JP2006310577A - 反射ミラー装置およびそれを用いた露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 反射ミラー表面を単純な構成で滑らかな形状に変形させて光学収差を補正することを目的とする。
【解決手段】 反射ミラー装置は、光を反射するための反射ミラーと、前記反射ミラーとの間で密閉された複数の空気室を形成する隔壁部と、前記複数の空気室のうち少なくとも１つの空気室内の空気圧を調整する調整装置とを備えることを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は反射ミラーに関するものであり、投影露光装置が備える投影光学系の一部として好適に用いられるものである。

従来より、半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程では、マスク（又はレチクル）に形成されたパターンを投影光学系を介してウエハ等の感光基板上に投影露光する投影露光装置が使用されている。この投影露光装置としては、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）等の静止露光型やステップ・アンド・スキャン、あるいはスリット・スキャン等の走査露光型の露光装置が用いられている。

従来のこの種の装置では、露光光としてｇ線（波長：４３６ｎｍ）、ｉ線（波長：３６５ｎｍ）等が使用され、最近では、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）等が用いられている。これらの波長帯域の露光光を用いて露光処理を行う場合は、投影光学系として反射屈折光学系を用いることにより、十分な縮小率が得られ、投影光学系自体を小型化することができるという利点がある。

このような反射屈折光学系には、種々の反射光学素子（投影光学素子）が含まれており、例えば、平面鏡あるいは凹面鏡などの反射ミラーがある。

ところで、露光装置の光学性能を悪化させる要因にはいろいろなものがある。例えば、投影光学素子の製造、組立誤差や、装置の動作中に露光光による熱によって生じる熱変形のため、光学収差（ｏｐｔｉｃａｌ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）が生じ、感応基板（ウエハ）での像質が悪化する。そこで、反射ミラー表面の形状を変化させて収差を補正している。

例えば、特許文献１に記載のように（図９参照）、反射ミラー５２の反射面５３と反対側にフォースアクチュエータ５４を複数備え、フォースアクチュエータ５４と反射ミラー裏面の間に配置される機械的なリンク５１（図９には不図示）を介して、フォースアクチュエータ５４から反射ミラー裏面へ変形力Ｆを伝達する。その結果、反射面５３を所望の形状に変形させ、光学収差を補正可能にしている。

また、特許文献２に記載のように、アクチュエータとしてエアシリンダを備えるものもある。アクチュエータと反射ミラー裏面を接続する機械的なリンクを介して、アクチュエータから反射ミラー裏面へ変形力Ｆを伝達する。その結果、反射ミラー表面を所望の形状に変形させ、光学収差を補正可能にしている。
特開２００４−６４０７６号公報 特ＷＯ０２／１２９４８号公報

しかしながら、従来の例では、所望の反射ミラー表面形状を得るためには、反射ミラー裏面に多数のアクチュエータを配置する必要があり、構成上、複雑になってしまうという問題点があった。また、制御すべきアクチュエータが多いことから、制御システムも複雑になってしまう。さらに、図１０ａのように反射ミラー裏面を機械的なリンクで押し引きしようとすると、実際には図１０ｂのようにリンクと反射ミラー裏面を接続している部分の断面形状が反射ミラー表面に写し出されてしまう。結果として、所望の反射ミラー表面形状と実際の変形形状との形状誤差に、空間周波数の高い誤差成分が含まれるようになる。特にアクチュエータを複数備えた構成では、誤差成分を複数有することになるため、空間周波数の高い新たな光学収差を生み出し、結果として感応基板（ウエハ）での像質を悪化させてしまう。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、反射ミラー表面を単純な構成で滑らかな形状に変形させて光学収差を補正することができる。

上述の目的を達成するために本発明では、反射ミラー装置は、光を反射するための反射ミラーと、前記反射ミラーとの間で密閉された複数の空気室を形成する隔壁部と、前記複数の空気室のうち少なくとも１つの空気室内の空気圧を調整する調整装置とを備えることを特徴としている。ここで、「密閉」とは概ね密閉であればよく、空気圧によって反射ミラーに十分な力を付与できる程度のことをいう。

また、露光装置において、このような反射ミラー装置を投影光学系の一部として備えることを特徴としている。

本発明によれば、反射ミラー表面を滑らかな形状に変形させて光学収差を補正することができる。また、このような反射ミラー装置を露光装置の投影光学系に用いることで、露光装置の光学性能を向上させて、高品質の半導体デバイスを製造することができる。

［第１の実施形態］
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態にかかる反射ミラー装置１００の概略構成を示す図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図である。反射ミラー装置１００は、露光装置に搭載され、反射面上の有効径の範囲内で露光光を反射し、そのときの反射面の面形状をある所望の形状に変形させることで、光学収差を補正する。

反射ミラー装置１００は、凹面の反射ミラー８と、前記反射ミラーとの間で概ね密閉された複数の空気室（１〜４）を形成する隔壁部（５〜７）とを備える。隔壁部は、複数の空気室を区切る側壁５と、複数の空気室を囲む外周壁６と、反射ミラー８と対向する底壁７を備える。反射ミラーおよび隔壁部は、熱膨張率の低い材質であることが望ましく、例えばインバーや低熱膨張ガラス、低熱膨張セラミックスなどが用いられる。また、複数の空気室は、図１（ｂ）のように反射ミラー８の反射面１１とは反対側に設けられる。

外周壁６には通気口９が設けられており、空気室は通気口９および配管チューブ１０を介して圧力計１２、給気ポンプ１３に接続される。給気ポンプ１３は各空気室へ空気を供給する。空気室と給気ポンプ１３の間には、サーボバルブ１４が設けられ、サーボバルブ１４によって供給される空気の流量が制御される。空気室に供給される空気の流量を制御することによって、空気室内の圧力を制御することができる。また、空気室１〜４内の空気室は独立に制御可能になっている。

圧力計１２とサーボバルブ１４は隔壁部に直接取り付けてもよい。ただし、圧力計１２とサーボバルブ１４の自重によって隔壁部が変形してしまうと、その変形が反射ミラー８へ伝わり、反射ミラー８を変形させてしまう。これを防止するために、圧力計１２とサーボバルブ１４を低剛性の配管チューブ１０を介して空気室と連結し、それぞれの自重は別の支持部材（不図示）で支持している。圧力計１２とサーボバルブ１４を隔壁部に直接取り付ける場合には、取り付ける部分の隔壁を厚くして、隔壁の剛性を高くするとよい。

また、圧力計１２とサーボバルブ１４から発生する熱によって反射ミラー８が変形するのを防止するために、低剛性の配管チューブ１０を介して空気室と連結し、反射ミラー８から熱源を遠ざけると効果的である。もしくは、圧力計１２やサーボバルブ１４の周辺に冷却装置（不図示）を配置し、圧力計１２やサーボバルブ１４を冷却しても効果的である。

空気室外の気圧（Ｐ０とする）は、不図示の圧力計によって計測される。制御器１５は、入力された気圧Ｐ０と反射ミラーの目標変形量から、変形に必要な空気圧Ｐ１〜Ｐ４を算出し、各サーボバルブに指令を出す。算出方法として、目標変形量と空気圧との相関を関数として制御器１５に保存しておき、それを用いて算出すればよい。また、予め実験またはシミュレーションによって得られた目標変形量と空気圧との関係をテーブルとして制御器１５に保存しておき、それを用いてもよい。各サーボバルブは、その指令に基づいて、各空気室へ吸気される空気量と排気される空気量を調整して、各空気室内の空気圧を変化させる。圧力計１２によって計測された各空気室内の空気圧（Ｐ１〜Ｐ４とする）は、制御器１５へフィードバックされる。このようにして、各空気室内の空気圧を制御する。ここで、吸気用ポンプ１３のほかに排気用ポンプ（不図示）を併用することで、各空気室内の空気圧Ｐ１〜Ｐ４をＰ０よりも大きくしたり小さくしたりすることができる。その結果、反射ミラーを変形させることができる。このような気圧を調整する調整装置は、適宜変更が可能であり、空気室内の空気圧が調整できればよい。反射ミラーの変形について以下、説明する。

空気室１〜４内の空気圧をＰ１〜Ｐ４とし、空気室外の気圧をＰ０とする。本実施例では、各空気室内と空気室外との差圧Ｐ１−Ｐ０，Ｐ２−Ｐ０，Ｐ３−Ｐ０，Ｐ４−Ｐ０を反射ミラーの変形力として制御している。つまり、反射ミラーの形状を変形させるように気圧を調整している。

図２は、反射面の有効径内における、ミラーの変形形状の一例を示す図である。反射面の初期位置を０として、変形後の各位置（ＸＹ方向）における変形量の分布を示している。例えば、空気圧Ｐ１，Ｐ２をＰ０よりも小さくしてＰ３，Ｐ４をＰ０よりも大きくすると、反射ミラーのうち空気室１，２の上にある部分は凸状に変形し、空気室３，４の上にある部分は凹状に変形する。このときの反射面が図２であり、２箇所で凸状に変形し、２箇所で凹状に変形している。このように、空気室内の空気圧Ｐ１〜Ｐ４を制御することによって、反射ミラーを部分的に変形させることができ、また変形量も制御することができる。

反射ミラー８の裏面は、有効径の範囲内では概ね空気圧を受ける面（以下、受圧面）となっている。各空気室内の空気圧の変化をこの受圧面の全面で受けることで、反射ミラーへの変形力を受圧面の全面で均等に受けている。つまり、反射ミラーの裏面に加わる変形力が局所的に集中することがないため、反射面は滑らかな形状に変形可能である。

反射ミラー８と基準ベース１６との間にはステージ装置１７が設置されている。剛性の高い中間リング１８は、空気室と３箇所で連結部材１９により支持されている。連結部材１９は、外周壁６や底板７といった隔壁部のなかでも比較的剛性が高い部分に設けられる。また、レーザ干渉計２１で反射ミラー２２もしくは空気室の位置を計測しながら、中間リング１８と基準ベース１６との間に配置されるアクチュエータ２０を駆動することで、反射ミラー２２の代表位置や傾斜量（チルト）を変えることが可能である。

本実施例の反射ミラー装置１００は、反射ミラーや空気室の形状、配置を変えることで、さまざまな光学収差の補正に対応することができる。例えば、図１では反射ミラー８の厚さは均一であるが、図３ａ〜ｃに示すように反射ミラー８の厚さに変化を持たせてもよい。厚さに変化を持たせた場合、空気圧によって変形させたときの反射面上の変位は、有効径における半径方向で、凹凸になるような変位を得ることができる。

なお、反射ミラー８の裏側に配置する空気室の数は４つの限らない。例えば、空気室を１２０°の間隔で３個配置すると、図４に示すように１２０°ずつ凸状になるような反射面上の変位を得ることができる。

また、反射ミラー８と側壁５との間を微小隙間を介して非接触に配置してもよい。このとき、空気が反射ミラー８と側壁５の間を多く通過しないように設計する必要はある。たとえば、隙間をできるだけ小さくしたり、低剛性のシール材を設けうる。このように非接触にすることによって、反射ミラーと側壁を機械的剛性において切り離すことができるため、側壁近傍の反射面の形状を滑らかな形状に変形させることができる。

また、側壁５は移動可能にすることで、各空気室の配置を可変とすることができる。その結果、様々な反射ミラー表面の変形に対応することができる。つまり、様々な収差補正に対応することが可能となる。

また、反射ミラー８と側壁５、反射ミラー８と外周壁６の間にある角部にＲ（曲率を有する滑らかな面）を付けることで、この近傍の反射面の形状を空間的に滑らかな形状に変形させることができる。

なお、本実施例では、圧力計１２を制御用のセンサとして用いたが、変位計を用いてもよい。例えば、反射面の有効径より外側の面の変位を各空気室の上部で測定する。この局所的な部分の変位と、各空気室上部の反射面の形状と対応を取っておき、制御することもできる。

本実施形態の反射ミラー装置は、反射ミラーや空気室の形状、配置を変えることで、さまざまな光学収差の補正に対応することができる。その結果、反射ミラー装置は、投影光学素子の製造、組立誤差や、露光装置の動作中に露光光の熱から生じる熱変形による光学収差などを補正することができる。

本実施形態によれば、アクチュエータで反射ミラーを変形させる方法と比べて、反射ミラー表面を滑らかな形状に変形させて光学収差を補正することができる。また、複雑な機構を必要としないため、コストの面でも優位である。

［第２の実施形態］
図５（ａ）は、本発明の第２の実施の形態にかかる反射ミラー装置１００の概略構成を示す図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面図である。第１の実施形態と同一の構成については詳細な説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。反射ミラー装置１００は、反射面上の有効径の範囲内で露光光を反射し、そのときの反射面の面形状をある所望の形状に変形させることで、光学収差を補正する。

反射ミラー装置１００は、凹面の反射ミラー８と、ミラーを支持する高剛性の支持部２３と、前記反射ミラーとの間で概ね密閉された複数の空気室（１〜４）を形成する隔壁部とを備える。隔壁部は低剛性の側壁５と高剛性のベース定盤１６を備える。反射ミラー８およびベース定盤１６、支持部２３は、熱膨張率の低い材質であることが望ましく、例えばインバーや低熱膨張ガラス、低熱膨張セラミックスなどが用いられる。また、複数の空気室は、図５（ｂ）のように反射ミラー８の反射面１１とは反対側に設けられる。

ベース定盤１６には通気口９が設けられており、空気室は通気口９および配管チューブ１０を介して圧力計１２、給気ポンプ１３に接続される。

空気室と給気ポンプ１３の間には、サーボバルブ１４が設けられ、サーボバルブ１４によって供給される空気の流量が制御される。空気室に供給される空気の流量を制御することによって、空気室内の圧力を制御することができる。このような気圧を調整する調整装置は、適宜変更が可能であり、空気室内の気圧が調整できればよい。また、空気室１〜４内の空気室は独立に制御可能になっている。

反射ミラー８と基準ベース１６との間にはステージ装置１７が設置されており、第１の実施形態と同様に反射ミラー２２の代表位置や傾斜量（チルト）を変えることが可能である。

反射ミラーの変形については第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態の反射ミラー装置は、第１の実施形態と同様に、反射ミラーや空気室の形状、配置を変えることで、さまざまな光学収差の補正に対応することができる。その結果、反射ミラー装置は、投影光学素子の製造、組立誤差や、露光装置の動作中に露光光の熱から生じる熱変形による光学収差などを補正することができる。

本実施形態によれば、アクチュエータで反射ミラーを変形させる方法と比べて、反射ミラー表面を滑らかな形状に変形させて光学収差を補正することができる。また、複雑な機構を必要としないため、コストの面でも優位である。

［第３の実施形態］
以下、本発明の反射ミラー装置が適用される例示的な露光装置を説明する。露光装置は図６に示すように、照明装置１０１、レチクルを搭載したレチクルステージ１０２、投影光学系１０３、ウエハを搭載したウエハステージ１０４とを有する。露光装置は、レチクルに形成された回路パターンをウエハに投影露光するものであり、ステップアンドリピート投影露光方式またはステップアンドスキャン投影露光方式であってもよい。

照明装置１０１は回路パターンが形成されたレチクルを照明し、光源部と照明光学系とを有する。光源部は、例えば、光源としてレーザを使用する。レーザは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長約１５３ｎｍのＦ２エキシマレーザなどを使用することができるが、レーザの種類はエキシマレーザに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザを使用してもよいし、そのレーザの個数も限定されない。光源にレーザが使用される場合、レーザ光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザ光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部に使用可能な光源はレーザに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

照明光学系はマスクを照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。

投影光学系１０３は、少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、全ミラー型の光学系等を使用することができる。第１および第２の実施形態における反射ミラー装置１００はこの投影光学系の少なくとも一部として用いられる。

レチクルステージ１０２およびウエハステージ１０４は、たとえばリニアモータによって移動可能である。ステップアンドスキャン投影露光方式の場合には、それぞれのステージは同期して移動する。また、レチクルのパターンをウエハ上に位置合わせするためにウエハステージおよびレチクルステージの少なくともいずれかに別途アクチュエータを備える。

このような露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用されうる。

第１および第２の実施形態の反射ミラー１００を投影光学系の少なくとも一部に用いることにより、投影光学素子の製造、組立誤差や、露光装置の動作中に露光光の熱から生じる熱変形による光学収差などを補正することができるため、高精度な露光が可能となる。

次に、図７及び図８を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図７は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。

ステップＳ１（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Ｓ２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。ステップＳ３（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Ｓ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４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）等の組み立て工程を含む。ステップＳ６（検査）では、ステップＳ５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、それが出荷（ステップＳ７）される。

図８は、ステップ４の上はプロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。ステップＳ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップＳ１８（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Ｓ１９（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。

本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す図である。 反射面の変形形状の一例を示す図である。 反射ミラー形状の例を示す図である。 反射面の変形形状の一例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す図である。 反射ミラー装置を用いた露光装置を示す図である。 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図７に示すフローチャートのステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。 従来例の可変形反射ミラー装置の構成を例示する図である。 従来例の課題を説明する図である。

符号の説明

１，２，３，４ 空気室
５ 側壁
６ 外周壁
７ 底壁
８ 反射ミラー
９ 通気口
１０ 配管チューブ
１１ 反射面
１２ 圧力計
１３ 給気ポンプ
１４ サーボバルブ
１５ 制御器
１６ 基準ベース
１７ ステージ装置
１８ 中間リング
１９ 連結部材
２０ アクチュエータ
２１ レーザ干渉計
２２ 反射ミラー
２３ 支持部
１００ 反射ミラー装置
１０１ 照明装置
１０２ レチクルステージ
１０３ 投影光学系
１０４ ウエハステージ

Claims (9)

1. 光を反射するための反射ミラーと、
   前記反射ミラーとの間で密閉された複数の空気室を形成する隔壁部と、
   前記複数の空気室のうち少なくとも１つの空気室内の空気圧を調整する調整装置とを備えることを特徴とする反射ミラー装置。
2. 前記調整装置は、前記反射ミラーの形状を変形させるように前記空気圧を調整することを特徴とする請求項１に記載の反射ミラー装置。
3. 前記複数の空気室は、それぞれ独立に空気室内の空気圧が調整されることを特徴とする請求項１または２に記載の反射ミラー装置。
4. 前記隔壁部の少なくとも一部と前記反射ミラーによって形成される角部が、曲率を有する滑らかな面を備えることを特徴とする請求項１〜３の少なくともいずれかに記載の反射ミラー装置。
5. 前記隔壁部の少なくとも一部と前記反射ミラーが微小隙間を介して配置されることを特徴とする請求項１〜４の少なくともいずれかに記載の反射ミラー装置。
6. 前記隔壁部の少なくとも一部が移動可能であり、前記隔壁部を移動させることによって前記空気室の配置を可変とすることを特徴とする請求項１〜５の少なくともいずれかに記載の反射ミラー装置。
7. 露光装置において、光源からの光を原版に照明する照明装置と、原版のパターンを基板に投影するための投影光学系とを備え、
   前記投影光学系は、
   請求項１〜６の少なくともいずれかに記載の反射ミラー装置を備えることを特徴とする露光装置。
8. 前記調整装置は、前記投影光学系の光学収差を補正するように、前記空気圧を調整することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 請求項７または８に記載の露光装置を用いてウエハを露光する工程と、
   前記ウエハを現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。

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