JP4518078B2 - 照明装置、露光装置及びマイクロデバイスの製造方法 - Google Patents
照明装置、露光装置及びマイクロデバイスの製造方法 Download PDFInfo
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Description
この発明は、半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィ工程で製造するための照明装置、該照明装置を備えた露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法に関するものである。
近年、露光光として波長約５〜４０ｎｍの領域の極端紫外（ＥＵＶ）光を用いてマスクのパターンを感光性基板上に投影露光する投影露光装置の実用化が進められている。ＥＵＶＬ（極端紫外リソグラフィ）用露光装置には、短波長の光に対して高い透過率を有する硝材が限定されていることから、反射型光学系が用いられる（例えば、特開平１１−３１２６３８号公報参照）。
特開平１１−３１２６３８号公報に記載されている投影露光装置によれば、図６に示すように、非ＥＵＶ光レーザ光源２０１から射出され集光ミラー２０２により集光されたレーザ光をノズル２０３により供給されるターゲット物質に点２０４において当てることにより、そのターゲット物質が強烈なエネルギを受けプラズマ化し、ＥＵＶ光が発生する。発生したＥＵＶ光は、集光鏡２０５により集光され、引き回し光学系２０６により反射されて、凹面鏡が多数並列に配列された入射側フライアイミラー２０７に入射する。入射側フライアイミラー２０７により反射された光束は、開口絞り２０８を介して凹面鏡が多数並列に配列された射出側フライアイミラー２０９により反射され、再び開口絞り２０８を介して、光学系２１０に入射する。光学系２１０により反射された光束は、光学系２１１により集光され、マスク２１２を照射する。照射されたマスク２１２のパターン像は、投影光学系２１３を介して、ウエハ（感光性基板）２１４に投影露光される。
特開平１１−３１２６３８号公報に記載されている投影露光装置を構成する照明装置においては、入射側フライアイミラー２０７に入射した照明光を波面分割し、マスク上で重ね合わせることにより照明光の照度の均一化を図っているが、高い照度均一性を確保するためには、入射側フライアイミラー２０７に入射する照明光の照度分布に高周波による照度分布変化を極力含まないようにする必要がある。即ち、図３Ａに示す高周波による照度分布変化を多く含む光強度分布を有する光束より図３Ｂに示す高周波による照度分布変化を含まない光強度分布を有する光束を入射側フライアイミラー２０７に入射させることが望ましい。
従って、照明光の高い照度均一性を確保することができる照明装置を実現するためには、照明光の光量の損失を抑えつつ、入射側フライアイミラー２０７に入射する光束の光強度分布から高周波成分による光強度分布を除去する必要がある。
この発明の課題は、照明光の光量の損失を抑えつつ照明光の照度均一性を向上させることができる照明装置、該照明装置を備えた露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供することである。
この発明の照明装置は、光源から射出される照明光で被照射面を照明する照明装置において、前記光源と前記被照射面との間に配置され、前記光源からの光束を波面分割して被照射面上で重ね合わせるための複数の反射型部分光学系で構成される反射型フライアイ光学系と、前記光源と前記反射型フライアイ光学系との間に配置され、前記照明光を前記反射型フライアイ光学系に導く反射型光学系と、を備え、 前記反射型光学系は、該光学系の反射面の少なくとも一部が拡散面により構成され、前記拡散面の拡散角は、拡散面の１点から前記拡散面によって拡散された光束が前記反射型フライアイ光学系の入射面に到達する範囲の半値幅が、前記フライアイ光学系の入射径Ｄに対し、Ｄ／２〜Ｄ／１００となる角度であることを特徴とする。
この発明の照明装置によれば、反射型フライアイ光学系より上流に配置される反射型光学系の反射面の少なくとも一部が拡散面により構成されているため、反射型フライアイ光学系に入射する照明光の光強度分布から高周波成分による光強度分布を除去することができ、照明光の照度分布の均一性を向上させることができる。従って、この照明装置を露光装置に用いた場合、照明光によりマスク面（ひいては感光性基板面）上を均一に照明することができるため、感光性基板上における解像力やコントラスト等の低下を防止することができ、マスクに形成された微細なパターンを感光性基板上に良好に露光することができる。なお、反射型フライアイ光学系の上流に配置される反射型光学系は一枚のミラーでも構わないし、複数のミラーから構成されても良い。また、複数のミラーを用いる場合に、拡散面は一つのミラーのみに形成してもよいし、複数のミラーに形成しても良い。
また、拡散面によって拡散された光束がフライアイ面上でＤ／２よりも広がりすぎると光量ロスになり好ましくない。また、拡散された光束がＤ／１００よりも小さいと拡散による効果が少ないので好ましくない。従って、拡散面によって拡散される光束の角度は、フライアイ面における光束の広がりがＤ／２〜Ｄ／１００の範囲に入るような角度とすることが好ましい。
また、この発明の照明装置は、拡散された前記照明光が前記反射型フライアイ光学系の入射面に入射することができる範囲よりも高い周波数領域である高周波領域に対応する拡散面の表面粗さを表すＲＭＳ値が照明光の波長の１／１４より小さいことを特徴とする。
拡散面のＰＳＤ値が高周波領域に対応する領域において理想的な面形状からの乖離が大きいと光量ロス等が生じて問題になる可能性がある。この発明では、高周波領域に対応する拡散面の表面粗さを表すＲＭＳ値が照明光の波長の１／１４よりも小さいため、光量ロス等の問題を低減することが可能となる。
また、この発明の照明装置は、拡散された前記照明光が前記反射型フライアイ光学系の入射面に入射することができる範囲よりも高い周波数領域である高周波領域に対応する拡散面の表面粗さを表すＲＭＳ値が照明光の波長の１／１４より小さいことを特徴とする。
拡散面のＰＳＤ値が高周波領域に対応する領域において理想的な面形状からの乖離が大きいと光量ロス等が生じて問題になる可能性がある。この発明では、高周波領域に対応する拡散面の表面粗さを表すＲＭＳ値が照明光の波長の１／１４よりも小さいため、光量ロス等の問題を低減することが可能となる。
また、この発明の照明装置は、拡散面形状のＰＳＤ（Power Spectral Density）値とフラクタル曲線のＰＳＤ値との差が前記高周波領域においてそれよりも低い他の周波数領域よりも小さいことを特徴とする
理想的に研磨された面形状のＰＳＤ値がＰＳＤ＝Ｋ／ｆｎ（ｆは周波数、Ｋ，ｎは定数）の関数で表現されるフラクタル曲線のＰＳＤ値に非常に近接することは、経験的に知られている。言い換えれば、測定された面形状のＰＳＤ曲線がフラクタル曲線のＰＳＤ曲線に近づけば、その測定面形状は理想的な面形状に近づいたと言える。この発明の拡散面のＰＳＤ値の高周波領域はフラクタル曲線のＰＳＤ値に近接する。即ち、この発明の拡散面のＰＳＤは、高周波領域については理想的に研磨された面のＰＳＤに近づき、非常に小さく抑えられている。図２は、理想的に研磨された面（以下、理想面という。）のＰＳＤ（破線）及びこの発明の拡散面のＰＳＤ（実線）を示すグラフである。図２に示すように、高周波数領域よりも低い周波数領域の拡散面を粗くすることをこの発明では提案している。図２の例では低周波領域においても理想的に研磨された面のＰＳＤに近接しているが、この領域を近接させなくてもよい。この差は例えば、高周波領域の平均的な差と他の周波数の平均的な差を比べても良いし、ＲＭＳ値や最大値を比較しても良い。
理想的に研磨された面形状のＰＳＤ値がＰＳＤ＝Ｋ／ｆｎ（ｆは周波数、Ｋ，ｎは定数）の関数で表現されるフラクタル曲線のＰＳＤ値に非常に近接することは、経験的に知られている。言い換えれば、測定された面形状のＰＳＤ曲線がフラクタル曲線のＰＳＤ曲線に近づけば、その測定面形状は理想的な面形状に近づいたと言える。この発明の拡散面のＰＳＤ値の高周波領域はフラクタル曲線のＰＳＤ値に近接する。即ち、この発明の拡散面のＰＳＤは、高周波領域については理想的に研磨された面のＰＳＤに近づき、非常に小さく抑えられている。図２は、理想的に研磨された面（以下、理想面という。）のＰＳＤ（破線）及びこの発明の拡散面のＰＳＤ（実線）を示すグラフである。図２に示すように、高周波数領域よりも低い周波数領域の拡散面を粗くすることをこの発明では提案している。図２の例では低周波領域においても理想的に研磨された面のＰＳＤに近接しているが、この領域を近接させなくてもよい。この差は例えば、高周波領域の平均的な差と他の周波数の平均的な差を比べても良いし、ＲＭＳ値や最大値を比較しても良い。
また、この発明の照明装置は、前記反射型フライアイ光学系の入射面の径をＤ、前記反射光学系から前記反射型フライアイ光学系の入射面までの距離をＬ、前記照明光の波長をλとすると、前記高周波領域と拡散された前記照明光が前記反射型フライアイ光学系の入射面に入射することができる範囲の周波数領域である中間周波数領域との境界値は、Ｄ／２λＬよりも低いことを特徴とする。
光の拡散角は、拡散面の面粗さのピッチの周波数が高くなるに従い大きくなる。従って、拡散面の面粗さのピッチが小さい場合、照明光の拡散角は非常に大きくなるため、照明光が反射型フライアイ光学系に入射することができない方向に拡散し、照明光の光量が減少する。
光の拡散角は、拡散面の面粗さのピッチの周波数が高くなるに従い大きくなる。従って、拡散面の面粗さのピッチが小さい場合、照明光の拡散角は非常に大きくなるため、照明光が反射型フライアイ光学系に入射することができない方向に拡散し、照明光の光量が減少する。
ここで、高周波領域とそれよりも周波数の低い中間周波数領域との境界値をＤ／２λＬよりも低くする理由は、以下の考察により求められる。反射型フライアイ光学系に入射することができる範囲外に拡散する値をＤ／２（ｍ）と仮定する。拡散面のうねりのピッチ（周期）をＰ（ｍ）とし、照明光の波長をλ（ｍ）とすると、拡散角はλ／Ｐ（ｒａｄ）となる。拡散角λ／Ｐ（ｒａｄ）でＬ（ｍ）だけ進むと、拡散による広がりは、Ｌλ／Ｐ（ｍ）となる。従って、Ｌλ／Ｐ（ｍ）＝Ｄ／２の場合、Ｐ＝２λＬ／Ｄとなり、対応する周波数はＤ／２λＬとなる。
ここで、２λＬ／ＤよりピッチＰが小さくなると、拡散角が大きくなりすぎて光量ロスとなる。本発明では、拡散角が大きくなりすぎ光量ロスとなりうる高周波領域に対応する面形状が理想的な面形状に近いため、光量ロスを低減しつつ照明強度の高周波成分を除去することが出来る。
また、この発明の照明装置は、前記反射型フライアイ光学系の入射面の径をＤ、前記反射光学系から前記反射型フライアイ光学系の入射面までの距離をＬ、前記照明光の波長をλとすると、前記高周波領域と拡散された前記照明光が前記反射型フライアイ光学系の入射面に入射することができる範囲の周波数領域である中間周波数領域との境界値は、Ｄ／１００λＬよりも高いことを特徴とする。
ここで、高周波領域とそれよりも周波数の低い中間周波数領域との境界値をＤ／１００λＬよりも高くする理由は、以下の通りである。反射型フライアイ光学系に入射することができる範囲外に拡散する値をＤ／１００（ｍ）と仮定すると、上述と同様にして、Ｐ＝１００λＬ／Ｄとなり、対応する周波数はＤ／１００λＬとなる。
ここで、１００λＬ／ＤよりピッチＰが大きくなると、拡散による効果が小さくなりすぎて、光照明強度分布の高周波成分を除去するという本来の機能が小さくなる。従って、本発明では、照明強度分布の高周波成分を除去する機能を有するように、境界値をＤ／１００λＬよりも高くすることにより、光束を拡散させる機能を高めて、光照明強度分布の高周波成分をより効果的に除去させるようにした。
また、この発明の照明装置は、前記反射型フライアイ光学系の入射面の径をＤ、前記反射光学系から前記反射型フライアイ光学系の入射面までの距離をＬ、前記照明光の波長をλとすると、前記高周波領域と拡散された前記照明光が前記反射型フライアイ光学系の入射面に入射することができる範囲の周波数領域である中間周波数領域との境界値は、Ｄ／１００λＬよりも高いことを特徴とする。
ここで、高周波領域とそれよりも周波数の低い中間周波数領域との境界値をＤ／１００λＬよりも高くする理由は、以下の通りである。反射型フライアイ光学系に入射することができる範囲外に拡散する値をＤ／１００（ｍ）と仮定すると、上述と同様にして、Ｐ＝１００λＬ／Ｄとなり、対応する周波数はＤ／１００λＬとなる。
ここで、１００λＬ／ＤよりピッチＰが大きくなると、拡散による効果が小さくなりすぎて、光照明強度分布の高周波成分を除去するという本来の機能が小さくなる。従って、本発明では、照明強度分布の高周波成分を除去する機能を有するように、境界値をＤ／１００λＬよりも高くすることにより、光束を拡散させる機能を高めて、光照明強度分布の高周波成分をより効果的に除去させるようにした。
上記照明装置によれば、拡散面のＰＳＤ（Power Spectral Density）が高周波領域においてフラクタル曲線にて表現される形状に対して差が小さいため、反射型フライアイ光学系に入射させることができる範囲内において光束を拡散させることができる。従って、反射型フライアイ光学系に入射する照明光の光量の損失を抑えつつ反射型フライアイ光学系に入射する照明光の光強度分布から高周波成分による光強度分布を除去することができ、照明光の照度分布の均一性を向上させることができる。
また、この発明の照明装置は、拡散面の面粗さが１ｍｍピッチよりも細かいピッチの粗さが０．５〜３ｎｍＲＭＳであることを特徴とする。
この発明の照明装置によれば、拡散面の１ｍｍピッチよりも細かいピッチの粗さが０．５〜３ｎｍＲＭＳであるため、照明光の拡散面に対する高い反射率を維持することができ、照明光の光量の損失を防止することができる。従って、照明光の光量の損失を抑えつつ反射型フライアイ光学系に入射する照明光の光強度分布から高周波成分による光強度分布を除去することができ、照明光の照度分布の均一性を向上させることができる。また、光が拡散するためには、光の光束径内で面が少なくとも数回うねっている必要がある。通常の露光装置では、最も細い光の光束径は約２０〜３０ｍｍであるため、ピッチが１ｍｍ以下である場合、光の光束径内で十分な回数の面のうねりを形成することができる。
また、この発明の照明装置は、被照射面に照明される光束は波長が５〜４０ｎｍのＥＵＶ光であることを特徴とする。
照明光として５〜４０ｎｍのＥＵＶ光を用いた場合も良好に照明均一性を向上させることができる。
また、この発明の露光装置は、感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光装置において、前記マスクを照明するための、この発明の照明装置を備えることを特徴とする。
照明光として５〜４０ｎｍのＥＵＶ光を用いた場合も良好に照明均一性を向上させることができる。
また、この発明の露光装置は、感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光装置において、前記マスクを照明するための、この発明の照明装置を備えることを特徴とする。
この発明の露光装置によれば、照明光の光量の損失を抑えつつ照明光の照度の均一性を向上させることができる照明装置を備えているため、感光性基板上における解像力やコントラスト等の低下を防止することができ、マスクに形成された微細なパターンを感光性基板上に高いスループットで露光することができる。
また、この発明のマイクロデバイスの製造方法は、この発明の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とする。
この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、照明光の光量の損失を抑えつつ照明光の照度の均一性を向上させることができる露光装置を用いて露光するため、感光性基板上における解像力やコントラスト等の低下を防止することができ、微細な回路パターンを有するマイクロデバイスの製造を高いスループットで行うことができる。
この発明の照明装置によれば、反射型光学系の反射面の少なくとも一部が拡散面により構成されているため、照明光の光量の損失を抑えつつ反射型フライアイ光学系に入射する照明光の光強度分布から高周波成分による光強度分布を除去することができ、照明光の照度分布の均一性を向上させることができる。従って、この照明装置を露光装置に用いた場合、照明光によりマスク面（ひいては感光性基板面）上を均一に照明することができるため、感光性基板上における解像力やコントラスト等の低下を防止することができ、マスクに形成された微細なパターンを感光性基板上に高いスループットで露光することができる。
また、この発明の露光装置によれば、照明光の光量の損失を抑えつつ照明光の照度の均一性を向上させることができる照明装置を備えているため、感光性基板上における解像力やコントラスト等の低下を防止することができ、マスクに形成された微細なパターンを感光性基板上に高いスループットで露光することができる。
また、この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、照明光の光量の損失を抑えつつ照明光の照度の均一性を向上させることができる露光装置を用いて露光するため、感光性基板上における解像力やコントラスト等の低下を防止することができ、微細な回路パターンを有するマイクロデバイスの製造を高いスループットで行うことができる。
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる投影露光装置について説明する。図１は、この実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。
この投影露光装置は、高出力レーザ光源２、集光レンズ４、プラズマ光源５、ノズル６、集光ミラー８、コレクタミラー１０、反射型フライアイ光学系１２，１４、コンデンサミラー１８，２０等により構成される照明装置により射出される露光光（照明光）、即ち約５〜４０ｎｍの波長のＥＵＶ（extreme ultra violet、極端紫外）光を用いて、投影光学系ＰＬに対してマスクＭ及びウエハＷを相対的に移動させつつマスク（被照射面）Ｍのパターンの像を感光性材料（レジスト）が塗布された感光性基板としてのウエハＷ上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置である。
また、この投影露光装置においては、露光光であるＥＵＶ光の大気に対する透過率が低いため、ＥＵＶ光が通過する光路は図示しない真空チャンバにより覆われている。半導体レーザ励起によるＹＡＧレーザ光源またはエキシマレーザ光源等の高出力レーザ光源２から射出されたレーザ光は、集光レンズ４によりプラズマ光源５となる一点（集光点）に集光される。その集光点には、プラスマ光源のターゲットとしてのキセノンガス（Ｘｅ）やクリプトンガス（Ｋｒ）等がノズル６から噴出されている。そのターゲットが高出力レーザ光源２から射出されるレーザ光のエネルギでプラズマ状態に励起され、これが低ポテンシャル状態に遷移する際にＥＵＶ光、波長１００ｎｍ以上の紫外光、可視光及び他の波長の光を放出する。
プラズマ光源５から放出されたＥＵＶ光等は、集光ミラー８に入射する。集光ミラー８は、集光ミラー８の第１焦点位置またはその近傍とプラズマ光源５である集光点とが一致するように配置されている。集光ミラー８の内面には、ＥＵＶ光反射膜、例えばモリブデン（Ｍｏ）とケイ素（Ｓｉ）とが交互に形成される多層膜が形成されている。従って、集光ミラー８に入射したＥＵＶ光等のうち波長約１３ｎｍのＥＵＶ光のみが集光ミラー８により反射されて、集光ミラー８の第２焦点位置に集光する。なお、波長約１１ｎｍのＥＵＶ光により露光を行う場合には、波長約１１ｎｍのＥＵＶ光のみを反射するＥＵＶ光反射膜、例えばモリブデン（Ｍｏ）及びベリリウム（Ｂｅ）からなる多層膜を用いるとよい。
集光ミラー８により反射されたＥＵＶ光は、露光光（照明光）として集光ミラー８の第２焦点位置またはその近傍に集光され、コレクタミラー（反射型コレクタ光学系）１０により反射される。コレクタミラー１０は、ＥＵＶ光の反射率を向上させるために、ガラス、セラミックス、金属などからなる基板、及びその基板上に形成されるモリブデン（Ｍｏ）及びシリコン（Ｓｉ）からなる多層膜により構成されている。また、コレクタミラー１０の反射面は、化学腐食により荒摺面の散乱を小さくした、レモンの表皮状のような拡散面により構成されている。あるいは、コレクタミラー１０の基板の反射面をエッチング処理、インプリント加工あるいはエンボス加工することにより、レモンスキン状の凹凸を有する反射面を形成することもできる。即ち、規則正しい小さな焦点距離を持つ凸面鏡の集合により構成される反射面ではなく、焦点距離が異なる凸面鏡や凹面鏡の集合した周期性のないランダムな反射面を有している。
また、コレクタミラー１０の拡散面は、拡散面形状のＰＳＤ（Power Spectral Density）が高周波領域においてフラクタル曲線のＰＳＤに対して差が小さくなるように構成されている。なお、高周波領域とそれよりも低い他の周波数領域との境界値は、後述する入射側フライアイミラー（被照射面と光学的にほぼ共役な位置に配置される）１２の入射面の径をＤ、コレクタミラー１０から入射側フライアイミラー１２の入射面までの距離をＬ、ＥＵＶ光の波長をλとすると、上述したようにＤ／２λＬよりも低くすることが好ましく、また、Ｄ／１００λＬよりも高くすることが好ましい。
図２は、反射面が理想的に研磨された面（以下、理想面という。）の面粗さ（破線）及びコレクタミラー１０の拡散面の面粗さ（実線）を示すグラフである。破線で示す理想面の表面形状は、フラクタル状態、即ち反射面を拡大して観察した場合においてもマクロの構造相似の形状が観察される状態である。また、このフラクタル状態でのＰＳＤ（パワースペクトル密度）はＫ／ｆｎで表現することができる。ここで、ｆは周波数、Ｋ，ｎは定数を示している。このフラクタル状態でのＰＳＤを両対数表記のグラフに示すと図２のグラフの破線となる。図２のグラフの破線で示す曲線は、理想面の面粗さを示している。
実線で示すコレクタミラー１０の拡散面の面粗さは、照明光（露光光）を入射側フライアイミラー１２に入射させることができる範囲内で拡散させるように構成されている。即ち、図２に示す所定の周波数領域Ａ（以下、中間周波数領域という。）においては、拡散された照明光が入射側フライアイミラー１２に入射することができる範囲内に拡散する。即ち、コレクタミラー１０の拡散面の面粗さは、照明光が入射側フライアイミラー１２に入射することができる範囲内に拡散する程度に粗くなっている。また、中間周波数領域よりも高い周波数領域、即ち高周波領域においては、照明光（露光光）の拡散面に対する拡散角がその拡散面の面粗さのピッチに反比例するため大きくなり、拡散された照明光が入射側フライアイミラー１２に入射することができる範囲外に拡散するため、破線で示す曲線にて表現される形状に対して差が小さくなるように構成している。この差はこの高周波数領域に対応する拡散面の表面粗さ（ＲＭＳ値）が照明光の波長の１／１４よりも小さいと高周波領域における拡散の効果を小さくすることができるため、入射側フライアイミラー１２に入射する光量のロスを低く抑えることができる。
光量ロスが少なく、拡散の効果を高くするためには、拡散面の1点から拡散面によって拡散された光束が入射側フライアイミラー１２の入射面で広がって到達する範囲の半値幅が、入射側フライアイミラー１２の入射径Ｄに対し、Ｄ／２〜Ｄ／１００となることが好ましい。
光量ロスが少なく、拡散の効果を高くするためには、拡散面の1点から拡散面によって拡散された光束が入射側フライアイミラー１２の入射面で広がって到達する範囲の半値幅が、入射側フライアイミラー１２の入射径Ｄに対し、Ｄ／２〜Ｄ／１００となることが好ましい。
従って、例えばコレクタミラー１０に入射する前のＥＵＶ光の光強度分布が図３Ａに示す光強度分布であっても、コレクタミラー１０の反射面（拡散面）により反射された後のＥＵＶ光の光強度分布は図３Ｂに示す光強度分布となる。即ち、コレクタミラー１０に入射するＥＵＶ光を拡散させることにより、ＥＵＶ光の光強度分布から高周波成分による光強度分布を除去することができ、ＥＵＶ光の光量を維持しつつＥＵＶ光の照度分布の均一性を向上させることができる。
また、コレクタミラー１０の拡散面の面粗さは、１ｍｍピッチよりも細かいピッチの粗さが０．５〜３ｎｍＲＭＳ（Root-Mean-Square）である。ここで、ＲＭＳとは、２乗平均平方根のことであり、コレクタミラー１０の面粗さのバラツキを表す標準偏差のことである。従って、ＥＵＶ光のコレクタミラー１０の拡散面に対する反射率の減少を防止することができ、ＥＵＶ光の光量の減少を防止することができる。また、光が拡散するためには光の光束径内で面が少なくとも数回うねっている必要があるが、この実施の形態にかかる投影露光装置においては、最も細いＥＵＶ光の光束径が約２０〜３０ｍｍであり、かつピッチが１ｍｍ以下であるため、ＥＵＶ光の光束径内で十分な回数の面のうねりを形成することができる。
コレクタミラー１０により反射されることにより高い照度均一性を有するＥＵＶ光は、オプティカルインテグレータとしての反射型フライアイ光学系１２，１４へ導かれ、反射型フライアイ光学系１２，１４を構成する一方の入射側フライアイミラー１２に入射する。入射側フライアイミラー１２は、並列に配列された複数の凹面鏡である要素ミラー（反射型部分光学系）により構成され、マスクＭ面やウエハＷ面と光学的に共役な位置またはその近傍に配置されている。入射側フライアイミラー１２を構成する各要素ミラーの反射面は、ＥＵＶ光の反射率を向上させるために、ガラス、セラミックス、金属などからなる基板、及びその基板上に形成されているモリブデン（Ｍｏ）及びシリコン（Ｓｉ）からなる多層膜により構成されている。
入射側フライアイミラー１２に入射することにより波面分割されたＥＵＶ光は、入射側フライアイミラー１２により反射され、開口絞り１６を介して、反射型フライアイ光学系１２，１４を構成する他方の射出側フライアイミラー１４に入射する。射出側フライアイミラー１４は、入射側フライアイミラー１２を構成する複数の要素ミラーのそれぞれに対応して並列に配列された複数の凹面鏡である要素ミラー（反射型部分光学系）により構成され、後述する投影光学系ＰＬの瞳面と光学的に共役な位置に配置されている。また、射出側フライアイミラー１４を構成する各要素ミラーの反射面は、ＥＵＶ光の反射率を向上させるために、ガラス、セラミックス、金属などからなる基板、及びその基板上に形成されているモリブデン（Ｍｏ）及びシリコン（Ｓｉ）からなる多層膜により構成されている。
入射側フライアイミラー１２により波面分割されて反射された多数のＥＵＶ光のそれぞれは射出側フライアイミラー１４を構成する要素ミラーのそれぞれに入射し、射出側フライアイミラー１４の射出面もしくはその近傍には多数の光源像で構成させる二次光源が形成される。射出側フライアイミラー１４により反射された二次光源からのＥＵＶ光は、開口絞り１６を介してコンデンサミラー１８に入射する。なお、開口絞り１６は、照明光の開口数を決定するものである。また、コンデンサミラー１８の反射面は、ＥＵＶ光の反射率を向上させるために、ガラス、セラミックス、金属などからなる基板、及びその基板上に形成されているモリブデン（Ｍｏ）及びシリコン（Ｓｉ）からなる多層膜により構成されている。
コンデンサミラー１８に入射したＥＵＶ光は、コンデンサミラー１８により反射され、コンデンサミラー２０に入射して、コンデンサミラー２０により反射され、マスクＭ上で集光する。コンデンサミラー１８により反射されたＥＵＶ光は、所定の回路パターンが形成されている反射型マスクＭ上を重畳的に均一照明する。反射型マスクＭにより反射されたＥＵＶ光は、反射型投影光学系ＰＬの瞳において二次光源像を形成し、レジストが塗布された感光性基板としてのウエハＷ上にマスクＭに形成されたパターン像を投影露光する。
この実施の形態にかかる投影露光装置によれば、コレクタミラーの反射面が拡散面により構成されているため、入射型フライアイミラーに入射するＥＵＶ光の光強度分布から高周波成分による光強度分布を除去することができる。また、拡散面のＰＳＤが高周波領域においてフラクタル曲線にて表現される形状に対して差が小さいため、コレクタミラーにより拡散されるＥＵＶ光を入射側フライアイミラーに入射させることができる範囲内で拡散させることができる。また、コレクタミラーにより拡散されるＥＵＶ光が入射側フライアイミラーに入射させることができる範囲外に拡散しないため、入射側フライアイミラーに入射するＥＵＶ光の光量の損失を抑えつつ入射型フライアイミラーに入射するＥＵＶ光の光強度分布から高周波成分による光強度分布を除去することができ、ＥＵＶ光の照度分布の均一性を向上させることができる。従って、ＥＵＶ光によりマスク面（ひいてはウエハ面）上を均一に照明することができるため、ウエハ面上における解像力やコントラスト等の低下を防止することができ、マスクに形成された微細なパターンをウエハ面上に高いスループットで露光することができる。
なお、この実施の形態にかかる投影露光装置においては、ＥＵＶ光を露光光として用いているが、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光またはＦ２レーザ光を露光光として用いてもよい。
また、この実施の形態にかかる投影露光装置においては、コレクタミラーの反射面全体が拡散面により構成されているが、コレクタミラーの反射面の一部が拡散面により構成されるようにしてもよい。また、ミラーの枚数は一枚に限らず、複数枚用いても良い。なお、複数のミラーに拡散面を形成する場合には上述の面形状を荒らす周波数帯は各ミラー毎に決めることができる。
上述の実施の形態にかかる露光装置では、照明装置によってレチクル（マスク）を照明し、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板（ウエハ）に露光することにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて感光性基板としてウエハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図４のフローチャートを参照して説明する。
まず、図４のステップＳ３０１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ３０２において、その１ロットのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップＳ３０３において、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて、マスク上のパターン像が投影光学系を介して、その１ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップＳ３０４において、その１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が行なわれた後、ステップＳ３０５において、その１ロットのウエハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行なうことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。
その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述のマイクロデバイス製造方法によれば、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて露光を行うため、感光性基板上における解像力やコントラスト等の低下を防止することができ、微細な回路パターンを有するマイクロデバイスを高いスループットで得ることができる。なお、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０５では、ウエハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウエハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
また、上述の実施の形態にかかる露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図５のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図５において、パターン形成工程Ｓ４０１では、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程Ｓ４０２へ移行する。
次に、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２の後に、セル組み立て工程Ｓ４０３が実行される。セル組み立て工程Ｓ４０３では、パターン形成工程Ｓ４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルタ形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程Ｓ４０３では、例えば、パターン形成工程Ｓ４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルタ形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
その後、モジュール組み立て工程Ｓ４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて露光を行うため、感光性基板上における解像力やコントラスト等の低下を防止することができ、微細な回路パターンを有する半導体デバイスを高いスループットで得ることができる。
以上のように、この発明の照明装置、露光装置及びマイクロデバイスの製造方法は、高性能な半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスの製造に用いるのに適している。
Claims (9)
- 光源から射出される照明光で被照射面を照明する照明装置において、
前記光源と前記被照射面との間に配置され、前記光源からの光束を波面分割して被照射面上で重ね合わせるための複数の反射型部分光学系で構成される反射型フライアイ光学系と、
前記光源と前記反射型フライアイ光学系との間に配置され、前記照明光を前記反射型フライアイ光学系に導く反射型光学系と、
を備え、
前記反射型光学系は、該光学系の反射面の少なくとも一部が拡散面により構成され、
前記拡散面の拡散角は、前記拡散面の１点から前記拡散面によって拡散された光束が前記反射型フライアイ光学系の入射面に到達する範囲の半値幅が、前記フライアイ光学系の入射径Ｄに対し、Ｄ／２〜Ｄ／１００となる角度であることを特徴とする照明装置。 - 拡散された前記照明光が前記反射型フライアイ光学系の入射面に入射することができる範囲よりも高い周波数領域である高周波領域に対応する前記拡散面の表面粗さを表すＲＭＳ値が照明光の波長の１／１４より小さいことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
- 前記拡散面の形状のＰＳＤ（Power Spectral Density）値とフラクタル曲線のＰＳＤ値との差が前記高周波領域においてそれよりも低い他の周波数領域よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
- 前記反射型フライアイ光学系の入射面の径をＤ、前記反射光学系から前記反射型フライアイ光学系の入射面までの距離をＬ、前記照明光の波長をλとすると、前記高周波領域と拡散された前記照明光が前記反射型フライアイ光学系の入射面に入射することができる範囲の周波数領域である中間周波数領域との境界値は、Ｄ／２λＬよりも低いことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の照明装置。
- 前記反射型フライアイ光学系の入射面の径をＤ、前記反射光学系から前記反射型フライアイ光学系の入射面までの距離をＬ、前記照明光の波長をλとすると、前記高周波領域と拡散された前記照明光が前記反射型フライアイ光学系の入射面に入射することができる範囲の周波数領域である中間周波数領域との境界値は、Ｄ／１００λＬよりも高いことを特徴とする請求項２乃至請求項４の何れか一項に記載の照明装置。
- 前記拡散面の面粗さは、１ｍｍピッチよりも細かいピッチの粗さが、０．５〜３ｎｍＲＭＳであることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の照明装置。
- 前記被照射面に照明される光束は波長が５〜４０ｎｍのＥＵＶ光であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の照明装置。
- 感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光装置において、
前記マスクを照明するための請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の照明装置を備え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マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程と、
を含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
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