KR101089406B1

KR101089406B1 - 조명광학계, 이것을 사용한 노광장치, 및 디바이스의 제조방법

Info

Publication number: KR101089406B1
Application number: KR1020090015737A
Authority: KR
Inventors: 가즈히코 가지야마
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2011-12-07
Also published as: US8149386B2; KR20090092712A; JP5241270B2; TW200951629A; TWI414899B; JP2009206227A; US20090213355A1

Abstract

본 발명의 조명광학계는, 광원으로부터의 광이 입사하는 한 쌍의 플라이아이미러, 상기 한 쌍의 플라이아이미러로부터의 광을 집광하는 제1콘덴서, 평행한 모선방향을 가진 복수의 원통반사면을 포함하고, 상기 제1콘덴서로부터의 광이 입사하는 반사형 인티그레이터, 상기 모선방향에 대해서 수직으로 배치된 개구조리개; 및 상기 반사형 인티그레이터의 상기 복수의 원통반사면으로부터의 광을 피조명면 상에서 중첩시키는 제2콘덴서를 포함한다.

Description

조명광학계, 이것을 사용한 노광장치, 및 디바이스의 제조방법{ILLUMINATION OPTICAL SYSTEM, EXPOSURE APPARATUS USING THE SAME AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 노광장치에 관한 것이다. 본 발명은, 예를 들면, 노광광으로 파장 10 내지 15nm의 극단자외영역(Extreme Ultra Violet: EUV)의 광을 사용한 노광장치의 조명광학계에 적합하다.

종래의 EUV 노광장치는 파장 10 내지 15nm의 EUV 광을 사용하고 있고, 원판(레티클)의 조명영역을 효율적이고 균일하게 조명할 수 있는 조명광학계가 요구되고 있다.

EUV 영역에서는 광의 물질에 의한 흡수가 매우 증가하므로, 렌즈를 사용한 굴절광학계는 실용적이지 않다. 이 때문에, EUV 노광장치에는 반사광학계가 사용된다.

이러한 EUV 노광장치용의 조명광학계가 일본 특개평11-312638호 공보, 일본 특표2004-510340호 공보, 일본 특표2003-045774호 공보에 개시되어 있다.

일본 특개평11-312638호 공보에는, 원호형상의 윤곽을 가지는 제1플라이아이 미러와 제2플라이아이미러를 사용해서 원호형상의 영역을 조명하고 있는 조명광학계가 개시되어 있다. 제2플라이아이미러 상에 복수의 광원상을 형성할 수 있도록 제1 및 제2플라이아이미러를 배치시키고, 이 2매의 플라이아이미러에 의해 1개의 인티그레이터로서의 효과를 갖게 하고 있다.

일본 특표2004-510340호 공보에는, 직사각형형상의 윤곽을 가지는 제1플라이아이미러와 제2플라이아이미러를 가지고, 원호형상의 영역을 조명하기 위해서 적어도 하나의 고입사형의 필드반사경을 사용한 조명광학계가 개시되어 있다. 제2플라이아이미러 상에 복수의 광원상을 형성할 수 있도록 제1 및 제2플라이아이미러를 배치시키고, 이 2매의 플라이아이미러에 의해 1개의 인티그레이터로서의 효과를 갖게 하고 있다.

일본 특표2003-045774호 공보에는, 제1파판인티그레이터(다수의 원통면을 평행하게 배치한 인티그레이터)와 제1콘덴서에 의해 제2파판인티그레이터를 균일하게 조명하고. 제2파판인티그레이터와 제2콘덴서에 의해 원호형상의 영역을 조명하는 조명광학계가 개시되어 있다.

그러나, 이들 종래 기술의 구성은 원판(레티클)의 조명영역을 효율적이고 균일하게 조명함에 있어서 이하와 같은 문제점이 있었다.

일본 특개평11-312638호 공보에 개시되어 있는 조명광학계는 원호형상의 플라이아이미러를 제조하는 것이 어렵다고 하는 문제를 가지고 있다.

일본 특표2004-510340호 공보에 개시되어 있는 조명광학계는 직사각형형상의 조명영역을 고입사형의 필드반사경에 의해 왜곡시키고 있기 때문에 유효광원 분포 가 왜곡되어, 결상성능이 악화된다고 하는 문제를 가지고 있다.

일본 특표2003-045774호 공보에 개시되어 있는 조명광학계는 파판인티그레이터를 2개 사용함으로써 유효광원의 불균일을 해소하고 있지만, 필드반사경이 없기 때문에 에텐듀(etendu)가 큰 광원의 경우, 조명효율이 저하한다고 하는 문제를 가지고 있다.

본 발명은 광원의 광강도 요동이나 각도분포의 영향에 의한 유효광원의 불균일을 억제하고, 에텐듀가 큰 광원이라도 효율적으로 원호형상의 영역에 조명하는 것이 가능한 조명광학계를 제공한다.

본 발명의 1측면으로서의 조명광학계는, 광원으로부터의 광이 입사하는 한 쌍의 플라이아이미러, 상기 한 쌍의 플라이아이미러로부터의 광을 집광하는 제1콘덴서, 평행한 모선방향을 가진 복수의 원통반사면을 가지고 또한 상기 제1콘덴

서로부터의 광이 입사하는 반사형 인티그레이터, 상기 모선방향에 수직으로 배치된 개구조리개, 및 상기 반사형 인티그레이터의 상기 복수의 원통반사면으로부터의 광을 피조명면 상에서 중첩시키는 제2콘덴서를 가진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은 이하 (첨부 도면을 참조해서) 설명되는 예시적인 실시예에 의해 명백해질 것이다.

이하, 첨부도면을 참조해서 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

실시예1

이하, 도 1을 참조해서 실시예1에 의한 노광장치(1000)에 대해 설명한다. 도 1은 노광장치(1000)의 개략구성도이다.

노광장치(1000)는 노광광으로서 EUV 광(예를 들면, 파장 13.5nm)을 사용해서 스텝-앤드-스캔 방식으로 마스크(레티클)(R)의 회로패턴을 웨이퍼(기판)(W)에 노광하는 EUV 노광장치이다.

노광장치(1000)는 광원부(100)와 장치본체(200)를 가진다. 광원부(100) 및 장치본체(200)의 각 구성요소는 각각 진공용기(101), (201) 내에 수납된다. 진공 용기(101) 및 (201)는 접속부(120)에 의해 접속되어 있다. 노광 중, 진공용기(101) 및 (201)의 내부는 EUV 광의 감쇠를 방지하기 위해서 진공으로 유지된다.

우선 광원부(100)의 각 구성요소에 대해 설명한다. 광원부(100)는 진공용기 내부에 방전헤더(111), 집광미러(112), 데브리스필터(113), 파장필터(l14), 차동배기기구(115), 및 어퍼처(116)를 가진다.

집광미러(112)는 플라스마발광부(EP)로부터 거의 등방적으로 방사되는 EUV 광을 집광하는 회전타원미러 등을 가진다. 데브리스필터(113)는 ELV광이 광로에 발생할 때에 생기는 데브리스(비산입자)의 침입을 감소시킨다. 파장필터(114)는 발광부(EP)로부터 발생되는 EUV 광 이외의 파장의 광을 제거한다. 차동배기기구(115)는 진공용기(101)로부터 진공용기(201)를 향해서 단계적으로 내부압력을 감소시킨다. 어퍼처(116)은 집광미러(112)의 집광점 근방에 배치된 핀홀형상의 개구부이다. 노광광으로서의 EUV 광은 이 어퍼처(116)를 통과해서 장치본체(200) 측으로 진행한다.

본 실시예에서는, 광원부(100)로서 방전형 플라스마광원을 사용하고 있지만, 레이저플라스마광원 등 다른 종류의 EUV 광원을 사용해도 된다.

다음에 장치본체(200)의 각 구성요소의 설명을 행한다. 장치본체(200)는 진 공용기(201) 내부에 조명광학계(210), 마스크스테이지(220), 투영광학계(230), 및 웨이퍼스테이지(240)를 가진다.

조명광학계(210)는 EUV 광을 전파해서 마스크(R)를 조명하는 수단이다. 조명광학계(210)는, 한 쌍의 플라이아이미러(211), 제1콘덴서(212), 반사형 인티그레이터로서의 파판인티그레이터(213), 개구조리개(215), 원호변환광학계로서의 제2콘덴서(216), 평면미러(217), 및 슬릿(218)을 가진다. 한 쌍의 플라이아이미러(211)는 제1플라이아이미러(211a)와 제2플라이아이미러(211b)를 가진다. 파판인티그레이터(213)는 평행한 모선방향을 가진 복수의 원통반사면을 가진다. 제2콘덴서(216)는 볼록면경(216a)과 오목면경(216b)을 가진다.

상기 어퍼처(116)를 통과한 EUV 광속(IL)은 제1플라이아이미러(211a)에 입사해서 다수의 광속으로 분할된다. 도 2A에 제1플라이아이미러(21la)를 나타낸다. 실시예1에서는, 후술하는 원호조명영역의 슬릿폭방향인 Y축방향과 슬릿길이 방향인 X축방향의 분할수 4 × 4로 설정되어 있다. Y축방향은 파판인티그레이터 (213)의 각 원통반사면의 모선에 대해서 평행한 방향에 대응하고, X축방향은 모선에 대해서 직교하는 방향(또는 복수의 원통반사면의 배열방향)에 대응한다.

제1플라이아이미러(211a)에 입사하는 광속의 영역은, 도 2A의 (113a)에 나타내는 바와 같이, 원의 중심이 빠진 것으로 보이는 영역이지만, 이것은 데브리스필터(113)에 기인한다. 플라이아이미러(211a)에는, 영역(113a)이 나타내는 바와 같이, 광속의 조사영역과 비조사영역이 있지만, 후술하는 제2인티그레이터인 파판인티그레이터(213)가 있기 때문에, 조도 불균일이나 유효광원의 불균일의 영향은 작 다. 그러나, 이들의 영향이 클 때는, 제1플라이아이미러(211a)의 분할수를 증가시키고, 광속의 조사부분만을 사용함으로써 영향을 감소시키는 것이 효과적이다.

상기 제1플라이아이미러(211a)에 의해 분할된 광속은 제2플라이아이미러 (21lb) 상에 집광되어, 2차 광원의 상이 복수 형성된다. 슬릿폭방향의 제2플라이아이미러(211b)의 소자의 수는, 도 2B에 나타내는 바와 같이, 슬릿길이방향의 그 것과 다르다. 여기서, 슬릿폭방향의 수가 슬릿길이방향의 수와 다른 것은 제2플라이아이미러(211b)의 Y축방향 또는 X축방향에 있어서의 길이(요소미러의 수)가 다른 것을 의미하고 있다. 예를 들면, 도 2B에 나타내는 원형형상의 복수의 요소미러로 이루어지는 제2플라이아이미러(211b)에 있어서, 하나의 요소미러의 직경의 길이를 1로 하면, 슬릿폭방향의 길이는 2, 슬릿길이방향의 길이는 대략 9.6이 된다. 이것은 슬릿폭방향과 슬릿길이방향에서의 라그란쥬 불변량을 조정하기 위해서이며, 실시예1의 제1플라이아이미러(21la)에서는 슬릿폭방향과 슬릿길이방향의 분할수 4 × 4, 제2플라이아이미러(21lb)에서는 그것이 2 × 8 정도로 되어 있다. 각 요소미러의 라그란쥬 불변량은 제1플라이아이미러(21la)에 의해 슬릿폭방향과 슬릿길이방향 모두 광원의 라그란쥬 불변량의 1/4정도가 된다. 다음에, 제2플라이아이미러(21lb)의 슬릿폭방향 및 슬릿길이방향의 개수에 의해 각 요소미러의 라그란쥬 불변량이 합해진다. 그 때문에, 실시예1에서는 광원의 라그란쥬 불변량에 대해서 플라이아이미러 통과 후의 슬릿폭방향의 라그란쥬 불변량은 반{(1/4) × 2}으로 조정된다. 길이방향은 2배{(1/4)/8}로 조정되고, 제2플라이아이미러(211b)의 외형은 슬릿길이방향으로 긴 직사각형에 가까운 형상이 된다.

이 때, 제1플라이아이미러(211a)의 각 광학소자는 제2플라이아이미러(211b)의 각 광학소자에 대응하도록 각도조정되어 있다. 또한, 제2플라이아이미러(211b)의 각 광학소자도 제1플라이아이미러(211a)로부터의 광속을 제1콘덴서로 편향시키기 위해서 각도조정되어 있다. 제2플라이아이미러(211b)는 어퍼처(116)와 공역관계에 있기 때문에 제2플라이아이미러(211b)의 개개의 형상은 어퍼처(116)의 형상과 대략 같아도 된다.

상기 플라이아이미러(211a),(211b)는 EUV 광을 효율적으로 반사시키기 위해서 반사다층막으로 이루어져 있으며, 고온의 플라스마발광부(EP)로부터의 방사에너지를 일부 흡수하기 때문에 노광 중에 고온이 된다. 그 때문에 이들은 열전도성이 높은 금속 등의 재료로 이루어져 있고, 수냉 등의 냉각수단(도시하지 않음)을 가지고 있어, 노광 중에는 항상 냉각되어 있다.

이하에서는 특히 명시하지 않지만, 광학계에 사용되고 있는 각 미러의 반사면은 EUV 광을 효율적으로 반사하기 위한 반사다층막으로 이루어져 있고, 필요에 따라서, 미러는 열전도성이 높은 금속 등의 재료로 이루어져 있거나, 냉각수단(도시하지 않음)을 장비하고 있다.

다음에, 제2플라이아이미러(211b)로부터의 복수의 광속은 제1콘덴서(212)에 의해 중첩되고, EUV 광속(IL)으로서 복수의 원통면미러를 가지는 인티그레이터(13)가 거의 균일하게 조명되도록 입사한다. 인티그레이터에 입사한 EUV 광속(IL)은 각 원통면에 의해 분할되고 발산되어, 후술하는 개구조리개(215)를 통과한다. 개구조리개(215)의 개구부는 유효광원의 형상을 결정한다.

제2콘덴서(216)는 파판인티그레이터(213)로부터의 광을 원호형상으로 집광 하고, 복수의 3차 광원으로부터의 광속을 평면미러(217)를 개재해서 피조명면(마스크(R)) 상에서 중첩시키기 위한 광학계이다. 제2콘덴서(216)는 볼록면경(216 a) 및 오목면경(216b)의 작용으로 마스크(R)의 조명에 적합한 원호조명영역을 형성한다. 평면미러(217)는 제2콘덴서(216)로부터의 광을 마스크(R)에 소정의 각도로 입사시키기 위한 부재이다.

파판인티그레이터(213)의 각 원통반사면에 의해 분할되어 발산하는 광은 제 2 콘덴서(216)에 의해 원호형상으로 집광되어, 슬릿(218)의 개구부, 결국에는 마스크(R)면 상에서 균일한 조도분포를 가지는 원호조명영역을 형성한다. 원호조명영역의 곡률 중심은 이 투영광학계(230)의 광축(중심축)(AX1)에 설정된다.

슬릿(218)은 마스크(R) 상에서의 조명영역을 결정하는 부재이다. 도 12의 평면도에 나타내는 바와 같이, 슬릿(218)은 원호형상의 개구부(218a), 및 개구부 (218a)의 폭을 부분적으로 조절하는 가동부(218b)를 가진다. 또, 도 12에 있어서, AIA는 파판인티그레이터(213) 및 제2콘덴서(216)에 의해 형성된 원호조사영역이다. 조명영역(AIA)과 개구부(218a)에 의해 마스크(R)의 조명영역이 결정된다.

주사노광에 있어서, 개구부(218a)의 슬릿길이방향에 조도 불균일이 존재하면, 노광 불균일의 요인이 된다. 이 문제를 해결하기 위해서, 가동부(218b)를 사용해서 슬릿폭을 슬릿길이방향의 위치에 따라 조정한다. 이것에 의해, 노광영역 전면에서 적산노광량을 균일하게 해서 노광할 수 있다. 주사 노광 중에는, 슬릿(218)은 투영광학계(230)에 대해서 정지하고 있다.

마스크(R)는 반사형 마스크이며, 그 위에 전사되어야 할 회로패턴이 형성되어 있다. 회로패턴은 다층막미러와 그 위의 EUV흡수체 등으로 이루어진 비반사부에 의해 형성된다. 마스크(R)는 마스크스테이지(220)에 척을 개재해서 부착되고, 마스크스테이지(220)에 의해 화살표방향으로 구동된다.

투영광학계(230)는 복수(전형적으로는 6매)의 다층막미러에 의해 구성되고, 광축(AX1)에 대해서 축외의 원호형상의 영역이 양호한 결상성능을 가질 수 있도록 설계되어 있다. 투영광학계(230)는 상측 텔레센트릭계가 되도록 구성되어 있다. 한편, 물체측(마스크(R)측)은 마스크(R)에 입사하는 조명광과의 물리적 간섭을 피하기 위해서 비텔레센트릭이 되도록 구성되어 있다. 예를 들면, 본 실시예에 있어서는, 물체측 주광선은 마스크(R)의 법선방향에 대해서 6도 정도 기울어져 있다.

마스크(R)로부터 발생된 회절광은 투영광학계(230)를 개재해서 웨이퍼(W)에 도달하고, 마스크(R)에 형성된 회로패턴이 웨이퍼(W) 상에 축소투영된다. 웨이퍼 (W)는 웨이퍼스테이지(240)에 척을 개재해서 지지되어, 웨이퍼스테이지(240)에 의해 화살표방향으로 구동된다. 본 실시예의 노광장치(1000)는 스텝-앤드-스캔방식의 노광장치이기 때문에, 마스크(R)와 웨이퍼(W)를 각 스테이지에 의해 축소배율비에 대응하는 속도비로 주사하면서, 회로패턴을 기판 상에 노광·전사한다.

도 3A 내지 도 6을 참조해서, 파판인티그레이터(213)가 원호형상의 영역을 균일하게 조명하는 원리를 설명한다. 도 3A 및 도 3B는, 전술한 바와 같이, 파판인티그레이터(213)의 확대사시도이다. 도 4는 볼록형상의 원통반사면(213a)에서의 EUV 광의 반사를 설명하기 위한 개략사시도이다. 도 5는 파판인티그레이터(213)의 일부 확대 단면도이다. 도 6은 원통반사면(213a)에서 반사한 EUV 광의 각도분포를 나타내는 도면이다.

도 3A에 나타내는 바와 같이, 복수의 원통반사면(213a)을 가지는 인티그레이터(213)에 평행한 조명광(IL)이 입사하면, 인티그레이터(213)의 표면 근방에 모선 방향(C)으로 뻗는 선형상의 광원이 형성된다. 이 선형상의 광원으로부터 방사되는 EUV 광의 각도분포는 원추면을 형성한다. 다음에, 이 선형상 광원의 위치를 초점으로 하는 제2콘덴서(216)에 의해 EUV 광을 반사해서 마스크(R) 또는 그것과 공역인 면을 조명함으로써, 원호형상의 조명이 실현된다.

도 4를 참조해서, 파판인티그레이터(213)의 작용을 설명하기 위해서, 하나의 원통반사면(213a)에 조명광(IL)이 입사했을 경우의 반사광의 행동을 설명한다. 지금, 하나의 원통반사면(213a)에 그 중심축(z축)에 수직인 XY면에 대해서 θ의 각도로 조명광(IL)이 입사하는 경우를 생각한다. 조명광(IL)의 광선벡터를 P1 = (0, - cosθ, sinθ)로서 정의하고, 원통면형상의 반사면의 법선벡터를 n = ( - sinα, cosα, O)로서 정의한다. 그러면, 반사광의 광선벡터는 P2 = (- cosθ × sin2α, cosθ × cos2α, sinθ)가 된다.

위상공간에 플롯된 반사광의 광선벡터는, 도 6에 나타내는 바와 같이, XY평면 상에 반경 cosθ의 원을 형성한다. 즉, 반사광은 원추면을 가진 발산광이 되고, 이 원추면의 정점의 근방에 3차 광원이 존재하게 된다. 3차 광원은, 원통반사면이 도 3A에 나타내는 바와 같이 볼록형상이면, 내부에 허상으로서 존재하고, 도 3B에 나타내는 바와 같이 오목형상이면, 외부에 실상으로서 존재한다. 또, 도 5에 나타 내는 바와 같이, 반사면이 원통면의 일부이고, 그 중심각이 2φ인 경우는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 반사광의 광선벡터(P2)의 존재범위는 XY평면 상에서 중심각 4φ의 원호 (A)가 된다.

다음에, 3차 광원의 위치에 초점을 가지는 초점거리 f의 회전포물면미러를 설치하고, 이 미러로부터 f만큼 떨어진 위치에 피조사면을 배치했을 경우를 생각한다. 3차 광원으로부터 사출된 광은 원추면을 가진 발산광으로 전환되어, 초점거리 f의 반사경에 의해 반사된 후 평행광이 된다. 이 반사광은 반경 f × cosθ이고 중심각 4φ의 원호형상 단면을 가진 시트빔이 된다. 따라서, 도 6에 나타낸 피조사면 상의 반경 f × cosθ이고 중심각 4φ의 원호형상 영역(A)만이 조명된다.

지금까지는 1개의 원통반사면에 조명광(IL)이 입사했을 경우의 거동에 대해 설명해 왔지만, 계속해서 파판인티그레이터(213)에 조명광(IL)이 입사했을 경우의 거동에 대하여 설명한다. 도 7은 조명광(IL)이 입사하는 파판인티그레이터(213)의 개략단면도이다. 도 7에 있어서, IP는 피조사면이며, 마스크(R)와 등가이다.

제2콘덴서(216)는 축 AX2를 중심대칭축으로 한 공축계이다. 제2콘덴서(216)는 개구조리개(215)의 개구중심(AC)과 피조사면(IP)과의 푸리에변환관계를 유지한다. 즉, 개구조리개(215)는 피조사면(IP)의 동공면에 상당한다.

제2콘덴서(216)는 상측 비텔레센트릭이 되도록 구성되고, 제2콘덴서(216)로부터의 상측 주광선의 피조사면(IP)에의 입사각도(U1)는 투영광학계(230)의 물체측 주광선의 경사각과 동일해지도록 설정되어 있다. 또, 회전 대칭축 AX2와 주광선과의 간격이 피조명면(IP)에 가까워짐에 따라 좁아지는 방향으로 주광선은 경사하고 있다. 예를 들면, 본 실시예는 입사각도(U1)를 약 6˚로 설정하고 있다. 또, 본 실시예는 피조명면(IP) 상에서의 흐림(blur)에 대해서도 양호하게 보정하고 있고, 스폿경이 5mm 이하, 바람직하게는 1mm 이하가 되도록 설정되어 있다.

제2콘덴서(216)를 구성하는 볼록면경(216a) 및 오목면경(216b)에의 주광선의 입사각은 저입사각도, 구체적으로는 20˚이하로 설정되어 있다. 이것에 의해, 피조사면(IP)에의 집광시에 발생하는 흐림량을 작게 해서 원호조명영역에의 집광효율을 높일 수 있다. 또, 슬릿(218)에 의해 차폐되는 광으로 인해 발생하는 손실을 억제해서, 조명효율을 향상시킬 수 있다.

평면미러(217)에 의해 조명광을 반사해서, 마스크(R)의 방향으로 편향시키면, 원호조명영역의 원호의 방향은 반전한다. 이 경우, 원호조명영역의 곡률 중심은 투영광학계(230)의 광축 AX1과 마스크(R)의 교점에 설정되어 있다. 그리고, 전술한 바와 같이 U1을 설정함으로써, 제2콘덴서(216)의 상측 주광선과 투영광학계(230)의 물체측 주광선을 마스크(R)의 전후에서 서로 일치시키는 것이 가능해진다.

파판인티그레이터(213) 내의 각 원통반사면(213a)에서 반사된 광의 각도분포는 단일의 원통반사면에서의 그것과 마찬가지이다. 피조사면(IP)의 일점에 입사하는 광은 파판인티그레이터(213)에의 조명광(IL)의 조사영역 전역으로부터 도달한다. 조명광(IL)의 광속 직경을 D, 제2콘덴서(216)의 초점거리를 f로 하면, 조명광(IL)의 각도퍼짐(즉 집광 NA) U2는 U2 = D/f로 나타내진다.

이 원호조명영역에 있어서는, 원호를 따른 방향으로 다수의 원통반사면 (213a)으로부터의 각 광속이 중첩되어 조도의 균일성을 달성함으로써, 효율적이고 균일한 원호조명을 행하는 것이 가능해진다.

도 8을 참조해서, 파판인티그레이터(213)와 개구조리개(215)의 배치의 상세에 대해서 설명한다. 도 8에 있어서, IL1는 파판인티그레이터(213)에 입사하는 조명광 중의 주광선의 방향을 나타내고 있다. 주광선(IL1)은 파판인티그레이터(213)의 중심 부근의 YZ단면을 통과한다. AC는, 상술한 바와 같이, 개구조리개(215)의 중심이고, 제2광학콘덴서(216)의 동공면의 중심에 상당한다. 이 AC를 원점으로 해서 xyz 좌표가 기재되어 있지만, z축은 제2콘덴서(216)의 광축 AX2와 일치하고 있다. 인티그레이터(213)는 조명영역을 조정하기 위한 구동기구(도시하지 않음)를 구비해도 된다.

개구조리개(215)는 그 개구부가 파판인티그레이터(213)의 각 원통반사면의 모선방향에 대해서 수직이 되도록 파판인티그레이터(213)의 사출측에 배치되어 있다. 도시된 바와 같이 개구조리개(215)의 개구 형상은 표준적인 조명모드에 사용되는 원형 개구의 예를 나타내고 있다.

유효광원분포의 미조정을 위해서, 개구조리개(215)는 파판인티그레이터(213)의 각 원통반사면의 모선방향에 대해서 완전하게 수직은 아니고, 약간(1˚ 내지 2˚정도) 기울여서 배치하도록 해도 된다. 본 실시예에 있어서는, 이와 같이 수직에 대해 약간 기울게 한 경우도 포함해서 개구조리개(215)의 배치를 「원통반사경의 모선방향에 수직으로 배치」라고 기술하고 있다. 또, 유효광원분포의 조정이나 텔레센트릭성의 정도의 조정을 가능하게 하기 위해, 파판인티그레이터(213)에 대한 개구조리개(215)의 각도를 조정하는 구동기구를 구비해도 된다.

파판인티그레이터(213)의 사출측에 개구조리개(215)를 배치하면, 원호조명영역 내의 임의의 위치로부터 본 유효광원분포를 균일한 형상으로 할 수 있다. 이것은 제1광학콘덴서(212)로부터의 광속 전체가 파판인티그레이터(213)에 입사한 후에 개구조리개(215)를 통과하기 때문이다.

도 9A 및 도 9B는 원호조명영역 내의 각 위치로부터 본 유효광원분포의 형상을 나타낸다. 이들 도면에 있어서, AIA는 원호조명영역이며, AIA1 및 AIA2의 각 점은 각각 원호의 중앙부 및 단부에 있어서의 유효광원분포의 관측위치를 나타내고 있다. 도 9A는 전술한 개구조리개(215)가 배치되어 있지 않은 경우의 유효광원분포를 나타내고 있고, 도 9B는 개구조리개(215)를 배치했을 경우의 본 실시예의 유효광원분포를 나타낸 도면이다.

조명영역의 임의의 점에 있어서의 유효광원분포는 그 점에 어느 개구수(NA)에서 원추형상으로 입사하는 광속의 각도분포를 가지고 있다. 유효광원분포의 형상이 조명영역의 위치에 따라 다르다고 하는 것은 노광 NA의 비대칭성이 있다고 하는 것을 의미한다. 노광 NA의 비대칭성은 해상성능에 악영향을 주는 원인이 된다.

도 9A는 전술의 개구조리개(215)가 배치되어 있지 않은 경우의 유효광원분포를 나타내고 있다. 원호영역의 중앙부 AIA1에 있어서는 정원형상의 분포가 되어 있지만, 개구조리개가 없음으로써 위치가 원호영역의 단부로 이동함에 따라 분포가 왜곡되므로, 원호영역의 단부 AlA2에 있어서 유효광원분포는 타원형상이 되고 있다. 한편, 본 실시예에 의하면, 도 9B로부터 명백한 바와 같이, 어느 관측위치로부 터도 유효광원분포가 동일형상이 되고 있어, 노광 NA가 향상되고 있다.

도 9A 및 도 9B에 나타낸 유효광원분포에 있어서 그려져 있는 선은 파판인티그레이터(213)에 의해 생기는 3차 광원이 선형상의 분포인 것을 나타내고 있다. 이 선의 간격은 파판인티그레이터(213) 내의 원통반사면의 폭에 의존하고 있다. 인티그레이터 전체의 폭에 대해서 원통반사면이 배열되는 방향의 폭을 좁게 하고 원통반사면의 수를 늘림으로써, 3차 광원의 간격을 좁게 해서 유효광원분포의 밀도를 치밀하게 할 수 있다.

다음에, 개구조리개(215)의 전환에 의해, 코히렌트 팩터를 바꾸는 방법 및 윤대조명 등의 변형조명을 행하는 방법에 대해 설명한다. 개구조리개(215)와 투영 광학계(230)의 동공면은 서로 공역관계에 있고, 개구조리개(215)의 개구형상 또는 광의 투과패턴이 투영광학계의 동공면에 있어서의 분포와 대응하고 있다. 도 10A 내지 도 10D는 개구조리개(215)에 적용할 수 있는 개구부의 형상을 나타내는 평면도이며, 도 10A는 통상 조명모드의 대 σ, 도 10B는 통상 조명모드의 소 σ, 도 10C는 윤대조명모드, 및 도 10D는 사중극조명모드를 나타내고 있다.

이들 몇개의 개구패턴을, 예를 들면 일렬로 배치해 두고, 개구조리개 구동계에 의해 순차 전환하면, 어떤 개구형상도 선택할 수 있다.

여기서, 후술하는 실시예2와의 큰 차이점인 제2플라이아이미러(211b) 이후의 배치에 대해 도 11A 및 도 11B를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 11A 및 도 11B에서는 간단화를 위해 실제로 반사광학계인 본 실시예의 조명광학계를 굴절계로서 나타내고 있다. 도 11A는 슬릿폭방향의 배치를 나타내고 있고, 설명의 편의를 위해 플라이아이미러의 분할수를 바꾸고 있다. 또, 슬릿폭방향에서는 파판인티그레이터(213)는 평면미러와 같기 때문에 도시하지 않았다. 제2플라이아이미러(211b)의 각 요소미러는 광원과 공역이며, 각각의 발산광이 같은 방향을 향하도록 제2플라이아이미러(211b)는 각도조정되어 있다. 이 때, 제1콘덴서(212)를 제2플라이아이미러(211b)와 개구조리개(215)의 중간에 배치한다. 또, 본 실시예1에서는, 도 11A에 나타내는 바와 같이, 제2플라이아이미러(211b)와 제1콘덴서(212)의 거리를 제1콘덴서(212)의 초점거리 fy₁와 거의 같게 해서, 개구조리개(215)를 켈러조명하고 있다. 그러나, 제2플라이아이미러(211b)의 각도를 조정함으로써 이들의 거리는 변경할 수 있다. 개구조리개(215)를 통과한 광속은 제2콘덴서(216)를 개재해서 반사마스크(R)에 결상하기 때문에, 제2플라이아이미러(211b)와 반사마스크(R)는 공역관계에 있고, 크리티컬조명된다.

한편, 도 11B에 나타내는 슬릿길이방향에서는, 파판인티그레이터(213)가 개 구조리개(215)의 직전에 있기 때문에, 제2플라이아이미러(211b)로부터의 광속은 제1콘덴서(212)를 개재해서 파판인티그레이터(213)에 중첩할 수 있도록 파판인티그레이터(213)는 켈러조명된다.

그 후, 켈러조명된 파판인티그레이터(213)에서 광속이 복수의 3차 광원으로서 재분할되고, 파판인티그레이터(213)에 의해 재분할된 광속은 제2콘덴서(216)를 개재해서 반사마스크(R)에 중첩하도록 조명된다.

또, 제1콘덴서(212)는 입사각도가 60도 이상이 되는 고입사에서 사용해도 된 다. 이것은 반사막의 입사각도 특성에 의해 고입사에서의 반사율이 높기 때문이다. 이와 같이, 제1콘덴서(212)는 고입사에서 사용하기 때문에, 비점수차가 생기므로 슬릿폭방향과 슬릿길이방향의 곡률을 바꿈으로써 비점수차를 보정할 수 있는 토로이덜미러를 사용하는 것이 효과적이다.

따라서, 본 실시예의 조명광학계에 의하면, 광원의 광강도 요동이나 각도분포의 영향에 의한 유효광원의 불균일을 억제하고, 에텐듀가 큰 광원으로도 효율적으로 원호형상의 영역에 조명하는 것이 가능해진다.

실시예2

실시예2에서는, 실시예1과의 큰 차이점인 제2플라이아이미러(21lb) 이후의 배치에 대해 도 13을 참조하여 상세하게 설명한다. 또, 주요부 개략도는 실시예1의 주요부와 동일하므로, 반복되는 설명은 생략한다.

실시예2에서의 슬릿폭방향의 배치를 도 13A에 나타낸다. 실시예2에서는, 실시예1과 마찬가지로, 제1콘덴서(212)를 제2플라이아이미러(211b)와 개구조리개 (215)의 중간에 배치하고 있다. 그러나, 본 실시예에서는, 제2플라이아이미러 (211b)와 제1콘덴서(212)의 거리는, 실시예1과 달리, 제1콘덴서(212)의 초점거리 fy₂의 2배로 되어 있다. 제2플라이아이미러(211b)의 상이 개구조리개(215) 부근에 등배로 결상하기 때문에, 개구조리개(215)는 크리티컬조명된다. 제2플라이아이미러(211b)의 개개의 중심광선이 제1콘덴서(212)의 초점위치에 집광할 수 있도록 제2플라이아이미러(211b)를 각도조정해도 된다. 개구조리개(215)를 통과한 광속은 제2 콘덴서(216)에 의해 반사마스크(R)에 중첩되어, 반사마스크(R)는 켈러조명된다.

한편, 도 13B에 나타내는 슬릿길이방향에서는, 실시예1과 마찬가지로, 파판인티그레이터(213)와 반사마스크(R)는 켈러조명된다. 실시예1과 달리, 실시예2에서는, 개구조리개(215)의 위치에서 슬릿폭방향은 크리티컬조명, 슬릿폭방향은 켈러조명으로 다르게 되어 있음에도 불구하고, 피조명영역인 개구조리개(215)는 슬릿폭방향의 길이와 슬립길이방향의 길이가 동일하다. 이 때문에, 실시예1과 달리, 실시예2에서는, 제1플라이아이미러(211a)의 슬릿폭방향의 분할수를 슬릿길이방향의 분할수와 다르게 해도 된다. 또한, 제2플라이아이미러(211b)는 슬릿폭방향과 슬릿길이방향에서 곡률이 다른 아나몰픽면을 가져도 된다.

실시예2에서는, 도 14A에 나타내는 바와 같이, 제1플라이아이미러(211a)의 슬릿폭방향과 슬릿길이방향의 분할수는 10 × 3, 도 14B에 나타내는 바와 같이, 제2플라이아이미러(211b)의 분할수는 5 × 6이다. 따라서, 각 요소미러의 라그란쥬 불변량은 제1플라이아이미러(211a)에 의해 슬릿폭방향은 1/10, 슬릿길이방향은 광원의 라그란쥬 불변량의 1/3 정도가 된다. 그리고, 제2플라이아이미러(211b)의 슬릿폭방향·슬릿길이방향의 개수에 의해 각 요소미러의 라그란쥬 불변량이 합해진다. 그 때문에, 실시예2에서도, 실시예1과 마찬가지로, 광원의 라그란쥬 불변량에 대해서 플라이아이미러 통과 후의 슬릿폭방향의 라그란쥬 불변량은 반{(1/10) × 5}으로, 슬릿길이방향은 2배{(1/3) × 6}로 조정된다.

실시예2에서는, 제2플라이아이미러(211b)의 상을 개구조리개(215) 부근에 등배로 결상시킴으로써 크리티컬조명했지만, 확대 또는 축소배율로 결상시켜서 크리 티컬조명해도 된다. 또, 실시예1에서도 설명한 바와 같이, 제1콘덴서(212)를 제2플라이아이미러(211b)와 개구조리개(215)의 양쪽으로부터 등거리에 배치할 필요는 없다.

본 실시예의 조명광학계에 의해서도, 실시예1과 마찬가지로, 광원의 광강도요동이나 각도분포의 영향에 의한 유효광원의 불균일을 억제하고, 엔텐듀가 큰 광원으로도 효율적으로 원호형상의 영역에 조명하는 것이 가능해진다.

디바이스(반도체집적회로소자, 액정표시소자 등)는, 전술한 어느 하나의 실시예의 노광장치를 사용해서 감광제를 도포한 기판(웨이퍼, 유리판 등)을 노광하는 공정, 그 기판을 현상하는 공정, 및 다른 주지의 공정에 의해 제조된다. 따라서, 전술의 노광장치를 사용하는 디바이스 제조방법, 및 그 결과로서의 디바이스도 본 발명의 1측면을 구성한다..

이상, 본 발명의 예시적인 실시예에 대해 설명했지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 다음의 특허청구의 범위는 모든 이러한 변형 및 등가의 구성 및 기능을 망라하도록 최광의로 해석되어야 한다. 예를 들면, 본 실시형태에서는 EUV 광을 사용했지만, 본 발명은 진공자외선이나 X선영역의 광원에도 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예1 및 2의 개략도;

도 2A 및 도 2B는 실시예1의 플라이아이미러를 나타내는 도면;

도 3A 및 도 3B는 인티그레이터의 개략도;

도 4는 인티그레이터에 의한 광의 반사를 설명하는 도면;

도 5는 인티그레이터의 단면형상을 설명하는 도면;

도 6은 인티그레이터의 원통면에서 반사된 광속의 각도분포를 설명하는 도면;

도 7은 파판인티그레이터에 광속이 입사했을 경우의 동작을 설명하는 도면;

도 8은 파판인티그레이터 및 개구조리개의 배치를 나타내는 개략도;

도 9A 및 도 9B는 유효광원분포를 설명하는 도면;

도 10A 내지 도 10D는 조명모드의 전환을 위한 개구조리개의 개략도;

도 11A 및 도 11B는 실시예1에 대해 굴절계로 나타낸 제2플라이아이렌즈 이후의 구성요소의 배치를 나타내는 도면;

도 12는 원호 슬릿의 개략도;

도 13A 및 도 13B는 실시예2에 대해 굴절계로 나타낸 제2플라이아이미러 이후의 구성요소의 배치를 나타내는 도면;

도 14A 및 도 14B는 실시예2의 플라이아이미러를 나타내는 도면.

Claims

광원으로부터의 광이 입사하는 한 쌍의 플라이아이미러;

상기 한 쌍의 플라이아이미러로부터의 광을 집광하는 제1콘덴서;

평행한 모선방향을 가진 복수의 원통반사면을 포함하고, 상기 제1콘덴서로부터의 광이 입사하는 반사형 인티그레이터;

상기 모선방향에 대해서 수직으로 배치된 개구조리개; 및

상기 반사형 인티그레이터의 상기 복수의 원통반사면으로부터의 광속을 피조명면 상에서 중첩시키는 제2콘덴서

를 가지는 것을 특징으로 하는 조명광학계.
제1항에 있어서,

상기 한 쌍의 플라이아이미러는, 복수의 요소미러를 포함하는 제1플라이아이미러, 및 상기 제1플라이아이미러의 각 요소미러에 대해서 1개의 요소미러가 대응하는 복수의 요소미러를 포함하는 제2플라이아이미러를 포함하고,

제1플라이아이미러와 제2플라이아이미러의 적어도 한쪽에서는 상기 모선방향의 요소미러의 수가 상기 복수의 원통반사면의 배열방향의 요소미러의 수와 다른 것을 특징으로 하는 조명광학계.
제2항에 있어서,

상기 제1콘덴서는 상기 제2플라이아이미러로부터의 광을 사용해서 상기 반사형 인티그레이터를 켈러조명하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조명광학계.
제2항에 있어서,

상기 제1콘덴서는 상기 제2플라이아이미러로부터의 광을 사용해서 상기 반사형 인티그레이터를 상기 모선방향에 관해서는 크리티컬조명, 상기 배열방향에 관해서는 켈러조명하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조명광학계.
제4항에 있어서,

상기 제2플라이아이미러 내의 각 요소미러는, 애너몰픽면형상인 것을 특징으로 하는 조명광학계.
기판 상에 원판의 패턴을 노광하는 노광장치로서,

광원으로부터의 광을 사용해서 원판을 조명하는 제1항 내지 제5항의 어느 한 항에 기재된 조명광학계를 가지는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제6항에 기재된 노광장치를 사용해서 피노광체를 노광하는 공정;

상기 노광된 피노광체를 현상하는 공정

을 가지는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.