JP5319706B2 - 照明光学系及び投影露光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、請求項1の前文に記載の照明光学系に関する。更に、本発明は、この種の照明光学系を含む照明系、この種の照明系を含む投影露光装置、この種の投影露光装置を用いて構造化構成要素を生成する方法、及び本方法に従って生成された構成要素に関する。
冒頭に挙げた照明光学系は、EP0 940 722A2及びそこに引用された文献から公知である。これらの文献では、対物光学素子群の光学収差に影響を及ぼし、物体視野内の有効光の強度分布に影響を及ぼすように対物光学素子群内に変位可能レンズ群が設けられる。
DE10 2006 025 025A1は、コンデンサー群及び対物光学素子群を含む照明光学系を開示している。この対物光学素子群は、変位可能光学要素を含む。
US6,560,044B2は、コンデンサー群及び対物光学素子群を含み、コンデンサー群が変位可能光学要素を含む照明光学系を開示している。
US6,127,095Aは、光軸に沿って変位させることができ、光軸に関して傾斜可能である光学要素を含むコンデンサー群を含む照明光学系を説明している。
EP0 940 722A2 DE10 2006 025 025A1 US6,560,044B2 US6,127,095A
本発明の目的は、特に、照明環境に依存する、言い換えれば、照明角度分布に依存する物体視野照明の照明パラメータに対して補償効果を及ぼすことができるような冒頭に挙げた種類の照明光学系を開発することである。
本発明により、この目的は、請求項1に記載の特徴を有する照明光学系によって達成される。
本発明によると、1つの構成要素がコンデンサー群に属し、1つの構成要素が対物光学素子群に属する、補償のために変位可能である1対の光学構成要素対により、特定の照明パラメータを最適化することができ、他の照明パラメータは所定の範囲に限定することができることが見出されている。それによって照明光学系の構成要素の製造中の変化に起因する照明パラメータ変化、又は寿命又はドリフト効果による照明パラメータ変化の補償が可能になる。構成要素対の補償変位を用いて照明パラメータを変更することは、照明角度分布の変化、言い換えれば、照明環境変化に起因するパラメータ変化を補償するのに有利であるとすることができる。同様に、それによって照明光の偏光変化、又は露光される物体視野のサイズの変化に起因する照明パラメータ変化の補償も可能になる。更に、この補償構成要素対を特定の照明パラメータの厳しい許容限界が超過されないことを保証するような設計手段として用いるように考えることができる。構成要素対の補償変位は、特に、テレセントリック性値に対して、更に、様々な照明方向からの照明光部分の間の均衡に対して影響を有する。
請求項2に記載の変位駆動体は、自動補償変位を保証する。
請求項3に記載の変位機能は、特に、テレセントリック性の補償を可能にする。この補償は、強力なテレセントリック性、言い換えれば、子午断面に関して互いに対向し、視野点を照明する縁部光線の間の強度関係、並びに幾何学的なテレセントリック性、言い換えれば、視野点を照明する放射線部分束全体の傾きの両方に影響を及ぼすことができる。
請求項4に記載の変位経路は、変位駆動体の構成を単純にし、意外にも多くの実際の用途における補償変位に対して十分であることが判っている。同様に、500μmの範囲の変位経路が、特定の配列に対して特に有利であることが見出されている。変位経路は、300μmの範囲にあるとすることができる。
請求項5に記載の位置決め精度は、構成要素の補償変位に関する要件に特に良好に適応される。15μmよりも良好な位置決め精度が好ましい。
請求項6に記載の偏心変位は、特に、照明角度パラメータを照明される物体視野のサイズ又は位置に適応させることを可能にする。
請求項4に及び請求項5に関する以上の説明は、対応して請求項7及び請求項8に記載の実施形態に適用される。特定の配列では、100μmの範囲の偏心変位経路も十分であることが見出されている。偏心変位経路は、200μmの範囲にあるとすることができる。特定の用途では、偏心変位経路において、例えば、悪くとも5μmまでの位置決め精度が好ましい。
請求項9に記載の傾斜変位は、多くの場合に、偏心変位に対する代替形態として機能することができる。
請求項4及び請求項5に関する以上の説明は、対応して請求項10及び請求項11に記載の実施形態に適用される。傾斜変位駆動体は、角度で5分の範囲の傾斜変位経路を有することができる。傾斜変位駆動体は、角度で0.25分よりも良好な位置決め精度を有することができる。
請求項12及び請求項13に記載の変位可能構成要素に対する構成要素選択は、選択された照明パラメータの補償に対して特に敏感な構成要素をもたらす。
同じことは、請求項14及び請求項15に記載の変位可能構成要素における焦点距離/屈折力選択にも適用される。コンデンサー群の変位可能構成要素は、400mmよりも短い焦点距離絶対値を有することができる。対物系アセンブリの変位可能構成要素は、400mmよりも短い焦点距離絶対値を有することができる。
請求項16に記載のコンデンサー群の変位可能構成要素数、又は請求項17に記載の対物光学素子群の変位可能構成要素数は、殆どの最適化要件に対して十分であることが判っている。一般的な規則として、構成要素のうちの少なくとも6分の1であって、これらの構成要素の個数のうちの6分の2を超えないものをコンデンサー群の所定の個数の有効光束誘導構成要素に対して変位可能にすることができる。対物光学素子群の所定の個数の構成要素では、構成要素のうちの少なくとも9分の1であって、一般的に、これらの構成要素の個数の9分の2を超えないものを変位可能にすることができる。
請求項18に記載の照明系の利点は、照明光学系を参照して上述したものに対応する。
請求項19に記載の調節デバイスは、特に、照明環境の自動調節を可能にする。好ましくは、調節デバイスは、照明環境を変更した後に照明光学系の変位可能構成要素の補償変位を自動的に作動させることができることを保証するために、信号を用いて補償変位駆動体の制御デバイスに接続される。
請求項20に記載の投影露光装置の利点は、照明系を参照して上述したものに対応する。同じことは、請求項21に記載の生成方法、及び請求項22に記載の構造化構成要素にも適用される。
本発明の実施形態を図面を用いてより詳細に以下に説明する。
マイクロリソグラフィのための投影露光装置の光学主群を通した子午断面概略図である。 図1による投影露光装置の照明光学系の光学主群のうちの2つのより詳細な図である。 変位補償の前の異なる照明環境のテレセントリシティ値を物体視野高さの関数として表したグラフである。 変位補償の後の照明環境のテレセントリック性値を表す図3と類似のグラフである。 補償変位によって引き起こされた波面変化の視野勾配を視野高さに対するゼルニケ多項式の展開式として表す合計で10個のグラフである。 様々な視野点において補償変位によって引き起こされた波面変化を示す図である。 様々な視野点において補償変位によって引き起こされた波面変化を示す図である。 様々な視野点において補償変位によって引き起こされた波面変化を示す図である。 図6から図8の視野点において補償変位によって引き起こされた瞳収差を示す図である。 図6から図8の視野点において補償変位によって引き起こされた瞳収差を示す図である。 図6から図8の視野点において補償変位によって引き起こされた瞳収差を示す図である。 図6から図8の視野点において補償変位によって引き起こされた瞳強度変化を示す図である。 図6から図8の視野点において補償変位によって引き起こされた瞳強度変化を示す図である。 図6から図8の視野点において補償変位によって引き起こされた瞳強度変化を示す図である。 様々な環状照明環境に対して補償変位に起因する視野高さに対する幾何学的なxテレセントリック性の依存性を表すグラフである。 様々な環状照明環境に対して補償変位に起因する視野高さに対する均一性の依存性を表す図15と類似のグラフである。 様々な環状照明環境に対して補償変位に起因する視野高さに対するx極均衡の依存性を表す図15と類似のグラフである。 様々な環状照明環境に対して補償変位に起因する視野高さに対する楕円度の依存性を表す図15と類似のグラフである。 様々なx双極照明環境に対して補償変位に起因する視野高さに対する幾何学的なxテレセントリック性の依存性を表すグラフである。 様々なx双極照明環境に対して補償変位に起因する視野高さに対する均一性の依存性を表す図15と類似のグラフである。 様々なx双極照明環境に対して補償変位に起因する視野高さに対するx極均衡の依存性を表す図15と類似のグラフである。 様々なx双極照明環境に対して補償変位に起因する視野高さに対する合計テレセントリック性の依存性を表す図15と類似のグラフである。 別に調節された照明環境を有する瞳平面と同レベルにある照明光学系の光路を通る略断面図である。 別に調節された照明環境を有する瞳平面と同レベルにある照明光学系の光路を通る略断面図である。 別に調節された照明環境を有する瞳平面と同レベルにある照明光学系の光路を通る略断面図である。 別に調節された照明環境を有する瞳平面と同レベルにある照明光学系の光路を通る略断面図である。 x極均衡を定めるための再分割部を含む投影露光装置の照明光学系の瞳の概略図である。
図1は、投影露光装置1の光学主群(optical main group)を通した子午断面概略図を示している。この概略図では、光学主群は屈折光学要素である。しかし、光学主群は、回折構成要素又は反射構成要素、又は光学要素の屈折/回折/反射アセンブリの組合せ又は部分的組合せとすることができる。
以下では、位置関係の説明を容易にするために、xyz座標系を用いることにする。図1では、x軸は作図面に向いて作図面に対して垂直な方向に延びている。図1では、y軸は上向きに延びている。z軸は図1の右に延び、投影露光装置1の光軸2に対して平行である。必要に応じて、光軸2を幾度か折り返すことができる。
投影露光装置1は、有効光を照明光線束又は結像光線束4それぞれの形状で生成する放射源3を有する。有効光4は、深紫外範囲(DUV)内、例えば、100nmと20nmの間の範囲にある波長を有する。代替的に、有効光4の波長は、極紫外範囲(EUV)内、特に、5nmと30nmの間にあるとすることができる。
投影露光装置1の照明光学系5は、有効光4を放射源3から投影露光装置1の物体平面6へと誘導する。物体平面6内には、投影露光装置1を用いて結像されるレチクル7の形態にある物体が配置される。図1にはレチクル7を破線で示している。レチクル7は、制御された走査変位又は漸進的な変位に向けて構成された保持デバイス(示していない)上に支持される。
照明光学系5の最初の光学主群は瞳形成光学系8である。この瞳形成光学系8は、下流の瞳平面9内に有効光4の明確な強度分布を生成するように機能する。更に、瞳形成光学系8は、様々な照明環境を定めるための調節デバイスとして機能する。当業者には、例えば、変位可能光学構成要素又は互換的絞りが装備された類似の調節デバイスが公知である。瞳形成光学系8は、複数の2次光源が得られるように放射源3を瞳平面9内に結像する。瞳形成光学系は、付加的に視野形成機能を有することができる。瞳形成光学系8には、ファセット要素、ハニカム要素、及び/又は回折光学要素を備えることができる。瞳平面9は、投影露光装置1の投影対物系11の別の瞳平面10と光学的に共役である。投影対物系11は、照明光学系5の下流の物体平面6と像平面12の間に配置される。図1に破線で示している像平面12内にはウェーハ13が配置される。ウェーハ13は、制御された走査変位又は漸進的変位に向けて構成された保持デバイス(示していない)上に支持される。投影対物系11は、物体平面6内の物体視野14を像平面12内の像視野14aへと結像するのに用いられる。
照明光学系5の別の光学主群は、瞳形成光学系8の後方の瞳平面9の下流に配置された視野レンズ群15である。視野レンズ群15の下流には、物体平面6と共役な中間像平面16が配置される。従って、視野レンズ群15はコンデンサー群である。物体視野14の縁部境界を定めるために中間視野平面16内に絞り17が配置される。絞り17をREMA(レチクル7を遮蔽するためのレチクル遮蔽システム)絞りとも呼ぶ。
中間像平面16は、REMAレンズ群とも呼ぶ対物光学素子群18を用いて物体平面6へと結像される。対物光学素子群18は、照明光学系5の別の光学主群である。
図2は、視野レンズ群及びREMAレンズ群18のより詳細な図である。視野レンズ群15は、連続して配置され、視野レンズ群15を通過する時の有効光4の光路方向に従ってFLG1、FLG2、FLG3,FLG4,FLG5、及びFLG6と呼ぶ合計で6つのレンズを含む。レンズFLG5とFLG6は、メニスカスレンズを置換する1対のレンズを形成する。
瞳平面9とレンズFLG1の間には、散乱プレート20が配置される。
REMAレンズ群18は、有効光4の光路方向に従って以下にREMA1,REMA2,REMA3、REMA4、REMA5、REMA6、REMA7、REMA8、及びREMA9と呼ぶ合計で9つのレンズを含む。レンズREMA1とREMA2は、メニスカスレンズを置換する1対のレンズを形成する。
別の瞳平面19は、レンズREMA6とREMA7の間に配置される。レチクル7を有する物体平面6は、光線の方向に見て最後のレンズであるREMAレンズ群18のレンズREMA9の下流に配置される。
以下の表は、図2による光学アセンブリ、言い換えれば、視野レンズ群15及びREMAレンズ群18の設計データを示している。最初の表の先頭列は、視野レンズ群15の光学面を、更にその後にREMAレンズ群18の光学面を示し、これらの光学面には左から右に番号を振っている。以下にこの列に対して、抜粋した面を用いてより詳細に以下に説明する。「面1」は瞳平面9である。「面2及び面3」は、散乱プレート20の入射面及び射出面である。「面4及び面5」は、レンズFLG1の入射面及び射出面である。「面8及び面9」は、レンズFLG3の入射面及び射出面である。「面10及び面11」は、レンズFLG4の入射面及び射出面である。「面12及び面13」は、レンズFLG5の入射面及び射出面である。「面16及び面17」は、中間像平面16の上流の濃淡フィルタの入射面及び射出面である。「面18」は中間像平面16である。「面20及び面21」は、レンズREMA1の入射面及び射出面である。「面22及び面23」は、レンズREMA2の入射面及び射出面である。「面34及び面35」は、レンズREMA7の入射面及び射出面である。
「面40及び面41」は、レンズREMA9の入射面及び射出面である。「面43」は、レチクル7の入射面である。「面44」は、物体平面6と対応するレチクル7の射出面である。列「半径」は、光学面の曲率半径を含む。略記ASを有する半径値は、関連付けられた光学面が非球面であることを示している。列「厚み」は、その光学面の次の光学面からの距離を含む。
列「ガラス」は、用いられているレンズ材料、及び光学構成要素間に封入されているパージガスに関する情報を提供している。パージガスは、大気圧にある窒素である。
列「屈折率」は、193.38nmの設計光波長におけるレンズ材料及びパージガスの屈折率を含む。列「半直径」は、光学構成要素の自由半直径を含む。
(表)
Figure 0005319706

Figure 0005319706
レンズFLG5の射出面(面7)、レンズFLG2の入射面(面12)、レンズREMA2の射出面(面23)、レンズREMA5の入射面(面28)、レンズREMA7の入射面(面34)、及びレンズREMA8の射出面(面39)は、次の非球面式に従う非球面である。
p(h) = [((1/r)h2)/( + SQRT(1 - (1 + K)(1/r)2h2))] + C1 ・ h4 + C2 ・ h6 + ....
1/rは、非球面の頂点における面の曲率である。hは、光学面の回転対称軸、言い換えれば、z方向に延びる光軸からの光学非球面上のある点の距離である。サジタル高さp(h)は、回転対称軸から距離h(h2=x2+y2)の位置にある特定の点を光学非球面の頂点、言い換えれば、光学面上のh=0の点と比較したこれらの点の間のz距離である。係数C3以降は、h8から始まるhを底とする更に別の偶数指数である。
以下の表は、それぞれの非球光学面を得るために上述の非球面式に代入すべきである係数K、並びにC1からC9を示している。
非球面定数
(表)
Figure 0005319706
(表)
Figure 0005319706
(表)
Figure 0005319706
(表)
Figure 0005319706
(表)
Figure 0005319706
(表)
Figure 0005319706
図2は、2つの視野点、すなわち、中心物体視野点21(x=0)及び物体視野14の縁部にある物体視野点22に向けて移動する結像光の経路を示している。中心物体視野点21は、光軸2が物体平面6を通過する貫通点に配置される。光軸2は、中心物体視野点21に割り当てられた主光線の方向に一致する。光軸2に沿って、中心物体視野点21の照明光路は、中心物体視野点21の最大照明角度を同時に表し、コマ光線とも呼ぶ2つの縁部光線23、24によって特徴付けられる。これらの2つの縁部光線23、24の強度関係は、物体視野14内の照明の強力なテレセントリック性の尺度である。縁部にある物体視野点22の照明光路は、瞳平面9、19内の対物系の開口の中心を通過する主光線25、並びに縁部にある物体視野点22の最大照明角度を表す2つの縁部光線26、27によって特徴付けられる。
図2に略示しているように、レンズFLG4は、変位駆動体28に機械的に接続される。変位駆動体28は、レンズFLG4を光軸に沿って(双方向矢印29)、言い換えれば、z方向に、更に光軸2に対して垂直に(双方向矢印30)変位させることを可能にする。しかし、レンズFLG4は、双方向矢印30によって示しているようにx方向に変位可能であるだけでなく、y方向にも変位可能である。更に、変位駆動体28は、レンズFLG4をレンズの重心の回りに傾斜させる、言い換えれば、xz平面に対して垂直な軸の回りに(双方向矢印31)、更に同様にレンズの重心を通過し、yz平面に対して垂直な軸の回りに傾斜可能である。変位駆動体28を用いると、レンズFLG4を直線並進移動に向けて変位させることができ、2つの自由度で傾斜可能である。変位駆動体28の他の実施形態では、レンズFLG4の変位においてこれらの自由度の部分結合を可能にすることも考えることができる。
変位駆動体28は、信号線32を通じて伝送される信号を用いて投影露光装置1の中心制御デバイス33に接続される。
レンズFLG5は、変位駆動体34に機械的に接続される。変位駆動体28に関して既に上述したように、この変位駆動体34は、レンズFLG5を3つの並進自由度で変位させ、更に2つの傾斜自由度でも変位させることを可能にする。図2では、対応する双方向矢印は同じ参照番号を有する。変位駆動体34は、信号線35を通じて伝送される信号を用いて制御デバイス33に接続される。
同様に、レンズFLG3にも、対応する変位駆動体を備えることができる。図2にはこれを示していない。
レンズREMA1は、変位駆動体36に機械的に接続される。変位駆動体28に関して上述したように、この変位駆動体36は、レンズREMA1を3つの並進自由度で変位させ、更に2つの傾斜自由度でも変位させることを可能にする。図2では、対応する双方向矢印は同じ参照番号を有する。変位駆動体36は、信号線37を通じて伝送される信号を用いて制御デバイス33に接続される。
レンズREMA2は、変位駆動体38に機械的に接続される。変位駆動体28に関して上述したように、この変位駆動体38は、レンズREMA2を3つの並進自由度で変位させ、更に2つの傾斜自由度でも変位させることを可能にする。図2では、対応する双方向矢印は同じ参照番号を有する。変位駆動体38は、信号線39を通じて伝送される信号を用いて制御デバイス33に接続される。
変位駆動体28,34,36,38は、500μmの範囲にあるz方向の最大変位経路を可能にする。多くの場合に、300μmの範囲の変位経路で十分である。z方向の位置決め精度は、15μm又はそれよりも良好である。15μmよりも良好なそのような位置決め精度は、z方向に15μmの最大偏位で所定の位置に達することができることを保証する。
変位駆動体28,34,36,38は、x方向及びy方向に200μmの範囲にある最大偏心変位経路を可能にする。多くの場合に、100μmの範囲の偏心変位経路で十分である。x方向及びy方向の位置決め精度は、15μm又はそれよりも良好である。
変位駆動体28,34,36,38は、2つの傾斜軸の回りに角度で10分の範囲にある最大傾斜変位経路を可能にする。多くの場合に、角度で5分の範囲の傾斜変位経路で十分である。傾斜移動に関する限り、変位駆動体28,34,36,38は、角度で0.25分又はそれよりも良好な位置決め精度を有する。
2つの縁部光線23、24は、中心物体視野点21に属する中心放射線部分束40を形成する。縁部光線26及び27は、縁部にある物体視野点22に属する縁部における放射線部分束41を形成する。
図2の子午断面図によると、レンズFLG3では、2つの放射線部分束40、41は、70%を超えない分だけ重なり合う。
図2の子午断面図によると、レンズFLG4では、2つの放射線部分束40、41は、50%を超えない分だけ重なり合う。
図2の子午断面図によると、レンズFLG5では、2つの放射線部分束40、41は、40%を超えない分だけ重なり合う。
図2の子午断面図によると、レンズREMA1では、2つの放射線部分束40、41は全く重ね合わされず、言い換えれば、2つの放射線部分束40、41は、レンズREMA1内では互いから完全に分離される。
図2の子午断面図によると、レンズREMA2では、2つの放射線部分束40、41は、15%を超えない分だけ重なり合う。
図2の子午断面図によると、レンズREMA3では、2つの放射線部分束40、41は、30%を超えては重ね合わされない。
レンズFLG4は、392mmの焦点幅すなわち屈折力それぞれを有する。レンズFLG5は、448mmの屈折力を有する。レンズREMA1は、−185mmの屈折力を有する。レンズREMA2は、397mmの屈折力を有する。
以下は、各場合に視野レンズ群15のうちの1つのレンズ及びREMAレンズ群18のうちの1つのレンズのz方向、言い換えれば、光軸2に沿った変位の視野高さに対する、言い換えれば、物体視野14内のx位置に対する照明光学系5のテレセントリック性値に対する効果の図3及び図4を用いた説明である。中心物体視野点21は、視野高さx=0に配置され、縁部にある物体視野点22は、図3及び図4によるx値の左手縁部に配置される。一方を視野レンズ群15が、他方をREMAレンズ群18が有する2つのz変位可能レンズは、各場合に変位駆動体28,34,36,38のうちの2つを用いてz方向に変位可能であるFLG4/REMA1、FLG4/REMA2、FLG5/REMA1、FLG5/REMA2というレンズ対から選択することができる。図3及び図4を用いて説明するテレセントリック性値に対する効果は、一般的に、z方向に変位した別のFLG/REMAレンズ対を用いて得ることができる。図3及び図4は、3つの異なる照明環境に関するテレセントリック性値を示している。
次式が適用される:
Ges=tx+tpb,x
xは(対応してtyも)、以下の通りに定められる。
露光される物体視野の各視野点において、その視野点に割り当てられる光束の重心光線(centroid ray)が定められる。重心光線は、上記視野点によって放出される部分光束のエネルギ重み付き方向を有する。理想的な状況下では、各視野点の重心光線は、照明光学系又は投影対物系それぞれによって定められる主光線に対して平行である。
主光線:
Figure 0005319706
の方向は、照明光学系又は投影対物系それぞれの設計データから既知である。ある視野点の主光線は、この視野点と投影対物系の入射瞳の中心との間を結ぶ線によって定められる。物体平面6の物体視野内の視野点x,yにおける重心光線の方向は、次式で得られる。
Figure 0005319706
E(u,v,x,y)は、視野点x,yにおける瞳座標u,vの関数としての、言い換えれば、それぞれの視野点x,yが受光する照明角度の関数としてのエネルギ分布である。
Figure 0005319706
は、瞳座標の単位ベクトルである。
Figure 0005319706
は、点x,yが露光される合計エネルギである。
例えば、中心物体視野点x0,y0は、それぞれの部分放射線束が照明光学系5の瞳平面、例えば、瞳平面19を通過する時にこの部分放射線束の貫通点によって定められる方向u,vからの部分光線束を受光する。この照明環境では、重心光線は、部分光線束が有する異なるエネルギ又は強度それぞれが組み合わされて、主光線方向に対して平行な統合重心光線方向が形成される場合にのみ主光線に沿って延びる。これは、唯一理想的な状況下にある場合である。実際には、重心光線方向:
Figure 0005319706
と主光線方向:
Figure 0005319706
の間には偏位が存在し、この偏位をテレセントリック性誤差:
Figure 0005319706
と呼ぶ:
Figure 0005319706
投影露光装置1の実際の使用においては、補正すべきであるのは特定の物体視野内の静的なテレセントリック性誤差ではなく、x=x0における走査積分テレセントリック性誤差である。このテレセントリック性誤差は、次式で得られる。
Figure 0005319706
その結果、走査処理中に物体平面5内の物体視野を通じて移動するレチクル上の点(x、例えば、x0)によって積分されたテレセントリック性誤差が補正され、xテレセントリック性誤差(tx)とyテレセントリック性誤差(ty)との間で区別が行われる。yテレセントリック性誤差は、主光線からの重心光線の走査方向に対して垂直な偏位として定められる。xテレセントリック性誤差は、主光線からの重心光線の走査方向の偏位として定められる。
xテレセントリック性の極均衡(pole balance)部分tpb,xは、次式で定められる。
pb,x=pbx・NA
ここで、NAは、有効光4の開口数である。
pbxの定義、すなわち、x極均衡を以下に図27を用いて説明する。図27は、瞳平面、例えば、瞳平面19と同レベルにある照明光学系5の自由開口の概略図を示している、言い換えれば、この図は、照明光学系5の瞳を示している。瞳は、瞳の正のx値に対する瞳半域Xposと負のx値に対する瞳半域Xnegとに再分割することができる。次に、2つの瞳半域Xpos、Xneg内の有効光4の強度は、I(Xpos)、I(Xneg)が得られるように積分される。更に、次式でpbxが得られる。
Figure 0005319706
図3は、補償変位が実施される前の視野高さの関数としてのテレセントリック性値曲線を示している。
最大振幅を有するテレセントリック性値曲線42は、x双極設定に属する。図23は、この種のx双極設定の概略図を示している。この図は、瞳平面のうちの1つ、例えば、瞳平面9と同レベルにある有効光4の光路を通る断面を示している。この断面は、四分円が正のx方向、正のy方向、負のx方向、又は負のy方向のいずれに向いて開いているかに依存して4つの四分円X+、Y+、X-、及びY-に再分割することができる。x双極設定では、照明は、最大照明角度σmaxと最小照明角度σminとの間ではなく、2つの照明極の方向、すなわち、2つのx四分円の方向のみから発生する。
テレセントリック性値曲線42を発生させるx双極設定では、σmaxは、最大達成可能照明角度σ0の0.94倍に等しく、それに対してσminは、σ0の0.79倍に等しい。照明光学系5がz補償されない時には、テレセントリック性値曲線42は、中心物体視野点21と正のx方向に見た時の縁部に配置された物体視野点との間の視野高さの約半分の位置で+1mradの最大値を有する。テレセントリック性値曲線42は、視野高さx=0に関して点対称であり、従って、物体視野点21と22の間の視野高さの位置で−1mradの最小値を有する。
テレセントリック性値曲線43は、図23と類似の図24に略示したy双極設定に属する。このy双極設定では、同様に、照明は、最小照明角度σmin(0.79σ0)と最大照明角度σmax(0.94σ0)の間のy四分円内でのみ発生する。視野高さに関しては、テレセントリック性値曲線43は、テレセントリック性値曲線42に対してほぼ鏡像反転しており、照明光学系5がz補償されない場合には、テレセントリック性値曲線43は、中心物体視野点21と縁部にある物体視野点22との間に位置する視野高さであり、テレセントリック性値曲線42と比較すると縁部にある物体視野点22により近い視野高さの位置で0.8mradの最大テレセントリック性値を有する。同様に、テレセントリック性値曲線43は、視野高さx=0に関して同じく点対称であり、従って、約−0.8mradの最小テレセントリック性誤差を有する。
テレセントリック性値曲線44は、図25に例示的に示している従来の照明環境に属する。この設定では、照明光学系5は、瞳平面9内で最大照明角度σmax、cに至るまで均一に満たされる。テレセントリック性値曲線44を発生させる従来の照明環境では、σmax、cは、σ0の0.93倍である。定性的観点からは、ほぼ正弦曲線形状のテレセントリック性値曲線44は、x双極設定のテレセントリック性値曲線42に似ている。テレセントリック性値曲線44では、約0.3mradの最大テレセントリック性値が、テレセントリック性値曲線42と比較してより小さいx値に向けてシフトしたx値の位置で得られる。テレセントリック性値群44もまた、視野高さx=0に対して点対称である。
図4に示しているように、FLG4/REMA1レンズ対のようなFLG/REMAレンズ対の結合z変位効果は、絶対最大値に関する限り、テレセントリック性値を少なからず低減することを可能にする。
z方向の補償変位に起因して、テレセントリック性値曲線42は、約0.4mradの最大テレセントリック性値を有するテレセントリック性値曲線42kになっている。従って、テレセントリック性値曲線42と比較すると、最大テレセントリック性値は、ほぼ2.5倍だけ低減している。テレセントリック性値曲線42kも同じく、視野高さx=0に関して点対称である。テレセントリック性値曲線42kは、無補償テレセントリック性値曲線42から、視野高さxに正比例し、図3に破線で示している真っ直ぐなテレセントリック性値線42bの加算によって得られる。
y双極設定では、補償済みテレセントリック性値曲線43kは、テレセントリック性値曲線43からFLG/REMAレンズ対を用いたz補償の後に得られ、曲線43kは、0.4mradよりも僅かに小さい最大値を有し、視野高さx=0に関して変わらずに点対称である。従って、テレセントリック性値曲線43と比較すると、テレセントリック性値曲線43kの最大絶対テレセントリック性値は、2倍を上回って低減している。テレセントリック性値曲線43kは、テレセントリック性値曲線43から、図3に同じく破線で示しており、同様に視野高さx=0に正比例する真っ直ぐなテレセントリック性値線43bの加算によって得られる。
FLG/REMAレンズ対のz方向の補償変位は、テレセントリック性値曲線44に対してはいかなる影響も持たない。
真っ直ぐなテレセントリック性値線42b、43bは、FLG/REMAレンズ対がz操作される時のテレセントリック性に対する効果の尺度である。これらのレンズの一方は、特に、線形のx極均衡に対して比較的敏感であり、従って、特に、x双極の線形テレセントリック性部分に対して敏感である。これは、幾何学的なテレセントリック性に影響を及ぼす。FLG/REMAレンズ対のz操作対象レンズのうちの他方のものは、特に、幾何学的テレセントリック性の線形部分に対して比較的敏感であり、言い換えれば、このレンズは、y双極テレセントリック性に対して敏感である。これは、x極均衡に影響を及ぼす。各場合に、FLG/REMAレンズ対のFLGレンズ及びREMAレンズの一方のz変位における適切な変位は、x双極テレセントリック性又はy双極テレセントリック性のあらゆる補正を可能にする。従って、FLG/REMAレンズ対のレンズの最適なz変位位置は、それぞれの照明環境に依存する。
以下は、図3及び図4によるテレセントリック性曲線の設定依存挙動の大幅に簡略化した説明である。FLG/REMAレンズ対のz操作対象レンズの一方の寄与は、テレセントリック性値が視野高さに対して正の傾きを有するようなものであり、それに対して、これらのレンズのうちの他方のものの寄与は、テレセントリック性値が、視野高さに対して負の傾きを有するようなものである。テレセントリック性値曲線42の±1mradの最大値が、テレセントリック性値曲線42kの±0.4よりも僅かに大きい最大値まで低減した図3と図4の比較によって示したように、一方でFLGレンズの特定の定義可能なz変位と、他方でREMAレンズの特定の定義可能なz変位とにより、絶対テレセントリック性値が小さい最大値へと最適な方式で低減することを保証するために、各場合にFLG/REMAレンズ対のFLGレンズ及びREMAレンズの一方に付与されるz変位量を変更することにより、上述の2つの寄与の間の関係に影響を与えることができる。
図5は、レンズFLG4が300μmだけz変位した場合に、それぞれの視野点における波面を説明するように機能するゼルニケ多項式の視野勾配が如何に変化を受けるかを示している。ゼルニケ多項式Z1...Z19は、例えば、数学文献及び光学文献からのフリンジ表記において公知である。
図5は、ゼルニケ多項式Z1、Z2、Z4、Z5、Z7、Z9、Z10、Z12、Z14、及びZ19の視野勾配を示している。Z1、Z4、及びZ5の視野勾配は、z変位によって視野高さx=0に関して点対称な曲線が発生するように影響を受け、この作用は、各視野勾配において正のx値に向けて高まる。一方、極めて小さい絶対値を有する同等の点対称挙動を視野勾配Z9及びZ12において見ることができる。視野勾配Z2及びZ27は、上向きに開いたほぼ放物状の曲線を発生させる。レンズFLG4のz変位の後には、視野勾配Z10、Z14、及びZ10の曲線も同様にx=0に関して鏡面対称であるが、僅かな絶対視野依存性しか持たない。
視野勾配Z1、Z4、及びZ9は、x双極又はy双極それぞれの個々の照明極によって達成される強度間の均衡に対する影響を有する。x双極照明では、照明方向X+及びX-からの強度関係は、レンズFLG4をz方向に変位させることによって影響されると考えられる。同じことがy双極照明環境にも適用される。
同様に、視野勾配Z5及びZ12も、双極照明環境の極間の強度関係の均衡に対して割り当てられ、従って、この強度関係もまた、レンズFLG4をz方向に変位させることによって影響されると考えられる。
視野勾配Z2、Z7、及びZ14は、視野照明の均一性、言い換えれば、均一な強度に対して割り当てられる。従って、レンズFLG4のz変位は、特に、視野縁部が視野の中心と同じ強度で照明されるか否かに対して影響を有することができる。
視野勾配Z10及びZ19は、楕円度の照明パラメータに対して割り当てられる。光が、4つの四分円X+、Y+、X-、及びY-の全てから物体視野14へと放出される照明環境では、z変位は、例えば、2つのX四分円から視野点へと放出された有効光の強度と、2つのy四分円から物体視野14の視野点へと放出された強度との間の関係に対して影響を有する。
レンズFLG4がz方向に300μmだけ変位した場合には、以下に図6から図14を用いて説明するように、特定の視野点の照明パラメータが影響を受ける。
図6から図8は、物体視野14の3つの異なる視野点に当たる波面に対するz変位の効果を示している。図6は、中心物体視野点21に当たる波面に対する効果を示しており、図8は、正のx方向に見て縁部にある物体視野点45に対する効果を示しており(図2を参照されたい)、図7は、物体視野点21と45の間にある物体視野点46に対する効果を示している(図2を参照されたい)。予想通り、z変位は、中心物体視野点に対して回転対称効果を有する。物体視野点45に対する効果(図8を参照されたい)は、僅かに非対称である。
図9から図11は、レンズFLG4のz変位によって引き起こされた瞳収差に対する効果を示している。中心物体視野点(図9を参照されたい)は、最小限の影響しか受けない。物体視野点46は、瞳の右手縁部(図10による)において、主に半径方向に照明方向のドリフトが存在するような影響を受け、図10にはこれを矢印によって例示している。この効果は、縁部の近くの物体視野点45ではほぼ1桁分更に増大する(図11を参照されたい)。
図12から図14は、レンズFLG4のz変位によって引き起こされた3つの視野点21、46、及び45の瞳強度変化に対する効果を示している。中心物体視野点(図9を参照されたい)は、事実上全く影響を受けない。物体視野点46(図13を参照されたい)は、瞳の右手側の鎌形の領域において瞳にわたって強度の増大が存在するような影響を受ける。この効果は、同じく縁部の近くの物体視野点45においても見ることができるが、物体視野点46と比較すると、ほぼ1桁分増大している。
図15は、図25による様々な従来設定、並びに環状設定に対して、レンズFLG4が300μmだけz変位した時に、視野高さにわたる幾何学的xテレセントリック性が如何に影響を受けるかを示している。図23から図25と類似の図26に、環状設定の例を示している。物体視野点は、最小照明角度σmin,aと最大照明角度σmax,aとを有する瞳平面9によって環状に照明される。
図15は、合計で4つの照明環境、すなわち、0.2σ0という極めて小さい最大照明環境σmax,cを有する従来照明環境、照明光学系5の瞳全体を満たす従来設定(σmax,c=1σ0)、σmin,a=0.65とσmax,a=0.8とを有する環状設定、及びσmin,a=0.82とσmax,a=0.97とを有する環状照明環境に関する幾何学的xテレセントリック性(tx)を示している。幾何学的xテレセントリック性は、最大照明角度を有する最後に示した環状設定においてレンズFLG4のz変位による影響を最も受ける。これは、図6から図14を用いて上述した縁部の効果が、この照明環境において最も明らかであることから明白である。
図16は、図15に示しているものと同じ4つの照明環境に関する均一性Uの視野高さへの依存性を示している。
均一性Uは、次式で定められる:
Figure 0005319706
この例では、ここでもまた、大きい照明角度を有する環状照明環境が影響を最も受ける。
図17は、図15に示しているものと同じ4つの照明環境に対して、四分円Xpos/Xnegによって放出された強度の均衡の視野高さへの依存性、言い換えれば、x極均衡pbxを示している。この依存性は、図15による幾何学的xテレセントリック性に関して鏡像反転された曲線を生じる。
楕円度は、物体平面6内の物体視野の照明品質を判断するための別のパラメータである。楕円度の特定は、投影対物系11の入射瞳にわたるエネルギ又は強度それぞれの分布に関してより的確な情報を得るのに役立つ。この目的のために、入射瞳は、8つの八分円に分割され、これらの八分円には、数学で一般的な慣習として八分円O1、O2が第1象限に配置されるようにO1からO8へと反時計方向に番号を振る。以下では、視野点を照明するために入射瞳の八分円O1からO8によって達成されるエネルギ又は強度それぞれの寄与をエネルギ寄与又は強度寄与それぞれのI1からI8と呼ぶ。
以下の量をHV(水平/垂直)楕円度と呼ぶ:
Figure 0005319706
以下の量をST楕円度と呼ぶ:
Figure 0005319706
テレセントリック性誤差に関する以上の説明により、楕円度は、特定の物体視野点x0,y0又は走査積分照明(x=x0、y積分)に対して求めることができる。
図18は、ここでもまた、図15による4つの照明環境に関して、楕円度EHVの視野高さへの依存性を示している。この依存性は極めて小さく、図16による均一性の依存性に関して鏡像反転されている。
図15から図18に類似の図19から図22は、レンズFLG4は300μmだけ変位したが、今度は4つの異なるx双極設定が観察された場合の幾何学的xテレセントリック性tx(図19)、均一性U(X)(図20)、x極均衡pbx(図21)、並びに静的合計テレセントリック性tGes(図22)という照明パラメータに対する効果を示している。これらの4つのx双極設定のうちの第1のものでは、照明は、σmin=0とσmax=0.2σ0との間で発生し、言い換えれば、光は、四分円X+、X-の先端にある2つの区分によって放出される。これらの4つの照明環境のうちの第2のものは、四分円X+、X-が完全に照明されるようなものである。これらの照明環境のうちの第3のものは、σmin=0.65σ0及びσmax=0.8σ0を有するx双極照明である。これらのx双極照明環境のうちの第4のものは、σmin=0.82σ0及びσmax=0.97σ0を有するx双極照明である。
レンズFLG4がz方向に変位される時に、主に大きい照明角度が用いられる最後に示した照明環境は、図19から図22に示している照明パラメータに対して前と同様に最大の影響を有する。
FLG/REMAレンズ対を用いた変位補償は、測定機器を用いて照明光学系5の実際の照明状態を求める段階によって始まる。次に、この実際の照明状態は、望ましい照明状態と比較される。この差が所定の許容値を超えた場合には、実際の照明状態と望ましい照明状態の間の差を補償するために、FLG/REMAレンズ対のレンズが変位される。
以上、変位補償中に実施されるz変位の効果を説明した。
FLG/REMAレンズ対を偏心させる段階は、特に、極のテレセントリック性及び均衡に対して影響を有することができる。特に、瞳平面又は視野平面にわたる照明分布をx方向及び/又はy方向に変位させることができ、それによってこれらの照明パラメータは対応する程度に影響を受ける。
角度で5分によるFLG/REMAレンズのうちの1つの傾斜変位は、照明パラメータに対するx方向及び/又はy方向への100μmによる偏心変位とほぼ同じ効果を有する。
FLG4/REMA1及びFLG5/REMA2というFLG/REMAレンズ対は、補償変位に特に適することが見出されている。
微細構造化構成要素又はナノ構造化構成要素のリソグラフィ製造では、投影露光装置1を用いて、レチクル7の少なくとも一部が、ウェーハ13上の感光層のある一定の領域上に結像される。投影露光装置1がスキャナであるか又はステッパであるかに依存して、レチクル7及びウェーハ13は、時間的に同期化された方式でy方向に連続して変位されるか(スキャナ)又は漸変的に変位されるか(ステッパ)のいずれかである。
照明光学系の他の実施形態(示していない)は、他の個数のFLGレンズ又はREMAレンズ、特に、更に多くの個数のレンズを含むことができる。コンデンサー群15は、例えば、11個までの構成要素、又は更に多くの構成要素を含むことができる。同様に、対物光学素子群18は、17個までの構成要素、又は更に多くの構成要素を含むことができる。
14 物体視野
15 コンデンサー群
18 対物光学素子群
FLG4、FLG5 コンデンサー群の構成要素
REMA1、REMA2 対物光学素子群の構成要素

Claims (21)

  1. マイクロリソグラフィのための投影露光装置(1)の物体視野(14)の照明のための照明光学系(5)であって、
    前記照明光学系(5)の瞳平面(9)の下流に配置された、有効光の束(4)を誘導する光学構成要素のコンデンサー群(15)、及び
    有効光の経路において前記コンデンサー群(15)の下流に配置された光束誘導構成要素の対物光学素子群(18)、
    を含み、
    コンデンサー群(15)のうちの少なくとも1つの構成要素(FLG4、FLG5)、及び
    対物光学素子群(18)のうちの少なくとも1つの構成要素(REMA1、REMA2)、
    が、物体視野(14)の、望ましい照明状態に対する実際の照明状態のずれの補償のために変位可能である、
    ことを特徴とする照明光学系。
  2. 前記変位可能構成要素(FLG4,FLG5,REMA1,REMA2)のうちの少なくとも1つが、制御デバイス(33)と信号接続状態にある変位駆動体(28,34,36,38)に接続されることを特徴とする請求項1に記載の照明光学系。
  3. 前記変位可能構成要素(FLG4,FLG5,REMA1,REMA2)は、中心物体視野点(21)の主光線方向(2)に沿って変位可能であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の照明光学系。
  4. 前記変位駆動体(28,34,36,38)は、前記中心物体視野点(21)の前記主光線方向(2)に沿って1mmの範囲の変位経路を可能にすることを特徴とする請求項3に記載の照明光学系。
  5. 前記変位駆動体(28,34,36,38)は、50μmよりも良好な位置決め精度を有することを特徴とする請求項4に記載の照明光学系。
  6. 前記変位可能構成要素(FLG4,FLG5,REMA1,REMA2)のうちの少なくとも1つが、中心物体視野点(21)の主光線方向(2)に対して垂直な少なくとも1つの軸(x,y)に沿って変位可能であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の照明光学系。
  7. 偏心変位駆動体(28,34,36,38)が、400μmの範囲の偏心変位経路を提供することを特徴とする請求項6に記載の照明光学系。
  8. 前記偏心変位駆動体(38,34,36,38)は、少なくとも20μmの位置決め精度を有することを特徴とする請求項7に記載の照明光学系。
  9. 前記変位可能構成要素(FLG4,FLG5,REMA1,REMA2)のうちの少なくとも1つが、中心物体視野点(21)の主光線方向(2)に対して垂直な少なくとも1つの傾斜軸(x,y)の回りに傾斜可能であることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の照明光学系。
  10. 傾斜変位駆動体(28,34,36,38)が、角度で10分の範囲の傾斜変位経路を有することを特徴とする請求項9に記載の照明光学系。
  11. 前記傾斜変位駆動体(28,34,36,38)は、角度で0.5分よりも良好な位置決め精度を有することを特徴とする請求項10に記載の照明光学系。
  12. 前記コンデンサー群(15)の前記変位可能構成要素(FLG3,FLG4,FLG5)は、第1のもの(40)が中心物体視野点(21)に属し、かつ第2のもの(41)が縁部での物体視野点(22)に属する2つの放射線部分束(40、41)が、該2つの物体視野点を含む子午断面(xy)内で最大で70%だけ重なり合う構成要素であることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の照明光学系。
  13. 前記対物光学素子群(18)の前記変位可能構成要素(REMA1,REMA2,REMA3)は、第1のもの(40)が中心視野点(21)に属し、かつ第2のもの(41)が縁部での物体視野点(22)に属する2つの放射線部分束(40、41)が、該2つの物体視野点を含む子午断面(xy)内で最大で30%だけ重なり合う構成要素であることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の照明光学系。
  14. 前記コンデンサー群(15)の前記変位可能構成要素(FLG3,FLG4,FLG5)は、450mmよりも短いその焦点距離の絶対値を有することを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の照明光学系。
  15. 前記対物光学素子群(18)の前記変位可能構成要素(REMA1,REMA2,REMA3)は、450mmよりも短く、特に、400mmよりも短いその焦点距離の絶対値を有することを特徴とする請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の照明光学系。
  16. 前記コンデンサー群(15)は、前記有効光の束(4)を誘導する11個よりも多くない構成要素(FLG1からFLG6)を含み、該構成要素(FLG1からFLG6)のうちの少なくとも1つ(FLG4;FLG5)かつ2つよりも多くないもの(FLG、FLG5)が変位可能であることを特徴とする請求項1から請求項15のいずれか1項に記載の照明光学系。
  17. 前記対物光学素子群(18)は、前記有効光の束(4)を誘導する17個よりも多くない構成要素(REMA1からREMA9)を含み、該構成要素(REMA1からREMA9)のうちの少なくとも1つ(REMA1;REMA2)かつ2つよりも多くないもの(REMA1、REMA2)が変位可能であることを特徴とする請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の照明光学系。
  18. 光源(3)と、
    請求項1から請求項17のいずれか1項に記載の照明光学系(5)と、
    を含むことを特徴とする照明系。
  19. 照明環境を定めるための調節デバイス(8)を含むことを特徴とする請求項18に記載の照明系。
  20. 請求項18又は請求19に記載の照明系と、
    物体視野(14)を像視野(14a)内に結像するための投影対物系(11)と、
    を含むことを特徴とする投影露光装置(1)。
  21. 構造化構成要素を生成する方法であって、
    少なくとも一部に感光材料の層が付加されたウェーハ(13)を準備する段階と、
    結像される構造を有するレチクル(7)を準備する段階と、
    請求項20に記載の投影露光装置(1)を準備する段階と、
    前記投影露光装置(1)を用いて前記レチクル(7)の少なくとも一部を前記ウェーハ(13)上の前記層の領域に投影する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
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