JP2020534576A - 投影リソグラフィ用の投影露光装置の光学系の光学コンポーネントとしてのミラーを製造する方法 - Google Patents

Abstract

投影リソグラフィ用の投影露光装置の光学系の光学コンポーネントとしてのミラー（Ｍ１０）を製造する際に、最初に地球重力加速度の平均値が求められる。次に、製造場所における重力加速度と地球重力加速度平均値との間の重力加速度差が求められる。ミラーの反射面の目標表面形状を求めた後に、重力加速度平均値の影響下でミラー基板の反射面の現在の表面形状が目標表面形状から所定の表面形状誤差量許容値（Ｐｍａｘ）よりも大きく外れないように、重力加速度差を考慮して製造場所においてミラー基板が加工される。結果として、ミラーの使用場所において最小限の表面形状誤差量を有する光学素子が得られる。

Description

本願は、独国特許出願第１０ ２０１７ ２１６ ４５８．１号の優先権を主張し、当該出願の内容を参照により本明細書に援用する。

本発明は、投影リソグラフィ用の投影露光装置の光学系の光学コンポーネントとしてのミラーを製造する方法に関する。さらに、本発明は、この方法で製造されたミラー、当該ミラーを有する投影リソグラフィ用の投影露光装置の光学系、当該光学系を有する投影露光装置、当該投影露光装置を用いて微細構造又はナノ構造コンポーネントを製造する方法、及び当該方法により製造された微細構造又はナノ構造コンポーネントに関する。

かかる光学素子は、特許文献１から既知である。最初に述べたタイプの結像光学ユニットは、特許文献２及び特許文献３から既知である。特許文献４は、リソグラフィミラー装置を開示している。

独国特許出願公開第１０ ２０１３ ２１４ ９８９号明細書 国際公開第２０１６／１８８９３４号 国際公開第２０１６／１６６０８０号 独国特許出願公開第１０ ２０１２ ２１２ ９５３号明細書

本発明の目的は、ミラーの使用場所において最小限の表面形状誤差量（figure）を有する光学素子を提供することである。

本発明によれば、この目的は、請求項１に記載の特徴を備えた光学素子により達成される。

本発明によれば、最大表面形状誤差量、すなわちミラー反射面からの表面形状の最大偏差を減らすことができるのは、他の点では同一の製造条件であるとして、ミラーの製造中に、ミラーの種々の予想使用場所における地球重力加速度の平均値からの製造場所における重力加速度（独国特許出願１０ ２０１７ ２１６ ４５８．１では「重力定数」と誤称されている）の偏差を考慮した場合であることが分かった。この平均値は、使用場所に応じて且つ／又は各使用場所への配送確率を考慮して重みを付けて求めることができる。製造場所における重力加速度は、求められた地球重力加速度の平均値から概して外れるので、この差を考慮することで使用場所において得られる最大表面形状誤差量が減る。結果として、全使用場所を見ると、このように製造したミラーの表面形状誤差量は、この差を考慮しない場合よりも平均して小さい。特に、ミラーのデフォーカス収差をこの製造法により大幅に減らすことができる。

請求項２に記載の目標見込み（allowance）により、ミラーの製造が単純化される。見込み表面形状の製造中の表面形状誤差量見込み許容値（figure allowance tolerance value）は、請求項１に記載の表面形状誤差量許容値（figure tolerance value）と同じである必要はない。

請求項３に記載のミラー、請求項４に記載の光学系、請求項５に記載の投影露光装置、請求項６に記載の微細構造又はナノ構造コンポーネントの製造法、及び請求項７に記載の微細構造又はナノ構造コンポーネントの利点は、本発明による光学素子に関して既に上述したものに対応する。特に、半導体コンポーネント、例えばメモリチップが、投影露光装置を用いて製造され得る。

光源はＥＵＶ光源とすることができる。代替として、ＤＵＶ光源、すなわち例えば、１９３μｍの波長を有する光源を利用することができる。

本発明の例示的な実施形態を、図面を参照して以下でより詳細に説明する。

ＥＵＶマイクロリソグラフィ用の投影露光装置を概略的に示す。 図１に示す投影露光装置で投影レンズとして用いることができる結像光学ユニットの実施形態を子午断面で示し、３つの選択された視野点の主光線並びに上コマ光線及び下コマ光線の結像ビーム経路を図示する。 図２に示す結像光学ユニットのミラーの使用ミラー面の周辺輪郭を示す。 図２に示す結合光学ユニットのミラーを斜視図で示す。 図４に示すミラーのミラー基板の反射面の現在の表面形状の、目標表面形状からの偏差を示す。 製造場所における重力加速度と重力加速度平均値との間の重力加速度差を考慮した製造場所での加工後の、図４に示すミラーを示す。 ３つの異なる使用場所重力加速度を有する３つの選択的使用場所における、図６に示す見込みを伴って製造されたミラーを示す。

マイクロリソグラフィ投影露光装置１は、照明光又は結像光３の光源２を有する。光源２は、ＥＵＶ光源であり、例えば５ｎｍ〜３０ｎｍ、特に５ｎｍ〜１５ｎｍの波長域の光を生成する。光源２は、プラズマ光源（レーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）、ガス放電プラズマ（ＧＤＰ））又はシンクロトロン光源、例えば自由電子レーザ（ＦＥＬ）とすることができる。特に、光源２は、１３．５ｎｍの波長を有する光源又は６．９ｎｍの波長を有する光源であり得る。他のＥＵＶ波長も可能である。概して、投影露光装置１内で導かれる照明光３については、任意の波長、例えば可視波長又はマイクロリソグラフィで用いられ得る他の波長（例えば、ＤＵＶ、深紫外線）であっても可能であり、後者の波長には適当なレーザ光源及び／又はＬＥＤ光源が利用可能である（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、１２９ｎｍ、１０９ｎｍ）。照明光３のビーム経路を図１に非常に概略的に示す。

照明光学ユニット６は、光源２からの照明光３を物体面５の物体視野４へ導く働きをする。投影光学ユニット又は結像光学ユニット７を用いて、物体視野４は像面９の像視野８に所定の縮尺で結像される。

投影露光装置１及び投影光学ユニット７の種々の実施形態の説明を容易にするために、デカルトｘｙｚ座標系が図示されており、この座標系から図示のコンポーネントの各位置関係が見てとれる。図１では、ｘ方向が図の平面に向かって垂直に延びる。ｙ方向は左向きに延び、ｚ方向は上向きに延びる。

投影光学ユニット７において、物体視野４及び像視野８は屈曲又は湾曲した実施形態、特に部分リングのような形状の実施形態を有する。この像面湾曲の曲率半径は像側で８１ｍｍであり得る。像視野の対応するリング視野半径は、国際公開第２００９／０５３０２３号に規定されている。物体視野４又は像視野８の周辺輪郭の基本形態は、対応する屈曲部を有する。代替として、矩形の物体視野４及び像視野８を具現することが可能である。物体視野４及び像視野８は、１よりも大きなｘ／ｙアスペクト比を有する。したがって、物体視野４は、ｘ方向の物体視野寸法の方が長くｙ方向の物体視野寸法の方が短い。これらの物体視野寸法は、視野座標ｘ及びｙに沿って延びる。

したがって、物体視野４は、第１デカルト物体視野座標ｘ及び第２デカルト物体視野座標ｙで張られる。これら２つの物体視野座標ｘ及びｙに対して垂直な第３デカルト座標ｚは、以下で基準座標とも称する。

投影光学ユニット７は、像視野のｘ寸法が２６ｍｍであり、像視野８のｙ寸法が１．２ｍｍである。

図２に示す例示的な実施形態は、投影光学ユニット７に用いることができる。図２及び図３に示す投影光学ユニット７の光学設計は、特許文献２から既知であり、当該文献の内容の全体を参照する。

図２に示す投影光学ユニット７の実施形態では、像面９が物体面５と平行に配置される。この場合に結像されるのは、物体視野４と一致するレチクルとも称する反射マスク１０の一部である。レチクル１０は、レチクルホルダ１０ａにより担持される。レチクルホルダ１０ａは、レチクル変位ドライブ１０ｂにより変位させられる。

投影光学ユニット７による結像は、基板ホルダ１２により担持されたウェハの形態の基板１１の表面で実施される。基板ホルダ１２は、ウェハ又は基板変位ドライブ１２ａにより変位させられる。

図１は、レチクル１０と投影光学ユニット７との間の当該投影光学ユニットに入る照明光３の光線１３と、投影光学ユニット７と基板１１との間の投影光学ユニット７から出る照明光３の光線１４とを概略的に示す。投影光学ユニット７の像視野側開口数（ＮＡ）は、図１では一定の縮尺で再現されていない。

投影露光装置１は走査型である。レチクル１０及び基板１１の両方が、投影露光装置１の動作中にｙ方向に走査される。レチクル１０及び基板１１のｙ方向の段階的変位が基板１１の個々の露光間に行われるステッパ型の投影露光装置１も可能である。これらの変位は、変位ドライブ１０ｂ及び１２ａの適当な作動により相互に同期して行われる。

図２は、投影光学ユニット７の光学設計を示す。図２は、投影光学ユニット７を子午断面で、すなわち結像光３のビーム経路をｙｚ平面で示す。図２に示す投影光学ユニット７は、合計１０個のミラーを有し、ミラーには、物体視野４から個々の光線１５のビーム経路の順にＭ１〜Ｍ１０の連番が振られている。

図２は、図２で相互にｙ方向に離間した３つの物体視野点から出るそれぞれ３つの個別光線１５のビーム経路を示す。図示されているのは、主光線１６、すなわち個別光線１５のうち投影光学ユニット７の瞳面における瞳の中心を通るもの、及びこの２つの物体視野点の上コマ光線及び下コマ光線それぞれである。物体視野４から進む主光線１６は、物体面５の法線に対して５．２°の角度ＣＲＡを含む。

物体面５は、像面９と平行である。

図２は、ミラーＭ１〜Ｍ１０の計算上の反射面の断面を示す。これらの計算上の反射面の一部が用いられる。反射面のこの実際の使用領域のみにオーバーハングを加えたものが、現実のミラーＭ１〜Ｍ１０に実際に存在する。

図３は、ミラーＭ１〜Ｍ１０の反射面のこの実際の使用領域を示す。ミラーＭ１０は、最後から３番目のミラーＭ８から反射されて最後から２番目のミラーＭ９へ向かう結像光３を通過させる通過開口１７を有する。ミラーＭ１０は、通過開口１７の周囲では反射するように用いられる。他のミラーＭ１〜Ｍ９のいずれにも通過開口はなく、これらのミラーは隙間のない連続領域で反射するように用いられる。

ミラーＭ１〜Ｍ１０は、回転対称関数で表すことができない自由曲面として具現される。ミラーＭ１〜Ｍ１０の少なくとも１つが回転対称非球面として具現される投影光学ユニット７の他の実施形態も可能である。このような回転対称非球面に関する非球面式は、独国特許出願公開第１０ ２０１０ ０２９ ０５０号明細書から既知である。ミラーＭ１〜Ｍ１０の全てをこのような非球面として具現することも可能である。

自由曲面は、以下の自由曲面式（式１）により表すことができる。

この式（１）のパラメータには以下が当てはまる。

Ｚは、ｘ^２＋ｙ^２＝ｒ^２である場合の点ｘ、ｙにおける自由曲面のサグである。ここで、ｒは自由曲面式の基準軸（ｘ＝０；ｙ＝０）からの距離である。

自由曲面式（１）において、Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３…は、ｘ及びｙの冪乗での自由曲面級数展開の係数を示す。

円錐底面積の場合、ｃ_ｘ、ｃ_ｙは対応する非球面の頂点曲率に対応する係数である。したがって、ｃ_ｘ＝１／Ｒ_ｘ及びｃ_ｙ＝１／Ｒ_ｙ及が当てはまる。ｋ_ｘ及びｋ_ｙは、それぞれ対応する非球面の円錐定数に対応する。したがって、式（１）は、両円錐状の自由曲面を記述するものである。

代替として可能な自由曲面は、回転対称基準面から得ることができる。マイクロリソグラフィ投影露光装置の投影光学ユニットのミラーの反射面に関するこのような自由曲面は、米国特許出願公開第２００７／００５８２６９号明細書から既知である。

代替として、自由曲面は２次元スプライン曲面を用いて表すこともできる。これに関する例は、ベジエ曲線又は非一様有理Ｂスプライン（ＮＵＲＢＳ）である。例として、２次元スプライン曲面は、ｘｙ平面における点格子及び関連するｚ値により、又はこれらの点及びそれに関連する勾配により表すことができる。各タイプのスプライン曲面に応じて、連続性及び微分可能性に関して特定の特性を有する多項式又は関数を例えば用いて格子点間の補間により完全な表面が得られる。これに関する例は解析関数である。

ミラーＭ１〜Ｍ１０の使用反射面は、本体により担持される。

本体１８は、ガラス、セラミック、又はガラスセラミックから製造することができる。本体１８の材料は、ミラーＭの選択された動作温度での熱膨張率が値０に非常に近く理想的にはまさに０であるように加工することができる。Ｚｅｒｏｄｕｒ（登録商標）がそのような材料の例である。

図４は、投影光学ユニット７のミラーの１つ、特にミラーＭ１０を斜視図で示し、通過開口１７は省いてある。

ミラーＭ１０のミラー基板又は本体１８は、ミラーホルダでミラー基板１８を保持するための３つの取り付け開口１９を有する。

図５は、ミラーＭ１０の表面形状誤差量、すなわち最適な目標表面形状からのミラーＭ１０の反射面２０の現在の表面形状の偏差を示す。図示の表面形状誤差量の全体的な絶対値領域は、それぞれ異なるハッチングで再現された複数の値領域部分に分割され、それらの間に表面形状誤差量等値線が延びる。対応する表面形状誤差量値は、図５左側に下から上に任意単位系で絶対値が増加する形で示される。

取り付け開口１９上のミラー基板１８の取り付け点が３つ配置されていることにより、それに対応して３つのパターンが表面形状誤差量に生じる。取り付け開口１９の領域では、表面形状誤差量は最小であり、いずれも反射面２０の中心まで増加し続け、そこで表面形状誤差量が最大となる。ミラー基板１８の周りの周方向では、周方向位置における表面形状誤差量は２つの取り付け開口１９間でいずれの場合も最大であり、ここでは反射面２０の中心の最大表面形状誤差量の約半分である。

最大表面形状誤差量の通常のオーダは約１０μｍである。ミラーの直径と、取り付け点の数、配置、及びタイプと、ミラー基板の材料及び厚さと、ミラーの設置位置とに応じて、例えば約１００μｍのより大きな最大表面形状誤差量、又は例えば１μｍのオーダのより小さな表面形状誤差量を得ることもできる。

ミラーＭは以下のように製造される。

最初に、地球重力加速度の平均値を基礎とする。ここで用いるのは、投影露光装置１の予想使用場所における、すなわち例えば顧客拠点における重力加速度の場合によっては重み付けした平均値である。用いられる地球重力加速度のこの平均値は、例えば９．８０ｍ／ｓ^２であり得る。地球重力加速度の平均値を求める際には、各使用場所でのミラーの配送確率を含めることができ、その結果として、配送確率が高い使用場所ほど高い重みを付けて平均値が求められる。

次に、製造場所における重力加速度と求められた重力加速度平均値との間の重力加速度差が求められる。製造場所における重力加速度が例えば９．８１ｍ／ｓ^２であり得ることで、重力加速度差は０．０１ｍ／ｓ^２となる。

製造法においてさらに求められるのは、ミラーＭ１０の反射面の目標表面形状である。

ミラー１８は、続いて、重力加速度平均値の影響下でミラー基板１８の反射面２０の現在の表面形状が目標表面形状から所定の表面形状誤差量許容値よりも大きく外れないように、重力加速度差を考慮して製造場所において加工される。

重力加速度平均値の影響下で現在の表面形状と目標表面形状との間の偏差が表面形状誤差量許容値内にあるか否かを確認するために、以下の手順が踏まれる。

最初に、重力加速度平均値の影響下で目標表面形状が生じるようにミラーＭ１０の反射面が製造場所で有しなければならない目標見込み表面形状が計算される。ミラー基板１８は、続いて、ミラー基板１８の反射面の現在の表面形状が目標見込み表面形状から所定の表面形状誤差量見込み許容値よりも大きく外れないように、製造場所において加工される。

表面形状誤差量許容値及び表面形状誤差量見込み許容値の両方が、１ｎｍ未満であり、１００ｐｍ未満であり得るか又は１０ｐｍ未満でもあり得る。

図６は、製造場所における適宜製造されたミラーＭ１０を示す。ミラーＭ１０の表面形状誤差量Ｐは、図６には非常に誇張して示されている。この表面形状誤差量は、製造場所における目標表面形状からの反射面の現在の表面形状の偏差を表す。

図７は、３つの異なる重力加速度を有する３つの異なる使用場所において図６に従って製造されたミラーＭ１０を、図６と同様の図で示す。重力加速度は、図７の左側に示すスケールから得ることができる。

図７の上部には、最大重力加速度９．８３ｍ／ｓ^２を有する使用場所におけるミラーＭ１０を示す。表面形状誤差量は、このとき最大値Ｐ_ｍａｘを有し、これは、図６に示す目標見込み表面形状による表面形状誤差量よりもわずかに大きい。

図７の中央には、地球重力加速度の考慮された平均値９．８０ｍ／ｓ^２が見られる使用場所におけるミラーＭ１０を示す。ここで、図６に示す製造中の見込み表面形状がこの重力加速度平均値に厳密に一致したことにより、原理上達成可能な表面形状誤差量は０である。

図７の下部には、最小重力加速度９．７７ｍ／ｓ^２を有する使用場所におけるミラーＭ１０を示す。結果は、図７上部に示す最大表面形状誤差量Ｐ_ｍａｘと比べて同じ絶対値及び逆の符号を有する最大表面形状誤差量Ｐ_ｍａｘと完全に同様である。

図６に示す表面形状誤差量Ｐを有する見込み表面形状の考慮により、種々の予想使用場所において同じ達成可能な製造許容値で０〜P_ｍａｘの表面形状誤差量変動（figure travel）がより小さくなる。

マイクロ構造又はナノ構造コンポーネントを製造するために、投影露光装置１は以下のように用いられる。最初に、反射マスク１０又はレチクル及び基板又はウェハ１１が用意される。続いて、投影露光装置１を用いてレチクル１０上の構造がウェハ１１の感光層に投影される。次に、ウェハ１１上の微細構造又はナノ構造、したがって微細構造コンポーネントが、感光層の現像により作製される。

Claims (7)

1. 投影リソグラフィ用の投影露光装置（１）の光学系の光学コンポーネントとしてのミラー（Ｍ１〜Ｍ１０）を製造する方法において、
   地球重力加速度の平均値を求めるステップと、
   製造場所における前記重力加速度と前記重力加速度平均値との間の重力加速度差を求めるステップと、
   前記ミラーの反射面（２０）の目標表面形状を求めるステップと、
   前記重力加速度平均値の影響下でミラー基板（１８）の前記反射面（２０）の現在の表面形状が前記目標表面形状から所定の表面形状誤差量許容値（Ｐ_ｍａｘ）よりも大きく外れないように、前記重力定数差を考慮して前記製造場所において前記ミラー基板（１８）を加工するステップと
   を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記重力加速度平均値の影響下で、前記反射面（２０）の前記現在の表面形状と前記目標表面形状との間の偏差が前記表面形状誤差量許容値（Ｐ_ｍａｘ）内にある否かを確認するために、
   前記重力加速度平均値の影響下で前記ミラー（Ｍ１〜Ｍ１０）の使用位置において前記目標表面形状が生じるように前記ミラー（Ｍ１〜Ｍ１０）の前記反射面（２０）が前記製造場所で有しなければならない目標見込み表面形状を計算するステップと、
   前記ミラー基板（１８）の前記反射面（２０）の現在の表面形状が前記目標見込み表面形状から所定の表面形状誤差量見込み許容値よりも大きく外れないように、前記製造場所において前記ミラー基板（１８）を加工するステップと
   の手順を踏む方法。
3. ミラー（Ｍ１〜Ｍ１０）であって、請求項１又は２に記載の方法により製造されたミラー。
4. 請求項３に記載のミラーを有する投影リソグラフィ用の投影露光装置（１０）の光学系。
5. 請求項４に記載の光学系を備え且つ照明光（３）を生成する光源（２）を備えた投影露光装置。
6. 構造化コンポーネントを製造する方法において、
   レチクル（１０）及びウェハ（１１）を用意するステップと、
   請求項５に記載の投影露光装置を用いて前記レチクル（１０）上の構造を前記ウェハ（１１）の感光層に投影するステップと、
   前記ウェハ（１１）上のマイクロ構造又はナノ構造を作製するステップと
   を含む方法。
7. 請求項６に記載の方法により製造された構造化コンポーネント。