JP4933110B2 - 投影光学系及びこれを適用した極紫外線リソグラフィ装置 - Google Patents

Description

本発明は、極紫外線リソグラフィに使われうる投影光学系及びこれを適用した極紫外線リソグラフィ装置に関する。

半導体製造工程のフォトリソグラフィ工程において、１００ｎｍ以下の描画の大きさを実現する露光技術の一つが、極紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ）領域の露光波長を利用した技術である。ＥＵＶリソグラフィ技術では、１００ｎｍより短い波長、例えば、およそ１３．５ｎｍの非常に短い波長の極紫外線が使われる。

極紫外線領域では、ほとんどの物質が大きい光吸収性を有するため、屈折光学素子は使用が不可能である。したがって、極紫外線を使用する露光技術には、反射マスクが必要であり、この反射マスクから反射された極紫外線をウェーハ側に進行させるために、複数の反射ミラーからなる投影光学系が必要である。極紫外線は、チャンバ内に設置された該反射マスクに照射され、該反射マスクから反射された極紫外線は、投影光学系の複数の反射ミラーにより反射された後にウェーハに照射されて、ウェーハ上にマスクに対応するパターンが形成される。

上記のように極紫外線リソグラフィにでは、複数の反射ミラーからなる投影光学系が必要である。ところが、極紫外線を反射により進行させるので、投影光学系を各ミラーが光軸を共有する光学系（以下、「軸上光学系」と称する）で構成することは困難である。

従来では、軸上光学系の一部分を使用する構造の投影光学系が提案されていた。ところが、このような軸上光学系の一部分を使用する構造では、各ミラーで発生する収差を、軸上光学系のシステムを維持したまま補正するので、複数のミラー、例えば、６個のミラーが必要であるという短所がある。これは、軸上光学系では、ミラー中心軸と対称に極紫外線ビームが入射してこそ各ミラーで発生する収差が低減するが、軸上光学系の一部分を使用する構造では、このような要求を満足させることができないからである。ここで、軸上光学系の一部分を使用する構造とは、使われるミラーが軸上光学系をなすミラーの一部領域に該当する構造を言う。

上記のような従来の軸上光学系の一部分を使用する構造の投影光学系におけるミラー数の増加は、製作コストの増加、全体反射率の低下をもたらす。このように、極紫外線領域では、一般可視光領域に比べて反射率がはるかに低いため、ミラーが多ければ、投影光学系の全体反射率が大幅に低くなって、光利用の効率が悪くなる。本技術分野では、ミラー１つを経由する度に極紫外線量は、およそ３５％減少することが周知である。この場合、例えば、使われるミラーが６個であり、各ミラーの反射率が６５％であれば、全体反射率は、（０．６５^６）×１００％＝７％になって、最初の極紫外線量に比べて約７％しか残っていない。

したがって、必要なミラーの数を減らすために、各ミラーを、互いのミラーの光軸が共有しない非軸上に配置した投影光学系が要求される。ところで、ミラーを非軸上に配置した投影光学系では、非点収差の線形成分（ｌｉｎｅａｒ ａｓｔｉｇｍａｔｉｏｎ）が大きく発生して、軸上光学系に比べて大きい収差を有する短所がある。

本発明は、上記のような点を勘案して案出されたものであって、収差特性を大きく改善して必要なミラーの数を減らすことで、極紫外線リソグラフィの使用時に全体反射率を高めうる設計及び／またはミラーの光軸が共有しないように配置される投影光学系、及びこの投影光学系を適用した極紫外線リソグラフィ装置を提供することにその目的がある。

本発明の実施形態は、ミラーが非軸上に配置される投影光学系を提供する。前記投影光学系は、各ミラーが、互いのミラーの光軸が共有しない非軸上に配置された関係にあり、焦点を共有する第１ミラー及び第２ミラーを備え、物体面から第１ミラーまでの距離をｌ_１、物体面側から第１ミラーに入射される光の入射角をｉ_１、前記第１ミラーから共有焦点までの距離をｌ_１’、共有焦点から前記第２ミラーまでの距離をｌ_２、前記第１ミラーから第２ミラーに入射される光の入射角をｉ_２、及び前記第２ミラーから像面までの距離をｌ_２’とした場合、下記の式（１）を満足することを特徴とする。

さらに、本発明の実施形態は、リソグラフィ装置を提供する。前記リソグラフィ装置は、上述で説明された本発明の実施形態の投影光学系のうち少なくとも一つを含んでなる。

本発明による投影光学系によれば、非点収差の線形成分を低減及び除去できて、少数のミラーを利用してシステムを構成しうる。したがって、製作コストが減少し、光学系全体の反射率が上昇して、極紫外線リソグラフィに使用時に全体反射率を高めうる。また、全体反射率が高いので、低いパワーの光源、例えば、極紫外線光源を利用できるメリットがある。

以下、添付された図面を参照しながら本発明の望ましい実施形態による極紫外線リソグラフィに使われうる投影光学系（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃｓ）を詳細に説明する。

互いのミラーの光軸が共有しない非軸上でミラーを配置して使用すれば、非点収差が大きく発生する。本発明による投影光学系は、複数のミラーを非軸上に配置しながらも、非点収差の線形成分（以下、「線形非点収差」と称する）を除去できる光学的構成を有し、少数のミラーで極紫外線リソグラフィ用投影光学系を実現することができる。

図１は、本発明による投影光学系の一実施形態を示す。

図１を参照すれば、本発明による投影光学系は、互いのミラーの光軸が共有しない非軸上に配置された光学系（以下、「非軸上光学系」と称する）にあり、焦点を共有する第１ミラー（Ｍ１）１０及び第２ミラー（Ｍ２）３０を備える。本発明による投影光学系は、このような第１ミラー１０及び第２ミラー３０の対を少なくとも一つ以上備え、第１ミラー１０及び第２ミラー３０の仕様及び配置関係は後述する数式１を満足するように形成されることが望ましい。ここで、本発明による投影光学系は、第１ミラー１０及び第２ミラー３０に付加して、第３ミラー（図示せず）をさらに備えることもある。３個のミラーを有する本発明の実施形態において、第２ミラー及び第３ミラーの仕様及び配置関係は、図１に示された第１ミラー１０及び第２ミラー３０の仕様及び配置関係と実質的に対応するように設けられ形成されることが望ましい。

図２において、点線は、第１ミラー１０及び第２ミラー３０の親ミラーを仮想的に表す。以下、第１ミラー１０の親ミラーを第１親ミラー、第２ミラー３０の親ミラーを第２親ミラーという。第１ミラー１０及び第２ミラー３０は、それぞれ第１親ミラー及び第２親ミラーの一部分に該当する。

第１親ミラーの軸と第２親ミラーの軸は、第１ミラー１０及び第２ミラー３０の共有焦点で互いに交差し、所定角度をなす。第１親ミラー及び第２親ミラーそれぞれの軸が互いに所定角度をなして交差することは、第１ミラー１０及び第２ミラー３０が非軸上に配置されているためである。

第１ミラー１０及び第２ミラー３０は、次の数式１を満足するように設計されることが望ましい。すなわち、図２を参照すれば、第１ミラー１０及び第２ミラー３０は、第１ミラー１０及び第２ミラー３０の物体面から第１ミラー１０までの距離をｌ_１、物体面側から第１ミラー１０に入射される光の入射角をｉ_１、第１ミラー１０から共有焦点までの距離をｌ_１’、共有焦点から第２ミラー３０までの距離をｌ_２、第１ミラー１０側から第２ミラー３０に入射される光の入射角をｉ_２、及び第２ミラー３０から像面までの距離をｌ_２’とした場合、数式１を満足するように形成及び配置されることが望ましい。

第１ミラー１０及び第２ミラー３０が数式１を満足するように設計された場合、図３及び図４を参照して説明する非軸上に配置されるミラーで発生する支配的な収差である線形非点収差を除去及び／または減らすことができる。

図３は、一般的な非軸上に配置されるミラー５０における線形非点収差を説明するための図面である。

図３を参照すれば、物体面から所定の非軸上に配置されたミラー（以下、「非軸上ミラー」と称する）５０までの距離をＳ_０、非軸上ミラー５０から像面までの距離をＳ_０’とし、物体面が傾斜角をθ_ｏｂｊ、像面が傾斜角をθ_ｉｍｇとした場合、像面が傾いた量と線形非点収差量は、数式２及び３のように表現される。

ここで、θ_ｓは、物体面から非軸上ミラー５０に入射される光の入射角であり、θ_ｔは、像面に対してタンゼンシャル像面（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｉｍａｇｅ ｐｌａｎｅ）とサジタル像面（ｓａｇｉｔｔａｌ Ｉｍａｇｅ ｐｌａｎｅ）とがなす角度である。

数式２におけるｔａｎθ_ｉｍｇは、物体面が傾いている時に像面が傾いた量を表し、数式３におけるｔａｎθ_ｔは、線形非点収差量を表す。軸上ミラーの場合には、θ_ｔ＝０となる。

図４は、非軸上ミラー５０での非点収差を示した収差図である。図４において、Ｔはタンゼンシャル像面、Ｓはサジタル像面を表す。図４の垂直軸は、数式２によって計算された像面と一致する。図４で分かるように、Ｓ、Ｔの原点を軸とした傾きが垂直軸と一致せずに、互いに反対方向に傾いていることが分かる（すなわち、図４で線形非点収差の特徴を示す。）図４において、Ｓ、Ｔの何れも一般的な軸上ミラーでの非点収差に該当する曲線成分（２次関数成分）を含むが、線形非点収差により傾度が激しくて図４ではほとんど見られない。

表１は、図１及び図２に図示された本発明による投影光学系の一設計例を示す。

表１は、物体面がおよそ１０゜傾き、物体面を原点として発散されるビームが第１ミラー１０に入射される場合についての設計値である。

図１及び図２を参照して説明したように、第１ミラー（Ｍ１）１０及び第２ミラー（Ｍ２）３０が焦点を共有し、非軸上に配置され、表１の設計値をもって形成及び配置される場合、数式１を満足させることによって、本発明による投影光学系では、線形非点収差を低減及び除去することが可能である。図５は、表１の設計値を有する本発明による投影光学系での非点収差を示した収差図である。図５において、Ｔはタンゼンシャル像面、Ｓはサジタル像面を表す。図５で分かるように、線形非点収差が低減及び除去されて、Ｓ、Ｔの何れも一般的な軸上ミラーでの非点収差に該当する曲線成分（２次関数成分）のみを含むようになる。すなわち、図４のように、一般的な非軸上ミラー５０の場合には、大きい線形非点収差を表す反面、表１の設計値をもって第１ミラー１０及び第２ミラー３０を形成及び配置した本発明による投影光学系の場合には、図５で分かるように、線形非点収差が低減及び除去されて、一般的な軸上光学系のミラーでの非点収差に対応する特性を表す。

また、表１の設計値をもって第１ミラー１０及び第２ミラー３０を形成及び配置した本発明による投影光学系の場合には、図６で分かるように、線形非点収差成分が低減及び除去されることによって、軸上光学系で現れるコマ収差が主に見られる。図６は、表１の設計値をもって第１ミラー１０及び第２ミラー３０を形成及び配置した本発明による投影光学系の場合に、焦点シフトによるビームスポット変化を示す。

図５及び図６で分かるように、表１の設計値をもって第１ミラー１０及び第２ミラー３０を形成及び配置した本発明による投影光学系の場合には、線形非点収差が除去及び低減されることによって、軸上ミラーと実質的に同等な収差性能を示すことが分かる。

ここで、表１で、θ_ｏｂｊは、本発明による投影光学系の物体面、すなわち、第１ミラー１０に対する物体面の傾斜角に該当する。θ_ｉｍｇは、本発明による投影光学系の像面の傾斜角に該当する。第１ミラー１０に対する像面は、共有焦点上に位置する。この第１ミラー１０に対する像面が傾斜角は、第２ミラー３０に対する物体面の傾斜角に該当する。また、ｌ_１及びｌ_１’は、それぞれ第１ミラー１０に対する物体面及び像面までの距離に該当し、ｌ_２及びｌ_２’は、それぞれ第２ミラー３０に対する物体面及び像面までの距離に該当する。したがって、表１の、θ_ｏｂｊ、ｌ_１、及びｌ_１’値を数式２に代入して、第１ミラー１０に対する像面の傾斜角（第２ミラー３０に対する物体面の傾斜角）を計算し、この角度とｌ_２及びｌ_２’値をさらに数式２に代入して計算すれば、表１に表した第２ミラー３０に対する像面の傾斜角（本発明による投影光学系の像面の傾斜角）θ_ｉｍｇが得られる。

上記のような本発明による投影光学系によれば、一般的な非軸上光学系で大きく発生する線形非点収差を低減及び除去できて、一般的な軸上光学系で現れる程度の収差特性を表すので、従来の軸上光学系の一部分を使用する構造とは異なって、収差を減らすためにミラー数を増やす必要がない。したがって、必要なミラー数が少なくなり、これにより、従来に比べて高い全体反射率を得ることができる。

図７は、図１及び図２の本発明による投影光学系をマスクのパターン情報を有するビームを投影光学系によりウェーハに照射する極紫外線リソグラフィ装置に使用する例を示す。

図１、図２、及び図７を参照すれば、物体面にパターニングされた反射型マスク１００が置かれ、像面にウェーハ１１０が置かれる。反射型マスク１００に照射される極紫外線ビームは、その反射型マスク１００から反射された後に第１ミラー１０に入射される。極紫外線ビームは、第１ミラー１０により反射されて共有焦点に集束された後、さらに発散されて第２ミラー３０に入射される。入射された極紫外線ビームは、第２ミラー３０により反射されて像面に位置したウェーハ１１０上に照射されて、ウェーハ１１０に反射型マスク１００に対応するパターンが形成される。

本発明による投影光学系で使われるミラーの数は、最小２つであり、極紫外線リソグラフィ装置内で要求される反射型マスク及びウェーハ設置位置及び方向などを考慮して、少なくとも１つ以上のミラーが追加的に使われうる。

以上では、本発明による投影光学系が極紫外線リソグラフィ装置に適用されるとして説明したが、本発明がこれに限定されるものではなく、本発明による投影光学系は、多様な光学装置に適用可能である。

本発明は、光学系の関連技術分野に好適に用いられる。

本発明による投影光学系の一実施形態を示す。 図１の投影光学系が数式１を満足する構成を有する点を説明するための図面である。 一般的な非軸上ミラーでの線形非点収差を説明するための図面である。 一般的な非軸上ミラーでの非点収差を示した図面である。 表１の設計値を有する本発明による投影光学系での非点収差を示した図面である。 表１の設計値をもって第１ミラー及び第２ミラーを形成及び配置した本発明による投影光学系の場合に、焦点シフトによるビームスポット変化を示す図面である。 図１及び図２の本発明による投影光学系をマスクのパターン情報を有するビームをこの投影光学系によりウェーハに照射する極紫外線リソグラフィ装置に使用する実施例を示す図面である。

符号の説明

１０、３０、５０ ミラー、
１００ 反射形マスク、
１１０ ウェーハ。

Claims (6)

1. 非点収差の線形成分を減らすように互いのミラーの光軸が共有しない非軸上に配置される第１ミラー及び第２ミラーを備え、
   前記第１ミラー及び前記第２ミラーは焦点を共有する共有焦点を有し、
   物体面から前記第１ミラーまでの距離をｌ _１ 、物体面から前記第１ミラーに入射される光の入射角をｉ _１ 、前記第１ミラーから前記共有焦点までの距離をｌ _１ ’、前記共有焦点から前記第２ミラーまでの距離をｌ _２ 、前記第１ミラーから前記第２ミラーに入射される光の入射角をｉ _２ 、及び前記第２ミラーから像面までの距離をｌ _２ ’とした場合、下記の式、
   

   

   を満足することを特徴とする投影光学系。
2. 前記第１ミラーの親ミラー軸と前記第２ミラーの親ミラー軸とが前記共有焦点で交差することを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
3. 前記第１ミラー及び前記第２ミラーの対を少なくとも一つ以上備えることを特徴とする請求項１または２に記載の投影光学系。
4. マスクのパターン情報を有するビームを光学系によりウェーハに照射するリソグラフィ装置において、
   前記光学系は、請求項１ないし請求項３のうち何れか１項に記載の投影光学系を含むことを特徴とするリソグラフィ装置。
5. 前記ビームは、極紫外線ビームであることを特徴とする請求項４に記載のリソグラフィ装置。
6. 前記マスクは、反射型マスクであることを特徴とする請求項５に記載のリソグラフィ装置。

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