JP2008130850A - 投影光学系および露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、露光装置等に配置される投影光学系および露光装置に関し、鏡筒内に配置されるミラーの間隔の変化を高精度で測定することを目的とする。
【解決手段】 鏡筒内に配置され保持部材を介して前記鏡筒に所定間隔を置いて保持される複数のミラーと、それぞれの前記ミラーの前記保持部材に対する位置を調整するミラー位置調整手段と、前記鏡筒に一端を固定される被測定部材と、前記鏡筒に固定され前記被測定部材の他端までの距離を測定する距離センサとを有することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、露光装置等に配置される投影光学系および露光装置に関する。

近年、半導体集積回路の微細化に伴い、光の回折限界によって制限される光学系の解像力を向上させるために、１３ｎｍ程度の波長を有するＥＵＶ光を使用したＥＵＶ露光装置が開発されている。
このようなＥＵＶ露光装置では、投影光学系の鏡筒の温度変化による伸び縮みが、鏡筒内に配置されるミラーの間隔を変化させ光学性能に無視できない影響を与える。従って、このような影響を出来る限り抑制するために、鏡筒部材を低熱膨張の合金であるインバーやスーパーインバー等の部材で構成し、さらに鏡筒自身を直接的あるいは間接的に温調して温度変化と温度分布を小さく抑えることが行われている。
特開２００３−３３８４５１号

しかしながら、高スループットのＥＵＶ露光装置を構成する上で、投影光学系にはさらなる熱負荷の発生が見込まれており、鏡筒自身の温度変化と温度分布をこれまで以上に抑制する温調が困難になっている。
一方、鏡筒内に配置されるミラーの間隔の変化を高精度に測定することが可能になれば、ミラーの間隔を制御等することにより、所定の光学性能を確保することが可能になる。

本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、鏡筒内に配置されるミラーの間隔の変化を高精度で測定することができる投影光学系および露光装置を提供することを目的とする。

第１の発明の投影光学系は、鏡筒内に配置され保持部材を介して前記鏡筒に所定間隔を置いて保持される複数のミラーと、それぞれの前記ミラーの前記保持部材に対する位置を調整するミラー位置調整手段と、前記鏡筒に一端を固定される被測定部材と、前記鏡筒に固定され前記被測定部材の他端までの距離を測定する距離センサとを有することを特徴とする。

第２の発明の投影光学系は、第１の発明の投影光学系において、前記距離センサで測定された前記距離に基づいて前記鏡筒の熱膨張を演算し、前記複数のミラーの間隔が前記所定間隔になるように前記ミラー位置調整手段を制御する制御手段を有することを特徴とする。
第３の発明の投影光学系は、第１または第２の発明の投影光学系において、前記被測定部材は、前記鏡筒の光軸方向に長い棒状をしていることを特徴とする。

第４の発明の投影光学系は、第１ないし第３のいずれか１の発明の投影光学系において、前記被測定部材は、低熱膨張材からなることを特徴とする。
第５の発明の投影光学系は、第１ないし第４のいずれか１の発明の投影光学系において、前記被測定部材は、前記ミラーの間隔に対応する長さを有していることを特徴とする。
第６の発明の露光装置は、第１ないし第５のいずれか１の発明の投影光学系を有することを特徴とする。

本発明では、鏡筒内に配置されるミラーの間隔の変化を高精度で測定することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の投影光学系の実施形態を模式的に示している。この実施形態では、本発明がＥＵＶ光を使用したＥＵＶ露光装置に適用される。
この投影光学系１１は、レチクルステージ１３のレチクルＲで反射されたＥＵＶ光ＥＬを順次反射する第１ミラーＭ１、第２ミラーＭ２、第３ミラーＭ３、第４ミラーＭ４の合計４枚のミラー（反射光学素子）を有している。また、これらのミラーＭ１〜Ｍ４を保持する鏡筒１５を有している。そして、第４ミラーＭ４で反射されたＥＵＶ光ＥＬが、ウエハステージ１７のウエハＷを露光する。

第１ミラーＭ１および第４ミラーＭ４の反射面は非球面の形状を有し、第２ミラーＭ２の反射面は平面であり、第３ミラーＭ３の反射面は球面形状となっている。各反射面は設計値に対して露光波長の約５０分の１から６０分の１以下の加工精度が実現され、ＲＭＳ値（標準偏差）で０．２ｎｍから０．３ｎｍ以下の誤差とされている。この場合、第１ミラーＭ１、第２ミラーＭ２の素材は、熱膨張率が小さい低膨張ガラスであり、第３ミラーＭ３、第４ミラーＭ４の素材は金属である。

各ミラーＭ１〜Ｍ４の表面にはレチクルＲと同様の２種類の物質を交互に重ねた多層膜によりＥＵＶ光ＥＬに対する反射層が形成されている。投影光学系１１を構成するミラーに用いられる低膨張ガラスとしては、例えばショット社製のゼロデュア（商品名）がある。
この実施形態では、第１ミラーＭ１で反射された光が第２ミラーＭ２に到達できるように、第４ミラーＭ４には穴が空けられている。同様に第４ミラーＭ４で反射された光がウエハＷに到達できるよう第１ミラーＭ１には穴が設けられている。勿論、穴を空けるのでなく、ミラーの外形を光束が通過可能な切り欠きを有する形状としても良い。

鏡筒１５は、低熱膨張合金であるスーパーインバーにより製作されている。各ミラーＭ１〜Ｍ４は、保持部材１９およびミラー位置調整機構２１を介して鏡筒１５に保持されている。鏡筒１５には、鏡筒１５の熱膨張(熱収縮を含む)による、第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２の間隔の変化、第２ミラーＭ２と第３ミラーＭ３の間隔の変化、第３ミラーＭ３と第４ミラーＭ４の間隔の変化を測定するための被測定部材Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３および距離センサＳが配置されている。

図２は、第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２の間隔の変化を測定するための被測定部材Ｈ１および距離センサＳの詳細を示している。
第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２とは、保持部材１９およびミラー位置調整機構２１を介して鏡筒１５に保持されている。保持部材１９は、例えば低熱膨張合金であるスーパーインバーにより製造されている。保持部材１９は、鏡筒１５の３箇所に所定角度を置いて強固に固定されている。各保持部材１９には、ミラー位置調整機構２１を介して第１ミラーＭ１、第２ミラーＭ２が支持されている。ミラー位置調整機構２１は、ピエゾ素子等を用いた周知のミラー位置調整機構からなり、ミラーの姿勢を６自由度で精密に制御可能である。

第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２の側方には、被測定部材Ｈ１が配置されている。被測定部材Ｈ１は、低熱膨張ガラスにより製作されている。被測定部材Ｈ１は、棒状をしており第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２の間隔に対応する長さを有している。被測定部材Ｈ１の上端は、第１ミラーＭ１の反射面の側方に位置され、鏡筒１５の内面に強固に固定されている。被測定部材Ｈ１の下端は、第２ミラーＭ２の反射面の側方に位置され開放されている。

被測定部材Ｈ１の下方には、被測定部材Ｈ１の下端面から所定距離を置いて距離センサＳが配置されている。所定距離とは、鏡筒１５および被測定部材Ｈ１の熱膨張により被測定部材Ｈ１が距離センサＳに接触しない距離である。距離センサＳは鏡筒１５の内面に強固に固定されている。距離センサＳには、周知のレーザー干渉計、静電容量センサ等が用いられる。

図２において、符号２３は制御装置を示している。この制御装置２３は、各距離センサＳからの測定信号を入力する。そして、測定信号に基づいて鏡筒１５の各被測定部材Ｈ１、Ｈ２，Ｈ３の熱膨張を演算し、各ミラーＭ１〜Ｍ４の間隔が所定間隔になるようにミラー位置調整機構２１を制御する。なお、図１では図が煩雑になるため図示を省略している。

上述した構成において被測定部材Ｈ１と距離センサＳとの距離の変化を測定することにより、第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２との間隔の変化を精密に測定することができる。
すなわち、鏡筒１５の熱膨張係数をα１、被測定部材Ｈ１の熱膨張係数をα２、被測定部材Ｈ１の長さをｘ、鏡筒１５および被測定部材Ｈ１の温度変化をΔｔ、鏡筒１５の温度変化Δｔによる鏡筒１５の熱膨張をΔＬ１、被測定部材Ｈ１の熱膨張をΔＬ２、被測定部材Ｈ１と距離センサＳとの距離の変化をΔｘとすると、
Δｘ＝ΔＬ１−ΔＬ２
＝(ｘ・α１・Δｔ)−(ｘ・α２・Δｔ)＝ｘ・(α１−α２)・Δｔとなる。

従って、Δｔ＝Δｘ／ｘ・(α１−α２)となり、
ΔＬ１＝ｘ・α１・Δｔ
＝ｘ・α１・Δｘ／ｘ・(α１−α２)＝α１・Δｘ／(α１−α２)…(１)
となる。
ここで、ΔＬ１は、鏡筒１５の温度変化Δｔによる鏡筒１５の熱膨張、すなわち、第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２との間隔の変化であり、被測定部材Ｈ１と距離センサＳとの距離の変化Δｘを測定することにより、第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２の間隔の変化を求めることができる。

距離センサＳにより求められた、被測定部材Ｈ１と距離センサＳとの距離の変化Δｘは、制御装置２３に測定信号として入力される。そして、制御装置２３は、上述した(１)式により、鏡筒１５の温度変化Δｔによる鏡筒１５の熱膨張ΔＬ１を求め、第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２の間隔が所定間隔になるようにミラー位置調整機構２１を制御する。
例えば低熱膨張ガラスからなる被測定部材Ｈ１の熱膨張係数を０．０２ｐｐｍ／Ｋ、スーパーインバーからなる鏡筒１５の熱膨張係数を１ｐｐｍ／Ｋ、被測定部材Ｈ１の長さを０．３ｍとする。第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２との間の鏡筒１５部分の温度変化が＋０．０１Ｋだけ発生すると、鏡筒１５は３ｎｍ伸張し、被測定部材Ｈ１は０．０６ｎｍ伸張するので、距離センサＳにより被測定部材Ｈ１が２．９４ｎｍ離れるのが測定できる。被測定部材Ｈ１が２．９４ｎｍ離れた場合は、熱膨張率の差から、鏡筒１５の０．３ｍの部分が３ｎｍ伸張したことが分かるので、第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２との間隔が３ｎｍ離れたことが分かる。そこで、制御装置２３は、第１ミラーＭ１または第２ミラーＭ２のミラー位置調整機構２１を制御して、第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２の間隔が３ｎｍ縮む方向に駆動することにより、第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２の間隔を精密に修正することができる。

なお、上述した第２ミラーＭ２と第３ミラーＭ３の間隔の変化、第３ミラーＭ３と第４ミラーＭ４の間隔の変化を測定するための被測定部材Ｈ２，Ｈ３および距離センサＳは、第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２の間隔の変化を測定するための被測定部材Ｈ１および距離センサＳと、被測定部材Ｈ２，Ｈ３の長さが異なることを除いて同様に構成されているため詳細な説明を省略する。

上述した投影光学系では、第２ミラーＭ２の位置を基準にして、第１ミラーＭ１、第３ミラーＭ３、第４ミラーＭ４の位置修正が予め定められた時間間隔で行われる。
すなわち、制御装置２３は、先ず、第２ミラーＭ２の位置を基準にして、第１ミラーＭ１のミラー位置調整機構２１を駆動することにより第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２の間隔を予め定められた所定間隔に修正する。次に、第２ミラーＭ２の位置を基準にして、第３ミラーＭ３のミラー位置調整機構２１を駆動することにより第２ミラーＭ２と第３ミラーＭ３の間隔を予め定められた所定間隔に修正する。そして、第３ミラーＭ３の位置を基準にして、第４ミラーＭ４のミラー位置調整機構２１を駆動することにより第３ミラーＭ３と第４ミラーＭ４の間隔を予め定められた所定間隔に修正する。

このように、第２ミラーＭ２の位置を基準にして、第１ミラーＭ１、第３ミラーＭ３、第４ミラーＭ４の位置修正を順次行うことにより、少ない演算時間で各ミラーＭ１〜Ｍ４の間隔を精密に修正することができる。
上述した投影光学系１１では、鏡筒１５に被測定部材Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の一端を固定し、鏡筒１５に固定される距離センサＳにより被測定部材Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の他端までの距離を測定するようにしたので、鏡筒１５内に配置されるミラーＭ１〜Ｍ４の間隔の変化を高精度で測定することができる。

また、制御装置２３により、距離センサＳで測定された距離に基づいて鏡筒１５の熱膨張を演算し、ミラーＭ１〜Ｍ４の間隔が所定間隔になるようにミラー位置調整機構２１を制御するようにしたので、ミラーＭ１〜Ｍ４の間隔を所定の間隔に高い精度で維持することが可能になり、所定の光学性能を確保することができる。
さらに、被測定部材Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の長さを、各ミラーＭ１〜Ｍ４間の間隔に対応する長さにしたので、各ミラーＭ１〜Ｍ４間の間隔の修正を高い精度で行うことができる。
(露光装置の実施形態)
図３は、ＥＵＶ光リソグラフィシステムを模式化して示している。なお、この実施形態において第１の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付している。

この実施形態では、露光の照明光としてＥＵＶ光が用いられる。ＥＵＶ光は０．１〜４００ｎｍの間の波長を持つもので、この実施形態では特に１〜５０ｎｍ程度の波長が好ましい。投影像は像光学系システム１０１を用いたもので、ウエハＷ上にレチクルＲによるパターンの縮小像を形成するものである。
ウエハＷ上に照射されるパターンは、レチクルステージ１３の下側に静電チャック１０３を介して配置されている反射型のレチクルＲにより決められる。また、ウエハＷはウエハステージ１７の上に載せられている。典型的には、露光はステップ・スキャンによりなされる。

露光時の照明光として使用するＥＵＶ光は大気に対する透過性が低いので、ＥＵＶ光が通過する光経路は、適当な真空ポンプ７３を用いて真空に保たれた本体チャンバ３１に囲まれている。またＥＵＶ光はレーザプラズマＸ線源によって生成される。レーザプラズマＸ線源はレーザ源１０８（励起光源として作用）とキセノンガス供給装置１０９からなっている。レーザプラズマＸ線源は真空チャンバ１１０によって取り囲まれている。レーザプラズマＸ線源によって生成されたＥＵＶ光は真空チャンバ１１０の窓１１１を通過する。

放物面ミラー１１３は、キセノンガス放出部の近傍に配置されている。放物面ミラー１１３はプラズマによって生成されたＥＵＶ光を集光する。放物面ミラー１１３は集光光学系を構成し、ノズル１１２からのキセノンガスが放出される位置の近傍に焦点位置がくるように配置されている。ＥＵＶ光は放物面ミラー１１３の多層膜で反射し、真空チャンバ１１０の窓１１１を通じて集光ミラー１１４へと達する。集光ミラー１１４は反射型のレチクルＲへとＥＵＶ光を集光、反射させる。ＥＵＶ光は集光ミラー１１４で反射され、レチクルＲの所定の部分を照明する。すなわち、放物面ミラー１１３と集光ミラー１１４はこの装置の照明システムを構成する。

レチクルＲは、ＥＵＶ光を反射する多層膜とパターンを形成するための吸収体パターン層を持っている。レチクルＲでＥＵＶ光が反射されることによりＥＵＶ光は「パターン化」される。パターン化されたＥＵＶ光は投影システム１０１を通じてウエハＷに達する。
この実施形態の像光学システム１０１は、凹面第１ミラー１１５ａ、凸面第２ミラー１１５ｂ、凸面第３ミラー１１５ｃ、凹面第４ミラー１１５ｄの４つの反射ミラーからなっている。各ミラー１１５ａ〜１１５ｄにはＥＵＶ光を反射する多層膜が備えられている。

レチクルＲにより反射されたＥＵＶ光は第１ミラー１１５ａから第４ミラー１１５ｄまで順次反射されて、レチクルパターンの縮小（例えば、１／４、１／５、１／６）された像を形成する。像光学系システム１０１は、像の側（ウエハＷの側）でテレセントリックになるようになっている。各ミラー１１５ａ〜１１５ｄの間隔は、上述した投影光学系１１と同様にして修正可能とされている。

レチクルＲは可動のレチクルステージ１３によって少なくともＸ−Ｙ平面内で支持されている。ウエハＷは、好ましくはＸ，Ｙ，Ｚ方向に可動なウエハステージ１７によって支持されている。ウエハＷ上のダイを露光するときには、ＥＵＶ光が照明システムによりレチクルＲの所定の領域に照射され、レチクルＲとウエハＷは像光学系システム１０１に対して像光学システム１０１の縮小率に従った所定の速度で動く。このようにして、レチクルパターンはウエハＷ上の所定の露光範囲（ダイに対して）に露光される。

露光の際には、ウエハＷ上のレジストから生じるガスが像光学システム１０１のミラー１１５ａ〜１１５ｄに影響を与えないように、ウエハＷはパーティション１１６の後ろに配置されることが望ましい。パーティション１１６は開口１１６ａを持っており、それを通じてＥＵＶ光がミラー１１５ｄからウエハＷへと照射される。パーティション１１６内の空間は真空ポンプ１１７により真空排気されている。このように、レジストに照射することにより生じるガス状のゴミがミラー１１５ａ〜１１５ｄあるいはレチクルＲに付着するのを防ぐ。それゆえ、これらの光学性能の悪化を防いでいる。

この実施形態の露光装置では、各ミラー１１５ａ〜１１５ｄの間隔が、上述した投影光学系１１と同様にして修正可能とされているため、精度の高い露光を行うことができる。
(実施形態の補足事項)
以上、本発明を上述した実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではない。

(１)上述した実施形態では、第２ミラーＭ２の位置を基準にして、第１ミラーＭ１、第３ミラーＭ３、第４ミラーＭ４の位置修正を行った例について説明したが、例えば、基準になるミラーが存在しない場合には、単に、各ミラーの間隔が所定の値になるように位置修正を行っても良い。
(２)上述した実施形態では、被測定部材Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の長さを各ミラーＭ１〜Ｍ４間の間隔に対応する長さにした例について説明したが、必ずしも対応する長さにする必要はない。また、各ミラー間に被測定部材を配置することなく、鏡筒の全体的な熱膨張を測定するようにしても良い。

(３)上述した実施形態では、一体形成された鏡筒１５に本発明を適用した例について説明したが、例えば、鏡筒が部分群に分割されているような場合には、ミラーの間隔に対応するように１本の被測定部材を配置すると、被測定部材が分割された鏡筒部分からはみ出して組み立て時に扱い難くなる。従って、この場合には、被測定部材を部分群の分割される位置で分割し、その位置を距離センサで計測して加算するようにしても良い。

(４)上述した実施形態では、被測定部材Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３を低熱膨張ガラスで構成した例について説明したが、基本的には鏡筒と熱膨張係数が異なる部材であれば良く、鏡筒より熱膨張係数が大きいアルミニウム合金、ステンレス鋼等の合金材料でも良い。
(５)上述した実施形態では、ＥＵＶ光を用いた露光装置に本発明を適用した例について説明したが、本発明は、投影光学系を備えた露光装置に広く適用することができる。

本発明の投影光学系の実施形態を示す説明図である。 図１の投影光学系の一部の詳細を示す説明図である。 本発明の投影光学系の他の実施形態を備えた露光装置を示す説明図である。

符号の説明

１１…投影光学系、１５…鏡筒、１９…保持部材、２１…ミラー位置調整機構、２３…制御装置、Ｍ１〜Ｍ４…ミラー、Ｈ１〜Ｈ３…被測定部材、Ｓ…距離センサ。

Claims (6)

1. 鏡筒内に配置され保持部材を介して前記鏡筒に所定間隔を置いて保持される複数のミラーと、
   それぞれの前記ミラーの前記保持部材に対する位置を調整するミラー位置調整手段と、
   前記鏡筒に一端を固定される被測定部材と、
   前記鏡筒に固定され前記被測定部材の他端までの距離を測定する距離センサと、
   を有することを特徴とする投影光学系。
2. 請求項１記載の投影光学系において、
   前記距離センサで測定された前記距離に基づいて前記鏡筒の熱膨張を演算し、前記複数のミラーの間隔が前記所定間隔になるように前記ミラー位置調整手段を制御する制御手段を有することを特徴とする投影光学系。
3. 請求項１または請求項２記載の投影光学系において、
   前記被測定部材は、前記鏡筒の光軸方向に長い棒状をしていることを特徴とする投影光学系。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の投影光学系において、
   前記被測定部材は、低熱膨張材からなることを特徴とする投影光学系。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の投影光学系において、
   前記被測定部材は、前記ミラーの間隔に対応する長さを有していることを特徴とする投影光学系。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の投影光学系を有することを特徴とする露光装置。

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