JP4309980B2 - 環状面縮小投影光学系 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、ホトリソグラフィーまたはマイクロリソグラフィーを使用する半導体製造に関わり、一層特定すれば、例えば１１ないし１３ｎｍの極紫外線波長領域において使用されるための光学投影系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスは通例、回路パターンを含んでいるレチクルの像を光に感応するレジストが被膜されているウェハ上に投影することによって製造される。回路エレメントのパターンサイズが小さくなると、光に感応するレジストが被膜されているウェハを露光するために使用される光または電磁放射の一層小さいまたは一層短い波長を使用したいという要求がある。しかし、極紫外線および軟Ｘ線領域にある電磁放射の要求される短い波長で光に感応するサブストレート上にレチクルの像を投影するための光学設計の開発には数多くの困難がある。この種の光学投影系は米国特許第５３５３３２２号明細書（“Lens Systems For X-Ray Projection Lithography Camera”，Bruning et al, １９９４年１０月４日）に開示されている。ここでは、Ｘ線波長でウェハ上にマスクを結像するために使用されるスリー・ミラー投影系が記載されている。１つの座標としての凸面鏡の倍率と、別の座標としてのこの凸面鏡の光学的に反対側にある凹面鏡対の倍率の比とによって定義される２次元の倍率空間の領域内で最適な解決法を提供する方法論も記載されている。像から物体端部に向かって、凹面鏡、凸面鏡および凹面鏡を有している光学系が開示されている。この米国特許明細書では殊に、別のツー・ミラー系およびフォー・ミラー系とは対してスリー・ミラー系の使用が推奨されている。この光学系により、比較的大きな面にわたって小さな残留収差が実現される一方、使用し得る開口絞りがない。付加的に、有効開口数、従って環状面の周辺の像ザイズが微妙に変動する可能性があるという欠点がある。別の投影光学系が、米国特許第５３１５６２９号明細書（“Ring Field Lithography”，Jewell et al, １９９４年５月２４日）に開示されている。ここでは、少なくとも０．５ｍｍの比較的大きなスリット幅を有している、Ｘ線放射に使用される環状面投影装置が開示されている。折り畳み式鏡も示されいて、投影光学系をマスクとウェハとの間に配置できるようにしている。ここには、レチクルまたは物体からウェハまたは像に向かって、凹面鏡、凸面鏡、凹面鏡および凸面鏡の鏡配置形態または配置列が開示されている。この明細書には、明確な形での形態ではテレセントリックな要求に答えることができないことがわかったことを示して、第１の負または凸レンズを使用することは望ましくないことが示唆されている。従来の投影光学系が数多くの用途に適していることは実証されているが、設計上の妥協的解決がつきもので、この場合はすべての用途において最適な解決法を提供することはできない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
それ故に、スループットを改善するために適った結像が行われる比較的大きな像面を有する極紫外線（ＥＵＶ）または軟Ｘ線波長領域において使用することができる投影光学系に対する要求がある。像面が適当なアスペクト比を有していることも望まれる。これにより、大きなアスペクト比を有する狭いスリットに比べて照明の均一性を提供するという困難が低減される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、１１ないし１３ｎｍ領域にある波長を含んでいる極紫外線または軟Ｘ線の波長で使用されるように設計されている全反射環状面投影光学系に関する。本発明は、長共役点から短共役点まで縮小を行う複数の曲面鏡から成っている。長共役点から短共役点に致る鏡の順序または列は、負の倍率の第１の凸面鏡、正の倍率の第１の凹面鏡、負の倍率の第２の凸面鏡、正の倍率の第２の凹面鏡である。複数の曲面鏡は、開口絞りが第３の鏡、即ち負の第２の凸面鏡にまたはその近傍に一致するように配置されている。各鏡の反射面は、長共役点と短共役点との間の全体の距離の２５％より大きい距離だけスペースまたは間隔をとられている。
【０００５】
従って、本発明の目的の１つは、比較的大きな像面サイズを有している投影光学系を提供することである。
【０００６】
本発明の別の目的は、使用可能な開口絞りを提供することである。
【０００７】
【発明の効果】
開口絞りに可変の虹彩を利用することができることは本発明の利点である。
【０００８】
物体および像位置がスキャンを容易にするように配置または位置決めされていることは本発明の別の利点である。
【０００９】
０．０５μ程度の小さなパターンサイズをプリントすることができかつ２ｍｍのスロット幅を有していることは本発明の利点である。
【００１０】
長共役点から短共役点までの第１の鏡が負の倍率の凸面鏡であることは本発明の特長である。
【００１１】
鏡に衝突する光ビームの角度変動を最小限にするために、それぞれの鏡が相互に離されて間隔をおいて配置されていることは本発明の別の特長である。
【００１２】
上述したおよび別の課題、利点および特徴は以下の詳細な説明から容易にわかる。
【００１３】
【実施例】
次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】
図１には、本発明の１つの実施例が略示されている。極紫外線、例えば１１ないし１２ｎｍの領域にある所望の波長の電磁放射を生成することができるいずれかの照明源であってよい照明源１３が設けられている。照明源１３は所望の照明プロファイルおよび光度を生成することができる。従って、例えば、半径方向の幅のような１つのディメンジョンに沿って均一ではなく、かつタンジェントフィールド方向におけるような別のディメンジョンに沿ってまたはアークの長さに沿って均一である光度分布はケーラー照明（Kohler illumination）または均一な光度分布を生成するために使用することができる。照明源１３からの電磁放射はレチクル１０によって受光される。レチクル１０は有利には、半導体デバイスの製造のために使用される、その上に前以て決められたラインパターンを有しているレチクルである。レチクル１０は、図示されているような反射型のものまたは透過型のものであってよい。レチクル１０は、縮小光学系の長共役点に配置されている。レチクル１０から反射された電磁放射は第１の凸面鏡Ｍ１によって集光される。レチクル１０からの電磁放射の光線１１は発散する。第１の凸面鏡Ｍ１は負の倍率を持っておりかつ凸面鏡Ｍ１から反射された電磁放射の光線１２が再び発散するようにする。凸面鏡Ｍ１から反射された電磁放射の光線１２は凹面鏡Ｍ２によって集光される。凹面鏡Ｍ２は正の倍率を持っていて、そこから反射された電磁放射の光線１４が収束するようにする。凹面鏡Ｍ２から反射された電磁放射の光線１４は凸面鏡Ｍ３によって集光される。凸面鏡Ｍ３の表面にまたはその近傍に開口絞り２２が形成されている。凸面鏡Ｍ３は負の倍率を持っているので、そこから反射された電磁放射の光線１６が発散するようにする。凸面鏡Ｍ３から反射された電磁放射の光線１６は凹面鏡Ｍ４によって集光される。凹面鏡Ｍ４から反射された電磁放射の光線１８は、像平面にあるウェハ２０に結像される。ウェハ２０は、縮小光学系の短共役点に配置されている。鏡Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３およびＭ４は１つの共通の光軸ＯＡを有している。光線１１，１２，１４，１６および１８は、光学系における電磁放射の光路を形成している。鏡Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３およびＭ４は有利には、相互に間隔をおいて配置されている。このことは、鏡Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３およびＭ４を打撃する光ビームまたは光線１１，１２，１４，１６および１８の角度変動を低減するという利点を有している。これにより、極紫外波長（ＥＵＶ）に対して普通使用される周知の反射性被膜が角度に敏感であるので、系の性能が改善される。付加的に、これにより、レチクル１０とウェハ２０の距離の一定とした場合、一層大きな環状の像面半径が実現される。それ故に次の距離が有利である。レチクル１０と鏡Ｍ１の反射面との間の距離はレチクル１０とウェハ２０との間の距離の８０％より大きい。鏡Ｍ１およびＭ２の反射面間の距離はレチクル１０とウェハ２０との間の距離の７０％より大きい。鏡Ｍ２およびＭ３の反射面間の距離はレチクル１０とウェハ２０との間の距離の５０％より大きい。鏡Ｍ３およびＭ４の反射面間の距離はレチクル１０とウェハ２０との間の距離の２５％より大きい。鏡Ｍ４の反射面とウェハとの間の距離はレチクル１０とウェハ２０との間の距離の５０％より大きい。
【００１５】
有利な構成形態において、図１に示されている光学系は、次の表１および１Ａの構成データに従って形成されているとよい。構成データは、当業者にはダミーと称される番号付けられていないいくつかの表面を含んでおりかつ通例、鏡に隣接する光ビーム路を制御するために設計上必要とされる。番号付けられていない表面は除去することができるが、これらの前および後ろの厚さまたは距離が付加されることになるので、鏡の間の厚さまたは距離は同じに留まる。
【００１６】
【表３】

【００１７】
非球面定数は、次式および表１Ａに従って設定されている：
【００１８】
【表４】

【００１９】
表１および表１Ａの構成データに従って構成されている、本発明の光学投影系は、０．１に等しい最大開口数および４対１の縮小比を有している。この投影系を使用するステップ・アンド・スキャン式のホトリソグラフィー系は、ウェハにおける５０ｍｍ×２ｍｍまでのその時存在する環状の像面にわたって０．０５μ程度の小さなパターンをプリントすることができるものである。この像面は、少なくとも５０×５０ｍｍのウェハ上の１つの面をカバーするようにスキャンされることができ、これにより現在の深紫外線（Ｄｅｅｐ ＵＶ）、１９３ないし２４８ｎｍのホトリソグラフィー系について回路パターン密度および複雑さを極めて著しく高めることができるようになる。比較的大きな像面によりスループットが著しく高められかつこれにより本発明を使用する系の効率が高められる。本発明の投影光学系は比較的コンパクトでもあり、９００ｍｍより短い、レチクル・ウェハ間距離を有している。
【００２０】
図２には、本発明によって形成される像面が略示されている。画面サイズ２４は、近似的に２ｍｍのラテラル方向の寸法および約５０ｍｍの長手方向の寸法を有しているアーチ形のスリットである。像面２４は普通、矢印２６の方向にスキャンされる。アーチ形または環状のスリットはそれぞれ４９および５１ｍｍの半径を有している同心円の部分から形成されている。ウェハにおいて残留設計収差は、回折制限結像に対するマーシャルの判断基準（Marechal criterion）、即ち、１１ｎｍの波長における０．０７ ｗａｖｅｓ ｒ．ｍ．ｓ．より小さい。この系は、収差補正環の中心１．５ｍｍにわたって照明することになり、この場合光度分布は中心５０ｎｍの面半径および、面半径方向において続く点源の中心の近傍にある。これはいわゆるクリチカル照明である。ケーラー照明、均一光度分布は面の接線方向に現れる。この系はウェハにおいてはテレセントリックであるが、レチクルにおいてはそうではない。これにより、当業者にはよく知られているような、スペクトル反射レチクルの斜照明が実現される。
【００２１】
第３の鏡と一致する開口絞りとの組み合わせにおける凸、凹、凸そして凹という独自の鏡の列を使用することによって、本発明は、比較的大きい環状の像面を有する可能な限りの非常に効率のよい投影光学系を提供するものである。この結果スループット、ひいては製造効率が改善されることになる。従って、本発明により、マイクロリソグラフィーまたはホトリソグラフィー、特にスキャン式リソグラフィー系に使用される縮小投影光学系の形式が革新される。
【００２２】
図３には、本発明の投影光学系を使用したマイクロリソグラフィーが略示されている。照明系３０が透明なレチクル３２を照明する。本発明による投影光学系３４が、レチクル３２の像を、光感応レジストが被膜されているサブストレートまたはウェハ３６上に投影する。その都度の時点ではレチクル３２の像の一部のみがウェハ３６上に投影される。投影光学系３４の像面はレチクル３２またはウェハ３６より小さく、ウェハ３６全体はレチクルおよびウェハをスキャンすることによって露光される。レチクルステージ３８もウェハステージ４０も同期されて移動する。しかし、光学系は縮小を行うので、レチクルステージ３８はウェハステージ４０とは異なった速度で移動する。速度の差異は、縮小率に比例している。制御部４２はレチクルステージ３８およびウェハステージ４０の運動を制御する。
【００２３】
有利な実施例を示しかつ説明してきたが、本発明の思想および範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能であることは当業者には自明のことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投影光学系の概略図である。
【図２】本発明によって形成される環状部分またはアーチ状の像面の平面図である。
【図３】スキャン式マイクロリソグラフィー装置に本発明を使用した場合の全体の概略図である。
【符号の説明】
１０，３２ レチクル、 １３，３０ 照明源、 ２０，３６ ウェハ、 ２２ 開口絞り、 ２４ 像面、 ３４ 投影光学系、 ４２ 制御部、 Ｍ１ 第１の凸面鏡、 Ｍ２ 第１の凹面鏡、 Ｍ３ 第２の凸面鏡、 Ｍ４ 第２の凹面鏡

Claims (6)

1. １つの光軸、１つの光路および長共役点から短共役点への長さを有する環状面縮小投影光学系であって、
   前記長共役点から前記光路の方向において前記長さの８０％より大きい第１の距離の所に位置決めされている第１の凸面鏡と、
   前記第１の凸面鏡から前記光路の方向において前記長さの７０％より大きい第２の距離の所に位置決めされている第１の凹面鏡と、
   前記第１の凹面鏡から前記光路の方向において前記長さの５０％より大きい第３の距離の所に位置決めされている第２の凸面鏡と、
   前記第２の凸面鏡から前記光路の方向において前記長さの２５％より大きい第４の距離の所に位置決めされている第２の凹面鏡と、
   を備え、
   これらの鏡は、電磁放射が前記光軸に沿って前記第１の凸面鏡から前記第１の凹面鏡へ、そこから第２の凸面鏡へかつそこから第２の凹面鏡へ反射されるように配置されており、
   前記第１の距離は、前記第２の距離よりも大きく、
   前記第２の距離は、前記第３の距離よりも大きく、
   前記第３の距離は、前記第４の距離よりも大きく、
   前記第１の凸面鏡、前記第１の凹面鏡、前記第２の凸面鏡、および、前記第２の凹面鏡は、前記長共役点によって形成される第１の面と、前記短共役点によって形成される第２の面との間に、前記光軸に沿って配置されており、
   これにより前記短共役点で像面が形成され、かつ、前記第１の面および前記第２の面がスキャンされる、
   環状面縮小投影光学系。
2. 前記像面は少なくとも０．１μの解像度および２ｍｍの半径方向幅並びに実質的に５０ｍｍの長手方向の長さを有している請求項１記載の環状面縮小投影光学系。
3. 前記第１の凸面鏡は、前記長共役点と前記短共役点との間の前記光軸に沿って発散する電磁放射線を形成する請求項１記載の環状面縮小投影光学系。
4. 前記第１の凹面鏡は、前記長共役点と前記短共役点との間の前記光軸に沿って収束する電磁放射線を形成する請求項１記載の環状面縮小投影光学系。
5. 前記第１の凸面鏡、前記第１の凹面鏡、前記第２の凸面鏡および前記第２の凹面鏡は非球面の反射面を有している請求項１記載の環状面縮小投影光学系。
6. 前記第２の凹面鏡は、前記短共役点から前記長さの５０％より大きい第５の距離の所に位置決めされている請求項１記載の環状面縮小投影光学系。

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