JPWO2003050857A1 - 反射型照明光学素子、反射型照明光学系、及びduv〜euv光露光装置 - Google Patents
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Abstract
反射型光学素子21は、2つの同じ大きさで同じ形状の開口A、開口Bを有しており、開口が輪体の一部を切り取った形状をしている。すなわち、リングを、そのリングの中心を通る直線に平行で、等距離にある2本の直線で切り取ったような形状である。そして、2つの開口22、開口23間は、筒状の部材で連結されて、全体としてチューブ型の形状をしており、筒状部材の各段面は、開口22、開口23と同じ形状をしている。そして、筒状部材の内面は、後に示すような反射面となっている。開口A側から、光源Pからの光を反射型光学素子21内に投射し開口23から見ると、光源Pの他に、多数の疑似光源が見え、インテグレータとしての働きをする。
Description
技術分野
本発明は、主としてミラープロジェクション方式のDUV〜EUV光露光装置に用いるのに好適な反射型照明光学素子と、それを用いた照明光学系、及びその照明光学系を用いたDUV〜EUV光露光装置に関するものである。
背景技術
近年、半導体集積回路素子の微細化に伴い、光の回折限界によって制限される光学系の解像力を向上させるために、従来の紫外線に代わってこれより波長の短いDUV〜EUV光(波長4.5nm〜300nm)の光をいい、本明細書及び請求の範囲においては一般的に軟X線と言われているX線をも含む意味で用いる)を使用した投影リソグラフィ技術が開発されている。すなわち、露光装置の解像力Wは、露光光の波長λと投影光学系の開口数NAとに依存し、次の式で表わされる。
W=K・λ/NA (K:定数)
したがって、露光装置の解像力を向上させるためには、露光光の波長λを短くするか、あるいは、投影光学系の開口数NAを大きくすることが必要となる。一般に、投影光学系の開口数NAを所定値以上に大きくすることは、光学設計の観点から、困難であるため、今後は、露光光の短波長化が必要となる。例えば、露光光として、波長が248nmのKrFエキシマレーザーを用いると0.25μmの解像力が得られ、波長が193nmのArFエキシマレーザーを用いると、0.18μmの解像が得られる。これに対し、露光光としてさらに波長の短いEUV光を用いると、例えば波長13.5nmで、0.1μm以下の解像力が得られる。
ところで、露光光としてEUV光を用いる場合、使用可能な透過光学材料および屈折光学材料がなくなるため、反射型のマスクを用いるとともに、反射型の投影光学系を用いることになる。この技術に使用されるEUV光投影露光装置は、主としてEUV光源、照明光学系、マスク(レチクルを含む、以下同じ)、結像光学系、ウェハステージ等により構成される。
このようなEUV光投影リソグラフィに使用されるEUV光露光装置の例を図24に示す。EUV光源1には放電プラズマ光源が使用されている。EUV光源1から放射された光束は、2枚のEUV光多層膜ミラー2、3からなる照明光学系で集光され、マスクステージ4上に保持された反射型マスク5を照明する。反射型マスク5で反射した光束は、4枚のEUV光多層膜ミラー6〜9で構成される投影光学系を通り、ウェハステージ10上に保持されたウェハ11上に到達する。投影光学系は、反射マスク5上に形成されている回路パターンを、1/4に縮小した像をウェハ11上に転写する。マスクにはレジストが塗布されており、投影光学系を介した投影露光によりレジストが感光し、マスクパターンに対応したレジストパターンが得られる。
このような反射ミラーを用いた光学系においては、通常のレンズ系におけるように光軸に近い位置で収差を小さくすることが困難であり、投影光学系の軸外の、円弧状の良像領域のEUV光が使用されることになる。よって、投影光学系においてはマスクと共役な位置にマスクブラインドと称する輪体の一部の形状を有する成形開口を設け、マスク上の円弧領域のみを照明してウェハ上に投影転写するようにしている。そして、マスク全体の回路パターンのウェハ上への転写は、マスクとウェハとを一定方向に走査することにより行われている。
この走査方式による露光は、比較的高いスループットで、しかも高解像力が得られるという利点がある。この種の露光においては、マスク上の円弧領域を均一に、しかも一定の開口数(NA)にて効率よく照明できる照明光学系が望まれており、特開平10−70058号公報には、平行光束を供給する光源部と反射型のオプティカルインテグレータと放物トーリック面形状の凹面鏡とを有し、マスク上を円弧状に均一照明できる照明光学系が提案されている。
この明細書に示されるがごとく、反射型の照明光学系は以下3つの条件を満たさなければならない。まず条件1として、照明範囲は円弧状領域(輪帯の一部)となり、マスク領域を照明光の中に効率よく集中させる必要があることである。
条件2は、照明光のムラをなくして照明する面内の照明光強度を平均化する必要があることであり、この目的のために、多くの場合反射型インテグレータが用いられている。反射型インテグレータは、その反射面により多数の光源の虚像を作り、各虚像からの光により照射面が照明されているのと等価な照明光を作り出すことにより、照射光のムラを無くする作用をするものである。
条件3としては、EUV光の反射面一面あたりの反射率は現在の多層膜技術を使って最大限反射率を高めても70%程度であるため、できるだけ反射面の数を限定して構成しなければならないという制約を伴うことである。
前記特開平10−70058号公報の照明光学系では、EUV光光源系からのEUV光を平行EUV光ビームにする第1の凹面ミラーと、前記反射型インテグレータと、反射されたEUV光ビームを更に反射して前記マスク面上に照射する第2の凹面ミラーと、計3枚の反射面で構成されている。しかしながら、この光学系は3枚の反射面で構成されているため、照明光の光量は光源光の35〜50%程度に低下する。露光装置において、照明光学系または照明装置の効率が低下すると、スループットが低下するので、重大な問題点となる。
また、USP5,669,708には、特殊な形状を有するフライアイ型の反射型インテグレータを使用することにより、反射面を2面とした照明光学系が開示されている。これによれば、照明光の低減は50%に抑えることができるため、上記3条件を満足するようにすることができる。しかしながら、このような特殊な形状のインテグレータは実際の製作が困難で、実現するには大きな制約となっている。
また、特開平10−70058号公報やUSP5,669,708に使用されているオプティカルインテグレータは入射した光束を発散させるため、照明に寄与しない光線が派生し、照明光学系の効率がさらに低下してしまうという問題点があった。
発明の開示
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、オプティカルインテグレータを使用する必要が無く、単純な構成により照明光の利用効率を向上させることができる反射型照明光学素子、照明光の形状や開口数を変化させることのできる反射型照明光学素子、オプティカルインテグレータを使用する必要が無く、単純な構成により照明光の利用効率を向上させることができる反射型照明光学素子、複数の光源からのDUV〜EUV光を合成可能な反射型照明光学素子、それを用いた照明光学系、及びその照明光学系を用いたDUV〜EUV光露光装置を提供することの少なくとも一つを達成することを目的とするものである。
これらの目的のうち少なくとも一つを解決するための発明は、以下の第1の発明から第14の発明である。
第1の発明は、異なる形状の開口A、Bを持つ、中空のチューブ形状を有する反射型照明光学素子であって、2つの開口の間が、滑らかな曲面又は平面形状を有する筒状面で連結されていることを特徴とする反射型照明光学素子である。
第2の発明は、前記第1の発明であって、開口Bが輪体の一部である形状を有することを特徴とするものである。なお、本明細書及び請求の範囲において「輪体の一部」とは、2つの半径の異なる円で囲まれる部分を、平行な直線で切り取ったような形状のもの、又は、所定の半径の円弧を平行移動させたとき、その軌跡で形成されるような形状のものを意味する。
第3の発明は、前記第1又は第2の発明であって、開口Aが矩形の形状を有することを特徴とするものである。
第4の発明は、矩形状の開口Aと、矩形以外の開口Bを持つ中空のチューブ形状を有する反射型照明光学素子であって、矩形状の開口Aから一定の距離までは、断面が開口Aと同一形状を有する直方体形状の筒状面を有し、それ以上の距離から開口Bまでは、滑らかな曲面を有する筒状面で連結されていることを特徴とする反射型照明光学素子である。
第5の発明は、前記第4の発明であって、開口Bが輪体の一部である形状を有することを特徴とするものである。
第6の発明は、相似形状で大きさの異なる2つの開口A、Bを持つ中空のチューブ形状を有する反射型照明光学素子であって、2つの開口の間が、開口と相似形の断面形状を有する筒状面で連結されていることを特徴とする反射型照明光学素子である。
第7の発明は、2つの開口A、Bを持つ第1の中空のチューブ形状体を複数本束ね、第1のチューブ形状体の束ねられた開口B全体と同じ形状である開口Cと、開口Dを有する第2の中空のチューブ形状体とを、開口Bと開口Cがつながるように接続してなることを特徴とする反射型照明光学素子である。
第8の発明は、2つの開口A、Bを持つ第1の中空のチューブ形状体を複数本束ね、第1のチューブ形状体の束ねられた開口B全体と同じ形状である開口Cと、開口Dを有する第2の中空のチューブ形状体とを、開口Bと開口Cがつながるように接続し、さらに第2のチューブ形状体を複数本束ね、束ねられた第2のチューブ形状体の開口D全体と同じ形状である開口Fと、開口Eを有する第3の中空のチューブ形状体とを、開口Dと開口Fがつながるように接続し、以下、必要に応じ、最後段のチューブ形状体を複数本束ね、束ねられた最後段の開口全体と同じ形状の開口を有するチューブ形状体につなげることを1回又は複数回繰り返して形成された反射型照明光学素子である。
第9の発明は、前記第7の発明又は第8の発明であって、開口Aの合計面積が、他端の開口の合計面積より大きくされていることを特徴とするものである。
第10の発明は、前記第1の発明から第6の発明のいずれかである反射型照明光学素子の開口Aから光源よりの照明光を入射し、他端の開口より照明光を取り出す照明光学系であって、筒状面の内面で反射せず他端の開口に到達する照明光、筒状面の内面で1回反射されて他端の開口に到達する照明光、及び筒状面の内面で複数回反射されて他端の開口に到達する照明光のいずれもが、他端の開口より放出されるようにされたことを特徴とするものである。
第11の発明は、前記第7の発明から第9の発明のいずれかである反射型照明光学素子の開口Aから光源よりの照明光を入射し、他端の開口より照明光を取り出す照明光学系であって、筒状面の内面で反射せず他端の開口に到達する照明光、筒状面の内面で1回反射されて他端の開口に到達する照明光、及び筒状面の内面で複数回反射されて他端の開口に到達する照明光のいずれもが、他端の開口より放出されるようにされた照明光学系において、複数ある開口Aのそれぞれに、又は複数個毎に、別々の光源が照射されていることを特徴とするものである。
第12の発明は、前記第10の発明又は第11の発明であって、前記照明光学系の開口に入射するEUV光が、前記開口面で集光されていることを特徴とするものである。
第13の発明は、前記第第10の発明から第12の発明のいずれかであって、前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がSiO2からなり、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が85°以上とされていること、前記第前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がRu膜で形成され、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が70°以上とされていること、前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がMo膜で形成され、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が70°以上とされていること、前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がMoSi2膜で形成され、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が80°以上とされていること、前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がRh膜で形成され、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が75°以上とされていることのいずれかを満たすことを特徴とするものである。
第14の発明は、EUV光光源からのEUV光を直接又は間接的に、前記第10の発明から第13の発明のいずれかである照明光学系に入射させ、当該照明光学系から出射した光により、直接又は間接的にマスクを照明し、マスクで反射したEUV光により、結像光学系を介してマスクの像をウェハ上に結像させる機能を有することを特徴とするEUV光露光装置である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を実施するための形態のうち、最良と思われるものを、図を用いて説明するが、本説明が、発明の範囲を制限するものではないことは言うまでもない。
図1は、本発明の第1の実施の形態である反射型照明光学素子と反射型照明光学系を示す図である。(a)は、反射型照明光学素子21の形状を示す図である。反射型光学素子21は、開口A(図では22で表す)が矩形であり、開口B(図では23で表す)が、輪体の一部を切り取った形状をしている。すなわち、開口23の形状は、リングを、そのリングの中心を通る直線に平行で、等距離にある2本の直線で切り取ったような形状である。
よって、開口22と開口23を結ぶ筒状体の面のうち、図の横方向の面を形成する部分は長方形であるが、上下方向の面は、左側が直線、右側が円弧であるので、これらを滑らかに結合するような形状とされている。滑らかに結合するような形状とは、開口22に入射した光を、開口22の方向に逆戻りさせたり、乱反射したりするような凹凸が無く、開口22から入射した入射角の大きな光が、反射を繰り返して開口23に到達できるような曲面又は平面をいう。典型的には、後に述べるようにスプライン曲線で開口22と開口23の側面を結合するようにすればよい。
これは、例えば、後に述べるスプライン補間により、開口22と開口23を結合するように上下方向の面を形成することにより実現できる。そして、筒状部材の内面は、後に示すような反射面となっている。なお、開口23の形状としては、たとえば、円弧の長さを約100mm、幅を約5mm程度とすれば、効率よくマスクを照射することができる。
(b)は、反射型光学素子21の横方向端面近くにおける光源Pからの光の通過の様子を示すものである。(b)には、光源Pから直接開口23に至る光の他に、筒状部材の内面で1回反射して開口23に至る光、2回反射して開口23に至る光、3回反射して開口23に至る光の進路が示されている。
これにより、開口23から見ると、光源Pの他に、仮想光源P1、P2、P3が上方向に並んで見えることになる。図示しないが、下方向にも同じような仮想光源が見えることは明らかである。(a)のA−A断面においては断面形状が矩形とならず、平行四辺形となるが、光の通過の様子は、(b)に示したものとほぼ同じである。
(c)は、(a)のB方向から見た光の通過経路を示すもので、開口22から開口23に行くに従って幅が広がっているので、反射する毎に入射角は大きくなるが、やはり両側面間で多重反射が起こって、疑似光源が構成される。
結局、チューブの形状は前述の様に、開口22から入射した光線が反射を繰り返して進行しながら、滑らかに僅かづつ変形し、開口23での形状が輪帯の一部の形状になるように加工されているため、開口23から射出される光線束は輪帯の一部の形状となる。
反射型光学素子内で、光源からの光が何回反射できるかは、光源の開口角と、光源に対する開口22の立体角、反射型光学素子21の寸法で決定される。よって、本手段によれば、輪体の一部の形状を有する2次光源を複数個発生させることができ、インテグレータとしての作用を持たせることができる。
また、光源の開口角が狭い場合、筒状部材の内面反射の入射角が大きくなり、Grazing incidenceを満足し、高い反射率で反射を繰り返すことができるので、複数回の反射を繰り返しても光量の損失が少なくて済む。また、光源の開口角が広く、小さな入射角で反射型光学素子21に入射する光がある場合には、周辺の光は多重反射により減衰するが、入射角の大きい部分の光は、減衰量が少ないまま開口23に達し、照明に寄与する。
なお、図では、3回までの多重反射について述べているが、反射型光学素子21の長さを長くしていけば、更に多数回の反射が繰り返され、多くの疑似光源を発生させることができる。また、反射型光学素子21において、横方向に進む光で開口23の内側の端面で遮られない光は、横方向の端面間で多重反射を繰り返し、横方向にも、疑似光源を発生させることができることもある。
光源Pは、光源からの光を集光させることにより点光源とすることができる。光源Pの位置を開口22の位置とすると、効率が良くなる。
図2は、本発明の第2の実施の形態である反射型照明光学素子24を示すもので、反射型照明光学素子24は、開口A(22)が円形であり、開口B(23)が図1に示したものと同様な輪体の1部の形状をしている。このような形状の反射型照明光学素子24においても、前述の反射型照明光学素子21とほぼ同様の効果を得られる。
図3は、本発明の第3の実施の形態である反射型照明光学素子を示す図である。(a)は反射型光学素子25の斜視図、(b)はその平面図、(c)はその正面図である。反射型光学素子25は、異なる大きさで相似形状である長方形の開口A(22)、開口B(23)を有している。そして、2つの開口22、開口23間は、筒状の部材で連結されて、全体としてチューブ型の形状をしており、筒状部材の任意の点での断面は、開口22、開口23と相似の形状をしている。即ち、開口22と開口23の相似の対応点は、直線で結ばれている。筒状部材の内面は、後に示すように高い反射率を有する材料で構成されている。
このような反射型照明光学素子の開口22に点Pから光線を照射し、I点から開口23を覗いたときの光線の進み方の例を図4に示す。図4には、光源Pから直接Iに至る光の他に、筒状部材の内面で1回反射してIに至る光、2回反射してIに至る光、3回反射してIに至る光の進路が示されている。これにより、Iから見ると、光源Pの他に、仮想光源P1、P2、P3が上方向に並んで見えることになる。図示しないが、下方向にも同じような仮想光源が見えることは明らかである。同様、光は側面でも多重反射されるので、横方向にも仮想光源が並んで見える。
反射型光学素子内で、光源からの光が何回反射できるかは、光源の開口角と、光源に対する開口22の立体角、反射型光学素子25の寸法で決定される。よって、本手段によれば、1個の光源から2次光源を複数個発生させることができ、インテグレータとしての作用を持たせることができる。
また、図3に示された反射型光学素子25の入側開口22の方が出側開口23より大きいので、入射した光の開口数より出射する光の開口数が大きくなり、開口数を容易に変えることができる。逆に、入側開口Aの方が出側開口Bより小さい場合には、入射した光の開口数より出射する光の開口数を小さくすることができる。
光源の開口角が狭い場合、筒状部材の内面反射の入射角が大きくなり、Grazing incidenceを満足し、高い反射率で反射を繰り返すことができるので、複数回の反射を繰り返しても光量の損失が少なくて済む。また、光源の開口角が広く、小さな入射角で反射型光学素子21に入射する光がある場合には、周辺の光は多重反射により減衰するが、入射角の大きい部分の光は、減衰量が少ないまま開口Bに達し、照明に寄与する。
なお、図では、3回までの多重反射について述べているが、反射型光学素子25の長さを長くしていけば、更に多数回の反射が繰り返され、多くの疑似光源を発生させることができる。
図5は、本発明の第4の実施の形態である反射型光学素子を示す図である。この反射型光学素子26は、円形の開口A(22)と開口B(23)を有し、開口Aの径よりも開口Bの径の方が大きくなっている。そして、これらの開口を結合する筒状部材は、その任意の位置での断面が円形となるようになっている。即ち、開口Aと開口Bの相似の対応点は直線で結ばれている。筒状部材の内面は、後に示すように高い反射率を有する材料で構成されている。このような構成の反射型光学素子26でも、複数の疑似光源を発生させることができ、インテグレータとしての機能と、開口数を変更する機能を有する。
図6は、本発明の第5の実施の形態である反射型照明光学素子27を示す図である。この実施の形態においては、開口A(22)が円形であり、開口B(23)が矩形である。そして、その間を連結する筒状面は、滑らかな曲面となっている。滑らかな曲面とは、開口22に入射した光を、開口22の方向に逆戻りさせたり、乱反射したりするような凹凸が無く、開口22から入射した入射角の大きな光が、反射を繰り返して開口23に到達できるような曲面をいう。典型的には、後に述べるようにスプライン曲線で開口22と開口23の側面を結合するようにすればよい。
図6に示すような実施の形態によれば、光源から放射される光束の形状と異なる形状の光束を、反射型照明光学素子27から放出させることができる。
図7は、本発明の第6の実施の形態である、反射型光学素子28と29を結合して、輪体の一部の形状を有する開口を形成する例を示す図である。光源に面する反射型光学素子28の開口A(22)は円とし、EUV光源からのEUV光を最大限に受光できるようにする。一方、レチクルを照射するためのEUV光の形状は、前述のように輪体の一部となっていることが好ましい。よって、一方の開口を円とし、他方の開口を輪体の一部とすればよいのであるが、このような形状のチューブが一度には成形できない場合がある。
よって、この実施の形態では、開口A(22)として円形、開口B(23)として細長い矩形の開口を有する反射型光学素子28と、開口23と同じ形状の開口C(30)と、輪体の一部の形状を有する開口D(31)とを有する反射型光学素子29を形成し、開口23と開口30を結合することにより、これらの組み合わせとして円形の光束を輪体の一部の形状を有する光束に変換している。
図8は、本発明の第7の実施の形態である反射型照明光学素子とその使用例を示す図である。この光学素子は、反射型光学素子41と反射型光学素子42とを結合して形成されている。
反射型光学素子41の入側開口41F、出側開口42Bは合同な矩形であり、反射型光学素子41は直方体形状をしている。一方、反射型光学素子42は、図1に示したような形状をしている。すなわち、その入側開口42Fは、開口41Bと合同な矩形であり、出側開口42Bは輪体の一部を切り取った形状をしている。
このような構成にした場合、反射型光学素子41が直方体形状をしているため、多重反射が規則的に起こり、ある程度長さを長くしておけば、開口41Fに点光源が形成されたとき、開口41Bからは、ほぼ均一な面光源に近い光が放出されるようになる。
すなわち、反射型光学素子42の開口42Fには、ほぼ均一な面光源に近い光が入射する。この光が、さらに反射型光学素子42内で多重反射されながら開口42Bから出射する。反射型光学素子42の断面が徐々に矩形から円弧状に変わっていくので、壁面での反射は不規則になるが、入射する光がほぼ均一な面光源であるので、出射する光もほぼ均一な面光源となる。
図8はこの性質を利用して、EUV線源でレチクルを照射する様子を示している。ガス供給管4から供給されるガス3に、レーザ光源1から出射されるレーザ光を、集光光学系2を介して集光する。すると、ガス3がプラズマ化し、そのプラズマからEUV光が発生する。このEUV光は回転楕円鏡5により反射型光学素子41の開口41Fの中心部CPに集光される。このEUV光は、前述のように反射型光学素子41内で多重反射されて面光源となり、さらに反射型光学素子42によりほぼ均一な円弧状(輪体の一部状)のEUV光に変換される。すなわち、開口42Bがほぼ均一な円弧状の光源となる。
開口42Bから放出されたEUV光は、ミラーM3、M4で反射されてレチクルRを、ほぼ一様かつ円弧状に照明する。
図9は、前記第7の実施の形態である反射型照明光学素子の他の使用方法を示す図である。すなわち、図9に示される反射型照明光学素子は図8に示されたものと同じである。図8では、反射型光学素子41の入側の開口41Fの中心点CPにEUV光を集光させるのに完全反射型の2次曲面ミラーM2を使用していたが、図9においては、透過/反射型の2次曲面ミラーM5を使用しているところが異なっている。EUV光源Lから出射したEUV光は、2次曲面ミラーM5を通過する際にその2次曲面ミラーで反射され、開口41Fの中心点CPに集光される。その他の作用は、図8における説明と同様である。
なお、図8に示した実施の形態においては、反射型光学素子42の開口42Bを、現在考えられているEUV露光装置における照明光として使用するのに適当なように円弧状にしているが、反射型照明光学素子の使用目的に応じて適当な形状とすることができる。
また、図8においては、反射型光学素子41と反射型光学素子42の2つで一つの反射型照明光学素子を形成しているが、反射型光学素子41自体を複数に分割したものを製造してこれをつないで用いてもよく、また、反射型光学素子42自体を複数に分割したものを製造してこれをつないで用いてもよい。また、製作上の問題が無ければ、反射型光学素子41と反射型光学素子42を一体形成してもよい。これらは、いずれも第4の発明の実施の形態となる。
図10に、反射型光学素子42の形状の例を示す。反射型光学素子42は入射端面42Fが矩形で、出射端面42Bが円弧状である中空パイプである。この反射型光学素子42は例えば以下のように構成することができる。
反射型光学素子42の入射端面42Fの内側の四隅の点を、図のようにi、j、k、lとし、出射端面42Bの内側の四隅の点を、図のようにm、n、o、pとする。
入射端面42Fの点iと点jの間をN等分し、さらに出射端面42Bの点mと点nの間をN等分する。次にiから始めてjまで、mから始めてnまで順に対応する点をスプライン補間で連結する。
区間j〜l、n〜p、区間l〜k、p〜o、区間k〜j、o〜mについても同様にスプライン補間で連結する。このようにすれば、入射端面(開口)42Fと出射端面(開口)42Bとを、滑らかな中空体で連結することができる。
図11は、本発明の第8の実施の形態である反射型照明光学素子を構成するチューブ形状体の例を示す図である。
(a)は8本の第1のチューブ形状体51a〜51hを縦4列横2列に束ねた状態を示すものである。この例においては、各チューブ形状体51a〜51hは、断面が長方形の形状である中空4角柱の形状を有しており、両端の開口部である開口A(51A)と開口B(51B)は同一の形状を有している。そして束ねたものが集合体51を構成している。
(b)は、前記第1のチューブ形状体と同じ幅を有し、高さが2倍の長方形の断面を有する中空4角柱の形状の第2のチューブ形状体を、縦2列、横2列に束ねたものを示す。この集合体52においては、開口C(52C)と開口D(52D)は同じ大きさをしており、開口52Cは、開口51Bの2つ分の大きさに対応している。
(c)は、前記第2のチューブ形状体の2倍の幅を有し、かつ高さが2倍の長方形の断面を有する中空4角柱の形状の第3のチューブ形状体53を示す図である。第3のチューブ形状体53において、開口E(53E)と開口F(53F)は同じ大きさをしており、53Eは、開口52D4つ分の大きさに対応している。これら、各チューブ形状体の内面は、後に説明するように反射率の高い材料で形成されている。
これら、集合体51、集合体52、チューブ形状体53を接続して一つの反射型照明光学素子を構成したものを図12に示す。図12において、図11に示した8本の第1のチューブ形状体51a〜51hのうち2本ずつが束となって、4つの第2のチューブ形状体52に接続され、さらに第2のチューブ形状体52の4本が束となって、第3のチューブ形状体53に接続されている。すなわち、図12において、開口51Bと52Cが接続され、開口52Dと53Eが接続されている。よって、8つの開口51Aに別れて入射した光は、開口53Fから一つにまとまって出射するようになっている。
このような反射型照明光学素子のチューブ単体の作用は、図7に示したものと同じであるが、図13を用いて説明する。図12は、チューブ形状体51aの開口51Aに光源Pから光が入射したとき、I点に届くまでの光路の例を図示したものである。P点から直接I点に至る光の他に、チューブ形状体51aの内面で1回反射、2回反射、3回反射されてI点に至る光線を1点鎖線で示してある。
光源Pの他に、上部に疑似光源P1、P2、P3が形成されることになる。同様、下部にも疑似光源が形成され、左右の端面で反射された光により、左右にも疑似光源が形成される。
すなわち、このように内部で多重反射を繰り返させることにより、多数の疑似光源が形成され、このようなチューブ形状体は、インテグレータとしての働きを有することになる。
チューブ形状体内で、光源からの光が何回反射できるかは、光源の開口角と、光源に対する開口51Aの立体角、チューブ形状体の寸法で決定される。
また、光源の開口角が狭い場合、チューブ形状体筒の内面反射の入射角が大きくなり、Grazing incidenceを満足し、高い反射率で反射を繰り返すことができるので、複数回の反射を繰り返しても光量の損失が少なくて済む。また、光源の開口角が広く、小さな入射角でチューブ形状体に入射する光がある場合には、周辺の光は多重反射により減衰するが、入射角の大きい部分の光は、減衰量が少ないまま開口51Bに達し、照明に寄与する。
なお、図では、3回までの多重反射について述べているが、チューブ形状体の長さを長くしていけば、更に多数回の反射が繰り返され、多くの疑似光源を発生させることができる。
ところで、図12においては、狭い開口を有するチューブ形状体を束にして、広い開口を有するチューブ形状体に接続し、これを繰り返して最終的にチューブ形状体53で光を一つにまとめている。このようにすると、以下のような利点がある。すなわち、はじめからチューブ形状体53のような大きな開口を有するチューブ形状体で多重反射を繰り返し行おうとすると、相対する内面間の距離が大きくなるので、反射した光線が次に反射されるまでの光路長が大きくなり、結局チューブ形状体の長さを長くしなければならない。
よって、チューブ形状体53の前に、その開口の半分の大きさの開口を有するチューブ形状体の集合体52をおき、ここで多重反射を行わせることにより、単位長当たりの多重反射の回数を多くして、その分、必要長さを短くしている。これだけで十分な数の疑似光源が形成される場合は、チューブ形状体の集合体51を設ける必要はないが、この例では、さらに、チューブ形状体の集合体52におけるチューブ形状体の半分の高さを有するチューブ形状体51a〜51hの集合体51をチューブ形状体の集合体52の前に接続している。これにより、高さ方向の多重反射の回数を更に増やすことができる。
また、必要に応じて、チューブ形状体の集合体51の前に、チューブ形状体51a〜51hの各々に接続するように、更に開口の小さいチューブ形状体の束を接続し、必要があれば、それに更に開口の小さいチューブ形状体の束を接続するという動作を繰り返して反射型照明光学素子を形成するようにしてもよい。
図12に示すような反射型照明光学素子は、複数の光源の光を、一つにまとめるためにも使用される。すなわち、開口51Aの一つ一つに、あるいは2つに1個、4つに1個の光源を対応させ、それらの光源からの光を多重反射させながら、チューブ形状体53に導くことにより、光を一つにまとめる。このようにすると、チューブ形状体53と同じ開口を持つチューブ形状体の開口に直接多数の光源から光を照射する場合に比べて、多重反射により形成される疑似光源の数を多くでき、この場合もインテグレータとしての働きをさせることができる。
図14に、本発明の第9の実施の形態である反射型光学素子を構成するチューブ形状体の例を示す。
(a)は8本の第1のチューブ形状体54a〜54hを縦4列横2列に束ねた状態を示すものである。この例においては、各チューブ形状体54a〜54hは、断面が長方形の形状である中空裁頭4角錐の形状を有しており、両端の開口部である開口A(54A)と開口B(54B)は相似であるが、開口54Bの方が小さくされている。そして、周面を構成する部材は、その各位置での断面が開口部と相似な形状となっている。即ち、開口54Aと開口54Bの相似の対応点は、直線で結ばれている。そしてこれらを束ねたものが集合体54を構成している。
(b)は、一つの開口C(55C)が、前記第1のチューブ形状体の開口54Bと同じ幅を有し、高さが2倍の長方形の断面を有する中空裁頭4角錐の形状の第2のチューブ形状体55を、縦2列、横2列に束ねたものを示す。この集合体55においては、開口55Cと開口D(55D)は相似形であるが、開口55Dは開口55Cより小さくされている。そして、周面を構成する部材は、その各位置での断面が開口部と相似な形状となっている。開口55Cは、開口54B2つ分の大きさに対応している。
そして、後に述べるように、これら集合体54と集合体55を連結した場合において、連続することになる周縁部(集合体54と集合体55の外周部等)は、折れ曲がったり段ができたりすることなく、一つの平面上にあるようにされている。
(c)は、開口E(56E)が開口55Dの2倍の幅を有し、かつ高さが2倍の長方形の断面を有する中空裁頭4角錐の形状の第3のチューブ形状体56を示す図である。第3のチューブ形状体56において、開口E(56E)と開口F(56F)は相似形であるが、開口56Fの方が開口56Eより小さくなっている。そして、周面を構成する部材は、その各位置での断面が開口部と相似な形状となっている。開口56Eは、開口55Dの4つ分の大きさに対応している。そして、後に述べるように、これら集合体55と第3のチューブ形状体56を連結した場合において、連続することになる周縁部(集合体55とチューブ形状体56集合体55の外周部)は、折れ曲がったり段ができたりすることなく、一つの平面上にあるようにされている。これら、各チューブ形状体の内面は、後に説明するように反射率の高い材料で形成されている。
これら、集合体54、集合体55、チューブ形状体56を接続して一つの反射型照明光学素子を構成したものを図15に示す。図15において、図14に示した8本の第1のチューブ形状体54a〜54hのうち2本ずつが束となって、4つの第2のチューブ形状体55に接続され、さらに第2のチューブ形状体55の4本が束となって、第3のチューブ形状体56に接続されている。すなわち、図15において、開口54Bと開口55Cが接続され、開口55Dと開口56Eが接続されている。よって、8つの開口54Aに別れて入射した光は、開口56Fから一つにまとまって出射するようになっている。この接続において、接続により連続される部材同士は、接続点で段差がついたり折れ曲がったりすることなく、一つの平面上にあるように形成されている。
このようなチューブ形状体の開口54Aに点Pから光線を照射し、I点から開口54Bを覗いたときの光線の進み方の例を図16に示す。図16には、光源Pから直接開口Iに至る光の他に、筒状部材の内面で1回反射してIに至る光、2回反射してIに至る光、3回反射してIに至る光の進路が示されている。これにより、Iから見ると、光源Pの他に、仮想光源P1、P2、P3が上方向に並んで見えることになる。図示しないが、下方向にも同じような仮想光源が見えることは明らかである。同様、光は側面でも多重反射されるので、横方向にも仮想光源が並んで見える。
反射型照明光学素子内で、光源からの光が何回反射できるかは、光源の開口角と、光源に対する開口Aの立体角、チューブ形状体の寸法で決定される。よって、本手段によれば、1個の光源から2次光源を複数個発生させることができ、インテグレータとしての作用を持たせることができる。
また、図14に示された反射型照明光学素子54の入側開口54Aの方が出側開口54Bより大きいので、入射した光の開口数より出射する光の開口数が大きくなる。
また、図15に示すような構成としている意味は、図12の構成で説明した意味と同じである。従って図14に示した実施の形態は、図12に示した実施の形態の作用効果をそのまま有しているが、図11に示した実施の形態に比べて、複数の光源を一つにまとめるときに好都合である。すなわち、開口54Aの総和の面積が、開口56Fの面積より大きいので、多数の光源から出射された光を、狭い範囲にまとめるのことができる。
なお、第9の実施の形態においては、開口は長方形であり、入側と出側の開口が相似であるが、入側と出側の開口は必ずしも相似形である必要はない。同様、開口の形状は必ずしも長方形である必要はなく、さらには、入側と出側の形状が異なっていてもよい。
このように、本発明の反射型照明光学素子は、その中で多重反射を行わせることによって複数個の疑似光源を作り出し、インテグレータとしての働きをさせると共に、入射した光を散乱させずに出射させる機能を有するものであるので、内部での光の吸収をなるべく小さく抑えることが好ましい。よって、筒状部材の内面には、なるべく使用される光線に対して反射率の高い材料を使用する必要がある。将来露光装置に使用されるEUV光の波長は50nm以下であり、13nm程度にまで達すると予想されるので、これに対して反射率の高い材料を用いることが好ましい。
例として、13.5nmの波長のEUV光に対するSiO2の反射率を図17に示す。反射率としては、少なくとも従来用いられている反射鏡と同一の反射率である70%を示すことが好ましいので、SiO2を反射材として用いる場合、反射面に入射する入射角を、最低でも85°に抑えることが好ましい。また、このようにすると、s偏光成分とP偏光成分での反射率の違いがほとんど無くなり、偏光により後の光学系に収差等の発生することを防止することができる。
図18に、13.5nmの波長のEUV光に対するRuの反射率を示す。これによると、入射角が60°〜70°にかけて臨界的に増加していることが分る。よって、Ru膜を反射面に用いる場合、反射面に入射する入射角を、最低でも70°に抑えることが好ましい。また、これにより、反射率を70%以上にすることができる。さらに、入射角を80°以上とすれば、反射率を90%近くにすることができる。
図19に、13.5nmの波長のEUV光に対するMo膜の反射率を示す。これによると、入射角が65°〜70°にかけて臨界的に増加していることが分る。よって、Mo膜を反射面に用いる場合、反射面に入射する入射角を、最低でも70°に抑えることが好ましい。また、これにより、反射率を70%以上にすることができる。さらに、さらに、入射角を80°以上とすれば、反射率を90%近くにすることができる。
図20に、13.5nmの波長のEUV光に対するMoSi2膜の反射率を示す。これによると、入射角が75°〜80°にかけて臨界的に増加していることが分る。よって、MoSi2膜を反射面に用いる場合、反射面に入射する入射角を、最低でも80°に抑えることが好ましい。また、これにより、反射率を70%以上にすることができる。さらに、入射角を85°以上とすれば、反射率を90%近くにすることができる。
図21に、13.5nmの波長のEUV光に対するRh膜の反射率を示す。これによると、入射角が60°〜70°にかけて臨界的に増加していることが分る。また、入射角を75°以上とすれば、反射率を70%以上とすることができる。よって、よって、Rh膜を反射面に用いる場合、反射面に入射する入射角を、最低でも75°に抑えることが好ましい。また、これにより、反射率を70%以上にすることができる。さらに、さらに、入射角を85°以上とすれば、反射率を90%近くにすることができる。
いずれの場合も、入射角が大きくなるとs偏光とp偏光の反射率の差が小さくなるので、この面からは入射角を85°以上にすることが好ましい。s偏光とp偏光の反射率の差の面からは、MoSi2膜を用いることが特に好ましい。
以上、好ましいと思われる反射材について説明してきたが、反射材としては、この他に、金、ロジウム、白金、硅化モリブデン等を用いることができる。
また、157nm未満の光(特に、波長が30nm、13nm、11nmの光)は、空気中では吸収が多く光の利用効率が著しく低くなるので、反射型光学素子は、少なくとも中空部分の内部が真空排気されていること、または使用波長に対して透明、即ち吸収が少ない気体で満たされていることが望ましい。
以上述べたような反射型光学素子は金属、グラスファイバーまたはセラミック等で形成することができる。
以上のように構成された反射型照明光学素子は、例えば図24に示すEUV光露光装置において、EUV光源1とEUV光多層ミラー2の間、又は多層膜ミラー2と多層膜ミラー3との間、さらには、多層膜ミラー3と反射型マスク45の間に入れて、本発明に係る照明光学系を有するEUV光露光装置とすることができる。このような露光装置においては、本発明に係る反射型照明光学素子がインテグレータとしての働きをするので、特開平10−70058号公報に記載される技術のようにインテグレータを入れて3枚の反射鏡を必要とせず、また、USP5,669,708に記載される技術のように特殊な構造のインテグレータを必要としない。本発明に係る反射型照明光学素子での光の散乱や吸収に伴う光の減衰は少なく、よって、全体としてEUV光の利用効率の良いEUV光露光装置とすることができる。
(実施例)
図8に示すような光学系を想定し、反射型光学素子41(両端の開口41Fと41Bが同一の矩形形状からなる、直方体状のもの)と反射型光学素子42(開口42Fが反射型光学素子41の開口41Bと同一で、他の開口42Bが円弧状(輪体の一部状)のもの)を繋いで使用した場合に、どのような光量分布となるかをシミュレーションにより求めた。
反射型光学素子41は104mm×8mmの矩形状の開口を1F、41Bを有するものとし、その長さは9000mmとした。反射型光学素子42は、104mm×8mmの矩形状の開口42Fと、半径が104mmで幅が104mmの円弧を、8mmに亘って平行移動したときに、その軌跡でできるような形状を有するものとした(図22参照)。反射型光学素子42の長さは1100mmとした。
このような反射型光学素子41の開口41F面の中央に、直径1mmの点光源があるものとし、この点光源からの光を、反射型光学素子42の開口42B面で受光したとき、光量分布がどのようになるかを調べた。その際、反射型光学素子41の内面は完全反射体であると仮定し、反射型光学素子42の内面にはRu(ルテニウム)の単層膜が設けられているものとした。光源の波長は、13.5nmに設定した。
このようにしてシミュレーションの結果得られた光量分布を図23に示す。図において、横軸は、開口42Bの縦方向(図22の上下方向)位置を示し、縦軸は開口42Bの中央位置での光量を100とした場合の相対光量を示す。図23は、開口42Bを、縦方向に切り(例えば図22のA−A線で切り)、その線上での光量分布を示したものである。実際には、A−A線を1mm間隔で移動してデータを取っているので、多数本の線が得られるが、図23は、その包絡線を示したものである。すなわち、開口42Bでの相対的な光量分布は、図のa線とb線の間に分布する。なお、データはA−A線上、すなわち、図23の横軸方向でも1mmおきに採取している。
図23より、開口42Bの縦方向で中心から約±3.2mmの範囲、すなわち幅8mmのうち約6.4mmの範囲においては、光量分布のばらつきは、ほぼ10%以内に収まっており、この範囲で、ほぼ均一な面光源と見なすことができることが分かる。
産業上の利用可能性
本発明の反射型照明光額素子、反射型照明光学系は、EUV光露光装置等の光学系に使用することができる。また、本発明のEUV光露光装置は、半導体の製造プロセス等におけるリソグラフィ工程に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の第1の実施の形態である反射型照明光学素子を示す図である。
図2は、本発明の第2の実施の形態である反射型照明光学素子を示す図である。
図3は、本発明の第3の実施の形態である反射型照明光学素子を示す図である。
図4は、図3に示す反射型照明光学素子中での光線の進み方の例を示す図である。
図5は、本発明の第4の実施の形態である反射型光学素子を示す図である。
図6は、本発明の第5の実施の形態である反射型照明光学素子を示す図である。
図7は、本発明の第6の実施の形態である、反射型光学素子を2つ結合して、輪体の一部の形状を有する開口を形成する例を示す図である。
図8は、本発明の第7の実施の形態である反射型照明光学素子とその使用例を示す図である。
図9は、第7の実施の形態である反射型照明光学素子の他の使用方法を示す図である。
図10は、本発明の第7の実施の形態である反射型照明光学素子を構成する第2の反射型光学素子を示す図である。
図11は、本発明の第8の実施の形態である反射型照明光学素子を構成するチューブ形状体の例を示す図である。
図12は、図11に示すチューブ形状体を接続して一つの反射型照明光学素子を構成したものを示す図である。
図13は、図11に示すチューブ形状体における光路の例を図示したものである。
図14は、本発明の第9の実施の形態である反射型光学素子を構成するチューブ形状体の例を示す図である。
図15は、図14に示すチューブ形状体を接続して一つの反射型照明光学素子を構成したものを示す図である。
図16は、図14に示すチューブ形状体における光路の例を図示したものである。
図17は、13.5nmの波長のEUV光に対するSiO2膜の反射率を示す図である。
図18は、13.5nmの波長のEUV光に対するRu膜の反射率を示す図である。
図19は、13.5nmの波長のEUV光に対するMo膜の反射率を示す図である。
図20は、13.5nmの波長のEUV光に対するMoSi2膜の反射率を示す図である。
図21は、13.5nmの波長のEUV光に対するRh膜の反射率を示す図である。
図22は、実施例に使用した反射型照明光学素子の出側開口を示す図である。
図23は、実施例における反射型照明光学素子の出側開口部分における光量分布を示す図である。
図24は、EUV光投影リソグラフィに使用されるEUV光露光装置の例を示す図である。
本発明は、主としてミラープロジェクション方式のDUV〜EUV光露光装置に用いるのに好適な反射型照明光学素子と、それを用いた照明光学系、及びその照明光学系を用いたDUV〜EUV光露光装置に関するものである。
背景技術
近年、半導体集積回路素子の微細化に伴い、光の回折限界によって制限される光学系の解像力を向上させるために、従来の紫外線に代わってこれより波長の短いDUV〜EUV光(波長4.5nm〜300nm)の光をいい、本明細書及び請求の範囲においては一般的に軟X線と言われているX線をも含む意味で用いる)を使用した投影リソグラフィ技術が開発されている。すなわち、露光装置の解像力Wは、露光光の波長λと投影光学系の開口数NAとに依存し、次の式で表わされる。
W=K・λ/NA (K:定数)
したがって、露光装置の解像力を向上させるためには、露光光の波長λを短くするか、あるいは、投影光学系の開口数NAを大きくすることが必要となる。一般に、投影光学系の開口数NAを所定値以上に大きくすることは、光学設計の観点から、困難であるため、今後は、露光光の短波長化が必要となる。例えば、露光光として、波長が248nmのKrFエキシマレーザーを用いると0.25μmの解像力が得られ、波長が193nmのArFエキシマレーザーを用いると、0.18μmの解像が得られる。これに対し、露光光としてさらに波長の短いEUV光を用いると、例えば波長13.5nmで、0.1μm以下の解像力が得られる。
ところで、露光光としてEUV光を用いる場合、使用可能な透過光学材料および屈折光学材料がなくなるため、反射型のマスクを用いるとともに、反射型の投影光学系を用いることになる。この技術に使用されるEUV光投影露光装置は、主としてEUV光源、照明光学系、マスク(レチクルを含む、以下同じ)、結像光学系、ウェハステージ等により構成される。
このようなEUV光投影リソグラフィに使用されるEUV光露光装置の例を図24に示す。EUV光源1には放電プラズマ光源が使用されている。EUV光源1から放射された光束は、2枚のEUV光多層膜ミラー2、3からなる照明光学系で集光され、マスクステージ4上に保持された反射型マスク5を照明する。反射型マスク5で反射した光束は、4枚のEUV光多層膜ミラー6〜9で構成される投影光学系を通り、ウェハステージ10上に保持されたウェハ11上に到達する。投影光学系は、反射マスク5上に形成されている回路パターンを、1/4に縮小した像をウェハ11上に転写する。マスクにはレジストが塗布されており、投影光学系を介した投影露光によりレジストが感光し、マスクパターンに対応したレジストパターンが得られる。
このような反射ミラーを用いた光学系においては、通常のレンズ系におけるように光軸に近い位置で収差を小さくすることが困難であり、投影光学系の軸外の、円弧状の良像領域のEUV光が使用されることになる。よって、投影光学系においてはマスクと共役な位置にマスクブラインドと称する輪体の一部の形状を有する成形開口を設け、マスク上の円弧領域のみを照明してウェハ上に投影転写するようにしている。そして、マスク全体の回路パターンのウェハ上への転写は、マスクとウェハとを一定方向に走査することにより行われている。
この走査方式による露光は、比較的高いスループットで、しかも高解像力が得られるという利点がある。この種の露光においては、マスク上の円弧領域を均一に、しかも一定の開口数(NA)にて効率よく照明できる照明光学系が望まれており、特開平10−70058号公報には、平行光束を供給する光源部と反射型のオプティカルインテグレータと放物トーリック面形状の凹面鏡とを有し、マスク上を円弧状に均一照明できる照明光学系が提案されている。
この明細書に示されるがごとく、反射型の照明光学系は以下3つの条件を満たさなければならない。まず条件1として、照明範囲は円弧状領域(輪帯の一部)となり、マスク領域を照明光の中に効率よく集中させる必要があることである。
条件2は、照明光のムラをなくして照明する面内の照明光強度を平均化する必要があることであり、この目的のために、多くの場合反射型インテグレータが用いられている。反射型インテグレータは、その反射面により多数の光源の虚像を作り、各虚像からの光により照射面が照明されているのと等価な照明光を作り出すことにより、照射光のムラを無くする作用をするものである。
条件3としては、EUV光の反射面一面あたりの反射率は現在の多層膜技術を使って最大限反射率を高めても70%程度であるため、できるだけ反射面の数を限定して構成しなければならないという制約を伴うことである。
前記特開平10−70058号公報の照明光学系では、EUV光光源系からのEUV光を平行EUV光ビームにする第1の凹面ミラーと、前記反射型インテグレータと、反射されたEUV光ビームを更に反射して前記マスク面上に照射する第2の凹面ミラーと、計3枚の反射面で構成されている。しかしながら、この光学系は3枚の反射面で構成されているため、照明光の光量は光源光の35〜50%程度に低下する。露光装置において、照明光学系または照明装置の効率が低下すると、スループットが低下するので、重大な問題点となる。
また、USP5,669,708には、特殊な形状を有するフライアイ型の反射型インテグレータを使用することにより、反射面を2面とした照明光学系が開示されている。これによれば、照明光の低減は50%に抑えることができるため、上記3条件を満足するようにすることができる。しかしながら、このような特殊な形状のインテグレータは実際の製作が困難で、実現するには大きな制約となっている。
また、特開平10−70058号公報やUSP5,669,708に使用されているオプティカルインテグレータは入射した光束を発散させるため、照明に寄与しない光線が派生し、照明光学系の効率がさらに低下してしまうという問題点があった。
発明の開示
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、オプティカルインテグレータを使用する必要が無く、単純な構成により照明光の利用効率を向上させることができる反射型照明光学素子、照明光の形状や開口数を変化させることのできる反射型照明光学素子、オプティカルインテグレータを使用する必要が無く、単純な構成により照明光の利用効率を向上させることができる反射型照明光学素子、複数の光源からのDUV〜EUV光を合成可能な反射型照明光学素子、それを用いた照明光学系、及びその照明光学系を用いたDUV〜EUV光露光装置を提供することの少なくとも一つを達成することを目的とするものである。
これらの目的のうち少なくとも一つを解決するための発明は、以下の第1の発明から第14の発明である。
第1の発明は、異なる形状の開口A、Bを持つ、中空のチューブ形状を有する反射型照明光学素子であって、2つの開口の間が、滑らかな曲面又は平面形状を有する筒状面で連結されていることを特徴とする反射型照明光学素子である。
第2の発明は、前記第1の発明であって、開口Bが輪体の一部である形状を有することを特徴とするものである。なお、本明細書及び請求の範囲において「輪体の一部」とは、2つの半径の異なる円で囲まれる部分を、平行な直線で切り取ったような形状のもの、又は、所定の半径の円弧を平行移動させたとき、その軌跡で形成されるような形状のものを意味する。
第3の発明は、前記第1又は第2の発明であって、開口Aが矩形の形状を有することを特徴とするものである。
第4の発明は、矩形状の開口Aと、矩形以外の開口Bを持つ中空のチューブ形状を有する反射型照明光学素子であって、矩形状の開口Aから一定の距離までは、断面が開口Aと同一形状を有する直方体形状の筒状面を有し、それ以上の距離から開口Bまでは、滑らかな曲面を有する筒状面で連結されていることを特徴とする反射型照明光学素子である。
第5の発明は、前記第4の発明であって、開口Bが輪体の一部である形状を有することを特徴とするものである。
第6の発明は、相似形状で大きさの異なる2つの開口A、Bを持つ中空のチューブ形状を有する反射型照明光学素子であって、2つの開口の間が、開口と相似形の断面形状を有する筒状面で連結されていることを特徴とする反射型照明光学素子である。
第7の発明は、2つの開口A、Bを持つ第1の中空のチューブ形状体を複数本束ね、第1のチューブ形状体の束ねられた開口B全体と同じ形状である開口Cと、開口Dを有する第2の中空のチューブ形状体とを、開口Bと開口Cがつながるように接続してなることを特徴とする反射型照明光学素子である。
第8の発明は、2つの開口A、Bを持つ第1の中空のチューブ形状体を複数本束ね、第1のチューブ形状体の束ねられた開口B全体と同じ形状である開口Cと、開口Dを有する第2の中空のチューブ形状体とを、開口Bと開口Cがつながるように接続し、さらに第2のチューブ形状体を複数本束ね、束ねられた第2のチューブ形状体の開口D全体と同じ形状である開口Fと、開口Eを有する第3の中空のチューブ形状体とを、開口Dと開口Fがつながるように接続し、以下、必要に応じ、最後段のチューブ形状体を複数本束ね、束ねられた最後段の開口全体と同じ形状の開口を有するチューブ形状体につなげることを1回又は複数回繰り返して形成された反射型照明光学素子である。
第9の発明は、前記第7の発明又は第8の発明であって、開口Aの合計面積が、他端の開口の合計面積より大きくされていることを特徴とするものである。
第10の発明は、前記第1の発明から第6の発明のいずれかである反射型照明光学素子の開口Aから光源よりの照明光を入射し、他端の開口より照明光を取り出す照明光学系であって、筒状面の内面で反射せず他端の開口に到達する照明光、筒状面の内面で1回反射されて他端の開口に到達する照明光、及び筒状面の内面で複数回反射されて他端の開口に到達する照明光のいずれもが、他端の開口より放出されるようにされたことを特徴とするものである。
第11の発明は、前記第7の発明から第9の発明のいずれかである反射型照明光学素子の開口Aから光源よりの照明光を入射し、他端の開口より照明光を取り出す照明光学系であって、筒状面の内面で反射せず他端の開口に到達する照明光、筒状面の内面で1回反射されて他端の開口に到達する照明光、及び筒状面の内面で複数回反射されて他端の開口に到達する照明光のいずれもが、他端の開口より放出されるようにされた照明光学系において、複数ある開口Aのそれぞれに、又は複数個毎に、別々の光源が照射されていることを特徴とするものである。
第12の発明は、前記第10の発明又は第11の発明であって、前記照明光学系の開口に入射するEUV光が、前記開口面で集光されていることを特徴とするものである。
第13の発明は、前記第第10の発明から第12の発明のいずれかであって、前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がSiO2からなり、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が85°以上とされていること、前記第前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がRu膜で形成され、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が70°以上とされていること、前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がMo膜で形成され、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が70°以上とされていること、前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がMoSi2膜で形成され、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が80°以上とされていること、前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がRh膜で形成され、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が75°以上とされていることのいずれかを満たすことを特徴とするものである。
第14の発明は、EUV光光源からのEUV光を直接又は間接的に、前記第10の発明から第13の発明のいずれかである照明光学系に入射させ、当該照明光学系から出射した光により、直接又は間接的にマスクを照明し、マスクで反射したEUV光により、結像光学系を介してマスクの像をウェハ上に結像させる機能を有することを特徴とするEUV光露光装置である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を実施するための形態のうち、最良と思われるものを、図を用いて説明するが、本説明が、発明の範囲を制限するものではないことは言うまでもない。
図1は、本発明の第1の実施の形態である反射型照明光学素子と反射型照明光学系を示す図である。(a)は、反射型照明光学素子21の形状を示す図である。反射型光学素子21は、開口A(図では22で表す)が矩形であり、開口B(図では23で表す)が、輪体の一部を切り取った形状をしている。すなわち、開口23の形状は、リングを、そのリングの中心を通る直線に平行で、等距離にある2本の直線で切り取ったような形状である。
よって、開口22と開口23を結ぶ筒状体の面のうち、図の横方向の面を形成する部分は長方形であるが、上下方向の面は、左側が直線、右側が円弧であるので、これらを滑らかに結合するような形状とされている。滑らかに結合するような形状とは、開口22に入射した光を、開口22の方向に逆戻りさせたり、乱反射したりするような凹凸が無く、開口22から入射した入射角の大きな光が、反射を繰り返して開口23に到達できるような曲面又は平面をいう。典型的には、後に述べるようにスプライン曲線で開口22と開口23の側面を結合するようにすればよい。
これは、例えば、後に述べるスプライン補間により、開口22と開口23を結合するように上下方向の面を形成することにより実現できる。そして、筒状部材の内面は、後に示すような反射面となっている。なお、開口23の形状としては、たとえば、円弧の長さを約100mm、幅を約5mm程度とすれば、効率よくマスクを照射することができる。
(b)は、反射型光学素子21の横方向端面近くにおける光源Pからの光の通過の様子を示すものである。(b)には、光源Pから直接開口23に至る光の他に、筒状部材の内面で1回反射して開口23に至る光、2回反射して開口23に至る光、3回反射して開口23に至る光の進路が示されている。
これにより、開口23から見ると、光源Pの他に、仮想光源P1、P2、P3が上方向に並んで見えることになる。図示しないが、下方向にも同じような仮想光源が見えることは明らかである。(a)のA−A断面においては断面形状が矩形とならず、平行四辺形となるが、光の通過の様子は、(b)に示したものとほぼ同じである。
(c)は、(a)のB方向から見た光の通過経路を示すもので、開口22から開口23に行くに従って幅が広がっているので、反射する毎に入射角は大きくなるが、やはり両側面間で多重反射が起こって、疑似光源が構成される。
結局、チューブの形状は前述の様に、開口22から入射した光線が反射を繰り返して進行しながら、滑らかに僅かづつ変形し、開口23での形状が輪帯の一部の形状になるように加工されているため、開口23から射出される光線束は輪帯の一部の形状となる。
反射型光学素子内で、光源からの光が何回反射できるかは、光源の開口角と、光源に対する開口22の立体角、反射型光学素子21の寸法で決定される。よって、本手段によれば、輪体の一部の形状を有する2次光源を複数個発生させることができ、インテグレータとしての作用を持たせることができる。
また、光源の開口角が狭い場合、筒状部材の内面反射の入射角が大きくなり、Grazing incidenceを満足し、高い反射率で反射を繰り返すことができるので、複数回の反射を繰り返しても光量の損失が少なくて済む。また、光源の開口角が広く、小さな入射角で反射型光学素子21に入射する光がある場合には、周辺の光は多重反射により減衰するが、入射角の大きい部分の光は、減衰量が少ないまま開口23に達し、照明に寄与する。
なお、図では、3回までの多重反射について述べているが、反射型光学素子21の長さを長くしていけば、更に多数回の反射が繰り返され、多くの疑似光源を発生させることができる。また、反射型光学素子21において、横方向に進む光で開口23の内側の端面で遮られない光は、横方向の端面間で多重反射を繰り返し、横方向にも、疑似光源を発生させることができることもある。
光源Pは、光源からの光を集光させることにより点光源とすることができる。光源Pの位置を開口22の位置とすると、効率が良くなる。
図2は、本発明の第2の実施の形態である反射型照明光学素子24を示すもので、反射型照明光学素子24は、開口A(22)が円形であり、開口B(23)が図1に示したものと同様な輪体の1部の形状をしている。このような形状の反射型照明光学素子24においても、前述の反射型照明光学素子21とほぼ同様の効果を得られる。
図3は、本発明の第3の実施の形態である反射型照明光学素子を示す図である。(a)は反射型光学素子25の斜視図、(b)はその平面図、(c)はその正面図である。反射型光学素子25は、異なる大きさで相似形状である長方形の開口A(22)、開口B(23)を有している。そして、2つの開口22、開口23間は、筒状の部材で連結されて、全体としてチューブ型の形状をしており、筒状部材の任意の点での断面は、開口22、開口23と相似の形状をしている。即ち、開口22と開口23の相似の対応点は、直線で結ばれている。筒状部材の内面は、後に示すように高い反射率を有する材料で構成されている。
このような反射型照明光学素子の開口22に点Pから光線を照射し、I点から開口23を覗いたときの光線の進み方の例を図4に示す。図4には、光源Pから直接Iに至る光の他に、筒状部材の内面で1回反射してIに至る光、2回反射してIに至る光、3回反射してIに至る光の進路が示されている。これにより、Iから見ると、光源Pの他に、仮想光源P1、P2、P3が上方向に並んで見えることになる。図示しないが、下方向にも同じような仮想光源が見えることは明らかである。同様、光は側面でも多重反射されるので、横方向にも仮想光源が並んで見える。
反射型光学素子内で、光源からの光が何回反射できるかは、光源の開口角と、光源に対する開口22の立体角、反射型光学素子25の寸法で決定される。よって、本手段によれば、1個の光源から2次光源を複数個発生させることができ、インテグレータとしての作用を持たせることができる。
また、図3に示された反射型光学素子25の入側開口22の方が出側開口23より大きいので、入射した光の開口数より出射する光の開口数が大きくなり、開口数を容易に変えることができる。逆に、入側開口Aの方が出側開口Bより小さい場合には、入射した光の開口数より出射する光の開口数を小さくすることができる。
光源の開口角が狭い場合、筒状部材の内面反射の入射角が大きくなり、Grazing incidenceを満足し、高い反射率で反射を繰り返すことができるので、複数回の反射を繰り返しても光量の損失が少なくて済む。また、光源の開口角が広く、小さな入射角で反射型光学素子21に入射する光がある場合には、周辺の光は多重反射により減衰するが、入射角の大きい部分の光は、減衰量が少ないまま開口Bに達し、照明に寄与する。
なお、図では、3回までの多重反射について述べているが、反射型光学素子25の長さを長くしていけば、更に多数回の反射が繰り返され、多くの疑似光源を発生させることができる。
図5は、本発明の第4の実施の形態である反射型光学素子を示す図である。この反射型光学素子26は、円形の開口A(22)と開口B(23)を有し、開口Aの径よりも開口Bの径の方が大きくなっている。そして、これらの開口を結合する筒状部材は、その任意の位置での断面が円形となるようになっている。即ち、開口Aと開口Bの相似の対応点は直線で結ばれている。筒状部材の内面は、後に示すように高い反射率を有する材料で構成されている。このような構成の反射型光学素子26でも、複数の疑似光源を発生させることができ、インテグレータとしての機能と、開口数を変更する機能を有する。
図6は、本発明の第5の実施の形態である反射型照明光学素子27を示す図である。この実施の形態においては、開口A(22)が円形であり、開口B(23)が矩形である。そして、その間を連結する筒状面は、滑らかな曲面となっている。滑らかな曲面とは、開口22に入射した光を、開口22の方向に逆戻りさせたり、乱反射したりするような凹凸が無く、開口22から入射した入射角の大きな光が、反射を繰り返して開口23に到達できるような曲面をいう。典型的には、後に述べるようにスプライン曲線で開口22と開口23の側面を結合するようにすればよい。
図6に示すような実施の形態によれば、光源から放射される光束の形状と異なる形状の光束を、反射型照明光学素子27から放出させることができる。
図7は、本発明の第6の実施の形態である、反射型光学素子28と29を結合して、輪体の一部の形状を有する開口を形成する例を示す図である。光源に面する反射型光学素子28の開口A(22)は円とし、EUV光源からのEUV光を最大限に受光できるようにする。一方、レチクルを照射するためのEUV光の形状は、前述のように輪体の一部となっていることが好ましい。よって、一方の開口を円とし、他方の開口を輪体の一部とすればよいのであるが、このような形状のチューブが一度には成形できない場合がある。
よって、この実施の形態では、開口A(22)として円形、開口B(23)として細長い矩形の開口を有する反射型光学素子28と、開口23と同じ形状の開口C(30)と、輪体の一部の形状を有する開口D(31)とを有する反射型光学素子29を形成し、開口23と開口30を結合することにより、これらの組み合わせとして円形の光束を輪体の一部の形状を有する光束に変換している。
図8は、本発明の第7の実施の形態である反射型照明光学素子とその使用例を示す図である。この光学素子は、反射型光学素子41と反射型光学素子42とを結合して形成されている。
反射型光学素子41の入側開口41F、出側開口42Bは合同な矩形であり、反射型光学素子41は直方体形状をしている。一方、反射型光学素子42は、図1に示したような形状をしている。すなわち、その入側開口42Fは、開口41Bと合同な矩形であり、出側開口42Bは輪体の一部を切り取った形状をしている。
このような構成にした場合、反射型光学素子41が直方体形状をしているため、多重反射が規則的に起こり、ある程度長さを長くしておけば、開口41Fに点光源が形成されたとき、開口41Bからは、ほぼ均一な面光源に近い光が放出されるようになる。
すなわち、反射型光学素子42の開口42Fには、ほぼ均一な面光源に近い光が入射する。この光が、さらに反射型光学素子42内で多重反射されながら開口42Bから出射する。反射型光学素子42の断面が徐々に矩形から円弧状に変わっていくので、壁面での反射は不規則になるが、入射する光がほぼ均一な面光源であるので、出射する光もほぼ均一な面光源となる。
図8はこの性質を利用して、EUV線源でレチクルを照射する様子を示している。ガス供給管4から供給されるガス3に、レーザ光源1から出射されるレーザ光を、集光光学系2を介して集光する。すると、ガス3がプラズマ化し、そのプラズマからEUV光が発生する。このEUV光は回転楕円鏡5により反射型光学素子41の開口41Fの中心部CPに集光される。このEUV光は、前述のように反射型光学素子41内で多重反射されて面光源となり、さらに反射型光学素子42によりほぼ均一な円弧状(輪体の一部状)のEUV光に変換される。すなわち、開口42Bがほぼ均一な円弧状の光源となる。
開口42Bから放出されたEUV光は、ミラーM3、M4で反射されてレチクルRを、ほぼ一様かつ円弧状に照明する。
図9は、前記第7の実施の形態である反射型照明光学素子の他の使用方法を示す図である。すなわち、図9に示される反射型照明光学素子は図8に示されたものと同じである。図8では、反射型光学素子41の入側の開口41Fの中心点CPにEUV光を集光させるのに完全反射型の2次曲面ミラーM2を使用していたが、図9においては、透過/反射型の2次曲面ミラーM5を使用しているところが異なっている。EUV光源Lから出射したEUV光は、2次曲面ミラーM5を通過する際にその2次曲面ミラーで反射され、開口41Fの中心点CPに集光される。その他の作用は、図8における説明と同様である。
なお、図8に示した実施の形態においては、反射型光学素子42の開口42Bを、現在考えられているEUV露光装置における照明光として使用するのに適当なように円弧状にしているが、反射型照明光学素子の使用目的に応じて適当な形状とすることができる。
また、図8においては、反射型光学素子41と反射型光学素子42の2つで一つの反射型照明光学素子を形成しているが、反射型光学素子41自体を複数に分割したものを製造してこれをつないで用いてもよく、また、反射型光学素子42自体を複数に分割したものを製造してこれをつないで用いてもよい。また、製作上の問題が無ければ、反射型光学素子41と反射型光学素子42を一体形成してもよい。これらは、いずれも第4の発明の実施の形態となる。
図10に、反射型光学素子42の形状の例を示す。反射型光学素子42は入射端面42Fが矩形で、出射端面42Bが円弧状である中空パイプである。この反射型光学素子42は例えば以下のように構成することができる。
反射型光学素子42の入射端面42Fの内側の四隅の点を、図のようにi、j、k、lとし、出射端面42Bの内側の四隅の点を、図のようにm、n、o、pとする。
入射端面42Fの点iと点jの間をN等分し、さらに出射端面42Bの点mと点nの間をN等分する。次にiから始めてjまで、mから始めてnまで順に対応する点をスプライン補間で連結する。
区間j〜l、n〜p、区間l〜k、p〜o、区間k〜j、o〜mについても同様にスプライン補間で連結する。このようにすれば、入射端面(開口)42Fと出射端面(開口)42Bとを、滑らかな中空体で連結することができる。
図11は、本発明の第8の実施の形態である反射型照明光学素子を構成するチューブ形状体の例を示す図である。
(a)は8本の第1のチューブ形状体51a〜51hを縦4列横2列に束ねた状態を示すものである。この例においては、各チューブ形状体51a〜51hは、断面が長方形の形状である中空4角柱の形状を有しており、両端の開口部である開口A(51A)と開口B(51B)は同一の形状を有している。そして束ねたものが集合体51を構成している。
(b)は、前記第1のチューブ形状体と同じ幅を有し、高さが2倍の長方形の断面を有する中空4角柱の形状の第2のチューブ形状体を、縦2列、横2列に束ねたものを示す。この集合体52においては、開口C(52C)と開口D(52D)は同じ大きさをしており、開口52Cは、開口51Bの2つ分の大きさに対応している。
(c)は、前記第2のチューブ形状体の2倍の幅を有し、かつ高さが2倍の長方形の断面を有する中空4角柱の形状の第3のチューブ形状体53を示す図である。第3のチューブ形状体53において、開口E(53E)と開口F(53F)は同じ大きさをしており、53Eは、開口52D4つ分の大きさに対応している。これら、各チューブ形状体の内面は、後に説明するように反射率の高い材料で形成されている。
これら、集合体51、集合体52、チューブ形状体53を接続して一つの反射型照明光学素子を構成したものを図12に示す。図12において、図11に示した8本の第1のチューブ形状体51a〜51hのうち2本ずつが束となって、4つの第2のチューブ形状体52に接続され、さらに第2のチューブ形状体52の4本が束となって、第3のチューブ形状体53に接続されている。すなわち、図12において、開口51Bと52Cが接続され、開口52Dと53Eが接続されている。よって、8つの開口51Aに別れて入射した光は、開口53Fから一つにまとまって出射するようになっている。
このような反射型照明光学素子のチューブ単体の作用は、図7に示したものと同じであるが、図13を用いて説明する。図12は、チューブ形状体51aの開口51Aに光源Pから光が入射したとき、I点に届くまでの光路の例を図示したものである。P点から直接I点に至る光の他に、チューブ形状体51aの内面で1回反射、2回反射、3回反射されてI点に至る光線を1点鎖線で示してある。
光源Pの他に、上部に疑似光源P1、P2、P3が形成されることになる。同様、下部にも疑似光源が形成され、左右の端面で反射された光により、左右にも疑似光源が形成される。
すなわち、このように内部で多重反射を繰り返させることにより、多数の疑似光源が形成され、このようなチューブ形状体は、インテグレータとしての働きを有することになる。
チューブ形状体内で、光源からの光が何回反射できるかは、光源の開口角と、光源に対する開口51Aの立体角、チューブ形状体の寸法で決定される。
また、光源の開口角が狭い場合、チューブ形状体筒の内面反射の入射角が大きくなり、Grazing incidenceを満足し、高い反射率で反射を繰り返すことができるので、複数回の反射を繰り返しても光量の損失が少なくて済む。また、光源の開口角が広く、小さな入射角でチューブ形状体に入射する光がある場合には、周辺の光は多重反射により減衰するが、入射角の大きい部分の光は、減衰量が少ないまま開口51Bに達し、照明に寄与する。
なお、図では、3回までの多重反射について述べているが、チューブ形状体の長さを長くしていけば、更に多数回の反射が繰り返され、多くの疑似光源を発生させることができる。
ところで、図12においては、狭い開口を有するチューブ形状体を束にして、広い開口を有するチューブ形状体に接続し、これを繰り返して最終的にチューブ形状体53で光を一つにまとめている。このようにすると、以下のような利点がある。すなわち、はじめからチューブ形状体53のような大きな開口を有するチューブ形状体で多重反射を繰り返し行おうとすると、相対する内面間の距離が大きくなるので、反射した光線が次に反射されるまでの光路長が大きくなり、結局チューブ形状体の長さを長くしなければならない。
よって、チューブ形状体53の前に、その開口の半分の大きさの開口を有するチューブ形状体の集合体52をおき、ここで多重反射を行わせることにより、単位長当たりの多重反射の回数を多くして、その分、必要長さを短くしている。これだけで十分な数の疑似光源が形成される場合は、チューブ形状体の集合体51を設ける必要はないが、この例では、さらに、チューブ形状体の集合体52におけるチューブ形状体の半分の高さを有するチューブ形状体51a〜51hの集合体51をチューブ形状体の集合体52の前に接続している。これにより、高さ方向の多重反射の回数を更に増やすことができる。
また、必要に応じて、チューブ形状体の集合体51の前に、チューブ形状体51a〜51hの各々に接続するように、更に開口の小さいチューブ形状体の束を接続し、必要があれば、それに更に開口の小さいチューブ形状体の束を接続するという動作を繰り返して反射型照明光学素子を形成するようにしてもよい。
図12に示すような反射型照明光学素子は、複数の光源の光を、一つにまとめるためにも使用される。すなわち、開口51Aの一つ一つに、あるいは2つに1個、4つに1個の光源を対応させ、それらの光源からの光を多重反射させながら、チューブ形状体53に導くことにより、光を一つにまとめる。このようにすると、チューブ形状体53と同じ開口を持つチューブ形状体の開口に直接多数の光源から光を照射する場合に比べて、多重反射により形成される疑似光源の数を多くでき、この場合もインテグレータとしての働きをさせることができる。
図14に、本発明の第9の実施の形態である反射型光学素子を構成するチューブ形状体の例を示す。
(a)は8本の第1のチューブ形状体54a〜54hを縦4列横2列に束ねた状態を示すものである。この例においては、各チューブ形状体54a〜54hは、断面が長方形の形状である中空裁頭4角錐の形状を有しており、両端の開口部である開口A(54A)と開口B(54B)は相似であるが、開口54Bの方が小さくされている。そして、周面を構成する部材は、その各位置での断面が開口部と相似な形状となっている。即ち、開口54Aと開口54Bの相似の対応点は、直線で結ばれている。そしてこれらを束ねたものが集合体54を構成している。
(b)は、一つの開口C(55C)が、前記第1のチューブ形状体の開口54Bと同じ幅を有し、高さが2倍の長方形の断面を有する中空裁頭4角錐の形状の第2のチューブ形状体55を、縦2列、横2列に束ねたものを示す。この集合体55においては、開口55Cと開口D(55D)は相似形であるが、開口55Dは開口55Cより小さくされている。そして、周面を構成する部材は、その各位置での断面が開口部と相似な形状となっている。開口55Cは、開口54B2つ分の大きさに対応している。
そして、後に述べるように、これら集合体54と集合体55を連結した場合において、連続することになる周縁部(集合体54と集合体55の外周部等)は、折れ曲がったり段ができたりすることなく、一つの平面上にあるようにされている。
(c)は、開口E(56E)が開口55Dの2倍の幅を有し、かつ高さが2倍の長方形の断面を有する中空裁頭4角錐の形状の第3のチューブ形状体56を示す図である。第3のチューブ形状体56において、開口E(56E)と開口F(56F)は相似形であるが、開口56Fの方が開口56Eより小さくなっている。そして、周面を構成する部材は、その各位置での断面が開口部と相似な形状となっている。開口56Eは、開口55Dの4つ分の大きさに対応している。そして、後に述べるように、これら集合体55と第3のチューブ形状体56を連結した場合において、連続することになる周縁部(集合体55とチューブ形状体56集合体55の外周部)は、折れ曲がったり段ができたりすることなく、一つの平面上にあるようにされている。これら、各チューブ形状体の内面は、後に説明するように反射率の高い材料で形成されている。
これら、集合体54、集合体55、チューブ形状体56を接続して一つの反射型照明光学素子を構成したものを図15に示す。図15において、図14に示した8本の第1のチューブ形状体54a〜54hのうち2本ずつが束となって、4つの第2のチューブ形状体55に接続され、さらに第2のチューブ形状体55の4本が束となって、第3のチューブ形状体56に接続されている。すなわち、図15において、開口54Bと開口55Cが接続され、開口55Dと開口56Eが接続されている。よって、8つの開口54Aに別れて入射した光は、開口56Fから一つにまとまって出射するようになっている。この接続において、接続により連続される部材同士は、接続点で段差がついたり折れ曲がったりすることなく、一つの平面上にあるように形成されている。
このようなチューブ形状体の開口54Aに点Pから光線を照射し、I点から開口54Bを覗いたときの光線の進み方の例を図16に示す。図16には、光源Pから直接開口Iに至る光の他に、筒状部材の内面で1回反射してIに至る光、2回反射してIに至る光、3回反射してIに至る光の進路が示されている。これにより、Iから見ると、光源Pの他に、仮想光源P1、P2、P3が上方向に並んで見えることになる。図示しないが、下方向にも同じような仮想光源が見えることは明らかである。同様、光は側面でも多重反射されるので、横方向にも仮想光源が並んで見える。
反射型照明光学素子内で、光源からの光が何回反射できるかは、光源の開口角と、光源に対する開口Aの立体角、チューブ形状体の寸法で決定される。よって、本手段によれば、1個の光源から2次光源を複数個発生させることができ、インテグレータとしての作用を持たせることができる。
また、図14に示された反射型照明光学素子54の入側開口54Aの方が出側開口54Bより大きいので、入射した光の開口数より出射する光の開口数が大きくなる。
また、図15に示すような構成としている意味は、図12の構成で説明した意味と同じである。従って図14に示した実施の形態は、図12に示した実施の形態の作用効果をそのまま有しているが、図11に示した実施の形態に比べて、複数の光源を一つにまとめるときに好都合である。すなわち、開口54Aの総和の面積が、開口56Fの面積より大きいので、多数の光源から出射された光を、狭い範囲にまとめるのことができる。
なお、第9の実施の形態においては、開口は長方形であり、入側と出側の開口が相似であるが、入側と出側の開口は必ずしも相似形である必要はない。同様、開口の形状は必ずしも長方形である必要はなく、さらには、入側と出側の形状が異なっていてもよい。
このように、本発明の反射型照明光学素子は、その中で多重反射を行わせることによって複数個の疑似光源を作り出し、インテグレータとしての働きをさせると共に、入射した光を散乱させずに出射させる機能を有するものであるので、内部での光の吸収をなるべく小さく抑えることが好ましい。よって、筒状部材の内面には、なるべく使用される光線に対して反射率の高い材料を使用する必要がある。将来露光装置に使用されるEUV光の波長は50nm以下であり、13nm程度にまで達すると予想されるので、これに対して反射率の高い材料を用いることが好ましい。
例として、13.5nmの波長のEUV光に対するSiO2の反射率を図17に示す。反射率としては、少なくとも従来用いられている反射鏡と同一の反射率である70%を示すことが好ましいので、SiO2を反射材として用いる場合、反射面に入射する入射角を、最低でも85°に抑えることが好ましい。また、このようにすると、s偏光成分とP偏光成分での反射率の違いがほとんど無くなり、偏光により後の光学系に収差等の発生することを防止することができる。
図18に、13.5nmの波長のEUV光に対するRuの反射率を示す。これによると、入射角が60°〜70°にかけて臨界的に増加していることが分る。よって、Ru膜を反射面に用いる場合、反射面に入射する入射角を、最低でも70°に抑えることが好ましい。また、これにより、反射率を70%以上にすることができる。さらに、入射角を80°以上とすれば、反射率を90%近くにすることができる。
図19に、13.5nmの波長のEUV光に対するMo膜の反射率を示す。これによると、入射角が65°〜70°にかけて臨界的に増加していることが分る。よって、Mo膜を反射面に用いる場合、反射面に入射する入射角を、最低でも70°に抑えることが好ましい。また、これにより、反射率を70%以上にすることができる。さらに、さらに、入射角を80°以上とすれば、反射率を90%近くにすることができる。
図20に、13.5nmの波長のEUV光に対するMoSi2膜の反射率を示す。これによると、入射角が75°〜80°にかけて臨界的に増加していることが分る。よって、MoSi2膜を反射面に用いる場合、反射面に入射する入射角を、最低でも80°に抑えることが好ましい。また、これにより、反射率を70%以上にすることができる。さらに、入射角を85°以上とすれば、反射率を90%近くにすることができる。
図21に、13.5nmの波長のEUV光に対するRh膜の反射率を示す。これによると、入射角が60°〜70°にかけて臨界的に増加していることが分る。また、入射角を75°以上とすれば、反射率を70%以上とすることができる。よって、よって、Rh膜を反射面に用いる場合、反射面に入射する入射角を、最低でも75°に抑えることが好ましい。また、これにより、反射率を70%以上にすることができる。さらに、さらに、入射角を85°以上とすれば、反射率を90%近くにすることができる。
いずれの場合も、入射角が大きくなるとs偏光とp偏光の反射率の差が小さくなるので、この面からは入射角を85°以上にすることが好ましい。s偏光とp偏光の反射率の差の面からは、MoSi2膜を用いることが特に好ましい。
以上、好ましいと思われる反射材について説明してきたが、反射材としては、この他に、金、ロジウム、白金、硅化モリブデン等を用いることができる。
また、157nm未満の光(特に、波長が30nm、13nm、11nmの光)は、空気中では吸収が多く光の利用効率が著しく低くなるので、反射型光学素子は、少なくとも中空部分の内部が真空排気されていること、または使用波長に対して透明、即ち吸収が少ない気体で満たされていることが望ましい。
以上述べたような反射型光学素子は金属、グラスファイバーまたはセラミック等で形成することができる。
以上のように構成された反射型照明光学素子は、例えば図24に示すEUV光露光装置において、EUV光源1とEUV光多層ミラー2の間、又は多層膜ミラー2と多層膜ミラー3との間、さらには、多層膜ミラー3と反射型マスク45の間に入れて、本発明に係る照明光学系を有するEUV光露光装置とすることができる。このような露光装置においては、本発明に係る反射型照明光学素子がインテグレータとしての働きをするので、特開平10−70058号公報に記載される技術のようにインテグレータを入れて3枚の反射鏡を必要とせず、また、USP5,669,708に記載される技術のように特殊な構造のインテグレータを必要としない。本発明に係る反射型照明光学素子での光の散乱や吸収に伴う光の減衰は少なく、よって、全体としてEUV光の利用効率の良いEUV光露光装置とすることができる。
(実施例)
図8に示すような光学系を想定し、反射型光学素子41(両端の開口41Fと41Bが同一の矩形形状からなる、直方体状のもの)と反射型光学素子42(開口42Fが反射型光学素子41の開口41Bと同一で、他の開口42Bが円弧状(輪体の一部状)のもの)を繋いで使用した場合に、どのような光量分布となるかをシミュレーションにより求めた。
反射型光学素子41は104mm×8mmの矩形状の開口を1F、41Bを有するものとし、その長さは9000mmとした。反射型光学素子42は、104mm×8mmの矩形状の開口42Fと、半径が104mmで幅が104mmの円弧を、8mmに亘って平行移動したときに、その軌跡でできるような形状を有するものとした(図22参照)。反射型光学素子42の長さは1100mmとした。
このような反射型光学素子41の開口41F面の中央に、直径1mmの点光源があるものとし、この点光源からの光を、反射型光学素子42の開口42B面で受光したとき、光量分布がどのようになるかを調べた。その際、反射型光学素子41の内面は完全反射体であると仮定し、反射型光学素子42の内面にはRu(ルテニウム)の単層膜が設けられているものとした。光源の波長は、13.5nmに設定した。
このようにしてシミュレーションの結果得られた光量分布を図23に示す。図において、横軸は、開口42Bの縦方向(図22の上下方向)位置を示し、縦軸は開口42Bの中央位置での光量を100とした場合の相対光量を示す。図23は、開口42Bを、縦方向に切り(例えば図22のA−A線で切り)、その線上での光量分布を示したものである。実際には、A−A線を1mm間隔で移動してデータを取っているので、多数本の線が得られるが、図23は、その包絡線を示したものである。すなわち、開口42Bでの相対的な光量分布は、図のa線とb線の間に分布する。なお、データはA−A線上、すなわち、図23の横軸方向でも1mmおきに採取している。
図23より、開口42Bの縦方向で中心から約±3.2mmの範囲、すなわち幅8mmのうち約6.4mmの範囲においては、光量分布のばらつきは、ほぼ10%以内に収まっており、この範囲で、ほぼ均一な面光源と見なすことができることが分かる。
産業上の利用可能性
本発明の反射型照明光額素子、反射型照明光学系は、EUV光露光装置等の光学系に使用することができる。また、本発明のEUV光露光装置は、半導体の製造プロセス等におけるリソグラフィ工程に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の第1の実施の形態である反射型照明光学素子を示す図である。
図2は、本発明の第2の実施の形態である反射型照明光学素子を示す図である。
図3は、本発明の第3の実施の形態である反射型照明光学素子を示す図である。
図4は、図3に示す反射型照明光学素子中での光線の進み方の例を示す図である。
図5は、本発明の第4の実施の形態である反射型光学素子を示す図である。
図6は、本発明の第5の実施の形態である反射型照明光学素子を示す図である。
図7は、本発明の第6の実施の形態である、反射型光学素子を2つ結合して、輪体の一部の形状を有する開口を形成する例を示す図である。
図8は、本発明の第7の実施の形態である反射型照明光学素子とその使用例を示す図である。
図9は、第7の実施の形態である反射型照明光学素子の他の使用方法を示す図である。
図10は、本発明の第7の実施の形態である反射型照明光学素子を構成する第2の反射型光学素子を示す図である。
図11は、本発明の第8の実施の形態である反射型照明光学素子を構成するチューブ形状体の例を示す図である。
図12は、図11に示すチューブ形状体を接続して一つの反射型照明光学素子を構成したものを示す図である。
図13は、図11に示すチューブ形状体における光路の例を図示したものである。
図14は、本発明の第9の実施の形態である反射型光学素子を構成するチューブ形状体の例を示す図である。
図15は、図14に示すチューブ形状体を接続して一つの反射型照明光学素子を構成したものを示す図である。
図16は、図14に示すチューブ形状体における光路の例を図示したものである。
図17は、13.5nmの波長のEUV光に対するSiO2膜の反射率を示す図である。
図18は、13.5nmの波長のEUV光に対するRu膜の反射率を示す図である。
図19は、13.5nmの波長のEUV光に対するMo膜の反射率を示す図である。
図20は、13.5nmの波長のEUV光に対するMoSi2膜の反射率を示す図である。
図21は、13.5nmの波長のEUV光に対するRh膜の反射率を示す図である。
図22は、実施例に使用した反射型照明光学素子の出側開口を示す図である。
図23は、実施例における反射型照明光学素子の出側開口部分における光量分布を示す図である。
図24は、EUV光投影リソグラフィに使用されるEUV光露光装置の例を示す図である。
Claims (22)
- 異なる形状の開口A、Bを持つ中空のチューブ形状を有する反射型照明光学素子であって、2つの開口の間が、滑らかな曲面又は平面形状を有する筒状面で連結されていることを特徴とする反射型照明光学素子。
- 請求の範囲第1項に記載の反射型照明光学素子であって、開口Bが輪体の一部である形状を有することを特徴とする反射型照明光学素子。
- 請求の範囲第1項に記載の反射型照明光学素子であって、開口Aが矩形の形状を有することを特徴とする反射型照明光学素子。
- 矩形状の開口Aと、矩形以外の開口Bを持つ中空のチューブ形状を有する反射型照明光学素子であって、矩形状の開口Aから一定の距離までは、断面が開口Aと同一形状を有する直方体形状の筒状面を有し、それ以上の距離から開口Bまでは、滑らかな曲面を有する筒状面で連結されていることを特徴とする反射型照明光学素子。
- 請求項4に記載の反射型照明光学素子であって、開口Bが輪体の一部である形状を有することを特徴とする反射型照明光学素子。
- 相似形状で大きさの異なる2つの開口A、Bを持つ中空のチューブ形状を有する反射型照明光学素子であって、2つの開口の間が、開口と相似形の断面形状を有する筒状面で連結されていることを特徴とする反射型照明光学素子。
- 2つの開口A、Bを持つ第1の中空のチューブ形状体を複数本束ね、第1のチューブ形状体の束ねられた開口B全体と同じ形状である開口Cと、開口Dを有する第2の中空のチューブ形状体とを、開口Bと開口Cがつながるように接続してなることを特徴とする反射型照明光学素子。
- 請求の範囲第7項に記載の反射型照明光学素子であって、開口Aの合計面積が、他端の開口の合計面積より大きくされていることを特徴とする反射型照明光学素子。
- 2つの開口A、Bを持つ第1の中空のチューブ形状体を複数本束ね、第1のチューブ形状体の束ねられた開口B全体と同じ形状である開口Cと、開口Dを有する第2の中空のチューブ形状体とを、開口Bと開口Cがつながるように接続し、さらに第2のチューブ形状体を複数本束ね、束ねられた第2のチューブ形状体の開口D全体と同じ形状である開口Fと、開口Eを有する第3の中空のチューブ形状体とを、開口Dと開口Fがつながるように接続し、以下、必要に応じ、最後段のチューブ形状体を複数本束ね、束ねられた最後段の開口全体と同じ形状の開口を有するチューブ形状体につなげることを1回又は複数回繰り返して形成された反射型照明光学素子。
- 請求の範囲第9項に記載の反射型照明光学素子であって、開口Aの合計面積が、他端の開口の合計面積より大きくされていることを特徴とする反射型照明光学素子。
- 請求の範囲第1項から第6項のうちいずれか1項に記載の反射型照明光学素子の開口Aから光源よりの照明光を入射し、他端の開口より照明光を取り出す照明光学系であって、筒状面の内面で反射せず他端の開口に到達する照明光、筒状面の内面で1回反射されて他端の開口に到達する照明光、及び筒状面の内面で複数回反射されて他端の開口に到達する照明光のいずれもが、他端の開口より放出されるようにされたことを特徴とする照明光学系。
- 請求の範囲第7項から第10項のうちいずれか1項に記載の反射型照明光学素子の開口Aから光源よりの照明光を入射し、他端の開口より照明光を取り出す照明光学系であって、筒状面の内面で反射せず他端の開口に到達する照明光、筒状面の内面で1回反射されて他端の開口に到達する照明光、及び筒状面の内面で複数回反射されて他端の開口に到達する照明光のいずれもが、他端の開口より放出されるようにされた照明光学系において、複数ある開口Aのそれぞれに、又は複数個毎に、別々の光源が照射されていることを特徴とする照明光学系。
- 請求の範囲第11項に記載の照明光学系であって、前記照明光学系の開口に入射するEUV光が、前記開口面で集光されていることを特徴とする照明光学系。
- 請求の範囲第12項に記載の照明光学系であって、前記照明光学系の開口に入射するEUV光が、前記開口面で集光されていることを特徴とする照明光学系。
- 請求の範囲第11項に記載の照明光学系であって、前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がSiO2からなり、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が85°以上とされていること、前記第前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がRu膜で形成され、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が70°以上とされていること、前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がMo膜で形成され、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が70°以上とされていること、前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がMoSi2膜で形成され、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が80°以上とされていること、前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がRh膜で形成され、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が75°以上とされていることのいずれかを満たすことを特徴とする照明光学系。
- 請求の範囲第12項に記載の照明光学系であって、前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がSiO2からなり、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が85°以上とされていること、前記第前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がRu膜で形成され、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が70°以上とされていること、前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がMo膜で形成され、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が70°以上とされていること、前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がMoSi2膜で形成され、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が80°以上とされていること、前記反射型照明光学素子の筒状面の内面の反射面がRh膜で形成され、前記筒状面の内面で反射される光の入射角が75°以上とされていることのいずれかを満たすことを特徴とする照明光学系。
- EUV光光源からのEUV光を直接又は間接的に、請求の範囲第11項に記載の照明光学系に入射させ、当該照明光学系から出射した光により、直接又は間接的にマスクを照明し、マスクで反射したEUV光により、結像光学系を介してマスクの像をウェハ上に結像させる機能を有することを特徴とするEUV光露光装置。
- EUV光光源からのEUV光を直接又は間接的に、請求の範囲第12項に記載の照明光学系に入射させ、当該照明光学系から出射した光により、直接又は間接的にマスクを照明し、マスクで反射したEUV光により、結像光学系を介してマスクの像をウェハ上に結像させる機能を有することを特徴とするEUV光露光装置。
- EUV光光源からのEUV光を直接又は間接的に、請求の範囲第13項に記載の照明光学系に入射させ、当該照明光学系から出射した光により、直接又は間接的にマスクを照明し、マスクで反射したEUV光により、結像光学系を介してマスクの像をウェハ上に結像させる機能を有することを特徴とするEUV光露光装置。
- EUV光光源からのEUV光を直接又は間接的に、請求の範囲第14項に記載の照明光学系に入射させ、当該照明光学系から出射した光により、直接又は間接的にマスクを照明し、マスクで反射したEUV光により、結像光学系を介してマスクの像をウェハ上に結像させる機能を有することを特徴とするEUV光露光装置。
- EUV光光源からのEUV光を直接又は間接的に、請求の範囲第15項に記載の照明光学系に入射させ、当該照明光学系から出射した光により、直接又は間接的にマスクを照明し、マスクで反射したEUV光により、結像光学系を介してマスクの像をウェハ上に結像させる機能を有することを特徴とするEUV光露光装置。
- EUV光光源からのEUV光を直接又は間接的に、請求の範囲第16項に記載の照明光学系に入射させ、当該照明光学系から出射した光により、直接又は間接的にマスクを照明し、マスクで反射したEUV光により、結像光学系を介してマスクの像をウェハ上に結像させる機能を有することを特徴とするEUV光露光装置。
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