が密集したラインとスペースを描画するのに使用される。すなわち、放射線源によって放射される光は、ＡｌｔＰＳＭマスク４上のパターン４１によって回折され、＋１次および−１次回折光線１３２、１３１を生成する。＋１次および−１次回折光線１３２、１３１は干渉して、干渉パターン１２を生成する。軸上光線を生成するために、図５Ｂに示されるものと同様の開口素子を使用することができる。図示されるように、開口素子３は中心に透明部３７と、その縁部に隣接する不透明部３８とを有する。特に、図５Ｂに示される開口素子３によって生成される照射分布は、照射分布の縁部と比較して光強度がかなり高い中央極を有する。ＡｌｔＰＳＭマスクを使用する際、偏光を用いるのが有利である。特に、一方向のみに延びるライン／スペースパターンを転写するには直線偏光を使用するのが好ましく、偏光方向はライン／スペースパターンの方向に平行である。その結果、より良いコントラストが得られる。しかしながら、ｘ方向にもｙ方向にも配向されるライン／スペースパターンを有するパターンが転写される場合、好適な照射方式は今のところ知られていない。
【００１３】
図５Ｂから類推されるように、この種の開口素子は1つの極３６でしか構成されていないため、図４の偏光方式はこの種の開口素子には容易に適用できない。
【００１４】
上記の内容を勘案すると、本発明の目的は照射系を提供することである。これにより像のコントラストを、また基板に転写されるパターン像の質を大幅に向上させることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
さらに、本発明の目的は、上記照射系を備えるフォトリソグラフィ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によると、上記目的はフォトリソグラフィ装置における使用に適する照射系によって達成される。該照射系は、電磁放射線を放射する照射源と、偏光装置と、照射分布を生成する装置とを備え、照射分布は中心点と外縁とを有する装置によって生成され、中心点の周りに画定されてその各点の中心点からの距離がｒｉｎよりも小さい第１の不透明部と、外縁に隣接して画定されてその各点の中心点からの距離がｒｏｕｔよりも大きい第２の不透明部と、第１および第２の不透明部の間に配置される放射線透過部とを含む。ここで偏光装置は、照射源と照射分布生成装置との間に配置され、少なくとも第１および第２の偏光方向が生成されるように、局所的に変化する偏光方向を有する直線偏光電磁放射線を生成するように調整され、第１の偏光方向は第２の偏光方向と異なり、照射分布の放射線透過部の少なくとも２つの異なる点での偏光方向が、この点と照射分布の中心点とをつなぐ線に平行である。
【００１７】
好ましくは、放射線透過部が第１、第２、第３、および第４の極を備え、第１および第２の極は第１の方向に沿って配置され、第３および第４の極は第２の方向に沿って配置され、第２の方向は第１の方向に直交し、各極で伝達される放射線の強度が放射線透過部の別の部分で伝達される放射線強度よりも大きく、第１および第２の極により伝達される電磁放射線の偏光方向は第１の方向と平行で、第３および第４の極により伝達される電磁放射線の偏光方向は第２の方向と平行である。
【００１８】
特に、各極は円形とすることができる。
【００１９】
もしくは、極のうち少なくとも１つは楕円形とすることができる。
【００２０】
本発明の別の実施形態によると、極のうち少なくとも１つはリング片の形状とすることができる。具体的には、リングは放射線透過部の輪郭により形成してもよい。そのリング片は、放射線透過部の輪郭と交差する境界部が照射分布生成装置の中心点からラジアル方向に延びる。
【００２１】
本発明によると、第１、第２、第３および第４の極のそれぞれの直径がｒｏｕｔとｒｉｎとの差に等しい。しかし、第１、第２、第３および第４の極の直径は互いに異なっていてもよい。
【００２２】
本発明の別の実施形態によると、放射線透過部は環状であり、電磁放射線の放射強度は放射線透過部内で一定である。
【００２３】
本発明は、パターニングされる基板と、前記基板に転写される複数のパターンを有し、少なくとも１つのパターンが第１の方向に広がり、パターンサイズｄｘである焦点板と、上述の照射系と、焦点板の像を基板上に投影し、開口数（ＮＡ）を有する光学投影系とを備えるフォトリソグラフィ装置をさらに提供する。
【００２４】
具体的には、第２の不透明部の半径ｒｏｕｔは、放射線透過部での照射による±１次回折光が光学投影系の開口数外に位置するように、焦点板のパターンサイズｄｘおよび光学投影系の開口数（ＮＡ）に基づいて決定することができる。したがって、照射分布生成装置のパラメータは、リソグラフィ装置と基板に転写されるパターンとに従い設定される。より具体的には、パターンサイズｄｘと光学投影系の開口数（ＮＡ）のパラメータが確定される。照射分布生成装置のパラメータは、放射線透過部での照射による±１次回折光が光学投影系の開口数外となるように、これらのパラメータに応じて選択される。
【００２５】
特に、第１の極での照射による＋１次回折光が光学投影系の開口数外にあり、第２の極での照射による−１次回折光が光学投影系の開口数外にあるように、第２の不透明部の半径ｒｏｕｔが、焦点板のパターンサイズｄｘおよび光学投影系の開口数（ＮＡ）に基づいて決定されることが好ましい。
【００２６】
その結果、パターニングされる基板にｘ方向に配向されるライン／スペースパターンとｙ方向に配向されるライン／スペースパターンとを高コントラストで転写することが可能になる。
【００２７】
さらに、第３の極での照射による＋１次回折光が光学投影系の開口数外にあり、第４の極での照射による−１次回折光が光学投影系の開口数外にあるように、第２の不透明部の半径ｒｏｕｔを、焦点板のパターンサイズｄｘおよび光学投影系の開口数（ＮＡ）に基づいて決定することができる。
【００２８】
フォトリソグラフィ装置は、具体的にはパターンが描画放射線の±１次回折次数の干渉によって生成される交互位相シフトマスク（ＡｌｔＰＳＭ）あるいはその他のフォトマスクでありうる焦点板を備える。
【００２９】
照射分布生成装置は、適切な開口素子、回折素子、好適なレンズ系、又はそれらの素子の組み合わせを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を添付の図面を参照して、より詳細に説明する。
【００３１】
図６は、本発明のフォトリソグラフ装置の例を示す。フォトリソグラフ装置は照射源２１を有する照射系２４を備える。照射源は、フォトリソグラフ像を形成するために使用される光を生成することのできる任意の光源、その他の装置又は装置の組み合わせであってもよい。本明細書全体で使用されるように、「光」という表現は、可視光、紫外光、Ｘ線を制限なく含め、可視光スペクトルおよび非可視光スペクトルにおける電磁放射線を指す。例えば、照射源２１は、フッ化アルゴンレーザ、フッ素エキシマレーザ、又はヘリウムネオンレーザ等を含んでもよい。照射系２４は、偏光装置２３と照射分布生成装置３をさらに含む。偏光装置は、照射源と照射分布生成装置３の間に配置される。偏光装置は後述するように、局所的に変化する偏光方向を有する直線偏光電磁放射線を生成するように調整される。具体的には、照射分布生成装置３によって生成される照射分布を説明した後に、偏光装置２３の構造を説明する。
【００３２】
焦点板４のパターン４１は、照射系２４によって生成される照射分布で焦点板を照射することによって焦点板４からウェハ５に転写される。特に、パターン４は、投影系（投影システム）１１によりウェハ上に描画される。焦点板４は通常、台（図示せず）に保持される。さらに、ウェハ５はウェハ台５１に保持される。
【００３３】
本発明の第１の実施形態による照射系によって生成される照射分布を示す図７に示されるように、照射分布はその中心に中心点を有する。第１の不透明部は中心点の周囲に画定され、第２の不透明部は外縁に隣接して画定される。第１の不透明部３４に位置する各点は、中心点からの距離がｒｉｎより小さい。第２の不透明部３５の各点は、中心点３２からの距離がｒｏｕｔより大きい。図７に示されるように、第１の不透明部３４は、中心点３２の中心にある円形であってもよい。しかし、認識されるように、第１の不透明部は、円形以外の形状であってもよい。特に、第１の不透明部は楕円形とすることができる。
【００３４】
照射分布６は、第１および第２の不透明部３４、３５の間に位置する光透過部３６をさらに備える。光透過部３６は、高い光強度を有する領域を含む部分である。例えば、透過部３６は全体を照射されることができる、あるいは所定数、例えば、４個の照射極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、および３１ｄを含むことができる。しかしながら、明確に認識されるように、任意数の極を使用することも可能である。例えば、６又は８個の極を使用してもよい。偏光装置は、局所的に変化する偏光方向の光を提供するように調整される。例えば、極３１ａ〜３１ｄの矢印によって示されるように、各極の偏光方向は、極の中心点と照射分布６の中心点３２とを結ぶ方向に平行である。例えば、図７に示されるように、極３１ａ、３１ｃの偏光方向はｙ方向に沿い、極３１ｂ、３１ｄの偏光方向はｘ方向に沿う。
【００３５】
同様に、図７に示される照射分布６が、８個の極を備え、極３１ａ、３１ｂ間に配置される極によって伝達される光の偏光方向をｙ方向に対して４５度回転させ、極３１ｂ、３１ｃ間に配置される極によって伝達される光の偏光方向をｘ方向に対して４５度回転させることもできる。もしくは、照射分布６は８個の極を備え、極３１ａ、３１ｂ間に配置される極によって伝達される光の偏光方向をｙ方向又はｘ方向に平行にすることもできる。
【００３６】
図８は、照射分布６の光透過部３６が環状である、本発明の第２の実施形態を示す。図示されるように、光透過部３６の偏光方向はラジアル方向であってもよい。すなわち、中心点３２を中心とする環状リングの各点での偏光方向は、この点と中心点３２を結ぶ方向に平行な方向である。この偏光方向の分布は、図８Ｂに示されるように単純化することができる。例えば、照射分布６の外縁３３と中心点３２との間の特定の角度範囲において、偏光方向はｙ方向に沿い、外縁３３と中心点３２間のｘ方向に対する別の角度範囲においては、偏光方向はｘ方向に沿う。ｙ方向とｘ方向に沿う偏光方向に関する角度範囲は、システムの要求に応じて任意に選択することができる。
【００３７】
本発明の別の実施形態によると、図９Ａおよび９Ｂに示されるように、照射分布６の光透過部３６は、リング片を備える。特に、４個の照射極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、および３１ｄは円形でも楕円形でもなくリング片の形状を有する。図９Ａに示されるように、各極の偏光方向はラジアル方向である。すなわち、極の各点の偏光方向は、この点と中心点３２を結ぶ方向に平行な方向である。偏光方向の分布は図９Ｂに示されるように単純化することができる。例えば、図７の場合と同様に、極３１ａ、３１ｃはｙ方向に平行な偏光方向を有し、極３１ｂ、３１ｄはｘ方向に平行な偏光方向を有する。角度σ１およびσ２は、システム要求に応じて任意に選択できる。
【００３８】
入射光線の局所的に変化する偏光方向は、様々な方法で達成可能である。例えば、図６に示されるように、偏光装置は、直線偏光１３３を生成する偏光子２３１を含むことができる。明確に認識されるように、偏光子２３１は図面では独立した装置として示されているが、光源２１と一体的に形成することができる。偏光装置２３はさらにプリズム系２３２を備える。プリズム系２３２は、直線偏光光線１３３を局所的に互いに分離される１つ又は複数の光線に分解するように調整される。偏光装置２３は、入射光線の偏光方向を９０度回転させることのできる２個の偏光回転素子２３３ａ、２３３ｂをさらに含むことができる。同様にして、さらに多くの分解された光線を得るように、別のプリズムを設けることができる。さらに、偏光方向は、適切な偏光回転素子２３３ａ、２３３ｂを設けることにより任意の所望の角度に回転させることができる。別の選択肢として、偏光装置２３は開口素子３と一体的に、例えば、所定方向にグリッドを備えるいわゆるワイヤグリッド偏光子として形成可能である。ワイヤグリッド偏光子の配向は、上述したように開口素子３の透過部に対して偏光方向が達成されるように選択される。
【００３９】
図１０の上部では、図７に示されるような照射分布を用いる際の投影系１１の入口瞳孔１１１での＋１次および−１次回折光線の位置を、図１０の下部では焦点板４上のパターン４１を示す。具体的には、図１０はパターン４１により回折されるときの極３１ａ、ｂ、ｃ、ｄの位置を示す。本発明によると、照射分布生成装置３の幾何学的寸法が、パターン４１のピッチ、及びパターンを基板５に描画するための投影系１１の開口数（ＮＡ）に基づいて決定される場合、特別な効果が得られる。図１０に示されるように、極３１ｂが＋１次回折次数から分離され、極３１ｄが−１次回折次数から分離されるように、照射分布６の光透過部の寸法が選択される。その結果、フォトマスクから基板上にパターン４１を描画するとき、ＴＭ偏光放射線が減少して、結果的に干渉量が減少する。極３１ａ、３１ｃが入口瞳孔１１１内で保持されるため、これらの部分が互いに干渉した結果、コントラストが高まる。
【００４０】
図１０では、＋１次および−１次の回折次数の位置は、転写されるパターンのパターンサイズｄｘに依存する。したがって、パターンが小さくなるほど、ｒｉｎの値も小さくなる。
【００４１】
図１０に示されるパターンに対して９０度回転される水平パターン４１を描画するには、同じことが適用される。より詳細には、回折格子を９０度回転させる場合、＋１次および−１次の回折次数は、図１０に示される中心点の上下に位置する。この場合、極３１ａが＋１次回折次数から分離され、極３１ｃが−１次回折次数から分離される。いずれにせよ、瞳孔の縁部では、描画するためにパターンに対して、干渉による弱め合いを引き起こす偏光方向を有する光を含む１つの極が投影系１１の入口瞳孔１１から除外される。言い換えると、極３１ｂでの照射による＋１次回折光線は、瞳孔により捕捉されない。同様に、極３１ｄでの照射による−１次の回折光線も、瞳孔により捕捉されない。その結果、像のコントラストは大幅に向上する。したがって、像の質も向上する。
【００４２】
水平ライン／スペースパターンと垂直ライン／スペースパターンとを有するパターンを描画するため、＋１次および−１次の回折次数は照射系のｘ軸上とｙ軸上に配置される。さらに、垂直パターンサイズｄｘが水平パターンサイズｄｙと異なる場合、ｘ軸上の極はｙ軸上の極と寸法が異なる。すなわち、この場合、第１および第２の極は、第３および第４の極と直径が異なる。
【００４３】
図１１は、ｘ方向に広がり、パターンサイズｄｘの第１のパターンと、ｙ方向に広がり、パターンサイズｄｙの第２のパターンとが像である場合の照射分布の例を示す。図１１の下部に示されるように、ｙ方向に広がるパターンのパターンサイズｄｙはｘ方向に広がるパターンのパターンサイズｄｘより小さい。本実施形態では、光透過部３６は、ｘ方向に測定される外径ｒｏｕｔ，ｘがｙ方向に測定される外径ｒｏｕｔ，ｙよりも大きい環状の楕円形である。ｘ方向に測定される内径ｒｉｎ，ｘは、ｙ方向に測定される内径ｒｉｎ，ｙより大きい。明確に認識されるように、この場合、光透過部３６は、任意の形状の照射極を備えることができる。特に、極は円形又は楕円形であってもよく、あるいはリング片の形状であってもよい。もしくは、光透過部３６は環状であってもよい。
【００４４】
フォトリソグラフィ装置は、ライン／スペースパターンのみに限定されない。その装置は、他の種類のパターンにも同様に適用可能である。例えば、コンタクトホールパターンが転写される場合、同様の照射方式を使用することができる。図１２は±１次の回折次数を示す。この場合、図１２に示されるように、図７に示される照射分布６による回折光線は、システムの対角線上に配置される。この場合も、照射分布の寸法は、回折像の１つの極が瞳孔１１１から除去されるように選択される。図１２の下部に示されるようなコンタクトホールパターンの場合、ｘおよびｙ方向に対して４５度回転させられる偏光方向を有する、照射分布の一番外側の極により伝達される光は、干渉により弱め合うであろう。したがって、本発明の照射系の一部を成す照射分布生成装置が、この場合も使用することができる。その結果、最も外側の極によって伝達される光が投影系１１の瞳孔で分離されるため、最終的にコントラストの向上したパターンがウェハ上に転写される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、フォトリソグラフィ装置の例を示す図である。
【図２】図２は、軸外照射での従来の描画例を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、偏光での描画例を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、偏光での別の描画例を示す図である。
【図４】図４は従来の照射分布を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、ＡｌｔＰＳＭマスクでパターンを描画する例を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、軸上照射を実行する従来の開口素子の例を示す図である。
【図６】図６は、本発明のフォトリソグラフィ装置の例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の照射系によって生成される照射分布を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の照射系によって生成される照射分布の別の例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａは、本発明の照射系によって生成される照射分布のさらに別の例を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の照射系によって生成される照射分布の別の例を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の照射系によって生成される照射分布のさらに別の例を示す図である。
【図１０】図１０は、光学投影系の入口瞳孔面における回折光線の位置の例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の照射系によって生成される別の照射分布を示す図である。
【図１２】図１２は、光学投影系の入口瞳孔面における回折光線の位置の別の例を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    フォトリソグラフィ装置
１１    光学投影系
１１１    入口瞳孔
１２    干渉パターン
１３    光
１３１    第１の回折光線
１３２    第２の回折光線
１３３    直線偏光
１４    偏光方向
１４１    第１の偏光方向
１４２    第２の偏光方向
２０    照射系
２１    照射源
２２    集光レンズ
２３    偏光装置
２３１    偏光子
２３２    プリズム系
２３３ａ、ｂ    回転子
２４    軸上光線
２５    軸外光線
３    開口素子
３０ａ、ｂ、ｃ、ｄ    極
３１１ａ    偏光方向
３１１ｂ、c、d    偏光方向
３１ａ、ｂ、ｃ、ｄ    極
３０１ａ、ｂ、ｃ、ｄ    偏光方向
３２    中心点
３３    外縁
３４    第１の不透明部
３５    第２の不透明部
３６    放射線透過部
３７    透明部
３８    不透明部
４    焦点板
４１    パターン
４２    瞳孔の縁
４３    ＋１次回折次数、垂直
４４    −１次回折次数、垂直
４５    ±１次回折次数、点線
５    半導体ウェハ
５１    ウェハ台
６    照射分布
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
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2007311794000002.pdf
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