JP2007264311A

JP2007264311A - 共軸反射光学系

Info

Publication number: JP2007264311A
Application number: JP2006089320A
Authority: JP
Inventors: Kiwa Sugiyama; 喜和杉山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】広い視野および大きなＮＡを確保した上で、収差を小さく抑える。
【解決手段】共軸反射光学系１０が、同一光軸上に対向して配設された凹面鏡１１および凸面鏡１５から構成される。この共軸反射光学系１０は、マスク等の被検査体が置かれる位置Ｏから反射光学系１０により導かれる光を像面位置Ｏ′に結像させる。なお、像面位置Ｏ′には例えばＣＣＤ撮像素子等が配置される。この共軸反射光学系１０における凹面鏡１１は、コニック係数ｋが、−０．０１２４２＞ｋ＞−０．０２２４２の範囲にある楕円鏡により構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、同一光軸上に凹面鏡および凸面鏡を対向配設して構成され、特に、極端紫外光（ＥＵＶ光： Extreme Ultra-Violet Light）と呼ばれる波長１３．５ｎｍ程度の光で用いるのに好適な反射光学系に関する。

半導体製造に用いられる投影露光装置、いわゆるリソグラフィ装置は、製造対象である半導体素子の回路パターンの高密度化、回路パターンラインの細線化に伴って、使用波長が短波長化しており、エキシマレーザーを経て、最近ではＥＵＶ光を光源とするリソグラフィ装置が検討されつつある。ＥＵＶ光を透過させるレンズ材料は現在のところ見つかっておらず、ＥＵＶ光を用いるリソグラフィ装置は基本的に反射鏡のみを用いて、すなわち反射光学系を用いて構成され、回路パターンを露光させる原板となるマスクもＥＵＶ光を反射させる形式のマスクが用いられるようになっている。なお、このようなＥＵＶ光を用いたリソグラフィ装置としては、例えば、特許文献１、特許文献２に記載のものがある。

ＥＵＶ光用のマスクは、例えば、回路パターンラインをＥＵＶ光を吸収する材料で形成し、回路パターンラインの間にＥＵＶの反射膜を形成して作られる。ＥＵＶ反射膜は多層コーティングにより形成されるものであり、コーティング層内にゴミの混入等による欠陥が存在すると、このマスクを用いて製造される半導体製品が不良品となるという問題があり、マスクの欠陥検査が重要である。この欠陥検査はＥＵＶ光の反射膜を構成する多層コーティング内の欠陥を見つける検査であるが、可視光では反射膜の表面で反射されて内部欠陥を検出できないため、ＥＵＶ光を反射膜に照射して内部に存在するゴミ等からの散乱光を検出して欠陥検査を行うように構成される。このようにＥＵＶ光を用いるため、マスクの欠陥検査装置も反射光学系を用いて構成される。

ところで、広い面積を有するマスク全体の欠陥検査を効率よく、できる限り迅速に行うことが求められており、マスクの検査装置に用いられる反射光学系にはできる限り広い視野が求められる。また、マスクに照射したＥＵＶ光が内部のゴミ等に当たって生じる散乱光を暗視野で検出するものであるため、できる限り大きな開口数ＮＡも求められる。さらに、ＥＵＶ反射光学系における反射面の反射率が低く（ＥＵＶ光に対して高い反射率を有する反射膜の開発が困難な状態のため）、できる限り少ないミラーを用いて反射光学系を構成することが要求される。

特開２００４−２９４５８号公報特開２００４−３１１８１４号公報

このようなことから、シュワルツシルト型の反射光学系に代表されるような同一光軸上に凹面鏡および凸面鏡を対向配設して構成されるシンプルな反射光学系がマスク検査装置に用いられるが、これら凹面鏡および凸面鏡は加工の難しさ等の関係から（特に、波長が非常に短いＥＵＶ光を使用する場合、鏡面のラフネス（粗さ）に対する要求が非常に厳しく、加工が難しいという背景がある関係から）、従来では球面鏡が用いられていた。しかしながら、上述したような広い視野および大きなＮＡという要求を満足する反射光学系を球面鏡を用いて構成した場合、収差が大きくなって検査精度が低下するという問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、比較的加工も容易で広い視野および大きなＮＡを確保した上で、収差を小さく抑えることができるような構成の共軸反射光学系を提供することを目的とする。

本発明に係る共軸反射光学系は、同一光軸上に凹面鏡および凸面鏡を対向配設して構成され、前記凹面鏡および前記凸面鏡の少なくともいずれかが楕円鏡からなる。楕円面は、楕円の長軸を中心に回転して得られる楕円面と、楕円の短軸を中心に回転して得られる楕円面に分けられ、特に後者の楕円面は偏球面と呼ばれる。すなわち、二次曲面を後述する式（１）で表現したとき、前記楕円の長軸を中心に回転して得られる楕円面は、コニック係数ｋが、−１＜ｋ＜０の範囲に対応するが、偏球面は、ｋ＞０の範囲に対応する。

本発明に係る共軸反射光学系において、前記凹面鏡が楕円鏡からなり、その楕円形状を規定するコニック係数ｋが、 −０．０１２４２＞ｋ＞ −０．０２２４２の範囲にあるように構成するのが好ましい。

また、本発明に係る共軸反射光学系において、全光学系における使用波長での焦点距離をｆ、前記凹面鏡の中心曲率半径をｒとしたときに、条件式９．５７３１＜｜ｒ／ｆ｜＜１１．００３を満足するように構成するのが好ましい。

また、本発明に係る共軸反射光学系において、前記凸面鏡が楕円鏡からなり、その楕円面形状が偏球面であるように構成しても良い。

本発明に係る反射光学系によれば、前記凹面鏡および前記凸面鏡の少なくともいずれかを楕円鏡とすることにより、比較的加工も容易で広い視野および大きなＮＡを確保した上で、収差を小さく抑えることができる。このため、この反射光学系を用いる検査装置は、広い視野および大きなＮＡを有するとともに収差は小さく、例えば、ＥＵＶ光用マスクの欠陥検査を効率よく迅速に、且つ正角に行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明に係る共軸反射光学系１０を示している。共軸反射光学系１０は、光軸Ｘ上に対向して配設された凹面鏡１１および凸面鏡１５からなり、凹面鏡１１の凹面１２と凸面鏡１５の凸面１６にＥＵＶ光を反射する反射膜が形成されている。なお、凹面鏡１１には凸面鏡１５で反射された光を通過させる開口１３が形成されている。

図に示すＯの位置には被検査体であるマスク等が置かれ、不図示の照明装置によりＥＵＶ光が照射される。このようにマスク等の被検査体の表面に照射された検査光は表面欠陥がないと正反射するが、マスク等の被検査体の表面や、表面に設けられた反射膜内部にゴミなどの欠陥が存在するとこの欠陥に照射された検査光は散乱光として様々な方向に出射する。これら散乱光のうち凹面鏡１１の方向に出射する光は検査出力光Ｌｏとして凹面鏡１１の凹面１２に当たって凸面鏡１５に向けて反射される。なお、散乱光のうち、凸面鏡１５により遮蔽される領域（図１に示す領域Ｂ）に入る光は検査出力光Ｌｏとして用いられない。

上記のようにして凸面鏡１５に向けて反射された検査出力光Ｌｏは凸面１６に当たって反射され開口１３を通過して像面Ｏ′に結像する。像面Ｏ′には、例えば、ＥＵＶ光に感度を有する撮像素子が配置され、検査出力光Ｌｏを受光してマスク等の被検査体上の輝点としての画像を撮像することによりマスク等の被検査体の表面欠陥を検出する。

第１実施例
第１実施例に係るＥＵＶ用共軸反射光学系は、凹面鏡１１の凹面１２の断面形状が楕円形状となる楕円鏡としており、且つ下記表１に示す構成を有している。このときの楕円形状は、下記式（１）におけるコニック係数ｋ＝−０．０１８４４となる形状に設定されている。なお、この楕円鏡は、長軸を中心として回転させた形状の凹面であり、この凹面の加工は、短軸を中心として回転させた形状（偏球面形状）の場合より容易である。また、凸面鏡１５は球面鏡である。

ｘ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）ｙ²／ｒ²｝^1/2］・・・（１）
但し、光軸方向をｘとし、光軸に直行する方向をｙとし、中心曲率半径をｒとする。

（表１）
面中心曲率ｒ面間距離ｄ
０ INFINITY １２．５６９４
１ −１０．２１１３ −６．５４２１
２ −１．３７５４２４．９３４１
３ INFINITY

表１を含む以下の表において、中心曲率ｒおよび面間距離ｄは、反射光学系１０全体の焦点距離を１．０としたときの相対値で示している。また、面０はマスク等の被検査体の置かれる物体面に対応し、面１は凹面１２に対応し、面２は凸面１６に対応し、面３は撮像素子等が置かれる像面に対応する。この反射光学系においては、｜ｒ／ｆ｜＝１０．２１１３となる。また、この反射光学系のＮＡ＝０．３と大きく設定され、遮蔽ＮＡ（凸面鏡１５により遮蔽される部分に対応するＮＡ）＝０．０６と小さく設定されている。

以上の構成の第１実施例によるＥＵＶ用共軸反射光学系のスポットダイアグラムを図２に示している。なお、図２には、視野範囲の中央位置におけるスポットダイアグラムを（Ａ）に示し、視野範囲の最周辺位置におけるスポットダイアグラムを（Ｂ）に示しており、いずれも収差が小さく抑えられていることが分かる。

第２実施例
第２実施例に係るＥＵＶ用共軸反射光学系は、凹面鏡１１の凹面１２を楕円形状とした場合での式（１）におけるコニック係数ｋ＝−０．０１２４２とした場合の例を示しており、下記表２に示す構成を有している。

（表２）
面中心曲率ｒ面間距離ｄ
０ INFINITY １３．１９４
１ −１１．００３ −７．１３６
２ −１．４３８１７．７５０
３ INFINITY

表２に示す反射光学系においては、｜ｒ／ｆ｜＝１１．００３となる。また、この反射光学系もＮＡ＝０．３と大きく設定され、遮蔽ＮＡ＝０．０６と小さく設定されている。

以上の構成の第２実施例によるＥＵＶ用共軸反射光学系のスポットダイアグラムを図３に示している。なお、図３には、視野範囲の中央位置におけるスポットダイアグラムを（Ａ）に示し、視野範囲の最周辺位置におけるスポットダイアグラムを（Ｂ）に示しており、いずれも収差はある程度まで抑えられているがこのあたりが実用上の限度であり、本発明の共軸反射光学系において、コニック係数ｋ＝−０．０１２４２がほぼ上限値であり、｜ｒ／ｆ｜＝１１．００３がほぼ上限値である。

第３実施例
第３実施例に係るＥＵＶ用共軸反射光学系は、凹面鏡１１の凹面１２を楕円形状とした場合での式（１）におけるコニック係数ｋ＝−０．０２２４２とした場合の例を示しており、下記表３に示す構成を有している。

（表３）
面中心曲率ｒ面間距離ｄ
０ INFINITY １１．９８８
１ −９．５７３１ −６．０９４
２ −１．３３６６１８．８６９
３ INFINITY

表３に示す反射光学系においては、｜ｒ／ｆ｜＝９．５７３１となる。また、この反射光学系もＮＡ＝０．３と大きく設定され、遮蔽ＮＡ＝０．０６と小さく設定されている。

以上の構成の第３実施例によるＥＵＶ用共軸反射光学系のスポットダイアグラムを図４に示している。なお、図４には、視野範囲の中央位置におけるスポットダイアグラムを（Ａ）に示し、視野範囲の最周辺位置におけるスポットダイアグラムを（Ｂ）に示しており、いずれも収差はある程度まで抑えられているがこのあたりが実用上の限度であり、本発明の共軸反射光学系において、コニック係数ｋ＝−０．０２２４２がほぼ下限値であり、｜ｒ／ｆ｜＝９．５７３１がほぼ下限値である。

第４実施例
以上第１〜第３実施例では、凹面鏡１１を楕円鏡とした場合について説明したが、凸面鏡１５を楕円鏡にすることも可能である。例えば、凸面鏡１５の凸面１６を式（１）におけるコニック係数ｋ＝０．２４０８８３となる、いわゆる偏球面と呼ばれる楕円形状とし、凹面鏡１１を球面とした場合での、スポットダイアグラムを図５に示している。なお、図５においても、視野範囲の中央位置におけるスポットダイアグラムを（Ａ）に示し、視野範囲の最周辺位置におけるスポットダイアグラムを（Ｂ）に示しており、いずれも収差はかなり抑えられており、実用に供することができる。但し、このときの面形状は、短軸を中心として回転させた形状の凸面であり、偏球面形状となるため、面形状の測定が困難となり、これに伴い加工自体も難しくなる。また一般的に凸面の非球面は面形状の測定が難しい。

参考（従来技術の例）
参考として、凹面鏡１１および凸面鏡１５をともに球面とした従来の共軸反射光学系の場合のスポットダイアグラムを図６に示している。この反射光学系もＮＡ＝０．３と大きく設定し、遮蔽ＮＡ＝０．０６を小さく設定しているが、図示のように、視野範囲の中央位置の収差を小さく抑えるように設定すると、周辺位置の収差がかなり大きくなり、実用上での問題が生じる。

本発明の共軸反射光学系の構成を示す図である。凹面鏡をコニック係数ｋ＝−０．０１８４４の楕円鏡とした場合のスポットダイアグラムである。凹面鏡をコニック係数ｋ＝−０．０１２４２の楕円鏡とした場合のスポットダイアグラムである。凹面鏡をコニック係数ｋ＝−０．０２２４２の楕円鏡とした場合のスポットダイアグラムである。凸面鏡をコニック係数ｋ＝０．２４０８８３の楕円鏡とした場合のスポットダイアグラムである。凹面鏡および凸面鏡をともに球面とした従来の場合のスポットダイアグラムである。

符号の説明

１０共軸反射光学系１１凹面鏡
１５凸面鏡
Ｏ物体面Ｏ′ 像面

Claims

同一光軸上に凹面鏡および凸面鏡を対向配設して構成される反射光学系において、前記凹面鏡および前記凸面鏡の少なくともいずれかが楕円鏡からなることを特徴とする共軸反射光学系
前記凹面鏡が楕円鏡からなり、その楕円面形状を規定するコニック係数ｋが、
−０．０１２４２＞ｋ＞ −０．０２２４２
の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の共軸反射光学系。
全光学系における使用波長での焦点距離をｆ、前記凹面鏡の中心曲率半径をｒとしたときに、条件式
９．５７３１＜｜ｒ／ｆ｜＜１１．００３
を満足することを特徴とする請求項１もしくは２に記載の共軸反射光学系。
前記凸面鏡が楕円鏡からなり、その楕円面形状が偏球面であることを特徴とする請求項１に記載の共軸反射光学系。