JP3733209B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シンクロトロン放射光源からの放射光を、ミラーを介してマスクに導き、該マスクを介して該放射光でウェーハを露光する露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＲ（シンクロトロン放射）光源は、ＳＲ軌道面内方向（通常、ＳＲ軌道面は、水平面に一致して設置されるため、以下、水平方向と呼ぶ）には大きな発散角をもち、ＳＲ軌道面に垂直な方向（同じく、鉛直方向と呼ぶ）には小さな発散角をもつ、シート状の電磁波（Ｘ線、真空紫外線を含む）を放射する放射光（以下ＳＲ光と呼ぶ）の光源である。鉛直方向の発散角が小さなため、放射光をそのまま照射した場合、鉛直方向には小さな範囲でしか照射されない。そこで、ＳＲ光源を用いる露光装置では、ＳＲ光源より照射されるＸ線の露光エリアを鉛直方向に広げるための何らかの方法が必要となる。
【０００３】
このための方法として、
（１） 斜入射ミラーをＳＲ光源と露光面との間に配置し、数ｍｒａｄの角度で振動させる方法（Ｒ．Ｐ．Ｈａｅｌｂｉｃｈ他、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．＆ Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂｌ（４）、Ｏｃｔ．−Ｄｅｃ．１９８３、ｐｐ．１２６２〜１２６６）、
（２） 曲面形状の斜入射ミラーをＳＲ光源と露光面との間に配置し、ミラー曲面での反射によって、Ｘ線ビームの鉛直方向の発散角を拡大する方法（Ｗａｒｒｅｎ Ｄ．Ｇｒｏｂｍａｎ、ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｎ Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ、Ｖｏｌ．１、ｃｈａｐ．１３、ｐ．１１３５、Ｎｏｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ ＣＯ．、１９８３）などが知られている。また、
（３） （２）の改良方法として、ミラー形状をシリンドリカル形状からずらし、周辺部の曲率を連続的に小さくすることにより、強度の均一化を図りながらＸ線ビームの鉛直方向の発散角を拡大する方法（特開平１−２４４４００）がある。図１３は従来例（３）の露光装置の模式的斜視図であり、図中符号１３０は発光点、１３２はミラー、１３９はマスクである。発光点１３０からのＳＲ光は特殊形状のミラー１３２により鉛直方向に発散角が拡大されてマスク１３９に照射されている。そしてこのマスクに形成されたパターンが不図示のウェーハ基板に露光転写される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの方法のうち、（１）は露光すべき領域に比べて幅の狭い照射領域をマスク面上でスキャンすることになるので、瞬間的には露光領域の一部分しか照射されず、露光用マスクおよびウェーハが部分的に熱膨張する。この熱膨張の影響は、ミラーの振動周期が十分に短くなければ除くことができず、微細パターンの正確な転写が困難となる。一方、振動周期を十分に短くするためには大きな駆動パワーが必要となり実用的には実現できない場合があるだけではなく、加減速時におけるロス時間がスループットを低下させることとなる。
【０００５】
これに対し、（２）は、所要露光領域を一括照射できるため、上述した（１）の欠点をカバーする一方策といえる。しかしながら、上記文献では、ミラー形状がシリンドリカル（円筒面）であるため、照射強度を均一にするためにはビームを十分に拡大する必要があり、結果としてエネルギーを著しく損失する。一方、照射強度を低下させない場合には、照射強度が所用露光領域で均一ではなくなるために、上記文献中では開示されていないシヤツター等の補完的な露光量制御機構が必要となる。さらに、シート状の電磁波の水平方向の大きな発散角を集光することができず、そのため、水平方向には、発光点から露光領域が張る角度しか利用することができないこととなる。
【０００６】
（３）は、（２）の欠点のうち、ビームの拡大に伴いエネルギーを損失するという欠点、および照射強度が所用露光領域で均一ではないという欠点を解決しているが、水平方向には、発光点から露光領域が張る角度しか利用することができないことは（２）と同様である。そのため、所要露光領域に照射される強度は、（２）より、大きく改善されているとはいえ、さらに、光源強度の増大を図るか、あるいは、レジストの感度の上昇を図るかの手段を講じることにより露光のスループット向上を行う必要があった。このことは、ＳＲ光源のコスト上昇、ＳＲ光源の規模の増大、あるいは、レジスト開発によるコスト上昇を招くこととなる。
【０００７】
一方、シート状の電磁波の水平方向の大きな発散角を集光するという点においては、（１）の改良として、斜入射ミラーにＳＲ光の光軸と垂直な方向（ｘ方向）に凹面の曲率を持たせＳＲ光を集光しながら、マスク上に露光されるべき領域よりも垂直方向には幅の狭い照射領域を形成し、ミラーを数ｍｒａｄの角度で振動させることによりその狭い照射領域をマスク上で垂直方向に振動させ、実質的に照射領域を拡大するという方法もある。しかしながら、瞬間的には露光領域の一部分しかビームが照射されず、ミラーの振動周期を十分に短くすることなしには、微細パターンの正確な転写が困難となることは、（１）と全く同様である。
【０００８】
本発明は、上記従来例の欠点に鑑み、露光領域に照射される放射光の強度の増大およびパターンの正確な転写を可能にした露光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の露光装置は、
シンクロトロン放射光源から放射された放射光を、ミラーを介してマスクに導き、該マスクを介して前記放射光でウェーハを露光する露光装置であり、ミラーとして、光源の電子軌道面に平行な面内において放射光を集光するように反射する第１のミラーと、第１のミラーで反射した放射光を反射してそのマスクに放射光を導く第２のミラーと構成されている。第１のミラーの反射面の形状がｘ軸方向に凹、ｙ軸方向に凹であるとともに、前記第２のミラーの反射面の形状がｙ軸方向に凸であり、第２のミラーは、第１のミラーによるｙｚ面内における放射光の集光点の位置より光源から遠くに配置し、かつ光源から水平面内に出射して第１のミラーで反射した放射光と、その放射光の主光線に垂直な平面との交線が直線になるその平面の位置より光源から近くに配置し、光源から水平面内に出射した放射光が第１のミラーおよび第２のミラーを経由してマスクおよびウェーハの少なくともいずれか一方の上で直線となるような、第１のミラーおよび第２のミラーの反射面の形状、ならびに第１のミラー、第２のミラー、マスクおよびウェーハの配置である。ただし、マスクのパターンが転写されるウェーハ上の領域を露光領域とし、放射光の発光点から出射してその露光領域の中心に到達する放射光を主光線とし、主光線が反射する第１のミラー上の点を第１のミラーの中心とし、主光線が反射する第２のミラー上の点を第２のミラーの中心とし、各ミラーにおいてそのミラーの中心から引いたそのミラーの法線をｚ軸とし、そのミラーの反射面からそのミラーの外部に向かう方向をｚ軸の正の方向とし、各ミラーに入射する主光線と各ミラーのｚ軸との作る平面に垂直な軸を各ミラーのｘ軸とし、各ミラーのｘ軸およびｚ軸の双方に垂直な軸を各ミラーのｙ軸とし、各ミラーから出射した主光線の進行方向のベクトルとの内積が正となる各ミラーのｙ軸の方向を正の方向とし、ｙ軸の正の方向の単位ベクトルとｚ軸の正の方向の単位ベクトルとの外積がｘ軸の正の方向の単位ベクトルとなるような各ミラーのｘ軸の方向を正の方向として定義する。
【００１０】
また、第１のミラーのｘ軸方向の曲率半径ｒ_x とｙ軸方向の曲率半径ｒ_y との関係が、｜ｒ_x ｜＜｜ｒ_y ｜であり、第２のミラーとマスクの距離が１０００ｍｍ以上であることが望ましい。
【００１１】
発光点と第１ミラーの中心との距離をｌ₁ とし、第１ミラーの中心と第２ミラーの中心との距離をｌ₂ とし、第２ミラーの中心とマスクとの距離をｌ₃ とし、第１ミラー、第２ミラーへの斜入射角をθとし、第１ミラーの中心近傍におけるｘ方向、ｙ方向の曲率半径をそれぞれｒ_1x、ｒ_1yとするとき、ｙ方向の曲率半径ｒ_1yが、
ｒ_1y ＞ ２／１１×ｌ₁ ×ｌ₂ ／（ｌ₁ ＋ｌ₂ ）／ｓｉｎθ
となるように設定されていることが好ましく、さらにｙ方向の曲率半径ｒ_1yが、

となるように設定されていることが好ましく、さらにｘ方向の曲率半径ｒ_1xが、
ｒ_1x＜２ｓｉｎθ／（１／ｌ₁ ＋３／２／ｌ₂ ） または、
ｒ_1x＞２ｓｉｎθ／（１／ｌ₁ ＋２／３／ｌ₂ ）
となるように設定されていることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の露光装置の光学系の構成と配置を示す模式的配置図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。図中符号１０は発光点、１１、１５はＳＲ光、１２は第１ミラー、１３は第２ミラーである。
【００１６】
図１において発光点１０で電子軌道がベンデイング磁石によって曲げられるときにＳＲ光１１が接線方向に放射される。本実施の形態では、発光点１０から大きい角度で出射したＳＲ光１１が第１ミラー１２により反射され、その後、第２ミラー１３で反射される。第２枚目のミラー１３により反射されたＳＲ光１５は、マスク（不図示）の方向に向けられる。
【００１７】
図２は本発明の実施の形態における主光線、ミラーの中心、座標系の概念を示す模式的斜視図であり、図中符号２０はＳＲリング、２０ａは発光点、２２は第１ミラー、２２ａは第１ミラーの中心、２３は第２ミラー、２３ａは第２ミラーの中心、２５、２６、２７は主光線、２９はマスク、２９ａはマスクの中心である。
【００１８】
Ｘ線および真空紫外線などの放射光の光源であるＳＲリング２０の発光点２０ａから、水平方向には数十ｍｒａｄと広く、垂直方向には１ｍｒａｄ程度と狭く出射したＳＲ光が、第１ミラー２２および第２ミラー２３により連続して反射され、マスク２８上に描画されたパターンがウェーハに転写される領域（露光領域と呼ぶ）を少なくとも含むマスク２９の領域（照射領域と呼ぶ）に照射される。水平方向および垂直方向に発散して発光点から出射したＳＲ光の内、マスク２９の中心２９ａに到達するＳＲ光を主光線２５、２６、２７と呼び、主光線２５が第１ミラー２２で反射される点を第１ミラーの中心２２ａ、主光線２６が第２ミラー２３で反射される点を第２ミラーの中心２３ａと呼ぶ。ミラーの中心２２ａ、２３ａから引いた各ミラーの法線をｚ軸とし、ミラーからミラーの外部に向けた方向をｚ軸の正の方向とし、各ミラーに入射する主光線と各ミラーのｚ軸との作る平面に垂直な軸を各ミラーのｘ軸とし、各ミラーのｘ軸、ｚ軸の双方に垂直な軸を各ミラーのｙ軸とし、各ミラーから出射した主光線の進行方向のベクトルとの内積が正となる各ミラーのｙ軸の方向を正の方向とし、各ミラーのｘ軸の正の方向をｘｙｚ軸が左手系を構成するように、ｙ軸の正の方向の単位ベクトルとｚ軸の正の方向の単位ベクトルとの外積がｘ軸の正の方向の単位ベクトルとなるｘ軸の方向を正の方向と定義する。
【００１９】
ＳＲ光は、水平方向（ＳＲ軌道面内方向）には大きな発散角、鉛直方向（ＳＲ軌道面に垂直な方向）には小さな発散角をもつ、シート状の電磁波（Ｘ線、真空紫外線を含む）である。この「水平方向に大きな発散角をもつＳＲ光」は、厳密には一点の発光点から出射しているのではなく、ＳＲの電子軌道上の各点から接線方向に出射している。ここでは、十分点とみなせる程小さい長さのＳＲの電子軌道から出射してくるＳＲ光を、一点の発光点からその電子軌道の長さに対応した発散角をもって出射してくるＳＲ光とみなしている。
【００２０】
図３は本発明の実施の形態の垂直方向に出射したＳＲ光の光路を示す模式的斜視図であり、図中符号３０は光源、３１は垂直方向に出射されたＳＲ光、３２は第１ミラー、３３は第２ミラー、３４、３５は仮想平面、３４ａ、３５ａは垂直方向に出射されたＳＲ光と仮想平面との交線、３６は集光される位置である。
【００２１】
光源３０から１ｍｒａｄ程度の発散角を持って垂直方向に出射したＳＲ光３１は、図３に示されるように、ｘ軸方向に凹、ｙ軸方向に凹の形状を有する第１ミラー３２により反射され、特にｙ軸方向が凹の形状をしていることにより第１ミラーからｌの距離の位置３６でほぼ一点に集光される。第２ミラー３３はその集光点の下流に設置される。第２ミラー３３はｙ軸方向に凸の形状を有しており、集光された点３６から広がりつつあるＳＲ光をさらに広げ、マスク方向に出射する。光源３０と第１ミラー３２との間の仮想平面３４および第２ミラー３３とマスクの間の仮想平面３５と垂直方向に出射されたＳＲ光との交線３４ａ、３５ａは垂直線となる。
【００２２】
図４は本発明の実施の形態の水平方向に出射したＳＲ光の光路を示す模式的斜視図であり、図中符号４０は光源、４１は水平方向に出射されたＳＲ光、４２は第１ミラー、４２ａは水平方向に出射されたＳＲ光と第１ミラーとの交線、４４、４５、４６、４７は仮想平面、４４ａ、４５ａ、４６ａ、４７ａは水平方向に出射されたＳＲ光と仮想平面との交線、４８は第１ミラーから出射したＳＲ光である。
【００２３】
光源４０から数十ｍｒａｄ程度の発散角を持って水平方向に出射したＳＲ光４１は、図４に示されるように、ｘ軸方向に凹、ｙ軸方向に凹の形状を有する第１ミラー４２に入射する。水平方向に出射したＳＲ光の内、マスク中央に入射する光（主光線）に垂直な仮想平面４４と、水平方向に出射したＳＲ光の交線４４ａは直線となる。第１ミラー４２と水平方向に出射したＳＲ光４１との交線４２ａは、第１ミラー４２が主にｘ軸方向に凹としてあることにより、放物線に近い形となる。第１ミラー４２から出射したＳＲ光４８と主光線に垂直な仮想平面との交線は、第１ミラーの直後の仮想平面４５では交線４５ａが第１ミラー４２のｘ軸方向の凹面の向き（図４では凹面が上向き）と同様に凹となる。一方、第１ミラー４２をｙ軸方向に凹としていることにより、第１ミラー４２から離れるにしたがって仮想平面４６との交線４６ａでは直線となり、さらに離れると仮想平面４７との交線４７ａでは凸となる。
【００２４】
第２ミラーを図３の垂直方向に出射したＳＲ光がほぼ一点に集光する位置３３よりも光源から遠方に設置し、水平方向に出射したＳＲ光４１と主光線に垂直な仮想平面との交線が直線になる点４６よりも光源に近く設置することにより、ＳＲ光は第２ミラー位置では垂直方向にほば集光するとともに、水平方向の光はほば直線となることになる。その結果、ＳＲ光は第２ミラーに投射される位置では投射方向の幅が十分小さくなっており、第２ミラーの入射方向の長さを小さくしても、全ての入射光を反射させることが可能となる。即ち、ＳＲ光の利用効率を落とすことなく、第２ミラーのサイズを十分小さくできることとなる。
【００２５】
さらに、水平方向に出射したＳＲ光４１とマスク中央に入射する光に垂直な仮想平面との交線が直線になる位置４６よりも光源に近く第２ミラー位置を設定してあるため、第２ミラーをｙ方向に凸の形状とすることにより、その凸面ミラーにより反射されたＳＲ光とマスク中央に入射する光に垂直な仮想平面との交線が直線になる点を、凸面ミラーが無いときの位置４６よりも遠方にすることが可能となる。このことは、集光しつつある光が凹レンズを透過することにより、凹レンズが無いときに比ベて遠方に集光することと類似の考え方で理解できる。
【００２６】
図５は本発明の実施の形態の水平方向に出射したＳＲ光の光路をマスク面での分布を含めて示す模式的斜視図であり、図中符号５０は光源、５１は水平方向に出射されたＳＲ光、５２は第１ミラー、５２ａは水平方向に出射されたＳＲ光と第１ミラーとの交線、５３は第２ミラー、５４、５５は仮想平面、５４ａ、５５ａは水平方向に出射されたＳＲ光と仮想平面との交線、５７は第１ミラーから出射したＳＲ光、５８は第２ミラーから出射したＳＲ光、５９はマスク面、５９ａはマスク面と第２ミラーから出射したＳＲ光との交点である。
【００２７】
第２ミラー５３のｙ方向の凸の曲率半径を適当に設定することにより図５で示したように、光源５０から水平方向に出射したＳＲ光５１が第１ミラー５２、第２ミラー５３によって連続的に反射された後、マスク面６９上あるいはウェーハ面上での交線５９ａを直線となるようにすることが可能となる。
【００２８】
ＳＲ光は、水平方向に出射した光の強度が最も大きく、垂直方向にずれるにしたがって強度が小さくなっていく。したがって、水平方向に出射したＳＲ光がマスク上で直線になるということは、最も強度の大きい光が直線になることになり、マスク上でのＳＲ光の強度分布が、水平方向には一様となることになる。このことによって、一次元方向に駆動可能なシヤツタにより露光量を制御する方式において、露光量を制御することが容易となる。
【００２９】
このように光源５０から水平方向に出射したＳＲ光５１が第１ミラー５２、第２ミラー５３により連続的に反射された後、マスク面５９上であるいはウェーハ上で、直線とはならない場合は、マスク上あるいはウェーハ上での強度分布が２次元的となり、露光量の制御は困難となる。露光領域の幅よりも小さい照射領域をその狭い幅を広げる方向にスキャンして必要な露光領域を確保する方式、いわゆるスキャン露光方式においては、若干の強度分布が存在する場合でも、スキャンすることにより平均化されその影響は比較的小さい。しかしながら、露光量域全面をほば強度が均一な光で一括して露光する、いわゆる一括露光方式では、その強度分布が２次元的である場合には、露光量の制御が全く困難となる。
【００３０】
次に具体的な数値による実施例を含めた実施の形態を図面を参照して説明する。図２において発光点２０ａと第１ミラーの中心２２ａ間の距離ｌ₁ ＝２８００ｍｍ、第１ミラーの中心２２ａと第２ミラーの中心２３ａ間の距離ｌ₂ ＝３２００ｍｍ、第２ミラーの中心２３ａとマスク２９間の距離ｌ₃ ＝５０００ｍｍ、第１ミラー２２、第２ミラー２３への斜入射角θ＝１８ｍｒａｄと設定し、第２ミラー２３よりマスク寄り４５００ｍｍに１８μｍの厚さのＢｅ膜が真空隔壁として設置されている。真空隔壁よりマスク側にはＨｅが１５０Ｔｏｒｒの圧力で満たされている。マスク２９はＳｉＣからなる２μｍの厚さのメンブレン上にタングステンを主成分とする吸収体からなるパターンが描かれてある。マスクメンブレンから２０μｍのギヤツプで、ウェーハがある。
【００３１】
第２ミラーの中心２３ａとマスク２９間の距離ｌ₃ は本実施例では５０００ｍｍとなっているが、本実施の形態では１０００ｍｍ以上とすることが望ましい。ＳＲ光はｚ方向においては、ほぼ第２ミラーの位置から発散してマスクに到達する。マスクとウェーハの間隔の設定精度は通常±２μｍ程度であるが、ＳＲ光が発散しているためにマスクのパターンはマスクとウェーハの間隔の変動により、ウェーハ上で転写される位置が変化することになり、このことは露光装置のアラインメント精度の低下となる。マスクとウェーハの間隔の変動により発生するアラインメント精度の低下の許容値は±１０ｎｍに過ぎない。従ってＳＲ光の発散は１０ｎｍ／２μｍで５ｍｒａｄ以下でなければならない。露光領域は最小で１辺の長さが１０ｍｍであるため、中心から辺までの距離は５ｍｍとなる。ＳＲ光の発散が５ｍｒａｄ以下となるためには、第２ミラーとマスク間の距離は５ｍｍ／５ｍｒａｄで１０００ｍｍ以上とする必要がある。
【００３２】
第１ミラー２２はｘ軸方向に凹、ｙ軸方向に凹の形状としてあり、中心近傍で、ｘ方向曲率半径をｒ_x ＝８９．９ｍｍ−０００６２×ｙｍｍ、ｙ方向曲率半径ｒ_y ＝８２２８４ｍｍと設定した。曲率半径ｒ_x をｙ方向に変化させているので、ミラーはミラー中心近傍において発光点から遠ざかる方向に曲率半径が若干小さくなっている。第２ミラーは特にｙ軸方向に凸の形状をしてあり、ｘ方向の曲率半径１３３２ｍｍ、ｙ方向の曲率半径３４８００ｍｍと設定した。本実施例のミラー形状を図６に示す。図６は実施例のミラーの形状を示す立体図であり、（ａ）は第１ミラー、（ｂ）は第２ミラーである。
【００３３】
本実施例では第１ミラーのｘ軸方向の曲率半径ｒ_x が８９．９ｍｍ−０．００６２×ｙｍｍ、ｙ軸方向の曲率半径ｒ_y が８２２８４ｍｍと｜ｒ_x ｜＜｜ｒ_y ｜の関係となっている。ｙ方向に進む光線をｘ方向に変化させる効果は、ミラーのｘ方向の曲率に依存し、ｙ方向に進む光線をｚ方向に変化させる効果は、ミラーのｙ方向の曲率に依存する。ミラーの同一のｘ方向の曲率半径とｙ方向の曲率半径とがｙ方向に進む光線をそれぞれｘ方向に変化させる効果とｚ方向に変化させる効果とでは、ｚ方向に変化させる力の方が大きいので、第１のミラーのｘ軸方向の曲率半径ｒ_x とｙ軸方向の曲率半径ｒ_y との関係を、｜ｒ_x ｜＜｜ｒ_y ｜とすることにより、ｘ方向、ｚ方向の変化を近似させることができる。
【００３４】
垂直方向に出射したＳＲ光は、図３に示されるように、第１ミラー３２により反射され、第１のミラーの中心からｌ＝１００７ｍｍの位置において集光される。第１ミラー３２から第２ミラー３３までの距離がｌ₂ ＝３２００ｍｍであるから、集光点３６から第２ミラー３３までの距離が２１９３ｍｍとなり、相似の関係で、第２ミラー３３近辺での光線に垂直な方向の幅は、第１ミラー３２近辺での幅に比ベて２１９３／１００７となりほぼ２．１８倍の幅となっている。これは、第１ミラーに到達した光がそのまま第１ミラーに反射されることなく進んだ場合、６０００／２８００＝２．１４倍となることから、第２ミラー位置でＳＲ光の幅が第１ミラーがない場合に比べて、特別に大きくなっていないことを意味する。
【００３５】
さらに、図４に示されるように、水平方向に出射したＳＲ光４１とマスク中央に入射する光に垂直な仮想平面との交線が直線になる仮想平面４６の位置が、第２ミラーが無い時、第１ミラー４２の中心から３５６０ｍｍの位置となるため、第２ミラーの位置はその位置より光源側となっており、かつその位置に極めて近いため、第２ミラーのサイズは結果的に小さくすることができる。
【００３６】
第２ミラーの中心位置における、第１ミラーからの反射光の分布を図７に示す。図７は実施例の第２ミラーの中心位置における第１ミラーからの反射光の分布を示す平面図であり、ｘ方向には、−１３．５ｍｒａｄ〜１３．５ｍｒａｄの角度に１．３５ｍｒａｄの間隔で、ｙ方向には−０．２８ｍｒａｄ〜０．２８ｍｒａｄの角度に０．１４ｍｒａｄの間隔で合計１０５本の光線を光源から出射させた時の第２ミラーの中心位置における光線の分布を表す。
【００３７】
第１ミラーとＳＲ軌道面上に出射したＳＲ光との交線は図４の第１ミラーの交線４２ａで示すようにほぼ放物線であるため第１ミラー４２の有効領域の長さが５４０ｍｍ必要であるにも関わらず、第２ミラーの有効領域の長さは２８０ｍｍ程度となっている。ミラー加工時の面だれ等の形状劣化や、あるいは、押さえ力による変形による形状劣化を除くため、ミラーの厚さは少なくともミラーの長さに比例させた程度の厚さが必要となってくる。幅方向は、第１ミラー、第２ミラーともほぼ同じであるため、第２ミラーは、第１ミラーの約１／３．７の重さとなっている。本発明における構成を実施しない場合、第２ミラーの長さは少なくとも第１ミラー程度の大きさとなることが予想され、結果として、第２ミラーの重さを１／４程度とすることができたことになる。ミラーサイズを小さくできたため第２ミラーの加工精度を上げることができるだけではなく、必要に応じ第１ミラーの加工誤差、Ｘ線窓の加工誤差等による強度むらの緩和のため微小振動させることも容易となっている。
【００３８】
図８は実施例におけるＳＲ光がマスク上に形成する照射領域と露光領域を示す模式的斜視図であり、図中符号８０は光源、８１はＳＲ光、８２は第１ミラー、８３は第２ミラー、８５はマスク上の照射領域、８６はマスク上の露光領域であり露光領域は斜線で示されている。
【００３９】
本実施例において、露光領域８６は４ＧｂｉｔＤＲＡＭ世代で必要となってくる５０ｍｍ□としてある。第２ミラーから反射されたＳＲ光はマスク上で約６０ｍｍ□の照射領域８５を照射する。
【００４０】
図５に示されるように、水平方向に出射されたＳＲ光５１が第１ミラー５２のみにより反射されたとき、第１ミラー５２の後方３５６０ｍｍの位置で主光線に垂直な面との交線が直線になるが、この面より光源４０側寄りにｘ方向の曲率半径１３３２ｍｍ、ｙ方向の曲率半径３４８００ｍｍの第２ミラー５３があることにより、第２ミラー５３に反射されて、水平方向に出射されたＳＲ光５１はマスク面５９の位置でマスク面５９上にほぼ直線の交線５９ａを結ぶ。
【００４１】
図９は実施例におけるマスク位置における光線の分布を示す平面図であり、ｘ方向には−１３．５ｍｒａｄ〜１３．５ｍｒａｄの角度に１．３５ｍｒａｄの間隔で、ｙ方向には−０．２８ｍｒａｄ〜０．２８ｍｒａｄの角度に０．０２８ｍｒａｄの間隔で合計４４１本の光線を光源から出射させた時のマスク位置における光線の分布を表す。黒い四角は、ｙ方向の出射角が０の時の光線の到達する位置を表し、本実施例でもほぼ直線になっていることがわかる。
【００４２】
このように光源５０から水平方向に出射したＳＲ光５１が第１ミラー５２、第２ミラー５３で連続的に反射された後、マスク面５９上であるいはウェーハ上で、直線とはならない場合は、マスク上あるいはウェーハ上で強度分布が２次元的となり、露光量の制御は困難となる。上述のようにスキャン露光方式においては、若干の強度分布が存在する場合でも、スキヤンすることにより平均化されその影響は比較的小さいが、一括露光方式では、その強度分布が２次元的である場合には、露光量の制御が全く困難となる。
【００４３】
図１０は実施例においてレジストに吸収されるパワーを示す模式的立体図であり、約６０ｍｍ□の領域でレジストに吸収されるパワーをほぼ一定とすることができる。
【００４４】
ところで、発光点と第１ミラーの中心との距離をｌ₁ とし、第１ミラーの中心と第２ミラーの中心との距離をｌ₂ とし、第２ミラーの中心とマスクとの距離をｌ₃ とし、第１ミラー、第２ミラーへの斜入射角をθとし、第１ミラーの中心近傍におけるｘ方向、ｙ方向の曲率半径をそれぞれｒ_1x、ｒ_1yとすると、第１ミラーの中心近傍における焦点距離ｆ_1x、ｆ_1yはそれぞれ
ｆ_1x＝ｒ_1x／（２ｓｉｎθ）)
ｆ_1y＝ｒ_1y×ｓｉｎθ／２
と表される。
【００４５】
発光点から、ＳＲ軌道面に垂直な方向に出射した光は小さい広がりで発散していく。その光の広がりを表す角度をδとすると、第１ミラーがないとき、第２ミラーの中心位置でＳＲ軌道面に垂直な方向に、
２×（ｌ₁ ＋ｌ₂ ）×ｔａｎ（δ／２）
だけ広がる。一方、第１ミラーがあるときには、第２ミラーの中心位置でＳＲ軌道面に垂直な方向に、
２×ｌ₁ ×ｔａｎ（δ／２）×（ｌ₂ −ｂ）／ｂ
だけ広がる。ここで、
ｂ＝１／（１／ｆ_1y−１／ｌ₁ ）
である。
【００４６】
第１ミラーを設置することにより、ＳＲ軌道面に垂直な方向に出射した光が第２ミラー位置で、第１ミラーがないときに比較して１０倍以上広がることは、ミラーを大きくし過ぎることになるため好ましくない。したがって、

となっている必要がある。このことから、
ｂ＞ｌ₁ ×ｌ₂ ／（１１×ｌ₁ ＋１０×ｌ₂ ）
となっている必要がある。よって、
ｆ_1y＞ｌ₁ ×ｌ₂ ／１１／（ｌ₁ ＋ｌ₂ ）
となる。
【００４７】
すなわち、第１ミラーのｙ方向の曲率半径は、
ｒ_1y＞２／１１×ｌ₁ ×ｌ₂ ／（ｌ₁ ＋ｌ₂ ）／ｓｉｎθ （１）
の条件を満たすことが本実施例においては好ましい。
【００４８】
また、第２ミラーのサイズを小さくするためには、第２ミラーへの入射前にほぼ一点に集光することが好ましく、
ｂ＜ｌ₂
となり、よって、
１／（１／ｆ_1y−１／ｌ₁ ）＜ｌ₂
すなわち、
ｆ_1y＜ｌ₁ ×ｌ₂ ／（ｌ₁ ＋ｌ₂ ）
となる。
【００４９】
これをｒ_1yで表せば、先の式（１）で規定した下限値に加えて、以下の上限値も満たすことが、本実施の形態においてはより好ましい。
【００５０】
ｒ_1y＜２×ｌ₁ ×ｌ₂ ／（ｌ₁ ＋ｌ₂ ）／ｓｉｎθ （２）
また、ＳＲ軌道面内に広がったＳＲ光を集光するため、ミラーはｘ方向に凹の曲率を有している。しかしながら、その曲率により、集光されたＳＲ光が第２ミラー上でほぼ一点に集まるようなことがある場合、第２ミラーは加熱され変形を起こすことになる。ミラーの変形は、マスク上へ照射されるＳＲ光の強度の不均一性を増大させ好ましくない。
【００５１】
このことを避けるためには、第２ミラーの十分手前で集光させるか、あるいは十分遠方で集光させる必要がある。これは 第２ミラー上での光のｘ方向の広がりを、第１ミラー上での光のｘ方向の広がりの２倍以下とすることにより達成される。
【００５２】
したがって、ＳＲ軌道面内に広がった光のほぼ集光される位置が、第１ミラーと第２ミラーの間の第１ミラーからみて２／３の位置より第１ミラー側にあるか、あるいは、第２ミラーより第１ミラーと第２ミラーの距離の半分以上遠方にあれば良いことになる。
【００５３】
すなわち、
ｃ＝１／（１／ｆ_1x−１／ｌ₁ ）
とするときに、
ｃ＜２／３×ｌ₂ または、ｃ＞３／２×ｌ₂
となっている必要がある。すなわち、
ｆ_1x＜１／（１／ｌ₁ ＋３／２／ｌ₂ ） または、
ｆ_1x＞１／（１／ｌ₁ ＋２／３／ｌ₂ ）
となる。
【００５４】
したがって、本実施の形態では、
ｒ_1x＜２ｓｉｎθ／（１／ｌ₁ ＋３／２／ｌ₂ ） または、
ｒ_1x＞２ｓｉｎθ／（１／ｌ₁ ＋２／３／ｌ₂ ） （３）
の条件を満たすことがより好ましい。
【００５５】
本実施の形態では、ｌ₁ ＝２８００ｍｍ、ｌ₂ ＝３２００ｍｍ、ｌ₃ ＝５０００ｍｍ、θ＝１８ｍｒａｄと設定されているので、
上記の式（１）から、ｒ_1y ＞ １５０８５ｍｍ
上記の式（２）から、１５０８５ｍｍ＜ｒ_1y＜１６５９３５ｍｍ
上記の式（３）から、ｒ_1x ＜ ４３．６ｍｍ またはｒ_1x＞６３．７ｍｍ
となり、本実施の形態の装置ではこれらを満たす具体的な数値として
ｒ_1x＝８９．９ｍｍ−０．００６２×ｙ ｍｍ
ｒ_1y＝８２２８４ｍｍ
と設定することによって、非常に優れたＸ線照明光学系を実現した。
【００５６】
本発明の実施の形態においても必要に応じ、ミラーを微小振動や回転をさせることが可能である。図１１は実施例において第２ミラーを微小回転振動させる状態を示す模式的斜視図であり、図中符号１１０は光源、１１１は垂直方向に出射されたＳＲ光、１１２は第１ミラー、１１３は第２ミラー、１１４は回転ｘ軸、１１５は照射領域、１１６は露光領域である。図１２は微小振動の概念の説明および実施の形態を示す模式図であり、（ａ）はミラー微小スキャン前のマスク面における照射強度、（ｂ）はミラー微小スキャンによるマスク面における照射強度むらの移動、（ｃ）はミラー微小スキャン後のマスク面における照射強度である。
【００５７】
ミラーあるいはＸ線窓の形状誤差、ミラー表面上にある傷、ミラー、Ｘ線窓の表面に付着したほこり、異物、さらには表面粗さのミラー面上での分布の違い等が存在しないときは、レジストに吸収されるパワーは照射領域内、とりわけ露光領域内では一定である。ところが、Ｘ線あるいは真空紫外線に対しては、微小なミラーの形状誤差、あるいは、Ｘ線窓の厚みむら等がＸ線あるいは真空紫外線の照射強度むらを発生させる。そのため、図１２（ａ）に示すように照射領域内で照射強度むらが発生する。図１１に示すように回転ｘ軸１１４の周りで第２ミラー１１３を回転振動させ、かつ、照射領域１１５の端が露光領域１１６内に入ってこない範囲で微小に振動するとき、図１２（ｂ）に示されるように照射強度むらが露光領域内で移動することになる。結果として、図１２（ｃ）に示されるように露光領域内で照射強度の平均がほぼ均一となることになる。露光領域の外側では、平均化された照射強度は連続的に小さくなる。
【００５８】
本実施例では一括露光方式の露光装置で説明したが、本発明は当然スキャン露光方式にも適用できる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、露光領域に照射される放射光の強度の増大およびパターンの正確な転写を可能にした露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の露光装置の光学系の構成と配置を示す模式的配置図である。
（ａ）は側面図である。
（ｂ）は上面図である。
【図２】本発明の実施の形態における主光線、ミラーの中心、座標系の概念を示す模式的斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態の垂直方向に出射したＳＲ光の光路を示す模式的斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態の水平方向に出射したＳＲ光の光路を示す模式的斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態の水平方向に出射したＳＲ光の光路をマスク面での分布を含めて示す模式的斜視図である。
【図６】実施例のミラーの形状を示す立体図である。
（ａ）は第１ミラーである。
（ｂ）は第２ミラーである。
【図７】実施例の第２ミラーの中心位置における第１ミラーからの反射光の分布を示す平面図である。
【図８】実施例におけるＳＲ光がマスク上に形成する照射領域と露光領域を示す模式的斜視図である。
【図９】実施例におけるマスク位置における光線の分布を示す平面図である。
【図１０】実施例においてレジストに吸収されるパワーを示す模式的立体図である。
【図１１】実施例において第２ミラーを微小回転振動させる状態を示す模式的斜視図である。
【図１２】微小振動の概念の説明および実施の形態を示す模式図である。
（ａ）はミラー微小スキャン前のマスク面における照射強度である。
（ｂ）はミラー微小スキャンによるマスク面における照射強度むらの移動である。
（ｃ）はミラー微小スキャン後のマスク面における照射強度である。
【図１３】従来例（３）の露光装置の模式的斜視図である。
【符号の説明】
１０、２０ａ、１３０ 発光点
１１、１５ ＳＲ光
１２、２２、３２、４２、５２、８２、１１２ 第１ミラー
１３、２３、５３、８３、１１３ 第２ミラー
２０ ＳＲリング
２２ａ 第１ミラーの中心
２３ａ 第２ミラーの中心
２５、２６、２７ 主光線
２９、１３９ マスク
２９ａ マスクの中心
３０、４０、５０、８０、１１０ 光源
３１、１１１ 垂直方向に出射されたＳＲ光
３４、３５、４４、４５、４６、４７、５４、５５ 仮想平面
３４ａ、３５ａ 垂直方向に出射されたＳＲ光と仮想平面との交線
３６ 集光される位置
４１、５１ 水平方向に出射されたＳＲ光
４２ａ 水平方向に出射されたＳＲ光と第１ミラーとの交線
４４ａ、４５ａ、４６ａ、４７ａ、５４ａ、５５ａ 水平方向に出射されたＳＲ光と仮想平面との交線
５２ａ 水平方向に出射されたＳＲ光と第１ミラーとの交線
５７ 第１ミラーから出射したＳＲ光
５８ 第２ミラーから出射したＳＲ光
５９ マスク面
５９ａ マスク面と第２ミラーから出射したＳＲ光との交点
８１ ＳＲ光
８５ マスク上の照射領域
８６ マスク上の露光領域
１１４ 回転ｘ軸
１１５ 照射領域
１１６ 露光領域
１３２ ミラー

Claims (8)

1. シンクロトロン放射光源から放射された放射光を、ミラーを介してマスクに導き、該マスクを介して前記放射光でウェーハを露光する露光装置において、
   前記ミラーとして、前記光源の電子軌道面に平行な面内において前記放射光を集光するように反射する第１のミラーと、前記第１のミラーで反射した前記放射光を反射して前記マスクに前記放射光を導く第２のミラーとを有し、
   前記マスクのパターンが転写される前記ウェーハ上の領域を露光領域とし、前記放射光の発光点から出射して前記露光領域の中心に到達する前記放射光を主光線とし、前記主光線が反射する前記第１のミラー上の点を前記第１のミラーの中心とし、前記主光線が反射する前記第２のミラー上の点を前記第２のミラーの中心とし、各ミラーにおいて該ミラーの中心から引いた該ミラーの法線をｚ軸とし、該ミラーの反射面から該ミラーの外部に向かう方向をｚ軸の正の方向とし、各ミラーに入射する主光線と各ミラーのｚ軸との作る平面に垂直な軸を各ミラーのｘ軸とし、各ミラーのｘ軸およびｚ軸の双方に垂直な軸を各ミラーのｙ軸とし、各ミラーから出射した主光線の進行方向のベクトルとの内積が正となる各ミラーのｙ軸の方向を正の方向とし、ｙ軸の正の方向の単位ベクトルとｚ軸の正の方向の単位ベクトルとの外積がｘ軸の正の方向の単位ベクトルとなるような各ミラーのｘ軸の方向を正の方向としたとき、
   前記第１のミラーの反射面の形状がｘ軸方向に凹、ｙ軸方向に凹であるとともに、前記第２のミラーの反射面の形状がｙ軸方向に凸であり、
   前記第２のミラーは、前記第１のミラーによるｙｚ面内における前記放射光の集光点の位置より前記光源から遠くに配置し、かつ前記光源から水平面内に出射して前記第１のミラーで反射した前記放射光と、該放射光の主光線に垂直な平面との交線が直線になる該平面の位置より前記光源から近くに配置し、
   前記光源から水平面内に出射した前記放射光が前記第１のミラーおよび前記第２のミラーを経由して前記マスクおよび前記ウェーハの少なくともいずれか一方の上で直線となるような、前記第１のミラーおよび前記第２のミラーの反射面の形状、ならびに前記第１のミラー、前記第２のミラー、前記マスクおよび前記ウェーハの配置としたことを特徴とする露光装置。
2. 前記第１のミラーのｘ軸方向の曲率半径ｒ_x とｙ軸方向の曲率半径ｒ_y とが、｜ｒ_x ｜＜｜ｒ_y ｜なる関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記発光点と前記第１ミラーの中心との距離をｌ₁ とし、前記第１ミラーの中心と前記第２ミラーの中心との距離をｌ₂ とし、前記第２ミラーの中心と前記マスクとの距離をｌ₃ とし、前記第１ミラー、前記第２ミラーへの斜入射角をθとし、第１ミラーの中心近傍におけるｘ方向、ｙ方向の曲率半径をそれぞれｒ_1X、ｒ_1yとするとき、前記ｙ方向の曲率半径ｒ_1yを、
   ｒ_1y＞２／１１×ｌ₁ ×ｌ₂ ／（ｌ₁ ＋ｌ₂ ）／ｓｉｎθ
   となるように設定したことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. さらに前記ｙ方向の曲率半径ｒ_1y を、
   ２／１１×ｌ₁ ×ｌ₂ ／（ｌ₁ ＋ｌ₂ ）／ｓｉｎθ＜ｒ_1y
   ＜２×ｌ₁ ×ｌ₂ ／（ｌ₁ ＋ｌ₂ ）／ｓｉｎθ
   となるように設定したことを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
5. さらに前記ｘ方向の曲率半径ｒ_1xを、
   ｒ_1x＜２ｓｉｎθ／（１／ｌ₁ ＋３／２／ｌ₂ ）
   となるように設定したことを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
6. さらに前記ｘ方向の曲率半径ｒ_1xを、
   ｒ_1x＞２ｓｉｎθ／（１／ｌ₁ ＋２／３／ｌ₂ ）
   となるように設定したことを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
7. 前記第２のミラーと前記マスクとの距離が１０００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
8. 前記露光領域を一括露光することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の露光装置。

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