JPWO2004068564A1 - Illumination optical system, illumination apparatus, projection exposure apparatus, and exposure method - Google Patents
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Abstract
本発明は、光源にEUV光を用いた場合においても光量ロスの少ない照明光学系等を提供することを目的とする。本発明の照明光学系は、極端紫外光を射出する光源部、コリメータミラー、フライアイミラー、及びコンデンサミラーを順に配置し、前記コリメータミラー、フライアイミラー、コンデンサミラーの各々は、入射光の斜入射角度が全反射角度となる姿勢で配置された複数の単位ミラーからなることを特徴とする。An object of the present invention is to provide an illumination optical system or the like with little light loss even when EUV light is used as a light source. In the illumination optical system of the present invention, a light source unit that emits extreme ultraviolet light, a collimator mirror, a fly-eye mirror, and a condenser mirror are sequentially arranged. It is characterized by comprising a plurality of unit mirrors arranged in an attitude where the incident angle is the total reflection angle.
Description
本発明は、投影露光装置に搭載される照明光学系や照明装置に関し、特に、極端紫外光(Extreme Ultra Violet光:以下、EUV光という。)に適した照明光学系や照明装置に関する。また、本発明は、上記照明光学系及び照明装置を用いた投影露光装置に関する。また、本発明は、これらの照明光学系や照明装置を用いて良好なるマイクロデバイス(半導体装置、撮像素子、液晶表示装置、薄膜磁気ヘッド等)を製造するための露光方法に関する。 The present invention relates to an illumination optical system and an illumination apparatus mounted on a projection exposure apparatus, and more particularly to an illumination optical system and an illumination apparatus suitable for extreme ultraviolet light (hereinafter referred to as EUV light). The present invention also relates to a projection exposure apparatus using the illumination optical system and the illumination apparatus. The present invention also relates to an exposure method for manufacturing an excellent microdevice (semiconductor device, imaging device, liquid crystal display device, thin film magnetic head, etc.) using these illumination optical system and illumination device.
投影露光装置は、半導体の集積密度を向上させるため、露光波長が短波長化される傾向にある。
それに適用される光源としては、水銀のi線(波長365.015nm)、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、ArFエキシマレーザ(波長193nm)、F2エキシマレーザ(波長157nm)などが挙げられる。さらには、EUV光、特に波長50nm以下のEUV光を光源として用いることも検討されている。
仮に、波長50nm以下のEUV光を用いる場合、光学系を反射型に構成する必要が生じる(たとえば、特開2000−349009号公報に記載された照明光学系など。)。
しかしながら、特開2000−349009号公報に記載された照明光学系であっても、EUV光、特に波長50nm以下のEUV光を十分な反射率で反射させることはできないので、光量ロスが大きい。
なお、各反射面に多層膜を用いることで或る程度の改善が図られるが、それでもこの照明光学系では各反射面につき70%程度しか反射率が得られないので、不十分である。
また、照明光学系中に配置されたフライアイミラーにおける光量ロスも多くフライアイミラーそのものにて大幅な改善が求められている。In the projection exposure apparatus, the exposure wavelength tends to be shortened in order to improve the integration density of the semiconductor.
Examples of the light source applied thereto include mercury i-line (wavelength 365.015 nm), KrF excimer laser (wavelength 248 nm), ArF excimer laser (wavelength 193 nm), F 2 excimer laser (wavelength 157 nm), and the like. Furthermore, the use of EUV light, particularly EUV light with a wavelength of 50 nm or less as a light source is also being studied.
If EUV light having a wavelength of 50 nm or less is used, it is necessary to configure the optical system to be a reflection type (for example, an illumination optical system described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-349209).
However, even with the illumination optical system described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-349209, EUV light, particularly EUV light with a wavelength of 50 nm or less cannot be reflected with a sufficient reflectivity, resulting in a large amount of light loss.
Although a certain degree of improvement can be achieved by using a multilayer film on each reflecting surface, this illumination optical system is still insufficient because only about 70% of the reflectance can be obtained for each reflecting surface.
Further, the fly-eye mirror disposed in the illumination optical system has a large amount of light loss, and the fly-eye mirror itself is required to be greatly improved.
そこで本発明は、光源にEUV光を用いた場合においても光量ロスの少ない照明光学系及び照明装置を提供することを提供することを目的とする。
また、本発明は、上記照明光学系及び照明装置を用いることによって高性能な投影露光装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、上記照明光学系及び照明装置を用いることによって良好なるマイクロデバイス(半導体装置、撮像素子、液晶表示装置、薄膜磁気ヘッド等)を製造し得る露光方法を提供することを目的とする。
本発明の照明光学系は、極端紫外光を射出する光源部、コリメータミラー、フライアイミラー、及びコンデンサミラーを順に配置し、前記コリメータミラー、フライアイミラー、コンデンサミラーの各々は、入射光の斜入射角度が全反射角度となる姿勢で配置された複数の単位ミラーからなることを特徴とする。
好ましくは、前記光源部は、レーザプラズマ光源と、前記レーザプラズマ光源から出射された極端紫外光を集光するコレクタミラーと、前記コレクタミラーによる前記極端紫外光の集光点近傍に配置された飛散物遮断用の隔壁とを備える。
また、好ましくは、前記光源部は、放電プラズマ光源を備えている。
さらに、好ましくは、前記光源部は、前記放電プラズマ光源から出射された極端紫外光を集光するコレクタミラーと、前記コレクタミラーによる前記極端紫外光の集光点近傍に配置された飛散物遮断用の隔壁とを備える。
さらに、好ましくは、前記コレクタミラーは、入射光の斜入射角度が全反射角度となる姿勢で配置された複数の単位ミラーからなる。
さらに、好ましくは、前記コリメータミラーは、互いに径及び広がり角度の異なる複数のスカート状の単位ミラーを、その広がり部を射出側に向けた状態で光軸の周りに配置してなる。
さらに、好ましくは、前記複数のスカート状の単位ミラーの反射面は、円錐の部分側面の形状をしている。
また、好ましくは、前記単位ミラーのうち最外周側に配置される前記単位ミラーの反射面は、放物面の形状をしており、それ以外の前記単位ミラーの反射面は、円錐の部分側面の形状をしている。
さらに、好ましくは、前記コリメータミラーと前記フライアイミラーとの間に、複数の中空管を並列配置してなるキャピラリーアレイが配置される。
さらに、好ましくは、前記キャピラリーアレイを冷却する冷却機構が備えられる。
さらに、好ましくは、前記フライアイミラーは、互いに同姿勢の複数の単位ミラーを並列配置した入射端と、互いに同姿勢の複数の単位ミラーを並列配置した出射端とを、それら各単位ミラーに対する入射光の斜入射角度が全反射角度となるよう、それら単位ミラーによる反射光の進行方向に十分な間隔をおいて配置してなる。
さらに、好ましくは、前記入射端に配置される前記複数の単位ミラーの反射面は、それぞれウォルターI型の形状をしている。
さらに、好ましくは、前記入射端及び前記出射端に配置される前記複数の単位ミラーの反射面は、それぞれ放物面の形状をしている。
さらに、好ましくは、前記入射端を構成する前記複数の単位ミラーは、各単位ミラー間の反射光のケラレが低減されるよう、それら単位ミラーによる反射光の進行方向に十分な距離ずつずらして配置され、前記出射端を構成する前記複数の単位ミラーは、各単位ミラー間の反射光のケラレが低減されるよう、それら単位ミラーによる反射光の進行方向に十分な距離ずつずらして配置される。
さらに、好ましくは、前記コンデンサミラーは、複数の単位ミラーを直列配置してなり、かつそのうち少なくとも1つの反射面がトロイダル非球面である。
さらに、好ましくは、前記光源部が射出する前記極端紫外光は、波長50nm以下の極端紫外光であり、前記コリメータミラー、フライアイミラー、コンデンサミラーの各単位ミラーの反射面は、Ru又はMoの材料からなり、かつ前記斜入射角度が15°以下となる姿勢で配置される。
本発明の投影露光装置は、反射型の投影光学系と、本発明の何れかの照明光学系とを備えたことを特徴とする。
本発明の露光方法は、本発明の何れかの照明光学系を用いてレチクルを照明する照明工程と、前記レチクルのパターンを感光性基板に露光する露光工程とを含むことを特徴とする。
本発明の照明装置は、極端紫外光を供給する光源部、及び該光源部からの光を被照明物体に導く照明光学系を有し、前記照明光学系は、前記極端紫外光を反射させる複数の反射部材を含み、前記照明光学系を構成する全ての前記反射部材は、入射光の入射角度が全反射角度となる姿勢で配置されることを特徴とする。
好ましくは、前記複数の反射部材は、多数の反射素子を有するアレイ状ミラーを少なくとも含み、前記アレイ状ミラーにおける多数の反射素子は、入射光の入射角度が全反射角度となる姿勢で配置される。
さらに好ましくは、前記アレイ状ミラーにおける多数の反射素子は、メリジオナル方向及びサジタル方向において所定の光学パワーをそれぞれ有する。
さらに好ましくは、前記複数の反射部材は、多数の第1の反射素子を有する第1のアレイ状ミラーと、多数の第2の反射素子を有する第2のアレイ状ミラーとを少なくとも含み、前記第1のアレイ状ミラーにおける多数の第1の反射素子及び前記第2のアレイ状ミラーにおける多数の第2の反射素子は、入射光の入射角度が全反射角度となる姿勢でそれぞれ配置される。
また、本発明の照明装置は、極端紫外光を供給する光源部、及び該光源部からの光を被照明物体に導く照明光学系を有し、前記照明光学系は、前記極端紫外光を反射させる複数の反射部材を含み、前記複数の反射部材は、多数の第1の反射素子を有する第1のアレイ状ミラーと、多数の第2の反射素子を有する第2のアレイ状ミラーとを少なくとも含み、前記第1のアレイ状ミラーにおける多数の第1の反射素子及び前記第2のアレイ状ミラーにおける多数の第2の反射素子は、入射光の入射角度が全反射角度となる姿勢でそれぞれ配置されることを特徴とする。
好ましくは、前記第1のアレイ状ミラーにおける多数の第1の反射素子及び前記第2のアレイ状ミラーにおける多数の第2の反射素子は、メリジオナル方向及びサジタル方向において所定の光学パワーを有する。
さらに好ましくは、前記第1のアレイ状ミラー及び前記第2のアレイ状ミラーを経由した光は、前記第2のアレイ状ミラー、前記第2のアレイ状ミラーの近傍、または前記第2のアレイ状ミラーの射出側に2次光源としての多数の集光点を形成する。
さらに好ましくは、前記第1の反射素子と第2の反射素子とのうちの少なくとも一方は方物面状の反射面を含む。
さらに好ましくは、前記第1のアレイ状ミラーにおける多数の第1の反射素子は、前記第1のアレイ状ミラーに入射する入射光路に対して所定の角度で傾斜する第1の基準面にて稠密に配置され、前記第2のアレイ状ミラーにおける多数の第2の反射素子は、前記第2のアレイ状ミラーに入射する入射光路を所定の角度で傾斜する第2の基準面にて稠密に配置されることを特徴とする。
さらに好ましくは、前記第1のアレイ状ミラーにおける多数の第1の反射素子は、前記多数の第1の反射素子の各々に入射する光の中心光に対して所定の角度β1で傾斜する第1の基準面にて稠密に配置され、前記第2のアレイ状ミラーにおける多数の第2の反射素子は、前記多数の第1の反射素子の各々に入射する光の中心光に対して所定の角度β2で傾斜する第2の基準面にて稠密に配置され、前記所定の角度β1及び前記所定の角度β2は、0°<β1≦20°、0°<β2≦20°を満たす。
本発明の投影露光装置は、本発明の何れかの照明装置と、前記照明装置により照明された前記被照明物体としてのレチクルのパターンを感光性基板に投影する投影光学系とを有することを特徴とする。
本発明の露光方法は、本発明の何れかの照明装置を用いて前記被照明物体としてのレチクルを照明する照明工程と、前記レチクルのパターンを感光性基板に露光する露光工程とを含むことを特徴とする。
本発明の露光方法は、極端紫外光を供給する工程と、該極端紫外光でレチクルを照明する工程と、前記レチクルのパターンを感光性基板に露光する工程とを含み、前記照明工程は、入射光の入射角度が全反射角度となる姿勢で配置された複数の反射部材のみを用いて前記極端紫外光を被照明物体へ導く工程を含むことを特徴とする。
本発明の露光方法は、極端紫外光を供給する工程と、該極端紫外光でレチクルを照明する工程と、前記レチクルのパターンを感光性基板に露光する工程とを含み、前記照明工程は、入射光の入射角度が全反射角度となる姿勢で配置された多数の第1の反射素子を有する第1のアレイ状ミラーと、入射光の入射角度が全反射角度となる姿勢で配置された多数の第2の反射素子を有する第2のアレイ状ミラーとを用いて前記極端紫外光を被照明物体へ導く工程を含むことを特徴とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide an illumination optical system and an illumination apparatus that have little light loss even when EUV light is used as a light source.
Another object of the present invention is to provide a high-performance projection exposure apparatus by using the illumination optical system and the illumination apparatus.
Furthermore, an object of the present invention is to provide an exposure method capable of producing a good microdevice (semiconductor device, imaging device, liquid crystal display device, thin film magnetic head, etc.) by using the illumination optical system and the illumination device. To do.
In the illumination optical system of the present invention, a light source unit that emits extreme ultraviolet light, a collimator mirror, a fly-eye mirror, and a condenser mirror are arranged in order, and each of the collimator mirror, the fly-eye mirror, and the condenser mirror is configured to tilt incident light. It is characterized by comprising a plurality of unit mirrors arranged in an attitude where the incident angle is the total reflection angle.
Preferably, the light source unit includes a laser plasma light source, a collector mirror that condenses the extreme ultraviolet light emitted from the laser plasma light source, and scattering disposed near the converging point of the extreme ultraviolet light by the collector mirror. And a partition wall for blocking objects.
Preferably, the light source unit includes a discharge plasma light source.
Further preferably, the light source unit is a collector mirror that condenses the extreme ultraviolet light emitted from the discharge plasma light source, and a scattered object blocking unit disposed near the converging point of the extreme ultraviolet light by the collector mirror. A partition wall.
Further preferably, the collector mirror is composed of a plurality of unit mirrors arranged in such a posture that an oblique incident angle of incident light is a total reflection angle.
Further, preferably, the collimator mirror is formed by arranging a plurality of skirt-shaped unit mirrors having different diameters and spread angles around the optical axis in a state where the spread portions are directed to the exit side.
Further preferably, the reflecting surfaces of the plurality of skirt-shaped unit mirrors have a conical partial side surface shape.
Preferably, the reflection surface of the unit mirror arranged on the outermost peripheral side of the unit mirrors has a parabolic shape, and the other reflection surfaces of the unit mirrors are conical partial side surfaces. It has the shape of
Further, preferably, a capillary array formed by arranging a plurality of hollow tubes in parallel is arranged between the collimator mirror and the fly-eye mirror.
Further preferably, a cooling mechanism for cooling the capillary array is provided.
Further preferably, the fly-eye mirror has an incident end where a plurality of unit mirrors having the same posture are arranged in parallel and an emission end where a plurality of unit mirrors having the same posture are arranged in parallel with each other. They are arranged at a sufficient interval in the traveling direction of the reflected light by the unit mirrors so that the oblique incident angle of light becomes the total reflection angle.
Further preferably, the reflecting surfaces of the plurality of unit mirrors arranged at the incident end have a Walter I shape.
Further preferably, the reflection surfaces of the plurality of unit mirrors arranged at the incident end and the emission end have a parabolic shape, respectively.
Further preferably, the plurality of unit mirrors constituting the incident end are arranged by being shifted by a sufficient distance in the traveling direction of the reflected light by the unit mirrors so as to reduce the vignetting of the reflected light between the unit mirrors. The plurality of unit mirrors constituting the emission end are arranged by being shifted by a sufficient distance in the traveling direction of the reflected light by the unit mirrors so that the vignetting of the reflected light between the unit mirrors is reduced.
Further preferably, the condenser mirror is formed by arranging a plurality of unit mirrors in series, and at least one of the reflecting surfaces is a toroidal aspherical surface.
Further, preferably, the extreme ultraviolet light emitted from the light source unit is extreme ultraviolet light having a wavelength of 50 nm or less, and a reflection surface of each unit mirror of the collimator mirror, fly-eye mirror, and condenser mirror is made of Ru or Mo. It is made of a material and is arranged in such a posture that the oblique incident angle is 15 ° or less.
The projection exposure apparatus of the present invention includes a reflective projection optical system and any one of the illumination optical systems of the present invention.
The exposure method of the present invention includes an illumination step of illuminating a reticle using any one of the illumination optical systems of the present invention, and an exposure step of exposing a pattern of the reticle onto a photosensitive substrate.
An illumination apparatus according to the present invention includes a light source unit that supplies extreme ultraviolet light, and an illumination optical system that guides light from the light source unit to an object to be illuminated. The illumination optical system includes a plurality of reflectors that reflect the extreme ultraviolet light. All of the reflection members constituting the illumination optical system are arranged in a posture in which the incident angle of incident light is the total reflection angle.
Preferably, the plurality of reflecting members include at least an array-shaped mirror having a plurality of reflecting elements, and the plurality of reflecting elements in the array-shaped mirror are arranged in an attitude in which an incident angle of incident light is a total reflection angle. .
More preferably, the multiple reflecting elements in the array-shaped mirror have predetermined optical powers in the meridional direction and the sagittal direction, respectively.
More preferably, the plurality of reflecting members include at least a first array-shaped mirror having a large number of first reflecting elements and a second array-shaped mirror having a large number of second reflecting elements, A large number of first reflective elements in one array-shaped mirror and a large number of second reflective elements in the second array-shaped mirror are respectively arranged in an attitude in which the incident angle of incident light is a total reflection angle.
The illumination device of the present invention includes a light source unit that supplies extreme ultraviolet light, and an illumination optical system that guides light from the light source unit to an object to be illuminated. The illumination optical system reflects the extreme ultraviolet light. A plurality of reflecting members, wherein the plurality of reflecting members include at least a first array-shaped mirror having a large number of first reflecting elements and a second array-shaped mirror having a large number of second reflecting elements. A plurality of first reflective elements in the first array-shaped mirror and a plurality of second reflective elements in the second array-shaped mirror are arranged in such a posture that the incident angle of incident light is a total reflection angle. It is characterized by being.
Preferably, the multiple first reflective elements in the first arrayed mirror and the multiple second reflective elements in the second arrayed mirror have a predetermined optical power in the meridional direction and the sagittal direction.
More preferably, the light passing through the first array mirror and the second array mirror is the second array mirror, the vicinity of the second array mirror, or the second array mirror. Many condensing points as secondary light sources are formed on the exit side of the mirror.
More preferably, at least one of the first reflecting element and the second reflecting element includes a rectangular parallelepiped reflecting surface.
More preferably, the plurality of first reflecting elements in the first array-shaped mirror are dense on a first reference plane inclined at a predetermined angle with respect to an incident optical path incident on the first array-shaped mirror. The plurality of second reflecting elements in the second array-shaped mirror are densely arranged on a second reference plane that is inclined at a predetermined angle with respect to an incident optical path incident on the second array-shaped mirror. It is characterized by being.
More preferably, the plurality of first reflective elements in the first array mirror are first inclined at a predetermined angle β1 with respect to the central light of the light incident on each of the multiple first reflective elements. The plurality of second reflecting elements in the second array mirror are arranged at a predetermined angle with respect to the central light of the light incident on each of the plurality of first reflecting elements. The second reference plane is inclined densely by β2, and the predetermined angle β1 and the predetermined angle β2 satisfy 0 ° <β1 ≦ 20 ° and 0 ° <β2 ≦ 20 °.
A projection exposure apparatus according to the present invention includes any one of the illumination apparatuses according to the present invention, and a projection optical system that projects a reticle pattern as the illuminated object illuminated by the illumination apparatus onto a photosensitive substrate. And
The exposure method of the present invention includes an illumination step of illuminating a reticle as the object to be illuminated using any one of the illumination devices of the present invention, and an exposure step of exposing a pattern of the reticle onto a photosensitive substrate. Features.
The exposure method of the present invention includes a step of supplying extreme ultraviolet light, a step of illuminating a reticle with the extreme ultraviolet light, and a step of exposing a pattern of the reticle onto a photosensitive substrate, wherein the illumination step includes incident light The method includes a step of guiding the extreme ultraviolet light to an object to be illuminated using only a plurality of reflecting members arranged in a posture in which the incident angle of light is a total reflection angle.
The exposure method of the present invention includes a step of supplying extreme ultraviolet light, a step of illuminating a reticle with the extreme ultraviolet light, and a step of exposing a pattern of the reticle onto a photosensitive substrate, wherein the illumination step includes incident light A first array of mirrors having a number of first reflecting elements arranged in a posture where the incident angle of light is a total reflection angle, and a number of members arranged in a posture where the incident angle of incident light is a total reflection angle A step of guiding the extreme ultraviolet light to an object to be illuminated using a second array of mirrors having a second reflecting element.
図1は、第1実施の形態の照明光学系の概略構成図である。
図2は、波長13.5nmのEUV光の斜入射角度と反射率との関係(Moについて)を示す図である。
図3は、波長13.5nmのEUV光の斜入射角度と反射率との関係(Ruについて)を示す図である。
図4は、波長13.5nmのEUV光の斜入射角度と反射率との関係(MoSi2について)を示す図である。
図5は、第1実施の形態のコリメータミラー12を説明する図である。
図6は、第1実施の形態のコリメータミラー12’を説明する図である。
図7は、(a)は第1実施の形態のフライアイミラー13の入射端13inを示す図であり、(b)は第1実施の形態のフライアイミラー13の出射端13outを示す図である。
図8は、第1実施の形態のフライアイミラー13の入射端13inに配置された単位ミラー13in−1,13in−2,・・・の反射面の形状を説明する図である。
図9は、第2実施の形態のコリメータミラー12”を説明する図である。
図10は、キャピラリーアレイ12Bを説明する図である。
図11は、第3実施の形態のフライアイミラー13’の入射端13’inに配置された単位ミラー13’in−1,13’in−2,・・・の反射面の形状を説明する図である。
図12は、第4実施の形態のフライアイミラー13”の入射端13”inに配置された単位ミラー13”in−1,13”in−2,・・・、及び出射端13”outに配置された単位ミラー13”out−1,13”out−2,・・・の反射面の形状を説明する図である。
図13は、第5実施の形態の光源部21、及びその周辺の概略構成を示す図である。
図14は、第6実施の形態の光源部31、及びその周辺の概略構成を示す図である。
図15は、第6実施の形態のコレクタミラー31cを説明する図(透視図)である。
図16は、第7実施の形態のフライアイミラー33の各単位ミラーの配置関係を説明する図である。
図17は、第8実施の形態の投影露光装置の構成図である。
図18は、第1実施例のコリメータミラー12’の構成を示す断面図である。
図19は、第1実施例のフライアイミラー13の構成を示す光路図である。
図20は、第1実施例のコンデンサミラー14の構成を示す光路図である。
図21は、第2実施例のコリメータミラー12”の各反射面の位置関係を示す図である。
図22は、第3実施例のフライアイミラー13’の入射端13’inに配置された単位ミラー13’in−1,13’−2,・・・の反射面の形状を説明する図である。
図23は、第4実施例のフライアイミラー13”の入射端13”in及び出射端13”outに配置された単位ミラー13”in−1,13”in−2,・・・,13”out−1,13”out−2,・・・の反射面の形状を説明する図である。
図24は、第5実施例のフライアイミラー33の光路図である。
図25は、第5実施例のコンデンサミラー14の構成を示す光路図である。
図26は、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フローチャートである。
図27は、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an illumination optical system according to the first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship (with respect to Mo) between the oblique incidence angle of EUV light having a wavelength of 13.5 nm and the reflectance.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship (with respect to Ru) between the oblique incidence angle of EUV light having a wavelength of 13.5 nm and the reflectance.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship (with respect to MoSi 2 ) between the oblique incident angle of EUV light having a wavelength of 13.5 nm and the reflectance.
FIG. 5 is a diagram illustrating the
FIG. 6 is a diagram illustrating the
7A is a view showing the incident end 13in of the fly-
FIG. 8 is a diagram for explaining the shapes of the reflecting surfaces of the unit mirrors 13in-1, 13in-2,... Arranged at the incident end 13in of the fly-
FIG. 9 is a diagram illustrating the
FIG. 10 is a diagram illustrating the
FIG. 11 illustrates the shapes of the reflecting surfaces of the unit mirrors 13′in-1, 13′in-2,... Arranged at the
FIG. 12 shows unit mirrors 13 ″ in−1, 13 ″ in−2,... Arranged at the
FIG. 13 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
FIG. 14 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
FIG. 15 is a diagram (perspective view) for explaining the
FIG. 16 is a diagram illustrating the arrangement relationship of the unit mirrors of the fly-
FIG. 17 is a block diagram of a projection exposure apparatus according to the eighth embodiment.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing the configuration of the
FIG. 19 is an optical path diagram showing the configuration of the fly-
FIG. 20 is an optical path diagram showing the configuration of the
FIG. 21 is a diagram showing the positional relationship between the reflecting surfaces of the
FIG. 22 is a diagram for explaining the shapes of the reflecting surfaces of the unit mirrors 13′in-1, 13′-2,... Arranged at the
FIG. 23 shows unit mirrors 13 ″ in−1, 13 ″ in−2,..., 13 ″ arranged at the
FIG. 24 is an optical path diagram of the fly-
FIG. 25 is an optical path diagram showing the configuration of the
FIG. 26 is a flowchart of a technique for obtaining a semiconductor device as a micro device.
FIG. 27 is a flowchart of a method for obtaining a liquid crystal display element as a micro device.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
[第1実施の形態]
図1、図2、図3、図4、図5、図6、図7、図8に基づいて本発明の第1実施の形態について説明する。本実施の形態は照明光学系の実施の形態である。
図1は、本実施の形態の照明光学系の概略構成図である。なお、図1において符号12A,12B,12C,13’,13”が付与されたのは、後述する実施の形態の構成要素なのでここでは説明しない。
この照明光学系は、主に反射型の投影光学系を備えた投影露光装置に適用され、その投影露光装置のレチクル面Rをケーラー照明するものである。
この照明光学系の光源部11は、EUV光(以下、波長50nm以下のEUV光とする。)を射出する光源部である。
この光源部11には、効率のよいXeをターゲットとして用いたレーザプラズマ光源、又は、放電プラズマ光源などが適用可能である。
特に、放電プラズマ光源は、エネルギー効率が比較的高いので、高いスループットを実現する上で有利である。
照明光学系には、この光源部11の射出側に、コリメータミラー12、フライアイミラー13、及びコンデンサミラー14が順に配置される。
コリメータミラー12は、複数の単位ミラー12−1,12−2,・・・を入射光束に対し並列配置している。
フライアイミラー13は、複数の単位ミラー13in−1,13in−2,・・・を並列配置した入射端13in、複数の単位ミラー13out−1,13out−2,・・・を並列配置した出射端13outを有する。
コンデンサミラー14は、複数の単位ミラー14−1,14−2,・・・を入射光束に対し直列配置している。
ここで、並列配置とは、入射光束のうち互いに異なる部分光束に対し個別に作用する配置であり、また、直列配置とは、入射光束の全体に対し順に作用する配置である。
そして、これらの単位ミラー12−1,12−2,・・・,13in−1,13in−2,・・・,13out−1,13out−2,・・・,14−1,14−2,・・・の姿勢は、それらの反射面に対する入射光(ここでは、波長50nm以下のEUV光)の斜入射角度(反射面とのなす角度)がそれぞれ全反射角度となるよう設定される。
なお、理想的な全反射は反射率100%の反射であるが、実際には若干の光量ロスは許容せざるを得ないので、本明細書では、文言「全反射」を、「反射率80%以上の反射」とし、入射光が全反射する斜入射角度を特に、「全反射角度」という。
また、これらの単位ミラー12−1,12−2,・・・,13in−1,13in−2,・・・,13out−1,13out−2,・・・,14−1,14−2,・・・の反射面には、それぞれMo又はRuの材料が使用される。
図2、図3、図4は、波長13.5nmのEUV光の斜入射角度と反射率との関係を示す図である。
図2に示すのはMoの反射率、図3に示すのはRuの反射率、図4に示すのはMoSi2の反射率である。
これらは何れも反射面に使用される代表的な材料であるが、何れも、入射光の斜入射角度が小さいほど反射率が高くなる。
図2、図3、図4によると、Moの全反射角度は約15°以下、Ruの全反射角度は約15°以下、MoSi2の全反射角度は約10°以下である。
特に、反射率が90%以上得られる全反射角度は、Moについては約10°以下、Ruについては約8°以下、MoSi2については約5°以下である。
つまり、Mo又はRuの材料を使用した場合の全反射角度は、MoSi2の材料を使用した場合の全反射角度と比較すると大きい。
本実施の形態では、単位ミラー12−1,12−2,・・・,13in−1,13−in−2,・・・,13out−1,13out−2,・・・,14−1,14−2,・・・の反射面にそれぞれMo又はRuの材料が使用されるので、全反射角度は比較的大きい15°以下となる。
したがって、各反射面の配置設計の自由度は、他の材料を使用した場合よりも高くなる。
但し、sp偏光間の反射率の違いによる強度差が問題となるような場合には、各反射面の一部又は全部にMoSi2の材料を用いればよい。
図5は、本実施の形態のコリメータミラー12を説明する図である。
図5(a)は光軸Zを含む平面でコリメータミラー12を切断した断面図、図5(b)はコリメータミラー12の斜視図である。
図5(a)に示すように、コリメータミラー12は、互いに径及び広がり角度の異なる複数のスカート状の単位ミラー12−1,12−2,・・・を、その裾部(広がり部)を射出側に向けた状態で光軸Zの周りに配置している(図では、単位ミラーの数を3とした。)。
単位ミラー12−1,12−2,・・・は、それぞれ内側に反射面を有している。
入射光束を平行光束に変換するに当たり、周辺光線を偏向する単位ミラー(つまり径が大きく外側に配置された単位ミラー)ほど、その広がり角度が大きく採られる。
また、単位ミラー12−1,12−2,・・・の反射面は、図5(a)(b)にも示すように、それぞれ円錐の部分側面の形状とされる。
このような単位ミラー12−1,12−2,・・・からなるコリメータミラー12は、光源部11から互いに異なる射出角度で射出した光線を個別に平行光束に変換する。
ここで、このコリメータミラー12においては、上述したように単位ミラー12−1,12−2,・・・の反射面に対する入射光の斜入射角度θ(図5(a)参照)が、それぞれ全反射角度(ここでは15°以下)に抑えられなければならない。
しかし、この構成では、コリメータミラー12における全ての入射光の斜入射角度を全反射角度(ここでは15°以下)にすることはできない可能性がある。特に、径の大きい単位ミラー(外側に配置された単位ミラー)に対する入射光の斜入射角度が全反射角度(ここでは15°以下)よりも大きくなる可能性がある。
その場合、コリメータミラー12を図6に示すコリメータミラー12’のように変形するとよい。
図6は、コリメータミラー12’を説明する図である。
図6(a)は光軸Zを含む平面でコリメータミラー12’を切断した断面図、図6(b)はコリメータミラー12’の斜視図である。
コリメータミラー12’の最外周に配置された単位ミラー12−1は、複数の単位ミラー12−1−1,12−1−2,・・・を直列配置している(図6では、直列配置される単位ミラーの数を3とした。)。
単位ミラー12−1−1,12−1−2,・・・のそれぞれは、図5に示したコリメータミラー12の単位ミラー12−1と同様、スカート状をしており、その反射面が円錐の部分側面の形状をしている。
単位ミラー12−1−1,12−1−2,12−1−3,・・・は、光源部11側からの入射光を順に反射することにより、その入射光を光軸Zに平行な光線に変換して射出する。
なお、最外周以外の単位ミラー12−2,12−3,・・・のそれぞれについても同様に、複数の単位ミラーを直列配置させてもよい(12−2−1,12−2−2,12−2−3,12−3−1,12−3−2,12−3−3)。
次に、フライアイミラー13(図1参照)について説明する。
上述したようにこのフライアイミラー13の単位ミラー13in−1,13in−2,・・・,13out−1,13out−2,・・・の姿勢は、それぞれ入射光の斜入射角度が全反射角度(ここでは15°以下)となるよう設定される。
このため、フライアイミラー13の入射端13inと出射端13outとは、それら各単位ミラーによる反射光の進行方向に十分な間隔をおいて配置される。
図7は、フライアイミラー13を説明する図である。
図7(a)にはフライアイミラー13の入射端13in、図7(b)にはフライアイミラー13の出射端13outを示した。なお、図7(a)はコリメータミラー12の側から見た様子であり、図7(b)はコンデンサミラー14の側から見た様子である。
図8は、フライアイミラー13の入射端13inに配置される単位ミラー13in−1,13in−2,・・・の反射面の形状を説明する図である。
単位ミラー13in−1,13in−2,・・・の反射面は、出射端13outに配置される単位ミラー13out−1,13out−2,・・・上にそれぞれ二次光源を収差無く形成するため、それぞれ部分放物面の形状をしている。
また、単位ミラー13in−1,13in−2,・・・の反射面の外形は、投影露光装置の露光領域と相似形をしている。ここでは、露光領域が円弧フィールドであるとする。
次に、コンデンサミラー14(図1参照)について説明する。
コンデンサミラー14は、出射端13outから射出する光束を、単位ミラー14−1,14−2,・・・にて順に反射し、出射端13outに形成された二次光源群をレチクル面R上の円弧フィールドに重畳して投影する。
これら単位ミラー14−1,14−2,・・・の少なくとも1つの反射面の形状は、後述する式(1)により定義される「トロイダル非球面」である。
以上説明した光源部11、コリメータミラー12(又は12’)、フライアイミラー13、コンデンサミラー14からなる本実施の形態の照明光学系は、各ミラーを複数の単位ミラーにより構成すると共に、全ての反射面の全反射作用を利用しているので、EUV光の光量ロスは少なく抑えられる。
このような照明光学系によれば、レチクル面Rは十分な光量のEUV光により照明される。
また、本実施の形態の照明光学系では、各反射面に対する斜入射角度を積極的に全反射角度(ここでは15°)としているので、それら各反射面に多層膜を形成する必要は無い。
また、本実施の形態の照明光学系では、コリメータミラー12の単位ミラー12−1,12−2,・・・の反射面を比較的単純な円錐の部分側面の形状としているが、円錐の部分側面は、発散する光束を平行光束に変換するための理想的形状である部分放物面(放物面の一部の面)に似ているだけでなく、その部分放物面よりも単純な曲面である。
よって、単位ミラー12−1,12−2,・・・は、所望の機能を果たしながら薄化可能である。
単位ミラー12−1,12−2,・・・が薄化されれば、コリメータミラー12の入射端における光線のケラレが低減されるので、光量ロスは、さらに低減される。
また、図6に示したコリメータミラー12’が適用されれば、そのコリメータミラー12’において互いに直列に配置された単位ミラー12−1−1,12−1−2,・・・のそれぞれに割り当てられる光線の偏向角度が、直列に配置される単位ミラーが単一であるとき(図5参照)よりも小さいので、入射光の斜入射角度をそれぞれ全反射角度(ここでは15°以下)とし、光量ロスを確実に抑えることができる。
このコリメータミラー12’においては、直列に配置される単位ミラーの数を多くした分だけ、各反射の斜入射角度を小さくする(例えば6°程度。その場合の反射率は90%以上)ことができる。このようにすれば、より高い反射率で全反射することが可能である。
また、フライアイミラー13においては、単位ミラー13in−1,13in−2,・・・,13out−1,13out−2,・・・の姿勢をそれぞれそれらの反射面に対する入射光の斜入射角度がさらに小さくなるよう(例えば6°程度。その場合の反射率は90%以上)設定すれば、光量ロスをさらに抑えることができる。
また、コンデンサミラー14の単位ミラー14−1,14−2,・・・の反射面には、「トロイダル非球面」(式(1)参照)が用いられるので、このコンデンサミラー14にて不可避的に発生する非点収差は、効率的に除去される。
また、コンデンサミラー14においては、単位ミラー14−1,14−2,・・・の姿勢をそれぞれそれらの反射面に対する入射光の斜入射角度がさらに小さくなるよう(例えば6°程度。その場合の反射率は90%以上)設定すれば、光量ロスをさらに抑えることができる。
なお、以上の説明では、反射面に対する入射光の斜入射角度をなるべく小さくすることが望ましいとしたが、互いに直列配置される単位ミラーの数をそのために増加する場合、反射回数の増加による光量ロスの増加を考慮し、複数の単位ミラーの全体における光量ロスが低減されるように設計がなされる必要がある。
[第2実施の形態]
図1、図9、図10に基づいて本発明の第2実施の形態について説明する。本実施の形態は照明光学系の実施の形態である。
ここでは、第1実施の形態の照明光学系との相違点についてのみ説明する。相違点は、図1に示すコリメータミラー12(又は12’)に代えてコリメータミラー12”が適用され、また、キャピラリーアレイ12B、冷却装置12Cが付加される点にある。
図9は、本実施の形態のコリメータミラー12”を説明する図である。
図9(a)は光軸Zを含む平面でコリメータミラー12”を切断した断面図、図9(b)はコリメータミラー12”の斜視図である。
図9(a)に示すように、コリメータミラー12”は、コリメータミラー12’の外周側に、内側が反射面となったスカート状の単位ミラー12Aを配置したものである。
この単位ミラー12Aの反射面の形状は、光軸Z上に中心線を有し、かつ光源部11の位置に焦点を有する放物面の一部(部分放物面)である。
この単位ミラー12Aの反射面にも、Mo又はRuの材料が使用される。但し、sp偏光間の反射率の違いによる強度差が問題となるような場合には、反射面にMoSi2の材料が用いられる。
また、単位ミラー12Aの反射面に対する入射光(ここでは、波長50nm以下のEUV光)の斜入射角度は、全反射角度(ここでは15°以下、但しMoSi2使用の場合10°以下)である。
次に、キャピラリーアレイ12Bについて説明する。
キャピラリーアレイ12Bは、コリメータミラー12”の射出側に配置される。
また、キャピラリーアレイ12Bは、冷却装置12Cによって冷却される。
図10は、キャピラリーアレイ12Bを説明する図である。
図10(a)は、光軸Zを含む平面でキャピラリーアレイ12Bを切断した断面図、図10(b)はキャピラリーアレイ12Bの斜視図である。
図10(a)(b)に示すとおり、キャピラリーアレイ12Bは、複数の中空型ガラス管12B−1,12B−2,・・・を並列配置している。
中空型ガラス管12B−1,12B−2,・・・は、キャピラリーアレイ12Bの入射端12Binと出射端12Boutが互いに同大の円状となるよう束ねられている。
以上の如く、図9に示す実施の形態のコリメータミラー12”は、高い開口数(大きな発散角)を持つ光を光量損失を招くことなく高効率でコリメート光に変換するために、高い開口数(大きな発散角)を持つ光線を反射させる高開口数用の反射部(外側単位ミラー:12A)と、高い開口数(大きな発散角)よりも小さい開口数(大きな発散角)を持つ光線を反射させる非高開口数用の反射部(内側単位ミラー:12A−1,12A−2,・・・)とを有している。
以上、本実施の形態の照明光学系においては、コリメータミラー12”の外周側に配置された単位ミラー12Aの反射面が部分放物面の形状をしている。
放物面は、発散する光束を平行光束に変換するための理想的形状であるので、この単位ミラー12Aによれば、光源部11から射出する周辺光束(発散角度の大きい光束)が確実に平行光束化される。
したがって、EUV光の光量ロスは、より少なく抑えられる。
なお、放物面を採用したため単位ミラー12Aはその薄化が困難だが、その配置箇所が最外周なので、薄化する必要性は低く、問題は無い。
また、特に、光源部11に放電プラズマ光源を適用したときにこのコリメータミラー12”を併用すれば、その光源部11からの射出光束が効率よく平行光束化される。
なお、以上の実施の形態では、コリメータミラー12”の外周の単位ミラー12Aの反射面を方物面形状としているが、本発明ではこの形状に限ることなく例えばウオルターI型のミラー(方物面状の反射面と双曲面状の反射面とを組み合わせたミラー)で構成できることは言うまでもない。
また、本実施の形態の照明光学系には、キャピラリーアレイ12Bが配置されたので、コリメータミラー12”からの射出光束に含まれる非平行な光線(コリメータミラー12”において平行化され損なったものである。)は除去される。
また、キャピラリーアレイ12Bは、その射出光束に含まれる飛散物(光源部11において発生したものである。)をも除去する。
また、そのキャピラリーアレイ12Bは冷却装置12Cにより冷却されるので、それらの除去の効果が最大限得られる。
なお、本実施の形態の照明光学系には、コリメータミラー12”とキャピラリーアレイ12Bと冷却装置12Cとが組み合わされているが、本実施の形態の照明光学系においてキャピラリーアレイ12Bと冷却装置12Cとを省略した照明光学系や、本実施の形態の照明光学系において冷却装置12Cを省略した照明光学系も実現可能である。
また、第1実施の形態の照明光学系においてキャピラリーアレイ12Bと冷却装置12Cとを適用した照明光学系や、第1実施の形態においてキャピラリーアレイ12Bを適用した照明光学系も実現可能である。
[第3実施の形態]
図1、図11に基づいて本発明の第3実施の形態について説明する。本実施の形態は照明光学系の実施の形態である。
ここでは、第1実施の形態又は第2実施の形態の照明光学系との相違点についてのみ説明する。相違点は、図1に示すフライアイミラー13に代えてフライアイミラー13’が適用される点にある。
図11は、本実施の形態のフライアイミラー13’の入射端13’inに配置される単位ミラー13’in−1,13’in−2,・・・の反射面の形状を説明する図である。
これらの反射面は、それぞれウォルターI型の形状をしている。
ウォルターI型の形状は、部分放物面である第1面と、部分双曲面である第2面とからなる。
放物面と双曲面の中心線は同一直線上にあり、双曲面の2つの焦点F1、F2のうち一方の焦点F2に放物面の焦点が一致している。
第1面と第2面とは、放物面と双曲面とのそれぞれを両者の交線近傍で部分的に切り取ってできる面である。
このような単位ミラー13’in−iは、前記中心線が光軸Zに平行となる姿勢で配置される。
この単位ミラー13’in−iによる光束の集光位置は、焦点F2となる。
この焦点F2に、その単位ミラー13’in−iに対応する単位ミラー13’out−i(出射端13’outに配置される単位ミラーである。)が配置される。
なお、これらの単位ミラー13’in−1,13’in−2,・・・,13’out−1,13’out−2,・・・の反射面にも、それぞれMo又はRuの材料が使用される。但し、sp偏光間の反射率の違いによる強度差が問題となるような場合には、反射面にMoSi2の材料が用いられる。
また、これら単位ミラー13’in−1,13’in−2,・・・,13’out−1,13’out−2,・・・の反射面に対する入射光(ここでは、波長50nm以下のEUV光)の斜入射角度は、それぞれ全反射角度(ここでは15°以下、但しMoSi2使用の場合10°以下)である。
以上、本実施の形態の照明光学系においては、フライアイミラー13’の入射端13’inの各反射面がそれぞれウォルターI型の形状をしているので、アッベの正弦条件を満たすことができ、それら反射面の外形を露光領域の正確な相似形(ここでは円弧フィールド)にすることができる。
その結果、EUV光が必要な領域に無駄なく導光されるので、光量ロスがさらに抑えられる。
[第4実施の形態]
図1、図12に基づいて本発明の第4実施の形態について説明する。本実施の形態は照明光学系の実施の形態である。
ここでは、第1実施の形態、第2実施の形態、第3実施の形態の何れかとの相違点についてのみ説明する。相違点は、図1に示すフライアイミラー13(又は13’)に代えてフライアイミラー13”が適用される点にある。
図12は、本実施の形態のフライアイミラー13”の入射端13”inに配置される単位ミラー13”in−1,13”in−2,・・・、及び出射端13”outに配置される単位ミラー13”out−1,13”out−2,・・・の反射面の形状を説明する図である。
単位ミラー13”in−iの反射面は、部分放物面の形状をしている。
単位ミラー13”out−iの反射面も、部分放物面の形状をしている。
前者の放物面と後者の放物面とは、形状及び中心線及び焦点Fが互いに一致しており、頂点の方向のみが互いに反対である。
なお、必要に応じて前者と後者との放物面の焦点を僅かにずらしてもよい。
単位ミラー13”in−iの反射面と単位ミラー13”out−iの反射面とは、それら2つの放物面のそれぞれを焦点Fに関し互いに対称な部分を切り取ってできる。
このような単位ミラー13”in−iと単位ミラー13”out−iとは、前記中心線が光軸Zに平行となる姿勢で配置される。
単位ミラー13”in−iに入射した光束は、焦点Fにおいて一旦集光し、その後、発散しつつ単位ミラー13”out−iに入射する。
また、これらの単位ミラー13”in−1,13”in−2,・・・,13”out−1,13”out−2,・・・反射面にも、それぞれMo又はRuの材料が使用される。但し、sp偏光間の反射率の違いによる強度差が問題となるような場合には、反射面にMoSi2の材料が用いられる。
なお、これら単位ミラー13”in−1,13”in−2,・・・,13”out−1,13”out−2の反射面に対する入射光(ここでは、波長50nm以下のEUV光)の斜入射角度は、それぞれ全反射角度(ここでは15°以下、但しMoSi2使用の場合10°以下)である。
以上、本実施の形態の照明光学系においては、フライアイミラー13”の入射端13”in及び出射端13”outの各反射面がそれぞれ放物面の形状をしているので、アッベの正弦条件を満たすことができ、それら反射面の外形を露光領域の正確な相似形(ここでは円弧フィールド)にすることができる。
その結果、EUV光が必要な領域に無駄なく導光されるので、光量ロスがさらに抑えられる。
なお、本実施の形態のフライアイミラー13”においては、単位ミラー13”out−1,13”out−2,・・・の配置位置が光束の集光位置からずれているので、それら単位ミラー13”out−1,13”out−2,・・・の反射面のダメージは軽い。
[第5実施の形態]
図13に基づいて本発明の第5実施の形態について説明する。本実施の形態は上記各照明光学系に適用しうる別の光源部の実施の形態である。
図13は、本実施の形態の光源部21、及びその周辺の概略構成を示す図である。
光源部21を含む照明光学系の周辺の空気は、真空チャンバー21e及び排気管21f及び真空ポンプ21gによって排気されている(なお、上記各実施の形態の各照明光学系も同様に排気されているが、説明を省略した。)。
本実施の形態の光源部21には、EUV光を出射するレーザプラズマ光源が適用されている。
この光源部21には、レーザ光源21a、レーザ光源21aから出射されるレーザ光に対しプラズマを供給するプラズマ供給源21b、レーザ光及びプラズマが反応して発生したEUV光を集光するコレクタミラー(図1では、楕円ミラー)21c、及び真空チャンバー21dが備えられる。
なお、楕円ミラーであるコレクタミラー21cの反射面は、EUV光の反射率を向上するための多層膜が設けられている。
真空チャンバー21dは、真空チャンバー21eの内部において、レーザ光源21a、プラズマ供給源21b、コレクタミラー21cを収容する。
真空チャンバー21dの側壁の一つは、コレクタミラー21cによるEUV光の集光点近傍で光軸を横切るよう配置されており、その側壁の集光点近傍には開口部が設けられている。その開口部には、ピンホール中心が光軸と一致したピンホール板Pが設けられる。よって、真空チャンバー21dの実質的な開口部は、そのピンホールとなる。
また、真空チャンバー21d内の空気は、排気管21f及び真空ポンプ21gによって排気される。
このため、真空チャンバー21dの内部の空気圧は、照明光学系の他の部分の空気圧と比較して低く保たれる。
ここで、一般に、EUV光を発生する光源部21では、多量の飛散物が発生している。
しかし、本実施の形態においてこの飛散物は、上記したピンホール板Pの遮蔽部(ピンホール以外の部分)によって遮蔽される。
また、真空チャンバー21dの内部の空気圧は、他の部分の空気圧よりも低い。
したがって、飛散物は、ピンホール板Pのピンホールからコリメータミラー12の側へ向かうことなく、真空チャンバー21dに設けられた排気管21f及び真空ポンプ21gを介して外部へ排気される。
したがって、本実施の形態の光源部21によれば、光源部21にて発生する飛散物がコリメータミラー12以降の光学系に与える影響は、除去される。
なお、ピンホール板Pと集光点との光軸方向の位置関係については、最も効率よく飛散物が除去されるよう実験などに基づいて選定されることが望ましい。
また、ピンホール板Pのピンホールは、完全な開口である必要はなく、EUV光を透過することができるのであれば、ベリリウムなどからなる膜で被覆されていてもよい。
[第6実施の形態]
図14、図15に基づいて本発明の第6実施の形態について説明する。本実施の形態は上記各照明光学系に適用しうる別の光源部の実施の形態である。ここでは、第5実施の形態の光源部との相違点についてのみ説明する。
図14は、本実施の形態の光源部31、及びその周辺の概略構成を示す図である。
光源31を含む照明光学系の周辺の空気は、真空チャンバー21e及び排気管21f及び真空ポンプ21gによって排気されている(なお、上記各実施の形態の各照明光学系も同様に排気されているが、説明を省略した。)。
本実施の形態の光源部31には、EUV光を出射する放電プラズマ光源が適用されている。
この光源部31には、放電ブラズマ光源31a、放電プラズマ光源31aから出射されたEUV光(発散光である。)を集光するコレクタミラー31c、及び真空チャンバー31dが備えられる。
真空チャンバー31dは、真空チャンバー21eの内部において、放電プラズマ光源31a、コレクタミラー31cを収容する。
真空チャンバー31dにも、第1実施の形態の真空チャンバー21dと同様のピンホール板(集光点近傍にピンホールを配したピンホール板)Pが設けられており、実質的な開口部は、そのピンホール板Pのピンホールである。
また、真空チャンバー31d内の空気は、排気管21f及び真空ポンプ21gによって排気される。
したがって、本実施の形態の光源部31によれば、第5実施の形態の光源部21と同様、コリメータミラー12以降の光学系に与えられる飛散物の影響が除去される。
図15は、本実施の形態のコレクタミラー31cを説明する図(透視図)である。
図15に示すように、本実施の形態のコレクタミラー31cは、上述したコリメータミラー12(図5参照)やコリメータミラー12’(図6参照)と同様、各反射面に対する斜入射角度θがそれぞれ全反射角度に抑えられた複数の単位ミラーによって構成されている。
また、各単位ミラーの反射面の形状は、楕円ミラーの一部の反射面の形状や円錐の部分側面の形状など、コレクタミラーとして必要な所定形状、又はその近似形状とされる。
このようなコレクタミラー31cが使用された本実施の形態の光源部31によれば、EUV光の光量ロスは少なく抑えられる。
なお、本実施の形態の光源部31におけるコレクタミラー31cと同様、第5実施の形態の光源部21のコレクタミラー21cを複数化(斜入射角度が全反射角度に抑えられた複数の単位ミラーで構成)してもよい。
また、第5実施の形態の光源部21におけるコレクタミラー21cと同様、本実施の形態の光源部31のコレクタミラー31cを楕円ミラーとしてもよい。
しかし、光源の出射光の発散角度などに鑑みると、レーザプラズマ光源には楕円ミラーが適しており、放電プラズマには複数化されたミラーが適していると考えられる。
[第7実施の形態]
図16に基づいて本発明の第7実施の形態について説明する。本実施の形態は上記各照明光学系に適用しうる別のフライアイミラーの実施の形態である。ここでは、上記各実施の形態のフライアイミラーとの相違点についてのみ説明する。
図16は、本実施の形態のフライアイミラー33の各単位ミラーの配置関係を説明する図である。
フライアイミラー33の入射端33inを構成する複数の単位ミラー33in−1,33in−2,・・・は、入射光に垂直な方向(XY方向)だけでなく、入射光の進行方向(Z方向)にも十分な距離ずつずらして配置されている。
同様に、フライアイミラー33の出射端33outを構成する複数の単位ミラー33out−1,33out−2,・・・も、XY方向だけでなくZ方向にも十分な距離ずつずらして配置される。
ここで、十分な距離とは、各単位ミラーにおける反射光の他の単位ミラーによるケラレ量が低減される(好ましくはケラレが無くなる)ような距離である。
つまり、本実施の形態のフライアイミラー33では、コリメータミラー12の側からフライアイミラー33の入射端33inを見たときの、各単位ミラー33in−1,33in−2,・・・の間の重なりは低減されており(好ましくは0となっており)、コンデンサミラー14の側からフライアイミラー33の出射端33outを見たときの、各単位ミラー33out−1,33out−2,・・・の間の重なりが低減されている(好ましくは0となっている)。
以上の本実施の形態のフライアイミラー33によれば、光量ロスは低減される。
[第8実施の形態]
図17に基づいて本発明の第8実施の形態について説明する。本実施の形態は投影露光装置の実施の形態である。
図17は、本実施の形態の投影露光装置の構成図である。
本実施の形態の投影露光装置は、露光ビームとしてEUV光(例えば波長50nm以下のEUV光)を用いて、ステップ・アンド・スキャン方式により走査露光動作を行う縮小投影型の投影露光装置である。
投影露光装置には、投影光学系200及び照明光学系100が搭載される。照明光学系100は、上述した各実施の形態の何れかの照明光学系である。
照明光学系100は、投影光学系200の物体面に配置されたレチクル102の表面(レチクル面)Rを照明する。
投影光学系200は、レチクル面Rにおける反射光束の主光線を、像面側に配置されるウエハ10上に実質的に垂直に投射する。
投影光学系200は、物体面側が非テレセントリックで、且つ像面側がテレセントリックであるとともに、複数枚(例えば2〜8枚程度であり、図17では4枚)の反射ミラー106,107,108,109からなる反射系(投影倍率は1/4、1/5、1/6など)である。
投影露光装置には、その他、レチクル102を保持するレチクルステージ103、ウエハ10を保持するウエハステージ110等が備えられる。
第1実施の形態で説明したとおり、照明光学系100によれば、レチクル102は、必要な領域のみが十分な光量のEUV光により均一に照明される。
したがって、たとえ投影光学系200が従来と同じ構成であったとしても、投影露光装置は高性能化される。
[第1実施例]
図18、図19、図20、表1、表2、表3、表4、表5、表6、表7、表8に基づいて本発明の第1実施例について説明する。
本実施例は、第1実施の形態(コリメータミラー12’使用)に対応した実施例である。
図18は、本実施例のコリメータミラー12’の構成を示す断面図であり、表1、表2、表3、表4は、コリメータミラー12’のデータである。表中の数値の単位は、特に指定が無い限り[mm]である(他の各表も同様)。
図18に示すように、本実施例のコリメータミラー12’は、径の大きい方から順に、単位ミラー12−1(円錐1),12−2(円錐2),・・・,12−17(円錐17)の合計17の単位ミラーからなる。
また、円錐1,円錐2,・・・,円錐17はそれぞれ、入射側から射出側へ第1ブロック、第2ブロック、第3ブロック、第4ブロックの合計4つのブロックに複数化されている。
表1、表2、表3、表4には、各円錐の各ブロックのデータを、ブロック毎に示した。表1は第1ブロックの各円錐のデータ、表2は第2ブロックの各円錐のデータ、表3は第3ブロックの各円錐のデータ、表4は第4ブロックの各円錐のデータである。
なお、各表では、各ブロックの各円錐の形状を、2点の座標(Z1,Radius1),(Z2,Radius2)で示した。
2点の座標(Z1,Radius1),(Z2,Radius2)は、図18中円枠内に示すように、光軸Zを含む平面(YZ平面)で円錐を切断してできる断面の両端の座標である。
なお、各表中、各円錐の「規格化径高」とは、各円錐の半径(光軸Zに垂直な方向の高さ)を、同一ブロック内で最も開き角(光軸と円錐が成す角)の大きいものを1とし、角円錐の開き角をこの最大開き角で割った値である。
図19に示すように、フライアイミラー13の入射端13inは、10個の単位ミラー13in−1,13in−2,・・・,13in−10をY方向に3mmずつずらして配置している。
また、フライアイミラー13の出射端13outは、10個の単位ミラー13out−1,13out−2,・・・,13out−10をY方向に3mmずつずらして配置している。
表5は、フライアイミラー13のデータである。
また、後述するコンデンサミラー14の光学的特性に適合させるために、フライアイミラー13の出射端13outに配置された単位ミラー13out−1,13out−2,・・・,13out−10において、後述するコンデンサミラー14のA点,B点,C点,D点に対応する各領域(A点,B点,C点,D点)には、それぞれ表6に示す角度だけ傾斜が設けられる。
コンデンサミラー14は、フライアイミラー13の側から順に、単位ミラー14−1,14−2,14−3の合計3つの単位ミラーを配置している。
表7は、コンデンサミラー14のデータである。
なお、表7において、光線追跡の方向(面の順序)は実際の光の進行方向とは反対(レチクル面Rからフライアイミラー13の方向、単位ミラー14−3,14−2,14−1の順)になっている。また、単位ミラー14−1,14−2,14−3の各反射面は、光軸に対し15°ずつ傾斜している。
表8は、各反射面のトロイダル非球面係数である。なお、トロイダル非球面の定義式は、式(1)で表される。式(1)のZは、光軸方向の非球面のSag量である。
図21、表9、表10、表11、表12、表13、表14、表15に基づいて本発明の第2実施例について説明する。
本実施例は、第2実施の形態に対応した実施例である。
ここでは、第1実施例との相違点についてのみ説明する。相違点は、コリメータミラー12に代えてコリメータ12”が適用された点にある。
図21は、本実施例のコリメータミラー12”の各反射面の位置関係を示す図であり、表9、表10、表11、表12、表13、表14、表15は、コリメータミラー12”のデータである。
図21に示すように、本実施例のコリメータミラー12”は、第2実施の形態で述べた単位ミラー12Aを最外周に配置している。
表9は、単位ミラー12Aのデータである。
なお、表において「Z=0」は、単位ミラー12Aの入射側の端部の光軸Z方向の位置を示す。また、「光線の遮蔽角」とは、反射面上の各位置の接線とその位置に入射する光線とのなす角度の最大値である。また、「全長」は、光軸Zの方向の長さである。
また、円錐1,円錐2,・・・,円錐12はそれぞれ、入射側から射出側へ第1ブロック、第2ブロック、第3ブロック、第4ブロック、第5ブロック、第6ブロックの合計6つのブロックに複数化されている。
表10、表11、表12、表13、表14、表15には、各円錐の各ブロックのデータを、ブロック毎に示した。表10は第1ブロックの各円錐のデータ、表11は第2ブロックの各円錐のデータ、表12は第3ブロックの各円錐のデータ、表13は第4ブロックの各円錐のデータ、表14は第5ブロックの各円錐のデータ、表15は第6ブロックの各円錐のデータである。
なお、各表の表記方法については、表1、表2、表3、表4に適用したものと同じである。
[第3実施例]
図22に基づいて本発明の第3実施例について説明する。
本実施例は、第3実施の形態に対応した実施例である。
ここでは、第1実施例又は第2実施例との相違点についてのみ説明する。相違点は、フライアイミラー13に代えてフライアイミラー13’が適用される点にある。
図22は、本実施例のフライアイミラー13’の入射端13’inに配置された単位ミラー13’in−1,13’in−2,・・・の反射面の形状を説明する図である。
単位ミラー13’in−1,13’in−2,・・・の反射面の形状は、それぞれ第3実施の形態で述べたとおりのウォルターI型である。このウォルターI型の形状の各部の寸法は、以下のとおりである。
・反射面として切り取った部分の放物面又は双曲面の直径=2000mm
・焦点F2又はF1とそれに近接する方の双曲面の頂点との間隔=50mm
・焦点F1と放物面の頂点との間隔=50mm
なお、図22の実施例に示すフライアイミラーの射出端13’outに配置された単位ミラー13’out−1,13’out−2,・・・の反射面の形状は平面であるが、これに限ることなく、凹面形状やその他の形状としても良いことは言うまでもない。
[第4実施例]
図23に基づいて本発明の第4実施例について説明する。
本実施例は、第4実施の形態に対応した実施例である。
ここでは、第1実施例、第2実施例、第3実施例との相違点についてのみ説明する。相違点は、フライアイミラー13(又は13’)に代えてフライアイミラー13”が適用される点にある。
図23は、本実施例のフライアイミラー13”の入射端13”in及び出射端13”outに配置された単位ミラー13”in−1,13”in−2,・・・,13”out−1,13”out−2,・・・の反射面の形状を説明する図である。
単位ミラー13”in−1,13”in−2,・・・,13”out−1,13”out−2,・・・の反射面の形状は、それぞれ第4実施の形態で述べたとおり部分放物面である。部分放物面の各部の寸法は、以下のとおりである。
・反射面として切り取った部分の放物面の直径=2000mm
・放物面の頂点と焦点Fとの間隔=50mm
[第5実施例]
図24,図25に基づいて本発明の第5実施例について説明する。
本実施例は、第7実施の形態に対応するフライアイミラー33、及びそれに適応するコンデンサミラー14の実施例である。
図24は、本実施例のフライアイミラー33の光路図である。
表16、表17は、フライアイミラー33のデータである。なお、表17には、中央の単位ミラー対(33in−2,33out−2)を基準とした、上部の単位ミラー対(33in−1,33out−1)のシフト量(ずれ量)、下部の単位ミラー対(33in−3,33out−3)のシフト量(ずれ量)を示した。ここで、Z軸、Y軸は、それぞれフライアイミラー33に入射する光の進行方向、及びZ軸に垂直な方向である。
表18は、コンデンサミラー14のデータである。
なお、表18において、光線追跡の方向(面の順序)は実際の光の進行方向とは反対(レチクル面Rからフライアイミラー33の方向、単位ミラー14−3,14−2,14−1の順)になっている。
また、単位ミラー14−1,14−2,14−3の各反射面は、光軸に対し14°ずつ傾斜している。
また、レチクル面Rへの入射光は面の法線に対して各像高の主光線が6°の角度をなす。
また、フライアイミラー33の出射端33out側における二次光源群の形成面は、光軸と20°の角度をなす。
表19は、各反射面のトロイダル非球面係数である。なお、トロイダル非球面の定義式は、式(1)で表される。
以上の各実施の形態及び各実施例における反射型オプティカルインテグレータとしてのフライアイミラー(13,13’,13”,33)は、入射側に配置されて多数の単位ミラー(第1の反射素子)を持つ第1のアレイ状ミラー(13in,13’in,13”in,33in)と、射出側に配置されて多数の単位ミラー(第2の反射素子)を持つ第2のアレイ状ミラー(13out,13’out,13”out,33out)とを有している。このため、このフライアイミラーに入射する光は各アレイ状ミラーの多数の単位ミラーにて多数の光に波面分割され、この波面分割された光はレチクル(マスク)やウエハ(感光性基板)に形成される照明領域を重畳的に照明するため、レチクル(マスク)やウエハ(感光性基板)はフライアイミラー(13,13’,13”,33)の作用によって均一に照明される。
また、以上の各実施の形態及び各実施例における反射型オプティカルインテグレータとしてのフライアイミラー(13,13’,13”,33)を構成する第1のアレイ状ミラー(13in,13’in,13”in,33in)及び第2のアレイ状ミラー(13out,13’out,13”out,33out)は、メリジオナル方向及びサジタル方向において所定の光学パワーを有する多数の単位ミラー(第1の反射素子及び第2の反射素子)を有している。このため、フライアイミラー(13,13’,13”,33)に入射する光は波面分割されて、このフライアイミラー(13,13’,13”,33)の射出側または射出側近傍において2次光源としての多数の集光点が形成される。この結果、例えば図17に示す反射型の投影光学系の瞳(入射瞳)の位置にはフライアイミラー(13,13’,13”,33)による2次光源の像が形成されるため、レチクル(マスク)やウエハ(感光性基板)は、均一照明としてのケーラー照明が達成される。
以上のように、各実施の形態及び各実施例における全反射フライアイミラーの関与によって、フライアイミラーにおける光量損失を抑えながら、レチクル(マスク)やウエハ(感光性基板)はより一層均一に照明される。
なお、フライアイミラー(13,13’,13”,33)の入射側、すなわち第1のアレイ状ミラー(13in,13’in,13”in,33in)の入射側はレチクル(マスク)やウエハ(感光性基板)と実質的に光学的に共役な位置にあり、フライアイミラーを入射側から見た場合、第1のアレイ状ミラー(13in,13’in,13”in,33in)を構成する多数の単位ミラー(第1の反射素子)の形状は、レチクル(マスク)やウエハ(感光性基板)に形成される照明領域の形状と相似である。また、フライアイミラー(13,13’,13”,33)の射出側、すなわち第2のアレイ状ミラー(13out,13’out,13”out,33out)は、例えば図17に示す投影光学系の瞳(入射瞳)と実質的に光学的に共役な位置にある。
また、図16に示す第7の実施の形態及び図24に示す第5実施例においては、第1のアレイ状ミラー33inにおける多数の第1の反射素子(33in−1,33in−2,・・・)は、第1の反射素子(33in−1,33in−2,・・・)の各々の中心に入射する入射光(入射光の中心の光またはレチクルの照明視野中心を通過する光)に対して所定の角度β1で傾斜した第1の基準面P1にて稠密に配置されている。同様に、第2のアレイ状ミラー33outにおける多数の第2の反射素子(33out−1,33out−2,・・・)は、第2の反射素子(33out−1,33out−2,・・・)の各々の中心に入射する入射光(入射光の中心の光またはレチクルの照明視野中心を通過する光)に対して所定の角度β2で傾斜した第2の基準面P2にて稠密に配置されている。
このとき、上記所定の角度β1及び所定の角度β2は、
0°<β1≦20°,0°<β2≦20°
を満たすことが好ましい。ここで、上記条件を満たすことにより、第1のアレイ状ミラー33in及び第2のアレイ状ミラー33outを構成する多数の単位ミラー(反射素子)による配列による光量損失を招くことなく全反射を達成することが可能となるため、格段に反射効率の高いフライアイミラー33を実現することができる。
なお、以上の各実施の形態及び各実施例においては、反射型オプティカルインテグレータとしてのフライアイミラー(13,13’,13”,33)は、2つのアレイ状ミラー(ラスター状ミラー)で構成される例を示したが、このフライアイミラー(13,13’,13”,33)は1つのアレイ状ミラー(ラスター状ミラー)で構成することも可能である。
また、以上の第1実施の形態〜第8実施の形態及び第1〜5実施例においては、レチクル(マスク)に対して光を効率良く導くための照明光学系の結像に寄与する部材を全て全反射させる反射部材で構成した例を示したが、照明光学系の結像への寄与度の小さい部材を必要に応じて用いることは可能である。この場合には、照明光学系の結像への寄与度の小さい部材は、透過性部材、適宜全反射の条件から外れた反射部材であっても良く、これらの部材を本発明において適用可能なことは言うまでもない。
ところで、上述の実施の形態にかかる露光装置では、照明光学系や照明光学装置によってマスク(レチクル)を照明し(照明工程)、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に露光する(露光工程)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、上述の実施の形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェ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26のフローチャートを参照して説明する。
先ず、図26のステップ301において、1ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ302において、その1ロットのウェ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303において、上述の実施の形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その1ロットのウェ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304において、その1ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ305において、その1ロットのウェ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、各ウェ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。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
また、上述の実施の形態の露光装置では、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27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27において、パターン形成工程401では、上述の実施の形態の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ー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、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ー形成工程402へ移行する。
次に、カラーフィルター形成工程402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ーの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程402の後に、セル組み立て工程403が実行される。セル組み立て工程403では、パターン形成工程401にて得られた所定パターンを有する基板、及びカラーフィルター形成工程402にて得られたカラーフィルター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403では、例えば、パターン形成工程401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ー形成工程402にて得られたカラーフィルター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404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、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3, 4, 4, 5, 6, 7, and 8. FIG. This embodiment is an embodiment of an illumination optical system.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an illumination optical system according to the present embodiment. In FIG. 1, the
This illumination optical system is mainly applied to a projection exposure apparatus provided with a reflection type projection optical system, and performs Koehler illumination on a reticle surface R of the projection exposure apparatus.
The
A laser plasma light source using an efficient Xe as a target, a discharge plasma light source, or the like can be applied to the
In particular, since the discharge plasma light source has a relatively high energy efficiency, it is advantageous in realizing a high throughput.
In the illumination optical system, a
The
The fly-
The
Here, the parallel arrangement is an arrangement that individually acts on different partial light fluxes of the incident light flux, and the serial arrangement is an arrangement that sequentially acts on the entire incident light flux.
These unit mirrors 12-1, 12-2, ..., 13in-1, 13in-2, ..., 13out-1, 13out-2, ..., 14-1, 14-2, Are set so that the oblique incident angle (angle formed with the reflecting surface) of incident light (here, EUV light having a wavelength of 50 nm or less) with respect to the reflecting surfaces becomes the total reflection angle.
The ideal total reflection is a reflection with a reflectance of 100%, but in actuality, a slight loss of light quantity must be allowed. The oblique incident angle at which the incident light is totally reflected is referred to as “total reflection angle”.
Further, these unit mirrors 12-1, 12-2, ..., 13in-1, 13in-2, ..., 13out-1, 13out-2, ..., 14-1, 14-2, .. Are made of Mo or Ru, respectively.
2, 3 and 4 are diagrams showing the relationship between the oblique incidence angle of EUV light having a wavelength of 13.5 nm and the reflectance.
2 shows Mo reflectivity, FIG. 3 shows Ru reflectivity, and FIG. 4 shows MoSi. 2 Is the reflectance.
These are all typical materials used for the reflecting surface, but in any case, the smaller the oblique incident angle of incident light, the higher the reflectance.
2, 3 and 4, the total reflection angle of Mo is about 15 ° or less, the total reflection angle of Ru is about 15 ° or less, MoSi 2 The total reflection angle is about 10 ° or less.
In particular, the total reflection angle at which the reflectivity is 90% or more is about 10 ° or less for Mo, about 8 ° or less for Ru, MoSi 2 Is about 5 ° or less.
In other words, the total reflection angle when Mo or Ru material is used is MoSi. 2 This is larger than the total reflection angle when the material is used.
In the present embodiment, unit mirrors 12-1, 12-2,..., 13in-1, 13-in-2,..., 13out-1, 13out-2,. Since a Mo or Ru material is used for each of the reflecting surfaces 14-2,..., The total reflection angle is a relatively large 15 ° or less.
Therefore, the degree of freedom in the layout design of each reflecting surface is higher than when other materials are used.
However, if a difference in intensity due to the difference in reflectance between sp-polarized light becomes a problem, MoSi is partially or entirely on each reflecting surface. 2 These materials may be used.
FIG. 5 is a diagram illustrating the
FIG. 5A is a cross-sectional view of the
As shown in FIG. 5 (a), the
Each of the unit mirrors 12-1, 12-2,... Has a reflecting surface inside.
In converting the incident light beam into a parallel light beam, the unit mirror that deflects the peripheral light beam (that is, the unit mirror having a large diameter and disposed outside) has a larger spread angle.
Further, the reflecting surfaces of the unit mirrors 12-1, 12-2,... Are each formed in the shape of a partial side surface of a cone, as shown in FIGS.
The
Here, in this
However, with this configuration, there is a possibility that the oblique incident angle of all incident light on the
In that case, the
FIG. 6 is a diagram illustrating the
6A is a cross-sectional view of the
The unit mirror 12-1 arranged on the outermost periphery of the
Each of the unit mirrors 12-1-1, 12-1-2,... Has a skirt shape like the unit mirror 12-1 of the
The unit mirrors 12-1-1, 12-1-2, 12-1-3,... Sequentially reflect the incident light from the
Similarly, a plurality of unit mirrors may be arranged in series for each of the unit mirrors 12-2, 12-3,... Other than the outermost periphery (12-2-1, 12-2-2). 12-2-3, 12-3-1, 12-3-2, 12-3-3).
Next, the fly-eye mirror 13 (see FIG. 1) will be described.
As described above, the postures of the unit mirrors 13in-1, 13in-2,..., 13out-1, 13out-2,. (Here, 15 ° or less).
For this reason, the entrance end 13in and the exit end 13out of the fly-
FIG. 7 is a diagram for explaining the fly-
FIG. 7A shows the
FIG. 8 is a diagram for explaining the shape of the reflecting surfaces of the unit mirrors 13in-1, 13in-2,... Arranged at the incident end 13in of the fly-
The reflecting surfaces of the unit mirrors 13in-1, 13in-2,... Form secondary light sources on the unit mirrors 13out-1, 13out-2,. Each has a partial paraboloid shape.
Moreover, the external shape of the reflecting surface of the unit mirrors 13in-1, 13in-2,... Is similar to the exposure area of the projection exposure apparatus. Here, it is assumed that the exposure area is an arc field.
Next, the capacitor mirror 14 (see FIG. 1) will be described.
The
The shape of at least one reflecting surface of these unit mirrors 14-1, 14-2,... Is a “toroidal aspheric surface” defined by the equation (1) described later.
The illumination optical system according to the present embodiment including the
According to such an illumination optical system, the reticle surface R is illuminated with a sufficient amount of EUV light.
In the illumination optical system according to the present embodiment, the oblique incident angle with respect to each reflecting surface is positively set to the total reflection angle (15 ° in this case), so that it is not necessary to form a multilayer film on each reflecting surface.
In the illumination optical system of the present embodiment, the reflecting surfaces of the unit mirrors 12-1, 12-2,... Of the
Therefore, the unit mirrors 12-1, 12-2,... Can be thinned while performing a desired function.
If the unit mirrors 12-1, 12-2,... Are thinned, vignetting of light rays at the incident end of the
Further, if the
In this
In the fly-
In addition, since the “toroidal aspheric surface” (see Expression (1)) is used for the reflecting surfaces of the unit mirrors 14-1, 14-2,. Is effectively removed.
Further, in the
In the above description, it is desirable to make the oblique incident angle of incident light with respect to the reflecting surface as small as possible. However, when the number of unit mirrors arranged in series with each other is increased, the light amount loss due to the increase in the number of reflections. In consideration of this increase, it is necessary to design so that the light amount loss in the whole of the plurality of unit mirrors is reduced.
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described based on FIG. 1, FIG. 9, and FIG. This embodiment is an embodiment of an illumination optical system.
Here, only differences from the illumination optical system of the first embodiment will be described. The difference is that a
FIG. 9 is a diagram illustrating the
FIG. 9A is a cross-sectional view of the
As shown in FIG. 9A, the
The shape of the reflection surface of the
A Mo or Ru material is also used for the reflecting surface of the
The oblique incident angle of incident light (here, EUV light having a wavelength of 50 nm or less) with respect to the reflecting surface of the
Next, the
The
The
FIG. 10 is a diagram illustrating the
10A is a cross-sectional view of the
As shown in FIGS. 10A and 10B, the
The
As described above, the
As described above, in the illumination optical system of the present embodiment, the reflecting surface of the
Since the paraboloid has an ideal shape for converting a divergent light beam into a parallel light beam, according to the
Therefore, the light quantity loss of EUV light can be suppressed to a smaller extent.
Although the
In particular, when the discharge plasma light source is applied to the
In the above embodiment, the reflecting surface of the
Further, since the
Further, the
Further, since the
In the illumination optical system of the present embodiment, the
Further, an illumination optical system to which the
[Third Embodiment]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is an embodiment of an illumination optical system.
Here, only differences from the illumination optical system of the first embodiment or the second embodiment will be described. The difference is that a fly-
FIG. 11 is a diagram for explaining the shape of the reflecting surface of the unit mirrors 13′in-1, 13′in-2,... Arranged at the
Each of these reflecting surfaces has a Walter I shape.
The Walter I shape is composed of a first surface that is a partial paraboloid and a second surface that is a partial hyperboloid.
The center line of the paraboloid and the hyperboloid is on the same straight line, and the focal point of the paraboloid coincides with one of the two focal points F1 and F2 of the hyperboloid.
The first surface and the second surface are surfaces that can be obtained by partially cutting a paraboloid and a hyperboloid in the vicinity of the line of intersection of the two.
Such a
The condensing position of the light beam by the
A
The reflecting surfaces of these unit mirrors 13′in-1, 13′in-2,..., 13′out-1, 13′out-2,. used. However, when the difference in intensity due to the difference in reflectance between sp-polarized light becomes a problem, MoSi is applied to the reflecting surface. 2 These materials are used.
In addition, incident light on the reflecting surfaces of these unit mirrors 13′in-1, 13′in-2,..., 13′out-1, 13′out-2,. The oblique incident angle of EUV light is the total reflection angle (here, 15 ° or less, but
As described above, in the illumination optical system according to the present embodiment, since each reflecting surface of the
As a result, since EUV light is guided to a necessary area without waste, the light quantity loss is further suppressed.
[Fourth embodiment]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is an embodiment of an illumination optical system.
Here, only differences from the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment will be described. The difference is that a fly-
FIG. 12 shows unit mirrors 13 ″ in−1, 13 ″ in−2,... Arranged at the
The reflection surface of the
The reflection surface of the
The former paraboloid and the latter paraboloid have the same shape, center line, and focal point F, and are opposite to each other only in the direction of the apex.
Note that the parabolas of the former and the latter may be slightly shifted as necessary.
The reflecting surface of the
The
The light beam incident on the
These unit mirrors 13 "in-1, 13" in-2,..., 13 "out-1, 13" out-2,... Is done. However, when the difference in intensity due to the difference in reflectance between sp-polarized light becomes a problem, MoSi is applied to the reflecting surface. 2 These materials are used.
In addition, incident light (in this case, EUV light having a wavelength of 50 nm or less) with respect to the reflecting surfaces of these unit mirrors 13 "in-1, 13" in-2, ..., 13 "out-1, 13" out-2 The oblique incident angle is the total reflection angle (here 15 ° or less, but
As described above, in the illumination optical system according to the present embodiment, the reflection surfaces of the
As a result, since EUV light is guided to a necessary area without waste, the light quantity loss is further suppressed.
In the fly-
[Fifth Embodiment]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is an embodiment of another light source unit that can be applied to each of the illumination optical systems described above.
FIG. 13 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
Air around the illumination optical system including the
A laser plasma light source that emits EUV light is applied to the
The
The reflective surface of the collector mirror 21c, which is an elliptical mirror, is provided with a multilayer film for improving the reflectance of EUV light.
The
One of the side walls of the
The air in the
For this reason, the air pressure inside the
Here, generally, a large amount of scattered matter is generated in the
However, in the present embodiment, the scattered matter is shielded by the shielding portion (portion other than the pinhole) of the pinhole plate P described above.
Moreover, the air pressure inside the
Therefore, the scattered matter is exhausted to the outside through the
Therefore, according to the
The positional relationship between the pinhole plate P and the condensing point in the optical axis direction is preferably selected based on experiments or the like so that scattered objects are removed most efficiently.
Further, the pinhole of the pinhole plate P does not need to be a complete opening, and may be covered with a film made of beryllium or the like as long as it can transmit EUV light.
[Sixth Embodiment]
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment is an embodiment of another light source unit that can be applied to each of the illumination optical systems described above. Here, only differences from the light source unit of the fifth embodiment will be described.
FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of the
Air around the illumination optical system including the
A discharge plasma light source that emits EUV light is applied to the
The
The
The
The air in the
Therefore, according to the
FIG. 15 is a diagram (perspective view) for explaining the
As shown in FIG. 15, the
The shape of the reflection surface of each unit mirror is a predetermined shape necessary for the collector mirror, such as the shape of a part of the reflection surface of the elliptical mirror or the shape of the side surface of the cone, or an approximate shape thereof.
According to the
In addition, like the
Further, like the collector mirror 21c in the
However, in view of the divergence angle of the light emitted from the light source, an elliptical mirror is suitable for the laser plasma light source, and a plurality of mirrors are suitable for the discharge plasma.
[Seventh embodiment]
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is an embodiment of another fly-eye mirror that can be applied to each illumination optical system. Here, only differences from the fly-eye mirrors of the above embodiments will be described.
FIG. 16 is a diagram for explaining the arrangement relationship of the unit mirrors of the fly-
The plurality of unit mirrors 33in-1, 33in-2,... Constituting the incident end 33in of the fly-
Similarly, the plurality of unit mirrors 33out-1, 33out-2,... Constituting the emission end 33out of the fly-
Here, the sufficient distance is a distance that reduces the amount of vignetting by the other unit mirrors of reflected light in each unit mirror (preferably eliminates vignetting).
That is, in the fly-
According to the
[Eighth Embodiment]
The eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is an embodiment of a projection exposure apparatus.
FIG. 17 is a block diagram of the projection exposure apparatus of the present embodiment.
The projection exposure apparatus of the present embodiment is a reduction projection type projection exposure apparatus that uses EUV light (for example, EUV light with a wavelength of 50 nm or less) as an exposure beam and performs a scanning exposure operation by a step-and-scan method.
A projection
The illumination
The projection
The projection
In addition, the projection exposure apparatus includes a
As described in the first embodiment, according to the illumination
Therefore, even if the projection
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 18, 19, 20, Table 1, Table 2, Table 3, Table 4, Table 5, Table 6, Table 7, Table 8.
This example is an example corresponding to the first embodiment (using the
FIG. 18 is a cross-sectional view showing the configuration of the
As shown in FIG. 18, the
Further, the
In Table 1, Table 2, Table 3, and Table 4, the data of each block of each cone are shown for each block. Table 1 shows data for each cone in the first block, Table 2 shows data for each cone in the second block, Table 3 shows data for each cone in the third block, and Table 4 shows data for each cone in the fourth block.
In each table, the shape of each cone of each block is indicated by two coordinates (Z1, Radius 1) and (Z2, Radius 2).
The coordinates of the two points (Z1, Radius1), (Z2, Radius2) are the coordinates of the ends of the cross section formed by cutting the cone on the plane including the optical axis Z (YZ plane) as shown in the circle in FIG. It is.
In each table, the “normalized diameter height” of each cone means the radius of each cone (height in the direction perpendicular to the optical axis Z), which is the largest opening angle in the same block (the optical axis and the cone form). The value obtained by dividing the opening angle of the angle cone by this maximum opening angle is 1.
As shown in FIG. 19, at the incident end 13in of the fly-
Further, at the exit end 13out of the fly-
Table 5 shows data of the fly-
Further, in order to adapt to the optical characteristics of the
The
Table 7 shows data of the
In Table 7, the ray tracing direction (surface order) is opposite to the actual light traveling direction (direction from the reticle surface R to the fly-
Table 8 shows the toroidal aspheric coefficient of each reflecting surface. In addition, the definition formula of a toroidal aspherical surface is represented by Formula (1). Z in the formula (1) is the Sag amount of the aspheric surface in the optical axis direction.
A second embodiment of the present invention will be described based on FIG. 21, Table 9, Table 10, Table 11, Table 12, Table 13, Table 14, and Table 15.
This example is an example corresponding to the second embodiment.
Here, only differences from the first embodiment will be described. The difference is that a
FIG. 21 is a diagram showing the positional relationship between the reflecting surfaces of the
As shown in FIG. 21, in the
Table 9 shows data of the
In the table, “Z = 0” indicates the position in the optical axis Z direction of the incident side end of the
Further, the
Table 10, Table 11, Table 12, Table 13, Table 14, and Table 15 show the data of each block of each cone for each block. Table 10 is data for each cone of the first block, Table 11 is data for each cone of the second block, Table 12 is data for each cone of the third block, Table 13 is data for each cone of the fourth block, Table 14 Is the data for each cone in the fifth block, and Table 15 is the data for each cone in the sixth block.
The notation method of each table is the same as that applied to Table 1, Table 2, Table 3, and Table 4.
[Third embodiment]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This example is an example corresponding to the third embodiment.
Here, only differences from the first embodiment or the second embodiment will be described. The difference is that a
FIG. 22 is a diagram for explaining the shapes of the reflecting surfaces of the unit mirrors 13′in-1, 13′in-2,... Arranged at the
The shape of the reflecting surfaces of the unit mirrors 13′in-1, 13′in-2,... Is the Walter I type as described in the third embodiment. The dimensions of each part of the Walter I shape are as follows.
・ Diameter of paraboloid or hyperboloid cut out as a reflecting surface = 2000 mm
-The distance between the focal point F2 or F1 and the apex of the hyperboloid surface closer to it is 50 mm
-Distance between the focal point F1 and the apex of the paraboloid = 50 mm
In addition, although the shape of the reflective surface of unit mirror 13'out-1, 13'out-2, ... arrange | positioned at the exit end 13'out of the fly-eye mirror shown in the Example of FIG. 22 is a plane, Needless to say, the shape is not limited to this, and may be a concave shape or other shapes.
[Fourth embodiment]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This example is an example corresponding to the fourth embodiment.
Here, only differences from the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment will be described. The difference is that a fly-
FIG. 23 shows unit mirrors 13 ″ in-1, 13 ″ in-2,..., 13 ″ out arranged at the
The shape of the reflecting surfaces of the unit mirrors 13 "in-1, 13" in-2, ..., 13 "out-1, 13" out-2, ... are as described in the fourth embodiment. It is a partial paraboloid. The dimensions of each part of the partial paraboloid are as follows.
-Diameter of the paraboloid of the part cut out as the reflecting surface = 2000 mm
-Distance between the apex of the paraboloid and the focal point F = 50 mm
[Fifth embodiment]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This example is an example of the fly-
FIG. 24 is an optical path diagram of the fly-
Tables 16 and 17 are data of the fly-
Table 18 shows data of the
In Table 18, the ray tracing direction (surface order) is opposite to the actual light traveling direction (direction from reticle surface R to fly-
The reflecting surfaces of the unit mirrors 14-1, 14-2, and 14-3 are inclined by 14 ° with respect to the optical axis.
Further, the incident light on the reticle surface R has an angle of 6 ° with the principal ray of each image height with respect to the normal of the surface.
The formation surface of the secondary light source group on the emission end 33out side of the fly-
Table 19 shows the toroidal aspheric coefficient of each reflecting surface. In addition, the definition formula of a toroidal aspherical surface is represented by Formula (1).
The fly-eye mirrors (13, 13 ′, 13 ″, 33) as reflective optical integrators in the respective embodiments and examples described above are arranged on the incident side and have a large number of unit mirrors (first reflective elements). A first array mirror (13in, 13′in, 13 ″ in, 33in) having a plurality of unit mirrors (second reflection elements) disposed on the exit side , 13′out, 13 ″ out, 33out). For this reason, the light incident on the fly-eye mirror is wavefront-divided into a large number of lights by a large number of unit mirrors of each array-shaped mirror. Since the wavefront-divided light illuminates the illumination area formed on the reticle (mask) or wafer (photosensitive substrate) in a superimposed manner, the reticle (mask) or wafer (photosensitive substrate) Chromatography (13, 13 ', 13 ", 33) is uniformly illuminated by the action of.
The first array mirrors (13in, 13′in, 13) constituting the fly-eye mirrors (13, 13 ′, 13 ″, 33) as the reflection type optical integrator in each of the above embodiments and examples. "In, 33in) and the second array of mirrors (13out, 13'out, 13" out, 33out) include a plurality of unit mirrors (first reflective element and first reflective element) having a predetermined optical power in the meridional and sagittal directions. Therefore, the light incident on the fly-eye mirror (13, 13 ′, 13 ″, 33) is divided into wavefronts, and the fly-eye mirror (13, 13 ′, 13). ”, 33), a large number of condensing points as secondary light sources are formed on the exit side or in the vicinity of the exit side. As a result, for example, the reflective projection optics shown in FIG. Since the image of the secondary light source is formed by the fly-eye mirror (13, 13 ′, 13 ″, 33) at the position of the pupil (incidence pupil), the reticle (mask) and wafer (photosensitive substrate) are uniform. Koehler illumination as illumination is achieved.
As described above, the reticle (mask) and wafer (photosensitive substrate) are more uniformly illuminated while suppressing the loss of light quantity in the fly-eye mirror due to the involvement of the total reflection fly-eye mirror in each embodiment and each example. Is done.
The incident side of the fly-eye mirror (13, 13 ′, 13 ″, 33), that is, the incident side of the first array mirror (13in, 13′in, 13 ″ in, 33in) is a reticle (mask) or wafer. When the fly-eye mirror is viewed from the incident side, the first array-shaped mirror (13 in, 13 ′ in, 13 ″ in, 33 in) is formed. The shape of a large number of unit mirrors (first reflective elements) is similar to the shape of an illumination area formed on a reticle (mask) or wafer (photosensitive substrate), and fly-eye mirrors (13, 13 ′). , 13 ″, 33), that is, the second array-like mirror (13out, 13′out, 13 ″ out, 33out) is substantially the same as the pupil (incidence pupil) of the projection optical system shown in FIG. Optically conjugate It is in the position.
Further, in the seventh embodiment shown in FIG. 16 and the fifth example shown in FIG. 24, a large number of first reflecting elements (33in-1, 33in-2,...) In the first array-like mirror 33in. .) Is incident light incident on the center of each of the first reflecting elements (33in-1, 33in-2,...) (Light at the center of the incident light or light that passes through the center of the illumination field of the reticle). On the other hand, the first reference plane P1 is inclined densely at a predetermined angle β1. Similarly, many second reflective elements (33out-1, 33out-2,...) In the second array mirror 33out are second reflective elements (33out-1, 33out-2,...). ) Are densely arranged on the second reference plane P2 inclined at a predetermined angle β2 with respect to the incident light (light at the center of the incident light or light passing through the center of the illumination field of the reticle) incident on each center. ing.
At this time, the predetermined angle β1 and the predetermined angle β2 are
0 ° <β1 ≦ 20 °, 0 ° <β2 ≦ 20 °
It is preferable to satisfy. Here, by satisfying the above conditions, total reflection is achieved without incurring light quantity loss due to the arrangement of a large number of unit mirrors (reflection elements) constituting the first array mirror 33in and the second array mirror 33out. Therefore, the fly-
In each of the above-described embodiments and examples, the fly-eye mirror (13, 13 ′, 13 ″, 33) as a reflection type optical integrator is configured by two array-like mirrors (raster-like mirrors). In this example, the fly-eye mirrors (13, 13 ′, 13 ″, 33) can be constituted by one array-like mirror (raster-like mirror).
In the first to eighth embodiments and the first to fifth examples, a member that contributes to the imaging of the illumination optical system for efficiently guiding light to the reticle (mask) is provided. Although an example in which all of the reflection members are configured to be totally reflected is shown, a member having a small contribution to the imaging of the illumination optical system can be used as necessary. In this case, the member having a small contribution to the image formation of the illumination optical system may be a transmissive member or a reflection member that is appropriately out of total reflection conditions, and these members can be applied in the present invention. Needless to say.
Incidentally, in the exposure apparatus according to the above-described embodiment, the illumination optical system or the illumination optical apparatus illuminates the mask (reticle) (illumination process), and the transfer optical pattern formed on the mask is exposed using the projection optical system. Microdevices (semiconductor elements, imaging elements, liquid crystal display elements, thin film magnetic heads, etc.) can be manufactured by exposing the conductive substrate (exposure process). FIG. 26 is a flowchart of an example of a technique for obtaining a semiconductor device as a micro device by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus of the above-described embodiment. The description will be given with reference.
First, in step 301 in FIG. 26, a metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step 302, a photoresist is applied on the metal film on the one lot of wafers. Thereafter, in step 303, the pattern image on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of one lot via the projection optical system using the exposure apparatus of the above-described embodiment. Thereafter, in step 304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step 305, the resist pattern is etched on the one lot of wafers to form a pattern on the mask. Corresponding circuit patterns are formed in each shot area on each wafer. Thereafter, a device pattern such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer. According to the semiconductor device manufacturing method described above, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
In the exposure apparatus of the above-described embodiment, a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate).
Hereinafter, an example of the technique at this time will be described with reference to the flowchart of FIG.
In FIG. 27, in the pattern formation process 401, a so-called photolithography process is performed in which the exposure pattern of the above-described embodiment is used to transfer and expose a mask pattern onto a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist). The By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. Thereafter, the exposed substrate undergoes steps such as a developing step, an etching step, and a resist stripping step, whereby a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming step 402.
Next, in the color filter forming step 402, a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix or three of R, G, and B A color filter is formed by arranging a plurality of stripe filter sets in the horizontal scanning line direction. Then, after the color filter forming step 402, a cell assembly step 403 is executed. In the cell assembly step 403, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401, the color filter obtained in the color filter formation step 402, and the like.
In the cell assembly step 403, for example, liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401 and the color filter obtained in the color filter formation step 402, and a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is obtained. ). Thereafter, in a module assembling step 404, components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element. According to the above-described method for manufacturing a liquid crystal display element, a liquid crystal display element having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
以上にて説明したように、本発明によれば、光源にEUV光を用いた場合であっても光量ロスの少なくい照明光学系や照明装置を実現することができる。
また、本発明によれば、照明効率の格段なる向上によって、高スループットが達成可能な高性能な投影露光装置、及び良好なるマイクロデバイス(半導体装置、撮像素子、液晶表示装置、薄膜磁気ヘッド等)を製造し得る露光方法を実現することができる。
特に、本発明による全反射の条件を満たす構成のフライアイミラーにより、照明効率の向上と均一照明とを両立させることができ、照明光学系、照明装置及び投影露光装置の性能を格段に向上させることが可能となる。これにより、高スループットのもとでより一層微細なマイクロデバイスを製造し得る露光方法が達成できる。As described above, according to the present invention, it is possible to realize an illumination optical system and an illumination device with little light loss even when EUV light is used as a light source.
In addition, according to the present invention, a high-performance projection exposure apparatus that can achieve high throughput and a good microdevice (semiconductor device, imaging device, liquid crystal display device, thin film magnetic head, etc.) by dramatically improving illumination efficiency. It is possible to realize an exposure method that can manufacture the above.
In particular, the fly-eye mirror configured to satisfy the conditions of total reflection according to the present invention can achieve both improved illumination efficiency and uniform illumination, and greatly improves the performance of the illumination optical system, illumination apparatus, and projection exposure apparatus. It becomes possible. As a result, an exposure method that can manufacture even finer microdevices with high throughput can be achieved.
Claims (32)
前記コリメータミラー、フライアイミラー、コンデンサミラーの各々は、入射光の斜入射角度が全反射角度となる姿勢で配置された複数の単位ミラーからなる
ことを特徴とする照明光学系。Arrange the light source unit that emits extreme ultraviolet light, collimator mirror, fly-eye mirror, and condenser mirror in order,
Each of the collimator mirror, the fly-eye mirror, and the condenser mirror is composed of a plurality of unit mirrors arranged so that the oblique incident angle of incident light is a total reflection angle.
前記光源部は、
レーザプラズマ光源と、
前記レーザプラズマ光源から出射された極端紫外光を集光するコレクタミラーと、
前記コレクタミラーによる前記極端紫外光の集光点近傍に配置された飛散物遮断用の隔壁と
を備えることを特徴とする照明光学系。The illumination optical system according to claim 1,
The light source unit is
A laser plasma light source;
A collector mirror that collects extreme ultraviolet light emitted from the laser plasma light source;
An illumination optical system comprising: a partition wall for blocking scattered matter disposed in the vicinity of a condensing point of the extreme ultraviolet light by the collector mirror.
前記光源部は、
放電プラズマ光源を備えている
ことを特徴とする照明光学系。The illumination optical system according to claim 1,
The light source unit is
An illumination optical system comprising a discharge plasma light source.
前記光源部は、
前記放電プラズマ光源から出射された極端紫外光を集光するコレクタミラーと、
前記コレクタミラーによる極端紫外光の集光点近傍に配置された飛散物遮断用の隔壁と
を備えることを特徴とする照明光学系。The illumination optical system according to claim 3,
The light source unit is
A collector mirror that collects extreme ultraviolet light emitted from the discharge plasma light source;
An illumination optical system comprising: a partition wall for blocking scattered objects disposed near a condensing point of extreme ultraviolet light by the collector mirror.
前記コレクタミラーは、
入射光の斜入射角度が全反射角度となる姿勢で配置された複数の単位ミラーからなる
ことを特徴とする照明光学系。The illumination optical system according to claim 4, wherein
The collector mirror is
An illumination optical system comprising a plurality of unit mirrors arranged so that an oblique incident angle of incident light is a total reflection angle.
前記コリメータミラーは、
互いに径及び広がり角度の異なる複数のスカート状の単位ミラーを、その広がり部を射出側に向けた状態で光軸の周りに配置してなる
ことを特徴とする照明光学系。In the illumination optical system according to any one of claims 1 to 5,
The collimator mirror is
An illumination optical system comprising: a plurality of skirt-shaped unit mirrors having different diameters and spread angles, and arranged around the optical axis in a state where the spread portion faces the exit side.
前記複数のスカート状の単位ミラーの反射面は、
円錐の部分側面の形状をしている
ことを特徴とする照明光学系。The illumination optical system according to claim 6, wherein
The reflective surfaces of the plurality of skirt-shaped unit mirrors are:
An illumination optical system characterized by having a shape of a side surface of a cone.
前記単位ミラーのうち最外周側に配置される前記単位ミラーの反射面は、
放物面の形状をしており、
それ以外の前記単位ミラーの反射面は、
円錐の部分側面の形状をしている
ことを特徴とする照明光学系。The illumination optical system according to claim 6, wherein
The reflecting surface of the unit mirror arranged on the outermost peripheral side of the unit mirrors is
It has a parabolic shape,
The other reflecting surfaces of the unit mirror are
An illumination optical system characterized by having a shape of a side surface of a cone.
前記コリメータミラーと前記フライアイミラーとの間に、
複数の中空管を並列配置してなるキャピラリーアレイが配置される
ことを特徴とする照明光学系。In the illumination optical system according to any one of claims 1 to 8,
Between the collimator mirror and the fly eye mirror,
An illumination optical system comprising a capillary array in which a plurality of hollow tubes are arranged in parallel.
前記キャピラリーアレイを冷却する冷却機構が備えられる
ことを特徴とする照明光学系。The illumination optical system according to claim 9,
An illumination optical system comprising a cooling mechanism for cooling the capillary array.
前記フライアイミラーは、
互いに同姿勢の複数の単位ミラーを並列配置した入射端と、互いに同姿勢の複数の単位ミラーを並列配置した出射端とを、それら各単位ミラーに対する入射光の斜入射角度が全反射角度となるよう、それら単位ミラーによる反射光の進行方向に十分な間隔をおいて配置してなる
ことを特徴とする照明光学系。In the illumination optical system according to any one of claims 1 to 10,
The fly-eye mirror is
An incident end where a plurality of unit mirrors of the same posture are arranged in parallel and an emission end where a plurality of unit mirrors of the same posture are arranged in parallel are the oblique incidence angle of incident light with respect to each unit mirror is the total reflection angle As described above, an illumination optical system characterized in that the unit mirror is arranged with a sufficient interval in the traveling direction of the reflected light.
前記入射端に配置される前記複数の単位ミラーの反射面は、
それぞれウォルターI型の形状をしている
ことを特徴とする照明光学系。The illumination optical system according to claim 11, wherein
The reflecting surfaces of the plurality of unit mirrors arranged at the incident end are:
An illumination optical system characterized by a Walter I shape.
前記入射端及び前記出射端に配置される前記複数の単位ミラーの反射面は、
それぞれ放物面の形状をしている
ことを特徴とする照明光学系。The illumination optical system according to claim 11, wherein
The reflection surfaces of the plurality of unit mirrors arranged at the incident end and the emission end are:
An illumination optical system characterized by a paraboloid shape.
前記入射端を構成する前記複数の単位ミラーは、
各単位ミラー間の反射光のケラレが低減されるよう、それら単位ミラーによる反射光の進行方向に十分な距離ずつずらして配置され、
前記出射端を構成する前記複数の単位ミラーは、
各単位ミラー間の反射光のケラレが低減されるよう、それら単位ミラーによる反射光の進行方向に十分な距離ずつずらして配置される
ことを特徴とする照明光学系。The illumination optical system according to any one of claims 11 to 13,
The plurality of unit mirrors constituting the incident end are:
In order to reduce the vignetting of the reflected light between the unit mirrors, the unit mirrors are arranged at a sufficient distance in the traveling direction of the reflected light by the unit mirrors,
The plurality of unit mirrors constituting the emission end are:
An illumination optical system, wherein the illumination optical system is arranged by being shifted by a sufficient distance in the traveling direction of the reflected light by the unit mirrors so that vignetting of the reflected light between the unit mirrors is reduced.
前記コンデンサミラーは、
複数の単位ミラーを直列配置してなり、かつそのうち少なくとも1つの反射面がトロイダル非球面である
ことを特徴とする照明光学系。In the illumination optical system according to any one of claims 1 to 14,
The condenser mirror is
An illumination optical system comprising a plurality of unit mirrors arranged in series, and at least one reflection surface of which is a toroidal aspherical surface.
前記光源部が射出する前記極端紫外光は、波長50nm以下の極端紫外光であり、
前記コリメータミラー、フライアイミラー、コンデンサミラーの各単位ミラーの反射面は、Ru又はMoの材料からなり、かつ前記斜入射角度が15°以下となる姿勢で配置される
ことを特徴とする照明光学系。In the illumination optical system according to any one of claims 1 to 15,
The extreme ultraviolet light emitted from the light source unit is extreme ultraviolet light having a wavelength of 50 nm or less,
Reflective surfaces of the unit mirrors of the collimator mirror, fly-eye mirror, and condenser mirror are made of Ru or Mo material, and are arranged in an attitude in which the oblique incident angle is 15 ° or less. system.
請求項1〜請求項16の何れか一項に記載の照明光学系と
を備えたことを特徴とする投影露光装置。A reflective projection optical system;
A projection exposure apparatus comprising: the illumination optical system according to any one of claims 1 to 16.
前記レチクルのパターンを感光性基板に露光する露光工程とを含む
ことを特徴とする露光方法。An illumination step of illuminating a reticle using the illumination optical system according to any one of claims 1 to 16,
And an exposure step of exposing the reticle pattern onto a photosensitive substrate.
前記照明光学系は、前記極端紫外光を反射させる複数の反射部材を含み、
前記照明光学系を構成する全ての前記反射部材は、入射光の入射角度が全反射角度となる姿勢で配置される
ことを特徴とする照明装置。A light source unit that supplies extreme ultraviolet light, and an illumination optical system that guides light from the light source unit to an object to be illuminated;
The illumination optical system includes a plurality of reflecting members that reflect the extreme ultraviolet light,
All of the reflecting members constituting the illumination optical system are arranged in a posture in which an incident angle of incident light is a total reflection angle.
前記複数の反射部材は、多数の反射素子を有するアレイ状ミラーを少なくとも含み、
前記アレイ状ミラーにおける多数の反射素子は、入射光の入射角度が全反射角度となる姿勢で配置される
ことを特徴とする照明装置。The lighting device according to claim 19.
The plurality of reflecting members include at least an arrayed mirror having a plurality of reflecting elements,
The illuminating device, wherein the plurality of reflective elements in the arrayed mirror are arranged in a posture in which an incident angle of incident light is a total reflection angle.
前記アレイ状ミラーにおける多数の反射素子は、メリジオナル方向及びサジタル方向において所定の光学パワーをそれぞれ有することを特徴とする照明装置。The lighting device according to claim 20,
A number of reflective elements in the array-shaped mirror each have a predetermined optical power in the meridional direction and the sagittal direction.
前記複数の反射部材は、多数の第1の反射素子を有する第1のアレイ状ミラーと、多数の第2の反射素子を有する第2のアレイ状ミラーとを少なくとも含み、
前記第1のアレイ状ミラーにおける多数の第1の反射素子及び前記第2のアレイ状ミラーにおける多数の第2の反射素子は、入射光の入射角度が全反射角度となる姿勢でそれぞれ配置される
ことを特徴とする照明装置。The lighting device according to claim 19.
The plurality of reflecting members include at least a first array-shaped mirror having a large number of first reflecting elements, and a second array-shaped mirror having a large number of second reflecting elements,
A number of first reflecting elements in the first array-shaped mirror and a number of second reflecting elements in the second array-shaped mirror are respectively arranged in an attitude in which the incident angle of incident light is a total reflection angle. A lighting device characterized by that.
前記照明光学系は、前記極端紫外光を反射させる複数の反射部材を含み、
前記複数の反射部材は、多数の第1の反射素子を有する第1のアレイ状ミラーと、多数の第2の反射素子を有する第2のアレイ状ミラーとを少なくとも含み、
前記第1のアレイ状ミラーにおける多数の第1の反射素子及び前記第2のアレイ状ミラーにおける多数の第2の反射素子は、入射光の入射角度が全反射角度となる姿勢でそれぞれ配置される
ことを特徴とする照明装置。A light source unit that supplies extreme ultraviolet light, and an illumination optical system that guides light from the light source unit to an object to be illuminated;
The illumination optical system includes a plurality of reflecting members that reflect the extreme ultraviolet light,
The plurality of reflecting members include at least a first array-shaped mirror having a large number of first reflecting elements, and a second array-shaped mirror having a large number of second reflecting elements,
A number of first reflecting elements in the first array-shaped mirror and a number of second reflecting elements in the second array-shaped mirror are respectively arranged in an attitude in which the incident angle of incident light is a total reflection angle. A lighting device characterized by that.
前記第1のアレイ状ミラーにおける多数の第1の反射素子及び前記第2のアレイ状ミラーにおける多数の第2の反射素子は、メリジオナル方向及びサジタル方向において所定の光学パワーを有する
ことを特徴とする照明装置。24. A lighting device according to claim 22 or claim 23.
The multiple first reflective elements in the first array-shaped mirror and the multiple second reflective elements in the second array-shaped mirror have predetermined optical powers in the meridional direction and the sagittal direction. Lighting device.
前記第1のアレイ状ミラー及び前記第2のアレイ状ミラーを経由した光は、前記第2のアレイ状ミラー、前記第2のアレイ状ミラーの近傍、または前記第2のアレイ状ミラーの射出側に2次光源としての多数の集光点を形成する
ことを特徴とする照明装置。The lighting device according to claim 24.
The light passing through the first array mirror and the second array mirror is the second array mirror, the vicinity of the second array mirror, or the exit side of the second array mirror. A plurality of condensing points as secondary light sources are formed on the lighting device.
前記第1の反射素子と第2の反射素子とのうちの少なくとも一方は方物面状の反射面を含む
ことを特徴とする照明装置。In the illuminating device as described in any one of Claims 22-24,
At least one of the first reflective element and the second reflective element includes a rectangular plane-shaped reflective surface.
前記第1のアレイ状ミラーにおける多数の第1の反射素子は、前記第1のアレイ状ミラーに入射する入射光路に対して所定の角度で傾斜する第1の基準面にて稠密に配置され、
前記第2のアレイ状ミラーにおける多数の第2の反射素子は、前記第2のアレイ状ミラーに入射する入射光路を所定の角度で傾斜する第2の基準面にて稠密に配置される
ことを特徴とする照明装置。In the illuminating device as described in any one of Claims 22-26,
A number of first reflective elements in the first array mirror are densely arranged on a first reference plane inclined at a predetermined angle with respect to an incident optical path incident on the first array mirror,
A number of second reflecting elements in the second array mirror are densely arranged on a second reference plane inclined at a predetermined angle with respect to an incident optical path incident on the second array mirror. A lighting device.
前記第1のアレイ状ミラーにおける多数の第1の反射素子は、前記多数の第1の反射素子の各々に入射する光の中心光に対して所定の角度β1で傾斜する第1の基準面にて稠密に配置され、
前記第2のアレイ状ミラーにおける多数の第2の反射素子は、前記多数の第1の反射素子の各々に入射する光の中心光に対して所定の角度β2で傾斜する第2の基準面にて稠密に配置され、
前記所定の角度β1及び前記所定の角度β2は、
0°<β1≦20°、0°<β2≦20°を満たす
ことを特徴とする照明装置。In the illuminating device as described in any one of Claims 22-26,
The plurality of first reflecting elements in the first array-shaped mirror are arranged on a first reference plane that is inclined at a predetermined angle β1 with respect to the central light of the light incident on each of the plurality of first reflecting elements. And densely arranged,
The plurality of second reflecting elements in the second array mirror are arranged on a second reference plane that is inclined at a predetermined angle β2 with respect to the central light of the light incident on each of the plurality of first reflecting elements. And densely arranged,
The predetermined angle β1 and the predetermined angle β2 are:
0 ° <β1 ≦ 20 ° and 0 ° <β2 ≦ 20 ° are satisfied.
前記照明装置により照明された前記被照明物体としてのレチクルのパターンを感光性基板に投影する投影光学系とを有する
ことを特徴とする投影露光装置。The lighting device according to any one of claims 19 to 28,
A projection exposure system, comprising: a projection optical system that projects a reticle pattern as the illuminated object illuminated by the illumination device onto a photosensitive substrate.
前記レチクルのパターンを感光性基板に露光する露光工程とを含む
ことを特徴とする露光方法。An illumination step of illuminating a reticle as the object to be illuminated using the illumination device according to any one of claims 19 to 28;
And an exposure step of exposing the reticle pattern onto a photosensitive substrate.
前記照明工程は、入射光の入射角度が全反射角度となる姿勢で配置された複数の反射部材のみを用いて前記極端紫外光を被照明物体へ導く工程を含む
ことを特徴とする露光方法。Supplying extreme ultraviolet light, illuminating a reticle with the extreme ultraviolet light, and exposing a pattern of the reticle onto a photosensitive substrate,
The illuminating step includes a step of guiding the extreme ultraviolet light to an object to be illuminated using only a plurality of reflecting members arranged in a posture in which the incident angle of incident light is a total reflection angle.
前記照明工程は、入射光の入射角度が全反射角度となる姿勢で配置された多数の第1の反射素子を有する第1のアレイ状ミラーと、入射光の入射角度が全反射角度となる姿勢で配置された多数の第2の反射素子を有する第2のアレイ状ミラーとを用いて前記極端紫外光を被照明物体へ導く工程を含む
ことを特徴とする露光方法。Supplying extreme ultraviolet light, illuminating a reticle with the extreme ultraviolet light, and exposing a pattern of the reticle onto a photosensitive substrate,
The illumination step includes a first array-like mirror having a large number of first reflecting elements arranged in a posture where the incident angle of incident light is a total reflection angle, and a posture in which the incident angle of incident light is a total reflection angle. And a step of guiding the extreme ultraviolet light to an object to be illuminated using a second array of mirrors having a number of second reflecting elements arranged in the above.
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