JP2006018292A - モザイクタイル波長板のための層構造 - Google Patents

Abstract

【課題】入射光ビームの偏光を回転させるための装置を提供する。
【解決手段】基板プレートとモザイクタイルの２つの層とを有する層構造が設けられており、モザイクタイルが、疑似ゼロ次数波長板を形成するように構成されており、モザイクタイルの層が、制御されたギャップ間隔を形成するように機械的に分離されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、進入する光ビームの偏光を回転させるための装置に関する。

より高速かつより精巧な回路を形成するために、半導体産業は回路素子の寸法を減じるように継続的に努力している。回路は主としてフォトリソグラフィによって製造される。このプロセスにおいて、回路は、放射感応性材料のコーティングを光に曝すことによって半導体基板に印刷される。放射感応性材料はしばしば「フォトレジスト」又は単にレジストと呼ばれる。透明基板上に形成されたクロム又はその他の不透明材料のパターンから成るマスクに光を通過させることにより、所望の回路パターンが形成される。マスクは、透明基板の表面にエッチングされたより高い領域及びより低い領域のパターンによって、又は２つの技術の組み合わせによっても形成される。その後の熱処理又は化学処理は、レジストの露光された領域のみ又は露光されていない領域のみを除去し（材料に依存する）、基板の領域を別の処理のために露出させ、この別の処理自体は電子回路を製造する。

リソグラフィにおいて、高い開口数を備える投影露光システムは、最も高い解像度を得るために必要である。通常、光は比較的大きな角度でレジスト層に結合される。この光が結合されると、以下のことが生じる：外側レジスト境界層における反射による光損失及び、ウェハ及び空気へのレジストの２つの境界層における反射によって生ぜしめられる横ミグレーションによる解像度の低下（定在波の形成）。

リソグラフィにおいて、偏光はイメージングに大きな影響を与えることができる。例えば、レチクルにおける偏光はレンズのリソグラフィ性能に複数の形式で影響する。第１に、レチクルのフィーチャ、例えばクロムの密なラインとの照明の相互作用は、例えば、偏光と共に変化する。したがって、マスクの透過及び散乱は、偏光及びマスクのフィーチャに依存する。第２に、レンズ及びミラーの表面における反射は偏光に依存するので、アポダイゼーション及び、より程度は低いが、投影光学系（“Ｐ．Ｏ．”）の波面は、偏光に依存する。また、レジストの表面からの反射は偏光に依存し、これも、効果的には偏光依存アポダイゼーションである。最後に、ウェハにおいて集め戻されるレチクルから屈折された光線は、イメージを形成するために干渉しなければならない。しかしながら、電界の平行な成分のみが干渉するので、ウェハにおけるそれぞれの光線の偏光状態は、コヒーレントなイメージングに影響する。完璧なレンズを用いてさえも、ウェハに到達する光線の三次元のジオメトリは、コントラストを低減することができる。

したがって、偏光された照明器を考慮する１つの理由は、ウェハにおける回折された光線の干渉を改良することによってウェハにおいて形成されるイメージを改良することである。このことは、特に高い開口数のシステムにおいて有効である。例えば、双極子照明が密なラインのバイナリマスクに入射するならば、照明器瞳におけるそれぞれの小さな領域（すなわち、低シグマ双極子のそれぞれの極）は、瞳における他の領域と非干渉性であり、ウェハにおける自己のイメージをマスクするので、双極子照明の１つの極を考慮することができる。光はレチクルから回折し、密なラインがタイトな回折次数を生ぜしめる。小さなフィーチャのためには、２つの回折次数のみがＰ．Ｏ．に受容される。ウェハにおいて、これらの回折次数は再結合し、マスクのイメージを形成する。例えば、これらの回折次数がウェハにおいてｐ偏光されるように入射光が偏光されるならば、２つの回折次数の電界は平行ではなく、干渉もしない。これに対して、回折次数がウェハにおいてｓ偏光されるならば、電界は平行であり、コントラストが高められる。

したがって、リソグラフィにおいて、関連する面における偏光を制御することによってウェハにおけるコントラストを高めかつイメージングを改良する（又はスループット及びドーズを増大する）ことが望ましい。

１つのアプローチは偏光フィルタを提供することである。しかしながら、このような慣用の偏光フィルタは、露光ビームに亘って均一に偏光するように作用する。偏光のカスタムパターンは提供されないので、露光ビームの複数の部分が異なって偏光される。さらに、このような偏光子は、光成分を減じるように作用し、これは、透過率を少なくとも５０％減じる。

別のアプローチは、光を減じないように回転させるモザイクタイルの１つの層を提供することである。個々のタイルは、制限された半径方向の偏光パターンを提供するように配置された波長板ファセットである。これについては米国特許第６１９１８８０号明細書が参照される。複屈折材料（例えば自然に複屈折の結晶）から成るモザイクタイルは、特に熱膨張率の差を受けやすい。このことは、タイルが、光学接触によって支持されるのを妨げる可能性がある。非接触面は、著しいアポダイゼーション（すなわち露光ビームの断面に亘る強度のばらつき）を生じる可能性がある制御されないギャップを導入する。さらに、複屈折材料から成るタイルは通常、極めて乏しい角度アクセプタンスを有する。

入射光ビームの偏光を回転させるための装置を提供する。

本発明は、入射光ビームを偏光するための装置に関する。実施形態において、タイル波長板アセンブリが提供される。タイル波長板は、モザイクタイルの２つの層を有する層構造を有する。装置の層は機械的に、制御された間隙を形成するように分離されている。モザイクタイルは、疑似ゼロ又は真にゼロ次数の波長板を形成するように構成されていることができる。

実施形態は、波長板アセンブリを有するリソグラフィシステムを有する。本発明によるこのようなタイル波長板アセンブリは、リソグラフィシステムにおいて利点を有する。なぜならば、これらのタイル波長板アセンブリは、ウェハにおいて増大したコントラスト及び増大したイメージングを生じる偏光のパターンを提供するからである。

本発明の別の実施形態、特徴及び利点並びに本発明の様々な実施形態の構造及び作用は、添付図の図面を参照しながら以下に詳細に説明される。

本明細書に組み込まれかつ明細書の一部を形成した添付図面は、本発明を例示しており、発明の原理を説明するために、及び当業者が発明を形成及び使用することを可能にするために、働く。

ここでは図面を参照し、図面には本発明の様々なエレメントが数字で示されており、当業者が発明を形成及び使用することを可能にするために発明が議論される。

本発明は、入射光ビームを偏光するための装置を提供する。特に、本発明は、基板プレートと、モザイクタイルの２つの層とを有する層構造を含むタイル波長板アセンブリに関する。モザイクタイルは、疑似ゼロ次数の波長板を形成するように構成されており、装置の層は、制御されたギャップを形成するように機械的に分離されている。

タイル波長板アセンブリは、進入する光ビームの偏光を、減じないように（non-subtractively）回転させる。慣用の偏光子は、光成分を減じる選択を行う。本発明の光学配列において、直線偏光の方向が、事実上、回転させられる。

図１に示した１つの実施形態において、タイル波長板アセンブリ１００は層１０８，１０６，１１６，１０２を有している。層１０６及び１１６は、例えば自然に複屈折の結晶であることができる複数のタイル１１０を有している。特定の実施形態において、それぞれの層１０８，１０６，１１６及び１０２は分離部材１１２及び１１４によって機械的に分離されている。別の実施形態において、タイル波長板アセンブリ１００の選択された層、例えば複屈折層１０６及び１１６は機械的に分離されている。図１に示したタイル波長板アセンブリ１００において、層１０８は層１０６の上側にある。層１０６は層１０８と１１６との間に挟まれており、層１１６は層１０６と１０２との間に挟まれている。分離部材１１２は層１１６と１０６との間に配置されており、分離部材１１４は層１０８と１０６との間に配置されている。分離部材は、層１０２と１１６との間に配置されることもできる。

分離部材１１２及び１１４は、層１０８，１０６，１１６及び１０２の間のギャップの幅若しくは間隔を制御する。したがって、分離部材１１２及び１１４は、層の間のギャップ間隔を制御するために望まれるあらゆる幅であることができる。本発明は、層の制御されたギャップ間隔を許容する機械的分離のあらゆる方法を含んでいる。例えば、分離部材１１２及び１１４は、マイクロワイヤ、リソグラフィによって成長させられたパッド又はリソグラフィによってエッチングされたパッドであることができる。本発明のある態様において、マイクロワイヤは金属であり、アルミニウム、銀又は金を含むがこれらに限定されないものから形成されることができる。

層１０８，１０６，１１６及び１０２の機械的分離は、層の間のギャップが分離部材１１２及び１１４によって制御されるという点で有利である。層１０８，１０６，１１６及び１０２は、種々異なる熱膨張率により光学接触されることはできず、特に高パワー用途において、層が機械的に分離されていないと、制御されないギャップが生じる。層の間の制御されないギャップは望ましくない。なぜならば、ビームの横断面に沿って大きな強度のばらつき（すなわちアポダイゼーション）が、制御されないギャップ間隔から生じる可能性があるからである。このような強度のばらつきは望ましくない。なぜならば、例えばリソグラフィ用途において、ウェハにおけるイメージコントラスト、イメージ均一性等が妥協される可能性があるからである。

前記のように、特定の実施形態において、本発明のタイル波長板アセンブリ１００は複屈折層１０６及び１１６を有することができ、それぞれの複屈折層は、自然に複屈折の結晶のモザイクから形成されている。したがって、複屈折層１０６及び１１６は、進入する光ビームを、出る光ビームに変換し、この場合、直線偏光の方向が、事実上、実質的にビームの横断面全体に亘って回転させられる。２つの複屈折層１０６及び１１６は、層を形成するモザイクタイルが、疑似ゼロ次数又は実際にゼロ次数の波長板を形成するように交差させられることを許容する。このような波長板は、一方の複屈折材料の高速軸線を、第２の複屈折材料の低速軸線と整合させることによって形成されることができる。自然に複屈折の結晶は、リターデーションの多くの波を有するので、正味の複屈折は、極端に熱的に感応性であることができる。複屈折材料の交差は、複屈折材料１０６及び１１６の交差によって消滅する傾向がある温度ばらつきを補償する。

１９３ｎｍ以上の波長において使用されるデバイスのために、複屈折層１０６及び１１６のうちの１つは、有効波長板を真のゼロ次数波長板にするサファイアであることができる。１９３ｎｍ以上においては、サファイアの複屈折は、石英又はフッ化マグネシウムの反対の符号を有する。これらの波長において、複屈折層１０６及び１１６は、真のゼロ次数波長板を形成する２つの材料から形成されることができる。結果として提供される構造は、再イメージング光学系の瞳において使用するのに適した優れた角度アクセプタンスを有しており、再イメージング光学系の瞳において著しいフィールド角度が存在する。サファイア以外の材料から形成された複屈折材料１０６及び１１６は、熱的に安定した疑似ゼロ波長板を生ぜしめる。したがって、ＵＶ用途のために、複屈折層１０６及び１１６は、石英、フッ化マグネシウム、サファイア又はその他の材料又は照明ビームに対して透過性の材料の組み合わせから形成されることができる。

特定の実施形態において、本発明のタイル波長板アセンブリ１００は、さらにカバープレート１０２及び／又は基板プレート１０８を有している。カバープレート及び基板は所望の波長の光を透過させ。ＵＶ波長の場合、このような材料は融解石英又はフッ化カルシウムである。実施形態において、プレートは、本発明のタイルのための機械的な支持体として働く。本発明は、プレート１０２，１０８に限定されず、その他のタイプの機械的な支持体（例えば光学糊）が使用されることができる。

本発明のタイル波長板アセンブリ１００における層１０８，１０６，１１６及び１０２は、関連する波長の光を透過させる、光学系品質材料を使用する。したがって、発明は、光のあらゆる特定の波長と共に使用することに制限されない。波長の例は、赤外線、紫外線（“ＵＶ”）及び可視光線である。リソグラフィ用途の例において、本発明の波長板アセンブリ１００は、ＵＶ照明と共に使用されることができる。

本発明の光学配列において、光源は特定の偏光を有しており、タイル波長板アセンブリは、この偏光を変化させる。例えば、図２Ａ〜図２Ｃは、波長板アセンブリ２２０，２５０及び２８０を形成したタイルの構成又は向きが、出力、若しくは所望の偏光２３０，２６０及び２９０を決定することを実証している。図２Ａにおいては、偏光２１０はタイル波長アセンブリ２２０に衝突して、所望の接線方向の偏光２３０を出力する。タイル波長板アセンブリ２５０を含むタイル（例えば、複屈折結晶）の構成又は向きに応じて、所望の偏光２６０は半径方向であってもよい（図２Ｂ）。同様に、所望の偏光２９０は、偏光の組み合わせを有するようにタイル波長板アセンブリ２８０の複屈折結晶の配列によってカスタマイズされることができる（図２Ｃ）。

本発明はさらに、光源と、本発明のタイル波長板アセンブリとを有する光学配列を含む。特定の実施形態において、光源及び装置は同じ光学経路上にある。さらに、本発明のモザイクタイルは、疑似ゼロ又は真のゼロの次数の波長板を形成するように構成されていることができ、装置の層は、制御されたギャップ間隔を形成するように機械的に分離されている。

ある実施形態において、本発明の光学配列における光源は、紫外（ＵＶ）スペクトル内の少なくとも１つの波長を有する光ビームを発生する。特定の実施形態において、光源は、１８０ｎｍ〜４００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光ビームを発生する。

他のある実施形態において、本発明の光学配列は、本発明の波長板よりもさらに光学経路に沿っている再イメージング光学系を含んでいる。

付加的な実施形態において、本発明の光学配列は、本発明のタイル波長板よりもさらに光学経路に沿っている、半波長板をも含んでいる。別の実施形態において、半波長板は、光学経路において本発明の波長板アセンブリよりも前である。

本発明はさらに、本発明のタイル波長板アセンブリを使用する装置を提供する。例えば、本発明のタイル波長板アセンブリは、ＵＶ光の特定の偏光を提供するための装置において使用されることができる。このような装置は、例えば、ＵＶスペクトル内の少なくとも１つの波長を有する光ビームを発生するビーム源を有することができる。

本発明のタイル波長板アセンブリは、特にリソグラフィの分野において有効であり、この分野では偏光がウェハにおいてより大きなコントラストを許容し、より良好なイメージングを生じる。概して、偏光は４つの形式でリソグラフィに影響する：（１）レチクルフィーチャの透過及び回折、（２）投影光学系におけるフレネル損失、（３）レジストの表面におけるフレネル反射、（４）ベクトル干渉である。全ての４つの要因を考慮することにより、特定のレチクル及び照明条件を用いるリソグラフィにおける所望の偏光パターンは変化する。

したがって、本発明は、本発明のタイル波長板アセンブリを組み込んだ、半導体ウェハにおける放射感応性材料の層を露光させるための光学リソグラフィシステムを提供する。図３は、放射エネルギ源３１０と、モザイクタイル波長板アセンブリ１００と、マスク３２０と、レンズ系等の光学系３３０と、放射感応性材料４３０を含むウェハとを含むがこれらに限定されないシステムを示している。実施形態において、光源３１０からの放射エネルギは、事実上、本発明のモザイクタイル波長板アセンブリ１００によって所定の向きに回転させられる。偏光された放射エネルギは、マスク３２０を通過し、放射感応性材料３４０の層を所定のパターンで露光させる。

本発明のタイル波長板アセンブリを使用する本発明のリソグラフィシステムにおいて、均一性と、レジスト層へ光を結合する効率との改善が達成される。なぜならば、レジスト層における反射が均一に減じられるからである。しかしながら、均一な反射は、偏光素子の下流に配置された全てのレンズにおいても達成される。大きな角度（ブルースター角まで）で入射する光の場合、効果は、特に光強度（周辺減衰（peripheral decay））が最も低いところにおいて最大である。レジストウェハ境界層においてさえも、散乱光による解像度の妨害は、均一化及び低減される。

本発明のタイル波長板アセンブリがビーム経路の始点に近いような光学配列は有利である。なぜならば、全ての下流のレンズにおいて応力誘起される複屈折によって生ぜしめられる妨害が、低減されかつ対称的にされるからである。

この理由により、これらの素子が照明系に取り付けられている場合、本発明の装置に加えて、偏光フィルタのために有利である。

別の実施形態において、偏光回転素子は、投影照明系におけるあらゆる所望の位置に取り付けられており、これは、改良された均一性と、従来技術よりも著しく高い効率とを特徴とする。

別の実施形態において、散乱光の低減及び均一化は、システムのそれぞれのレンズにおいて生じる。これは、小さな入射角の場合にさえも当てはまる。

リソグラフィのための偏光の最良のパターンは様々であるが、接線方向の偏光２３０がしばしば最善の選択であることができる。レチクルは、通常マスクに沿って水平方向又は垂直方向に、反復した構造を有している。構造は、その他の向きにおいてもレチクルにおいて反復されている。反復する構造は、一次元回折格子のように作用することができ、光を一列の幾つかの狭いビームに回折する。これらのビームは、ウェハにおいて集め戻された場合によく干渉するならば、良好なイメージが生じる。極めて小さなフィーチャはイメージするのが最も困難であり、最も小さなフィーチャの反復する構造は、投影光学系瞳の向き合った縁部において２つの回折次数を生ぜしめる。概して、このようなフィーチャをイメージングするための最良の偏光は、接線方向の偏光である。

同様に、半径方向の偏光２６０は特定の状況において利点を有する。例えば、半径方向の偏光を使用することによりフレネル損失を低減することができ、これにより、より大きな光強度が得られる。したがって、高い強度が望まれる場合には半径方向の偏光が有利である。１つの実施形態においては、既に良好なコントラストを有するフィーチャをイメージするために半径方向の偏光が望ましい。これに対して、通常最も小さなフィーチャである、制限されたコントラストを有するフィーチャをイメージングする場合には、接線方向の偏光が望ましい。

本発明は、前記のような偏光のパターンを備えたリソグラフィシステムを含むが、これに限定されない。本発明はさらに、光学系を含んでおり、この光学系において、例えば偏光２９０等の様々な偏光パターンが本発明の波長板から現れる。理想的な偏光パターンは特定のリソグラフィ用途に依存する。このようなパターンは、リソグラフィ用途に応じてカスタムパターンを形成するソフトウェアを使用することによって容易に得られる。したがって、本発明は、あるリソグラフィ用途に対して特定のパターンを生ぜしめる光学系を提供する。

本発明は、上に説明された又は図に例示された偏光のパターンを生ぜしめる光学系を備えたリソグラフィシステムに限定されない。むしろ、あらゆる所定のレチクルのために、最適な瞳フィル及び印刷のための最適な偏光がある。したがって、本発明はこのような最適な偏光パターンを含む。

本発明の様々な実施形態が上に説明されたが、これらの実施形態は例としてのみ示されており、限定として示されていないことが理解されるべきである。したがって、本発明の広さ及び範囲は、前記の典型的な実施形態のいずれによって限定されるべきではなく、以下の請求項及びその均等物に従ってのみ定義されるべきである。

本発明のタイル波長板アセンブリの実施形態を示す図である。 偏光の十分なパターンを達成するために本発明のタイル波長板アセンブリに偏光されたビームを入力することの効果を例示した図である。 偏光の十分なパターンを達成するために本発明のタイル波長板アセンブリに偏光されたビームを入力することの効果を例示した図である。 偏光の十分なパターンを達成するために本発明のタイル波長板アセンブリに偏光されたビームを入力することの効果を例示した図である。 本発明のタイル波長板アセンブリを組み込んだリソグラフィシステムの実施形態を示す図である。

符号の説明

１００ タイル波長板アセンブリ、 １０２，１０６，１０８，１１６ 層、 １１０ タイル、 １１２，１１４ 分離部材、 ２２０，２５０，２８０ 波長板アセンブリ、 ２１０，２３０，２６０，２９０ 偏光、 ２５０ タイル波長板アセンブリ， ３１０ 放射エネルギ源、 ３３０ 光学系、 ４３０ 放射感応性材料

Claims (13)

1. 入射光ビームを偏光するための装置において、
   基板プレートとモザイクタイルの２つの層とを有する層構造が設けられており、
   前記モザイクタイルが、疑似ゼロ次数波長板を形成するように構成されており、前記モザイクタイルの層が、制御されたギャップ間隔を形成するように機械的に分離されていることを特徴とする、入射光ビームを偏光するための装置。
2. 前記層が、共通の平面にラスタ、セグメント又はファセットの構成で配置されている、請求項１記載の装置。
3. 前記層構造にカバープレートが取り付けられている、請求項１記載の装置。
4. 前記層が、マイクロワイヤ、リソグラフィによって成長されたパッド、又はリソグラフィによってエッチングされたパッドによって機械的に分離されている、請求項１記載の装置。
5. 前記マイクロワイヤがアルミニウム、銀、又は金を含んでいる、請求項４記載の装置。
6. 前記層のうちの少なくとも１つが、サファイア、石英、及びフッ化マグネシウムから成るグループから選択された材料を含んでいる、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 光学配列において、
   （ａ）光ビームを光学経路に沿って放射する光源と、
   （ｂ）基板プレートとモザイクタイルの２つの層とを有する層構造とが設けられており、
   前記光源と前記層構造とが、光学経路上に位置しており、
   前記モザイクタイルが、疑似ゼロ次数波長板を形成するように構成されており、前記モザイクタイルの層が、制御されたギャップ間隔を形成するように機械的に分離されていることを特徴とする、光学配列。
8. 前記光源が、紫外（ＵＶ）スペクトル内の少なくとも１つの波長を有する光ビームを発生する、請求項７記載の光学配列。
9. 前記光源が１８０ｎｍ〜４００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光ビームを発生する、請求項７記載の光学配列。
10. 再イメージング光学系が設けられており、該再イメージング光学系がさらに、前記層構造よりも光学経路に沿っている、請求項７記載の光学配列。
11. リソグラフィシステムにおいて、
    （ａ）照明器が設けられており、
    （ｂ）入射光ビームを偏光するための装置が設けられており、該装置が層構造を含んでおり、該層構造が、基板プレートと、モザイクタイルの２つの層とを有しており、モザイクタイルが、疑似ゼロ次数波長板を形成するように構成されており、モザイクタイルの層が、制御されたギャップ間隔を形成するように機械的に分離されており、
    （ｃ）ウェハが設けられている
    ことを特徴とする、リソグラフィシステム。
12. 光源が設けられており、半径方向に偏光された光が装置から出るようになっている、請求項１１記載のシステム。
13. 光源が設けられており、接線方向に偏光された光が装置から出るようになっている、請求項１１記載のシステム。

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