JP3720788B2 - 投影露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は露光装置に関し、特に露光光として波長２００ｎｍ〜１０ｎｍの領域の光を用い、反射型マスクの電子回路等の微細パターンを基板に転写する露光装置及びその露光装置を用いたデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細パターンをもつ半導体回路素子などを製造する方法として、例えば波長１３.４nmのＥＵＶ光を用いた縮小投影露光方法がある。この方法では、回路パターンが形成されたマスクをＥＵＶ光で照明し、マスク上のパターンの像をウエハ面に縮小投影し、その表面のレジストを露光してパターンを転写する。
【０００３】
従来のＥＵＶ縮小投影露光のための装置としては、例えば第１４図にて示す構成のものが考案されている。ここで図１４は従来のＥＵＶ縮小投影露光装置の要部概略図、図１５は従来の反射型インテグレータの摸式的斜視図、図１６は従来のマスク面上の照明領域を示す図である。
【０００４】
各図中において、１００１はＥＵＶ光の発光点、１００２はＥＵＶ光束、１００３はフィルタ、１００４は第１の回転放物面ミラー、１００５は反射型インテグレータ、１００６は第２の回転放物面ミラー、１００７は反射型マスク、１００８は投影光学系を構成する複数のミラー系、１００９はウエハ、１０１０はマスクステージ、１０１１はウエハステージ、１０１２は円弧状の開口を有するアパーチャ、１０１３はレーザー光源、１０１４はレーザー集光光学系、１０１５はマスク面上の照明領域、１０１６は露光が行われる円弧状領域、１０１７は真空容器である。
【０００５】
従来のＥＵＶ縮小投影露光装置は、ＥＵＶ光源、照明光学系、マスク１００７、投影光学系１００８、ウエハ１００９、マスク又はウエハを搭載したステージ１０１０、１０１１、マスクやウエハの位置を精密にあわせるアライメント機構（不図示）、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１０１７と排気装置（不図示）、などからなる。
【０００６】
ＥＵＶ光源としてはレーザープラズマやアンジュレータなどが用いられる。照明光学系ではＥＵＶ光発光点１００１からのＥＵＶ光１００２を第１の回転放物面ミラー１００４で集光し、反射型インテグレータ１００５に照射して複数の２次光源を形成し、さらにこの複数の２次光源からのＥＵＶ光のそれぞれがマスク１００７上で重畳されるように第２の回転放物面ミラー１００６で集光しマスク１００７を均一に照明する。
【０００７】
反射型マスク１００７は、例えば多層膜反射鏡の上にＥＵＶ吸収体などからなる非反射部を設けた転写パターンが形成されたものである。反射型マスク１００７で反射された回路パターンの情報を有するＥＵＶ光は、投影光学系１００８によってウエハ１００９面上に結像する。投影光学系１００８は光軸中心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。従って露光はこの細い円弧状領域のみが利用されて行われるように、ウエハ１００９直前に円弧状の開口をもったアパーチャ１０１２が設けられている。そして矩型形状をしたマスク全面のパターンを転写するため、反射型マスク１００７とウエハ１００９が同時にスキャンされ露光が行われる。ここで投影光学系１００８は複数の多層膜反射鏡によって構成され、マスク１００７上のパターンをウエハ１００９表面に縮小投影する構成となっており、通常、像側テレセントリック系が用いられている。なお、物体側（反射型マスク側）は、反射型マスク１００７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いる。
【０００８】
図１４において、照明光学系は、第１の回転放物面ミラー１００４、反射型インテグレータ１００５、第２の回転放物面ミラー１００６で構成される。反射型インテグレータ１００５には、図１５に示すような微小な凸または凹面を２次元に多数配列したフライアイミラーが用いられる。
【０００９】
レーザー光源１０１３からのレーザー光はレーザー集光光学系１０１４により発光点１００１の位置にある不図示のターゲットに集光され、高温のプラズマ光源１００１を生成する。このプラズマ光源から熱輻射により放射されたＥＵＶ光１００２は第１の回転放物面ミラー１００４で反射して平行なＥＵＶ光束となる。この光束が反射型インテグレータ１００５で反射して、多数の２次光源を形成する。
【００１０】
この２次光源からのＥＵＶ光は第２の回転放物面ミラー１００６で反射して反射型マスク１００７を照明する。ここで該２次光源から第２の回転放物面ミラー１００６、第２の回転放物面ミラー１００６から反射型マスク１００７までの距離は、第２の回転放物面ミラー１００６の焦点距離にほぼ等しく設定されている。すなわち、２次光源の位置に第２の回転放物面ミラー１００６の焦点が位置しているので２次光源の１つから出たＥＵＶは反射型マスク１００７を平行光束で照射する。投影光学系１００８は２次光源の像が投影光学系１００８の入射瞳面に投影される様に設計されており、これによりケーラー照明の条件が満たされている。即ち反射型マスク１００７上のある１点を照明するＥＵＶ光は全ての２次光源から出たＥＵＶ光の重なったものである。
【００１１】
マスク面上の照明領域１０１５の形状は、図１６に示すように反射型インテグレータ１００５の構成要素である凸又は凹面ミラーの形状と相似であり、実際に露光が行われる円弧状領域１０１６を含むほぼ矩型形状の領域であるために、露光領域１０１６以外の部分に多くのＥＵＶ光が照射され、この露光に寄与しないＥＵＶ光は露光領域を規定するアパーチャ１０１２により遮光される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＥＵＶ縮小投影露光装置は、反射型マスクを使用しており、その反射型マスクに対して同じ側に照明系と投影光学系とが配置されるので、露光装置全体の大きさをある程度コンパクトにしようとすると、その照明系や投影光学系等を構成する様々な光学部材どうしが物理的に干渉しかねないという問題点があった。
【００１３】
また、円弧状のアパーチャをウエハ直前に配置しようとすると投影系ミラーと物理的に干渉しかねないという問題点もあった。
【００１４】
上記従来のＥＵＶ縮小投影露光装置の問題点に鑑み、本発明の目的は、反射型マスクを使用した場合に、露光装置全体の大きさをある程度コンパクトにした場合にも、露光装置を構成する光学部材どうしが物理的に干渉しあわない投影露光装置及びこれを用いた半導体デバイス製造装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の投影露光装置は、光源からの光で反射型マスクを照明し、該照明された反射型マスクのパターンを投影光学系により基板に投影する投影露光装置において、前記投影光学系は絞りを有し、該絞りは、前記投影光学系の開口数を調整するための第１の開口部と、前記反射型マスクからの光が通過するための第２の開口部を持つことを特徴とする。
【００１８】
請求項２の投影露光装置は、請求項１の投影露光装置において、前記反射型マスクを照明する光も、前記第２の開口部を通過することを特徴とする。
【００１９】
請求項３の投影露光装置は、請求項１の投影露光装置において、前記第１の開口部は略円形状であり、前記第２の開口部は略円弧形状であることを特徴とする。
【００２０】
請求項４の発明の投影露光装置は、請求項１の投影露光装置において、前記第１の開口部はその大きさが可変であることを特徴とする。
【００２２】
請求項５のデバイス製造方法は、請求項１乃至４のいずれかの投影露光装置を用いてデバイスパターンで基板を露光する段階と、前記露光された基板を現像する段階とを有することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例について詳細に説明する。
【００２４】
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は励起レーザー光、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は励起レーザー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は集光ミラー、５はミラー４により集光されたＥＵＶ光束、６はフィルタ、７は真空を保ったままＥＵＶ光束を通過させる窓部、８、１０ａ、１０ｂ、１０ｃは回転放物面等のミラー、２０１ａ、２０１ｂは複数の凹面ミラーからなる第１のインテグレータであって切り替えて用いる。１１は複数の円筒面ミラーを有する第２のインテグレータ、１２は第２のインテグレータからの光束を収束するための集光ミラー、１３は光束を折り返す平面ミラー、１４はマスキングブレード、１６は反射型マスク、１７はマスクステージである。１８ａ〜１８ｆは投影光学系を構成しており、１９は円弧形状の開口を有しその開口が可変である可変スリット、２０は感光材が塗布されたウエハ、２１はウエハステージ、２２、２３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。
【００２５】
不図示の励起レーザー光源及び集光光学系から成る励起レーザー部から放射された、高出力の励起パルスレーザー光１は、発光点２の位置に集光するように構成されており、レーザープラズマ光源部を形成している。このレーザー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、励起パルスレーザー光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。
【００２６】
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やＳｎ等の金属を用いたものを選択してもよいことは言うまでもない。あるいは、ＥＵＶ光源としてアンジュレータを用いても本発明の本質は変わらない。
【００２７】
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４により集光されて、ＥＵＶ光束５として取りだされ、プラズマや周辺からの飛散粒子をカットしたり、ＥＵＶ露光に不要な波長をカットするためのフィルタ６を透過する。次にこのＥＵＶ光束５は真空容器２１と２２の境界面に設けられた窓部７を通過して、回転放物面ミラー８により反射することで略平行光束８'となる。なお、上記の回転楕円ミラー４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材料を用いるとともに、不図示の冷却手段を有しており、常に冷却されている。
【００２８】
同様に、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いる。その各ミラーも、材質としては熱伝導性の高い材料を用いるとともに、不図示の冷却手段を有していてもよい。
【００２９】
次に、平行光束となったＥＵＶ光８’は、複数の小さな凹面ミラーが２次元的に配列した面を有する第１のインテグレータ２０１ａに入射することで、各凹面ミラーにより多数の光スポットを形成し、これにより点光源アレイ２０２が空間中に形成される。この点光源アレイ２０２から放射されるＥＵＶ光を放物面ミラー１０ａにより集光してその後側焦点位置に重畳することにより、ほぼ均一な強度分布をもつ２次光源像２４が形成される。
【００３０】
ここで第１のインテグレータ２０１ａについて、第２図を用いて説明する。図２（ａ）は第１のインテグレータを反射面から見た概略図であって、２１０は複数の小さな凹面ミラーの一つを指している。この凹面ミラーの面形状はほぼ球面であって、同じ形状のミラーがあたかもハエの目の様に２次元に多数配列されている。同図においては一つの凹面ミラー２１０の外形を６角形としてハニカム構造となるように配列されているが、外形が４角形で格子状に配列しているものであってもよい。このように一体化された多数のミラー面に対して、入射したＥＵＶ光が高効率で反射するように反射多層膜が形成されている。
【００３１】
図２（ｂ）は第１のインテグレータ２０１ａの多数のミラー面２１０のうちの連続した任意の３つを取り出して、光束が入射している状態を側面から示したものである。すなわち凹面ミラー２１０'は、ミラー２１０の断面図である。同図に示すように、ＥＵＶ光束８’は凹面ミラー２１０'に入射すると、その焦点位置２０２に集光される。その隣のミラーについても同様である。従って、第１インテグレータはこのようなミラーが図２（ａ）の様に並んでいるので、この反射面に入射したＥＵＶ光束８’は、焦点位置２０２に各ミラー面の並びに対応した多数の光スポットを形成する。すなわち、これが点光源アレイ２０２となる。
【００３２】
前述したように形成された２次光源像２４からのＥＵＶ光束は、回転放物面ミラー１０ｂおよび１０ｃによって、光束径が所望の大きさに変倍され且つ光束径内においてほぼ均一な強度のＥＵＶ光束１１’となり、第２の反射型凸円筒面インテグレータ１１に入射する。
【００３３】
なお、この第１のインテグレータの機能を複数のインテグレータを用いて実現することとしても良い。
【００３４】
次に、第２のインテグレータ１１によって被照射面上の円弧領域を均一に照明する原理について、図３〜図６を用いて詳細に説明する。
【００３５】
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に平行光が入射した場合の摸式的斜視図であって、ＥＵＶ光束１１’は図示した方向から入射する。また図３（ｂ）は、（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１１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。
【００３６】
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。
【００３７】
各図中、符号１１は反射型凸円筒面インテグレータを示している。
【００３８】
図３（ａ）の様に、複数の円筒面をもったインテグレータ１１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によって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光を反射してマスクあるいは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。
【００３９】
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＝Ｐ１−２（Ｐ１・ｎ）ｎ
＝（−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位置に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１１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。
【００４０】
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次光源の位置に焦点をもつ、焦点距離ｆの回転放物面反射鏡と、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。
【００４１】
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、図３（ａ）に示すよう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１１に、太さＤの平行光が図示した方向に入射した場合を考える。先の例と同様に反射鏡と焦点距離ｆだけ離れた位置にマスクを配置したとすれば、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、マスク上では半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状領域が照明される。また、マスク上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、その角度広がりはＤ／ｆとなる。即ち、照明系の開口数はＤ／（２ｆ）となる。投影光学系のマスク側開口数をＮＡｐ１としたとき、コヒーレンスファクタは
σ＝Ｄ／（２ｆＮＡｐ１）
となる。したがってインテグレータ１１に入射する平行光の直径を変えることによって、最適なコヒーレンスファクタσに設定することができる。
【００４２】
この時、インテグレータ１１に入射する平行光１１’は、前述したように第一のインテグレータ２０１ａによって、その断面強度が均一化されているので、円弧照明領域において、その円弧に沿った方向（θ方向）についてはインテグレータ１１からの複数の光束が重畳されることでその均一性が達成され、円弧に垂直な方向（ｒ方向）については、インテグレータ２０１ａからの複数の光束が重畳されることでその均一性が達成されている。これにより従来よりも、被照射面において照度ムラの少ない、強度の均一な円弧照明を行なうことが可能となる。また、従来のように矩形形状の領域から円弧状の照明領域を切り出すことをしていないため、露光光量の損失が少なくなり、飛躍的に効率がよくなる。
【００４３】
ここで、インテグレータ２０１ａと２０１ｂの切り替えにより、上述した光束径Ｄを変えることで照明系のコヒーレンスファクタσを調整する方法について図９を用いて説明する。
【００４４】
図９の（ａ）及び（ｂ）は、第１図のインテグレータ２０１ａ及び２０１ｂの反射面における多数の凹面ミラーの部分断面を示す要部概略図である。同図に示すように、２０１ａの凹面ミラーの焦点位置と２０１ｂの凹面ミラーの焦点位置は、２０２でほぼ一致するように設計されている。すなわち、焦点距離はほぼ等しいが、射出する光の発散角が異なるように設計されている。具体的には、２０１ａと２０１ｂの凹面ミラーの曲率半径は等しく、凹面ミラーの有効径だけが異なるようにしており、２０１ａの有効径９０１ａを２０１ｂの有効径９０１ｂよりも大きくしている。このように設定した場合、第１のインテグレータへ入射するＥＵＶ光束８’に対して、２０１ａによって反射される光束の広がり角９０２ａは、２０１ｂによって反射される光束の広がり角９０２ｂよりも、口径比に従って大きくなる。
【００４５】
ここで図１に戻って説明すると、焦点位置２０２における点光源アレイからの光束は回転放物面ミラー１０ａによってフーリエ変換されて、その焦点位置２４にていわゆるケーラー照明条件となり、略均一な断面強度の光束となるが、この位置２４における光束径は、焦点位置２０２での光束の広がり角にほぼ比例する。すなわち、図９で示した様に、インテグレータ２０１ａを用いた場合は、広がり角９０２ａが大きいので、位置２４における光束径は大きい。一方、インテグレータ２０１ｂを用いた場合には、広がり角９０２ｂが小さいので、位置２４における光束径は小さい。
【００４６】
位置２４における光束は、回転放物面ミラー１０ｂ、１０ｃによって変倍されて光束１１’となるので、結果的にインテグレータ２０１ａと２０１ｂを切り替えることで第２のインテグレータ１１に入射する光束径１１’を変えることが可能である。
【００４７】
このように光束径１１’を所望の径に設定することにより、すでに前述したように、反射マスク１６へ入射する照明光のコヒーレントファクタσを、所望の大きさに設定することが可能となる。さらに開口絞り２０４を用いて光束径を調整することも可能である。また、回転放物面ミラー１０ｂ、１０ｃの倍率を変えることによっても光束径を調整することは可能である。
【００４８】
本実施例の露光方法について引き続き説明する。図１において第２のインテグレータに入射したＥＵＶ光束１１’は、上述した原理に基づき、回転放物面ミラー１２により集光され、平面ミラー１３により折り曲げられ、後述するＮＡ絞り２０６の開口部及びマスキングブレード１４を経て、マスクステージ１７に保持された反射型マスク１６上に円弧照明領域を形成することで円弧照明を行なう。なおこの円弧状の照明領域の曲率中心は、投影光学系の光軸１８ＡＸに一致している。ここでマスキングブレード１４は、反射型マスク１６に対して所望の露光すべき領域以外をある程度遮光するためのものである。
【００４９】
この時、回転放物面ミラー１２により集光されたＥＵＶ光束１２’は、投影光学系を構成するミラー１８ａと１８ｂの間を通過することが重要である。図１４を用いてすでに説明した従来例においては、照明光学系の光束と投影光学系の光束が空間で交差することはなかったが、本実施例のように投影光学系１８を構成するミラー１８ｂと反射型マスク１６との間隔が狭い場合は、本実施例のように投影光学系のミラー間にＥＵＶ光束１２’を通すことで、回転放物面ミラー１２や平面ミラー１３が反射型マスク１６と干渉することを避けることができるという効果がある。なお、本実施例では反射型マスク側から数えて１枚目のミラー１８ａと２枚目のミラー１８ｂの間を、マスクを照明するための光束が通過する構成となっているが、投影光学系の設計に応じて、ある程度間隔が広いミラー間をその光束が通過する構成とすれば上記と同様の効果を奏する。なお、投影系を構成するミラー以外の光学部材（例えば、本実施例のＮＡ絞り２０６や可変スリット１９）とミラーとの間、又はミラー以外の光学部材間をマスクを照明するための光束が通過するようにしても良いのは言うまでもない。
【００５０】
次に円弧形状に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、１８ａ〜１８ｆのミラー及びＮＡ絞り２０６と円弧可変スリット１９から成る投影光学系１８により露光に最適な倍率で感光材が塗布された基板としてのウエハ２０に投影結像され、回路パターンの露光が行なわれる。上記ウエハ２０はウエハステージ２１に固定され、投影光学系１８の光軸に直交する平面及びこの光軸方向に移動可能であり、その移動は不図示のレーザー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を投影光学系１８の光軸に直交する平面内で速度ｖで走査すると同時に、ウエハ２０を投影光学系１８の光軸に直交する平面内で速度ｖ・Ｍにて同期走査することで、全面露光が行なわれる。
【００５１】
次にＮＡ絞り２０６について図７を用いて説明する。同図において、７０１は投影系のＮＡを制限するための開口部であり、７０２で示した円弧状の開口部は、照明系からの照明光および反射型マスク１６からの反射光束を通過させるための開口部である（投影光学系の設計に伴って、この開口部を反射型マスクからの反射光束だけが通過するようにしても良い）。本実施例の投影光学系１８においては、ミラー１８ｂの反射面近傍が瞳面となるように設計されているので、この瞳径を絞りで制限することによって、所望の開口数ＮＡを設定することが可能となる。図７では複数の互いに直径が異なる開口部を同心円状に配置したターレットとし、これを図１の２０６の位置に設置して不図示の回転制御部により所望の開口を瞳面に配置する構成としている。この他にも開口部を１次元に配列して切り替える方法や、開口部の直径を任意に変化させることができる可変開口絞りとしても、もちろんよい。
【００５２】
次に円弧可変スリット１９について図８を用いて説明する。同図において８０１は円弧スリットの幅を部分的に変えるための可動エッジ部であり、８０２は投影光学系のミラー１８ｆの外形に沿って設置された固定エッジ部である。この円弧可変スリット１９は、図１で示したように投影光学系１８の中間結像位置（反射型マスク１６のパターンの中間像が形成される位置）若しくはその近傍に配置されている（なお、ここでの「中間像」は反射型マスク１６のパターンを厳密に結像させるものだけではなく、ほぼ結像させるものも含む）。反射型マスク１６の近傍ではなく、この位置に置くことにより、この円弧可変スリット１９と反射型マスク１６とが干渉することを避けることができる。反射型マスク１６の回路パターンをウエハ２０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強い部分のスリット幅を不図示の制御系からの指示により狭めることで所望の量だけ光量を落としてスキャン露光することで、露光領域全面で均一な強度で露光することが可能となる。同図においては、円弧スリットの中央部分の照度が周辺よりも少し高い場合に、中央部だけ少しスリット幅を狭めた例を示している。
【００５３】
本実施例においては、可動エッジ部８０１と固定エッジ部８０２を用いた場合について示したが、８０２が可動エッジ部であってももちろんよい。
【００５４】
次に図１において、第２のインテグレータの反射面近傍に設置された開口絞り２０４の切り替えにより、輪帯照明等の変形照明を行なう方法について述べる。図１０は、開口絞り２０４が有する開口部の形状を示す図で、白抜き部が光束が通過する開口部である。２０４ａは通常照明、２０４ｂは輪帯照明、２０４ｃ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図１の２０４に示すように例えばターレットとして用意しておき、開口絞り駆動系２０５により不図示の制御系からの信号を受けて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。
【００５５】
開口絞り２０４は上述したように、第２のインテグレータ１１の反射面近傍に配置される。従って、インテグレータ１１に入射する光束の入射角をαとすると、インテグレータ１１の反射面において、光束径は紙面（入射面）に平行な方向に、１／ｃｏｓαの倍率で伸長する。これにより開口絞りの開口部形状も同一方向に１／ｃｏｓαの倍率で伸長しておく必要がある。図１０において例えば２０４ａは、入射光束径を円形に絞るために用いられるが、この楕円の縦横比は１／ｃｏｓαになっている。２０４ｂ、２０４ｃの場合も同様である。
【００５６】
次に、インテグレータ１１の反射面近傍に配置した開口絞り２０４によって、変形照明が行なわれる原理について、輪帯照明の際に使用すると良い開口絞り２０４ｂを例にとって説明する。
【００５７】
図１１は図１０におけるインテグレータ１１、回転放物面ミラー１２の部分を抜き出して示したものであり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。輪帯照明モードとする開口絞り２０４ｂは側面図（ａ）に対して図に示すように配置される。ここで開口絞り２０４ｂは上面図（ｂ）では説明を容易にするために図示していない。
【００５８】
インテグレータ１１に入射した光束は、開口絞り２０４ｂによって光軸中心部分と外径部の一部を遮光されて反射する。この反射光束のインテグレータ１１面上における強度分布は開口絞り２０４ｂの開口部の形状に一致することは言うまでもない。また、複数の円筒面により光束が円弧状の角度分布で反射することはすでに述べた通りである。この光束を回転放物面１２により集光して、その焦点距離の位置１１０１に円弧形状の均一照明領域を形成する。ここで１１０１は図１における反射型マスク１６の位置とほぼ等価である。この時、光束の中心を遮光されているために、集光された光束は１１０２（ハッチング部）に示すような光束となる。これは上面図（ｂ）においても同様である。このことは主光線と光学軸との交点の位置、すなわち瞳面と共役な位置１１０３において強度が１１０４の様な分布を示すことを意味しており、これは即ち輪帯照明が行なわれていることを示している。
【００５９】
次に、図１２及び図１３を参照して、上述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１２は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【００６０】
ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）ではデバイスの回路設計を行なう。ステップ２（反射型マスク製作）では、設計した回路パターンを形成した反射型マスクを製作する。ステップ３（ウエハ製造）ではシリコンなどの材料を用いて基板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、反射型マスクとウエハを用いて本発明の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。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウエハを用いて半導体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、耐久性テストなどの検査を行なう。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。
【００６１】
図１３は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。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（ＣＶＤ）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などによって形成する。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）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、上述の露光装置によって反射型マスクの回路パターンをウエハに露光する。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、現像したレジスト像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。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００６２】
【発明の効果】
本実施例の照明装置を用いることにより、従来によりも、被照射面上の円弧状の照明領域を均一な強度で照明することができるとともに、高効率でＥＵＶ光源からの光を円弧状に整形することができ、光量損失を少なくできるという効果がある。
【００６３】
また、この照明装置を露光装置に適用することにより、露光時間が短縮され、スループットを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の概略図
【図２】第１インテグレータの概略図
【図３】第２インテグレータの概略図
【図４】円筒面における光束反射を説明する図
【図５】円筒面で反射した光束の角度分布を説明する図
【図６】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
【図７】ＮＡ絞りの概略図
【図８】可変円弧スリットの概略図
【図９】第１インテグレータの切り替えによりσを調整する方法を説明する図
【図１０】変形照明を行なう開口絞りの形状の概略図
【図１１】輪帯照明を説明する図
【図１２】本発明のデバイス製造方法を説明するためのフローチャート
【図１３】図１２に示すステップ４の詳細なフローチャート
【図１４】従来例を表す要部概略図
【図１５】従来の反射型インテグレータの模式的斜視図
【図１６】従来の照明領域と露光に使用される円弧領域を示す図
【符号の説明】
１ 励起レーザー光
２ プラズマ発光点
４ 集光ミラー
８ 回転放物面等を有するミラー
１０ 回転放物面等を有するミラー
１１ 第２インテグレータ
１２ 回転放物面等を有するミラー
１４ マスキングブレード
１６ 反射型マスク
１７ マスクステージ
１８ 投影光学系
１９ 可変円弧スリット
２０ ウエハ
２１ ウエハステージ
２２ 真空容器
２３ 真空容器
２０１ 第１インテグレータ
２０４ 変形照明用開口絞り
【発明の属する技術分野】
本発明は露光装置に関し、特に露光光として波長２００ｎｍ〜１０ｎｍの領域の光を用い、反射型マスクの電子回路等の微細パターンを基板に転写する露光装置及びその露光装置を用いたデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細パターンをもつ半導体回路素子などを製造する方法として、例えば波長１３.４nmのＥＵＶ光を用いた縮小投影露光方法がある。この方法では、回路パターンが形成されたマスクをＥＵＶ光で照明し、マスク上のパターンの像をウエハ面に縮小投影し、その表面のレジストを露光してパターンを転写する。
【０００３】
従来のＥＵＶ縮小投影露光のための装置としては、例えば第１４図にて示す構成のものが考案されている。ここで図１４は従来のＥＵＶ縮小投影露光装置の要部概略図、図１５は従来の反射型インテグレータの摸式的斜視図、図１６は従来のマスク面上の照明領域を示す図である。
【０００４】
各図中において、１００１はＥＵＶ光の発光点、１００２はＥＵＶ光束、１００３はフィルタ、１００４は第１の回転放物面ミラー、１００５は反射型インテグレータ、１００６は第２の回転放物面ミラー、１００７は反射型マスク、１００８は投影光学系を構成する複数のミラー系、１００９はウエハ、１０１０はマスクステージ、１０１１はウエハステージ、１０１２は円弧状の開口を有するアパーチャ、１０１３はレーザー光源、１０１４はレーザー集光光学系、１０１５はマスク面上の照明領域、１０１６は露光が行われる円弧状領域、１０１７は真空容器である。
【０００５】
従来のＥＵＶ縮小投影露光装置は、ＥＵＶ光源、照明光学系、マスク１００７、投影光学系１００８、ウエハ１００９、マスク又はウエハを搭載したステージ１０１０、１０１１、マスクやウエハの位置を精密にあわせるアライメント機構（不図示）、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１０１７と排気装置（不図示）、などからなる。
【０００６】
ＥＵＶ光源としてはレーザープラズマやアンジュレータなどが用いられる。照明光学系ではＥＵＶ光発光点１００１からのＥＵＶ光１００２を第１の回転放物面ミラー１００４で集光し、反射型インテグレータ１００５に照射して複数の２次光源を形成し、さらにこの複数の２次光源からのＥＵＶ光のそれぞれがマスク１００７上で重畳されるように第２の回転放物面ミラー１００６で集光しマスク１００７を均一に照明する。
【０００７】
反射型マスク１００７は、例えば多層膜反射鏡の上にＥＵＶ吸収体などからなる非反射部を設けた転写パターンが形成されたものである。反射型マスク１００７で反射された回路パターンの情報を有するＥＵＶ光は、投影光学系１００８によってウエハ１００９面上に結像する。投影光学系１００８は光軸中心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。従って露光はこの細い円弧状領域のみが利用されて行われるように、ウエハ１００９直前に円弧状の開口をもったアパーチャ１０１２が設けられている。そして矩型形状をしたマスク全面のパターンを転写するため、反射型マスク１００７とウエハ１００９が同時にスキャンされ露光が行われる。ここで投影光学系１００８は複数の多層膜反射鏡によって構成され、マスク１００７上のパターンをウエハ１００９表面に縮小投影する構成となっており、通常、像側テレセントリック系が用いられている。なお、物体側（反射型マスク側）は、反射型マスク１００７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いる。
【０００８】
図１４において、照明光学系は、第１の回転放物面ミラー１００４、反射型インテグレータ１００５、第２の回転放物面ミラー１００６で構成される。反射型インテグレータ１００５には、図１５に示すような微小な凸または凹面を２次元に多数配列したフライアイミラーが用いられる。
【０００９】
レーザー光源１０１３からのレーザー光はレーザー集光光学系１０１４により発光点１００１の位置にある不図示のターゲットに集光され、高温のプラズマ光源１００１を生成する。このプラズマ光源から熱輻射により放射されたＥＵＶ光１００２は第１の回転放物面ミラー１００４で反射して平行なＥＵＶ光束となる。この光束が反射型インテグレータ１００５で反射して、多数の２次光源を形成する。
【００１０】
この２次光源からのＥＵＶ光は第２の回転放物面ミラー１００６で反射して反射型マスク１００７を照明する。ここで該２次光源から第２の回転放物面ミラー１００６、第２の回転放物面ミラー１００６から反射型マスク１００７までの距離は、第２の回転放物面ミラー１００６の焦点距離にほぼ等しく設定されている。すなわち、２次光源の位置に第２の回転放物面ミラー１００６の焦点が位置しているので２次光源の１つから出たＥＵＶは反射型マスク１００７を平行光束で照射する。投影光学系１００８は２次光源の像が投影光学系１００８の入射瞳面に投影される様に設計されており、これによりケーラー照明の条件が満たされている。即ち反射型マスク１００７上のある１点を照明するＥＵＶ光は全ての２次光源から出たＥＵＶ光の重なったものである。
【００１１】
マスク面上の照明領域１０１５の形状は、図１６に示すように反射型インテグレータ１００５の構成要素である凸又は凹面ミラーの形状と相似であり、実際に露光が行われる円弧状領域１０１６を含むほぼ矩型形状の領域であるために、露光領域１０１６以外の部分に多くのＥＵＶ光が照射され、この露光に寄与しないＥＵＶ光は露光領域を規定するアパーチャ１０１２により遮光される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＥＵＶ縮小投影露光装置は、反射型マスクを使用しており、その反射型マスクに対して同じ側に照明系と投影光学系とが配置されるので、露光装置全体の大きさをある程度コンパクトにしようとすると、その照明系や投影光学系等を構成する様々な光学部材どうしが物理的に干渉しかねないという問題点があった。
【００１３】
また、円弧状のアパーチャをウエハ直前に配置しようとすると投影系ミラーと物理的に干渉しかねないという問題点もあった。
【００１４】
上記従来のＥＵＶ縮小投影露光装置の問題点に鑑み、本発明の目的は、反射型マスクを使用した場合に、露光装置全体の大きさをある程度コンパクトにした場合にも、露光装置を構成する光学部材どうしが物理的に干渉しあわない投影露光装置及びこれを用いた半導体デバイス製造装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の投影露光装置は、光源からの光で反射型マスクを照明し、該照明された反射型マスクのパターンを投影光学系により基板に投影する投影露光装置において、前記投影光学系は絞りを有し、該絞りは、前記投影光学系の開口数を調整するための第１の開口部と、前記反射型マスクからの光が通過するための第２の開口部を持つことを特徴とする。
【００１８】
請求項２の投影露光装置は、請求項１の投影露光装置において、前記反射型マスクを照明する光も、前記第２の開口部を通過することを特徴とする。
【００１９】
請求項３の投影露光装置は、請求項１の投影露光装置において、前記第１の開口部は略円形状であり、前記第２の開口部は略円弧形状であることを特徴とする。
【００２０】
請求項４の発明の投影露光装置は、請求項１の投影露光装置において、前記第１の開口部はその大きさが可変であることを特徴とする。
【００２２】
請求項５のデバイス製造方法は、請求項１乃至４のいずれかの投影露光装置を用いてデバイスパターンで基板を露光する段階と、前記露光された基板を現像する段階とを有することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例について詳細に説明する。
【００２４】
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は励起レーザー光、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は励起レーザー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は集光ミラー、５はミラー４により集光されたＥＵＶ光束、６はフィルタ、７は真空を保ったままＥＵＶ光束を通過させる窓部、８、１０ａ、１０ｂ、１０ｃは回転放物面等のミラー、２０１ａ、２０１ｂは複数の凹面ミラーからなる第１のインテグレータであって切り替えて用いる。１１は複数の円筒面ミラーを有する第２のインテグレータ、１２は第２のインテグレータからの光束を収束するための集光ミラー、１３は光束を折り返す平面ミラー、１４はマスキングブレード、１６は反射型マスク、１７はマスクステージである。１８ａ〜１８ｆは投影光学系を構成しており、１９は円弧形状の開口を有しその開口が可変である可変スリット、２０は感光材が塗布されたウエハ、２１はウエハステージ、２２、２３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。
【００２５】
不図示の励起レーザー光源及び集光光学系から成る励起レーザー部から放射された、高出力の励起パルスレーザー光１は、発光点２の位置に集光するように構成されており、レーザープラズマ光源部を形成している。このレーザー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、励起パルスレーザー光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。
【００２６】
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やＳｎ等の金属を用いたものを選択してもよいことは言うまでもない。あるいは、ＥＵＶ光源としてアンジュレータを用いても本発明の本質は変わらない。
【００２７】
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４により集光されて、ＥＵＶ光束５として取りだされ、プラズマや周辺からの飛散粒子をカットしたり、ＥＵＶ露光に不要な波長をカットするためのフィルタ６を透過する。次にこのＥＵＶ光束５は真空容器２１と２２の境界面に設けられた窓部７を通過して、回転放物面ミラー８により反射することで略平行光束８'となる。なお、上記の回転楕円ミラー４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材料を用いるとともに、不図示の冷却手段を有しており、常に冷却されている。
【００２８】
同様に、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いる。その各ミラーも、材質としては熱伝導性の高い材料を用いるとともに、不図示の冷却手段を有していてもよい。
【００２９】
次に、平行光束となったＥＵＶ光８’は、複数の小さな凹面ミラーが２次元的に配列した面を有する第１のインテグレータ２０１ａに入射することで、各凹面ミラーにより多数の光スポットを形成し、これにより点光源アレイ２０２が空間中に形成される。この点光源アレイ２０２から放射されるＥＵＶ光を放物面ミラー１０ａにより集光してその後側焦点位置に重畳することにより、ほぼ均一な強度分布をもつ２次光源像２４が形成される。
【００３０】
ここで第１のインテグレータ２０１ａについて、第２図を用いて説明する。図２（ａ）は第１のインテグレータを反射面から見た概略図であって、２１０は複数の小さな凹面ミラーの一つを指している。この凹面ミラーの面形状はほぼ球面であって、同じ形状のミラーがあたかもハエの目の様に２次元に多数配列されている。同図においては一つの凹面ミラー２１０の外形を６角形としてハニカム構造となるように配列されているが、外形が４角形で格子状に配列しているものであってもよい。このように一体化された多数のミラー面に対して、入射したＥＵＶ光が高効率で反射するように反射多層膜が形成されている。
【００３１】
図２（ｂ）は第１のインテグレータ２０１ａの多数のミラー面２１０のうちの連続した任意の３つを取り出して、光束が入射している状態を側面から示したものである。すなわち凹面ミラー２１０'は、ミラー２１０の断面図である。同図に示すように、ＥＵＶ光束８’は凹面ミラー２１０'に入射すると、その焦点位置２０２に集光される。その隣のミラーについても同様である。従って、第１インテグレータはこのようなミラーが図２（ａ）の様に並んでいるので、この反射面に入射したＥＵＶ光束８’は、焦点位置２０２に各ミラー面の並びに対応した多数の光スポットを形成する。すなわち、これが点光源アレイ２０２となる。
【００３２】
前述したように形成された２次光源像２４からのＥＵＶ光束は、回転放物面ミラー１０ｂおよび１０ｃによって、光束径が所望の大きさに変倍され且つ光束径内においてほぼ均一な強度のＥＵＶ光束１１’となり、第２の反射型凸円筒面インテグレータ１１に入射する。
【００３３】
なお、この第１のインテグレータの機能を複数のインテグレータを用いて実現することとしても良い。
【００３４】
次に、第２のインテグレータ１１によって被照射面上の円弧領域を均一に照明する原理について、図３〜図６を用いて詳細に説明する。
【００３５】
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に平行光が入射した場合の摸式的斜視図であって、ＥＵＶ光束１１’は図示した方向から入射する。また図３（ｂ）は、（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１１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。
【００３６】
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。
【００３７】
各図中、符号１１は反射型凸円筒面インテグレータを示している。
【００３８】
図３（ａ）の様に、複数の円筒面をもったインテグレータ１１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によって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光を反射してマスクあるいは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。
【００３９】
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＝Ｐ１−２（Ｐ１・ｎ）ｎ
＝（−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位置に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１１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。
【００４０】
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次光源の位置に焦点をもつ、焦点距離ｆの回転放物面反射鏡と、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。
【００４１】
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、図３（ａ）に示すよう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１１に、太さＤの平行光が図示した方向に入射した場合を考える。先の例と同様に反射鏡と焦点距離ｆだけ離れた位置にマスクを配置したとすれば、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、マスク上では半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状領域が照明される。また、マスク上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、その角度広がりはＤ／ｆとなる。即ち、照明系の開口数はＤ／（２ｆ）となる。投影光学系のマスク側開口数をＮＡｐ１としたとき、コヒーレンスファクタは
σ＝Ｄ／（２ｆＮＡｐ１）
となる。したがってインテグレータ１１に入射する平行光の直径を変えることによって、最適なコヒーレンスファクタσに設定することができる。
【００４２】
この時、インテグレータ１１に入射する平行光１１’は、前述したように第一のインテグレータ２０１ａによって、その断面強度が均一化されているので、円弧照明領域において、その円弧に沿った方向（θ方向）についてはインテグレータ１１からの複数の光束が重畳されることでその均一性が達成され、円弧に垂直な方向（ｒ方向）については、インテグレータ２０１ａからの複数の光束が重畳されることでその均一性が達成されている。これにより従来よりも、被照射面において照度ムラの少ない、強度の均一な円弧照明を行なうことが可能となる。また、従来のように矩形形状の領域から円弧状の照明領域を切り出すことをしていないため、露光光量の損失が少なくなり、飛躍的に効率がよくなる。
【００４３】
ここで、インテグレータ２０１ａと２０１ｂの切り替えにより、上述した光束径Ｄを変えることで照明系のコヒーレンスファクタσを調整する方法について図９を用いて説明する。
【００４４】
図９の（ａ）及び（ｂ）は、第１図のインテグレータ２０１ａ及び２０１ｂの反射面における多数の凹面ミラーの部分断面を示す要部概略図である。同図に示すように、２０１ａの凹面ミラーの焦点位置と２０１ｂの凹面ミラーの焦点位置は、２０２でほぼ一致するように設計されている。すなわち、焦点距離はほぼ等しいが、射出する光の発散角が異なるように設計されている。具体的には、２０１ａと２０１ｂの凹面ミラーの曲率半径は等しく、凹面ミラーの有効径だけが異なるようにしており、２０１ａの有効径９０１ａを２０１ｂの有効径９０１ｂよりも大きくしている。このように設定した場合、第１のインテグレータへ入射するＥＵＶ光束８’に対して、２０１ａによって反射される光束の広がり角９０２ａは、２０１ｂによって反射される光束の広がり角９０２ｂよりも、口径比に従って大きくなる。
【００４５】
ここで図１に戻って説明すると、焦点位置２０２における点光源アレイからの光束は回転放物面ミラー１０ａによってフーリエ変換されて、その焦点位置２４にていわゆるケーラー照明条件となり、略均一な断面強度の光束となるが、この位置２４における光束径は、焦点位置２０２での光束の広がり角にほぼ比例する。すなわち、図９で示した様に、インテグレータ２０１ａを用いた場合は、広がり角９０２ａが大きいので、位置２４における光束径は大きい。一方、インテグレータ２０１ｂを用いた場合には、広がり角９０２ｂが小さいので、位置２４における光束径は小さい。
【００４６】
位置２４における光束は、回転放物面ミラー１０ｂ、１０ｃによって変倍されて光束１１’となるので、結果的にインテグレータ２０１ａと２０１ｂを切り替えることで第２のインテグレータ１１に入射する光束径１１’を変えることが可能である。
【００４７】
このように光束径１１’を所望の径に設定することにより、すでに前述したように、反射マスク１６へ入射する照明光のコヒーレントファクタσを、所望の大きさに設定することが可能となる。さらに開口絞り２０４を用いて光束径を調整することも可能である。また、回転放物面ミラー１０ｂ、１０ｃの倍率を変えることによっても光束径を調整することは可能である。
【００４８】
本実施例の露光方法について引き続き説明する。図１において第２のインテグレータに入射したＥＵＶ光束１１’は、上述した原理に基づき、回転放物面ミラー１２により集光され、平面ミラー１３により折り曲げられ、後述するＮＡ絞り２０６の開口部及びマスキングブレード１４を経て、マスクステージ１７に保持された反射型マスク１６上に円弧照明領域を形成することで円弧照明を行なう。なおこの円弧状の照明領域の曲率中心は、投影光学系の光軸１８ＡＸに一致している。ここでマスキングブレード１４は、反射型マスク１６に対して所望の露光すべき領域以外をある程度遮光するためのものである。
【００４９】
この時、回転放物面ミラー１２により集光されたＥＵＶ光束１２’は、投影光学系を構成するミラー１８ａと１８ｂの間を通過することが重要である。図１４を用いてすでに説明した従来例においては、照明光学系の光束と投影光学系の光束が空間で交差することはなかったが、本実施例のように投影光学系１８を構成するミラー１８ｂと反射型マスク１６との間隔が狭い場合は、本実施例のように投影光学系のミラー間にＥＵＶ光束１２’を通すことで、回転放物面ミラー１２や平面ミラー１３が反射型マスク１６と干渉することを避けることができるという効果がある。なお、本実施例では反射型マスク側から数えて１枚目のミラー１８ａと２枚目のミラー１８ｂの間を、マスクを照明するための光束が通過する構成となっているが、投影光学系の設計に応じて、ある程度間隔が広いミラー間をその光束が通過する構成とすれば上記と同様の効果を奏する。なお、投影系を構成するミラー以外の光学部材（例えば、本実施例のＮＡ絞り２０６や可変スリット１９）とミラーとの間、又はミラー以外の光学部材間をマスクを照明するための光束が通過するようにしても良いのは言うまでもない。
【００５０】
次に円弧形状に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、１８ａ〜１８ｆのミラー及びＮＡ絞り２０６と円弧可変スリット１９から成る投影光学系１８により露光に最適な倍率で感光材が塗布された基板としてのウエハ２０に投影結像され、回路パターンの露光が行なわれる。上記ウエハ２０はウエハステージ２１に固定され、投影光学系１８の光軸に直交する平面及びこの光軸方向に移動可能であり、その移動は不図示のレーザー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を投影光学系１８の光軸に直交する平面内で速度ｖで走査すると同時に、ウエハ２０を投影光学系１８の光軸に直交する平面内で速度ｖ・Ｍにて同期走査することで、全面露光が行なわれる。
【００５１】
次にＮＡ絞り２０６について図７を用いて説明する。同図において、７０１は投影系のＮＡを制限するための開口部であり、７０２で示した円弧状の開口部は、照明系からの照明光および反射型マスク１６からの反射光束を通過させるための開口部である（投影光学系の設計に伴って、この開口部を反射型マスクからの反射光束だけが通過するようにしても良い）。本実施例の投影光学系１８においては、ミラー１８ｂの反射面近傍が瞳面となるように設計されているので、この瞳径を絞りで制限することによって、所望の開口数ＮＡを設定することが可能となる。図７では複数の互いに直径が異なる開口部を同心円状に配置したターレットとし、これを図１の２０６の位置に設置して不図示の回転制御部により所望の開口を瞳面に配置する構成としている。この他にも開口部を１次元に配列して切り替える方法や、開口部の直径を任意に変化させることができる可変開口絞りとしても、もちろんよい。
【００５２】
次に円弧可変スリット１９について図８を用いて説明する。同図において８０１は円弧スリットの幅を部分的に変えるための可動エッジ部であり、８０２は投影光学系のミラー１８ｆの外形に沿って設置された固定エッジ部である。この円弧可変スリット１９は、図１で示したように投影光学系１８の中間結像位置（反射型マスク１６のパターンの中間像が形成される位置）若しくはその近傍に配置されている（なお、ここでの「中間像」は反射型マスク１６のパターンを厳密に結像させるものだけではなく、ほぼ結像させるものも含む）。反射型マスク１６の近傍ではなく、この位置に置くことにより、この円弧可変スリット１９と反射型マスク１６とが干渉することを避けることができる。反射型マスク１６の回路パターンをウエハ２０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強い部分のスリット幅を不図示の制御系からの指示により狭めることで所望の量だけ光量を落としてスキャン露光することで、露光領域全面で均一な強度で露光することが可能となる。同図においては、円弧スリットの中央部分の照度が周辺よりも少し高い場合に、中央部だけ少しスリット幅を狭めた例を示している。
【００５３】
本実施例においては、可動エッジ部８０１と固定エッジ部８０２を用いた場合について示したが、８０２が可動エッジ部であってももちろんよい。
【００５４】
次に図１において、第２のインテグレータの反射面近傍に設置された開口絞り２０４の切り替えにより、輪帯照明等の変形照明を行なう方法について述べる。図１０は、開口絞り２０４が有する開口部の形状を示す図で、白抜き部が光束が通過する開口部である。２０４ａは通常照明、２０４ｂは輪帯照明、２０４ｃ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図１の２０４に示すように例えばターレットとして用意しておき、開口絞り駆動系２０５により不図示の制御系からの信号を受けて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。
【００５５】
開口絞り２０４は上述したように、第２のインテグレータ１１の反射面近傍に配置される。従って、インテグレータ１１に入射する光束の入射角をαとすると、インテグレータ１１の反射面において、光束径は紙面（入射面）に平行な方向に、１／ｃｏｓαの倍率で伸長する。これにより開口絞りの開口部形状も同一方向に１／ｃｏｓαの倍率で伸長しておく必要がある。図１０において例えば２０４ａは、入射光束径を円形に絞るために用いられるが、この楕円の縦横比は１／ｃｏｓαになっている。２０４ｂ、２０４ｃの場合も同様である。
【００５６】
次に、インテグレータ１１の反射面近傍に配置した開口絞り２０４によって、変形照明が行なわれる原理について、輪帯照明の際に使用すると良い開口絞り２０４ｂを例にとって説明する。
【００５７】
図１１は図１０におけるインテグレータ１１、回転放物面ミラー１２の部分を抜き出して示したものであり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。輪帯照明モードとする開口絞り２０４ｂは側面図（ａ）に対して図に示すように配置される。ここで開口絞り２０４ｂは上面図（ｂ）では説明を容易にするために図示していない。
【００５８】
インテグレータ１１に入射した光束は、開口絞り２０４ｂによって光軸中心部分と外径部の一部を遮光されて反射する。この反射光束のインテグレータ１１面上における強度分布は開口絞り２０４ｂの開口部の形状に一致することは言うまでもない。また、複数の円筒面により光束が円弧状の角度分布で反射することはすでに述べた通りである。この光束を回転放物面１２により集光して、その焦点距離の位置１１０１に円弧形状の均一照明領域を形成する。ここで１１０１は図１における反射型マスク１６の位置とほぼ等価である。この時、光束の中心を遮光されているために、集光された光束は１１０２（ハッチング部）に示すような光束となる。これは上面図（ｂ）においても同様である。このことは主光線と光学軸との交点の位置、すなわち瞳面と共役な位置１１０３において強度が１１０４の様な分布を示すことを意味しており、これは即ち輪帯照明が行なわれていることを示している。
【００５９】
次に、図１２及び図１３を参照して、上述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１２は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【００６０】
ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）ではデバイスの回路設計を行なう。ステップ２（反射型マスク製作）では、設計した回路パターンを形成した反射型マスクを製作する。ステップ３（ウエハ製造）ではシリコンなどの材料を用いて基板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、反射型マスクとウエハを用いて本発明の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。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウエハを用いて半導体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、耐久性テストなどの検査を行なう。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。
【００６１】
図１３は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。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（ＣＶＤ）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などによって形成する。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）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、上述の露光装置によって反射型マスクの回路パターンをウエハに露光する。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、現像したレジスト像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。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００６２】
【発明の効果】
本実施例の照明装置を用いることにより、従来によりも、被照射面上の円弧状の照明領域を均一な強度で照明することができるとともに、高効率でＥＵＶ光源からの光を円弧状に整形することができ、光量損失を少なくできるという効果がある。
【００６３】
また、この照明装置を露光装置に適用することにより、露光時間が短縮され、スループットを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の概略図
【図２】第１インテグレータの概略図
【図３】第２インテグレータの概略図
【図４】円筒面における光束反射を説明する図
【図５】円筒面で反射した光束の角度分布を説明する図
【図６】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
【図７】ＮＡ絞りの概略図
【図８】可変円弧スリットの概略図
【図９】第１インテグレータの切り替えによりσを調整する方法を説明する図
【図１０】変形照明を行なう開口絞りの形状の概略図
【図１１】輪帯照明を説明する図
【図１２】本発明のデバイス製造方法を説明するためのフローチャート
【図１３】図１２に示すステップ４の詳細なフローチャート
【図１４】従来例を表す要部概略図
【図１５】従来の反射型インテグレータの模式的斜視図
【図１６】従来の照明領域と露光に使用される円弧領域を示す図
【符号の説明】
１ 励起レーザー光
２ プラズマ発光点
４ 集光ミラー
８ 回転放物面等を有するミラー
１０ 回転放物面等を有するミラー
１１ 第２インテグレータ
１２ 回転放物面等を有するミラー
１４ マスキングブレード
１６ 反射型マスク
１７ マスクステージ
１８ 投影光学系
１９ 可変円弧スリット
２０ ウエハ
２１ ウエハステージ
２２ 真空容器
２３ 真空容器
２０１ 第１インテグレータ
２０４ 変形照明用開口絞り
Claims (5)
- 光源からの光で反射型マスクを照明し、該照明された反射型マスクのパターンを投影光学系により基板に投影する投影露光装置において、
前記投影光学系は絞りを有し、
該絞りは、前記投影光学系の開口数を調整するための第１の開口部と、前記反射型マスクからの光が通過するための第２の開口部を持つことを特徴とする投影露光装置。 - 前記反射型マスクを照明する光も、前記第２の開口部を通過することを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
- 前記第１の開口部は略円形状であり、前記第２の開口部は略円弧形状であることを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
- 前記第１の開口部はその大きさが可変であることを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
- 請求項１乃至４のいずれか１項記載の投影露光装置を用いてデバイスパターンで基板を露光する段階と、前記露光された基板を現像する段階と、を有することを特徴とするデバイス製造方法。
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