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JPH11249313A - 環状面縮小投影光学系 - Google Patents

環状面縮小投影光学系

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Publication number
JPH11249313A
JPH11249313A JP10264937A JP26493798A JPH11249313A JP H11249313 A JPH11249313 A JP H11249313A JP 10264937 A JP10264937 A JP 10264937A JP 26493798 A JP26493798 A JP 26493798A JP H11249313 A JPH11249313 A JP H11249313A
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convex mirror
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JP10264937A
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SVG Lithography Systems Inc
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    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極紫外線波長領域に使用される長共役点およ
び短共役点を有している環状面縮小投影光学系におい
て、スループットを改善するために適った結像が行われ
る比較的大きな像面を有する投影光学系を提供する。 【解決手段】 長共役点から短共役点に向かって凸から
凹へと交番する複数の曲面鏡が設けられており、これに
よりアーチ状の像面が形成されるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、ホトリソ
グラフィーまたはマイクロリソグラフィーを使用する半
導体製造に関わり、一層特定すれば、例えば１１ないし
１３ｎｍの極紫外線波長領域において使用されるための
光学投影系に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスは通例、回路パターンを
含んでいるレチクルの像を光に感応するレジストが被膜
されているウェハ上に投影することによって製造され
る。回路エレメントのパターンサイズが小さくなると、
光に感応するレジストが被膜されているウェハを露光す
るために使用される光または電磁放射の一層小さいまた
は一層短い波長を使用したいという要求がある。しか
し、極紫外線および軟Ｘ線領域にある電磁放射の要求さ
れる短い波長で光に感応するサブストレート上にレチク
ルの像を投影するための光学設計の開発には数多くの困
難がある。この種の光学投影系は米国特許第５３５３３
２２号明細書（“Lens Systems For X-Ray Projection
Lithography Camera”，Bruning et al, １９９４年１
０月４日）に開示されている。ここでは、Ｘ線波長でウ
ェハ上にマスクを結像するために使用されるスリー・ミ
ラー投影系が記載されている。１つの座標としての凸面
鏡の倍率と、別の座標としてのこの凸面鏡の光学的に反
対側にある凹面鏡対の倍率の比とによって定義される２
次元の倍率空間の領域内で最適な解決法を提供する方法
論も記載されている。像から物体端部に向かって、凹面
鏡、凸面鏡および凹面鏡を有している光学系が開示され
ている。この米国特許明細書では殊に、別のツー・ミラ
ー系およびフォー・ミラー系とは対してスリー・ミラー
系の使用が推奨されている。この光学系により、比較的
大きな面にわたって小さな残留収差が実現される一方、
使用し得る開口絞りがない。付加的に、有効開口数、従
って環状面の周辺の像ザイズが微妙に変動する可能性が
あるという欠点がある。別の投影光学系が、米国特許第
５３１５６２９号明細書（“Ring Field Lithograph
y”，Jewell et al, １９９４年５月２４日）に開示さ
れている。ここでは、少なくとも０．５ｍｍの比較的大
きなスリット幅を有している、Ｘ線放射に使用される環
状面投影装置が開示されている。折り畳み式鏡も示され
いて、投影光学系をマスクとウェハとの間に配置できる
ようにしている。ここには、レチクルまたは物体からウ
ェハまたは像に向かって、凹面鏡、凸面鏡、凹面鏡およ
び凸面鏡の鏡配置形態または配置列が開示されている。
この明細書には、明確な形での形態ではテレセントリッ
クな要求に答えることができないことがわかったことを
示して、第１の負または凸レンズを使用することは望ま
しくないことが示唆されている。従来の投影光学系が数
多くの用途に適していることは実証されているが、設計
上の妥協的解決がつきもので、この場合はすべての用途
において最適な解決法を提供することはできない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】それ故に、スループッ
トを改善するために適った結像が行われる比較的大きな
像面を有する極紫外線（ＥＵＶ）または軟Ｘ線波長領域
において使用することができる投影光学系に対する要求
がある。像面が適当なアスペクト比を有していることも
望まれる。これにより、大きなアスペクト比を有する狭
いスリットに比べて照明の均一性を提供するという困難
が低減される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、１１ないし１
３ｎｍ領域にある波長を含んでいる極紫外線または軟Ｘ
線の波長で使用されるように設計されている全反射環状
面投影光学系に関する。本発明は、長共役点から短共役
点まで縮小を行う複数の曲面鏡から成っている。長共役
点から短共役点に致る鏡の順序または列は、負の倍率の
第１の凸面鏡、正の倍率の第１の凹面鏡、負の倍率の第
２の凸面鏡、正の倍率の第２の凹面鏡である。複数の曲
面鏡は、開口絞りが第３の鏡、即ち負の第２の凸面鏡に
またはその近傍に一致するように配置されている。各鏡
の反射面は、長共役点と短共役点との間の全体の距離の
２５％より大きい距離だけスペースまたは間隔をとられ
ている。
【０００５】従って、本発明の目的の１つは、比較的大
きな像面サイズを有している投影光学系を提供すること
である。
【０００６】本発明の別の目的は、使用可能な開口絞り
を提供することである。
【０００７】
【発明の効果】開口絞りに可変の虹彩を利用することが
できることは本発明の利点である。
【０００８】物体および像位置がスキャンを容易にする
ように配置または位置決めされていることは本発明の別
の利点である。
【０００９】０．０５μ程度の小さなパターンサイズを
プリントすることができかつ２ｍｍのスロット幅を有し
ていることは本発明の利点である。
【００１０】長共役点から短共役点までの第１の鏡が負
の倍率の凸面鏡であることは本発明の特長である。
【００１１】鏡に衝突する光ビームの角度変動を最小限
にするために、それぞれの鏡が相互に離されて間隔をお
いて配置されていることは本発明の別の特長である。
【００１２】上述したおよび別の課題、利点および特徴
は以下の詳細な説明から容易にわかる。
【００１３】
【実施例】次に本発明を図示の実施例につき図面を用い
て詳細に説明する。
【００１４】図１には、本発明の１つの実施例が略示さ
れている。極紫外線、例えば１１ないし１２ｎｍの領域
にある所望の波長の電磁放射を生成することができるい
ずれかの照明源であってよい照明源１３が設けられてい
る。照明源１３は所望の照明プロファイルおよび光度を
生成することができる。従って、例えば、半径方向の幅
のような１つのディメンジョンに沿って均一ではなく、
かつタンジェントフィールド方向におけるような別のデ
ィメンジョンに沿ってまたはアークの長さに沿って均一
である光度分布はケーラー照明（Kohler illuminatio
n）または均一な光度分布を生成するために使用するこ
とができる。照明源１３からの電磁放射はレチクル１０
によって受光される。レチクル１０は有利には、半導体
デバイスの製造のために使用される、その上に前以て決
められたラインパターンを有しているレチクルである。
レチクル１０は、図示されているような反射型のものま
たは透過型のものであってよい。レチクル１０は、縮小
光学系の長共役点に配置されている。レチクル１０から
反射された電磁放射は第１の凸面鏡Ｍ１によって集光さ
れる。レチクル１０からの電磁放射の光線１１は発散す
る。第１の凸面鏡Ｍ１は負の倍率を持っておりかつ凸面
鏡Ｍ１から反射された電磁放射の光線１２が再び発散す
るようにする。凸面鏡Ｍ１から反射された電磁放射の光
線１２は凹面鏡Ｍ２によって集光される。凹面鏡Ｍ２は
正の倍率を持っていて、そこから反射された電磁放射の
光線１４が収束するようにする。凹面鏡Ｍ２から反射さ
れた電磁放射の光線１４は凸面鏡Ｍ３によって集光され
る。凸面鏡Ｍ３の表面にまたはその近傍に開口絞り２２
が形成されている。凸面鏡Ｍ３は負の倍率を持っている
ので、そこから反射された電磁放射の光線１６が発散す
るようにする。凸面鏡Ｍ３から反射された電磁放射の光
線１６は凹面鏡Ｍ４によって集光される。凹面鏡Ｍ４か
ら反射された電磁放射の光線１８は、像平面にあるウェ
ハ２０に結像される。ウェハ２０は、縮小光学系の短共
役点に配置されている。鏡Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３およびＭ４
は１つの共通の光軸ＯＡを有している。光線１１，１
２，１４，１６および１８は、光学系における電磁放射
の光路を形成している。鏡Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３およびＭ４
は有利には、相互に間隔をおいて配置されている。この
ことは、鏡Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３およびＭ４を打撃する光ビ
ームまたは光線１１，１２，１４，１６および１８の角
度変動を低減するという利点を有している。これによ
り、極紫外波長（ＥＵＶ）に対して普通使用される周知
の反射性被膜が角度に敏感であるので、系の性能が改善
される。付加的に、これにより、レチクル１０とウェハ
２０の距離の一定とした場合、一層大きな環状の像面半
径が実現される。それ故に次の距離が有利である。レチ
クル１０と鏡Ｍ１の反射面との間の距離はレチクル１０
とウェハ２０との間の距離の８０％より大きい。鏡Ｍ１
およびＭ２の反射面間の距離はレチクル１０とウェハ２
０との間の距離の７０％より大きい。鏡Ｍ２およびＭ３
の反射面間の距離はレチクル１０とウェハ２０との間の
距離の５０％より大きい。鏡Ｍ３およびＭ４の反射面間
の距離はレチクル１０とウェハ２０との間の距離の２５
％より大きい。鏡Ｍ４の反射面とウェハとの間の距離は
レチクル１０とウェハ２０との間の距離の５０％より大
きい。
【００１５】有利な構成形態において、図１に示されて
いる光学系は、次の表１および１Ａの構成データに従っ
て形成されているとよい。構成データは、当業者にはダ
ミーと称される番号付けられていないいくつかの表面を
含んでおりかつ通例、鏡に隣接する光ビーム路を制御す
るために設計上必要とされる。番号付けられていない表
面は除去することができるが、これらの前および後ろの
厚さまたは距離が付加されることになるので、鏡の間の
厚さまたは距離は同じに留まる。
【００１６】
【表３】
【００１７】非球面定数は、次式および表１Ａに従って
設定されている：
【００１８】
【表４】
【００１９】表１および表１Ａの構成データに従って構
成されている、本発明の光学投影系は、０．１に等しい
最大開口数および４対１の縮小比を有している。この投
影系を使用するステップ・アンド・スキャン式のホトリ
ソグラフィー系は、ウェハにおける５０ｍｍ×２ｍｍま
でのその時存在する環状の像面にわたって０．０５μ程
度の小さなパターンをプリントすることができるもので
ある。この像面は、少なくとも５０×５０ｍｍのウェハ
上の１つの面をカバーするようにスキャンされることが
でき、これにより現在の深紫外線（Ｄｅｅｐ ＵＶ）、
１９３ないし２４８ｎｍのホトリソグラフィー系につい
て回路パターン密度および複雑さを極めて著しく高める
ことができるようになる。比較的大きな像面によりスル
ープットが著しく高められかつこれにより本発明を使用
する系の効率が高められる。本発明の投影光学系は比較
的コンパクトでもあり、９００ｍｍより短い、レチクル
・ウェハ間距離を有している。
【００２０】図２には、本発明によって形成される像面
が略示されている。画面サイズ２４は、近似的に２ｍｍ
のラテラル方向の寸法および約５０ｍｍの長手方向の寸
法を有しているアーチ形のスリットである。像面２４は
普通、矢印２６の方向にスキャンされる。アーチ形また
は環状のスリットはそれぞれ４９および５１ｍｍの半径
を有している同心円の部分から形成されている。ウェハ
において残留設計収差は、回折制限結像に対するマーシ
ャルの判断基準（Marechal criterion）、即ち、１１ｎ
ｍの波長における０．０７ ｗａｖｅｓ ｒ．ｍ．ｓ．よ
り小さい。この系は、収差補正環の中心１．５ｍｍにわ
たって照明することになり、この場合光度分布は中心５
０ｎｍの面半径および、面半径方向において続く点源の
中心の近傍にある。これはいわゆるクリチカル照明であ
る。ケーラー照明、均一光度分布は面の接線方向に現れ
る。この系はウェハにおいてはテレセントリックである
が、レチクルにおいてはそうではない。これにより、当
業者にはよく知られているような、スペクトル反射レチ
クルの斜照明が実現される。
【００２１】第３の鏡と一致する開口絞りとの組み合わ
せにおける凸、凹、凸そして凹という独自の鏡の列を使
用することによって、本発明は、比較的大きい環状の像
面を有する可能な限りの非常に効率のよい投影光学系を
提供するものである。この結果スループット、ひいては
製造効率が改善されることになる。従って、本発明によ
り、マイクロリソグラフィーまたはホトリソグラフィ
ー、特にスキャン式リソグラフィー系に使用される縮小
投影光学系の形式が革新される。
【００２２】図３には、本発明の投影光学系を使用した
マイクロリソグラフィーが略示されている。照明系３０
が透明なレチクル３２を照明する。本発明による投影光
学系３４が、レチクル３２の像を、光感応レジストが被
膜されているサブストレートまたはウェハ３６上に投影
する。その都度の時点ではレチクル３２の像の一部のみ
がウェハ３６上に投影される。投影光学系３４の像面は
レチクル３２またはウェハ３６より小さく、ウェハ３６
全体はレチクルおよびウェハをスキャンすることによっ
て露光される。レチクルステージ３８もウェハステージ
４０も同期されて移動する。しかし、光学系は縮小を行
うので、レチクルステージ３８はウェハステージ４０と
は異なった速度で移動する。速度の差異は、縮小率に比
例している。制御部４２はレチクルステージ３８および
ウェハステージ４０の運動を制御する。
【００２３】有利な実施例を示しかつ説明してきたが、
本発明の思想および範囲を逸脱しない限り、種々の変形
が可能であることは当業者には自明のことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投影光学系の概略図である。
【図２】本発明によって形成される環状部分またはアー
チ状の像面の平面図である。
【図３】スキャン式マイクロリソグラフィー装置に本発
明を使用した場合の全体の概略図である。
【符号の説明】
１０，３２ レチクル、 １３，３０ 照明源、 ２
０，３６ ウェハ、 ２２ 開口絞り、 ２４ 像面、
３４ 投影光学系、 ４２ 制御部、 Ｍ１第１の凸
面鏡、 Ｍ２ 第１の凹面鏡、 Ｍ３ 第２の凸面鏡、
Ｍ４ 第２の凹面鏡

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 極紫外線波長領域において使用される長
    共役点および短共役点を有している環状面縮小投影光学
    系において、長共役点から短共役点に向かって凸から凹
    へと交番する複数の曲面鏡が設けられており、これによ
    りアーチ状の像面が形成されるようにしたことを特徴と
    する環状面縮小投影光学系。
  2. 【請求項２】 前記アーチ状の像面は少なくとも０．１
    μの解像度および２ｍｍの半径方向幅並びに実質的に５
    ０ｍｍの長手方向の長さを有している請求項１記載の環
    状面縮小投影光学系。
  3. 【請求項３】 前記複数の曲面鏡は非球面体である請求
    項１記載の環状面縮小投影光学系。
  4. 【請求項４】 前記複数の曲面鏡は４対１の縮小比を実
    現する請求項３記載の環状面縮小投影光学系。
  5. 【請求項５】 長共役点から短共役点に向かって１つの
    光軸および１つの光路を有している環状面縮小投影光学
    系において、第１の凸面鏡、第１の凹面鏡、第２の凸面
    鏡および第２の凹面鏡が設けられており、これらの鏡
    は、電磁放射が、前記第１の凸面鏡から第１の凹面鏡、
    更に第２の凸面鏡および第２の凹面鏡へ前記光路に沿っ
    て反射されるように配置されており、これによりアーチ
    状の像面が形成されるようにしたことを特徴とする環状
    面縮小投影光学系。
  6. 【請求項６】 前記第１の凹面鏡は、前記長共役点と前
    記第２の凹面鏡との間に前記光軸に沿って配置されてい
    る請求項５記載の環状面縮小投影光学系。
  7. 【請求項７】 前記第２の凸面鏡は、前記第２の凹面鏡
    と前記第１の凸面鏡の間でかつ前記第２の凹面鏡に隣接
    して前記光軸に沿って配置されている請求項５記載の環
    状面縮小投影光学系。
  8. 【請求項８】 前記開口絞りは前記第２の凸面鏡の近傍
    に形成されている請求項５記載の環状面縮小投影光学
    系。
  9. 【請求項９】 前記第１の凸面鏡は、前記長共役点と前
    記短共役点との間の前記光軸に沿って発散する電磁放射
    線を形成する請求項５記載の環状面縮小投影光学系。
  10. 【請求項１０】 前記第１の凹面鏡は、前記長共役点と
    前記短共役点との間の前記光軸に沿って収束する電磁放
    射線を形成する請求項９記載の環状面縮小投影光学系。
  11. 【請求項１１】 長共役点から短共役点に向かって１つ
    の光路に沿った、環状面縮小投影光学系において、第１
    の凸面鏡（Ｍ１）、第１の凹面鏡（Ｍ２）、第２の凸面
    鏡（Ｍ３）および第２の凹面鏡（Ｍ４）が設けられてお
    り、これらの鏡は、電磁放射が、前記第１の凸面鏡から
    第１の凹面鏡、更に第２の凸面鏡および第２の凹面鏡へ
    反射されるように配置されており、かつ光軸（ＯＡ）に
    沿った位置決めは、前記第１の凸面鏡（Ｍ１）が、前記
    短共役点と前記第２の凸面鏡（Ｍ３）との間に配置さ
    れ、第１の凹面鏡（Ｍ２）が、前記長共役点と前記第２
    の凹面鏡（Ｍ４）との間に配置されているようにであ
    り、かつ前記第２の凸面鏡（Ｍ３）は前記第１の凸面鏡
    （Ｍ１）と前記第２の凹面鏡（Ｍ４）との間に配置され
    ており、かつ該第２の凹面鏡（Ｍ４）は第１の凹面鏡
    （Ｍ２）と前記第２の凸面鏡（Ｍ３）との間に配置され
    ており、これによりアーチ状の像面が形成されるように
    したことを特徴とする環状面縮小投影光学系。
  12. 【請求項１２】 前記第１の凸面鏡（Ｍ１）、前記第１
    の凹面鏡（Ｍ２）、前記第２の凸面鏡（Ｍ３）および前
    記第２の凹面鏡（Ｍ４）は非球面の反射面を有している
    請求項１１記載の環状面縮小投影光学系。
  13. 【請求項１３】 前記アーチ状の像面は少なくとも０．
    １μの解像度および２ｍｍの半径方向幅並びに実質的に
    ５０ｍｍの長手方向の長さを有している請求項１１記載
    の環状面縮小投影光学系。
  14. 【請求項１４】 半導体デバイスの製造に使用される環
    状面縮小投影光学系において、長共役点から短共役点に
    向かって、電磁放射を受光するように位置決めされてい
    る負の倍率の第１凸面鏡を備え、該負の倍率の第１凸面
    鏡から反射される電磁放射は発散光線を形成し、前記負
    の倍率の第１凸面鏡から反射される電磁放射を受光する
    ように位置決めされている正の倍率の第１凹面鏡を備
    え、該正の倍率の第１凹面鏡から反射される電磁放射は
    収束光線を形成し、前記正の倍率の第１凹面鏡から反射
    される電磁放射を受光するように位置決めされている負
    の倍率の第２凸面鏡を備え、該負の倍率の第２凸面鏡か
    ら反射される電磁放射は発散光線を形成し、前記負の倍
    率の第２凸面鏡から反射される電磁放射を受光するよう
    に位置決めされている正の倍率の第２凹面鏡を備え、該
    正の倍率の第２凹面鏡から反射される電磁放射は、少な
    くとも０．１μの解像度および２ｍｍの半径方向の幅お
    よび実質的に５０ｍｍの長手方向の長さを有しているア
    ーチ状の像面を形成することを特徴とする環状面縮小投
    影光学系。
  15. 【請求項１５】 １つの光軸、１つの光路および長共役
    点から短共役点への長さを有している、環状面縮小投影
    光学系において、第１の凸面鏡、第１の凹面鏡、第２の
    凸面鏡および第２の凹面鏡を有しており、これらの鏡
    は、電磁放射が前記第１の凸面鏡から前記第１の凹面鏡
    に、そこから第２の凸面鏡に、そこから第２の凹面鏡に
    前記光軸に沿って反射され、かつ前記光軸に沿った前記
    光路の方向における前記鏡の反射面のそれぞれの間の距
    離が長共役点から短共役点までの長さの２５％より大き
    いように配置されており、これによりアーチ状の像面が
    形成されるようしたことを特徴とする環状面縮小投影光
    学系。
  16. 【請求項１６】 １つの光軸、１つの光路および長共役
    点から短共役点まで長さを有している環状面縮小投影光
    学系において、長共役点から光路の方向において前記長
    さの８０％より大きい第１の距離の所に位置決めされて
    いる第１の凸面鏡を備え、該第１の凸面鏡から光路の方
    向において前記長さの７０％より大きい第２の距離の所
    に位置決めされている第１の凹面鏡を備え、該第１の凹
    面鏡から光路の方向において前記長さの５０％より大き
    い第３の距離の所に位置決めされている第２の凸面鏡を
    備え、かつ該第２の凸面鏡から光路の方向において前記
    長さの２５％より大きい第４の距離の所に位置決めされ
    ている第２の凹面鏡を備え、これら鏡は、電磁放射が前
    記光軸に沿って前記第１の凸面鏡から前記第１の凹面鏡
    へ、そこから第２の凸面鏡へかつそこから第２の凹面鏡
    へ反射されるように配置されていて、前記短共役点でア
    ーク状の像面が形成されるようにしたことを特徴とする
    環状面縮小投影光学系。
  17. 【請求項１７】 前記第２の凹面鏡は、前記短共役点か
    ら前記長さの５０％より大きい第５の距離の所に位置決
    めされている請求項１６記載の環状面縮小投影光学系。
  18. 【請求項１８】 環状面縮小投影光学系であって、長共
    役点から短共役点へ：第１の凸面鏡、第１の凹面鏡、第
    ２の凸面鏡および第２の凹面鏡を有しており、これらの
    鏡は、電磁放射が前記第１の凸面鏡から前記第１の凹面
    鏡へ、そこから第２の凸面鏡へかつそこから第２の凹面
    鏡へ反射されるように配置されておりかつ次の構成デー
    タに従って構成されている： 【表１】 ただし前記非球面定数Ａ（１），Ａ（２），Ａ（３）お
    よびＡ（４）は次のように設定されており： 【表２】 これによりアーチ状の像面が形成されるようにしたこと
    を特徴とする環状面縮小投影光学系。
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