JP2015052797A - 結像光学系及びこの種の結像光学系を備えたマイクロリソグラフィ用の投影露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小さい結像誤差と、管理可能な製造と、結像光に対する良好な収量との制御可能な組合せが得られる結像光学系を提供する。
【解決手段】結像光学系（７）は、物体平面（５）の物体視野（４）を像平面（９）の像視野（８）内に結像する複数のミラー（Ｍ１からＭ６）を有する。物体視野（４）と像視野（８）の間の結像ビーム経路には瞳平面（１７）が配置される。瞳平面（１７）には絞り（２０）が配置される。瞳平面（１７）は傾斜され、言い換えれば、物体平面（５）に対して０．１°よりも大きい角度（α）を取る。
【選択図】図２

Description

本発明は、物体平面内の物体視野を像平面内の像視野内に結像する複数のミラーを有し、物体平面と像平面の間の結像ビーム経路に配置された瞳平面に絞りを有する結像光学系に関する。更に、本発明は、この種の結像光学系を有する投影露光装置、この種の投影露光装置を用いて微細構造化構成要素を生成する方法、及び本方法によって製造された微細構造化構成要素又はナノ構造化構成要素に関する。

冒頭で示したこの種の結像光学系は、ＵＳ ７，４１４，７８１及びＷＯ ２００７／０２０ ００４ Ａ１から公知である。

ＵＳ ７，４１４，７８１ ＷＯ ２００７／０２０ ００４ Ａ１

本発明の目的は、小さい結像誤差と、管理可能な製造と、結像光に対する良好な収量との制御可能な組合せが得られるような冒頭で示した種類の結像光学系を開発することである。

本発明によると、この目的は、第１の態様に従って請求項１に開示する特徴を有する結像光学系によって達成される。

本発明により、物体平面に対して傾斜された瞳平面が相応に物体平面に対して傾斜して瞳平面に配置される絞りを遮蔽品質の低下なしに同様に配置する可能性がもたらされ、更に、特に、結像光学系の結像ビーム経路内で傾斜瞳平面に隣接するミラー上で、従来技術と比較して小さい最大入射角を提供することができるように、傾斜された絞りの傍を通過して結像ビームを誘導する可能性がもたらされることが認識されている。これらの最大入射角は、３５°よりも小さく、３０°よりも小さく、２５°よりも小さいとすることができ、例えば、２２．２°及び１８．９°とすることができる。それによって結像光の入射角に関して比較的狭い許容帯域幅のみを必要とする高反射コーティングをミラー上に使用することが可能になる。結像光に対する高い全収量を有する結像光学系を提供する可能性ももたらされる。これは、特に、例えば、ＥＵＶ（極紫外）光が結像光として使用される時に収量損失を回避すべきである場合に有利である。傾斜瞳平面と物体平面の間の角度は、１°よりも大きく、１０°よりも大きく、２０°よりも大きく、３０°よりも大きく、４０°よりも大きく、４５°よりも大きいとすることができ、特に４７°とすることができる。結像光学系は、１つよりも多くの瞳平面を有することができる。この場合、これらの瞳平面のうちの少なくとも１つは、本発明により傾斜される。傾斜瞳平面に配置される絞りは、結像光学系の瞳の外縁形状を判断するための開口絞りとすることができ、及び／又は瞳の内側部分の定められた遮蔽のための掩蔽率絞りとすることができる。一般的に、結像光学系の瞳は、結像ビーム経路の境界を定める開口絞りの全ての像を意味すると理解すべきである。これらの像が収まる平面を瞳平面と呼ぶ。しかし、開口絞り像は、必ずしも厳密に平面ではないので、一般的に、これらの像に近似的に一致する平面も瞳平面と呼ぶ。開口絞り自体の平面も瞳平面と呼ぶ。開口絞り像と同様に開口絞りが平面ではない場合には、開口絞りに最適に一致する平面を瞳平面と呼ぶ。結像光学系は４つよりも多いミラーを有する。最大で４つのミラーを有する結像光学系と比較すると、４つよりも多いミラーを有することにより、結像光学系の設計においてより高度の柔軟性が可能になり、更に、結像誤差を最小にするより高い自由度が与えられる。結像光学系は、厳密に６つのミラーを有することができる。

結像光学系の入射瞳は、開口絞りが、結像光学系のうちで物体平面と開口絞りの間に位置した部分によって結像される場合に生成される開口絞り像を意味すると理解すべきである。それに応じて射出瞳は、開口絞りが、結像光学系のうちで像平面と開口絞りの間に位置した部分によって結像される場合に生成される開口絞り像である。

入射瞳が開口絞りの虚像であり、言い換えれば、入射瞳平面が物体視野の前に位置する場合には、入射瞳の負の後部焦点と呼ぶ。この場合、主光線又は主ビームは、結像ビーム経路の前の点から射出したかのように全ての物体視野点に進む。各物体点に対する主光線は、物体点と入射瞳の中心点とを接続するビームとして定められる。従って、入射瞳の負の後部焦点が存在する場合には、全ての物体点への主光線は、物体視野上で発散するビーム進路を有する。

瞳の別の定義は、結像光学系の結像ビーム経路内で物体視野点から射出する主光線に対して各場合に同じ照明角度に関連付けられたこれらの物体視野点から射出する個別ビームが交差する領域である。この別の瞳定義に従って個別ビームの交差点が位置する平面、又はある一定の平面に必ずしも厳密に位置させる必要がないこれらの交差点の空間分布の最も近い平面を瞳平面と呼ぶことができる。

請求項２に記載の配列は、結像光学系を有する装置全体の構造を簡素化する。

請求項３に記載の配列は、周辺遮光問題を回避する。この種の問題は、例えば、傾斜瞳平面が直接にミラーのうちの１つに又はその上に配置され、従って、このミラー上に入射する結像ビームと、更に、このミラーによって反射された結像ビームとの両方が絞りによって遮蔽される場合に発生する可能性があり、これは、開口絞りの二重通過に対応する。傾斜瞳平面の瞳の単一通過は、結像光の瞳形成のために使用することができる。

下記では請求項４に記載の結像光学系の瞳平面も、傾斜瞳平面と呼ぶ。この第２の態様による瞳平面が傾斜される際に基準とする基準変数は、中心物体視野点に属する主光線であり、従って、上述の第１の態様による傾斜瞳平面におけるものとは異なる基準変数である。従って、第１の態様による傾斜瞳平面では、中心物体視野点に属する主光線は、瞳平面を法線に沿って通過することができる。一方、第２の態様による傾斜瞳平面は、物体平面又は像平面と平行に配置することができる。第２の態様による結像光学系では、像平面は、物体平面と平行に延びることができる。瞳平面と、中心物体視野点に属する主光線の間の角度は、８５°よりも小さく、８０°よりも小さく、７５°よりも小さいとすることができ、例えば、約７０°とすることができる。この構成では、絞りは、結像ビーム経路の主光線方向に対して傾斜される。それによって同様に、特に傾斜瞳平面に隣接するミラー上で小さい最大入射角を有する設計が簡素化される。第２の態様による結像光学系では、１つよりも多くの瞳絞りを存在させることができる。絞りは、開口絞り及び／又は掩蔽率絞りとすることができる。第２の態様による瞳平面に配置された絞りは、厳密に１回の通過を受けることができ、結像光に対する瞳形成目的のために使用することができる。

請求項５に記載の配列は、様々なミラー及び傾斜瞳平面の傍を通過する折り返し結像ビーム経路の誘導において周辺遮光問題を回避する。

請求項６に記載の傾斜瞳平面の配列は、結像光学系の小型設計をもたらす。

請求項７に記載の少なくとも１つの固定の自由曲面の使用は、結像光学系を通じた結像光の誘導における自由度を大きく高める。自由曲面は、固定の自由曲面として構成することができる。固定の自由曲面は、結像光学系の投影使用中にその形状に関して能動的に変更されない自由曲面を意味すると理解すべきである。当然ながら固定の自由曲面は調節目的で全体として変位させることができる。自由曲面は、回転対称関数によって表すことができる基準非球面を起点として設計される。自由曲面に最適に適応した非球面を基準非球面と一致させることができる。結像光学系は、この種の自由曲面を厳密に１つ、又はそうでなければこの種の自由曲面を複数有することができる。

請求項８に記載の上述の結像光学系を投影光学系として使用する場合には、この結像光学系の利点が特に有意になる。

本発明による光学系及び本発明による投影露光装置の利点は、本発明による結像光学系に関連して上記に列記したものに対応する。投影露光装置の光源は、広帯域のものとすることができ、例えば、１ｎｍよりも広く、１０ｎｍよりも広く、又は１００ｎｍよりも広い帯域幅を有することができる。更に、投影露光装置は、異なる波長の光源を用いて作動させることができるように設計することができる。特にマイクロリソグラフィに使用される他の波長のための光源、例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、１２６ｎｍ、１０９ｎｍの波長を有する光源、特に、１００ｎｍよりも短い、例えば、５ｎｍと３０ｎｍの間の波長を有する光源も本発明による結像光学系と共に使用することができる。

投影露光装置の光源は、５ｎｍと３０ｎｍの間の波長を有する照明光を生成するように構成することができる。この種の光源は、最低反射率を満たすために小さい入射角許容帯域幅しか持たない反射コーティングをミラー上に必要とする。小さい入射角許容帯域幅というこの要件は、本発明による結像光学系と共に使用することで満たすことができる。

対応する利点は、本発明による製造方法、及び本方法によって製造される微細構造化構成要素又はナノ構造化構成要素に適用される。

本発明の実施形態を図面を用いて以下により詳細に説明する。

ＥＵＶマイクロリソグラフィのための投影露光装置の概略図である。 投影露光装置の結像光学系を子午断面に示す図である。

マイクロリソグラフィのための投影露光装置１は、照明光又は照明放射線３のための光源２を有する。光源２は、例えば、５ｎｍと３０ｎｍの間、特に５ｎｍと１５ｎｍの間の波長範囲の光を生成するＥＵＶ光源である。光源２は、特に、１３．５ｎｍの波長を有する光源又は６．９ｎｍの波長を有する光源とすることができる。他のＥＵＶ波長も可能である。一般的には、マイクロリソグラフィに使用することができ、適切なレーザ光源及び／又はＬＥＤ光源に対して利用可能な可視波長、又はそうでなければ他の波長（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、１２９ｎｍ、１０９ｎｍ）のようないかなる波長であっても、投影露光装置１内で誘導される照明光３において可能である。図１には照明光３のビーム経路を非常に概略的に示している。

照明光学系６は、光源２から物体平面５内の物体視野４に向けて照明光３を誘導するために使用される。投影光学系又は結像光学系７を用いて、物体視野４が、像平面９内の像視野８内に所定の縮小スケールで結像される。図２に記載の投影光学系７は、４倍の縮小を行う。

他の縮小スケール、例えば、５×、６×、又は８×、又はそうでなければ８×よりも大きい縮小スケール、又は４×よりも小さく、例えば、２×又は１×の縮小スケールも可能である。４×の結像スケールは、マイクロリソグラフィにおける一般的なスケールであり、レチクルとも呼ぶ結像する物体を保持する妥当なサイズの反射マスク１０を用いて高い収量を可能にするので、ＥＵＶ波長を有する照明光３に特に適している。更に、４×の結像では、反射マスク１０上で必要とされる構造サイズは、反射マスク１０における製造及び適正化の経費を限度内に保つのに十分に大きい。図２及びそれ以降に記載の構成における投影光学系７における像平面９は、物体平面５と平行に配置される。物体視野４に一致する反射マスク１０の詳細内容が、この像平面９内に結像される。

投影光学系７による結像は、基板ホルダ１２によって保持されたウェーハの形態にある基板１１の面上で発生する。図１は、レチクル１０と投影光学系７の間に投影光学系７内を進む照明光３のビーム束１３を投影光学系７と基板１１の間に投影光学系７から射出する照明光３のビーム束１４を略示している。投影光学系７によって結像される照明光３を結像光とも呼ぶ。図２に記載の構成における投影光学系７の像視野側の開口数は、０．３８である。図１にはこの開口数を正確な縮尺で示していない。

投影露光装置１及び投影光学系７の説明を容易にするために、図面内に直交ｘｙｚ座標系を提供しており、この座標系から、図内に示す構成要素のそれぞれの位置関係が明らかになる。図１では、ｘ方向は、作図面と垂直にそれに向けて延びている。ｙ方向は右に延び、ｚ方向は下向きに延びている。

投影露光装置１はスキャナ型のものである。投影露光装置１の作動中に、レチクル１０と基板１１の両方がｙ方向に走査される。基板１１の個別露光の合間にレチクル１０及び基板１１の段階的な変位がｙ方向に発生するステッパ型の投影露光装置１も可能である。

図２は、投影光学系７の光学設計を示している。図２のｙ方向に互いから分離した３つの物体視野点から射出する３つのそれぞれの個別ビーム１５のビーム経路を示している。これらの３つの物体視野点のうちの１つに属する３つの個別ビーム１５は、各場合に３つの物体視野点において異なる３つの照明方向に関連付けられる。主光線又は主ビーム１６は、投影光学系７の瞳平面１７、１８内の瞳中心を通って進む。これらの主光線１６は物体平面５から発し、最初に発散して進む。下記ではこれを投影光学系７の入射瞳の負の後部焦点とも呼ぶ。投影光学系７の入射瞳は、物体視野４と像視野８の間のビーム経路内ではなく、物体視野４の前の結像ビーム経路に位置する。それによって例えば投影光学系７の入射瞳内にある照明光学系６の瞳構成要素をこの瞳構成要素と物体平面５の間に更に別の結像光学構成要素を存在させる必要なく投影光学系７の前のビーム経路に配置することが可能になる。

図２に記載の投影光学系７は、物体視野４から発する個別ビーム１５の結像ビーム経路の順に連続してＭ１からＭ６と番号が振られた合計で６つのミラーを有する。図２にはミラーＭ１からＭ６の計算上の反射面のみを示している。ミラーＭ１からＭ６は、実際に使用される反射面よりも一般的に大きい。

ミラーＭ１、Ｍ４、及びＭ６は、凹ミラーとして構成される。ミラーＭ２及びＭ５は、凸ミラーとして構成される。ミラーＭ３は、事実上平面ミラーとして構成されるが、平坦な折り返しミラーではない。

ミラーＭ１とＭ６は、これらのミラーの反射面の向きに関して対向して配置される。

投影光学系７では、ミラーＭ２とＭ３の間に、投影光学系７内に位置する第１の瞳平面１７が位置する。ミラーＭ４とＭ５の間の結像ビーム経路には、中間像平面１８がミラーＭ６の直ぐ隣に位置する。更に別の瞳平面が、ミラーＭ５とＭ６の間の結像ビーム経路に位置する。

瞳平面１７は、絞りの配列のために機械的に接近可能な傾斜瞳平面である。この瞳平面には、照明又は結像光３の瞳形成のための開口絞り２０が配置される。瞳平面１７は、物体平面５又は像平面９に対して４７．４°の角度αを取る。開口絞り２０は、投影光学系７の射出瞳の外縁形状を事前設定する。代替的又は追加的に、射出瞳の内側部分の定められた遮蔽のために瞳平面１７内に掩蔽絞りを配置することができる。

瞳平面１７は、結像光３による厳密に１回の通過を受ける。

瞳平面１７は、図２に示している子午平面内の中心物体視野点に属する主光線１６_Zに対して約７０°の角度αを取る。

瞳平面１７の角度α又はβの傾斜に起因して、特に、瞳平面１７に隣接する２つのミラーＭ２及びＭ３上で結像光３の小さい最大入射角を可能にする投影光学系７の設計が可能になる。

ミラーＭ２上の結像光３の最大入射角は、２２．２°である。

ミラーＭ３上の結像光３の最大入射角は、１８．９°である。

ミラーＭ２の前、言い換えれば、瞳平面１７の前の最後のミラーの前の第１の結像部分ビーム２１と、ミラーＭ３の直後、言い換えれば、瞳平面１７の後の最初のミラーの直後の第２の結像部分ビーム２２とは、開口絞り２０の対向する縁部を通過する。

図２に記載の投影光学系７の光学データを複数の子表に分割した表を用いて以下に示す。

ミラーＭ１からＭ６の個別反射面の精密な形状は、次式に従って双円錐項とＸＹ多項式の形態にある自由曲面項との和として生成される。

ここで、ｘ及びｙは、それぞれの面上の座標を表す。この場合、局所座標系は、広域基準系に対してｙ座標方向に変位し（ｙ偏心）、ｘ軸の回りに傾斜される（ｘ傾斜）。

ｚは、それぞれの局所面座標系における自由曲面の矢高を表す。ＲＤＸ及びＲＤＹは、ｘｚ断面及びｙｚ断面内の自由曲面の半径、言い換えれば、座標原点におけるそれぞれの面曲率の逆数である。ＣＣＸ及びＣＣＹは円錐パラメータである。提供している多項式係数は係数ａ_i,jである。

以下の子表の最初のものにある「間隔」という値は、それぞれのそれに続く構成要素からの間隔を表す。

（表）

（表）

（表続き）

投影光学系７では、全てのミラーＭ１からＭ６は自由曲面として構成される。

投影光学系７の像視野８は矩形であり、ｘ方向に２６ｍｍの広がり、及びｙ方向に２ｍｍの広がりを有する。

投影光学系７の典型的な特性を再度以下に要約する。

（表）

ＮＡは、投影光学系７の像側の開口数を表す。

この場合、装置長は、物体平面５と像平面９の間の間隔を表す。

上述の表に提供している結像誤差、言い換えれば、波面誤差、歪曲、及びテレセントリック性は、像視野８にわたる最大値である。

表に提供しているテレセントリック性は、物体視野４の点から射出する照明光ビーム束の密度ビームの像平面９に垂直な面に向う角度である。

微細構造化構成要素又はナノ構造化構成要素を生成するために、投影露光装置１は、以下の通りに使用される。最初に、反射マスク１０又はレチクルと基板又はウェーハ１１とが準備される。次に、レチクル１０上の構造が、投影露光装置を用いてウェーハ１１の感光層上に投影される。その後に、感光層を現像することによってウェーハ１１上に微細構造又はナノ構造が生成され、従って、微細構造化構成要素又はナノ構造化構成要素が生成される。

４ 物体視野
５ 物体平面
７ 投影光学系
８ 像視野
９ 像平面
１５ 個別ビーム

Claims (13)

1. 物体平面（５）の物体視野（４）を像平面（９）内の像視野（８）に結像する複数のミラー（Ｍ１からＭ６）を備えた結像光学系（７）であって、
   物体視野（４）と像視野（８）の間の結像ビーム経路に配置された瞳平面（１７）を備え、
   前記瞳平面（１７）に配置された絞り（２０）を備え、
   前記瞳平面（１７）は、物体平面（５）に対して傾斜され、言い換えれば、該物体平面（５）に対して０．１°よりも大きい角度（α）を取り、
   結像光学系（７）が、４つよりも多いミラー（Ｍ１からＭ６）を有する、
   ことを特徴とする結像光学系。
2. 前記像平面（９）は、前記物体平面（５）と平行に延びることを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
3. 前記傾斜瞳平面（１７）内の瞳が、厳密に１回の通過を受けることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の結像光学系。
4. 前記瞳平面（１７）は、中心物体視野点に属する主光線（１６ｚ）に対して傾斜され、言い換えれば、該中心物体視野点に属する該主光線（１６ｚ）に対して９０°よりも小さい角度（β）を取る、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の結像光学系（７）。
5. 前記傾斜瞳平面（１７）の前の最後のミラー（Ｍ２）の前の第１の結像部分ビーム（２１）、及び
   前記傾斜瞳平面（１７）の後の最初のミラー（Ｍ３）の後の第２の結像部分ビーム（２２）が、
   前記絞り（２０）の対向する外縁を通る、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の結像光学系。
6. 前記傾斜瞳平面（１７）は、前記物体視野（４）の後の前記結像ビーム経路内の第２のミラー（Ｍ２）と第３のミラー（Ｍ３）の間に配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の結像光学系。
7. 前記ミラー（Ｍ１からＭ６）のうちの少なくとも１つの反射面が、自由曲面として構成されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の結像光学系。
8. 結像光学系（７）が、マイクロリソグラフィのための投影光学系として構成されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の結像光学系。
9. 請求項８に記載の投影光学系を備え、かつ
   照明光（３）を結像光学系（７）の物体視野（４）に向けて誘導するための照明光学系（６）を備える、
   ことを特徴とする光学系。
10. マイクロリソグラフィのための投影露光装置であって、
    請求項９に記載の光学系を備え、かつ
    照明及び結像光（３）のための光源（２）を備える、
    ことを特徴とする投影露光装置。
11. 照明光（３）を生成するための前記光源（２）は、５と３０ｎｍの間の波長を用いて構成されることを特徴とする請求項１０に記載の投影露光装置。
12. 構造化構成要素を生成する方法であって、
    レチクル（１０）及びウェーハ（１１）を準備する段階と、
    請求項１０又は請求項１１に記載の投影露光装置を用いて、前記レチクル（１０）上の構造を前記ウェーハ（１１）の感光層上に投影する段階と、
    前記ウェーハ（１１）上に構造を生成する段階と、
    を有することを特徴とする方法。
13. 請求項１２に記載の方法によって生成された構造化構成要素。

Images