JP4986754B2 - 照明光学系及びそれを有する露光装置 - Google Patents

Description

本発明は照明光学系に関する。本発明の照明装置は、例えば、波長１０〜１５ｎｍの極端紫外領域（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ）露光光を用いた露光装置の照明光学系に好適である。

解像度向上の観点から半導体露光装置では、時代と共に露光光の短波長化が進んでいる。例えば、より短波長の光源を用いる次世代の露光装置として、波長１０〜１５ｎｍの極端紫外領域の光（ＥＵＶ光）を用いる露光装置（ＥＵＶ露光装置）が提案されている。

ＥＵＶ領域では物質による吸収が非常に大きくなるので、レンズを利用した屈折光学系は実用的でない。このため、ＥＵＶ露光装置には、反射光学系が用いられる。

このような反射光学系を用いたＥＵＶ露光装置用の照明光学系が、特許文献１に開示されている。これは、反射型インテグレータ上に半円形状の開口を有する開口絞りを配置した照明光学系である。特許文献１に開示される反射型インテグレータは、複数の円筒反射面の母線方向を揃えて配列した光学インテグレータである。
特開２００５−１４１１５８号公報

露光装置において、投影光学系による高品位な結像を実現するためには、被照明面の各位置から見た照明光学系の有効光源の歪みを小さく抑える必要がある。

特許文献１に開示されている照明光学系は、その時点での従来例に対しては有効光源の歪みが十分に小さく抑えられていた。しかしながら、発明者の検討によれば、特許文献１の照明光学系には有効光源の歪みがなお残存し、それが無視できないことが分かってきた。特許文献１の照明光学系で有効光源が歪む理由は、平行光の一部が２次光源を形成する前に開口絞りによって制限されてしまうためである。

かかる現象を、図２４及び図２５を参照してより詳細に説明する。図２４は、特許文献１における反射型インテグレータ１３と開口絞り１５の配置を示す概略斜視図である。図２５は、図２４に示す反射型インテグレータ１３の上面図である。

図２５から明らかなように、照明光ＩＬによって照明される反射型インテグレータ１３上の領域２０（網掛け部分）は、開口絞り１５の作用によって射出側の領域が小さくなる。円弧形状の被照明領域３０の端部３１で正円の有効光源を得るためには、点線で示す領域２１に照明光ＩＬが照射される必要がある。

開口絞り１５に対して入射側（図２５における下半分の領域）では、領域２１は領域２０と重なり、有効光源が正円となるのに必要な領域が確保されている。そして、領域２１の外側の余分な光は開口絞り１５によって制限される。つまり、図２５における開口絞り１５に対して下半分の領域は、図２５における有効光源３２の下半分の領域に対応し、有効光源３２の下半分の領域は歪みのない半円となる。

一方、開口絞り１５に対して射出側（図２５の上面図における上半分の領域）では、領域２１と領域２０とが重ならない部分が存在する。それが有効光源の正円からのずれ（歪み）をもたらす。領域２１内で光が照射されていない領域に関しては、有効光源３２が正円から欠ける形状となる。また、領域２１の外側の余分な光は、その後に絞りが配置されていないために制限されず、有効光源３２は正円から外に飛び出す形状となる。

このように特許文献１に開示した照明光学系の構成では、有効光源の歪みがわずかながら残存し、より高い結像性能の要求に応えられなくなってきた。

本発明は、照明光学系の有効光源の歪みを更に抑えて良好な照明を行うことが可能な照明光学系を提供することを目的とする。

本発明の例示的な照明光学系は、光源からの光を集光する第１光学ユニットと、母線方向が揃った複数の円筒反射面を備え、第１光学ユニットからの光で複数の線状光源を形成する反射型インテグレータと、複数の線状光源を挟むように、円筒反射面の母線方向に沿って対向配置された一対の平面ミラーと、円筒反射面の母線方向に垂直に配置され、反射型インテグレータからの光が通過する開口が設けられた開口絞りと、その開口を通過した複数の線状光源それぞれからの光を被照明面上で重ね合わせる第２光学ユニットとを有することを特徴としている。

本発明によれば、有効光源の歪みを小さく抑えた照明を行うことが可能な照明光学系を実現できる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

以下、図１を参照して、実施例１の露光装置１０００について説明する。ここで、図１は、露光装置１０００の概略構成図である。

露光装置１０００は、露光光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．５ｎｍ）を用いて、例えば、ステップアンドスキャン方式でマスクＲの回路パターンをウエハＷに露光するＥＵＶ露光装置である。

露光装置１０００は、光源部１００と装置本体２００によって構成される。光源部１００及び装置本体２００の各構成要素は、それぞれ真空容器１０１，２０１内に収納される。真空容器１０１と２０１とは、接続部１２０によって接続されている。真空容器１０１及び２０１並びに接続部１２０の内部は、ＥＵＶ光の減衰を防ぐために、露光中、真空に維持される。

まず光源部１００の各構成要素について説明する。光源部１００は、真空容器１０１内部に、放電ヘッダ１１１、集光ミラー１１２、デブリフィルタ１１３、波長フィルタ１１４、差動排気機構１１５、アパーチャ１１６を有する。

集光ミラー１１２は、プラズマ発光部ＥＰからほぼ等方的に放射されるＥＵＶ光を集光する回転楕円ミラー等で構成される。デブリフィルタ１１３は、ＥＵＶ光が発生する際に生じるデブリ（飛散粒子）の露光経路への侵入を低減する。波長フィルタ１１４は、発光部ＥＰから発せられるＥＵＶ光以外の波長の光を除去する。差動排気機構１１５は、真空容器１０１から真空容器２０１に向けて段階的に内部圧力を減少させる。アパーチャ１１６は、集光ミラー１１２の集光点近傍に配置されたピンホール状の開口である。露光光としてのＥＵＶ光は、このアパーチャ１１６を通過して装置本体２００側に進む。

なお、本実施例では、光源部１００として放電型プラズマ光源を使用しているが、レーザープラズマ光源など他の種類のＥＵＶ光源を使用してもよい。

次いで装置本体２００の各構成要素の説明を行う。装置本体２００は、真空容器２０１内部に、照明光学系２１０、マスクステージ２２０、投影光学系２３０、ウエハステージ２４０を有する。

照明光学系２１０は、ＥＵＶ光を伝播してマスクＲを照明する手段である。照明光学系２１０は、平行変換光学系としての第１光学ユニット２１１、平面ミラー２１２、反射型インテグレータ２１３、補助ミラー２１４、開口絞り２１５、円弧変換光学系としての第２光学ユニット２１６、平面ミラー２１７、スリット２１８を有する。

第１光学ユニット２１１は、凹面鏡２１１ａと凸面鏡２１１ｂとから構成されている。第１光学ユニット２１１の焦点位置は集光ミラー１１２の集光点に一致し、アパーチャ１１６からのＥＵＶ光を集光して平行光に変換する。第１光学ユニット２１１に入射したＥＵＶ光は、まず凸面鏡２１１ｂの外側を通過して凹面鏡２１１ａで反射する。次いで、凸面鏡２１１ｂで反射し、平行光として反射型インテグレータ２１３に向けて、第１光学ユニット２１１から射出する。なお、本実施例の第１光学ユニット２１１は、このようにシュバルツシルド型光学系で構成したが、これに限られるものではない。

本実施例ではプラズマ発光部ＥＰを点光源と仮定しているため、第１光学ユニット２１１により平行化される光線は、プラズマ発光部ＥＰ上の一点から種々の角度で放射される光線である。すなわち、第１光学ユニット２１１により照明されるインテグレータ２１３の照射面とプラズマ発光部ＥＰとは共役ではない。但し、プラズマ発光部ＥＰが大きい場合は、インテグレータ２１３の照射面とプラズマ発光部ＥＰとを共役となるように構成しても良い。この場合、プラズマ発光部ＥＰの異なる高さから同一の方向に放射される光線が、第１光学ユニット２１１により平行化されることになる。なお、第１光学ユニット２１１から射出する光は、必ずしも完全な平行光である必要はなく、平行光から若干ずれた光でも良い。必要に応じて、あえて平行光としない構成もあり得る。

平面ミラー２１２は、第１光学ユニット２１１からの光を反射型インテグレータ２１３の方に偏向する部材である。

反射型インテグレータ２１３は、マスクＲを均一に照明するため、平面ミラー２１２を介した第１光学ユニット２１１からの光で複数の線状光源を形成する。この複数の線状光源は、２次光源として機能する。反射型インテグレータ２１３は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、母線の方向（方向Ｇ）が揃った複数の円筒反射面２１３ａを備える。図２（ａ）は各円筒反射面が凸形状の場合、図２（ｂ）は各円筒反射面が凹形状の場合を示している。なお、図２におけるＨは、複数の円筒反射面の配列方向である。

反射型インテグレータ２１３の母線方向Ｇに平行な両側の端面２１３ｂには、対向配置された一対の平面ミラー（補助ミラー２１４）が配置されている。補助ミラー２１４の作用については、後に詳述する。

反射型インテグレータ２１３で形成された各２次光源からの光は、直接あるいは補助ミラー２１４を介して、開口絞り２１５に設けられた開口を通過する。開口絞り２１５の開口は、有効光源の形状を定める。

第２光学ユニット２１６は、反射型インテグレータ２１３からの光を円弧状に集光し、複数の２次光源それぞれからの光を、平面ミラー２１７を介して被照明面（マスクＲ）上で重ね合わせるための光学系である。第２光学ユニット２１６は、凸面鏡２１６ａ及び凹面鏡２１６ｂを有し、マスクＲの照明に好適な円弧照明領域を形成する。平面ミラー２１７は、第２光学ユニット２１６からの光を、マスクＲへ所定の角度で入射させるための部材である。

反射型インテグレータ２１３の各円筒反射面により分割されて発散する光束は、第２光学ユニット２１６により円弧状に集光されて、スリット２１８の開口、ひいてはマスクＲ面上で、均一な照度分布をもつ円弧照明領域を形成する。円弧照明領域は、その曲率中心が投影光学系２３０の光軸（中心軸）ＡＸ１に一致するよう、設定される。

スリット２１８は、マスクＲ上での照明領域を定める部材である。図６の平面図に示すように、スリット２１８は、円弧状の開口部２１８ａと、開口部２１８ａの幅を部分的に調節する可動部２１８ｂとを有する。また、図６において、ＡＩＡは反射型インテグレータ２１３及び第２光学ユニット２１６により形成された円弧照射領域である。照明領域ＡＩＡと開口部２１８ａによりマスクＲの照明領域が決定される。

走査露光において、開口部２１８ａのスリット長手方向に照度ムラが存在すると、露光ムラの要因となる。この問題を解決するために、可動部２１８ｂを用いてスリット幅をスリット長手方向の位置に応じて調整する。これにより、露光領域全面で積算露光量を均一にして露光することができる。なお、走査露光中はスリット２１８は投影光学系２３０に対して静止している。

マスクＲは、反射型マスクであり、転写されるべき回路パターンが形成されている。回路パターンは、多層膜反射鏡と、その上に設けられたＥＵＶ吸収体などからなる非反射部によって形成される。マスクＲは、マスクステージ２２０にチャックを介して載置され、マスクステージ２２０によって矢印方向に駆動される。

投影光学系２３０は、複数（本実施例では６枚）の多層膜ミラーによって構成され、光軸ＡＸ１に対して軸外の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。投影光学系２３０は、像側テレセントリックな系で構成されている。物体側（マスクＲ側）は、マスクＲに入射する照明光との物理的干渉を避けるために、非テレセントリックな構成となっている。例えば、本実施例においては、物体側主光線はマスクＲの法線方向に対して６度程度傾いている。

マスクＲから発せられた回折光は、投影光学系２３０を介してウエハＷ上に達し、マスクＲに形成された回路パターンがウエハＷ上に縮小投影される。ウエハＷは、ウエハステージ２４０にチャックを介して載置され、マスクステージ２４０によって矢印方向に駆動される。本実施例の露光装置１０００は、ステップアンドスキャン方式の露光装置であるため、マスクＲとウエハＷとを各ステージにより縮小倍率比の速度比で走査しながら、回路パターンの露光転写を行う。

次に図２〜５を参照して、反射型インテグレータ２１３が円弧状の領域を均一に照明する原理を説明する。図２は前述したように反射型インテグレータ２１３の拡大斜視図である。図３は、凸形状の円筒反射面２１３ａでのＥＵＶ光の反射を説明するための概略斜視図である。図４は、反射型インテグレータ２１３の一部拡大断面図である。図５は、円筒反射面２１３ａで反射したＥＵＶ光の角度分布を表す図である。

図２（ａ）に示すように、複数の円筒反射面２１３ａを有するインテグレータ２１３に平行な照明光ＩＬが入射すると、インテグレータ２１３の表面近傍に母線方向Ｇに伸びる線状の光源が形成される。この線状光源から放射されるＥＵＶ光の角度分布は円錐面状となっている。次に、この線状光源の位置を焦点とする第２光学ユニット２１６でＥＵＶ光を反射してマスクＲ又はそれ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。

図３を参照して、反射型インテグレータ２１３の作用を説明するために、一つの円筒反射面２１３ａに照明光ＩＬが入射した場合の反射光の振る舞いを説明する。今、一つの円筒反射面２１３ａに、その中心軸（ｚ軸）に垂直な面（ｘｙ面）に対してθの角度で照明光ＩＬが入射する場合を考える。照明光ＩＬの光線ベクトルを
Ｐ１＝（０，−ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）
として定義し、円筒面形状の反射面の法線ベクトルを
ｎ＝（−ｓｉｎα，ｃｏｓα，０）
として定義する。すると、反射光の光線ベクトルは、
Ｐ２＝（−ｃｏｓθ×ｓｉｎ２α，ｃｏｓθ×ｃｏｓ２α，ｓｉｎθ）
となる。

反射光の光線ベクトルを位相空間にプロットすれば、図５に示すように、ｘｙ平面上で半径ｃｏｓθの円となる。すなわち、反射光は円錐面状の発散光となり、この円錐面の頂点の近傍に２次光源が存在することになる。２次光源は、円筒反射面が図２（ａ）に示すように凸形状であれば内部に虚像として存在し、図２（ｂ）に示すように凹形状であれば外部に実像として存在する。また、図４に示すように、反射面が円筒面の一部であり、その中心角が２φである場合は、図５に示すように反射光の光線ベクトルＰ２の存在範囲はｘｙ平面上で中心角４φの円弧Ａとなる。

次に、２次光源の位置に焦点を持つ焦点距離ｆの回転放物面ミラーを設け、この反射鏡から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。したがって、図５で示した被照射面上の半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状領域Ａのみが照明される。

これまでは１つの円筒反射面に照明光ＩＬが入射した場合の挙動について説明してきたが、続いて反射型インテグレータ２１３に照明光ＩＬが入射した場合の挙動について説明する。図７は、照明光ＩＬが入射する反射型インテグレータ２１３の概略断面図である。図７においてＩＰは被照射面であり、マスクＲと等価である。

第２光学ユニット２１６は、軸ＡＸ２を中心対称軸とした共軸系である。第２光学ユニット２１６は、開口絞り２１５の開口中心ＡＣと被照射面ＩＰとを互いに光学的なフーリエ変換の関係の配置となるようにしている。すなわち、開口絞り２１５は、被照射面ＩＰの瞳面に相当する。

第２光学ユニット２１６は、像側非テレセントリックである。第２光学ユニット２１６からの像側主光線の被照射面ＩＰへの入射角度Ｕ１は、投影光学系２３０の物体側主光線の傾斜角と等しくなるように設定されている。また、回転対称軸ＡＸ２と主光線との間隔が被照明面ＩＰに近づくにつれて狭くなる方向に、主光線は傾斜している。例えば、本実施例は入射角度Ｕ１を約６°に設定している。また、第２光学ユニット２１６は、被照明面ＩＰ上でのボケについても良好に補正されており、スポット径が５ｍｍ以下、望ましくは１ｍｍ以下になるように設定されている。

第２光学ユニット２１６を構成する凸面鏡２１６ａ及び凹面鏡２１６ｂへの主光線の入射角は、低入射角度、具体的には２０°以下に設定されている。これにより、円弧変換光学系を１つの回転放物面ミラーで構成する場合よりも、被照射面ＩＰへの集光の際に生じるボケ量を小さくして円弧照明領域への集光効率を高めることができる。また、スリット２１８におけるケラレによる光の損失を抑え、照明効率を向上することができる。

平面ミラー２１７で照明光を反射して、マスクＲの方向へはね上げることによって、円弧照明領域の円弧の向きは反転する。この場合、円弧照明領域の曲率中心は投影光学系２３０の光軸ＡＸ１とマスクＲの交点に一致するように設定されている。そして、前述したようにＵ１を設定することによって、第２光学ユニット２１６の像側主光線と投影光学系２３０の物体側主光線とを、マスクＲの前後で互いに一致させることが可能となる。

反射型インテグレータ２１３を構成する各円筒反射面２１３ａで反射された光の角度分布は、前述した単一の円筒反射面での例と変わらない。したがって、被照射面ＩＰの一点に入射する光は、反射型インテグレータ２１３への照明光ＩＬの照射領域全域から到達する。照明光ＩＬの光束径をＤ、第２光学ユニット２１６の焦点距離をｆとすると、その角度広がり（すなわち集光ＮＡ）Ｕ２は、
Ｕ２＝Ｄ／ｆ
で表される。

このとき、円弧照明領域においては、円弧に沿った方向に多数の円筒反射面２１３ａからの各光束が重畳されて照度の均一性を達成する。これにより、効率がよく均一な円弧照明を行うことが可能となる。

次に、本発明の最も特徴的な点である反射型インテグレータ２１３と、反射型インテグレータ２１３の両側に設けられた一対の補助ミラー２１４の配置の詳細について、図８を用いて説明する。図８において、ＩＬ１は反射型インテグレータ２１３に入射する照明光ＩＬ中の主光線の方向を示している。主光線ＩＬ１は、反射型インテグレータ２１３の中心付近のｙｚ断面内を通過する。ＡＣは、先に述べたように開口絞り２１５の中心であり、第２光学ユニット２１６の瞳面の中心に相当する。このＡＣを原点としてｘｙｚ座標が記載されているが、ｚ軸は第２光学ユニット２１６の光軸ＡＸ２と一致している。

補助ミラー２１４は、反射型インテグレータ２１３上の照明領域を挟むように、反射型インテグレータ２１３の各円筒反射面の母線方向に沿って対向配置された一対の平面ミラー２１４ａ，２１４ｂで構成される。図８では、補助ミラー２１４は固定されているように描かれているが、開口絞り２１５の開口形状に応じて、２枚の平面ミラー２１４ａ，２１４ｂの間隔を調整する駆動機構を設けても良い。

開口絞り２１５は、その開口部が反射型インテグレータ２１３の各円筒反射面の母線方向に対して垂直となるように、反射型インテグレータ２１３の射出側に配置されている。図に示される開口絞り２１５の開口形状は、標準的な照明モードにおける円形開口の例を示している。

なお、有効光源分布の微調整のために、開口絞り２１５は反射型インテグレータ２１３の各円筒反射面の母線方向に対して完全に垂直ではなく、若干（１〜２°程度）傾けて配置するようにしてもよい。本実施例においては、このように垂直から僅かに傾けた場合も含めて、開口絞り２１５の配置を「円筒反射鏡の母線方向に垂直に配置」と記述している。また、有効光源分布の調整やテレセントリック性の度合いの調整を可能とするため、反射型インテグレータ２１３に対する開口絞り２１５の角度を調整する駆動機構を設けてもよい。

このように反射型インテグレータ２１３の射出側に開口絞り２１５を配置することで、円弧照明領域内の任意の位置から見た有効光源分布を均一な形状とすることができる。これは特許文献１とは異なり、第１光学ユニット２１１からの光束全体が反射型インテグレータ２１３に入射した後に開口絞り２１５を通過するためである。

図９に円弧照明領域内の各位置から見た有効光源分布を形状を示す。同図において、ＡＩＡは円弧照明領域であり、ＡＩＡ１及びＡＩＡ２の各点はそれぞれ円弧の中央部及び端部における有効光源分布の観測位置を示している。図９（ａ）は、特許文献１のように開口絞りを配置した場合の有効光源分布であり、図９（ｂ）が本実施例の有効光源分布である。

照明領域の任意の点における有効光源分布は、その点に、ある開口数（ＮＡ）で円錐状に入射する光束の角度分布を示している。有効光源分布の形状が照明領域の位置により異なるということは、露光ＮＡの非対称性があるということを意味する。露光ＮＡの非対称性は、解像性能に悪影響を与える原因となる。

従来例の開口絞りの配置では、図９（ａ）に示すように有効光源分布の歪みが残存していた。これに対して、本実施例によれば、図９（ｂ）から明らかなように、いずれの観測位置からも有効光源分布が同一形状となっており、従来例に比して露光ＮＡの対称性が向上している。

なお、図９（ａ），（ｂ）に示した有効光源分布において描かれている斜線は、反射型インテグレータ２１３によって生じる２次光源が線状の分布であることを示している。この線の間隔は反射型インテグレータ２１３を構成する円筒反射面の幅に依存している。したがって、インテグレータ全体の幅に対して、円筒反射面の幅を狭くして円筒反射面の数を増やすことにより、２次光源の間隔を狭くして有効光源分布の密度を緻密にすることができる。

次に、開口絞り２１５の切り替えにより、コヒーレントファクタσを変える方法及び輪帯照明等の変形照明を行う方法について述べる。開口絞り２１５と投影光学系２３０の瞳面とは互いに共役な関係にあるので、開口絞り２１５の開口形状、つまり光の透過パターンが投影光学系の瞳面における分布と対応している。図１０は、開口絞り２１５が有する開口部の形状の例を示す図であり、（ａ）は通常照明の大σ、（ｂ）は通常照明の小σ、（ｃ）は輪帯照明、（ｄ）は四重極照明の各モードに対応している。

このようないくつかの開口パターンを例えば一列に並べて用意しておき、開口絞り駆動系により順次切り替えることで、所望の開口形状に切り替えることが可能である。

次に補助ミラー２１４の効果について説明する。本実施例では、前述したように有効光源分布の歪みを抑制するために、反射型インテグレータ２１３の射出側に開口絞り２１５を配置している。この際考えられる最も単純な構成は、図１１に示すように、補助ミラー２１４を用いることなく反射型インテグレータ２１３の後に開口絞り２１５を配置する構成である。

しかしながら、図１１に示すような構成は、次に説明するような問題がある。この問題について、図１２〜１４を用いて説明する。

図１２は反射型インテグレータ２１３の反射面に対して垂直な方向から見た図である。図１２では、簡単化のため、反射型インテグレータ２１３と円弧照明領域ＡＩＡとの間に本来配置される円弧変換光学系（第２光学ユニット２１６）は省略している。第１光学ユニット２１１からの照明光ＩＬは、図示した方向から反射型インテグレータ２１３を照射する。ＩＡ１，ＩＡ２，ＩＡ３はそれぞれ、円弧照明領域の各観測点ＡＩＡ１，ＡＩＡ２，ＡＩＡ３で有効光源分布が正円となるために必要な照明光ＩＬを照射すべき領域である。領域ＩＡ１，ＩＡ２，ＩＡ３は、開口絞り１５を中心として放射状に伸びた領域となる。

このとき注目すべきは、これらの領域の重なりである。図１３〜１５を用いて、領域ＩＡ１，ＩＡ２，ＩＡ３の重なりと、開口絞り１５の開口を通過する光線の関係を説明する。

図１３〜１５における矢印は、反射型インテグレータ２１３からの発散光を表したもので、その中の３つの方向の光線を代表としてａ，ｂ，ｃで表現している。光線ａ，ｂ，ｃにおいて、実線は後段の系で照明光として利用される光線であり、点線で示されたものは、開口絞り２１５によってケラレて、照明光として利用されない光線である。

図１３は、開口絞り２１５に近い位置で領域ＩＡ１〜ＩＡ３が重なった部分を示している。この部分からの発散光は、各観測点ＡＩＡ１〜ＡＩＡ３での有効光源分布全てに寄与していることが分かる。つまり、この部分からの光線ａ〜ｃは、無駄なく照明光として利用される。

一方、図１４に示すように、開口絞り２１５から少し離れた位置では、２つの領域が重なることになり、反射型インテグレータ２１３からの発散光のうちの一部は開口絞り２１５でケラレて、被照明面の照明には寄与しない。具体的には、図１４に示す領域ＩＡ１とＩＡ２のみが重なる部分では、光線ｂ，ｃは照明光として利用されるが、光線ａは開口絞り２１５によりケラレることになる。

図１５に示すように、開口絞り２１５から更に離れた領域ＩＡ１〜ＩＡ３が重なることのない位置では、大部分の発散光が開口絞り２１５でケラレることになり、ほんの一部の光線しか照明光として利用されない。具体的には、図１５に示す領域ＩＡ２の部分では、光線ｃのみが照明光として利用され、光線ａ、ｂは開口絞り２１５によりケラレることになる。他の領域でも同様に、光線ａ，ｂ，ｃのうち、いずれかの光線しか照明光として利用されない。

このように図１１に示すような構成は、有効光源分布の歪み抑制という点では有効であるものの、光の利用効率の観点では改善の余地がある。本実施例は、反射型インテグレータ２１３の両側に一対の補助ミラー２１４を配置することで、図１１に示した構成に比して光の利用効率を向上させたものである。

図１６，１７は補助ミラー２１４の効果を説明するための図である。ＶＩＡ３で示される点線で囲まれた領域は、補助ミラー２１４がない場合、すなわち図１２に示したような構成において、観測点ＡＩＡ３で有効光源分布が正円となるために必要な照明光ＩＬの照射領域である。すなわち、領域ＶＩＡ３は、図１２における領域ＩＡ３に対応する。図１６では、実際には平面ミラー２１４ａが存在するため、観測点ＡＩＡ３で有効光源分布が正円となるために必要な照明光ＩＬの照射領域は、実線で示した領域ＩＡ３０となる。このように平面ミラー２１４ａを配置することで、有効光源の歪み抑制に必要な照射領域を、図１２に示したような開口絞り１５を中心として放射状に伸びる形状ではなく、それを平面ミラー２１４ａで折り返した形状とすることができる。

これは観測点ＡＩＡ２でも同様である。各観測点ＡＩＡ１〜ＡＩＡ３で、有効光源分布がいずれも正円となるために必要な照射領域は、図１７に示すように補助ミラー２１４で挟まれた領域となる。すなわち、補助ミラー２１４を設けることで、それを設けない図１２の構成と比較して、反射型インテグレータ２１３に照明光ＩＬを照射すべき範囲が狭くて良いことが分かる。また、図１７に示す光線ａ，ｃは補助ミラー２１４がない図１２の構成では開口絞り２１５によってケラレ、後段の系で照明光として利用されていなかった。このような光線も、本実施例のように補助ミラー２１４を配置したことによって、開口絞り２１５にケラレることなく、照明光として利用することができる。結果的に照明光ＩＬのうち被照明面の照明に用いられる光線が増え、効率よく円弧領域を照明するには非常に有利である。

このように一対の平面ミラー２１４ａ，２１４ｂを、照明光ＩＬによる照射領域、結果的には複数の線状光源を挟むように、円筒反射面の母線方向に沿って対向配置することにより、被照明面の照明効率が向上する。平面ミラー２１４ａ，２１４ｂの間隔は、開口絞り２１５の開口の最外径と同じか、若干大きい程度が、光の利用効率の観点で好ましい。したがって、図１０に示したような各種の開口形状に開口絞りを切り替える場合は、この開口形状の切り替えに応じて、補助ミラー２１４を構成する一対の平面ミラー２１４ａ，２１４ｂの間隔を調整しても良い。

次に実施例２の露光装置について説明する。本実施例では、主に反射型インテグレータの構成及び開口絞りの開口形状のみが実施例１との相違点であるので、それ以外の露光装置の詳細な説明については省略する。

実施例１では、反射型インテグレータを複数の円筒反射面を備える１つの部材のみで構成していた。実施例２は、反射型インテグレータが、それぞれ複数の円筒反射面を備える複数のインテグレータ部で構成される例である。このような反射型インテグレータの構成でも、開口絞りを反射型インテグレータの射出側に配置することで有効光源の歪みを小さくすることができる。また、反射型インテグレータの両側に補助ミラーを設けることで、効率の良い照明も可能となる。

図１８は、実施例２の反射型インテグレータ３１３、補助ミラー３１４、開口絞り３１５、そして第２光学ユニット２１６を説明するための概略図である。図１８において、３１３ａ，３１３ｂ，３１３ｃ，３１３ｄは、それぞれ反射型インテグレータ３１３を構成する部材である。３１３ａと３１３ｃは、それぞれが複数の円筒反射面を備えるインテグレータ部、３１３ｂと３１３ｄは、それぞれインテグレータ部３１３ａ，３１３ｃに隣接して配置される平面ミラー部である。３１５は開口絞りであり、図１８から明らかなように、半円形の開口を持つ。３１４は、インテグレータ部３１３ａ，３１３ｃを構成する円筒反射面の母線方向に平行な端面の両側に対向配置された一対の平面ミラーで構成される補助ミラーである。

凸面鏡２１６ａ及び凹面鏡２１６ｂは、第２光学ユニット２１６を構成する部材である。第２光学ユニット２１６は、軸ＡＸ２を中心対称軸とした共軸系であり、基本的には実施例１と同様の役割を持つ。すなわち、第２光学ユニット２１６は、開口絞り３１５の位置ＡＣと被照射面ＩＰとを互いに光学的なフーリエ変換の関係の配置となるようにしている。すなわち位置ＡＣは、第２光学ユニット２１６の瞳面の中心に相当する。

図１９は、開口絞り３１５と反射型インテグレータ３１３の配置を示す概略図である。開口絞り３１５の開口部は、インテグレータ部３１３ｃと平面ミラー部３１３ｄの境界付近に、円筒反射面の母線方向に対してほぼ垂直に配置される。図に示す開口絞り３１５の開口形状は、標準的な照明モードにおける開口の例を示している。瞳面に配置される開口絞りは通常は円形開口であるが、本実施例では図に示すように半円形である。また後述するように、輪帯や四重極のような変形照明を行う際にも、有効光源分布の左右対称軸で分割した半分の形状と一致した開口部が設けられた開口絞りを配置する。

図１８において、上述した開口絞り３１５が光束を制限する様子を以下に説明する。ほぼ平行な照明光ＩＬが、インテグレータ部３１３ａと平面ミラー部３１３ｂに比較的高入射角（例えば７０°）で入射する場合を想定する。この照明光ＩＬのうちの図中の上側部分ＩＬａが、インテグレータ部３１３ａを照明する。インテグレータ部３１３ａは照明光により線状の２次光源を形成し、２次光源からの発散光は、その直後に配置された開口絞り３１５の半円形の開口を通過する。一方、照明光ＩＬの下側部分ＩＬｂは、平面ミラー部３１３ｂを照明する。平面ミラー部３１３ｂで方向を変えられた照明光ＩＬｂは、インテグレータ部３１３ｃを照明する。インテグレータ部３１３ｃは、やはり線状の２次光源を形成し、２次光源からの発散光は、その直後に配置された開口絞り３１５の半円形の開口を通過する。第２光学ユニット２１６から見た場合、照明光ＩＬｂはインテグレータ部３１３ｃを介した後、開口絞り３１５の半円形の開口を通過したように見える。一方、照明光ＩＬａはインテグレータ部３１３ａを介した後、開口絞り３１５の鏡像３１５’の半円形の開口を通過したように見える。

つまり、開口絞り３１５の開口が半円形であっても、本実施例のごとく反射型インテグレータ３１３を構成し、開口絞り３１５を適切に配置することで、全ての２次光源からの発散光が開口絞り３１５の開口を通過することになる。この結果、本実施例は、２次光源からの発散光が円形の開口を通過する実施例１の構成と等価に振舞うことになる。したがって、本実施例の照明光学系においても、被照明面上のいずれの位置からも、同一形状の有効光源分布が観測できる。

更に、インテグレータ部３１３ａ，３１３ｃの両脇に、複数の２次光源を挟むように、円筒反射面の母線方向に沿って対向配置された補助ミラーを設けることで、効率の良い照明も可能となる。

また、本実施例においても、開口絞り３１５の切り替えにより、コヒーレントファクタσを変えたり、輪帯照明等の変形照明を行ったりすることができる。図２０は、本実施例の開口絞り３１５の開口部の形状の例を示す図である。図２０（ａ）は通常照明の大σ、図２０（ｂ）は通常照明の小σ、図２０（ｃ）は輪帯照明、図２０（ｄ）は四重極照明の各モードに対応している。いずれの開口形状においても、その下端部に対して対称に折り返せば、一般的な円形を基本とした開口形状となることがわかる。

実施例２では、２つのインテグレータ部を対向して配置する構成について説明したが、２つのインテグレータ部を対向させない構成も考えられる。例えば、図２１に示すごとく、開口絞りの入射側に、複数のインテグレータ部の各反射面を同じ方向に向けて並列に配置しても良い。図２１（ａ）はインテグレータ部が２つの場合、図２１（ｂ）はインテグレータ部が３つの場合の例である。このようにインテグレータ部を並列配置した場合、開口絞りの開口形状は、実施例１と同じく通常の円形開口となる。図２１（ａ），（ｂ）の構成でも、反射型インテグレータの両側に補助ミラーを設けることで、照明光の利用効率の向上が可能である。

次に、図２２及び図２３を参照して、実施例１，２で説明した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２２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（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（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リソグラフィー技術によってウエ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。

図２３は、図２２に示すステップ４のウエ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、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエ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、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置によってマスクパターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。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エハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、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。

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言うまでもなく、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、本発明は真空紫外線やＸ線領域の光源にも適用することができる。

実施例１の露光装置の要部概略図である。 反射型インテグレータの概略図である。 凸形状の円筒反射面でのＥＵＶ光の反射を説明するための概略斜視図である。 反射型インテグレータの一部拡大断面図である。 円筒反射面で反射したＥＵＶ光の角度分布を表す図である。 円弧照射領域を説明するための図である。 照明光が実施例１の反射型インテグレータに入射する状態を説明するための図である。 実施例１の反射型インテグレータ、開口絞り、そして補助ミラーの配置を示す概略図である。 有効光源分布の形状を示す図である。 実施例１の開口絞りが有する開口部の形状の例を示す図である。 補助ミラーを用いることなく反射型インテグレータの後に開口絞りを配置する構成を示す図である。 反射型インテグレータに対する照明光の照射領域について説明する図である。 照明光の利用効率について説明するための図である。 照明光の利用効率について説明するための図である。 照明光の利用効率について説明するための図である。 補助ミラーの効果について説明するための図である。 補助ミラーの効果について説明するための図である。 照明光が実施例２の反射型インテグレータに入射する状態を説明するための図である。 実施例２の反射型インテグレータ、開口絞り、そして補助ミラーの配置を示す概略図である。 実施例２の開口絞りが有する開口部の形状の例を示す図である。 反射型インテグレータ、開口絞り、そして補助ミラーの配置の別の例を示す概略図である。 デバイスの製造方法について説明するためのフローチャートである。 ウエハプロセスの詳細を説明するためのフローチャートである。 従来例の反射型インテグレータと開口絞りの配置を示す概略斜視図である。 従来例の反射型インテグレータの上面図である。

符号の説明

１０００ 露光装置
１００ 光源部
２００ 装置本体
２１０ 照明光学系
２１１ 第１光学ユニット
２１３ 反射型インテグレータ
２１４ 補助ミラー
２１５ 開口絞り
２１６ 第２光学ユニット
２２０ マスクステージ
２３０ 投影光学系
２４０ ウエハステージ

Claims (6)

1. 光源からの光を集光する第１光学ユニットと、
   母線方向が揃った複数の円筒反射面を備え、前記第１光学ユニットからの光で複数の線状光源を形成する反射型インテグレータと、
   前記複数の線状光源を挟むように、前記母線方向に沿って対向配置された一対の平面ミラーと、
   前記母線方向に垂直に配置され、前記複数の線状光源からの光が通過する開口が設けられた開口絞りと、
   前記開口を通過した前記複数の線状光源それぞれからの光を被照明面上で重ね合わせる第２光学ユニットとを有することを特徴とする照明光学系。
2. 前記反射型インテグレータは、それぞれが複数の円筒反射面を備える複数のインテグレータ部を含み、前記複数のインテグレータ部のそれぞれに前記第１光学ユニットからの光の一部が入射するように、前記複数のインテグレータ部が、前記母線方向に垂直な方向に並べて前記開口絞りの入射側に配置されることを特徴とする請求項１の照明光学系。
3. 前記第１光学ユニットは、前記光源からの光を平行化して前記反射型インテグレータに導くことを特徴とする請求項１又は２の照明光学系。
4. 前記開口絞りの開口形状は切り替え可能であり、前記開口形状の切り替えに応じて、前記一対の平面ミラーの間隔を変えることを特徴とする請求項１〜３いずれかの照明光学系。
5. マスクが載置されるマスクステージと、ウエハが載置されるウエハステージと、前記被照明面上に配置された前記マスクを照明する請求項１〜４いずれかの照明光学系と、前記マスクに形成されたパターンを前記ウエハに投影する投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
6. ウエハにレジストを塗布するステップと、
   請求項５の露光装置を用いて、マスクに形成されたパターンをウエハに露光するステップと、
   露光されたウエハを現像するステップとを有することを特徴とするデバイスの製造方法。

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