WO2004064128A1 - 露光装置および露光方法 - Google Patents

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WO2004064128A1
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field stop
optical system
projection optical
illumination
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PCT/JP2004/000129
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Hideki Komatsuda
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Nikon Corporation
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    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70358Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging

Definitions

  • the present invention relates to an exposure apparatus and an exposure method, and more particularly to an exposure apparatus suitable for manufacturing a micro device such as a semiconductor device in a photolithography process using EUV light having a wavelength of about 5 to 40 nm. It is. Background art
  • the term “light” is not limited to “light” in a narrow sense that can be seen with the naked eye, but also “light” in a broad sense that includes so-called infrared rays to X-rays having a wavelength shorter than 1 mm among electromagnetic waves.
  • EUV Extreme Ultra violet
  • EUVL Extreme Ultra lithography
  • a substance having a sufficient transmittance as a refractive optical member does not exist, so a reflective projection optical system including only reflective optical members is used.
  • the EUV L exposure apparatus uses a reflection type mask instead of a transmission type mask, it is necessary to make the illumination light obliquely enter the mask. This is because when illumination light is vertically incident on the reflective mask, the optical path of the illumination light incident on the mask and the optical path of the illumination light reflected by the mask and traveling toward the projection optical system overlap, and the mask is illuminated. This is because the optical member of the illumination system that blocks the optical path of the projection optical system, or the optical member of the projection optical system blocks the optical path of the illumination system.
  • the EUVL exposure apparatus can only obtain a narrow and long effective exposure area (ie, a static exposure area) through a reflective projection optical system.
  • the mask pattern is scanned and exposed on the photosensitive substrate while the mask and the photosensitive substrate (eg, wafer) are relatively moved. Therefore, it is necessary to provide a field stop for defining a static exposure area at a position optically conjugate with the photosensitive substrate.
  • a field stop is provided in the optical path of the illumination system, and an image-forming reflection optical system is interposed between the mask and the field stop, so that the field stop can be used as a mask (and, (With substrate) It is arranged at an optically conjugate position.
  • the reflectance per reflecting surface is relatively low. Therefore, from the viewpoint of avoiding the loss of light amount and improving the throughput, an optical system interposed between the light source and the photosensitive substrate (that is, the illumination optical system) is used. System and projection optical system) must be reduced as much as possible.
  • the imaging reflection optical system is interposed between the mask and the field stop, the number of reflections in the optical path of the illumination system is relatively large, resulting in a loss of light quantity. It was so large that we could not secure the required throughput.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and has an advantage that the influence on the imaging performance of a projection optical system can be suppressed satisfactorily despite a configuration in which a field stop is arranged close to a reflective mask.
  • An object of the present invention is to provide an exposure apparatus and an exposure method capable of faithfully transferring a mask pattern onto a photosensitive substrate with high throughput. Disclosure of the invention
  • an illumination system for illuminating a reflective mask on which a predetermined pattern is formed, and a pattern image of the mask is formed on a photosensitive substrate.
  • the illumination system includes a field stop arranged in proximity to the mask to define an illumination area on the mask,
  • the incident angle (rad) of the principal ray of the illumination light to the mask is an
  • the illumination step includes an illumination area defining step of defining an illumination area on the mask via a field stop arranged close to the mask,
  • an interval between the mask and the field stop is in, a numerical aperture on the mask side of the projection optical system is NA, and a width dimension of the opening of the field stop along the predetermined direction.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a problem that occurs in a configuration in which a field stop is arranged close to a reflective mask.
  • FIG. 2A is a diagram showing a light intensity distribution obtained on the mask when the field stop is brought into close contact with the mask.
  • FIG. 2B is a diagram showing a light intensity distribution obtained on the mask when the field stop is slightly separated from the mask.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a positional relationship between an arc-shaped exposure region (ie, an effective exposure region) formed on a wafer and an optical axis.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing an internal configuration of the light source and the illumination optical system of FIG.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a problem that occurs in a configuration in which a field stop is arranged close to a reflective mask.
  • the field stop FS is arranged close to the reflective mask M
  • the illumination light beam having the numerical aperture NA ill enters the mask M through the field stop FS
  • the mask The light beam incident on the area b on M is not blocked at all by the field stop FS.
  • the luminous flux incident on the regions a and c on both sides of the region b is partially blocked by the field stop FS.
  • the luminous flux incident on the regions a and c on both sides becomes more obstructed by the field stop FS as it approaches the outer end.
  • the light beam incident from the area e on the mask M to the projection optical system having the mask side (object side) numerical aperture N Apro is completely reduced by the field stop FS.
  • the light flux entering the projection optical system from the regions d and f on both sides of the region e is partially blocked by the field stop FS.
  • the luminous fluxes from the regions d and f on both sides are more obstructed by the field stop FS as they approach the outer ends.
  • the imaging luminous flux contributing to the exposure through the projection optical system is incident on the area where the area b and the area e on the mask M overlap, the area a and the area f, as is clear from FIG.
  • the luminous flux reflected by the light is incident on the area where the area b and the area e on the mask M overlap, the area a and the area f, as is clear from FIG.
  • the luminous flux reflected by the light is incident on the area where the area b and the area e on the mask M overlap, the area a and the area f.
  • the luminous flux incident on the area a and the area f and reflected is Field stop This is a light beam partially blocked by the FS. Therefore, even if the required surface light source is formed on the exit pupil of the illumination system, the image of the surface light source formed on the entrance pupil of the projection optical system is partially missing, and as a result, the projection optical system is not connected. Image performance will be adversely affected. In particular, in the area where the light beam reflected by the area f forms an image on the photosensitive substrate, the resolution differs from the other imaging areas, so that the uniformity of the mask pattern image formed on the photosensitive substrate is reduced. It is expected to have a significant impact.
  • the most practical problem is not the dense line pattern but the line width of the isolated line.
  • dense line patterns are often used in memory circuits, but since it is only important whether lines are connected or not, line width variations rarely cause a major problem.
  • logic circuits there are almost no densely packed patterns arranged at equal intervals, and isolated lines (isolated lines) usually run in the area in all directions.
  • isolated lines isolated lines usually run in the area in all directions.
  • the permissible amount of line width variation of an isolated line allowed for a device to be realized as a device is about 10% of a design line width.
  • the permissible amount of line width variation of an isolated line allowed for a device to be realized as a device is about 10% of a design line width.
  • the imaging light flux contributing to the exposure through the projection optical system was incident on the area where the area b and the area e on the mask M overlap, the area a and the area f, and were reflected.
  • the luminous flux only the luminous flux that is incident on and reflected by the area where the area b and the area e overlap, enables exposure by normal imaging through the projection optical system.
  • the luminous flux incident on the area f and reflected has the worst effect on the image formation through the projection optical system.
  • the distance g between the midpoint of the area a and the midpoint of the area f that is, the width g of the effective illumination area optically corresponding to the width of the effective exposure area (dimension along the scanning direction) is shown. How to reduce the width of the region f depends on the result of the projection optical system. This is one criterion for favorably suppressing the effect on image performance.
  • the degree of the adverse effect of the light beam incident on the area f and reflected on the imaging performance of the projection optical system depends on the image-side numerical aperture NA i of the projection optical system, the pattern line width, and the illumination light (exposure light).
  • NA i the image-side numerical aperture
  • NA i the image-side numerical aperture
  • the wavelength indicating how far the projection optical system can pick up the diffracted light of the image
  • k1 factor is defined by the following equation (1).
  • the distance between the mask and the field stop is in
  • the numerical aperture on the mask side of the projection optical system is NA
  • the width dimension of the opening of the field stop along the scanning direction is w
  • the illumination for illuminating the mask When the incident angle (rad) of the chief ray of light to the mask is an, the width of the area f and the width g of the effective illumination area are expressed by the following equations (3) and (4), respectively.
  • Effective illumination area width g w-2 X i n X a n (4)
  • Conditional Expression (2) can be transformed into the following Conditional Expression (5).
  • conditional expression (2) In order to further suppress the line width variation of the isolated line, it is preferable to set the upper limit value (value on the right side) of the conditional expression (2) to 1Z4. In this case, the following conditional expression (6) is obtained as a conditional expression corresponding to conditional expression (5).
  • the field stop will be slightly spaced from the mask to avoid mechanical interference between the mask and the field stop.
  • the light intensity distribution along the scanning direction on the mask is uniform in the central region, but gradually changes in both sides. This is because, as described above, the luminous flux incident on the area b on the mask M is not blocked at all by the field stop FS, but the luminous flux incident on the areas a and c on both sides of the area b is This is because they will be partially obstructed.
  • the integral of the mask scanning movement amount for one pulse emission and the scan direction of the illumination area on the mask there is an advantage that a substantially uniform integrated exposure dose distribution can be obtained on the photosensitive substrate even if the width w along the width is not exactly matched.
  • the width dimension w 'along the scan direction of one side area where the light intensity changes gradually is greater than 1% of the width dimension w along the scan direction of the illumination area, that is, It is preferable that the relationship shown in equation (9a) holds.
  • the width dimension w 'along the scan direction of the one-side area where the light intensity changes gradually in the light intensity distribution along the scan direction on the mask is expressed by the following equation (9b).
  • the integral multiple of the mask scanning movement amount for one pulse emission and the width dimension w along the scan direction of the illumination area on the mask do not exactly match.
  • the distance in between the mask and the aperture stop satisfies the following conditional expression (9).
  • the diffracted light amplitude D ( ⁇ , 7?) On the entrance pupil of the projection optical system is expressed by the following equation (7).
  • ( ⁇ , 77) is the coordinates on the entrance pupil of the projection optical system
  • (x, y) is the coordinates on the mask
  • M (x, y) is the amplitude transmission of the mask.
  • k is a constant expressed as 2 ⁇
  • S ⁇ is a symbol representing the double integral of the field of view on the mask.
  • the light intensity distribution I (X, Y) on the photosensitive substrate is expressed by the following equation (8).
  • (X, Y) is the coordinates on the photosensitive substrate
  • ( ⁇ 5, ⁇ ) is the coordinates on the substantial surface light source formed at the exit pupil of the illumination system
  • U ( ⁇ , ⁇ ) is the light intensity distribution of the surface light source
  • 3 ( ⁇ 5, ⁇ , X, y) is the imaging magnification from the surface light source to the entrance pupil of the projection optical system
  • W ( ⁇ , V, X, ⁇ ) are the transmitted wavefronts of the projection optical system
  • the first “S” is a symbol representing the double integral for the surface light source
  • the second “$ SJ is the image-side numerical aperture NA of the projection optical system. Is a symbol representing the double integral with respect to
  • I ⁇ X) ffHi ( ⁇ , ⁇ ) ⁇ ⁇ ( ⁇ — ⁇ , ⁇ — ⁇ ) ⁇
  • a configuration is adopted in which a field stop for defining an illumination area on the mask is arranged close to the mask, but the distance in between the mask and the field stop is required. Since the setting is made so as to satisfy the expression (5) or (6), the influence of the light blocking by the field stop on the imaging performance of the projection optical system can be suppressed well. In addition, since the field stop is arranged close to the mask, there is no need to interpose an image forming reflection optical system between the mask and the field stop, and the number of reflections in the optical path of the illumination system can be reduced. The required throughput can be ensured by suppressing the light quantity loss to a small value.
  • the distance in between the mask and the field stop satisfies the conditional expression (9).
  • the mask pattern can be exposed while the effect on the imaging performance of the projection optical system is suppressed satisfactorily despite the configuration in which the field stop is arranged close to the reflective mask. It can be faithfully transferred onto a flexible substrate with a high throughput, and a high-precision microdevice can be manufactured at a high throughput.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing an overall configuration of an exposure apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a positional relationship between an arc-shaped exposure region (ie, an effective exposure region) formed on the wafer and the optical axis.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing an internal configuration of the light source and the illumination optical system of FIG.
  • the Z axis is along the optical axis direction of the projection optical system, that is, the normal direction of the wafer which is a photosensitive substrate
  • the Y axis is in the direction parallel to the plane of FIG.
  • the X-axis is set in the direction perpendicular to the paper of FIG.
  • the exposure apparatus shown in FIG. 3 includes, for example, a laser plasma light source 1 as a light source for supplying exposure light.
  • the light emitted from the light source 1 enters the illumination optical system 2 via a wavelength selection filter (not shown).
  • the wavelength selection filter selectively transmits only the EUV light of a predetermined wavelength (for example, 13.4 nm or 11.5 nm) from the light supplied by the light source 1 and transmits the other wavelength light. Has the property of blocking transmission.
  • wavelength The EUV light 3 transmitted through the selective filter illuminates a reflective mask (reticle) M on which a pattern to be transferred is formed via an illumination optical system 2 and a plane reflecting mirror 4 as an optical path deflecting mirror.
  • the mask M is held by a mask stage 5 that can move in the Y direction so that the pattern surface extends along the XY plane.
  • the movement of the mask stage 5 is configured to be measured by the laser interferometer 6.
  • the illuminated light from the pattern of the mask M forms an image of the mask pattern on the wafer W as a photosensitive substrate via the reflective projection optical system PL. That is, on the wafer W, as shown in FIG. 4, for example, an elongated arc-shaped exposure region (ie, a static exposure region) symmetrical with respect to the Y axis is formed.
  • an elongated arc-shaped exposure region ie, a static exposure region
  • the length in the X direction is LX and the length in the Y direction is in contact with the image circle IF.
  • An arc-shaped effective exposure area ER with a length of LY is set.
  • the wafer W is held by a wafer stage 7 that can move two-dimensionally in the X and Y directions so that the exposure surface extends along the XY plane.
  • the movement of the wafer stage 7 is configured to be measured by the laser interferometer 8 as in the case of the mask stage 5.
  • scan exposure scan exposure
  • scan exposure is performed while moving the mask stage 5 and the wafer stage 7 along the Y direction, that is, while moving the mask M and the wafer W relative to the projection optical system PL along the Y direction.
  • the pattern of the mask M is transferred to one exposure area of the wafer W.
  • the moving speed of the wafer stage 7 is set to 1 Z4 of the moving speed of the mask stage 5, and synchronous scanning is performed. Further, by repeating the scanning exposure while moving the wafer stage 7 two-dimensionally in the X direction and the Y direction, the pattern of the mask M is sequentially transferred to each exposure area of the wafer W.
  • the laser plasma light source 1 in the laser plasma light source 1, light (non-EUV light) emitted from the laser light source 11 is condensed on the gas target 13 through the condenser lens 12. I do.
  • a high-pressure gas made of, for example, xenon (Xe) is supplied from the nozzle 14, and the gas injected from the nozzle 14 forms the gas target 13.
  • the gas target 13 obtains energy from the condensed laser light, turns it into plasma, and emits EUV light.
  • the gas target 13 is positioned at the first focal point of the elliptical reflecting mirror 15. Therefore, EUV light emitted from the laser plasma light source 1 is focused on the second focal point of the elliptical reflecting mirror 15.
  • the gas that has emitted light is sucked through the duct 16 and guided to the outside.
  • the EUV light condensed at the second focal point of the elliptical reflecting mirror 15 becomes a substantially parallel light beam via the concave reflecting mirror 17 and becomes an optical integrator consisting of a pair of fly-eye mirrors 18a and 18b.
  • a fly-eye mirror disclosed by the present applicant in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-31638 can be used.
  • the related description in the publication can be referred to.
  • a substantially surface light source having a predetermined shape is formed near the reflecting surface of the second fly-eye mirror 18b, that is, near the emitting surface of the optical integrator 18.
  • the substantial surface light source is formed at or near the exit pupil position of the illumination optical system 2, that is, at or near a plane optically conjugate with the entrance pupil of the projection optical system PL. .
  • the light from the substantial surface light source is deflected by the plane reflecting mirror 4 and then passes through a field stop 19 arranged almost parallel to and close to the mask M, and then has an elongated circular arc shape on the mask M.
  • Form an illumination area The illuminated light from the pattern of the mask M forms an image of the mask pattern on the wafer W via the projection optical system PL.
  • the configuration in which the field stop 19 is arranged close to the mask M is adopted.
  • the interval i n between the mask M and the field stop 19 is determined by the above-mentioned conditional expression (5) or
  • the mask M and the field stop It is not necessary to interpose an imaging reflection optical system between the light source and the light source, and the number of reflections in the light path of the illumination system can be reduced. it can. Further, since the distance in between the mask M and the field stop 19 is set so as to satisfy the conditional expression (9), an integral multiple of the mask scanning movement amount for one pulse emission and the illumination area of the mask M on the mask M are obtained. Even if the width dimension w along the scanning direction does not exactly match, a substantially uniform integrated exposure dose distribution on the wafer W can be obtained.
  • the field stop 19 is disposed close to the reflection type mask M, and the influence on the imaging performance of the projection optical system PL is suppressed favorably. Can be faithfully transferred onto the wafer W with high throughput.
  • the mask is illuminated by the illumination system (illumination step), and a transfer pattern formed on the mask is exposed on the photosensitive substrate using the projection optical system (exposure step).
  • micro devices semiconductor devices, imaging devices, liquid crystal display devices, thin-film magnetic heads, etc.
  • FIG. 6 shows an example of a method 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 present embodiment. This will be described with reference to one chart.
  • a metal film is deposited on one lot of wafers.
  • a photoresist is applied on the metal film on the wafer of the lot.
  • an image of the pattern on the mask (reticle) is sequentially passed through the projection optical system to each shot area on the one-lot wafer. Exposure is transferred.
  • step 304 the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step 305, etching is performed on the one lot of wafers by using the resist pattern as a mask.
  • a circuit pattern corresponding to the pattern on the mask is formed in each shot area on each wafer.
  • the circuit pattern of the upper layer is formed, etc.
  • Devices are manufactured. According to the above-described semiconductor device manufacturing method, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with good throughput.
  • a laser light source is used as a light source for supplying EUV light.
  • the present invention is not limited to this, and another appropriate light source may be used. Industrial potential
  • the present invention employs the configuration in which the field stop for defining the illumination area on the mask is arranged close to the mask, but the distance between the mask and the field stop is set under a predetermined condition. Since the setting is made so as to satisfy the expression, the influence of the light blocking by the field stop on the imaging performance of the projection optical system can be suppressed well. In addition, since the field stop is arranged close to the mask, there is no need to interpose an image-forming reflection optical system between the mask and the field stop, and the number of reflections in the optical path of the illumination system is reduced. Therefore, the required throughput can be ensured by suppressing the light quantity loss to a small value.
  • the mask pattern can be formed with a favorable effect on the imaging performance of the projection optical system despite the configuration in which the field stop is arranged close to the reflective mask. It can be faithfully transferred on a photosensitive substrate at a high throughput, and a high-accuracy microdevice can be manufactured at a high throughput.

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Abstract

視野絞りを反射型のマスクに近接して配置する構成にもかかわらず投影光学系の結像性能への影響を良好に抑えて、マスクパターンを感光性基板上に忠実に且つ高スループットで転写することのできる露光装置。所定のパターンが形成された反射型のマスク(M)を照明する照明系(1,2)と、マスクのパターン像を感光性基板(W)上に形成する投影光学系(PL)とを備え、投影光学系に対してマスクおよび感光性基板を所定方向に沿って相対移動させてマスクのパターンを感光性基板上へ投影露光する露光装置。照明系は、マスクに近接して配置されてマスク上における照明領域を規定する視野絞り(19)を有し、マスクと視野絞りとの間隔は所定の条件式を満足する。

Description

露光装置および露光方法 技術分野
本発明は、 露光装置および露光方法に関し、 特に 5〜4 0 n m程度の波長を有 する E UV光を用いて半導体素子などのマイクロデバイスをフォトリソグラフィ 工程で製造するのに好適な露光装置に関するものである。 背景技術
この種の露光装置では、 転写すべき回路パターンの微細化に伴って解像力の一 層の向上が要求されており、 露光光としてより短波長の光を用いるようになって いる。 なお、 本明細書における 「光」 とは、 目で見える狭義の 「光」 だけではな く、 電磁波のうち l mmよりも短い波長を有する、 いわゆる赤外線から X線まで を含む広義の 「光」 を意味する。 近年、 次世代装置として、 5〜4 0 n m程度の 波長を有する E UV (Extreme Ul traviolet) 光を用いる露光装置 (以下、 「E U V L (Extreme Ul traviolet Li thography:極紫外リソグラフィ) 露光装置」 と いう) が提案されている。
このように非常に短い E U V光の波長域では、 屈折光学部材として十分な透過 率を有する物質が現存しないため、 反射光学部材のみで構成された反射型の投影 光学系を用いることになる。 なお、 E UV L露光装置では、 透過型のマスクでは なく反射型のマスクを用いるため、 照明光をマスクに対して斜めから入射させる 必要がある。 これは、 反射型のマスクに対して照明光を垂直入射させると、 マス クに入射する照明光の光路とマスクで反射されて投影光学系へ向かう照明光の光 路とが重なり合い、 マスクを照明する照明系の光学部材が投影光学系の光路を遮 るか、 あるいは投影光学系の光学部材が照明系の光路を遮るからである。
また、 E UV L露光装置では、 反射型の投影光学系を介して細長い円弧状の実 効露光領域 (すなわち静止露光領域) しか得られないので、 投影光学系に対して マスクおよび感光性基板 (ウェハなど) を相対移動させつつマスクパターンを感 光性基板上へスキャン露光 (走査露光) することになる。 したがって、 感光性基 板と光学的にほぼ共役な位置に、 静止露光領域を規定するための視野絞りを設置 する必要がある。 従来の E UV L露光装置では、 照明系の光路中に視野絞りを設 け、 マスクと視野絞りとの間に結像反射光学系を介在させることにより、 視野絞 りをマスクと (ひいては感光性基板と) 光学的に共役な位置に配置している。 一般に、 E UV L露光装置では、 反射面当りの反射率が比較的低いので、 光量 損失の回避ひいてはスループットの向上の観点から、 光源と感光性基板との間に 介在する光学系 (すなわち照明光学系および投影光学系) における反射回数をで きるだけ低減することが求められる。 従来の E U V L露光装置では、 上述のよう にマスクと視野絞りとの間に結像反射光学系を介在させているので、 照明系の光 路中における反射回数が比較的多く、 結果として光量損失が大きくなり所要のス ル一プットを確保することができなかった。
そこで、 照明系の光路中における反射回数を低減して所要のスループットを確 保するために、 視野絞りを反射型のマスクに近接して配置する構成が考えられる。 しかしながら、 単に視野絞りを反射型のマスクに近接して配置する構成では、 視 野絞りにより所要光束の一部が遮られるため、 投影光学系の結像性能に悪影響が 及ぶことになり、 マスクパターンを感光性基板上に歪みなく忠実に転写すること ができない可能性がある。
本発明は、 前述の課題に鑑みてなされたものであり、 視野絞りを反射型のマス クに近接して配置する構成にもかかわらず投影光学系の結像性能への影響を良好 に抑えて、 マスクパターンを感光性基板上に忠実に且つ高スル一プットで転写す ることのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。 発明の開示
前記課題を解決するために、 本発明の第 1形態では、 所定のパターンが形成さ れた反射型のマスクを照明するための照明系と、 前記マスクのパターン像を感光 性基板上に形成するための投影光学系とを備え、 前記投影光学系に対して前記マ スクおよび前記感光性基板を所定方向に沿って相対移動させて前記マスクのパタ ーンを前記感光性基板上へ投影露光する露光装置において、
前記照明系は、 前記マスクに近接して配置されて前記マスク上における照明領 域を規定するための視野絞りを有し、
前記マスクと前記視野絞りとの間隔を i nとし、 前記投影光学系のマスク側の 開口数を N Aとし、 前記視野絞りの開口部の前記所定方向に沿った幅寸法を と し、 前記マスクを照明する照明光の主光線の前記マスクへの入射角 (r a d) を anとするとき、
i nく 0. 5 Xw/ (2 XNA+ a n)
の条件を満足することを特徴とする露光装置を提供する。
本発明の第 2形態では、 所定のパターンが形成された反射型のマスクを照明す る照明工程と、 投影光学系に対して前記マスクおよび感光性基板を所定方向に沿 つて相対移動させて前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光する露 光工程とを含む露光方法において、
前記照明工程は、 前記マスクに近接して配置された視野絞りを介して前記マス ク上における照明領域を規定する照明領域規定工程を含み、
前記照明領域規定工程では、 前記マスクと前記視野絞りとの間隔を i nとし、 前記投影光学系のマスク側の開口数を N Aとし、 前記視野絞りの開口部の前記所 定方向に沿った幅寸法を wとし、 前記マスクを照明する照明光の主光線の前記マ スクへの入射角 (r a d) を anとするとき、
i nく 0. 5 Xw/ (2 XNA+ an)
の条件を満足することを特徴とする露光方法を提供する。 図面の簡単な説明
第 1図は、 視野絞りを反射型のマスクに近接して配置する構成において発生す る不都合を説明する図である。
第 2 A図は、 視野絞りをマスクに密着させたときにマスク上において得られる 光強度分布を示す図である。 第 2 B図は、 視野絞りをマスクから僅かに離間させたときにマスク上において 得られる光強度分布を示す図である。
第 3図は、 本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 第 4図は、 ウェハ上に形成される円弧状の露光領域 (すなわち実効露光領域) と光軸との位置関係を示す図である。
第 5図は、 第 3図の光源および照明光学系の内部構成を概略的に示す図である。 第 6図は、 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一例に ついて、 そのフローチャートを示す図である。 発明を実施するための最良の形態
第 1図は、 視野絞りを反射型のマスクに近接して配置する構成において発生す る不都合を説明する図である。 第 1図を参照すると、 視野絞り F Sを反射型のマ スク Mに近接して配置する構成では、 開口数 N A i l l を有する照明光束が視野絞 り F Sを介してマスク Mに入射する際、 マスク M上の領域 bに入射する光束は視 野絞り F Sによって全く遮られることはない。 しかしながら、 領域 bの両側の領 域 aおよび cに入射する光束は、 視野絞り F Sによって部分的に遮られることに なる。 このとき、 両側の領域 aおよび cに入射する光束は、 その外端に近付くほ ど視野絞り F Sによって遮られる度合が大きくなる。
一方、 投影光学系 (第 1図では不図示) から見ると、 マスク M上の領域 eから マスク側 (物体側) 開口数 N Apro を有する投影光学系に入射する光束は、 視野 絞り F Sによって全く遮られることはない。 しかしながら、 領域 eの両側の領域 dおよび fから投影光学系に入射する光束は、 視野絞り F Sによって部分的に遮 られることになる。 このとき、 両側の領域 dおよび fからの光束は、 その外端に 近付くほど視野絞り F Sによって遮られる度合が大きくなる。 この場合、 投影光 学系を介して露光に寄与する結像光束は、 第 1図より明らかなように、 マスク M 上の領域 bと領域 eとが重なった領域、 領域 aおよび領域 f に入射して反射され た光束である。
ここで、 上述したように、 領域 aおよび領域 f に入射して反射された光束は、 視野絞り F Sによって部分的に遮られた光束である。 したがって、 照明系の射出 瞳上に所要の面光源が形成されていても、 投影光学系の入射瞳上に形成される面 光源の像が部分的に欠けることになり、 ひいては投影光学系の結像性能に悪影響 が及ぶことになる。 特に、 領域 fで反射された光束が感光性基板上で結像する領 域では、 他の結像領域と解像度が異なってしまうため、 感光性基板上に形成され るマスクパターン像の均一性に大きな影響を与えることが予想される。
なお、 視野絞りを反射型のマスクに近接して配置する構成において実用上最も 問題となるのは、 密集線パターンではなく、 孤立線の線幅である。 すなわち、 密 集線パターンはメモリー系の回路に多く使用されるが、 線が接続されているか否 かのみが重要であるため、 線幅のばらつきが大きな問題になることは少ない。 こ れに対し、 ロジック系の回路では、 等間隔に並んだ密集線パターンはほとんど無 く、 孤立したライン (孤立線) が縦横無尽にエリア内を走っているのが普通であ る。 ここで、 線幅にばらつきがあると、 情報の伝達スピードに場所ムラが発生し、 最悪の場合はデバイスとして成立しなくなつてしまう。
一般に、 デバイスがデバイスとして成立するために許容される孤立線の線幅ば らつきの許容量は、 設計線幅の 1 0 %程度と言われている。 最終的に完成した製 品の線幅ばらつきを 1 0 %以下に抑えるには、 露光装置に起因する線幅ばらつき を 3 %以下に抑える必要がある。 さらに、 露光装置に起因する線幅ばらつきを 3 %以下に抑えるには、 視野絞りに起因する線幅ばらつきを多くとも 1 %以下に 抑える必要がある。
さて、 第 1図において、 投影光学系を介して露光に寄与する結像光束は、 マス ク M上の領域 bと領域 eとが重なった領域、 領域 aおよび領域 f に入射して反射 された光束であるが、 このうち領域 bと領域 eとが重なった領域に入射して反射 された光束だけが投影光学系を介した正常な結像による露光を可能にする。 逆に、 領域 f に入射して反射された光束は、 投影光学系を介した結像に最も悪い影響を 与える。 したがって、 第 1図において領域 aの中点と領域 f の中点との間隔 g、 すなわち実効露光領域の幅 (スキャン方向に沿った寸法) に光学的に対応する実 効照明領域の幅 gに対する領域 f の幅を如何に小さくするかが、 投影光学系の結 像性能への影響を良好に抑えるための 1つの基準となる。
なお、 領域 f に入射して反射された光束が投影光学系の結像性能に与える悪影 響の程度は、 投影光学系の像側開口数 NA iやパターン線幅や照明光 (露光光) の波長 λなどに依存し、 投影光学系が像の回折光をどの範囲まで拾えるかを示す 値、 すなわち通称 k 1ファクターと呼ばれる値により決まる。 k lファクタ一は、 次の式 (1) により定義される。
k 1 = (パターン線幅) XNA i/え (1)
一般に、 EUVL露光装置では、 k 1ファクターの値として 0. 4程度が予定 されている。 そこで、 k l = 0. 4として後述の結像シミュレーションを行うと、 孤立線の線幅ばらつきを 1 %以下に抑えるには、 実効照明領域の幅 gに対する領 域 f の幅の比が次の条件式 (2) を満足する必要があることがわかった。
(領域 f の幅) / (実効照明領域の幅 g) <1/2 (2)
ここで、 マスクと視野絞りとの間隔を i nとし、 投影光学系のマスク側の開口 数を NAとし、 視野絞りの開口部のスキャン方向に沿った幅寸法を wとし、 マス クを照明する照明光の主光線のマスクへの入射角 (r a d) を anとするとき、 領域 f の幅および実効照明領域の幅 gは、 次の式(3)および (4) によりそれぞ れ表わされる。
領域 f の幅 = 2 XNAX i n (3)
実効照明領域の幅 g=w - 2 X i n X a n (4)
したがって、 式 (3) および (4) に示す関係を条件式 (2) に代入すると、 条件式 (2) を次の条件式 (5) のように変形することができる。
i nく 0. 5 Xw/ (2 XNA+ a n) (5)
なお、 孤立線の線幅ばらつきをさらに良好に抑えるには、 条件式 (2) の上限 値 (右辺の値) を 1Z4に設定することが好ましい。 この場合、 条件式 (5) に 対応する条件式として、 次の条件式 (6) が得られる。
i n < 0. 5 Xw/ (4 XNA+ an) (6)
ところで、 開口部のスキャン方向に沿った幅寸法が wの視野絞りをマスクに密 着させて間隔 i nを 0に設定すると、 第 2 A図に示すように、 マスク上にはスキ ヤン方向に沿った幅寸法が wの領域に亘つて均一な光強度分布が得られる。 この 場合、 感光性基板上での積算露光量の分布を一様にするには、 光源の 1パルス発 光に対応するマスクの走査移動量 (スキャン移動量) の整数倍とマスク上の照明 領域のスキャン方向に沿った幅寸法 wとを一致させる必要がある。 換言すれば、 1パルス発光分のマスク走査移動量の整数倍と幅寸法 wとを正確に一致させなけ れば、 感光性基板上において一様な積算露光量分布を得ることができない。 実際には、 マスクと視野絞りとの機械的干渉を避けるために、 視野絞りをマス クから僅かに離間させることになる。 この場合、 第 2 B図に示すように、 マスク 上のスキャン方向に沿った光強度分布は、 中央領域において均一であるが両側領 域において緩やかに光強度が変化する性状になる。 これは、 上述したように、 マ スク M上の領域 bに入射する光束は視野絞り F Sによって全く遮られることはな いが、 領域 bの両側の領域 aおよび cに入射する光束は視野絞り F Sによって部 分的に遮られることになるからである。
ここで、 マスク上のスキャン方向に沿つた光強度分布において緩やかに光強度 が変化する両側領域が存在すると、 1パルス発光分のマスク走査移動量の整数倍 とマスク上の照明領域のスキャン方向に沿った幅寸法 wとを正確に一致させなく ても、 感光性基板上においてほぼ一様な積算露光量分布を得ることができるとい う利点がある。 この目的のためには、 緩やかに光強度が変化する片側領域のスキ ヤン方向に沿った幅寸法 w' が照明領域のスキャン方向に沿った幅寸法 wの 1 % よりも大きいこと、 すなわち次の式 (9 a ) に示す関係が成立することが好まし い。
w/ 1 0 0 <w ' ( 9 a )
一方、 マスク上のスキャン方向に沿った光強度分布において緩やかに光強度が 変化する片側領域のスキャン方向に沿った幅寸法 w ' は、 次の式 (9 b ) により 表わされる。
w ' = NA X i n X 2 ( 9 b )
式 (9 a ) および (9 b ) より、 1パルス発光分のマスク走査移動量の整数倍 とマスク上の照明領域のスキャン方向に沿った幅寸法 wとが正確に一致しなくて も感光性基板上においてほぼ一様な積算露光量分布を得るには、 マスクと視野絞 りとの間隔 i nは次の条件式 (9) を満足することが好ましい。
w/ (200 XNA) < i n (9)
以下、 結像シミュレーションに用いた式を簡単に説明する。 まず、 投影光学系 の入射瞳上回折光振幅 D ( ζ , 7? ) は、 次の式 (7) で表わされる。 なお、 式 (7) において、 (ξ, 77 ) は投影光学系の入射瞳上の座標であり、 (x, y) は マスク上の座標であり、 M (x, y) はマスクの振幅透過率であり、 kは 2 πΖ λで表わされる定数であり、 「S Π はマスク上の視野に関する二重積分を表わ す記号である。
D (ξ ,η) = Jj ( , y) exp χ+η y)}dxdy (7)
また、 感光性基板上の光強度分布 I (X, Y) は、 次の式 (8) で表わされる。 なお、 式 (8) において、 (X, Y) は感光性基板上の座標であり、 (<5, ε) は 照明系の射出瞳に形成される実質的な面光源上の座標であり、 U (δ, ε) は面 光源の光強度分布であり、 ]3 (<5, ε , X, y) は面光源から投影光学系の入射 瞳への結像倍率であり、 W (ξ, V , X, Υ) は投影光学系の透過波面であり、 最初の 「 S」 は面光源に関する二重積分を表わす記号であり、 二番目の 「 $ S J は投影光学系の像側開口数 NAに関する二重積分を表わす記号である。
I{X ) = ffひ (ό,ε) \ ΐρ(ξ— βδ,η— βε)χ
面 NA
& p k(^X +ηΥ + )}άξάη \2άδάε (8)
本発明では、 マスク上における照明領域を規定するための視野絞りをマスクに 近接して配置する構成を採用しているが、 マスクと視野絞りとの間隔 i nが条件 式 (5 ) または (6 ) を満足するように設定されているので、 視野絞りによる遮 光が投影光学系の結像性能に与える影響を良好に抑えることができる。 また、 視 野絞りをマスクに近接して配置する構成を採用しているので、 マスクと視野絞り との間に結像反射光学系を介在させる必要がなく、 照明系の光路中における反射 回数を低減することができ、 光量損失を小さく抑えて所要のスループットを確保 することができる。 なお、 本発明では、 マスクと視野絞りとの間隔 i nが条件式 ( 9 ) を満足することが好ましい。 この構成により、 1パルス発光分のマスク走 査移動量の整数倍とマスク上の照明領域のスキャン方向に沿った幅寸法 wとを正 確に一致させなくても、 感光性基板上においてほぼ一様な積算露光量分布を得る ことができる。
こうして、 本発明の露光装置および露光方法では、 視野絞りを反射型のマスク に近接して配置する構成にもかかわらず投影光学系の結像性能への影響を良好に 抑えて、 マスクパターンを感光性基板上に忠実に且つ高スル一プットで転写する ことができ、 高精度なマイクロデバイスを高スループットで製造することができ る。
本発明の実施形態を、 添付図面に基づいて説明する。
第 3図は、 本発明の実施形態にかかる露光装置の全体構成を概略的に示す図で ある。 また、 第 4図は、 ゥェ八上に形成される円弧状の露光領域 (すなわち実効 露光領域) と光軸との位置関係を示す図である。 さらに、 第 5図は、 第 3図の光 源および照明光学系の内部構成を概略的に示す図である。 第 3図において、 投影 光学系の光軸方向すなわち感光性基板であるウェハの法線方向に沿って Z軸を、 ウェハ面内において第 3図の紙面に平行な方向に Y軸を、 ウェハ面内において第 3図の紙面に垂直な方向に X軸をそれぞれ設定している。
第 3図の露光装置は、 露光光を供給するための光源として、 たとえばレーザプ ラズマ光源 1を備えている。 光源 1から射出された光は、 波長選択フィルタ (不 図示) を介して、 照明光学系 2に入射する。 ここで、 波長選択フィル夕は、 光源 1が供給する光から、 所定波長 (たとえば 1 3 . 4 n mまたは 1 1 . 5 n m) の E UV光だけを選択的に透過させ、 他の波長光の透過を遮る特性を有する。 波長 選択フィル夕を透過した E U V光 3は、 照明光学系 2および光路偏向鏡としての 平面反射鏡 4を介して、 転写すべきパターンが形成された反射型のマスク (レチ クル) Mを照明する。 マスク Mは、 そのパターン面が X Y平面に沿って延びるよ うに、 Y方向に沿って移動可能なマスクステージ 5によって保持されている。 そ して、 マスクステージ 5の移動は、 レーザ干渉計 6により計測されるように構成 されている。
照明されたマスク Mのパターンからの光は、 反射型の投影光学系 P Lを介して、 感光性基板であるウェハ W上にマスクパターンの像を形成する。 すなわち、 ゥェ ハ W上には、 第 4図に示すように、 たとえば Y軸に関して対称な細長い円弧状の 露光領域 (すなわち静止露光領域) が形成される。 第 3図を参照すると、 光軸 A Xを中心とした半径 Φを有する円形状の領域 (イメージサークル) I F内におい て、 このイメージサークル I Fに接するように X方向の長さが L Xで Y方向の長 さが L Yの円弧状の実効露光領域 E Rが設定されている。
ウェハ Wは、 その露光面が X Y平面に沿って延びるように、 X方向および Y方 向に沿って二次元的に移動可能なウェハステージ 7によって保持されている。 な お、 ウェハステージ 7の移動は、 マスクステージ 5と同様に、 レーザ干渉計 8に より計測されるように構成されている。 こうして、 マスクステージ 5およびゥェ ハステージ 7を Y方向に沿って移動させながら、 すなわち投影光学系 P Lに対し てマスク Mおよびウェハ Wを Y方向に沿って相対移動させながらスキャン露光 (走査露光) を行うことにより、 ウェハ Wの 1つの露光領域にマスク Mのパター ンが転写される。
このとき、 投影光学系 P Lの投影倍率 (転写倍率) が例えば 1 / 4である場合、 ウェハステージ 7の移動速度をマスクステージ 5の移動速度の 1 Z 4に設定して 同期走査を行う。 また、 ウェハステージ 7を X方向および Y方向に沿って二次元 的に移動させながら走査露光を繰り返すことにより、 ウェハ Wの各露光領域にマ スク Mのパターンが逐次転写される。
また、 第 5図を参照すると、 レーザプラズマ光源 1では、 レーザ光源 1 1から 発した光 (非 E UV光) が集光レンズ 1 2を介して気体ターゲット 1 3上に集光 する。 ここで、 たとえばキセノン (X e ) からなる高圧ガスがノズル 1 4より供 給され、 ノズル 1 4から噴射されたガスが気体ターゲット 1 3を形成する。 気体 ターゲット 1 3は、 集光されたレーザ光によりエネルギーを得てプラズマ化し、 E UV光を発する。 なお、 気体ターゲット 1 3は、 楕円反射鏡 1 5の第 1焦点に 位置決めされている。 したがって、 レーザプラズマ光源 1から放射された E U V 光は、 楕円反射鏡 1 5の第 2焦点に集光する。 一方、 発光を終えたガスはダクト 1 6を介して吸引されて外部へ導かれる。
楕円反射鏡 1 5の第 2焦点に集光した E U V光は、 凹面反射鏡 1 7を介してほ ぼ平行光束となり、 一対のフライアイミラ一 1 8 aおよび 1 8 bからなるォプテ イカルインテグレー夕 1 8に導かれる。 一対のフライアイミラー 1 8 aおよび 1 8 bとして、 たとえば特開平 1 1— 3 1 2 6 3 8号公報において本出願人が開示 したフライアイミラ一を用いることができる。 なお、 フライアイミラ一のさらに 詳細な構成および作用については、 同公報における関連の記載を参照することが できる。
こうして、 第 2フライアイミラ一 1 8 bの反射面の近傍、 すなわちォプティカ ルインテグレー夕 1 8の射出面の近傍には、 所定の形状を有する実質的な面光源 が形成される。 ここで、 実質的な面光源は、 前述したように、 照明光学系 2の射 出瞳位置またはその近傍、 すなわち投影光学系 P Lの入射瞳と光学的に共役な面 またはその近傍に形成される。 実質的な面光源からの光は、 平面反射鏡 4により 偏向された後、 マスク Mにほぼ平行に且つ近接して配置された視野絞り 1 9を介 して、 マスク M上に細長い円弧状の照明領域を形成する。 照明されたマスク Mの パターンからの光は、 投影光学系 P Lを介して、 ウェハ W上にマスクパターンの 像を形成する。
本実施形態では、 視野絞り 1 9をマスク Mに近接して配置する構成を採用して いるが、 マスク Mと視野絞り 1 9との間隔 i nが上述の条件式 (5 ) または
( 6 ) を満足するように設定されているので、 視野絞り 1 9による遮光が投影光 学系 P Lの結像性能に与える影響を良好に抑えることができる。 また、 視野絞り
1 9をマスク Mに近接して配置する構成を採用しているので、 マスク Mと視野絞 り 1 9との間に結像反射光学系を介在させる必要がなく、 照明系の光路中におけ る反射回数を低減することができ、 光量損失を小さく抑えて所要のスループット を確保することができる。 さらに、 マスク Mと視野絞り 1 9との間隔 i nが条件 式 (9 ) を満足するように設定されているので、 1パルス発光分のマスク走査移 動量の整数倍とマスク M上の照明領域のスキャン方向に沿った幅寸法 wとを正確 に一致させなくても、 ウェハ W上においてほぼ一様な積算露光量分布を得ること ができる。
したがって、 本実施形態の露光装置では、 視野絞り 1 9を反射型のマスク Mに 近接して配置する構成にもかかわらず投影光学系 P Lの結像性能への影響を良好 に抑えて、 マスクパターンをウェハ W上に忠実に且つ高スループットで転写する ことができる。
上述の実施形態にかかる露光装置では、 照明系によってマスクを照明し (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、 本実施形態 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 例につき第 6図のフロ一チャートを参照して説明する。
先ず、 第 6図のステップ 3 0 1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 3 0 2において、 その 1ロットのウェハ上の金属膜上にフ オトレジストが塗布される。 その後、 ステップ 3 0 3において、 本実施形態の露 光装置を用いて、 マスク (レチクル) 上のパターンの像がその投影光学系を介し て、 その 1ロッ卜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 3 0 4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 3 0 5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。 上述の半導体デパ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卜良く得ることができる。 なお、 上述の実施形態では、 E U V光を供給するための光源としてレーザブラ ズマ光源を用いているが、 これに限定されることなく、 他の適当な光源を用いる こともできる。 産業上の利用の可能性
以上説明したように、 本発明では、 マスク上における照明領域を規定するため の視野絞りをマスクに近接して配置する構成を採用しているが、 マスクと視野絞 りとの間隔が所定の条件式を満足するように設定されているので、 視野絞りによ る遮光が投影光学系の結像性能に与える影響を良好に抑えることができる。 また、 視野絞りをマスクに近接して配置する構成を採用しているので、 マスクと視野絞 りとの間に結像反射光学系を介在させる必要がなく、 照明系の光路中における反 射回数を低減することができ、 光量損失を小さく抑えて所要のスループットを確 保することができる。
したがって、 本発明の露光装置および露光方法では、 視野絞りを反射型のマス クに近接して配置する構成にもかかわらず投影光学系の結像性能への影響を良好 に抑えて、 マスクパターンを感光性基板上に忠実に且つ高スループットで転写す ることができ、 高精度なマイクロデバィスを高スループットで製造することがで きる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 所定のパターンが形成された反射型のマスクを照明するための照明系と、 前記マスクのパターン像を感光性基板上に形成するための投影光学系とを備え、 前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を所定方向に沿って相 対移動させて前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光する露光装置 において、
前記照明系は、 前記マスクに近接して配置されて前記マスク上における照明領 域を規定するための視野絞りを有し、
前記マスクと前記視野絞りとの間隔を i nとし、 前記投影光学系のマスク側の 開口数を N Aとし、 前記視野絞りの開口部の前記所定方向に沿った幅寸法を wと し、 前記マスクを照明する照明光の主光線の前記マスクへの入射角 (r a d ) を a nとするとき、
i nく 0 . 5 X w/ ( 2 X N A + a n )
の条件を満足することを特徴とする露光装置。
2 . 請求の範囲第 1項に記載の露光装置において、
前記マスクと前記視野絞りとの間隔 i nは、
w/ ( 2 0 0 X N A) < i n
の条件を満足することを特徴とする露光装置。
3 . 所定のパターンが形成された反射型のマスクを照明する照明工程と、 投影 光学系に対して前記マスクおよび感光性基板を所定方向に沿って相対移動させて 前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光する露光工程とを含む露光 方法において、
前記照明工程は、 前記マスクに近接して配置された視野絞りを介して前記マス ク上における照明領域を規定する照明領域規定工程を含み、
前記照明領域規定工程では、 前記マスクと前記視野絞りとの間隔を i nとし、 前記投影光学系のマスク側の開口数を N Aとし、 前記視野絞りの開口部の前記所 定方向に沿った幅寸法を wとし、 前記マスクを照明する照明光の主光線の前記マ スクへの入射角 (r a d) を anとするとき、
i nく 0. 5 Xw/ (2 XNA+ an)
の条件を満足することを特徴とする露光方法。
4. 請求の範囲第 3項に記載の露光方法において、
前記マスクと前記視野絞りとの間隔 i nは、
w/ (200 XNA) < i n
の条件を満足することを特徴とする露光方法。
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