JP2001507873A - リソグラフィ投影用の３ミラー光学系及びこのミラー光学系を具える投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 第１の凹面鏡（１）、凸面鏡（２）及び第２の凹面鏡（３）を順次具え、ＥＵＶ放射によりマスクパターンを基板上側に投影する投影装置について説明する。この投影装置は、Ｌをこの投影装置の全長とした場合に（１／２）Ｌにほぼ等しい焦点距離ｆを有し、物体面（Ｖ）から出射する物体ビーム（ｂ）の主光線が光軸（ＯＯ’）に向けて傾斜しているので、凸面鏡が適切な寸法を有し凹面鏡（ｌ，３）の軸方向位置がほぼ等しく、この結果これらのミラーを共通の支持部材上に配置することができる小型な投影装置が実現される。

Description

【発明の詳細な説明】 リソグラフィ投影用の３ミラー光学系及び このミラー光学系を具える投影装置 本発明は、ＥＵＶ放射源を具え、マスクに存在するマスクパターンをＥＵＶ放 射に対して感度を有する層が形成されている基板に結像するステップ−スキャン リソグラフィ投影装置用の投影装置であって、１／４の倍率及び０．１の開口数 を有し、マスク側から基板側に向けて順次第１の凹面鏡、凸面鏡及び第２の凹面 鏡を具える投影装置に関するものである。 本発明は、このような投影装置を具えるステップ−スキャンリソグラフィ投影 装置にも関するものである。 この形式の投影装置は、米国特許第５２２０５９０号の係属出願である米国特 許第５３５３３２２号から既知である。両方の特許は、極紫外放射（以下、ＥＵ Ｖ放射と称する）を用いてマスクパターンを基板上に結像するリソグラフィ投影 装置に用いるための３個の湾曲ミラーを有する投影装置に関する。このＥＵＶ放 射は軟Ｘ線放射とも呼ばれており、２ｎｍと２０ｎｍとの間の範囲の波長を有し ており、０．１μｍ又はそれ以下の極めて微細な細部を満足し得るように結像で きる大きな利点を有する。換言すれば、ＥＵＶ放射が用いられる結像装置は、装 置の開口数（ＮＡ）を極めて大きくすることなく、極めて高い解像度を有するの で、投影装置の焦点深度は依然として理論的に大きな値を有する。 米国特許第５２２０２９０号に記載されている３ミラー装置は、以下の条件に 適合するように設計されている。 ・ このミラー装置は、１０〜１１２mmの十分に長い自由作動距離を有する必要 があり、基板ホルダ及びマスクホルダを移動させるための十分な空間が存在する 。 ・ 目的は、いわゆるペッツヴァルの和を零に等しくする必要のあることである 。 ・ 開口数は少なくとも０．０５にする必要がある。 取り得る実施例を特徴付ける米国特許第５２２０２９０号で用いられるパラメー タは、第１の凹面鏡、凸面鏡及び第２の凹面鏡の倍率ｍ₁，ｍ₂及びｍ₃であり、 これらの実施例は倍率ｍ₂がＸ軸上にプロットされ比ｍ₁／ｍ₃がＹ軸上にプロッ トされているＸＹ座標系の点により示されている。全ての実施例は、全視野照明 用に意図され、すなわちマスクパターンの全ての領域が同時に照明されこれらの 領域が基板のＩＣ領域上に同時に結像されている。このような照明はステッパと して既知のリソグラフィ投影装置に用いられている。この装置において、基板の 第１のＩＣ領域が照明された後、基板ホルダが移動して次のＩＣ領域がマスクパ ターン及び投影装置に対して位置決めされ、その後この領域が照明され、基板の 全てのＩＣ領域がマスクパターンで照明されるまでこの動作が続けられる。 素子の寸法を小さくするだけでなくＩＣの表面積を増大することにより大多数 の素子を有するＩＣについての要求に適合させることが試みられている。これは 、投影装置の結像視野を増大させる必要があることを意味する。例えば２４８ｎ ｍの波長のいわゆるディープＵＶ放射及び例えば０．５の大きなＮＡを有する投 影レンズ系が用いられるリソグラフィ装置において、ＮＡ及び結像視野が同時に 増大することによる実際的に解消できない問題は、ステッピング装置をステップ −スキャン装置に変更することにより回避されている。このような装置において 、マスクパターン及び基板上のＩＣ領域の矩形又は円形セグメントが毎回照明さ れ、投影装置の倍率を考慮してマスクパターン及び基板が照明ビームのもとで同 期して移動させる。この場合、マスクパターンの種々の円形セグメントが関連す るＩＣ領域の対応するセグメント上に毎回結像される。このようにしてマスクパ ターン全体が結像された後、基板ホルダがステップ移動を実行し、すなわち次の ＩＣ領域の開始部分が投影ビーム中に導入されると共にマスクが初期位置に設定 され、その後、次のＩＣ領域がマスクパターンを介してスキャン照明される。こ のスキャン結像法を利用することにより、投影放射としてＥＵＶ放射を用いるリ ソグラフィ投影装置において大きな利点が達成される。 米国特許第５２２０５９０号に記載されている全ての投影装置は、ステップ装 置として構成されており、ステップ−スキャン装置の実施例は全く記載されてい ない。一方、このような実施例は米国特許第５３５３３２２号に記載されており 、すなわち「レンズ系８０」とてその図６に図示されている。この３個の非球面 を有する３−ミラー光学系は０．１の十分に大きなＮＡ及び両端ミラー間の十分 に 小さな距離を有し、マスク及び基板が投影装置の同一の側に位置する利点を有し ている。円形セグメント照明が用いられているので、投影装置内に物理的な絞り を配置することができる。しかしながら、米国特許第５３５３３２２号において は、第１の凹面鏡に入射する物体ビーム主光線は投影装置の光軸に対して７°の 角度範囲で発散する必要があり、この投影装置はこの投影装置の全焦点距離の逆 数である比較的大きなパワーを有しなければならない。この焦点距離は−６２０ mmに等しく、この焦点距離は−（１／２）Ｌにほぼ等しい。ここで、Ｌは投影装 置の長さである。発散性入射方向に起因して、第１の凹面鏡は極めて大きな直径 を有する必要があり、このミラーは極めて大きな非球面性を有する必要がある。 表面の非球面性は、非球面に最良に整合する球面に対する最も大きな偏移を意味 するものと理解されている。米国特許第５３５３３２２号に記載されている光学 系８０において、非球面度を表面全体について測定した場合、第１の凹面球、凸 面球及び第２の凹面球はそれぞれ４２０μm、５５μm及び１２μmの非球面性を 有している。第１のミラーが大きいことに起因して、その非球面性が大きな場合 米国特許第５３５３３２２号に基づいて投影走査を行なう３ミラー光学系はその 製造が困難である。 本発明の目的は、比較的簡単な方法で製造することができる冒頭部で述べた型 式の３ミラー投影装置を提供することにある。 この投影装置は、Ｌを当該投影装置の全長とした場合に、少なくとも（１／２ ）Ｌの焦点距離を有し、前記第１の凹面鏡に入射する物体ビームの主光線が、当 該投影装置の光軸に向けて傾斜していることを特徴とする。 本発明は、米国特許第５３５３３２２号に記載されている実施例８０のように 、大きな正の焦点距離を選択することにより、つまり投影装置全体のパワーを一 層小さくすることにより第１の凹面鏡に入射するビームの主光線が当該投影装置 の光軸に向けて僅かに傾斜し光軸から大きく離間しないと言う認識に基づいてい る。従って、第１の凹面鏡は相当小さな直径及び非球面性を有することができ、 依然として物理的な絞りを装置内に配置することができる。 本発明によるミラー光学系の実施例が米国特許第５３５３３２２号に関連して 説明される場合、当該米国特許の第３図のこれらの実施例により表される点はｍ 軸の下側でｍ軸に相当接近すると共に米国特許第５３５３３２２号において好適 な設計の領域５０の右側にも相当接近する。 米国特許第５１５３８９８号はリソグラフィ投影装置に用いられる３ミラー光 学系について記述している。しかしながら、これらのミラー光学系は０．０５又 はそれ以下の極めて小さなＮＡを有し、これら光学系の全ては全視野照明用に構 成されており、すなわち走査装置で用いられるように構成されていない。この米 国特許第５１５３８９８号について一般的に言えることは、そのミラー光学系は 走査装置用に好適にされることができるが、この用途に好適なミラー光学系の設 計は行われていないことも真実である。この光学系の最も遠く離れて位置する素 子間の軸方向距離は、例えばマスクと第１の凹面鏡との間の軸方向距離は１ない し数ｍ以上の極めて大きな距離である。さらに、実際に、基板ホルダが所望の移 動を行うためには、第４の偏向ミラーが常時必要である。米国特許第５３５３３ ２２号は米国特許第５１５３８９８号の投影装置につい記述しており、その投影 装置は第３図のＰＡ₁〜ＰＡ₄により図示されている。これらの点は、本発明によ るミラー光学系の実施例に関連する点とは完全に異なる領域として位置している 。 このミラー光学系は、好ましくは第１及び第２の凹面鏡がほぼ等しい軸方向位 置に位置することを特徴とする。 公差及び組立性の観点より、この構成は極めて有益である。この理由は、例え ばこれらのミラーを相互に安定して１個の支持部材に装着することができるから である。 このミラー光学系の第１の実施例は、投影装置の物体面とこの投影装置の中心 との間の軸方向距離が、前記凸面鏡とこの投影装置の中心との間の軸方向距離よ りも長いことを特徴とする。 この実施例において、物体面に位置するマスクは、結像ビームが交差すること なく、それ自身の面内で大きな距離にわたって凸面鏡の下側で移動することがで きる。さらに、この投影装置は比較的短い全長を有する。 このミラー光学系の第２の実施例は、物体面において、物体ビームの主光線が この物体面から出射する点と前記凸面鏡との間の距離を、この距離の方向におけ るマスクの寸法に少なくとも等しくしたことを特徴とする。 この投影装置において、マスクパターン全体を投影するために必要なマスクの 移動は結像ビームが交差することなく行うことができる。 本発明は、ＥＵＶ放射源と、マスクを収納するマスクホルダと、基板を収納す る基板ホルダと、マスクに存在するマスクパターンを基板に結像する３ミラー投 影装置とを具えるステップ−スキャンリソグラフィ投影装置にも関するものであ る。この装置は、投影装置を前述したように構成し、ＥＵＶ放射源から放出され 前記マスクに入射するビームが投影装置の光軸に向けて傾斜していることを特徴 とする。 この装置の第１の実施例は、基板ホルダの上側面と凸面鏡との間の距離が、マ スクテーブルとホルダの軸方向の寸法に少なくとも等しいことを特徴とする。 この実施例において、マスクテーブルは基板と凸面鏡との間に配置することが できるので、小型構造の装置が可能になる。 この装置の第２の実施例は、マスク面において、凸面鏡とＥＵＶ放射源から放 出されたビームの主光線がマスクに入射する点との間の距離が、この距離の方向 におけるマスクの寸法に少なくとも等しいことを特徴とする。 この場合、マスクの必要な移動について十分な空間が存在すると共に、ミラー 光学系と基板表面との間種々の測定を行うためのセンサを設けるための空間も存 在する。 本発明のこれらの及び他の概念は後述する実施例に基づいて明らかにする。 図面として、 図１はミラー投影光学系の第１の実施例を示し、 図２はこの光学系の第２の実施例を示し、 図３はこのようなミラー光学系を具えるリソグラフィ投影装置を線図的に示す 。 図面中対応する素子は同一符号を有する。 図１において、第１の凹面鏡に符号１を付し、凸面鏡に符号２を付し、第２の 凹面鏡に符号３を付する。このミラー光学系の物体面は符号４を付す。この光学 系を用いる場合、マスク１０はこの物体面に配置する。この光学系の光軸はＯＯ ’で示す。 光源（図示せず）から放出された照明ビームｂ₁円形形状の断面を有し、この 照明ビームは高々数度の微小角で物体面に入射し、この物体面においてこのビー ムの主光線ｈは光軸に対して傾斜する。物体面に配置された反射性マスクは、こ のビームを物体ビームｂ₂として第１の凹面鏡１に向けて反射する。この凹面鏡 は、このビームをほぼ平行ビームｂ₃として凸面鏡２に向けて反射し、この凸面 鏡は入射したビームを発散性ビームｂ₄として第２の凹面鏡３に向けて反射する 。最終的に、この凹面鏡３は入射ビームを物体ビームｂ₅として像面５に集束し 、この像面に放射感知層８が形成されている基板７を配置する。 この光学系は、例えばビームｂ₄及びビームｂ₅が互いに接近して存在しても絞 り６用の空間が存在し、この絞りが存在する位置でこのビームの主光線が光軸Ｏ Ｏ’と交差するように設計する。知られているように、この絞りは、散乱した放 射又は不所望な反射により生じた放射が物体ビームｂ中に存在して面５に形成さ れる像のコントラストが低下するのを防止する。全てのミラー面は非球面とし、 この光学系が収差に対して良好に補正されほとんど歪みがないようにする。 照明ビームｂの選択した方向は、この光学系を通過する結像ビームが進行する 光路を支配し光学系パワーすなわちこの光学系の全焦点距離の逆数を決定し、こ の照明ビームｂの選択した方向により第１の凹面鏡の寸法は制限された範囲内に することができる。これにより、第１の凹面鏡が有すべき非球面性は制限するこ とができる。さらに、２個の凹面鏡１及び３はほぼ同一の軸方向位置すなわち光 軸ＯＯ’上側に投影される位置に配置することができる。これは、交差及び組立 に対する観点より極めて有益である。これらの凹面鏡は、例えば共通の支持部材 上に配置できるので、互いに満足するように固定することができる。 反射性マスクの代わりに、透過性マスクを用いることもできる。この場合、放 射源は物体面４に対して右側に配置する。一方、ＥＵＶ放射用の反射性マスクは 、このような放射用の透過性マスクよりも製造が一層容易である。 以下の表は図１に示すミラー光学系の実施例の対応するパラメータの値を示す 。これらのパラメータは軸方向の距離である。 ｄ₁は物体面と凹面鏡１との間の距離、 ｄ₂は凹面鏡1と凸面鏡２との間の距離、 ｄ₃は凸面鏡２と瞳（絞り）６との間の距離、 ｄ₄は瞳６と凹面鏡３との間の距離、 ｄ₅は凹面鏡３と像面５との間の距離、 曲率半径は以下の通りである。 Ｒ₁は凹面鏡１の曲率半径、 Ｒ₂は凸面鏡２の曲率半径、 Ｒ₃は凹面鏡３の曲率半径、 既知の級数展開の偶数項ａ₂，ａ₄，ａ₆及びａ₈は、 非球面の変数を示す。 表 １ ｄ₁＝453,2790mm ｄ₂＝−424,3820 ｄ₃＝156,5990 ｄ₄＝266,5590 ｄ₅＝478,1880 Ｒ₁＝−1184,7507mm Ｒ₂＝−372,4513 Ｒ₃＝−530,4907 ミラー１ ミラー２ ミラー３ ａ₂ −.42202969E-03 −.13424574E-02 −.94252350E-03 ａ₄ −.20053463E-09 −.12578088E-07 −.91742757E-09 ａ₆ −.85971819E-15 −.23872388E-12 −.19615310E-14 ａ₈ .38008997E-20 .71963433E-18 −.14106697 E-20 この光学系は、−０．２５の倍率、０．１０の開口数を有し、像面５の領域に おける像の円形セグメントは４６．１ｍｍの内側半径及び４６．９ｍｍの外側半 径を有するので、この面は０．８ｍｍの幅を有する円形形状のスポットで走査さ れる。このスポットの長さ又はコード（ｃｏｒｄ）は２０〜２５ｍｍである。ミ ラーの全面にわたって測定した非球面性（asphricity）Ｅ_asfは、ミラー１、２ 及び３についてそれぞれ８５μｍ、３５μｍ及び４μｍである。この光学系の光 軸に沿って測定した図１の全長１₁は約７７０ｍｍであり、図１における光軸と 直交する方向における物点と像点との間の距離１₂は約３５０ｍｍである。この 光学系は１３ｎｍの波長を有する放射により像形成するように構成され、この目 的のためこれらのミラーにはこの波長の放射をできるだけ満足できるように反射 する多層構造を既知の方法により形成する。 図２は本発明による投影光学系の第２の設計を示す。この設計は、凸レンズ２ と像面５との間の距離すなわち自由作動距離が増大していること、及び照明ビー ムｂ₁が物体面４に入射する際の光軸ＯＯ’に対する角度が僅かにより小さい点 において図１と相違している。さらに、この光学系は高々５０ｍｍの全長１₁す なわち図１の光学系の全長よりも相当短い全長を有する。寸法１₂は約４０ｍｍ 、すなわち図１の光学系の寸法よりも僅かに短い寸法である。倍率は同様に−０ ．２５であり、開口数ＮＡは０．１０である。像面に投影される像スポットの内 側半径は７９．１ｍｍであり、外側半径は７９．９ｍｍである。表２はこの光学 系のパラメータの値を示す。 表 ２ ｄ₁＝629,9190mm ｄ₂＝−635,6190 ｄ₃＝240,5290 ｄ₄＝395,7900 ｄ₅＝−719,2090 Ｒ₁＝−1804,2089mm Ｒ₂＝−564,2749 Ｒ₃＝−796,2392 ミラー１ ミラー２ ミラー３ ａ₂ −.27712977E-03 −.88609295E-03 −.62795200E-03 ａ₄ −.61709013E-10 −.37504486E-08 −.27074701E-09 ａ₆ −.99667521E-16 −.31135440E-13 −.25769289E-15 ａ₈ .98808702E-22 −.11453204E-18 −.93847287E-22 ミラーの全面にわたって測定した非球面性は、ミラー１、２及び３についてそ れぞれ５５μｍ、２３μｍ及び２．５μｍである。 図３は本発明によるミラー光学系を具え、マスク１１に存在するマスクパター ンをＥＵＶ放射に対して感度を有する層１６が形成されている基板１５上に結像 するステップ−スキャンリソグラフィ装置の実施例を線図的に示す。この装置は 、ＥＵＶ放射源を収納する線図的に示した照明ユニット２０、及び円形断面形状 を有するＥＵＶ照明ビームを形成する光学系を具える。例えば反射性マスクのよ うな結像されるべきマスクをマスクテーブル２５の一部であるマスクホルダ上に 配置し、このマスクホルダによるマスクを走査方向３０に沿って及びこの走査方 向と直交する方向に移動させ、マスクパターンの全ての領域を照明ビームｂ₁に より形成される照明スポットの下側に位置決めすることができる。基板１５は、 基板ステージ２９により支持される基板ホルダ２７上側に配置する。このステー ジ ２９は基板を走査方向（Ｘ方向）及びこのＸ方向と直交するＹ方向にも移動させ ることができる。 さらに、基板はＺ方向（光軸ＯＯ’の方向）にも移動することができ、Ｚ軸周 りで回動することもできる。巧妙な装置では、基板はＸ軸及びＹ軸のまわりで傾 斜することもできる。ステップ−スキャン装置の詳細な構成については、国際特 許出願第ＷＯ９７／３３２０４号を参照されたい。 物体面及び像面投影光学系に対して同一の側に位置するので、マスク及び基板 はそれぞれ水平面内で位置決めすることができるので、重力の作用のもとでマス ク及び基板の両方がそれらの支持部材上に平坦に維持され、これはＥＵＶリソグ ラフィ投影装置において極めて重要なことである。 図３に示すように、ミラー２及び３はほぼ同一の高さに位置する。これにより 、２個のミラー面を互いに接近して共通の支持部材に一緒に装着することができ 、これらのミラー面は互いに良好に固定される。さらに、実際に投影装置がフレ ームに対して強固に装着される領域において、ミラー２に対するミラー１及び３ の不所望な回転は投影装置の動作に対して無視できる程度の作用しか及ぼすこと はない。 図３の装置は、図２に基づく投影装置を具え、物体面はミラー２から比較的長 い距離離れて位置する。これにより、ミラー２の下側のマスクテーブルを物体ビ ームｂ₅光路に接近させることができる。この場合、投影装置に対するマスクの 必要な移動のための一層大きな空間を形成する必要がないので、この装置は小型 の形態のものとして構成することができる。 レンズ系が投影レンズ系として用いられるステッピング装置及びステップ−ス キャン装置の現在の実施例においては、例えば米国特許第５１９１２００号に記 載されている高さ及びレベルセンサ及び／又は例えば米国特許第５１４４３６３ 号に記載されているイメージセンサのような光センサが基板と投影レベル系の最 終レンズとの間の空間に配置されている。ＥＵＶ投影装置において、このような センサ又は他のセンサを基板とミラー２との間に配置しようとする場合、マスク テーブルをミラー２の下側に配置することができない。しかしながら、このよう な場合図１の投影レンズ系をを用いることができる。この投影レンズ系は、ミラ ー２の一端と物体領域Ｖとの間の距離ｅが十分長く例えば２００ｍｍに設計され ており、従ってマスクをスキャン移動させることができる。原理的に、図１に示 す投影レンズ系を具えるステップ−スキャン装置は図３に示す構造と同一の構造 を有している。これらの差異は、投影レンズ系自身及びマスクテーブルの水平位 置だけである。 このＥＵＶリソグラフィ投影装置は、ＩＣの製造だけでなく、例えば液晶表示 パネル、集積化された光学装置又は全体的光学装置、磁気ヘッド、磁気ドメイン メモリ用のガイドパターン及び方向パターンの製造に用いることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ＥＵＶ放射源を具え、マスクに存在するマスクパターンをＥＵＶ放射に対し て感度を有する層が形成されている基板に結像するステップ−スキャンリソグ ラフィ投影装置用の投影装置であって、１／４の倍率及び０．１の開口数を有 し、マスク側から基板側に向けて順次第１の凹面鏡、凸面鏡及び第２の凹面鏡 を具える投影装置において、Ｌを当該投影装置の全長とした場合に、少なくと も（１／２）Ｌの焦点距離を有し、前記第１の凹面鏡に入射する物体ビームの 主光線が、当該投影装置の光軸に向けて傾斜していることを特徴とする投影装 置。 ２．前記第１及び第２の凹面鏡がほぼ等しい軸方向位置に位置することを特徴と する請求項１に記載の投影装置。 ３．この投影装置の物体面とこの投影装置の中心との間の軸方向距離が、前記凸 面鏡とこの投影装置の中心との間の軸方向距離よりも長いことを特徴とする請 求項１又は２に記載の投影装置。 ４．前記物体面において、物体ビームの主光線がこの物体面から出射する点と前 記凸面鏡との間の距離を、この距離の方向におけるマスクの寸法に少なくとも 等しくしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の投影装置。 ５．ＥＵＶ放射源と、マスクを収納するマスクホルダと、基板を収納する基板ホ ルダと、マスクに存在するマスクパターンを基板に結像する３ミラー投影装置 とを具えるステップ−スキャンリソグラフィ投影装置において、前記投影装置 を請求項１から４までのいずれか１項に記載の投影装置とし、前記ＥＵＶ放射 源から放出され前記マスクに入射するビームが投影装置の光軸に向けて傾斜し ていることを特徴とするステップ−スキャンリソグラフィ投影装置。 ６．請求項５に記載の装置において、基板ホルダの上側面と凸面鏡との間の距離 が、マスクテーブルとホルダの軸方向の寸法に少なくとも等しいことを特徴と する装置。 ７．請求項５に記載の装置において、マスク面において、前記凸面鏡と前記ＥＵ Ｖ放射源から放出されたビームの主光線がマスクに入射する点との間の距離が 、この距離の方向におけるマスクの寸法に少なくとも等しいことを特徴とする 装置。