JP2006073620A

JP2006073620A - Ｅｕｖ露光装置

Info

Publication number: JP2006073620A
Application number: JP2004252504A
Authority: JP
Inventors: Hajime Yamamoto; 一山本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】露光量（照明光の強度）を広範囲に亘って容易に可変できるＥＵＶ露光装置を提供する。
【解決手段】ＥＵＶ光源１から放出されたＥＵＶ光２は、照明光学系３に入射し、コリメータミラーとして作用する凹面反射鏡４を介してほぼ平行光束となり、オプティカルインテグレータ５に入射し、所定の形状を有する実質的な面光源を形成する。実質的な面光源からの光は、平面反射鏡６により偏向された後、マスクＭ上に照明領域を形成する。照明されたマスクＭのパターンからの光は、複数の反射鏡Ｍ１〜Ｍ６からなる投影光学系ＰＬを介して、ウエハＷ上にマスクパターンの像を形成する。照明光学系３中に、減光フィルタ装置７が設けられ、マスクＭに照射されるＥＵＶ光の強度を弱めることができるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＥＵＶ光（本明細書及び特許請求の範囲では、波長が１５０ｎｍ以下の光又は軟Ｘ線を言う）を使用してマスクに形成されたパターンを、ウエハ等の感応基板上に投影するＥＵＶ露光装置に関するものである。

近年、半導体集積回路の微細化に伴い、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、従来の紫外線に代えてこれより短い波長（１１〜１４ｎｍ）のＥＵＶ光を使用した投影リソグラフィ技術が開発されている（例えば、D.Tichenor, et al, SPIE 2437 (1995) 292参照）。この技術は、最近ではＥＵＶ（Extreme UltraViolet）リソグラフィと呼ばれており、従来の波長１９０ｎｍ程度の光線を用いた光リソグラフィでは実現不可能な、７０ｎｍ以下の解像力を得られる技術として期待されている。

ＥＵＶ光の波長領域での物質の複素屈折率ｎは、ｎ＝１−δ−ｉｋ（ｉは複素記号）で表わされる。この屈折率の虚部ｋは極短紫外線の吸収を表す。δ、ｋは１に比べて非常に小さいため、この領域での屈折率は１に非常に近い。したがって従来のレンズのような透過屈折型の光学素子を使用できず、反射を利用した光学系が使用される。

このようなＥＵＶ露光装置の概要を図４に示す。ＥＵＶ光源１から放出されたＥＵＶ光２は、照明光学系３に入射し、コリメータミラーとして作用する凹面反射鏡４を介してほぼ平行光束となり、一対のフライアイミラー５ａおよび５ｂからなるオプティカルインテグレータ５に入射する。一対のフライアイミラー５ａおよび５ｂとして、たとえば特開平１１−３１２６３８号公報（特許文献１）に開示されたフライアイミラーを用いることができる。なお、フライアイミラーのさらに詳細な構成および作用については、特許文献１に詳しく説明されており、かつ、本発明と直接の関係がないので、その説明を省略する。

こうして、第２フライアイミラー５ｂの反射面の近傍、すなわちオプティカルインテグレータ５の射出面の近傍には、所定の形状を有する実質的な面光源が形成される。実質的な面光源からの光は、平面反射鏡６により偏向された後、マスクＭ上に細長い円弧状の照明領域を形成する（円弧状の照明領域を形成するための開口板は図示を省略している）。照明されたマスクＭのパターンからの光は、複数の反射鏡（図４では例示的に６つの反射鏡Ｍ１〜Ｍ６）からなる投影光学系ＰＬを介して、ウエハＷ上にマスクパターンの像を形成する。

特開平１１−３１２６３８号公報

一般にウエハ上に成膜されるレジストは、その下に成膜された、パターンを転写すべき層の材質等に合わせて種々のものが使用される。レジストの感光感度はレジストの種類によって異なるので、レジストを現像したときに所定のパターンを形成するためには、レジストの感光感度に合わせて露光量を変化させる必要がある。

ＥＵＶ露光装置において従来考えられていたレジストの露光量を変化させる方法は、ＥＵＶ光源の出力を変える方法、及びマスクステージ、ウエハステージの走査速度を変える方法であった。

しかしながら、ＥＵＶ光源の出力を変える方法では、可変範囲が±２０％程度であり、極端な高感度/低感度のレジストの露光には適さない場合が多い。また、マスクステージ、ウエハステージの走査速度を変える方法では、極端に低感度のレジストを露光する場合にはステージの走査速度を下げれば良いよいため、広範囲の適用が可能であるが、スループットの低下は避けられない。また、高感度のレジストを露光する場合、ステージの速度を際限無く上げることはできない。またパルス光源の繰り返し周波数によっては、ステージの速度を上げると、パルス間のエネルギばらつきを平均化するために必要なパルス数が確保できず、レジストの各部分において露光量のばらつきが大きくなってしまうという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、露光量（照明光の強度）を広範囲に亘って容易に可変できるＥＵＶ露光装置を提供することを課題とする。

前記課題を達成するための第１の手段は、ＥＵＶ光を使用して、マスクに形成されたパターンをウエハ等の感応基板上に投影するＥＵＶ露光装置であって、照明光学系中に、マスクを照明するＥＵＶ光の強度を調整するためのＥＵＶ光減衰膜が、複数、切り替え可能に設けられていることを特徴とするＥＵＶ露光装置（請求項１）である。

本手段においては、照明光学系中にＥＵＶ光減衰膜を設け、ＥＵＶ光がこのＥＵＶ光減衰膜中を透過するようにすることにより、ＥＵＶ光を減衰させ、照明光の強度を低下させるようにしている。そして、種々の減衰率を有するＥＵＶ光減衰膜を切り替え可能に設けることにより、使用するレジストに合わせた照明強度に調整することができる。

ＥＵＶ光減衰膜としては、吸収膜が考えられるが、散乱を利用するものや他のものでも、透過するＥＵＶ光を減衰させる作用を有するものであれば利用することができる。

ＥＵＶ光減衰率を変えるには、ＥＵＶ減衰膜の膜厚を異なるものとしてもよいし、ＥＵＶ減衰膜として吸収率又は散乱率等の異なる物質を使用してもよいし、両者を組み合わせて使用してもよい。なお、本手段は、必ずしもＥＵＶ光の光路にＥＵＶ光減衰膜が存在するもののみに限定されるものでなく、切り替えにより、ＥＵＶ光を、ＥＵＶ光減衰膜を透過させずにそのまま出力するようなものであってもよいことは言うまでもない。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記ＥＵＶ光減衰膜が、多段階に設けられていることを特徴とするもの（請求項２）である。

多段階に設けると言うことは、ＥＵＶ光が、何枚ものＥＵＶ光減衰膜を透過するようにＥＵＶ光減衰膜を設けるという意味である。本手段においては、ＥＵＶ光減衰膜を多段階に設けることにより、ＥＵＶ光の透過率をより精密に調整することができる。例えば、第１段のＥＵＶ光減衰膜を減衰率の粗調整に使用し、第２段のＥＵＶ光減衰膜を微調整に使用するような使用方法が考えられる。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記ＥＵＶ光減衰膜の少なくとも一つは、SiＮ_ｘであることを特徴とするもの（請求項３）である。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記ＥＵＶ光減衰膜の少なくとも一つは、ＤＬＣ（Diamond like carbon）であることを特徴とするもの（請求項４）である。

ＥＵＶ光は、一般の物質に対して吸収されやすいので、ＥＵＶ光減衰膜として適当なものは、薄膜化が容易であり、かつ、薄膜としての強度が強く、加えて、軽元素からできていて物質の光吸収率が低いものであることが好ましい。また、均一性が高いことも望ましい。こうした条件から、ＥＵＶ光減衰膜は、SiＮ_ｘ、又はＤＬＣで形成することが好ましい。

本発明によれば、露光量（照明光の強度）を広範囲に亘って容易に可変できるＥＵＶ露光装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例であるＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。ＥＵＶ光源１から放出されたＥＵＶ光２は、照明光学系３に入射し、コリメータミラーとして作用する凹面反射鏡４を介してほぼ平行光束となり、一対のフライアイミラー５ａおよび５ｂからなるオプティカルインテグレータ５に入射し、所定の形状を有する実質的な面光源を形成する。実質的な面光源からの光は、平面反射鏡６により偏向された後、マスクＭ上に細長い円弧状の照明領域を形成する（円弧状の照明領域を形成するための開口板は図示を省略している）。照明されたマスクＭのパターンからの光は、複数の反射鏡（図１では例示的に６つの反射鏡Ｍ１〜Ｍ６）からなる投影光学系ＰＬを介して、ウエハＷ上にマスクパターンの像を形成する。以上の構成は、図４に示した従来のＥＵＶ露光装置の構成と同じである。

本実施の形態においては、照明光学系３中に、減光フィルタ装置７が設けられ、マスクＭに照射されるＥＵＶ光の強度を弱めることができるようになっている。

減光フィルタ装置７は、例えば図２に示すような構造をしている。中心軸７１の周りに回転可能な円板７２が取り付けられ、円板７２には、４つの円形穴が設けられている。１つの円形穴は空洞７３となっており、他の３つの円形穴には、厚さの異なるSiＮ_ｘ等からなる薄膜７４，７５，７６が設けられている。よって、それぞれの円形穴を透過するＥＵＶ光の減衰率が異なる。例えば、薄膜７４の透過率を７５％、薄膜７５の透過率を５０％、薄膜７６の透過率を２５％としておけば、空洞７３を透過するＥＵＶ光の透過率は１００％であるので、円板７２を回転させてどの円形穴をＥＵＶ光の通過する部分に位置させるかにより、マスクＭを照射するＥＵＶ光の強さを４段階に切り替えることができる。ＥＵＶ光源１の強さを±２０％の範囲で調整できることを考慮すれば、さらに広い範囲に亘ってマスクＭを照射するＥＵＶ光の強さを調整できる。

なお、７枚の透過率が異なる薄膜と、空洞を使用し、それぞれの透過率を表１のように定め、ＥＵＶ光源１の強さを±２０％の範囲で調整すれば、表１、図３に示すように、基準量（ＥＵＶ光源１の強さが基準値であり、減光フィルタ装置７の透過率が１００％のときの照射量）を１００として、１２０〜７までの広い範囲に亘って照射光量を連続的に可変とすることができる。
（表１）

さらに精密な制御を行うには、薄膜の種類を増やしたり、図２に示すような減光フィルタ装置を複数台、ＥＵＶ光の光路に入れ、それぞれの薄膜の組み合わせとＥＵＶ光源１の強さの組み合わせにより、マスクＭへの照射量を調整してやるようにすればよい。

一般的には、レジストの露光感度は、レジストの種類に応じて１０倍程度変化するので、ＥＵＶ光源１として、レジスト感度が最低のものを露光するのに適当な強さの光源を使用し、減光フィルタで１／１０まで減光することができれば十分である。

いずれにしろ、減光フィルタの透過率は離散的なものとなるが、ＥＵＶ光源１の強さを変化させたり、ステージの走査速度を変化させたりする操作と組み合わせることにより、レジストの感度特性にあった露光量で露光を行うことができる。

なお、図１においては、減光フィルタ装置７をフライアイミラー５ａの前に置いている。このようにすると、オプティカルインテグレータ５の働きにより、減光フィルタ装置７の薄膜に厚さむらがあっても、マスクＭを照明する光に強さのむらが現れにくくなると共に、この部分ではＥＵＶ光２が平行光束に近くなっているので、それに垂直に薄膜を位置させることによって、マスクＭを照明する光に強さのむらが現れにくくなる。しかし、このような問題が実質上問題とならなければ、減光フィルタ装置７はマスクＭに至るまでのＥＵＶ光２の光路の何れの部分にも設けることが可能である。又、図２に示す減光フィルタ装置７は、リボルバ型をしているが、スライド式であってもよいことは言うまでもない。

本発明の実施の形態の１例であるＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。減光フィルタ装置の例を示す図である。減光フィルタ装置とＥＵＶ光源を組み合わせて調整した場合の、ＥＵＶ光の強さの変化範囲の例を示す図である。従来のＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。

符号の説明

１…ＥＵＶ光源、２…ＥＵＶ光、３…照明光学系、４…凹面反射鏡、５…オプティカルインテグレータ、５ａ…第１フライアイミラー、５ｂ…第２フライアイミラー、平６…面反射鏡、７…減光フィルタ装置、７１…中心軸、７２…円板、７３…空洞、７４，７５，７６…薄膜、Ｍ…マスク、Ｗ…ウエハ、Ｍ１〜Ｍ６…反射鏡

Claims

ＥＵＶ光を使用して、マスクに形成されたパターンをウエハ等の感応基板上に投影するＥＵＶ露光装置であって、照明光学系中に、マスクを照明するＥＵＶ光の強度を調整するためのＥＵＶ光減衰膜が、複数、切り替え可能に設けられていることを特徴とするＥＵＶ露光装置。
請求項１に記載のＥＵＶ露光装置であって、前記ＥＵＶ光減衰膜は、多段階に設けられていることを特徴とするＥＵＶ光露光装置。
請求項１又は請求項２に記載のＥＵＶ露光装置であって、前記ＥＵＶ光減衰膜の少なくとも一つは、SiＮ_ｘであることを特徴とするＥＵＶ光露光装置。
請求項１又は請求項２に記載のＥＵＶ露光装置であって、前記ＥＵＶ光減衰膜の少なくとも一つは、ＤＬＣ（Diamond like carbon）であることを特徴とするＥＵＶ露光装置。