JP6816099B2 - ビーム伝送システム、露光装置および露光装置の照明光学系 - Google Patents
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Description
1.EUV露光装置とビーム伝送システムの全体説明
1.1 構成
1.2 動作
2.比較例
2.1 比較例の構成
2.2 比較例の動作
2.3 比較例の課題
3.実施形態1
3.1 実施形態1の構成
3.2 実施形態1の動作
3.3 実施形態1の作用・効果
4.実施形態2
4.1 実施形態2の構成
4.2 実施形態2の動作
4.3 実施形態2の作用・効果
5.実施形態3
5.1 実施形態3の構成
5.2 実施形態3の動作
5.3 実施形態3の作用・効果
6.実施形態4
6.1 実施形態4の構成
6.2 実施形態4の動作
6.3 実施形態4の作用・効果
7.実施形態5
7.1 実施形態5の構成
7.2 実施形態5の動作
7.3 実施形態5の作用・効果
8.光ビーム分岐部の変形例1
8.1 光ビーム分岐部の変形例1の構成
8.2 光ビーム分岐部の変形例1の動作
8.3 光ビーム分岐部の変形例1の作用・効果
9.光ビーム分岐部の変形例2
9.1 光ビーム分岐部の変形例2の構成
9.2 光ビーム分岐部の変形例2の動作
10.偏光方向回転部の変形例1
10.1 偏光方向回転部の変形例1の構成
10.2 偏光方向回転部の変形例1の動作
10.3 偏光方向回転部の変形例1の作用・効果
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
1.1 構成
図1にEUV露光装置と、このEUV露光装置に自由電子レーザ(Free Electron Laser)装置から露光用光ビームを伝送するビーム伝送システムを概略的に示す。なお、以下では自由電子レーザ装置をFEL装置と称する。図1は、FEL装置10を含むビーム伝送システム21、およびEUV露光装置30の概略側面形状を示している。
ここで、投影光学系32は、複数のミラーの組合せであって、さらに多くの凹面ミラーと凸面ミラーと、を含む構成であってもよい。
上述した図1の構成において、FEL装置10から出力されたパルスレーザ光である光ビームLは、チャンバ20の中に入射する。この光ビームLは集光ミラー24に所定の角度で入射し、反射する。反射した光ビームLは、IF25で集光する。集光した光ビームLはチャンバ20の貫通孔23を通過して、EUV露光装置30の中に入射する。
一方、ハッチングが付されているファセット36aは、FFM35のファセット35aから分割された光ビーム光Lが届いていない状態を示している。光ビームLは、白丸で示すファセット36aの配置パターン通りの角度分布で、レチクル33を照明する。
2.1 比較例の構成
図6は、本発明に対する比較例であるビーム伝送システム21を示す概略図である。この図6の構成においては、図1に示した構成におけるのと同様に、FEL装置10から1本の光ビームLが出力される。この光ビームLは、一方向、つまり図中に矢印Pで示す方向に直線偏光した光ビームである。
比較例の構成によれば、図1に示した構成におけるのと同様に、光ビームLが複数に分割される。そして分割された光ビームLによって、レチクル33が照明される。この際、レチクル33を照明する複数の光ビームLは、互いに同じ方向に直線偏光した状態となっている。
EUV露光装置においては、先に述べたように微細加工の要求に応えるべく、投影光学系の解像力を高めることが望まれている。その要求を満たすために、投影光学系のNA(開口数)を高めることが考えられる。しかし、投影光学系のNAを例えば0.5以上に大きくすると、結像光束がウエハ上のレジストに入射する角度が大きくなって、照明光の偏光の影響が無視できなくなる。例えば、波長が13.5nmの極端紫外光を用い、ハーフピッチが10nm以下の1:1のライン・アンド・スペースをp偏光で結像させると、光学像のコントラストは20%以上低下する。このコントラスト低下を防ぐには、レチクルのパターンに応じて、照明光の形状だけでなく、照明光の直線偏光方向も制御する必要がある。
3.1 実施形態1の構成
図12は、実施形態1に係るビーム伝送システム121およびEUV露光装置130の構成を概略的に示す一部破断側面図である。なおEUV露光装置130は、本発明による照明光学系を備えて構成されている。図12の構成において、図1および図6に示した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。
図12の構成において、FEL装置10はパルスレーザ光である光ビームLを出力する。この光ビームLはアンジュレータ11により、直線偏光した光となる。この光ビームLは、開口部22からチャンバ20内に入射する。光ビーム分岐部50はこの光ビームLを、第1の光ビームL1と第2の光ビームL2とに分岐する。第1の光ビームL1は、第1の偏光方向回転部51に入射する。第2光ビームL2は、第2の偏光方向回転部52に入射する。
以上説明した通り本実施形態においては、光ビーム分岐部50、第1の偏光方向回転部51および第2の偏光方向回転部52が設けられているので、第1の光ビームL1および第2の光ビームL2の一方、あるいは双方の偏光方向を自由に変更することができる。それにより、レチクル33上において2つの直線偏光方向を自在に設定可能となる。
4.1 実施形態2の構成
図17は、実施形態2に係るビーム伝送システム221およびEUV露光装置130の構成を概略的に示す一部破断側面図である。図17の構成において、図12に示した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。
FEL装置10から出力されるパルスレーザ光である光ビームLは、パルス幅が例えば0.1〜0.2ps(ピコ秒)と短いため、不確定性原理によりスペクトル線幅は、広がり、単位時間当たりのエネルギーが極めて高くなる。上記グレーティング85および86で光ビームLを反射回折させると、光ビームLの長波長成分、短波長成分に対する回折角が異なることから、長波長成分の光路長が短くなる一方、短波長成分の光路長が長くなる。それにより、スペクトル線幅に応じて光ビームLのパルス幅が伸長される。
以上のようにしてビームLのパルス幅が伸長されると、パルスレーザ光である光ビームLの単位時間当たりのエネルギーが低下する。そこで、光学パルスストレッチャ80よりも後段の光学要素の反射面に使用される膜やウエハ上のレジストが、光ビームLによるアブレーションで損傷することを抑制できる。上記光学要素としては、例えば偏光方向回転部51および52、集光ミラー124、224、さらにはEUV露光装置130内の各種光学要素等が挙げられる。
5.1 実施形態3の構成
図19は、実施形態3に係るビーム伝送システム321およびEUV露光装置130の構成を概略的に示す一部破断側面図である。図19の構成において、図12に示した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。
可動斜入射高反射ミラー90Mが上記第1状態に設定された場合、光ビームLは全て反射されて、第1の光ビームL1としての光路を進行する。可動斜入射高反射ミラー90Mが上記第2状態に設定された場合、光ビームLは可動斜入射高反射ミラー90Mで反射することなく、全てが第2の光ビームL2としての光路を進行する。可動斜入射高反射ミラー90Mが上記第3状態に設定された場合、光ビームLは第1の光ビームL1と第2の光ビームL2とに分岐される。この場合も第1の光ビームL1は第1の光ビームとしての光路を進行し、第2の光ビームL2は第2の光ビームとしての光路を進行する。
この実施形態3のビーム伝送システム321は、偏光方向回転部52を1つだけ有するので、偏光方向回転部を2つ設ける場合と比べて装置の簡素化が可能となる。
6.1 実施形態4の構成
図22は、実施形態4に係るビーム伝送システム421およびEUV露光装置130の構成を概略的に示す一部破断側面図である。図22の構成において、図12に示した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。
第1の光ビームL1および第2の光ビームL2はそれぞれ、第1の偏光方向回転部51、第2の偏光方向回転部52によって直線偏光方向が回転され得る。そして第1の光ビームL1および第2の光ビームL2は、図12の構成におけるのと同様に利用される。
本実施形態では、2台のFEL装置110および210を用いることにより、光ビーム分岐部が不要となっている。
7.1 実施形態5の構成
図23は、実施形態5に係るビーム伝送システム521およびEUV露光装置130の構成を概略的に示す一部破断側面図である。図23の構成において、図22に示した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。
第1のFEL装置110のアンジュレータ11を制御することにより、第1の光ビームL1の直線偏光方向は、レチクル33上において所望の方向となるように設定される。また第2のFEL装置210のアンジュレータ11を制御することにより、第2の光ビームL2の直線偏光方向は、レチクル33上において所望の方向となるように設定される。
本実施形態では、2台のFEL装置110および210を用いることにより、光ビーム分岐部が不要となっている。それに加えて、1つあるいは2つの偏光方向回転部も不要となっている。
8.1 光ビーム分岐部の変形例1の構成
図24は、本発明のビーム伝送システムに用いられ得る光ビーム分岐部の変形例1を示す一部破断側面図である。この変形例1の光ビーム分岐部は、楔形状斜入射高反射ミラー120を含む。この楔形状斜入射高反射ミラー120の先端から分かれた2つの反射面、つまり図中の上側および下側の反射面には、AuやRu等の金属膜がコーティングされている。楔形状斜入射高反射ミラー120は光ビームLの光路上において、鋭利な先端側から光ビームLが入射するように配置される。
上記楔形状斜入射高反射ミラー120の先端側から入射した光ビームLは、楔形状斜入射高反射ミラー120の図中上側および下側の反射面において反射する。こうして2方向に分岐して反射した光ビームLは、それぞれ第1の光ビームL1、第2の光ビームL2として進行する。
上記楔形状斜入射高反射ミラー120を用いることにより、光ビーム分岐部の構成が簡素化される。
9.1 光ビーム分岐部の変形例2の構成
図25および図26はそれぞれ、本発明のビーム伝送システムに用いられ得る光ビーム分岐部の変形例2を示す側面図および上面図である。この変形例2の光ビーム分岐部は、グレーティング140を含む。グレーティング140は所定の格子ピッチで溝加工された、例えば断面矩形の複数の回折格子を有する。これらの回折格子は、光ビームLの0次光の発生が抑制される一方、+1次と−1次の回折光が強め合うような溝深さに形成されている。グレーティング140の回折面には、Mo/Siの多層膜、あるいはAuやRu等の金属膜がコーティングされている。グレーティング140は光ビームLの光路上において、回折面に光ビームLが入射するように配置される。
上記グレーティング140の回折面に入射した光ビームLは、回折面において回折して、+1次光と−1次光とに分岐される。分岐された光ビームLは、それぞれ第1の光ビームL1、第2の光ビームL2として進行する。
10.1 偏光方向回転部の変形例1の構成
図27は、本発明のビーム伝送システムに用いられ得る偏光方向回転部の変形例1を示す概略斜視図である。また図28は、この変形例1の違う状態を示す概略斜視図である。ここで、図27、図28に示す偏光方向回転部の状態をそれぞれ第1の状態、第2の状態と称する。なお図27および図28は、偏光方向回転部に第1の光ビームL1が入射するものとして示している。
図27に示す偏光方向回転部の第1の状態において、第1の光ビームL1は、第1高反射ミラー201、第2高反射ミラー202および第3高反射ミラー203において順次反射する。すなわちこの状態では、第1リニアステージ301が第1の位置を取ることにより、第1高反射ミラー201が第1の光ビームL1の光路に挿入される。また第2リニアステージ302が第1の位置を取ることにより、第5高反射ミラー205が第1の光ビームL1の光路から外される。この状態においては、第1の光ビームL1が第2高反射ミラー202で反射することにより、第1の光ビームL1の直線偏光方向が90°回転する。
以上の通りにして、第1の光ビームL1の直線偏光方向を回転させない状態と、第1の光ビームL1の直線偏光方向を90°回転させる状態とを選択的に設定可能となる。
11 アンジュレータ
20 チャンバ
21、121、221、321、421、521 ビーム伝送システム
22 開口部
23 貫通孔
24 集光ミラー
25 中間集光点(IF:Intermediate Focus)
30 EUV露光装置
31 照明光学系
32 投影光学系
33 レチクル
34 ウエハ
35 FFM:視野ファセットミラー(FFM:Field Facet Mirror)
35a 視野ファセット
36 PFM:瞳ファセットミラー(PFM:Pupil Facet Mirror)
36a 瞳ファセット
37 凹面ミラー
38 凹面ミラー
39 筐体
50 光ビーム分岐部
50M 斜入射高反射ミラー
51 第1の偏光方向回転部
52 第2の偏光方向回転部
60 露光装置制御部
61 ビーム伝送制御部
62 FEL制御部
70 傾斜ステージ
71 第1高反射ミラー
73 第3高反射ミラー
72 第2高反射ミラー
74 回転部材
75 プレート
76 第1ミラーホルダ
77 第2ミラーホルダ
78 モータ
80 光学パルスストレッチャ
85 第1グレーティング
86 第2グレーティング
90 偏光方向回転部
90M 可動斜入射高反射ミラー
120 楔形状斜入射高反射ミラー
110 第1のFEL装置
123 第1の貫通孔
124 第1の集光ミラー
125 第1のIF
130 EUV露光装置
135 第1のFFM
136 PFM
136a 瞳ファセット
140 グレーティング
201 第1高反射ミラー
202 第2高反射ミラー
203 第3高反射ミラー
204 第4高反射ミラー
205 第5高反射ミラー
210 第2のFEL装置
223 第2の貫通孔
224 第2の集光ミラー
225 第2のIF
235 第2のFFM
301 第1リニアステージ
302 第2リニアステージ
L 光ビーム
Ls 光ビームの断面形状
L1 第1の光ビーム
L2 第2の光ビーム
θ 入射角
φ 回転角度
Claims (15)
- 自由電子レーザ装置から出力される直線偏光した光ビームを露光装置に伝送するビーム伝送システムであって、
前記光ビームを第1の光ビームと第2の光ビームとに分岐する光ビーム分岐部と、
前記第1の光ビームの直線偏光方向を回転させる第1の偏光方向回転部と、
を含み、
前記第1の偏光方向回転部は、
傾斜ステージと、
前記光ビームを反射させる第1高反射ミラーと、
前記第1高反射ミラーで反射した光ビームを反射させる第2高反射ミラーと、
前記第2高反射ミラーで反射した光ビームを反射させる第3高反射ミラーと、
前記第1高反射ミラー、第2高反射ミラーおよび第3高反射ミラーを保持して、前記傾斜ステージに対して回転中心の周りに回転することにより前記第1の光ビームの直線偏光方向の回転の角度を変更する回転部材であって、前記回転中心上を前記第1高反射ミラーに入射する前の前記光ビームが進行する状態に配置された回転部材と、
を含み、前記光ビームを前記第1高反射ミラー、第2高反射ミラーおよび第3高反射ミラーで順次反射させることによって前記光ビームの直線偏光方向を回転させる、ビーム伝送システム。 - 自由電子レーザ装置から出力される直線偏光した光ビームを露光装置に伝送するビーム伝送システムであって、
前記光ビームを第1の光ビームと第2の光ビームとに分岐する光ビーム分岐部と、
前記第1の光ビームの直線偏光方向を回転させる第1の偏光方向回転部と、
を含み、
前記第1の偏光方向回転部は、
前記光ビームを第1の反射方向に反射させ得る第1高反射ミラーと、
前記第1高反射ミラーを、前記光ビームの光路の第1の位置と、前記光ビームの光路から外れた第2の位置とに移動させる第1ミラー移動手段と、
前記第1高反射ミラーで反射した光ビームを、前記第1の反射方向と直交する第2の反射方向に反射させ得る第2高反射ミラーと、
前記第2高反射ミラーで反射した光ビームを、前記第1の反射方向および前記第2の反射方向と直交する第3の反射方向に反射させ得る第3高反射ミラーと、
前記第1高反射ミラーを前記第2の位置に移動させた場合に、前記光ビームを第4の反射方向に反射させ得る第4高反射ミラーと、
前記第4高反射ミラーで反射した光ビームを第5の反射方向に反射させ得る第5高反射ミラーと、
前記第5高反射ミラーを、前記光ビームの光路の第3の位置と、前記光ビームの光路から外れた第4の位置とに移動させる第2ミラー移動手段と、
を含み、前記第1高反射ミラーを前記第1の位置に移動させ、前記第5高反射ミラーを前記第4の位置に移動させた場合に、前記光ビームを前記第1高反射ミラー、第2高反射ミラーおよび第3高反射ミラーにおいて順次反射させることによって前記光ビームの直線偏光方向を回転させる、ビーム伝送システム。 - 前記第2の光ビームの直線偏光方向を回転させる第2の偏光方向回転部をさらに含む請求項1又は請求項2記載のビーム伝送システム。
- 前記光ビーム分岐部は、前記光ビームが斜め入射する状態に配置されて、この光ビームの一部を反射させる斜入射高反射ミラーを含む請求項1又は請求項2記載のビーム伝送システム。
- 前記光ビーム分岐部は、配置位置が変更され得る可動斜入射高反射ミラーであって、前記光ビームが全部斜め入射する状態であってこの光ビームを全部反射させる第1状態と、前記光ビームの光路から退出した第2状態と、前記光ビームの一部が斜め入射する状態であってこの光ビームの一部を反射させる第3状態とのうちの1つを選択的に取り得る可動
斜入射高反射ミラーを含む請求項1又は請求項2記載のビーム伝送システム。 - 前記光ビーム分岐部は、楔形状に形成されて楔形の先端から分かれた2つの反射面を有する楔形状斜入射高反射ミラーであって、前記2つの反射面においてそれぞれ前記光ビームを反射させる状態に配置された楔形状斜入射高反射ミラーを含む請求項1又は請求項2記載のビーム伝送システム。
- 前記光ビーム分岐部は、入射した前記光ビームを回折させる回折面を有するグレーティングであって、回折した+1次回折光を前記第1の光ビームとし、回折した−1次回折光を前記第2の光ビームとするグレーティングを含む請求項1又は請求項2記載のビーム伝送システム。
- 前記第1の偏光方向回転部は、前記露光装置の照明面上で、前記第1の光ビームの直線偏光方向が前記第2の光ビームの直線偏光方向に対して90°の角度をなす状態に前記第1の光ビームの直線偏光方向を回転させる請求項1又は請求項2記載のビーム伝送システム。
- 前記光ビーム、前記第1の光ビームおよび前記第2の光ビームの少なくとも1つの光路に配された光学パルスストレッチャをさらに含む請求項1又は請求項2記載のビーム伝送システム。
- 請求項1又は請求項2記載のビーム伝送システムにより伝送された光ビームにより露光装置の照明面を照明する照明光学系であって、
前記第1の光ビームが照射される第1の視野ファセットミラーと、
前記第2の光ビームが照射される第2の視野ファセットミラーと、
前記第1の視野ファセットミラーを経た前記第1の光ビームおよび、前記第2の視野ファセットミラーを経た前記第2の光ビームが照射される瞳ファセットミラーと、
を含む照明光学系。 - 前記第1の視野ファセットミラーおよび前記瞳ファセットミラーを経た第1の光ビーム
の前記照明面上における直線偏光方向と、前記第2の視野ファセットミラーおよび前記瞳ファセットミラーを経た第2の光ビームの前記照明面上における直線偏光方向とが、互いに直交する請求項10記載の照明光学系。 - 前記第1の視野ファセットミラーおよび前記瞳ファセットミラーを経た第1の光ビームの前記照明面上における直線偏光方向と、前記第2の視野ファセットミラーおよび前記瞳ファセットミラーを経た第2の光ビームの前記照明面上における直線偏光方向とが、互いに平行である請求項10記載の照明光学系。
- 前記第1の視野ファセットミラーおよび前記瞳ファセットミラーを経た第1の光ビームと、前記第2の視野ファセットミラーおよび前記瞳ファセットミラーを経た第2の光ビームの双方により前記照明面を照明する請求項10記載の照明光学系。
- 前記第1の視野ファセットミラーおよび前記瞳ファセットミラーを経た第1の光ビームと、前記第2の視野ファセットミラーおよび前記瞳ファセットミラーを経た第2の光ビームの一方により前記照明面を照明する請求項10記載の照明光学系。
- 前記照明面としてレチクルを照明する請求項10記載の照明光学系。
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