JP4959235B2 - 非軸上プロジェクション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（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ）リソグラフィに使われる非軸上（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）プロジェクション光学系及びこれを適用したＥＵＶ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（ｄｉｒｅｃｔ ｗｒｉｔｉｎｇ）サイズを実現する露光技術のうち一つが、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、約１３．５ｎｍ程度の非常に短い波長のＥＵＶが使われる。

ＥＵＶ領域では、大部分の物質が大きい吸光性を持つために、屈折光学素子は使用が困難または不可能である。したがって、ＥＵＶ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ＥＵＶをウェーハ側に進めるためにいろいろな反射ミラーで形成されたプロジェクション光学系が必要である。ＥＵＶはチャンバ内に設置されたこの反射マスクに照射され、この反射マスクから反射されたＥＵＶは、プロジェクション光学系のいろいろな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。

前記のようにＥＵＶリソグラフィでは、様々な反射ミラーで形成されたプロジェクション光学系が必要である。

図１は、ＥＵＶリソグラフィ用露光装置に使われる従来の軸上プロジェクション光学系を概略的に示したものである。

図１を参照すれば、ＥＵＶソースから進んでマスク１に照射されたＥＵＶ４は、そのマスク１から反射されて露光装置２の内部に入射される。

露光装置２の内部には、入射された極紫外線４を、反射過程を通じてウェーハ（図示せず）が置かれる上面へ誘導するための第１ミラー３及び第２ミラー５が設けられている。第１ミラー３及び第２ミラー５の中心部分にはそれぞれＥＵＶ４を通過させるための貫通ホール３ａ、５ａが形成されている。マスクに近い側に第２ミラー５が、遠い側に第１ミラー３が配置されている。

マスク１から反射されたＥＵＶ４は発散ビームであって、第２ミラー５の中心に形成された貫通ホール５ａを通過して、第１ミラー３に入射される。入射されたＥＵＶ４は第１ミラー３で反射されて第２ミラー５に向かい、第２ミラー５により反射されつつ収束ビームとなり、第１ミラー３の中心に形成された貫通ホール３ａを通過して上面に置かれるウェーハ６に照射される。

一方、前記のような従来の軸上プロジェクション光学系では、第１ミラー３及び第２ミラー５の中心部分に貫通ホール３ａ、５ａがあいているために、マスク１側から第２ミラー３及び第１ミラー３の貫通ホール５ａ、３ａを通じて直ちにウェーハ６側に進む外れた光（ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ）４’が存在できる。

したがって、従来の軸上プロジェクション光学系を使用する露光装置２では、このような外れた光線がウェーハ６側に直ちに進行することを遮断するために、図２に示したような遮蔽部材７を必要とする。この遮蔽部材７は、第２ミラー５と第１ミラー３との間の所定位置にＥＵＶビーム４の中心部分を遮断するように設けられる。この遮蔽部材７により第２ミラー５の貫通ホール５ａを通過して、第１ミラー３の貫通ホール３ａに進む外れた光４’を遮断できる。

前記遮蔽部材７は、狭帯状の支持部８によりＥＵＶビーム４の中心部分のみを遮断するように支持される。図２では、遮蔽部材７が十字形状の支持部８により支持される場合を示す。

前記のような従来の軸上プロジェクション光学系は、外れた光の遮断のために遮蔽部材７を必要とする。この遮蔽部材７の存在は、回折、散乱、フレアなどを誘発してしまうという問題がある。

本発明は、前記問題を解決するために成されたものであり、遮蔽部材の存在によって誘発される問題を未然に防止することができるように遮蔽部材の不要な非軸上プロジェクション光学系及びこれを適用したＥＵＶリソグラフィ装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明に係る非軸上プロジェクション光学系は、非軸上配置関係にある第１ミラー及び第２ミラーを備え、前記第１ミラーのタンジェンシャル曲率半径及びサジタル曲率半径をそれぞれＲ_１ｔ、Ｒ_１ｓ、前記第２ミラーのタンジェンシャル曲率半径及びサジタル曲率半径をそれぞれＲ_２ｔ、Ｒ_２ｓ、物体点からの光線が前記第１ミラーに入射される角度をｉ_１、第１ミラーから反射された光線が前記第２ミラーに入射される角度をｉ_２とした場合、下記の式を満足させることを特徴とする非軸上プロジェクション光学系。

前記第１ミラーは、凸ミラー、前記第２ミラーは凹ミラーである。

前記第１及び第２ミラーは、非球面ミラーである。

前記第１及び第２ミラーは、両側対称形態である。

前記目的を達成するために本発明は、マスクのパターン情報を持つビームをプロジェクション光学系によりウェーハに照射するリソグラフィ装置を提供する。

前記リソグラフィ装置において、前記プロジェクション光学系は、前記特徴点のうちいずれか１つを持つ本発明による非軸上プロジェクション光学系を含むことを特徴とする。

前記ビームは、ＥＵＶビームである。

前記マスクは反射型マスクである。

前記光線の波長をλとした時、前記ウェーハ上に形成されたパターンの波面エラーは、０．１λ以下である。

前記第１ミラー及び前記第２ミラーに加えて、少なくとも１つのミラーを追加的に備える。

本発明によれば、プロジェクション光学系を非軸上に構成することによって、従来の軸上プロジェクション光学系とは違って、はずれた光線が上面に直ちに進行しないので、遮蔽部材を必要としない。

また、非軸上構造であるのにかかわらず、一般的な収差である３次収差を最小化できて、十分に大きいフィールドサイズを実現することができる。

以下、添付した図面を参照して本発明による非軸上プロジェクション光学系及びこれを適用したＥＵＶリソグラフィ装置の望ましい実施形態を詳細に説明する。

図３は、本発明による非軸上プロジェクション光学系の一実施形態を示す斜視図であり、図４は、図３の非軸上プロジェクション光学系の側面図である。

図３及び図４を参照すれば、本発明による非軸上プロジェクション光学系は、非軸上配置関係にあり、入射された光を上面へ誘導するための第１ミラー（Ｍ１：１０）及び第２ミラー（Ｍ２：３０）を備える。本発明に係る非軸上プロジェクション光学系は、このような第１ミラー１０及び第２ミラー３０対を少なくとも一つ備えることができる。この第１ミラー１０及び第２ミラー３０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。

第１ミラー１０は凸ミラー、第２ミラー３０は凹ミラー形態である。また、第１ミラー１０及び第２ミラー３０のうち少なくとも一つは非球面ミラーである。また、第１ミラー１０及び第２ミラー３０は、その中心点（頂点）を中心に両側対称形態に形成される。

第１ミラー１０及び第２ミラー３０は、下記の数式２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３及び図４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のタンジェンシャル曲率半径及びサジタル曲率半径をそれぞれＲ_１ｔ、Ｒ_１ｓ、第２ミラー３０のタンジェンシャル曲率半径及びサジタル曲率半径をそれぞれＲ_２ｔ、Ｒ_２ｓ、物体点Ｏからの光線が第１ミラー１０に入射される角度をｉ_１、第１ミラー１０から反射された光線が第２ミラー３０に入射される角度をｉ_２とする時、数式２を満足するように形成されたことが望ましい。

第１ミラー１０及び第２ミラー３０が数式２を満足するように設計される場合、３次収差を最小化できる。３次収差は、一般的なＳｅｉｄｅｌ収差、すなわち、コーマ、非点収差、球面収差、上面湾曲などをいう。

前記のような本発明による非軸上プロジェクション光学系で、第１ミラー１０と第２ミラー３０とは、非球面式、例えば、数式３の１０次多項式で表現できる。

ここで、ｚは頂点（中心光線が着く位置）からの高さである。ａ_ｎ，２ｍは、多項式係数である。ｘは、サジタル面に対向した軸に沿う頂点からの距離であり、ｙは、タンジェンシャル面に対向した軸に沿う頂点からの距離である。

表１及び表２は、それぞれ光線が第１ミラー１０に入射する角度ｉ_１が１５．２５７６６０゜、光線が第２ミラー３０に入射する角度ｉ_２が−４．４３４０９５゜である時、数式１を満足し、数式２の多項式で表現される第１ミラー１０及び第２ミラー３０に対する多項式係数の設計例を示す。

第１ミラー１０及び第２ミラー３０が前記のような設計データで設計される場合、上面、例えば、ウェーハに照射されるＥＵＶビームのＲＭＳ波面エラーは、表３に整理して示した通りである。

表３で、Ｘ、Ｙはそれぞれ上面、例えば、ウェーハ中心を基準に横軸、縦軸に沿う位置を示す。Ｘ＝１または−１、Ｙ＝１または−１はウェーハ中心から０．６ｍｍ外れた地点に該当する。

前記フォーカスＲＭＳ、すなわち、ＲＭＳ波面エラー値は波長（λ）１３．５ｎｍについて示したものである。ＲＭＳ波面エラー値が０．１λ以下であれば、イメージサイズが回折限界以下サイズになる。表３では、表１及び表２の設計データで第１ミラー１０及び第２ミラー３０を設計すれば、ＲＭＳ波面エラー値がいずれも０．１λ（λ＝１３．５ｎｍである場合、１．３５ｎｍ）以下になって、回折限界条件を満足する。

表３の結果から、本発明に係る非軸上プロジェクション光学系によれば、十分に大きい０．６ｍｍ×０．６ｍｍフィールドサイズを実現できるということが分かる。これは、本発明による非軸上プロジェクション光学系が、十分に小さな３次収差特性を表すために可能である。

図５は、表３に対応する各フィールド位置での本発明に係る非軸上プロジェクション光学系により上面（または、上面に位置したウェーハ）に形成されるスポット図式を示す。図５でスケールバーの大きさは３０ｎｍである。このスケールバーと比較する時、フィールドサイズ０．６ｍｍ×０．６ｍｍの全領域で２０ｎｍ以下のスポットサイズを示すということが分かる。

ここで、回折限界は約３０ｎｍ程度であるが、表３及び図５の結果から、中心からＸ＝０．６ｍｍ、Ｙ＝０．６ｍｍ外れた位置に該当するマスク上の位置から出た光も回折限界より小さなサイズ、すなわち、２０ｎｍ以下のサイズに結ばれるということが分かる。

前記のような本発明に係る非軸上プロジェクション光学系によれば、従来の軸上プロジェクション光学系とは違って、外れた光線が上面に直ちに進行することが発生しないので、遮蔽部材を必要とせず、これによりフレア、散乱、回折などの問題が生じない。

また、非軸上構造であるのにかかわらず、一般的な収差である３次収差（ｓｅｉｄｅｌ収差）を最小化できて、十分に大きい０．６ｍｍ×０．６ｍｍのフィールドサイズを実現できる。

図６は、図３〜図５を参照して説明した本発明による非軸上プロジェクション光学系により、マスクのパターン情報を持つビームをウェーハに照射するＥＵＶリソグラフィ装置に使用する例を示す。

図３、図４及び図６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５０が置かれ、上面にウェーハ７０が置かれる。反射型マスク５０に照射されるＥＵＶビームは、その反射型マスク５０から反射された後に第１ミラー１０に入射される。ＥＵＶビームは、第１ミラー１０により反射されて第２ミラー３０に入射される。入射されたＥＵＶビームは、第２ミラー３０により反射されて上面に位置したウェーハ７０上にフォーカシングされて、ウェーハ７０に反射型マスク５０に対応するパターンが形成される。

本発明による非軸上プロジェクション光学系で使われるミラーの数は最小２つとなり、ＥＵＶ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つのミラーが追加的に使われてもよい。

以上では、本発明による非軸上プロジェクション光学系がＥＵＶリソグラフィ装置に適用されると説明したが、本発明がこれに限定されるものではなく、本発明に係る非軸上プロジェクション光学系は多様な光学装置に適用することができる。

ＥＵＶリソグラフィ用露光装置に使われる従来の軸上プロジェクション光学系を概略的に示す図面である。 図１の軸上プロジェクション光学系を使用する露光装置での遮蔽部材を概略的に示す図面である。 本発明による非軸上プロジェクション光学系の一実施形態を示す斜視図である。 図３の非軸上プロジェクション光学系の側面図である。 表３に対応する各フィールド位置での本発明による非軸上プロジェクション光学系により上面（または、上面に位置したウェーハ）に形成されるスポット図式を示す図面である。 図３〜図５を参照して説明した本発明による非軸上プロジェクション光学系により、マスクのパターン情報を持つビームをウェーハに照射するＥＵＶリソグラフィ装置に使用する例を示す図面である。

符号の説明

７ 遮蔽部材、
８ 支持部。

Claims (11)

1. 非軸上配置関係にある第１ミラー及び第２ミラーを備え、
   前記第１ミラーのタンジェンシャル曲率半径及びサジタル曲率半径をそれぞれＲ_１ｔ、Ｒ_１ｓ、前記第２ミラーのタンジェンシャル曲率半径及びサジタル曲率半径をそれぞれＲ_２ｔ、Ｒ_２ｓ、物体点からの光線が前記第１ミラーに入射される角度をｉ_１、第１ミラーから反射された光線が前記第２ミラーに入射される角度をｉ_２とした場合、下記の式を満足することを特徴とする非軸上プロジェクション光学系。
   
2. 前記第１ミラーは凸ミラー、前記第２ミラーは凹ミラーであることを特徴とする請求項１に記載の非軸上プロジェクション光学系。
3. 前記第１ミラー及び前記第２ミラーは、非球面ミラーであることを特徴とする請求項２に記載の非軸上プロジェクション光学系。
4. 前記第１ミラー及び前記第２ミラーは、非球面ミラーであることを特徴とする請求項１に記載の非軸上プロジェクション光学系。
5. 前記第１ミラー及び前記第２ミラーは、両側対称形態であることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の非軸上プロジェクション光学系。
6. マスクのパターン情報を持つビームをプロジェクション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、
   前記プロジェクション光学系は、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の非軸上プロジェクション光学系を含むことを特徴とするリソグラフィ装置。
7. 前記第１ミラー及び前記第２ミラーは、両側対称形態であることを特徴とする請求項６に記載のリソグラフィ装置。
8. 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６に記載のリソグラフィ装置。
9. 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８に記載のリソグラフィ装置。
10. 前記光線の波長をλとした時、前記ウェーハ上に形成されたパターンの波面エラーは、０．１λ以下であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載のリソグラフィ装置。
11. 前記第１ミラー及び前記第２ミラーに加えて、少なくとも１つのミラーを追加的に備えることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載のリソグラフィ装置。