WO2010052961A1 - 結像光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

結像光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 Download PDF

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WO2010052961A1
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optical system
imaging optical
reflecting
light
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Inventor
秀基 小松田
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株式会社ニコン
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/02Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
    • G02B17/06Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror
    • G02B17/0647Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using more than three curved mirrors
    • G02B17/0657Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using more than three curved mirrors off-axis or unobscured systems in which all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70233Optical aspects of catoptric systems, i.e. comprising only reflective elements, e.g. extreme ultraviolet [EUV] projection systems

Definitions

  • the present invention relates to an imaging optical system, an exposure apparatus, and a device manufacturing method. More specifically, the present invention relates to an imaging optical system suitable for an exposure apparatus that transfers a circuit pattern on a mask onto a photosensitive substrate by, for example, EUV light using a mirror projection method.
  • EUV Extra UltraViolet
  • a reflective mask is used, and a reflective optical system (an optical system composed only of a reflective member) is used as a projection optical system. Will be used.
  • Patent Document 1 an imaging optical system having an entrance pupil on the opposite side of the optical system across the object plane.
  • an imaging optical system having an entrance pupil on the opposite side of the optical system across the object plane is referred to as an “inverted pupil optical system”.
  • the aberration is corrected well.
  • the axial distance between the reflecting mirror (hereinafter referred to as “first reflecting mirror”) on which the light from the object plane first enters and the object plane is not sufficiently large, It is difficult to avoid interference between a light beam incident from the illumination optical system on the deflection mirror disposed between the illumination optical system and the reflective mask and the first reflecting mirror of the imaging optical system.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and is a reflective optical system that can be applied to, for example, an exposure apparatus that uses EUV light, and the axial distance between the first reflecting mirror and the object surface is relatively large.
  • An object of the present invention is to provide a high-performance image-forming optical system that is secured and in which aberrations are well corrected. It is another object of the present invention to secure a large resolving power using, for example, EUV light as exposure light and to perform projection exposure with high resolution by applying the imaging optical system of the present invention to the projection optical system of an exposure apparatus.
  • an imaging optical system for forming an image of the first surface on the second surface, A first reflecting mirror, a second reflecting mirror, a third reflecting mirror, a fourth reflecting mirror, a fifth reflecting mirror, and a sixth reflecting mirror in the order of incidence of light from the first surface;
  • the first reflecting mirror is disposed closer to the second surface than the fourth reflecting mirror
  • the third reflecting mirror is disposed closer to the second surface than the second reflecting mirror;
  • the second reflecting mirror and the third reflecting mirror are disposed between a first defining surface that defines a reflecting surface of the first reflecting mirror and a fourth defining surface that defines a reflecting surface of the fourth reflecting mirror.
  • the imaging optical system is characterized in that an entrance pupil of the imaging optical system is located on the opposite side of the imaging optical system across the first surface.
  • the imaging optical system is characterized in that an entrance pupil of the imaging optical system is located on the opposite side of the imaging optical system across the first surface.
  • an illumination system for illuminating a predetermined pattern installed on the first surface with light from a light source, and a photosensitive substrate installed on the second surface with the predetermined pattern.
  • an exposure apparatus comprising the imaging optical system of the first form or the second form for projecting.
  • an exposure step of exposing the predetermined pattern to the photosensitive substrate Developing the photosensitive substrate to which the predetermined pattern is transferred, and forming a mask layer having a shape corresponding to the predetermined pattern on the surface of the photosensitive substrate; And a processing step of processing the surface of the photosensitive substrate through the mask layer.
  • an Offner type optical system is formed by a first reflecting mirror, a second reflecting mirror, a third reflecting mirror, and a fourth reflecting mirror.
  • the Schwarzschild type optical system is constituted by the fifth reflecting mirror and the sixth reflecting mirror.
  • the first to fourth reflecting mirrors have a configuration in which power arrangement symmetry is good.
  • the present embodiment is a reflective optical system applicable to an exposure apparatus that uses EUV light, in which a relatively large axial distance between the first reflecting mirror and the object surface is ensured, and aberrations are corrected well.
  • a high-performance imaging optical system can be realized.
  • EUV light having a wavelength of, for example, 5 nm to 40 nm can be used as exposure light.
  • the mask pattern to be transferred and the photosensitive substrate are moved relative to the imaging optical system, and the mask pattern can be projected and exposed onto the photosensitive substrate with high resolution.
  • a highly accurate device can be manufactured under good exposure conditions using a scanning exposure apparatus having a large resolving power.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the positional relationship between the arc-shaped effective imaging region formed on the wafer and the optical axis.
  • the Z axis along the optical axis AX direction of the imaging optical system 6, that is, the normal direction of the exposure surface (transfer surface) of the wafer 7 that is a photosensitive substrate is shown in FIG.
  • the Y axis is set in the direction parallel to the paper surface
  • the X axis is set in the direction perpendicular to the paper surface in FIG.
  • the exposure apparatus of FIG. 1 includes, for example, a laser plasma X-ray source as a light source 1 for supplying exposure light.
  • a laser plasma X-ray source as a light source 1 for supplying exposure light.
  • the light source 1 a discharge plasma light source or another X-ray source can be used.
  • the light emitted from the light source 1 enters the illumination optical system IL via a wavelength selection filter (not shown) arranged as necessary.
  • the wavelength selection filter has a characteristic of selectively transmitting only EUV light having a predetermined wavelength (for example, 13.5 nm) from light supplied from the light source 1 and blocking transmission of other wavelength light.
  • the fly-eye mirrors 2a and 2b are configured by, for example, arranging a large number of concave mirror elements having an arcuate outer shape vertically and horizontally and densely.
  • a large number of concave mirror elements having an arcuate outer shape vertically and horizontally and densely.
  • a substantial surface light source having a predetermined shape is formed in the vicinity of the reflecting surface of the second fly-eye mirror 2b.
  • This substantial surface light source is formed at the exit pupil position of the illumination optical system IL composed of a pair of fly-eye mirrors 2a and 2b.
  • the exit pupil position of the illumination optical system IL (that is, the position in the vicinity of the reflecting surface of the second fly's eye mirror 2b) is the same as the entrance pupil position of the imaging optical system (projection optical system) 6 configured as an inverted pupil optical system. I'm doing it.
  • the light from the substantial surface light source that is, the light emitted from the illumination optical system IL is reflected by the deflecting mirror 3, and then a field stop (non-display) disposed substantially parallel to and close to the reflective mask 4.
  • An arcuate illumination region is formed on the mask 4 through an arcuate opening (light transmission part) shown in the figure.
  • the light source 1 and the illumination optical system IL (2a, 2b) constitute an illumination system for Koehler illumination of the mask 4 provided with a predetermined pattern.
  • the mask 4 is held by a mask stage 5 movable along the Y direction so that the pattern surface extends along the XY plane.
  • the movement of the mask stage 5 is measured by a laser interferometer (not shown).
  • a laser interferometer not shown
  • On the mask 4 for example, an arcuate illumination region symmetric with respect to the Y axis is formed.
  • the illuminated light from the mask 4 forms a pattern image of the mask 4 on the wafer 7 which is a photosensitive substrate via the imaging optical system 6.
  • an arc-shaped effective imaging region ER that is symmetric with respect to the Y axis is formed on the wafer 7.
  • a circular region (image circle) IF having a radius Y0 centered on the optical axis AX
  • the length in the X direction is LX
  • the length in the Y direction is in contact with the image circle IF.
  • An arc-shaped effective imaging region ER of LY is formed.
  • the arc-shaped effective imaging region ER is a part of a ring-shaped region centered on the optical axis AX
  • the length LY is along the direction connecting the center of the arc-shaped effective imaging region ER and the optical axis. This is the width dimension of the effective imaging region ER.
  • the wafer 7 is held by a wafer stage 8 that can move two-dimensionally along the X and Y directions so that the exposure surface extends along the XY plane.
  • the movement of the wafer stage 8 is measured by a laser interferometer (not shown) as in the mask stage 5.
  • scanning exposure scanning exposure
  • the mask stage 5 and the wafer stage 8 are moved along the Y direction, that is, while the mask 4 and the wafer 7 are moved relative to the imaging optical system 6 along the Y direction.
  • the pattern of the mask 4 is transferred to one exposure region of the wafer 7.
  • the scanning speed is set by setting the moving speed of the wafer stage 8 to 1/4 of the moving speed of the mask stage 5. Further, by repeating the scanning exposure while moving the wafer stage 8 two-dimensionally along the X direction and the Y direction, the pattern of the mask 4 is sequentially transferred to each exposure region of the wafer 7.
  • the deflection mirror 3 is disposed in the optical path between the illumination optical system IL and the reflective mask 4. Then, a configuration is adopted in which the light from the illumination optical system IL is deflected by the deflecting mirror 3 and guided to the mask 4. If the deflecting mirror 3 is not interposed, the entrance pupil of the imaging optical system 6 is positioned in the optical path of the imaging optical system 6 itself due to the action of the reflective mask 4. This is because the position of the entrance pupil cannot be matched with the position of the exit pupil of the illumination optical system IL.
  • Ru is known as a representative material (material) for forming the reflecting surface of the deflecting mirror 3.
  • FIG. 3 shows the reflection characteristics of the reflecting surface formed of ruthenium.
  • the vertical axis represents the reflectance (%) for EUV light having a wavelength of 13.5 nm
  • the horizontal axis represents the incident angle (degrees) of light on the reflecting surface.
  • reference numeral 31 indicates the reflection characteristic of s-polarized light with respect to the reflecting surface
  • reference numeral 32 indicates the reflection characteristic of p-polarized light with respect to the reflecting surface
  • reference numeral 33 indicates non-polarized light. The reflection characteristics are shown.
  • the incident angle of light from the illumination optical system IL to the reflection surface of the deflection mirror 3 must be set large.
  • the four front-stage mirrors constitute an Offner type optical system in the order of incidence of light from the object surface, and the two rear-stage mirrors It constitutes a Schwarzschild type optical system.
  • an Offner type optical system can secure a certain large field of view, but large aberrations are likely to occur unless it is used for image formation at the same magnification or a magnification close to the same magnification.
  • a Schwarzschild type optical system can be used for imaging at a magnification other than equal magnification without causing large aberrations, but it is difficult to secure a large field of view.
  • the required magnification is secured by the Schwarzschild type optical system composed of the two subsequent mirrors, and the Offner composed of the four preceding mirrors.
  • An intermediate image of approximately the same magnification as the object is formed by the optical system of the type.
  • the field of view is forcibly widened by the latter-stage Schwarzschild-type optical system. Aberrations etc.) are corrected by the Offner type optical system in the previous stage.
  • Offner type optical systems tend to generate large aberrations when used for imaging other than equal magnification due to their basic properties. Therefore, in order to suppress the occurrence of aberration, it is desirable to adopt a symmetrical power arrangement for the four mirrors in the previous stage.
  • the imaging optical system disclosed in Patent Document 2 the symmetry of the power arrangement is lost with respect to the four mirrors in the preceding stage constituting the Offner type optical system. This is considered to be the reason why the correction has not been completed.
  • the front four reflecting mirrors M1, M2, M3, and M4 constitute an Offner type optical system, and the latter two reflecting mirrors M5 and M6 are of Schwarzschild type.
  • An optical system is configured. Then, by adopting a configuration in which the symmetry of the power arrangement is good for the four reflecting mirrors M1 to M4 in the previous stage, it is possible to ensure a sufficiently large axial distance between the mask 4 and the first reflecting mirror M1, and aberrations. It is compatible with the correction of the image quality.
  • the specific configuration of the imaging optical system 6 will be described below with reference to the first and second examples.
  • the imaging optical system 6 of the first and second embodiments is optically conjugate with the pattern surface of the mask 4 along a single optical axis AX extending linearly.
  • a surface optically conjugate with the pattern surface of the mask 4 is formed in the optical path between the first reflection optical system G1 and the second reflection optical system G2.
  • the first reflecting optical system G1 has a first reflecting mirror M1 having a concave reflecting surface, a second reflecting mirror M2 having a convex reflecting surface, and a third reflecting surface having a convex reflecting surface in the order of incidence of light.
  • the reflecting mirror M3 is configured by a fourth reflecting mirror M4 having a concave reflecting surface.
  • the second reflecting optical system G2 is configured by a fifth reflecting mirror M5 having a convex reflecting surface and a sixth reflecting mirror M6 having a concave reflecting surface in the light incident order.
  • An aperture stop AS is provided in the optical path from the second reflecting mirror M2 to the third reflecting mirror M3. In the optical path of the imaging optical system 6, there is no aperture stop other than the aperture stop AS, and the numerical aperture of the imaging optical system 6 is determined only by the restriction of the light beam by the aperture stop AS.
  • the light from the region (illumination region) away from the optical axis AX on the pattern surface (first surface) of the mask 4 is reflected by the concave reflecting surface of the first reflecting mirror M1 and the second reflecting mirror M2.
  • the convex reflecting surface of the third reflecting mirror M3, and the concave reflecting surface of the fourth reflecting mirror M4 After being sequentially reflected by the convex reflecting surface, the convex reflecting surface of the third reflecting mirror M3, and the concave reflecting surface of the fourth reflecting mirror M4, an intermediate image of the mask pattern is formed.
  • the light from the intermediate image formed via the first reflecting optical system G1 is sequentially reflected by the convex reflecting surface of the fifth reflecting mirror M5 and the concave reflecting surface of the sixth reflecting mirror M6, and then the wafer.
  • a reduced image of the mask pattern is formed in a region (effective imaging region ER) away from the optical axis AX on the surface (second surface) 7.
  • the reflecting surfaces of all the reflecting mirrors M1 to M6 are defined by aspherical (curved surface) defining surfaces S1 to S6 that are rotationally symmetric with respect to the optical axis AX.
  • the first reflecting mirror M1 is disposed on the wafer side with respect to the fourth reflecting mirror M4, the third reflecting mirror M3 is disposed on the wafer side with respect to the second reflecting mirror M2, and the second reflecting mirror M2 and the third reflecting mirror are arranged.
  • M3 is disposed between the first defining surface S1 that defines the reflecting surface of the first reflecting mirror M1 and the fourth defining surface S4 that defines the reflecting surface of the fourth reflecting mirror M4.
  • the fourth defining surface S1 that defines the reflecting surface of the fourth reflecting mirror M4 and the optical axis AX An intersection, an intersection of the second defining surface S2 defining the reflecting surface of the second reflecting mirror M2 and the optical axis AX, an intersection of the third defining surface S3 defining the reflecting surface of the third reflecting mirror M3 and the optical axis AX, The intersection of the first defining surface S1 that defines the reflecting surface of the first reflecting mirror M1 and the optical axis AX is located.
  • the fifth reflecting mirror M5 is disposed closer to the wafer than the sixth reflecting mirror M6.
  • the imaging optical system 6 of each embodiment is an inverted pupil optical system having an entrance pupil at a position separated by a predetermined distance on the opposite side of the imaging optical system 6 with the mask 4 interposed therebetween.
  • the imaging optical system 6 of each embodiment is an optical system telecentric on the wafer side (image side). In other words, in each embodiment, the principal ray reaching each position on the image plane of the imaging optical system 6 is substantially perpendicular to the image plane. With this configuration, good image formation is possible even if the wafer is uneven within the depth of focus of the imaging optical system 6.
  • the column of the ray tracing setting value and the column of lens data in Table (1) are described according to the format of “Code V” which is optical design software of ORA (Optical Research Associates).
  • NAO indicates the image-side numerical aperture
  • DIM MM indicates that the dimension is mm
  • WL indicates the wavelength (nm) of light.
  • XOB is an X direction component (unit: degree) of an angle with respect to the Z direction of 15 rays used for ray tracing from the image side (wafer side)
  • YOB is an angle with respect to the Z direction of 15 rays.
  • Y direction component unit: degree).
  • RDY is the radius of curvature of the surface (vertical radius of curvature in the case of an aspheric surface; unit: mm), and THI is the distance from the surface to the next surface, that is, the surface interval (unit). : Mm)
  • RMD indicates whether the surface is a reflective surface or a refractive surface.
  • REFL means a reflective surface.
  • INFINITY means infinity, and if RDY is INFINITY, it means that the surface is a plane.
  • OBJ represents the surface of the wafer 7 as an image surface
  • STO represents the surface of the aperture stop AS
  • IMG represents the pattern surface of the mask 4 as the object surface.
  • Surface number 1 is the virtual surface
  • surface number 2 is the reflective surface of the sixth reflector M6
  • surface number 3 is the reflective surface of the fifth reflector M5
  • surface number 4 is the reflective surface of the fourth reflector M4
  • Surface number 5 indicates the reflecting surface of the third reflecting mirror M3
  • surface number 7 indicates the reflecting surface of the second reflecting mirror M2
  • surface number 8 indicates the reflecting surface of the first reflecting mirror M1.
  • ASP means that the defining surfaces S1 to S6 that define the reflecting surfaces of the reflecting mirrors M1 to M6 are aspheric surfaces represented by the following formula (a).
  • h is the height (unit: mm) in the direction perpendicular to the optical axis, and s is along the optical axis from the tangential plane at the apex of the aspheric surface to the position on the aspheric surface at the height h.
  • Distance (sag amount) (unit: mm)
  • r is a vertex curvature radius (unit: mm)
  • is a conical coefficient
  • C n is an n-order aspheric coefficient.
  • K is a conical coefficient kappa
  • A is the coefficient of the coefficient C 8
  • D is h 10 of coefficients C 6
  • C is h 8 coefficients h 4 C 4
  • B is h 6 C 10
  • E is the coefficient C 12
  • H of h 16 coefficients C 18 is the coefficient C 20 of h 20.
  • XDE, YDE, and ZDE on the reflecting surfaces (surface numbers 2, 3, 4, 5, 7, and 8) of the reflecting mirrors M1 to M6 are X direction components (unit: mm) of surface eccentricity, and Y direction.
  • the component (unit: mm) and the Z direction component (unit: mm) are shown.
  • ADE, BDE, and CDE are the ⁇ x direction component (rotation component around X axis; unit: degree), ⁇ y direction component (rotation component around Y axis; unit: degree), and ⁇ z direction component (Z Rotational component around the axis; unit: degree).
  • DAR means that coordinates (X, Y, Z) behind the surface do not change. That is, even if the surface described as DAR is decentered, the subsequent surface does not follow the new decentered coordinates, and is a single eccentricity of only the surface described as DAR.
  • Table (1) is the same in the following Table (2).
  • the wavefront aberration of the imaging optical system 6 according to each example will be verified.
  • the minimum value is obtained.
  • the minimum value of the RMS value of the wavefront aberration was 0.0273 ⁇ , and the maximum value was 0.0428 ⁇ .
  • the aspherical reflecting surface of each reflecting mirror is expressed by a 14th power series.
  • the present invention is not limited to this, and higher-order terms may be used. Needless to say.
  • the reflecting surface of each reflecting mirror is formed in a rotationally symmetric aspherical shape, but the present invention is not limited to this and may have a surface shape that is not rotationally symmetric.
  • EUV light having a wavelength of 13.5 nm is used as an example.
  • the present invention is not limited to this.
  • EUV light having a wavelength of about 5 to 40 nm other The present invention can be similarly applied to an imaging optical system that uses light of an appropriate wavelength.
  • variable pattern forming apparatus that forms a predetermined pattern based on predetermined electronic data can be used instead of a mask.
  • a variable pattern forming apparatus for example, a DMD (digital micromirror device) including a plurality of reflecting elements driven based on predetermined electronic data can be used.
  • An exposure apparatus using DMD is disclosed in, for example, US Patent Publication No. 2007 / 0296936A1.
  • a transmissive spatial light modulator may be used, or a self-luminous image display element may be used. Note that a variable pattern forming apparatus may be used even when the pattern surface is placed horizontally.
  • the exposure apparatus of the above-described embodiment is manufactured by assembling various subsystems including the respective constituent elements recited in the claims of the present application so as to maintain predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy. Is done.
  • various optical systems are adjusted to achieve optical accuracy
  • various mechanical systems are adjusted to achieve mechanical accuracy
  • various electrical systems are Adjustments are made to achieve electrical accuracy.
  • the assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus includes mechanical connection, electrical circuit wiring connection, pneumatic circuit piping connection and the like between the various subsystems. Needless to say, there is an assembly process for each subsystem before the assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus. When the assembly process of the various subsystems to the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustment is performed to ensure various accuracies as the entire exposure apparatus.
  • the exposure apparatus is preferably manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a semiconductor device manufacturing process.
  • a metal film is vapor-deposited on a wafer W to be a semiconductor device substrate (step S40), and a photoresist, which is a photosensitive material, is applied on the vapor-deposited metal film. (Step S42).
  • the pattern formed on the mask (reticle) M is transferred to each shot area on the wafer W (step S44: exposure process), and the transfer of the wafer W after the transfer is completed.
  • step S46 development process
  • step S48 processing step
  • the resist pattern is a photoresist layer in which unevenness having a shape corresponding to the pattern transferred by the exposure apparatus of the above-described embodiment is generated, and the recess penetrates the photoresist layer. is there.
  • the surface of the wafer W is processed through this resist pattern.
  • the processing performed in step S48 includes, for example, at least one of etching of the surface of the wafer W or film formation of a metal film or the like.
  • the exposure apparatus of the above-described embodiment performs pattern transfer using the wafer W coated with the photoresist as a photosensitive substrate.
  • a laser plasma X-ray source is used as a light source for supplying EUV light.
  • the present invention is not limited to this, and for example, synchrotron radiation (SOR) light is used as EUV light. You can also.
  • the present invention is applied to an exposure apparatus having a light source for supplying EUV light.
  • the present invention is not limited to this, and a light source that supplies light having a wavelength other than EUV light.
  • the present invention can also be applied to an exposure apparatus having
  • the present invention is applied to the imaging optical system as the projection optical system of the exposure apparatus.
  • the present invention is not limited to this, and the image of the first surface is generally the second surface.
  • the present invention can be similarly applied to the imaging optical system formed above.

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Abstract

 例えばEUV光を用いる露光装置に適用可能な反射光学系であって、第1反射鏡と物体面との軸上間隔が比較的大きく確保され且つ収差が良好に補正された高性能な結像光学系。第1面(4)の像を第2面(7)上に形成する結像光学系(6)は、光の入射順に、第1反射鏡(M1)と第2反射鏡(M2)と第3反射鏡(M3)と第4反射鏡(M4)と第5反射鏡(M5)と第6反射鏡(M6)とを備えている。第1反射鏡は第4反射鏡よりも第2面側に配置され、第3反射鏡は第2反射鏡よりも第2面側に配置されている。第2反射鏡および第3反射鏡は、第1反射鏡の反射面を規定する第1規定面と第4反射鏡の反射面を規定する第4規定面との間に配置されている。結像光学系の入射瞳は、第1面を挟んで結像光学系の反対側に位置している。

Description

結像光学系、露光装置、およびデバイス製造方法
 本発明は、結像光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、例えばEUV光を用いてミラープロジェクション方式によりマスク上の回路パターンを感光性基板上に転写する露光装置に好適な結像光学系に関するものである。
 従来、半導体素子などの製造に使用される露光装置として、例えば5~40nm程度の波長を有するEUV(Extreme UltraViolet:極紫外線)光を用いる露光装置が注目されている。露光光としてEUV光を用いる場合、使用可能な透過光学材料および屈折光学材料がないため、反射型のマスクを用いるとともに、投影光学系として反射光学系(反射部材のみにより構成された光学系)を用いることになる。
 従来、EUV光を用いる露光装置の投影光学系に適用可能な結像光学系として、物体面を挟んで光学系の反対側に入射瞳を有する反射光学系が提案されている(特許文献1および2を参照)。以下、本明細書では、「物体面を挟んで光学系の反対側に入射瞳を有する結像光学系」を、「逆瞳光学系」と称する。
特開2004-170869号公報 国際特許公開第2006/119977号パンフレット
 特許文献1に開示された結像光学系では、収差が良好に補正されている。しかしながら、この結像光学系では、物体面からの光が最初に入射する反射鏡(以下、「第1反射鏡」という)と物体面との軸上間隔が十分に大きく確保されていないため、照明光学系と反射型のマスクとの間に配置された偏向ミラーに照明光学系から入射する光束と結像光学系の第1反射鏡との干渉を回避することが困難である。
 特許文献2に開示された結像光学系では、第1反射鏡と物体面との軸上間隔が比較的大きく確保されているため、照明光学系から偏向ミラーに入射する光束と結像光学系の第1反射鏡との干渉を回避することが容易である。しかしながら、この結像光学系では、収差が良好に補正されていない。
 本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、例えばEUV光を用いる露光装置に適用可能な反射光学系であって、第1反射鏡と物体面との軸上間隔が比較的大きく確保され且つ収差が良好に補正された高性能な結像光学系を提供することを目的とする。また、本発明の結像光学系を露光装置の投影光学系に適用することにより、例えば露光光としてEUV光を用いて大きな解像力を確保し、高解像度で投影露光を行うことを目的とする。
 前記課題を解決するために、本発明の第1形態では、第1面の像を第2面上に形成する結像光学系において、
 前記第1面からの光の入射順に、第1反射鏡と、第2反射鏡と、第3反射鏡と、第4反射鏡と、第5反射鏡と、第6反射鏡とを備え、
 前記第1反射鏡は、前記第4反射鏡よりも前記第2面側に配置され、
 前記第3反射鏡は、前記第2反射鏡よりも前記第2面側に配置され、
 前記第2反射鏡および前記第3反射鏡は、前記第1反射鏡の反射面を規定する第1規定面と前記第4反射鏡の反射面を規定する第4規定面との間に配置され、
 前記結像光学系の入射瞳は、前記第1面を挟んで前記結像光学系の反対側に位置していることを特徴とする結像光学系を提供する。
 本発明の第2形態では、第1面の像を第2面上に形成する結像光学系において、
 前記第1面からの光の入射順に、第1反射鏡と、第2反射鏡と、第3反射鏡と、第4反射鏡と、第5反射鏡と、第6反射鏡とを備え、
 前記第1面から前記結像光学系の光軸に沿って前記第2面に向かって、前記第4反射鏡の反射面を規定する第4規定面と前記光軸との交点、前記第2反射鏡の反射面を規定する第2規定面と前記光軸との交点、前記第3反射鏡の反射面を規定する第3規定面と前記光軸との交点、および前記第1反射鏡の反射面を規定する第1規定面と前記光軸との交点が位置し、
 前記結像光学系の入射瞳は、前記第1面を挟んで前記結像光学系の反対側に位置していることを特徴とする結像光学系を提供する。
 本発明の第3形態では、光源からの光により前記第1面に設置された所定のパターンを照明するための照明系と、前記所定のパターンを前記第2面に設置された感光性基板に投影するための第1形態または第2形態の結像光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
 本発明の第4形態では、第3形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
 前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
 前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
 本発明の実施形態では、EUV光を用いる逆瞳光学系としての結像光学系において、第1反射鏡、第2反射鏡、第3反射鏡、および第4反射鏡によりオフナータイプの光学系を構成し、第5反射鏡および第6反射鏡によりシュバルツシルドタイプの光学系を構成している。そして、第1乃至第4反射鏡について、パワー配置の対称性が良好な構成を採用している。その結果、本実施形態では、EUV光を用いる露光装置に適用可能な反射光学系であって、第1反射鏡と物体面との軸上間隔が比較的大きく確保され且つ収差が良好に補正された高性能な結像光学系を実現することができる。
 また、本実施形態の結像光学系を露光装置に適用した場合、露光光として例えば5nm乃至40nmの波長を有するEUV光を使用することができる。この場合、結像光学系に対して転写すべきマスクのパターンおよび感光性基板を相対移動させて、マスクのパターンを感光性基板上へ高解像度で投影露光することが可能になる。その結果、大きな解像力を有する走査型の露光装置を用いて、良好な露光条件のもとで、高精度なデバイスを製造することができる。
本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 ウェハ上に形成される円弧状の有効結像領域と光軸との位置関係を示す図である。 ルテニウムにより形成された反射面の反射特性を示す。 第1実施例にかかる結像光学系の構成を概略的に示す図である。 第2実施例にかかる結像光学系の構成を概略的に示す図である。 マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例について、そのフローチャートを示す図である。
 本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。また、図2は、ウェハ上に形成される円弧状の有効結像領域と光軸との位置関係を示す図である。図1において、結像光学系6の光軸AX方向すなわち感光性基板であるウェハ7の露光面(転写面)の法線方向に沿ってZ軸を、ウェハ7の露光面内において図1の紙面に平行な方向にY軸を、ウェハ7の露光面内において図1の紙面に垂直な方向にX軸をそれぞれ設定している。
 図1の露光装置は、露光光を供給するための光源1として、たとえばレーザプラズマX線源を備えている。光源1として、放電プラズマ光源や他のX線源を用いることができる。光源1から射出された光は、必要に応じて配置された波長選択フィルタ(不図示)を介して、照明光学系ILに入射する。波長選択フィルタは、光源1が供給する光から、所定波長(例えば13.5nm)のEUV光だけを選択的に透過させ、他の波長光の透過を遮る特性を有する。
 波長選択フィルタを経たEUV光は、一対のフライアイミラー2aおよび2bからなるオプティカルインテグレータへ導かれる。フライアイミラー2a,2bは、たとえば円弧状の外形を有する多数の凹面鏡要素を縦横に且つ稠密に配列することによりそれぞれ構成されている。フライアイミラー2aおよび2bの詳細な構成および作用については、たとえば米国特許第6,452,661号公報を参照することができる。
 こうして、第2フライアイミラー2bの反射面の近傍には、所定の形状を有する実質的な面光源が形成される。この実質的な面光源は、一対のフライアイミラー2aおよび2bからなる照明光学系ILの射出瞳位置に形成される。照明光学系ILの射出瞳位置(すなわち第2フライアイミラー2bの反射面の近傍位置)は、逆瞳光学系として構成された結像光学系(投影光学系)6の入射瞳の位置と一致している。
 実質的な面光源からの光、すなわち照明光学系ILから射出された光は、偏向ミラー3により反射された後、反射型のマスク4にほぼ平行に且つ近接して配置された視野絞り(不図示)の円弧状の開口部(光透過部)を介して、マスク4上に円弧状の照明領域を形成する。このように、光源1および照明光学系IL(2a,2b)は、所定のパターンが設けられたマスク4をケーラー照明するための照明系を構成している。
 マスク4は、そのパターン面がXY平面に沿って延びるように、Y方向に沿って移動可能なマスクステージ5によって保持されている。マスクステージ5の移動は、図示を省略したレーザー干渉計により計測される。マスク4上には、例えばY軸に関して対称な円弧状の照明領域が形成される。照明されたマスク4からの光は、結像光学系6を介して、感光性基板であるウェハ7上にマスク4のパターン像を形成する。
 すなわち、ウェハ7上には、図2に示すように、Y軸に関して対称な円弧状の有効結像領域ERが形成される。図2を参照すると、光軸AXを中心とした半径Y0を有する円形状の領域(イメージサークル)IF内において、このイメージサークルIFに接するようにX方向の長さがLXでY方向の長さがLYの円弧状の有効結像領域ERが形成される。円弧状の有効結像領域ERは光軸AXを中心とする輪帯状の領域の一部であり、長さLYは円弧状の有効結像領域ERの中心と光軸とを結ぶ方向に沿った有効結像領域ERの幅寸法である。
 ウェハ7は、その露光面がXY平面に沿って延びるように、X方向およびY方向に沿って二次元的に移動可能なウェハステージ8によって保持されている。ウェハステージ8の移動は、マスクステージ5と同様に、図示を省略したレーザー干渉計により計測される。こうして、マスクステージ5およびウェハステージ8をY方向に沿って移動させながら、すなわち結像光学系6に対してマスク4およびウェハ7をY方向に沿って相対移動させながらスキャン露光(走査露光)を行うことにより、ウェハ7の1つの露光領域にマスク4のパターンが転写される。
 このとき、結像光学系6の投影倍率(転写倍率)が1/4である場合、ウェハステージ8の移動速度をマスクステージ5の移動速度の1/4に設定して同期走査を行う。また、ウェハステージ8をX方向およびY方向に沿って二次元的に移動させながら走査露光を繰り返すことにより、ウェハ7の各露光領域にマスク4のパターンが逐次転写される。
 上述のように、EUV光を用いる露光装置に逆瞳光学系としての結像光学系6を適用する場合、照明光学系ILと反射型のマスク4との間の光路中に偏向ミラー3を配置し、この偏向ミラー3により照明光学系ILからの光を偏向してマスク4へ導く構成が採用される。これは、偏向ミラー3を介在させないと、反射型のマスク4の作用により結像光学系6の入射瞳が結像光学系6自体の光路中に位置することになり、結像光学系6の入射瞳の位置を照明光学系ILの射出瞳の位置と一致させることができなくなるからである。
 偏向ミラー3の反射面を形成する代表的な材料(素材)として、Ru(ルテニウム)が知られている。図3に、ルテニウムにより形成された反射面の反射特性を示す。図3において、縦軸は波長が13.5nmのEUV光に対する反射率(%)を、横軸は反射面への光の入射角(度)を示している。また、図3において、参照符号31は反射面に対してs偏光の光の反射特性を、参照符号32は反射面に対してp偏光の光の反射特性を、参照符号33は無偏光の光の反射特性を示している。
 図3を参照すると、偏向ミラー3において十分な反射率を得るには、照明光学系ILから偏向ミラー3の反射面への光の入射角を大きく設定しなければならないことがわかる。しかしながら、照明光学系ILから偏向ミラー3の反射面への光の入射角を大きくすると、物体面からの光(マスク4のパターン面からの反射光)が最初に入射する第1反射鏡M1と物体面との軸上間隔を十分に大きく確保しない限り、照明光学系ILから偏向ミラー3に入射する光束と第1反射鏡M1との干渉を回避することが困難である。換言すると、本実施形態の結像光学系6では、収差を良好に補正するとともに、マスク4と第1反射鏡M1との軸上間隔を十分に大きく確保することが重要である。
 そもそも、特許文献1および2に開示された結像光学系では、物体面からの光の入射順に、前段の4枚のミラーがオフナータイプの光学系を構成し、後段の2枚のミラーがシュバルツシルドタイプの光学系を構成している。一般に、オフナータイプの光学系では、ある程度大きい視野を確保することができるが、等倍または等倍に近い倍率での結像に用いない限り大きな収差が発生し易い。一方、シュバルツシルドタイプの光学系では、大きな収差を発生させることなく等倍以外の倍率での結像に用いることができるが、大きい視野を確保することが困難である。
 そこで、上述のような6枚のミラーからなる逆瞳光学系では、後段の2枚のミラーからなるシュバルツシルドタイプの光学系により所要の倍率を確保し、前段の4枚のミラーからなるオフナータイプの光学系により物体のほぼ等倍の中間像を形成している。その際、従来の逆瞳光学系では、後段のシュバルツシルドタイプの光学系により無理に視野を広げているため、後段のシュバルツシルドタイプの光学系で発生する収差(主として、像面湾曲、非点収差など)を前段のオフナータイプの光学系により補正している。
 オフナータイプの光学系は、その基本的な性質から、等倍以外の結像に使用されると大きな収差が発生し易い。したがって、収差の発生を抑えるには、前段の4枚のミラーについて、対称なパワー配置を採用することが望ましい。特許文献2に開示された結像光学系では、オフナータイプの光学系を構成する前段の4枚のミラーについてパワー配置の対称性が崩れており、このパワー配置の対称性の崩れが収差の補正し切れていない理由であると考えられる。
 本実施形態の結像光学系6では、前段の4つの反射鏡M1,M2,M3,およびM4がオフナータイプの光学系を構成し、後段の2つの反射鏡M5およびM6がシュバルツシルドタイプの光学系を構成している。そして、前段の4つの反射鏡M1~M4についてパワー配置の対称性が良好な構成を採用することにより、マスク4と第1反射鏡M1との軸上間隔を十分に大きく確保することと、収差を良好に補正することとを両立させている。以下、第1実施例および第2実施例を参照して、結像光学系6の具体的な構成について説明する。
 第1および第2実施例の結像光学系6は、図4および図5に示すように、直線状に延びる単一の光軸AXに沿って、マスク4のパターン面と光学的に共役な位置にパターンの中間像を形成するための第1反射光学系G1と、マスク4のパターンの最終縮小像(中間像の像)をウェハ7上に形成するための第2反射光学系G2とを備えている。すなわち、マスク4のパターン面と光学的に共役な面が、第1反射光学系G1と第2反射光学系G2との間の光路中に形成される。
 第1反射光学系G1は、光の入射順に、凹面状の反射面を有する第1反射鏡M1と、凸面状の反射面を有する第2反射鏡M2と、凸面状の反射面を有する第3反射鏡M3と、凹面状の反射面を有する第4反射鏡M4とにより構成されている。第2反射光学系G2は、光の入射順に、凸面状の反射面を有する第5反射鏡M5と、凹面状の反射面を有する第6反射鏡M6とにより構成されている。第2反射鏡M2から第3反射鏡M3へ至る光路中に、開口絞りASが設けられている。結像光学系6の光路中には、この開口絞りAS以外に開口絞りが配置されておらず、結像光学系6の開口数は開口絞りASによる光束の制限によってのみ決定される。
 各実施例では、マスク4のパターン面(第1面)において光軸AXから離れた領域(照明領域)からの光が、第1反射鏡M1の凹面状の反射面、第2反射鏡M2の凸面状の反射面、第3反射鏡M3の凸面状の反射面、および第4反射鏡M4の凹面状の反射面で順次反射された後、マスクパターンの中間像を形成する。第1反射光学系G1を介して形成された中間像からの光は、第5反射鏡M5の凸面状の反射面および第6反射鏡M6の凹面状の反射面で順次反射された後、ウェハ7の表面(第2面)において光軸AXから離れた領域(有効結像領域ER)にマスクパターンの縮小像を形成する。
 各実施例において、すべての反射鏡M1~M6の反射面は、光軸AXに関して回転対称な非球面状(曲面状)の規定面S1~S6によって規定されている。そして、第1反射鏡M1は第4反射鏡M4よりもウェハ側に配置され、第3反射鏡M3は第2反射鏡M2よりもウェハ側に配置され、第2反射鏡M2および第3反射鏡M3は第1反射鏡M1の反射面を規定する第1規定面S1と第4反射鏡M4の反射面を規定する第4規定面S4との間に配置されている。
 別の表現をすれば、マスク4から結像光学系6の光軸AXに沿ってウェハ7に向かって、第4反射鏡M4の反射面を規定する第4規定面S1と光軸AXとの交点、第2反射鏡M2の反射面を規定する第2規定面S2と光軸AXとの交点、第3反射鏡M3の反射面を規定する第3規定面S3と光軸AXとの交点、および第1反射鏡M1の反射面を規定する第1規定面S1と光軸AXとの交点が位置している。また、第5反射鏡M5は、第6反射鏡M6よりもウェハ側に配置されている。
 各実施例の結像光学系6は、マスク4を挟んで結像光学系6の反対側に所定距離だけ離れた位置に入射瞳を有する逆瞳光学系である。また、各実施例の結像光学系6は、ウェハ側(像側)にテレセントリックな光学系である。換言すれば、各実施例において、結像光学系6の像面上の各位置に達する主光線は像面に対してほぼ垂直である。この構成により、結像光学系6の焦点深度内でウェハに凹凸があっても良好な結像が可能になっている。
[第1実施例]
 次の表(1)に、第1実施例にかかる結像光学系の諸元の値を掲げる。表(1)の主要諸元の欄において、λは露光光の波長を、βは結像倍率を、NAは像側(ウェハ側)開口数を、Y0はウェハ7上でのイメージサークルIFの半径(最大像高)を、LXは有効結像領域ERのX方向に沿った寸法を、LYは有効結像領域ERのY方向に沿った寸法(円弧状の有効結像領域ERの幅寸法)をそれぞれ表している。
 表(1)の光線追跡設定値の欄およびレンズデータの欄は、ORA(Optical Research Associates)社の光学設計ソフトである「Code V」の書式に従って記述されている。表(1)の光線追跡設定値の欄において、NAOは像側開口数を、「DIM MM」はディメンジョンがmmであることを、WLは光の波長(nm)を示している。また、XOBは像側(ウェハ側)からの光線追跡に用いられた15本の光線のZ方向に対する角度のX方向成分(単位:度)であり、YOBは15本の光線のZ方向に対する角度のY方向成分(単位:度)である。
 表(1)のレンズデータの欄において、RDYは面の曲率半径(非球面の場合には頂点曲率半径;単位:mm)を、THIは当該面から次の面までの距離すなわち面間隔(単位:mm)を、RMDは当該面が反射面であるか屈折面であるかを示している。REFLは、反射面を意味する。INFINITYは無限大を意味し、RDYが INFINITYであれば、その面が平面であることを意味している。OBJは像面としてのウェハ7の表面を、STOは開口絞りASの面を、IMGは物体面としてのマスク4のパターン面を示している。
 面番号1は仮想面を、面番号2は第6反射鏡M6の反射面を、面番号3は第5反射鏡M5の反射面を、面番号4は第4反射鏡M4の反射面を、面番号5は第3反射鏡M3の反射面を、面番号7は第2反射鏡M2の反射面を、面番号8は第1反射鏡M1の反射面を示している。ASPは、各反射鏡M1~M6の反射面を規定する規定面S1~S6が以下の式(a)で表される非球面であることを意味している。
s=(h2/r)/[1+{1-(1+κ)・h2/r21/2]+C4・h4
  +C6・h6+C8・h8+C10・h10+C12・h12+C14・h14+C16・h16
  +C18・h18+C20・h20    (a)
 式(a)において、hは光軸に垂直な方向の高さ(単位:mm)であり、sは非球面の頂点における接平面から高さhにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離(サグ量)(単位:mm)であり、rは頂点曲率半径(単位:mm)であり、κは円錐係数であり、Cnはn次の非球面係数である。表(1)のレンズデータの欄において、Kは円錐係数κ、Aはh4の係数C4、Bはh6の係数C6、Cはh8の係数C8、Dはh10の係数C10、Eはh12の係数C12、Fはh14の係数C14、Gはh16の係数C16、Hはh18の係数C18、Jはh20の係数C20である。
 また、各反射鏡M1~M6の反射面(面番号2,3,4,5,7,8)におけるXDE,YDE,およびZDEは、面の偏心のX方向成分(単位:mm)、Y方向成分(単位:mm)、およびZ方向成分(単位:mm)を示している。ADE,BDE,およびCDEは、面の回転のθx方向成分(X軸廻りの回転成分;単位:度)、θy方向成分(Y軸廻りの回転成分;単位:度)、およびθz方向成分(Z軸廻りの回転成分;単位:度)を示している。また、DARは、当該面より後ろの座標(X,Y,Z)が変化しないことを意味している。すなわち、DARと記載してある面で偏心していても、その後側の面は偏心した新たな座標に従うことなく、DARと記載してある面だけの単独の偏心である。なお、表(1)における表記は、以降の表(2)においても同様である。
               表(1)
(主要諸元)
λ=13.5nm
β=1/4
NA=0.33
Y0=30.5mm
LX=26mm
LY=2mm

(光線追跡設定値)
NAO    0.33000
DIM       MM
WL      13.50
XOB    0.00000    0.00000    0.00000    0.00000    0.00000
      6.50000    6.50000    6.50000    6.50000    6.50000
     13.00000   13.00000   13.00000   13.00000   13.00000
YOB    51.70000   52.20000   52.70000   53.20000   53.70000
     51.29761   51.79761   52.29761   52.79761   53.29761
     50.07142   50.57142   51.07142   51.57142   52.07142

(レンズデータ)
        RDY      THI    RMD
OBJ:    INFINITY    0.000000

 1:    INFINITY   444.145481

 2:   -516.73773   -397.097310  REFL
  ASP:
  K :  0.120649
  A :0.483058E-10  B :0.684414E-16  C :0.983146E-22  D :-.967074E-28
  E :-.246009E-32  F :0.332682E-37  G :0.000000E+00  H :0.000000E+00
  J :0.000000E+00
  XDE:  0.000000  YDE:  -0.323301  ZDE:  0.000000  DAR
  ADE:  0.012756  BDE:  0.000000  CDE:  0.000000

 3:   -1231.10056   1104.842277  REFL
  ASP:
  K :  19.093609
  A :-.262384E-08  B :-.100647E-13  C :-.435255E-18  D :0.111694E-22
  E :-.158505E-26  F :0.809174E-31  G :0.000000E+00  H :0.000000E+00
  J :0.000000E+00
  XDE:  0.000000  YDE:  -0.459401  ZDE:  0.000000  DAR
  ADE:  0.020732  BDE:  0.000000  CDE:  0.000000

 4:   -824.05681   -474.816098  REFL
  ASP:
  K :  -0.133480
  A :-.497022E-10  B :-.913935E-16  C :-.163673E-21  D :-.162214E-27
  E :-.540216E-33  F :-.552024E-39  G :0.000000E+00  H :0.000000E+00
  J :0.000000E+00
  XDE:  0.000000  YDE:  0.393802  ZDE:  0.000000  DAR
  ADE:  0.048115  BDE:  0.000000  CDE:  0.000000

 5:   -1204.11353   175.948630  REFL
  ASP:
  K :  11.579347
  A :0.122470E-08  B :-.437200E-14  C :0.489202E-19  D :0.614553E-24
  E :-.218477E-28  F :0.570908E-33  G :0.000000E+00  H :0.000000E+00
  J :0.000000E+00
  XDE:  0.000000  YDE:  -0.070744  ZDE:  0.000000  DAR
  ADE:  0.035436  BDE:  0.000000  CDE:  0.000000

STO:    INFINITY   160.769998

 7:    369.83680   -375.908243  REFL
  ASP:
  K :  3.031373
  A :-.764700E-08  B :-.955891E-13  C :-.230597E-17  D :-.925948E-22
  E :0.183011E-26  F :-.127505E-30  G :0.000000E+00  H :0.000000E+00
  J :0.000000E+00
  XDE:  0.000000  YDE:  0.066453  ZDE:  0.000000  DAR
  ADE:  0.008963  BDE:  0.000000  CDE:  0.000000

 8:    831.60769   1362.095636  REFL
  ASP:
  K :  -0.013655
  A :-.407763E-10  B :-.438104E-16  C :0.361354E-23  D :-.316537E-27
  E :0.610944E-33  F :-.917668E-39  G :0.000000E+00  H :0.000000E+00
  J :0.000000E+00
  XDE:  0.000000  YDE:  0.090858  ZDE:  0.000000  DAR
  ADE:  -0.000654  BDE:  0.000000  CDE:  0.000000

IMG:    INFINITY    0.000000
  XDE:  0.000000  YDE:  1.885739  ZDE:  0.000000  DAR
  ADE:  0.000000  BDE:  0.000000  CDE:  0.000000
[第2実施例]
 次の表(2)に、第2実施例にかかる結像光学系の諸元の値を掲げる。
               表(2)
(主要諸元)
λ=13.5nm
β=1/4
NA=0.35
Y0=30.5mm
LX=26mm
LY=2mm

(光線追跡設定値)
XOB    0.00000    0.00000    0.00000    0.00000    0.00000
      6.50000    6.50000    6.50000    6.50000    6.50000
     13.00000   13.00000   13.00000   13.00000   13.00000
YOB    51.70000   52.20000   52.70000   53.20000   53.70000
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(レンズデータ)
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IMG:     INFINITY    0.000000
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 次に、各実施例にかかる結像光学系6の波面収差について検証する。第1実施例の結像光学系6では、円弧状の有効結像領域ER内の各点について波面収差のRMS(root mean square:自乗平均平方根あるいは平方自乗平均)の値を求めたところ、最小値(最良値)が0.0141λ(λ:光の波長=13.5nm)であり、最大値(最悪値)が0.0351λであった。また、第2実施例の結像光学系6では、波面収差のRMS値の最小値が0.0273λであり、最大値が0.0428λであった。
 上述の各実施例では、波長が13.5nmのEUV光に対して、良好な結像性能および0.33という比較的大きな像側開口数を確保するとともに、ウェハ7上において諸収差が良好に補正された26mm×2mmの円弧状の有効結像領域を確保することができる。したがって、ウェハ7において、たとえば26mm×34mmまたは26mm×37mmの大きさを有する各露光領域に、マスク4のパターンを走査露光により0.1μm以下の高解像で転写することができる。
 なお、上述の各実施例では、各反射鏡の非球面状の反射面を14次のべき級数で表現しているが、これに限定されることなく、さらに高次の項を用いてもよいことは言うまでもない。また、上述の各実施例では、各反射鏡の反射面が回転対称な非球面状に形成されているが、これに限定されることなく、回転対称でない面形状であってもよい。
 また、上述の各実施例では、13.5nmの波長を有するEUV光を例示的に用いているが、これに限定されることなく、例えば5~40nm程度の波長を有するEUV光や、他の適当な波長の光を使用する結像光学系に対しても同様に本発明を適用することができる。
 なお、上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。このような可変パターン形成装置を用いれば、パターン面が縦置きでも同期精度に及ぼす影響を最低限にできる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含むDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)を用いることができる。DMDを用いた露光装置は、例えば米国特許公開第2007/0296936A1号公報に開示されている。また、DMDのような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。なお、パターン面が横置きの場合であっても可変パターン形成装置を用いても良い。
 上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
 次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図6は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図6に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハWに金属膜を蒸着し(ステップS40)、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する(ステップS42)。つづいて、上述の実施形態の露光装置を用い、マスク(レチクル)Mに形成されたパターンをウェハW上の各ショット領域に転写し(ステップS44:露光工程)、この転写が終了したウェハWの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う(ステップS46:現像工程)。その後、ステップS46によってウェハWの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハWの表面に対してエッチング等の加工を行う(ステップS48:加工工程)。
 ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップS48では、このレジストパターンを介してウェハWの表面の加工を行う。ステップS48で行われる加工には、例えばウェハWの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップS44では、上述の実施形態の露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハWを感光性基板としてパターンの転写を行う。
 なお、上述の実施形態では、EUV光を供給するための光源としてレーザプラズマX線源を用いているが、これに限定されることなく、EUV光としてたとえばシンクロトロン放射(SOR)光を用いることもできる。
 また、上述の実施形態では、EUV光を供給するための光源を有する露光装置に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、EUV光以外の他の波長光を供給する光源を有する露光装置に対しても本発明を適用することができる。
 また、上述の実施形態では、露光装置の投影光学系としての結像光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、一般に第1面の像を第2面上に形成する結像光学系に対しても同様に本発明を適用することができる。
1 レーザプラズマX線源
2a,2b フライアイミラー
3 偏向ミラー
4 マスク
5 マスクステージ
6 結像光学系
7 ウェハ
8 ウェハステージ
IL 照明光学系
G1,G2 反射光学系
M1~M6 反射鏡
S1~S6 規定面

Claims (14)

  1. 第1面の像を第2面上に形成する結像光学系において、
     前記第1面からの光の入射順に、第1反射鏡と、第2反射鏡と、第3反射鏡と、第4反射鏡と、第5反射鏡と、第6反射鏡とを備え、
     前記第1反射鏡は、前記第4反射鏡よりも前記第2面側に配置され、
     前記第3反射鏡は、前記第2反射鏡よりも前記第2面側に配置され、
     前記第2反射鏡および前記第3反射鏡は、前記第1反射鏡の反射面を規定する第1規定面と前記第4反射鏡の反射面を規定する第4規定面との間に配置され、
     前記結像光学系の入射瞳は、前記第1面を挟んで前記結像光学系の反対側に位置していることを特徴とする結像光学系。
  2. 第1面の像を第2面上に形成する結像光学系において、
     前記第1面からの光の入射順に、第1反射鏡と、第2反射鏡と、第3反射鏡と、第4反射鏡と、第5反射鏡と、第6反射鏡とを備え、
     前記第1面から前記結像光学系の光軸に沿って前記第2面に向かって、前記第4反射鏡の反射面を規定する第4規定面と前記光軸との交点、前記第2反射鏡の反射面を規定する第2規定面と前記光軸との交点、前記第3反射鏡の反射面を規定する第3規定面と前記光軸との交点、および前記第1反射鏡の反射面を規定する第1規定面と前記光軸との交点が位置し、
     前記結像光学系の入射瞳は、前記第1面を挟んで前記結像光学系の反対側に位置していることを特徴とする結像光学系。
  3. 前記第1反射鏡乃至前記第4反射鏡は、前記第1面からの光に基づいて前記第1面と共役な位置を形成し、
     前記第5反射鏡および前記第6反射鏡は、前記共役な位置からの光に基づいて前記像を前記第2面上に形成することを特徴とする請求項1または2に記載の結像光学系。
  4. 前記第1反射鏡および前記第4反射鏡は凹面状の反射面を有し、前記第2反射鏡および前記第3反射鏡は凸面状の反射面を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の結像光学系。
  5. 前記第5反射鏡は、前記第6反射鏡よりも前記第2面側に配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の結像光学系。
  6. 前記第5反射鏡は凸面状の反射面を有し、前記第6反射鏡は凹面状の反射面を有することを特徴とする請求項5に記載の結像光学系。
  7. 前記第2反射鏡から前記第3反射鏡へ至る光路中に配置された開口絞りを備えていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の結像光学系。
  8. 前記結像光学系の開口数は、前記開口絞りによる光束の制限によってのみ決定されることを特徴とする請求項7に記載の結像光学系。
  9. 前記第1面の縮小像を前記第2面上に形成することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の結像光学系。
  10. 前記結像光学系は、前記第2面側にテレセントリックな光学系であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の結像光学系。
  11. 前記第1規定面および前記第4規定面は曲面であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の結像光学系。
  12. 光源からの光により前記第1面に設置された所定のパターンを照明するための照明系と、前記所定のパターンを前記第2面に設置された感光性基板に投影するための請求項1乃至11のいずれか1項に記載の結像光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
  13. 前記光源から供給される光は波長が5nm乃至40nmのEUV光であり、
     前記結像光学系に対して前記所定のパターンおよび前記感光性基板を相対移動させて、前記所定のパターンを前記感光性基板に投影露光することを特徴とする請求項12に記載の露光装置。
  14. 請求項12または13に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
     前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
     前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
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