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JP2002198309A - 熱的な負荷の少ない照明系 - Google Patents

熱的な負荷の少ない照明系

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JP2002198309A
JP2002198309A JP2001329854A JP2001329854A JP2002198309A JP 2002198309 A JP2002198309 A JP 2002198309A JP 2001329854 A JP2001329854 A JP 2001329854A JP 2001329854 A JP2001329854 A JP 2001329854A JP 2002198309 A JP2002198309 A JP 2002198309A
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light source
grid element
grid
optical element
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ヴォルフガング・ジンガー
Wilhelm Ulrich
ヴィルヘルム・ウルリッヒ
Martin Antoni
マルティン・アントニ
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Carl Zeiss AG
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 グリッド素子を備える第２の反射鏡または第
２のレンズ上への熱的な負荷を低減することのできる照
明系を提供する。 【解決手段】 光源１００を備え、この光源１００によ
り照明される、第１のグリッド素子１を有する第１の光
学素子１０２を備えていて、上記光源から出た光束がこ
の第１のグリッド素子１により、それぞれが焦点を持つ
集束する光束に分散されるように設けられ、かつ、第２
のグリッド素子３を持つ第２の光学素子１０４を備えて
いて、上記第１のグリッド素子１により作られた各光束
が、それぞれ一つの上記第２のグリッド素子３割り当て
られるよう設けられている１９３ｎｍ以下の波長、特に
ＥＵＶリソグラフィーのための照明系において、第２の
グリッド素子３は、第１のグリッド素子１が作る光束の
焦点からずれた場所に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、請求項１の前提部
分おいて書き部に記載の照明系、熱的な負荷を低減する
方法、及び斯かる照明系を用いた投影露光装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】電子部品の線幅をさらに縮小し、特にサ
ブミクロンの領域にまで縮小できるようにするために
は、マイクロリソグラフィーに使用される光の波長を短
くすることが必要である。ここで考えられるのが、例え
ば、ＥＵＶリソグラフィーと呼ばれる軟Ｘ線を用いたリ
ソグラフィーのように、１９３ｎm以下の波長を用いる
場合である。
【０００３】ＥＵＶリソグラフィーに適した照明系に
は、できるだけ少ない反射で、ＥＵＶリソグラフィー用
に定められたフィールド、とりわけ、光学系のリングフ
ィールドが均質に、つまり一様に照明されることが求め
られる。さらに、光学系の瞳は、フィールドによらず所
定の充填度σになるまで照明される必要があり、また、
照明系の射出瞳は、光学系の入射瞳内に存在している必
要がある。
【０００４】ＥＵＶ光を使用するリソグラフィー装置の
ための照明系が、米国特許第 5,339,346 号明細書より
知られている。米国特許第 5,339,346 号明細書では、
レチクル面を一様に照明し、また、瞳を満たすため、集
光レンズとして構成され、左右対称に配置された少なく
とも4対の反射切り子面を備えてなる集光器が提案され
ている。光源には、プラズマ光源が用いられている。
【０００５】米国特許第 5,737,137 号明細書には、集
光反射鏡を備えたプラズマ光源を用いた照明系が示され
ているが、これは、球面反射鏡を使って、照明対象のマ
スクやレチクルの照明を行うものである。
【０００６】米国特許第 5,361,292 号明細書には、プ
ラズマ光源を用いる照明系が開示されており、その点状
のプラズマ光源は、偏心させて配置された非球面の５つ
の反射鏡を有した集光器によって、円環状に照明される
面に結像されるようになっている。下流側に特別に配設
された斜入射反射鏡を用いれば、円環状に照明される面
が射出瞳に結像される。
【０００７】米国特許第 5,581,605 号明細書より、ハ
ニカム状の集光器を用いて、一つの光子放出源を多数の
二次光源に分ける照明系が知られている。これにより、
レチクル面での均質な、つまり一様な照明が得られる。
照明対象のウェハ上にレチクルを結像させるために、従
来の縮小光学技術が用いられている。照明用の光線の伝
播経路には、均等に湾曲された複数の反射光学素子を有
していて、網目状のパターンが形成されたグリッド状反
射鏡が正確に置かれている。
【０００８】欧州特許第 0 939 341 号公報には、複数
の第１のグリッド素子を備える第１のオプティカルイン
テグレータと、複数の第２のグリッド素子を備える第２
のオプティカルインテグレータとを備え、２００ｎｍ未
満の波長用、とりわけ、ＥＵＶ領域にも用いられるケー
ラー照明系が示されている。
【０００９】独国特許第 199 03 807 号公開公報には、
複数のグリッド素子を用いた２つの反射鏡またはレンズ
を備えるＥＵＶ照明系が示されている。このような光学
系は、切り子面（ファセット）が二重に配設された二重
ファセットＥＵＶ照明系とも称される。この出願の開示
内容は本願に包括的に取り入れられている。
【００１０】独国特許第 199 03 807 号公開公報には、
二重ファセットＥＵＶ照明系の原理的な構造が示されて
いる。独国特許第 199 03 807 号公開公報に係る照明系
の射出瞳への照明は、第２の反射鏡上におけるグリッド
素子の配列により決定される。
【００１１】独国特許第 199 03 807 号公開公報により
知られた光学系の短所は、フィールドハニカムにより、
直径Xの光源が、直に瞳ハニカムに結像することであ
る。理想的な場合には、瞳ハニカムの位置には、非点収
差の無い光源の結像が得られる。光源のエタンデュが小
さい場合、瞳ハニカム上に、非常に小さな幾つもの光源
の像が現れるため、そこには局所的に強く集中された、
非常に高い熱的な負荷が発生する。
【００１２】一般的に、照明系のエタンデュ、または位
相空間中の体積は、以下の式により得られる。 （Ｅ） エタンデュ = BX ・ BY ・π・σ2・NA2 ここで、 BX : フィールド幅 BY : フィールド長 NA : 追加した結像光学系の物側開口 σ : コヒーレンス度 である。
【００１３】BX ・ BY = ８×８８ｍｍ2、NA = ０．０６
２５、σ＝０．８という典型的な値の場合、エタンデュ
は、E = ５．５ｍｍ2となる。シンクロトロン光源など
のＥＵＶ光源のエタンデュは、およそ０．００１の値で
あり、つまり、５５００の因子だけ小さい。この点につ
いては、例えば、M. Antoni et al. の "Illumination
optics design for ＥＵＶ lithography", Proc. SPIE,
Vol. 4146, pp. 25 -34 (2000) を参照されたい。この
ような光学系においては、熱的な負荷は、瞳ハニカムの
プレート上の複数の点状の光源の像に分散するが、全体
の熱出力は、複数のファセット状反射鏡の数に応じてわ
ずかに減少するだけである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、グリ
ッド素子を備える第２の反射鏡または第２のレンズ上へ
の熱的な負荷を低減することのできる、可能な限り構造
の簡単な二重ファセット照明系を提供することであり、
また、斯かる照明系において、グリッド素子を備える第
２の反射鏡上への熱的な負荷を低減する方法を示すこと
である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明で
は、例えば独国特許第 199 03 807 号公開公報で示され
た上位概念の照明系において、第２の反射鏡または第２
のレンズのグリッド素子を、グリッド素子を備える第１
の反射鏡または第１のレンズのグリッド素子による光束
の焦点からずらし、熱的な負荷を低減することにより解
決される。光束の発散により、光束は、焦点、あるいは
二次的な光源の像の位置からの距離が大きくなるにつれ
て拡がる。
【００１６】光束の直径は、光束の拡がりの角度に比例
して大きくなるため、以下の式が成り立つ。 ΔD = 2ΔZ・tan(α) 〜 2Δz・sin(α) 〜 2Δz・NA ここで、 ΔD = 光束の直径の変化 Δz = 瞳ハニカムの焦点のずれ α = 光束の開き角の半分の角度 NA = 光束の開口数 である。
【００１７】直径 D(z =０) = X の光束には以下の式が
成り立つ。 D(z) 〜 X + 2Δz・NA
【００１８】第２の反射鏡の第２のグリッド素子、いわ
ゆる瞳ハニカムの所定の充填度を得たい場合、焦点のず
れの値は以下の式で求められる。
【数３】
【００１９】焦点のずれΔzは、第１のグリッド素子の
屈折力（本明細書中、屈折力を集束力と称する場合もあ
る）を変えることによって、または第２のグリッド素子
をずらすことにより達成できるが、後者の場合には、そ
の他の光学系のデータを適合させる必要がある。焦点
は、第２のグリッド素子が明るく照らされなくなるまで
の程度なら、ずらすことができる。
【００２０】さらなる有用な実施態様においては、局所
的な熱的な負荷を特に低減するため、焦点のずれの値
は、二次光源の広がりが、瞳ハニカムの大きさより小さ
く、また、照明されない周辺部の幅が、瞳ハニカムの最
小直径の１０％より小さくなるように設定されている。
照明されない部分が存在するというのは、この部分にお
ける強度が、二次光源の最大強度の１０％未満の場合で
ある。
【００２１】さらに他の実施態様では、光源から射出瞳
に至る光路の入射点を変更することにより、射出瞳にお
ける照明を所定の値に調整することができる。射出瞳に
おいてこのように光の分布を調整することにより、いか
なる光の分布も実現することができ、絞りを用いて解決
する場合に発生する光の損失を避けることができる。
【００２２】グリッド素子を用いた光学素子を二つ備え
る本発明の光学系においては、瞳ハニカムの形状は、二
次光源の形状に合わせられているため、第１のフィール
ドハニカムの形状とは異なっている。光源が円形に形成
されている場合も、瞳ハニカムの形状は特に楕円形また
は円形が好ましい。
【００２３】好ましい実施態様においては、グリッド素
子を備える反射鏡には、フィールド反射鏡等のさらなる
幾つかの光学素子が付け加えられており、これにより、
瞳面が、投影光学系の入射瞳と一致する照明系の射出瞳
に結像され、リングフィールドが形成されるようになっ
ている。
【００２４】特に好ましいのは、これらの光学素子が、
１５°以下の入射角を有する斜入射反射鏡を備えている
場合である。反射の度に発生する光量の損失を最小限に
抑えるため、フィールド反射鏡の数を少なくすることが
望ましい。特に望ましいのは、フィールド反射鏡の数を
３つ以下に抑えることである。
【００２５】ＥＵＶ光の光源としては、レーザー・プラ
ズマ、プラズマまたはピンチ・プラズマ光源その他のＥ
ＵＶ光源が考えられる。
【００２６】その他のＥＵＶ光源としてはたとえば、シ
ンクロトロン放射光源が挙げられる。磁場において相対
論的電子が偏向されると、シンクロトロン放射光が放出
される。シンクロトロン放射光は、電子軌道に対して接
線方向に放出される。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下に、本発明を図面に基づき詳
述する。
【００２８】図１は、第１のグリッド素子の屈折力の変
化による焦点のずれに関する式を導き出すための原理を
説明するための図である。図１は、屈折型の態様で描か
れている。発明に携わることはなくとも、同業者であれ
ば、１９３ｎｍ以下の波長を用いた露光装置、特に、Ｅ
ＵＶリソグラフィーに要求される屈折光学系にパラメー
タを置き換えることは可能である。
【００２９】Dの大きさを有した第２のグリッド素子、
いわゆる瞳ハニカム３が、所定の直径Xを有した光源に
より、最大κの割合で満たされる必要がある場合、瞳ハ
ニカム３とフィールドハニカム１との間の距離は、L =
s' + z の式を満たすように選択されなければならな
い。以下の式が成り立つ。 （１）
【数４】
【００３０】ここで、第１のグリッド素子、いわゆるフ
ィールドハニカム１の大きさは、後続の結像光学系の横
倍率により決定される。フィールドハニカムの大きさ
が、例えばFX × FY = ２．８ｍｍ×４６ｍｍの場合、
開口角度σは、以下の式で表される。 （２）
【数５】
【００３１】式をさらに導くためには、ｙ成分だけで十
分である。というのも、ｙ成分に関して発散角が大きい
からである。さらに、tanσ 〜 sinσと置くことができ
る。フィールドハニカムの屈折力は、定義により以下の
ように決定できる。すなわち、既知の結像式は、一次の
オーダーで、 （３）
【数６】 となる。ここで、 p1 : フィールドハニカムの像側の空間における光学的
な方向余弦 p2 : フィールドハニカムの物側の空間における光学的
な方向余弦 f : フィールドハニカムの焦点距離 β : フィールドハニカムの横倍率 である。
【００３２】上側光源周縁部 X/2の上側開口光線の物側
における光学的な方向余弦 p0 は、以下の式で表され
る。 （４）
【数７】 また、上側光源周縁部の像の、対応する下側周辺光線の
像側における光学的な方向余弦 p1 は、以下の式で表さ
れる。 （５）
【数８】
【００３３】s、L、D、Xが与えられている場合、フィー
ルドハニカムの屈折力は以下のように決定される。
【００３４】横倍率が、焦点距離と、光線が屈折（反
射）した位置から当該光線が光軸を横切る位置までの距
離との関数であるとしてこれを用いると、 （６）
【数９】 となり、従って、 （７）
【数１０】 となる。f について求め、式（ａ）と（５）とを当ては
めると、x0 = X / ２であることから、 （８）
【数１１】 が得られる。s、L、D、X、κに、それぞれ以下の値、 s = １２００ｍｍ L = ９００ｍｍ D = １０ｍｍ X = ３ｍｍ κ = ０．８ｍｍ を代入すると、結局、 f = ４８０．０９２ｍｍ R 〜 −２f = −９６０．１８４ｍｍ z = ９９．７４４ｍｍ となる。
【００３５】図２は、球面と見なせる大きさ３ｍｍの光
源を用いて、焦点をずらさないようにして瞳ハニカムプ
レートを照明した際の様子を示す図である。フィールド
ハニカムの焦点距離は f = ５１４．２８６ｍｍ、R =
−１０２８．５７1ｍｍである。
【００３６】用いられた開口は０．０９である。エタン
デュは、以下の式に従う。 （９） E = π/ 4・ X2 ・πNA2 〜 ０．２ したがって光源のエタンデュは、使用可能であろうエタ
ンデュのおよそ２５分の１となる。同時に、二次光源
は、瞳ハニカムプレートのおよそ１／２５だけを満たす
ことになる。
【００３７】図３は、直径 X = ３ｍｍ、採用された開
口 NA〜 ０．０９としたとき、二次光源の焦点をずらし
た場合に、瞳ハニカムプレートが照明される様子を示し
ている。エタンデュは同じままであったが、ケーラー照
明からわずかに異なるものとなった。フィールドハニカ
ムの長手方向、つまりｙ方向では、明らかに拡大して照
明されるため、熱的な負荷が急激に低下する。短い方
向、つまりｘ方向でも、光源の像が拡大している。とは
いうものの、拡大の程度は、開口角度が小さいために、
小さいものとなっている。
【００３８】その他の実施例では、フィールドハニカム
の屈折力は、対応する瞳ハニカムの距離に合わせられて
いる。図３からわかるように、特に外側の部分と上半分
においては、光源の像をそれぞれ受け入れる各瞳ハニカ
ムの間の間隔が開いているが、これは、瞳ハニカムが、
後に続く結像光学系による歪曲のゆえに、わずかに歪ん
だグリッド上に配置されているからである。個々のフィ
ールドハニカムの異なる焦点のずれ、つまり異なる焦点
距離により、光源の像の大きさは、それぞれが独立に影
響され得るものである。
【００３９】図４は、本発明を用いることのできる照明
系の概略図である。この照明系は、光源または光源の中
間像１００を備えている。光源または光源の中間像１０
０から発せられた光は、図では３本の線でのみ描かれて
おり、いわゆるフィールドハニカムとされた複数の第１
のグリッド素子を有する反射鏡１０２上に入射する。こ
のため反射鏡１０２は、フィールドハニカム反射鏡とも
称される。本発明では、個々のフィールドハニカムの屈
折力は、ピントが合わないように焦点がずらされて選ば
れ、第２の光学素子１０４の、いわゆる瞳ハニカムとさ
れた第２のグリッド素子が、第１のグリッド素子により
作られる光束の焦点からはずれたところに位置するよう
になっている。グリッド素子を有する第２の光学素子１
０４の後に続く光学素子１０６、１０８、１１０の主な
役割は、レチクル面１１４に照射野を形成することであ
る。このレチクル面におけるレチクルは、反射マスクと
されている。走査型のシステムとして構成されたＥＵＶ
投影系においては、レチクルは、図中に示された方向１
１６に移動自在とされている。
【００４０】図４に示された照明系を用いることによ
り、照明系の射出瞳１１２が十分均一に照明される。射
出瞳１１２は、後に続く投影光学系の入射瞳と一致して
いる。このような投影光学系で、例えば６つの反射鏡を
備えるものが米国特許出願第09/503640号明細書に示さ
れており、その開示内容は本出願に包括的に取り入れら
れている。
【００４１】図５には、物理的な実体を持った光源１２
２から露光対象の物体１２４までの間の投影露光装置の
光学的な部分が示されている。図４と同じ構成部材は、
同じ番号で示されている。図５の光学系は、物理的な光
源１２２と、はめ込まれた集光器ユニット１２０と、図
４に示された照明系と、例えば米国特許出願第09/50364
0号明細書に示された６つの反射鏡１２８．１、１２
８．２、１２８．３、１２８．４、１２８．５、１２
８．６を有した投影光学系１２６と、露光対象の物体１
２４とを備えている。
【００４２】本発明により、切り子面が設けられた第２
の反射鏡素子上での熱的な負荷を低減することのできる
ＥＵＶ照明系が初めて提供された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１のグリッド素子の屈折力（集束力）の変
化による焦点のずれに関する式を導き出すための原理を
説明する図であって、屈折型の態様により示した図であ
る。
【図２】 焦点のずれが無い状態で瞳ハニカムを満たし
た様子を示す図である。
【図３】 焦点のずれがある状態で瞳ハニカムを満たし
た様子を示す図である。
【図４】 照明系の原理を説明する図である。
【図５】 投影露光装置の原理を説明する図である。
【符号の説明】
１・・・フィールドハニカム ３・・・瞳ハニカム １００・・・光源または光源の中間像 １０２・・・第１の光学素子 １０４・・・第２の光学素子 １０６・・・反射鏡 １０８・・・反射鏡 １１０・・・反射鏡 １１２・・・射出瞳 １１４・・・物体面 １２０・・・集光器ユニット １２２・・・物理的な光源 １２４・・・露光対象の物体 １２８．１〜１２８．６・・・反射鏡
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルティン・アントニ ドイツ・73430・アーレン・ガルテンシュ トラーセ・４ Ｆターム(参考） 2H052 BA03 BA07 BA12 2H087 KA21 KA29 TA02 5F046 BA03 CA08 CB02 CB12 CB22 DA01 DA26

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源（１００）を備え、 前記光源（１００）により照明される、第１のグリッド
    素子（１）を有する第１の光学素子（１０２）を備えて
    いて、前記光源から出た光束が前記第１のグリッド素子
    １により、それぞれが焦点を持つ集束する光束に分散さ
    れるように設けられ、 かつ、第２のグリッド素子（３）を持つ第２の光学素子
    （１０４）を備えていて、前記第１のグリッド素子
    （１）により作られた各光束が、それぞれ一つの前記第
    ２のグリッド素子（３）割り当てられるよう設けられて
    いる１９３ｎｍ以下の波長、特にＥＵＶリソグラフィー
    のための照明系において、 前記第２のグリッド素子（３）は、第１のグリッド素子
    （１）が作る光束の焦点からずれた場所に配置されてい
    ることを特徴とする照明系。
  2. 【請求項２】 集束する光束の開口数がNAとされ、焦点
    における光束の直径がX'とされ、焦点からずらされて配
    置された直径Dを有する前記第２のグリッド素子（３）
    の焦点のずれがΔzとされ、この焦点のずれΔzが、 【数１】 で与えられていることを特徴とする請求項１記載の照明
    系。
  3. 【請求項３】 前記光源（１００）からの前記第１の光
    学素子（１０２）の設定された距離がsとされ、前記第
    １の光学素子（１０２）と前記第２の光学素子（１０
    ４）との間の距離がＬとされ、前記光源の所定の直径が
    Xとされ、前記第２のグリッド素子（３）の直径がDとさ
    れるとき、 配設された前記第１のグリッド素子（１）の焦点距離
    は、前記第１のグリッド素子が、その延在する２方向へ
    の広がりのうちの長い方としてFYの広がりを有してなる
    とき、 【数２】 で与えられ、これにより、焦点のずれが生じるように設
    けられていることを特徴とする請求項１または２に記載
    の照明系。
  4. 【請求項４】 前記第１のグリッド素子（１）を有する
    前記第１の光学素子（１０２）の上流側に、集光器ユニ
    ット（１２０）が設けられていることを特徴とする請求
    項１から３のいずれか１項に記載の照明系。
  5. 【請求項５】 前記第２の光学素子（１０４）に続けて
    設けられた、少なくとも一つの反射鏡（１０６、１０
    ８、１１０）を備え、この少なくとも一つの反射鏡（１
    ０６、１０８、１１０）が、前記第２の光学素子内また
    はその近くに配置される一つの平面を射出瞳（１１２）
    に結像するように設けられていることを特徴とする請求
    項１から４のいずれか１項に記載の照明系。
  6. 【請求項６】 前記第２のグリッド素子（３）と、前記
    第２の光学素子の後に続けて配置された少なくとも一つ
    の反射鏡（１０６、１０８、１１０）とは、配設された
    前記第１のグリッド素子（１）が、物体面（１１４）に
    結像されるように設けられていることを特徴とする請求
    項１から５のいずれか１項に記載の照明系。
  7. 【請求項７】 マイクロリソグラフィー用のＥＵＶ投影
    露光装置において、極短紫外光線を発生する光源を備
    え、 かつ、射出瞳を有して、前記光源から発せられた光線の
    一部を集めてリングフィールドを照明するよう導く請求
    項１から６のいずれか１項に記載の照明系を備え、 かつ、支持装置上に載置され、リングフィールド内に置
    かれた構造を有するマスクを備え、 かつ、投影装置、とりわけ、前記照明系の射出瞳と一致
    する入射瞳を備える投影光学系とを備えて、該投影光学
    系が、前記構造を有するマスクの照明された部分をイメ
    ージフィールドに結像するよう設けられ、 かつ、前記投影装置のイメージフィールドの面内には、
    支持装置上に載置された感光性基板を備えてなるマイク
    ロリソグラフィー用のＥＵＶ投影露光装置。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載のＥＵＶ投影露光装置を
    用いてマイクロエレクトロニクス部品、とりわけ半導体
    チップを製造する方法。
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