JP2001076988A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シンクロトロン放射光を用いてＥＵＶ露光す
ることができ、且つ光の利用効率を高くでき、均一な強
度でマスクを照射する。 【解決手段】 ＥＵＶ光を用いた露光装置において、電
子蓄積リングで磁場により偏向される電子軌道の接線方
向に沿って配置され、電子軌道平面を中心として放射さ
れる紫外光を捕獲して微小角度で反射する複数の第１反
射鏡１１と、第１反射鏡１１でそれぞれ反射された紫外
光を比較的大きな角度で反射する第２反射鏡１２と、第
２反射鏡１２で反射された紫外光を露光用マスク１５に
照射し、マスク１５からの反射光をウェハ１７上に縮小
投影する縮小光学系１６とを具備してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、極紫外（ＥＵＶ：
Extra-Ultra-Violet）光を用いた露光装置に係わり、特
にＥＵＶ光の有効利用を図った露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、超ＬＳＩの寸法が１００ｎｍを下
回る世代で用いることを目的として、波長１３ｎｍ程度
の光を利用するＥＵＶ露光が注目されている。このＥＵ
Ｖ露光の光源として種々のものが検討されたが、現在最
も有望とされるのは、ガスクラスターにレーザを照射
し、プラズマを生成するときに放射する光を利用する方
式である。自己収縮プラズマや細管状プラズマを利用す
る方式も提案されている。

【０００３】以上のプラズマからの発光とは異なり、高
エネルギーに加速した電子を磁場で偏向する際、偏向軌
道の接線方向に放出される光を利用する方式がある。こ
の光は、加速器の名称に因んでシンクロトロン（ＳＯ
Ｒ）放射光と呼ばれており、ＥＵＶ露光の光源として使
用することができる。

【０００４】ＥＵＶ露光装置では、１００ｎｍ以下の解
像度が要求される。この場合、縮小光学系でＬＳＩパタ
ーン全域を一括してカバーしようとすると、露光領域内
の収差が十分に補正できない。二つの同心円に挟まれた
円弧状の領域であれば、十分な収差補正ができる。従っ
てＥＵＶ露光装置では、幅の狭い円弧状の領域を解像エ
リアとし、マスクとウェハを光学系の縮小比に応じた速
度で走査することで、ウェハ上に所望の領域のパターン
を形成することになる。

【０００５】ところで、プラズマから放出されるＥＵＶ
光を利用する方式は、個別光源であることから、これま
で産業界で利用されてきた光ステッパの光源と類似の技
術である。プラズマからの発光の最大の課題は、プラズ
マ粒子が周囲の固体壁と相互作用し、固体材料を放散さ
せることである。放散固体は発光部の周囲にある照明光
学系反射鏡表面に堆積し、その反射能力に影響を与え
る。

【０００６】ガスクラスタージェットにレーザ照射する
方式では、ガスを放出するノズルの形状，材質の選択
と、レーザ照射形態の最適化により、この固体放散量を
最小限にする方向で開発が進められている。しかし、量
産技術として適用し得るほどに、この固体放散量を低減
できるかは定かではない。一方、自己収縮プラズマは高
エネルギー粒子を生成しやすく、固体放散量の低減に本
質的に向いていないと考えられている。細管状プラズマ
は利用する放電パワーが微弱であるため、固体放散量の
低減には向いているが、未だ基礎開発の途上である。

【０００７】一方、シンクロトロン放射光を用いる方式
は、固体放散の問題が皆無であるという利点があるもの
の、光の利用率が低く、半導体量産に適用する段階での
露光速度に問題があった。また、従来の方式で利用する
シンクロトロン放射光は極度の平行光であるため、マス
クに入射する光線の方向が一方向のみとなる。理想光学
系では問題とならないが、一般に使用する光学系では、
多くの方向から光が入射するのが望ましく、ある方向か
らの光だけだと不都合が生じる場合がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、ＥＵ
Ｖ光を用いた露光装置においては、光源として、固体放
散の問題が皆無であるという利点からシンクロトロン放
射光を用いるのがよいと考えられるが、シンクロトロン
放射光を用いる場合、光の利用率が低い、マスクに入射
する光線の方向が単一化するという問題があった。

【０００９】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、シンクロトロン放射光
を用いてＥＵＶ露光することができ、且つ光の利用効率
を高くでき、均一な強度でマスクを照射することのでき
る露光装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は次のような構成を採用している。

【００１１】即ち本発明は、ＥＵＶ光を用いた露光装置
において、電子蓄積リングで磁場により偏向される電子
軌道の接線方向に沿って配置され、電子軌道平面を中心
として放射される紫外光を捕獲して反射する複数の第１
反射鏡と、第１反射鏡でそれぞれ反射された紫外光を反
射する第２反射鏡と、第２反射鏡で反射された紫外光を
露光用マスクに照射し、マスクからの反射光又は透過光
を試料上に縮小投影する光学系とを具備してなることを
特徴とする。

【００１２】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) 第１反射鏡を凹曲面とし、その曲面形状をマスク上
の光照射領域が円弧状となるように設定したこと。 (2) 第２反射鏡を曲面とし、その曲面形状をマスク上の
光照射領域が円弧状となるように設定したこと。

【００１３】(3) 第２反射鏡は、１点を囲む平面、或い
は曲面の複数の反射鏡で構成され、各反射鏡から放出さ
れる光線がマスク上の定められた領域を照射するように
設定されていること。 (4) 第２反射鏡の表面に、軽元素と重元素を交互に配置
した多層膜を付与すること。 (5) 第２反射鏡とマスクの間に進路変更用の反射鏡を備
え、また必要に応じこの反射鏡に多層膜を付与するこ
と。

【００１４】(6) 反射鏡の何れか、或いは進路変更用反
射鏡の表面に微小な凹凸を付与すると共に、必要に応じ
てその反射鏡に振動動作を与えること。 (7) 電子蓄積リングと第１反射鏡の間、第１及び第２反
射鏡の間、第２反射鏡とマスクの間の１箇所或いは複数
箇所に、伝搬する光線の一部を遮る障害物を挿入するこ
と。 (8) マスクからの光を試料上に投影露光するための光学
系は、縮小光学系であること。

【００１５】（作用）本発明によれば、電子蓄積リング
で磁場により偏向される電子が描く軌道の接線方向に沿
って複数の第１反射鏡を配置し、各反射光線を露光用マ
スクに導くことにより、光の利用効率の向上をはかるこ
とができる。しかも、マスク上の円弧状露光領域に異な
る方向から光線が入射し、マスクを反射或いは通過した
光が縮小光学系内で異なる部位を通過して結像すること
になり、平均化効果によりマスクを均一に照明すること
が可能となる。

【００１６】また、反射鏡を曲面とすることにより、反
射光線をマスク上の円弧状露光領域に有効に照射させる
ことが可能となる。さらに、各種反射鏡に多層膜を付与
することにより、斜入射以外の反射条件を採用できるよ
うになり、マスク照明光学系を構成する反射面設計の自
由度を増すことができる。また、マスクに入射する光線
の方向に微小な変調を与えることにより、縮小光学系内
の光線通路に幅を持たせ、解像に際し平均化効果が生ま
れるようになる。さらに、円弧状の照射視野で円弧方向
に均一な照射強度が得られるようになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。

【００１８】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係わるＥＵＶ露光装置の構成を示す縦断面
概念図である。

【００１９】シンクロトロン光源の電子軌道１０の接線
方向に沿って第１反射鏡１１が配置され、第１反射鏡１
１で反射された光は第２反射鏡１２に導かれる。第２反
射鏡１２で反射された光は、進路変更用反射鏡１３に導
かれる。進路変更用反射鏡１３で反射された光は、露光
用マスク１５に照射される。そして、マスク１５からの
反射光が縮小光学系１６により縮小され、ウェハ１７上
に投影結像されるようになっている。

【００２０】なお、図中の２１は第１反射鏡１１を収容
した容器、２２は第２反射鏡１２を収容した容器、２３
は進路変更用反射鏡１３を収容した容器、２４は露光用
マスク１５，縮小光学系１６，及びウェハ１７を収容し
た露光室を示している。

【００２１】第１反射鏡１１は、図２に示すように、電
子軌道１０の接線方向に４つ設けられており、各々の反
射鏡１１−１，１１−２，１１−３，１１−４で電子軌
道平面を中心として放射される紫外光をそれぞれ捕獲
し、微小な角度で反射するようになっている。また、第
２反射鏡１２は、図３に示すように、１点を囲む４つの
反射鏡（第２反射鏡集団）１２−１，１２−２，１２−
３，１２−４からなる。

【００２２】第１反射鏡１１は、図４に示すように、電
子軌道平面を中心線として放射される光に対してそれぞ
れα度傾いており、ミラー光線伝搬方向軸３１に対して
β度傾斜している。具体的には、第１反射鏡１１のうち
最も手前側の反射鏡１１−１は、図４のミラー光線伝搬
方向軸３１を中心とする傾斜角βが約５度であり、αが
約３度であり、図３に示す第２反射鏡１２のうちの１２
−１を照射する。以下同様に、反射鏡１１−２は１２−
２を、１１−３は１２−３を、１１−４は１２−４の第
２反射鏡を照射するようになっている。

【００２３】また、第１反射鏡１１は図４に示すような
凹反射面を有し、伝搬光線を適度に集光すると共に、第
２反射鏡１２上にマスク照射に適した円弧状の照射像を
形成する。この凹反射面の形状決定には、数値的な最適
化法を用い、得られた結果は非球面であることがある。
第２反射鏡１２への光線の入射角γは約４０度であり、
この反射鏡表面には重元素と軽元素を交互に積層した多
層膜が付与される。この例では、ＥＵＶ光として波長１
３ｎｍの光を利用し、多層膜材料としてＭｏ，Ｓｉを用
いた。

【００２４】ここで、反射鏡の材料にもよるがＥＵＶ光
は大きい角度で反射することが難しく、通常は３〜５度
までしか反射できない。しかし、上記の重元素と軽元素
の多層構造にすることにより、４０〜４５度の反射も可
能となる。なお、シンクロトロン光源からの光は水平方
向であり、露光用マスク１５は一般に水平方向に設置さ
れており、シンクロトロン光源からの光をマスク１５に
９０度近い角度で照射するためには、第２反射鏡１２に
より４５度近い反射が必要となるのである。

【００２５】第２反射鏡１２により反射された光線は、
進路変更用反射鏡１３を介してマスク１５に照射され
る。第２反射鏡１２の姿勢は、各出射光線がマスク１５
上の円弧状照射領域を照明するように定める。マスク１
５で反射された光は縮小光学系１６を通過し、ウェハ１
７の上に結像される。

【００２６】電子蓄積リングでは、残留ガスとの散乱を
避け、電子を長時間蓄積する必要がある。残留ガスは放
射光の照射で発生するため、第１反射鏡１１を設置する
容器２１には十分な容量の排気系を備える必要がある。
また、この容器２１の直後に遮断バルブ２６を設けるこ
とにより、後流側の保守の際に使用する。第２の反射鏡
１２を収容する容器２２の直後にも、同様に遮断バルブ
２７を設ける。

【００２７】最後の斜入射反射鏡１３の表面には、図５
の挿入図（破線円で囲った領域）に示すように、微小な
凹凸を設ける場合がある。このときは反射鏡１３を矢印
３２の方向に振動させることが効果的な場合がある。光
線通路には、必要に応じ障害物１９を挿入する。これ
は、図６（ａ）に示すように、図５の紙面に垂直方向
（図６のｘ軸）に依存する照度分布がある場合に、図６
（ｂ）に示すように障害物１９の形状を設定し、図６
（ｃ）に示すような円弧状の露光領域３３で照度分布を
補正するためである。実際の露光に際しては、マスク１
５とウェハ１７を矢印３４の方向に、縮小比に対応する
速度で同期走査する。

【００２８】このように本実施形態によれば、第１反射
鏡１１として複数の反射鏡１１−１，〜，１−４を用い
ているため、１つの反射鏡を用いる場合に比して光の取
り出し効率を高めることができ、さらに多様な方向から
入射させることができる。即ち、電子蓄積リングから放
射されるＥＵＶ光を広い放射角で集光し、有効にマスク
面を照射することができる。しかも、露光用マスク１５
に入射する光線の方向に幅を持たせ、光線が縮小光学系
を通過する際に平均化効果が生まれるようにしているの
で、均一な強度でマスク１５を照射することができる。
これにより、露光精度の向上をはかることが可能とな
る。

【００２９】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。実施形態では、第２反射鏡として１
点を囲む反射鏡集団を用い、各反射鏡で露光用マスク上
の円弧状照射条件が概略形成されている場合を述べた。
他の例として、第２反射鏡を１個とし、第１反射鏡の姿
勢を第２反射鏡の定められた領域を照射するように決め
てもよい。さらに、第１，第２，及び進路変更用の反射
鏡の表面形状を最適化することにより、マスク上で円弧
状の照射視野が得られるようにする。この際、マスクに
入射する光線方向に幅を持たせるには、図５で述べた微
小凹凸が有効であり、複数の反射鏡でこのような構造を
採用すればよい。

【００３０】また、実施形態では露光用マスクとして反
射型のものを用いたが、これに限らず透過型に適用する
ことも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、電
子軌道の接線方向に沿って配置される第１反射鏡を複数
個用い、第１反射鏡により微小角度でそれぞれ反射され
た紫外光を第２反射鏡により比較的大きな角度で反射し
て露光用マスクに照射し、このマスクからの反射光又は
透過光を光学系により試料上に投影露光するようにして
いる。従って、シンクロトロン放射光を用いてＥＵＶ露
光することができ、且つ光の利用効率を高くでき、均一
な強度でマスクを照射することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係わるＥＵＶ露光装置の
垂直方向断面概念図。

【図２】電子蓄積リングから放射される光に対する第１
反射鏡の配置例を示す図。

【図３】電子蓄積リングから放射される光に対する第２
反射鏡の配置例を示す図。

【図４】第１反射鏡の姿勢の決め方を説明するための
図。

【図５】進路変更用反射鏡表面に微小な凹凸を付与し、
この反射鏡に振動動作を与えることを説明するための
図。

【図６】進路変更用反射鏡直前に挿入する障害物の効果
を説明するための図。

【符号の説明】

１０…電子軌道 １１…第１反射鏡 １２…第２反射鏡 １３…進路変更用反射鏡 １５…露光用マスク １６…縮小光学系 １７…ウェハ（試料） １９…障害物 ２１，２２，２３…容器 ２４…露光室 ２６，２７…遮断バルブ ３１…第１反射鏡のミラー光線伝搬方向軸 ３２…振動方向 ３３…露光領域 ３４…走査方向 α…第１反射鏡の主傾斜角 β…第１反射鏡の副傾斜角 γ…第２反射鏡の主傾斜角

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子蓄積リングで磁場により偏向される電
   子軌道の接線方向に沿って配置され、電子軌道平面を中
   心として放射される紫外光を捕獲して反射する複数の第
   １反射鏡と、第１反射鏡でそれぞれ反射された紫外光を
   反射する第２反射鏡と、第２反射鏡で反射された紫外光
   を露光用マスクに照射し、このマスクからの反射光又は
   透過光を試料上に投影露光する光学系とを具備してなる
   ことを特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】第１反射鏡を凹曲面とし、その曲面形状を
   前記マスク上の光照射領域が円弧状となるように設定し
   たことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 【請求項３】第２反射鏡を曲面とし、その曲面形状を前
   記マスク上の光照射領域が円弧状となるように設定した
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
4. 【請求項４】第２反射鏡の表面に、軽元素と重元素を交
   互に配置した多層膜を付与したことを特徴とする請求項
   １又は３記載の露光装置。