本発明は極短紫外線露光装置（ＥＵＶＬ）等に用いられる極短紫外線（ＥＵＶ：波長４．５ｎｍ〜３０ｎｍの光）光学系用反射ミラー、極短紫外線光学系、極短紫外線光学系の使用方法、極短紫外線光学系の製造方法、極短紫外線露光装置、及び極短紫外線露光装置の使用方法に関するものである。 The present invention relates to a reflection mirror for an ultrashort ultraviolet (EUV: light having a wavelength of 4.5 nm to 30 nm) optical system used in an ultrashort ultraviolet exposure apparatus (EUVL) or the like, an ultrashort ultraviolet optical system, and a method for using the ultrashort ultraviolet optical system. The present invention relates to a method for producing an ultrashort ultraviolet optical system, an ultrashort ultraviolet exposure apparatus, and a method for using an ultrashort ultraviolet exposure apparatus.
半導体製造用の露光装置においては、物体面としてのマスク面上に形成された回路パターンを、結像光学系を介してウェハ等の基板上に投影転写する。基板にはレジストが塗布されており、露光することによってレジストが感光し、レジストパターンが得られる。
露光装置の解像度ｗは、主に露光波長λと結像光学系の開口数ＮＡで決まり、次式で表される。
ｗ＝ｋλ／ＮＡ ｋ：定数
従って、解像度を向上させるためには、波長を短くするかあるいは開口数を大きくすることが必要となる。現在、半導体の製造に用いられている露光装置は主に波長３６５ｎｍのｉ線を使用しており、開口数約０．５で０．５μｍの解像度が得られている。開口数を大きくすることは、光学設計上困難であることから、今後、解像度を更に向上させるためには、露光光の短波長化が必要となる。
ｉ線より短波長の露光光としては、例えばエキシマレーザーがあげられ、その波長はＫｒＦエキシマレーザーで２４８ｎｍ、ＡｒＦエキシマレーザーで１９３ｎｍであるため、開口数を０．５とした場合、ＫｒＦエキシマレーザーでは０．２５μｍ、ＡｒＦエキシマレーザーでは０．１８μｍの解像度が得られる。そして、露光光としてさらに波長の短い極短紫外線光（以下、「ＥＵＶ光」と称することがある。）を用いると、例えば波長１３ｎｍで０．１μｍ以下の解像度が得られる。
従来の露光装置は、主に光源と照明光学系と投影結像光学系で構成される。投影結像光学系は複数のレンズあるいは反射鏡等で構成され、マスク上のパターンをウェハ上に結像するようになっている。
一方、より高い解像度を得るために、ＥＵＶ用の投影光学系を設計しようとすると、視野が小さくなってしまい、所望の領域を一括で露光できなくなってしまう。そこで、露光の際に、マスクとウェハを走査することにより、小さな視野の投影光学系で２０ｍｍ角以上の半導体チップを露光する方法が採用されている。このようにすることで、極短紫外線投影露光装置でも、所望の露光領域を露光することができる。例えば、波長１３ｎｍのＥＵＶ光で露光する場合、投影光学系の露光視野を輪帯状にすることで、高い解像度を得ることができる。
極短紫外線投影露光装置の一部の概略図を図８に示す。装置は、主にＥＵＶ光源２１および照明光学系２２とマスク２４のステージ２５、投影光学系２３、ウェハ２６のステージ２７で構成される。マスク２４には描画するパターンの等倍あるいは拡大パターンが形成されている。投影光学系２３は複数の反射鏡２３ａ〜２３ｄ等で構成され、マスク２４上のパターンをウェハ２６上に結像するようになっている。反射鏡２３ａ〜２３ｄの表面には反射率を高めるための多層光学薄膜が形成されている。
投影光学系２３は輪帯状の視野を有し、マスク２４の一部をなす輪帯状の領域のパターンを、ウェハ２６上に転写する。マスク２４も反射型のものが用いられる。露光の際は、ＥＵＶ光源２１よりのＥＵＶ光２８ａを照明光学系２２によって照明用ＥＵＶ光２８ｂとし、マスク２４上に照明用ＥＵＶ光２８ｂを照射し、その反射ＥＵＶ光２８ｃを、投影光学系２３を通してウェハ２６上に入射させる。マスク２４とウェハ２６を一定速度で同期走査させることで、所望の領域（例えば、半導体チップ１個分の領域）を露光するようになっている。
このように、極短紫外線投影光学系をはじめとする極短紫外線光学系においては、透明な硝材が得られないため、光学系はミラーを中心として構成されている。現在では、極短紫外線投影露光装置の投影光学系においては、図８に示すものと異なり６枚のミラーが使用されるようになってきている。
このような極短紫外線光学系においては光学特性（例えばシュトレール強度、波面収差、ディストーション、像面湾曲）を所定の範囲のものとする必要がある。そのためには、このような光学系において、これらの値が所定の範囲に入るように、ミラー等の光学要素の形状や配置を決める設計計算を行う必要がある。
図７に従来の極短紫外線光学系の光学設計のプロセスを示す。まず、ステップＳ２１において設計パラメータの初期値を決める。設計パラメータとは投影系の光学設計を表現する数値の集まりであり、具体的には、反射ミラーについては、各面の形状を表現する曲率半径、非球面係数、各面の相対位置を表現する面間隔等であり、この他、光学系の開口数を決める絞りの位置、大きさ等が含まれる。
次に、これらの設計パラメータで表現された光学系の光学特性の計算を行い（ステップＳ２２）、光学設計の評価を行う。光学特性とは、シュトレール強度、波面収差、ディストーション、像面湾曲などの光学系の基本的な数値から、特定の照明条件で特定のマスクパターン（ライン＆スペース、孤立線、コンタクトホールなど）を転写したときに形成されるパターンの精度などが、使用目的にかなうか否かを判定するための具体的なデータまで多岐に亘る。
シュトレール強度や波面収差などの基本的評価項目については、Ｃｏｄｅ−Ｖ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ社）等の市販の光学計算ソフトウェアを使用して最適化することができる。
そして、ステップＳ２３で所望の光学特性が得られたかどうかを判断し、得られた場合は、設計条件が確定されたとして処理を終了する。得られない場合は、ステップＳ２４に移行し、設計パラメータの修正を行う。そして、修正された設計パラメータを使用して、再びステップＳ２２に移行し、光学特性の計算を行う。このようにして、繰り返し計算により、所望の光学特性を有する設計条件が決定される。
従来は、図７に示したような従来の極短紫外線光学系の設計においては、極短紫外線光学系の使用状態におけるミラー等の光学要素の熱変形を考慮していなかった。
しかしながら、後述するように、極短紫外線光学系の使用状態においては、ある程度のミラーの温度上昇は避けられず、この温度上昇によって発生するミラーの熱変形により、実際に使用される状態における光学特性が、前述のような方法で設計された光学特性と異なってくる。
よって、正確に設計された条件に基づいて製造された極短紫外線光学系においても、使用状態において所望の特性が得られず、そのために、再調整が必要となるという問題点があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、実際の使用条件において所望の特性が得られるような極短紫外線光学系用反射ミラー、このような反射ミラーを使用した極短紫外線光学系、このような極短紫外線光学系の製造方法と使用方法、このような極短紫外線光学系を用いた極短紫外線露光装置、及び極短紫外線露光装置の使用方法を提供することを第１の目的とする。
また、このような極短紫外線光学系においては、実際の使用条件において所望の特性が得られるような設計ができたとしても、実際に組み立てた状態で、光学特性（例えばシュトレール強度、波面収差、ディストーション、像面湾曲）を所定の範囲のものとする必要がある。そのためには、このような光学系について、組み立てが終了した状態で、これらの特性を測定し、もし、所定値以内に入っていないような場合には、各光学素子（ミラー等）の形状を修正したり、各光学素子の取り付け方を変更する必要がある。よって、なんらかの方法により極短紫外線光学系の特性を測定することが求められる。
極短紫外線光学系のシュトレール強度、波面収差、ディストーション、像面湾曲を測定する方法としては、一般的に干渉計を用いる方法が採用されている。この他、ディストーションについては、基準パターンを結像面に結像させることにより、像面湾曲については、基準パターンを結像面の位置を変えて結像面に結像させ、それらを比較することによっても求められる。
これらの測定においては、実際に使用されるＥＵＶ光よりも弱いＥＵＶ光を、測定用の光として使用して測定が行われている。一方、前述のように、ミラーとしては、凹面や凸面を形成するように加工されたガラスや石英の表面に、多層光学薄膜を成膜して反射特性を持たせたものが使用されている。一般に用いられている多層光学薄膜は、ＭｏとＳｉを交互に積層したものであり、一例として、６．７ｎｍ厚のＭｏとＳｉを交互に５０層積層し、全体として３３５ｎｍの膜厚としたものが使用される。
しかしながら、このような多層光学薄膜を使用したミラーでも、その反射率はたかだか７０％程度である。よって、入射するＥＵＶ光のエネルギーのうち３０％がミラー表面において熱に変換される。このため、ミラーには冷却装置が取り付けられているが、極短紫外線光学系の使用状態においては、ある程度のミラーの温度上昇は避けられない。よって、ミラーの形状は、この温度上昇を考慮して決定され、使用状態の温度において所定の光学特性が出せるように設計することが好ましい。
ところが、極短紫外線光学系の組み立て調整工程において、ミラーの光学特性を測定する場合、前述のように、実際に使用されるＥＵＶ光よりも弱いＥＵＶ光、又は可視光、紫外光等を、測定用の光として使用して測定が行われている。よって、光学的特性を測定するときのミラーの温度上昇と、実際の使用状態おけるミラーの温度上昇が異なってくる。この温度上昇の違いに起因して、光学特性の測定状態と実際の使用状態におけるミラーの形状が異なり、これによってミラーの光学特性が異なってくる。なお、この問題は、使用状態の温度において光学系が所定の光学特性となるように設計されていない場合にも同様に問題となる。
従って、ミラーの光学特性を測定して、それに基づいてミラーの再加工や極短紫外線光学系の組み立て調整を行っても、実際の使用状態において、所望の光学特性が得られない可能性が生じる。
本発明はこのような事情にも鑑みてなされたもので、実際の使用状態におけるＥＵＶ光よりも弱い光を使用して光学特性の測定を行った場合でも、実際の使用状態と同じか実際の使用状態に近い光学的特性が得られるような極短紫外線光学系用反射ミラー、このような反射ミラーを使用した極短紫外線光学系、このような極短紫外線光学系の製造方法と使用方法、このような極短紫外線光学系を用いた極短紫外線露光装置、及び極短紫外線露光装置の使用方法を提供することを第２の目的とする。In an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, a circuit pattern formed on a mask surface as an object surface is projected and transferred onto a substrate such as a wafer via an imaging optical system. A resist is applied to the substrate, and the resist is exposed by exposure to obtain a resist pattern.
The resolution w of the exposure apparatus is mainly determined by the exposure wavelength λ and the numerical aperture NA of the imaging optical system, and is expressed by the following equation.
w = kλ / NA k: constant Therefore, in order to improve the resolution, it is necessary to shorten the wavelength or increase the numerical aperture. Currently, an exposure apparatus used for manufacturing semiconductors mainly uses i-line having a wavelength of 365 nm, and a resolution of 0.5 μm is obtained at a numerical aperture of about 0.5. Since increasing the numerical aperture is difficult in terms of optical design, it will be necessary to shorten the wavelength of exposure light in order to further improve the resolution in the future.
As an exposure light having a shorter wavelength than the i-line, for example, an excimer laser is used. The wavelength is 248 nm for a KrF excimer laser and 193 nm for an ArF excimer laser. Therefore, when the numerical aperture is 0.5, the KrF excimer laser A resolution of 0.18 μm can be obtained with an 0.25 μm ArF excimer laser. If exposure light is ultra-short ultraviolet light having a shorter wavelength (hereinafter sometimes referred to as “EUV light”), for example, a resolution of 0.1 μm or less at a wavelength of 13 nm can be obtained.
A conventional exposure apparatus mainly includes a light source, an illumination optical system, and a projection imaging optical system. The projection imaging optical system is composed of a plurality of lenses or reflecting mirrors, and images the pattern on the mask on the wafer.
On the other hand, if an attempt is made to design a projection optical system for EUV in order to obtain a higher resolution, the field of view becomes small, and a desired area cannot be exposed at once. Therefore, a method of exposing a semiconductor chip of 20 mm square or more with a projection optical system with a small visual field by scanning a mask and a wafer at the time of exposure is employed. In this way, a desired exposure region can be exposed even with an ultrashort ultraviolet projection exposure apparatus. For example, when exposure is performed with EUV light having a wavelength of 13 nm, high resolution can be obtained by making the exposure field of the projection optical system ring-shaped.
FIG. 8 shows a schematic view of a part of the ultrashort ultraviolet projection exposure apparatus. The apparatus mainly includes an EUV light source 21, an illumination optical system 22, a stage 25 of a mask 24, a projection optical system 23, and a stage 27 of a wafer 26. The mask 24 is formed with the same size as the pattern to be drawn or an enlarged pattern. The projection optical system 23 includes a plurality of reflecting mirrors 23 a to 23 d and the like, and images the pattern on the mask 24 onto the wafer 26. A multilayer optical thin film for increasing the reflectance is formed on the surfaces of the reflecting mirrors 23a to 23d.
The projection optical system 23 has a ring-shaped field of view, and transfers a pattern of a ring-shaped region forming a part of the mask 24 onto the wafer 26. The mask 24 is also of a reflective type. At the time of exposure, the EUV light 28a from the EUV light source 21 is used as the illumination EUV light 28b by the illumination optical system 22, the illumination EUV light 28b is irradiated onto the mask 24, and the reflected EUV light 28c is projected onto the projection optical system 23. And is incident on the wafer 26. A desired area (for example, an area corresponding to one semiconductor chip) is exposed by synchronously scanning the mask 24 and the wafer 26 at a constant speed.
As described above, in an ultrashort ultraviolet optical system such as an ultrashort ultraviolet projection optical system, since a transparent glass material cannot be obtained, the optical system is configured around a mirror. At present, in the projection optical system of the ultra-short ultraviolet projection exposure apparatus, unlike the one shown in FIG. 8, six mirrors are being used.
In such an ultrashort ultraviolet optical system, the optical characteristics (for example, Strehl intensity, wavefront aberration, distortion, curvature of field) must be within a predetermined range. For this purpose, in such an optical system, it is necessary to perform design calculation for determining the shape and arrangement of optical elements such as mirrors so that these values fall within a predetermined range.
FIG. 7 shows an optical design process of a conventional ultrashort ultraviolet optical system. First, in step S21, initial values of design parameters are determined. Design parameters are a collection of numerical values that represent the optical design of the projection system. Specifically, for the reflective mirror, the curvature radius that represents the shape of each surface, the aspheric coefficient, and the relative position of each surface are represented. In addition to this, it includes the position and size of the diaphragm that determines the numerical aperture of the optical system.
Next, the optical characteristics of the optical system expressed by these design parameters are calculated (step S22), and the optical design is evaluated. Optical characteristics refer to basic mask values (line and space, isolated lines, contact holes, etc.) under specific illumination conditions based on basic numerical values of optical systems such as Strehl intensity, wavefront aberration, distortion, and curvature of field. The accuracy of the pattern formed at the time of transfer varies widely to specific data for determining whether or not it meets the purpose of use.
Basic evaluation items such as Strehl intensity and wavefront aberration can be optimized using commercially available optical calculation software such as Code-V (Optical Research Associates).
Then, in step S23, it is determined whether or not a desired optical characteristic has been obtained. If it is obtained, the process is terminated on the assumption that the design conditions have been established. If not obtained, the process proceeds to step S24, and the design parameters are corrected. Then, using the modified design parameter, the process proceeds to step S22 again to calculate the optical characteristics. In this way, design conditions having desired optical characteristics are determined by repeated calculation.
Conventionally, in the design of the conventional ultra-short ultraviolet optical system as shown in FIG. 7, the thermal deformation of an optical element such as a mirror in the use state of the ultra-short ultraviolet optical system has not been taken into consideration.
However, as will be described later, in the state of use of the ultra-short ultraviolet optical system, a certain degree of mirror temperature rise is unavoidable, and the optical characteristics in the actual use state due to thermal deformation of the mirror caused by this temperature rise. However, it is different from the optical characteristics designed by the method as described above.
Therefore, even in the ultrashort ultraviolet optical system manufactured based on the precisely designed conditions, there is a problem that desired characteristics cannot be obtained in the state of use, and therefore readjustment is necessary.
The present invention has been made in view of such circumstances, and a reflection mirror for an ultrashort ultraviolet optical system capable of obtaining desired characteristics under actual use conditions, and an ultrashort ultraviolet optical system using such a reflection mirror. First, to provide a method for manufacturing and using such an ultrashort ultraviolet optical system, an ultrashort ultraviolet exposure apparatus using such an ultrashort ultraviolet optical system, and a method of using the ultrashort ultraviolet exposure apparatus. Objective.
In addition, in such an ultrashort ultraviolet optical system, even if it can be designed to obtain desired characteristics under actual use conditions, the optical characteristics (for example, Strehl intensity, wavefront aberration, , Distortion, curvature of field) must be within a predetermined range. For that purpose, such an optical system is measured after its assembly is completed, and if it is not within a predetermined value, the shape of each optical element (mirror etc.) is measured. It is necessary to correct or change the mounting method of each optical element. Therefore, it is required to measure the characteristics of the ultrashort ultraviolet optical system by some method.
As a method for measuring the Strehl intensity, wavefront aberration, distortion, and field curvature of the ultrashort ultraviolet optical system, a method using an interferometer is generally employed. In addition, for distortion, the reference pattern is imaged on the imaging surface, and for field curvature, the reference pattern is imaged on the imaging surface by changing the position of the imaging surface and compared. Is also required by.
In these measurements, EUV light that is weaker than the EUV light that is actually used is used as measurement light. On the other hand, as described above, a mirror having a reflection characteristic by forming a multilayer optical thin film on the surface of glass or quartz processed so as to form a concave surface or a convex surface is used. A generally used multilayer optical thin film is one in which Mo and Si are alternately laminated. As an example, 50 layers of 6.7 nm thick Mo and Si are alternately laminated to form a film thickness of 335 nm as a whole. Is used.
However, even a mirror using such a multilayer optical thin film has a reflectance of about 70%. Therefore, 30% of the energy of the incident EUV light is converted into heat on the mirror surface. For this reason, although a cooling device is attached to the mirror, a certain increase in the temperature of the mirror is unavoidable when the ultrashort ultraviolet optical system is used. Therefore, the shape of the mirror is determined in consideration of this temperature rise, and it is preferable to design the mirror so that predetermined optical characteristics can be obtained at the temperature in use.
However, when measuring the optical characteristics of the mirror in the assembly adjustment process of the ultrashort ultraviolet optical system, as described above, it measures EUV light that is weaker than the EUV light actually used, or visible light, ultraviolet light, etc. It is used as a light for measurement. Therefore, the temperature rise of the mirror when measuring the optical characteristics is different from the temperature rise of the mirror in the actual use state. Due to the difference in temperature rise, the mirror shape in the optical property measurement state and the actual use state is different, and the optical property of the mirror differs accordingly. This problem also becomes a problem when the optical system is not designed to have predetermined optical characteristics at the temperature in use.
Therefore, even if the optical characteristics of the mirror are measured and the mirror is reworked or the assembly and adjustment of the ultrashort ultraviolet optical system is performed based on the measured optical characteristics, there is a possibility that the desired optical characteristics cannot be obtained in the actual use state. .
The present invention has been made in view of such circumstances, and even when optical characteristics are measured using light weaker than EUV light in an actual use state, the actual use state is the same as the actual use state. A reflection mirror for an ultra-short ultraviolet optical system capable of obtaining optical characteristics close to the state of use, an ultra-short ultraviolet optical system using such a reflection mirror, a method for producing and using such an ultra-short ultraviolet optical system, A second object is to provide an ultra-short ultraviolet exposure apparatus using such an ultra-short ultraviolet optical system and a method of using the ultra-short ultraviolet exposure apparatus.
前記目的を達成するための第１の発明は、構成要素である光学要素が露光時に熱変形したときに、光学特性が最適化されるように、各光学要素の形状と配置を決定する工程を有することを特徴とする極短紫外線光学系の製造方法である。
本発明においては、構成要素である光学要素の使用時における熱変形を考慮して、各光学要素の形状と配置が決定されるので、設計結果に基づいて各光学要素の形状と配置を決定し、それに基づいて製造するようにすれば、使用時において要求される光学特性が得られるようになり、たとえ得られない場合でも微調整で、要求される光学特性が得られるようにすることができる。
前記目的を達成するための第２の発明は、前記第１の発明であって、前記各光学要素の機械的な拘束条件を考慮して、各光学要素の形状と配置を決定することを特徴とするものである。
本発明においては、光学要素の熱変形を求めるとき、光学要素の機械的な拘束条件を考慮して求めるようにしている。光学要素は、拘束条件によって変形が妨げられるだけでなく、拘束物体への熱伝達によっても熱変形が異なってくる。本手段においては、これらを考慮しているので、より正確に設計と、これに基づく製造を行うことができる。
前記目的を達成するための第３の発明は、前記第１の発明又は第２の発明であって、前記各光学要素の機械的な拘束条件を考慮して、各光学要素の形状と配置を決定することを特徴とするものである。
温度的な拘束条件とは、光学要素に許される温度の上下限値のことである。本発明においては、光学要素の温度的な拘束条件を考慮して、各光学要素の形状と配置を決定するようにしている。よって、実際の使用状態において、光学要素が、許される温度の制約条件を超える可能性を少なくすることができる。
前記目的を達成するための第４の発明は、前記第１の発明から第３の発明のいずれかであり、前記光学要素が反射ミラーを含む極短紫外線光学系の製造方法であって、加熱手段により、前記反射ミラーを加熱しながら、前記反射ミラー又は前記反射ミラーを含む極短紫外線光学系の光学特性を測定し、その測定結果に基づいて、当該極短紫外線光学系の組み立て調整を行う工程を有することを特徴とするものである。
本発明においては、その光学特性を測定するとき、使用状態に近い反射ミラーの変形状態で測定を行うことができる。よって、製造時における組み立て調整を容易にかつ正確に行うことができる。
前記目的を達成するための第５の発明は、前記第４の発明であって、前記加熱手段により発生する熱による反射ミラーの温度分布が反射ミラーが使用状態にあるときとほぼ同じ温度分布となるように加熱されることを特徴とするものである。
本発明においては、その光学特性を測定するとき、使用状態とほぼ同じ反射ミラーの変形状態で測定を行うことができる。よって、製造時における組み立て調整を容易にかつ正確に行うことができる。
前記目的を達成するための第６の発明は、極短紫外線光学系に使用される反射ミラーであって、その表面部分に発熱装置が設けられていることを特徴とする極短紫外線光学系用反射ミラーである。
本発明においては、反射ミラーの表面部分に発熱装置が設けられているので、この発熱装置により熱を発生させ、反射ミラーを使用時における温度に近い温度まで上昇させることができる。よって、この状態で光学特性の測定を行うことにより、使用時に近いミラーの変形状態のもとで測定ができるので、使用時に近い光学特性を測定することができる。
なお、「表面部分」とは、表面及び表面直下の部分のことである。具体的には反射ミラーの表面に成膜される多層光学薄膜の部分から、ミラー基板の表面までの間である。この部分に発熱装置が設けられるので、ＥＵＶ光を照射したときに近い状態で熱を発生させることができる。
前記目的を達成するための第７の発明は、前記第６の発明であって、前記発熱装置が、前記反射ミラーの有効領域のみに設けられていることを特徴とするものである。
ここで「有効領域」とは、使用時に実際にＥＵＶ光が照射される部分のことである。使用時における熱はこの部分で発生する。本発明においては、発熱装置が、前記反射ミラーの有効領域のみに設けられているので、より使用時に近い熱発生を行わせることができる。
前記目的を達成するための第８の発明は、前記第６の発明又は第７の発明であって、前記発熱装置が薄膜抵抗体からなり、反射ミラーの有効領域においては、反射体を構成する多層光学薄膜の裏側に設けられていることを特徴とするものである。
本発明においては、発熱装置が薄膜抵抗体からなるので、多層光学薄膜を成膜するのと同じプロセスにより、発熱装置を反射ミラーの表面に形成することも可能となる。また、多層光学薄膜の機能を妨げることなく、反射ミラーの表面を加熱することができる。
前記目的を達成するための第９の発明は、前記第８の発明であって、前記薄膜抵抗体に切り込みが設けられ、この切り込みにより、前記薄膜抵抗体又は多層光学薄膜が分割されて、連続した帯状の発熱体とされていることを特徴とするものである。
本発明においては、後に発明の実施の形態の欄で説明するように、前記薄膜抵抗体に切り込みが設けられ、この切り込みにより、前記薄膜抵抗体が分割されて、連続した帯状の発熱体とされている。よって、この連続して帯状に分割された薄膜抵抗体の両端に電圧を印加することにより、薄膜抵抗体を発熱させることができる。そして、この帯状部分の幅を場所により変え、さらにこれに加え、必要に応じて流す電流値を制御すること等により、発熱量を場所により変えることができ、望ましい温度分布を反射ミラーに与えることができる。
前記目的を達成するための第１０の発明は、前記第６の発明又は第７の発明であって、前記発熱手段が、反射体を構成する多層光学薄膜であることを特徴とするものである。
本発明は、発熱手段として反射体を構成する多層光学薄膜を使用している。よって、前記第８の発明と同じ作用効果が得られる。さらに、反射体を構成する多層光学薄膜そのものを発熱装置として用いているので特別な発熱装置を設ける必要がない。
前記目的を達成するための第１１の発明は、前記１０の発明であって、前記多層光学薄膜に切り込みが設けられ、この切り込みにより、多層光学薄膜が分割されて、連続した帯状の発熱体とされていることを特徴とするものである。
本発明は、前記第９の発明と同じ作用効果を奏する。
前記目的を達成するための第１２の発明は、前記第６の発明から第１１の発明のいずれかであって、前記発熱手段により発生する熱による反射ミラーの温度分布が、当該反射ミラーが使用状態にあるときとほぼ同じ温度分布となるように前記発熱手段が形成されていることを特徴とするものである。
発熱装置の厚さや幅や形状を反射ミラーの各部分で変えること等により、反射ミラーの各部分で発生する熱量を調整することができる。この調整により、発熱装置により発生する熱による反射ミラーの温度分布が、当該反射ミラーが使用状態にあるときとほぼ同じ温度分布となるようにすれば、使用状態に近いミラーの変形量のもとで、光学特性を測定することができる。なお、「ほぼ」とは、ミラーの変形量の使用状態との違いが、光学特性の測定精度上問題とならないような範囲をいう。
前記目的を達成するための第１３の発明は、極短紫外線を射出する光源と、前記光源からの極短紫外線をマスク上に導く反射ミラーを有する照明光学系と、反射ミラーを有し前記マスクの像を感応基板上に投影結像させる投影光学系と、前記反射ミラーのうち少なくとも一つの反射面を加熱する加熱手段とを有することを特徴とする極短紫外線露光装置であって、前記反射ミラーの少なくとも一つが、前記第６の発明から第１２の発明のいずれかであることを特徴とするものである。
本発明においては、前記第６の発明から第１２の発明のいずれかの極短紫外線光学系用反射ミラーを有するので、その光学特性を測定するとき、使用状態に近い反射ミラーの変形状態で測定を行うことができる。よって、組み立て調整を容易にかつ正確に行うことができる。
前記目的を達成するための第１４の発明は、前記第１３の発明である極短紫外線露光装置の使用方法であって、運転開始に際し、加熱手段により、前記反射ミラーを加熱する工程を有することを特徴とするものである。
本発明においては、運転開始に際し、発熱装置により、反射ミラーを加熱する。これにより、反射ミラーが早期に実際の使用状態に近い温度になって、その形状が安定するので、ＥＵＶ光により加熱されて安定状態になるのを待つより、早期に使用を開始することができる。尚、加熱手段としては前述の発熱手段の他にもレーザーや赤外線ランプ等他の加熱手段を用いることも可能である。
前記目的を達成するための第１５の発明は、反射ミラーを含む極短紫外線光学系の製造方法であって、加熱手段により、反射ミラーを加熱しながら、反射ミラー又は反射ミラーを含む極短紫外線光学系の光学特性を測定し、その測定結果に基づいて、当該極短紫外線光学系の組み立て調整を行う工程を有することを特徴とするものである。
本発明においては、その光学特性を測定するとき、使用状態に近い反射ミラーの変形状態で測定を行うことができる。よって、製造時における組み立て調整を容易にかつ正確に行うことができる。
前記目的を達成するための第１６の発明は、前記第１５の発明であって、前記加熱手段により発生する熱による反射ミラーの温度分布が反射ミラーが使用状態にあるときとほぼ同じ温度分布となるように加熱されることを特徴とするものである。
本発明においては、その光学特性を測定するとき、使用状態とほぼ同じ反射ミラーの変形状態で測定を行うことができる。よって、製造時における組み立て調整を容易にかつ正確に行うことができる。
前記目的を達成するための第１７の発明は、構成要素である光学要素が露光時に熱変形したときに、光学特性が最適化されるように、各光学要素の形状と配置が決定されていることを特徴とする極短紫外線光学系である。
本発明においては、従来の極短紫外線光学系と異なり、構成要素である光学要素が露光時に熱変形したときに、光学特性が最適化されるように、各光学要素の形状と配置が決定されているので、実際の使用時に必要とされる光学特性が得られる。
前記目的を達成するための第１８の発明は、前記第１７の発明である極短紫外線光学系の使用方法であって、前記光学要素が反射ミラーを含み、運転開始に際し、加熱手段により、前記反射ミラーを加熱する工程を有することを特徴とするものである。
本発明においては、運転開始に際し、発熱装置により、反射ミラーを加熱する。これにより、反射ミラーが早期に実際の使用状態に近い温度になって、その形状が安定するので、ＥＵＶ光により加熱されて安定状態になるのを待つより、早期に使用を開始することができる。
前記目的を達成するための第１９の発明は、前記第１７の発明である極短紫外線光学系を有することを特徴とする極短紫外線露光装置である。
本発明においては、前記第１７の発明である極短紫外線光学系を有するので、露光時に、構成要素である光学要素が熱変形したときに、光学特性が最適化されるように、各光学要素の形状と配置が決定されている。よって、実際の使用時に必要とされる光学特性が得られる。A first invention for achieving the above object includes a step of determining the shape and arrangement of each optical element so that the optical characteristics are optimized when the optical element as a component is thermally deformed during exposure. It is a manufacturing method of the ultrashort ultraviolet optical system characterized by having.
In the present invention, the shape and arrangement of each optical element are determined in consideration of thermal deformation during use of the optical element that is a component. Therefore, the shape and arrangement of each optical element are determined based on the design result. If manufactured based on this, the required optical characteristics can be obtained at the time of use, and even if it cannot be obtained, the required optical characteristics can be obtained by fine adjustment. .
A second invention for achieving the above object is the first invention, wherein the shape and arrangement of each optical element are determined in consideration of the mechanical constraint condition of each optical element. It is what.
In the present invention, when the thermal deformation of the optical element is obtained, the mechanical deformation condition of the optical element is taken into consideration. The optical element is not only prevented from being deformed by the constraint condition, but also varies in thermal deformation by heat transfer to the constraint object. In this means, since these are taken into consideration, design and production based on this can be performed more accurately.
A third invention for achieving the above object is the first invention or the second invention, wherein the shape and arrangement of each optical element are determined in consideration of the mechanical constraint condition of each optical element. It is characterized by determining.
The temperature constraint is the upper and lower limits of the temperature allowed for the optical element. In the present invention, the shape and arrangement of each optical element are determined in consideration of the temperature constraint condition of the optical element. Therefore, in an actual use state, the possibility that the optical element exceeds the allowable temperature constraint can be reduced.
A fourth invention for achieving the above object is any one of the first to third inventions, and is a method of manufacturing an ultrashort ultraviolet optical system in which the optical element includes a reflecting mirror, and is a heating method. The means measures the optical characteristics of the ultrashort ultraviolet optical system including the reflective mirror or the reflective mirror while heating the reflective mirror, and performs assembly adjustment of the ultrashort ultraviolet optical system based on the measurement result. It has the process, It is characterized by the above-mentioned.
In the present invention, when measuring the optical characteristics, the measurement can be performed in a deformed state of the reflecting mirror close to the use state. Therefore, assembly adjustment at the time of manufacture can be performed easily and accurately.
A fifth invention for achieving the above object is the fourth invention, wherein the temperature distribution of the reflection mirror due to the heat generated by the heating means is substantially the same as that when the reflection mirror is in use. It is heated so that it may become.
In the present invention, when measuring the optical characteristics, it is possible to perform the measurement in a deformed state of the reflecting mirror that is substantially the same as the used state. Therefore, assembly adjustment at the time of manufacture can be performed easily and accurately.
A sixth invention for achieving the above object is a reflection mirror used in an ultrashort ultraviolet optical system, wherein a heat generating device is provided on a surface portion thereof. It is a reflection mirror.
In the present invention, since the heat generating device is provided on the surface portion of the reflecting mirror, heat can be generated by the heat generating device, and the reflecting mirror can be raised to a temperature close to that in use. Therefore, by measuring the optical characteristics in this state, the measurement can be performed under the deformation state of the mirror close to the time of use, so that the optical characteristics close to the time of use can be measured.
The “surface portion” refers to the surface and the portion immediately below the surface. Specifically, it is from the portion of the multilayer optical thin film formed on the surface of the reflecting mirror to the surface of the mirror substrate. Since a heat generating device is provided in this part, heat can be generated in a state close to that when EUV light is irradiated.
A seventh invention for achieving the object is the sixth invention, wherein the heat generating device is provided only in an effective area of the reflecting mirror.
Here, the “effective region” is a portion that is actually irradiated with EUV light during use. Heat in use is generated in this part. In the present invention, since the heat generating device is provided only in the effective area of the reflecting mirror, it is possible to generate heat that is closer to the time of use.
An eighth invention for achieving the above object is the sixth invention or the seventh invention, wherein the heat generating device is formed of a thin film resistor, and a reflector is formed in an effective region of the reflection mirror. It is provided on the back side of the multilayer optical thin film.
In the present invention, since the heat generating device is made of a thin film resistor, the heat generating device can be formed on the surface of the reflection mirror by the same process as that for forming the multilayer optical thin film. Further, the surface of the reflection mirror can be heated without interfering with the function of the multilayer optical thin film.
A ninth invention for achieving the above object is the eighth invention, wherein the thin film resistor is provided with a cut, and the thin film resistor or the multilayer optical thin film is divided by the cut to continuously form the thin film resistor. It is characterized by being a strip-shaped heating element.
In the present invention, as will be described later in the section of the embodiment of the present invention, a cut is provided in the thin film resistor, and the thin film resistor is divided by this cut into a continuous belt-like heating element. ing. Therefore, the thin film resistor can be heated by applying a voltage to both ends of the thin film resistor divided into strips. And, by changing the width of this band-like part depending on the location, and in addition to this, controlling the value of the current that flows as necessary, the amount of heat generation can be changed depending on the location, giving a desirable temperature distribution to the reflecting mirror Can do.
A tenth invention for achieving the object is the sixth invention or the seventh invention, wherein the heat generating means is a multilayer optical thin film constituting a reflector. .
The present invention uses a multilayer optical thin film constituting a reflector as a heat generating means. Therefore, the same effect as the eighth invention can be obtained. Further, since the multilayer optical thin film itself constituting the reflector is used as a heat generating device, it is not necessary to provide a special heat generating device.
An eleventh invention for achieving the above object is the tenth invention, wherein a cut is provided in the multilayer optical thin film, and the multilayer optical thin film is divided by this cut, and a continuous belt-like heating element and It is characterized by being.
The present invention has the same effects as the ninth invention.
A twelfth aspect of the invention for achieving the object is any one of the sixth to eleventh aspects, wherein a temperature distribution of the reflection mirror due to heat generated by the heating means is used by the reflection mirror. The heat generating means is formed so as to have substantially the same temperature distribution as in the state.
The amount of heat generated in each part of the reflection mirror can be adjusted by changing the thickness, width and shape of the heat generating device in each part of the reflection mirror. By making this adjustment so that the temperature distribution of the reflecting mirror due to the heat generated by the heat generating device is substantially the same as that when the reflecting mirror is in use, the amount of deformation of the mirror close to that in use can be reduced. Thus, the optical characteristics can be measured. Note that “substantially” means a range in which the difference in the amount of deformation of the mirror from the usage state does not cause a problem in the measurement accuracy of the optical characteristics.
According to a thirteenth aspect of the present invention for achieving the above object, there is provided a light source that emits ultra-short ultraviolet rays, an illumination optical system having a reflection mirror that guides the ultra-short ultraviolet rays from the light source onto a mask, and the mask that includes the reflection mirror. An ultra-short ultraviolet exposure apparatus, comprising: a projection optical system for projecting an image of the image on a sensitive substrate; and a heating means for heating at least one reflection surface of the reflection mirror. At least one of the mirrors is any one of the sixth to twelfth inventions.
In the present invention, since the reflection mirror for an ultrashort ultraviolet optical system according to any one of the sixth to twelfth inventions is provided, when measuring the optical characteristics, the measurement is performed in a deformed state of the reflection mirror close to the use state. It can be performed. Therefore, assembly adjustment can be performed easily and accurately.
A fourteenth invention for achieving the above object is a method for using the ultrashort ultraviolet exposure apparatus according to the thirteenth invention, comprising the step of heating the reflection mirror by a heating means at the start of operation. It is characterized by.
In the present invention, the reflection mirror is heated by the heat generating device at the start of operation. As a result, the temperature of the reflecting mirror becomes close to the actual use state at an early stage and the shape thereof is stabilized, so that the use can be started earlier than waiting for the reflection mirror to be heated to become a stable state. . In addition to the heating means described above, other heating means such as a laser or an infrared lamp can be used as the heating means.
A fifteenth invention for achieving the above object is a method of manufacturing an ultrashort ultraviolet optical system including a reflecting mirror, and the ultrashort ultraviolet light including the reflecting mirror or the reflecting mirror while heating the reflecting mirror by a heating means. The optical characteristic of an optical system is measured, Based on the measurement result, it has the process of performing assembly adjustment of the said ultrashort ultraviolet optical system, It is characterized by the above-mentioned.
In the present invention, when measuring the optical characteristics, the measurement can be performed in a deformed state of the reflecting mirror close to the use state. Therefore, assembly adjustment at the time of manufacture can be performed easily and accurately.
A sixteenth invention for achieving the above object is the fifteenth invention, wherein the temperature distribution of the reflecting mirror due to the heat generated by the heating means is substantially the same as that when the reflecting mirror is in use. It is heated so that it may become.
In the present invention, when measuring the optical characteristics, it is possible to perform the measurement in a deformed state of the reflecting mirror that is substantially the same as the used state. Therefore, assembly adjustment at the time of manufacture can be performed easily and accurately.
In the seventeenth invention for achieving the above object, the shape and arrangement of each optical element are determined so that the optical characteristics are optimized when the constituent optical element is thermally deformed during exposure. This is an ultrashort ultraviolet optical system.
In the present invention, unlike the conventional ultrashort ultraviolet optical system, the shape and arrangement of each optical element are determined so that the optical characteristics are optimized when the optical element as a component is thermally deformed during exposure. Therefore, the optical characteristics required at the time of actual use can be obtained.
An eighteenth invention for achieving the object is a method of using the ultrashort ultraviolet optical system according to the seventeenth invention, wherein the optical element includes a reflecting mirror, and at the start of operation, the heating means It has the process of heating a reflective mirror, It is characterized by the above-mentioned.
In the present invention, the reflection mirror is heated by the heat generating device at the start of operation. As a result, the temperature of the reflecting mirror becomes close to the actual use state at an early stage and the shape thereof is stabilized, so that the use can be started earlier than waiting for the reflection mirror to be heated to become a stable state. .
A nineteenth invention for achieving the above object is an ultrashort ultraviolet exposure apparatus having the ultrashort ultraviolet optical system according to the seventeenth invention.
In the present invention, since the ultrashort ultraviolet optical system according to the seventeenth aspect of the present invention is provided, each optical element is optimized so that the optical characteristics are optimized when the optical element as a component is thermally deformed during exposure. The shape and arrangement of the are determined. Therefore, the optical characteristics required during actual use can be obtained.
図１は、本発明の第１の実施の形態である極短紫外線光学系の設計方法の概要を示すフローチャートである。
図２は、本発明の第２の実施の形態である極短紫外線光学系用反射ミラーを示す概要図である。
図３は、抵抗の幅を変えることによって温度分布を形成する原理を示す図である。
図４は、本発明の第３の実施の形態である極短紫外線光学系用反射ミラーを示す概要図である。
図５は、本発明の第４の実施の形態である極短紫外線光学系を示す概要図である。
図６は、本発明の第５の実施の形態である極短紫外線光学系を示す概要図である。
図７は、従来の、極短紫外線光学系の設計方法の概要を示すフローチャートである。
図８は、従来の極短紫外線投影露光装置の一部の概要を示す図である。FIG. 1 is a flowchart showing an outline of a design method for an ultrashort ultraviolet optical system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a reflection mirror for an ultrashort ultraviolet optical system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the principle of forming a temperature distribution by changing the width of the resistance.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a reflection mirror for an ultrashort ultraviolet optical system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing an ultrashort ultraviolet optical system according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing an ultrashort ultraviolet optical system according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing an outline of a conventional method for designing an ultrashort ultraviolet optical system.
FIG. 8 is a diagram showing an outline of a part of a conventional ultrashort ultraviolet projection exposure apparatus.
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の第１の例である極短紫外線光学系の製造方法中の１つの工程である設計方法の概要を示すフローチャートである。
まずステップＳ１１において、従来の方法と同じように、設計パラメータの初期値を与える。次に、ステップＳ１２において極短紫外線光学系を構成する各ミラーの露光時の熱変形を計算する。
熱変形の計算は次のようにして行う。まず、光源の発光強度、波長分布と光学系全体（照明系、フィルター、マスク、投影系）の構成から、投影系の各ミラーへ入射する光（その大半はＥＵＶ光）の強度分布を算出する。次に、ミラー表面での光の吸収エネルギー（照射光のエネルギーの３０％程度）を求め、それをミラー表面に配置された発熱源とする。
有限要素法による計算を行うために、ミラーをモデル化する（メッシュで分解されたセルの集合として表現する。）。ミラーは何らかの形でホールドされており、また冷却機構が設けられている。これらを、機械的拘束および温度拘束の境界条件とする。
有限要素法により、このモデルの温度分布を計算し、それによる熱変形を算出する。各ミラーの熱変形を計算したら、ステップＳ１３に移行し、その面形状を用いて光学特性の計算を行う。
そして、ステップＳ１４で所望の光学特性が得られたかどうかを判断し、得られた場合は、設計条件が確定されたとして処理を終了する。得られない場合は、ステップＳ１５に移行し、光学特性を改善するように設計パラメータの修正を行う。そして、修正された設計パラメータを使用して、再びステップＳ１２に移行し、熱変形計算を行う。このようにして、繰り返し計算により、所望の光学特性を有する設計条件が決定される。
光学特性を改善するような設計パラメータの修正とは、具体的には以下に例として示すようなものである。ミラーの表面付近が温度上昇により膨張するので、凹面は曲率半径が大きくなるように、凸面は曲率半径が小さくなるように変形する。曲率半径の変化は上記の熱変形計算の結果からわかっているので、これを相殺するように（すなわち、熱変形した後に設計値の曲率半径になるように）設計パラメータを修正する（曲率半径または面間隔を変える。）。熱変形は温度分布だけでなく機械的拘束条件にも依存する。よって、必要に応じて、ミラーのホールド条件にも修正を加える。
このようにして最適化された光学設計解は、室温では最適化されていないが、実際の使用状態においては、ＥＵＶ光の吸収によりミラー温度が上昇して定常状態に達したときに最適化された状態となる。
最終的な形状測定を確認する際には、ミラーの温度が露光時と同じになるように加熱した状態で測定することにより、設計通りに反射ミラーの形状が制作されているかどうかを確認することができる。
図８に示すような極短紫外線露光装置及びその光学系用のミラーを、上記のように設計し、使用状態において熱変形を起こした状態で所望の光学特性が得られるように形成すれば、所定の性能の極短紫外線露光装置及びその光学系を得ることができる。
図２は本発明の第２の実施の形態である極短紫外線光学系用反射ミラーを示す概要図であり、（ｂ）は平面図、（ａ）は（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図である。この実施の形態においては、多層光学薄膜の下に設けられた薄膜抵抗体層に通電することによりジュール熱を発生する発熱機構を設けている。
低熱膨張ガラス製の基板上１に厚さ１００ｎｍのＴａＮからなる薄膜抵抗体層２が形成されている。薄膜抵抗体層２は、ミラーの有効領域とほぼ一致する領域に形成されている。薄膜抵抗体の材料はＴａＮに限定されない。例えば、ＮｉＣｒ合金やＴａ−ＳｉＯ２サーメット薄膜などを用いてもよい。使用状態の実際の温度上昇に近い温度上昇分布を形成するためには、このように、薄膜抵抗体層２や、他の発熱手段を、ミラーの有効領域とほぼ一致する領域に形成することが好ましいが、ミラーの全面に設けても、ミラーの温度を上昇させることはできるので、ある程度の効果を得ることができる。このことは、後に述べる第３の実施の形態においても同じである。
薄膜抵抗体層２に通電するために、その両端に接するように厚さ１００ｎｍのＡｌからなる電極層３が設けられている。薄膜抵抗体層２の上に厚さ３００ｎｍのＳｉＯ２からなる絶縁層４が形成されている。そして、その上に、反射体となる周期長６．７ｎｍ、積層数５０層対のＭｏ／Ｓｉ多層光学膜５が形成されている。多層光学薄膜５と薄膜抵抗体層２とは絶縁層４により電気的に絶縁されている。
実際には、多層光学薄膜５は、ミラーの有効領域（反射面として使用する領域）を含む領域に形成されているが、簡単化のために図２ではミラーの全面に設けられているように描いている。薄膜抵抗体層２も、多層光学薄膜５が設けられている部分のみに設けるようにすることが好ましい。
薄膜抵抗体層２には、所望の発熱分布を得るために幅１０μｍ程度の切り込み（部分的に発熱抵抗体が除去されている部分）２１が設けられている。発熱抵抗体の幅の広い箇所では抵抗が小さいので発熱は小さく、幅の狭い箇所では抵抗が大きいので発熱は大きくなる。切り込み２１の配置を工夫することにより、ＥＵＶ光照射時の、光吸収による発熱とほぼ同一の発熱分布を得ることが可能になる。
図３に発熱分布の制御方法の原理を説明する。薄膜抵抗体の左側には切り込みが無く、右側には図示したような切り込みを設ける。この薄膜抵抗体の両端に電圧をかけて左から右へ電流を流す場合を考える。切り込みの無い左側の電気抵抗は小さく、切り込みのある右側の電気抵抗は大きい。発熱量はＩ２Ｒ（Ｉ：電流、Ｒ：電気抵抗）に比例するので、左側では小さく右側では大きい。発熱量は電気抵抗に比例するので、切り込みの入れ方を変えて薄膜抵抗体の太さを調整すれば、任意の発熱量分布を実現することができる。
切り込み２１の加工には、例えば、レーザ光を集光して照射して、レーザーアブレーションにより薄膜抵抗体層を局所的に除去する方法を用いることができる。この他に、切り込みとなる位置に予めレジスト等によるパターンを形成しておき、その上に薄膜抵抗体層を形成して、後からレジストとその上に形成された薄膜抵抗体層を除去する、いわゆるリフトオフ法を用いてもよい。
発熱抵抗体層２に設けられた切り込み２１による段差の影響で、その上に形成される多層光学薄膜５に段差が形成されないように、発熱抵抗体層２の上に設けられた絶縁体層４の表面は平坦化されている。平坦化の例としては、まず発熱抵抗体層２全体の表面上に、厚さ５００ｎｍのＳｉＯ２の絶縁体層４を形成する。この状態では、発熱抵抗体層２に設けられた切り込み２１による段差の影響で、絶縁体層４の表面には段差が形成されている。そこで、絶縁体層４の厚さが３００ｎｍになるまで研磨を行い、表面を平坦化する。これにより、絶縁体層４の厚さは、薄膜抵抗体層２の切り込み２１の部分では厚さ４００ｎｍ、電極層３の部分では厚さ２００ｎｍになる。
そして、平坦化された絶縁体層４の上に、従来技術と同じ方法により多層光学薄膜５を積層して形成する。
ミラーの有効領域外の電極層３上の絶縁層４には、電極層３を露出させるために穴４１が設けられている。ここから電極層３に電気配線６が接続されており、電気配線６は電源７に接続されている。
図ではわかりやすくするために基板１の厚さに対して各層の厚さを拡大して示してあるが、実際には基板１の厚さが約５０ｍｍ程度以上であるのに対して薄膜抵抗体層２から多層光学薄膜５まで含めた厚さは１μｍ以下なので、ＥＵＶ光照射時と同様にミラーの表面が加熱される。従って、本ミラーは、両電極３間に所定の電流を流すことにより、露光時と同じ熱変形を示す。
薄膜抵抗体２の電気抵抗は温度によって変化するので、通電時の電流電圧から薄膜抵抗体の抵抗温度係数（ＴＣＲ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を用いて発熱温度を求めることが可能である。あるいは、赤外線放射温度計等を用いて、予め電流値に対する発熱温度分布を測定してデータを収集しておけば、所望の温度になるよう電流量による温度調整が可能になる。
図４は本発明の第３の実施の形態である極短紫外線光学系用反射ミラーを示す概要図であり、（ｂ）は平面図、（ａ）は（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図である。
本実施の形態では、多層光学薄膜自身を発熱機構として使用し、ジュール熱を発生させている。すなわち、多層光学薄膜自体が、第１の実施の形態における薄膜抵抗体２の役割を果たす。
低熱膨張ガラス製のミラー基板１上に周期長６．７ｎｍ、積層数５０層対のＭｏ／Ｓｉ多層光学薄膜５が設けられている。多層光学薄膜５はミラーの有効領域とほぼ一致する領域に形成されている。
多層光学薄膜５に通電するために、その両端に接するように厚さ１００ｎｍのＡｌからなる電極層３が設けられている。電極層３と多層光学薄膜５の一部は重なるように形成される。重なり部分はどちらが上でも構わない。（図４では多層光学薄膜５が上に描いてある。）
多層光学薄膜５には、所望の発熱分布を得るために幅１０μｍ程度の切り込み（部分的に多層光学薄膜が除去されている部分）５１が設けられている。幅の広い箇所では抵抗が小さいので発熱は小さく、幅の狭い箇所では抵抗が大きいので発熱は大きくなる。切り込み５１の配置を工夫することにより、ＥＵＶ光照射時の光吸収による発熱とほぼ同一の発熱分布を得ることが可能になる。
切り込み５１部分はＥＵＶ光を反射しないが、ミラーの有効領域の面積と比べて切り込み全体の面積は無視し得る程度に小さいので、光学特性に悪影響を与えることはほとんどない。
切り込み２１の加工には、例えば、レーザ光を集光して照射して、レーザーアブレーションにより薄膜抵抗体層を局所的に除去する方法を用いることができる。この他に、切り込みとなる位置に予めレジスト等によるパターンを形成しておき、その上に薄膜抵抗体層を形成して、後からレジストとその上に形成された薄膜抵抗体層を除去する、いわゆるリフトオフ法を用いてもよい。
図ではわかりやすくするために基板の厚さに対して各層の厚さを拡大して示してあるが、実際には基板の厚さが約５０ｍｍ程度以上であるのに対して多層光学薄膜の厚さは０．４μｍ以下なので、ＥＵＶ光照射時と同様にミラーの表面が加熱される。従って、本ミラーは、両電極間に所定の電流を流すことにより、露光時と同じ熱変形を示す。
多層光学薄膜の電気抵抗は温度によって変化するので、通電時の電流電圧から多層光学薄膜の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を用いて発熱温度を求めることが可能である。あるいは、赤外線放射温度計等を用いて予め電流値に対する発熱温度分布を測定してデータを収集しておけば、所望の温度になるよう電流量による温度調整が可能になる。
図５は本発明の第４の実施の形態である極短紫外線光学系を示す概要図である。図５で破線で囲まれる部分が極短紫外線光学系であり、具体的には、ＥＵＶ露光装置の投影光学系である。
この実施の形態においては、ＥＵＶ露光装置の投影光学系は、前記第２の実施の形態、又は第３の実施の形態で示された反射ミラーを主要構成部品として使用している。すなわち、各ミラーＭ１〜Ｍ６の反射面には、第２の実施の形態、又は第３の実施の形態で示されたような発熱機構が設けられている。各ミラーの発熱機構には、通電するための定電流電源７が電気配線６によりそれぞれ接続されている（電気配線６は光線を遮らないように配置されていることは言うまでも無い。）。各定電流電源の出力は制御用コンピュータ８により制御されている。
投影系の波面計測を行う際に、各定電流電源から所定の電流を流して各ミラーを発熱させる。ＥＵＶ露光装置に搭載して露光を行う際の各ミラーＭ１〜Ｍ６表面のＥＵＶ光吸収による発熱分布は、ＥＵＶ露光装置に搭載される光源の強度と光学系（照明系、フィルター、マスク、投影系）の構成から計算により算出することができる。これと同一の発熱分布を実現する条件で各ミラーに通電する。
ミラーを発熱させると投影系の波面は大きく変化する。発熱した状態で波面収差が最小になるよう、各ミラーの位置、姿勢を調整した後、それを固定して投影系の組み立て調整作業を完了する。その後、ミラーの発熱を停止すると波面は再び大きく変化して波面収差は増大する。
この投影系をＥＵＶ露光装置に搭載した露光シミュレーションを行った（ミラーに通電はしない。）。露光開始直後に露光したウェハでは、解像力、ディストーションともに設計値に満たない露光性能しか示さなかったが、露光を継続していくと露光性能が徐々に改善され、露光を開始して５時間後には設計値通りの解像力、ディストーションを発揮するようになり、その後さらに露光を継続しても露光特性の劣化は生じなかった。
この結果は、露光開始直後の室温の状態では投影系の波面収差が大きいために露光特性が悪いが、投影系の温度が上昇して定常状態になった時点で波面収差が最小になるために露光特性が改善されたことを示している。
次に、露光開始直後に投影系の各ミラーに通電しながら露光シミュレーションを行った。電圧電流からミラー表面温度を計測し、定常状態とほぼ同じ温度になるように電流値を制御した。前記のように通電しない場合には露光特性が安定するまでに５時間を要したが、この場合は１５分後には設計値通りの露光性能を示した。露光によるミラーの加熱が進むにつれて、ミラーの温度制御により電流値は徐々に低下し、露光特性が安定した時点ではいずれのミラーの電流値もほぼゼロになっていた。その後はミラーへの通電は停止した。以上のように、露光開始直後に投影系を構成する各ミラー表面を発熱させることにより、露光性能が安定するのに要する時間を大幅に短縮することができた。
なお、運転開始（露光開始）の前に予めミラーに熱を加えておいても、露光性能が安定するまでに要する時間を短縮させることができる。
図６は本発明の第５の実施の形態である極短紫外線光学系を示す概要図である。図６において破線で囲まれる部分が極短紫外線光学系であり、具体的には、ＥＵＶ露光装置の投影光学系である。本実施の形態の極短紫外線光学系の基本構成は図５に示すものと変わりはないが、本実施の形態においては、各反射ミラーＭ１〜Ｍ６の表面部分に発熱機構が設けられておらず、代わりに赤外線源Ａ〜Ｅが設けられて、各反射ミラーＭ１〜Ｍ６の有効領域を赤外線で照射していることが異なっている。
よって、各反射ミラーＭ１〜Ｍ６の有効領域は赤外線で加熱され温度が上昇する。図示を省略しているが、各反射ミラーＭ１〜Ｍ６の温度を測定し、これらが所定温度になるように、各赤外線源Ａ〜Ｅの赤外線放出量を制御するようにしてもよい。このようにして、図５に示した実施の形態と同じように、各反射ミラーＭ１〜Ｍ６に、使用時と同等の温度分布を与え、各反射ミラーＭ１〜Ｍ６の熱変形を使用時とほぼおなじにすることができる。赤外線源の代わりにレーザや他の加熱手段を熱線放出源として用いてもよい。
なお、図５、図６においては、全ての反射ミラーに発熱機構を設けたり、全ての反射ミラーを赤外線で加熱するようにしているが、一部の反射ミラーのみについてこのような手段により加熱を行うようにしてもよい。また、一部の反射ミラーを発熱機構で加熱し、他の一部の反射ミラーを熱線（赤外線）で加熱する等、種々の組み合わせを採用することができる。また、以上の実施の形態においては、加熱機構として発熱機構や赤外線を使用しているが、ミラーを加熱できる手段であれば、この他の加熱手段を任意に選んで使用することができる。
本発明の実施の形態である極短紫外線露光装置の基本的な構成は、図８に示した従来の極短紫外線露光装置と変わるところがない。
以上、実施の形態の例を用いて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されず、当業者によって変更あるいは追加可能なあらゆる例を含むものである。Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart showing an outline of a design method which is one step in a method for manufacturing an ultrashort ultraviolet optical system as a first example of an embodiment of the present invention.
First, in step S11, initial values of design parameters are given as in the conventional method. Next, thermal deformation at the time of exposure of each mirror constituting the ultrashort ultraviolet optical system is calculated in step S12.
Calculation of thermal deformation is performed as follows. First, the intensity distribution of light (most of which is EUV light) incident on each mirror of the projection system is calculated from the emission intensity and wavelength distribution of the light source and the configuration of the entire optical system (illumination system, filter, mask, projection system). . Next, the absorption energy of light on the mirror surface (about 30% of the energy of irradiation light) is obtained, and this is used as a heat source arranged on the mirror surface.
In order to perform calculations by the finite element method, a mirror is modeled (represented as a set of cells decomposed by a mesh). The mirror is held in some form and a cooling mechanism is provided. These are the boundary conditions of mechanical constraint and temperature constraint.
The temperature distribution of this model is calculated by the finite element method, and the thermal deformation caused thereby is calculated. When the thermal deformation of each mirror is calculated, the process proceeds to step S13, and optical characteristics are calculated using the surface shape.
In step S14, it is determined whether a desired optical characteristic has been obtained. If the desired optical characteristic has been obtained, it is determined that the design condition has been determined, and the process is terminated. If not obtained, the process proceeds to step S15, and the design parameters are corrected so as to improve the optical characteristics. Then, using the modified design parameter, the process proceeds to step S12 again, and thermal deformation calculation is performed. In this way, design conditions having desired optical characteristics are determined by repeated calculation.
The modification of the design parameter so as to improve the optical characteristics is specifically as shown below as an example. Since the vicinity of the surface of the mirror expands due to the temperature rise, the concave surface is deformed so that the radius of curvature is large, and the convex surface is deformed so that the radius of curvature is small. Since the change in the radius of curvature is known from the result of the thermal deformation calculation described above, the design parameter is modified (that is, the radius of curvature or Change the face spacing.) Thermal deformation depends not only on temperature distribution but also on mechanical constraints. Therefore, the mirror hold condition is also corrected as necessary.
The optical design solution optimized in this way is not optimized at room temperature. However, in the actual use state, the optical design solution is optimized when the mirror temperature rises due to absorption of EUV light and reaches a steady state. It becomes a state.
When checking the final shape measurement, make sure that the shape of the reflective mirror is produced as designed by measuring it with the mirror heated to the same temperature as during exposure. Can do.
If the ultra-short ultraviolet exposure apparatus as shown in FIG. 8 and the mirror for its optical system are designed as described above and formed so as to obtain desired optical characteristics in a state where thermal deformation has occurred in the use state, It is possible to obtain an ultrashort ultraviolet exposure apparatus having a predetermined performance and its optical system.
2A and 2B are schematic views showing a reflection mirror for an ultrashort ultraviolet optical system according to a second embodiment of the present invention. FIG. 2B is a plan view, and FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. is there. In this embodiment, a heating mechanism is provided that generates Joule heat by energizing a thin film resistor layer provided under the multilayer optical thin film.
A thin film resistor layer 2 made of TaN having a thickness of 100 nm is formed on a substrate 1 made of low thermal expansion glass. The thin film resistor layer 2 is formed in a region that substantially matches the effective region of the mirror. The material of the thin film resistor is not limited to TaN. For example, a NiCr alloy or a Ta—SiO 2 cermet thin film may be used. In order to form a temperature rise distribution that is close to the actual temperature rise in use, the thin film resistor layer 2 and other heating means may be formed in a region that substantially matches the effective region of the mirror. Although it is preferable, even if it is provided on the entire surface of the mirror, the temperature of the mirror can be raised, so that a certain effect can be obtained. This also applies to the third embodiment described later.
In order to energize the thin film resistor layer 2, an electrode layer 3 made of Al having a thickness of 100 nm is provided in contact with both ends thereof. An insulating layer 4 made of SiO 2 having a thickness of 300 nm is formed on the thin film resistor layer 2. A Mo / Si multilayer optical film 5 having a periodic length of 6.7 nm and a stacking number of 50 layers is formed thereon as a reflector. The multilayer optical thin film 5 and the thin film resistor layer 2 are electrically insulated by the insulating layer 4.
Actually, the multilayer optical thin film 5 is formed in a region including the effective region of the mirror (region used as a reflecting surface), but for simplicity, as shown in FIG. I'm drawing. The thin film resistor layer 2 is also preferably provided only in the portion where the multilayer optical thin film 5 is provided.
The thin-film resistor layer 2 is provided with a cut (a portion where the heating resistor is partially removed) 21 having a width of about 10 μm in order to obtain a desired heat generation distribution. Since the resistance is small at the wide portion of the heating resistor, the heat generation is small, and at the narrow portion, the resistance is large, so the heat generation is large. By devising the arrangement of the cuts 21, it is possible to obtain a heat generation distribution that is almost the same as the heat generation by light absorption during EUV light irradiation.
FIG. 3 explains the principle of the method for controlling the heat generation distribution. There is no cut on the left side of the thin film resistor, and a cut as shown is provided on the right side. Consider a case where a current is applied from left to right by applying a voltage across the thin film resistor. The electric resistance on the left side with no notch is small, and the electric resistance on the right side with notch is large. Since the amount of heat generation is proportional to I2R (I: current, R: electrical resistance), it is small on the left side and large on the right side. Since the calorific value is proportional to the electrical resistance, an arbitrary calorific value distribution can be realized by adjusting the thickness of the thin film resistor by changing the way of cutting.
For the processing of the cuts 21, for example, a method of condensing and irradiating laser light and locally removing the thin film resistor layer by laser ablation can be used. In addition to this, a pattern made of a resist or the like is formed in advance at a position to be cut, a thin film resistor layer is formed thereon, and the resist and the thin film resistor layer formed thereon are removed later. A so-called lift-off method may be used.
The insulating layer 4 provided on the heating resistor layer 2 is formed so that no step is formed in the multilayer optical thin film 5 formed thereon due to the step caused by the notch 21 provided in the heating resistor layer 2. The surface of is flattened. As an example of planarization, first, an insulating layer 4 of SiO 2 having a thickness of 500 nm is formed on the entire surface of the heating resistor layer 2. In this state, a step is formed on the surface of the insulating layer 4 due to the effect of the step due to the notch 21 provided in the heating resistor layer 2. Therefore, polishing is performed until the thickness of the insulator layer 4 reaches 300 nm, and the surface is flattened. As a result, the thickness of the insulator layer 4 is 400 nm at the notch 21 portion of the thin film resistor layer 2 and 200 nm at the electrode layer 3 portion.
Then, the multilayer optical thin film 5 is formed on the planarized insulator layer 4 by the same method as that of the conventional technique.
A hole 41 is provided in the insulating layer 4 on the electrode layer 3 outside the effective area of the mirror to expose the electrode layer 3. From here, the electrical wiring 6 is connected to the electrode layer 3, and the electrical wiring 6 is connected to the power source 7.
In the figure, the thickness of each layer is shown in an enlarged manner with respect to the thickness of the substrate 1 for the sake of clarity, but in reality, the thickness of the substrate 1 is about 50 mm or more, whereas the thin film resistor. Since the thickness including the layer 2 to the multilayer optical thin film 5 is 1 μm or less, the surface of the mirror is heated as in the case of EUV light irradiation. Therefore, this mirror exhibits the same thermal deformation as that during exposure by passing a predetermined current between both electrodes 3.
Since the electric resistance of the thin film resistor 2 varies depending on the temperature, the heat generation temperature can be obtained from the current voltage during energization using the resistance temperature coefficient (TCR: Thermal Coefficient of Resistance) of the thin film resistor. Alternatively, if an infrared radiation thermometer or the like is used to measure the heat generation temperature distribution with respect to the current value in advance and collect data, the temperature can be adjusted based on the amount of current so that the desired temperature is obtained.
4A and 4B are schematic views showing a reflection mirror for an ultrashort ultraviolet optical system according to a third embodiment of the present invention. FIG. 4B is a plan view, and FIG. 4A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. is there.
In the present embodiment, the multilayer optical thin film itself is used as a heat generating mechanism to generate Joule heat. That is, the multilayer optical thin film itself plays the role of the thin film resistor 2 in the first embodiment.
On a mirror substrate 1 made of low thermal expansion glass, a Mo / Si multilayer optical thin film 5 having a period length of 6.7 nm and a stacking number of 50 layers is provided. The multilayer optical thin film 5 is formed in an area that substantially coincides with the effective area of the mirror.
In order to energize the multilayer optical thin film 5, an electrode layer 3 made of Al having a thickness of 100 nm is provided in contact with both ends thereof. The electrode layer 3 and the multilayer optical thin film 5 are formed so as to overlap each other. Either of the overlapping parts may be on top. (In FIG. 4, the multilayer optical thin film 5 is depicted above.)
The multilayer optical thin film 5 is provided with a cut (a part from which the multilayer optical thin film is partially removed) 51 having a width of about 10 μm in order to obtain a desired heat generation distribution. Heat generation is small because the resistance is small at a wide portion, and heat generation is large because the resistance is large at a narrow portion. By devising the arrangement of the notches 51, it is possible to obtain a heat generation distribution almost the same as the heat generation by light absorption during EUV light irradiation.
The cut 51 portion does not reflect EUV light, but the area of the entire cut is negligibly small compared to the area of the effective area of the mirror, so that the optical characteristics are hardly adversely affected.
For the processing of the cuts 21, for example, a method of condensing and irradiating laser light and locally removing the thin film resistor layer by laser ablation can be used. In addition to this, a pattern made of a resist or the like is formed in advance at a position to be cut, a thin film resistor layer is formed thereon, and the resist and the thin film resistor layer formed thereon are removed later. A so-called lift-off method may be used.
In the figure, for the sake of clarity, the thickness of each layer is shown enlarged with respect to the thickness of the substrate, but in actuality, the thickness of the multilayer optical thin film is about 50 mm or more. Since the thickness is 0.4 μm or less, the surface of the mirror is heated as in the case of EUV light irradiation. Therefore, this mirror exhibits the same thermal deformation as during exposure by passing a predetermined current between both electrodes.
Since the electrical resistance of the multilayer optical thin film varies depending on the temperature, the heat generation temperature can be obtained from the current voltage during energization using the resistance temperature coefficient (TCR) of the multilayer optical thin film. Alternatively, if the heat generation temperature distribution with respect to the current value is measured in advance using an infrared radiation thermometer or the like and the data is collected, the temperature can be adjusted by the amount of current so that the desired temperature is obtained.
FIG. 5 is a schematic diagram showing an ultrashort ultraviolet optical system according to a fourth embodiment of the present invention. A portion surrounded by a broken line in FIG. 5 is an ultrashort ultraviolet optical system, specifically, a projection optical system of an EUV exposure apparatus.
In this embodiment, the projection optical system of the EUV exposure apparatus uses the reflecting mirror shown in the second embodiment or the third embodiment as a main component. That is, the heat generating mechanism as shown in the second embodiment or the third embodiment is provided on the reflecting surfaces of the mirrors M1 to M6. A constant current power source 7 for energizing is connected to the heat generating mechanism of each mirror by an electric wiring 6 (it goes without saying that the electric wiring 6 is arranged so as not to block the light beam). The output of each constant current power source is controlled by the control computer 8.
When the wavefront measurement of the projection system is performed, each mirror generates heat by supplying a predetermined current from each constant current power source. The distribution of heat generated by the EUV light absorption on the surfaces of the mirrors M1 to M6 when performing exposure by mounting on the EUV exposure apparatus indicates the intensity of the light source mounted on the EUV exposure apparatus and the optical system (illumination system, filter, mask, projection system). ) Can be calculated from the configuration of Each mirror is energized under the same conditions for realizing the heat generation distribution.
When the mirror is heated, the wavefront of the projection system changes greatly. After adjusting the position and posture of each mirror so that the wavefront aberration is minimized in the heated state, the mirror is fixed and the assembly adjustment work of the projection system is completed. Thereafter, when the heat generation of the mirror is stopped, the wavefront changes greatly again and the wavefront aberration increases.
An exposure simulation was performed in which this projection system was mounted on an EUV exposure apparatus (the mirror was not energized). The wafer exposed immediately after the start of exposure showed only an exposure performance that was less than the design value in both resolution and distortion. However, as the exposure continued, the exposure performance gradually improved, and after 5 hours from the start of exposure. The resolving power and distortion as designed were exhibited, and the exposure characteristics were not deteriorated even after the exposure was continued.
This result shows that exposure characteristics are poor because the wavefront aberration of the projection system is large at room temperature immediately after the start of exposure, but the wavefront aberration is minimized when the temperature of the projection system rises to a steady state. It shows that the exposure characteristics are improved.
Next, an exposure simulation was performed while energizing each mirror of the projection system immediately after the start of exposure. The mirror surface temperature was measured from the voltage and current, and the current value was controlled so that the temperature was almost the same as in the steady state. When no current was supplied as described above, it took 5 hours for the exposure characteristics to stabilize. In this case, the exposure performance was as designed after 15 minutes. As the heating of the mirror by exposure progressed, the current value gradually decreased by controlling the mirror temperature, and the current value of any mirror was almost zero when the exposure characteristics were stabilized. After that, the power supply to the mirror was stopped. As described above, by heating each mirror surface constituting the projection system immediately after the start of exposure, the time required for stabilizing the exposure performance can be greatly shortened.
Even if heat is applied to the mirror in advance before the start of operation (exposure start), the time required for the exposure performance to stabilize can be shortened.
FIG. 6 is a schematic diagram showing an ultrashort ultraviolet optical system according to a fifth embodiment of the present invention. In FIG. 6, the portion surrounded by the broken line is the ultrashort ultraviolet optical system, and specifically, the projection optical system of the EUV exposure apparatus. The basic configuration of the ultrashort ultraviolet optical system of the present embodiment is the same as that shown in FIG. 5, but in the present embodiment, no heating mechanism is provided on the surface portions of the reflecting mirrors M1 to M6. Instead, infrared sources A to E are provided to irradiate the effective areas of the reflecting mirrors M1 to M6 with infrared rays.
Therefore, the effective area of each of the reflecting mirrors M1 to M6 is heated with infrared rays, and the temperature rises. Although not shown, the temperature of each of the reflection mirrors M1 to M6 may be measured, and the amount of infrared rays emitted from each of the infrared sources A to E may be controlled so that they are at a predetermined temperature. In this way, as in the embodiment shown in FIG. 5, each of the reflecting mirrors M1 to M6 is given a temperature distribution equivalent to that at the time of use, and the thermal deformation of each of the reflecting mirrors M1 to M6 is almost the same as that at the time of use. Can be the same. Instead of the infrared source, a laser or other heating means may be used as the heat ray emission source.
5 and 6, all the reflection mirrors are provided with a heating mechanism or all the reflection mirrors are heated by infrared rays. However, only some of the reflection mirrors are heated by such means. You may make it perform. In addition, various combinations such as heating some of the reflecting mirrors with a heating mechanism and heating other of the reflecting mirrors with heat rays (infrared rays) can be employed. In the above embodiment, a heating mechanism and infrared rays are used as the heating mechanism. However, any other heating means can be selected and used as long as it can heat the mirror.
The basic configuration of the ultra-short ultraviolet exposure apparatus according to the embodiment of the present invention is not different from the conventional ultra-short ultraviolet exposure apparatus shown in FIG.
The present invention has been described above by using the example of the embodiment. However, the present invention is not limited to this, and includes all examples that can be changed or added by those skilled in the art.
