JP4508708B2

JP4508708B2 - Ｅｕｖ光を用いた露光装置および露光方法

Info

Publication number: JP4508708B2
Application number: JP2004116805A
Authority: JP
Inventors: 明三宅
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-04-12
Filing date: 2004-04-12
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2024-04-12
Also published as: US7436490B2; EP1586949A2; JP2005302998A; US20050236585A1; EP1586949A3

Description

本発明は、半導体露光装置として使用されるＥＵＶ光を露光光に用いるＥＵＶ露光装置および露光方法に関するものである。

従来、半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造するための焼き付け（リソグラフィー）方法として、紫外線を用いた縮小投影露光が行われてきた。

縮小投影露光で転写できる最小の寸法は転写に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数に反比例する。このため微細な回路パターンを転写するためには用いる光の短波長化が進められ、水銀ランプｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）と用いられる紫外光の波長は短くなってきた。

しかし半導体素子は急速に微細化しており、紫外光を用いたリソグラフィーでは限界がある。そこで０．１μｍを下回るような非常に微細な回路パターンを効率よく焼き付けるために、紫外線よりも更に波長が短い波長１０〜１５ｎｍ程度の極端紫外光（ＥＵＶ光）を用いた縮小投影露光装置が開発されている。

図１２は、従来より知られたＥＵＶ光を用いる縮小投影露光装置の一例の概略図である。図１２においては光源から放出されたＥＵＶ光を用いて、レチクル上に形成されたパターンをウエハ上に縮小投影を行っている。

ＥＵＶ光を発生させるＥＵＶ光源としては、例えばレーザープラズマ光源が用いられる。これは真空容器中に置かれたターゲット材に高強度のパルスレーザー光を照射し、高温のプラズマを発生させ、これから放射される例えば波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用するものである。ターゲット材としては、金属薄膜、不活性ガス、液滴などが用いられ、ガスジェット等の手段で真空容器内に供給される。放射されるＥＵＶ光の平均強度を高くするためにはパルスレーザーの繰り返し周波数は高い方が良く、通常数ｋＨｚの繰り返し周波数で運転される。

露光光を光源からウエハに導光するための光学系として、ＥＵＶ光領域では物質による吸収が非常に大きくなるので可視光や紫外光領域で用いられてきたレンズ光学系は実用的ではなく、複数の反射型光学素子を組合せて露光光を導光する反射光学系が用いられる。

反射光学系を構成する反射型光学素子としては多層膜ミラーと斜入射全反射ミラーとが考えられるが、光学設計上の自由度の観点から全反射ミラーを特に投影光学系に用いることは難しく、多層膜ミラーが多く用いられる。特開平１−１７５７３６号には屈折率の異なる２種類の物質を交互に積層することでＥＵＶ光を反射可能な多層積層膜が記載されている。

上記多層膜ミラーは光学定数の異なる２種類の物質を交互に積層して構成され、入射角度が直角に近い直入射においても使用することができる。多層膜ミラーの各層を構成する物質は、たとえばモリブデンとシリコンであって、各層の厚さはたとえばモリブデン層の厚さは０．２ｎｍ、シリコン層の厚さは０．５ｎｍ程度、積層数は２０層対程度である。２種類の物質の層の厚さを加えたものを膜周期とよぶ。上記例では膜周期は０．２ｎｍ＋０．５ｎｍ＝０．７ｎｍである。

このような多層膜ミラーにＥＵＶ光が入射すると、入射角をθ、ＥＵＶ光の波長をλ、膜周期をｄとすると近似的には（１）式で示されるブラッグの式の関係を満足するようなλを中心とした０．６〜１ｎｍ程度の狭いバンド幅のＥＵＶ光だけが効率よく反射される。
２×ｄ×ｃｏｓθ＝λ （１）

一方、斜入射全反射ミラーは反射面に対して平行に近い角度で光線を入射させて屈折率の違いにより反射させ、全ての波長の光が反射させている。
特開平１−１７５７３６号

一方、従来のＥＵＶ露光装置は以下のような問題点を有している。

図１４にモリブデンとシリコンを組合せた多層膜ミラーの１回反射の反射率と１２回反射のトータルの反射率の波長依存性を示す。

プラズマを用いたＥＵＶ光源からはＥＵＶ光だけでなく、紫外線、可視光線、赤外線などの広い範囲の波長の光が放射される。これに対し、図１４から分かるように多層膜ミラーの波長１３．５ｎｍ前後のＥＵＶ光の１回反射の反射率は最大で７０％程度であるが、赤外線あるいは紫外線の反射率は高く、特に赤外線の反射率は１００％に近い。

このため、ＥＵＶ露光装置において用いられる十枚以上の多層膜ミラーで反射されることにより、光源から放射された波長１３．５ｎｍ前後のＥＵＶ光がレチクルやウエハに到達する強度は大きく減少するのに対し、光源から放射された波長１００〜３００ｎｍ程度の紫外線と波長１０００ｎｍ以上の赤外線は殆ど減衰されずにレチクルやウエハまで到達することとなる。

ウエハに到達した赤外線は光子エネルギーが小さいのでレジストを感光させる事はないが、レチクルやウエハに到達した赤外線あるいは紫外線はレチクルやウエハに吸収され熱膨張を生じる。このため露光中のレチクルやウエハの位置がずれるために、転写パターンの位置精度が低下するという問題点がある。

レチクルやウエハに熱膨張をもたらす赤外線あるいは紫外線を遮断するために、ＥＵＶ領域にバンドパス特性をもつフィルタを用いることも考えられる。ＥＵＶ光を有効に透過させるためには、ＥＵＶ光が物質により吸収されやすいため、例えば厚さ１００ｎｍ程度の極めて薄いジルコニウム薄膜フィルタを用いることで可能となる。しかし、このような薄膜フィルタに大パワーのＥＵＶ光源から放射された光を入射した場合、フィルタの面内の熱伝導が小さいため、フィルタに吸収される光のエネルギーでフィルタが非常に高温になり、フィルタが損傷を受けてしまうという問題点がある。

本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、プラズマ光源からの光線に含まれる赤外線に起因したレチクルやウエハの加熱に伴う転写パターンの位置精度の低下を防止可能となり、安定して微細なパターンの転写ができるＥＵＶ光を用いた露光装置、および当該露光装置を用いた露光方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係るＥＵＶ露光装置は、プラズマ光源からのＥＵＶ光を用いて基板を露光するＥＵＶ露光装置において、当該プラズマ光源からの光束を導光する光路中にブレーズ型回折格子構造を有する光学素子を備え、前記ブレーズ型回折格子構造を有する光学素子は、最も回折強度が高いＥＵＶ光の回折光の両側にＥＵＶ光以外の光線の回折光のうちの回折次数が０次及び１次の回折光が位置するように回折するブレーズ角を有しており、前記最も回折強度が高いＥＵＶ光の回折光の回折次数は４次以上の高次の回折次数であって、当該回折次数が４次以上の高次の回折次数を有するＥＵＶ光を用いて前記基板を露光することを特徴とするＥＵＶ露光装置である。

本発明によれば、プラズマ光源を用いたＥＵＶ露光装置において、当該プラズマ光源からの光線を所定の構造を有するブレーズ型回折格子で反射させることにより、当該光線のうちからＥＵＶ光をその他の不要光と分離して取り出すことが可能となり、不要な光線が露光装置の光学系に入射することを防止可能となった。また、この結果、特にプラズマ光源からの光線に含まれる赤外線に起因したレチクルやウエハの加熱に伴う転写パターンの位置精度の低下を防止可能となり、安定して微細なパターンの転写ができるＥＵＶ光を用いた露光装置、および当該露光装置を用いた露光方法が提供される。

以下に、ＥＵＶ光源からの光線に含まれる赤外線などの不要光を露光に必要なＥＵＶ光から分離することで、不要光がレチクルやウエハに到達することを防止する技術について説明する。

図１は、本発明に係るＥＵＶ光とその他の不要光の分離方法を示す概念図である。本発明においては、ブレーズ型の回折格子を用いてＥＵＶ光とその他の不要光を空間的に分離している。ブレーズ型の回折格子は、以下に説明するように入射する光線の波長に依存して異なる方向に回折を生じるため、ＥＵＶ光と不要な赤外線あるいは紫外線とを分離することが可能となる。

図２に本発明で使用するブレーズ型の回折格子の断面模式図を示す。回折格子の溝ピッチをｄ、入射する光の入射角をα、回折された光の出射角をβ、ブレーズ角をθ、入射する光の波長をλとする。こられのパラメータの間には（２）式で示される関係が成り立つ。
ｄ×（ｃｏｓβ−ｃｏｓα）＝ｍ×λ （２）式
（２）式において、ｍは回折の次数であって整数値をとる。またブレーズ条件は（３）式で示され、（３）式の条件をほぼ満たす次数の回折強度が強くなる。
α−β＝２×θ （３）式

図３は、ブレーズ型回折格子によるＥＵＶ光と赤外線あるいは紫外線との分離の概念図を示している。

本発明で使用するブレーズ型の回折格子では、赤外線あるいは紫外線の波長域でｍ＝０からｍ＝１の次数の回折強度が高くなるようにブレーズ角θが設定されている。このように設定された回折格子に赤外線あるいは紫外線と比較して波長が約１００分の１程度であるＥＵＶ光を同じ角度で入射した場合、（３）式で示されるブレーズの効果によりｍ＝５０前後の次数の回折光が強くなる。

このように設定されたブレーズ型回折格子を用いて、赤外線あるいは紫外線に対するｍ＝０からｍ＝１の次数の回折方向と、ＥＵＶ光に対するｍ＝５０前後の次数の回折方向とを変えるように回折格子の溝ピッチｄ等を設定することで、ＥＵＶ光とその他の不要光を空間的に分離することが可能となる。

ＥＵＶ光から分離された不要光は、図１に示すようにＥＵＶ光が回折される方向以外に向かう光を吸収する光線吸収部材を設けて遮断することが有効である。光線吸収部材の替わりに、赤外線を反射する反射鏡で赤外線を特定の方向に取り出しそこに赤外線の吸収体を設けて赤外線を吸収しても良い。赤外線吸収体は吸収した赤外線により温度が上昇し、吸収体の損傷を起こしたり、吸収体自体から熱放射により赤外線が放射される場合があるので、赤外線吸収体には水冷等の冷却手段を設けても良い。

赤外線あるいは紫外線吸収体や赤外線反射鏡からは、赤外線が散乱して放射される可能性があるので、散乱光を遮蔽するアパーチャを設けて、ウエハに到達する赤外線を更に低減させても良い。

図４は、本発明の第１の実施例に係るＥＵＶ露光装置の概念図である。図４を参照するに、本実施例に係るＥＵＶ露光装置は、レチクル上に形成された回路パターンをウエハ上に縮小して投影する縮小投影露光装置である。

以下、図４を参照して本実施例に係るＥＵＶ露光装置を説明する。

ＥＵＶ光を発生するＥＵＶ光源は、ターゲット供給装置から供給されるターゲットに対して励起用パルスレーザーから発せられたレーザー光を照射してＥＵＶ光を含むプラズマ光を発生する。多層膜ミラー又は斜入射ミラーである第１〜第３ミラー、及びオプティカルインテグレータ等から構成される照明光学系は、当該発生したプラズマ光をレチクルステージ上にレチクルチャックにより固定されたレチクルに導光してレチクルを照明する。オプティカルインテグレータはマスクを均一に所定の開口数で照明する役割を持っている。また照明光学系のレチクルと共役な位置にはレチクル面で照明される領域を円弧状に限定するためのアパーチャが設けられる。

本実施例のレチクルとしては、ミラーの上に吸収体によって転写すべきパターンを形成した反射型レチクルが用いられる。

レチクルで反射されて当該パターンに関する情報を有した光束は、多層膜ミラー又は斜入射ミラーである第１〜第４ミラー及び開口制限アパーチャ等から構成される投影光学系により、ウエハチャックによりウエハステージ上の所定の位置に固定されたウエハ上に投影される。

多層膜ミラーは可視光のミラーに比べて光の損失が大きいので、投影光学系を構成するミラー枚数は少ない方がＥＵＶ光の利用効率が高いが、収差補正が難しくなる。収差補正に必要なミラー枚数は４枚から６枚程度である。ミラーの反射面の形状は凸面または凹面の球面または非球面である。開口数ＮＡは０．１〜０．２程度である。

また、少ない枚数のミラーで広い露光領域を実現するには、光軸から一定の距離だけ離れた細い円弧状の領域（リングフィールド）だけを用いて、レチクルとウエハを同時に走査して広い面積を転写する方法（スキャン露光）が行われる。

図１３は、レチクルステージとウエハステージの動作を説明するための概念図である。レチクルステージとウエハステージは縮小倍率に比例した速度比で同期して走査する機構をもつ。ここでレチクル又はウエハ面内で走査方向をＸ、それに垂直な方向をＹ、レチクル又はウエハ面に垂直な方向をＺとする。

レチクルステージはＸ方向に高速移動する機構をもつ。また、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、および各軸の回りの回転方向に微動機構をもち、レチクルの位置決めができるようになっている。レチクルステージの位置と姿勢はレーザ干渉計によって計測され、その結果に基づいて位置と姿勢が制御される。

一方、ウエハステージはレチクルステージと同様にＸ方向に高速移動する機構をもつ。また、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、および各軸の回りの回転方向に微動機構をもち、ウエハ位置決めができるようになっている。ウエハステージの位置と姿勢はレーザ干渉計によって計測され、その結果に基づいて位置と姿勢が制御される。

ウエハ上で１回のスキャン露光が終わると、ウエハステージはＸ，Ｙ方向にステップ移動して次の走査露光開始位置に移動し、再びレチクルステージ及びウエハステージが投影光学系の縮小倍率に比例した速度比でＸ方向に同期走査する。

このようにして、レチクルの縮小投影像がとウエハ上に結像した状態でそれらを同期走査するという動作が繰り返される（ステップ・アンド・スキャン）。こうして、ウエハ全面にレチクルの転写パターンが転写される。

アライメント検出機構はレチクルの位置と投影光学系の光軸との位置関係、およびウエハの位置と投影光学系の光軸との位置関係を計測し、レチクルの投影像がウエハの所定の位置に一致するようにレチクルステージおよびウエハステージの位置と角度が設定される。

また、フォーカス位置検出機構によってウエハ面でＺ方向のフォーカス位置が計測され、ウエハステージの位置及び角度を制御することによって、露光中は常時ウエハ面を投影光学系による結像位置に保つ。

ＥＵＶ光源からウエハ位置までのＥＵＶ光が導光される空間は、気体分子によるＥＵＶ光の吸収を防止するため、全体が図示しない真空排気手段により排気された真空容器に収納されている。

本発明が適用されるＥＵＶ露光装置は、上記の構成のものに限定されることは無く、特に本実施例において用いるレーザープラズマ光源の他に放電型のプラズマ光源を用いても良く、本発明の効果を同様に得ることができる。

ＥＵＶ光源としてプラズマ光源を用いた場合には、露光に必要とされるＥＵＶ光の他に、紫外線、可視光線、赤外線などの広い範囲の波長の光線が放射される。これらの光線の内で特に赤外線は光学系を構成する多層膜ミラー等によりほぼ１００％反射されてレチクルやウエハに到達し、これらを加熱する。この結果、レチクルやウエハは膨張して、レチクルに形成されたパターンをウエハに転写する位置精度が低下するという問題点が生じる。

このような問題点を解消するために、本実施例においては照明系第１ミラーとオプティカルインテグレータ間にブレーズ型回折格子と赤外線吸収体を挿入している。

本実施例で使用したブレーズ型の回折格子では、各格子面の幅をＥＵＶ光の波長の約１０００倍とすることで、個々の面で反射したＥＵＶ光の回折による角度広がりを小さくすることが可能であり、ブレーズ面に対しほぼ鏡面反射の方向に直進させることができる。

この結果、ＥＵＶ光の回折光は赤外線あるいは紫外線の０次回折光と１次回折光との間に回折されるので、空間的にＥＵＶ光と赤外線あるいは紫外線とを分離することができる。これにより、露光に必要なＥＵＶ光以外の光線は、ＥＵＶ光の光路の周囲に設置された赤外線吸収体に吸収させ、ＥＵＶ光以外の光線がウエハまで到達することを防止することができる。

特に本実施例においては、ブレーズ型の回折格子にＥＵＶ光源からのプラズマ光をほぼ垂直に入射させて、ＥＵＶ光と不要な光線とを分離している。このために本実施例で使用したブレーズ型回折格子の溝ピッチｄは１０μｍ、ブレーズ角θは２度に設定してある。また各回折格子面でのＥＵＶ光に対する反射率を高くするために、表面にはモリブデンとシリコンの層を交互に積層した多層膜が設けてある。

図５は、本実施例で使用した回折格子に、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光と波長１２００〜２２００ｎｍの赤外線の混合した光を入射角１７度で入射した場合の回折光の角度分布についての計算結果を示す。図５から分かるように、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光は出射角が約１３度で回折される。これは約５０次の回折次数に対応している。一方、波長１２００〜２２００ｎｍの赤外線は出射角が１７度と４度〜１０度に集中して回折されている。前者は回折次数が０次の回折に、後者は１次の回折に対応している。このように本実施例で使用した回折格子により、露光に必要なＥＵＶ光は出射角が１３度の方向に、露光に有害な赤外線は出射角が１７度と４度〜１０度の方向に回折され、ＥＵＶ光源からの光線からＥＵＶ光を分離することが可能となる。

このようにＥＵＶ光から分離した赤外線などの不要光は、当該ブレーズ型回折格子で回折されたＥＵＶ光の光束の周囲に設置された赤外線吸収体に吸収されることにより、レチクルやウエハに到達することがなくなる。

本実施例のＥＵＶ露光装置におけるブレーズ型回折格子は上記のパラメータに限定されるものではなく、ＥＵＶ光が赤外線とは異なる角度に集中して回折されるようなものであれば良いが、赤外線あるいは紫外線が０次と１次の次数に集中し、ＥＵＶ光がその間の角度に集中することが望ましい。ＥＵＶ光の波長は赤外線あるいは紫外線の波長の５０分の１から５００分の１の程度なので、ＥＵＶ光の回折次数はその半分に相当する２５から２５０程度が望ましい。

また、最適なブレーズ型回折格子の溝ピッチｄとブレーズ角θは分離する光線の波長に依存して変化するため、必要に応じて複数のブレーズ型回折格子を光路中に使用して、より精密に所定のＥＵＶ光のみを分離して使用することも有効である。

本実施例では図４に示したものと同様のＥＵＶ露光装置に対して、実施例１とは異なるブレーズ型の回折格子を用いた場合について説明する。

本実施例のＥＵＶ露光装置においては、ブレーズ型の回折格子にＥＵＶ光源からのプラズマ光を垂直に近い角度で入射させて、ＥＵＶ光と不要な光線とを分離している。このときの回折格子の溝ピッチｄは１．２５μｍ、ブレーズ角θが２度のブレーズ型回折格子を用いている。また、回折格子面でのＥＵＶ光に対する反射率を高くするために、表面にはモリブデンとシリコンとを主成分とする多層膜が設けてある。

図６は、本実施例で使用した回折格子に、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光と１５０〜３５０ｎｍの紫外線の混合した光を入射角２０度で入射した場合の回折光の角度分布についての計算結果を示す。図６から分かるように、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光は約１６度の角度に回折されている。これは回折次数約６次に対応している。一方、波長１５０〜３５０ｎｍの紫外線は２０度と３度〜１３度に集中している。前者は０次の次数の回折に、後者は１次の次数の回折に対応している。この回折格子を用いれば、露光に必要なＥＵＶ光は１６度方向に、露光に有害な赤外線あるいは紫外線は２０度と３度〜１３度の方向に回折される。

実施例１と同様に、ＥＵＶ光が回折される方向以外に向かう光を吸収する吸収体を設けて遮断する。吸収体の替わりに、紫外線を反射する反射鏡で紫外線を特定の方向に取り出しそこに紫外線の吸収体を設けて紫外線を吸収しても良い。吸収体には紫外線が吸収されて温度が上昇し、吸収体の損傷を起こしたり、吸収体自体から熱放射により赤外線が放射される場合があるので、紫外線吸収体には水冷等の冷却手段を設けても良い。

紫外線吸収体や紫外線反射鏡からは、紫外線が散乱して放射される可能性があるので、散乱光を遮蔽するアパーチャを設けて、ウエハに到達する紫外線を更に低減させても良い。

本実施例のＥＵＶ露光装置におけるブレーズ型回折格子は上記のパラメータに限定されるものではなく、ＥＵＶ光が赤外線とは異なる角度に集中して回折されるようなものであれば良いが、紫外線が０次と１次の次数に集中し、ＥＵＶ光がその間の角度に集中することが望ましい。ＥＵＶ光の波長は紫外線の波長の８分の１から４０分の１の程度なので、ＥＵＶ光の回折次数はその半分に相当する４から２０程度が望ましい。

図７は、本発明の第３の実施例に係るＥＵＶ露光装置の概念図である。図７に示したＥＵＶ露光装置は図４に示したＥＵＶ露光装置とほぼ同様の構成を有するが、図４ではＥＵＶ光源からのプラズマ光を垂直に近い角度で入射させているのに対し、図７では入射角が約８０度の斜入射を行っている点で異なる。

ＥＵＶ光の波長領域では物質による吸収が非常に大きくなるので一般には物質の表面で反射を生じないが、屈折率の実部が１より僅かに小さいことを利用して、入射角度を９０度に近い角度で入射する斜入射で用いれば全反射が起きる。通常反射面から測って数度以内の斜入射では数十％以上の高い反射率が得られる。

本実施例のＥＵＶ露光装置においては、この特性を利用して入射角が約８０度の斜入射型のブレーズ型回折格子を用い、ＥＵＶ光と不要な赤外線とを分離している。この場合の回折格子の溝ピッチｄは４０μｍ、ブレーズ角θは２度に設定してある。

回折格子面でのＥＵＶ光に対する反射率を高くするために、表面には金、白金、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、のいずれか、またはそのいずれかの合金からなる反射膜が設けてある。

図８に、本実施例で使用した回折格子に波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光と波長１２００〜２２００ｎｍの赤外線の混合した光を入射角が８０度で入射した場合の回折光の角度分布の計算結果を示す。波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光は約７６度の角度に回折されている。これは約４３次の回折次数に対応している。一方、波長１２００〜２２００ｎｍの赤外線は８０度と６６度〜７３度に集中している。前者は０次の回折に、後者は１次の回折に対応している。この回折格子を用いれば、露光に必要なＥＵＶ光は７６度方向に、露光に有害な赤外線は８０度方向と６６度〜７３度の方向に回折され、ＥＵＶ光とその他の不要光を空間的に分離することができる。また、本実施例でも実施例１と同様に赤外線吸収体等を用いる方法で、赤外線を遮蔽することができる。

本発明の露光装置におけるブレーズ型回折格子は上記のパラメータに限定されるものではなく、ＥＵＶ光が赤外線とは異なる角度に集中して回折されるようなものであれば良いが、赤外線が０次と１次の次数に集中し、ＥＵＶ光がその間の角度に集中することが望ましい。ＥＵＶ光の波長は赤外線の波長の５０分の１から５００分の１の程度なので、ＥＵＶ光の回折次数はその半分に相当する２５から２５０程度が望ましい。

図９は本発明の第４の実施例に係るＥＵＶ露光装置の概念図である。図９に示したＥＵＶ露光装置は図４に示したＥＵＶ露光装置とほぼ同様の構成を有するが、図４ではオプティカルインテグレータの前にブレーズ型回折格子を配置しているのに対し、図９ではオプティカルインテグレータとブレーズ型回折格子を一体化している点で異なる。

図１０に本実施例のブレーズ型回折格子状オプティカルインテグレータを示す。オプティカルインテグレータは所定の形状を持った微小な反射面を平面または曲面上に多数配列し、露光光の２次光源を多数形成して光強度の均一化を図るためのものである。

本実施例のオプティカルインテグレータは、ブレーズ型回折格子構造の単位格子の形状に所定の曲率を与えることでブレーズ型回折格子にオプティカルインテグレータの機能付加したものである。

図１０に示した反射型のオプティカルインテグレータに入射した光線の内で、ＥＵＶ光は反射型のオプティカルインテグレータのすぐ近傍に多数の２次光源を形成する。反射型のオプティカルインテグレータが凹面ミラーを配列した形式のものであれば、２次光源は反射型のオプティカルインテグレータ反射面の外部に、反射型のオプティカルインテグレータが凸面ミラーを配列した形式のものであれば、２次光源は反射型のオプティカルインテグレータ反射面の内部に位置する。

ブレーズ型回折格子状オプティカルインタグレータの回折格子の溝ピッチｄは５０μｍ、ブレーズ角θは４度である。また各回折格子面でのＥＵＶ光に対する反射率を高くするために、表面にはモリブデンとシリコンの層を交互に積層した多層膜が設けてある。

図１１に、本実施例で使用する回折格子に波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光と波長１２００〜２２００ｎｍの赤外線の混合した光を入射角２０度で入射した場合の回折光の角度分布の計算結果を示す。図１１から分かるように、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光は約１８度の角度に回折されている。これは約４８次の回折光に対応している。一方、波長１２００〜２０００ｎｍの赤外線は２５度と０度〜１１度に集中している。前者は０次の回折光に、後者は１次の回折光に対応している。このブレーズ型回折格子状オプティカルインタグレータを用いれば、露光に必要なＥＵＶ光は１３度方向に回折され反射型のオプティカルインテグレータのすぐ近傍に多数の２次光源を形成する。一方、露光に有害な赤外線は１７度方向と１０〜４度の方向に回折され、ＥＵＶ光の光路外に分離される。本実施例でも実施例１と同様に赤外線吸収体等を用いる方法で、赤外線を遮蔽することができる。

本発明の露光装置におけるブレーズ型回折格子状オプティカルインタグレータは上記のパラメータに限定されるものではなく、ＥＵＶ光が赤外線とは異なる角度に集中して回折されるようなものであれば良いが、赤外線が０次と１次の次数に集中し、ＥＵＶ光がその間の角度に集中することが望ましい。ＥＵＶ光の波長は赤外線の波長の５０分の１から５００分の１の程度なので、ＥＵＶ光の回折次数は２５から２５０程度が望ましい。

本発明に係るＥＵＶ光とその他の不要光の分離方法を示す概念図本発明で使用するブレーズ型の回折格子の断面模式図本発明のブレーズ型回折格子によるＥＵＶ光と赤外線あるいは紫外線との分離の概念図本発明の第１の実施例に係るＥＵＶ露光装置の概念図本発明第１の実施例のブレーズ型回折格子による回折光の角度分布本発明第２の実施例のブレーズ型回折格子による回折光の角度分布本発明の第３の実施例に係るＥＵＶ露光装置の概念図本発明第３の実施例のブレーズ型回折格子による回折光の角度分布本発明の第４の実施例に係るＥＵＶ露光装置の概念図本発明第４の実施例のブレーズ型回折格子状オプティカルインタグレータ本発明第４の実施例のブレーズ型回折格子による回折光の角度分布従来例のＥＵＶ露光装置の概念図レチクルステージとウエハステージの動作を説明するための概念図多層膜ミラーの反射率の波長依存性を示す図

Claims

プラズマ光源からのＥＵＶ光を用いて基板を露光するＥＵＶ露光装置において、
当該プラズマ光源からの光束を導光する光路中にブレーズ型回折格子構造を有する光学素子を備え、
前記ブレーズ型回折格子構造を有する光学素子は、最も回折強度が高いＥＵＶ光の回折光の両側にＥＵＶ光以外の光線の回折光のうちの回折次数が０次及び１次の回折光が位置するように回折するブレーズ角を有しており、
前記最も回折強度が高いＥＵＶ光の回折光の回折次数は４次以上の高次の回折次数であって、当該回折次数が４次以上の高次の回折次数を有するＥＵＶ光を用いて前記基板を露光する
ことを特徴とするＥＵＶ露光装置。
前記ブレーズ型回折格子構造を有する光学素子の表面にはＥＵＶ光を回折して反射する多層膜ミラーが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＥＵＶ露光装置。
前記ブレーズ型回折格子構造を有する光学素子の表面には金、白金、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、のいずれかの金属、またはそのいずれかの合金からなる反射膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＥＵＶ露光装置。
前記ブレーズ型回折格子構造を有する光学素子はブレーズ型回折格子構造の単位形状が曲率を有し、オプティカルインテグレータとして機能することを特徴とする請求項１乃至３記載のＥＵＶ露光装置。
前記ブレーズ型回折格子構造を有する光学素子は、ブレーズ型回折格子構造の単位形状に対し鏡面反射の方向にＥＵＶ光を射出し、ＥＵＶ光以外の光線はブレーズ型回折格子構造の単位形状に対し鏡面反射とは異なる方向に射出することを特徴とする請求項１乃至４記載のＥＵＶ露光装置。
前記ブレーズ型回折格子構造を有する光学素子により回折されたＥＵＶ光以外の光線を吸収する光線吸収部材を有することを特徴とする請求項１乃至５記載のＥＵＶ露光装置。
前記光線吸収部材は、冷却手段を有することを特徴とする請求項６に記載のＥＵＶ露光装置。
前記ブレーズ型回折格子構造を有する光学素子により回折されたＥＵＶ光以外の光線をＥＵＶ光とは別に導光する光学系を有することを特徴とする請求項１乃至５記載のＥＵＶ露光装置。
請求項１乃至８に記載のＥＵＶ露光装置を用いることを特徴とする半導体装置の露光方法。