JP2005004146A - 反射光学素子及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＵＶ光源と、光源からのＥＵＶ光をレチクルに導く照明光学系と、レチクルパターンを感応基板上に投影させる投影光学系とを有する露光装置に用いられる反射光学素子であって、局所的な熱の発生による変形を防止するように表面形状を変形可能とする。
【解決手段】変形可能な反射鏡と、反射鏡２１０の裏面に力を加える複数のパッシブアクチュエータ２５０と、反射鏡の裏面に力を加える複数のアクティブアクチュエータ２４０と、を有することを特徴とする反射光学素子２００。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射光学素子を用いた高精度な結像系に関するものであり、特には高精度なリソグラフィ露光システム及びその方法で、表面形状が変形可能な反射光学素子を使って収差を低減するシステム及び方法であって、その結像系の収差を測定して制御することを含むシステム及び方法である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
多くの製造工程や科学的な処理工程において、極めて高精度で、収差のない光学系を利用して可視領域以外の波長で観察したり、露光する事が望まれている。例えば、少なくとも、ひとつの露光工程が普遍的に求められており、そこでは、決められた位置に、決められた線幅を有する回路要素が露光される。この回路要素は１つのチップ内に数千万から数億個含まれている。各回路要素は非常に小さく、互いに近接して配置されており、このことを、一般的には高い集積度と言われている。このような回路要素により、信号伝搬時間が短くなったり、ノイズの影響を受けにくくすることが可能となる。更に、高機能化といった利点もあり、場合によっては製造コストの低減という効果もある。このような状況がより狭い線幅を有する領域を増加させる要員になっている。この狭い線幅を有する領域はレジストを露光する事によって行われる。従って、露光装置の分解能と収差はきちんと決めれられたバジェット（ｂｕｄｇｅｔ）内に収まっていなければならず、通常このバジェットは露光すべきパターンの最小線幅の十分の一程度である。
【０００３】
光学系の分解能は露光に使用するエネルギーの波長の関数となるが、位相シフトマスクのような手段を用いて露光波長以下の露光分解能の達成が可能になっている。しかしながら、極端に小さい線幅パターンを分解するにはやはり対応して露光波長を短くする必要がある。リソグラフィ露光にＸ線を用いることは知られているが、実際には実用化されてはいない。その理由は、Ｘ線ではサイズの縮小が出来ないため、露光に用いるマスクを作るためには、最終的に必要な最小線幅と同じ線幅を有するマスクを作る必要があるからである。光学的な露光方法や電子ビーム投影システムを用いると像の縮小が可能になり、レチクルには投影される像よりも大きいパターンを持たせることが可能である。
【０００４】
しかしながら、この２つの技術を比べると、電子ビーム投影システム用のレチクルは光学レチクルよりもずっと価格が高く、またより重要な点は、電子ビーム露光では集積回路全体を露光するためにより多くの露光が必要であるということである。それは、チップでの露光フィールドが電子ビーム投影システムで制限されているためである。従って、光学的露光システムに引き続き関心が集められ、より短波長、例えばＥＵＶのような波長を使う方向に進んでいる。
【０００５】
ＥＵＶ光の波長範囲は１２ｎｍから１４ｎｍと考えられているが、特には１３ｎｍを中心にして帯域幅が１ｎｍ内に入るものである。そのような波長では、可視光領域では透明な像形成用の物質やレンズ用の物質であっても不透明である。従って、開発されているシステムはただ反射系のみである。そのような反射系はレンズ系より複雑である。その理由はレチクルの照明系と投影されたパターンをターゲットに照射する系とが干渉することを回避しなければならないため、レチクルに垂直な照明とならないからである。このことは一般的には、光学素子の数を増やして収差を低減し、全体系を十分良く補正された系にしなければならなくなる。上記の環境下で高い製造収率（スループット）を確保するには、光学系が高い安定性を有することのみならず、システムの性能を頻度高く測定し、調整する必要がある。
【０００６】
波面収差の計測技術は良く知られており、それにより光学系及び光学素子の特性を精度良く特徴づけることが出来る。しかしながら、実際にそのような測定を行うことは複雑で困難である。例えば、露光中に露光自体と干渉しないで測定することは、軸上であろうと露光フィールド内であろうと実施は不可能である。何故ならば、タ−ゲットが置かれている、システムの焦点面に影を落としたり、焦点面を占領してしまうからである。露光と露光の間で測定を行うと、露光中の特性を測定していることにはならず、真の意味でリソグラフィ結像系の評価を行っているわけではない。ただ、現状では、いくらかの誤差を含んでいたとしても、露光間に測定する方法が実際的な解決手段であると考えられている。光学性能は一般的にはシステムの光軸から離れれば劣化する。そして、実際問題として、所定の像を投影するには、精度が十分高く、高い分解能を有し、無収差を保てる光学フィールドを全体的に使用する必要がある。従って、この目的のためには、光学素子や光学システムの軸上（光束軸）での性能を直接測定出来ない測定法や、光束軸での性能を予測できない測定は除外されることになる。
【０００７】
Ａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃｓは良く知られているが、今日までこのようなシステムに使用されたことはない。Ａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃｓでは光学素子の特性を変化させるために光学素子の全体的な形状や局所的な形状を変化させる機能が備わっている。Ｊｏｈｎ Ｗ．Ｈａｒｄｙによる論文、”Ａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃｓ： Ａ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｉｇｈｔ” （Ｐｒｏｃ． ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ， Ｖｏｌ． ６６， Ｎｏ．６， Ｊｕｎｅ， １９７８）はこの技術の概観を提供し、本発明の関連参考である。特に、光学素子である反射鏡を局所的に変形させたり、一般的な変形を与えて、例えば大気の揺らぎを補正しようとする機構配置は参考資料となる。しかし、特定の光学効果を達成するための測定はそこに記載されているように非常に複雑で難しい。また、光学素子の変形には制限があり、制御が難しい。特に、変形が、相対的に区別することが難しく、評価することが困難な多くの異なる形状を持つ複数の要素からなると考えられる場合は困難である。例えば、いくつかの相対的に大きな光学素子の変形要素は製造誤差及び又は素子の保持方法や配置によって生じ、相対的に小さく、かつ、一般的には局所的に生じる変形は熱による効果が主な原因である。熱による効果は例えば、投影パターンに起因した放射の不規則な吸収によって生じる。更に、認識すべき事は、露光波長は十分な分解能を得るためにとても短いにも関わらず、必要とされる補正量は実質的に露光に用いられる光の波長よりも小さいということである。
【０００８】
更に、局所的な補正は光学素子の相対的に狭い領域に対して補正が必要である。特に、製造誤差、素子の保持の不完全性及びパターン化された露光ビームによる局所的な熱上昇等によって生じる高次収差の補正の為に、局所的な補正が必要となる。更に、光学素子は、十分な熱容量と安定性をもたらすために、一般的には相対的に剛性を高くし、厚さを厚くすることが要求される。このような光学素子を局所的に変形させるためには大きなパワーを出力するアクチュエータが必要となる。しかしながら、配置可能な空間が制限されるため、アクチュエータの大きさもこれに応じて制限される。相対的に小さなアクチュエータで大きなパワーを出力すると、アクチュエータ自身から発生する熱も大きくなるため、アクチュエータ自身が局所的な熱源となる。この局所的な熱は補正を複雑にする。特に、高次収差を補正するためには多くの場所にアクチュエータを配置して、ミラーの形状補正を行う必要があるため、更に局所的な熱の影響を補正することは困難となる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明は、変形可能な反射鏡と、前記反射鏡の裏面に力を加える複数のパッシブアクチュエータと、前記反射鏡の裏面に力を加える複数のアクティブアクチュエータと、を有することを特徴とする反射光学素子を提供する。
【００１０】
パッシブアクチュエータは熱を発生しないアクチュエータとすることが好ましい。
また、パッシブアクチュエータは位置アクチュエータと弾性部材とすることが好ましい。
【００１１】
パッシブアクチュエータはアクティブアクチュエータよりも多く配置することが好ましい。
パッシブアクチュエータはアクティブアクチュエータよりも密に配置されることが好ましい。
【００１２】
パッシブアクチュエータとアクティブアクチュエータは一つの複合アクチュエータとすることが可能である。
パッシブアクチュエータは静的な誤差要因に起因する形状誤差を主に補正し、アクティブアクチュエータは高周波の誤差要因に起因する形状誤差を主に補正することが好ましい。
【００１３】
ＥＵＶ光源と、光源からのＥＵＶ光をレチクルに導く照明光学系と、レチクルのパターンを感応基板上に投影させる投影光学系と、を有する露光装置であって、照明光学系及び投影光学系に用いられる反射光学素子のうち少なくとも一つに前述の反射光学素子を用いることが好ましい。
このようにすることによって高精度な露光を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１を参照する。本発明による反射鏡システムが示されている。このシステムの全ての光学素子は反射系であり、ＥＵＶ光を投影するのに適している。例示の光学系はレチクル１２０により作られたパターンビームをレジストが塗布されたウェハ１３０のようなタ−ゲット上に投影結像するのに適している。更に特記すべきことは、この光学系はかなり複雑であり、６枚の反射鏡１〜６を有し、光路は各素子間を折れ曲がって進み、基本的に軸外（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）光学系であり、相当な収差を生じる可能性がある。
【００１５】
本発明に従うと、図１の光学系の素子（反射鏡）の少なくとも一つに変形可能な反射光学素子を用いることができる。勿論、本発明は反射光学素子を用いた他の装置にも適用可能である。しかし、少なくとも定期的に（例えば、週に一度）系の収差を測定する必要がある。そうして変形可能な光学素子を調整して収差を許容内に収めるように補正を行うことが必要である。本発明による測定システムが投影レンズ系１００の一部として組み込まれている。光源１１０として波長が露光光とは異なる光の光源（投影系が全て反射系なので、これが可能である）がレチクル１２０より若干外側に配置されている。レチクル１２０はＥＵＶ光によって照明され、レチクル上に形成されたパターンが６枚の反射鏡１−６によってウエハ１３０上に結像される。測定用光源１１０は露光光束の軸とは異なる軸外に配置されており、タ−ゲット（ウェハ）は一般的にはレチクルと共役であるため、測定光を検出するセンサー１４０の位置も測定用光源１１０と同様に図１に示すように、露光されるウェハの位置とは異なる軸外に配置可能である。従って、露光の為にレチクル（マスクとも呼ぶ）１２０又は／及びウエハ１３０が移動したとしても、レチクル、ウエハ及びそれらを支持するステージと光源１１０及びセンサ１４０は機械的な干渉を起こさない。
【００１６】
つまり、露光中に投影光学系の波面収差を測定することが可能となっている。一点の測定だけではなく、２次元（あるいは１次元）的な測定が必要となる場合がある。このような測定には、例えば、別の測定用光源１１０‘やセンサー１４０’を用いることもできるし、更に、移動手段１５０によって光源１１０、センサ１４０を２次元（あるいは１次元）に移動させて測定することも可能である。このような測定は場合によっては露光動作を遮る場合もありえるが、露光動作を遮る場合には、タ−ゲットやレチクルを交換する時、アライメントを行う時等（つまり、露光が行われていない時）に測定を行って、これらの測定データを繋ぎ合わせることにより収差のマップを作ることが可能となる。
【００１７】
尚、露光が行われていない時に測定を行う場合は露光光束軸における波面収差を測定することが可能である。測定光束軸が若干露光光束軸とは離れた軸外になっているので、計算手段１６０は経験則や内挿法、外挿法等を用い、好ましくは、ルックアップテ−ブル（ＬＵＴ）１７０を用いて露光光束軸上の波面収差及びミラーの形状補正量を計算している。また、制御手段１８０は投影光学系の光学性能が最適となるように、投影光学系の反射鏡１〜６の表面形状を補正するための信号を各反射鏡１〜６に設けられているアクチュエータに送る。尚、光学系の波面収差を測定する方法や測定された波面収差から反射鏡の形状変化量（補正量）を求める方法は様々な方法を採用することができ、上述の方法には限定されない。また、上述の方法は露光光とは異なる測定光を用いて露光光束とは異なる軸における測定を行っているが、露光光を用いたり、露光光束と同軸で測定を行っても構わない。
【００１８】
ミラー形状を補正する装置が知られ、好ましい特性が広い範囲で得られるように検討されているが、本発明では潜在的に高い空間周波数動作を追求している。また、一方では、光学素子表面の急激な変化の回避、ひとつの動作あたりの低価格化、高い安定性を追求し、安定させる時に保持電力が少ない又は必要ないものを求めるものである。このような特性は高精度、高分解能、無収差、反射鏡の特定小領域を短波長の数分の一のオーダーで変形させること、を実用的なコストで実現するために必要である。勿論、調整時に誤差を生じさせたり、再現性や収差の発生を悪化させたりするヒステリシスや機械的メモリー性がないものが求められる。
【００１９】
図２に断面図を示したように、本発明に関連する光学素子２００はミラー２１０と、リアクションプレート２２０と、リアクションプレート２２０に固定され、ミラー２１０をリアクションプレート２２０に対して保持するミラー保持部材２３０を有する。本実施の形態では、ミラー保持部材２３０は等間隔に３つ配置されており、ミラーに振動や変形が生じないようにミラーを保持している。上述したように、ミラー２１０は装置の要求に応じた剛性と熱容量を有するような厚さを持っている。
【００２０】
ミラー２１０の表面２１２は装置の要求する理想的な形状となるように製作されている。そして、現在のミラー保持技術によれば、多少理想形状から変化したとしても、ＥＵＶ波長よりも小さい許容範囲内で精度良くミラーを保持することが可能である。しかしながら、この形状は重力や局所的な温度又は環境温度、ミラー保持による応力等々により少しずつ変化する可能性がある。ミラー変形のいくつかの要因は露光装置の動作条件に起因するものもある。
【００２１】
本発明者はこのような誤差の要因や形状変化は２つの基本的なタイプに分類されることに気がついた。一つ目は、実質的に時間の経過に対して形状変動のない誤差要因（静的な誤差要因）であり、これは例えば製造誤差、非理想的な保持による変形等の実質的に一定なものと、例えば熱平衡状態に近いごくゆっくりと変化するものとが含まれる。２つ目は時間の経過に対して形状変動の高い誤差要因（高周波の誤差要因）であり、１つのチップを露光する期間、１枚のウエハを露光する期間のような短期間で形状が変動するものである。場合によっては、この高周波の誤差要因とは、数時間毎、数日毎、数週間毎という期間も含む。
【００２２】
本発明者は更に、静的な誤差要因は高周波の誤差要因に比べて振幅が大きいことに気がついた。更に、静的な誤差要因による形状補正は高周波な誤差要因に比べて、一般的に高次の形状補正を行う必要がある（高空間周波数が要求される）という事に気がついた。
【００２３】
図２に戻って、複数のアクチュエータ２４０，２５０が図示されており、各アクチュエータは複数のミラー保持部材２３０の間でミラー２１０の裏面に各々が接触するように配置されている。アクチュエータを配置する数や位置は補正すべき形状の空間周波数や補正量によって決めることができる。
【００２４】
パッシブアクチュエータ２５０は基本的に静的な誤差要因による形状誤差を補正するためにあり、そのため、アクティブアクチュエータ２４０に比べて数多くより密に配置される。パッシブアクチュエータ２５０は調整の変更を頻繁に行わないので単純な手動の調整手段でも構わないが、モーター等電気的な手段を用いて調整を行うようにしても良い。アクティブアクチュエータは、例えば、自動制御された止めねじや、圧搾空気を用いて袋を膨らませたり縮ませたりする手段や、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）のような電気機械的な手段、バイモルフの圧電手段、電歪素子、磁歪素子等々のアクチュエータを用いることが可能であり、好ましくは相対的に低剛性のものを用いる。これらのアクティブアクチュエータ２４０はパッシブアクチュエータ２５０よりも相対的にまばらに配置される。
【００２５】
パッシブ力アクチュエータは良く知られている止めネジのようなパッシブ位置アクチュエータとは異なり、力が供給される軸方向のアクチュエータの位置変化に比べて補正量が小さくなるような力を供給するように構成されている。例えば、図２，３に示すように、弾性部材と位置アクチュエータの組み合わせからなる。図ではネジとバネの組み合わせとして図示してあるが、弾性部材としてはコイル、片持ちレバー、固定の空気袋、弾性体、フレクチュア等の機械的リンク部材等を用いることができ、位置アクチュエータとしては止めねじ（ｓｅｔ ｓｃｒｅｗ）、調整可能な空気袋等を用いることができる。このようなパッシブ位置アクチュエータは位置アクチュエータによって加えられる力を弾性部材によって縮小して伝えるため、より高精度にミラーの形状補正を行うことが可能となる。他方、アクティブアクチュエータは、ミラーの形状補正の為にミラーに加える力を調整する力アクチュエータを用いる。ミラーを予め変形させておくことによって、アクチュエータがミラーに伝える力を押す力か引く力のいずれかのみにすることも可能であるが、引っ張る力と押す力の両方の力をミラーに加えられることが好ましい。本実施の形態の弾性部材と位置アクチュエータの組み合わせの変わりに、弾性部材と力アクチュエータとの組み合わせを用いることも可能である。
【００２６】
図２の配置によれば、アクティブアクチュエータは相対的にまばらに配置することが可能となり、また、上述した静的な誤差要因と高周波の誤差要因の両方を補正するのではなく、後者の補正のみを行うことが可能となるので、アクチュエータのパワーが低くても構わない。特に、高周波の誤差要因は形状補正量が相対的に少ないため、更にアクチュエータのパワーは低くても構わない。従って、本実施の形態はアクティブアクチュエータの発生する熱が少なくなる上に、熱源の数も減らすことができるという効果を有する。尚、パッシブアクチュエータ２５０が静的な誤差要因に起因する形状誤差の補正を行うが、本実施の形態では、この形状補正の為の力を供給するため及びその力を維持するために熱が発生するようなアクチュエータを用いないため、パッシブアクチュエータ２５０は熱源とならない。なお、熱を発生するようなアクチュエータを用いたとしても、メカ的なクランプを用いて補正形状を維持するようにすれば、補正時には熱を発生するものの形状維持には熱が発生しないため、熱の問題は解消される。特に、静的な誤差要因に起因する形状誤差はほぼ一定であるため、この形状補正を行うために発生する熱は露光時には殆ど問題になることがない。
【００２７】
図３は第２の実施形態による本発明の光学素子を示す断面図である。ミラー２１０，リアクションプレート２２０，ミラー保持部材２３０は第１の実施形態と同様であり、本実施の形態ではアクティブアクチュエータ３４０とパッシブアクチュエータ３３０を組み合わせて複合アクチュエータ３２５として配置している点が異なる。図３に示すように、パッシブアクチュエータ３３０とアクティブアクチュエータ３４０は縦に一列に配置され、ミラー２１０のある一点に力を加える。図２の例に比べて、本例ではパッシブアクチュエータ３３０とアクティブアクチュエータ３４０とがミラー裏面に平行な方向に機械的な干渉を生じないと言うメリットがある。例えば、ミラー形状補正の空間的周波数が高い場合、パッシブアクチュエータ３３０を多く配置しなければならないが、そのような場合には図２よりも図３の例の方がより多くのパッシブアクチュエータを配置することができるため有利である。
【００２８】
尚、図では全てのアクチュエータを複合アクチュエータ３２５としているが、上述したようにアクティブアクチュエータ３４０の数は少なくても高周波の誤差要因に起因する形状誤差の補正は可能であるため、一部は複合アクチュエータ３２５を用い、その他はパッシブアクチュエータのみを用いることも可能である。更に、図３の例では、パッシブアクチュエータ３３０の力がアクティブアクチュエータ３４０を介してミラーに伝わるため、アクティブアクチュエータ３４０によって加える力の範囲を予め計算等により求めておけば、この範囲の中心となる力（つまりバイアス分）をパッシブアクチュエータ３３０で与え、アクティブアクチュエータ３４０で変化分のみの力を供給するということもできる。このようにすると、アクティブアクチュエータが発生する熱を更に低減させることができる。
【００２９】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、熱の影響を低減したより高精度な形状補正を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を反射系に応用した時の全体的なシステムの好ましい形態を示す。
【図２】本発明に組み込まれる好ましい反射鏡の断面の模式図である。
【図３】本発明に組み込まれる好ましい反射鏡の断面の模式図である。
【符号の簡単な説明】
２１０・・・ミラー
２２０・・・リアクションプレート
２３０・・・ミラー保持部材
２４０・・・アクティブアクチュエータ
２５０・・・パッシブアクチュエータ

Claims (8)

1. 変形可能な反射鏡と、
   前記反射鏡の裏面に力を加える複数のパッシブアクチュエータと、
   前記反射鏡の裏面に力を加える複数のアクティブアクチュエータと、を有することを特徴とする反射光学素子。
2. 前記パッシブアクチュエータは熱を発生しないアクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載の反射光学素子。
3. 前記パッシブアクチュエータは位置アクチュエータと弾性部材とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の反射光学素子。
4. 前記パッシブアクチュエータは前記アクティブアクチュエータよりも多く配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の反射光学素子。
5. 前記パッシブアクチュエータは前記アクティブアクチュエータよりも密に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の反射光学素子。
6. 前記パッシブアクチュエータと前記アクティブアクチュエータは一つの複合アクチュエータとして構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の反射光学素子。
7. 前記パッシブアクチュエータは静的な誤差要因に起因する形状誤差を主に補正し、前記アクティブアクチュエータは高周波の誤差要因に起因する形状誤差を主に補正することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の反射光学素子。
8. ＥＵＶ光源と、前記光源からのＥＵＶ光をレチクルに導く照明光学系と、前記レチクルのパターンを感応基板上に投影させる投影光学系と、を有する露光装置であって、前記照明光学系及び前記投影光学系に用いられる反射光学素子のうち少なくとも一つに請求項１から７のいずれか１項に記載の反射光学素子が用いられていることを特徴とする露光装置。

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