JP6527397B2 - マスクによって生じる結像収差の補正を用いて投影露光装置を作動させる方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロリソグラフィのための投影露光装置を適応させる方法に関する。

本発明は、更に、マイクロリソグラフィのための投影露光装置を作動させる方法に関する。

最後に、本発明は、上述の２つの方法を実施するために装備されたマイクロリソグラフィのための投影露光装置に関する。

以下では簡単に投影露光装置と呼ぶマイクロリソグラフィのための投影露光装置は、一般的に、光源と、光源から放出された光線を処理して照明光を形成する照明系と、一般的にレチクル又はマスクと呼ばれる投影される物体と、以下では簡単に対物系と呼ぶ物体視野を像視野上に結像する投影対物系と、上部に投影を受ける一般的にウェーハと呼ばれる更に別の物体とで構成される。マスク又はマスクの少なくとも一部は、物体視野内に置かれ、ウェーハ又はウェーハの少なくとも一部は、像視野内に置かれる。

マスクが、物体視野の領域内に完全に収まり、ウェーハが、ウェーハと像視野との相対移動なしに露光される場合には、投影露光装置は、一般的にウェーハステッパと呼ばれる。マスクの一部のみが物体視野の領域内に収まる場合には、ウェーハは、ウェーハと像視野との相対移動中に露光され、この場合、投影露光装置は、一般的にウェーハスキャナと呼ばれる。レチクルとウェーハとの相対移動によって定義される空間座標軸は、一般的に走査方向と呼ばれる。

ウェーハの露光中に、マスクは、照明系による照明光で照明される。照明の種類は、設定として指定される。コヒーレント照明と、０と１の間の設定を有する非コヒーレント照明と、輪帯照明と、異なる照明開口角を有するＸ又はＹの二重極設定と、四重極設定との間で区別がつけられる。現在の開発は、自由形状照明の方向に傾いており、例えば、「Ｙａｓｕｓｈｉ Ｍｉｚｕｎｏ他著「光源マスクの最適化のための照明光学系（Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃｓ ｆｏｒ Ｓｏｕｒｃｅ−Ｍａｓｋ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）」、ＳＰＩＥ会報７６４０、７６４０１１（２０１０年）」を参照されたい。この場合、照明系の射出瞳内の照明光の強度をいずれかの望ましい方式で高い空間分解能を伴って設定することができる。

マイクロリソグラフィ露光工程を用いて製造される集積回路の集積密度に対して、周期的構造は極めて重要なものである。これらの構造は、ピッチ及び構造幅によって表される。ウェーハ上で使用される構造幅は、露光されるレジストのレジスト閾値により、ある一定の程度まで自由に設定することができる。それとは対照的に、最小到達可能ピッチＰｉｔｃｈ_minは、照明光の波長及び対物系の物体側開口数によって与えられる。予め定められたσ設定であるσを有するコヒーレント照明及び非コヒーレント照明に対して、次式が成り立つ。

結像されるマスク上の構造は、一般的に２つの好ましい方向を有する。従って、投影露光装置の結像品質の評価では、少なくともＨ（水平）構造の最大分解可能ピッチとＶ（垂直）構造の最大分解可能ピッチとの間で区別がつけられる。この場合、以下では、Ｈ構造は、一連のマスクの光透過領域と光不透過領域を意味し、これらの領域のうちの各個々の１つは、走査方向に対して直角により大きい長さを有することを了解すべきである。

最終的に投影露光装置においてウェーハ上で到達可能な集積密度は、（ａ）対物系の焦点深度ＤＯＦ、（ｂ）像側開口数ＮＡ、及び（ｃ）照明光の波長λというパラメータに実質的に依存する。投影露光装置の信頼性の高い作動のためには、望ましい臨界寸法ＣＤ、すなわち、ウェーハ上で発生する最も小さい構造幅、及び所定の開口数ＮＡに対して、可能なデフォーカスＦＶ（フォーカス変化）と照明光の照射量変化とで構成される可能な最も大きいいわゆるプロセスウィンドウを保証すべきである。この場合、ＮＡとＤＯＦとは反比例する。臨界寸法ＣＤを更に小さくするために、一般的に開発は、開口数ＮＡを高めることに向う傾向にある。しかし、開口数ＮＡを高めることは、焦点深度ＤＯＦの低減、従って、プロセスウィンドウの縮小を招く。

従って、減少する臨界寸法ＣＤの関連においてプロセスウィンドウを拡大するか又は少なくとも安定化するための解決法への要求が存在する。

現時点で最良のピッチ及びＣＤの分解能は、２つの部類の投影露光装置によって得られる。

第１の部類の投影露光装置は、偏光光を有する１９３ｎｍの照明光波長λのＡｒＦレーザを用いて作動され、液浸作動で、すなわち、ウェーハの前の最後の媒質として液体を用いて、又は乾式作動で、すなわち、ウェーハの前の最後の媒質として気体を用いて作動する。照明されるマスクをウェーハ上に結像する関連の対物系は、一般的に屈折対物系又は反射屈折対物系である。後者は、０．８又は１．３又はそれよりも多い像側開口数で作動される（一例として、ＵＳ ２００６０１３９６１１Ａ１、ＵＳ ２００９００３４０６１Ａ１、又はＵＳ ２００８０１５１３６５Ａ１参照）。レチクルは、一般的にガラス基板であり、レチクルの構造は、この基板上で構造化されたＣｒ、ＭｏＳｉ、又は他の材料から構成される層によって定義される。

第２の部類の投影露光装置は、１３．５ｎｍの照明光波長λにおける軟Ｘ線放射線（技術用語でＥＵＶ、極紫外と呼ばれる）の光源を用いて作動される。技術用語では、いわゆるＥＵＶ系又はＥＵＶ投影露光装置とばれる。照明されるマスクをウェーハ上に結像する関連の対物系は、反射対物系である。反射対物系は、０．２から０．３５、０．９又はそれよりも多い像側開口数で作動される（例えば、ＵＳ ２００５００８８７６０Ａ１又はＵＳ ２００８０１７００３１０Ａ１参照）。一般的にレチクルは、１３．５ｎｍの波長λを有する光の場合に、交替するＭｏとＳｉとの積層体を通じて非常に反射性が高くなるＵＬＥ（登録商標）又はＺｅｒｏｄｕｒ（登録商標）のようなガラス基板であり、更にレチクルの構造は、構造化されたＣｒ層、又はそうでなければＴａＮ又は他の材料から構成される構造化された層によって定義される。構造化された層の厚みは、一般的に５０〜７０ｎｍである。

第１の部類の投影露光装置では、「Ｒｕｏｆｆ他著「トポグラフィマスクによって生じる偏光誘導非点収差（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｉｎｄｕｃｅｄ ａｓｔｉｇｍａｔｉｓｍ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ ｍａｓｋｓ）」、ＳＰＩＥ会報６７３０、６７３０１Ｔ（２００７年）」に説明されている効果が発生する。それにより、照明光のＴＭ偏光成分及びＴＥ偏光成分は、それぞれ、Ｈ構造及びＶ構造の異なるフォーカスの位置を招く。従って、マスクの偏光照明及びその後の対物系による結像の場合に、波面収差及びこの場合には特に非点収差Ｚ₅、Ｚ₆が発生する。非点収差項Ｚ₅、Ｚ₆は、フリンジ表記に従う指数を有するゼルニケ多項式であり、「Ｓｉｎｇｅｒ他編「光学系ハンドブック（Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）」、Ｗｉｌｅｙ−Ｖｃｈ、２００５年」を参照されたい。これは、この場合、偏光照明と関連して光に対して３次元で出現するマスクにおける照明光の回折に対するキルヒホッフ近似の失敗に実質的に関連付けられる。上述の文献は、これらの効果を考慮する一般化されたキルヒホッフ近似について述べている。技術用語では精密(rigorous)と呼ばれるこれらの効果は、構造幅と、例えば、Ｃｒのようなマスクの構造を定義する材料と、マスクの領域内の照明光のビーム経路の方向におけるこれらの構造の厚みとに依存する。

従って、この第１の部類の投影露光装置では、マスクの精密効果によって生じる（同義語＝引き起こされる）波面の構造依存又はピッチ依存の収差を補正するための解決法の必要性があり、特に、マスクによって生じる構造依存及びピッチ依存の非点収差の補正の必要性がある。

この場合、以下では、構造、構造幅、又はピッチによって生じる波面収差、又は誘導波面収差は、マスクのこの構造化だけによって生じる収差を意味する。別の言い方をすると、この収差は、既に存在する対物系の他の収差に加えて生じる収差である。ピッチ又は構造幅の誘導波面収差の代わりに、単にピッチ又は構造幅の波面収差とも呼ぶ。

第２の部類の投影露光装置では、マスクの照明は反射で発生する。従って、マスクのいずれのテレセントリック照明も可能ではなく、これは、そうでなければ照明系と対物系とが障害物になるからである。第１の部類における投影露光装置の場合の主光線角度ＣＲＡは、テレセントリック光線からの主光線のずれである。この第２の部類における投影露光装置の場合には、主光線角度ＣＲＡは、対物系の物体平面に対する仮想直交軸に対する照明光の主光線の角度である。ＵＳ ２００５００８８７６０Ａ１に示されている投影露光装置の場合には、０．３３という像側開口数ＮＡの場合に６°のＣＲＡが使用される。ＵＳ ２００８０１７００３１０Ａ１に示されている投影露光装置の場合には、０．５という像側開口数ＮＡの場合に１５°のＣＲＡが使用される。一般的に、使用されるＣＲＡは、対物系の開口数ＮＡと共に増大する。

以下に説明する効果に対しては、「Ｅｒｄｍａｎｎ他著「ＥＵＶマスクに関するマスク回折分析及び最適化（Ｍａｓｋ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＥＵＶ ｍａｓｋｓ）」、ＳＰＩＥ−光工学の国際学会、２００９会報、第７２７１巻」も参照されたい。

以下により詳細に例示するが、０°とは異なるＣＲＡは、対物系の物体平面に対して直交するマスク構造の長さによって反射照明光の遮蔽をもたらす。従って、この場合、照明系とマスクと対物系との幾何学的な３次元配列によって決定されるマスクの純粋にトポグラフィ的な効果が存在する。しかし、第１の部類の投影露光装置とは対照的に、この効果は、非回折照明光にも影響を及ぼす。

マスク上で構造化された層の厚みは、厳密にはＥＵＶ投影露光装置に対してはこの効果をもはや無視することができない。なぜならば、λ＝１３．５ｎｍの照明光波長の数個分であり、従って、λ＝１９３ｎｍの波長で作動される第１の部類の投影露光装置とは対照的に、陰つけが関係する可能性があるからである。

非回折照明光だけに注意すると、照明系及び対物系の設計においてマスク上へのＣＲＡの入射平面が、Ｈ構造の個々の構造の延伸領域に対して直交すると仮定した場合に、この遮蔽は、Ｖ構造よりもＨ構造においてより大きい範囲で出現する。後に例示することになるが、マスク上で同一の構造幅を仮定した場合、ウェーハ上のＨ構造の構造幅とＶ構造の構造幅との間の差の大きさは、対物系の物体平面内では物体点と見なされるこれらの構造の位置に依存する。従って、Ｈ構造は、対物系の物体平面内でのその位置に基づいて、一般的に広めに結像される。更に、Ｈ構造では、波面の視野依存傾斜Ｚ₂、Ｚ₃に対応する物体点の位置に依存する像オフセットが生じる。波面全体が分析される場合には、収差として視野依存歪曲項Ｚ₂、Ｚ₃、デフォーカスＺ₄、及び非点収差Ｚ₅、Ｚ₆が生じる。これらの収差には、コマ収差Ｚ₇、Ｚ₈、及び２次非点収差Ｚ₁₂、Ｚ₁₃のようなより高次の波面収差が付随する。

ＵＳ ２００６０１３９６１１Ａ１ ＵＳ ２００９００３４０６１Ａ１ ＵＳ ２００８０１５１３６５Ａ１ ＵＳ ２００５００８８７６０Ａ１ ＵＳ ２００８０１７００３１０Ａ１ ＥＰ ６７８７６８Ａ２ ＥＰ １６７００４１Ａ１ ＷＯ ２００８０３７４９６Ａ２ ＵＳ ２００３０２３４９１８Ａ１ ＵＳ ２００９０２５７０３２Ａ１ ＷＯ ２００９０２６９７０Ａ１ ＥＰ ８５１３０４Ａ２ ＵＳ ２００３００６３２６８Ａ１ ＵＳ ６１９１８９８Ｂ１ ＷＯ ２００７０６２７９４Ａ１ ＤＥ １０２００５０３４９９１Ａ１ ＵＳ ２００７０１６５２０２Ａ１ ＷＯ ２００９１００８５６Ａ１ ＤＥ １０２００９０１６Ａ１ ＷＯ ２００９０３４１０９Ａ２

Ｙａｓｕｓｈｉ Ｍｉｚｕｎｏ他著「光源マスクの最適化のための照明光学系（Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃｓ ｆｏｒ Ｓｏｕｒｃｅ−Ｍａｓｋ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）」、ＳＰＩＥ会報７６４０、７６４０１１（２０１０年） Ｒｕｏｆｆ他著「トポグラフィマスクによって生じる偏光誘導非点収差（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｉｎｄｕｃｅｄ ａｓｔｉｇｍａｔｉｓｍ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ ｍａｓｋｓ）」、ＳＰＩＥ会報６７３０、６７３０１Ｔ（２００７年） Ｓｉｎｇｅｒ他編「光学系ハンドブック（Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）」、Ｗｉｌｅｙ−Ｖｃｈ、２００５年 Ｅｒｄｍａｎｎ他著「ＥＵＶマスクに関するマスク回折分析及び最適化（Ｍａｓｋ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＥＵＶ ｍａｓｋｓ）」、ＳＰＩＥ−光工学の国際学会、２００９会報、第７２７１巻 「Ｙａｓｕｓｈｉ Ｍｉｚｕｎｏ他著「光源マスクの最適化のための照明光学系（Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃｓ ｆｏｒ Ｓｏｕｒｃｅ−Ｍａｓｋ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）」、ＳＰＩＥ会報７６４０、７５４０１１（２０１０年） Ａｌｆｒｅｄ Ｋｗｏｋ−Ｋｉｔ Ｗｏｎｇ著「光学リソグラフィにおける分解能改善技術（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）」、ＳＰＩＥ出版、米国ワシントン州ベリンハム、２００１年

従って、この第２の部類の投影露光装置においても、マスクの精密効果によって生じる波面の構造幅依存及びピッチ依存の収差を補正するための解決法の必要性があり、特に、マスクによって生じる構造幅依存及びピッチ依存の非点収差、物体点の位置に依存する構造幅依存及びピッチ依存の歪曲、並びに構造幅依存及びピッチ依存のフォーカスの位置の補正の必要性がある。

本発明は、第１の手法（以下では「マスク波面最適化」ＭＷＯで表す）において、上述の効果を補償するために、上述の２つの部類の投影露光装置に対して波面操作の可能性を与えるか、又は既存の波面操作の可能性を使用することを提案する。これらの操作は、マスクの構造に関するアプリオリな情報、特に、マスクの構造方向、ピッチ、及び構造幅を考慮することを意図するものである。この場合、波面の操作は、補正目的に実施される他の波面操作に加えて実施されるものを意味すると理解される。

一般的に投影露光装置には、装置の機能がその寿命にわたって維持されることを保証する操作可能性が備えられる。これは、例えば、対物系の光学要素への照明光の印加が、これらの光学要素の加熱及び劣化を招き、従って、これらの光学要素の光学特性の変化を招くことによる。一般的に光学特性のこの変化は、対物系の結像性能の劣化、従って、投影露光装置の劣化を招く。それによって特にプロセスウィンドウが縮小する。

従って、対物系の光学要素のうちの一部には、投影光学系の他の光学要素に対するこれらの光学要素の相対位置か、又はこれらの光学要素の形状、屈折光学要素の場合はこれらの光学要素の屈折率かのいずれかを広域的又は局所的に変更することができる操作可能性が備えられる。

一例として、ＥＰ ６７８７６８Ａ２又はＥＰ １６７００４１Ａ１では、レンズが、その元の効果から逸脱する光学効果を提供するようにレンズの形状が変更されるか、又は熱の印加によってこのレンズの屈折率が変更される。ＷＯ ２００８０３７４９６Ａ２は、トルクを導入することにより、より高いラジアル次数を満たすレンズの形状変更を提供することが同様に可能であることを示している。ミラーの場合には、このミラーの照明光から外れた側に対する力の作用により、ミラーのほぼ任意の形状変更を提供することができる（例えば、ＵＳ ２００３０２３４９１８Ａ１参照）。ＵＳ ２００９０２５７０３２Ａ１及びＷＯ ２００９０２６９７０Ａ１は、光学要素内で電流が印加される導体線路を用いて、光学要素、特に、石英ガラスから構成される平面板の温度、従って、屈折率、及び形状を局所的にもたらすマニピュレータを提供している。

ＥＰ ８５１３０４Ａ２は、予め定められた互いに対する空間的なゼロ位置では光学効果を呈さないが、互いに対する平行相対移動の場合に、予め計算された光学効果を提供する非球面化された平面板の対、いわゆるアルバレス板を提供している。更に、ＵＳ ２００３００６３２６８Ａ１、及びＵＳ ６１９１８９８Ｂ１は、光学要素が、マニピュレータによって光軸の方向又は光軸に対して直角に変位し、それによって投影光学系に属する追加の光学要素に対するこの相対移動による光学効果が確立されるようにする投影光学系内での光学要素の操作を開示している。最後に、ＷＯ ２００７０６２７９４Ａ１は、投影光学系が光軸を含む投影光学系の光学要素の操作を開示している。この場合、光学要素は、光軸方向の変位、光軸に対して垂直な２つの変位、及び光軸に対応しない軸の回りの２つの回転移動という５つの空間自由度で移動される。

上述のマニピュレータのうちの１つが影響を及ぼす光学要素が、対物系の瞳平面に置かれる場合には、像視野の各視野点の波面に対するこのマニピュレータの効果は同一である。そうではない場合、すなわち、この光学要素が、対物系の瞳平面に置かれない場合には、波面に対するこの効果は、一般的に視野依存のものであり、すなわち、マニピュレータによって生じる波面変化は、着目している視野点に依存する。従って、そのような場合には、このマニピュレータを視野依存方式で作用するマニピュレータと記す。特に、対物系の瞳平面に配置されない光学要素に対して作用する上述のマニピュレータのうちの１つを使用すると、対物系の波面収差の視野依存性を補正することができる。

本発明は、波面の操作に加えて、第２の手法（以下では「光源マスク波面最適化」ＳＭＷＯで表す）において設定、すなわち、マスクを照明する照明光の特性を操作することを提案する。これらの操作もまた、マスクの構造に関するアプリオリな情報、特に、マスクの構造方向、ピッチ、及び構造幅を考慮することを意図するものである。この場合、設定操作は、照明系によって既に実施されている可能性がある照明光の設定に加えての変更として具現化されるものを意味すると理解される。

投影露光装置の照明系は、環状設定（例えば、ＤＥ １０２００５０３４９９１Ａ１参照）、二重極設定又は四重極設定、又はＵＳ ２００７０１６５２０２Ａ１、又は自由形状照明（例えば、ＷＯ ２００９１００８５６Ａ１又は「Ｙａｓｕｓｈｉ Ｍｉｚｕｎｏ他著「光源マスクの最適化のための照明光学系（Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃｓ ｆｏｒ Ｓｏｕｒｃｅ−Ｍａｓｋ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）」、ＳＰＩＥ会報７６４０、７５４０１１（２０１０年）」参照）を可能にする操作可能性を備えることができる。

本発明は、波面及び設定の操作に加えて、第３の手法（以下では「光源マスク偏光波面最適化」ＳＭＰＷＯで表す）において、更に照明光の偏光を操作することを提案する。これらの操作もまた、マスクの構造に関するアプリオリな情報、特に、マスクの構造方向、ピッチ、及び構造幅を考慮することを意図するものである。この場合、偏光操作は、照明によって与えられる可能性がある照明光の偏光に加えて実施されるものを意味すると理解される。

投影露光装置の照明系は、照明光の偏光に影響を及ぼす操作可能性を備えることができる（例えば、ＤＥ １０２００９０１６Ａ１又はＷＯ ２００９０３４１０９Ａ２参照）。

以下に続く本発明の構成は、本発明を限定するものと見なすべきではない。特に、これらの構成は、上述の２つの部類のいずれにも対応しない投影露光装置に適用することができる。この場合、精密マスク効果は、上記に詳細に解説した２つの部類の投影露光装置におけるものよりも有意ではないが、それでも同じく存在はする。更に、本発明は、上述の２つの部類の中間に位置する偏光照明を用いたＥＵＶ系にも適用される。

以下に続く本発明の構成はＭＷＯであり、これらの構成は、簡略化の目的で番号を振り、表記した考案(formulation)であることを理解すべきである。

第１の考案。
−照明光でマスクを照明し、異なる照明設定を生成するための照明系と、
−対物系の物体平面に置かれたマスクを対物系の像平面に置かれたウェーハ上に結像するための対物系と、
を含み、
−対物系が、異なるマニピュレータ偏差を有するマニピュレータを含み、マニピュレータを用いて対物系の結像の波面を操作することができる、
マイクロリソグラフィのための投影露光装置を異なる構造方向に異なるピッチ及び／又は異なる構造幅を有する構造を有するマスクに適応させる方法であって、
−マスクの異なる構造方向にマスクの複数の異なるピッチ及び／又は構造幅を定義する段階と、
−照明系内で照明設定又は自由形状照明を設定する段階と、
−定義されたピッチ及び／又は定義された構造幅によって生じる波面収差を低減するマニピュレータ偏差のうちの１つを決定する段階と、
−マニピュレータを決定されたマニピュレータ偏差に偏らせる段階と、
を特徴とする方法。

第１の考案による方法を使用することにより、対物系のマニピュレータは、例えば、対物系の光学要素の位置公差、面公差、又は材料公差により、又は対物系の光学要素の加熱によって生じ、従って、照明されるマスク上の構造とは基本的に独立した波面収差を補正するだけではないように偏らされる。マニピュレータの偏差における重ね合わせ原理により、少なくともこの１つのマニピュレータについて、その偏差の一部は、精密マスク効果を補償するのに使用される。それによって投影露光装置は、マスク形式又はマスクの部類と整合される。ピッチ及び／又は構造幅の定義は、リソグラフィ工程に対して特に重要なものとして分類される構造に基づいて行われる。これらの構造は、特に小さい焦点深度ＤＯＦを有する構造若しくは集積回路の機能に対して特に重要な幾何学形状を有する構造とすることができ、又はこれらの２つの基準の組合せは、ピッチ及び／又は構造幅を定義するのに使用される。

第２の考案。
−照明光でマスクを照明し、異なる照明設定を生成するための照明系と、
−対物系の物体平面に置かれたマスクを対物系の像平面に置かれたウェーハ上に結像するための対物系と、
を含み、
−対物系が、異なるマニピュレータ偏差を有するマニピュレータを含み、マニピュレータを用いて対物系の結像の波面を操作することができる、
マイクロリソグラフィのための投影露光装置を作動させる方法であって、
−異なる構造方向に異なるピッチ及び／又は異なる構造幅を有する構造を有するマスクを準備する段階と、
−マスクの異なる構造方向にマスクの複数の異なるピッチ及び／又は構造幅を定義する段階と、
−照明系内で照明設定又は自由形状照明を設定する段階と、
−定義されたピッチ及び／又は定義された構造幅によって生じる波面収差を低減するマニピュレータ偏差のうちの１つを決定する段階と、
−マニピュレータを決定されたマニピュレータ偏差に偏らせる段階と、
を特徴とする方法。

第２の考案による方法を使用することにより、現在照明されるべきマスクとアプリオリに整合されていない投影露光装置は、第１の考案の場合と同様に現在照明されるべきマスクと整合される。

第３の考案。
−照明光でマスクを照明し、異なる照明設定を生成するための照明系と、
−対物系の物体平面に置かれたマスクを対物系の像平面に置かれたウェーハ上に結像するための対物系と、
を含み、
−対物系が、異なるマニピュレータ偏差を有するマニピュレータを含み、マニピュレータを用いて対物系の結像の波面を操作することができる、
マイクロリソグラフィのための投影露光装置を異なる構造方向に異なるピッチ及び／又は異なる構造幅を有する構造を有するマスクに適応させる方法であって、
−マスクを準備する段階と、
−照明系内で照明設定又は自由形状照明を設定する段階と、
−マスクによって生じた波面収差を決定する段階と、
−決定された波面収差を低減するマニピュレータ偏差のうちの１つを決定する段階と、 −マニピュレータを決定されたマニピュレータ偏差に偏らせる段階と、
を特徴とする方法。

第３の考案による方法は、このマニピュレータによって補償するように意図する波面収差を有する個々又は少数の重要なピッチ及び／又は構造幅を決定する段階を含まない。代替的に、マスクによって生じる波面収差全体が、このマニピュレータによって低減される。この場合、マスクによって生じる波面収差の特定は、理想的な対物系による仮定上の理想的な結像の下でのマスクの完全なシミュレーションによって実施される。この目的のために、そのようなシミュレーションを計算するのに使用することができる例えばＢｒｉｏｎからのＴａｃｈｙｏｎ（登録商標）プラットフォームを使用することができる。

第４の考案。
第１の考案又は第２の考案による方法であって、
−マスクの構造方向のうちの第１のものが定義され、
−第１の構造方向の異なるピッチのうちの２つの異なるピッチＰ１及びＰ２又は異なる構造幅のうちの２つの異なる構造幅Ｓ１及びＳ２が定義され、
−異なるピッチＰ１及びＰ２又は異なる構造幅Ｓ１及びＳ２の波面収差が決定され、
−ピッチＰ１又は構造幅Ｓ１の波面収差を低減する第１のマニピュレータ偏差Ｍ１が決定され、
−ピッチＰ１の波面収差とピッチＰ２の波面収差又は構造幅Ｓ１の波面収差と構造幅Ｓ２の波面収差とがそれぞれ異なる場合に、ピッチＰ２又は構造幅Ｓ２の波面収差を低減する第２のマニピュレータ偏差Ｍ２が決定され、Ｐ２に対するピッチＰ１の相対重み付けα∈［０，１］、又は構造幅Ｓ１とＳ２との相対重み付けα∈［０，１］が定義され、マニピュレータは、値αＭ１＋（１−α）Ｍ２だけ偏らされ、
−ピッチＰ１の波面収差とピッチＰ２の波面収差又は構造幅Ｓ１の波面収差と構造幅Ｓ２の波面収差とがそれぞれ異ならない場合には、マニピュレータは、値Ｍ１だけ偏らされる、
ことを特徴とする方法。

第４の考案による方法を使用することにより、ピッチ又は構造幅に依存して波面の補正が行われる。重み付けαを使用することにより、最終的に製造される集積回路の機能に対して重要なピッチ又は重要な構造幅の波面を可能な限り良好に補正することができる。波面の構造非依存補正と比較して、最終的にこの補正は、集積回路の製造においてより少ない不合格品しかもたらさない。

第５の考案。
第１の考案又は第２の考案による方法であって、
−マスクの構造方向のうちの第１のものが定義され、
−マスクの構造方向のうちの第１のものとは異なる第２のものが定義され、
−マスクの第１、及び第２の構造方向に存在するピッチ又は構造幅が定義され、
−第１の構造方向、及び第２の構造方向におけるピッチ又は構造幅の波面収差が決定され、
−第１の構造方向のピッチ又は構造幅の波面収差を低減する第１のマニピュレータ偏差Ｍ１が決定され、
−第１の構造方向におけるピッチ又は構造幅の波面収差と第２の構造方向におけるピッチ又は構造幅の波面収差とが異なる場合に、第２の構造方向のピッチ又は構造幅の波面収差を低減する第２のマニピュレータ偏差Ｍ２が決定され、構造方向の相対重み付けα∈［０，１］が定義され、マニピュレータは、値αＭ１＋（１−α）Ｍ２だけ偏らされ、
−第１の構造方向におけるピッチ又は構造幅の波面収差と第２の構造方向におけるピッチ又は構造幅の波面収差とが異ならない場合に、マニピュレータは、値Ｍ１だけ偏らされる、
ことを特徴とする方法。

第５の考案による方法を使用することにより、構造方向に依存して波面の補正が行われる。重み付けを使用することにより、最終的に製造される集積回路の機能に対して重要な構造方向に波面を可能な限り良好に補正することができる。波面の構造方向非依存補正と比較すると、この補正は、集積回路の製造においてより少ない不合格品しかもたらさない。

第６の考案。
第１の考案又は第２の考案による方法であって、
−マニピュレータが、対物系の瞳平面に配置され、
−マニピュレータが、δ∈［０，０．５］において瞳直径のδ倍まで空間分解方式で波面の位相に影響を及ぼすことができ、
−ピッチの第１のもの又は構造幅の第１のものが決定され、
−第１のピッチ又は第１の構造幅のｎ次の回折次数が決定され、
−ピッチの第２のもの又は構造幅の第２のものが決定され、
−第２のピッチ又は第２の構造幅のｍ次の回折次数が決定され、
−それにより、第１のピッチ又は第１の構造幅のｎ次の回折次数及び第２のピッチ又は第２の構造幅のｍ次の回折次数が、瞳直径の少なくともδ倍だけ互いから離間し、
−第１のピッチ又は第１の構造幅の波面収差及び第２のピッチ又は第２の構造幅の波面収差が決定され、
−第１のピッチ又は第１の構造幅のｎ次の回折次数の場所における第１のピッチ又は第１の構造幅の波面収差の位相誤差を低減し、瞳の他の場所において波面の位相を不変量に留める第１のマニピュレータ偏差Ｍ１が決定され、
−第２のピッチ又は第２の構造幅のｍ次の回折次数の場所における第２のピッチ又は第２の構造幅の波面収差の位相誤差を低減し、瞳の他の場所において波面の位相を不変量に留める第２のマニピュレータ偏差Ｍ２が決定されることと、
−マニピュレータの値Ｍ１＋Ｍ２分の偏差と、
を特徴とする方法。

この場合、マニピュレータを用いた波面の位相の瞳直径のδ倍までの空間分解能は、以下のことを意味すると理解されるように意図したものであり、すなわち、瞳直径が１である場合に、各場合に少なくとも距離δを有する瞳の２つの点における位相に対して、マニピュレータにより、これらの２つの点のうちの第１のものにおいてこれらの２つの点のうちの第２のものとは独立して影響を及ぼすことができることを意味するように意図したものである。瞳直径が１に等しくない場合には、相応に瞳直径に対するスケーリングが行われる。言い換えれば、マニピュレータは、波面の位相に対して局所的に作用し、他の場所における位相を不変量に留める。そのようなマニピュレータは、例えば、ＵＳ ２００９０２５７０３２Ａ１及びＷＯ ２００９０２６９７０Ａ１に開示されている。この場合、不変性は、必ず１００％の不変性を意味すると理解すべきではない。瞳のいずれかの望ましい場所において値φだけ波面の位相に影響を及ぼすことができ、この場合に瞳のいずれかの他の点において０．１・φを上回って、又は更に０．０５・φを上回っては位相に影響を及ぼさない場合があるマニピュレータも、上述の意味の範囲で空間分解すると理解されるように意図したものである。そのようなマニピュレータは、例えば、ＷＯ ２００８０３７４９６Ａ２及びＵＳ ２００３０２３４９１８Ａ１に開示されている。

第６の考案による方法は、異なるピッチ又は異なる構造幅の回折次数を対物系の瞳平面内で空間的に分離させることができることを利用する。一般的に固定的に選択された回折次数ｍは、１組の瞳の場所によって与えられる。従来照明σ＝０では、この組は、１つの点の組であり、より高いσでは、より大きい半径を有する円が存在する。この場合、第１の回折次数と第２の回折次数の間の距離は、第１の回折次数からの第１の点と第２の回折次数からの第２の点の間の最短距離によって定義される。個々の回折次数の位置及び距離は、σ設定と構造幅とピッチと対物系とに依存し、従って、投影露光装置が始動される前に決定することができる。例えば、二重極照明又は四重極照明のような非従来設定では、回折次数が分離されるか否かということは、極に対する構造方向の相対的な向き、及びその長さに依存する。輪帯照明の場合には、一般的に第６の考案は使用されず、これは、この場合の回折次数が通例はもはや分離されないことによる。従って、この瞳平面又はいずれかの他の瞳平面に、それぞれのピッチ又は構造幅によって生じた波面の位相収差をそれぞれ固定的に選択された回折次数の領域内で互いから分離して補正することができるマニピュレータを設けることができる。これは、マニピュレータが、この目的に対して十分な空間分解能を伴って瞳の波面の補正を実施することができるということを仮定している。例えば、高い集積密度を必要とするフラッシュメモリの製造におけるリソグラフィ工程では、厳密に対物系の分解能限界の近くに置かれたピッチ又は構造幅が最も重要であるので、低次、特に、２次から４次の回折次数の収差のない干渉は極めて重要なものである。これは、第６の考案による方法によって保証される。

第４の考案から第６の考案までの考案のうちの１つによる方法は、異なる構造方向の異なるピッチ又は構造幅を波面収差に関して調べて重み付けを実施することによって組合せ方式に実施することができる。一般的な手法では、方法は、対で異なるｍ個のピッチ、対で異なるｎ個の構造幅、ｌ個の異なる構造方向から構成される有限の組に対して実施される。この場合、下式が定義される時に合計でｌ（ｍ＋ｎ）個の波面収差及びａ₁，．．．，ａ_l(m+n)の重みが決定される。

構造方向は、精密マスク効果に対して純粋に幾何学的にしか影響を及ぼさず、Ｈ及びＶ以外の構造方向の効果は、Ｈ及びＶのものから解析的に導出することができるので、一般的にｌ＝２で十分である。

第７の考案。
−照明光でマスクを照明し、異なる照明系又は自由形状照明を可能にするための照明系と、
−対物系の物体平面に置かれたマスクを対物系の像平面に置かれたウェーハ上に結像するための対物系と、
を含み、
−対物系が、異なるマニピュレータ偏差を有するマニピュレータを含み、マニピュレータを用いて対物系の結像の波面を操作することができ、
−投影露光装置は、マニピュレータを制御するためのコントローラを含み、
−コントローラは、マニピュレータ偏差を１組の異なるピッチ及び／又は構造幅に割り当てる割り当てテーブルを格納するためのメモリを含む、
ことを特徴とするマイクロリソグラフィのための投影露光装置。

第７の考案による投影露光装置は、第１の考案による方法に従って１つのマスク又はある部類のマスクのいずれかに適応させることができ、又は第２の考案による方法に従って作動させることができる。第１の考案による適合又は第２の考案による作動は、マスクの構造及びピッチに関する情報しか必要としないので、偏らさせるべきマニピュレータ偏差も同様にこれらにしか依存しない。従って、マニピュレータ偏差に対するピッチ及び構造幅の割り当てをコントローラのメモリに格納される割り当てテーブル（同義語＝ルックアップテーブル）の形態で格納することができる。

以下に続く本発明の構成はＳＭＷＯであり、更にこれらの構成には、簡略化の目的で順次番号を振っていることを理解すべきである。

第８の考案。
異なる構造方向に異なるピッチ及び／又は異なる構造幅を有する構造を有するマスクにマイクロリソグラフィのための投影露光装置を適応させるか又は投影露光装置を作動させる、第１の考案、第２の考案、第４の考案、又は第５の考案のいずれかによる方法であって、
−マニピュレータ偏差に加えて、照明設定の変化又は自由形状照明の変化が決定され、照明設定の変化又は自由形状照明の変化及びこのマニピュレータ偏差によってマニピュレータを偏らせることにより、異なるピッチ及び／又は異なる構造幅によって生じる波面収差が、少なくとも考案１による方法におけるものと同じ程度まで低減される、
ことを特徴とする方法。

第８の考案による方法を使用することにより、異なるピッチ及び／又は異なる構造幅によって生じる波面収差がマニピュレータを用いて低減されるばかりではなく、設定が、波面を補正するための自由度として付加的に使用される。その結果、少なくともそれ程悪くはなく、多くの場合に良好な波面補正を提供する。一例として、二重極設定の場合には、この補正は、極の幅を狭くすることによって、瞳内の回折次数のより良好な分離が提供されるということに基づいて達成することができる。この場合、第５の考案による方法は、ピッチのアプリオリにより大きい組からのピッチに対して実施することができる。

９．第７の考案によるマイクロリソグラフィのための投影露光装置であって、
−照明設定又は自由形状照明を変更することができる照明系のマニピュレータと、
−第２のマニピュレータが、コントローラによって制御可能であることと、
−コントローラが、照明設定又は自由形状照明を１組の異なるピッチ及び／又は構造幅に割り当てる割り当てテーブルを格納するためのメモリを含むことと、
を特徴とする投影露光装置。

第９の考案による投影露光装置は、第８の考案による方法に従って１つのマスク又はある部類のマスクのいずれかに適応させることができ、又は作動させることができる。第８の考案による適応化又は作動は、マスクの構造及びピッチに関する情報しか必要としないので、偏らされるべきマニピュレータ偏差及び設定される設定又は自由形状照明の変化も同様にこれらにしか依存しない。従って、マニピュレータ偏差及び設定又は自由形状照明に対するピッチ及び構造幅の割り当ては、コントローラのメモリに格納される割り当てテーブル（同義語＝ルックアップテーブル）の形態で格納することができる。

以下に続く本発明の構成はＳＭＰＷＯであり、更にこれらの構成には、簡略化の目的で順次番号を振っていることを理解すべきである。

第１０の考案。
異なる構造方向に異なるピッチ及び／又は異なる構造幅を有する構造を有するマスクにマイクロリソグラフィのための投影露光装置を適応させるか又は投影露光装置を作動させる、第１の考案又は第２の考案のいずれか、又は第４の考案から第６の考案のいずれか、又は第８の考案による方法であって、
−マニピュレータ偏差及び照明設定の変化又は自由形状照明の変化に加えて、照明光の偏光の変化が決定され、照明設定の変化又は自由形状照明の変化及びこのマニピュレータ偏差によってマニピュレータを偏らせること、並びに照明光の偏光の変化により、異なるピッチ及び／又は異なる構造幅によって生じる波面収差が、少なくとも考案８による方法におけるものと同じ程度まで低減される、
ことを特徴とする方法。

第１０の考案による方法を使用することにより、異なるピッチ及び／又は異なる構造幅によって生じる波面収差がマニピュレータを用いて低減されるだけではなく、照明光の偏光が、波面を補正するための自由度として付加的に使用される。その結果、少なくともそれ程悪くはなく、多くの場合に良好な波面補正を提供する。

第１１の考案。
上述の考案のうちのいずれかによる方法であって、
−対物系が、波面収差の視野依存性を補正する更に別のマニピュレータを含む、
ことを特徴とする方法。

第１２の考案。
上述の考案のうちのいずれかによるマイクロリソグラフィのための投影露光装置であって、
−対物系が、対物系の瞳平面に位置しない更に別のマニピュレータを含み、
−更に別のマニピュレータは、コントローラによって制御することができ、
−コントローラは、更に別のマニピュレータに対する偏差を１組の異なるピッチ及び／又は構造幅に割り当てる割り当てテーブルを格納するためのメモリを含む、
ことを特徴とする投影露光装置。

本発明を以下に続く例示的な実施形態に基づいてこれらの実施形態の添付図面を用いて説明する。

ＣＲＡ＞０°の場合のマスクにおける精密効果の発生の図である。 ＣＲＡ＞０°の場合のマスクにおける精密効果の発生の図である。 ＣＲＡ＞０°の場合のマスクにおける精密効果の発生の図である。 偏光照明の場合のマスクにおける精密効果の発生の図である。 偏光照明の場合のマスクにおける精密効果の発生の図である。 異なるピッチを有するＨ構造及びＶ構造における位相誤差を示す図である。 異なる構造方向にわたって加え合わされた波面収差を示す図である。 Ｈ構造に対するＶ構造のベストフォーカスの変位を示す図である。 波面を補償しない場合の３つの構造におけるデフォーカスと臨界寸法との関係の例を示す図である。 波面を補償する場合の３つの構造におけるデフォーカスと臨界寸法との関係の例を示す図である。 波面を補償する場合及び補償しない場合の３つの構造におけるベストフォーカスの位置を示す図である。 投影系の瞳内で波面を補償する段階を示す図である。 波面を補償する場合のベストフォーカスの場所と補償しない場合のベストフォーカスの場所との比較を示す図である。 Ｈ構造に対するＶ構造のフォーカスの変位から生じるプロセスウィンドウの縮小を示す図である。 対物系の瞳内の異なるピッチの回折次数の位置を示す図である。 異なるピッチの得られる異なるプロセスウィンドウを示す図である。 対物系の瞳内での本発明による波面操作の後に生じる異なるピッチのプロセスウィンドウを示す図である。 マニピュレータを有する、マイクロリソグラフィのための投影露光装置の対物系を示す図である。 付加的に偏光に影響を及ぼすマニピュレータと付加的に設定に影響を及ぼすマニピュレータとを有する投影露光装置を示す図である。 ＣＲＡ＞０°に起因する遮蔽効果の不可避性の図である。 ６°のＣＲＡにおけるＥＵＶ対物系の設計の図である。

図１は、上述の第２の部類の投影露光装置に対して極めて重要なマスクにおける精密効果の発生を示している。

図１ａ）は、０°よりも大きいＣＲＡの場合のマスクにおける精密効果の発生を示している。左手の図１０１は、この図では３次元で示すマスクのＨ構造１０４の場合の照明光の入射を示している。Ｈ構造は支持体１０３上に置かれ、支持体１０３は、照明光波長λ＝１３．５ｎｍに対して高い反射性を有し、交替するＭｏとＳｉの層から構成される。この図では、この支持体の面に対して直交する座標軸をｚで表し、ｚは、クロムＣｒから構成されるＨ構造１０４の厚みが約６０ｎｍである座標軸に対応する。Ｈ構造は、ｘ方向よりもｙ方向に大きい長さを有する。照明光の光線１０５が、方向ｚに対して角度β＞０°、例えば、β＝６°又はβ＝１５°でマスク上に入射する場合には、この図で妨げられるように示す反射光線に対して遮蔽効果が発生する。この効果は、右手の図１０２に示すＶ構造１０６の場合は発生しない。

構造、例えば、右手の図にあるＶ構造の構造幅は、この図ではそのｙ方向の長さ１０７である。ピッチは、この図でｙ方向の１０８として示す２つのＶ構造の間の距離である。

図１ｂ）は、視野依存性、すなわち、対物系の像視野に結像される構造の位置である物体平面１１２に対する直交軸１１１に対してＣＲＡ＞０°の場合のＨ構造１１３及びＶ構造１１４の位置への依存性を示している。図１ａ）に記載の図に対応する方位角φ＝０°においてのみ、入射照明光１１５は、図１ａ）に示すように構造を見る。走査方向に対してφ＞０°の方位角では、照明光１１５は、ＣＲＡ及び方位角φという２つの角度を取る。図１ｂでは、１１６は、対物系の物体平面内に位置するマスクの３次元図である。１１２は、この物体平面の１つの座標軸のみを示しており、正確には、１１２は、投影露光装置の走査方向である。

図１ｃ）は、対物系の物体平面内の視点から遮蔽効果を示している。照明光１２１は、左手側から層積層体１２２上に入射し、層積層体１２２内で反射され、右手の構造１２３において、同様に純粋に幾何学的な性質のものであり、層積層体内の照明光の有効反射場所に依存する遮蔽１２４が発生することを認めることができる。

図２ａ）は、上述の第１の部類の投影露光装置に対して極めて重要なマスクにおける精密効果の発生を示している。入射照明光１３１は、マスク支持体１３２上に配置されたＣｒ構造１３３によって回折次数１３４、１３５に回折される。個々の偏光方向ＴＥ及びＴＭは、構造方向に基づいて定義される。照明光の電界ベクトルは、ＴＥ偏光の場合は構造方向と平行に、ＴＭ偏光の場合は構造方向と垂直に振動する。キルヒホッフ近似では、ゼロ次の回折次数と高次の回折次数の間の位相差は、ゼロ又は少なくとも一定である。高次の回折次数が各場合にゼロ次の回折次数と比較して個々の位相差を有する場合に収差が発生する。従って、マスクによって生じるいずれの収差も、キルヒホッフ近似内では予想されないことになる。精密計算時には、高次の回折次数のそのような個々の位相差が発生し、これらの位相差は、更にＴＥとＴＭとで異なる可能性がある。Ｈ線及びＶ線は、例えば、走査方向に対して直交する同じ照明偏光が与えられた場合に、ある時にはＴＥをかつある時にはＴＭを「見る」のでこれらの位相差は異なる。そのような偏光は、Ｈ線についてはＴＥ偏光され、相応にＶ線についてはＴＭ偏光される。従って、２つの構造は、異なるフォーカスシフトのような異なる収差を誘導し、この誘導は、最終的に非点収差としての効果を有する。

図２ｂ）は、図２ａ）に記載の効果を定量的に例示している。２つのグラフには、照明光の個々の回折次数を横座標上に列記している。左手のグラフには、入射振幅に対する個々の回折次数の相対振幅を縦座標上に例示している。非偏光光（図では「キルヒホッフ」で表す）とＴＥ偏光とＴＭ偏光の間にはいずれの差も認められない。右手のグラフは、ＴＥに対するＴＭの位相差をナノメートルで例示している。この図では、ＴＥとＴＭとの間で有意な差を認めることができる。２つのグラフについて求められた値は、ピッチを２０００ｎｍとした構造幅２００ｎｍのマスク上で法線入射方向を有するコヒーレント照明に対して計算したものである。

図３は、上述の投影露光装置の第２の部類に入るＥＵＶ投影露光装置に対して、図１ｂ）に例示したもののようなＨ構造及びＶ構造における位相誤差を示している。横座標σは、−１と１との間で変化し、対物系の入射瞳内の正規化瞳座標を示している。縦座標は、０次の回折次数σ＝０に対する位相誤差をｎｍに示している。ピッチ１００ｎｍと２００ｎｍと３００ｎｍと５００ｎｍとを比較している。１００ｎｍの最も小さいピッチでは、回折次数−２、−１、０、１、２しか対物系を通過しないことを容易に認めることができる。波面の位相は、Ｖ構造では、そのラジアル成分に関して偶関数に対応し、各ピッチに対して、各場合に２つの変曲点を有する。大きいピッチと比較して小さいピッチにおける回折次数は、瞳内でより外側に向けて位置するので、小さピッチでは変曲点もより外側に向けて位置する。１００ｎｍよりも小さいピッチの場合（この図には例示していない）には、回折次数−１、０、１しか対物系を通過しない場合が発生する可能性がある。この場合、そのようなピッチの波面の位相は、もはや変曲点を全く持たない。全体として波面の位相誤差は、ゼルニケ多項式Ｚ₄、Ｚ₉、に展開することができ、一般的には平方数ｉの時にＺ_iに展開することができる。Ｖ構造の位相誤差に加えて、Ｈ構造の位相誤差も、傾斜、Ｚ₂、Ｚ₃、及びＺ₇、Ｚ₈、のような高次の項を受ける。

各ピッチに対して、第１の考案、第２の考案、又は第３の考案から第６の考案までの考案のうちのいずれかによるマニピュレータによって波面の位相を補正することができる。この場合、第６の考案にあるもののような上述のマニピュレータが、対物系の瞳平面に置かれるならば有利である。第４の考案による複数のピッチの同時の重み付きの補正の場合には、個々のピッチの位相誤差の重ね合わせから生じる波面が、事前にそのラジアル成分において多数の変曲点を有するので、第６の考案による空間分解マニピュレータが有利である。

図４では、方位角方向に関して一様に分布すると仮定するマスクの複数の構造の共通の位相誤差が重ね合わされている。左手の図には、対物系の入射瞳内の正規化瞳座標の重ね合わせ位相誤差を示している。重ね合わせ位相誤差は、右手の図にあるゼルニケ多項式に展開される。そのような複雑な瞳プロファイルは、第６の考案による空間分解マニピュレータによって有利に補正することができることが明らかになる。

上述の図は、対物系の物体視野の固定的に選択された物体点に当て嵌まり、他の物体点に対して類似の図を導出することができる。従って、これらの図は、結像される物体点に場所依存するものであると理解される。別の言い方をすると、異なるピッチによって生じる波面収差は視野プロファイルを有し、視野プロファイルは、対物系の瞳平面に位置しない第１２の考案による第２のマニピュレータによって有利に補正される。

上記に既に例示したように、フォーカスに影響を及ぼす項は、主に異なるピッチによって生じる波面収差内に見つかる。この点に関して、その全てが偶関数であり、従って、瞳の回転対称な位相誤差に対応する図３の最初の列に記載の位相プロファイルを参照されたい。

フォーカスは、ピッチ依存のものであるばかりではなく、結像される構造幅にも依存することを明らかにしている。

図５ａは、偏光照明を利用し、２００ｎｍの幅を有し、分離された構造の結像に伴う、Ｖ構造に関連するベストフォーカスの場所とＨ構造に関連するベストフォーカスの場所との比較を示している。横座標、並びに縦座標はマイクロメートルで与えられる。横座標の原点は、Ｖ構造の像の幅が最大である点として定義される。破線グラフは、像平面がデフォーカスにされる場合のＶ構造の像の幅の減少を示している。実線グラフは、像平面がデフォーカスされる場合のＨ構造の像の幅の減少を示している。Ｈ構造の像の最大幅は、Ｖ構造の像の幅が最大である場所に対して＋６０ｎｍのデフォーカスに位置する。これらの２つの最大点では、破線グラフ及び実線グラフの微分係数はゼロになるので、これらの２つの最大点は、Ｖ構造及びＨ構造それぞれを結像するのにベストフォーカスの場所である。明らかにこれらの２つの最良の場所は６０ｎｍだけ異なる。

図５ｂから図５ｆは、異なる構造、向き、ピッチサイズに関連付けられたベストフォーカスの場所の更に別の例を提供しており、これらの場所の間の差を低減する解決法を示している。

図５ｂは、３つのＢｏｓｓｕｎｇ曲線、すなわち、９０ｎｍのピッチサイズを有する４５ｎｍＶ構造、グラフ４５ｐ９０Ｖ、ピッチサイズ３５０ｎｍを有する９０ｎｍＶ構造、グラフ９０ｐ３５０Ｖ、及びピッチサイズ３５０ｎｍを有する９０ｎｍＨ構造、グラフ９０ｐ３５０Ｈという３つの所与の構造に対するデフォーカスの関数として、線幅（臨界寸法ＣＤ）の変化の３つのグラフを示している。図５ｂに示すデフォーカスに対する臨界寸法変化ΔＣＤは、ＮＡ＝１．３５の像側開口数及び１９３ｎｍの照明光波長を有するＶＵＶ投影光学系に対して計算したものである。照明設定は、部分コヒーレンス因子σ＝０．２を有するｙ偏光部分コヒーレント設定であり、照明設定の技術的詳細に対しては、Ａｌｆｒｅｄ Ｋｗｏｋ−Ｋｉｔ Ｗｏｎｇ著「光学リソグラフィにおける分解能改善技術（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）」、ＳＰＩＥ出版、米国ワシントン州ベリンハム、２００１年を参照されたい。３つの構造は、１００ｎｍのＣｒ層及び１９２ｎｍのエッチング深さによって与えられる不透過区画を有する交互位相シフトマスクによって与えられる。模擬した空間像のレジスト閾値は、４５ｐ９０Ｖピッチがサイズ通りに印刷され、すなわち、得られる像がゼロデフォーカスで４５ｎｍのＣＤを有するように選択された。

図５ａと同様に、図５ｂの横座標はデフォーカスの量である。図５ａとは対照的に、デフォーカスは、マイクロメートルの代わりにナノメートルで与えられる。縦座標は、選択した３つの構造のゼロデフォーカスにおけるそれぞれのＣＤのナノメートルでの臨界寸法ＣＤの偏差ΔＣＤを示している。ＣＤは、０ｎｍの正規化された値に対して与えられ、同様にデフォーカスは、０ｎｍの正規化されたフォーカスの位置に対して与えられる。３つの星印は、３つの構造のそれぞれのベストフォーカスの場所を示している。これらの場所は明らかに一致しない。図５ｄの表の上側の行は、図５ｂの選択した原点に対するこれらのベストフォーカスの場所の数値を示している。これらの数値は、約７４ｎｍの最小の間隔内にある。この間隔の幅は、リソグラフィ工程の不安定性の基準値であると理解することができ、すなわち、間隔が小さい程、フォーカスの変化に対するＣＤ変化は安定する。

図５ｆは、ベストフォーカスの場所をグラフに示している。そのような３つの種類の構造４５ｐ９０Ｖ、９０ｐ３５０Ｖ、及び９０ｐ３５０Ｈを同時に結像する場合には、マスクの精密効果を補償するために投影光学系の波面を修正することができる（第１の部類の投影露光装置の上述の解説参照）。図５ｅの位相プロファイルが波面に付加される場合には、図５ｃに例示しており、図５ｄの表の２行目に定量化しているように、３つの構造のベストフォーカスは、ほぼ同じ場所に収まる。明らかに、７４ｎｍの上述の間隔は０．４ｎｍまで縮小し、これは、３つ全ての構造がその最適なフォーカスの位置において結像されることを意味する。図５ｆは、図５ｅの波面の印加の前と後の３つのベストフォーカスの場所をグラフに示している。

図５ｅの波面は、ＥＰ ６７８７６８Ａ２、ＥＰ １６７００４１Ａ１、ＷＯ ２００８０３７４９６Ａ２、ＵＳ ２００３０２３４９１８Ａ１、ＵＳ ２００９０２５７０３２Ａ１、ＷＯ ２００９０２６９７０Ａ１、ＥＰ ８５１３０４Ａ２、ＵＳ ２００３００６３２６８Ａ１、及びＷＯ ２００７０６２７９４Ａ１に説明されている１つ又は複数のマニピュレータによって生成することができる１．３５という瞳半径に正規化された６０ｎｍのＺ₅と７０ｎｍのＺ₉と６０ｎｍのＺ₁₂との重ね合わせから構成される。

明らかに、副作用として図５ｅの波面の印加も、空間像における有意なＣＤ変化を招くが、このＣＤ変化は、レチクル上の線幅の適切な変更によって補償することができる。

図６ａは、横座標がデフォーカス（同義語＝フォーカス変化ＦＶ）をｎｍに示し、縦座標が、強度閾値ＩＴを示すＥＵＶ投影露光装置の２つのプロセスウィンドウを示している。レジスト閾値に対して、Ｖ構造をその幅において縮尺通りにσ＝０．５の照明設定、及び３２ｎｍの構造幅で結像するプロセスウィンドウを示している。マスクの構造は、８０ｎｍの厚みを有する層によって生成される。ＣＲＡは６°の角度を有し、物体の物体側開口数はＮＡ＝０．３である。上側のウィンドウは、６４ｎｍのピッチにおけるプロセスウィンドウを示しており、それに対して下側のウィンドウは、１５０ｎｍのピッチにおけるプロセスウィンドウを示している。１５０ｎｍのピッチではＶ構造に対するＨ構造の相対的なデフォーカスが主に発生し、プロセスウィンドウの変位を招き、それに対して６４ｎｍのピッチにおけるプロセスウィンドウはそれに基づいて影響を受けないか、又は若干しか影響を受けないことが明らかになる。それによって上述の２つのプロセスウィンドウの交差部に対応するＨ構造とＶ構造とにおける共通のプロセスウィンドウは縮小する。考案１から考案６までの上述の考案のうちのいずれかによるマニピュレータの設定の結果として、プロセスウィンドウは必ずしも拡大するわけではないが、最も臨界的に結像されるピッチの波面収差を補正するためのマニピュレータの偏差は、最終的に集積回路の製造においてより少ない不合格品しかもたらさない。第６、第８、又は第１０の考案による方法の場合には、Ｈ構造及びＶ構造の波面収差を互いに独立して補正することができるので、プロセスウィンドウを一層拡大することができる。集積回路の製造及びウェーハの露光中には、固定のレジスト閾値が、ウェーハのフォトレジストの使用によって既に予め定められている。この場合、プロセスウィンドウは、その縦座標に関してもはや強度閾値ＩＴによって定められず、その代わりに、引き続き製造工程において設定することができる照射量Ｄによって定められる。しかし、この照射量は、固定的に選択されたレジストでは強度閾値ＩＴに反比例するので、この場合にも同様にプロセスウィンドウは、図６ａに示すものと同じ形態を有し、上記に例示したものと同じ問題が発生する。

図６ｂは、ＥＵＶ投影露光装置の対物系の瞳を示している。瞳座標の横座標及び縦座標は、それぞれ、対物系の物体側開口数に対応する値０．３２において最大値を取る。瞳内に置かれた小さい円は、瞳を通過する回折次数を表している。これらの円の直径は、０．３というσ設定に対応する。２０ｎｍの長さを有する周期的なＶ構造が対物系によって結像される。左手の図では、周期は、４０ｎｍのピッチｐ４０に対応し、中央の図では、６０ｎｍのピッチｐ６０に対応し、右手の図では、８０ｎｍのピッチｐ８０に対応する。４０ｎｍのピッチの場合、すなわち、左手の図の場合には、０次の回折次数と−１次及び１次の回折次数の一部としか瞳を通過しないことを容易に認めることができる。これらの回折次数の間の距離は、約０．１２に対応する。従って、第６の考案からのδは、約０．１２、すなわち、瞳直径の約１／６に対応する。ピッチの長さが増加した場合には、更に別の回折次数が瞳を通過する可能性があるが、これらの間の距離は、例えば、右手の図にあるように、６０ｎｍのピッチの場合に回折次数が重なり合うまで減少し、従って、δ＝０が成り立つ。

図６ｃは、図６ｂにおける３つのピッチの場合の精密効果（既に解説した）から生じるそれぞれのデフォーカスを示している。これらのデフォーカスは、６°のＣＲＡの場合に５０ｎｍの構造層の厚みからもたらされ、個々の回折次数に異なる程度に影響を及ぼす。従って、異なるピッチに対して異なるデフォーカスが生じる。４０ｎｍのピッチでは−６ｎｍのデフォーカスがもたらされ、６０ｎｍのピッチでは−２１ｎｍのデフォーカスがもたらされ、８０ｎｍのピッチでは−３５ｎｍのデフォーカスが生じる。これらの値は、０ｎｍのデフォーカスに対応する基準であり、マスクによって生じる波面収差を伴わない対物系のフォーカスの位置がそれに対応する基準に関する。−２１ｎｍのデフォーカスの場合に、これらの３つのピッチに対して７０ｎｍの最適な焦点深度ＤＯＦが得られる。設定することができる最良の強度閾値ＩＴは０．２１８であり、得られる共通のプロセスウィンドウは、０．００２マイクロメートルの区域を有する。

図６ｄは、対物系の瞳平面に置かれた対物系の光学要素に対して作用するマニピュレータによる波面の位相の本発明による操作の後のプロセスウィンドウを示している。図６ｂ及び図６ｃに記載の３つのピッチの回折次数は互いに素ではないので、この場合、ピッチ４０ｎｍ及び６０ｎｍの回折次数においてδ＞０が成り立つが、第６の考案による方法は使用することができない。従って、個々のピッチは、結像される集積回路に対するこれらのピッチの重要性に従って格付けされるか、又はこれらの３つのピッチに対して共通のプロセスウィンドウが最大にされる。これが図６ｄの場合である。対物系の瞳平面に置かれた対物系の光学要素に対して作用し、波面の位相を−０．７ｎｍのゼルニケ多項式Ｚ₉で操作する上述のマニピュレータのうちの１つが使用される場合には、個々のピッチは、もはや互いに対して事実上デフォーカスされない。強度閾値ＩＴにおける０．２１９へのいくらかの増大は、焦点深度ＤＯＦが７２ｎｍに増大する場合に、０．００３μの区域を有する共通のプロセスウィンドウをもたらす。

図７は、物体視野７０１を像視野７０２に結像するための第１の部類の投影露光装置７００を示している。投影装置７００は対物系７１０を含む。一例として、対物系によって像平面７０２に結像され、物体視野内に置かれた２つの視野点７０３及び７０４を示している。対物系は、レンズ７１１、ミラー７１２、及び平面板７１３のような光学要素を含む。マニピュレータ７２１は、レンズのうちの１つに対して作用し、このマニピュレータは、レンズを変位、屈曲、加熱、及び／又は冷却することができる。第２のマニピュレータ７２２は、ミラー７１２に対して同様に作用し、第３のマニピュレータ７２３は、平面板７１３を非球面化された更に別の平面板（この図には例示していない）と交換するためなどに機能するか、又は固定的に設けられた平面板７１３を局所的に加熱するためなどに機能する。レンズ７１１、ミラー７１２に対して作用するか又は平面板７１３に対して加熱方式で作用するマニピュレータは、好ましくは、第５の考案の意味の範囲で空間分解するものであり、レンズ、ミラー、又は平面板は、それぞれ対物系７１０の瞳平面に置かれる。例えば、同様に上述の種類のうちの１つのものであり、この図には例示していない対物系の更に別のマニピュレータは、対物系の追加の光学要素を操作する。この光学要素は、対物系の瞳平面に置かれない。所定の像側開口数の場合には、開口によって制限された最大光ビームが、２つの視野点７０３及び７０４から射出する。この図では、このビームの最外側光線を破線形式で例示している。これらの最外側光線は、視野点７０３及び７０４にそれぞれ関連する波面の境界を定める。本発明の例示目的で、これらの波面は球面であると仮定する。波面センサ及び／代替的に更に別のセンサ、及び／又は予想モデルは、像収差に関する情報、又は対物系を通じた波面の通過後のこれらの波面に関する情報を提供する特定ユニット７７０を形成する。これらの更に別のセンサは、例えば、空気圧センサ、対物系内の温度を測定するためのセンサ、又はレンズ上又はミラーの後側の温度を測定するセンサである。マニピュレータ７２１、７２２、７２３は、コントローラ７３０によって制御され、例えば、投影露光装置の光学要素の加熱によって生じ、決定ユニットによって決定されるもののような波面収差を相殺する。コントローラ７３０は、マニピュレータ７２１、７２２、７２３のうちの少なくとも１つにおけるマニピュレータの偏差を１組の異なるピッチ及び／又は構造幅に割り当てる第７の考案による割り当てテーブルを格納するための第７の考案によるメモリ７４０を有する。投影露光装置がマスクと整合された時に、集積回路の機能に対して重要なピッチが決定され、このピッチによって生じる波面収差を補償するために、マニピュレータ７２１、７２２、７２３のうちの少なくとも１つが、割り当てテーブルに従って偏らされる。このピッチによって生じる波面収差の視野プロファイルは、更に別のマニピュレータによって補償される。

図８は、投影露光装置８０１を示している。投影露光装置を通る照明光の進路を矢印によって略示している。照明系８０３は、マスク８０２を照明する。照明系８０３内では、照明系８１２のマニピュレータによって照明設定又は自由形状照明を設定することができる。二重極設定、四重極設定、又は環状設定を設定する回折光学要素ＤＯＥ、又はマルチミラーアレイとして具現化され、自由形状照明を設定する空間光変調器ＳＬＭは、マニピュレータとして使用される。更に、照明系の更に別のマニピュレータ８１３により、照明光の偏光を設定することができる。コントローラ８１１内では、第８の考案による方法によるマスクのピッチ又は構造幅と共に、マニピュレータ偏差、設定、又は自由形状照明に基づいてかつ第１０の考案に従って照明光の偏光も操作される。

図９ａ）は、ＥＵＶ投影露光装置を示している。照明系９０１、マスク９０２、及び対物系９０３の幾何学的配列がＣＲＡ＞０°を必要とすることを認めることができる。

従来技術から引用したものであり、ＥＵＶ投影露光装置の対物系９０３を示す図９ｂ）では、６°の主光線角度ＣＲＡが使用され、主光線ＣＲを９０４で表している。

Claims (11)

1. 対物系であって、
   前記対物系の物体平面に配置されたマスクを通過し、前記対物系の像平面へ伝達される光を受けるように構成された光学要素と、
   マニピュレータと、
   前記光学要素を操作するように構成されたコントローラと、
   を含み、
   前記対物系の使用中に前記マスクが前記物体平面に存在する場合、前記マスクを通過して伝達される光が、前記マスク上の構造によって回折され、
   前記マスク上の構造は、前記マスクの第１の構造方向、又は前記マスクの第１の構造方向及び前記第１の構造方向とは異なる第２の構造方向を含み、
   前記コントローラは、前記マスクの構造方向に基づいて、且つ、前記マスクの第１の構造方向に沿った、又は前記マスクの第１の構造方向及び前記第１の構造方向とは異なる第２の構造方向のそれぞれに沿った、２つの異なる、ピッチＰ１及び構造幅Ｓ１の組並びにピッチＰ２及び構造幅Ｓ２の組の情報に基づいて、前記異なる、ピッチＰ１及び構造幅Ｓ１の組並びにピッチＰ２及び構造幅Ｓ２の組のそれぞれにより誘起されるそれぞれの波面収差を決定するように構成され、
   前記コントローラは、前記コントローラの使用中に、前記コントローラが、前記決定された波面収差に基づいて前記マニピュレータを駆動して前記光学要素を操作し、前記伝達される光の波面を操作するように構成されている、
   ことを特徴とする対物系。
2. 前記光学要素はレンズを含み、
   前記マニピュレータは、前記レンズを変位及び／又は屈曲させるように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の対物系。
3. 前記光学要素はレンズを含み、
   前記マニピュレータは、前記レンズを加熱及び／又は冷却するように構成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の対物系。
4. 前記マニピュレータは、異なるマニピュレータ偏差を与え、前記像平面上に結像される光の波面を操作するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の対物系。
5. 前記光学要素はミラーを含み、
   前記マニピュレータは、前記対物系におけるミラーを操作するように構成されている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の対物系。
6. 前記マニピュレータは、前記対物系における第１の平面板を、非球面にされた第２の平面板と交換するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の対物系。
7. 前記光学要素は平面板を含み、
   前記マニピュレータは、前記平面板を局所的に加熱するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の対物系。
8. 前記マニピュレータは、空間分解マニピュレータであり、
   前記光学要素は、前記対物系における瞳平面にある、
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の対物系。
9. 前記マニピュレータは、前記ピッチＰ１及び前記構造幅Ｓ１の組により誘起される前記波面収差を低減する第１のマニピュレータ偏差Ｍ１を設定するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の対物系。
10. 前記異なるピッチＰ１及び構造幅Ｓ１の組、並びにピッチＰ２及び構造幅Ｓ２の組により誘起される波面収差が異なり、
    前記マニピュレータは、前記ピッチＰ２及び前記構造幅Ｓ２の組により誘起される波面収差を低減する第２のマニピュレータ偏差Ｍ２を設定するように構成され、
    前記マニピュレータは、値αＭ１＋（１−α）Ｍ２（αは、前記ピッチＰ２及び構造幅Ｓ２に対する前記ピッチＰ１及び前記構造幅Ｓ１の組の相対重み付けであり、α∈［０，１］）だけ偏らされるように構成されている、
    ことを特徴とする請求項９に記載の対物系。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の対物系と、
    前記対物系と前記像平面との間に配置される液浸媒体と、
    を含む、
    ことを特徴とするシステム。

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