(57)【要約】  本発明は、少なくとも２つの光学要素（９，１０）の相対位置を調整して光学的像形成を最適化するようにした、前記少なくとも２つの光学要素（９，１０）の結像特性を最適化する方法に関する。本発明による方法は以下のステップを含んでいる。少なくとも１つの光学要素（９，１０）に対し偏光による外乱を決定する。少なくとも１つの可動な光学要素（９）と少なくとも１つの他の光学要素とに対し決定された外乱から、前記少なくとも１つの可動な光学要素（９）の目標位置を決定する。偏光による外乱と偏光によらない外乱とから成るすべての光学要素（６）の全外乱が目標位置で最小になるように目標位置の算出を行なう。このとき可動な光学要素（９）を目標位置へ移動させる。偏光による外乱を考慮することにより結像特性の精密なモデリングが達成される。これにより的確な最適化に必要な前提条件が提供される。
2005513794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの光学要素の相対位置を調整して光学的像形成を最適化するようにした、前記少なくとも２つの光学要素の結像特性を最適化する方法であって、
ａ）少なくとも１つの光学要素（９，１０）に対し偏光による外乱を決定するステップと、
ｂ）少なくとも１つの可動な光学要素（９）と少なくとも１つの他の光学要素とに対し決定された外乱から、前記少なくとも１つの可動な光学要素（９）の目標位置を決定するステップと、
ｃ）可動な光学要素（９）を目標位置へ移動させるステップと
を含んでいる前記方法において、
偏光による外乱と偏光によらない外乱とから成るすべての光学要素（９，１０）の全外乱が目標位置で最小になるように目標位置を計算することを特徴とする方法。
【請求項２】
偏光による外乱のなかに応力複屈折が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
偏光による外乱が決定される少なくとも１つの光学要素（９，１０）が結晶材料から成っていること、応力複屈折から生じる外乱の決定が、少なくとも１つの結晶軸の位置の決定を含んでいることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つの可動な光学要素（９）がその光軸のまわりに回動可能であることを特徴とする上記請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つの可動な光学要素が他の光学要素に対し相対的に直線変位可能であることを特徴とする、上記請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
可動な光学要素が光軸に対し横方向へ変位可能であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
可動な光学要素が光軸に対し傾動可能であることを特徴とする請求項４から６までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
偏光による外乱の決定を、保持した光学要素で行なうことを特徴とする上記請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
上記請求項のいずれか一つに記載の方法により結像特性を最適化した光学要素を利用した半導体素子のリソグラフィー製造方法。
【請求項１０】
２００ｎｍ以下の波長で投射露光を行なうことを特徴とする請求項９に記載のリソグラフィー製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載の少なくとも２つの光学要素の結像特性を最適化する方法に関し、かつリソグラフィー製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の方法は特許文献１から知られている。ここでは、投射露光装置の投射レンズ内部でのレンズの複屈折分布が偏光による外乱として決定される。投射レンズを通る各光路に対し全複屈折量が所定の制限値を下回るような全複屈折が生じるように、レンズが選定されて投射レンズ内に配置される。この場合全複屈折は、測定した個々のレンズのすべての複屈折の和から構成される。この種の方法は、複屈折分布が許容できないためにレンズを廃棄する場合には有用であるが、しかし実際には、光学要素の結像特性に対する設定値が常に得られるとは限らない。
【０００３】
他の最適化方法は非特許文献１から知られている。この方法は、結晶材料から製造されている光学要素を備えた光学系の結像特性を最適化する場合、結晶材料が特別に選定され、光学要素が応力なしに保持されるときだけしか満足な結果が得られない。このような方法は高コストである。
【０００４】
【特許文献１】欧州特許公開第１０６３６８４Ａ１号公報
【非特許文献１】専門誌"The development of microlithographic high-performance optics", Int. J. of Optoelec., 1989, 545
【非特許文献２】インターネット刊行物、John H. Burnett, Eric L. Shirley, Zachary H. Lewin著"Preliminary Determination of an Intrinsic Birefringence in CaF2"、NIST Gaithersburg MD 20899 USA（２００１年５月７日配布）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって本発明の第１の課題は、個々の光学要素の結像欠陥を合成してなる全結像欠陥を実際のほとんどの適用例に対し十分に低減できるように、冒頭で述べた種類の最適化方法を改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、本発明によれば、請求項１に記載された構成を備える方法によって解決される。
【０００７】
本発明による方法は以下のような認識に基づくものである。
【０００８】
全外乱に対しては、例外なく偏光による外乱と偏光によらない外乱とが寄与する。偏光による外乱は、内在性の複屈折、すなわち均質で応力のない材料の場合でも生じる複屈折のような内在的な外乱と、応力複屈折のように外部からの作用により生じる外乱と、結晶欠陥による複屈折、特に材料内にドメインが形成されることにより生じる複屈折のように内部の材料非均質性のために生じる外乱とに分類することができる。
【０００９】
従来の光学要素の結像欠陥決定方法は、慣用されている光学材料では、偏光による外乱は例外の場合でだけであるとされていたために、通常は偏光によらない外乱に限定されていた。従来は、この偏光による外乱を目標位置の算出に関係づけることがなかった。目標位置の算出は、すでに述べたように材料の選定または特殊な保持によって行われていた。
【００１０】
しかしながら、インターネット刊行物、John H. Burnett, Eric L. Shirley, Zachary H. Lewin著"Preliminary Determination of an Intrinsic Birefringence in CaF2"、NIST Gaithersburg MD 20899 USA（２００１年５月７日配布）から、ＣａＦ2単結晶が応力に起因しない複屈折を有していること、すなわち内在性複屈折を有していることが知られている。これはたとえば（１１０）結晶方向でビームが伝播する場合にいえる。これに対して（１００）結晶方向と（１１１）結晶方向では、ＣａＦ2は内在性複屈折を有していない。すなわち、発生する複屈折は放射方向に依存している。複屈折は材料の選定によって低減させることはできず、光学要素を応力なしに保持することによっても低減できない。
【００１１】
ＣａＦ2や内在性複屈折を備えた他の結晶材料が特にＵＶ光源との関連で光学材料として使用されることが多くなってきているので、偏光による外乱を考慮しないことは、公知の最適化方法で検出することのできなかった結像欠陥に導くことになる。
【００１２】
偏光による外乱が存在すると、直交偏光の光ビームの結像が異なる個所に行なわれる。同時に、偏光作用によって個々の偏光成分が異なる結像欠陥が生じる。
【００１３】
前記特許文献１はなるほど偏光による外乱、すなわち複屈折を考慮しているが、しかし光学要素相互の配置を最適化する範囲内で他の外乱を考慮しておらず、したがって避けることのできる程度の欠陥であっても全結像欠陥に至ることがある。
【００１４】
本発明によれば、目標位置を算出するにあたって、偏光による外乱も偏光によらない外乱も考慮される。このようにして光学要素をその結像特性に関し精密に且つ完全にモデル化することができる。
【００１５】
請求項２に記載の偏光による外乱は、光学材料内部の内部応力の影響を考慮したものである。この内部応力は、たとえば製造プロセスで材料の内部に凍結したものであり、或いは光学要素の機械的な保持（把持）のために生じるものである。応力複屈折を考慮することにより、内在性応力複屈折を有しない光学要素の場合でも結像特性の最適化が改善される。
【００１６】
請求項３にしたがって少なくとも１つの結晶軸の位置決定を行うことにより、偏光による他の外乱が存在しないような最も好ましいケースにおいては、偏光による外乱の更なる測定を行わずに済む。というのは、結晶軸の位置を決定した後、内在性複屈折を算出することができるからである。
【００１７】
請求項４にしたがって少なくとも１つの光学要素を回動可能にすることは、光学要素の保持に大きく介入することがないので、比較的簡単に実現可能な運動自由度である。
【００１８】
請求項５に記載の直線変位可能な光学要素の変位が少なくとも２つの光学要素に与える影響は、たとえば光デザインプログラムによる精密性を期待させる。これは目標位置の算出を簡単にさせる。
【００１９】
請求項６に記載の変位可能な光学要素を用いると、特に心合わせ誤差を補償することができる。
【００２０】
請求項７に記載の傾動可能な光学要素により、少なくとも２つの光学要素を含んでいる全体光学系に対する光学要素の結晶軸の方向調整が可能になる。
【００２１】
請求項８に従って偏光による外乱を決定することにより、把持に起因する応力複屈折の寄与も、偏光による外乱を決定する際に考慮することができる。これは最適化方法の精度を向上させる。
【００２２】
本発明の他の課題は、光学クオリティを改善させたリソグラフィー製造方法を提供することである。
【００２３】
この課題は、本発明によれば、請求項９に記載した構成を備える方法によって解決される。この製造方法の利点は、前述した最適化方法の利点から得られるものである。
【００２４】
請求項１０に記載の露光波長の場合、多くの光学材料では、たとえば可視光線による露光の場合よりも光学要素の結像特性に強く影響するような偏光による外乱が存在する。それ故、本発明による最適化方法は２００ｎｍ以下の波長による露光で大きな効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００２６】
図１において全体を１で示した投射露光装置は、マスク２の構造を、図１には図示していないウェーハーに転写するために用いる。
【００２７】
このために光源３、たとえば波長が１５７ｎｍのＦ2レーザーは、投射光束４を発生させる。投射光束４はまず整形のために照射光学系５を通過し、次にマスク２を通過する。投射光学系６はマスク２上にある構造をウェーハー上へ結像させる。
【００２８】
図１では、投射光学系６は、その投射光学系６の光軸のまわりに回動可能な部分７と静止部分８とに分割されている。投射光学系６の場合、実際にはいくつかの回動可能な部分が設けられることがある。しかし、本発明の説明のためには１つの回動可能な部分７に限定すれば十分である。
【００２９】
図１では、回動可能な部分７の個々の光学要素を代表して両凸レンズ９を示し、静止部分８の個々の光学要素の代表として平行平面光学板１０を示した。レンズ９は、図１でデカルト座標系２０で示したように、投射光学系６の光軸に沿って変位可能であるとともに、光軸に対し横方向へも変位可能であり、また二重矢印２１で示したように投射光学系６の光軸に対し傾動可能である。なお二重矢印２１は、光軸に対して行なわれる互いに垂直な２つの可能な傾動運動のうちの１つの傾動運動を示している。図１には明確に図示していない投射光学系６の他の光学要素も上記運動自由度を有していてよい。
【００３０】
投射光学系６の結像特性に影響する外乱を測定するため、位置検知センサ１１が設けられている。位置検知センサ１１は、図１に図示した測定位置と投射光束４の光路から引き出した投射露光位置との間を投射光学系６の光軸に対し横方向へ変位可能である（図１の二重矢印１２を参照）。位置検知センサ１１は信号ケーブル１３を介してコンピュータ１４と接続している。
【００３１】
レンズ９と光学板１０とは、立方対称を持つＣａＦ2の単結晶から製造されている。製造のためこれら光学要素９，１０は結晶ブロックから切り出されて研磨される。
【００３２】
レンズ９用のこのような結晶ブロック１５を図２に例示した。結晶ブロック１５は、（１００）結晶面１６が図面の面に対して垂直に広がっており、その断面線が図面の面と水平に延びる線を形成するように方向づけられている。レンズ９は、その軸線ＥＡ、すなわちこのレンズ９の光軸が（１００）結晶面に対し垂直な（１００）結晶方向と一致するように結晶ブロック１５から加工される。
【００３３】
図３に別に図示した光学板１０もこのように方向づけられて結晶ブロックから加工されている。図３では、（１００）結晶方向のほかに（１０１）結晶方向、（１１０）結晶方向、（１０−１）結晶方向、（１−１０）結晶方向も矢印で示した。なお本明細書では、結晶方向を示す負の符号は図中の「上横線」の表記と同じものとする。光学板１０の内在性複屈折は４つの「ローブ」１７によって略示してある。「ローブ」１７の表面積は、投射光束４（図１を参照）の１つの光ビームの放射方向に対する内在性複屈折の程度を表わしている。光学板４の最大内在性複屈折はそれぞれ（１０１）結晶方向、（１１０）結晶方向、（１０−１）結晶方向、（１−１０）結晶方向において生じる。
【００３４】
投射光束４の１つの光ビーム１８の放射方向は、開口角シータと方位角アルファとで定義されている。これら２つの角度の位置を図４に示す。図４には投射露光装置１のデカルト座標系が図示されており、そのｚ軸は投射光学系６の光軸と一致している。開口角シータは光ビーム１８とｚ軸との成す角度である。方位角アルファはｘ軸と光ビーム１８のｘｙ面上への投影との成す角度である。
【００３５】
以下の説明では、光学要素９，１０の方向は、（１００）結晶方向がｚ軸と一致し、ｘｙ面上への（１０１）結晶方向の投影がｘ軸と一致するように選定されている。
【００３６】
図５は、開口角シータ＝４５゜の場合の光学板１０の内在性複屈折（ＩＤＢ）と方位角アルファとの関係を示している。４回の対称が生じ、この場合内在性複屈折の極大値は、放射方向が（１０１）結晶方向、（１１０）結晶方向、（１０−１）結晶方向、（１−１０）結晶方向（図３を参照）と一致するような光ビームに対し生じ、すなわち開口角シータが４５゜で、方位角アルファが０゜、９０゜、１８０゜、２７０゜の光ビームに対して生じる。内在性複屈折は開口角０゜のときに消失し（図３を参照）、すなわち投射レンズ６の光軸に沿った（１００）結晶方向の放射方向が消失する。
【００３７】
最大内在性複屈折（たとえば（１１０）結晶方向におけるビーム伝播、すなわちシータが４５゜に等しく、アルファが９０゜に等しいビーム伝播）としては、ＣａＦ2に対し１５６．１ｎｍの波長で（１１．０＋／−０．４）ｎｍ／ｃｍの値が得られた。
【００３８】
内在性複屈折が発生する方位角では（図５を参照）、４５゜以下の開口角に対する内在性複屈折は開口角とともに連続的に減少する（図３を参照）。
【００３９】
レンズ９と光学板１０は、このように複屈折に対し内在的に寄与する以外に、投射光学系６内でのその取り付け状態に依存してさらに応力複屈折にも寄与する。この応力複屈折は内在性複屈折に加算される。さらに複屈折は、たとえば結晶欠陥によっても生じることがあり、特にドメインの形成によって生じることがある。非内在性複屈折は、内在性複屈折を有しない光学材料においても存在することがある。
【００４０】
投射光学系６の結像特性を最適にするための方法は以下のように実施する。
【００４１】
まず、投射光学系６のすべての光学要素の光学的外乱を個別に検出する。たとえば偏光による外乱に対する前記複屈折の寄与および偏光によらない外乱に対する前記複屈折の寄与を決定するための測定方法は当業者に知られている。その一例を挙げると、図１のセンサ１１によって示唆したように、投射光学系６の種々の位置調整状態で投射光学系６の全体的結像特性の測定を行なう。
【００４２】
これとは択一的に、またはこれに加えて、投射光学系６の個々の光学要素を公知の測定方法を用いて互いに独立に測定することができる。この場合注意すべきことは、投射光学系６内での光学要素の取り付け状態を、この独立した測定の間できるだけ精密にシミュレートし、投射露光装置１内への光学要素の取り付け状態に起因して、投射光学系６の結像特性の最適化を損なわせるような付加的な外乱が生じないようにすることである。
【００４３】
複屈折の寄与の決定は、複数の結晶材料を使用する場合、たとえば測定した光学要素の個々の結晶軸の位置決定を含んでいてよい。
【００４４】
測定結果はコンピュータ１４で評価する。コンピュータ１４は投射光学系の個々の光学要素のそれぞれの外乱寄与を検出して、この外乱寄与を個々の偏光による外乱と偏光によらない外乱とに割り当てる。次にコンピュータ１４は目標関数（価値関数）を算出し、最適化する。この目的関数の中に、すべての光学要素の運動自由度（回動、傾斜、心合わせ）に対するこれら光学要素の外乱寄与依存度が入っている。
【００４５】
図示した実施形態では、この算出は光学要素９と１０に対して行なう。
【００４６】
前述したように、レンズ９は光学板１０に対し光軸のまわりに回動可能である。外乱寄与度を測定した後には、レンズ９と光学板１０とに対しそれぞれ偏光による外乱と偏光によらない外乱とに対する寄与度が存在する。価値関数は、レンズ９と光学板１０の外乱以外に、光軸のまわりでのレンズ９の回動に対するレンズ９の外乱寄与度の依存度をも含んでいる。
【００４７】
次に、投射光学系６の可動部品の運動自由度を変化させることにより価値関数を最適化する。図１の実施形態の場合には、投射光学系６の回動可能な部品７の各回転位置で価値関数を評価する。続いて、価値関数が最適値を有するような回転位置を検出する。
【００４８】
最後に、可動な光学要素を検出した目標位置へ移動させる。図１の実施形態の場合、レンズ９を備えた回動可能な部品７を検出した目標位置へ移動させる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】マイクロリソグラフィーの投射露光装置を示す図である。
【図２】図１の投射露光装置の投射光学系の１つのレンズのための出発材料としての単結晶のブロックの断面図である。
【図３】図１の投射露光装置の投射光学系の、単結晶から製造された光学板の、内在性複屈折の概略図である。
【図４】図１の投射露光装置の投射光束のビームに対して開口角と方位角とを定義するための座標系を示す図である。
【図５】図３の光学板の内在性複屈折の変化と方位角との関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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