JP4843272B2 - マイクロリソグラフィ投影露光装置の光学システム - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ構成された構成部品の製造に使用されるなどのマイクロリソグラフィ投影露光装置の光学システム、例えば投影対物レンズまたは照明システムに関する。本発明は、また。そのような光学システムの結像特性を改善するための方法に関する。

大規模集積電子回路や他のマイクロ構成された構成部品の製造に使用されるマイクロリソグラフィ投影露光装置は、投影光ビームを生成するために使用される照明システムを含む。投影光ビームはマスクに向けられる。マスクは、結像されるべき微小な構成を含み、かつ投影対物レンズの対物面に配置される。投影対物レンズは、感光層上にマスクに含まれる構成の小さくされた画像を形成し、感光層は、投影対物レンズの像面に配置され、例えばウエハ上に塗布される。

結像されるべき構成の小さなサイズのために、非常に厳密な要件が、投影対物レンズの結像特性に課され、かつより多く照明システムの結像特性に課される。したがって、これらの光学システムの結像エラーは、適切な処置によって許容可能なレベルに低減されなければならない。

これに関連して、マニピュレータを用いて当該光学システム内部の個々の光学要素の位置を変更することが、以前から知られている。しかしながら、そのような位置変更は、わずかな数の結像エラーを遡及的に訂正できるだけである。さらに、光学素子の形状、すなわちより詳細にはそれらの反射または屈折表面を変更することによって結像エラーを訂正することができる。

例えばレンズに関連して、本出願人に譲渡された米国特許第６３８８８２３Ｂ１号からは、レンズの厚みを有意に変更することなくレンズを曲げることが知られている。この目的で、レンズは、レンズにおける意図された曲げモーメントを生成する複数のアクチュエータによって周辺で係合される。

欧州特許出願第１３７６１９２Ａ２号は、ミラーを専ら使用して構成されたマイクロリソグラフィ投影露光装置の投影対物レンズを開示する。２つのミラーが、それらの反射表面がそれぞれ形状を変更するように変形される。ミラー面を意図的に変形できるアクチュエータの様々な形状が同様に記載される。

しばしば能動または適合光学素子とも呼ばれる、意図的に変形可能な表面を有する光学素子は、時間に応じて変化するこれら結像エラーを訂正するためにも適している。例えば、投影光によって光学素子に生成される熱の結果である、屈折率および／または形状における変化のために結像エラーがある。エネルギーの大きい投影光は、さらに、投影光に露光される光学素子に不可逆な材料変更を導くことがある。光学素子の形状は、それらが投影光に露光されないときに固定される作用やゆるめる作用のために変化することもあることも知られている。

前述の原因または他の原因のせいであると考えられる時間的に変化する結像エラーが、投影露光装置の動作の間に、個々の表面の形状を変更することによって訂正しようとするとき、その訂正処置は、短い露光停止の間に可能な限り多く実施できるように設計されなければならない。装置のより長い停止時間を必要とする訂正処理は、スループットを低減し、装置の経済的な実行可能性を損なう。

したがって、投影対物レンズに関して、露光の間に投影対物レンズの結像特性を解析することが提案された。例えば、本出願人に譲渡された米国特許出願第２００３／０００２０２３Ａ１号から、測定光ビームが投影対物レンズから出た後、実際の投影光ビームの外側に位置するように、測定光ビームを投影対物レンズに結合することが知られている。出た測定光ビームは、波面検出器を用いて解析され、その結果、測定光ビームが通過した投影対物レンズの少なくともその部分の結像特性を判断することができる。これらの測定に基づいて、それ自体、適合レンズまたは適応ミラーの形状の変更を含む訂正処置を決定することができる。同様の方法は、前述した欧州特許出願第１３７６１９２Ａ２号からも知られれいる。

しかしながら、そのように知られている測定方法は、いくつかの特定の結像エラーだけを量的に登録することができる。しかしながら、上述で説明された原因は、知られている方法によって投影動作の間に解析されることができない時間的に変化する結像エラーを引き起こすこともある。
米国特許第６３８８８２３Ｂ１号 欧州特許出願第１３７６１９２Ａ２号 米国特許出願第２００３／０００２０２３Ａ１号 ＰＣＴ欧州特許出願第０３／０４０１５号

したがって、本発明の目的は、改善された訂正可能性を有するマイクロリソグラフィ投影露光装置の光学システムを提供することである。また、本発明の目的は、そのようなシステムの結像特性をさらに改善することができる方法を提供することである。

この目的を達成する光学システムは、投影の間に投影光に露光される表面を有する光学素子を備える。本発明によれば、その表面上の少なくとも１つの点の位置データを決定する測定デバイスが設けられる。位置データが、１つの点より多く決定されるなら、表面の形状を計算することが可能である。より多くの点が、決定に含まれるなら、表面の実際の形状に対して、計算された形状はより良好に対応する。位置データは、例えば基準システムに対するその点の座標を含み、または基準の点に対する距離を含んでもよい。

本発明は、光学素子の光学作用が、高い精度で光学素子の光学的に活性な表面の形状を直接決定することによって、最適に決定できることを見出したことに基づく。表面形状の決定のときに、目標形状からの逸脱が所定量を超えることが、見出されたなら、適切な訂正処置を開始する。これらの訂正処置は、例えば、解析される光学素子、他の理由のために不可能であるあるいは不都合であるなら他の光学素子の位置または形状を変更するために知られている適切なマニピュレータを使用することを含む。

従来から知られている方法によれば、複数の個々の光学素子を通過した測定光ビームで得られた像を処理することによって、所定の制限内で全体の光学システムの結像特性を決定することができる。しかしながら、これらの知られている方法を用いると、特定の結像エラーの原因の場所を特定すること、特に個々の表面の変形を判断することが、しばしば困難であるまたは不可能でもある。これは欠点である。なぜなら、多くの結像エラーは、どの光学活性表面が目標形状からの逸脱を示すかを知ることによってのみ十分に訂正することができるからである。対照的に、本発明による方法は、実質的に任意の光学活性表面の変形を直接決定することを可能にし、かなり改善された訂正可能性を提供する。

表面の測定された形状と比較される目標形状は、例えば光学素子が最小の結像エラーを生じるように決定することができる。これは一般に光学システムの設計の基になった形状である。

それの代わり、他の光学素子によって引き起こされ、かつ露光装置の動作まで発生しない可能性がある結像エラーを、光学素子が少なくとも部分的に訂正するように、目標形状を決定することもできる。例えば、光学素子が、システムのひとみ面に配置され、またはシステムのひとみ面に近接して配置される、カタディオプトリック投影対物レンズにおける凹状ミラーであるなら、多くの時間的に変化する結像エラーは、凹状ミラーの表面形状を選択的に変更することによって、投影対物レンズにおける中心点で実質的に訂正されることができる。

解析される表面形状をマニピュレータを用いて変えることができる。この場合、目標形状からの測定された形状の逸脱が、事前に決定可能な閾値より下にあるようにマニピュレータを駆動させる。このために、測定デバイスは、表面形状に影響を与え、かつ表面の目標形状を案内量として送る、少なくとも１つのマニピュレータのための制御デバイスに接続される。制御プロセスの範囲において、このようにして、表面の実際の測定された形状をより目標形状に近くすることができる。

この構成において、本発明は、当該光学素子に対する直接のマニピュレータの作用を監視することができる。これは、この目的で使用されるマニピュレータが、マニピュレータがどの位置に到達したか、かつどの形状を表面が有するべきかを判断することが可能である制御メッセージを生成するので有利である。しかしながら、制御メッセージだけから十分に正確な表面の実際の形状を判断することは不可能である。例えば、これらの不正確の原因は、マニピュレータに割り当てられる測定デバイスのドリフト作用である。

一般に、光学システムに含まれる光学素子は、活性な投影光または類似する原因のために、結像エラーを引き起こす可能性はかなり少ない。投影光が、かなり大きい領域にわたって均一に通過するように光学システムに配置された薄い平坦な平行プレートは、例えば、投影光が非常に小さいビーム径で通過する強く湾曲されたレンズを有する場合より、一般に時間的に変化する結像エラーは小さい。したがって、例えば一般的な投影対物レンズなどのより複雑な光学システムにおいて、わずかな光学素子または単一の光学素子にだけ、１つ以上の光学活性表面への本発明の直接測定を実行することで十分である。

さらに、測定技術に関して正確に光学活性表面の全体を記録することは、一般に不必要である。受動的または能動的な形状変化によって引き起こされた結像挙動における変化に関する情報を得るためには、表面上のわずかな数の点、または表面上の単一の点だけの位置データを得ることで十分であることが多い。したがって、本記載が、直接に表面形状を測定することに言及するとき、これは、結果として光学軸に垂直な面に対する表面の高さが、１つ以上の個別の点だけで決定される状況も含む。したがって、用語の直接測定は、表面形状が、全体的な光学作用から間接的に単に判断される測定、すなわちシミュレーションを含まない。代わりに、直接測定は、表面の１つ以上の個別点に関する位置データ、例えば光学軸に垂直な面に対する高さを直接的に得ることを意味する。

表面に入射する測定ビームが、表面に入射しない参照ビームと干渉する干渉計測定デバイスは、表面の解析に特に適している。干渉計測定デバイスは、非常に高い測定精度を達成することができ、そのような測定デバイスは、さらに小型の構造を可能にし、それら干渉計測定デバイスを、空間的な制限を有する投影対物レンズに統合することもできる。

干渉計測定デバイスは、一般に、コヒーレント光を生成するための光源と干渉計とを備える。使用される光の波長は、好ましくは、投影光の波長には無関係であり、その結果、光源によって生成される光は、測定のために使用される光のわずかな部分が散乱などによって投影光ビームの経路に入っても、それ自体はウエハ上に塗布される感光層の露光に生じない。原理的に、照明デバイスに含まれるレーザによって生成される投影光の一部を抽出し、表面の干渉計解析にそれを使用することも可能である。これは、当該光学素子が、投影露光装置の照明デバイスに配置されるときに特に適している。

測定光の波長を選択したとき、解析されるべき表面が、測定ビームを反射しなければならないことも留意すべきである。一般にそれらの表面上に反射防止被覆を有する屈折性光学素子に対して、通常、反射防止被覆が作用しない波長が存在する。そのような波長が、測定ビームとして選択されるなら、入射測定ビームの十分に大きな部分が反射されることを確実することができる。

光学素子の表面上の異なる点に測定ビームを向けるために、測定デバイスは、さらに少なくとも１つの傾斜可能な偏向ミラーを含むことができる。偏向ミラーを、１つ以上の空間軸の周りで連続的にまたは断続的に傾斜させることができ、その結果、測定ビームを、解析されるべき表面上の複数の点に向けることができる。

干渉計測定構成の代わりに、正確に表面を解析できる他の光学測定構成を使用することも考慮可能である。例えば、三角測定方法や、例えば光学データ・メモリ読み取り器から知られるような自動焦点原理に基づく方法を使用することが可能である。

本発明の様々な特徴および利点は、添付の図面とともに行われる以下の詳細な記載を参照してより容易に理解されることができる。

図１は、単純化された子午線断面でのマイクロリソグラフィ投影露光装置の、１０によってその全体が示される投影対物レンズを示す。出願人によって提出されたＰＣＴ／ＥＰ０３／０４０１５に記載される投影対物レンズは、マスク１２に含まれる構造の小さな画像を感光層１４上に形成するために使用される。感光層１４は、フォトレジストからなりかつ基板１５上に設けられている。マスク１２は、対物面ＯＰに配置され、かつ感光層１４は、投影対物レンズ１９の像面ＩＰに配置される。

マスク１２を通過した後、投影露光装置の照明システムによって生成され、かつ図示される例示的な実施形態において１５７ｎｍの波長を有する、図１に点線で示される投影光１６は、平坦な平行プレート１８とレンズＬ１を通り、ビーム・スプリッタ・キューブ２０内へ移動する。そこで、投影光１６は、偏光選択的なビーム・スプリッタ層２２で反射され、レンズＬ２、１／４波長板２４、以下により詳細に説明されるミラー・ユニット２６の上の２つのレンズＬ３、Ｌ４を通って送られる。ミラー・ユニット２６は、本質的に球形のミラー面２８を有する適応ミラーを備える。

ミラー面２８で反射した後、投影光は、再びレンズＬ４、Ｌ３、１／４波長板２４、レンズＬ２を通過し、偏光選択的なビーム・スプリッタ層２２に入射する。しかし、今度は投影光１６は、反射せずに透過する。なぜなら、投影光１６の偏光方向は、１／４波長板２４を２回通過することによって９０°回転させられるからである。ビーム・スプリッタ・キューブ２０から、投影光１６は、平坦なミラー３０を介して、レンズ（詳細には参照されない）が、３４によって示される光軸に沿って配置される投影対物レンズ１０の純粋なディオプトリック部分３２内に移動する。

図２にさらなる詳細が示されるミラー・ユニット２６は、複数のマニピュレータ３６を備えている。マニピュレータ３６は、投影光１６に露光されないミラー面２８の後方側に係合させられており、ミラー面２８を、制御された方法で変形させることができる。このために必要な力は、例えば、空力的に、流体的に、または圧電素子を用いて生成させることができる。適切なマニピュレータ３６のさらなる詳細は、上述され、かつその開示全体が参照によって本明細書に組み込まれる欧州特許出願第１３７６１９２Ａ２号に見ることができる。

マニピュレータ３６は、ミラー面２８の目標形状を決定する制御デバイス３７に接続される。本明細書で記載される例示的な実施形態において、目標形状は、投影対物レンズ１０における時間的に変化する結像エラーを、少なくとも部分的に訂正するように設計される。投影対物レンズ１０において発生する結像エラーは、例えば、シミュレーションによって決定できる。これは、エネルギーの多い投影光の作用の下で、個々の光学素子が加熱され、したがってそれらの形状が変更される起り方が一般に知られているからである。このことから、加熱による形状または屈折率における変化によって引き起こされる結像エラーを決定することが可能となる。

これに加えて、それ自体従来技術によって知られているように、測定によって時間的に変化する結像エラーを決定することも可能である。これに関して、その完全な開示が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第６３８８８２３Ｂ１号を参照する。結像エラーを測定する他の可能な方法は、ミラー面２８に関して以下に記載されるように、時間的に変化する結像エラーに有意に寄与するそれらの表面に、少なくとも、測定デバイスを割り当てることである。これらの測定デバイスは、表面形状を直接測定し、その表面形状の直接測定から、結像エラーのサイズだけでなく、それら結像エラーの原因を非常に正確に推測することを可能にする。

いったん時間的に変化する結像エラーが決定されると、それ自体が知られているシミュレーション方法を、ミラー面２８に対して目標形状を決定するために使用することができ、ミラー面２８を用いて、確かめられた結像エラーの少なくともいくつかを、少なくとも部分的に訂正することができる。制御デバイス３７は、次に、ミラー面２８が、前に決定された目標形状を得るようにマニピュレータ３６を駆動する。

マニピュレータ３６は、ミラー面２８を実際に変形させ、確実に、前に決定された目標形状とするために、ミラー面２８が、わずかな数の選択された点で、光学測定デバイス３８を用いて解析される。測定デバイス３８は、干渉計測定デバイスとして設計され、かつ光源としてレーザ４０を含む。レーザ４０は、ビーム・スプリッタ４２に向けられるコヒーレント光ビームを生成する。ビーム・スプリッタ４２を通過する光ビームは、ミラー面２８によって反射されることなく干渉計４５に当たる参照ビーム４４を形成する。

ビーム・スプリッタ４２によって反射される光ビームは、測定ビーム４６を形成し、測定ビーム４６は、可動偏向ミラー４８に入射し、かつミラー面２８の方向に可動偏向ミラー４８によって反射させられる。示された例示的な実施形態において、偏向ミラー４８は、５０によって示される傾斜軸の周りに傾斜でき、かつこの目的のために作動デバイス５２に接続される。傾斜軸５０の周りで偏向ミラー４８を傾斜させることによって、作動デバイス５２は、測定ビーム４６を、ミラー面２８上の異なる点に向けることができる。図２において、破線４６’は、反時計方向に偏向ミラー４８を傾斜させることによってミラー面２８上に向けられる測定ビームを示す。

ミラー面２８によって反射された測定ビーム４６は、同様に傾斜軸５６の周りで傾斜できる第２の偏向ミラー５４に入射する。第２の偏向ミラー５４を傾斜させることができる第２の作動デバイス５８は、第１の作動デバイス５２と同期し、第２の偏向ミラー５４によって反射された測定ビーム４６は、相互に平行である固定偏向ミラー６０に常に入射し、かつ固定偏向ミラー６０から干渉計４５へ向けられる。

したがって、偏向ミラー４８、５４の同期調整によって、広い範囲にわたって紙の面にあるミラー面２８上の全ての点を解析することが可能である。それに平行な面における点を解析することが必要であれば、例えば、測定ビームがそれぞれ向けられる複数の対の傾斜可能な偏向ミラー４８、５４を設けることができる。これの代わりに、偏向ミラー４８、５４が、紙の面と平行な傾斜軸の周りで傾斜することもできるように、偏向ミラー４８、５４を可動な方法で取り付けることができる。ミラー面２８が凹状に湾曲されるので、第１の偏向ミラー４８によって紙の面から出る、または紙の面に入るミラー面２８へ向けられる光は、常に第２の偏向ミラー５４の方向に、偏向ミラーの表面を比較的小さくキープするように、反射する。

干渉計４５において、参照ビーム４４が測定ビーム４６と干渉する。ミラー面２８が、測定ビーム４６がミラー面２８に入射する場所で変形されているなら、異なる光学経路長をもたらし、したがって参照ビーム４４と測定ビーム４６との間の異なる相対位相関係をもたらす。干渉計４５におけるこの位相関係を決定することによって、光学軸に垂直な面に対するミラー面２８の高さを測定することができる。ミラー面２８が、複数の位置で解析されるなら、これは、その支持点が、測定ビーム４４がミラー面２８によって反射されるこれらの点であるミラー面２８の輪郭を提供する。

測定デバイス３８を用いて決定されるように、制御デバイス３７が、ミラー面２８の目標形状とミラー面２８の実際の形状との間に差異があることがわかれば、制御デバイス３７は、実際の形状が目標形状により近くなるようにマニピュレータ３６を調整する。このために、制御デバイス３７は、それ自体従来技術で知られているような制御ユニットを含む。制御ユニットは、ミラー面２８の実際の形状を、十分な精度で目標形状に複製することができる。

ミラー面２８が、投影対物レンズ１０における他の光学素子によって引き起こされる結像エラーを訂正するために使用されることを意図されていないなら、制御デバイス３７によって特定される目標形状は、投影対物レンズ１０の設計の基になった形状である。ミラー面２８の形状は、例えば投影光によって局所的な加熱のために、投影露光装置の動作の間に変化するなら、制御ユニット３７は、ミラー面２８の望ましくない形状変更を戻すように、マニピュレータ３６を駆動する。同様にこの場合において、測定デバイス３８は、マニピュレータ３６が、目標形状からミラー面２８に関して実際に設定される形状の逸脱を検出することもできる。制御デバイス３７は、測定された逸脱が、所定の閾値未満にあるようにマニピュレータ３６を調整する。

ミラー面を解析するための干渉計測定デバイスを有する、きわめて概略的な表現でのマイクロリソグラフィ投影露光装置の投影対物レンズを通る子午線断面を示す図である。 測定デバイスのさらなる詳細を見ることができる図１の拡大図を示す図である。

符号の説明

１０ 投影対物レンズ、１２ マスク、１４ 感光層、１５ 基板、１６ 投影光、１８ 平坦な平行プレート、２０ ビーム・スプリッタ・キューブ、２２ 偏光選択的なビーム・スプリッタ層、２４ １／４波長板、２６ ミラー・ユニット、２８ 球形ミラー面、３０ 平坦なミラー、３２ ディオプトリック部分、３４ 光軸、３６ マニピュレータ、３７ 制御デバイス、３８ 測定デバイス、４０ レーザ、４２ ビーム・スプリッタ、４４ 参照ビーム、４５ 干渉計、４６ 測定ビーム、４８ 偏向ミラー、５０、５６ 傾斜軸、５２ 作動デバイス、５４ 第２の偏向ミラー、５８ 第２の作動デバイス、６０ 固定偏向ミラー、ＩＰ 像面、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ レンズ、ＯＰ 対物面

Claims (16)

1. マイクロリソグラフィ投影露光装置の光学システムであって、
   ａ）投影の間に投影光に露光される表面を有する光学素子と、
   ｂ）前記表面上の少なくとも１つの点の位置データを決定する測定デバイスと、
   ｃ）前記表面の形状を変更するためのマニピュレータと、
   ｄ）前記測定デバイスに接続された、前記マニピュレータを制御するための制御デバイスと、
   を備え、
   前記測定デバイスは、
   測定ビームが前記少なくとも１つの点で反射または屈折されるように、測定ビームを前記少なくとも１つの点に向け、
   前記反射または屈折された測定ビームの逸れを測定することによって、少なくとも１つの点の前記位置データを決定し、
   前記制御デバイスは、案内量として前記表面の予め決定された目標形状を受けるように構成され、前記決定された位置データに応じて、前記表面が前記予め決定された目標形状を得るように前記マニピュレータを駆動する
   光学システム。
2. 前記測定デバイスは、前記表面上の複数の点で位置データを決定するように構成される請求項１に記載の光学システム。
3. 前記測定デバイスは、干渉計測定デバイスであり、前記少なくとも１つの点で反射または屈折された前記測定ビームは、前記表面に入射しない参照ビームと干渉する請求項１に記載の光学システム。
4. 前記測定デバイスは、コヒーレント光を生成するための光源と、干渉計とを備える請求項３に記載の光学システム。
5. 前記測定デバイスは、ビーム・スプリッタを備え、そのビーム・スプリッタは、前記光源によって生成された前記光を、前記参照ビームと前記測定ビームに分割する請求項４に記載の光学システム。
6. 前記測定デバイスは、少なくとも１つの傾斜可能な偏向ミラーを含み、傾斜可能な偏向ミラーは、前記測定ビームを、前記光学素子の前記表面上の異なる点に向けるように構成される請求項３に記載の光学システム。
7. 前記測定デバイスは、三角測定デバイスである請求項１に記載の光学システム。
8. 前記目標形状は、前記光学素子が、最小の結像エラーを引き起こすように決定される請求項１に記載の光学システム。
9. 前記目標形状は、前記光学素子が、他の光学素子によって引き起こされる結像エラーを少なくとも部分的に訂正するように決定される請求項１に記載の光学システム。
10. 前記光学素子は、カタディオプトリック投影対物レンズのひとみ面に配置され、またはひとみ面に近接して配置される凹状ミラーである請求項１に記載の光学システム。
11. マイクロリソグラフィ投影露光装置の、投影の間に投影光に露光される表面を有する光学素子を備える光学システムの結像特性を改善する方法であって、
    ａ）測定デバイスを使用して前記表面上の少なくとも１つの点の位置データを決定するステップと、
    ｂ）予め決定された目標データからの前記位置データの逸脱を決定するステップと、
    ｃ）前記決定された位置データの逸脱に応じて、前記光学システムの結像特性が改善されるように、訂正処置を実施するステップと
    を含み、
    少なくとも１つの点の前記位置データは、
    測定ビームが前記少なくとも１つの点で反射または屈折されるように、測定ビームを前 記少なくとも１つの点に向け、
    前記反射または屈折された測定ビームの逸れを測定することによって決定され、
    前記訂正処置は、マニピュレータによる、光学素子の位置または形状における変更を含む、
    方法。
12. 前記光学素子の形状は、ステップｂ）において決定される前記逸脱が、所定の閾値未満にあるように変更される請求項１１に記載の方法。
13. 前記訂正処置は、前記光学システムに含まれる他の光学素子の位置または形状における変更を含む請求項１１に記載の方法。
14. 前記表面の目標データは、前記光学素子が最小の結像エラーを引き起こすように決定される請求項１１に記載の方法。
15. 前記表面の目標データは、前記光学素子が、前記光学システムに含まれる他の光学素子によって引き起こされる結像エラーを少なくとも部分的に訂正するように決定される請求項１１に記載の方法。
16. 前記表面の前記位置データは、干渉計測定デバイスによって決定され、前記少なくとも１つの点で反射または屈折される前記測定ビームは、前記表面に入射しない参照ビームと干渉する請求項１１に記載の方法。

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