JP2004525398A - Euvリソグラフィ用の投影系 - Google Patents

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Abstract

物体OBを像IMに結像するための少なくとも6枚の反射鏡M1,M2,M3,M4,M5,M6を備えるEUV投影光学系。少なくとも一つの反射鏡対が好適にも少なくとも部分的に位相を補償する反射鏡対として構成されている。この光学系は、第1の反射鏡M1及び第2の反射鏡M2が第1の光学群G1を形成し、第3の反射鏡M3、第4の反射鏡M4、第5の反射鏡M5、及び第6の反射鏡M6が第2の光学群G2を形成するようにして、第2の反射鏡M2と第3の反射鏡M3との間における物体OBから像IMに至る光路の途中に中間像IMIを形成するように構成されている。また、光学系は、好ましくも、第1の反射鏡M1と第2の反射鏡M2との間に、物体OBから像IMに至る光路沿いに配置された開口絞りAPEをさらに備えている。上記第2の反射鏡M2は好ましくは凸面状とされ、上記第3の反射鏡M3は好ましくは凹面状とされている。

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は、極短紫外線(extreme ultraviolet:EUV)リソグラフィに用いられる投影光学系、特に、2つの光学的な群に配置された6枚反射鏡を備えている投影光学系に関する。
【背景技術】
【0002】
広く受け入れられていることだが、ステップ&スキャン型で使用される現在の深紫外線(DUV)投影転写光学系は、次の二、三のデバイス分岐点に対する半導体産業の要求に応えることができるであろう。次世代のフォトリソグラフィ転写光学系は、やはりステップ&スキャン型の転写アーキテクチャで、約11nmから15nmという軟X線または極短紫外線の波長の露光照射光を用いるものとなる。経済的に実行可能であるために、これらの次世代光学系は、70nm以下の集積回路線幅に対応できるに足るだけの大きな開口数を必要とすることになろう。しかも、こうしたフォトリソグラフィ光学系は、十分に高いスループット(1時間当たりのウェハ数で定義される)を確保して、工程(プロセス)が経済的に実行されるようにするため、スキャン方向(走査方向)に大きな視野を必要とするであろう。
【0003】
リソグラフィ転写光学系の理論上の解像度(R)は、R=kλ/NAという周知の関係で表すことができる。ここで、kはプロセスに依存する定数、λは光の波長、NAは投影系の開口数である。EUVレジストは、大体0.5のk因子に対応することが分かっているので、開口数が0.20であると仮定すれば、EUV投影系は、λ=13.4nmで約30nm程度の理論解像度を達成することができる。本発明から分かるように、International Sematech’s International Technology Roadmap for semiconductors(1999)によって規定されるようなサブ50nm線幅世代に対処するためには、大きな開口数(0.20〜0.30)および大きな視野(2〜30mm)の両方を有するステップ&スキャン・アーキテクチャに用いられるEUVリソグラフィ用の全反射型投影系が望ましい。
【0004】
JewelおよびHudymaにそれぞれ発行された特許文献1および特許文献2に開示されているような4反射鏡投影系では、30nmの設計基準(線幅)を達成するのに十分な大きさのNAに関して収差を補正するために必要となる自由度が欠けている。特許文献2は、50nm線幅に対応する0.14までの開口数で収差を補正するのに、4反射鏡投影系を用いることが可能なことを示唆している。しかしながら、リングフィールド(ring field)の幅は、リソグラフィに望ましい水準の波面補正を可能にするために狭められることが望ましい。特許文献2は、開口数を0.10から0.12に増加させたときにリングフィールドが1.5mmから1.0mmに縮小されることを実際に示している。特許文献2の第2の実施形態では、さらに倍率変更を行うことによって開口数をさらに0.14まで増加させると、リングフィールドが0.5mmまで縮小されるはずであることが示されている。このようにリングフィールドの幅を縮小すると、投影装置全体のスループットを低下させることに直結してしまう。さらなる改善が明らかに必要である。
【0005】
Hudymaに発行された特許文献3に記載されているような5反射鏡系は、瞳に依存した収差ならびにフィールドに依存した収差の双方を補正するのに十分な自由度を有するので、有意なフィールド幅(>1.5mm)に関して0.20を超える開口数が可能である。反射回数を最小限に抑えることは、特にEUVリソグラフィにとっていくつか利点がある反面、反射回数が奇数回であると、無限の平行スキャンを可能にするために新段階の技術が開発されねばならないであろうという問題が生じる。既存の走査ステージ技術でマスクおよび像の無限の同時平行スキャンを可能にするように光学系を「展開」するために、追加の反射鏡が投影系に組み込まれなければならないということがこの明細書から分かる。
【0006】
6回以上の反射を利用する短波長投影リソグラフィ用の光学系が特許文献に開示されてきた。このような初期の系の1つは、「Reflecting optical imaging apparatus using spherical reflectors and producing an intermediate image」と題するIchiharaおよびHiguchiに授与された特許文献4に開示されている。この特許文献4は、球面反射鏡を利用した6反射鏡反射光学系または全反射縮小光学系を開示している。この特定の実施形態は、3つの反射鏡対で構築されており、平坦なフィールド条件(flat field condition)を実現するために正/負(P/N)および負/正(N/P)の組合せを使用している。IchiharaおよびHiguchiも、最初の反射鏡対と最後の反射鏡対の間で中間像を利用する光学系で平坦なフィールド結像条件(ペッツヴァル和がゼロ)を実現できることを実証している。この特許は、第2の凸面反射鏡を、この反射鏡と同じ場所に配置した開口絞りとともに用いることを開示している。これらの実施形態を検討すれば明らかであるが、特許文献4は、約10nmの波長で機能する反射コーティングと確実に併用できるように、各反射鏡面において小さな入射角を用いる点も示唆している。
【0007】
特許文献4に開示された実施形態は、特定の目的を達成するようには思われても、これらの例は、極短紫外線の波長を利用する現在のリソグラフィには十分に適していない。第1に、これらの光学系は非常に長く(〜3000mm)、機械的な安定性の問題を有している。第2に、これらの実施形態は、最新の半導体リソグラフィ転写光学系で望まれるような、ウェハにおけるテレセントリックな結像に対応していない。最後に、開口数がかなり小さく(〜0.05)、光学系が依然として30nmの線幅に対応できていない。
【0008】
最近、特にEUVリソグラフィ用に設計された大開口数が得られる少なくとも6回の反射を用いる投影光学製造システムが開示された。このような光学系の1つは、Williamsonに授与された「High numerical aperture ring field optical projection system」と題する特許文献5に開示されている。この特許文献5に、Williamsonは、EUV照射光で使用するための6反射鏡リングフィールド投影系を記載している。各反射鏡は非球面であり、共通の光軸を共有している。この特定の実施形態では、開口数は0.25であり、kに対して堅実な値(〜0.6)を用いれば、30nmリソグラフィが可能である。この特定の実施形態は、長い共役点から短い共役点に向かって順に、凹面反射鏡、凸面反射鏡、凹面反射鏡、凹面反射鏡、凸面反射鏡および凹面反射鏡、あるいは略して言えばPNPPNPから構成されている。
【0009】
特許文献5に開示の好ましいEUV実施形態には、いくつかの欠点がある。その1つは、各鏡面、特に反射鏡M2およびM3における入射角が大きいことである。場合によっては、入射角は、反射鏡上の所定の位置で24°を超える。反射鏡面上の所定点における平均角度、ならびに角度偏差ないし角度ひろがりは、いずれも振幅および位相に対してEUV多層コーティングに起因する際立った作用を引き起こすには十分で、これが限界寸法(CD制御)に悪い影響を及ぼしかねない。
【0010】
その他、2つのリソグラフィ用の反射光学系ないし全反射投影系が、Shaferに発行された「Projection lithography system and method using all-reflective optical elements」と題する特許文献6に開示されている。この特許文献6には、100nmを超える波長で使用するための、約0.50の開口数を有する8反射鏡投影系および約0.45の開口数を有する6反射鏡投影系が記載されている。いずれの光学系も、5倍の縮小比で縮小するように動作する。特許文献5に記載の光学系と同様に、これらの光学系は、良好な光学補正の環状ゾーンを有しており、これが円弧状フィールド内のリソグラフィ性能を生み出している。これらの光学系は、DUVリソグラフィ用に設計されたものであり、DUVリソグラフィの用途に対しては優れているかもしれないが、これらの実施形態では極めて性能の低いEUV投影系にしかならない。開口数を0.50から0.25に低下させても、光線束の入射角がマスクを備えたどの反射鏡でも非常に大きく、この光学系をMo/Si多層膜またはMo/Be多層膜のいずれとも組み合わせることができないものにしている。加えて、反射鏡上の非球面偏差(aspheric departure)および非球面勾配(aspheric gradient)は、ともにEUV波長に比べてかなり大きく、このような非球面反射鏡をEUVリソグラフィで望まれる精度で測定することができるかどうか疑問が残る。以上の問題点を念頭に置けば、特許文献6は、上記の反射光学系または全反射投影系をEUV波長で用いることを示唆するには明らかに遠く及ばないばかりか、むしろこれらの光学系をより長いDUV波長に使用することに限定さえしていると言える。
【0011】
EUVリソグラフィで使用するための他の投影系が、Hudymaに発行された特許文献7に開示されている。「High numerical aperture ring field projection system for extreme ultraviolet lithography」と題されたこの特許文献7には、2つの好ましい実施形態が記載されている。特許文献7に記載された第1の実施形態は、長い共役から短い共役に向かって順に、凹面反射鏡面、凹面反射鏡面、凸面反射鏡面、凹面反射鏡面、凸面反射鏡面および凹面反射鏡面(PPNPNP)と配列されている。特許文献7の第2の好ましい実施形態は、長い共役から短い共役に向かって順に、凹面反射鏡面、凸面反射鏡面、凸面反射鏡面、凹面反射鏡面、凸面反射鏡面および凹面反射鏡面(PNNPNP)を有している。特許文献7が示しているのは、PPNPNPおよびPNNPNPによる再結像構成がいずれも、第4の反射鏡と第5の反射鏡の間に位置する物理的にアクセス可能な中間像を持つという長所を有している点である。特許文献4および特許文献5と同様にして、特許文献7は、第2の反射鏡の位置にある開口絞り、および第2の反射鏡を通過後に光軸から発散する主光線を用いる点について開示している。
【0012】
特許文献7は、第3の凸面反射鏡を使用することにより、低次の非点収差が大幅に低減させられることを開示している。光学的なパワーのこの特定の配列は、大きな入射角またはきわめて大きな非球面偏差を使用せずに高水準の収差補正を達成するのに有利である。両実施形態において、全ての非球面偏差は15μm未満であり、そのほとんどは10μm未満である。各反射面で小さな入射角を使用することを通して、特許文献4と同様、特許文献7も、EUVに関する重要な示唆になっている。PPNPNPパワー配列およびPNNPNPパワー配列により入射角を小さくすることができ、これにより簡単かつ効率的なEUV反射鏡コーティングが可能となる。入射角を小さくすると、コーティングによって引き起こされる射出瞳における振幅の変動が最小限に抑えられ、またコーティングによって引き起こされる射出瞳における位相または光路差(OPD)の変動が最小限に抑えられ、光学系の感度許容差を一般に低くするように機能する。これらの因子は、ピント合わせと露光に変動がある場合に、透過率の改善とCD一様性の向上とを促すように結びつく。
【特許文献1】
米国特許第5315629号明細書
【特許文献2】
米国特許第6226346号明細書
【特許文献3】
米国特許第6072852号明細書
【特許文献4】
米国特許第5071240号明細書
【特許文献5】
米国特許第5815310号明細書
【特許文献6】
米国特許第5686728号明細書
【特許文献7】
米国特許第6033079号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
従来技術の投影光学系は、多くの応用分野に適していることが分かっているが、それらは設計上の妥協点がないわけではなく、全ての応用分野で最適な解決策を提供することはできない。そのため、50nm以下の解像度で比較的大きなイメージフィールドを有し、極短紫外線(EUV)または軟X線の波長領域で使用可能な投影光学系が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記に鑑み、物体を結像するためのやはり少なくとも6つの反射面を備えるEUV投影光学系であって、少なくとも一つの反射鏡対が、少なくとも部分的に位相を補償する反射鏡対として構成され、この反射鏡対が、多層膜によって引き起こされる位相収差に対する補償を行なう光学系を提供する。上記反射鏡対は、好ましくは第2及び第5の反射鏡を備えることができる。少なくとも部分的に位相を補償する反射鏡対を構成する反射鏡の位置での、フィールド中心点からの光線束の平均入射角の差が最小限度に抑えられるならば、一般に反射鏡対は、少なくとも部分的に位相を補償している。このとき、角度の差は5°よりも小さく、好ましくは4°よりも小さくなければならない。少なくとも部分的に位相を補償する反射鏡対を構成する反射鏡の端から端にわたり子午面(tangential plane)内で変化する上記光線束に関する入射角の差異も、同じく最小限度に抑えられなければならない。この差異は5°よりも小さく、好ましくは4°よりも小さくなければならない。
【0015】
この光学系はさらに、第1の反射鏡から第2の反射鏡までの間における物体から像までの光路の途中に位置する開口絞りを備えることができる。この開口絞りは、第1の反射鏡および第2の反射鏡のそれぞれから離間して配置することができる。第2の反射鏡は凸面状とすることができ、他方、第3の反射鏡は凹面状とすることができる。
【0016】
さらに、上記に鑑み、物体を像に結像するための少なくとも6つの反射面と、第1の反射鏡から第2の反射鏡までの間における物体から像までの光路の途中に位置する開口絞りと、を備えるEUV投影光学系も提供する。上記第2の反射鏡は凸面状とされ、上記第3の反射鏡は凹面状とされている。
【0017】
この開口絞りは、第1の反射鏡および第2の反射鏡のそれぞれから離間して配置することができる。この光学系は、少なくとも部分的に位相を補償する反射鏡対として構成された少なくとも一つの反射鏡対を備えることができる。この反射鏡対が、多層膜によって引き起こされる位相収差に対する補償を行なう。反射鏡対は、第2及び第5の反射鏡を備えることができる。
【0018】
この光学系はさらに、第1の反射鏡と第2の反射鏡が第1の光学群を形成し、第3の反射鏡、第4の反射鏡、第5の反射鏡、および第6の反射鏡が第2の光学群を形成するようにして、第2の反射鏡から第3の反射鏡までの間における物体から像までの光路の途中に中間像を形成するように構成することができる。上記第1の光学群の倍率は、−0.8から−1.2までとすることができ、上記第2の光学群の倍率は、−0.15から−0.35までとすることができる。
【0019】
さらに、上記に鑑み、物体を結像するためのやはり少なくとも6つの反射面を備えるEUV投影光学系であって、第1の反射鏡と第2の反射鏡が第1の光学群を形成し、第3の反射鏡、第4の反射鏡、第5の反射鏡、および第6の反射鏡が第2の光学群を形成するようにして、第2の反射鏡から第3の反射鏡までの間における物体から像までの光路の途中に中間像が形成される光学系を提供する。上記第2の反射鏡は凸面状とされ、他方第3の反射鏡は凹面状とされている。
【0020】
この光学系はさらに、第1の反射鏡から第2の反射鏡までの間における物体から像までの光路の途中に位置する開口絞りを備えることができる。この開口絞りは、第1の反射鏡および第2の反射鏡のそれぞれから離間して配置することができる。この光学系は、少なくとも部分的に位相を補償する反射鏡対として構成された少なくとも一つの反射鏡対を備えることもできる。この反射鏡対は、多層膜によって引き起こされる位相収差に対する補償を行なう。この反射鏡対は、第2及び第5の反射鏡を備えることができる。
【0021】
上述のこれらの光学系のいずれも、主光線が発散して、第2の反射鏡と第3の反射鏡の間を伝搬する際に光軸から離れて行くように構成することができる。第1の反射鏡は好ましくも凹面状、第2の反射鏡は凸面状、第3の反射鏡は凹面状、第4の反射鏡は凹面状、第5の反射鏡は凸面状、そして第6の反射鏡は凹面状とすることができる。物体と像との間の物理的距離は、概ね1500mm以下にすることができる。像は、好ましくは0.18より大きな開口数によって形成される。
【0022】
6つの反射面はそれぞれ、フィールド中心点からの主光線をおおよそ16°より小さな入射角で受けるように設けられていることが好ましく、6つの反射面のうち5つは、フィールド中心点からの主光線をおおよそ13°より小さな入射角で受けるように設けられていることが好ましい。第2及び第3の反射鏡の間を物体から像までの間の光路に沿って伝搬する光束と、第4及び第5の反射鏡の間を伝搬する光線束とは、y軸方向において交差可能とされていることが好ましい。物体から像までの光路方向における、最適フィッティング球面からの第6の反射鏡の最大非球面偏差は、おおよそ6μmより小さくできることが好ましい。この光学系は、0.017λ以下のRMS波面収差を有するように構成されていることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
以下に挙げるものは、上記の発明の背景および概要で挙げたものに加わる参考文献の引用リストである。ここで、これらの引用文献は、以下では特に詳細に述べていない好ましい実施形態の構成要素ないし特徴部分の代替実施形態を開示するものとして、参照により好ましい実施形態の詳細な説明に組み込まれる。これらの引用文献のいずれか1つ、またはそのうちの2つ以上の組合せを調べて、以下で述べる好ましい実施形態の変形形態を得ることができる。さらに、発明の背景および/または本明細書のその他の箇所で引用した特許、特許出願、非特許文献、およびそれらについての考察もまた、参照により好ましい実施形態の詳細な説明に組み込まれ、以下に記載する参考文献と同じ効果を有する。
【0024】
米国特許第5063586号明細書、米国特許第5071240号明細書、米国特許第5078502号明細書、米国特許第5153898号明細書、米国特許第5212588号明細書、米国特許第5220590号明細書、米国特許第5315629号明細書、米国特許第5353322号明細書、米国特許第5410434号明細書、米国特許第5686728号明細書、米国特許第5805365号明細書、米国特許第5815310号明細書、米国特許第5956192号明細書、米国特許第5973826号明細書、米国特許第6033079号明細書、米国特許第6014252号明細書、米国特許第6188513号明細書、米国特許第6183095号明細書、米国特許第6072852号明細書、米国特許第6142641号明細書、米国特許第6172825号明細書、米国特許第6226346号明細書、米国特許第6255661号明細書、および米国特許第6262836号明細書。
【0025】
欧州特許出願公開第0816892号明細書、および欧州特許出願公開第0779528号明細書。
【0026】
J.M.Rodgers、T.E.Jewellによる「Design of Reflective Relay for Soft X-Ray Lithography」、International Lens Design Conference、1990年。
【0027】
T.E.Jewell、J.M.Rodgers、K.P.Thompsonによる「Reflective Systems design Study for Soft X-Ray Projection Lithography」、J.Vac.Sci.Technol.、1990年11月/12月。
【0028】
T.E.Jewellによる「Optical System Design Issues in Development of Projection Camera for EUV Lithography」、SPIE Volume 2437、340 - 347ページ。
【0029】
W.C.Sweattによる「Ring-Field EUVL Camera with Large Etendu」、OSA TOPS on Extreme Ultraviolet Lithography、1996年。
【0030】
G.E.Sommargarenによる「Phase Shifting Diffraction Interferometry for Measuring Extreme Ultraviolet Optics」、OSA TOPS on Extreme Ultraviolet Lithography、1996年。
【0031】
D.W.Sweeney、R.Hudyma、H.N.Chapman、D.Shaferによる「EUV Optical Design for a 100nm CD Imaging System」、SPIE Volume 3331、2 - 10ページ。
【0032】
この投影光学系に関する特別な好ましい実施形態について詳述する。
【0033】
図1は、第1の好ましい実施形態の平面図であり、表1および表2と合わせてこの実施形態を具体的に説明するものである。光は、例えば反射性マスクやレチクルなどの物体OBに照明系から入射し、凹面反射鏡M1に向けて送られ、反射鏡M1で反射した後、反射鏡M1と反射鏡M2の間に位置する物理的にアクセス可能な開口絞りAPEを通過する。この開口絞りAPEは、第1の凹面反射鏡M1からかなり離されて配置されているとともに、この開口絞りAPEは、凸面反射鏡M2からもかなり離されて配置されている。照明光が凸面反射鏡M2で反射された後、光は、凹面反射鏡M3のすぐそばに近接して位置する中間像IMIにおいて集束する。照明光は、反射鏡M3から凹面反射鏡M4に向けて送られ、ここで概ねコリメートされ、凸面反射鏡M5に向けて送られる。反射鏡M5で反射すると、光は凹面反射鏡M6に入射し、ここでテレセントリックに反射され(主光線が光軸と平行になる)、像IMに集束される。半導体ウェハは、通常は、この像IMの位置に配置される。凹形状の光学面は、正の光学的なパワー(P)を有し、凸形状の光学面は、負の光学的なパワー(N)を有するので、この実施形態は、PNPPNP構成の特徴を有している。
【0034】
この光学系の特徴を記述する方法は数多くあるが、容易な方法の1つは、光学系を2つの群G1およびG2に分けることである。物体OBからスタートして、第1の群G1は、凹面状ないし凸面状の反射鏡対M1,M2から構成されている。この群は、反射鏡M2と反射鏡M3の間に、約−1倍の倍率で中間像IMIを形成する。残り4つの反射鏡(凹面反射鏡M3、凹面反射鏡M4、凸面反射鏡M5および凹面反射鏡M6)によって、第2の結像群ないしリレー群G2が構成されている。この第2の群G2は、約−0.25倍の倍率で作用し、像IMにおいて物体OBを4分の1に縮小する(この縮小比は、光学倍率の絶対値の逆数である)。
【0035】
図1の第1の実施形態の光学的な規定を表1および表2に挙げる。非球面反射鏡面には、表中の記号A(1)からA(6)を付す。A(1)は反射鏡M1に対応し、A(2)は反射鏡M2に対応し、等々、以下全て同様の対応関係になっている。さらに4つの面を加えると、この具体的かつ代表的な実施形態は完全に記述される。このうち、物体OBおよび像IMは平面を表し、リソグラフィ装置ではマスクおよびウェハが配置される。開口絞りAPEおよび中間像IMIの位置についても面の指定がなされている。各面の名称の後側に並んで、頂点の曲率半径(R)および光学面間の頂点間隔を示す項目がさらに2つある。この特定の実施形態では、各面は、高次多項式によって変形した回転対称な円錐面である。非球面断面形状は、この非球面のK、A、B、C、DおよびEの値で一意的に決まる。各反射鏡は、4次、6次、8次、10次および12次の多項式の変形を用いている。z軸(z)方向における(12次の)非球面のたわみzは、以下の数式1で与えられる:
【0036】
【数1】
Figure 2004525398
ここで、hは径方向の座標;cは面の頂点の曲率(1/R);kは円錐定数;A、B、C、DおよびEは、それぞれ4次、6次、8次、10次および12次の変形の係数である。これらの係数は、表2に列挙されている。
【0037】
この第1の好ましい実施形態の光学系は、極短紫外線(EUV)または軟X線照射光で照明されるリングフィールド形状を投影するように構成されている。物体OBにおける開口数(NAO)は、0.055ラジアンであり、4倍の縮小では、これは像IMにおける開口数NAの0.22に相当する。この値は、望ましい閾値である0.18を上回るものである。物体OBにおけるリングフィールド21を図2に示す。このリングフィールドは、各非球面反射鏡の頂点を含む光軸OAから120mmのところに中心を有する。リングフィールドは、116mmから124mmまで延在して、8mmの幅23を持つ円弧状スリットを形成する。スキャン方向27と直交する方向のリングフィールド21の長さ寸法25は、104mmとなる。フィールドの中心点は、符号COPで示されている。4倍の縮小では、このリングフィールドは、像IMにおいてスキャン方向の幅が2.0mmとなる。
【0038】
光学的パワーを配分して開口絞りAPEを配置した結果、入射角は十分に制御され、これによって、EUVまたは軟X線の多層膜コーティングと併用可能な構成になる。フィールド中心点COPからの主光線CRによって測る場合には、この光学系は、3.1°から14.6°の範囲の非常に小さな入射角を有している。フィールド中心点COPからの主光線入射角は、物体で5.7°、M1で9.9°、M2で14.6°、M3で11.0°、M4で4.4°、M5で11.0°、M6で3.1°である。有利なことに、6枚の反射鏡のいずれも、フィールド中心点COPからの主光線CRをおよそ16°より小さな入射角で受け、6枚の反射鏡のうち5枚は、およそ13°より小さな角度で受けるように設けられている。これらの小さな入射角は、EUVリソグラフィを可能にする鍵であるが、それは、(1)これらの小さな入射角が、多層膜によって引き起こされるリソグラフィ性能に悪影響を与える振幅収差および位相収差を最小限に抑え、(2)横方向にグレーデッド化(garaded)されたコーティング・プロファイルにさほど頼らずに済む簡略なコーティング設計を可能にするからである。性能の低い構成(すなわちこれらの入射角を最小にすることができない構成)では、こうした多層膜によって引き起こされる振幅収差および位相収差が、公称線幅の20%を優に超える限界寸法(CD)の収差を引き起こして、光学系が製造用途に使えなくなる。
【0039】
入射角が小さいことに加えて、好適な光学系は、最大非球面偏差の小さな反射鏡を利用することによってEUVリソグラフィをさらに実現可能なものにする。(瞬間有効口径上で測定されるような)最大のピーク偏差は、反射鏡M1上に含まれるもので、その値は36μmである。その他の反射鏡は、2.5μmから14.0μmの範囲の偏差を有する低リスクの非球面である。反射鏡面の非球面偏差が小さいおかげで、ヌルレンズまたはコンピュータ生成ホログラム(CGH)を用いずとも可視光測定学による試験が容易になり、その結果、表面形状試験の精度が高くなる。非常に大きなピーク偏差を有する非球面反射鏡は、リソグラフィ性能を実現するのに必要な精度で測定できないため、製造することができない。
【0040】
表3は、図1のPNPPNP構成の性能をまとめたものである。この表から、この好ましい実施形態が、30nm程度の解像度のリソグラフィ性能を達成できることが分かる(k1因子は約0.5と仮定)。この性能は、結像群G1及びG2の間の収差バランスを操作することによって達成される。このPNPPNPは、第2の群G2からの3次の子午非点収差(3次収差係数への非球面の寄与は今の所無視する)を非常に小さくするように構成されている。この第2の群G2からのコマ収差の寄与は、この場合も非球面の寄与は無視するとして、オーバーコレクションされて大きい。第1の群G1内では、PN対による3次コマ収差の寄与が概ね相殺され(バランスがとられ)かつ凸面状の第2の反射鏡M2自身からの子午非点収差(tangential astigmatism)の寄与が小さくなるように、開口絞りの位置が選択されている。3次収差係数への非球面の寄与を考慮に入れると、反射鏡M1上のきつい凹形状は、大きくアンダーコレクションされた非点収差の寄与ならびに大きくアンダーコレクションされたコマ収差の寄与に強く影響する。これらの寄与は、群G1および群G2の間の低次の収差のバランスをとる助けとなり、このとき、反射鏡上のより高次の非球面変形は、微細な補正や収差バランスに寄与していて、残る波面収差(イメージフィールド点上に中心を持つ理想基準球面から収束する波面のずれ)をきわめて小さくとどめておくことができるようになっている。実際には、収差補正およびその結果生じる収差バランスにより、合成RMS波面収差が低減されてわずか0.011λ(0.15nm)となり、同時に静的な歪曲もフィールドにわたって1.5nm未満に修正される。
【0041】
上述したように、好適な光学系の第1の光学群G1は、第1の反射鏡M1および第2の反射鏡M2を備え、物体OBの中間像IMIを形成する。物体OBの中間像IMIは、例えば−0.8から−1.2の間といった1に近い範囲における何らかの倍率で形成されることが好ましい。例えば、図1に概略的に図示された、第1の光学群G1によって形成される物体OBの中間像IMIの倍率は、特に約−1.02とされ、僅かに拡大倍率となっている。上記光学系は、第1の光学群G1が僅かに縮小倍率(例えば、−0.8と−1.0との間)、あるいは僅かに拡大倍率(例えば、−1.0と−1.2との間)、あるいは略等倍率を提供するように構成することができる。
【0042】
第2の光学群G2は、第3の反射鏡M3〜第6の反射鏡M6を備え、中間像IMIの像IMを形成する。この像IMは、例えば−0.15と−0.35との間といった−0.25に近い範囲における中間像IMIの倍率で形成されることが好ましい。例えば、第2の光学群G2によって形成される中間像IMIの像IMの倍率は、特に約−0.25とされている。第1および第2の光学群G1,G2を備える光学系によって形成される像IMの全体的な倍率は、従って、上述したように好ましくは大体+0.25、つまりは4分の1倍の縮小とされている。物体OBから像IMへの実質的な縮小は、明らかに第2の光学群G2によって行なわれる。
【0043】
補正すべき収差のほとんどが非点収差であるため、好ましい実施形態は、3次の(ザイデル)非点収差の補正に作用する新たな構成を用いている。好ましい実施形態は、第2の光学群G2の反射鏡M3〜M6からの3次子午非点収差が補正される(ザイデル和が0に近づく)ように構成されている。子午非点収差をさらに最小限に留めるために、開口絞りAPEの好適な位置は、凸面状の第2の反射鏡M2による子午非点収差が補正される(ザイデル寄与が0に近づく)ように選択されている。このような構成としたことにより、とりわけ反射鏡M6にずれの小さな/度合いの小さな非球面を用いることが可能になる。この反射鏡M6上では、表3に示されているような好ましい実施形態の光学系においては、最適フィット球面からの非球面偏差が有効口径にわたり約4μmとされている。この第6の反射鏡M6は、6反射鏡系(光学系)の中で最大の反射鏡である。第6の反射鏡M6の好適にも小さな非球面偏差により、作製ならびに検査がかなり簡単な光学系が得られる。好ましい実施形態による第6の反射鏡M6の非球面偏差は、6μmを下回る範囲、それも好ましくは2μm〜6μmの範囲内の非球面偏差を有することができる。
【0044】
この投影光学系には、さらに、図1の光学系の開口数またはフィールドのいずれにおいてもスケール変更することができるという利点がある。例えば、エリアルイメージ(aerial image)の変化を改善するために上記の概念をより大きな開口数に適用し、さほど強くないk1因子を用いながら30nmの解像度を可能にすることが望ましい。この好ましい実施形態がこのようなより大きな開口数へのスケール変換に容易に対応することは、簡単なスケール変更実験の結果により実証されている。いかなる変更も加えずに、表3に示す値の14%増しとなる開口数0.25で、合成二乗平均(RMS)波面収差の分析を行った。合成RMS波面収差は、0.033λ(0.44nm)となることが分かった。これはリソグラフィ品質の結像を満足する水準である。
【0045】
図2において、スキャン方向に視野を拡大し、リソグラフィ装置が処理することができる1時間当たりのウェハ数(WPH)を増加させることが望ましい。これは、円弧状スリットが広くなれば、単位時間当たりに転写することができる面積も大きくなるという考え方である。この好ましい実施形態がフィールド幅の拡大に容易に対応することは、別の簡単なスケール変更実験の結果により実証されている。いかなる変更も加えずに、表3に示す値の50%増しとなる幅3mmの円弧状スリットにわたって合成RMS波面収差の分析を行った。合成RMS波面収差は、0.021λ(0.28nm)となることが分かった。これもやはり、リソグラフィ品質の結像を満足する水準である。
【0046】
図1に描かれた好ましい実施形態によれば、多層膜コーティングによる波面収差の劣化を部分的に補償することができる。この部分的な位相補償は、反射鏡M2から反射鏡M5までの間の構成によって特に可能となる。多層膜表面への大きな平均入射角に起因する多層膜位相効果は、好適にも、好ましい実施形態の光学系において少なくとも部分的に補償される。好ましい光学系は、主として2つの構成を用いてこれらの収差を補正するための手段を提供するように構成されている。先ず第1に、フィールド中心点COPから来る光束の、反射鏡M2および反射鏡M5における平均入射角は、略同じに設定される。上記光束は、子午面内では、上側の周辺光線URと下側の周辺光線LRとによって境界が定められている。この子午面は、図1中、y−z平面として示されている。この好ましい実施形態に対して、反射鏡M2における平均入射角は、約14.6°とされ、他方、反射鏡M5における平均入射角は約11.0°とされている。これらの角度は、厳密に等しいものである必要はないが、その差は5°よりも小さく、好ましくは4°よりも小さくなければならない。第2に、子午面内において見られるような反射鏡M2上で端から端にわたる間の入射角の変化ないし変動、および反射鏡M5上で端から端にわたる間の入射角の変化ないし変動による入射角差は、中間像IMIの位置とともに開口絞りAPEに対する第2の反射鏡M2の位置を変えることによって最小限に抑えられている。好ましい実施形態に対して、反射鏡M2上での子午面内の入射角変動は、約6°とされ、他方、反射鏡M5上での入射角変動は、約8.7°とされている。これらの入射角変動の差をとったものは、5°よりも小さく、好ましくは4°よりも小さくなければならない。上述の好ましい実施形態において、この差は、像側の開口数NA0.22の場合で2.7°になっている。
【0047】
表4に示すように、上側周辺光線URは、反射鏡M2において、該上側周辺光線URの入射角(17.4°)が下側周辺光線LRに関する入射角(11.4°)よりも大きいために、下側周辺光線LRよりも大きな位相変化を受ける。M2におけるURとLRに対する入射角の差は、このように+6.0°とされている。光束が中間像IMIを通過して伝搬すると、反射鏡M2に下側光線LRの上方で当たる当の上側光線URが、下側光線LRが反射鏡M5に当たる位置よりも下方でこのM5に当たるようになる。上側光線URと下側光線LRとは、中間像IMIを形成した後、y軸方向に沿ったその相対位置を変える。下側光線LRより下方で反射鏡M5に当たる上側光線URは、反射鏡M5において、上側光線URの入射角(6.4°)が下側光線LRに関する入射角(15.1°)よりも小さいために下側光線LRよりも小さな位相変化を受けるようになる。M5におけるURとLRに対する入射角の差は、こうして−8.7°とされている。このようにして、表4に示すように、反射鏡M2と反射鏡M5の間で位相を補償する優れた手段が得られることになる。均一なMo/Si多層膜コーティング(例えば40個の二重層対で各二重層が7.04nmの厚さを有している)は、通常、反射鏡M2および反射鏡M5の両方に被覆させることができる。このMo/Si多層膜は、M2から−0.406λ(5.44nm)のピーク・トゥ・バレー(peak to valley)位相収差(これは、理想的には光路差ないしは波面収差に等しいものである)、そして、M5から+0.484λ(6.49nm)のピーク・トゥ・バレー位相収差を生じさせる。正味の位相変化は、好ましい実施形態に係るこの好適な位相補償技術を用いることによって、かくして〜0.500λから僅か0.078λ(1.05nm)まで低減される。残りの位相収差は、位置を適度に最適化することで補正することができる。この方法は、波面収差が反射鏡対同志の間で相殺されず、むしろ収差を加え合わせて大きくしてしまうことのあるような光学系に比べて著しい長所を有している。この技術は、多層膜によって引き起こされた位相収差を低減するのに二者択一的に用いることができ、これにより、位相収差は、大体0.125λかそれを下回るレベルにまで低減される。このレベルだと、リソグラフィ水準に対する性能を向上するのに適度な位置の最適化を利用できる。
【0048】
図1に示されるように、好ましい実施形態の上記光学系は、反射鏡M2から反射鏡M3まで伝搬する光束と、反射鏡M4から反射鏡M5まで伝搬する光束とがy軸方向において互いに交差するというさらなる特徴を有している。光束が交差するという斯かる特徴は、中間像IMIがM2とM3の間に配置されるという好ましい実施形態の特徴と組み合わされることで、コンパクトな光学系の特徴を兼ね備えるように働き、歪みを処理して入射角を小さく保つのに役立ち、さらに実質的な光束のクリアランス(beam clearance)を与える。光束が交差する特徴はまた、好ましい実施形態による大開口数(例えば、0.18を上回る、さらに好ましくはおよそ0.20〜0.25を上回る)の光学系とともに有利に協働する。
【0049】
光束は、中間像IMIと反射鏡M3の曲率中心とがいずれもM3の頂点の(図1における)左側に位置するように交差させられる。同じように、もし反射鏡M5と反射鏡M6が取り除かれれば、M4の後側に実像が形成されることになる。M4の曲率中心と、M5とM6が途中取り除かれると形成されることになろうこの実像とは、M4の頂点の右側に位置することになる。このように、M3およびM4の双方への平均入射角が最小限に抑えられる。
【0050】
光束が交差する構成によれば、「制限」無くフィールドのどの開口数においてもスケール変更されるように構成することができる。言い換えれば、反射鏡M3,M4の周辺には、かなりのビーム(光束)クリアランス(beam clearance)があることになる。これにより、設計における汎用性を増やすこともできる。光束が交差する好ましい実施形態の特徴は、光束が交差しない光学系において考えられるものよりもはるかに、実質的なビームクリアランスのためになっている。
【0051】
好ましい実施形態により光束が交差すると、反射鏡M3,M4の間の光路長、ならびに反射鏡M4,M5の間の光路長を増やすことができ、これにより、入射角を低減することが可能になるというさらなる長所がある。さらに、既に簡単に述べたことでもあるが、光束が交差することにより、好ましい実施形態をコンパクトな構成にするのに役立つ(すなわち、物体と像との間がz軸方向に好ましくは2m未満、特に約1500mm以下)。反射鏡の取り付け、特に反射鏡M4の場合に必要なスペースのことがあるので、光束が交差する好ましい実施形態の特徴が、コンパクトで開口数の大きな光学系、そしてさらに有利なことには、かなり低い入射角を持った好ましい光学系を実現するのに役立つ。
【0052】
光学的な構成について以上述べてきた説明は、EUVリソグラフィに有利な反射投影光学系の概念を具体的に示すものである。これらの実施形態は、特に13.4nm用ツールに使うものとして説明されてきたが、その基本的な考え方は、電磁スペクトル中の軟X線領域に適した何らかのコーティング材料を有するのであれば、波長が短くても長くても、この波長でのリソグラフィ露光ツールとともに使用することに限定されるものではない。
【0053】
本発明の具体例の図面ならびに個別の実施形態について述べて例証してきたが、本発明の範囲は、考察を行なったこれら特定の実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。したがって、これらの実施形態は限定的なものではなく具体例と見なされるべきもので、当業者なら、特許請求の範囲およびその均等物に記載されるような本発明の観点を逸脱することなく、これらの実施形態に様々な変更を加えることが可能であろうことを理解されたい。例えば、当業者なら、本明細書に記載の実施形態を再構成して、視野の拡大または開口数の増大あるいはそのいずれをも行い、解像度またはスループットの改善を達成することができる。
【0054】
【表1】
Figure 2004525398
【0055】
【表2】
Figure 2004525398
【0056】
【表3】
Figure 2004525398
【0057】
【表4】
Figure 2004525398

【図面の簡単な説明】
【0058】
【図1】本発明に係る好ましい一実施形態によるEUV投影光学系の平面図である。
【図2】物体の位置での好ましい実施形態による円弧状のリングフィールドの幾何形状を示す概略図である。
【符号の説明】
【0059】
APE・・・開放絞り
COP・・・フィールド中心点
CR・・・主光線
G1・・・第1の光学群
G2・・・第2の光学群
IM・・・像
IMI・・・中間像
M1・・・第1の反射鏡
M2・・・第2の反射鏡
M3・・・第3の反射鏡
M4・・・第4の反射鏡
M5・・・第5の反射鏡
M6・・・第6の反射鏡
OB・・・物体

Claims (24)

  1. 物体(OB)を像(IM)に結像するための少なくとも6枚の反射鏡(M1,M2,M3,M4,M5,M6)を備え、
    少なくとも一つの反射鏡対が、少なくとも部分的に位相を補償する反射鏡対としてさらに構成されているEUV投影光学系。
  2. 前記少なくとも部分的に位相を補償する反射鏡対は、前記物体(OB)から前記像(IM)に至る光路の途中に、第2の反射鏡(M2)と、第5の反射鏡(M5)とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の光学系。
  3. 第1の反射鏡(M1)と第2の反射鏡(M2)との間に、前記物体(OB)から前記像(IM)に至る光路の途中に配置された開口絞り(APE)をさらに備えていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光学系。
  4. 前記開口絞り(APE)は、前記第1の反射鏡(M1)上を除く位置に配置されているとともに、前記開口絞り(APE)は、前記第2の反射鏡(M2)上を除く位置に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の光学系。
  5. 前記物体(OB)から前記像(IM)に至る光路の途中の第2の反射鏡(M2)は凸面状とされ、前記光路の途中の第3の反射鏡(M3)は凹面状とされていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光学系。
  6. 物体(OB)を像(IM)に結像するための少なくとも6枚の反射鏡(M1,M2,M3,M4,M5,M6)と、
    第1の反射鏡(M1)と第2の反射鏡(M2)との間における前記物体(OB)から前記像(IM)に至る光路の途中に配置された開口絞り(APE)とを備え、
    前記第2の反射鏡(M2)は凸面状とされ、
    前記光路の途中の第3の反射鏡(M3)は凹面状とされているEUV投影光学系。
  7. 前記開口絞り(APE)は、前記第1の反射鏡(M1)上を除く位置に配置されているとともに、上記開口絞り(APE)は、前記第2の反射鏡(M2)を除く位置に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の光学系。
  8. 少なくとも一つの反射鏡対が、少なくとも部分的に位相を補償する反射鏡対として構成されていることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の光学系。
  9. 前記少なくとも部分的に位相を補償する反射鏡対は、前記光路の途中に前記第2の反射鏡(M2)と第5の反射鏡(M5)を備えいていることを特徴とする請求項8に記載の光学系。
  10. 第2の反射鏡(M2)と第3の反射鏡(M3)との間における前記物体(OB)から前記像(IM)に至る光路の途中に中間像(IMI)を形成するように構成され、第1の反射鏡(M1)及び第2の反射鏡(M2)が第1の光学群(G1)を形成し、第3の反射鏡(M3)、第4の反射鏡(M4)、第5の反射鏡(M5)、及び第6の反射鏡(M6)が第2の光学群(G2)を形成するように構成されていることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の光学系。
  11. 前記第1の光学群の倍率は、−0.8から−1.2までの間とされ、前記第2の光学群の倍率は、−0.15から−0.35までの間とされていることを特徴とする請求項10に記載の光学系。
  12. 物体(OB)を像(IM)に結像するための少なくとも6枚の反射鏡(M1,M2,M3,M4,M5,M6)を備え、第2の反射鏡(M2)と第3の反射鏡(M3)との間における前記物体(OB)から前記像(IM)に至る光路の途中に中間像(IMI)を形成するように構成され、第1の反射鏡(M1)及び第2の反射鏡(M2)が第1の光学群(G1)を形成し、第3の反射鏡(M3)、第4の反射鏡(M4)、第5の反射鏡(M5)、及び第6の反射鏡(M6)が第2の光学群(G2)を形成するように構成され、前記第2の反射鏡(M2)は凸面状とされ、前記第3の反射鏡(M3)は凹面状とされているEUV投影光学系。
  13. 第1の反射鏡(M1)と第2の反射鏡(M2)との間における前記物体(OB)から前記像(IM)に至る光路の途中に配置された開口絞り(APE)をさらに備えていることを特徴とする請求項12に記載の光学系。
  14. 前記開口絞り(APE)は、前記第1の反射鏡(M1)上を除く位置に配置されているとともに、前記開口絞り(APE)は、前記第2の反射鏡(M2)上を除く位置に配置されていることを特徴とする請求項13に記載の光学系。
  15. 少なくとも一つの反射鏡対が、少なくとも部分的に位相を補償する反射鏡対として構成されていることを特徴とする請求項12から請求項14のいずれか1項に記載の光学系。
  16. 前記少なくとも部分的に位相を補償する反射鏡対は、前記第2の反射鏡(M2)と前記第5の反射鏡(M5)とを備えていることを特徴とする請求項15に記載の光学系。
  17. 前記物体(OB)から前記像(IM)に至る光路の途中の第1の反射鏡(M1)は凹面状とされ、第2の反射鏡(M2)は凸面状とされ、第3の反射鏡(M3)は凹面状とされ、第4の反射鏡(M4)は凹面状とされ、第5の反射鏡(M5)は凸面状とされ、第6の反射鏡(M6)は凹面状とされていることを特徴とする請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の光学系。
  18. 前記6枚の反射鏡(M1,M2,M3,M4,M5,M6)のそれぞれは、前記物体(OB)と前記像(IM)との間に配置され、前記物体(OB)と前記像(IM)との間の物理的な距離は、略1500mm以下とされていることを特徴とする請求項1から請求項17のいずれか1項に記載の光学系。
  19. 0.18よりも大きな開口数で像(IM)を形成するように構成されていることを特徴とする請求項1から請求項18のいずれか1項に記載の光学系。
  20. 前記6枚の反射鏡(M1,M2,M3,M4,M5,M6)のそれぞれは、略16°よりも小さな入射角でフィールド中心点(COP)からの主光線(CR)を受けるように構成されていることを特徴とする請求項19に記載の光学系。
  21. 前記6枚の反射鏡(M1,M2,M3,M4,M5,M6)のうち5枚は、略13°よりも小さな入射角でフィールド中心点(COP)からの主光線(CR)を受けるように構成されていることを特徴とする請求項19または請求項20に記載の光学系。
  22. 前記物体(OB)から前記像(IM)までの間の光路に沿って、第2の反射鏡から第3の反射鏡(M2,M3)までの間を伝搬する光束と、第4の反射鏡から第5の反射鏡(M4,M5)までの間を伝搬する光束とは、y軸方向に交差するように構成されていることを特徴とする請求項1から請求項21のいずれか1項に記載の光学系。
  23. 前記物体(OB)から前記像(IM)に至る光路に沿った第6の反射鏡(M6)の最適フィッティング球面からの最大非球面偏差は、略6μmより小さくされていることを特徴とする請求項1から請求項22のいずれか1項に記載の光学系。
  24. 0.017λ以下のRMS波面収差を有するように構成されていることを特徴とする請求項1から請求項23のいずれか1項に記載の光学系。
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