JP2004158786A - 投影光学系及び露光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】EUV光(波長200nm以下)の光を用いて投影光学系であって、物体側から像側にかけて順次光を反射するとともに基本的に共軸系をなすように配置された6枚の鏡を有し、当該6枚の鏡の各々の曲率半径が1500mm以下である。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、EUV(extreme ultraviolet)光を用いてレチクルのパターンを縮小投影する投影光学系に関し、特に6枚程度の枚数のミラーによって縮小投影を行う投影光学系に関する。
【0002】
【従来の技術】
6枚程度の枚数のミラーによって縮小投影を行う投影光学系は、例えば、米国特許第5686728号公報、特開2000−100694号公報、特開2000−235144号公報に開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記各公報に記載の投影光学系は、1枚以上のミラー(多くの場合、レチクル側から数えて1番目や2番目のミラー)の曲率半径の絶対値が1600mm以上と、大きな値になっている。これらの投影光学系のうち、特にレチクル側から数えて2番目のミラーがレチクルに最も近いミラーである例においては、いずれも、1枚以上のミラーの曲率半径の絶対値が2000mm以上と、非常に大きな値になっている。
【0004】
ミラーの曲率半径が大きい場合、このミラーの反射面(非球面)の曲率半径や形状測定のための干渉計等の測定装置が大きくなり過ぎる。例えば、曲率半径が2000mmの凹面鏡の面形状を干渉計で測定するには測定ビームの集光位置から2000mm以上離れた位置に凹面鏡を設定する必要がある。
【0005】
このような干渉計では、被測定面であるミラーの反射面と参照面との距離が2000mm以上になるため、測定に空気等の雰囲気の屈折率のゆらぎの影響を受けやすくなるし、また、干渉計の方式にもよるが、可干渉距離の関係から干渉縞のビジビリティーも低下する。従って、ミラーの曲率半径や面形状の測定精度が良くない。
【0006】
従って、従来の投影光学系は、1枚以上のミラーの面形状の測定精度が良くなく、このミラーの面形状の精度が良くない為に、投影光学系の結像性能を向上させにくいという問題点があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものである。
【0008】
本発明の第1の形態は、〔特許請求の範囲〕の欄の〔請求項1〕に記載したとおりである。第1の形態とは異なり曲率半径の絶対値が1500mmを超えるミラーがあると、このミラーの面形状の測定精度が良くなく、このミラーの面形状の精度が良くない為に、投影光学系の結像性能を向上させることが困難である。
【0009】
本発明の第2の形態は、前記第2ミラー(M2)近傍に開口絞りが配置されることを特徴とする〔請求項1〕に記載の投影光学系である。
【0010】
本発明の第3の形態は、前記6枚のミラーのうち、曲率半径の絶対値が最大のミラーが前記第2ミラー(M2)であることを特徴とする〔請求項1〕に記載の投影光学系である。
【0011】
本発明の第4の形態は、前記6枚のミラーのうち、曲率半径の絶対値が最大のミラーが前記第1ミラー(M1)であることを特徴とする〔請求項1〕に記載の反射型縮小投影光学系である。
【0012】
本発明の第5の形態は、前記6枚のミラーのうち前記第2ミラー(M2)が前記レチクルに最も近い位置に配置されることを特徴とする〔請求項1〕に記載の投影光学系である。
【0013】
本発明の第6の形態は、前記6枚のミラーのうち有効直径が400mmを超えるミラーの曲率半径の絶対値は1000mm以下であることを特徴とする〔請求項1〕に記載の投影光学系である。
【0014】
本発明の第7の形態は、前記6枚のミラーの各々の反射面は非球面であることを特徴とする〔請求項1〕に記載の投影光学系である。
【0015】
本発明の第8の形態は、〔請求項1〕と上記第2〜7形態のいずれかに記載の投影光学系と前記レチクルを前記EUV光により照明する照明光学系と有することを特徴とする露光装置である。
【0016】
本発明の第9の形態は、上記第8の形態の露光装置によりデバイスパターンでウエハを露光する段階と、該露光したウエハを現像する段階とを含むデバイス製造方法である。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態の投影光学系は、設計波長が13.5nm、縮小倍率を有し、物体面側(レチクル側)から光を反射する順番に、凹面鏡(ミラーM1)、凹面鏡(ミラーM2)、凸面鏡(ミラーM3)、凹面鏡(ミラーM4)、凸面鏡(ミラーM5)、凹面鏡(ミラーM6)の6枚ミラーの基本構成を有し、前記6枚のミラーのそれぞれの曲率半径の絶対値が1500mm以下である。
【0018】
本実施形態によれば、EUV光を用いてレチクルのパターンを縮小投影する投影光学系において、凹面形状の第1ミラー(M1)、凹面形状の第2ミラー(M2)、凸面形状の第3ミラー(M3)、凹面形状の第4ミラー(M4)、凸面形状の第5ミラー(M5)、凹面形状の第6ミラー(M6)の順に光を反射するように6枚のミラーが配置され、前記6枚のミラーのそれぞれの曲率半径の絶対値が1500mm以下であるので、各ミラーの曲率半径や反射面の形状を測定する測定装置(干渉計)の大きさを抑えられ、6枚のミラーの面形状の測定精度が良く、面形状の精度が良い為に投影光学系の結像性能を向上できる。
【0019】
本実施形態の投影光学系は、M1からM4までの4枚のミラーで中間像を結像し、その中間像をM5とM6の2枚のミラーで像面上(ウエハ上)に再結像する。
【0020】
本実施形態の投影光学系は、前記6枚のミラーのうち有効直径が400mmを超えるミラーの曲率半径の絶対値は1000mm以下である。
【0021】
また、6枚のミラーの少なくとも1枚の反射面が非球面であり、収差補正上からはできるだけ多くのミラーの反射面を非球面にすることが望ましく、6枚のミラーの反射面を全て非球面にすることが最も望ましい。
【0022】
本実施形態の投影光学系は、基本的に1本の光軸の回りに軸対称な共軸光学系であり、光軸を中心としたリング状の(領域)像面で収差が補正される。但し、収差補正又は調整上、6枚のミラーの少なくとも1枚を若干の偏心をさせてもよい。
【0023】
本実施形態の投影光学系は、物体面に最も近いミラーをM2とすることにより、M4の直径を比較的小さくすることを可能にしている。また、M1、M2、M4の各ミラー位置関係は、ミラーの頂点の位置について言えば、M1とM2の各ミラー間にミラーM4が配置される。この配置により、ミラーM4の直径を比較的小さくすることと、M3とM4の各ミラーの反射面の非球面量を比較的小さな値にすることを同時に満たすことができる。
【0024】
また、像面湾曲の補正上、M1〜M6のミラーの各反射面の屈折力の和をゼロ近傍にしている。即ち、ミラーM1〜M6の各々の近軸の曲率半径をr1〜r6とすると、1/r1−1/r2+1/r3−1/r4+1/r5−1/r6の値をゼロ又はその近傍にしている。
【0025】
本実施形態の投影光学系では、以上述べた条件を満足させた上、他の収差の補正を行い且つ光学系の大きさをより実用的なものとするために、r1=−1400±100、r2=1200±100、r3=450±150、r4=600±200、r5=350±100、r6=500±100、の範囲としている。
【0026】
M1〜M6の各ミラーの反射面には、EUV光を反射させる多層膜が施されており、後述する実施例のように設計波長が13.5nmの時にはMoとSiの多層膜反射面が形成される。
【0027】
ミラーM2の位置又はその傍が開口絞りになっており、このミラーM2自身を開口絞りとするか、或いはその近傍に別途開口絞りまたは可変開口絞りを配置して開口数(NA)を制限または可変にしてもよい。
【0028】
また、本実施形態の投影光学系は、物体面に反射型レチクル(マスク)を配置することを仮定して、物体側が非テレセントリック、像側がテレセントリックな光学系として設計してあり、投影光学系の像面側の主光線は、投影光学系の光軸に平行に射出するので、像面に配置される感光体(ウェハW)が光軸方向に移動しても倍率の変化が少ない。
【0029】
本実施形態の投影光学系の少なくとも一枚のミラーの非球面反射面の非球面の形状Zは、
Z=ch2/(1+SQRT(1−(1+k)c2h2))+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12+Fh14+Gh16+Hh18+Jh20+・・・
という式で表される。ここで、Zは光軸方向の座標、cは曲率(曲率半径rの逆数)、hは光軸からの高さ、kは円錐係数、A,B,C,D,E,F,G,H,J・・・は、各々、4次、6次、8次、10次、12次、14次、16次、18次、20次、・・・の非球面係数である。
【0030】
本実施形態の投影光学系は、良好な収差補正のために、M1の円錐係数が50<k<150を満たし、かつ、M5の円錐係数が5<k<20を満たしており、M1とM5は偏球面(Oblate spheroid)ベースの非球面となっている。
【0031】
また、途中(M4とM5の中間)で中間像を結像することもこの本実施形の投影光学系の特徴であり、それによって、NAが大きく、かつ、良好な収差補正を可能にしている。
【0032】
以下に、本実施形態の投影光学系の実施例を示す。
【0033】
【実施例】
図1〜図3に、本投影光学系の第1〜第3の実施例の断面の光路図を示す。これらの図において、同一の構成要素には同一記号をつけて示す。
【0034】
図1〜図3において、MSは物体面位置に置かれた反射型レチクル、Wは像面位置に置かれたウェハ、M1は第1ミラー(凹面鏡)、M2は第2ミラー(凹面鏡)、M3は第3ミラー(凸面鏡)、M4は第4ミラー(凹面鏡)、M5は第5ミラー(凸面鏡)、M6は第6ミラー(凹面鏡)、AXは光軸である。
【0035】
不図示の照明光学系からの波長13.5nm付近のEUV光によりレチクルMSが照明されると、投影光学系は、レチクルMSからのEUV光を、第1ミラーM1(凹面鏡)、第2ミラーM2(凹面鏡)、第3ミラーM3(凸面鏡)、第4ミラーM4(凹面鏡)、第5ミラーM5(凸面鏡)、第6ミラーM6(凹面鏡)の順に反射し、像面位置に置かれたウェハW上に、レチクルのデバイス(回路)パターンの縮小像を形成する。
【0036】
第1の実施例においては、設計波長λ=13.5nm、NA0.20、縮小倍率は1/4倍、物高=125〜135mmの円弧状物体面(領域)、像高=31.25〜33.75mmの2.5mm幅の円弧状像面(領域)である。
【0037】
第2の実施例においては、設計波長λ=13.5nm、NA0.25、縮小倍率は1/4倍、物高=128〜136mmの円弧状物体面(領域)、像高=32〜34mmの2mm幅の円弧状像面(領域)である。
【0038】
第3の実施例においては、波長λ=13.5nm、NA0.28、縮小倍率は1/4倍、物高=132〜136mmの円弧状物体面(領域)、像高=33〜34mmの1mm幅の円弧状像面(領域)である。
【0039】
実施例1〜3の投影光学系の各々の光学データ(曲率半径、面間隔、非球面係数など)を各々〔表1〕〜〔3〕に示す。
【0040】
【0041】
【0042】
本実施形の上記各実施例の投影光学系の収差は、
実施例1:波面収差=0.031λrms、歪曲(レンジ)=8nm
実施例2:波面収差=0.010λrms、歪曲(レンジ)=1.2nm
実施例3:波面収差=0.027λrms、歪曲(レンジ)=0.9nm
であり、何れも波長13.5nmでのdiffraction limitedな光学系である。
【0043】
実施例1〜3の投影光学系の像面(領域)は円弧状(リング状)となるので、各実施例の投影光学系を投影露光装置に用いる時には、レチクルとウェハとを投影光学系の縮小倍率と同じ速度比で、この円弧の幅方向にスキャンすることにより、レチクルのパターンの全体でウエハの被露光領域(通常複数並んでいる)を露光する方式をとる。
【0044】
また、本実施形態は、以上述べた実施例に限定されることはなく、本発明の範囲内で構成を変更して、性能を改善することが可能である。
【0045】
本発明の投影光学系を適用した露光装置を説明する。本発明の露光装置は露光用の照明光としてEUV光(例えば、波長13.4nm)を用いる。また上述したとおり、投影光学系100の像面は円弧状(リング状)の像面となり、レチクルとウェハを縮小倍率比の速度比でスキャンすることにより、マスクの全面を露光する方式をとる。
【0046】
図4を参照するに、本露光装置は、EUV光源210、照明光学系220、反射型レチクル230、アライメント光学系240、投影光学系100、レチクルステージ250、ウェハステージ260、ウェハ270を有する。
【0047】
なお、EUV光は大気に対する透過率が低いため、少なくともEUV光が通る光路は真空雰囲気であることが好ましく、照明光学系220からウェハステージ260までを真空容器280に収納している。
【0048】
本実施形態のEUV光源210は、例えば、レーザープラズマ光源を使用する。レーザープラズマ光源210はターゲット供給装置211によって供給され真空容器280中に置かれたターゲット材213に高強度のパルスレーザー光をパルスレーザー211から集光レンズ214を介して照射し、高温のプラズマ215を発生させる。そして、これから放射される波長13.4nm程度のEUV光を利用するものである。ターゲット材213は、金属薄膜、不活性ガス、液滴などが用いられ、ガスジェット等のターゲット供給装置212により真空容器内280に供給される。
【0049】
照明光学系220はEUV光を伝播してレチクル230を照明する。図3において、照明光学系220は、第1乃至第3ミラー221、222及び223と、オプティカルインテグレータ224と、アパーチャ225とを有する。第1ミラー221はプラズマ215からほぼ等方的に放射されるEUV光を集める。オプティカルインテグレータ224はレチクル230を均一に所定の開口数で照明する。また、それらのEUV光は第2乃至第3ミラー222乃至223によってレチクル230へリレーされる。アパーチャ225は照明光学系220のレチクル230と共役な位置に配置され、レチクル230面で照明される領域を円弧状に限定する。
【0050】
レチクルステージ250とウェハステージ260は、縮小倍率に比例した速度比で同期して走査する機構をもつ。ここで、レチクル230又はウェハ270面内で走査方向をX、それに垂直な方向をY、レチクル230又はウェハ270面に垂直な方向をZとする。
【0051】
レチクル230には所望のパターンが形成され、レチクルステージ250上の図示しないレチクルチャックに保持される。レチクルステージ250はX方向に移動する機構をもつ。また、X方向、Y方向、Z方向、及び各軸の回りの回転方向に微動機構をもち、レチクル230の位置決めができるようになっている。レチクルステージ250の位置と姿勢はレーザ干渉計によって計測され、その結果に基づいて位置と姿勢が制御される。なお、本実施形態ではレチクル230は反射型レチクルとして実現されているが、透過型レチクル又は反射型レチクルのどちらでも適用可能である。
【0052】
ウェハ270は、図示しないウェハチャックによってウェハステージ260に保持される。ウェハステージ260はレチクルステージ250と同様にX方向に移動する移動機構をもつ。また、X方向、Y方向、Z方向、及び各軸の回りの回転方向に微動機構をもち、ウェハ270の位置決めができるようになっている。ウェハステージ260の位置と姿勢はレーザ干渉計によって計測され、その結果に基づいて位置と姿勢が制御される。
【0053】
アライメント検出光学系240によってレチクル230の位置と投影光学系100の光軸との位置関係、及びウェハ270の位置と投影光学系100の光軸との位置関係が計測され、レチクル230の投影像がウェハ270の所定の位置に一致するようにレチクルステージ250及びウェハステージ260の位置と角度が設定される。また、図示しないフォーカス検出光学系によってウェハ270面でZ方向のフォーカス位置が計測され、ウェハステージ260の位置及び角度を制御することによって、露光中は常時ウェハ面を投影光学系100による結像位置に保つ。
【0054】
ウェハ270上で1回のスキャン露光が終わると、ウェハステージ260はX、Y方向にステップ移動して次の走査露光開始位置に移動し、再びレチクルステージ250及びウェハステージ260が投影光学系の縮小倍率に比例した速度比でX方向に同期走査する。
【0055】
このようにして、レチクル230の縮小投影像がウェハ270上に結像した状態でそれらを同期走査するという動作が繰り返される。(ステップ・アンド・スキャン)。こうしてウェハ270全面にレチクル230の転写パターンが転写される。
【0056】
次に、図5及び図6を参照して、上述の露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図5は、デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、LCD、CCD等)の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ1(回路設計)ではデバイスの回路設計を行う。ステップ2(マスク製作)では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ3(ウェハ製造)ではシリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ4(ウェハプロセス)は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ5(組み立て)は後工程と呼ばれ、ステップ4によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封入)等の工程を含む。ステップ6(検査)では、ステップ5で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷(ステップ7)される。
【0057】
図6は、図5に示すステップ4のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ11(酸化)ではウェハの表面を酸化させる。ステップ12(CVD)では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ13(電極形成)では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ14(イオン打ち込み)ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ15(レジスト処理)ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ16(露光)では、露光装置200によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ17(現像)では、露光したウェハを現像する。ステップ18(エッチング)では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ19(レジスト剥離)では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
【0058】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【0059】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、結像性能を向上させることができる投影光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の光学系を示す図である。
【図2】本発明の第2の実施例の光学系を示す図である。
【図3】本発明の第3の実施例の光学系を示す図である。
【図4】本発明の露光装置を示す図である。
【図5】半導体デバイスの製造フローを示す図である。
【図6】図5のウエハプロセスを示す図である。
【符号の説明】
M1 第1ミラー(凹面鏡)
M2 第2ミラー(凹面鏡)
M3 第3ミラー(凸面鏡)
M4 第4ミラー(凹面鏡)
M5 第5ミラー(凸面鏡)
M6 第6ミラー(凹面鏡)
MS マスク(物体面)
W ウェハ(像面)
AX 光学系の光軸
Claims (3)
- EUV光を用いてレチクルのパターンを縮小投影する投影光学系において、凹面形状の第1ミラー(M1)、凹面形状の第2ミラー(M2)、凸面形状の第3ミラー(M3)、凹面形状の第4ミラー(M4)、凸面形状の第5ミラー(M5)、凹面形状の第6ミラー(M6)の順に光を反射するように6枚のミラーが配置され、前記6枚のミラーのそれぞれの曲率半径の絶対値が1500mm以下であることを特徴とする投影光学系。
- 請求項1に記載の投影光学系と前記レチクルを前記EUV光により照明する照明光学系と有することを特徴とする露光装置。
- 請求項2に記載の露光装置によりデバイスパターンでウエハを露光する段階と、該露光したウエハを現像する段階とを含むデバイス製造方法。
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