JP2003224053A - 露光装置及びその制御方法、これを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

露光装置及びその制御方法、これを用いたデバイスの製造方法

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JP2003224053A
JP2003224053A JP2002020213A JP2002020213A JP2003224053A JP 2003224053 A JP2003224053 A JP 2003224053A JP 2002020213 A JP2002020213 A JP 2002020213A JP 2002020213 A JP2002020213 A JP 2002020213A JP 2003224053 A JP2003224053 A JP 2003224053A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】露光光の強度の測定精度を向上させ、露光量の
補償制御を適切に行えるようにする。 【解決手段】ＥＵＶ露光装置は、ＥＵＶ光をレチクル１
１１へ導く照明系ミラー１０６〜１０９を含む第１反射
光学系と、該レチクル１１１からの反射光をウエハ１３
１に導くための投影系ミラー１２１〜１２４を含む第２
反射光学系を有し、レチクル１１１上のパターンをウエ
ハ１２１に転写する。ここで、第１反射光学系には、レ
チクルを均一に所定の開口数で照明するためのオプティ
カルインテグレータ１０７が設けられている。このオプ
ティカルインテグレータ１０７はピンホール２０１を有
し、ＥＵＶ光の一部をＥＵＶ光強度検出器２０２へ分岐
させる。制御装置１５１は、ＥＵＶ光強度検出器２０２
によって検出されたＥＵＶ光の光強度に基づいて露光量
を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は微細な回路パターン
を転写可能な露光装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】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。
【０００３】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を進めることが必要とな
る。このため、水銀ランプｉ線（波長３６５ｎｍ）、Ｋ
ｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシ
マレーザ（波長１９３ｎｍ）というように用いられる紫
外光の波長は短くなってきている。
【０００４】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。
【０００５】このようなＥＵＶ光領域では物質による吸
収が非常に大きくなるので、可視光や紫外光で用いられ
るような光の屈折を利用したレンズ光学系は実用的では
なく、ＥＵＶ光を用いた露光装置では反射光学系が用い
られる。この場合、レチクルも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。
【０００６】ＥＵＶ光を用いた露光装置を構成する反射
型光学素子としては、多層膜ミラーと斜入射全反射ミラ
ーとがある。ＥＵＶ領域では屈折率の実部は１より僅か
に小さいので、面にすれすれにＥＵＶ光を入射する斜入
射で用いれば全反射が起きる。通常、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。
しかし光学設計上の自由度が小さく、全反射ミラーを投
影光学系に用いることは難しい。
【０００７】直入射に近い入射角で用いるＥＵＶ光用の
ミラーとしては、光学定数の異なる２種類の物質を交互
に積層した多層膜ミラーが用いられる。多層膜ミラーで
は、精密な面形状に研磨されたガラス基板の表面にモリ
ブデンとシリコンを交互に積層する。その層の厚さは、
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。
【０００８】このような多層膜ミラーにＥＵＶ光を入射
すると、特定の波長のＥＵＶ光が反射される。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
はブラッグの式 ２×ｄ×cosθ＝λ の関係を満足するようなλを中心とした狭いバンド幅の
ＥＵＶ光だけが効率よく反射される。このときのバンド
幅は０．６〜１ｎｍ程度である。
【０００９】反射されるＥＵＶ光の反射率は最大でも
０．７程度であり、反射されなかったＥＵＶ光は多層膜
中あるいは基板中で吸収され、そのエネルギーの大部分
が熱になる。
【００１０】ＥＵＶ領域で用いら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、ミラーの
枚数は最小限に抑えることが必要である。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）が考えられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述のようなＥＵＶ光
を露光光として用いる場合、レーザプラズマ光源或いは
放電プラズマ光源が用いられる。しかしながら、このよ
うなＥＵＶ露光装置には以下のような問題点があった。
【００１２】ＥＵＶ光源として用いられるレーザプラズ
マ光源は、ターゲット材に高強度のパルスレーザ光を照
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。ここで、レーザプラズマ光源から放射されるＥＵＶ
光の強度はターゲットの温度等によって変化する。特に
ガスの断熱膨張によってガスの密度を高めたり、ガス中
をクラスタ化して高い密度のターゲットを得る方式にお
いては、放出されるガスやノズルの温度が僅かに変化し
ただけでも励起レーザを照射する時点のターゲット密度
が大きく変化し、それに伴い放射されるＥＵＶ光の強度
も大きく変化してしまう。
【００１３】光源から放射されるＥＵＶ光の強度が変動
した場合には、ウエハに照射されるＥＵＶ光の量が変動
し、転写される微細なパターンの寸法が変化したり、微
細なパターンが転写できなくなるという問題が生じる。
【００１４】同様に放電プラズマ光源から放射されるＥ
ＵＶ光の強度は電極やガスの温度によって変化する。放
電プラズマ光源は、ガス中の電極にパルス電圧を印加し
て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。
放電プラズマ光源においても、プラズマから放射される
電磁波や粒子によってガスター供給装置のノズルや電極
が加熱されたり、電極内のジュール熱によって電極が加
熱されたりする。このため、光源から放射されるＥＵＶ
光の強度が変動し、それに伴い、ウエハに照射されるＥ
ＵＶ光の量が変動し、転写される微細なパターンの寸法
が変化したり、微細なパターンが転写できなくなるとい
う問題が生じる。
【００１５】また、レーザプラズマ光源において発生さ
れる高温のプラズマからは、高速のガス分子や荷電粒子
が放出される。またターゲット材料供給装置の一部がプ
ラズマの高速粒子に叩かれて（スパッタ現象）表面の原
子が飛散する場合もある。これらはデブリと呼ばれる。
このデブリが照明系の初段ミラーに照射された場合、ミ
ラー上の多層膜は損傷を受ける。そのメカニズムとして
は、 ・イオンのエネルギーによって多層構造が破壊される ・多層膜上にターゲット材料やターゲット供給装置の材
料が堆積してＥＵＶ光の吸収層となる ・多層膜の加熱によって膜を構成する物質の再結晶化や
相互拡散により膜構造が変化する などが上げられる。
【００１６】同様に、放電プラズマ光源で発生するプラ
ズマからも高速のガス分子や荷電粒子が放出される。ま
た電極材料やそれを保持する絶縁体材料の一部がプラズ
マの高速粒子に叩かれて（スパッタ現象）表面の原子が
飛散する場合もある。これらのデブリが照明系の初段ミ
ラーに照射された場合、ミラー上の多層膜は損傷を受け
る。
【００１７】このような現象によって、ＥＵＶ光源の運
転に伴い多層膜ミラーの反射率は次第に低下するので、
レチクルを照明するＥＵＶ光の強度も次第に低下する。
それに伴い、ウエハに照射されるＥＵＶ光の量が変動
し、転写される微細なパターンの寸法が変化したり、微
細なパターンが転写できなくなるという問題が生じるこ
とになる。
【００１８】このような照度変動の問題を解決する手段
として、たとえば、特開２０００−１００６８５号公報
には、Ｘ線を発生させるＸ線光源と、該Ｘ線光源からの
Ｘ線をマスクに導く照明系とを有し、前記マスクのパタ
ーンを感光性基板へ転写する露光装置において、前記照
明系は、複数の反射ミラーを有し、前記複数の反射ミラ
ーのうちの少なくとも１つ反射ミラーの反射面に関し
て、前記Ｘ線の照射による光電効果に伴う電気的な特性
を検出する検出装置を配置した構成が開示されている。
この検出装置の検出結果に従って、露光量を調整し、露
光光の照度変動を補償する。
【００１９】この従来例では、反射ミラーの反射面に光
電効果を利用した検出器が配置される。このため、光電
面は表面の状態に非常に敏感となり、表面にごく僅かな
汚れが付着しただけで測定感度が大きく変動してしま
い、測定精度が低くなってしまうという課題があった。
【００２０】また、この従来の方法では、ミラーで反射
された光子は光電効果を起こさず、吸収された光子のみ
が光電効果を起こすため、この方法ではミラーで反射さ
れるＥＵＶ光ではなく、ミラーに吸収される光の強度が
計測されることになる。ＥＵＶ光源からは露光に用いら
れる波長の光以外にさまざまな波長の光が放射されてお
り、多層膜反射鏡でもそれらの波長の光はある割合で反
射され、照明光学系の内部を通過する。したがって、反
射ミラーの反射面に光電効果を利用した検出器を配置す
る方法では、ＥＵＶ光源から放射された露光に寄与しな
い波長の光の強度の影響を受け、測定精度が低くなって
しまうという課題があった。
【００２１】本発明は、以上のような課題に鑑みてなさ
れたものであり、露光光の強度の測定精度を向上し、露
光量の補償制御を適切に行えるようにすることを目的と
する。また、本発明の他の目的は、露光光の強度の測定
精度を向上し、光源における発光強度の変動等に伴う微
細なパターンの寸法変化や解像度低下などを防止し、微
細なパターン転写を安定的に実行可能とする露光制御を
実現することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による露光装置は以下の構成を備える。すな
わち、露光光をレチクルへ導く第１反射光学系と、該レ
チクルからの反射光を基板に導く第２反射光学系を有
し、該レチクル上のパターンを該基板に転写する露光装
置であって、前記第１反射光学系に設けられ、前記レチ
クルを均一に所定の開口数で照明するためのオプティカ
ルインテグレータと、前記オプティカルインテグレータ
の位置乃至その近傍で前記露光光の一部を分岐させる分
岐手段と、前記分岐手段で分岐された露光光の光強度を
検出する検出手段とを備える。
【００２３】また、上記の目的を達成するための本発明
による露光装置の制御方法は、露光光をレチクルへ導く
第１反射光学系と、該レチクルからの反射光を基板に導
く第２反射光学系を有し、該レチクル上のパターンを該
基板に転写する露光装置の制御方法であって、前記レチ
クルを均一に所定の開口数で照明するための、前記第１
反射光学系に設けられたオプティカルインテグレータの
位置乃至その近傍で前記露光光の一部を分岐させる分岐
手段を設け、該分岐手段で分岐された露光光の光強度を
検出する検出工程と、前記検出工程手段で検出された光
強度に基づいて露光量を制御する制御工程とを備える。
また、本発明によれば、上記露光装置を用いて露光され
た基板を現像し、該基板上に回路を形成することを特徴
とするデバイスの製造方法が提供される。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の好適な実施形態を説明する。
【００２５】＜第１の実施形態＞本実施形態のＥＵＶ露
光装置では、露光量制御やミラー損傷判定を行うため
に、ＥＵＶ光の強度を計測する。この計測は、後述する
ように、照明光学系の反射型インテグレータの位置で照
明光を一部分岐し、これをＥＵＶ光強度検出器で検出す
ることにより行う。
【００２６】図１は、第１の実施形態によるＥＵＶ光露
光装置の概略構成を示す図である。図示のように、本実
施形態のＥＵＶ露光装置は、ＥＵＶ光源、照明光学系、
反射型レチクル、投影光学系、レチクルステージ、ウエ
ハステージ、アライメント光学系、真空系などで構成さ
れる。
【００２７】本実施形態のＥＵＶ光源にはレーザプラズ
マ光源が用いられる。これは真空容器１０１中に供給さ
れたターゲット材に、高強度のパルスレーザ光を照射
し、高温のプラズマ１０５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を具備
したターゲット供給装置１０２によって真空容器１０１
内に供給される。また、パルスレーザ光は励起用パルス
レーザ１０３より出力され、集光レンズ１０４を介して
ターゲット材に照射される。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の繰り返し周波数
は高い方が良く、励起用パルスレーザ１０３は通常数ｋ
Ｈｚの繰り返し周波数で運転される。
【００２８】なお、ＥＵＶ光源として放電プラズマ光源
を用いることも可能であることはいうまでもない。な
お、放電プラズマ光源は、真空容器中に置かれた電極周
辺にガスを放出し、電極にパルス電圧を印加し放電を起
こ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。放射されるＥＵＶ光の平均強度を高くするためには
放電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。
【００２９】照明光学系は、複数の多層膜または斜入射
ミラーと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、照明系第１ミラー１０６、オプティ
カルインテグレータ１０７、照明系第２ミラー１０８、
照明系第３ミラー１０９によってプラズマ１０５から放
射されたＥＵＶ光をレチクル１１１に導く。
【００３０】初段の集光ミラー（照明系第１ミラー）１
０６はレーザプラズマ１０５からほぼ等方的に放射され
るＥＵＶ光を集める役割を果たす。オプティカルインテ
グレータ１０７はレチクル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
定するための画角制限アパーチャ１１０が設けられる。
【００３１】この円弧状露光領域によりレチクルが照射
され、その反射光が投影光学系を経てウエハに照射され
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、ミラーの枚数は最小限に抑えることが必要
であるが、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）が用いられる（図８参照）。
【００３２】投影光学系にも複数のミラーが用いられ
る。図１では、投影系第１〜第４ミラー（１２１〜１２
４）によって、レチクル１１１からの反射光がウエハチ
ャック１３３に装着されたウエハ１３１上に導かれる。
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。なお、１２５は開口制限ア
パーチャであり、投影光学系の開口数を規定するよう光
束を制限する。
【００３３】各ミラーは低膨張率ガラスやシリコンカー
バイド等の剛性が高く硬度が高く、熱膨張率が小さい材
料からなる基板を、研削・研磨して所定の反射面形状を
創生した後、反射面にモリブデン／シリコンなどの多層
膜を成膜したものである。ミラー面内の場所によって入
射角が一定でない場合、前述のブラッグの式から明らか
なように、膜周期一定の多層膜では場所によって反射率
が高くなるＥＵＶ光の波長がずれてしまう。そこでミラ
ー面内で同一の波長のＥＵＶ光が効率よく反射されるよ
うに膜周期分布を持たせることが必要である。
【００３４】レチクルステージ１１２とウエハステージ
１３２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。
【００３５】レチクル１１１は、レチクルステージ１１
２上のレチクルチャック１１３に保持される。レチクル
ステージ１１２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１１１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、その結果に基いて、
位置と姿勢が制御される。
【００３６】ウエハ１３１はウエハチャック１３３によ
ってウエハステージ１３２に保持される。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１３２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
いて、位置と姿勢が制御される。
【００３７】アライメント検出機構１１４、１３４によ
ってレチクル１１１の位置と投影光学系の光軸との位置
関係、およびウエハ１３１の位置と投影光学系の光軸と
の位置関係が計測され、レチクル１１１の投影像がウエ
ハ１３１の所定の位置に一致するようにレチクルステー
ジ１１２およびウエハステージ１３２の位置と角度が設
定される。
【００３８】また、フォーカス位置検出機構１３５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１３２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。
【００３９】ウエハ１３１上で１回のスキャン露光が終
わると、ウエハステージ１３２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１１２及びウエハステージ１３２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。
【００４０】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（ステップ・アンド・スキャン）、
ウエハ全面にレチクルの転写パターンが転写される。
【００４１】ＥＵＶ光はガスによって強く吸収される。
たとえば、空気が１０Ｐａ満たされた空間を波長１３ｎ
ｍのＥＵＶ光が１ｍ伝播すると、その約５０％が吸収さ
れてしまう。ガスによる吸収を避けるためには、ＥＵＶ
光が伝播する空間は少なくとも１０-1Ｐａ以下、望まし
くは１０-3Ｐａ以下の圧力に保たれている必要がある。
【００４２】またＥＵＶ光が照射される光学素子が置か
れた空間に炭化水素などの炭素を含む分子が残留してい
た場合、光照射によって光学素子表面に炭素が次第に付
着し、これがＥＵＶ光を吸収するために反射率が低下し
てしまうという問題がある。この炭素付着を防止するた
めにはＥＵＶ光が照射される光学素子が置かれた空間は
少なくとも１０-4Ｐａ以下、望ましくは１０-6Ｐａ以下
の圧力に保たれている必要がある。このため光源、照明
系や投影系光学系の光学素子、レチクル、ウエハなどは
真空容器１０１に入れられ、上記真空度を満たすように
排気される。
【００４３】１５１は制御装置であり、ＥＵＶ光強度検
出器２０２による検出結果に基づき当該ＥＵＶ露光装置
における露光量を制御する。＊図２は、上記構成におけ
る、反射型のオプティカルインテグレータ１０７及びそ
の周辺の構成を説明する図である。オプティカルインテ
グレータ１０７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たものである。ＥＵＶ光が
反射型のオプティカルインテグレータ１０７に入射する
と、反射型のオプティカルインテグレータ１０７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。
【００４４】各２次光源から放射されたＥＵＶ光を上記
照明光学系のミラーで集光してレチクル１１１を照明す
る。この２次光源がレチクル１１１を照明する光束の入
射瞳になるように凹面ミラーを配置することによってケ
ーラー照明を実現している。したがって反射型のオプテ
ィカルインテグレータがほぼレチクルを照明する光束の
入射瞳位置になっている。
【００４５】本実施形態では、反射型のオプティカルイ
ンテグレータ１０７に微小なピンホール２０１を設け
る。また、オプティカルインテグレータ１０７のＥＵＶ
光が入射する側とは反対側にＥＵＶ光強度検出器２０２
を設けて、ピンホール２０１を通過したＥＵＶ光の強度
を検出する。
【００４６】ＥＵＶ光強度検出器２０２としては、シリ
コンなどのフォトダイオード、蛍光体付き光電子増倍
管、イオンチャンバ、光電面を設けた電子増倍管などが
用いられる。ＥＵＶ光強度検出器２０２で検出される可
視光を除去するために金属の薄膜からなるフィルタ２０
３を用いることが望ましい。
【００４７】また、半導体ダイオードは高い強度のＥＵ
Ｖ光を受光すると感度低下などの損傷が起きることが知
られており、これを防止するには、受光面のＥＵＶ光強
度を一定値以下に下げることが必要である。このために
も、ＥＵＶ光強度検出器２０２の前面にフィルタ２０３
を設けることは望ましいことである。更に、迷光などに
よる精度低下を防ぐためには、フィルタの材質として
は、多層膜の反射率が、高い波長のＥＵＶ光は比較的良
く透過し、それ以外の波長の光は吸収する材料であるこ
とが望ましい。そのようなフィルタは、ミラーの多層膜
を形成する軽元素層を構成する元素を含む材料を選択す
ることによって実現する。例えば、ミラーにモリブデン
とシリコンの多層膜を用いる場合、シリコンを含んだ材
料、例えばシリコン単結晶やシリコンカーバイド、窒化
シリコンなどが用いられる。あるいは、ミラーにモリブ
デンとベリリウムの多層膜を用いる場合、ベリリウムが
用いられる。
【００４８】シリコン単結晶やシリコンカーバイド、窒
化シリコンなどのフィルタを用いる場合、前述したよう
に可視光を除去するために金属の薄膜からなるフィル
タ、例えばベリリウムなどと積層して用いることが望ま
しい。
【００４９】また、オプティカルインテグレータの１点
に入射するＥＵＶ光は一定の角度広がりをもっており、
ピンホール２０１を通過したＥＵＶ光は同じ角度で広が
る。ＥＵＶ光強度検出器２０２をピンホール２０１から
一定距離離す構成をとれば、検出器の受光面の単位当た
りのＥＵＶ光強度が低減し、感度低下などの損傷が起き
ることを防止できる。このときの検出器のＥＵＶ光が照
射される範囲の大きさは、検出器の受光面サイズ以内で
できるだけ大きくなるように検出器とピンホールとの距
離を設定すればよい。
【００５０】このような構成にすることによってほぼレ
チクルを照明する光束の入射瞳位置でのＥＵＶ光強度を
計測することができる。
【００５１】オプティカルインテグレータ１０７の位置
はほぼレチクル１１１を照明する光束の入射瞳位置にな
っているので、ピンホール２０１を設けることによって
レチクル１１１を照射する光束の入射瞳面内の分布が一
様でなくなり、解像性能に影響を及ぼす。この観点から
は、ピンホールの直径はできるだけ小さいことが望まし
く、具体的にはインテグレータの光が照射される領域の
サイズの１％以内程度が望ましい。
【００５２】反射型インテグレータ１０７の反射面は、
微小な球面などの単位形状が多数配列した構造をしてい
る。各単位形状から反射されたＥＵＶ光はレチクルの照
明領域全面を照射する。この単位形状を例えば半分取り
除く形でピンホールを設けたならば、レチクル上の照明
領域の半分で照度の低下が起こり、照度分布が不均一に
なってしまう。したがって、単位形状が欠けない形でピ
ンホールを設けることが望ましい。
【００５３】単位形状が欠けない形でピンホールを設け
る方法としては、図３に示すように、この単位形状を１
個丸ごと取り除く形でピンホールを設ければよい。ある
いは、図４に示すように、単位形状の配列をずらして、
隙間を開けてその隙間にピンホールを設けてもよい。以
上のような方法を用いれば、ピンホールを設けてもレチ
クル上のＥＵＶ光照度分布に影響を与えることがない。
【００５４】また、ピンホールの断面形状は、インテグ
レータに入射するＥＵＶ光の角度に合わせて斜めにした
り、図２に示すように反射面の開口が小さく裏面の開口
が大きい「逆テーパ状」として、ＥＵＶ光がピンホール
内面で遮られることがないようにするのが望ましい。
【００５５】以上のような構成を備えた本実施形態のＥ
ＵＶ露光装置では、レチクルを照明する光束の入射瞳位
置でのＥＵＶ光強度を計測し、それに基づき、レジスト
に照射されるＥＵＶ光の量が一定になるように制御装置
１５１が露光量制御を行う。例えば、計測されたＥＵＶ
強度が変動した場合には、光源の発光強度を変更する、
あるいは光源の発光タイミングを変更する事で平均の光
強度を変化させる、あるいはウエハ上の１点が露光され
る時間を変更する、などの方法を用いることができる。
【００５６】また、制御装置１５１は、計測されたＥＵ
Ｖ強度の値をもとに、プラズマ光源を構成する部品の消
耗や、照明系ミラーの損傷などを検出し、それらの交換
時期を判定する。これは例えば以下のようにして行われ
る。プラズマ光源の発光はパルス状に行われ、パルス毎
の発光強度はある程度ばらつくので、多数のパルスを平
均した強度を求め、この時間変化を記録する。そして、
この平均強度の値が初期の値に比べて一定量、たとえば
初期値の１０％低下した場合には、プラズマ光源を構成
する部品の消耗、あるいは照明系ミラーの損傷が起きた
と判定し、これらの部品を交換するべく報知する。
【００５７】以上説明したように、本実施形態のＥＵＶ
露光装置によれば、レチクルを照明する光束の入射瞳位
置でのＥＵＶ光強度を計測し、それに基づき、レジスト
に照射されるＥＵＶ光の量が一定になるように露光量制
御を行うので、ＥＵＶ発光強度の変動とそれに伴う微細
なパターンの寸法変化や解像度低下などが起こらず、安
定して微細なパターンを転写することができる。また、
プラズマ光源を構成する部品の消耗や、照明系ミラーの
損傷などを検出し、それらの交換時期を的確に判定する
ことができる。
【００５８】また、ＥＵＶ光強度検出器２０２の前面
に、金属の薄膜からなるフィルタ２０３および／また
は、ミラーの多層膜を形成する軽元素層を構成する元素
を含む材料からなるフィルタを配置することにより、可
視光や迷光などによる精度低下を防ぎながら、さらに検
出器に感度低下などの損傷が起きることを防止できる。
例えば、前述の単結晶シリコン、窒化シリコン、シリコ
ンカーバイドなどの材料からなるフィルタは、可視光を
透過する。そこで金属のフィルタを重ねて可視光をカッ
トする。これらのフィルタは独立した別体のフィルタで
もよいし、シリコン含有フィルタの上に金属薄膜を成膜
した一体構成でもよい。金属フィルタの厚さが薄い場合
には、一体構成のほうが製造や取り扱いの容易さの点で
有利である。また、ＥＵＶ光強度検出器２０２をピンホ
ール２０１から一定距離離す構成を用いれば、検出器２
０２の受光面の単位当たりのＥＵＶ光強度が低減し、検
出器２０２に感度低下などの損傷が起きることを防止で
きる。
【００５９】＜第２の実施形態＞第１の実施形態では、
オプティカルインテグレータにピンホールを設けて、レ
チクルを照明する光束の入射瞳位置でのＥＵＶ光強度を
計測している。第２の実施形態では、オプティカルイン
テグレータの前面に反射ミラーを設けてレチクルを照明
する光束の入射瞳位置でのＥＵＶ光強度を計測する。な
お、以下の第１の実施形態では、第１の実施形態と同様
にレーザプラズマ光源を用いたＥＵＶ露光装置を説明す
るが、放電プラズマ光源を用いたＥＵＶ露光装置に適用
することも可能であることはいうまでもない。
【００６０】図５は第２の実施形態によるＥＵＶ光露光
装置の概観を示す図である。第１の実施形態（図１）と
同様の構成には同一の参照番号を付してある。第１の実
施形態と異なる点は、オプティカルインテグレータ５０
３にはピンホールは存在せず、その前面に微小ミラー５
０１が設けられた点である。微小ミラー５０１で反射さ
れたＥＵＶ光はＥＵＶ光強度検出器５０２によってその
光強度が検出されることになる。なお、ＥＵＶ光強度検
出器５０２はＥＵＶ光強度検出器２０２と同一の機能を
有するものである。また第１の実施形態と同様なフィル
タ構成を用いてもよい。
【００６１】以上の構成において、プラズマ光源１０５
から放射されたＥＵＶ光は照明系初段ミラー１０６で集
光され、反射型のオプティカルインテグレータ５０３に
導かれる。第２の実施形態では、図６にその詳細を示す
ように、反射型のオプティカルインテグレータ５０３の
前面に微小ミラー５０１を設ける。そして、オプティカ
ルインテグレータ５０３に入射するＥＵＶ光あるいはそ
こから出射するＥＵＶ光を遮らない位置に微小ミラー５
０１からの反射光を導き、ここにＥＵＶ光強度検出器５
０２を設けて、微小ミラーからの反射光の強度を検出す
る。
【００６２】微小ミラー５０１は、照明系や投影系のほ
かのミラーと同様に、研磨したガラスや金属、セラミク
スからなる基板の表面に多層膜を成膜して反射率を高め
てある。入射角６０度程度以上の斜入射で用いられ場合
には、全反射を利用しても良く、研磨したシリコンカー
バイドや、研磨したガラス基板の上に白金や金の単層膜
を成膜したミラーでもよい。
【００６３】また、微小ミラー５０１は反射型のオプテ
ィカルインテグレータに接着して固定してもよいし、反
射型のオプティカルインテグレータに穴を開け、反射型
のオプティカルインテグレータに裏面から支持機構を介
して支持しても構わない。
【００６４】また、オプティカルインテグレータの１点
に入射するＥＵＶ光は一定の角度広がりをもっている。
微小ミラー５０１が平面であった場合、この微小ミラー
５０１で反射されたＥＵＶ光は同じ角度で広がる。検出
器５０２はオプティカルインテグレータ５０３に入射あ
るいは出射するＥＵＶ光を遮らない位置に置く必要があ
るので、微小ミラー５０１からの距離は一定の距離が必
要である。このため、反射光のスポットの大きさは、検
出器５０２の受光面サイズを越えてしまう場合がある。
このような場合には、微小ミラー５０１を球面や円筒面
や回転楕円面やトロイダル面などの凹面とし、反射され
たＥＵＶ光の角度広がりをある程度小さくすることが好
ましい。特に、検出器５０２のＥＵＶ光が照射される範
囲の大きさを検出器５０２の受光面サイズ以内でできる
だけ大きくなるようにすることで、検出器５０２の受光
面における単位当たりのＥＵＶ光強度を低減し、感度低
下などの損傷が起きることを防止できる。
【００６５】以上のような構成にすることによって、第
１の実施形態と同様に、レチクルを照明する光束のほぼ
入射瞳位置でのＥＵＶ光強度を計測することができる。
【００６６】なお、反射型インテグレータ５０３の反射
面は、微小な球面などの単位形状が多数配列した構造を
している。各単位形状から反射されたＥＵＶ光はレチク
ルの照明領域全面を照射する。この単位形状を例えば半
分取り除く形で微小ミラーを設けたならば、レチクル上
の照明領域の半分で照度の低下が起こり、照度分布が不
均一になってしまう。したがって、単位形状が欠けない
形で微小ミラーを設けることが望ましい。
【００６７】単位形状が欠けない形で微小ミラーを設け
る方法としては、１つの単位形状を丸ごと覆う、同形状
のミラーを用いることが挙げられる。例えば、図７に示
すように、単位形状が矩形であった場合、この単位形状
を１個丸ごと覆う矩形の微小ミラーを設ければよい。こ
のような方法を用いれば、微小ミラーを設けてもレチク
ル上のＥＵＶ光照度分布に影響を与えることがない。
【００６８】構成、第２の実施形態においても、第1の
実施形態と同様に、レチクルを照明する光束の入射瞳位
置でのＥＵＶ光強度を計測し、それに基づき、レジスト
に照射されるＥＵＶ光の量が一定になるように露光量制
御を行う。また、計測されたＥＵＶ強度の値をもとに、
プラズマ光源を構成する部品の消耗や、照明系ミラーの
損傷などを検出し、それらの交換時期を判定する。
【００６９】第２の実施形態のＥＵＶ露光装置によれ
ば、レチクルを照明する光束の入射瞳位置でのＥＵＶ光
強度を計測し、それに基づき、レジストに照射されるＥ
ＵＶ光の量が一定になるように露光量制御を行うので、
ＥＵＶ発光強度の変動とそれに伴う微細なパターンの寸
法変化や解像度低下などが起こらず、安定して微細なパ
ターンが転写転写ができるＥＵＶ光を用いた露光装置お
よび露光方法が実現される。
【００７０】また、プラズマ光源を構成する部品の消耗
や、照明系ミラーの損傷などを検出し、それらの交換時
期を的確に判定することができる更に、微小ミラー５０
１を凹面とすることで、微小ミラーで反射されたＥＵＶ
光の角度広がりをある程度小さくし、検出器５０２のＥ
ＵＶ光が照射される範囲の大きさを検出器の受光面サイ
ズ以内でできるだけ大きくなるようにし、かつ検出器の
受光面の単位当たりのＥＵＶ光強度を低減したので、感
度低下などの損傷が起きることを防止することができ
る。
【００７１】＜実施形態３＞次に上記説明した露光装置
を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図
９は微小デバイス（ICやLSI等の半導体チップ、液晶パ
ネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製
造フローを示す。
【００７２】ステップＳ１１（回路設計）では半導体デ
バイスの回路設計を行う。ステップＳ１２（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を制作
する。一方、ステップＳ１３（ウエハ製造）ではシリコ
ン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップＳ１４
（ウエハプロセス）では前工程 と呼ばれ、上記用意し
たマスクとウエハを用いて、リソグラフィー技術によっ
てウエハ上に実際の回路を形成する。次にステップＳ１
５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップＳ１４によ
って作製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Ｓ１６（検査）ではステップＳ１５で作製
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Ｓ１７）される。
【００７３】図１０は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップＳ２１（酸化）ではウエハの表面を
酸化させる。ステップＳ２２（CVD）ではウエハ表面に
絶縁膜を形成する。ステップＳ２３（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Ｓ２４
（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステ
ップＳ２５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布
する。ステップＳ２６（露光）では上記説明した露光装
置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光す
る。ステップＳ２７（現像）では露光したウエハを現像
する。ステップＳ２８（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Ｓ２９（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。
【００７４】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造するこ
とができる。
【００７５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
露光光の強度の測定精度が向上する。又、測定された露
光光強度の値を露光量制御に用いれば、露光量の補償制
御が適切に行える。このため、光源における発光強度の
変動等に伴う微細なパターンの寸法変化や解像度低下な
どを防止し、微細なパターン転写を安定的に実行するべ
く露光制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態によるＥＵＶ光露光装置の概略
構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態による反射型のオプティカルイ
ンテグレータ及びその周辺の構成を説明する図である。
【図３】第１の実施形態による反射形オプティカルイン
テグレータにおけるピンホールの形成を説明する図であ
る。
【図４】第１の実施形態による反射形オプティカルイン
テグレータにおけるピンホールの形成を説明する図であ
る。
【図５】第２の実施形態によるＥＵＶ光露光装置の概略
構成を示す図である。
【図６】第２の実施形態による反射型のオプティカルイ
ンテグレータ及びその周辺の構成を説明する図である。
【図７】第２の実施形態による反射形オプティカルイン
テグレータにおける微小ミラーの形状及び配置を説明す
る図である。
【図８】円弧状露光領域を説明する図である。
【図９】半導体デバイスの製造フローを示す図である。
【図１０】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図であ
る。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 露光光をレチクルへ導く第１反射光学系
    と、該レチクルからの反射光を基板に導く第２反射光学
    系を有し、該レチクル上のパターンを該基板に転写する
    露光装置であって、 前記第１反射光学系に設けられ、前記レチクルを均一に
    所定の開口数で照明するためのオプティカルインテグレ
    ータと、 前記オプティカルインテグレータの位置乃至その近傍で
    前記露光光の一部を分岐させる分岐手段と、 前記分岐手段で分岐された露光光の光強度を検出する検
    出手段とを備えることを特徴とする露光装置。
  2. 【請求項２】 前記検出手段で検出された光強度に基づ
    いて露光量を制御する制御手段を更に備えることを特徴
    とする請求項１に記載の露光装置。
  3. 【請求項３】 前記制御手段は、光源の発光強度、光源
    の発光タイミング、あるいはウエハ上の１点が露光され
    る時間の少なくとも一つを変更することにより露光量を
    制御することを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
  4. 【請求項４】 前記検出手段で検出された光強度に基づ
    いて、前記第１反射光学系の部品交換の要否を報知する
    報知手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載
    の露光装置。
  5. 【請求項５】 前記分岐手段は、前記オプティカルイン
    テグレータに設けられたピンホールを含むことを特徴と
    する請求項１に記載の露光装置。
  6. 【請求項６】 前記ピンホールは、前記オプティカルイ
    ンテグレータを構成する複数の単位形状のうちの一つと
    同じ形状及び大きさを有して設けられていることを特徴
    とする請求項５に記載の露光装置。
  7. 【請求項７】 前記ピンホールは、前記オプティカルイ
    ンテグレータを構成する複数の単位形状のうちの一つに
    対応する位置に設けられ、該単位形状と同じ形状及び大
    きさを有することを特徴とする請求項５に記載の露光装
    置。
  8. 【請求項８】 前記分岐手段は、前記オプティカルイン
    テグレータに前面に設けられたミラーを含むことを特徴
    とする請求項１に記載の露光装置。
  9. 【請求項９】 前記ミラーは、前記オプティカルインテ
    グレータを構成する複数の単位形状の内の一つに対応す
    る位置に設けられ、該単位形状と同じ形状及び大きさを
    有することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
  10. 【請求項１０】 前記検出手段と前記分岐手段との間
    に、可視光の除去或いは前記分岐手段で分岐された露光
    光の強度を低減するフィルタが設けられたことを特徴と
    する請求項１に記載の露光装置。
  11. 【請求項１１】 露光光をレチクルへ導く第１反射光学
    系と、該レチクルからの反射光を基板に導く第２反射光
    学系を有し、該レチクル上のパターンを該基板に転写す
    る露光装置の制御方法であって、 前記レチクルを均一に所定の開口数で照明するための、
    前記第１反射光学系に設けられたオプティカルインテグ
    レータの位置乃至その近傍で前記露光光の一部を分岐さ
    せる分岐手段を設け、該分岐手段で分岐された露光光の
    光強度を検出する検出工程と、 前記検出工程手段で検出された光強度に基づいて露光量
    を制御する制御工程とを備えることを特徴とする露光装
    置の制御方法。
  12. 【請求項１２】 前記制御工程は、光源の発光強度、光
    源の発光タイミング、あるいはウエハ上の１点が露光さ
    れる時間の少なくとも一つを変更することにより露光量
    を制御することを特徴とする請求項１１に記載の露光装
    置の制御方法。
  13. 【請求項１３】 前記検出工程で検出された光強度に基
    づいて、前記第１反射光学系の部品交換の要否を報知す
    る報知工程を更に備えることを特徴とする請求項１１に
    記載の露光装置の制御方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１〜１０のいずれかに記載の露
    光装置を用いて露光された基板を現像し、該基板上に回
    路を形成することを特徴とするデバイスの製造方法。
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