特許 7502992 投影リソグラフィ用の照明光学デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-11

(45)【発行日】2024-06-19

(54)【発明の名称】投影リソグラフィ用の照明光学デバイス

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20240612BHJP

   G02B 19/00 20060101ALI20240612BHJP

   G02B 5/02 20060101ALI20240612BHJP

【ＦＩ】

G03F7/20 502

G03F7/20 521

G02B19/00

G02B5/02 B

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020540431

(86)(22)【出願日】2019-01-03

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-05-06

(86)【国際出願番号】 EP2019050058

(87)【国際公開番号】W WO2019145127

(87)【国際公開日】2019-08-01

【審査請求日】2021-12-28

(31)【優先権主張番号】102018201009.9

(32)【優先日】2018-01-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】503263355

【氏名又は名称】カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(74)【代理人】

【識別番号】100158469

【弁理士】

【氏名又は名称】大浦 博司

(72)【発明者】

【氏名】ビーリング スティグ

(72)【発明者】

【氏名】デギュンター マルクス

【審査官】今井 彰

(56)【参考文献】

【文献】特表２００６－５２６２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０２８５６４４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１８７５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０２８７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５２９２９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｆ７／２０－７／２４、９／００－９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体視野（３）を照明するための投影リソグラフィ用の照明光学ユニット（２）であって、
照明光（７）のための、端部側の入口エリア（１８）と、
前記照明光（７）のための、反対の端部側の出口エリア（２０）と
を備えた光学ロッド（１９）を備え、
前記光学ロッド（１９）は、複数の全内部反射によって、前記照明光（７）が前記光学ロッド（１９）の側壁で混合され均質化されるように設計され、
前記物体視野（３）を照明するときに照明角度分布の視野依存を補正するための少なくとも２つの補正エリア（３８；４０；４１，４２；４３）を備え、
前記少なくとも２つの補正エリア（３８；４０；４１，４２；４３）のうちの１つは、前記光学ロッド（１９）の前記出口エリア（２０）であり、前記少なくとも２つの補正エリア（３８；４０；４１，４２；４３）のうちの少なくとも１つは、前記光学ロッド（１９）の近くに配置された補正要素（３７）の構成部分であることを特徴とする、
照明光学ユニット。

【請求項2】

前記補正エリア（３８；４０；４１，４２；４３）は、前記物体視野（３）の物体平面（３３）と共役な平面の近くに配置されることを特徴とする、請求項１に記載の照明光学ユニット。

【請求項3】

前記補正要素（３７）の入口エリアは、補正エリア（４０；４１）として具体化されることを特徴とする、請求項１に記載の照明光学ユニット。

【請求項4】

前記補正要素（３７）の出口エリアは、補正エリア（３８；４２）として具体化されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の照明光学ユニット。

【請求項5】

前記補正要素（３７）を少なくとも１つのさらなる補正要素（４５）と交換するための補正要素交換ホルダ（４４）を特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の照明光学ユニット。

【請求項6】

駆動される補正要素交換のための前記補正要素交換ホルダ（４４）の交換ホルダドライブ（４６）を特徴とする、請求項５に記載の照明光学ユニット。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１項に記載の照明光学ユニット（２）を備え、前記物体視野（３）を像視野（３４）へ結像するための投影光学ユニット（３２）を備えた、光学システム。

【請求項8】

請求項７に記載の光学システムと、光源（５）とを備えた、照明システム。

【請求項9】

請求項８に記載の照明システムと、物体平面（３３）にレチクル（４）を保持するためのレチクルホルダと、前記物体視野（３）を像平面（３５）内の像視野（３４）に結像するための投影レンズ（３１ａ）とを備え、前記像平面内にウェーハ（３６）を保持するためのウェーハホルダを備えた、投影露光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本特許出願は、その内容が参照により本明細書に組み込まれる独国特許出願第１０ ２０１８ ２０１ ００９．９号の優先権を主張する。

【0002】

本発明は、投影リソグラフィ用の照明光学ユニットに関する。さらに、本発明は、そのような照明光学ユニットを含む光学システム、そのような光学システムを含む照明システム、およびそのような照明システムを含む投影露光装置に関する。

【背景技術】

【0003】

最初に述べたタイプの照明光学ユニットは、独国特許出願公開第１９５ ２０ ５６３号から知られている。さらなる照明光学ユニットは、国際公開第２００５／００６０７９号、国際公開第２００３／０４６６６３号、独国特許出願公開第１０ ２００７ ０５５ ４４３号、米国特許第７，２０９，２１８号、米国特許出願公開第２００３／００３８９３１号、米国特許第６，７０４，０９２号、国際公開第２００９／０２４ １６４号、および日本国特許出願公開第２００７／２７２４０号から知られている。

【発明の概要】

【0004】

本発明の目的は、最初に述べたタイプの照明光学ユニットを、物体視野への法線入射（垂直入射）から極端にずれた照明角度の照明角度分布の場合であっても、指定された照明角度分布の不要な視野依存が低減または完全に回避されるように開発することである。

【0005】

本発明によれば、この目的は、請求項１で特定された特徴を含む照明光学ユニットによって達成される。

【0006】

本発明によれば、光学ロッドの出口エリアの領域に光学補正エリアを使用することにより、照明角度分布の不要な視野依存を低減または少なくとも大幅に回避できることが認識された。補正エリアは屈折効果を有することができる。補正エリアの補正構造は、非球面方程式によって記述できる。補正構造は、２０μｍ、１０μｍ、８μｍ、または６μｍの最大矢状（サジタル）高さを有することができる。補正構造は、５μｍ／ｍｍ、３μｍ／ｍｍ、２μｍ／ｍｍ、または１．５μｍ／ｍｍの最大構造フランク（側面）勾配を有することができる。このような補正エリアにより、視野に依存する補正オプションが利用可能になり、補正オプションは、特に照明光学ユニットの結像収差によって引き起こされる可能性がある照明角度分布の不要な視野依存を軽減または大幅に回避できる。補正エリアは同時に、光学ロッドの出口エリアを示す。補正エリアのそのような実施形態は、補正エリアを有する追加の光学補正要素を回避する。

【0007】

請求項２に記載の補正エリアの近視野配置は、視野依存の補償または補正効果に特に適していることがわかった。国際公開第２００９／０２４ １６４号で定義されているパラメータＰが０．３以下である場合、照明光学ユニットの視野平面からの補正エリアの近視野配置が存在する。

【0008】

請求項４に記載の実施形態は、補正エリアによる補正によって達成可能な柔軟性を高める。

【0009】

請求項５および６に記載されている設計は、特に適切であることがわかった。

【0010】

上記の補正エリア配置オプションの組合せも可能である。

【0011】

請求項７に記載の交換ホルダは、特に、それぞれの補正エリアの補正効果の、所望の照明角度分布、すなわち、所望の照明設定への適合を容易にする。様々な補正要素間で変更する代わりに、特定の補正要素を、交換ホルダによって補正位置とニュートラル位置との間で伸縮させることもできるため、交換ホルダのどの補正要素も、交換ホルダの１つの作業位置において、光学的に効果的ではない。

【0012】

請求項８に記載の交換ホルダドライブは、自動化された補正要素の交換を容易にする。交換ホルダドライブは、照明光学ユニットの中央制御デバイスに信号接続することができる。

【0013】

請求項９に記載の光学システムの利点、請求項１０に記載の照明システムの利点、および請求項１１に記載の投影露光装置の利点は、本発明による照明光学ユニットを参照して上記で既に説明したものに対応する。光源は、ＤＵＶ（深紫外：ｄｅｅｐ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光源であり得る。

【0014】

特に、マイクロ構造化されたまたはナノ構造化された構成要素、特に、たとえばメモリチップのような半導体チップは、投影露光装置を使用して製造することができる。

【0015】

本発明の例示的な実施形態は、図面を参照して以下により詳細に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】子午断面におけるマイクロリソグラフィ投影露光装置の概略図である。

【図2】図１による投影露光装置の照明光学ユニットの光学ロッドの出口エリアの領域に配置され、物体視野を照明するときに照明角度分布の視野依存を補正するための補正エリアを有する補正要素の領域における追加の詳細を示す図１の拡大抜粋図である。

【図3】補正エリアの領域における図２の細部ＩＩＩの拡大抜粋図である。

【図4】照明光学ユニット内の図３による補正エリアの代わりに使用することができる補正エリアのさらなる実施形態の、図３による拡大抜粋図と同様の図である。

【図5】照明光学ユニット内の図３による補正エリアの代わりに使用することができる補正エリアのさらなる実施形態の、図３による拡大抜粋図と同様の図である。

【図6】図３～図５による補正エリアの代替として、または、それに加えて使用することができ、同時に光学ロッドの出口エリアを表す補正エリアで具体化される場合の、照明光学ユニットの光学ロッドのさらなる実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

マイクロリソグラフィ投影露光装置１は、物体の位置で、画定された照明および物体視野３を照明するための照明光学ユニット２と、マイクロ構造化された、すなわちマイクロエレクトロニクス半導体構成要素の製造のために投影されるテンプレートを表すレチクル４とを備えた照明システムを有する。レチクル４は、ここでは図示しないレチクルホルダにより保持される。

【0018】

照明システムの照明光の光源５としては、深紫外（ＤＵＶ）のレーザが使用される。これは、ＡｒＦエキシマレーザとすることができる。他のＤＵＶ源も可能である。

【0019】

ビーム拡大器６、たとえばＤＥ－Ａ ４１ ２４ ３１１から知られているミラー配置は、コヒーレンスを低減し、拡大された、コリメートされた照明光７のビームの矩形断面を生成するために使用される。

【0020】

第１の回折光学ラスタ要素（ＤＯＥ）８が、コンデンサ９の物体平面に配置される。コンデンサ９は、アキシコンペア１０と、正の焦点距離を有するレンズ要素１１とを含む。アキシコンペア１０のアキシコン要素の互いからの間隔と、レンズ要素１１の位置とは、図１の両矢印１３、１４によって示されるように、照明光学ユニット２の光軸１２に沿って調整可能である。したがって、コンデンサ９はズーム光学ユニットを表す。

【0021】

さらなる回折および／または屈折光学ラスタ要素（ＲＯＥ）１６は、コンデンサ９の出口瞳平面１５に配置される。ラスタ要素１６が回折の実施形態を有する限りにおいて、たとえば、コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）として具体化され得る。回折光学要素としての実施形態の代替として、または、それに加えて、ＲＯＥ１６は、たとえば、屈折光学ラスタ要素として、特にマイクロレンズアレイとして、屈折実施形態を有することができる。回折実施形態も可能であるが、ラスタ要素１６は、以下においてＲＯＥと示される。

【0022】

第１のＤＯＥ８を使用して、瞳平面１５内の定義された強度分布がＲＯＥ１６の場所に設定される。これにより、指定されたいわゆる照明設定、すなわち、物体視野３にわたり定義された照明角度分布が生成される。したがって、第１のＤＯＥ８は、物体視野３にわたる照明角度分布を指定するための照明角度指定要素を表す。

【0023】

ＲＯＥ１６の下流に配置された入力結合光学ユニット１７は、照明光をガラスロッド１９の形態の透明な光学ロッドの端部側の入口エリア１８に伝達する。ロッド１９は、ロッド１９の側壁での複数の内部反射によって照明光を混合し、均質化する。調整可能な視野絞りであるレチクルマスキングシステム（ＲＥＭＡ）２１が配置される中間視野平面は、入口エリア１８の反対側にあるロッド１９の端部側の出口エリア２０に直接配置される。物体視野３を照明するときの照明角度分布の視野依存を補正するための補正エリアは、光学ロッド１９の出口エリア２０の領域に配置され、前記補正エリアの例示的な実施形態は、特に、図２～図６と連携して以下にさらに説明される。

【0024】

ＲＯＥ１６は、照明ビーム７の断面形状を、ロッド１９の入口エリア１８の長方形形状に適合させるために使用される。したがって、ＲＯＥ１６は、物体視野３にわたる照明強度分布を指定するための照明強度指定要素としても機能する。

【0025】

コンデンサ２２は、ＲＥＭＡ２１の下流に配置される。複数の絞りまたはフィルタを備えた絞り交換ホルダ２４は、コンデンサ２２の出口瞳平面２３に配置することができ、前記複数の絞りまたはフィルタの２つの絞り２５、２６が図１に示されている。絞り交換ホルダ２４は、絞りカルーセルの形式で様々な絞りを有する。絞りを変更する目的で、カルーセルは、投影露光装置１の中央制御デバイス２８ａに信号接続されている駆動モータ２８の駆動シャフト２７の周りを駆動される。絞り交換ホルダ２４の絞りは、偶数の別個の絞りセクションに細分化される。絞りセクションは、照明光を完全に遮断する絞り、所定の割合で照明光を減衰させる減光フィルタ、または照明光を直線偏光する偏光フィルタであり得る。

【0026】

レンズ要素群２９、３０を備えたさらなるコンデンサは、ロッド１９の下流に配置された瞳平面２３の下流に移動される。照明光のための９０°偏向ミラー３１は、２つのレンズ要素群２９、３０の間に配置される。コンデンサ２２および２つのレンズ要素群２９、３０を有するさらなるコンデンサは、レンズ３１ａを形成し、これは、ＲＥＭＡ２１の中間視野平面をレチクル４上に結像する。瞳平面２３は、このレンズ３１ａの内部瞳平面を表す。

【0027】

投影レンズ３２は、物体平面３３にある物体視野３を、像平面３５の像視野３４に結像する。像視野３４は、露光されるウェーハ３６の表面の一部であり、照明光に敏感なコーティングが施されている。ウェーハ３６は、ここでは図示されていないウェーハホルダによって保持される。投影露光中、レチクル４とウェーハ３６は互いに同期して走査される。レチクル４のホルダとウェーハ３６のホルダの間欠的移動、いわゆるステッパ動作も可能である。

【0028】

偏向ミラー３１を除いて、投影露光装置１の様々なビーム案内またはビーム成形構成要素は、屈折構成要素として示される。ただし、これらは同様に反射屈折構成要素または反射構成要素であり得る。

【0029】

図２は、ロッド１９の出口エリア２０およびＲＥＭＡ視野絞り２１の領域における照明光学ユニット２の拡大抜粋図を示し、これは、さらなる詳細を説明する。

【0030】

光学補正要素３７は、出口エリア２０とＲＥＭＡ視野絞り２１との間の照明光７のビーム経路に配置される。

【0031】

図３は、補正要素３７の拡大抜粋図を示す。補正要素３７の出口エリアは、補正構造３９を有する光学補正エリア３８として具体化される。補正エリア３８は、物体視野３を照明する際の照明光７の照明角度分布の視野依存を補正するために使用される。補正エリア３８は、屈折効果を有することができる。補正構造３９は、２０μｍの最大矢状高さ、すなわち最適な参照エリアに関して、たとえば球面参照エリアに関して、最大振幅を有する。最大矢状高さは、１０μｍ、８μｍ、６μｍにすることもでき、さらに低くすることもできる。補正構造３９は、５μｍ／ｍｍの最大構造フランク勾配を有する。この最大勾配は、３μｍ／ｍｍ、２μｍ／ｍｍ、または１．５μｍ／ｍｍになる可能性があり、さらに低くなる可能性がある。

【0032】

ＲＥＭＡ視野絞り２１に近い配置のために、補正エリア３８は、物体視野３の物体平面３３と共役な平面の近くに配置される。

【0033】

照明光学ユニット２内の補正エリア３８の位置の視野近接を特徴付けるために、以下のパラメータＰを使用することができる。

【0034】

Ｐ（Ｍ）＝Ｄ（ＳＡ）／（Ｄ（ＳＡ）＋Ｄ（ＣＲ））

【0035】

ここで、
Ｄ（ＳＡ）は、補正エリア３８におけるサブ開口（ｓｕｂ－ａｐｅｒｔｕｒｅ）の直径であり、
Ｄ（ＣＲ）は、補正エリア３８の基準面（たとえば、対称面または子午面）で測定された、レンズ３１ａによって結像される物体視野３の主光線の最大間隔であり、
視野平面では、Ｄ（ＣＲ）は０と等しくなく、Ｄ（ＳＡ）＝０であるため、Ｐ＝０が適用され、
瞳平面では、Ｄ（ＣＲ）＝０であり、Ｄ（ＳＡ）は０と等しくないため、Ｐ＝１が適用される。

【0036】

光学補正エリア３８は、以下が当てはまるように配置される。Ｐ≦０．３、特に、Ｐ≦０．２；Ｐ≦０．１またはＰ≦０．０５。

【0037】

補正エリア３８の補正効果は、特に、物体視野３の垂直照明から大きく逸脱する照明角度、特に、たとえば、レンズ３１ａの物体側開口数によって制限される最大可能な照明角度から、２０％以下、または１０％以下逸脱する照明角度が発生する照明設定の場合に発生する。そのような極端な照明角度を特徴付けるパラメータσは、レンズ３１ａによって使用可能な瞳の最大直径と、現在使用されている照明設定で発生する最大の照明角度を有する照明ビームがそこから生じる瞳位置との間の比を表す。この場合のσ＝１は、実際に使用可能な瞳による最大可能な照明角度が使用されることを意味する。σ＝０は、物体視野３への純粋な法線入射を意味する。補正エリア３８の効果は、特に、σ≧０．８、特にσ≧０．９である照明設定の場合に有利である。ここで、補正構造３９は、σ≧０．８の領域の極端な照明角度の場合でさえも、望ましくない減衰なしに、照明光７の可能な最大の割合が、瞳平面２３内の開口絞り２５または２６を通過できるように具体化される。

【0038】

補正エリア３８は、特に、ＲＥＭＡ視野絞り２１の配置平面と、物体平面３３との間の結像時に発生する結像収差、たとえば、斜めの球面収差、コマ、および歪みタイプの結像収差を補正または補償することができる。これらの結像収差は、特に、結像のテレセントリック性および／または視野照明の均一性に望ましくない影響を与える可能性がある。

【0039】

これらの結像収差が未補正または未補償のままである場合、瞳平面２３の絞り２５、２６で照明光７の不要なトリミングが発生するが、このトリミングはそれぞれの視野点に依存しているため望ましくない。例として、双極照明の場合、コマ収差により、双極照明設定の２つの極のうちの一方は、１つの視野エッジで絞り２５または２６によって部分的にトリミングされるが、反対側の視野エッジでは、双極照明設定のうちの他方の極は、この絞り２５または２６によって部分的にトリミングされる。その結果、視野に依存するテレセントリック性の収差が発生する。

【0040】

斜めの球面収差のために、同様の効果が発生する。

【0041】

補正構造３９は、結果として、照明設定の視野依存傾斜をもたらすように具体化される。これにより、上記の結像収差の望ましくない影響を補償または補正できる。結像収差が、たとえば、照明設定の１つの極が、絞り２５または２６によって部分的にトリミングされることをもたらす視野領域では、これらの視野領域のこの極が、透過絞り領域内に留まるように、補正構造３９の効果があり得る。

【0042】

瞳平面２３における照明設定の変形または変位に対するレンズ結像収差の視野依存効果の知識は、たとえば、スネルの法則と、コンデンサ２２の焦点距離の知識との適用による補正または補償目的に必要な補正構造３９の形態の計算を可能にする。例として、非球面は、補正エリア３８の形態の結果として生じる可能性があり、前記非球面は、ｘ²およびｘ⁴項を有する多項式適合として説明することができ、前記非球面の矢状高さは、球面から６μｍ以下で逸脱し、前記非球面の補正構造は、１．５μｍ／ｍｍの最大フランク勾配を有する。

【0043】

図４は、光学補正要素３７の代替実施形態を示す。そこでは、入口エリアは、出口エリアの代わりに補正エリア４０として具体化され、前記補正エリアの効果は、図４による実施形態の補正エリア３８を参照して上記で説明された効果に対応する。

【0044】

図５は、光学補正要素３７のさらなる実施形態を示し、その場合、入口エリアと出口エリアとの両方が、補正エリア４１、４２として具体化される。これら２つの補正エリア４１、４２の効果の組合せは、補正エリア３８を参照して上記で説明された効果に対応する。

【0045】

図６は、補正エリア４３が光学ロッド１９からの出口エリア２０を同時に表す実施形態を示す。補正エリア４３の光学効果は、補正エリア３８を参照して上記で説明した効果に再び対応する。

【0046】

補正エリア３９、４０、４１、４２、４３との配置の組合せも可能である。したがって、たとえば、補正エリア４３を使用して、同時に光学補正要素３７上の少なくとも１つの補正エリアを使用して、補正を実施することができる。

【0047】

破線を使用して、補正エリア３８（図３参照）、４０（図４参照）、または４１、４２（図５参照）を備えた光学補正要素３７のさらなる配置の可能性が、図２における位置３７’に示されている。光学補正要素３７’のこの代替配置は、ＲＥＭＡ視野絞り２１の下流の照明光７のビーム経路内にある。光学補正要素３７’の配置も、上述の意味で、ＲＥＭＡ視野絞り２１の視野平面に対する近接視野である。

【0048】

図３～図５による実施形態における光学補正要素３７は、補正要素交換ホルダ４４の構成部分であり得る。補正要素交換ホルダ４４は、図２に示されるアクティブな光学補正要素３７に加えて、光学補正要素３７を交換する目的で、図２に示されるニュートラル位置とアクティブ位置との間の交換ホルダドライブ４６によって置き換えることができる少なくとも１つのさらなる光学補正要素４５を含み、前記アクティブ位置にある光学補正要素４５は、光学補正要素３７を交換する目的で光学補正要素３７に取って代わる。補正要素交換ホルダ４４は、交換ホルダカルーセルの形式で具体化することができる。補正要素を交換する目的で、カルーセルは、交換ホルダドライブ４６の駆動モータの駆動シャフト４７の周りの駆動シャフト４７の周りで駆動される。交換ホルダドライブ４６は、中央制御デバイス２８ａに信号接続される。

【0049】

補正要素交換ホルダ４４の様々な光学補正要素３７、４５、・・・の補正構造は、投影露光装置１で使用できる様々な照明設定に適合させることができる。

【0050】

様々な光学補正要素間の交換の代わりに、補正要素交換ホルダ４４はまた、光学補正要素のいずれもが補正要素交換ホルダ４４の１つの位置でアクティブにならないように操作され得る。

【0051】

マイクロ構造化またはナノ構造化された構成要素のマイクロリソグラフィ製造において、ウェーハ３６は、最初に、少なくとも部分的に、感光性層でコーティングされる。そして、投影露光装置１を用いてレチクル４上の構造物をウェーハ３６に投影する。次に、露光されたウェーハ３６は、マイクロ構造化された構成要素を形成するために処理される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】