JP4218475B2

JP4218475B2 - 極端紫外線光学系及び露光装置

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Publication number: JP4218475B2
Application number: JP2003319560A
Authority: JP
Inventors: 哲也押野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2023-09-11
Also published as: JP2005086148A

Description

本発明は、多層膜反射鏡を備える極端紫外線（Extreme Ultra Violet線：ＥＵＶ線）光学系と、そのような光学系を備える露光装置に関する。

近年、半導体集積回路の微細化に伴い、光の回折限界によって制限される光学系の解像力を向上させるために、１３ｎｍ程度の波長を有するＥＵＶ光を使用した投影リソグラフィー技術が開発されている。このようなＥＵＶ光を用いる露光装置においては、一般に、反射鏡（ミラー）を組み合わせた反射光学系が用いられる。一例の光学系は、多層膜がコーティングされた４枚又は６枚のＥＵＶ反射鏡を備えている。これらの反射鏡は、多層膜の各界面における反射光の位相を一致させ、干渉効果によって高い反射率を実現するものである。

以下、図６及び図７を参照しつつ、ＥＵＶ露光装置の一例について説明する。
図６は、ＥＵＶ露光装置の一例を示す概略構成図である。
図７は、図６のＥＵＶ露光装置の投影光学系のミラー配置を示す図である。
図６に示すＥＵＶ露光装置は、光源を含む照明系ＩＬを備えている。照明系ＩＬから放射されたＥＵＶ光（一般に波長５〜２０ｎｍが用いられ、具体的には１３ｎｍや１１ｎｍの波長が用いられる）は、折り返しミラー１で反射してレチクル２に照射される。

レチクル２は、レチクルステージ３に保持されている。このレチクルステージ３は、走査方向（Ｙ軸）に１００ｍｍ以上のストロークを持ち、レチクル面内の走査方向と直交する方向（Ｘ軸）に微小ストロークを持ち、光軸方向（Ｚ軸）にも微小ストロークを持っている。ＸＹ方向の位置は図示せぬレーザ干渉計によって高精度にモニタされ、Ｚ方向はレチクルフォーカス送光系４とレチクルフォーカス受光系５からなるレチクルフォーカスセンサでモニタされている。

レチクル２で反射したＥＵＶ光は、図中下側の光学鏡筒１４内に入射する。このＥＵＶ光は、レチクル２に描かれた回路パターンの情報を含んでいる。レチクル２にはＥＵＶ光を反射する多層膜（例えばＭｏ／ＳｉやＭｏ／Ｂｅ）が形成されており、この多層膜の上に吸収層（例えばＮｉやＡｌ）の有無でパターニングされている。

光学鏡筒１４内には、図７に示すように６枚のミラーＭ１〜Ｍ６が配置されている。各ミラーＭ１〜Ｍ６は、図示はしないが、それぞれホールド機構に保持されており、位置調整機構で微動可能となっている。レチクル２で反射して光学鏡筒１４内に入射したＥＵＶ光は、第１ミラーＭ１で反射した後に、第２ミラーＭ２、第３ミラーＭ３、第４ミラーＭ４、第５ミラーＭ５、第６ミラーＭ６と順次反射し、最終的にはウェハ１０に対して垂直に入射する。投影系の縮小倍率は、例えば１／４や１／５である。この例ではミラーは６枚であるが、ミラーが４枚あるいは８枚のものもある。第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２の間には、開口数（Ｎ．Ａ．）を規定する開口絞り６が配置されている。

図６に戻って、ウェハ１０は、ウェハステージ１１上に載せられている。ウェハステージ１１は、光軸と直交する面内（ＸＹ平面）を自由に移動することができ、ストロークは例えば３００〜４００ｍｍである。同ウェハステージ１１は、光軸方向（Ｚ軸）にも微小ストロークの上下が可能で、Ｚ方向の位置はウェハオートフォーカス送光系１２とウェハオートフォーカス受光系１３からなるウェハフォーカスセンサでモニタされている。ウェハステージ１１のＸＹ方向の位置は図示せぬレーザ干渉計によって高精度にモニタされている。露光動作において、レチクルステージ３とウェハステージ１１は、投影系の縮小倍率と同じ速度比、すなわち、４：１あるいは５：１で同期走査する。光学鏡筒１４の近傍には、アライメント用のオフアクシス顕微鏡１５が配置されている。

前述したＥＵＶ露光装置は、紫外線を用いる露光装置に比べて、通常の表面を有する物体の表面反射率が桁違いに小さい。そのため、ＥＵＶ露光装置は、紫外線露光装置に比べて迷光が発生しにくいとされている。しかしながら、ＥＵＶ露光装置においても、物体の表面に入射する角度が非常に小さい場合（いわゆる斜入射の場合）には、全反射現象によりガラス表面や金属表面による反射率が比較的大きくなる。すると、このような状態で反射したＥＵＶ光の一部が、迷光となってウェハ１０まで到達することがある。そして、迷光がウェハ１０まで到達するとなると、光学系の結像性能が悪化してしまう。

このような迷光の悪影響を抑制するため、光学鏡筒１４内に迷光を遮る板（迷光絞り）を設けることが考えられている。しかしながら、ＥＵＶ光学系は、ＥＵＶ光が複数のミラー（図７では６枚）で反射する反射光学系であり、ＥＵＶ光の光路が錯綜し易い。そのため、光学系内部においてＥＵＶ光路を確保しつつ、迷光絞りを適切に配置するのが困難であった。

本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであって、迷光の悪影響を低減して結像性能を向上することのできる極端紫外線光学系と、そのような光学系を備える露光装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、物体面のパターンを像面に形成する極端紫外線光学系であって、極端紫外線の光束を反射する複数の多層膜反射鏡と、前記光束の進行方向の下流側に向けて大きくなる円錐筒状の迷光絞りとを備えることを特徴とする。
このように円錐筒状の迷光絞りを配置することによって、光束の上流側からは、迷光絞りの表面積が徐々に広くなる形態となるので、迷光を遮断・吸収する面積が広くなるとともに、迷光の反射光の一部を光路外へ排除することも可能となる。さらに、このような円錐筒状の迷光絞りは、隣り合う光路間が狭いような場所でも設置し易いという利点もある。

請求項２に係る発明は、物体面のパターンを像面に形成する極端紫外線光学系であって、極端紫外線の光束を反射する複数の多層膜反射鏡と、前記複数の多層膜反射鏡のうち２枚の多層膜反射鏡の間で、かつ前記光束の進行方向に沿って配置される複数段の迷光絞りとを備えることを特徴とする。
この場合、迷光絞りの段数は、光学系中の配置スペースや迷光の遮断効率等によって異なる。

請求項３に係る発明は、極端紫外線の光束を感応基板上に照射してパターン形成する露光装置であって、請求項１又は２に記載の極端紫外線光学系を備えることを特徴とする。

このような露光装置によれば、迷光絞りによって迷光を遮断できるので、露光への迷光の悪影響を低減し、露光パターンのコントラストを向上させることができる。

本発明によれば、迷光の悪影響を低減して結像性能を向上することのできる極端紫外線光学系等を提供できる。

発明を実施するための形態

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例に係るＥＵＶ露光装置の投影光学系を模式的に示す図である。
なお、ＥＵＶ露光装置全体の基本的構成は、前述した図６と同様のものを用いることができる。

図１に示す露光装置の投影光学系は、計６枚のミラーＭ１〜Ｍ６を備えている。各ミラーＭ１〜Ｍ６は、図示はしないが、それぞれホールド機構に保持されており、位置調整機構で微動可能となっている。各ミラーＭ１〜Ｍ６に付した符号は、数字が大きくなるに連れてＥＵＶ光束Ｅの上流側から下流側に位置することを意味する。各ミラーＭ１〜Ｍ６は、低熱膨張ガラス等の基板の表面（ミラー反射面）に、一例でＭｏ／Ｓｉを交互に積層してなる多層膜がコーティングされた多層膜ミラーである。

図１の光学系中、第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２との間には、開口数（Ｎ．Ａ．）を規定する開口絞り２０が配置されている。この例の開口絞り２０は、有効光束を通す開口２０ａを備えた板体である。このような開口絞り２０としては、他に例えば特願２００３−０１２３０６号に開示されたもの等を用いることができる。

図１の光学系には、この例では計６個の迷光絞り４１〜４６が配置されている。各迷光絞り４１〜４６は、ＥＵＶ光束Ｅからの迷光が光学系下流のウェハＷ（図６の符号１０と同様のもの）に到達するのを防ぐためのものである。
以下、これらの迷光絞り４１〜４６について詳細に説明する。なお、各迷光絞りの具体的な態様については、後に図２〜図５を参照しつつ説明する。

迷光絞り４１は、第４ミラーＭ４と第５ミラーＭ５との間の中間結像面に配置されている。中間結像面は、レチクルＲ（物体面）及びウェハＷ（像面）との共役位置に相当し、ＥＵＶ光束Ｅが一時的に絞り込まれる面である。この中間結像面に配置された迷光絞り４１により、第４ミラーＭ４で反射し、中間結像面を通って第５ミラーＭ５に至る際に生じる迷光が効率よく遮断される。

迷光絞り４２は、第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２との間において、開口絞り２０に隣接して配置されている。この迷光絞り４２により、第１ミラーＭ１で反射して第２ミラーＭ２に至る際に生じる迷光が遮断される。この迷光絞り４２の構成については、後に図４を参照しつつ詳述する。

迷光絞り４３は、レチクルＲ（図６の符号２と同様のもの）と光学系上端との間に配置されている。この迷光絞り４３には、照明光学系（図６の符号ＩＬ）から放射されてレチクルＲに照射する間のＥＵＶ光束を通す孔４３ａと、レチクルＲで反射して投影光学系に入射する間のＥＵＶ光束を通す孔４３ｂとが開けられている。ＥＵＶ光束がこれらの孔４３ａ、４３ｂを通る際に、投影光学系に入射する前段階で、大部分の迷光が遮断される。

迷光絞り４４は、第１ミラーＭ１背面と第６ミラーＭ６背面との間に配置されている。この迷光絞り４４により、上流側の迷光絞り４１（中間結像面）を通って第５ミラーＭ５に至る際に生じる迷光が遮断される。この迷光絞り４４は、光学系の光軸Ｃに交差する面のうち、光学系の光束が１回のみ通過する面に沿って配置されている。迷光は、基本的には光学系中の１箇所で充分に遮ることができるので、場合によってはこの迷光絞り４４のみを配置しても、充分な遮断効果を得ることができる。

迷光絞り４５は、ウェハＷと光学系下端との間に配置されている。この迷光絞り４５により、第６ミラーＭ６で反射してウェハＷに至る際に生じる迷光が遮断される。なお、この迷光絞り４５も、前述の迷光絞り４４と同様に、光学系の光軸Ｃに交差する面のうち、光学系の光束が１回のみ通過する面に沿って配置されている。そのため、場合によってはこの迷光絞り４５のみを配置する形態でも、充分な遮断効果を得ることができる。この迷光絞り４５近傍の構成については、後に図５を参照しつつ詳述する。

迷光絞り４６は、第３ミラーＭ３の端面近傍に配置されている。迷光は、光束の一部がミラー端面に当って反射又は散乱することで発生する場合がある。この迷光絞り４６によれば、特に第３ミラーＭ３の端面に当って反射又は散乱するような迷光を遮断することができる。この迷光絞り４６については、後に図３を参照しつつ詳述する。

これらの各迷光絞り４１〜４６には、ペルチエ素子等の温度調整機構Ｈが付設されている（図１中では迷光絞り４１の温度調整機構Ｈのみを示す）。ＥＵＶ露光装置の投影光学系内部は真空とされるため、各迷光絞り４１〜４６は断熱状態に近い環境下に配置されることとなる。そのため、迷光絞り４１〜４６にＥＵＶ光束Ｅの一部が照射されると温度上昇をきたし易く、熱変形が起こることも想定されるが、この温度調整機構Ｈで冷却することで、迷光絞り４１〜４６の温度上昇が抑制できる。

次に、各迷光絞りの具体例について説明する。
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ本発明に係る迷光絞りの例を示す図である。
図２（Ａ）に示す迷光絞り５１は、方形の板体の中央に孔５１ａが形成されたものである。この迷光絞り５１においては、中央の孔５１ａを有効光束Ｅが通過し、孔５１ａの周囲で迷光Ｅ′が遮断される。この迷光絞り５１は、最も標準的な形態であって、図１中の迷光絞り４１や４４等に適用できる。

図２（Ｂ）に示す迷光絞り５３は、円錐台面５３ａを有する筒状体からなるものである。このような迷光絞り５３は、円錐の断面直径が有効光束Ｅの下流側に向けて大きくなるように（つまり、大開口５３ｂ側が有効光束Ｅの下流側、小開口５３ｃが有効光束Ｅの上流側を向くように）配置する。すると、有効光束Ｅの上流側からは、迷光絞り５３の円錐台面５３ａの面積が徐々に広くなる形態となるので、迷光Ｅ′を遮断・吸収する面積が広くなるとともに、迷光Ｅ′の反射光の一部を光路外へ排除することも可能となる。このような迷光絞り５３は、隣り合う光路間が狭いような場所（例えば図１中の迷光絞り４２が配置される場所）であっても設置し易いという利点もある。

図２（Ｃ）に示す迷光絞り５５は、前述した図２（Ａ）の迷光絞り５１が有効光束Ｅの向きに沿って複数段（この例では３段）に配列されているものである。この段数は、光学系中の配置スペースや迷光Ｅ′の遮断効率等によって、適宜選択することができる。

図３（Ａ）はミラー端面近傍に迷光絞りを設けていない従来の場合の迷光の挙動を説明する模式図であり、図３（Ｂ）はミラー端面近傍に迷光絞りを設けた本発明に係る場合の迷光の挙動を説明する模式図である。
図３（Ａ）に示すように、光学系中のミラーＭの端面Ｍ′が有効光束Ｅの進行方向と概ね平行となるように配置されている場合は、有効光束Ｅの一部がミラー端面Ｍ′に斜入射して反射することにより、迷光Ｅ′が発生する場合がある。そこで、図３（Ｂ）に示すように、有効光束Ｅと、これに隣接して配置されたミラーＭの端面Ｍ′との間に、迷光絞り５７を配置する。すると、迷光Ｅ′の入射角を大きく（斜入射角を大きく）設定して反射率を下げる効果と、迷光Ｅ′の反射光の向きと有効光束Ｅの向きとを乖離させる効果が生じるので、迷光Ｅ′の悪影響を低減できる。前述した図１の迷光絞り４６は、この図３（Ｂ）の迷光絞り５７が採用されている。

図４（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ本発明に係る迷光絞りの他の例を示す図である。
図４には、図１中の迷光絞り４２の具体例が示されている。図４（Ａ）の半円筒面板状の迷光絞り６１、６２は、開口絞り２０の上下それぞれに、開口絞り２０中心に点対称的に一体形成されているものである。各迷光絞り６１、６２の背面には、ペルチエ素子等の温度調整機構Ｈが設けられている。一方、図４（Ｂ）の半円筒面板状の迷光絞り６１、６２は、開口絞り２０の上下それぞれに、開口絞り２０中心に点対称的に近接配置されており、且つ、各迷光絞り６１、６２の端部に半リング状の端板６１ａ、６２ａが設けられているものである。

図４（Ａ）の迷光絞りは、迷光Ｅ′を遮断することはできるが、迷光Ｅ″のような挙動を示すものは遮断できない可能性がある。これに対し、図４（Ｂ）の迷光絞りは、このような迷光Ｅ″も端板６１ａ、６２ａで遮断することができる。そのため、実際には図４（Ａ）よりも図４（Ｂ）の方が好ましく、図１中の迷光絞り４２としてもこれを用いるのが好ましい。

図５は、本発明に係る露光装置のウェハステージ近傍の構成を示す模式図である。
図５には、図１中の迷光絞り４５の具体例が示されている。この図５においては、図６を用いて前述したウェハステージ１１、ウェハオートフォーカス送光系１２、ウェハオートフォーカス受光系１３、アライメント用のオフアクシス顕微鏡１５が示されている。ウェハステージ１１上には、ウェハＷ（１０）が載置されている。

第５ミラーＭ５とウェハＷ間に配置された迷光絞り４５には、光学センサの光路を確保する開口が開けられているものとすることができる。オートフォーカス送光系１２、オートフォーカス受光系１３、オフアクシス顕微鏡１５の各光路を確保するための孔４５ａ、４５ｂ、４５ｃが開けられている。これらの孔４５ａ、４５ｂ、４５ｃを設けることで、オートフォーカス送光系１２、オートフォーカス受光系１３、オフアクシス顕微鏡１５の性能を損なうことなく、ＥＵＶ光束Ｅからの迷光を遮断することができる。

このように、本実施例に係る迷光絞りを用いたところ、所見によれば、ウェハに到達する迷光の強度を従来と比較して１／５０以下に低減させることができた。その結果、露光への迷光の悪影響が低減され、露光パターンのコントラストが向上できる。

本発明の一実施例に係るＥＵＶ露光装置の投影光学系を模式的に示す図である。本発明に係る迷光絞りの例を示す図である。図３（Ａ）はミラー端面近傍に迷光絞りを設けていない従来の場合の迷光の挙動を説明する模式図であり、図３（Ｂ）はミラー端面近傍に迷光絞りを設けた本発明に係る場合の迷光の挙動を説明する模式図である。本発明に係る迷光絞りの他の例を示す図である。本発明に係る露光装置のウェハステージ近傍の構成を示す模式図である。ＥＵＶ露光装置の一例を示す概略構成図である。図６のＥＵＶ露光装置の投影光学系のミラー配置を示す図である。

符号の説明

Ｍ１〜Ｍ６ミラーＩＬ照明系
２（Ｒ）レチクル３レチクルステージ
４レチクルフォーカス送光系５レチクルフォーカス受光系
１４光学鏡筒
１０（Ｗ）ウェハ１１ウェハステージ
１２ウェハオートフォーカス送光系１３ウェハオートフォーカス受光系
１５オフアクシス顕微鏡
２０開口絞り２０ａ開口
４１〜４６、５１、５３、５７、６１、６２迷光絞り
４３ａ、４３ｂ、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、５１ａ孔
５３ａ円錐台面５３ｂ大開口
５３ｃ小開口６１ａ、６２ａ端板

Claims

物体面のパターンを像面に形成する極端紫外線光学系であって、
極端紫外線の光束を反射する複数の多層膜反射鏡と、
前記光束の進行方向の下流側に向けて大きくなる円錐筒状の迷光絞りとを備えることを特徴とする極端紫外線光学系。
物体面のパターンを像面に形成する極端紫外線光学系であって、
極端紫外線の光束を反射する複数の多層膜反射鏡と、
前記複数の多層膜反射鏡のうち２枚の多層膜反射鏡の間で、かつ前記光束の進行方向に沿って配置される複数段の迷光絞りとを備えることを特徴とする極端紫外線光学系。
極端紫外線の光束を感応基板上に照射してパターン形成する露光装置であって、
請求項１又は２に記載の極端紫外線光学系を備えることを特徴とする露光装置。