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JP2001274083A - マイクロリソグラフィーによる接線偏光型投影露光 - Google Patents

マイクロリソグラフィーによる接線偏光型投影露光

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Publication number
JP2001274083A
JP2001274083A JP2001044689A JP2001044689A JP2001274083A JP 2001274083 A JP2001274083 A JP 2001274083A JP 2001044689 A JP2001044689 A JP 2001044689A JP 2001044689 A JP2001044689 A JP 2001044689A JP 2001274083 A JP2001274083 A JP 2001274083A
Authority
JP
Japan
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polarization
projection exposure
light
exposure apparatus
illumination
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001044689A
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English (en)
Inventor
Karl-Heinz Schuster
カーツハインツ・シュスター
Christian Wagner
クリスティアン・ヴァグナー
Martin Schriever
マルティン・シュリーバー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss SMT GmbH, Carl Zeiss AG filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
Publication of JP2001274083A publication Critical patent/JP2001274083A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロリソグラフィーによる新規な接線偏
光型投影露光を提案する。 【解決手段】 光アパーチャーでマイクロリソグラフィ
ーにより投影露光する方法および装置において、レジス
トの入射面に対し垂直に光を偏光させることによりコン
トラストを増大させる。接線偏光として偏光を制御する
装置、または照明システムおよび縮小レンズにおいてダ
イポール照明に適合した直線偏光が提示される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、偏光した光を用い
てマイクロリソグラフィーにより像を生成する方法、お
よび前記方法に対応する投影露光装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】この種の方法および装置は、ドイツ連邦
共和国特許公開第１９５３５３９２Ａ号公報（米国特許
出願連続番号０９／３５２４０８）およびこの公報で引
用されている文献から知られている。
【０００３】上記公報において提案されている放射偏光
は、像側の開口数が典型値のＮＡ＝０．５−０．７を持
った対物レンズと、反射防止層を備えていないレジスト
に対して適しており、ブルースター角範囲の入射角でレ
ジストにおいて発生する偏光選択反射による妨害を抑制
させる。
【０００４】米国特許第５３６５３７１号明細書および
米国特許第５４３６７６１号明細書からは、投影レンズ
のひとみ面（システムアパーチャー）においても放射偏
光させるための偏光選択手段に関する配置構成が知られ
ている。
【０００５】米国特許第５６９１８０２号明細書から
は、カタディオプトリックな投影レンズが知られてお
り、そのひとみ面には偏光プレートを配置することがで
きる。この偏光プレートは内側の円形ゾーンと外側の環
状ゾーンとを有し、円形ゾーンと環状ゾーンとは互いに
直交するように直線偏光した光を生成させるとともに、
異なる屈折率を有している。したがって、干渉しあわな
い２つの光束が提供され、これらの光束は異なる像面を
生じさせる。照明の種類との関係については記載されて
いない。与えられた実施例の開口数はたかだか０．６で
ある。
【０００６】米国特許第４７５５０２７号明細書から
は、半径方向および接線方向に偏光した光を生じさせる
ためのアキシコン(Axicon)装置が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、この
種の方法の提供と、像側の開口数をさらに増大させてほ
ぼ０．７ないし０．９以上とし、偏光効果に関し最適化
されている装置の提供にある。
【０００８】反射防止層を備えたレジスト（像面内にあ
る受光層）を設け、像側の開口数をさらに増大させる
と、干渉コントラストが重要になる。干渉コントラスト
が最適になるのは、入射面に対し垂直（サジタルσ）に
指向する偏光をもった光線の二光束干渉が行なわれる場
合である。この場合には、たとえばほぼ７％のコントラ
ストのアップが可能である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、像面に入
射し、干渉して像を生成する光束が、入射面に対し垂直
な方向の偏光方向を有していることにより解決される。
【００１０】本発明装置は、６０％以上接線偏光した
光、有利には７０％以上接線偏光した光を生じさせるシ
ステム部分を照明システム内に有していることが望まし
い。
【００１１】以後の光路内でこの偏光は維持されねばな
らない。
【００１２】さらに本装置は、カタディオプトリックな
縮小レンズの場合に対して設けられ、像側の最後のミラ
ーの後で、ひとみ照明の設定された幾何学にしたがって
偏光を制御し、像の生成に寄与する光束を接線偏光させ
ることが望ましい。
【００１３】有利な実施の態様が、それぞれ具体的に従
属項に記載されている。
【００１４】いくつかの実施態様は、リングアパーチャ
ー照明またはダイポール照明に関わるものである。本発
明によれば、照明に関しこのような偏光が提供され、光
路内で維持される。これにより、高い開口数のポテンシ
ャルと本発明による偏光のポテンシャルとを最適に活用
することができる。
【００１５】接線偏光はダイポール照明に対して適して
いるのと同様に、リングアパーチャー照明（環状）に適
している。
【００１６】ダイポール照明に対しては、ダイポール方
向により回転させられる直線偏光も適している。
【００１７】クワドラポール照明を用いると本発明は不
利である。
【００１８】照明システムへの介入は、縮小レンズへの
介入よりも常に簡単である。それゆえ、照明システム内
に接線偏光が導入される。この場合、この偏光は縮小レ
ンズにおいて維持されねばならない。それゆえ、投影レ
ンズが光路内で回転対称に構成され、特に屈折レンズと
して、または軸線対称なカタディオプトリックなレンズ
として構成されているのが有利である。後者に関して
は、たとえばドイツ連邦共和国特許第１９６３９５８６
号公報（米国特許出願連続番号０９／２６３７８８）を
参照。
【００１９】像面内で本発明による均一な偏光を最適化
するため、偏光を制御する装置に続く光学要素の妨害作
用、すなわち連続的な妨害作用または固体特有の妨害作
用が微分制御動作の対象になり、したがって像面内で補
正される。
【００２０】本発明の実施態様の方法によれば、照明側
に生成される偏光が妨害を受けないように、偏光に関し
中立なマイクロリソグラフィーマスクが設けられる。こ
の場合、特に、透過時に実質的に非複屈折性である基体
を備えた透過マスクを設けるのが有利である。
【００２１】さらに、本実施態様方法は、焼き付けられ
る対象物（ウェーハー）の受光層（レジスト）に反射防
止膜が施される。もし反射防止膜を設けないと、０．７
ないし０．９およびそれ以上の範囲の開口数に対応する
ような大きな入射角で非常に弱い光が受光層にカップリ
ングされるからである。
【００２２】この場合、この反射防止膜は、特に入射面
に対し垂直に偏光した光に対し最適化できるので有利で
ある。このことは、あらゆる偏光方向に対し必要なその
他の最適化に比べて、著しく簡潔である。
【００２３】
【発明の実施の形態】次に、本発明を図面を用いて詳細
に説明する。
【００２４】図１の投影露光装置は、光源１と、照明シ
ステム２と、マスク位置決めシステム３,３１と、縮小
レンズ４と、対象物位置決めシステム５,５’と、コン
ピュータ制御部７からなり、図示していないが、これ以
外に通常の補助装置が設けられている。
【００２５】光源は、本実施の形態では、特に１９３ｎ
ｍまたは１５７ｎｍの波長を持った遠紫外線用エキシマ
ーレーザーである。
【００２６】照明システム２は、典型的には、光線案内
・整形システム２１と、種々の照明セッティングを低ロ
スで整形するグループ２２、たとえばリングアパーチャ
ー照明（環状照明）を整形するための位置調整可能なア
キシコンを備えたグループと、これに加えて、またはこ
れの代用として、照明セッティング（種々のコヒーレン
スでの環状照明、ダイポール照明、クワドラポール照
明、通常の照明）のための位置調整駆動部２３１を備え
た位置調整可能な絞り装置２３と、光インテグレータ２
４（ここではハニカムコンデンサレンズとして図示され
ている）と、マスク３に照射されるフィールドの制限部
としてのＲＥＭＡ絞り２５と、ＲＥＭＡレンズ２６とを
有している。この種の照明システムは知られているもの
であり、ドイツ連邦共和国特許公開第１９８５５１０６
Ａ公報（１９９９年１１月２９日付提出の米国出願）を
参照してもらいたい。
【００２７】縮小レンズ４は、凹面鏡４３、転向ミラー
４１,４４、レンズおよびレンズ群４２,４５,４６を備
え、カタディオプトリックである。これもたとえば米国
特許出願連続番号０９／３６４３８２（欧州特許公開第
０９８９４３４Ａ号公報）から知られたものである。或
いは、ドイツ連邦共和国特許公開第１９９５４７２７Ａ
号公報に記載のような、たとえばビームスプリッターを
備えたレンズを設けてもよい。
【００２８】上記印刷物およびそこで引用されている印
刷物は、この種の照明システムおよびレンズの例として
完全に本出願の一部である。
【００２９】カタディオプトリックな縮小レンズの像側
の開口数はＮＡ＝０．８またはそれ以上である。特に、
有利にはひとみ面（システムアパーチャー）の領域に、
偏光を制御する要素６が組み込まれている。この要素６
は、次の光路内で接線偏光を生じさせる。その構成は、
たとえば分節された複屈折プレートから知られている放
射偏光のための構成に類似している。照明システム２の
要素２２を適宜構成し設定したダイポール照明の場合に
は、前記要素６は直線偏光された光をも生じさせること
ができる。この場合、調整手段６’を用いて偏光方向を
ダイポール照明の方向に適合させることができる。前記
要素６はフィルタ機能を有する直線偏光子であってよ
い。有利には、低ロスで作用する複屈折要素を使用する
のがよい。照明システム２から円偏光された光が提供さ
れると、ミラー４１,４３,４４で反射した後、これらの
ミラーが偏光に依存した反射率を持っているため、予め
決定可能な幾何学的形状の楕円偏光が生じ、この楕円偏
光は、適当な厚みを持った複屈折プレートにより直線偏
光に置換することができる。ミラー４１,４３,４４が位
相を維持する反射層で被覆されていれば有利である。
【００３０】マスク３（レチクル）と露光対象である対
象物５（ウェーハー）とは対象物・像面内に配置されて
おり、位置決めシステム３１，５’を用いて供給され、
正確に方向調整され、ステップアンドスキャン方式で同
期して移動せしめられる。
【００３１】前記位置決めシステム３１，５’は、照明
光路内の位置調整装置２３１および偏光決定要素６用の
調整手段６’と同様に、コンピュータ制御部７によって
制御される。コンピュータ制御部７は、公知の態様で投
影露光システム全体を制御し、その際別の信号量および
調整量をも考慮することができる。
【００３２】図２は、照明システム内に接線偏光装置５
５を設けたシステム構成の変形実施形態を示している。
この接線偏光装置５５は、米国特許第４７５５０２７号
明細書に記載のアキシコン装置でもよい。この米国明細
書には、入射する光の種々の事前偏光に対しいかに対処
すれば最適な結果が得られるかも記載されている。この
接線偏光装置以外のすべての部品およびその配置構成は
通常のものである。ミラー５２を備えた光源５１は絞り
５３を照明する。絞り５３の後には、レンズ５４、たと
えばドイツ連邦共和国特許公開第４４２１５９３Ａ号公
報に記載のズーム・アキシコン・レンズが設けられ、種
々の設定、特にリングアパーチャーの選択を可能にして
いる。接線偏光装置５５の後には、ハニカムコンデンサ
５６とリレー・フィールド光学系５７とが設けられてい
る。これらの部品は協働してレチクル５８を最適に照明
するために用いる。レチクル５８は縮小レンズ５９によ
り高解像度（１００ｎｍないし７０ｎｍまたは５０ｎｍ
以下）で縮小されて、ウェーハー６１のレジストフィル
ム６０に結像される。レジストフィルム６０は本実施の
形態の場合反射防止膜を有しているが、これは、入射角
がブルースター角の範囲にあって大きい場合、入射面に
対し垂直な偏光方向によってさらに増幅されるため、こ
の反射防止膜がないと、レジストフィルム６０への光の
有効なカップリングが行なわれないためである。
【００３３】図３は偏光子５５または６の出口における
接線偏光を説明する図で、接線偏光はシステムのその後
のどのひとみ面においても光軸ＯＡに対し同心に存在す
る。
【００３４】図４は、像を生成する光束８１，８２がレ
ジストフィルム６０にカップリングされる際の状況を説
明する図である。光軸ＯＡに対し大きな入射角で入射す
る光束８１，８２は、本発明によれば、入射面に対し垂
直な偏光、すなわち図面に対し垂直な偏光を有する。こ
のために最適な反射防止層６２により、レジスト層６０
内への光束８１，８２の効果的な侵入が可能になる。レ
ジスト層６０において光束８１，８２は、その電場ベク
トルが互いに平行であるため、像「点」４０において干
渉し、その結果、露光点４０と非露光点との間に高コン
トラストが生じる。層６０，６２および基体（ウェーハ
ー）の厚さは重要でなく、層境界における屈折も図示し
ていない。
【００３５】図５は、縮小レンズのひとみ面における光
の分布のシミュレーションを示すものであり、たとえば
図１の要素６の出口における前記シミュレーションを示
したものである。ひとみ径Ｐの内側には、リングアパー
チャー照明によって照射される領域Ｏがある。この領域
Ｏは、同時に、方向Ｇにおいてレチクル（図１の３）の
面内に配置される格子のゼロ次回折でもある。他方−１
と＋１は、解像度限界範囲に格子周期を持った格子の−
１次回折と＋１次回折の分布を表わしている。リング−
１,０,＋１の重なっている領域は、像を生じさせる。容
易にわかるように、矢印Ｔで示唆した接線偏光により、
これら重なり領域において、関与している２つの光束は
同時に偏光し、よってポジティブに干渉することができ
る。
【００３６】像内に１００ｎｍの隙間幅を持った１：１
格子に対して、波長が１９３ｎｍで、像側の開口数がＮ
Ａ＝０．７５の投影露光装置を用いると、屈折率がｎ＝
１．８のレジストに対しσ＝０．５−０．８のリングア
パーチャー照明の場合、本発明による偏光により、偏光
されない光に比べ相対コンストラストは７％上昇する。
環状照明によれば、この効果は構造方向に依存せず、密
集する線、接触する穴等のあらゆる種類の構造に対しこ
の方法は適している。特にコントラストに対する要求が
低い露光方法、すなわちｋファクタがほぼ０．３ないし
０．５の範囲にあるような露光方法においては完全に効
果的である。ダイポール照明の方向は、結像されるべき
構造物の方向へ向けられる。これにより、偏光方向が構
造方向に一致する場合も（偏光が直線に平行）、接線偏
光以外に像面内での所望の直線偏光をも使用することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】カタディオプトリックな縮小レンズに接線偏光
子を設けた投影露光装置を示す図である。
【図２】照明システムに接線偏光子を設けた投影露光装
置を示す図である。
【図３】接線偏光を生じさせる要素の出口における接線
偏光を示す図である。
【図４】ウェーハーに像を生じさせる光束の状態を示す
図である。
【図５】ひとみ面内の光束を示す図である。
【符号の説明】
１ 光源 ２ 照明システム ３ マスク ４ 縮小レンズ ５，５’ 対象物位置決めシステム ６ 偏光を制御する要素 ２２ 照明セッティング ３１ マスク位置決めシステム ４４ ミラー ４６ レンズ ５１ 光源 ５４ レンズ ５５ 接線偏光装置 ５６ ハニカムコンデンサ ５７ リレー・フィールド光学系 ５８ レチクル ５９ 縮小レンズ ６０ レジストフィルム ６１ 基体（ウェーハー） ６２ 反射防止層 ８１，８２ 光束
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルティン・シュリーバー ドイツ連邦共和国・73431・アーレン・ア ウフ デア ハイデ・25

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 偏光した光を用いてマイクロリソグラフ
    ィーにより像を生成する方法において、像面に入射し、
    干渉して像を生成する光束（８１，８２）が、入射面に
    対し垂直な方向の偏光方向を有していることを特徴とす
    る方法。
  2. 【請求項２】 マイクロリソグラフィーの投影露光装置
    であって、 光源（５１）と、 偏光を制御するシステム部分（５５）と、照明アパーチ
    ャーを決定する第２のシステム部分（５４）とを含む照
    明システムと、 マスク位置決めシステム（５８）と、 像面を備え、有利には像側の開口数が０．７ないし０．
    ９５の範囲の投影レンズ（５９）と、 対象物位置決めシステム（６０，６１）と、を有してい
    る前記投影露光装置において、偏光を制御するシステム
    部分（５４）が、６０％以上接線偏光した光、有利には
    ７０％以上接線偏光した光を生じさせることを特徴とす
    る投影露光装置。
  3. 【請求項３】 第２のシステム部分（５４）がリングア
    パーチャー照明を生じさせることを特徴とする請求項２
    に記載の投影露光装置。
  4. 【請求項４】 第２のシステム部分（５４）がダイポー
    ル照明を生じさせることを特徴とする請求項２に記載の
    投影露光装置。
  5. 【請求項５】 偏光を制御するシステム部分（５５）
    が、接線偏光した光の代わりに直線偏光した光を生じさ
    せ、直線偏光した光が、ダイポール照明の２つの光束を
    結ぶ線に対し垂直な偏光方向を有していることを特徴と
    する請求項４に記載の投影露光装置。
  6. 【請求項６】 投影レンズ（５９）が光路内で回転対称
    に構成され、特に屈折レンズとして、または回転対称な
    レンズとして構成されていることを特徴とする請求項１
    から５までの少なくとも一つに記載の投影露光装置。
  7. 【請求項７】 マイクロリソグラフィーの投影露光装置
    であって、 紫外線範囲の波長、特に２００ｎｍと１００ｎｍの間の
    波長を持った光源（１）と、 ひとみ照明、特に各種リングアパーチャー照明またはダ
    イポール照明の種々の幾何学を生じさせるための位置調
    整可能な装置（２２）を備えた照明システム（２）と、 マスク位置決めシステム（３１）と、 像側の最後のミラー（４４）と、このミラー（４４）の
    後方に配置され、偏光を制御する装置（６）とを備えた
    カタディオプトリックな縮小レンズ（４）、有利には像
    側の開口数が０．７ないし０．９５の範囲である前記縮
    小レンズ（４）と、を含む前記投影露光装置において、 偏光を制御する装置（６）が、ひとみ照明の設定された
    幾何学に同調して位置調整可能または調整可能であるこ
    とにより、像面（５，６０）内に像を生じさせる光束
    （８１，８２）が、入射面に対し実質的に垂直に偏光さ
    れていることを特徴とする投影露光装置。
  8. 【請求項８】 偏光を制御する装置（５５，６）が、偏
    光分布に関し、当該装置（５５，６）から像面（５，６
    １）に至るまでに設けられている光学要素（４６，５６
    −５９）の妨害作用を補正する微分制御動作を有してい
    ることを特徴とする請求項２から７までの少なくとも一
    つに記載の装置。
  9. 【請求項９】 請求項２から８までの少なくとも一つに
    記載の投影露光装置を使用することを特徴とする請求項
    １に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 マスク位置決めシステム（３１）内
    に、偏光に対して中立なマイクロリソグラフィーマスク
    （３）が設けられ、特に透過マスクが設けられ、その基
    体は、透過時に実質的に非複屈折性であることを特徴と
    する請求項１または９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 対物レンズ位置決めシステム（５’）
    内に、受光層（６１）を備えた対象物（５，６１）が配
    置されている請求項１，９、または１０に記載の方法に
    おいて、受光層（６１）が反射防止層（６２）を備えて
    いることを特徴とする方法。
  12. 【請求項１２】 反射防止層（６２）が、入射面に対し
    垂直な偏光方向により光を最適に透過させることを特徴
    とする請求項１１に記載の方法。
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