JP3605053B2 - 照明光学系、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents
照明光学系、露光装置及びデバイス製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は照明光学系に関し、特に光源として波長２００ｎｍ乃至１０ｎｍの極端紫外線領域（ＥＵＶ：ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）、又はＸ線領域の発光光源を利用して、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などの被処理体を露光する照明光学系、露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細パターンをもつ半導体回路素子などを製造する方法として、例えば、波長１３．４ｎｍのＥＵＶ光を用いた縮小投影露光方法がある。この方法では、回路パターンが形成されたマスク又はレチクル（本出願ではこれらを交換可能に使用する。）をＥＵＶ光で照明し、マスク上のパターンの像をウェハ面に縮小投影し、その表面のレジストを露光してパターンを転写する。
【０００３】
投影露光装置の解像度Ｒは、露光光源の波長λ、露光装置の開口数（ＮＡ）及び比例定数ｋ１を用いて次式で与えられる。
【０００４】
【数１】
【０００５】
また、一定の結像性能を維持できる焦点範囲を焦点深度といい、焦点深度ＤＯＦは、比例定数ｋ２を用いて次式で与えられる。
【０００６】
【数２】
【０００７】
従来のＥＵＶ縮小投影露光装置１０００の要部概略を図１８に示す。図１８において、１００１はＥＵＶ光の発光点、１００２はＥＵＶ光束、１００３はフィルタ、１００４は第１の回転放物面ミラー、１００５は反射型インテグレータ、１００６は第２の回転放物面ミラー、１００７は反射型マスク、１００８は投影光学系を構成する複数のミラー系、１００９はウェハ、１０１０はマスクステージ、１０１１はウェハステージ、１０１２は円弧状アパーチャ、１０１３はレーザ光源、１０１４はレーザ集光光学系、１０１７は真空容器である。また、図１９は、マスク１００７上の照明領域１０１５と露光が行われる円弧状領域１０１６との関係を示す平面図である。
【０００８】
このように、露光装置１０００は、ＥＵＶ光を生成する光源部１０１３及び１０１４、照明光学系（即ち、第１の回転放物面ミラー１００４、反射型インテグレータ１００５及び第２の回転放物面ミラー１００６）、反射型マスク１００７、投影光学系１００８、ウェハ１００９、マスクを搭載したステージ１０１０、ウェハを搭載したステージ１０１１、マスクやウェハの位置を精密に合わせる図示しないアライメント機構、ＥＵＶ光の減衰を防ぐために光学系全体を真空に保つための真空容器１０１７と図示しない排気装置などからなる。
【０００９】
照明光学系は、発光点１００１からのＥＵＶ光１００２を第１の回転放物面ミラー１００４で集光し、反射型インテグレータ１００５に照射して２次光源を形成し、更に、この２次光源からのＥＵＶ光を第２の回転放物面ミラー１００６で重畳されるように集光し、マスク１００７を均一に照明する。
【００１０】
反射型マスク１００７は多層膜反射鏡の上にＥＵＶ吸収体などからなる非反射部を設けた転写パターンが形成されたものである。反射型マスク１００７で反射された回路パターンの情報を有するＥＵＶ光は、投影光学系１００８によってウェハ１００９面上に結像する。
【００１１】
投影光学系１００８は光軸中心に対して軸外の細い円弧状の領域が良好な結像性能をもつように設計されている。従って、露光はこの細い円弧状領域のみが利用されるように、ウェハ１００９直前に円弧状開口をもったアパーチャ１０１２が設けられている。そして矩型形状をしたマスク全面のパターンを転写するため、反射型マスク１００７とウェハ１００９が同時にスキャンして露光が行われる。
【００１２】
ここで投影光学系１００８は複数の多層膜反射鏡によって構成され、マスク１００７上のパターンをウェハ１００９表面に縮小投影する構成となっており、通常、像側テレセントリック系が用いられている。なお、物体側（反射型マスク側）は、反射型マスク１００７に入射する照明光束との物理的干渉を避けるために、通常、非テレセントリックな構成となっている。
【００１３】
レーザ光源１０１３からのレーザ光はレーザ集光光学系１０１４により発光点１００１の位置にある不図示のターゲットに集光され、高温のプラズマ光源を生成する。このプラズマ光源から熱輻射により放射されたＥＵＶ光１００２は第１の回転放物面ミラー１００４で反射して平行なＥＵＶ光束となる。この光束が反射型インテグレータ１００５で反射して、多数の２次光源を形成する。
【００１４】
この２次光源からのＥＵＶ光は第２の回転放物面ミラー１００６で反射して反射型マスク１００７を照明する。ここで該２次光源から第２の回転放物面ミラー１００６、第２の回転放物面ミラー１００６から反射型マスク１００７までの距離は、第２の回転放物面ミラー１００６の焦点距離に等しく設定されている。
【００１５】
２次光源の位置に第２の回転放物面ミラー１００６の焦点が位置しているので２次光源の１つから出たＥＵＶ光は反射型マスク１００７を平行光束で照射する。これによりケーラー照明が満たされている。即ち、反射型マスク１００７上のある１点を照明するＥＵＶ光は全ての２次光源から出たＥＵＶ光の重なったものである。
【００１６】
マスク面上の照明領域１０１５は、図１９に示すように、反射型インテグレータ１００５の構成要素である凸又は凹面ミラーの反射面の平面形状と相似であり、実際に露光が行われる円弧領域１０１６を含むほぼ矩形領域である。投影光学系１００８は２次光源の像が投影光学系１００８の入射瞳面に投影されるように設計されている。
【００１７】
【発明が解決しようとしている課題】
マスク１００７の円弧領域は照度ムラがなく照明されることが必要であるが、それに加えて、円弧領域に入射する光線の光強度の重心を光線の中心に一致させる必要がある。しかし、従来のＥＵＶ縮小投影露光装置１０００ではこれらの条件がかならずしも満足されていなかった。そのため、円弧領域のある点において光線の重心が中心に一致していなければ、実質的に照明光の主光線は所望する方向からずれて入射したと同様の効果となり、マスクパターンが正常に露光できなくなるという問題を有していた。
【００１８】
また、図１９に示すように、マスク１００７には実際に露光が行われる円弧領域１０１６を含むほぼ矩形領域１０１５に対してＥＵＶ光が照射されるため、露光に寄与しないＥＵＶ光はウェハ１００９上の円弧状アパーチャ１０１２により遮光されて無駄になっていた。即ち、従来のＥＵＶ縮小投影露光装置１０００では露光光量の損失が非常に大きいために露光時間が長くかかり、スループットを高めることができないという問題も有していた。
【００１９】
更に、従来のＥＵＶ縮小投影露光装置１０００は、マスク１００７からの反射光の光軸が投影光学系１００８の光軸と一致せずに投影光学系１００８によって反射光がケラレてしまうという問題も有していた。
【００２０】
そこで、本発明の目的は、被照明領域を均一な照度で照明すると共に、被照明領域に入射する光線の光強度の重心を光線の中心に一致させる照明光学系、露光装置及びこれを用いたデバイス製造方法を提供することにある。
【００２１】
また、本発明の他の目的は、光量の損失が少なく、露光時間の短縮とスループットの向上をもたらす照明光学系、露光装置及びこれを用いたデバイス製造方法を提供することにある。
【００２２】
また、本発明の更に別の目的は、マスクからの反射光の光軸を投影光学系の光軸に一致させる照明光学系、露光装置及びこれを用いたデバイス製造方法を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の一側面としての照明光学系は、光源からの波長２００ｎｍ以下の光で被照明面を照明する照明光学系において、第１の反射型インテグレータと、該第１の反射型インテグレータによって形成された二次光源からの複数の光束を前記被照明面上に重ねる第１の集光ミラーと、前記光源と前記第１の反射型インテグレータの間に設けられた、第２の反射型インテグレータ及び当該第２の反射型インテグレータからの複数の光束を前記第１の反射型インテグレータ上に重ねる第２の集光ミラーとを有し、前記第１の反射型インテグレータは複数の円筒面が平行に配置された反射面からなり、前記第２の集光ミラーからの光が前記第１の反射型インテグレータのみに反射されることによって前記２次光源は形成されることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の別の側面としての露光装置は、上述の照明光学系により光源からの光でレチクル又はマスクに形成されたパターンを照明し、当該パターンを投影光学系により被処理体上に投影することを特徴とする。
【００２９】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いてデバイスパターンで基板を露光する工程と、前記露光された基板に所定のプロセスを行う工程とを有する。上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、例えば、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００３０】
本発明の他の目的及び更なる特徴は以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の第１の実施形態の露光装置１０を詳細に説明する。本発明の露光装置１０は露光用の照明光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）を用いて、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行う投影露光装置である。露光装置１０は、図１に示すように、光源部１００と、照明光学系２００と、マスク３００と、投影光学系４００と、被処理体５００とを有する。また、露光装置１０は、マスク３００を載置するマスクステージ３５０と、被処理体５００を載置するウェハステージ５５０とを更に有し、マスクステージ３５０とウェハステージ５５０は図示しない制御部に接続されて駆動制御されている。光源部１００と照明光学系２００は照明装置を構成する。ここで、図１は、露光装置１０の概略図である。
【００３２】
ＥＵＶ光は大気に対する透過率が低いため、露光装置１０は、光源部１００を真空容器１２に収納し、残りの構成要素２００乃至５５０を真空容器１４に収納している。但し、本発明は少なくともＥＵＶ光が通る光路が真空雰囲気に維持された場合を含むものである。
【００３３】
光源部１００は、プラズマ発光点１２０からＥＵＶ光を生成する。光源部１００は、プラズマ生成のターゲットとなる液滴を噴射するノズル１３０と、励起レーザ光が照射されなかった液滴を回収して再利用するための液滴回収部１４０と、回転楕円ミラー１５０と、フィルタ１７０とを有する。
【００３４】
不図示の励起レーザ光源及び集光光学系からなる励起レーザ部から放射された、高出力の励起パルスレーザ光１１０は、発光点１２０の位置に集光するように構成されている。またレーザプラズマ光源のターゲットとなる液滴（例えば、Ｘｅ）は、ノズル１３０から一定の時間間隔で連続的に噴射され、集光点１２０を通過するようになっている。そして上記のように噴射された液滴が、ちょうど１２０の位置にきた時に、励起パルスレーザ光１１０がその液滴を照射することで高温のプラズマ発光点１２０を生成し、このプラズマからの熱輻射によってＥＵＶ光が放射状に発生する。
【００３５】
なお、本実施形態はターゲットとしてＸｅの液滴を用いたが、ターゲットとしてＸｅガスをノズルから真空中に噴射して、断熱膨張により生じるクラスタを用いたり、Ｘｅガスを金属表面で冷却して固体化したものを用いたり、Ｃｕ等の金属を用いたテープを選択してもよい。また、本実施形態はレーザプラズマ方式を採用してＥＵＶ光を生成しているが、ＥＵＶ光源としてアンジュレータを用いてもよい。また、ＥＵＶ光の製造方法としてＺピンチ方式、プラズマ・フォーカス、キャピラリー・ディスチャージ、ホロウカソード・トリガードＺピンチ等のディスチャージ方式を使用してもよい。
【００３６】
プラズマ発光点１２０から放射されたＥＵＶ光は、回転楕円ミラー１５０により集光されて、ＥＵＶ光束１６０として取りだされる。回転楕円ミラー１５０は、ＥＵＶ光を効率良く反射するための反射多層膜が成膜されており、高温のプラズマ１２０からの放射エネルギーを一部吸収するために、露光中に高温になる。そのために材質としては熱伝導性の高い金属等の材料を用いるとともに、不図示の冷却手段を有して、常に冷却されている。フィルタ１７０は、プラズマや周辺からの飛散粒子（デブリ）をカットしたり、ＥＵＶ露光に不要な波長をカットしたりする。ＥＵＶ光束１６０は、真空容器１２及び１４の境界面に設けられた窓部２１０から、真空容器１４の照明光学系２００に導入される。窓部２１０は真空を維持したままＥＵＶ光束１６０を通過する機能を有する。
【００３７】
照明光学系２００は、反射型縮小投影光学系４００の円弧状の視野に対応する円弧状のＥＵＶ光によりマスク３００を均一に照明し、回転放物面ミラー２２０及び２６０と放物面ミラー２４０と、反射型インテグレータ２３０及び２５０と、マスキングブレード２７０と、リレー光学系２８２乃至２８６（以下、特に断らない限り「２８０」で総括する。）と、補正機構２９０とを有する。
【００３８】
回転放物面ミラー２２０は、窓部２１０から導入されたＥＵＶ光束１６０を反射して平行光束２２２を形成する。次に、平行光束となったＥＵＶ光２２２は、複数の凸状円筒面２３２を有する反射型凸状円筒面インテグレータ２３０に入射する。インテグレータ２３０の各円筒面２３２により形成された２次光源から放射されるＥＵＶ光を放物面ミラー２４０により集光して重畳することにより、複数の凸状円筒面２５２を有する反射型インテグレータ２５０の円筒整列方向をほぼ均一な強度分布で照明することができる。
【００３９】
反射型インテグレータ２３０は複数の円筒面を有し、回転放物面ミラー２４０と共に、反射型インテグレータ２５０を均一に（即ち、後述するようにほぼケーラー照明で）照明する。これにより、後述する円弧照明領域の径方向の光強度分布を均一にすると共に反射型インテグレータ２５０からの有効光源分布を均一にすることができる。反射型インテグレータ２３０、２５０は、図７に示すような繰返し周期を有する微小な凸又は凹球面を２次元に多数配列したフライアイミラー２３０Ａに置換されてもよい。
【００４０】
反射型インテグレータ２５０は複数の円筒面を有し、マスク面を均一に照明する。ここで、インテグレータ２５０によって円弧領域を均一に照明する原理について、図２乃至図４を参照して詳細に説明する。ここで、図２（ａ）は、複数の反射型凸状円筒面２５２を有するインテグレータ２５０に平行光が入射した場合の摸式的斜視図である。光線の入射方向はインテグレータ２５０の場合を表現している。図２（ｂ）は、図２（ａ）と同様の効果を有する複数の反射型凹状円筒面２５２Ａを有するインテグレータ２５０Ａの模式的斜視図である。インテグレータ２３０も、図２（ａ）に示す反射型凸状円筒面２５２を有するインテグレータ２５０と同様の構造を有する。インテグレータ２３０及び２５０は、共に、図２（ｂ）に示す反射型凹状円筒面２５２Ａを有するインテグレータ２５０Ａによって置換されてもよく、あるいはこれらの凹凸の組み合わせによって構成されてもよい。
【００４１】
図２（ａ）に示すように、複数の円筒面２５２を有する反射型インテグレータ２５０にほぼ平行なＥＵＶ光束を入射すると、インテグレータ２５０によって２次光源が形成されると共に、この２次光源から放射されるＥＵＶ光の角度分布が円錐面状となる。次に、この２次光源位置を焦点とする反射鏡で前記ＥＵＶ光を反射してマスク３００あるいはマスク３００と共役な面を照明することにより、円弧形状の照明が可能となる。
【００４２】
図３は反射型凸状円筒面２５２を有するインテグレータ２５０の部分拡大図、図４（ａ）及び図４（ｂ）は反射型凸状円筒面２５２を有するインテグレータ２５０の円筒面２５２でのＥＵＶ光反射を説明するための斜視図及びベクトル図、図５は反射型凸円筒面２５２を有するインテグレータ２５０の円筒面２５２で反射したＥＵＶ光の角度分布を説明するための図である。
【００４３】
複数の円筒面２５２をもった反射型インテグレータ２５０の作用を説明するために、まず、一つの円筒面反射鏡に平行光が入射した場合の反射光の振る舞いについて図４を参照して説明する。今、図４（ａ）に示すように、一の円筒面にその中心軸であるＺ軸に垂直な面（ｘｙ平面）に対してθの角度で平行光を入射する場合を考える。平行な入射光の光線ベクトルをＰ１とし、円筒面形状の反射面の法線ベクトルをｎとすると、Ｐ１及びｎは以下のベクトル式で定義される。なお、便宜上、特に付してある以外は、Ｐ１やｎなどの頭に付されるベクトルを表す矢印は省略する。
【００４４】
【数３】
【００４５】
【数４】
【００４６】
図４（ｂ）を参照するに、−Ｐ１のｎへの正射影ベクトルをａとすると、ａは次式で表される。
【００４７】
【数５】
【００４８】
また、反射光Ｐ２の光線ベクトルは、次式で与えられる。
【００４９】
【数６】
【００５０】
数式５及び６より、Ｐ２は次式で与えられる。
【００５１】
【数７】
【００５２】
このとき反射光Ｐ２の光線ベクトルをｘｙ平面に射影したベクトルをＱとすると、
Ｑは次式で与えられる。
【００５３】
【数８】
【００５４】
これより、図５に示す位相空間にプロットすれば、Ｑは半径Ｒ＝ｃｏｓθの円周上で−２φ≦２α≦２φの範囲に存在する。即ち、反射光Ｐ２は円錐面状の発散光となり、この円錐面の頂点の位置に２次光源が存在することになる。この２次光源は円筒面が凹面であれば反射面の外部に実像として存在し、凸面であれば反射面の内部に、虚像として存在することになる。
【００５５】
また、図３に示すように反射面が円筒面の一部に限られていて、その中心角が２φである場合は、第５図に示すように反射光Ｐ２の光線べクトルはｘｙ平面上で中心角４φの円弧となる。
【００５６】
次に、円筒面の一部からなる反射鏡に平行光が入射し、この２次光源の位置に焦点をもつ焦点距離ｆの回転放物面反射鏡と、更にこの回転放物面反射鏡からｆだけ離れた位置に被照射面を配置した場合を考える。２次光源から出た光は円錐面状の発散光になり焦点距離ｆの反射鏡で反射したのち、平行光となる。このときの反射光は半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状断面のシートビームになる。従って被照射面上の半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状領域のみが照明されることになる。
【００５７】
これまでは１つの円筒面反射鏡について説明してきたが、次に、図２（ａ）に示すように多数の円筒面２５２を平行に多数並べた広い面積のインテグレータ２５０に、太さＤの平行光が図示した方向に入射した場合を考える。先の例と同様に、回転方物面反射鏡とマスク３００を配置したとすれば、円筒面を平行に多数並ベた反射鏡で反射された光の角度分布は先の例と変わらないので、マスク３００上では半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状領域が照明される。また、マスク３００上の一点に入射する光は円筒面を平行に多数並べた反射鏡の照射領域全域から到達するので、その角度広がりはＤ／ｆとなる。開口数ＮＡはｓｉｎθで与えられ、照明光学系２００の開口数はＤ／（２ｆ）となる。投影光学系４００のマスク３００側の開口数をＮＡｐ１とすると、コヒーレンスファクタσはσ＝Ｄ／（２ｆＮＡｐ１）となる。従って、インテグレータ２５０に入射する平行光の太さによって、最適なコヒーレンスファクタσに設定することができる。
【００５８】
以上で述べたインテグレータ２５０によって円弧領域を照明する原理と、更にインテグレータ２３０を用いて、円弧領域をより効果的に均一に照明することが可能な本実施形態の主要な構成について、図１のインテグレータ２３０及び２５０付近を抜粋した図６を参照して、以下に詳細に説明する。
【００５９】
図６において、インテグレータ２３０の複数の凸状円筒反射面２３２の直線方向２３５は、紙面に対して垂直な方向に配置されている。図中、２３３はインテグレータ２３０の下面である。また、インテグレータ２５０の複数の凸状円筒反射面２５２の直線方向２５５は、紙面に対して平行な方向に配置されている。図中、２５３はインテグレータ２５０の上面である。
【００６０】
上述したように、２つのインテグレータ２３０及び２５０の空間的配置を凸状円筒反射面２３２及び２５２の整列方向２３５及び２５５を互いに直交させることが本実施態様の重要な点であり、これにより以下に示すようにより均一な円弧照明が可能となる。
【００６１】
ほぼ平行なＥＵＶ光束２２２が、インテグレータ２３０の反射面２３１に図６に示すように、即ち、方向２３５に対して垂直に入射すると、インテグレータ２３０の内部に２次光源の虚像が生成されて、比較的小さい所定の発散角θ１で各２次光源からＥＵＶ光が反射される。その発散するＥＵＶ光を放物面ミラー２４０を介してインテグレータ２５０の反射面２５１にほぼ平行光束として入射させる。
【００６２】
放物面ミラー２４０は、その焦点位置がインテグレータ２３０の反射面２３１にほぼ一致するように配置されており、反射面２３１上の各円筒面２３２からの反射光がインテグレータ２５０の反射面２５１上でそれぞれ重畳するように設定されている。放物面ミラー２４０は、インテグレータ２５０の円筒反射面２５１の長手方向に関する光強度分布を均一にすればよいので、放物断面を有する必要はあるが、必ずしも回転方物面ミラーである必要はない。このように放物面ミラー２４０はインテグレータ２５０の反射面２５１上に対して、ほぼケーラー照明となるように配置されている。このような配置とすることで、インテグレータ２５０の反射面２５１上で、特に、２５５の方向に対してより均一な強度分布が形成される。
【００６３】
そして複数の凸状円筒反射面２５２を有するインテグレータ２５０により反射されたＥＵＶ光束は、すでに図２乃至図５を参照して詳細に説明したとおり、回転放物面ミラー２６０により集光されて、その焦点距離ｆの位置に配置されたマスキングブレード２７０上に、均一な円弧照明領域を形成する。
【００６４】
マスキングブレード２７０は、ＥＵＶ光を吸収する材質により構成された遮光部２７２と、図６の一部に示す正面図に示すように露光に最適な所望の円弧形状の開口部２７４とを有する。マスキングブレード２７０は、円弧照明に寄与しない不要な迷光を遮光すると共に、不図示のスリット幅可変機構により、所望のスリット幅に設定したり、部分的にスリット幅を変えることで照度ムラを良好に補正したりする機能を有する。
【００６５】
上記のような構成により、円弧照明領域においては、その円弧に沿った角度方向（即ち、θ方向）についてはインテグレータ２５０の複数の円筒面２５２からの複数の光束が重畳されることでその均一性が達成され、円弧に垂直な径方向（即ち、ｒ方向）については、インテグレータ２３０からの複数の光束が重畳されることでその均一性が達成されている。これにより従来よりも飛躍的に効率がよく均一な円弧照明を行うことが可能となる。
【００６６】
マスキングブレード２７０の円弧形状開口部を通過したＥＵＶ光束は、リレー光学系２８０により所望の倍率に変換されたのち、マスクステージ３５０に保持された反射型マスク３００上に円弧照明領域を形成することによって円弧照明を行う。複数のミラー面から形成されるリレー光学系２８０は、円弧形状を所定の倍率で拡大または縮小する機能を有する。
【００６７】
補正機構２９０は主光線（光軸）調整機構であり、リレー光学系２８０のミラー位置を微小に偏心移動及び回転移動することにより、反射型マスク３００からの反射光が投影光学系４００の入射側光軸と良好に一致するように補正する機能を有する。
【００６８】
また、図８に示すように、マスキングブレード２７０をマスク３００の近傍に配置してリレー光学系２８０を減少してもよい。ここで、図８は、図１に示す露光装置１０の変形例の要部概略図である。図１と同一の部材には同一の参照符号を付して重複説明は省略する。
【００６９】
マスク３００を含む各ミラーの表面には殆ど直入射のＥＵＶ光に対して高い反射率を得るために、屈折率の差が大きく吸収が小さい２種類の材料層を露光波長の約半分の周期で繰り返し積層させた多層膜が成膜されている。できるだけ高い反射率を得るために、材料としてはＭｏ及びＳｉを用いるのが通常であるが、その場合においても得られる反射率は、約６０％から７０％である。
【００７０】
従って照明光学系２００において、反射強度の損失を抑えるためには、使用するミラー枚数を最小にする必要がある。本実施形態の特徴は、円弧形状の開口部を有するマスキングブレード２７０を、反射型マスク３００の反射面近傍に配置することで、第１図におけるリレー光学系２８２及び２８４を省略し、照明光学系２００の効率を向上させている点である。
【００７１】
次に、所望の照明条件を設定することが可能な本発明の別の実施形態について図９を参照して説明する。ここで、図９は、本発明の第３の実施形態の露光装置１０Ｂを示す概略図である。
【００７２】
図１に示す露光装置１０と対比すると、露光装置１０Ｂは、所望の照明条件に応じて切り替え可能な２つの反射型インテグレータ２３０及び２３０Ｂと、絞り２３６及び２５６と、絞り駆動系２３８及び２５８とを有する。
【００７３】
反射型インテグレータ２３０及び２３０Ｂは、複数の凸状円筒面を有する反射型インテグレータであるがその円筒面の曲率半径（と、従ってパワー）が互いに異なる。以下、インテグレータ２３０と２３０Ｂを切り替えることで、コヒーレンスファクタσ、即ち、照明系の開口数を所望の値に設定する方法について説明する。
【００７４】
図１０は、複数の凸状円筒反射面２３２を有するインテグレータ２３０の表面の模式図であり、図１１はインテグレータ２３０Ｂの表面の模式図である。ここでインテグレータ２３０と２３０Ｂの円筒面２３２及び２３２Ｂの曲率半径ｒ１及びｒ２はｒ１＜ｒ２に設定されている。
【００７５】
今、図１０において、紙面上方から平行光束がインテグレータ２３０の凸状円筒反射面２３１に入射した場合を考える。この場合、凸状円筒反射面２３１によって光束は発散するが、その集光点は凸面の内部の曲率中心Ｏから距離ｒ１／２の位置に虚像として存在する。従って、反射光は次式で与えられる発散角θ１で発散する。
【００７６】
【数９】
【００７７】
同様に、インテグレータ２３０Ｂにおいては、集光点は凸状円筒面２３２Ｂの曲率中心Ｏから距離ｒ２／２の位置に虚像として存在する。従って、反射光は次式で与えられる発散角θ２で発散する。
【００７８】
【数１０】
【００７９】
ここで、ｒ１＜ｒ２より、θ１＞θ２の関係が成り立つ。つまり、インテグレータ２３０により反射する光束の発散角θ１の方がインテグレータ２３０Ｂにより反射する光束の発散角θ２よりも大きくなる。
【００８０】
図１２及び図１３は、インテグレータ２３０と２３０Ｂとの切り替えによって照明光学系２００の開口数を切り替える方法を説明する模式図である。図１２において、ほぼ平行なＥＵＶ光束２２２が絞り２３６を経てインテグレータ２３０の円筒反射面２３１に図に示すように入射すると、インテグレータ２３０の内部に２次光源の虚像が生成されて、所定の発散角θ１で各２次光源からＥＵＶ光が反射される。その発散するＥＵＶ光を焦点距離ｆ１の放物面ミラー２４０により集光して、絞り２５６を介してインテグレータ２５０の反射面２５１にほぼ平行光束として入射する。
【００８１】
複数の凸状円筒反射面２５１を有するインテグレータ２５０により反射されたＥＵＶ光束は、回転放物面ミラー２６０により集光されて、その焦点距離ｆ２の位置に配置されたマスキングブレード２７０上に、均一な円弧照明領域を形成する。ここで、マスキングブレード２７０における照明光学系２００の開口数をＮＡ１は次式で与えられる。
【００８２】
【数１１】
【００８３】
開口数ＮＡ１は反射型マスク３００上における照明光学系２００の開口数に比例する量であり、発散角θ１に比例する。
【００８４】
図１３に示すように、インテグレータ２３０を２３０Ｂに不図示の切り替え機構により切り替えた場合、同様に、マスキングブレード２７０における照明光学系２００の開口数ＮＡ２は次式で与えられる。
【００８５】
【数１２】
【００８６】
θ１＞θ２から、インテグレータ２３０を用いた場合はインテグレータ２３０Ｂを用いた場合よりも大きな照明光学系２００の開口数が得られ、コヒーレンスファクタσが大きくなる。
【００８７】
上記の説明では、２個のインテグレータ２３０及び２３０Ｂを切り替える例を示したが、コヒーレンスファクタσを段階的に変化させるために、２個以上の発散角の異なるインテグレータ２３０をターレットなどを用いて切り替えるように構成してもよい。インテグレータ２３０の切り替えに応じて、絞り２５６を切り替えてインテグレータ２５０への入射光束径を所望の大きさに制御することで、更に精度の高いσの制御を行ってもよい。
【００８８】
絞り２３６は、反射型インテグレータ２３０又は２３０Ｂの前面に設けられ、遮光部２３７ａと開口部２３７ｂとを有する。絞り２３６は絞り駆動系２３８によって駆動されて開口部２３７ｂの開口径を連続的に可変することができる。開口部２３７ｂの開口径は、絞り駆動系２３８に入力された不図示の制御系からの信号により調整される。絞り駆動系２３８には、カムを利用した虹彩絞り装置など当業界で既知のいかなる構成をも適用することができる。
【００８９】
絞り２３６の開口径を変えることで（図中に点線で示すように）インテグレータ２５０に入射する光束の紙面に平行な方向への広がりを調整することができる。即ち、図９において絞り２３６の開口径が大きくなれば、これによってマスキングブレード２７０において照明領域となる円弧スリットの径方向の幅を調整することが可能である。また、インテグレータ２３０、２３０Ｂの切り換えだけでなく、絞り２５６を調節することによってインテグレータ２５０に入射する光線の太さＤを変更し、コヒーレンスファクタσを所望のものに変更したり照度ムラを補正したりすることもできる。
【００９０】
絞り２５６は、反射型インテグレータ２５０の前面に設けられ、絞り駆動系２５８によって駆動されて所望の有効光源分布を形成することができる。絞り２５６は遮光部２５７ａと開口部２５７ｂとを有する。
【００９１】
絞り２５６を介して複数の凸状円筒反射面を有するインテグレータ２５０により反射されたＥＵＶ光束は、回転放物面ミラー２６０により集光されて、その焦点位置に配置されたマスキングブレード２７０上に、均一な円弧照明領域を形成する。
【００９２】
以下、図１４及び図１５を参照して、絞り２５６の切り替えにより輪帯照明等の変形照明を行う方法について説明する。図１４（ａ）乃至（ｃ）は、絞り２５６に適用可能な絞りを示す平面図である。図１４（ａ）は通常照明の場合の絞り２５６Ａを示し、図１４（ｂ）はいわゆる輪帯照明の場合の絞り２５６Ｂを示し、図１４（ｃ）はいわゆる四重極照明の場合の絞り２５６Ｃを示している。このようないくつかの開口パターンを図９の絞り２５６に示すように、例えば、ターレットとして用意しておき、絞り駆動系２５８により不図示の制御系からの信号を受けてターレットを回転させることで、所望の開口形状に切り替えることができる。また、ターレットを用いずに他の機械的な方法、例えば、複数の絞りを並べて順次切り替えてもよい。
【００９３】
絞り２５６は図９に示すように、インテグレータ２５０の反射面２５１近傍に配置される。従って、インテグレータ２５０に入射する光束の入射角をθとすると、インテグレータ２５０の反射面２５１において、光束径は紙面に平行な方向に１／ｃｏｓθの倍率で伸長する。これにより絞り２５６の開口部２５７ｂの形状も同一方向に１／ｃｏｓθの倍率で伸長しておく必要がある。図１４において、例えば、絞り２５６Ａは、入射光束径を円形に絞るために用いられるが、この楕円の縦横比は１／ｃｏｓθになっている。絞り２５６Ｂ及び２５６Ｃも同様である。
【００９４】
次に、絞り２５６によって変形照明が行われる原理について、輪帯照明モードとする絞り２５６Ｂを例に説明する。変形照明法は、数式１において比例定数ｋ１の値を小さくすることにより微細化を図る超解像技術（ＲＥＴ：Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）の一つである。数式１において短波長化による解像度の向上を行えば数式２において焦点深度の短縮を伴うが、変形照明法は、数式２において焦点深度の短縮を伴わないので好ましい。
【００９５】
図１５は、図９に示すインテグレータ２５０、回転放物面ミラー２６０、マスキングブレード２７０を抜き出した図であり、図１５（ａ）は側面図、図１５（ｂ）はミラー２６０を透過した状態で見た上面図である。輪帯照明モードとする絞り２５６Ｂは図１５（ａ）に示すように配置されるが図１５（ｂ）では説明を容易にするために図示していない。
【００９６】
反射型インテグレータ２５０に入射した光束は、絞り２５６によって光軸中心部部分と外径部の一部を遮光されて楕円状の輪帯形状分布２５９で反射する。分布２５９の形状は絞り２５６Ｂの開口部の形状に一致する。この光束を回転放物面反射鏡２６０により集光して、その焦点距離ｆ２の位置に配置したマスキングブレード２７０の位置に円弧形状の均一な照明領域を形成する。この時、光束の中心を遮光されているために、集光された光束は図１５のハッチング部２６２に示す光束となる。これは図１５（ｂ）においても同様であり、ハッチング部２６４に示す光束となる。このように、反射型インテグレータ２５０は、円弧領域の角度方向には二次光源を重畳し、円弧領域の径方向には全ての光束を一点に集光するようにマスク３００を（クリティカル照明によって）照明する。これは主光線と光学軸との交点の位置、即ち、瞳面位置２９５において２７８のような分布、即ち、輪帯照明が行われていることを示している。
【００９７】
再び、図１に戻り、本実施形態の露光方法について引き続き説明する。なお、マスク３００以降は図８及び図９でも同様である。
【００９８】
反射型マスク３００は多層膜反射鏡の上にＥＵＶ吸収体などからなる非反射部を設けた転写パターンが形成されている。円弧形状に照明された反射型マスク３００からの回路パターン情報を有するＥＵＶ反射光は、投影光学系４００により露光に最適な倍率で感光材が塗布された被処理体５００に投影結像されることで、回路パターンの露光が行なわれる。本実施例の投影光学系４００は６枚のミラーから構成されている反射型投影光学系であるが、ミラーの枚数は６枚に限定されず、４枚、５枚、８枚など所望の数を使用することができる。
【００９９】
上記被処理体５００はウェハステージ５５０に固定されており、紙面上で上下前後左右に平行移動する機能を持ち、その移動は不図示のレーザ干渉計等の測長器で制御されている。そして、投影光学系４００の倍率をＭとすると、例えば反射型マスク３００を紙面に平行な方向に速度ｖで走査すると同時に、被処理体５００を紙面に平行な方向に速度ｖ／Ｍにて同期走査することで、全面露光が行なわれる。
【０１００】
本実施形態ではウェハへの露光としているが、露光対象としての被処理帯５００はウェハに限られるものではなく、液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体５００にはフォトレジストが塗布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前処理は洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プリベークはベーキング（焼成）工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。
【０１０１】
ウェハステージ５５０は被処理体５００を支持する。ステージ５５０は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができ、例えば、リニアモータを利用してＸＹＺ方向に被処理体５００を移動する。マスク３００と被処理体５００は、図示しない制御部により制御され同期して走査される。また、マスクステージ３５０とウェハステージ５５０の位置は、例えば、レーザ干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。
【０１０２】
次に、図１６及び図１７を参照して、上述の露光装置１０を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図１６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を例に説明する。ステップ１（回路設計）ではデバイスの回路設計を行う。ステップ２（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製作する。ステップ３（ウェハ製造）ではシリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェ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６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。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７）される。
【０１０３】
図１７は、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。ステップ１１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（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１９（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ェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施例の製造方法によれば従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、かかる露光装置１０を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面として機能するものである。
【０１０４】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施形態ではＥＵＶ光を使用して説明したが、本発明はＸ線領域の光源にも適用することができる。
【０１０５】
【発明の効果】
本発明による照明光学系及び露光装置によれば、高効率で均一な円弧照明を行い、照度ムラをなくすことができる。また、光源に変動があっても、被照明面への光束入射角度が安定することで露光への影響を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の露光装置を示す概略図である。
【図２】図１に示す露光装置の反射型インテグレータに適用可能な２種類のインテグレータを示す概略斜視図である。
【図３】図２（ａ）に示す凸状円筒面を有する反射型インテグレータの動作を説明するための模式図である。
【図４】図３に示す反射型インテグレータの円筒面における光束反射を説明するための模式的斜視図である。
【図５】図４に示す円筒面で反射した光束の角度分布を説明するための図である。
【図６】図１に示す露光装置の２つのインテグレータによる円弧照明を形成する拡大図である。
【図７】図１に示す光源側の反射型インテグレータの変形例を示す概略斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の露光装置を示す概略図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の露光装置を示す概略図である。
【図１０】図９に示す露光装置に設けられる一方の光源側インテグレータの模式図である。
【図１１】図９に示す露光装置に設けられる他方の光源側インテグレータの模式図である。
【図１２】図９に示す露光装置の光源側インテグレータの切り替えによって照明光学系の開口数を切り替える方法を説明する模式図である。
【図１３】図９に示す露光装置の光源側インテグレータの切り替えによって照明光学系の開口数を切り替える方法を説明する模式図である。
【図１４】図９に示す露光装置のマスク側インテグレータに使用される絞りの例を示す平面図である。
【図１５】図９に示す露光装置のマスク側インテグレータ、回転放物面ミラー、マスキングブレードを抜き出した図である。
【図１６】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。
【図１７】図１６に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図１８】従来の露光装置の概略図である。
【図１９】図１８に示す露光装置のマスクの照明領域と露光に使用される領域との関係を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ、１０Ｂ 露光装置
１００ 光源部
２００ 照明光学系
２３０、２３０Ａ、２３０Ｂ 反射型インテグレータ
２３１ 反射面
２３２ 円筒面
２３６ 絞り
２４０ 放物面ミラー
２５０、２５０Ａ 反射型インテグレータ
２５１ 反射面
２５２ 円筒面
２５６、２５６Ａ−Ｃ 絞り
２７０ マスキングブレード
２８０（２８２−２８８） リレー光学系
３００ 反射型マスク
４００ 投影光学系
５００ 被処理体
【発明の属する技術分野】
本発明は照明光学系に関し、特に光源として波長２００ｎｍ乃至１０ｎｍの極端紫外線領域（ＥＵＶ：ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）、又はＸ線領域の発光光源を利用して、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などの被処理体を露光する照明光学系、露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細パターンをもつ半導体回路素子などを製造する方法として、例えば、波長１３．４ｎｍのＥＵＶ光を用いた縮小投影露光方法がある。この方法では、回路パターンが形成されたマスク又はレチクル（本出願ではこれらを交換可能に使用する。）をＥＵＶ光で照明し、マスク上のパターンの像をウェハ面に縮小投影し、その表面のレジストを露光してパターンを転写する。
【０００３】
投影露光装置の解像度Ｒは、露光光源の波長λ、露光装置の開口数（ＮＡ）及び比例定数ｋ１を用いて次式で与えられる。
【０００４】
【数１】
また、一定の結像性能を維持できる焦点範囲を焦点深度といい、焦点深度ＤＯＦは、比例定数ｋ２を用いて次式で与えられる。
【０００６】
【数２】
従来のＥＵＶ縮小投影露光装置１０００の要部概略を図１８に示す。図１８において、１００１はＥＵＶ光の発光点、１００２はＥＵＶ光束、１００３はフィルタ、１００４は第１の回転放物面ミラー、１００５は反射型インテグレータ、１００６は第２の回転放物面ミラー、１００７は反射型マスク、１００８は投影光学系を構成する複数のミラー系、１００９はウェハ、１０１０はマスクステージ、１０１１はウェハステージ、１０１２は円弧状アパーチャ、１０１３はレーザ光源、１０１４はレーザ集光光学系、１０１７は真空容器である。また、図１９は、マスク１００７上の照明領域１０１５と露光が行われる円弧状領域１０１６との関係を示す平面図である。
【０００８】
このように、露光装置１０００は、ＥＵＶ光を生成する光源部１０１３及び１０１４、照明光学系（即ち、第１の回転放物面ミラー１００４、反射型インテグレータ１００５及び第２の回転放物面ミラー１００６）、反射型マスク１００７、投影光学系１００８、ウェハ１００９、マスクを搭載したステージ１０１０、ウェハを搭載したステージ１０１１、マスクやウェハの位置を精密に合わせる図示しないアライメント機構、ＥＵＶ光の減衰を防ぐために光学系全体を真空に保つための真空容器１０１７と図示しない排気装置などからなる。
【０００９】
照明光学系は、発光点１００１からのＥＵＶ光１００２を第１の回転放物面ミラー１００４で集光し、反射型インテグレータ１００５に照射して２次光源を形成し、更に、この２次光源からのＥＵＶ光を第２の回転放物面ミラー１００６で重畳されるように集光し、マスク１００７を均一に照明する。
【００１０】
反射型マスク１００７は多層膜反射鏡の上にＥＵＶ吸収体などからなる非反射部を設けた転写パターンが形成されたものである。反射型マスク１００７で反射された回路パターンの情報を有するＥＵＶ光は、投影光学系１００８によってウェハ１００９面上に結像する。
【００１１】
投影光学系１００８は光軸中心に対して軸外の細い円弧状の領域が良好な結像性能をもつように設計されている。従って、露光はこの細い円弧状領域のみが利用されるように、ウェハ１００９直前に円弧状開口をもったアパーチャ１０１２が設けられている。そして矩型形状をしたマスク全面のパターンを転写するため、反射型マスク１００７とウェハ１００９が同時にスキャンして露光が行われる。
【００１２】
ここで投影光学系１００８は複数の多層膜反射鏡によって構成され、マスク１００７上のパターンをウェハ１００９表面に縮小投影する構成となっており、通常、像側テレセントリック系が用いられている。なお、物体側（反射型マスク側）は、反射型マスク１００７に入射する照明光束との物理的干渉を避けるために、通常、非テレセントリックな構成となっている。
【００１３】
レーザ光源１０１３からのレーザ光はレーザ集光光学系１０１４により発光点１００１の位置にある不図示のターゲットに集光され、高温のプラズマ光源を生成する。このプラズマ光源から熱輻射により放射されたＥＵＶ光１００２は第１の回転放物面ミラー１００４で反射して平行なＥＵＶ光束となる。この光束が反射型インテグレータ１００５で反射して、多数の２次光源を形成する。
【００１４】
この２次光源からのＥＵＶ光は第２の回転放物面ミラー１００６で反射して反射型マスク１００７を照明する。ここで該２次光源から第２の回転放物面ミラー１００６、第２の回転放物面ミラー１００６から反射型マスク１００７までの距離は、第２の回転放物面ミラー１００６の焦点距離に等しく設定されている。
【００１５】
２次光源の位置に第２の回転放物面ミラー１００６の焦点が位置しているので２次光源の１つから出たＥＵＶ光は反射型マスク１００７を平行光束で照射する。これによりケーラー照明が満たされている。即ち、反射型マスク１００７上のある１点を照明するＥＵＶ光は全ての２次光源から出たＥＵＶ光の重なったものである。
【００１６】
マスク面上の照明領域１０１５は、図１９に示すように、反射型インテグレータ１００５の構成要素である凸又は凹面ミラーの反射面の平面形状と相似であり、実際に露光が行われる円弧領域１０１６を含むほぼ矩形領域である。投影光学系１００８は２次光源の像が投影光学系１００８の入射瞳面に投影されるように設計されている。
【００１７】
【発明が解決しようとしている課題】
マスク１００７の円弧領域は照度ムラがなく照明されることが必要であるが、それに加えて、円弧領域に入射する光線の光強度の重心を光線の中心に一致させる必要がある。しかし、従来のＥＵＶ縮小投影露光装置１０００ではこれらの条件がかならずしも満足されていなかった。そのため、円弧領域のある点において光線の重心が中心に一致していなければ、実質的に照明光の主光線は所望する方向からずれて入射したと同様の効果となり、マスクパターンが正常に露光できなくなるという問題を有していた。
【００１８】
また、図１９に示すように、マスク１００７には実際に露光が行われる円弧領域１０１６を含むほぼ矩形領域１０１５に対してＥＵＶ光が照射されるため、露光に寄与しないＥＵＶ光はウェハ１００９上の円弧状アパーチャ１０１２により遮光されて無駄になっていた。即ち、従来のＥＵＶ縮小投影露光装置１０００では露光光量の損失が非常に大きいために露光時間が長くかかり、スループットを高めることができないという問題も有していた。
【００１９】
更に、従来のＥＵＶ縮小投影露光装置１０００は、マスク１００７からの反射光の光軸が投影光学系１００８の光軸と一致せずに投影光学系１００８によって反射光がケラレてしまうという問題も有していた。
【００２０】
そこで、本発明の目的は、被照明領域を均一な照度で照明すると共に、被照明領域に入射する光線の光強度の重心を光線の中心に一致させる照明光学系、露光装置及びこれを用いたデバイス製造方法を提供することにある。
【００２１】
また、本発明の他の目的は、光量の損失が少なく、露光時間の短縮とスループットの向上をもたらす照明光学系、露光装置及びこれを用いたデバイス製造方法を提供することにある。
【００２２】
また、本発明の更に別の目的は、マスクからの反射光の光軸を投影光学系の光軸に一致させる照明光学系、露光装置及びこれを用いたデバイス製造方法を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の一側面としての照明光学系は、光源からの波長２００ｎｍ以下の光で被照明面を照明する照明光学系において、第１の反射型インテグレータと、該第１の反射型インテグレータによって形成された二次光源からの複数の光束を前記被照明面上に重ねる第１の集光ミラーと、前記光源と前記第１の反射型インテグレータの間に設けられた、第２の反射型インテグレータ及び当該第２の反射型インテグレータからの複数の光束を前記第１の反射型インテグレータ上に重ねる第２の集光ミラーとを有し、前記第１の反射型インテグレータは複数の円筒面が平行に配置された反射面からなり、前記第２の集光ミラーからの光が前記第１の反射型インテグレータのみに反射されることによって前記２次光源は形成されることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の別の側面としての露光装置は、上述の照明光学系により光源からの光でレチクル又はマスクに形成されたパターンを照明し、当該パターンを投影光学系により被処理体上に投影することを特徴とする。
【００２９】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いてデバイスパターンで基板を露光する工程と、前記露光された基板に所定のプロセスを行う工程とを有する。上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、例えば、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００３０】
本発明の他の目的及び更なる特徴は以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の第１の実施形態の露光装置１０を詳細に説明する。本発明の露光装置１０は露光用の照明光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）を用いて、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行う投影露光装置である。露光装置１０は、図１に示すように、光源部１００と、照明光学系２００と、マスク３００と、投影光学系４００と、被処理体５００とを有する。また、露光装置１０は、マスク３００を載置するマスクステージ３５０と、被処理体５００を載置するウェハステージ５５０とを更に有し、マスクステージ３５０とウェハステージ５５０は図示しない制御部に接続されて駆動制御されている。光源部１００と照明光学系２００は照明装置を構成する。ここで、図１は、露光装置１０の概略図である。
【００３２】
ＥＵＶ光は大気に対する透過率が低いため、露光装置１０は、光源部１００を真空容器１２に収納し、残りの構成要素２００乃至５５０を真空容器１４に収納している。但し、本発明は少なくともＥＵＶ光が通る光路が真空雰囲気に維持された場合を含むものである。
【００３３】
光源部１００は、プラズマ発光点１２０からＥＵＶ光を生成する。光源部１００は、プラズマ生成のターゲットとなる液滴を噴射するノズル１３０と、励起レーザ光が照射されなかった液滴を回収して再利用するための液滴回収部１４０と、回転楕円ミラー１５０と、フィルタ１７０とを有する。
【００３４】
不図示の励起レーザ光源及び集光光学系からなる励起レーザ部から放射された、高出力の励起パルスレーザ光１１０は、発光点１２０の位置に集光するように構成されている。またレーザプラズマ光源のターゲットとなる液滴（例えば、Ｘｅ）は、ノズル１３０から一定の時間間隔で連続的に噴射され、集光点１２０を通過するようになっている。そして上記のように噴射された液滴が、ちょうど１２０の位置にきた時に、励起パルスレーザ光１１０がその液滴を照射することで高温のプラズマ発光点１２０を生成し、このプラズマからの熱輻射によってＥＵＶ光が放射状に発生する。
【００３５】
なお、本実施形態はターゲットとしてＸｅの液滴を用いたが、ターゲットとしてＸｅガスをノズルから真空中に噴射して、断熱膨張により生じるクラスタを用いたり、Ｘｅガスを金属表面で冷却して固体化したものを用いたり、Ｃｕ等の金属を用いたテープを選択してもよい。また、本実施形態はレーザプラズマ方式を採用してＥＵＶ光を生成しているが、ＥＵＶ光源としてアンジュレータを用いてもよい。また、ＥＵＶ光の製造方法としてＺピンチ方式、プラズマ・フォーカス、キャピラリー・ディスチャージ、ホロウカソード・トリガードＺピンチ等のディスチャージ方式を使用してもよい。
【００３６】
プラズマ発光点１２０から放射されたＥＵＶ光は、回転楕円ミラー１５０により集光されて、ＥＵＶ光束１６０として取りだされる。回転楕円ミラー１５０は、ＥＵＶ光を効率良く反射するための反射多層膜が成膜されており、高温のプラズマ１２０からの放射エネルギーを一部吸収するために、露光中に高温になる。そのために材質としては熱伝導性の高い金属等の材料を用いるとともに、不図示の冷却手段を有して、常に冷却されている。フィルタ１７０は、プラズマや周辺からの飛散粒子（デブリ）をカットしたり、ＥＵＶ露光に不要な波長をカットしたりする。ＥＵＶ光束１６０は、真空容器１２及び１４の境界面に設けられた窓部２１０から、真空容器１４の照明光学系２００に導入される。窓部２１０は真空を維持したままＥＵＶ光束１６０を通過する機能を有する。
【００３７】
照明光学系２００は、反射型縮小投影光学系４００の円弧状の視野に対応する円弧状のＥＵＶ光によりマスク３００を均一に照明し、回転放物面ミラー２２０及び２６０と放物面ミラー２４０と、反射型インテグレータ２３０及び２５０と、マスキングブレード２７０と、リレー光学系２８２乃至２８６（以下、特に断らない限り「２８０」で総括する。）と、補正機構２９０とを有する。
【００３８】
回転放物面ミラー２２０は、窓部２１０から導入されたＥＵＶ光束１６０を反射して平行光束２２２を形成する。次に、平行光束となったＥＵＶ光２２２は、複数の凸状円筒面２３２を有する反射型凸状円筒面インテグレータ２３０に入射する。インテグレータ２３０の各円筒面２３２により形成された２次光源から放射されるＥＵＶ光を放物面ミラー２４０により集光して重畳することにより、複数の凸状円筒面２５２を有する反射型インテグレータ２５０の円筒整列方向をほぼ均一な強度分布で照明することができる。
【００３９】
反射型インテグレータ２３０は複数の円筒面を有し、回転放物面ミラー２４０と共に、反射型インテグレータ２５０を均一に（即ち、後述するようにほぼケーラー照明で）照明する。これにより、後述する円弧照明領域の径方向の光強度分布を均一にすると共に反射型インテグレータ２５０からの有効光源分布を均一にすることができる。反射型インテグレータ２３０、２５０は、図７に示すような繰返し周期を有する微小な凸又は凹球面を２次元に多数配列したフライアイミラー２３０Ａに置換されてもよい。
【００４０】
反射型インテグレータ２５０は複数の円筒面を有し、マスク面を均一に照明する。ここで、インテグレータ２５０によって円弧領域を均一に照明する原理について、図２乃至図４を参照して詳細に説明する。ここで、図２（ａ）は、複数の反射型凸状円筒面２５２を有するインテグレータ２５０に平行光が入射した場合の摸式的斜視図である。光線の入射方向はインテグレータ２５０の場合を表現している。図２（ｂ）は、図２（ａ）と同様の効果を有する複数の反射型凹状円筒面２５２Ａを有するインテグレータ２５０Ａの模式的斜視図である。インテグレータ２３０も、図２（ａ）に示す反射型凸状円筒面２５２を有するインテグレータ２５０と同様の構造を有する。インテグレータ２３０及び２５０は、共に、図２（ｂ）に示す反射型凹状円筒面２５２Ａを有するインテグレータ２５０Ａによって置換されてもよく、あるいはこれらの凹凸の組み合わせによって構成されてもよい。
【００４１】
図２（ａ）に示すように、複数の円筒面２５２を有する反射型インテグレータ２５０にほぼ平行なＥＵＶ光束を入射すると、インテグレータ２５０によって２次光源が形成されると共に、この２次光源から放射されるＥＵＶ光の角度分布が円錐面状となる。次に、この２次光源位置を焦点とする反射鏡で前記ＥＵＶ光を反射してマスク３００あるいはマスク３００と共役な面を照明することにより、円弧形状の照明が可能となる。
【００４２】
図３は反射型凸状円筒面２５２を有するインテグレータ２５０の部分拡大図、図４（ａ）及び図４（ｂ）は反射型凸状円筒面２５２を有するインテグレータ２５０の円筒面２５２でのＥＵＶ光反射を説明するための斜視図及びベクトル図、図５は反射型凸円筒面２５２を有するインテグレータ２５０の円筒面２５２で反射したＥＵＶ光の角度分布を説明するための図である。
【００４３】
複数の円筒面２５２をもった反射型インテグレータ２５０の作用を説明するために、まず、一つの円筒面反射鏡に平行光が入射した場合の反射光の振る舞いについて図４を参照して説明する。今、図４（ａ）に示すように、一の円筒面にその中心軸であるＺ軸に垂直な面（ｘｙ平面）に対してθの角度で平行光を入射する場合を考える。平行な入射光の光線ベクトルをＰ１とし、円筒面形状の反射面の法線ベクトルをｎとすると、Ｐ１及びｎは以下のベクトル式で定義される。なお、便宜上、特に付してある以外は、Ｐ１やｎなどの頭に付されるベクトルを表す矢印は省略する。
【００４４】
【数３】
【数４】
図４（ｂ）を参照するに、−Ｐ１のｎへの正射影ベクトルをａとすると、ａは次式で表される。
【００４７】
【数５】
また、反射光Ｐ２の光線ベクトルは、次式で与えられる。
【００４９】
【数６】
数式５及び６より、Ｐ２は次式で与えられる。
【００５１】
【数７】
このとき反射光Ｐ２の光線ベクトルをｘｙ平面に射影したベクトルをＱとすると、
Ｑは次式で与えられる。
【００５３】
【数８】
これより、図５に示す位相空間にプロットすれば、Ｑは半径Ｒ＝ｃｏｓθの円周上で−２φ≦２α≦２φの範囲に存在する。即ち、反射光Ｐ２は円錐面状の発散光となり、この円錐面の頂点の位置に２次光源が存在することになる。この２次光源は円筒面が凹面であれば反射面の外部に実像として存在し、凸面であれば反射面の内部に、虚像として存在することになる。
【００５５】
また、図３に示すように反射面が円筒面の一部に限られていて、その中心角が２φである場合は、第５図に示すように反射光Ｐ２の光線べクトルはｘｙ平面上で中心角４φの円弧となる。
【００５６】
次に、円筒面の一部からなる反射鏡に平行光が入射し、この２次光源の位置に焦点をもつ焦点距離ｆの回転放物面反射鏡と、更にこの回転放物面反射鏡からｆだけ離れた位置に被照射面を配置した場合を考える。２次光源から出た光は円錐面状の発散光になり焦点距離ｆの反射鏡で反射したのち、平行光となる。このときの反射光は半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状断面のシートビームになる。従って被照射面上の半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状領域のみが照明されることになる。
【００５７】
これまでは１つの円筒面反射鏡について説明してきたが、次に、図２（ａ）に示すように多数の円筒面２５２を平行に多数並べた広い面積のインテグレータ２５０に、太さＤの平行光が図示した方向に入射した場合を考える。先の例と同様に、回転方物面反射鏡とマスク３００を配置したとすれば、円筒面を平行に多数並ベた反射鏡で反射された光の角度分布は先の例と変わらないので、マスク３００上では半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状領域が照明される。また、マスク３００上の一点に入射する光は円筒面を平行に多数並べた反射鏡の照射領域全域から到達するので、その角度広がりはＤ／ｆとなる。開口数ＮＡはｓｉｎθで与えられ、照明光学系２００の開口数はＤ／（２ｆ）となる。投影光学系４００のマスク３００側の開口数をＮＡｐ１とすると、コヒーレンスファクタσはσ＝Ｄ／（２ｆＮＡｐ１）となる。従って、インテグレータ２５０に入射する平行光の太さによって、最適なコヒーレンスファクタσに設定することができる。
【００５８】
以上で述べたインテグレータ２５０によって円弧領域を照明する原理と、更にインテグレータ２３０を用いて、円弧領域をより効果的に均一に照明することが可能な本実施形態の主要な構成について、図１のインテグレータ２３０及び２５０付近を抜粋した図６を参照して、以下に詳細に説明する。
【００５９】
図６において、インテグレータ２３０の複数の凸状円筒反射面２３２の直線方向２３５は、紙面に対して垂直な方向に配置されている。図中、２３３はインテグレータ２３０の下面である。また、インテグレータ２５０の複数の凸状円筒反射面２５２の直線方向２５５は、紙面に対して平行な方向に配置されている。図中、２５３はインテグレータ２５０の上面である。
【００６０】
上述したように、２つのインテグレータ２３０及び２５０の空間的配置を凸状円筒反射面２３２及び２５２の整列方向２３５及び２５５を互いに直交させることが本実施態様の重要な点であり、これにより以下に示すようにより均一な円弧照明が可能となる。
【００６１】
ほぼ平行なＥＵＶ光束２２２が、インテグレータ２３０の反射面２３１に図６に示すように、即ち、方向２３５に対して垂直に入射すると、インテグレータ２３０の内部に２次光源の虚像が生成されて、比較的小さい所定の発散角θ１で各２次光源からＥＵＶ光が反射される。その発散するＥＵＶ光を放物面ミラー２４０を介してインテグレータ２５０の反射面２５１にほぼ平行光束として入射させる。
【００６２】
放物面ミラー２４０は、その焦点位置がインテグレータ２３０の反射面２３１にほぼ一致するように配置されており、反射面２３１上の各円筒面２３２からの反射光がインテグレータ２５０の反射面２５１上でそれぞれ重畳するように設定されている。放物面ミラー２４０は、インテグレータ２５０の円筒反射面２５１の長手方向に関する光強度分布を均一にすればよいので、放物断面を有する必要はあるが、必ずしも回転方物面ミラーである必要はない。このように放物面ミラー２４０はインテグレータ２５０の反射面２５１上に対して、ほぼケーラー照明となるように配置されている。このような配置とすることで、インテグレータ２５０の反射面２５１上で、特に、２５５の方向に対してより均一な強度分布が形成される。
【００６３】
そして複数の凸状円筒反射面２５２を有するインテグレータ２５０により反射されたＥＵＶ光束は、すでに図２乃至図５を参照して詳細に説明したとおり、回転放物面ミラー２６０により集光されて、その焦点距離ｆの位置に配置されたマスキングブレード２７０上に、均一な円弧照明領域を形成する。
【００６４】
マスキングブレード２７０は、ＥＵＶ光を吸収する材質により構成された遮光部２７２と、図６の一部に示す正面図に示すように露光に最適な所望の円弧形状の開口部２７４とを有する。マスキングブレード２７０は、円弧照明に寄与しない不要な迷光を遮光すると共に、不図示のスリット幅可変機構により、所望のスリット幅に設定したり、部分的にスリット幅を変えることで照度ムラを良好に補正したりする機能を有する。
【００６５】
上記のような構成により、円弧照明領域においては、その円弧に沿った角度方向（即ち、θ方向）についてはインテグレータ２５０の複数の円筒面２５２からの複数の光束が重畳されることでその均一性が達成され、円弧に垂直な径方向（即ち、ｒ方向）については、インテグレータ２３０からの複数の光束が重畳されることでその均一性が達成されている。これにより従来よりも飛躍的に効率がよく均一な円弧照明を行うことが可能となる。
【００６６】
マスキングブレード２７０の円弧形状開口部を通過したＥＵＶ光束は、リレー光学系２８０により所望の倍率に変換されたのち、マスクステージ３５０に保持された反射型マスク３００上に円弧照明領域を形成することによって円弧照明を行う。複数のミラー面から形成されるリレー光学系２８０は、円弧形状を所定の倍率で拡大または縮小する機能を有する。
【００６７】
補正機構２９０は主光線（光軸）調整機構であり、リレー光学系２８０のミラー位置を微小に偏心移動及び回転移動することにより、反射型マスク３００からの反射光が投影光学系４００の入射側光軸と良好に一致するように補正する機能を有する。
【００６８】
また、図８に示すように、マスキングブレード２７０をマスク３００の近傍に配置してリレー光学系２８０を減少してもよい。ここで、図８は、図１に示す露光装置１０の変形例の要部概略図である。図１と同一の部材には同一の参照符号を付して重複説明は省略する。
【００６９】
マスク３００を含む各ミラーの表面には殆ど直入射のＥＵＶ光に対して高い反射率を得るために、屈折率の差が大きく吸収が小さい２種類の材料層を露光波長の約半分の周期で繰り返し積層させた多層膜が成膜されている。できるだけ高い反射率を得るために、材料としてはＭｏ及びＳｉを用いるのが通常であるが、その場合においても得られる反射率は、約６０％から７０％である。
【００７０】
従って照明光学系２００において、反射強度の損失を抑えるためには、使用するミラー枚数を最小にする必要がある。本実施形態の特徴は、円弧形状の開口部を有するマスキングブレード２７０を、反射型マスク３００の反射面近傍に配置することで、第１図におけるリレー光学系２８２及び２８４を省略し、照明光学系２００の効率を向上させている点である。
【００７１】
次に、所望の照明条件を設定することが可能な本発明の別の実施形態について図９を参照して説明する。ここで、図９は、本発明の第３の実施形態の露光装置１０Ｂを示す概略図である。
【００７２】
図１に示す露光装置１０と対比すると、露光装置１０Ｂは、所望の照明条件に応じて切り替え可能な２つの反射型インテグレータ２３０及び２３０Ｂと、絞り２３６及び２５６と、絞り駆動系２３８及び２５８とを有する。
【００７３】
反射型インテグレータ２３０及び２３０Ｂは、複数の凸状円筒面を有する反射型インテグレータであるがその円筒面の曲率半径（と、従ってパワー）が互いに異なる。以下、インテグレータ２３０と２３０Ｂを切り替えることで、コヒーレンスファクタσ、即ち、照明系の開口数を所望の値に設定する方法について説明する。
【００７４】
図１０は、複数の凸状円筒反射面２３２を有するインテグレータ２３０の表面の模式図であり、図１１はインテグレータ２３０Ｂの表面の模式図である。ここでインテグレータ２３０と２３０Ｂの円筒面２３２及び２３２Ｂの曲率半径ｒ１及びｒ２はｒ１＜ｒ２に設定されている。
【００７５】
今、図１０において、紙面上方から平行光束がインテグレータ２３０の凸状円筒反射面２３１に入射した場合を考える。この場合、凸状円筒反射面２３１によって光束は発散するが、その集光点は凸面の内部の曲率中心Ｏから距離ｒ１／２の位置に虚像として存在する。従って、反射光は次式で与えられる発散角θ１で発散する。
【００７６】
【数９】
同様に、インテグレータ２３０Ｂにおいては、集光点は凸状円筒面２３２Ｂの曲率中心Ｏから距離ｒ２／２の位置に虚像として存在する。従って、反射光は次式で与えられる発散角θ２で発散する。
【００７８】
【数１０】
ここで、ｒ１＜ｒ２より、θ１＞θ２の関係が成り立つ。つまり、インテグレータ２３０により反射する光束の発散角θ１の方がインテグレータ２３０Ｂにより反射する光束の発散角θ２よりも大きくなる。
【００８０】
図１２及び図１３は、インテグレータ２３０と２３０Ｂとの切り替えによって照明光学系２００の開口数を切り替える方法を説明する模式図である。図１２において、ほぼ平行なＥＵＶ光束２２２が絞り２３６を経てインテグレータ２３０の円筒反射面２３１に図に示すように入射すると、インテグレータ２３０の内部に２次光源の虚像が生成されて、所定の発散角θ１で各２次光源からＥＵＶ光が反射される。その発散するＥＵＶ光を焦点距離ｆ１の放物面ミラー２４０により集光して、絞り２５６を介してインテグレータ２５０の反射面２５１にほぼ平行光束として入射する。
【００８１】
複数の凸状円筒反射面２５１を有するインテグレータ２５０により反射されたＥＵＶ光束は、回転放物面ミラー２６０により集光されて、その焦点距離ｆ２の位置に配置されたマスキングブレード２７０上に、均一な円弧照明領域を形成する。ここで、マスキングブレード２７０における照明光学系２００の開口数をＮＡ１は次式で与えられる。
【００８２】
【数１１】
開口数ＮＡ１は反射型マスク３００上における照明光学系２００の開口数に比例する量であり、発散角θ１に比例する。
【００８４】
図１３に示すように、インテグレータ２３０を２３０Ｂに不図示の切り替え機構により切り替えた場合、同様に、マスキングブレード２７０における照明光学系２００の開口数ＮＡ２は次式で与えられる。
【００８５】
【数１２】
θ１＞θ２から、インテグレータ２３０を用いた場合はインテグレータ２３０Ｂを用いた場合よりも大きな照明光学系２００の開口数が得られ、コヒーレンスファクタσが大きくなる。
【００８７】
上記の説明では、２個のインテグレータ２３０及び２３０Ｂを切り替える例を示したが、コヒーレンスファクタσを段階的に変化させるために、２個以上の発散角の異なるインテグレータ２３０をターレットなどを用いて切り替えるように構成してもよい。インテグレータ２３０の切り替えに応じて、絞り２５６を切り替えてインテグレータ２５０への入射光束径を所望の大きさに制御することで、更に精度の高いσの制御を行ってもよい。
【００８８】
絞り２３６は、反射型インテグレータ２３０又は２３０Ｂの前面に設けられ、遮光部２３７ａと開口部２３７ｂとを有する。絞り２３６は絞り駆動系２３８によって駆動されて開口部２３７ｂの開口径を連続的に可変することができる。開口部２３７ｂの開口径は、絞り駆動系２３８に入力された不図示の制御系からの信号により調整される。絞り駆動系２３８には、カムを利用した虹彩絞り装置など当業界で既知のいかなる構成をも適用することができる。
【００８９】
絞り２３６の開口径を変えることで（図中に点線で示すように）インテグレータ２５０に入射する光束の紙面に平行な方向への広がりを調整することができる。即ち、図９において絞り２３６の開口径が大きくなれば、これによってマスキングブレード２７０において照明領域となる円弧スリットの径方向の幅を調整することが可能である。また、インテグレータ２３０、２３０Ｂの切り換えだけでなく、絞り２５６を調節することによってインテグレータ２５０に入射する光線の太さＤを変更し、コヒーレンスファクタσを所望のものに変更したり照度ムラを補正したりすることもできる。
【００９０】
絞り２５６は、反射型インテグレータ２５０の前面に設けられ、絞り駆動系２５８によって駆動されて所望の有効光源分布を形成することができる。絞り２５６は遮光部２５７ａと開口部２５７ｂとを有する。
【００９１】
絞り２５６を介して複数の凸状円筒反射面を有するインテグレータ２５０により反射されたＥＵＶ光束は、回転放物面ミラー２６０により集光されて、その焦点位置に配置されたマスキングブレード２７０上に、均一な円弧照明領域を形成する。
【００９２】
以下、図１４及び図１５を参照して、絞り２５６の切り替えにより輪帯照明等の変形照明を行う方法について説明する。図１４（ａ）乃至（ｃ）は、絞り２５６に適用可能な絞りを示す平面図である。図１４（ａ）は通常照明の場合の絞り２５６Ａを示し、図１４（ｂ）はいわゆる輪帯照明の場合の絞り２５６Ｂを示し、図１４（ｃ）はいわゆる四重極照明の場合の絞り２５６Ｃを示している。このようないくつかの開口パターンを図９の絞り２５６に示すように、例えば、ターレットとして用意しておき、絞り駆動系２５８により不図示の制御系からの信号を受けてターレットを回転させることで、所望の開口形状に切り替えることができる。また、ターレットを用いずに他の機械的な方法、例えば、複数の絞りを並べて順次切り替えてもよい。
【００９３】
絞り２５６は図９に示すように、インテグレータ２５０の反射面２５１近傍に配置される。従って、インテグレータ２５０に入射する光束の入射角をθとすると、インテグレータ２５０の反射面２５１において、光束径は紙面に平行な方向に１／ｃｏｓθの倍率で伸長する。これにより絞り２５６の開口部２５７ｂの形状も同一方向に１／ｃｏｓθの倍率で伸長しておく必要がある。図１４において、例えば、絞り２５６Ａは、入射光束径を円形に絞るために用いられるが、この楕円の縦横比は１／ｃｏｓθになっている。絞り２５６Ｂ及び２５６Ｃも同様である。
【００９４】
次に、絞り２５６によって変形照明が行われる原理について、輪帯照明モードとする絞り２５６Ｂを例に説明する。変形照明法は、数式１において比例定数ｋ１の値を小さくすることにより微細化を図る超解像技術（ＲＥＴ：Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）の一つである。数式１において短波長化による解像度の向上を行えば数式２において焦点深度の短縮を伴うが、変形照明法は、数式２において焦点深度の短縮を伴わないので好ましい。
【００９５】
図１５は、図９に示すインテグレータ２５０、回転放物面ミラー２６０、マスキングブレード２７０を抜き出した図であり、図１５（ａ）は側面図、図１５（ｂ）はミラー２６０を透過した状態で見た上面図である。輪帯照明モードとする絞り２５６Ｂは図１５（ａ）に示すように配置されるが図１５（ｂ）では説明を容易にするために図示していない。
【００９６】
反射型インテグレータ２５０に入射した光束は、絞り２５６によって光軸中心部部分と外径部の一部を遮光されて楕円状の輪帯形状分布２５９で反射する。分布２５９の形状は絞り２５６Ｂの開口部の形状に一致する。この光束を回転放物面反射鏡２６０により集光して、その焦点距離ｆ２の位置に配置したマスキングブレード２７０の位置に円弧形状の均一な照明領域を形成する。この時、光束の中心を遮光されているために、集光された光束は図１５のハッチング部２６２に示す光束となる。これは図１５（ｂ）においても同様であり、ハッチング部２６４に示す光束となる。このように、反射型インテグレータ２５０は、円弧領域の角度方向には二次光源を重畳し、円弧領域の径方向には全ての光束を一点に集光するようにマスク３００を（クリティカル照明によって）照明する。これは主光線と光学軸との交点の位置、即ち、瞳面位置２９５において２７８のような分布、即ち、輪帯照明が行われていることを示している。
【００９７】
再び、図１に戻り、本実施形態の露光方法について引き続き説明する。なお、マスク３００以降は図８及び図９でも同様である。
【００９８】
反射型マスク３００は多層膜反射鏡の上にＥＵＶ吸収体などからなる非反射部を設けた転写パターンが形成されている。円弧形状に照明された反射型マスク３００からの回路パターン情報を有するＥＵＶ反射光は、投影光学系４００により露光に最適な倍率で感光材が塗布された被処理体５００に投影結像されることで、回路パターンの露光が行なわれる。本実施例の投影光学系４００は６枚のミラーから構成されている反射型投影光学系であるが、ミラーの枚数は６枚に限定されず、４枚、５枚、８枚など所望の数を使用することができる。
【００９９】
上記被処理体５００はウェハステージ５５０に固定されており、紙面上で上下前後左右に平行移動する機能を持ち、その移動は不図示のレーザ干渉計等の測長器で制御されている。そして、投影光学系４００の倍率をＭとすると、例えば反射型マスク３００を紙面に平行な方向に速度ｖで走査すると同時に、被処理体５００を紙面に平行な方向に速度ｖ／Ｍにて同期走査することで、全面露光が行なわれる。
【０１００】
本実施形態ではウェハへの露光としているが、露光対象としての被処理帯５００はウェハに限られるものではなく、液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体５００にはフォトレジストが塗布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前処理は洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プリベークはベーキング（焼成）工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。
【０１０１】
ウェハステージ５５０は被処理体５００を支持する。ステージ５５０は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができ、例えば、リニアモータを利用してＸＹＺ方向に被処理体５００を移動する。マスク３００と被処理体５００は、図示しない制御部により制御され同期して走査される。また、マスクステージ３５０とウェハステージ５５０の位置は、例えば、レーザ干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。
【０１０２】
次に、図１６及び図１７を参照して、上述の露光装置１０を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図１６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を例に説明する。ステップ１（回路設計）ではデバイスの回路設計を行う。ステップ２（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製作する。ステップ３（ウェハ製造）ではシリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェ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６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。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７）される。
【０１０３】
図１７は、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。ステップ１１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（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１９（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ェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施例の製造方法によれば従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、かかる露光装置１０を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面として機能するものである。
【０１０４】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施形態ではＥＵＶ光を使用して説明したが、本発明はＸ線領域の光源にも適用することができる。
【０１０５】
【発明の効果】
本発明による照明光学系及び露光装置によれば、高効率で均一な円弧照明を行い、照度ムラをなくすことができる。また、光源に変動があっても、被照明面への光束入射角度が安定することで露光への影響を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の露光装置を示す概略図である。
【図２】図１に示す露光装置の反射型インテグレータに適用可能な２種類のインテグレータを示す概略斜視図である。
【図３】図２（ａ）に示す凸状円筒面を有する反射型インテグレータの動作を説明するための模式図である。
【図４】図３に示す反射型インテグレータの円筒面における光束反射を説明するための模式的斜視図である。
【図５】図４に示す円筒面で反射した光束の角度分布を説明するための図である。
【図６】図１に示す露光装置の２つのインテグレータによる円弧照明を形成する拡大図である。
【図７】図１に示す光源側の反射型インテグレータの変形例を示す概略斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の露光装置を示す概略図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の露光装置を示す概略図である。
【図１０】図９に示す露光装置に設けられる一方の光源側インテグレータの模式図である。
【図１１】図９に示す露光装置に設けられる他方の光源側インテグレータの模式図である。
【図１２】図９に示す露光装置の光源側インテグレータの切り替えによって照明光学系の開口数を切り替える方法を説明する模式図である。
【図１３】図９に示す露光装置の光源側インテグレータの切り替えによって照明光学系の開口数を切り替える方法を説明する模式図である。
【図１４】図９に示す露光装置のマスク側インテグレータに使用される絞りの例を示す平面図である。
【図１５】図９に示す露光装置のマスク側インテグレータ、回転放物面ミラー、マスキングブレードを抜き出した図である。
【図１６】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。
【図１７】図１６に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図１８】従来の露光装置の概略図である。
【図１９】図１８に示す露光装置のマスクの照明領域と露光に使用される領域との関係を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ、１０Ｂ 露光装置
１００ 光源部
２００ 照明光学系
２３０、２３０Ａ、２３０Ｂ 反射型インテグレータ
２３１ 反射面
２３２ 円筒面
２３６ 絞り
２４０ 放物面ミラー
２５０、２５０Ａ 反射型インテグレータ
２５１ 反射面
２５２ 円筒面
２５６、２５６Ａ−Ｃ 絞り
２７０ マスキングブレード
２８０（２８２−２８８） リレー光学系
３００ 反射型マスク
４００ 投影光学系
５００ 被処理体
Claims (9)
- 光源からの波長２００ｎｍ以下の光で被照明面を照明する照明光学系において、
第１の反射型インテグレータと、該第１の反射型インテグレータによって形成された二次光源からの複数の光束を前記被照明面上に重ねる第１の集光ミラーと、
前記光源と前記第１の反射型インテグレータの間に設けられた、第２の反射型インテグレータ及び当該第２の反射型インテグレータからの複数の光束を前記第１の反射型インテグレータ上に重ねる第２の集光ミラーとを有し、
前記第１の反射型インテグレータは複数の円筒面が平行に配置された反射面からなり、前記第２の集光ミラーからの光が前記第１の反射型インテグレータのみに反射されることによって前記２次光源は形成されることを特徴とする照明光学系。 - 前記第２の反射型インテグレータは複数の円筒面が平行に配置された反射面からなり、前記第１及び第２の反射型インテグレータの前記円筒面の母線は互いにほぼ直交することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
- 前記円筒面は、凸型、凹型又はそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項２記載の照明光学系。
- 前記第１の反射型インテグレータと前記被照明面との間に配置され、前記被照明面に円弧状照明領域を定義する円弧状開口部を有する視野絞りと、
当該視野絞りの前記開口を経た前記光束で、前記開口を前記被照明面に結像する反射光学系とを有することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。 - 前記第１の反射型インテグレータと前記被照明面との間で前記被照明面の近傍に配置され、前記被照明面を円弧状の光で照明するための円弧状開口部を有する視野絞りを有することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
- 前記第２の反射型インテグレータの反射面位置と前記被照明面位置は光学的に共役な位置関係にあり、前記第２の反射型インテグレータの反射面上又は近傍に、開口径が可変な絞りを有することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
- 前記第２の反射型インテグレータは繰返し周期を有する凸又は凹球面を２次元に配列した反射面を有する請求項１記載の照明光学系。
- 請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の照明光学系により光源からの光でレチクル又はマスクに形成されたパターンを照明し、当該パターンを投影光学系により被処理体上に投影することを特徴とする露光装置。
- 請求項８記載の露光装置を用いてデバイスパターンで基板を露光する工程と、
前記露光された基板に所定のプロセスを行う工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。
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