JP4496782B2

JP4496782B2 - 反射光学系及び露光装置

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Publication number: JP4496782B2
Application number: JP2004008570A
Authority: JP
Inventors: 友刀高橋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2024-01-16
Also published as: JP2004246343A

Description

本発明は、反射光学系及び露光装置に関し、例えばＸ線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Ｘ線投影露光装置に好適な反射型の投影光学系（反射光学系）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では、マスク（レチクル）上に形成された回路パターンを、投影光学系を介して、ウェハのような感光性基板上に投影転写する。感光性基板にはレジストが塗布されており、投影光学系を介した投影露光によりレジストが感光し、マスクパターンに対応したレジストパターンが得られる。

ここで、露光装置の解像力Ｗは、露光光の波長λと投影光学系の像側開口数ＮＡとに依存し、次の式（ａ）で表される。
Ｗ＝ｋ・λ／ＮＡ（ｋ：定数）（ａ）

したがって、露光装置の解像力を向上させるためには、露光光の波長λを短くするか、あるいは投影光学系の開口数ＮＡを大きくすることが必要となる。一般に、投影光学系の開口数ＮＡを所定値以上に大きくすることは光学設計の観点から困難であるため、今後は露光光の短波長化が必要となる。露光光としてＸ線を用いると、例えば波長が１３ｎｍで０．１μｍ以下の解像力が得られる。

ところで、露光光としてＸ線を用いる場合、使用可能な透過光学材料および屈折光学材料がなくなるため、反射型のマスクを用いるとともに、反射型の投影光学系を用いることになる。従来、露光光としてＸ線を用いる露光装置に適用可能な投影光学系として、たとえば米国特許第５，６８６，７２８号明細書や特開平１０−９０６０２号公報などに種々の反射光学系が提案されている。

米国特許第５，６８６，７２８号明細書特開平１０−９０６０２号公報

開口絞りが、反射鏡と反射鏡との間に配置される場合、例えば第２反射鏡と第３反射鏡の間に配置されるような場合、小型化や光学性能の向上のために光学系を最適化すると、第１反射鏡から第２反射鏡に向かう光及び第３反射鏡から第４反射鏡に向かう光が開口絞りの開口部周縁部分によって遮られて（けられて）しまうことがある。そのため、開口絞りの開口部周縁部分をかなり狭くする必要が生じる。

しかしながら、開口絞りの開口部周縁部分を狭くすると、種々の原因（例えば、マスクからの散乱光、各反射鏡の周縁部からの回折光、各反射鏡の反射多層膜の欠陥による散乱光、鏡筒内部からの反射散乱光等）によって鏡筒内で生じた迷光を十分にカットする（遮る）ことができず、結果的にフレアの原因となり結像性能の低下を招くことになる。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、鏡筒内で生じた迷光を十分にカットすることができ、ひいては良好な結像性能を確保することのできる反射光学系を提供することを目的とする。また、本発明の反射光学系を露光装置に適用することにより、たとえば露光光としてＸ線を用いて大きな解像力を確保することのできる露光装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、複数の反射鏡と、開口絞りとを備え、第１面の縮小像を第２面上に形成する反射光学系において、
前記開口絞りの近傍に設けられた遮光部材を備えていることを特徴とする反射光学系を提供する。

第１形態の好ましい態様によれば、前記遮光部材は、前記開口絞りの光入射側に設けられた第１遮光部材と、前記開口絞りの光射出側に設けられた第２遮光部材とを有する。この場合、前記第１遮光部材と前記第２遮光部材とは、前記開口絞りの開口部の中心点に関してほぼ点対称に配置されていることが好ましい。

また、第１形態の好ましい態様によれば、前記遮光部材は、その近傍を通過する光束の断面形状に応じた形状を有する。また、前記開口絞りは、前記遮光部材の近傍を通過する所要光束を通過させるための補助開口部を有することが好ましい。また、前記開口絞りと前記遮光部材とは一体に構成されていることが好ましい。また、前記遮光部材は、前記開口絞りの開口部周縁の一部に配置されていることが好ましい。

本発明の第２形態では、前記第１面に設定されたマスクを照明するための照明系と、前記マスクのパターンを前記第２面に設定された感光性基板上へ投影露光するための第１形態の反射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。

第２形態の好ましい態様によれば、前記照明系は、露光光としてＸ線を供給するための光源を有し、前記反射光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を相対移動させて、前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光する。

本発明の反射光学系では、開口絞りの近傍に設けられた遮光部材の作用により、鏡筒内で生じた迷光を十分にカットすることができ、ひいては良好な結像性能を確保することができる。また、本発明の反射光学系を露光装置に適用することにより、たとえば露光光としてＸ線を用いて大きな解像力を確保し、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。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態にかかる反射光学系の構成を概略的に示す断面図である。第１実施形態にかかる反射光学系は、不図示の第１面（物体面）からの光が、第１反射結像光学系Ｇ１を介して、第１面の中間像を形成する。そして、第１反射結像光学系Ｇ１を介して形成された第１面の中間像からの光が、第２反射結像光学系Ｇ２を介して、中間像の像（第１面の縮小像）を第２面（像面）上に形成する。

第１反射結像光学系Ｇ１は、第１面からの光を反射するための第１反射鏡Ｍ１と、第１反射鏡Ｍ１で反射された光が通過する開口絞りユニットＡＳ１と、第１反射鏡Ｍ１で反射されて開口絞りユニットＡＳ１を通過した光を反射するための第２反射鏡Ｍ２と、第２反射鏡Ｍ２で反射された光を反射するための第３反射鏡Ｍ３と、第３反射鏡Ｍ３で反射された光を反射するための第４反射鏡Ｍ４とにより構成されている。また、第２反射結像光学系Ｇ２は、中間像からの光を反射するための第５反射鏡Ｍ５と、第５反射鏡Ｍ５で反射された光を反射するための第６反射鏡Ｍ６とにより構成されている。

図２は、第１実施形態にかかる開口絞りユニットＡＳ１の構成を概略的に示す斜視図である。図２を参照すると、開口絞りユニットＡＳ１は、開口絞りＡＳと遮光部材１（１ａ，１ｂ）とにより構成されている。そして、開口絞りＡＳの開口部２の一部の周縁３ａおよび３ｂに沿って、円弧状の薄板からなる遮光部材１ａおよび１ｂが設けられている。ここで、遮光部材１ａは開口絞りＡＳの光射出側（第２反射鏡側）に設けられ、遮光部材１ｂは開口絞りＡＳの光入射側（第１反射鏡側）に設けられている。また、遮光部材１ａと遮光部材１ｂとは、開口絞りＡＳの開口部２の中心点に関してほぼ点対称に配置されている。

図１に示すように、第１面から第１反射鏡Ｍ１に向かう光束及び第２反射鏡Ｍ２から第３反射鏡Ｍ３に向かう光束は、開口絞りＡＳの極近傍を通過する。したがって、それぞれの光束の通過位置に相当する開口絞りＡＳの一部の周縁３ａ、３ｂを、図２に示すように狭く設計する必要がある。その結果、たとえば第１面からの散乱光（露光装置に適用した場合にはマスクで乱反射した光など）、当該反射鏡の周縁部からの回折光、当該反射鏡の反射多層膜の欠陥による散乱光、鏡筒内部からの反射散乱光などに起因して鏡筒内で生じた迷光を、開口絞りＡＳだけでは十分にカットすることができない恐れがある。

そこで、第１実施形態では、開口絞りＡＳの近傍に一対の遮光部材１ａおよび１ｂを設けている。さらに詳細には、開口絞りＡＳの光射出側に遮光部材１ａを設け、開口絞りＡＳの光入射側に遮光部材１ｂを設け、遮光部材１ａと遮光部材１ｂとを開口絞りＡＳの開口部２の中心点に関してほぼ点対称に配置している。こうして、第１実施形態では、開口絞りＡＳの近傍に設けられた一対の遮光部材１ａおよび１ｂの作用により、鏡筒内で生じた迷光を十分にカットすることができ、ひいては良好な結像性能を確保することができる。

なお、開口絞りユニットＡＳ１では、開口絞りＡＳと遮光部材１（１ａ，１ｂ）とを別々に製作した後に接合により一体化してもよいし、開口絞りＡＳと遮光部材１（１ａ，１ｂ）とを一体に製作（構成）してもよい。また、第１実施形態にかかる開口絞りユニットＡＳ１には一対の遮光部材１ａ，１ｂが設けられているが、いずれか一方のみを設けてもよい。また、遮光部材１は、開口絞りＡＳと一体的に反射光学系内に配置されているが、開口絞りＡＳから分離した状態で遮光部材を反射光学系内に配置してもよい。

図３は、本発明の第２実施形態にかかる反射光学系の構成を概略的に示す断面図である。また、図４は、第２実施形態の反射光学系の要部構成を概略的に示す部分拡大図である。第２実施形態にかかる反射光学系は、開口絞りユニットの構成（特に遮光部材の構成）を除き、第１実施形態にかかる反射光学系と基本的に同じ構成を有する。したがって、第２実施形態では、第１実施形態と重複する構成の説明を省略する。

図３および図４を参照すると、第２実施形態にかかる反射光学系では、第１実施形態における円弧状の薄板遮光部材１（１ａ、１ｂ）に代えて、ラッパ状の薄板遮光部材４（４ａ、４ｂ）が開口絞りＡＳの近傍に配置されている。ここで、遮光部材４ａは開口絞りＡＳの光射出側に設けられ、遮光部材４ｂは開口絞りＡＳの光入射側に設けられ、遮光部材４ａと遮光部材４ｂとは開口絞りＡＳの開口部の中心点に関してほぼ点対称に配置されている。

このように、第２実施形態の遮光部材４ａ、４ｂでは、その近傍を通過する光束（第１面から第１反射鏡Ｍ１に向かう光束及び第２反射鏡Ｍ２から第３反射鏡Ｍ３に向かう光束）の断面形状に応じた形状の表面を有する。こうして、第２実施形態においても、開口絞りＡＳの近傍に設けられた一対の遮光部材４ａおよび４ｂの作用により鏡筒内に生じた迷光が遮られ、反射光学系の結像性能の低下を防止することができる。

図５は、第３実施形態の反射光学系の要部構成を概略的に示す部分拡大図である。第３実施形態にかかる反射光学系は、開口絞りユニットの構成（特に遮光部材の構成）を除き、第１実施形態および第２実施形態にかかる反射光学系と基本的に同じ構成を有する。したがって、第３実施形態では、第１実施形態および第２実施形態と重複する構成の説明を省略する。

図５を参照すると、第３実施形態にかかる反射光学系では、第１実施形態における円弧状の薄板遮光部材１（１ａ、１ｂ）に代えて、第２反射鏡Ｍ２の反射面とほぼ平行（開口絞りＡＳとほぼ平行）なプレート状の薄板遮光部材５（５ａ、５ｂ）が開口絞りＡＳの近傍に配置されている。ここで、遮光部材５ａは開口絞りＡＳの光射出側に設けられ、遮光部材５ｂは開口絞りＡＳの光入射側に設けられている。

また、遮光部材５ａと遮光部材５ｂとは開口絞りＡＳの開口部の中心点に関してほぼ点対称に配置されている。遮光部材５ａおよび５ｂは、適当な支持部材を介して開口絞りＡＳにそれぞれ連結されている。こうして、第３実施形態においても、開口絞りＡＳの近傍に設けられた一対の遮光部材５ａおよび５ｂの作用により鏡筒内に生じた迷光が遮られ、反射光学系の結像性能の低下を防止することができる。

図６は、第１実施形態の開口絞りユニットの変形例を概略的に示す斜視図である。また、図７は、図６の開口絞りユニットの開口絞り部分を光射出側から見た正面図である。図６および図７を参照すると、変形例にかかる開口絞りユニットＡＳ１’の開口絞りＡＳ’は、全体的に円形状（または楕円形状）の外形を有する。そして、開口絞りＡＳ’には、第１面から第１反射鏡Ｍ１に向かう所要の光束を通過させるための第１補助開口部６ａが遮光部材１ａに近接して形成され、第２反射鏡Ｍ２から第３反射鏡Ｍ３に向かう所要の光束を通過させるための第２補助開口部６ｂが遮光部材１ｂに近接して形成されている。

図６の変形例では、第１補助開口部６ａの作用により、たとえば第１面からの散乱光（露光装置に適用した場合にはマスクで乱反射した光など）などの不要光をカットすることができる。また、第２補助開口部６ｂの作用により、たとえば直前の第２反射鏡Ｍ２の周縁部からの回折光、第２反射鏡Ｍ２の反射多層膜の欠陥による散乱光などの不要光をカットすることができる。なお、図６の変形例における開口絞りＡＳ’の構成は、第１実施形態だけでなく、第２実施形態および第３実施形態に対しても適用可能である。

なお、各実施形態において、遮光部材の表面に光沢があると乱反射が生じるので、凹凸、のこぎり状のギザギザ、山ぎり状等の加工を表面に施すことが好ましい。また、遮光部材の材料は、特に限定されないが、金属（ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、シリコン等）、ガラス、セラミックスなどを主に使用することができる。

アルミニウムを使用して遮光部材を形成する場合には、その表面処理として、アルマイト処理を行うことが好ましい。また、シリコンを使用して遮光部材を形成する場合には、その表面をポーラス状に処理することが好ましい。さらに、各実施形態では、光吸収性の高い遮光部材を用いることが好ましい。また、遮光部材が反射鏡の保持部材に直接配置されないことが好ましい。これは、反射鏡が遮光部材の光吸収による熱伝導の影響を受けにくく、熱変形による面精度の劣化を防ぐのに有利であるからである。

また、開口絞りＡＳを開口径の異なる他の開口絞りと交換可能に構成する場合、開口絞りの交換に伴って遮光部材も交換可能な機構にすることが好ましい。なお、上述の各実施形態にかかる反射光学系に配置された遮光部材（１、４、５）の構成例に限定されることなく、反射光学系を構成する部分（光路を含む）以外の鏡筒内のすべての空間を遮光部材で充填してもよい。

図８は、本発明の各実施形態にかかる反射光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。図８において、投影光学系の光軸方向すなわち感光性基板であるウェハの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハの面内において図８の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハの面内において図８の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。

図８の露光装置は、露光光を供給するための光源として、たとえばレーザプラズマＸ線源１１を備えている。Ｘ線源１１から射出された光は、波長選択フィルタ１２を介して、照明光学系１３に入射する。ここで、波長選択フィルタ１２は、Ｘ線源１１が供給する光から、所定波長（１３．１５ｎｍ）のＸ線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１２を透過したＸ線は、複数の反射鏡から構成された照明光学系１３を介して、転写すべきパターンが形成された反射型のマスク１４を照明する。マスク１４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１５によって保持されている。そして、マスクステージ１５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ように構成されている。

こうして、マスク１４上には、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１４のパターンからの光は、反射型の投影光学系（すなわち各実施形態にかかる反射光学系）１６を介して、感光性基板であるウェハ１７上にマスクパターンの像を形成する。ウェハ１７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１８によって保持されている。

なお、ウェハステージ１８の移動は、マスクステージ１５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ように構成されている。こうして、マスクステージ１５およびウェハステージ１８をＹ方向に沿って移動させながら、すなわち投影光学系１６に対してマスク１４およびウェハ１７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１７の１つの露光領域にマスク１４のパターンが転写される。

このとき、投影光学系１６の投影倍率（転写倍率）が１／４である場合、ウェハステージ１８の移動速度をマスクステージ１５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１８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１７の各露光領域にマスク１４のパターンが逐次転写される。

図８の露光装置では、鏡筒内で生じた迷光を十分にカットすることのできる結像性能の良好な反射光学系を投影光学系として用いている。その結果、露光光としてＸ線を用いて大きな解像力を確保し、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。

本発明の第１実施形態にかかる反射光学系の構成を概略的に示す断面図である。第１実施形態にかかる開口絞りユニットＡＳ１の構成を概略的に示す斜視図である。本発明の第２実施形態にかかる反射光学系の構成を概略的に示す断面図である。第２実施形態の反射光学系の要部構成を概略的に示す部分拡大図である。第３実施形態の反射光学系の要部構成を概略的に示す部分拡大図である。第１実施形態の開口絞りユニットの変形例を概略的に示す斜視図である。図６の開口絞りユニットの開口絞り部分を光射出側から見た正面図である。本発明の各実施形態にかかる反射光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。

符号の説明

Ｇ１第１反射結像光学系
Ｇ２第２反射結像光学系
Ｍ１〜Ｍ６反射鏡
ＡＳ，ＡＳ’ 開口絞り
ＡＳ１，ＡＳ１’ 開口絞りユニット
１、４、５遮光部材
２開口部
３開口部の周縁部分
６補助開口部
１１レーザプラズマＸ線源
１２波長選択フィルタ
１３照明光学系
１４マスク
１５マスクステージ
１６投影光学系（反射光学系）
１７ウェハ
１８ウェハステージ

Claims

複数の反射鏡と、開口絞りとを備え、第１面の縮小像を第２面上に形成する反射光学系において、
前記開口絞りの近傍に設けられた遮光部材を備え、
前記遮光部材は、前記開口絞りの光入射側に設けられた第１遮光部材と、前記開口絞りの光射出側に設けられた第２遮光部材とを有することを特徴とする反射光学系。
前記第１遮光部材と前記第２遮光部材とは、前記開口絞りの開口部の中心点に関してほぼ点対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の反射光学系。
前記遮光部材は、その近傍を通過する光束の断面形状に応じた形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の反射光学系。
前記開口絞りは、前記遮光部材の近傍を通過する所要光束を通過させるための補助開口部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項に記載の反射光学系。
前記開口絞りと前記遮光部材とは一体に構成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項に記載の反射光学系。
前記遮光部材は、前記開口絞りの開口部周縁の一部に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の反射光学系。
前記第１面に設定されたマスクを照明するための照明系と、前記マスクのパターンを前記第２面に設定された感光性基板上へ投影露光するための請求項１乃至６のいずれか１項に記載の反射光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
前記照明系は、露光光としてＸ線を供給するための光源を有し、
前記反射光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を相対移動させて、前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。