TWI446365B - 投影光學系統、曝光裝置以及半導體元件的製造方法 - Google Patents

投影光學系統、曝光裝置以及半導體元件的製造方法 Download PDF

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Description

投影光學系統、曝光裝置以及半導體元件的製造方法
本發明是關於一種投影光學系統、具備該投影光學系統的曝光裝置以及使用該曝光裝置的半導體元件的製造方法。
目前，作為半導體積體電路的製造方法，廣泛利用有具有高處理速度的縮小投影曝光法。近年，隨著半導體積體電路元件之微細化的進展，為提高受光的繞射界限限制的光學系統的析像力，正在開發使用波長短於紫外線而為0.5至50 nm的軟X線來取代先前的紫外線的投影微影技術(例如，參照D.Tichenor,et al.,SPIE 2437(1995)292)。該技術於最近亦稱為EUV(Extreme Ultraviolet：遠紫外線)微影。EUV微影，作為先前的光微影(波長大於等於190 nm左右)所不可能實現的、具有50 nm或50 nm以下的析像力的將來的微影技術而受到期待。由於該波長域中，物質的折射率非常接近1，因此無法使用利用折射或反射的先前的光學元件。因此，使用斜入射鏡或多層膜反射鏡等，上述斜入射鏡利用了折射率稍小於1的全反射，上述多層膜反射鏡是將界面上的微弱反射光的多個相位一致並重疊而使整體上具有高反射率。
自EUV曝光裝置中所使用的EUV光源，除了放出曝光時所必需的EUV光(曝光用光)以外，還放出與曝光用光不同波長的光(例如，波長較EUV光長的紫外線、可見光、紅外線等)。將與上述曝光用光不同波長的光稱為OoB(Out of band，頻外/帶外)光。當曝光用光中包含OoB光時，會產生以下問題。
1)由於會對光學系統照射多餘的能量，因此會產生投影光學系統的熱像差(因反射鏡的照射熱引起的變形而造成的像差)從而導致投影光學系統的成像特性劣化。
2)當OoB光中對光阻劑具有感度的波長成分(紫外線等)到達晶圓時，該些波長成分不對圖案進行析像而會成為背景雜訊，從而產生與光學系統的閃光(flare)相同的效果而使像的對比度降低，從而導致析像力劣化。
3)當無助於曝光的OoB光到達晶圓時，會對晶圓進行加熱而產生熱膨脹，因此會導致定位精度劣化或導致失真(distortion)程度增大。
為去除OoB光，一般是使用濾光器。作為EUV光的波長區域用的OoB光去除濾光器，可使用鈹(Be)或鋯(Zr)等的極薄(1 μm或1 μm以下)的自立薄膜(membrane)型的濾光器(例如，日本專利特開2003－14893號公報)。然而，如此的薄膜型濾光器具有以下缺點，即：非常容易受損而難以大口徑化，而且，EUV光的透過率較低(小於等於50%左右)等。
作為取代薄膜型濾光器的構件，提出有抑制OoB光的反射的多層膜反射鏡(例如，日本專利特開平6－148399號公報)。該多層膜反射鏡是於多層膜的最上層設置用以防止OoB光的反射的反射防止層。
設置了OoB光的反射防止層的多層膜反射鏡，不僅較通常的多層膜反射鏡可更好地吸收OOB光，而且也會吸收EUV光。因此，於使用設置了OoB光的反射防止層的多層膜反射鏡時，為使晶圓上的EUV光照度與使用通常的多層膜反射鏡時相同，必須使入射至投影光學系統的EUV光的強度高於使用通常的多層膜反射鏡時的強度。因此，吸收熱引起的變形增大，從而會導致像差變大，因此使投影光學系統的光學特性劣化。
因此，需要一種可抑制光學特性的劣化並且減少晶圓上的OoB照射量的投影光學系統。
本發明的投影光學系統，是將第1面的圖案的像投影至第2面，其特徵在於，上述投影光學系統包括：對於特定波長光的反射率低於特定反射率的第1反射鏡，以及對上述波長光的反射率高於上述特定反射率的第2反射鏡；且，沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，上述第1反射鏡較上述第2反射鏡更靠近第1面側。
根據本發明，由於第1反射鏡較第2反射鏡更靠近第1面側，因此靠近第1面側的第1反射鏡充分地吸收特定的波長光。因此，可降低特定的波長光對較該第1反射鏡更靠近第2面側的反射鏡的影響。
本發明的投影光學系統，是將第1面的圖案的像投影至第2面，其特徵在於，上述投影光學系統包括：對特定波長光的反射率低於特定反射率的第1反射鏡，以及對上述波長光的反射率高於上述特定反射率的第2反射鏡；且，上述投影光學系統的反射鏡中，照度最高的位置的反射鏡為上述第2反射鏡。
根據本發明，由於照度最高的位置的反射鏡為第2反射鏡，因此可抑制單位面積吸收量最大的反射鏡的變形。
本發明的投影光學系統，是將第1面的圖案的像投影至第2面，其特徵在於，上述投影光學系統包括：對特定波長光的反射率低於特定反射率的第1反射鏡，以及對上述波長光的反射率高於上述特定反射率的第2反射鏡；且，於自上述第1面朝向上述第2面的光路中，形成上述圖案的中間像的位置附近的反射鏡為上述第2反射鏡。
於投影光學系統中，光束於圖案的中間像所形成的位置附近集中。因此，中間像所形成的位置附近的反射鏡的照度較高。根據本發明，由於圖案的中間像所形成的位置附近的反射鏡為上述第2反射鏡，因此即便照度較高亦可抑制單位面積吸收量，從而可抑制反射鏡的變形。
本發明的投影光學系統，是將第1面的圖案的像投影至第2面，其特徵在於，上述投影光學系統包括：對特定波長光的反射率低於特定反射率的第1反射鏡，以及對上述波長光的反射率高於上述特定反射率的第2反射鏡；且，於將聚集於上述第2面上特定的第1點的光束在反射鏡上反射的區域設為第1點對應反射區域，將聚集於上述第2面上的與上述第1點不同的第2點的光束在反射鏡上反射的區域設為第2點對應反射區域，將上述第1點對應反射區域與上述第2點對應反射區域重疊的區域設為共通反射區域時，上述共通反射區域相對於上述第1點對應反射區域的比率小於特定比率的反射鏡中，沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，最靠近第1面側的反射鏡為上述第2反射鏡。
如下文所述，共通反射區域相對於第1點對應反射區域的比率大於特定比率的反射鏡，可應對因照射熱引起的變形。然而，共通反射區域相對於第1點對應反射區域的比率小於特定比率的反射鏡，難以應對因照射熱引起的變形。根據本發明，由於上述共通反射區域相對於第1點對應反射區域的比率小於特定比率的反射鏡中，最靠近第1面側的反射鏡為上述第2反射鏡，因此對於難以應對照射熱引起的變形的反射鏡的變形，可獲得抑制。
本發明的投影光學系統，是將第1面的圖案的像投影至第2面，其特徵在於，上述投影光學系統包括第1反射鏡、及對於特定波長光的反射率高於第1反射鏡的第2反射鏡。根據本發明，由於將第1反射鏡與第2反射鏡進行組合，因此可抑制光學特性的劣化。
本發明的投影光學系統，為進行曝光而將第1面的圖案的像投影至第2面，此投影光學系統的特徵在於，在上述第1面與上述第2面之間具備反射曝光用光的多個反射鏡。本發明的投影光學系統的特徵在於，上述多個反射鏡包括第1反射鏡及第2反射鏡，該第1反射鏡具備可減少沿自上述第1面朝向上述第2面的光路而到達靠近上述第2面側的反射鏡或到達上述第2面的波長不同於曝光用光的光的機構，而該第2反射鏡不具備上述機構，且沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，最靠近上述第1面側的反射鏡為上述第1反射鏡。
根據本發明，由於最靠近第1面側的反射鏡為第1反射鏡，因此可減少到達最靠近第1面側的反射鏡以外的反射鏡的波長不同於曝光用光的光。因此，可降低波長不同於曝光用光的光對最靠近第1面側的反射鏡以外的反射鏡的影響。
本發明的曝光裝置的特徵在於，包括如上述任一項所述之投影光學系統。
根據本發明的曝光裝置，可抑制反射鏡的變形，並且可抑制特定的波長光對晶圓的影響。
本發明的半導體元件的製造方法的特徵在於，包括使用本發明的曝光裝置來進行曝光轉印的步驟。
根據本發明的半導體元件的製造方法，由於可抑制反射鏡的變形，並且可抑制特定的波長光對晶圓的影響，因此能以較高的精度來製造半導體元件。
根據本發明，將第1反射鏡與第2反射鏡進行組合，並考慮使投影光學系統中的各個反射鏡如何反射光，而決定作為第1反射鏡的反射鏡及作為第2反射鏡的反射鏡，藉此可獲得一種可抑制光學特性的劣化且可減少晶圓上的OoB照射量的投影光學系統。
以下，參照圖式說明本發明的實施形態。另外，於以下的說明中，將對特定的波長光(例如，OoB光的特定波長光)的反射率較低的反射鏡稱為第1反射鏡，將對特定波長光的反射率較高的反射鏡稱為第2反射鏡。
圖5是表示使用了多層膜反射鏡的EUV曝光裝置的結構的圖。
自光源31所放出的包含曝光用光(於本實施形態中為EUV光)的照明光32於照明光學系統33中，經由作為準直鏡(collimator mirror)發揮作用的凹面反射鏡34而成為大致平行光束後，入射至由一對複眼鏡(fry eye)35a及35b構成的光學積分器(Optical integrator)35。如此，於複眼鏡35a的反射面附近，即光學積分器35的射出面附近，形成具有特定形狀的實質性的面光源。來自實質性的面光源的光藉由平面反射鏡36而偏向後，於光罩M上形成細長圓弧狀的照明區域。此處，用以形成圓弧狀的照明區域的開口板未圖示。
由光罩M的表面所反射的投影光1，其後由投影光學系統37的多層膜反射鏡M1、M2、M3、M4、M5、M6依次反射，將形成於光罩M表面的圖案的像投影至塗佈於晶圓2上的光阻劑3上。如此，投影光學系統37將第1面(於本實施形態中為光罩的表面，以下有時稱為光罩面)的圖案的像投影至第2面(於本實施形態中為晶圓上的光阻劑面，以下有時稱為晶圓面)上。於圖5所示之投影光學系統中，於反射鏡M3及M4之間，在反射鏡M3的附近形成圖案的中間像。另外，於以下說明中，有時沿自第1面朝向第2面的光路而將第1面側稱為上游，將第2面側稱為下游。
圖6是表示第1反射鏡的一結構例的圖。第1反射鏡100，是於由石英或低熱膨脹性玻璃構成的基板101上形成EUV光反射膜102，並於其上形成OoB光吸收膜103。EUV光反射膜102具有分別由Mo層106及Si層108構成的40層對的多層構造。Mo層106的厚度例如為2.4 nm，Si層108的厚度例如為4.5 nm。EUV光反射膜102的結構，例如亦可為使鉬(Mo)、矽(Si)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈹(Be)、矽氧化物等物質中的2種或2種以上的物質積層而成的結構。
OoB光吸收膜103包括：由氧化矽(SiO)、碳(C)、鋯(Zr)、碳化矽(SiC)、氮化矽(Si3 N4 )、碳化硼(B4 C)、氮化硼(BN)中的任一個或混合物構成的層；或者，上述多個物質的層的多層(例如，2層)構造。由於OoB光吸收膜103主要是吸收OoB光，因此藉由調整OoB光吸收膜103的厚度，可使具備OoB光吸收膜103的第1反射鏡對OoB光的反射率低於特定反射率。當OoB光吸收膜103的厚度薄於1 nm時，OoB光的吸收變得不充分，而導致OoB光的影響波及到下游的反射鏡或晶圓。而且，當OoB光吸收膜103的厚度厚於50 nm時，會導致亦吸收EUV光。因此，OoB光吸收膜103的厚度較好的是1~50 nm左右。而且，第1反射鏡100對OoB光的反射率較好的是低於對EUV光的反射率，更好的是對EUV光的反射率的0~40%，進而好的是對EUV光的反射率的0~10%。
另外，OoB光吸收膜103亦可抑制EUV光反射膜102的氧化，而為進行抑制氧化，亦可於EUV光反射膜102與OoB光吸收膜103之間或者OoB光吸收膜103上設置氧化抑制膜。氧化抑制膜包括：由釕(Ru)、銠(Rh)、鈮(Nb)、鉑(Pt)中的任一個或該些物質的合金構成的層；或者，該些物質的層所構成的多層(例如，2層)構造。
亦可使用抑制OoB光的其他類型的反射鏡，來取代具備吸收OoB光的OoB光吸收膜103的第1反射鏡100。圖7是表示其他類型的第1反射鏡的結構的圖。其他類型的第1反射鏡110，於EUV光反射膜102上具備附加層105或膜107。附加層105或膜107是由矽(Si)、碳化矽(SiC)、氮化矽(Si3 N4 )等所形成。附加層105或膜107的厚度例如為0.05~1 μm左右，附加層105或膜107對EUV光的吸收較少。EUV光反射膜102的反射面與附加層105或膜107的反射面並不平行，而是傾斜特定的角度。
入射至第1反射鏡110的EUV光，由EUV光反射膜102的反射面所反射，而到達光路下游的反射鏡或晶圓。另一方面，OoB光由附加層105或膜107的反射面反射向與EUV光不同的方向而遠離EUV光的光路，而不會到達光路下游的反射鏡或晶圓。EUV光反射膜102的反射面與附加層105或膜107的反射面所成的角，例如為5~30度左右。於上述其他類型的反射鏡110中，自沿EUV光的光路的下游方向觀察，對OoB光的反射率較低，因此該其他類型的反射鏡110亦稱為第1反射鏡。另外，為吸收遠離EUV光的光路的OoB光，可於反射OoB光的方向上設置對OoB光的吸收率較高的材料。作為對OoB光的吸收率較高的材料，可列舉碳黑或活性炭等多孔質材料等。
與下文所述的第2反射鏡相比較，上述第1反射鏡可使對EUV光的反射率的降低極小，而使對OoB光的反射率大幅(例如，小於等於十分之一左右)降低。即，第1反射鏡抑制對OoB光的反射。
圖8是表示第2反射鏡的一結構例的圖。第2反射鏡120中，於由石英或低熱膨脹性玻璃構成的基板101上形成有EUV光反射膜102。EUV光反射膜102具有分別由Mo層106及Si層108構成的40層對的多層構造。Mo層106的厚度例如為2.4 nm，Si層108的厚度例如為4.5 nm。另外，EUV光反射膜102的結構例如亦可為，使鉬(Mo)、矽(Si)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈹(Be)、矽氧化物等物質中的2種或2種以上的物質積層而成的結構。而且，為抑制EUV光反射膜102的氧化，亦可於EUV光反射膜102上設置氧化抑制膜。氧化抑制膜包括：由釕(Ru)、銠(Rh)、鈮(Nb)、鉑(Pt)中的任一個或該些物質的合金構成的層；或者，該些物質的層所構成的多層(例如，2層)構造。
由於第1反射鏡以及第2反射鏡吸收光而蓄積熱，因此反射鏡的溫度會上升。當反射鏡的溫度上升時，如先前所述，反射鏡會變形，而產生光學系統的像差。為抑制反射鏡的溫度上升，亦可設置反射鏡冷卻裝置。
圖9是表示反射鏡冷卻裝置的一結構例的圖。冷卻裝置包括：設置於反射鏡301的反射面以外的周圍的第1受熱板303、與第1受熱板303相接而設置於其周圍的冷卻機構305、遠離冷卻機構305而設置的防熱機構308。第1受熱板303為高輻射率．光熱傳導率的金屬或陶瓷製的薄板，其接受來自反射鏡301的熱。冷卻機構305由導熱管(heat pipe)以及冷卻套所構成，其吸收第1受熱板303所受的熱。防熱機構308由包含導熱管的加熱裝置307以及第2受熱板309所構成，第1受熱板303以及冷卻機構305防止對其他反射鏡等造成熱影響。
以下，對於投影光學系統中將第1反射鏡與第2反射鏡組合使用時投影光學系統的特性進行說明。
表1至6表示投影光學系統的各反射鏡中的EUV光、OoB光以及兩者合計的照射量、吸收量、照度、吸收等資料。有效面積是表示在反射鏡面上對光進行反射的區域的面積的值。照度是將照射量除以有效面積而得的值，吸收是將吸收量除以有效面積而得的值。第1反射鏡對EUV光的反射率為60%，對OoB光的反射率為10%。第2反射鏡對EUV光的反射率為65%，對OoB光的反射率為80%。另外，於以下的表中，反射鏡M1至M6中，於使用了第1反射鏡的反射鏡上標註有符號＊而以Mi＊(i為1~6)來表示。
表1是表示在將圖5中的所有反射鏡M1至M6設為第2反射鏡時，各反射鏡中的EUV光、OoB光以及兩者合計的照射量、吸收量、照度、吸收等資料。於表1中，晶圓上的OoB照射量為105 mW。
表2表示在將圖5中的所有反射鏡M1至M6設為第1反射鏡時，各反射鏡中的EUV光、OoB光以及兩者合計的照射量、吸收量、照度、吸收等資料。於表2中，晶圓上的OoB照射量為0.001 mW。該值是表示將所有反射鏡M1至M6設為第2反射鏡的情況的表1中的值105 mW的0.00095%。如此，晶圓上的OoB照射量，則因將所有反射鏡M1至M6設為第1反射鏡而大幅降低。
[表2]
然而，於表2中，例如，反射鏡M3的合計吸收為10.3 mW/cm2 ，大於表1中的8.1 mW/cm2 。以下說明其理由。第1反射鏡不僅較第2反射鏡能夠更好地吸收OoB光，而且較第2反射鏡亦能夠更多地吸收EUV光。因此，於使用第1反射鏡時，為使晶圓上的EUV光照度與使用第2反射鏡的情況下相同，必須使入射至反射鏡M1的EUV光的強度高於使用第2反射鏡時的強度。因此，於將所有反射鏡M1至M6設為第1反射鏡時，利用各反射鏡來增加EUV光的吸收量。實際上，若將表2的資料與表1的資料相比較，雖反射鏡M3的OoB光吸收量自51 mW減少至5.9 mW，但EUV光吸收量自192 mW增加至302 mW。如此，由上游的第1反射鏡吸收OoB光後，即便某個第1反射鏡的OoB光吸收量與第2反射鏡的情況相比有所減少，但藉由增加EUV光的吸收量，有時亦可使合計的吸收量增加。
於將所有反射鏡M1至M6設為第1反射鏡時，特定的反射鏡，例如，反射鏡M3的合計吸收量增加，因吸收熱引起的變形大於將所有反射鏡M1至M6設為第2反射鏡的情況，從而使像差變大。如下文所述，如M3類型的反射鏡無法應對由因吸收熱引起的變形而造成的像差，因此將所有反射鏡M1至M6設為第1反射鏡時的投影光學系統的光學特性，反而較全部使用第2反射鏡時劣化。如此，於將所有反射鏡M1至M6設為第1反射鏡時，雖晶圓上的OoB照射量大幅減少，但投影光學系統的光學特性反而較全部使用第2反射鏡時劣化。
此處，考慮在投影光學系統的各反射鏡上如何對光進行反射。圖2是以概略方式表示由反射鏡M5、M6所反射的光束聚集於晶圓面上特定一點的情況的圖。如圖2所示，聚集於晶圓面上的曝光區域的一點上的光束，不僅是僅自一方向到達晶圓面上，而且自某一寬廣的立體空間收縮於一點，由反射鏡上的有限面積內的區域所反射。將聚集於該晶圓面上的曝光區域的一點上的光束在反射鏡上反射的區域稱為對應反射區域。該對應反射區域在各反射鏡的反射面上具有大致圓形的形狀，與曝光區域上不同的二點相對應的各反射鏡的對應反射區域相互地部分重疊。將該對應反射區域重疊的區域稱為共通反射區域。
圖3(A)、圖3(B)表示對應反射區域與共通反射區域的關係。圖3(A)、圖3(B)是以概略方式表示晶圓面上的曝光區域與反射鏡上的對應反射區域、共通反射區域的關係的圖。如圖3(A)所示，投影光學系統具有特定寬度的圓弧狀曝光區域41，將通過圓弧狀曝光區域41的寬度方向中心的圓弧42的一端43設為第1點，將另一端44設為第2點。此時，如圖3(B)所示，聚集於第1點43上的光束在反射鏡上反射的區域為第1點對應反射區域45，聚集於第2點44上的光束在反射鏡上反射的區域為第2點對應反射區域46。而且，第1點對應反射區域45與第2點對應反射區域46重疊的區域47為共通反射區域。於上述說明中，針對通過圓弧狀曝光區域41的寬度方向中心的圓弧42兩端的二點，說明了對應反射區域與共通反射區域的關係，但只要是曝光區域上的任意二點均可進行同樣的考慮。而且，與整個圓弧42相對應的反射鏡上的對應反射區域，呈使對應反射區域的圓連續移動並重疊的形狀。
圖1是以概略方式表示在投影光學系統的各反射鏡M1、M2、M3、M4、M5、M6面上對光進行反射的區域的形狀的圖。於投影光學系統具有特定寬度的圓弧狀曝光區域時，在各反射鏡面上對光進行反射的區域如圖1所示，呈使圓連續移動並重疊的形狀。
如圖1所示，反射鏡分為共通反射區域相對於對應反射區域的比率(共通區域比率)較大的反射鏡(M1、M2、M5、M6)、以及共通區域比率較小的反射鏡(M3、M4)。另外，所謂共通反射區域相對於對應反射區域的比率較小，包含與圓弧狀曝光區域兩端的二點相對應的反射鏡上的對應反射區域不重疊，而共通區域比率為零的情況。共通區域比率較小的反射鏡中，與圓弧狀曝光區域兩端的二點相對應的反射鏡上的共通區域比率較好的是約小於40%，更好的是0~20%，進而好的是0~10%。
共通區域比率較大的(例如，大於40%)反射鏡因照射熱而引起的變形，是如反射鏡整體的曲率半徑的變化般的程度相對較低的(即，空間頻率較低)變形，該變形可藉由反射鏡的位置等的調整來應對。
圖4是用以說明反射鏡的調整方法的概略圖。於圖4中，反射鏡201變為由點線所示的形狀時，焦點的位置向左方向移動距離d。因此，使反射鏡201向右方向移動距離d，以修正焦點位置。如此，於共通區域比率較大的反射鏡中，可應對如因照射熱引起的反射鏡整體曲率半徑的變化般的變形。另外，毋庸質疑的是，反射鏡的移動量會根據該反射鏡的倍率或變形量而適當變化。
另一方面，共通區域比率較小(例如，小於40%)的反射鏡因照射所引起的熱變形，會產生局部性的反射鏡的變形，因此是程度相對較高的(即，空間頻率較高)的變形。如此之變形無法藉由反射鏡的位置調整等來應對。
而且，如圖1所示，與曝光區域上的點的位置相對應的各反射鏡的反射區域不同。於共通區域比率較大的反射鏡中，與圓弧狀曝光區域兩端的二點相對應的反射鏡上的對應反射區域重疊，而於共通區域比率較小的反射鏡中，對應反射區域不重疊。例如，於考慮到與通過圖3(A)、圖3(B)所示的圓弧狀曝光區域41的寬度方向中心的圓弧42的一端43及另一端44的反射鏡上的對應反射區域時，共通反射區域相對於對應反射區域的比率為，M1為46%，M2為47%，M3為0%，M4為0%，M5為55%，M6為80%。因此，於共通區域比率較大的反射鏡中，因照射熱引起的變形會於曝光區域上的任何位置處產生大致同樣的像差，但於共通區域比率較小的反射鏡中，因照射熱引起的變形會根據曝光區域上的位置而產生極端不同的像差。由該點可知，於共通區域比率較小的反射鏡中，難以應對因照射熱引起的變形，較理想的是盡可能減小該變形。
因此，根據本發明的第1實施形態，將可應對因照射熱引起的變形的共通區域比率較大的反射鏡設為第1反射鏡，將難以應對因照射熱引起的變形的共通區域比率較小的反射鏡設為第2反射鏡，沿自光罩面朝向晶圓面的光路，使第1反射鏡較第2反射鏡更靠近光罩面側。而且，藉由靠近光罩面側的第1反射鏡來吸收OoB光。
例如，即便產生因照射熱引起的變形亦可應對的、共通區域比率較大的反射鏡中，將沿自光罩面朝向晶圓面的光路而最靠近光罩面側的反射鏡(M1)設為第1反射鏡，以此來吸收OoB光。而且，將難以應對因照射熱引起的變形的、共通區域比率較小的反射鏡(M3、M4)以及除M1以外的共通區域比率較大的反射鏡(M2、M5、M6)設為第2反射鏡。
由於位於最上游的反射鏡M1通常為共通區域比率較大的反射鏡，因此，「共通區域比率較大的反射鏡中，位於最上游的反射鏡」亦為投影光學系統的最上游的反射鏡。最上游的反射鏡M1作為第1反射鏡而充分地吸收OoB光。
表3表示，於將沿自光罩面朝向晶圓面的光路而最靠近光罩面側的反射鏡(M1)設為第1反射鏡，將共通區域比率較小的反射鏡(M3、M4)以及除M1以外的共通區域比率較大的反射鏡(M2、M5、M6)設為第2反射鏡時，各反射鏡中的EUV光、OoB光以及兩者合計的照射量、吸收量、照度等資料。晶圓上的OoB照射量為14.4 mW。該值為表示將所有反射鏡M1至M6設為第2反射鏡時的表1中的值105 mW的13.7%，有所降低。而且，共通區域比率較小的反射鏡M3的合計吸收為6.7 mW/cm2 ，小於表1中的8.1 mW/cm2 ，共通區域比率較小的反射鏡M4的合計吸收為2.2 mW/cm2 ，小於表1中的2.8 mW/cm2 。因此，於本實施形態中，可抑制共通區域比率較小的反射鏡因照射熱引起的變形。
根據本發明的第2實施形態，即便產生因照射熱引起的變形亦可應對的、共通區域比率較大的反射鏡中，將較沿自光罩面朝向晶圓面的光路而最靠近光罩面側的共通區域比率較小的反射鏡(M3)更靠近光罩面側的反射鏡(M1、M2)設為第1反射鏡來吸收OoB光。而且，將難以應對因照射熱引起的變形的共通區域比率較小的反射鏡(M3、M4)以及較M3更靠近晶圓側的共通區域比率較大的反射鏡(M5、M6)設為第2反射鏡。由於設為第1反射鏡的上游的共通區域比率較大的反射鏡(M1、M2)可充分地吸收OoB光，因此下游的共通區域比率較大的反射鏡(M5、M6)則設為第2反射鏡。於本實施形態中，與第1實施形態相比較，藉由增加第1反射鏡的數量，可進一步減少晶圓上的OoB照射量。
表4是表示，於將較沿自光罩面朝向晶圓面的光路而最靠近光罩面側的共通區域比率較小的反射鏡(M3)更靠近光罩面側的反射鏡(M1、M2)設為第1反射鏡，將共通區域比率較小的反射鏡(M3、M4)以及較M3更靠近晶圓面側的共通區域比率較大的反射鏡(M5、M6)設為第2反射鏡時，各反射鏡中的EUV光、OoB光以及兩者合計的照射量、吸收量、照度等資料。晶圓上的OoB照射量為2.0 mW。該值為表示將所有反射鏡M1至M6設為第2反射鏡時的表1中的值105 mW的1.9%，有明顯的降低。而且，共通區域比率較小的反射鏡M3的合計吸收為6.5 mW/cm2 ，小於表1中的8.1 mW/cm2 ，共通區域比率較小的反射鏡M4的合計吸收為2.1 mW/cm2 ，小於表1中的2.8 mW/cm2 。因此，可抑制共通區域比率較小的反射鏡因照射熱引起的變形。
根據本發明的第3實施形態，於將所有反射鏡設為第2反射鏡時，將合計照度最高的反射鏡(M3)設為第2反射鏡，將其他反射鏡(M1、M2、M4、M5、M6)設為第1反射鏡。於將所有反射鏡設為第2反射鏡時，合計照度最高的反射鏡為有效反射區域相對較小的反射鏡。合計照度最高的反射鏡，單位面積的合計吸收量(吸收)亦最高，而容易因吸收熱而引起變形，因此設為第2反射鏡。由於除了反射鏡M3以外均設為第1反射鏡，因此與第1及第2實施形態相比較，可減少晶圓上的OoB照射量。
如先前所述，於圖5所示的投影光學系統中，於反射鏡M3及M4之間，在反射鏡M3的附近形成中間像。因此，反射鏡M3亦為中間像所形成的位置附近的反射鏡。由於光束於中間像所形成的位置附近集中，因此反射鏡的照度亦變高。
表5是表示，於將所有反射鏡設為第2反射鏡時，將合計照度最高的反射鏡(M3)設為第2反射鏡，將其他反射鏡(M1、M2、M4、M5、M6)設為第1反射鏡時，各反射鏡中的EUV光、OoB光以及兩者合計的照射量、吸收量、照度等資料。晶圓上的OoB照射量為0.005 mW。該值為表示將所有反射鏡M1至M6設為第2反射鏡時的表1中的值105 mW的0.0048%，有明顯的降低。而且，共通區域比率較小的反射鏡M3的合計吸收為8.1 mW/cm2 ，與表1中的8.1 mW/cm2 相等，共通區域比率較小的反射鏡M4的合計吸收為3.1 mW/cm2 ，與表1中的2.8 mW/cm2 相比有稍許增加。因此，與表1的情況大致相同地可抑制共通區域比率較小的反射鏡因照射熱引起的變形。
根據本發明的第4實施形態，將即便產生因照射熱引起的變形亦可應對的、共通區域比率較大的反射鏡(M1、M2、M5、M6)設為第1反射鏡，以此吸收OoB光，將難以應對因照射熱引起的變形的、共通區域比率較小的反射鏡(M3、M4)設為相對而言不吸收光的第2反射鏡。於本實施形態中，由於將反射鏡M3、M4設為第2反射鏡，因此可抑制共通區域比率較小的反射鏡因照射熱引起的變形。
表6是表示，於將共通區域比率較大的反射鏡(M1、M2、M5、M6)設為第1反射鏡，將共通區域比率較小的反射鏡(M3、M4)設為第2反射鏡時，各反射鏡中的EUV光、OoB光以及兩者合計的照射量、吸收量、照度等資料。晶圓上的OoB照射量為0.04 mW。該值為表示將所有反射鏡M1至M6設為第2反射鏡時的表1中的值105 mW的0.038%，有明顯的降低。而且，共通區域比率較小的反射鏡M3的合計吸收為7.6 mW/cm2 ，小於表1中的8.1 mW/cm2 ，共通區域比率較小的反射鏡M4的合計吸收為2.5 mW/cm2 ，小於表1中的2.8 mW/cm2 。因此，可抑制共通區域比率較小的反射鏡因照射熱引起的變形。
如此，根據本發明，於曝光裝置的投影光學系統中，藉由將第1反射鏡與第2反射鏡進行組合，可抑制共通區域比率較小的反射鏡因照射熱引起的變形而造成的光學特性的劣化，並且可減少晶圓上的OoB照射量。
本發明的曝光裝置的結構為，投影光學系統的反射鏡如上所述般由第1反射鏡及第2反射鏡所構成。另外，光罩M，亦可為於第1反射鏡的最上層設置有吸收層的光罩。當使用如此之光罩時，與使用通常的反射光罩的情況相比，可減少入射至投影光學系統37的OoB光。因此，可降低投影光學系統的熱像差，使OoB光所引起的閃光得到抑制，因此可提高析像力。而且，亦可使用第1反射鏡來作為照明光學系統的反射鏡。進而，以上主要是對使用EUV光作為曝光用光的投影光學系統以及曝光裝置進行了說明，但本發明並不限定於EUV光，亦可適用於使用各種波長的光作為曝光用光的投影光學系統以及曝光裝置。
以下，說明本發明的半導體元件的製造方法的實施形態之示例。圖10是表示本發明的半導體元件製造方法的實施形態的一例的流程圖。該例的製造步驟包含以下各步驟。
(1)製造晶圓的晶圓製造步驟(或準備晶圓的晶圓準備步驟)(2)製作用於曝光的光罩的光罩製造步驟(或準備光罩的光罩準備步驟)(3)對晶圓進行必需的曝光處理的晶圓處理(processing)步驟(4)將形成於晶圓上的晶片逐個地切割出，並使晶片可實施動作的晶片裝配步驟(5)對已製成的晶片進行檢查的晶片檢查步驟
另外，各個步驟進而由若干個子(sub)步驟所構成。
於上述多個主步驟中，對半導體元件的性能給予決定性影響的主步驟為晶圓處理步驟。於該步驟中，將所設計的電路圖案依次積層於晶圓上，形成多個作為記憶體(memorry)或MPU(Micro Processing Unit，微處理器)而進行動作的晶片。該晶圓處理步驟包含以下各步驟。
(1)形成作為絕緣層的介電質膜或配線部、或者構成電極部的金屬薄膜等的薄膜形成步驟(使用CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)或濺鍍等)(2)使該薄膜層或晶圓基板氧化的氧化步驟(3)為對薄膜層或晶圓基板等進行選擇性加工而使用光罩(標線)形成光阻劑圖案的微影步驟(4)按照光阻劑圖案對薄膜層或基板進行加工的蝕刻步驟(例如使用乾式(dry)蝕刻技術)(5)離子．雜質注入擴散步驟(6)光阻劑剝離步驟(7)進一步對加工過的晶圓進行檢查的檢查步驟
另外，僅對必要的層數重複晶圓處理步驟，從而製造出按照設計進行動作的半導體元件。
於本實施形態中，在上述微影步驟中，使用了本發明的曝光裝置。因此，於曝光裝置中，可降低投影光學系統的熱像差，抑制因OoB光引起的閃光，因此可提高析像力，從而能以高精度來製造半導體元件。
1．．．投影光
2．．．晶圓
3．．．光阻劑
31．．．光源
32．．．照明光
33．．．照明光學系統
34．．．凹面反射鏡
35．．．光學積分器
35a、35b．．．複眼鏡
36．．．平面反射鏡
37．．．投影光學系統
41．．．曝光區域
42．．．圓弧
43．．．圓弧的一端
44．．．圓弧的另一端
45．．．第1點對應反射區域
46．．．第2點對應反射區域
47．．．共通反射區域
100、110．．．第1反射鏡
101．．．基板
102．．．EUV光反射膜
103．．．OoB光吸收膜
105．．．附加層
106．．．Mo層
107．．．膜
108．．．Si層
120．．．第2反射鏡
201、301、M1、M2、M3、M4、M5、M6．．．反射鏡
303．．．第1受熱板
305．．．冷卻機構
307．．．加熱裝置
308．．．防熱機構
309．．．第2受熱板
D．．．距離
M．．．光罩
圖1是以概略方式表示在投影光學系統的各反射鏡M1、M2、M3、M4、M5、M6面上對光進行反射的區域的形狀的圖。
圖2是以概略方式表示由反射鏡M5、M6所反射的光束聚集於晶圓面上特定一點的情況的圖。
圖3(A)、圖3(B)是以概略方式表示晶圓面上的曝光區域與反射鏡上的對應反射區域、共通反射區域的關係的圖。
圖4是用以說明反射鏡的調整方法的概略圖。
圖5是表示使用了多層膜反射鏡的EUV曝光裝置的結構的圖。
圖6是表示第1反射鏡的一結構例的圖。
圖7是表示其他類型的第1反射鏡的結構的圖。
圖8是表示第2反射鏡的一結構例的圖。
圖9是表示反射鏡冷卻裝置的一結構例的圖。
圖10是表示本發明的半導體元件製造方法的實施形態的一例的流程圖。
M1、M2、M3、M4、M5、M6．．．反射鏡

Claims (42)

  1. 一種投影光學系統，是將第1面的圖案的像投影至第2面，其特徵在於，上述投影光學系統包括：對特定波長光的反射率低於特定反射率的第1反射鏡，以及對於上述波長光的反射率高於上述特定反射率的第2反射鏡；且沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，上述第1反射鏡較上述第2反射鏡更靠近第1面側。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之投影光學系統，其中上述投影光學系統更包括反射鏡，且沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，最靠近第1面側的反射鏡為上述第1反射鏡。
  3. 一種投影光學系統，是將第1面的圖案的像投影至第2面，其特徵在於，上述投影光學系統包括：對特定波長光的反射率低於特定反射率的第1反射鏡，以及對上述波長光的反射率高於上述特定反射率的第2反射鏡；且上述投影光學系統的反射鏡中，照度最高的位置的反射鏡為上述第2反射鏡。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之投影光學系統，其中上述投影光學系統更包括反射鏡，且沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，較上述照度最高的位置的第2反射鏡更靠近第1面側的反射鏡中，至少有1個為上述第1反射鏡。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之投影光學系統，其中上述投影光學系統更包括反射鏡，且沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，最靠近第1面側的反射鏡為上述第1反射鏡。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之投影光學系統，其中上述投影光學系統更包括反射鏡，且沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，較上述照度最高的位置的第2反射鏡更靠近第1面側的所有反射鏡為上述第1反射鏡。
  7. 一種投影光學系統，是將第1面的圖案的像投影至第2面，其特徵在於，上述投影光學系統包括：對於特定波長光的反射率低於特定反射率的第1反射鏡，以及對於上述波長光的反射率高於上述特定反射率的第2反射鏡；且於自上述第1面朝向上述第2面的光路中，形成上述圖案的中間像的位置附近的反射鏡為上述第2反射鏡。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之投影光學系統，其中上述投影光學系統更包括反射鏡，且沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，較形成上述圖案的中間像的位置附近的第2反射鏡更靠近第1面側的反射鏡中，至少有1個為上述第1反射鏡。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之投影光學系統，其中上述投影光學系統更包括反射鏡，且沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，最靠近第1面側的反射鏡為上述第1反射鏡。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之投影光學系統，其中上述投影光學系統更包括反射鏡，且沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，較形成上述圖案的中間像的位置附近的第2反射鏡更靠近第1面側的所有反射鏡為上述第1反射鏡。
  11. 一種投影光學系統，是將第1面的圖案的像投影至第2面，其特徵在於，上述投影光學系統包括：對於特定波長光的反射率低於特定反射率的第1反射鏡，以及對於上述波長光的反射率高於上述特定反射率的第2反射鏡；且於將聚集於上述第2面上特定的第1點的光束在反射鏡上反射的區域設為第1點對應反射區域，將聚集於上述第2面上的與上述第1點不同的第2點的光束在反射鏡上反射的區域設為第2點對應反射區域，將上述第1點對應反射區域與上述第2點對應反射區域重疊的區域設為共通反射區域時，上述共通反射區域相對於上述第1點對應反射區域的比率小於特定比率的反射鏡中，沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，最靠近第1面側的反射鏡為上述第2反射鏡。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之投影光學系統，其中上述投影光學系統更包括反射鏡，且沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，較上述最靠近第1面側的第2反射鏡更靠近第1面側的反射鏡中，至少有1個為上述第1反射鏡。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之投影光學系統，其中上述投影光學系統更包括反射鏡，且沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，最靠近第1面側的反射鏡為上述第1反射鏡。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之投影光學系統，其中上述投影光學系統更包括反射鏡，且沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，較上述最靠近第1面側的第2反射鏡更靠近第1面側的所有反射鏡為上述第1反射鏡。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之投影光學系統，其中共通反射區域相對於上述第1點對應反射區域的比率小於上述特定比率的所有反射鏡為上述第2反射鏡。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之投影光學系統，其中共通反射區域相對於上述第1點對應反射區域的比率大於上述特定比率的反射鏡中至少有1個為上述第1反射鏡。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之投影光學系統，其中共通反射區域相對於上述第1點對應反射區域的比率大於上述特定比率的所有反射鏡為上述第1反射鏡。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之投影光學系統，其中上述投影光學系統具有特定寬度的圓弧狀曝光區域，將上述第1點設為通過上述圓弧狀曝光區域的寬度方向中心的圓弧的一端，將上述第2點設為通過上述圓弧狀曝光區域的寬度方向中心的圓弧的另一端時，上述共通反射區域相對於上述第1點對應反射區域的比率小於特定比率的反射鏡中，沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，最靠近 第1面側的反射鏡為上述第2反射鏡。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之投影光學系統，其中共通反射區域相對於上述第1點對應反射區域的比率為零的反射鏡中，沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，最靠近第1面側的反射鏡為上述第2反射鏡。
  20. 如申請專利範圍第1項至第19項中任一項所述之投影光學系統，其中上述投影光學系統是使用波長不同於上述波長光的曝光用光，而將第1面的圖案的像投影至第2面的投影光學系統，且上述特定反射率是對上述曝光用光的反射率。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之投影光學系統，其中上述曝光用光為EUV光。
  22. 一種投影光學系統，是將第1面的圖案的像投影至第2面，其特徵在於，上述投影光學系統包括第1反射鏡、及對於特定波長光的反射率高於第1反射鏡的第2反射鏡。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之投影光學系統，其中沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，上述第1反射鏡較上述第2反射鏡更靠近第1面側。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之投影光學系統，其中沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，最靠近第1面側的反射鏡為上述第1反射鏡。
  25. 如申請專利範圍第22項所述之投影光學系統，其中上述第1反射鏡的照度低於上述第2反射鏡的照度。
  26. 如申請專利範圍第22項所述之投影光學系統，其中上述投影光學系統的反射鏡中，照度最高的位置的反射鏡為上述第2反射鏡。
  27. 如申請專利範圍第22項所述之投影光學系統，其中於自上述第1面朝向上述第2面的光路中，形成上述圖案的中間像的位置附近的反射鏡為上述第2反射鏡。
  28. 如申請專利範圍第22項所述之投影光學系統，其中將聚集於上述第2面上特定的第1點的光束在反射鏡上反射的區域設為第1點對應反射區域，將聚集於上述第2面上的與上述第1點不同的第2點的光束在反射鏡上反射的區域設為第2點對應反射區域，將上述第1點對應反射區域與上述第2點對應反射區域重疊的區域設為共通反射區域，將上述共通反射區域相對於上述第1點對應反射區域的比率設為共通區域比率時，上述第1反射鏡的共通區域比率大於上述第2反射鏡的共通區域比率。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之投影光學系統，其中上述投影光學系統具有特定寬度的圓弧狀曝光區域，且將上述第1點設為通過上述圓弧狀曝光區域的寬度方向中心的圓弧的一端，將上述第2點設為通過上述圓弧狀曝光區域的寬度方向中心的圓弧的另一端時，上述第1反射鏡的共通區域比率大於上述第2反射鏡的共通區域比率。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之投影光學系統，其中上述共通區域比率為零的反射鏡中，沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，最靠近第1面側的反射鏡為上述第 2反射鏡。
  31. 如申請專利範圍第22項至第30項中任一項所述之投影光學系統，其中上述投影光學系統是使用波長不同於上述波長光的曝光用光，而將第1面的圖案的像投影至第2面。
  32. 如申請專利範圍第31項所述之投影光學系統，其中上述曝光用光為EUV光。
  33. 一種投影光學系統，為進行曝光而將第1面的圖案的像投影至第2面，其特徵在於，該投影光學系統包括在上述第1面與上述第2面之間反射曝光用光的多個反射鏡，上述多個反射鏡包括第1反射鏡及第2反射鏡，該第1反射鏡具備可減少沿自上述第1面朝向上述第2面的光路而到達靠近上述第2面側的反射鏡或到達上述第2面的波長不同於曝光用光的光的機構，該第2反射鏡不具備上述機構，且沿自上述第1面朝向上述第2面的光路，最靠近上述第1面側的反射鏡為上述第1反射鏡。
  34. 如申請專利範圍第1項至第19項、第22項至第30項、或第33項的其中任一項所述之投影光學系統，其中上述第1反射鏡對上述波長光的反射率低於上述第2反射鏡對上述波長光的反射率的一半。
  35. 如申請專利範圍第1項至第19項、第22項至第30項、或第33項的其中任一項所述之投影光學系統，其中上述第1反射鏡具有用以吸收上述波長光的層。
  36. 如申請專利範圍第1項至第19項、第22項至第30項、或第33項的其中任一項所述之投影光學系統，其中上述第1反射鏡是具有多層膜、及設置於該多層膜上且用以吸收上述波長光的層的反射鏡。
  37. 如申請專利範圍第35項所述之投影光學系統，其中用以吸收上述波長光的層包括氧化矽、碳、鋯、碳化矽、氮化矽、碳化硼、氮化硼中的任一種或該些成分的組合。
  38. 如申請專利範圍第36項所述之投影光學系統，其中用以吸收上述波長光的層包括氧化矽、碳、鋯、碳化矽、氮化矽、碳化硼、氮化硼中的任一種或該些成分的組合。
  39. 如申請專利範圍第1項至第19項、第22項至第30項、或第33項的其中任一項所述之投影光學系統，其中上述第1反射鏡具有多層膜、以及設置於該多層膜上的附加層或膜，且上述多層膜的反射面相對於上述附加層或膜的反射面而傾斜。
  40. 如申請專利範圍第39項所述之投影光學系統，其中上述附加層或膜包括矽、碳化矽、氮化矽中的任一種或該些成分的組合。
  41. 一種曝光裝置，其特徵在於包括如申請專利範圍第1項至第40項中任一項所述之投影光學系統。
  42. 一種半導體元件的製造方法，其特徵在於包括使用如申請專利範圍第41項所述之曝光裝置來進行曝光轉印的步驟。
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