JP2004510340A - 特にマイクロリソグラフィ用の照明光学系 - Google Patents
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Abstract
1次光源8201と、第1の光学コンポーネントと、第2の光学コンポーネント8221と、像面8229と、射出瞳8233とを設けて照明光学系を構成する。ここで、第2の光学コンポーネント8221は、正の光学的パワーを有する第3のフィールド反射鏡8225を少なくとも備えている第1の光学系と、正の光学的パワーを有する第2のフィールド反射鏡8223を少なくとも備えている第2の光学系とを備え、第1の光学系は、この第1の光学系と上記第2の光学系との間の平面内に複数の2次光源を結像させて複数の3次光源を形成するとともに、第2の光学系は、これらの複数の3次光源を射出瞳内に結像させるように構成されている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、193nm以下の波長で用いられる照明光学系ならびに斯かる照明光学系を備えた投影露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子部品の線幅をさらに低減、特にサブミクロン領域まで低減できるようにするには、マイクロリソグラフィに用いられる光の波長を低減することが必要である。例えば、193nmよりも短い波長では、非常に深い紫外線(very deep UV radiation)を用いたリソグラフィ、いわゆる真空紫外(VUV)(Very deep UV)リソグラフィ、あるいは、軟X線(soft x−ray radiation)を用いたリソグラフィ、いわゆる極短紫外(EUV)(extreme UV)リソグラフィが考えられる。
【0003】
米国特許第5,339,346号明細書から、極短紫外線(EUV radiation)を用いるリソグラフィ装置のための照明光学系が公知となっている。レチクル面内を一様に照明して瞳を満たすために、米国特許第5,339,346号明細書は、対称に配置された少なくとも4対の反射切り子面を有して集光レンズとして構成された集光器を提案している。光源としてプラズマ光源が用いられている。
【0004】
米国特許第5,737,137号明細書には、コンデンサ反射鏡を備えたプラズマ光源を用いる照明光学系が開示されている。この明細書では、照明対象のマスクないしレチクルは、球面反射鏡を用いることによって照明される。
【0005】
米国特許第5,361,292号明細書は、プラズマ光源が設けられた照明光学系を開示しており、点状のプラズマ光源は、中心からずらされて偏心配置された5個の非球面反射鏡を有するコンデンサによって、輪帯照明される表面に結像される。
【0006】
米国特許第5,581,605号明細書より、複数の凹面ラスタ素子を有するプレートによって光子ビームが複数の2次光源に分割されるような照明光学系が知られている。これにより、均一で一様な照明がレチクル面内に得られる。レチクルは、従来の縮小光学系によって露光対象のウェハ上に結像される。
【0007】
欧州特許出願公開第0939341号明細書は、円弧状ないしアーチ形をした照射野(illumination field)にわたってX線波長の光で表面を照明するための照明光学系および露光装置を開示している。この照明光学系は、各々複数の反射素子を有する第1および第2のオプティカルインテグレータを備えている。これら第1および第2のオプティカルインテグレータは、該第2のオプティカルインテグレータの複数の反射素子の位置に複数の光源像が形成されるように対向配置されている。欧州特許出願公開第0939341号明細書によれば、フィールド面内にアーチ形の照射野を形成するために、第1のオプティカルインテグレータの反射素子は、アーチ形の照射野と相似のアーチ形をしている。このような反射素子は、製造が困難である。
【0008】
欧州特許出願公開第1026547号明細書も、二つのオプティカルインテグレータを有する照明光学系を開示している。欧州特許出願公開第0939341号明細書の光学系と同様に、第1のオプティカルインテグレータの反射素子は、フィールド面内にアーチ形状の照射野を形成するためにアーチ形をしている。
【0009】
欧州特許出願公開第0955641号明細書には、二つのオプティカルインテグレータを有する光学系が開示されている。これらのオプティカルインテグレータは、各々複数のラスタ素子を備えている。第1のオプティカルインテグレータのラスタ素子は、矩形状とされている。フィールド面内の円弧状のフィールドは、少なくとも一つの斜入射型のフィールド反射鏡によって形成される。上述の特許出願は、参照により包括的に取り入れられている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の光学系、例えば欧州特許出願公開第0939341号明細書ないし欧州特許出願公開第1026547号明細書による光学系は全て、照明光学系の径路長(track−length)が長いという欠点を有している。
このため、本発明の課題は、従来技術による上記照明光学系の欠点を克服し、193nm以下の波長を用いた最先端のリソグラフィに対する要求を満たすマイクロリソグラフィ用の照明光学系を提供することにある。この照明光学系は、一層コンパクトな大きさとされていなければならないとともに、照明モードを変更したりビーム放射をフィルターしたりするために装置が内部に配置できるような一つの面を装備するものでなければならない。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明のこの課題は、請求項1の特徴を有する照明光学系および請求項21に記載の投影露光装置によって解決される。
【0012】
上記光学系は、照明光学系の像面内に配置されてパターンが形成されたレチクルを照明する。このレチクルは、投影光学系によって感光性基板上に結像されることになる。走査型のリソグラフィシステムの場合、レチクルは、矩形状ないし円弧状(アーチ形)のフィールドを用いて照明されるが、このとき、フィールド内において、走査エネルギー分布の所定の一様性、例えば±5%よりも優れた一様性が要求される。この走査エネルギーは、走査方向における光の強度に関する線積分として定義されるものである。フィールドの形状は、投影光学系の種類に依存する。全て反射型の投影光学系は、通常、輪帯のセグメントによって与えられる円弧状のフィールドを有している。さらなる要求は、投影光学系の入射瞳の位置にある照明光学系の射出瞳の照明である。略フィールドに依らない射出瞳の照明が要求される。
【0013】
100nmから200nmまでの間の波長に対して通常用いられる光源は、エキシマレーザであり、例えば、193nmに対してはAr−Fレーザ、157nmに対してはF2レーザ、126nmに対してはAr2レーザ、109nmに対してはNeFレーザである。この波長領域における光学系に対しては、SiO2、CaF2、BaF2ないしその他のクリスタリットからなる屈折型のコンポーネントが用いられる。光学材料の透過率は、波長が短くなるとともに低下するので、照明光学系は、反射型と屈折型のコンポーネントの組み合わせで構成される。10nmから20nmまでの間のEUV波長領域内の波長に対しては、上記の投影露光装置は、全て反射型(all−reflective)として構成される。典型的なEUV光源は、レーザ生成プラズマ光源(Laser−Produced−Plasma−source)、ピンチプラズマ光源(Pinch Plasma−Source)、ウィグラー光源(Wiggler−Source)、アンジュレータ光源(Undulator−Source)である。
【0014】
上記の1次光源の光は、第1の光学素子に向けられる。ここで、第1の光学素子は、第1の光学コンポーネントの一部とされている。第1の光学素子は、複数の第1のラスタ素子として編成されており、上記1次光源を複数の2次光源へと変換する。第1のラスタ素子のそれぞれが一つの2次光源に対応し、第1のラスタ素子と交わる全ての光線から画定される入射光束を、当該対応する2次光源に集束させる。2次光源は、照明光学系の瞳面内、ないしこの面の近傍に配置される。照明光学系の像面と瞳面との間には、第2の光学コンポーネントが設けられ、照明光学系の射出瞳内に2次光源を結像させるようになっている。照明光学系の射出瞳は、後続の投影光学系の入射瞳に対応している。
【0015】
第1のラスタ素子は、像面内に結像される。このとき、これらの像は、照明されるべきフィールド(field)上で少なくとも一部重ね合わせられる。このため、第1のラスタ素子は、フィールド用ラスタ素子(field raster element)もしくはフィールド用ハニカム(field honeycomb)としても知られている。
【0016】
EUV波長領域において用いられる全反射型(all−reflective)の投影光学系は、通常、輪帯のセグメントとされているオブジェクトフィールドを有している。そのため、フィールド用ラスタ素子の像が少なくとも一部重ね合わされる照明光学系の像面内におけるフィールドは、同じ形を有していることが好ましい。照明されるフィールドの形は、コンポーネントの光学的な設計によって生成することができるか、あるいは、像面の近くかもしくは像面に共役な面内に付加されるべきマスキングブレードによって生成することができる。
【0017】
本発明によれば、照明光学系の第2の光学コンポーネントは、照明光学系の射出瞳に共役な平面内に複数の3次光源を形成する少なくとも一つの第3のフィールド反射鏡を備えた第1の光学系を有している。3次光源は、少なくとも第2のフィールド反射鏡および第1のフィールド反射鏡を備えた第2の光学系によって、照明光学系の射出瞳に結像される。照明光学系の射出瞳内の3次光源の像は、4次光源と称される。
【0018】
フィールド用ラスタ素子は、矩形状とされていることが好ましい。矩形状のフィールド用ラスタ素子は、相互にずらされている複数の列の中にこれらのフィールド用ラスタ素子を配置できるという利点を有している。これらのフィールド用ラスタ素子は、照明されるべきフィールドに応じて、5:1から20:1の範囲の辺のアスペクト比を有している。矩形状のフィールド用ラスタ素子の長さは、通常15mmから50mmの間とされ、幅は1mmから4mmの間とされている。
【0019】
矩形状のフィールド用ラスタ素子によって像面内の円弧状のフィールドを照明するために、第2の光学コンポーネントの第1のフィールド反射鏡は、矩形状のフィールド用ラスタ素子の矩形状の像を円弧状の像に変換する。この弧の長さは、通常80mmから105mmの範囲とされ、半径方向の幅は、5mmから9mmの範囲とされている。矩形状のフィールド用ラスタ素子の矩形状の像は、負の光学的パワーを有する斜入射型の反射鏡とされた第1のフィールド反射鏡による円錐反射(conical reflection)を用いて変換することができる。言い換えれば、円弧状の像が得られるようにフィールド用ラスタ素子が歪められて結像され、このとき、円弧の半径は、投影光学系のオブジェクトフィールドの形によって決定される。上記第1のフィールド反射鏡は、照明光学系の像面の前側(上流側)に配置されることが好ましく、このとき、自由な作動距離(free working distance)が存在することが必要である。反射型のレチクルを有する構成に対して、この自由な作動距離は、レチクルから投影光学系へと伝播する光が第1のフィールド反射鏡によって口径食を受けないように適合させられるものでなければならない。
【0020】
第1のフィールド反射鏡の表面は、非球面ないし球面にすることが可能な回転対称な反射面の偏心セグメント(off−axis segment)とされていることが好ましい。保持面(supporting surface)の対称軸線は、保持面の頂点を通る。したがって、頂点周りのセグメントは軸上(on−axis)と呼ばれ、頂点を含まない表面の各セグメントは偏心(off−axis)と呼ばれる。保持面は、回転対称であるおかげで、比較的簡単に製造することができる。保持面の作製後、上記セグメントが周知の技術によって切り出される。
【0021】
また、第1のフィールド反射鏡の表面は、トロイダル反射面の軸上(on−axis)セグメントとして形成することもできる。このため、この表面は、局所的に加工処理されなければならないものの、表面処理の前に周囲の形状を作ることができるという長所を有している。
【0022】
入射光線が第1のフィールド反射鏡上へ入射する地点での面法線に対する該入射光線の入射角は、好適には70°より大きいものとされているため、第1のフィールド反射鏡の反射率は、80%より大きい。
【0023】
正の光学的パワーを有する第2のフィールド反射鏡は、非球面ないし球面に設けることができる回転対称な反射面の偏心セグメントとされているか、又はトロイダル反射面の軸上セグメントとされていることが好ましい。
【0024】
入射光線が第2のフィールド反射鏡上へ入射する地点での面法線に対する該入射光線の入射角は、25°よりも小さいことが好ましい。反射鏡は、EUV波長領域用の多層膜によってコーティングされていなければならないので、入射光線の発散角および入射角は、反射率を高めるためにできるだけ小さいことが好ましく、このとき、反射率は、65%よりも高くなければならない。直入射型の反射鏡として設けられている第2のフィールド反射鏡を用いることで、ビーム径路は折り曲げられ、照明光学系は一層コンパクトに作製可能となる。
【0025】
第2の光学コンポーネントの第3のフィールド反射鏡を用いることによって、照明光学系の長さを低減することができる。この第3のフィールド反射鏡は、2次光源を有する平面および第2のフィールド反射鏡の間に配置されている。
【0026】
上記第3のフィールド反射鏡は、第3のフィールド反射鏡と第2のフィールド反射鏡との間の平面に上記2次光源の像を生成するために正の光学的パワーを有し、3次光源を形成する。
【0027】
3次光源を有する平面は、射出瞳に共役に配置されるため、この平面は、照明モードを変更するためのマスキングブレードを配置したり、あるいは透過フィルタを追加したりするために用いることができる。ビーム径路内におけるこの場所は、自由な接近ないしアクセスが可能という長所を有している。
【0028】
第2のフィールド反射鏡と第3のフィールド反射鏡との間の距離を大きくしないために、そして少なくとも第2の反射鏡および第3の反射鏡の屈折によるパワーを低減するためにも、第2の光学コンポーネント内の像面に対して共役な面は、仮想の共役面とされている。このことは、第2の光学コンポーネントにおいて円弧状のフィールドが形成されるような、アクセス可能な共役な真の像面が存在しないことを意味する。
【0029】
こういったことは、コンパクトな構成にとって有利である。加えて、小さな光学的パワーを有するフィールド反射鏡は、遥かに容易に製造することができる。
【0030】
第3のフィールド反射鏡は、第2のフィールド反射鏡と同様に、好ましくは、非球面ないし球面に設けることができる回転対称な反射面の偏心セグメントとされているか又はトロイダル反射面の軸上セグメントとされている。
【0031】
入射光線が第3のフィールド反射鏡上へ入射する地点での法線に対する該入射光線の入射角は、25°よりも小さいことが好ましい。直入射型の反射鏡として設けられている第3のフィールド反射鏡を用いることによって、ビーム径路は、照明光学系の全体の大きさをさらにまた小さくするように折曲されることが可能になる。
【0032】
ビーム径路の口径食を防ぐために、第1、第2、及び第3のフィールド反射鏡は、中心合わせされていない非共軸な無心系(non−centered system)に設けられていることが好ましい。複数反射鏡のための共通の対称軸線は存在しない。光軸は、フィールド反射鏡上で用いられる領域の中心同士間を結んでいる線として定義することができ、このとき、光軸は、フィールド反射鏡の位置で、フィールド反射鏡の傾斜角に応じて偏向される。
【0033】
照明光学系の反射型のコンポーネントの傾斜角度によって、コンポーネント間のビーム径路が偏向可能となる。従って、光源によって放射されるビーム円錐の方向および像面系(image plane system)の方向は、光学系全体に対する要求に応じて調整することができる。好ましい構成は、一の方向にビーム円錐を放射する光源と、この方向に略垂直に向けられた法線を有する像面とを有している。一実施形態において、光源は水平に放射し、像面は垂直な法線を有している。アンジュレータやウィグラーといった幾つかの光源は、水平面内だけに放射する。その一方で、レチクルは、重さのゆえに水平に配置されなければならない。従って、ビーム径路は、光源から像面の間で殆ど90°程偏向されなければならない。30°から60°の間の入射角を有する反射鏡は、偏光作用をもたらし、それゆえに光の損失につながるので、ビームの偏向は、斜入射型ないし直入射型の反射鏡のみを用いて行なわれなければならない。効率的な理由から、反射鏡の数はできるだけ少なくしなければならない。
【0034】
照明光学系は、複数の第2のラスタ素子を有する第2の光学素子を備えているこが好ましい。第2のラスタ素子を有する第2の光学素子を、第1のラスタ素子を有する第1の光学素子の下流側の光路内に挿入することが有利であり、このとき、第1のラスタ素子の各々が第2のラスタ素子の一つに対応するようにする。このため、第1のラスタ素子の偏向角は、第1のラスタ素子上に入る光線束を、対応する第2のラスタ素子に向けて偏向するように設けられている。第2のラスタ素子は、好ましくは2次光源の位置に配置され、第2の光学コンポーネントと協働して、上記複数の第1のラスタ素子つまり複数のフィールド用ラスタ素子を、照明光学系の像面内に結像するように設けられている。このとき、複数のフィールド用ラスタ素子の像は、少なくとも部分的に重ね合わされる。この第2のラスタ素子は、瞳用ラスタ素子もしくは瞳用ハニカムと呼ばれる。2次光源の位置における強度が大きいことが原因で第2のラスタ素子が損傷するのを防ぐために、第2のラスタ素子は、2次光源がデフォーカスされた状態(集束ずれの状態)において配置されるが、ただ0mmから、第1及び第2ラスタ素子間距離の10%まで、の範囲内に配置されることが好ましい。
【0035】
定義により、像面内のフィールドに交差する全ての光線は、照明光学系の射出瞳を通過しなければならない。フィールドの位置および射出瞳の位置は、投影光学系の入射瞳およびオブジェクトフィールドにより決定される。中心合わせされた有心系(centered systems)の幾つかの投影光学系に対しては、オブジェクトフィールドは、光軸から外されて(off−axis)配置され、入射瞳は、物体面に対して有限な距離内で軸上に配置される。斯かる投影光学系に関しては、オブジェクトフィールドの中心から入射瞳の中心に向かう直線と、物体面の面法線との間の角度を決めることができる。この角度は、EUV投影光学系に対して3°から10°の範囲とされている。そのため、照明光学系のコンポーネントは、投影光学系のオブジェクトフィールドに交差する全ての光線が、オブジェクトフィールドに対して中心がずらされている投影光学系の入射瞳を通過するように構成されかつ配置されなければならない。反射型のレチクルを有する投影露光装置に対しては、レチクルに交差する全ての光線は、照明光学系のコンポーネントでの、反射光線の口径食を防ぐために、0°よりも大きい入射角を有している必要がある。
【0036】
EUV波長領域においては、全てのコンポーネントが反射型のコンポーネントとされ、これらのコンポーネントは、これらのコンポーネント上への全ての入射角が25°より小さいかあるいは65°より大きいように配置されていることが好ましい。従って、約45°の角度での入射角において生じてくる偏光作用は、最小限に抑えられる。斜入射型の反射鏡は、80%を超す反射率を有しているため、65%よりも大きい反射率を有する直入射型の反射鏡に比べて、光学的設計上望ましい。
【0037】
上記照明光学系は、通常、メカニカルボックス(mechanical box)内に設けられている。反射鏡を用いてビーム径路を折曲することにより、このボックスの全体的な大きさを小さくすることができる。このボックスは、レチクルならびにレチクル保持機構の設けられる像面と干渉せず、妨げにならないことが好ましい。従って、反射型のコンポーネントを配置するとともに傾斜させ、これにより、全てのコンポーネントが完全にレチクルの一方の側にのみ配置されるようになっていると有利である。これが実現されるのは、フィールドレンズが偶数個の直入射型の反射鏡だけを備えている場合である。
【0038】
上記照明光学系は、上述したように、照明光学系、この照明光学系の像面に配置されたレチクル、及び投影光学系の像面に配置されたウェハ上に上記レチクルを結像させる投影光学系を備える投影露光装置において好適に用いることができる。レチクル及びウェハのいずれも、レチクルないしウェハの交換あるいは走査を可能にする保持ユニット上に設けられている。
【0039】
上記投影光学系は、100nmから200nmの間の範囲における波長に関する米国特許第5,402,267号明細書から知られているように、反射屈折型のレンズとされていてもよい。これらの光学系は、透過形のレチクルを有している。
【0040】
EUV波長領域に対して、上記投影光学系は、例えば、6反射鏡式投影レンズを開示している米国特許出願番号09/503640から知られるように、4個から8個の反射鏡を有する全反射型の光学系(allreflective system)とされていることが好ましい。これらの光学系は、通常、反射型のレチクルを有している。
【0041】
反射型のレチクルを有する光学系に対しては、光源からレチクルまでの間の照明ビーム径路と、レチクルからウェハまでの投影ビーム径路とは、レチクル近傍でのみ干渉することが好ましい。このレチクル近傍では、隣接する物点に関する入射および反射光線が同じ領域を伝播する。照明ビーム径路と投影ビーム径路との交差がそれ以上どこでも起こらなければ、レチクル領域を除いて、照明光学系と投影光学系とを分離することができる。
【0042】
投影光学系は、上記レチクルと第1の結像素子との間に、投影光学系の光軸に向かって傾けられた投影ビーム径路を有していることが好ましい。特に、反射型のレチクルを有する投影露光装置に対しては、照明光学系と投影光学系との分離が、一層容易に実現できる。
【0043】
以下、本発明を図面に基づき詳述する。
【0044】
図1は、本発明の完全に反射型の一実施形態を概略的に示す図である。この実施形態は、光源8201と、集光反射鏡8203と、フィールド用ラスタ素子8209を有するプレートと、瞳用ラスタ素子8215を有するプレートと、第2の光学コンポーネント8221と、像面8229と、射出瞳8235とを備えている。第2の光学コンポーネントは、第3のフィールド反射鏡8225を有する第1の光学系と、第2のフィールド反射鏡8223を有する第2の光学系とを備えている。第3のフィールド反射鏡8225ならびに第2のフィールド反射鏡8223は、正の光学的パワーを有している。さらに、第2の光学コンポーネントは、第1のフィールド反射鏡8227を備えている。第1のフィールド反射鏡8227は、フィールド成形用の負の光学的パワーを有する斜入射型の反射鏡とされている。図1に示された完全に反射型の実施形態において、フィールド反射鏡8225及びフィールド反射鏡8223は、いずれも凹面鏡とされていて、偏心した非共軸グレゴリアン式望遠鏡の構成をなす。フィールド反射鏡8225は、フィールド反射鏡8225とフィールド反射鏡8223との間の射出瞳に対して共役な平面内に2次光源8207を結像させ、3次光源8259を形成する。図1には、中央の2次光源8207の結像だけが示されている。射出瞳に共役な3次光源8259を有する平面の位置には、射出瞳8233の照明モードを変えるために、マスキングユニット8261が配置されている。絞りブレードを用いることで、3次光源8259を遮蔽することが可能となり、そしてそれによって照明光学系の射出瞳8233の照明を変更することが可能となる。考えられる絞りブレードは、丸い形状、ないし四重極照明等のための例えば二つか四つの丸い開口部を有している。上記絞りブレードに代えて、あるいはこの絞りブレードに付け加えて、3次光源を有する平面内もしくはその近傍に透過フィルタも配置することができる。フィールド反射鏡8223及びフィールド反射鏡8227は、3次光源8259を照明光学系の射出瞳8233内に結像させて4次光源8235を形成する。
【0045】
照明光学系の光軸8245は、一直線ではなくて、単体のコンポーネント同志の間を結ぶ線によって定められ、このコンポーネントの中心を該光軸8245が交差するようになっている。従って、照明光学系は、口径食の無いビーム経路が得られるように、各コンポーネントの位置で向きが変えられている光軸8245を持つ無心系つまり中心に合わされていない系(non−centered)になっている。上記複数の光学コンポーネントに対する共通の対称軸は存在しない。EUV露光装置のための投影光学系は、通常、真直ぐな光軸を持ちかつ偏心したオブジェクトフィールドを有する有心系つまり中心合わせされた系(centered system)とされている。投影光学系の光軸8247は、破線によって示されている。フィールド8231の中心と投影光学系の光軸8247との間の距離は、フィールド半径Rfieldに等しくなっている。フィールド反射鏡8223,8225は、軸上のトロイダル型反射鏡として設けられている。このことは、光軸8245が軸上トロイダル型反射鏡8223,8225,8227の頂点を通過することを意味する。第2及び第3のフィールド反射鏡8223,8225は、直入射型の反射鏡とされている。このことは、入射光線が第2及び第3の反射鏡上へ入射する地点での面法線に対する該入射光線の入射角は、25°よりも小さいことが好ましいことを意味する。
【0046】
第1のフィールド反射鏡8227は、斜入射型の反射鏡とされている。このことは、入射光線が第1の反射鏡上へ入射する地点での面法線に対する該入射光線の入射角は、70°よりも大きいことが好ましいことを意味する。
【0047】
図1に示された実施形態において、第1のフィールド反射鏡8227、第2のフィールド反射鏡8223、及び第3のフィールド反射鏡8225を備えている第2の光学コンポーネントは、像面8229に対する仮想の共役面だけを有している。これにより、フィールド反射鏡のための低い屈折パワーを有する第2の光学コンポーネントの大きさがコンパクトになる。
【0048】
図2は、EUV投影露光装置を詳細に示す図である。対応する素子は、200だけ加えられた図7における符号と同じ符号を有している。従って、対応する素子に関する記載は、図1に対する記載から分かる。図2の照明光学系は、直入射型の集光器8203の代わりに、複数の反射表面を有する斜入射型の集光器8403を備えている。加えて、波長を選別するために、上記照明光学系は、回折格子素子8404及び絞り8406を備えている。1次光源8401の中間像8408は、絞り8406の位置に存在している。上記光学系は、図1に示された光学系のように、第1のラスタ素子を有する第1の光学素子8409と、第2のラスタ素子を有する第2の光学素子8415と、第1のフィールド反射鏡、第2のフィールド反射鏡8423、及び第3のフィールド反射鏡8425を有する第2の光学コンポーネント8427とを備えている。第2のフィールド反射鏡8423及び第3のフィールド反射鏡8425は、いずれも凹面鏡とされている。フィールド反射鏡8425は、フィールド反射鏡8425とフィールド反射鏡8423との間の射出瞳に共役な平面内に2次光源を結像させて、3次光源を形成する。射出瞳に対して共役な3次光源を有する平面8458の位置には、射出瞳の照明モードを変えるためにマスキングユニット8461を配置することができる。フィールド反射鏡8423及びフィールド反射鏡8427は、図2には図示されぬ照明光学系の射出瞳内に3次光源を結像させて、4次光源を形成する。
【0049】
図2に示される光学系の光学コンポーネントに関するデータは、表1に与えられている。これらのコンポーネントは、y−z方向断面図で示されており、このとき、各コンポーネントに対してy軸およびz軸を有する局所座標系が示されている。フィールド反射鏡8423,8425,8427に対して局所座標系が反射鏡の頂点に定義されている。ラスタ素子を有する二つのプレートに関しては、局所座標系は、プレートの中心に定義されている。表1には、像面の局所座標系を基準にした局所座標系が与えられている。局所座標系のx軸の周りの傾斜角αは、像面内の基準座標系の当該局所座標系への変換に起因するものである。全ての座標系は右手系とされている。
【表1】
表1:光学コンポーネントの座標系
【0050】
レチクル8467は、照明光学系の像面8429に配置されている。レチクル8467は、保持機構8469によって位置決めされている。6個の反射鏡を有する投影光学系8471は、同じく保持機構8475によって位置決めされるウェハ8473上にレチクル8467を結像させる。投影光学系8471の反射鏡は、共通の一直線の光軸8447に中心が合わせられている。円弧状のオブジェクトフィールドは、偏心配置されている。レチクル8467と投影光学系8471の一番目の反射鏡8477との間のビーム径路の方向は、投影光学系8471の光軸8447に向かって傾けられている。レチクル8467の法線に対する主光線8479の角度は、3°から10°の間、好ましくは5°から7°の間とされている。図1に示されているように、照明光学系8479は、投影光学系8471から上手く分離されている。照明ビーム径路及び投影ビーム経路は、ただレチクル8467の近傍でのみ干渉している。
【図面の簡単な説明】
【図1】二つの共役な瞳面を有する本発明に係る照明光学系の一実施形態を示す概略図である。
【図2】図1の照明光学系を有する投影露光装置を詳しく示す図である。
【符号の説明】
8201,8401・・・1次光源
8203,8403・・・集光反射鏡
8207・・・2次光源
8209,8409・・・フィールド用ラスタ素子(第1のラスタ素子)
8215,8415・・・瞳用ラスタ素子(第2のラスタ素子)
8221,8421・・・第2の光学コンポーネント
8223,8423・・・第2のフィールド反射鏡(第2の光学コンポーネント)
8225,8425・・・第3のフィールド反射鏡(第2の光学コンポーネント)
8227,8427・・・第1のフィールド反射鏡(第2の光学コンポーネント)
8229,8429・・・レチクル面(照明光学系の像面)
8233,8433・・・照明光学系の射出瞳(投影光学系の入射瞳)
8467・・・レチクル
8471・・・投影光学系
8473・・・ウェハ(感光性物体)
8475・・・ウェハの保持機構
【発明の属する技術分野】
本発明は、193nm以下の波長で用いられる照明光学系ならびに斯かる照明光学系を備えた投影露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子部品の線幅をさらに低減、特にサブミクロン領域まで低減できるようにするには、マイクロリソグラフィに用いられる光の波長を低減することが必要である。例えば、193nmよりも短い波長では、非常に深い紫外線(very deep UV radiation)を用いたリソグラフィ、いわゆる真空紫外(VUV)(Very deep UV)リソグラフィ、あるいは、軟X線(soft x−ray radiation)を用いたリソグラフィ、いわゆる極短紫外(EUV)(extreme UV)リソグラフィが考えられる。
【0003】
米国特許第5,339,346号明細書から、極短紫外線(EUV radiation)を用いるリソグラフィ装置のための照明光学系が公知となっている。レチクル面内を一様に照明して瞳を満たすために、米国特許第5,339,346号明細書は、対称に配置された少なくとも4対の反射切り子面を有して集光レンズとして構成された集光器を提案している。光源としてプラズマ光源が用いられている。
【0004】
米国特許第5,737,137号明細書には、コンデンサ反射鏡を備えたプラズマ光源を用いる照明光学系が開示されている。この明細書では、照明対象のマスクないしレチクルは、球面反射鏡を用いることによって照明される。
【0005】
米国特許第5,361,292号明細書は、プラズマ光源が設けられた照明光学系を開示しており、点状のプラズマ光源は、中心からずらされて偏心配置された5個の非球面反射鏡を有するコンデンサによって、輪帯照明される表面に結像される。
【0006】
米国特許第5,581,605号明細書より、複数の凹面ラスタ素子を有するプレートによって光子ビームが複数の2次光源に分割されるような照明光学系が知られている。これにより、均一で一様な照明がレチクル面内に得られる。レチクルは、従来の縮小光学系によって露光対象のウェハ上に結像される。
【0007】
欧州特許出願公開第0939341号明細書は、円弧状ないしアーチ形をした照射野(illumination field)にわたってX線波長の光で表面を照明するための照明光学系および露光装置を開示している。この照明光学系は、各々複数の反射素子を有する第1および第2のオプティカルインテグレータを備えている。これら第1および第2のオプティカルインテグレータは、該第2のオプティカルインテグレータの複数の反射素子の位置に複数の光源像が形成されるように対向配置されている。欧州特許出願公開第0939341号明細書によれば、フィールド面内にアーチ形の照射野を形成するために、第1のオプティカルインテグレータの反射素子は、アーチ形の照射野と相似のアーチ形をしている。このような反射素子は、製造が困難である。
【0008】
欧州特許出願公開第1026547号明細書も、二つのオプティカルインテグレータを有する照明光学系を開示している。欧州特許出願公開第0939341号明細書の光学系と同様に、第1のオプティカルインテグレータの反射素子は、フィールド面内にアーチ形状の照射野を形成するためにアーチ形をしている。
【0009】
欧州特許出願公開第0955641号明細書には、二つのオプティカルインテグレータを有する光学系が開示されている。これらのオプティカルインテグレータは、各々複数のラスタ素子を備えている。第1のオプティカルインテグレータのラスタ素子は、矩形状とされている。フィールド面内の円弧状のフィールドは、少なくとも一つの斜入射型のフィールド反射鏡によって形成される。上述の特許出願は、参照により包括的に取り入れられている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の光学系、例えば欧州特許出願公開第0939341号明細書ないし欧州特許出願公開第1026547号明細書による光学系は全て、照明光学系の径路長(track−length)が長いという欠点を有している。
このため、本発明の課題は、従来技術による上記照明光学系の欠点を克服し、193nm以下の波長を用いた最先端のリソグラフィに対する要求を満たすマイクロリソグラフィ用の照明光学系を提供することにある。この照明光学系は、一層コンパクトな大きさとされていなければならないとともに、照明モードを変更したりビーム放射をフィルターしたりするために装置が内部に配置できるような一つの面を装備するものでなければならない。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明のこの課題は、請求項1の特徴を有する照明光学系および請求項21に記載の投影露光装置によって解決される。
【0012】
上記光学系は、照明光学系の像面内に配置されてパターンが形成されたレチクルを照明する。このレチクルは、投影光学系によって感光性基板上に結像されることになる。走査型のリソグラフィシステムの場合、レチクルは、矩形状ないし円弧状(アーチ形)のフィールドを用いて照明されるが、このとき、フィールド内において、走査エネルギー分布の所定の一様性、例えば±5%よりも優れた一様性が要求される。この走査エネルギーは、走査方向における光の強度に関する線積分として定義されるものである。フィールドの形状は、投影光学系の種類に依存する。全て反射型の投影光学系は、通常、輪帯のセグメントによって与えられる円弧状のフィールドを有している。さらなる要求は、投影光学系の入射瞳の位置にある照明光学系の射出瞳の照明である。略フィールドに依らない射出瞳の照明が要求される。
【0013】
100nmから200nmまでの間の波長に対して通常用いられる光源は、エキシマレーザであり、例えば、193nmに対してはAr−Fレーザ、157nmに対してはF2レーザ、126nmに対してはAr2レーザ、109nmに対してはNeFレーザである。この波長領域における光学系に対しては、SiO2、CaF2、BaF2ないしその他のクリスタリットからなる屈折型のコンポーネントが用いられる。光学材料の透過率は、波長が短くなるとともに低下するので、照明光学系は、反射型と屈折型のコンポーネントの組み合わせで構成される。10nmから20nmまでの間のEUV波長領域内の波長に対しては、上記の投影露光装置は、全て反射型(all−reflective)として構成される。典型的なEUV光源は、レーザ生成プラズマ光源(Laser−Produced−Plasma−source)、ピンチプラズマ光源(Pinch Plasma−Source)、ウィグラー光源(Wiggler−Source)、アンジュレータ光源(Undulator−Source)である。
【0014】
上記の1次光源の光は、第1の光学素子に向けられる。ここで、第1の光学素子は、第1の光学コンポーネントの一部とされている。第1の光学素子は、複数の第1のラスタ素子として編成されており、上記1次光源を複数の2次光源へと変換する。第1のラスタ素子のそれぞれが一つの2次光源に対応し、第1のラスタ素子と交わる全ての光線から画定される入射光束を、当該対応する2次光源に集束させる。2次光源は、照明光学系の瞳面内、ないしこの面の近傍に配置される。照明光学系の像面と瞳面との間には、第2の光学コンポーネントが設けられ、照明光学系の射出瞳内に2次光源を結像させるようになっている。照明光学系の射出瞳は、後続の投影光学系の入射瞳に対応している。
【0015】
第1のラスタ素子は、像面内に結像される。このとき、これらの像は、照明されるべきフィールド(field)上で少なくとも一部重ね合わせられる。このため、第1のラスタ素子は、フィールド用ラスタ素子(field raster element)もしくはフィールド用ハニカム(field honeycomb)としても知られている。
【0016】
EUV波長領域において用いられる全反射型(all−reflective)の投影光学系は、通常、輪帯のセグメントとされているオブジェクトフィールドを有している。そのため、フィールド用ラスタ素子の像が少なくとも一部重ね合わされる照明光学系の像面内におけるフィールドは、同じ形を有していることが好ましい。照明されるフィールドの形は、コンポーネントの光学的な設計によって生成することができるか、あるいは、像面の近くかもしくは像面に共役な面内に付加されるべきマスキングブレードによって生成することができる。
【0017】
本発明によれば、照明光学系の第2の光学コンポーネントは、照明光学系の射出瞳に共役な平面内に複数の3次光源を形成する少なくとも一つの第3のフィールド反射鏡を備えた第1の光学系を有している。3次光源は、少なくとも第2のフィールド反射鏡および第1のフィールド反射鏡を備えた第2の光学系によって、照明光学系の射出瞳に結像される。照明光学系の射出瞳内の3次光源の像は、4次光源と称される。
【0018】
フィールド用ラスタ素子は、矩形状とされていることが好ましい。矩形状のフィールド用ラスタ素子は、相互にずらされている複数の列の中にこれらのフィールド用ラスタ素子を配置できるという利点を有している。これらのフィールド用ラスタ素子は、照明されるべきフィールドに応じて、5:1から20:1の範囲の辺のアスペクト比を有している。矩形状のフィールド用ラスタ素子の長さは、通常15mmから50mmの間とされ、幅は1mmから4mmの間とされている。
【0019】
矩形状のフィールド用ラスタ素子によって像面内の円弧状のフィールドを照明するために、第2の光学コンポーネントの第1のフィールド反射鏡は、矩形状のフィールド用ラスタ素子の矩形状の像を円弧状の像に変換する。この弧の長さは、通常80mmから105mmの範囲とされ、半径方向の幅は、5mmから9mmの範囲とされている。矩形状のフィールド用ラスタ素子の矩形状の像は、負の光学的パワーを有する斜入射型の反射鏡とされた第1のフィールド反射鏡による円錐反射(conical reflection)を用いて変換することができる。言い換えれば、円弧状の像が得られるようにフィールド用ラスタ素子が歪められて結像され、このとき、円弧の半径は、投影光学系のオブジェクトフィールドの形によって決定される。上記第1のフィールド反射鏡は、照明光学系の像面の前側(上流側)に配置されることが好ましく、このとき、自由な作動距離(free working distance)が存在することが必要である。反射型のレチクルを有する構成に対して、この自由な作動距離は、レチクルから投影光学系へと伝播する光が第1のフィールド反射鏡によって口径食を受けないように適合させられるものでなければならない。
【0020】
第1のフィールド反射鏡の表面は、非球面ないし球面にすることが可能な回転対称な反射面の偏心セグメント(off−axis segment)とされていることが好ましい。保持面(supporting surface)の対称軸線は、保持面の頂点を通る。したがって、頂点周りのセグメントは軸上(on−axis)と呼ばれ、頂点を含まない表面の各セグメントは偏心(off−axis)と呼ばれる。保持面は、回転対称であるおかげで、比較的簡単に製造することができる。保持面の作製後、上記セグメントが周知の技術によって切り出される。
【0021】
また、第1のフィールド反射鏡の表面は、トロイダル反射面の軸上(on−axis)セグメントとして形成することもできる。このため、この表面は、局所的に加工処理されなければならないものの、表面処理の前に周囲の形状を作ることができるという長所を有している。
【0022】
入射光線が第1のフィールド反射鏡上へ入射する地点での面法線に対する該入射光線の入射角は、好適には70°より大きいものとされているため、第1のフィールド反射鏡の反射率は、80%より大きい。
【0023】
正の光学的パワーを有する第2のフィールド反射鏡は、非球面ないし球面に設けることができる回転対称な反射面の偏心セグメントとされているか、又はトロイダル反射面の軸上セグメントとされていることが好ましい。
【0024】
入射光線が第2のフィールド反射鏡上へ入射する地点での面法線に対する該入射光線の入射角は、25°よりも小さいことが好ましい。反射鏡は、EUV波長領域用の多層膜によってコーティングされていなければならないので、入射光線の発散角および入射角は、反射率を高めるためにできるだけ小さいことが好ましく、このとき、反射率は、65%よりも高くなければならない。直入射型の反射鏡として設けられている第2のフィールド反射鏡を用いることで、ビーム径路は折り曲げられ、照明光学系は一層コンパクトに作製可能となる。
【0025】
第2の光学コンポーネントの第3のフィールド反射鏡を用いることによって、照明光学系の長さを低減することができる。この第3のフィールド反射鏡は、2次光源を有する平面および第2のフィールド反射鏡の間に配置されている。
【0026】
上記第3のフィールド反射鏡は、第3のフィールド反射鏡と第2のフィールド反射鏡との間の平面に上記2次光源の像を生成するために正の光学的パワーを有し、3次光源を形成する。
【0027】
3次光源を有する平面は、射出瞳に共役に配置されるため、この平面は、照明モードを変更するためのマスキングブレードを配置したり、あるいは透過フィルタを追加したりするために用いることができる。ビーム径路内におけるこの場所は、自由な接近ないしアクセスが可能という長所を有している。
【0028】
第2のフィールド反射鏡と第3のフィールド反射鏡との間の距離を大きくしないために、そして少なくとも第2の反射鏡および第3の反射鏡の屈折によるパワーを低減するためにも、第2の光学コンポーネント内の像面に対して共役な面は、仮想の共役面とされている。このことは、第2の光学コンポーネントにおいて円弧状のフィールドが形成されるような、アクセス可能な共役な真の像面が存在しないことを意味する。
【0029】
こういったことは、コンパクトな構成にとって有利である。加えて、小さな光学的パワーを有するフィールド反射鏡は、遥かに容易に製造することができる。
【0030】
第3のフィールド反射鏡は、第2のフィールド反射鏡と同様に、好ましくは、非球面ないし球面に設けることができる回転対称な反射面の偏心セグメントとされているか又はトロイダル反射面の軸上セグメントとされている。
【0031】
入射光線が第3のフィールド反射鏡上へ入射する地点での法線に対する該入射光線の入射角は、25°よりも小さいことが好ましい。直入射型の反射鏡として設けられている第3のフィールド反射鏡を用いることによって、ビーム径路は、照明光学系の全体の大きさをさらにまた小さくするように折曲されることが可能になる。
【0032】
ビーム径路の口径食を防ぐために、第1、第2、及び第3のフィールド反射鏡は、中心合わせされていない非共軸な無心系(non−centered system)に設けられていることが好ましい。複数反射鏡のための共通の対称軸線は存在しない。光軸は、フィールド反射鏡上で用いられる領域の中心同士間を結んでいる線として定義することができ、このとき、光軸は、フィールド反射鏡の位置で、フィールド反射鏡の傾斜角に応じて偏向される。
【0033】
照明光学系の反射型のコンポーネントの傾斜角度によって、コンポーネント間のビーム径路が偏向可能となる。従って、光源によって放射されるビーム円錐の方向および像面系(image plane system)の方向は、光学系全体に対する要求に応じて調整することができる。好ましい構成は、一の方向にビーム円錐を放射する光源と、この方向に略垂直に向けられた法線を有する像面とを有している。一実施形態において、光源は水平に放射し、像面は垂直な法線を有している。アンジュレータやウィグラーといった幾つかの光源は、水平面内だけに放射する。その一方で、レチクルは、重さのゆえに水平に配置されなければならない。従って、ビーム径路は、光源から像面の間で殆ど90°程偏向されなければならない。30°から60°の間の入射角を有する反射鏡は、偏光作用をもたらし、それゆえに光の損失につながるので、ビームの偏向は、斜入射型ないし直入射型の反射鏡のみを用いて行なわれなければならない。効率的な理由から、反射鏡の数はできるだけ少なくしなければならない。
【0034】
照明光学系は、複数の第2のラスタ素子を有する第2の光学素子を備えているこが好ましい。第2のラスタ素子を有する第2の光学素子を、第1のラスタ素子を有する第1の光学素子の下流側の光路内に挿入することが有利であり、このとき、第1のラスタ素子の各々が第2のラスタ素子の一つに対応するようにする。このため、第1のラスタ素子の偏向角は、第1のラスタ素子上に入る光線束を、対応する第2のラスタ素子に向けて偏向するように設けられている。第2のラスタ素子は、好ましくは2次光源の位置に配置され、第2の光学コンポーネントと協働して、上記複数の第1のラスタ素子つまり複数のフィールド用ラスタ素子を、照明光学系の像面内に結像するように設けられている。このとき、複数のフィールド用ラスタ素子の像は、少なくとも部分的に重ね合わされる。この第2のラスタ素子は、瞳用ラスタ素子もしくは瞳用ハニカムと呼ばれる。2次光源の位置における強度が大きいことが原因で第2のラスタ素子が損傷するのを防ぐために、第2のラスタ素子は、2次光源がデフォーカスされた状態(集束ずれの状態)において配置されるが、ただ0mmから、第1及び第2ラスタ素子間距離の10%まで、の範囲内に配置されることが好ましい。
【0035】
定義により、像面内のフィールドに交差する全ての光線は、照明光学系の射出瞳を通過しなければならない。フィールドの位置および射出瞳の位置は、投影光学系の入射瞳およびオブジェクトフィールドにより決定される。中心合わせされた有心系(centered systems)の幾つかの投影光学系に対しては、オブジェクトフィールドは、光軸から外されて(off−axis)配置され、入射瞳は、物体面に対して有限な距離内で軸上に配置される。斯かる投影光学系に関しては、オブジェクトフィールドの中心から入射瞳の中心に向かう直線と、物体面の面法線との間の角度を決めることができる。この角度は、EUV投影光学系に対して3°から10°の範囲とされている。そのため、照明光学系のコンポーネントは、投影光学系のオブジェクトフィールドに交差する全ての光線が、オブジェクトフィールドに対して中心がずらされている投影光学系の入射瞳を通過するように構成されかつ配置されなければならない。反射型のレチクルを有する投影露光装置に対しては、レチクルに交差する全ての光線は、照明光学系のコンポーネントでの、反射光線の口径食を防ぐために、0°よりも大きい入射角を有している必要がある。
【0036】
EUV波長領域においては、全てのコンポーネントが反射型のコンポーネントとされ、これらのコンポーネントは、これらのコンポーネント上への全ての入射角が25°より小さいかあるいは65°より大きいように配置されていることが好ましい。従って、約45°の角度での入射角において生じてくる偏光作用は、最小限に抑えられる。斜入射型の反射鏡は、80%を超す反射率を有しているため、65%よりも大きい反射率を有する直入射型の反射鏡に比べて、光学的設計上望ましい。
【0037】
上記照明光学系は、通常、メカニカルボックス(mechanical box)内に設けられている。反射鏡を用いてビーム径路を折曲することにより、このボックスの全体的な大きさを小さくすることができる。このボックスは、レチクルならびにレチクル保持機構の設けられる像面と干渉せず、妨げにならないことが好ましい。従って、反射型のコンポーネントを配置するとともに傾斜させ、これにより、全てのコンポーネントが完全にレチクルの一方の側にのみ配置されるようになっていると有利である。これが実現されるのは、フィールドレンズが偶数個の直入射型の反射鏡だけを備えている場合である。
【0038】
上記照明光学系は、上述したように、照明光学系、この照明光学系の像面に配置されたレチクル、及び投影光学系の像面に配置されたウェハ上に上記レチクルを結像させる投影光学系を備える投影露光装置において好適に用いることができる。レチクル及びウェハのいずれも、レチクルないしウェハの交換あるいは走査を可能にする保持ユニット上に設けられている。
【0039】
上記投影光学系は、100nmから200nmの間の範囲における波長に関する米国特許第5,402,267号明細書から知られているように、反射屈折型のレンズとされていてもよい。これらの光学系は、透過形のレチクルを有している。
【0040】
EUV波長領域に対して、上記投影光学系は、例えば、6反射鏡式投影レンズを開示している米国特許出願番号09/503640から知られるように、4個から8個の反射鏡を有する全反射型の光学系(allreflective system)とされていることが好ましい。これらの光学系は、通常、反射型のレチクルを有している。
【0041】
反射型のレチクルを有する光学系に対しては、光源からレチクルまでの間の照明ビーム径路と、レチクルからウェハまでの投影ビーム径路とは、レチクル近傍でのみ干渉することが好ましい。このレチクル近傍では、隣接する物点に関する入射および反射光線が同じ領域を伝播する。照明ビーム径路と投影ビーム径路との交差がそれ以上どこでも起こらなければ、レチクル領域を除いて、照明光学系と投影光学系とを分離することができる。
【0042】
投影光学系は、上記レチクルと第1の結像素子との間に、投影光学系の光軸に向かって傾けられた投影ビーム径路を有していることが好ましい。特に、反射型のレチクルを有する投影露光装置に対しては、照明光学系と投影光学系との分離が、一層容易に実現できる。
【0043】
以下、本発明を図面に基づき詳述する。
【0044】
図1は、本発明の完全に反射型の一実施形態を概略的に示す図である。この実施形態は、光源8201と、集光反射鏡8203と、フィールド用ラスタ素子8209を有するプレートと、瞳用ラスタ素子8215を有するプレートと、第2の光学コンポーネント8221と、像面8229と、射出瞳8235とを備えている。第2の光学コンポーネントは、第3のフィールド反射鏡8225を有する第1の光学系と、第2のフィールド反射鏡8223を有する第2の光学系とを備えている。第3のフィールド反射鏡8225ならびに第2のフィールド反射鏡8223は、正の光学的パワーを有している。さらに、第2の光学コンポーネントは、第1のフィールド反射鏡8227を備えている。第1のフィールド反射鏡8227は、フィールド成形用の負の光学的パワーを有する斜入射型の反射鏡とされている。図1に示された完全に反射型の実施形態において、フィールド反射鏡8225及びフィールド反射鏡8223は、いずれも凹面鏡とされていて、偏心した非共軸グレゴリアン式望遠鏡の構成をなす。フィールド反射鏡8225は、フィールド反射鏡8225とフィールド反射鏡8223との間の射出瞳に対して共役な平面内に2次光源8207を結像させ、3次光源8259を形成する。図1には、中央の2次光源8207の結像だけが示されている。射出瞳に共役な3次光源8259を有する平面の位置には、射出瞳8233の照明モードを変えるために、マスキングユニット8261が配置されている。絞りブレードを用いることで、3次光源8259を遮蔽することが可能となり、そしてそれによって照明光学系の射出瞳8233の照明を変更することが可能となる。考えられる絞りブレードは、丸い形状、ないし四重極照明等のための例えば二つか四つの丸い開口部を有している。上記絞りブレードに代えて、あるいはこの絞りブレードに付け加えて、3次光源を有する平面内もしくはその近傍に透過フィルタも配置することができる。フィールド反射鏡8223及びフィールド反射鏡8227は、3次光源8259を照明光学系の射出瞳8233内に結像させて4次光源8235を形成する。
【0045】
照明光学系の光軸8245は、一直線ではなくて、単体のコンポーネント同志の間を結ぶ線によって定められ、このコンポーネントの中心を該光軸8245が交差するようになっている。従って、照明光学系は、口径食の無いビーム経路が得られるように、各コンポーネントの位置で向きが変えられている光軸8245を持つ無心系つまり中心に合わされていない系(non−centered)になっている。上記複数の光学コンポーネントに対する共通の対称軸は存在しない。EUV露光装置のための投影光学系は、通常、真直ぐな光軸を持ちかつ偏心したオブジェクトフィールドを有する有心系つまり中心合わせされた系(centered system)とされている。投影光学系の光軸8247は、破線によって示されている。フィールド8231の中心と投影光学系の光軸8247との間の距離は、フィールド半径Rfieldに等しくなっている。フィールド反射鏡8223,8225は、軸上のトロイダル型反射鏡として設けられている。このことは、光軸8245が軸上トロイダル型反射鏡8223,8225,8227の頂点を通過することを意味する。第2及び第3のフィールド反射鏡8223,8225は、直入射型の反射鏡とされている。このことは、入射光線が第2及び第3の反射鏡上へ入射する地点での面法線に対する該入射光線の入射角は、25°よりも小さいことが好ましいことを意味する。
【0046】
第1のフィールド反射鏡8227は、斜入射型の反射鏡とされている。このことは、入射光線が第1の反射鏡上へ入射する地点での面法線に対する該入射光線の入射角は、70°よりも大きいことが好ましいことを意味する。
【0047】
図1に示された実施形態において、第1のフィールド反射鏡8227、第2のフィールド反射鏡8223、及び第3のフィールド反射鏡8225を備えている第2の光学コンポーネントは、像面8229に対する仮想の共役面だけを有している。これにより、フィールド反射鏡のための低い屈折パワーを有する第2の光学コンポーネントの大きさがコンパクトになる。
【0048】
図2は、EUV投影露光装置を詳細に示す図である。対応する素子は、200だけ加えられた図7における符号と同じ符号を有している。従って、対応する素子に関する記載は、図1に対する記載から分かる。図2の照明光学系は、直入射型の集光器8203の代わりに、複数の反射表面を有する斜入射型の集光器8403を備えている。加えて、波長を選別するために、上記照明光学系は、回折格子素子8404及び絞り8406を備えている。1次光源8401の中間像8408は、絞り8406の位置に存在している。上記光学系は、図1に示された光学系のように、第1のラスタ素子を有する第1の光学素子8409と、第2のラスタ素子を有する第2の光学素子8415と、第1のフィールド反射鏡、第2のフィールド反射鏡8423、及び第3のフィールド反射鏡8425を有する第2の光学コンポーネント8427とを備えている。第2のフィールド反射鏡8423及び第3のフィールド反射鏡8425は、いずれも凹面鏡とされている。フィールド反射鏡8425は、フィールド反射鏡8425とフィールド反射鏡8423との間の射出瞳に共役な平面内に2次光源を結像させて、3次光源を形成する。射出瞳に対して共役な3次光源を有する平面8458の位置には、射出瞳の照明モードを変えるためにマスキングユニット8461を配置することができる。フィールド反射鏡8423及びフィールド反射鏡8427は、図2には図示されぬ照明光学系の射出瞳内に3次光源を結像させて、4次光源を形成する。
【0049】
図2に示される光学系の光学コンポーネントに関するデータは、表1に与えられている。これらのコンポーネントは、y−z方向断面図で示されており、このとき、各コンポーネントに対してy軸およびz軸を有する局所座標系が示されている。フィールド反射鏡8423,8425,8427に対して局所座標系が反射鏡の頂点に定義されている。ラスタ素子を有する二つのプレートに関しては、局所座標系は、プレートの中心に定義されている。表1には、像面の局所座標系を基準にした局所座標系が与えられている。局所座標系のx軸の周りの傾斜角αは、像面内の基準座標系の当該局所座標系への変換に起因するものである。全ての座標系は右手系とされている。
【表1】
表1:光学コンポーネントの座標系
【0050】
レチクル8467は、照明光学系の像面8429に配置されている。レチクル8467は、保持機構8469によって位置決めされている。6個の反射鏡を有する投影光学系8471は、同じく保持機構8475によって位置決めされるウェハ8473上にレチクル8467を結像させる。投影光学系8471の反射鏡は、共通の一直線の光軸8447に中心が合わせられている。円弧状のオブジェクトフィールドは、偏心配置されている。レチクル8467と投影光学系8471の一番目の反射鏡8477との間のビーム径路の方向は、投影光学系8471の光軸8447に向かって傾けられている。レチクル8467の法線に対する主光線8479の角度は、3°から10°の間、好ましくは5°から7°の間とされている。図1に示されているように、照明光学系8479は、投影光学系8471から上手く分離されている。照明ビーム径路及び投影ビーム経路は、ただレチクル8467の近傍でのみ干渉している。
【図面の簡単な説明】
【図1】二つの共役な瞳面を有する本発明に係る照明光学系の一実施形態を示す概略図である。
【図2】図1の照明光学系を有する投影露光装置を詳しく示す図である。
【符号の説明】
8201,8401・・・1次光源
8203,8403・・・集光反射鏡
8207・・・2次光源
8209,8409・・・フィールド用ラスタ素子(第1のラスタ素子)
8215,8415・・・瞳用ラスタ素子(第2のラスタ素子)
8221,8421・・・第2の光学コンポーネント
8223,8423・・・第2のフィールド反射鏡(第2の光学コンポーネント)
8225,8425・・・第3のフィールド反射鏡(第2の光学コンポーネント)
8227,8427・・・第1のフィールド反射鏡(第2の光学コンポーネント)
8229,8429・・・レチクル面(照明光学系の像面)
8233,8433・・・照明光学系の射出瞳(投影光学系の入射瞳)
8467・・・レチクル
8471・・・投影光学系
8473・・・ウェハ(感光性物体)
8475・・・ウェハの保持機構
Claims (21)
- 特に193nm以下の波長を用いるマイクロリソグラフィ用の照明光学系であって、
1次光源(8201,8401)と、
第1の光学コンポーネントと、
第2の光学コンポーネント(8221,8421)と、
像面(8229,8429)と、
射出瞳(8233,8433)とを備え、
前記第1の光学コンポーネントは、前記第2の光学コンポーネント(8221,8421)によって前記射出瞳(8233,8433)内に結像される複数の2次光源へと、前記1次光源(8201,8401)を変換し、
前記第1の光学コンポーネントは、第1の光学素子を備え、この第1の光学素子は、前記像面(8229,8429)内に結像される複数の第1のラスタ素子(8209,8409)を有して、前記像面(8229,8429)内のフィールド上で少なくとも一部重ね合わせられる複数の像を生成し、
前記第2の光学コンポーネント(8221,8421)は、正の光学的パワーを有する第3のフィールド反射鏡(8225,8425)を少なくとも備えている第1の光学系と、正の光学的パワーを有する第2のフィールド反射鏡(8223,8423)を少なくとも備えている第2の光学系とを備え、
前記第1の光学系は、前記第1の光学系と前記第2の光学系との間の平面内に前記複数の2次光源を結像させて複数の3次光源を形成するとともに、前記第2の光学系は、前記射出瞳内に前記複数の3次光源を結像させるように構成されている照明光学系。 - 請求項1に記載の照明光学系において、
前記第2の光学コンポーネント(8221)内の前記像面(8229)に共役な前記平面は、仮想的な共役面とされていることを特徴とする照明光学系。 - 請求項1または請求項2に記載の照明光学系において、
前記第2のフィールド反射鏡(8223)及び前記第3のフィールド反射鏡(8225)は、偏心したグレゴリアン式望遠鏡を形成していることを特徴とする照明光学系。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の照明光学系において、
前記第1の光学系と前記第2の光学系との間の前記平面は、自由にアクセス可能とされていることを特徴とする照明光学系。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の照明光学系において、
照明モードを変更するためのマスキングユニットをさらに備え、前記マスキングユニットは、前記複数の3次光源の位置、もしくはその近傍に配置されていることを特徴とする照明光学系。 - 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の照明光学系において、
前記複数の3次光源の位置、もしくはその近傍に透過フィルタが配置されていることを特徴とする照明光学系。 - 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の照明光学系において、
複数の光線が、それぞれ面法線に対して25°よりも小さな入射角で前記第2のフィールド反射鏡(8223,8423)に交差するように構成されていることを特徴とする照明光学系。 - 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の照明光学系において、
前記第2のフィールド反射鏡(8223,8423)は、回転対称な反射面の偏心セグメントとされていることを特徴とする照明光学系。 - 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の照明光学系において、
前記第2のフィールド反射鏡(8223,8423)は、トロイダル反射面の軸上セグメントとされていることを特徴とする照明光学系。 - 請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の照明光学系において、
複数の光線が、それぞれ面法線に対して25°よりも小さな入射角で前記第3のフィールド反射鏡(8225,8425)に交差するように構成されていることを特徴とする照明光学系。 - 請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の照明光学系において、
前記第3のフィールド反射鏡(8225,8425)は、回転対称な反射面の偏心セグメントとされていることを特徴とする照明光学系。 - 請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の照明光学系において、
前記第3のフィールド反射鏡(8225,8425)は、トロイダル反射面の軸上セグメントとされていることを特徴とする照明光学系。 - 請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の照明光学系において、
前記複数の第1のラスタ素子(8209,8409) は矩形状とされ、前記フィールドは輪帯のセグメントとされ、前記第2の光学コンポーネント(8221,8421)は、前記フィールドを前記輪帯のセグメントに成形するための第1のフィールド反射鏡(8227,8427)を備えていることを特徴とする照明光学系。 - 請求項13に記載の照明光学系において、
前記第1のフィールド反射鏡は、負の光学的パワーを有していることを特徴とする照明光学系。 - 請求項13または請求項14に記載の照明光学系において、
複数の光線が、それぞれ面法線に対して75°よりも大きな入射角で前記第1のフィールド反射鏡に交差するように構成されていることを特徴とする照明光学系。 - 請求項13から請求項15のいずれか1項に記載の照明光学系において、
前記第1のフィールド反射鏡(8227,8427)は、回転対称な反射面の偏心セグメントとされていることを特徴とする照明光学系。 - 請求項13から請求項15のいずれか1項に記載の照明光学系において、
前記第1のフィールド反射鏡(8227,8427)は、トロイダル反射面の軸上セグメントとされていることを特徴とする照明光学系。 - 請求項13から請求項17のいずれか1項に記載の照明光学系において、
前記第1の光学コンポーネントは、 複数の第2のラスタ素子(8215,8415)を有する第2の光学素子をさらに備え、前記複数の第1のラスタ素子(8209,8409)のそれぞれは、前記第2のラスタ素子(8215,8415)の一つに対応していることを特徴とする照明光学系。 - 請求項18に記載の照明光学系において、
前記複数の第2のラスタ素子(8215,8415)及び前記第2の光学コンポーネント(8221,8421)は、前記対応する第1のラスタ素子(8209,8409)を前記像面(8229,8429)内に結像させるように設けられていることを特徴とする照明光学系。 - 請求項18または請求項19に記載の照明光学系において、
前記複数の第2のラスタ素子(8215,8415)は、凹面鏡とされていることを特徴とする照明光学系。 - 請求項1から請求項20のいずれか1項に記載の照明光学系と、前記像面(8429)に配置されているレチクル(8467)と、保持機構(8475)上の感光性物体と、前記感光性物体上に前記レチクル(8467)を結像させる投影光学系(8471)とを備えてなるマイクロリソグラフィ用の投影露光装置。
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