JP2005109304A - 照明光学系及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＥＵＶ光又はＸ線を照明光とする照明光学系において、照明中の光量検出を容易に可能とすること。
【解決手段】 被照明面を照明する照明光学系において、前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係となる所定面における有効光源分布を規定する開口絞りと、該開口絞りの開口の近傍に配置された検出器と、を有することを特徴とする構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は照明光学系及びそれを用いた露光装置に関し、特に光源として波長２００ｎｍ〜１０ｎｍの極端紫外線領域（ＥＵＶ）又はＸ線領域の発光光源を利用する照明光学系及び、それを用いて半導体ウエハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ用のガラス基板などの被処理体を露光する露光装置に関する。

従来の露光装置においては、露光量をモニタするために照明光学系の光路の一部に半透鏡が設けられ、露光光の数％程度を該半透鏡にて反射し、反射光を検出する検出光学系により光量を測定すること等が行なわれている（例えば、特許文献１〜７参照。）。
特公平０６−０６９０１５号公報 特開平０８−３３５５４８号公報 特開２０００−２７７４１３号公報 特開２００１−２３７１６９号公報 特開２００１−２８４２３６号公報 特開２００３−０４５７７４号公報 特開２００３−０４５７８４号公報

しかしながら、例えば、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を露光光とする露光装置の照明光学系においては、波長が短いために透過型（屈折）光学系を使用することができず、反射多層膜を施した反射光学系で構成されるため、半透鏡を用いることが困難である。

反射多層膜を基板に成膜した後に基板を取り去ることで、自立型の反射多層膜を形成して、これを半透鏡として使うことは可能ではあるが、大面積化が難しいことや耐久性の問題があり、実用的ではない。

そこで、上記従来技術の問題点に鑑み、本発明の例示的な目的は、波長２００ｎｍ以下の光、特にＥＵＶ光又はＸ線を照明光とする照明光学系において、照明中の光量検出を容易に可能とすることにある。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての照明光学系は、被照明面を照明する照明光学系において、前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係となる所定面における有効光源分布を規定する開口絞りと、該開口絞りの開口の近傍に配置された検出器と、を有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。

従来よりも、性能の良い照明光学系を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施例の要部概略図である。同図において、１は励起レーザ光、２はＥＵＶ光を放射するプラズマ発光点、３ａはプラズマ生成のターゲットとなる液滴を噴射するノズル、３ｂは励起レーザ光が照射されなかった液滴を回収して再利用するための液滴回収部、４はプラズマ発光点から放射される光束を受光する集光ミラー、６ａはプラズマからの飛散粒子（デブリ）を除去するフィルタ、６ｂはＥＵＶ光以外の波長の光束を除去する波長フィルタ、７は集光ミラー４の集光点近傍に配置されたピンホール状のアパーチャ、８はプラズマ光源を収容する真空容器、であり、これらが光源部を構成している。なお、５はミラー４により集光されたＥＵＶ光束であり、９は露光装置本体とプラズマ光源部を真空状態で接続するための接続部である。

次に、１０ａ、１０ｂはアパーチャ７を通過したＥＵＶ光束を受光し、ほぼ平行光束に変換するための凹面ミラーと凸面ミラーからなる平行変換光学系である。１１ａは複数の円筒面ミラーを有するインテグレータ、１１ｂ、１１ｃはインテグレータ１１ａからの光束を円弧状に集光するための回転放物面ミラーを含んだ光学系である。１１ａ、１１ｂ、１１ｃで円弧変換光学系を形成している。１２、１３はスリット系（視野絞り）を構成しており、１２は円弧状の開口部を有するスリット、１３は反射型マスク１６と共役な面に配置され、所望の露光領域に照明光を制限するためのマスキングブレードである。１４はマスキング結像系であって、マスキングブレード１３を物体側、反射マスク１６面を像側として所望の倍率で結像し、円弧照明領域を反射マスク上に形成する。１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは結像光学系を構成しておりマスキング結像系１４を構成する曲面ミラー、１４ｅは結像系１４ａ〜１４ｄからの光束を反射してマスキング結像系１４の像側光束１４’を反射マスク１６へはね上げて所定の角度で入射させるための平面ミラー、１５は結像系１４ａ〜１４ｄの瞳面に配置された開口絞りであり、以上が、光源部からの光で反射マスク１６を照明する照明光学系を構成する。

そして、１７は反射マスク１６を保持するマスクステージ、１８は複数枚のミラーにより構成される投影光学系であり共軸光学系となっており物体側が非テレセンで像側がテレセンになるように設計されている。１９は感光材が塗布されたウエハ、２０はウエハ１９を保持するウエハステージ、２５は反射型マスク１６面に相当する面での照度を計測する照度計、２６はウエハ面に相当する面での照度を計測する照度計、２７はウエハ面における積算光量を制御する積算露光制御装置、２８は積算露光制御装置２７からの信号により開閉時間が制御されるシャッタ、２１はＥＵＶ光の減衰を防ぐために光学系全体を真空に保つための真空容器である。

不図示の励起レーザ光源及び集光光学系から成る励起レーザ部から放射された、高出力の励起パルスレーザ光１は、発光点２の位置に集光するように構成されており、レーザプラズマ光源部を形成している。このレーザプラズマ光源のターゲットとなる液滴（例えばＸｅから成る）は、ノズル３ａから一定の時間間隔で連続的に噴射され、集光点２を通過するようになっている。そして上記のように噴射された液滴が、ちょうど２の位置にきた時に、励起パルスレーザ光１がその液滴を照射することで高温のプラズマ発光点２を生成し、このプラズマからの熱輻射によってＥＵＶ光が発生する。

なお、本実施例ではターゲットとしてＸｅの液滴を用いた形態を示しているが、ターゲットとしてはＸｅガスをノズルから真空中に噴射して、断熱膨張により生じるクラスタを用いたり、Ｘｅガスを金属表面で冷却して固体化したものを用いたり、Ｃｕ等の金属テープを用いたものを選択してもよい。あるいは、ＥＵＶ光源としてアンジュレータを用いてもよい。また、ＥＵＶ光源としてＺピンチ方式、プラズマ・フォーカス、キャピラリー・ディスチャージ等の所謂ディスチャージ方式によるプラズマ光源を用いてもよい。

プラズマ発光点２から放射されたＥＵＶ光は、回転楕円ミラー等による集光ミラー４により集光されてＥＵＶ光束として取りだされ、フィルタ６ａによりプラズマ及びその周辺から直接前方へ飛ぶ飛散粒子（デブリ）を除去され、さらに必要に応じてフィルタ６ｂによりＥＵＶ露光に不要な波長成分を除去されて、プラズマ光源を収容する真空容器８と、露光装置本体の真空容器２１の境界面に設けられたピンホール状のアパーチャ７の位置に集光される。光源の真空容器８と露光装置本体の真空容器２１は、接続部９で接続されている。

上記アパーチャ７を通過したＥＵＶ光束５は、中心部分に開口部を有する凹面ミラー１０ａとそのミラーと比べて小径の凸面ミラー１０ｂからなる平行変換光学系によりほぼ平行な光束１０’に変換される。ここで、凹面ミラー１０ａは凸面ミラー１０ｂによって反射された光が通過するための開口を有し、その開口は光源からのＥＵＶ光束の光軸近傍に配置されている。また、これらのミラー１０ａ，１０ｂは、光源からのＥＵＶ光束の光軸に対して、略回転対称となるような反射面を有しており、中心軸とそのＥＵＶ光束の光軸とがほぼ一致している。

ここで上記の集光ミラー４及びミラー１０ａ，１０ｂは、ＥＵＶ光を効率良く反射するための反射多層膜が成膜されており、高温のプラズマ２からの放射エネルギーを一部吸収するために、露光中に高温になる。そのために材質としては熱伝導性の高い金属等の材料を用いるとともに、水冷など不図示の冷却手段を有しており、露光中は常に冷却されている。

また、以下では特に明示しないが、光学系に用いられている各ミラーの反射面には、ＥＵＶ光を効率良く反射するための反射多層膜が成膜されており、必要に応じてミラーは熱伝導性の高い金属等の材料を用いたり、冷却手段を装備したりしている。

次に、ほぼ平行な光束に変換されたＥＵＶ光１０’は、露光量制御のためのシャッタ２８を通過して、複数の反射型円筒面ミラーを有するインテグレータ１１ａに入射する。このシャッタ２８は積算露光制御装置２７によりその開閉が制御されているが、この動作に関しては後述する。

前記インテグレータ１１ａに入射したＥＵＶ光束は、各円筒面により分割されて発散する光束が、平面ミラー１１ｂと回転放物面ミラー１１ｃにより円弧状に集光されることで、円弧スリット１２の開口部に均一な照度分布をもつ円弧照明領域を形成する。

ここで、インテグレータ１１ａによって円弧領域を均一に照明する原理について、別の図を用いて詳細に説明する。

図３（ａ）は複数の凸円筒面をもった反射型凸円筒面インテグレータ１１ａに平行光が入射した場合の摸式的斜視図であって、前記のほぼ平行なＥＵＶ光束１０’は図示した方向から入射する。また図３（ｂ）は、図３（ａ）と同様の効果を有する複数の凹円筒面をもった反射型凹円筒面インテグレータの模式的斜視図である。図１のインテグレータ１１ａは、図３（ａ）で示されるような反射型凸円筒面インテグレータであるが、図３（ｂ）で示されるような反射型凹円筒面インテグレータでも、あるいはこれらの凹凸の組み合わせであっても良い。

図４は反射型凸円筒面インテグレータの摸式的断面図、図５は反射型凸円筒面インテグレータの円筒面でのＥＵＶ光反射の説明図、図６は反射型凸円筒面インテグレータの円筒面で反射したＥＵＶ光束の角度分布図である。各図中、符号１１ａは反射型凸円筒面インテグレータを示している。

図３（ａ）の様に、複数の円筒面をもったインテグレータ１１ａにほぼ平行なＥＵＶ光束１１を入射すると、このインテグレータの複数の円筒面の夫々の表面近傍に線状の２次光源が形成されると共に、この２次光源から放射されるＥＵＶ光束の角度分布が円錐面状となる。次にこの２次光源位置を焦点とする反射鏡で前記ＥＵＶ光束を反射して反射マスクあるいは反射マスクと共役な面を照明することにより、円弧形状の照明が可能となる。

複数の円筒面をもった反射型インテグレータの作用を説明するために、まず、一つの円筒面反射鏡に平行光が入射した場合の反射光の振る舞いについて図５を用いて述べる。今、一つの円筒面にその中心軸に垂直な面に対してθの角度で平行光を入射する場合を考える。平行な入射光の光線ベクトルを
Ｐ１＝（０，−ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）
円筒面形状の反射面の法線ベクトルを
ｎ＝（−ｓｉｎα，ｃｏｓα，０）
とすると、反射光の光線ベクトルは
Ｐ２＝（−ｃｏｓθ×ｓｉｎ２α，ｃｏｓθ×ｃｏｓ２α，ｓｉｎθ）
となる。このとき反射光の光線ベクトルを位相空間にプロットすれば、図６に示すようにｘｙ平面上で半径ｃｏｓθの円となる。即ち、反射光は円錐面状の発散光となり、この円錐面の頂点の近傍に２次光源が存在することになる。この２次光源はインテグレータ１１ａの円筒面が凹面であれば反射面の外部に実像として存在し、凸面であれば反射面の内部に、虚像として存在することになる。また図４に示すように反射面が円筒面の一部に限られていて、その中心角が２φである場合は、図６に示すように反射光の光線ベクトルＰ２の存在範囲はｘｙ平面上で中心角４φの円弧６０１となる。

次に、上述した円筒面反射鏡に平行光が入射して形成される２次光源の位置近傍に焦点をもつ、焦点距離ｆの回転放物面ミラーと、さらにこの反射鏡からｆだけ離れた位置に被照射面を配置した場合を考える。２次光源から出た光は円錐面状の発散光になり焦点距離ｆの反射鏡で反射したのち、平行光となる。このときの反射光は半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状断面のシートビームになる。従って図６で示した様に、被照射面上の半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状領域６０１のみが照明されることになる。

これまでは１つの円筒面反射鏡について説明してきたが、次に、多数の円筒面を平行に多数並べた広い面積のインテグレータ１１ａに、ある光束径を有する平行光１０’が図１に示した方向に入射した場合について、図２を用いて説明する。

図２において、１１ａは前述したインテグレータ、１１ｂは平面ミラー、１１ｃは回転放物面ミラー、１２は円弧状の開口部を有するスリットである。回転放物面ミラー１１ｃは、軸２０１ＡＸを中心対称軸とし、点２０２を焦点とする放物線を、軸２０１ＡＸを回転軸として回転させて形成される面の一部を反射面とするミラーであって、焦点２０２とミラー面有効部中心点２０４との距離が、焦点距離ｆとなる。また、点２０４と円弧スリット１２の距離は、ほぼ前述の焦点距離ｆに等しくなるように配置されている。

そして回転放物面ミラー１１ｃは、その回転軸２０１ＡＸがインテグレータ１１ａの反射面近傍（反射面含む）に、反射面と平行かつ表面の円筒面の並びに沿うように配置されている。そして回転放物面ミラー１１ｃの有効部中心点２０４と焦点２０２の間には、平面ミラー１１ｂが図に示すように配置されており、焦点２０２のミラー１１ｂ反射面に対して対称な点２０２’が、インテグレータ１１ａの反射面有効部のほぼ中心位置にくるような構成となっている。即ち、位置２０４から位置２０２’への光路長が焦点距離ｆに等しい。

このような配置にした場合、位置２０２’と円弧スリット１２は、回転放物面ミラー１１ｂに対して互いに焦点距離ｆだけ離れた関係、即ち互いにほぼフーリエ変換面の関係となり、ほぼ平行なＥＵＶ光束１０’が図のようにインテグレータ１１ａに入射した場合は、円弧スリット１２の近傍に集光される。

この時、回転放物面ミラー１１ｃへのＥＵＶ光束主光線の入射角ξは低入射角度（０°より大きく４５°以下の角度）、具体的には２０°以下に設定されており、これにより入射角ξが高入射角となるような配置にするよりも、円弧スリット１２への集光の際に生じるボケ量を小さくして、円弧開口部近傍への集光効率を高めることができる。これによりケラレによる光の損失を抑える事が可能となり、照明系効率の向上をもたらすことができる。

次に円筒面を平行に多数並ベた反射鏡で反射された光の角度分布は、先の例と変わらないので、インテグレータ１１ａへの光束入射角をεとすると、円弧スリット１２の近傍には半径ｆ×ｃｏｓεの円弧状領域が照明されることになる。また、円弧スリット１２近傍の一点に入射する光は、円筒面を平行に多数並べた反射鏡の照射領域全域から到達するので、ほぼ平行なＥＵＶ光束１０’の光束径をＤとすると、その角度広がり（すなわち集光ＮＡ）γはγ＝Ｄ／ｆとなる。

この時、円弧照明領域において、その円弧に沿った方向に対して、インテグレータ１１ａの多数の円筒面からの各光束が重畳されることで、照度の均一性が達成されている。即ちこれにより効率がよく均一な円弧照明を行なうことが可能となる。

ここで図１に戻り、本実施例の露光方法について引き続き説明する。同図において円弧スリット１２の開口部近傍に形成された円弧照明領域は、マスキングブレード１３によりその領域の一部を制限され、マスキング結像系１４により所望の倍率で拡大または縮小されて、マスクステージ１７に保持された反射型マスク１６上に、所望の入射角度で入射して円弧照明領域を形成することで反射マスク１６に対して円弧照明を行なう。なおこの円弧状の照明領域の曲率中心は、投影光学系１８の光軸１８ＡＸにほぼ一致している。

この円弧照明された反射型マスク１６からの回路パターン情報を有するＥＵＶ反射光は、投影光学系１８により露光に最適な倍率で、感光材が塗布されたウエハ１９に投影結像されることで、回路パターンの露光が行なわれる。

上記ウエハ１９はウエハステージ２０に固定されており、紙面上で上下前後に平行移動する機能を持ち、その移動は不図示のレーザ干渉計等の測長器で制御されている。そして、投影光学系１８の倍率をＭとすると、例えば反射型マスク１６を紙面に平行な方向に速度ｖで走査すると同時に、ウエハ１９を紙面に平行な方向に速度ｖ／Ｍにて同期走査することで、全面スキャン露光が行なわれる。

上記投影光学系１８は複数の多層膜反射鏡によって構成され、光軸中心１８ＡＸに対して軸外の細い円弧状の領域が良好な結像性能をもつように設計されている。そして反射型マスク１６上のパターンをウエハ１９表面に縮小投影する構成となっており、像側（ウエハ側）テレセントリック系となっている。そして物体側（反射型マスク側）は、反射型マスク１６に入射する照明光束との物理的干渉を避けるために、通常、非テレセントリックな構成となっており、例えば本実施例においては、物体側主光線はマスク１６の法線方向に対して約６°傾いている。

以下では、
・円弧照明によるスキャン露光について
・円弧スリット１２による露光ムラ補正方法
・スキャン露光時のマスキングブレード１３の動作
・マスキング結像系の構成
・露光量モニタの方法
について順を追って詳細に説明する。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、それぞれウエハ面におけるスキャン露光開始および終了の状態を示す図である。同図において、７０１はウエハ面上の円弧照明領域であり、７０２は露光対象となる露光領域である。この図では露光領域７０２はウエハステージ駆動により紙面の左から右へ移動し、円弧照明領域７０１が相対的に露光領域７０２を走査するようになっている。露光開始及び終了の段階で、円弧照明領域７０１が露光領域７０２以外の部分を照明しているが、これを防ぐためにマスキングブレードが遮光するようになっている。これについては後のマスキングブレードの動作の説明のところで述べる。

なおこの例で示した走査方向に対して、相対的に逆方向に走査して露光を行なう場合についても同様である。

上記のスキャン露光において、円弧スリット１２により露光ムラを補正する方法の詳細について図８を用いて説明する。同図において、８１０は円弧スリット１２のスリット幅８１１を部分的に変えるための可動エッジ部が多数並んだものであり、８１１は円弧照明領域を形成するためのスリット開口部、８１２は前述したインテグレータ１１ａ及びミラー系１１ｂ、１１ｃにより形成された円弧照射領域であって、この照射領域からスリット開口部８１１を通過する光束を切り出すようになっている。

ここでスキャン露光時において、反射型マスク１６の回路パターンをウエハ１９に縮小して転写する際に、円弧スリット内に照度ムラがあるとスキャン露光した際に露光ムラが発生する。この問題を解消するために、円弧スリット内で照度が相対的に強い部分のスリット幅のみを、可動エッジ部８１０を不図示の駆動系で部分的に動かすことにより少し狭くして、所望の量だけ光量を少し減らしてスキャン露光することで、露光領域全面で積算した結果として均一な強度で露光することが可能となる。

またマスキングブレード１３は、８０１、８０２、８０３、８０４の４枚の遮光板により構成されており、図８において上下の遮光板８０３、８０４は、円弧スリット開口８１１における円弧照射領域８１２の両端を遮光する事で、図７（ａ）に示した露光領域７０２の上下幅（スキャン幅）を決定している。また同時に前記遮光部分、即ち円弧照明領域８１２の両端部（マスクの円弧状の照明領域のその円弧の周方向の両端近傍に対応する部分）に光量をモニタするセンサ８２０及び８２１が配置されている。このように、円弧照明領域８１２の周方向の両端部にセンサ８２０、８２１を配置することで、本来ならば遮光された光束による光量を検出するので、光量をモニタする目的での光量損失はない。このセンサを用いた積算露光量の制御方法については、後に述べるマスキング結像系の開口絞りに配置したセンサと供に、後述する。なお、センサを円弧の両端ではなく、片方にのみ配置してもよい。

遮光板８０１及び８０２はスキャン露光においてワンショットの露光開始から終了までの間に、それぞれ左右方向に移動して隙間を開閉する事で、露光領域７０２の左右幅（スキャン長さ）を決定している。これについて図９を用いて以下に説明する。

図９において（ａ１）から（ａ５）は、スキャン露光の開始から終了までを時系列に表現したものであり、（ｂ１）から（ｂ５）はそれぞれ（ａ１）から（ａ５）の状態におけるマスキングブレード１３の遮光板８０１及び８０２の動きを示したものである。

露光が開始されようとしている（ａ１）の状態になった時、（ｂ１）に示すように遮光板８０２は右に移動を開始して、隙間を開く動作に入る。この時、円弧照明領域７０１は遮光されている状態なので、図示はしてあるが実際には照明されていない状態である。そして（ａ２）に示すようにスキャン露光に入った段階で、円弧照明領域７０１が露光領域７０２からはみ出している部分がちょうど遮光されるように、（ｂ２）に示すような状態で遮光板８０２が移動していく。さらに（ａ３）のように露光領域７０２内に円弧照明領域７０１が入っておりスキャン露光されている時には、（ｂ３）のように遮光板８０２は円弧スリット開口部８１１が完全に開いた状態になるように右に移動している。

次に（ａ４）のようにスキャン露光が終了近くなってくると、今度は遮光板８０１が右に移動して、円弧照明領域７０１が露光領域７０２からはみ出している部分がちょうど遮光される。そして（ａ５）のようにスキャン露光が完了したときには、遮光板８０１がスリット開口部８１１を完全に覆うように移動している。以上の一連の動作によって、所望の露光領域に対してスキャン露光が行なわれる。

上記で示した露光開始から終了までの間に、円弧照射領域の両端を遮光している部分に配置したセンサ８２０及び８２１には、露光光の一部が入射しており、この光量（２つのセンサ出力の平均値等）を利用して、後述するように露光量制御が行なわれる。

次に、マスキング結像系１４の詳細について図１０を用いて説明する。マスキング結像系１４は、前述したマスキングブレード１３を物体面、反射型マスク１６（図では位置１０２）を像面とし、反射多層膜を成膜したミラーにより構成される結像光学系である。この結像系は共軸光学系であり、光軸１０ＡＸを略中心とする物体側の円弧領域に対して所望の倍率をかけて、投影系１８に対して好適な円弧照明領域を形成するように結像する機能を有する。

同図において、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄはそれぞれ光軸１０ＡＸを回転対称軸とする、凹面又は凸面の球面または非球面から成るミラーであって、１４ａから順番に凹凹凸凹の形状となっている。本実施例においては、マスキング結像系１４の瞳面はミラー１４ｂの反射面近傍にあり、ここに開口絞り１５を配置している。この開口絞り１５の開口パターンを変える事で、反射マスク側の照明光束の収束角（いわゆるコヒーレントファクタσ）を変えたり、変形照明を行なったりすることが可能であるが、詳細は後述する。

円弧スリット１２の近傍に配置したマスキングブレード１３の位置に集光したＥＵＶ光束は、その主光線が光軸１０ＡＸに対して平行な状態すなわち物体側テレセンで、マスキング結像系１４に入射する。入射した光束は上述した４枚のミラー及び開口絞り１５を経て、像面１０２へ集光される。この時注意すべきは、像側は非テレセンな構成となっていることであり、主光線１０３の像面１０２への入射角度１０１（主光線１０３と光軸１０ＡＸのなす角度）は、投影系１８の物体側主光線のマスク面法線に対する傾斜角とほぼ等しくなるように設定されていることである。つまり、反射型マスクの照明領域内の各位置に対応する、結像系１４ａ〜ｄのマスク側主光線と光軸１０ＡＸとのなす角度は、投影光学系のマスク側主光線とマスク面の法線とのなす角度とほぼ等しくなるように設定されている。本実施例の場合、入射角度１０１は約６°に設定されており、投影光学系１８のマスク側の対応する主光線とマスク面の法線とのなす角度と等しくなっている。従って、結像系のマスク側主光線の結像系の光軸に対する角度は、投影光学系のマスク側主光線とマスク面法線とのなす角と略等しくなっている。なお結像系は、像側のボケについても良好に補正されており、像面でスポット径が５ｍｍ以下、望ましくは１ｍｍ以下になるように設計されている。

図１で示したマスキング結像系１４の像側光束１４’においては、平面ミラー１４ｅで像側光束を反射マスク１６の方向へはね上げた時に、平面ミラー１４ｅによる反射によって光束１４’が形成する円弧照明領域の円弧の向きは反転して、且つその円弧の中心は投影系１８の中心軸１８ＡＸと反射マスク面の交点にほぼ一致している。そして上記で示したように入射角度１０１を設定することで、上記の光束１４’の主光線と投影系１８の物体側光束１８’の対応する主光線が、反射マスクを反射面として互いにほぼ一致するように配置する事が可能となる。

次にマスキング結像系１４における開口絞り１５の切り替えにより、コヒーレントファクタσを変えたり、輪帯照明等の変形照明を行なったりする方法について述べる。開口絞り１５（マスキング結像系の瞳面、即ちマスクと所謂フーリエ変換の関係となる面）と投影系１８の瞳面は、互いに共役な関係にあるので、開口絞り１５の開口パターンつまり光束の透過パターンが、投影系瞳面における光源像即ち有効光源分布と対応している。図１１は、開口絞り１５が有する開口部の形状の例を示す図であり、（ａ）は通常照明の大σ、（ｂ）は通常照明の小σ、（ｃ）は輪帯照明、（ｄ）は四重極照明の各モードに対応している。

このようないくつかの開口パターンを例えばターレットとして用意しておき、不図示の開口絞り駆動系によりこのターレットを回転させることで、所望の開口形状に切り替えることが可能である。また、ターレットを用いずに他の機械的な方法、例えば複数の開口絞りを並べておいて、順次切り替えてももちろん構わないし、虹彩絞りを使用してももちろん良い。なお、開口絞りを、上記のようなマスク（被照射面）と実質的にフーリエ変換の関係となる面ではなく、マスクとフーリエ変換の関係となる面と共役な面又はその近傍に配置してもよい。

次に上記開口絞り１５の開口部周辺に露光量の測定を行なうためのセンサを配置する構成について、通常照明の大σすなわち図１１（ａ）の開口絞りを例として説明する。

図１１は開口絞り１５の開口部周辺に、露光光の光量をモニタするセンサが配置されている様子を示している。同図において、１２１はセンサであって開口部周辺に９０度おきに４個配置されている。これは一例であって、必要であれば４個以上のセンサを配置してももちろん構わない。また、本実施例では開口絞りとセンサは一体化した構成になっているが、センサが開口絞りの前面近傍に、別の支持部材で固定される形態であっても構わない。さらに、開口絞りとして図１１（ａ）を用いたが、これ以外の開口絞りについても開口部周辺に、複数個のセンサを同様に配置して用いることが可能である。

このように、マスクと実質的にフーリエ変換の関係となる面若しくはそれと共役な面、又はその近傍にセンサを配置することで、マスクを照射する光の角度分布もモニタすることが可能となる。

また１２２は開口絞りでケラれた光束が照射される領域を代表的な線で示したものであり、実際には照射領域の境界線はボケている。前記の４個のセンサ１２１は、この照射領域１２２に入るように配置されている。

以下では、前述したマスキングブレード面に配置したセンサ８２０、８２１と前述したマスキング結像系の開口絞り１５の開口部に配置したセンサ１２１による光量測定により、露光量を制御する方法について述べる。

露光量制御のためのモニタセンサとしては、マスキングブレード面のセンサ８２０、８２１を使用する。但し、同時に開口絞り面での複数のセンサ１２１でもリアルタイムに光量を測定し、センサ間の出力ばらつきから円弧照明の角度分布特性の変化をモニタして、必要に応じて露光量制御を実施してもよい。

まず、マスキングブレード面のセンサ８２０、８２１にて、円弧照射領域８１２の遮光された両端部の光量を計測することにより露光光量を予測するために、露光前にウエハステージ２０上の照度計２６を投影系露光領域内に移動させ、ウエハ１９面上の照度と、前記センサ８２０、８２１により計測された光量（２つのセンサの出力平均値等）と、前記開口絞りのセンサ１２１により計測された光量（４個のセンサの出力平均値等）を同時計測して、三者の関係を把握しておく。

この作業を、σ可変や変形照明時の開口絞り１５の切り替えに対応するために、設置されている全ての開口絞りについて行なう。また必要に応じて、上記の作業をウエハステージ２０上の照度計２６の代わりに、レチクルステージ１７上の照度計２５を用いて行なってもよい。

上記のように各センサと照度計との関係を把握した結果は、図１に示した積算露光制御装置２７（露光量制御を行なう機構）に取り込まれてデータとして保持される。この積算露光制御装置２７には、前述したマスキングブレード１３面でのセンサ出力と、マスキング結像系の開口絞り１５面でのセンサ出力が入力される。

積算露光量制御装置２７は、上記の複数のセンサが検出する光量に基づいて、シャッタ２８の開閉時間を制御する。これにより、光源からパルス状に放射されるＥＵＶ光束が所定の時間だけ遮光されることで、露光開始から終了までの積算露光量が一定になるように制御される。

本実施例においては、複数の位置において、光源からの光量をモニタしているので、より高精度な露光量制御が可能となる。

また、マスクと共役な位置と、マスクとフーリエ変換の関係となる位置とで、光量をモニタしているので、照度分布や有効光源分布も同時にモニタすることが可能となる。

さらに、本実施例による照明光学系を用いることにより、従来では実現が困難であった露光光量の制御が可能となり、積算露光量を一定とすることで、より高解像かつ安定した像を得ることができる、露光装置に好適な照明光学系を達成することが可能である。

次に、実施例１の露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図１３はデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネルやＣＣＤ）の製造フローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いて基板（被処理体）としてのウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハとを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４よって作成されたウエハを用いてチップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図１４は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２ではウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハにレジスト（感材）を塗布する。ステップ１６（露光）では実施例１の露光装置によってマスクの回路パタ−ンの像でウエハを露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらステップを繰り返し行なうことによりウエハ上に回路パタ−ンが形成される。

本実施例の製造方法を用いれば、従来は難しかった高集積度のデバイスを製造することが可能になる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施形態では１３．５ｎｍのＥＵＶ光を用いる照明系及び露光装置について説明したが、本発明はその他の光（例えば、波長２００ｎｍ〜１０ｎｍの極端紫外線領域（ＥＵＶ）又はＸ線領域の光）を用いる照明光学系及び露光装置にも適用することができる。なお、２０〜５ｎｍの光に対しては、半透膜鏡を使用することが困難であるため、その領域の光を用いる照明光学系及び露光装置に本発明を適用するとより有効である。

本発明の実施例の概略図である。 インテグレータに平行光束が入射した場合について説明する図である。 インテグレータの概略図である。 インテグレータの断面形状を示す図である。 円筒面で反射した光束の角度分布を説明する図である。 円筒面で反射した光束により円弧領域が形成されることを示す図である。 スキャン露光の動作を示す図である。 可変円弧スリット及びマスキングブレードの概略図である。 スキャン露光中のマスキングブレードの動作を示す図である。 マスキング結像系の概略図である。 照明モードの切り替えを説明する図である。 開口絞りと開口部周辺に配置されたセンサの概略図である。 デバイスの製造フローを示す図である。 図１３中のウエハプロセスを示す図である。

符号の説明

１ 励起レーザ光
２ プラズマ発光点
４ 集光ミラー
８ 真空容器
１０ａ 平行変換光学系
１０ｂ 平行変換光学系
１１ａ インテグレータ
１２ 可変円弧スリット
１３ マスキングブレード
１４ マスキング結像系
１５ 開口絞り
１６ 反射型マスク
１７ マスクステージ
１８ 投影光学系
１９ ウエハ
２０ ウエハステージ
２１ 真空容器

Claims (15)

1. 被照明面を照明する照明光学系において、
   前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係となる所定面における有効光源分布を規定する開口絞りと、該開口絞りの開口の近傍に配置された検出器と、を有することを特徴とする照明光学系。
2. 前記開口絞りは、前記所定面若しくは前記所定面と実質的に共役な面、又はその近傍に配置されることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
3. 前記被照射面の照明領域を規定する視野絞りと、該視野絞りの開口の近傍に配置された検出器と、を有することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
4. 被照射面を照明する照明光学系において、
   前記被照射面の照明領域を規定する視野絞りと、該視野絞りからの光を前記被照射面に導く結像系と、を有し、
   前記結像系は、その瞳面近傍に配置された開口絞りと、該開口絞りの開口の近傍に配置された検出器と、を持つことを特徴とする照明光学系。
5. 前記視野絞りの開口の近傍に配置された検出器を有することを特徴とする請求項４記載の照明光学系。
6. 光源からの光で被照射面を照明する照明光学系において、
   前記被照射面の照明領域を規定する視野絞りと、該視野絞りの開口の近傍に配置された検出器とを有し、
   前記光源からの光は、２０ｎｍ〜５ｎｍの波長の光であることを特徴とする照明光学系。
7. 被照射面を照明する照明光学系において、
   前記被照射面の照明領域を規定する視野絞りと、該視野絞りの開口の近傍に配置された検出器と、該視野絞りからの光を前記被照射面に導く結像系と、を有し、
   前記結像系は、多層膜ミラーを持つことを特徴とする照明光学系。
8. 被照射面を照明する照明光学系において、
   前記被照射面の照明領域を規定する視野絞りと、該視野絞りの開口の近傍に配置された検出器と、を有し、
   前記被照射面の照明領域は円弧形状であり、前記検出器は該円弧の両端近傍に対応する領域の光量を検出することを特徴とする照明光学系。
9. 前記視野絞りは、円弧形状の開口を持つ円弧スリットを有することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項記載の照明光学系。
10. 前記視野絞りは、複数の遮光板を持つマスキングブレードを有し、前記検出器は該遮光板に配置されていることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項記載の照明光学系。
11. マスクを照明する請求項１〜１０のいずれか一項記載の照明光学系と、該マスクのパターンを基板に投影する投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
12. マスクを照明する請求項１〜５のいずれか一項記載の照明光学系と、該マスクのパターンを基板に投影する投影光学系とを有し、
    前記開口絞りの開口近傍に配置された検出器の検出結果に基づいて、露光量制御を行なう機構を有することを特徴とする露光装置。
13. マスクを照明する請求項６〜１０のいずれか一項記載の照明光学系と、該マスクのパターンを基板に投影する投影光学系とを有し、
    前記視野絞りの開口近傍に配置された検出器の検出結果に基づいて、露光量制御を行う機構を有することを特徴とする露光装置。
14. マスクを照明する請求項３又は５記載の照明光学系と、該マスクのパターンを基板に投影する投影光学系とを有し、
    前記開口絞りの開口近傍に配置された検出器と前記視野絞りの開口近傍に配置された検出器との検出結果に基づいて、露光量制御を行う機構を有することを特徴とする露光装置。
15. 請求項１４記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、該露光された基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。

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