JP2008502012A - マイクロリソグラフィ投影露光装置のための投影対物レンズ - Google Patents

Abstract

マイクロリソグラフィ投影露光装置の投影対物レンズは、ひとみ平面（Ｅ１、Ｅ３）または中間像平面（Ｅ２）によって互いに分離された、Ｎ＞−２である投影対物レンズ（１０）の連続セクションＡ₁〜Ａ_Nで配置された複数の光エレメント（Ｐ、Ｓ、Ｌ１〜Ｌ８、Ｌ１３、Ｌ１９）を備えている。本発明によれば、波面変形を修正するために、少なくとも２つの光エレメントが、それぞれ、局部的に非球面再処理された光活性表面を有している。この場合、第１の光エレメントは、ｊ＝１．．．Ｎである１つのセクションＡｊに配置され、第２の光エレメントは、ｋ＝１．．．Ｎである他のセクションＡ_kに配置されている。絶対値の差｜ｋ−ｊ｜は奇数である。

Description

本発明は、微細構造コンポーネントの製造に使用されるものなど、マイクロリソグラフィ投影露光装置のための投影対物レンズに関する。

大規模集積電気回路の製造に使用されるものなど、マイクロリソグラフィ投影露光装置は、投影光ビームの生成に使用される照明デバイスを有している。投影対物レンズの物体平面に配置される投影露光システムによって、結像される構造を含んだレチクルに向かって投影光ビームが照射される。投影対物レンズは、投影対物レンズの像平面に配置され、たとえばウェハの上に設けられた感光性表面に、レチクルの構造を縮小した画像を形成する。

結像される構造のサイズが微小であるため、投影対物レンズの結像特性には厳しい要求が課せられている。したがって許容される結像誤差は極めて微小な範囲に限られている。

通常、発生する結像誤差は、以下のカテゴリに分類される。一方では、投影対物レンズの設計、詳細には、投影対物レンズに含まれている光エレメントの寸法、材料、距離の仕様に起因する結像誤差が存在している。これらの設計誤差については、ここではその説明は省略する。

他方では、製造誤差または材料誤差に起因する、一般的には対物レンズの完成時に一度だけ修正することが賢明である結像誤差が存在している。製造誤差の例には、光学表面の場合、表面精度からの逸脱を意味することを意図したいわゆる形状誤差が含まれている。しかしながら、材料誤差は、通常、光活性表面、つまり投影光が通過する表面の状態に影響を及ぼすことはないが、光エレメント内部の屈折率プロファイルが不均質になる原因になっている。以下の説明では、製造または材料によるこのような結像誤差の可能原因は、当該光エレメントの極めて狭い範囲に局部的に限定されることも、あるいはかなり広い領域にわたって展開することもある摂動として、より広義に参照されている。

このような摂動によって生じる波面変形を修正するために、一般的には材料浸食を必要とする再処理によって投影対物レンズの適切な光学表面に修正構造を適用することが知られている。この再処理によって、表面に、通常は回転対称ではない、投影対物レンズの設計が基づいた形状とは異なる非球面形状がもたらされる。「Ｎａｎｏｍｅｔｅｒ Ａｓｐａｅｒｅｎ：Ｗｉｅ ｈｅｒｓｔｅｌｌｅｎ ｕｎｄ ｗｏｆｕｅｒ？」（Ｆｅｉｎｗｅｒｋｔｅｃｈｎｉｋ ｕｎｄ Ｍｅβｔｅｃｈｎｉｋ ９９（１９９１年）、１０、４３７〜４４０頁）という名称のＣ．Ｈｏｆｍａｎｎらの論文に、このような再処理方法が詳細に記載されている。

ＵＳ ６ ２６８ ９０３ Ｂ１に、補償に必要な修正構造を一般的には測定技法によって記録することができる波面変形から予測することができる方法が詳細に記載されている。この特許に記述されている方法によれば、摂動を補償するためにその表面が局部的に再処理される光エレメントは、投影露光装置のレチクルと投影対物レンズの間に配置される平行平面板であることが好ましい。さらに、既知の修正エレメントを対物レンズ内のダイヤフラムの前段または後段に配置することができ、その場合、投影光ビームの断面がとりわけ小さくなる位置に配置されることが好ましい。

しかしながら、投影対物レンズ内のすべての光活性表面が必ずしも局部再処理による波面変形の修正に等しく適しているわけではないことが分かっている。投影対物レンズには、通常、極めて多数の光活性表面が含まれているため、これらのすべての表面の修正能力を計算で決定することは実際には容易に可能ではない。したがって、摂動を補償するために再処理すべき光活性表面の選択は、通常、実験値または経験に頼っている。たとえば、上記ＵＳ ６ ２６８ ９０３ Ｂ１で知られている方法の基本的な判定基準として、直径が小さい投影光ビームがハイライトされている。

しかしながら、再処理すべき表面を選択するための知られている基準では、結像特性を十分に改善することができないことがしばしばあることが分かっている。

したがって本発明の目的は、生じる波面変形が光活性表面を再処理することによってより効果的に補償される投影対物レンズを提供することである。

この目的は、マイクロリソグラフィ投影露光装置の投影対物レンズによって達成される。投影対物レンズは、ひとみ平面または中間像平面によって互いに分離された、Ｎ≧２である投影対物レンズの連続セクションＡ₁〜Ａ_Nで配置された複数の光エレメントを有している。波面変形を修正するために、少なくとも２つの光エレメントが、それぞれ、局部的に非球面再処理された光活性表面を有している。第１の光エレメントは、ｊ＝１．．．Ｎである１つのセクションＡ_jに配置され、第２の光エレメントは、ｋ＝１．．．Ｎである他のセクションＡ_kに配置されている。絶対値の差｜ｋ−ｊ｜は奇数である。

本発明は、適切な再処理によって波面変形を修正するための適切性に関して、光活性表面には基本的な差があることの発見に基づいている。この点に関して、基本的な判定基準には、再処理を施すことが検討されている表面が存在している、ひとみ平面または中間像平面によって互いに分離された投影対物レンズのセクションが含まれている。事実、１つのセクションに存在している、方位角に対する視野依存性が奇数対称を有している波面変形は、隣接するセクションの再処理表面によってではなく、同じセクションの再処理表面によってのみ修正することができることが分かっている。直ぐ隣のセクションを除く隣接セクション、より一般的にはｎ±２ｋ番目のセクションに存在している再処理表面によってのみ、ほぼ完全な修正を達成することができる。

その理由は、摂動によって生じる波面変形の視野依存性の奇数成分に影響を及ぼすが、偶数成分に影響を及ぼさない、画像反転がダイヤフラムと中間像平面に生じることによるものである。

投影対物レンズ内の既知の位置に単一の摂動しか存在していない場合、その摂動によって生じる波面変形は、その摂動と同じセクションに存在している光活性表面を再処理することによって修正することができる。しかしながら、通常、投影対物レンズの複数のセクション全体に分布している未知の位置に複数の摂動が存在している。それらの摂動による影響が重畳し、それらが相俟って波面が変形することになる。

そのために、直ぐ隣の少なくとも２つのセクションの表面を再処理するか、あるいは奇数の他のセクションが間に存在している２つのセクションの表面を再処理しなければならない。これは、同じセクションｎと直ぐ隣のセクションを除く隣接セクションｎ±２、またはより一般的には、ｋ＝０、１、２、．．．であるセクションｎ±２ｋ内で摂動毎に修正が実行されることを意味しており、変形によって生じる、偶数対称成分と奇数対称成分の両方を含むあらゆる視野依存波面変形をほぼ完全に修正することができることが保証されるのは、この方法によってのみである。

また、一般的には望ましいことであるが、視野非依存波面誤差、つまりすべての視野ポイントに共通の誤差を修正しなければならない場合、ひとみ平面内またはひとみ平面の近傍に配置される第３の光エレメントも、局部的に再処理された光活性表面を有していなければならない。したがって、この方法で選択される投影対物レンズ内の位置に合計３つの再処理表面を有することにより、すべての波面変形を十分良好に修正することができる。

以下、本発明の例示的実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、マイクロリソグラフィ投影露光装置の、一括して１０で示されている投影対物レンズを通る経線を逐次描写で示したものである。以下で説明するように、ここでは逐次描写がより有利であり、この投影対物レンズの真の描写については、ビームを偏向させるために使用される２つの平面鏡が同じく描写されている、その開示のすべてが本出願に組み込まれている本出願人のＷＯ ２００４／０１０１６４ Ａ２を参照されたい。

投影対物レンズ１０は、投影露光装置が動作している間、投影対物レンズ１０の物体平面１２に導入されるレチクル（図１には示されていない）の構造を感光性表面（同じく図１には示されていない）に結像するように設計されている。この表面は、たとえばウェハの上に適用することができ、投影対物レンズ１０の像平面１４に配置される。

投影対物レンズ１０は、入口側に配置された平行平面板Ｐと多数のレンズを有している。図１には、分かり易くするために、例示的実施形態を説明するためにより重要である、参照符号Ｌ１〜Ｌ８、Ｌ１３、Ｌ１９で示すいくつかのレンズのみが示されている。投影対物レンズ１０は、さらに、Ｓで示されている球面結像ミラーを備えており、このミラーを通して、図１の逐次描写の中を通過する光を見ることができる。

以下、投影対物レンズ１０を通過する投影光の経路について、物体平面１２に配置された２つの視野ポイントＦＰ１とＦＰ２を起点とする光線経路１５を参照して説明する。投影光１５は、平行平面板Ｐを通過した後、平面偏向ミラー（この逐次描写には示されていない）に到達し、レンズＬ１〜Ｌ４を逐次通過する。投影光は、ひとみ平面Ｅ１に配置されている球面結像ミラーＳで反射した後、今度は逆の順序でレンズＬ１〜Ｌ４を通過して戻る。

物体平面１２の照射された視野は、投影対物レンズ１０の光軸１６に対してオフセットして配置されているため、光ビームは、結像ミラーＳで反射した後、入射する光ビームに対して空間オフセットをもたらす経路に沿って移動する。レンズＬ１の背面では、結像ミラーＳに入射する光ビームと、結像ミラーＳで反射する光ビームの間のこのオフセットが非常に大きいため、反射した光ビームは第１の偏向ミラーには当たらず、その代わりに、レンズＬ６を通過した後、第２の平面偏向ミラー（同じくこの逐次描写には示されていない）に到達する。

投影光は、第２の偏向ミラーで反射した後、多数の他のレンズＬ７〜Ｌ１９および平行平面クロージャ板を通過し、最後に投影対物レンズ１０の像平面１４に到達する。

レンズ５とレンズ６の間に中間像平面Ｅ２が存在しており、また、レンズ１３には別のひとみ平面Ｅ３が存在している。２つのひとみ平面Ｅ１、Ｅ３と中間像平面Ｅ２は、投影対物レンズ１０全体を合計４つのセクションＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４に再分割しており、レンズＬ２、Ｌ３、Ｌ４は、投影光が透過する方向に応じてセクションＡ１とセクションＡ２の両方に結合されている。

ひとみ平面Ｅ１、Ｅ３と中間像平面Ｅ２は、それぞれ、画像を反転させる特性、つまりシステムの結像を反転させる特性を有している。これについては、ひとみ平面Ｅ１に関連して、視野ポイントＦＰ１を起点とする主光線１８の例を参照して説明する。主光線１８は、セクションＡ１では、つまり結像ミラーＳで反射する前は、光軸１６より下側でレンズＬ２を通過し、一方、結像ミラーＳで反射した後は、光軸１６より上側で同じレンズＬ２を通過する。つまり光軸１６より下側でレンズＬ２を通過した主光線１８は、結像ミラーＳで点反射する。

ひとみ平面Ｅ１を介した結像の反転は、中間像平面Ｅ２に生成される、物体平面１２の対象（視野ポイントＦＰ１、ＦＰ２）に対して反転されている中間画像２０の位置でも見ることができる。

もう１つのひとみ平面Ｅ３と中間像平面Ｅ２にも同様の考察が適用される。

ここで、レンズＬ２はその表面Ｆ５（これらは、投影対物レンズ１０を通して連続番号が振られている）に、２２で示す、上で説明したように光軸１６に対して回転対称である必要はない摂動を有していると仮定する。この摂動の原因は、たとえば形状誤差によるものであり、あるいはレンズ材料の屈折率の不均質性によるものである。

摂動２２による影響は、摂動２２を通過するすべての光波が望ましくない方法で変形することである。このコンテキストにおいては、光波は、物体平面１２のすべての視野ポイントを起点としていることに留意されたい。これらの光波のうちの１つの波面が変形することになるかどうか、また、変形する場合、その変形に至る過程は、通常、関連する光波の起点となる視野ポイントによって決まる。とりわけひとみ平面外の摂動の場合、一般的には偶数個の視野ポイントが存在しており、これらの視野ポイントを起点とする光波は、摂動を通過しないため、摂動の影響を全く受けない。

理想的な波面には球面波が存在しているため、出口ひとみの波面変形を説明することが最も分かり易い。波面変形を記述する場合、いわゆるＺｅｒｎｉｋｅ多項式Ｚ_rがしばしば使用される。このＺｅｒｎｉｋｅ多項式Ｚ_rは、単位円内で直交する極座標で一般に表される関数系である。この場合、無限次元ベクトル空間のベクトルとして波面変形を表すことができ、ベクトルの基底がＺｅｒｎｉｋｅ多項式によって張られる。このコンテキストにおいては、波面変形は、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式Ｚ_rに展開された波面変形として参照されることもある。この展開式の係数は、前述のベクトルの成分である。

この場合の最初の仮定として摂動２２の位置が分かっている場合、個々の視野ポイントを起点とする光波に対して、個々の光波の波面が摂動２２によって変形するかどうかを決定することができ、また、変形する場合、その変形の過程を決定することができる。たとえばＺｅｒｎｉｋｅ多項式Ｚ_rを使用して、視野ポイントと結合した波面変形を記述することができる。逆に、記述した波面変形から、単一のＺｅｒｎｉｋｅ多項式Ｚ_rによって定義される特定の波面変形が個々の視野ポイント全体に分布する過程を決定することも可能である。たとえばＺｅｒｎｉｋｅ多項式Ｚ₂によって記述される波面の傾斜は、たとえば視野ポイントが光軸から遠ざかるほど、それに比例して大きくなる。

また、摂動による波面変形の視野依存性も、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式Ｚ_rによって同様に記述することができる。そのため、波面変形は、視野座標の中で展開した波面変形として参照されることもある。

図２〜４は、

で与えられるＺｅｒｎｉｋｅ多項式Ｚ₅、Ｚ₉およびＺ₈をそれぞれ三次元描写で示したものである。

この場合の半径座標ｒは、半径座標、つまり光軸からの距離を表し、θは方位角を表している。

図２に示すＺｅｒｎｉｋｅ多項式Ｚ₅（ｒ、θ）は、光軸上の点反射に対して偶関数である。座標変換
θ→θ＋１８０°および
ｒ→ｒ
によって記述されるこのような点反射の場合、次の式が適用される。
Ｚ_r（ｒ、θ）＝Ｚ_r（ｒ、θ＋１８０°）

方位角θには無関係であるため、図３に示すＺｅｒｎｉｋｅ多項式Ｚ₉（ｒ、θ）も同様に点反射に対して偶関数である。

しかしながら、図４に示すＺｅｒｎｉｋｅ多項式Ｚ₈（ｒ、θ）は、
Ｚ₈（ｒ、θ）＝−Ｚ₈（ｒ、θ＋１８０°）
であるため、このような点反射に対して奇関数である。

ここで、分かり易くするために、点反射に対して偶関数であるＺｅｒｎｉｋｅ多項式Ｚ₅のみを使用して波面変形の視野依存性を記述することができると仮定すると、このような視野依存性は、ひとみ平面Ｅ１、Ｅ３または中間像平面Ｅ２を通過することによる画像反転によっては変化しないことが分かる。同じく偶関数であるＺｅｒｎｉｋｅ多項式Ｚ₉によって記述されるため、図３に示す回転対称波面変形についても同様の考察が適用される。

しかしながら、奇Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式、たとえば図４に示すＺｅｒｎｉｋｅ多項式Ｚ₈のみを使用して波面変形の視野依存性を記述することができる場合は状況が異なる。このような場合、ひとみ平面Ｅ１、Ｅ３または中間像平面Ｅ２における画像反転の視野依存性に対する影響は、このような平面の前後でもはや同じではない。

レンズＬ２上の摂動２２を複数の他の光エレメントのうちの１つの光活性表面を再処理することによって補償しなければならない場合、ひとみ平面Ｅ１、Ｅ３または中間像平面Ｅ２を光波が通過する際の視野依存性の上記異なる対称特性によって、広範囲にわたる様々な結果がもたらされる。これは、波面変形の視野依存性を記述することができるのは、通常、偶Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式と奇Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の組合せによってのみであるため、これらの多項式に割り当てられる視野依存性の成分が、ひとみ平面Ｅ１、Ｅ３または中間像平面Ｅ２を通過する際に異なる方法で変換されることによるものである。

これは、摂動２２が存在しているセクションＡ１に隣接するセクションＡ２には、通常、適切な再処理によって視野依存性の奇数成分を除去することができる光活性表面を備えた光エレメントが存在していないことを意味している。このセクションＡ２内での単一の光活性表面による摂動補償が首尾良く成功するのは、視野依存性の偶数成分に対してのみである。

しかしながら、その隣のセクションＡ３では、ひとみ平面Ｅ１と中間像平面Ｅ２によって生じる画像反転が互いにバランスしていないため、単一の光活性表面を再処理することによってセクションＡ１の摂動２２を再び実質的に補償することができる。

シミュレーションを使用して、対応する表面がセクションＡ１〜Ａ４のうちのどのセクションに存在するかによって異なる光活性表面の修正能力が立証された。表１は、残留している残留誤差をＲＭＳ（実効値）で示し、また、異なるセクションＡ１〜Ａ４における、適切に再処理された表面Ｆ_iの修正能力を百分率で示したものである。この事例では、シミュレーションは、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式Ｚ₁₃によってレンズＬ２上の摂動２２を記述することができる、という仮定に基づいている。

この表から、明らかに、摂動２２による結像誤差を適切な再処理によって実質的に小さくすることができるのは、同じセクションＡ１と直ぐ隣のセクションを除く隣のセクションＡ３にそれぞれ存在している表面Ｆ６、Ｆ２４のみであり、したがってこれらの表面が大きな修正能力を有していることが分かる。これらの修正能力と比較すると、それぞれセクションＡ２、Ａ４に存在している、同じく従来の修正表面構成と見なすことができる表面Ｆ１６、Ｆ４６の修正能力は極めて低い。

以上の説明では、位置が分かっている摂動２２が１つだけ存在することが仮定された。しかしながら、通常、波面変形は、複数の、その上、位置を突きとめることができないか、あるいは位置を突きとめるには少なくとも相当の経費がかかる摂動によってもたらされる。これは、通常、単一の再処理表面によっては波面変形を修正することができないことを意味している。セクションＡ１とＡ３の間に存在しているセクションＡ２の摂動は、通常、この波面変形には何ら寄与しないため、たとえばセクションＡ１に存在している１つの表面と、セクションＡ３に存在しているもう１つの表面を再処理することによって波面変形を補償することができる。

以上の考察から、未知の摂動を効果的に修正することができるのは、通常、連続する少なくとも２つのセクション、または偶数個の他のセクションが間に存在する２つのセクションの表面を再処理することによってのみである、と言える。この例示的実施形態の場合、この２つのセクションは、Ａ１とＡ２の組合せ、Ａ２とＡ３の組合せ、Ａ３とＡ４の組合せ、およびＡ１とＡ４の組合せである。

上で説明した手段を使用した場合、修正することができるのは、視野ポイント毎に変化する波面変形の成分のみである。波面変形の視野非依存成分（オフセット）、つまりすべての視野ポイントに共通の成分は、セクションＡ１〜Ａ４の表面の局部的な再処理によっては修正することはできないが、ひとみ平面Ｅ１、Ｅ３のいずれか一方またはその近傍に存在する表面を再処理することによってのみ修正することができる。波面変形は、視野依存成分だけではなく、このようなオフセット成分を有していることがしばしばあるため、ほぼすべての一般的なタイプの波面変形を少なくとも大まかに修正することができるようにするためには、２つの表面のみではなく、３つの表面を再処理しなければならない。

本発明による投影対物レンズを逐次描写で示す図である。 偶数波面変形を三次元描写で示す図である。 方位角に無関係の偶数波面変形を三次元描写で示す図である。 奇数波面変形を三次元描写で示す図である。

Claims (6)

1. ひとみ平面（Ｅ１、Ｅ３）または中間像平面（Ｅ２）によって互いに分離された、Ｎ≧２である投影対物レンズ（１０）の連続セクションＡ₁〜Ａ_Nに配置された複数の光エレメント（Ｐ、Ｓ、Ｌ１〜Ｌ８、Ｌ１３、Ｌ１９）を備えた、マイクロリソグラフィ投影露光装置の投影対物レンズであって、
   波面変形を修正するために、少なくとも２つの光エレメントが、それぞれ、局部的に非球面再処理された光活性表面を有し、第１の光エレメントが、ｊ＝１．．．Ｎである１つのセクションＡ_jに配置され、第２の光エレメントが、ｋ＝１．．．Ｎである他のセクションＡ_kに配置され、絶対値の差｜ｋ−ｊ｜が奇数であることを特徴とする投影対物レンズ。
2. ひとみ平面（Ｅ１、Ｅ３）またはその近傍に配置された、同じく、局部的に非球面再処理された光活性表面を有する第３の光エレメントを特徴とする請求項１に記載の投影対物レンズ。
3. 前記局部再処理が、光軸に対して回転対称ではないことを特徴とする請求項１または２に記載の投影対物レンズ。
4. 局部材料浸食によって前記再処理が実行されることを特徴とする前記請求項のうちの一項に記載の投影対物レンズ。
5. 前記局部材料浸食の量が５００ｎｍ未満、好ましくは２００ｎｍ未満であることを特徴とする請求項４に記載の投影対物レンズ。
6. 前記波面変形が、前記複数の光エレメントのうちの１つの形状誤差または屈折率不均質によって生じることを特徴とする前記請求項のうちの一項に記載の投影対物レンズ。

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