WO2005006414A1 - 集光光学系、光源ユニット、照明光学装置および露光装置 - Google Patents

集光光学系、光源ユニット、照明光学装置および露光装置 Download PDF

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Katsuhiko Murakami
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    • G—PHYSICS
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70008—Production of exposure light, i.e. light sources
    • G03F7/70033—Production of exposure light, i.e. light sources by plasma extreme ultraviolet [EUV] sources

Definitions

  • the present invention relates to a condensing optical system, an illumination optical device, and an exposure device. More specifically, the present invention relates to an exposure apparatus suitable for manufacturing a microdevice such as a semiconductor device by photolithography using EUV light (extreme ultraviolet light) having a wavelength of about 550 nm. It relates to an optical optical system.
  • EUV light extreme ultraviolet light
  • An exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device projects and transfers a circuit pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate such as a wafer coated with a resist via a projection optical system.
  • LPP Laser Produced Plasma
  • a DPP discharge Produced Plasma
  • a DPP discharge Produced Plasma light source that applies a voltage between the electrodes while the target material is present on or between the electrodes and converts the target material into plasma to obtain EUV light.
  • the DPP light source and the LPP light source are collectively referred to as "plasma light source”.
  • EUV light is isotropically emitted from a plasma light source. That is, the plasma light source can be regarded as a point light source.
  • the size (diameter) of the plasma light source is on the order of 50 to 500 ⁇
  • FIG. 1 shows an example of a conventional condensing optical system.
  • the converging mirror 2 has a spheroidal reflecting surface. When the plasma light source 1 is arranged at a first focal point (hereinafter, referred to as a first focal point) of the elliptical surface, the converging mirror 2 reflects the light.
  • the EUV light thus collected is converged on a second focal point (hereinafter, referred to as a second focal point) of the ellipsoid to form a light source image 3.
  • a second focal point On a plane passing through the second focal point of the converging mirror 2 and perpendicular to the optical axis (hereinafter referred to as a second focal plane), an aperture for blocking light beams directly incident from the EUV light source 1 without being condensed. 7 is arranged.
  • An illumination optical system is arranged downstream of the stop 7.
  • a part of the EUV light diverging isotropically from the plasma light source 1 is condensed by a converging mirror 2 having a spheroidal reflecting surface, like the conventional converging mirror shown in FIG. To form a light source image 3 on the second focal plane.
  • a converging mirror 2 having a spheroidal reflecting surface, like the conventional converging mirror shown in FIG.
  • another part of the EUV light is reflected by an auxiliary focusing mirror 4 having a spherical reflecting surface centered on the position of the plasma light source 1 and is once collected at the same position as the plasma light source 1. After that, the light is reflected by the converging mirror 2 and formed at the same position as the light source image 3.
  • a real image by the condensing mirror 2 of the plasma light source 1 and a real image by an optical system combining the auxiliary condensing mirror 4 and the condensing mirror 2 are formed in a superimposed manner.
  • the luminous flux diverging from the plasma light source 1 can be guided to the light source image 3 in a larger solid angle range, so that the amount of light guided to the illumination optical system increases.
  • Condensing optics based on this concept have already been put to practical use in projector condensing optics, etc.
  • Plasma used as an EUV light source generally strongly absorbs EUV light.
  • Plasma intensity EUV light of a specific wavelength is generated by the transition of electrons between energy levels unique to atoms. It generates light when transitioning to a lower energy level and absorbs light of the same wavelength when transitioning to a higher energy level. Therefore, light generated from the plasma is essentially greatly absorbed by the plasma.
  • EUV light reflected by the auxiliary focusing mirror 4 and returned to the position of the EUV light source 1 is absorbed by the plasma. Because it cannot be reached. Therefore, the total amount of collected EUV light does not increase.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and has been achieved by reflecting light from an auxiliary condensing mirror.
  • Condensing optics are configured so that EUV light is not absorbed by plasma, the total amount of EUV light to be collected is increased, and this condensing optical system is applied to EUV lithography equipment to greatly improve throughput.
  • the purpose is to aim.
  • the present invention uses the following means.
  • the condensing optical system of the present invention is a light source unit for EUV light
  • a plasma light source that emits EUV light that emits EUV light
  • a condensing mirror having a spheroidal reflecting surface and the plasma light source placed at a first focal point (elliptical focal point); and a spherical reflecting surface having a spherical center corresponding to the position of the plasma light source. And an auxiliary focusing mirror arranged so as to be shifted.
  • the spherical center of the auxiliary focusing mirror is displaced from the position of the plasma light source, the image of the plasma light source formed by the auxiliary focusing mirror is not included in the plasma. It is not formed at the light source position. Therefore, the EUV light reflected by the auxiliary condenser mirror can be prevented from being absorbed by the plasma.
  • the spherical center position of the auxiliary condensing mirror passes through the first focal point of the condensing mirror and is perpendicular to the optical axis (coinciding with the axis of the ellipse).
  • First focus of elliptical mirror It is also preferable that the distance from the optical axis is greater than or equal to the radius of the plasma light source.
  • the spherical center of the auxiliary condensing mirror is shifted by the radius of the plasma light source or more, the image position of the plasma light source formed by the auxiliary condensing mirror is Are not formed at the position of the plasma light source with a deviation of more than the radius. Therefore, it is possible to more reliably prevent EUV light reflected by the auxiliary condensing mirror from being absorbed by the plasma.
  • the auxiliary converging mirror is constituted by a plurality of mirrors having different spherical center positions.
  • the auxiliary condensing mirror is constituted by a plurality of mirrors having different spherical centers, the number of light source images formed on an incident surface of an optical integrator described later is reduced. , The uniformity of the illuminance on the mask surface after passing through the illumination optical system is improved.
  • a condensing mirror comprising a condensing mirror having a spheroidal reflecting surface and an auxiliary condensing mirror having a spherical surface having a spherical center at a first focal point of the condensing mirror.
  • R the radius of the auxiliary focusing mirror
  • the duration of the pulse light of the plasma light source is t
  • the speed of light is c
  • R> (tXc) / 2 must be satisfied. Is also preferred.
  • the condensing optical system when the plasma light source is placed at the position of the first focal point, the reciprocating distance from the plasma light source to the auxiliary condensing mirror becomes longer than the pulse light of the plasma light source.
  • the EUV light reflected by the auxiliary converging mirror 2 returns to the position of the plasma light source, the plasma becomes longer than the distance (t X c), which is the product of the energy of the duration (t) and the speed of light (c). Will disappear and EUV light will not be absorbed by the plasma.
  • the light source unit includes the plasma light source that emits EUV light at the first focal point of the light-collecting optical system.
  • the reciprocating distance from the light source to the auxiliary converging mirror is determined by the distance (tXc) which is the product of the duration (t) of the pulse light of the plasma light source and the speed of light (c).
  • the distance (tXc) which is the product of the duration (t) of the pulse light of the plasma light source and the speed of light (c).
  • the converging mirror is divided into a partial mirror near the plasma light source and a partial mirror far from the plasma light source, and only the partial mirror near the plasma light source is detachably replaceable. It is also preferred.
  • the reflection surface is affected by the radiant heat from the plasma light source
  • an illumination optical device of the present invention includes the above light source unit and an illumination optical system for guiding EUV light from the light source unit to a mask.
  • the EUV light from the light source unit can be supplied without substantial loss of light amount, and a mask on which a predetermined pattern is formed under favorable illumination conditions using an optical integrator. Can be illuminated.
  • the exposure apparatus of the present invention provides an illumination optical device for illuminating a reflective mask on which a predetermined pattern is formed, and a mask arranged on a surface to be illuminated by the illumination optical device.
  • the exposure apparatus includes a driving device that relatively moves the mask stage and the wafer stage relative to the projection optical system at a speed corresponding to the reduction ratio. And the above-mentioned illumination optical device.
  • the EUV light reflected by the auxiliary condenser mirror is not absorbed by the plasma by slightly shifting the spherical center position of the auxiliary condenser mirror from the plasma light source position.
  • much more EUV light can be efficiently collected than before.
  • by applying the light source unit whose light-collecting efficiency has been greatly increased to the exposure apparatus it is possible to significantly improve the throughput.
  • the reciprocating distance from the plasma light source to the auxiliary condensing mirror is made longer than the distance which is the product of the duration of the laser light of the plasma light source and the speed of light, thereby increasing the plasma.
  • the EUV light emitted from the light source is reflected by the auxiliary focusing mirror and returns, the plasma is extinguished, and the EUV light reflected by the auxiliary focusing mirror is not absorbed by the plasma.
  • much more EUV light can be efficiently collected than before.
  • by applying a light source unit having such a large increase in light collection efficiency to an exposure apparatus it is possible to significantly improve throughput.
  • Garden 1 is a view showing a conventional light-collecting optical system.
  • Garden 2 is a diagram showing a condensing optical system using a conventional auxiliary condensing mirror.
  • Garden 3 is a view showing a condensing optical system according to an embodiment of the present invention.
  • [Garden 4] is a view showing an example of an auxiliary focusing mirror.
  • Garden 5 is a view showing an example of an auxiliary condenser mirror.
  • FIG. 6 is a view showing a modification of the light collecting mirror according to the present invention.
  • Garden 7 is a view showing a condensing optical system using an auxiliary condensing mirror according to the present invention.
  • Garden 8 is a diagram showing an example of an EUV exposure apparatus using the condensing optical system according to the present invention.
  • Garden 9 is a view showing an example of an EUV exposure apparatus using the condensing optical system according to the present invention.
  • FIG. 3 shows a light source unit according to an embodiment of the present invention.
  • the plasma light source 1 has a first focal point (an elliptical shape) of a condenser mirror 2 having a spheroidal reflecting surface.
  • the auxiliary focusing mirrors 4a and 4b are arranged so that their spherical centers Ca and Cb are shifted from the position of the plasma light source 1 by ⁇ 0.25 mm in the direction perpendicular to the optical axis OA.
  • a part of the EUV light emitted from the plasma light source 1 is reflected by the condenser mirror 2 to form a light source image 3 on an elliptical second focal plane.
  • the other part of the EUV light emitted from the light source 1 is reflected by the auxiliary condensing mirrors 4a and 4b, and is separated from the plasma light source 1 by ⁇ 0.50 mm in a direction perpendicular to the optical axis OA.
  • Light source images 5a and 5b are formed at shifted positions. Since the size (diameter) of the plasma light source 1 is about 500 ⁇ , the light source images 5a and 5b can be prevented from being absorbed by the plasma without overlapping with the plasma position.
  • the light source images 5a and 5b are reflected by the converging mirror 2 to form light source images 6a and 6b on an elliptical second focal plane.
  • a stop 7 for removing stray light is provided on the second focal plane of the ellipse, and the light source images 3, 6a, 6b are formed side by side on the openings provided in the stop 7.
  • An illumination optical system (described later) is provided downstream of the stop 7, and the luminous flux diverging from the light source images 3, 6a, 6b is introduced there.
  • the diaphragm 7 can also serve as a vacuum partition for performing differential exhaust between the light source unit and the portion where the illumination optical system and the like are arranged.
  • an optical integrator for dividing a light beam diverging from a light source to form a plurality of light source images is used.
  • an optical integrator By using an optical integrator, the intensity distribution of the illumination light irradiated on the mask can be made uniform.
  • the light-collecting optical system of the light source unit since a plurality of light source images 3, 6a, and 6b are formed by the light-collecting optical system, these can be used as a part of the function of the optical integrator. I can do it.
  • FIG. 3 shows a view from the side, but when viewed from the direction of the optical axis OA, the auxiliary focusing mirrors 4a-4d are actually divided into four parts as shown in FIG. 4 (a). Therefore, five light source images 3, 6a-6d are formed on the focal plane as shown in Fig. 4 (b). Since the number of light source images formed on the entrance surface of the optical integrator increases, the illuminance uniformity on the exit surface of the optical integrator improves.
  • the auxiliary focusing mirrors 4a and 4h may be divided into eight parts. This
  • FIG. 6 is a side view of a modification of the condenser mirror 2 shown in FIG. As shown in Figure 6, It can also be divided into two parts, a partial mirror 2a near and at the position of plasma and a partial mirror 2b at a position far from and away from the plasma.
  • the reflective surface is likely to be severely damaged due to the effects of radiant heat from the plasma light source 1 and EUV light irradiation heat, and it is necessary to remove and replace only the partial mirror 2a. It is desirable that the configuration be replaceable.
  • FIG. 7 shows a light source unit according to an embodiment of the present invention.
  • the plasma light source 1 in the plasma light source 1, light (non-EUV light) emitted from the laser light source LS is condensed through the through hole of the lens 12 and the converging mirror 2.
  • the plasma light source 1 is disposed at a first focal point of a condenser mirror 2 having a spheroidal reflecting surface.
  • An auxiliary focusing mirror 4 having a spherical reflecting surface centered on this position is arranged.
  • a part of the EUV light emitted from the plasma light source 1 is reflected by the focusing mirror 2 to form a light source image 3 on an elliptical second focal plane.
  • Another part of the EUV light emitted from the plasma light source 1 is reflected by the auxiliary focusing mirror 4 to form a light source image 3 at the same position as the plasma light source 1.
  • the distance from the plasma light source 1 to the auxiliary converging mirror 2 was 4 Ocm.
  • a laser plasma light source (LPP) was used as the plasma light source, and the duration of the plasma light source was 2 ns.
  • the EUV light emitted from the plasma light source 1 travels a distance of 80 cm before being reflected by the auxiliary focusing mirror 2 and returning to the position of the plasma light source 1, so that a time of 2.7 ns is required.
  • the duration of the pulse light of the plasma light source is 2 ns, even if the light is generated at the beginning of the pulse, the plasma is already extinguished when it is reflected by the auxiliary focusing mirror 2 and returns to the position of the plasma light source 1. are doing. Therefore, EUV light cannot be absorbed by plasma.
  • the luminous flux traveling from this light source image is reflected by the condensing mirror 12 and falls on the second focal plane of the ellipse.
  • a light source image 3 is formed. That is, at the position of the light source image 3, the real image by the condensing mirror 2 of the plasma light source 1 and the real image by the optical system combining the auxiliary converging mirror 4 and the converging mirror 2 are at the same position at different times. It is formed.
  • a stop 7 for removing stray light is provided on the focal plane of the ellipse, and the light source image 3 is formed on an opening provided in the stop 7.
  • An illumination optical system (not shown) is provided downstream of the stop, and a luminous flux diverging from the light source image 3 is introduced into the illumination optical system.
  • the diaphragm 7 can also serve as a vacuum partition for performing differential evacuation between the light source unit and a portion where the illumination optical system and the like are arranged.
  • FIG. 8 shows a light source unit according to a first embodiment of the present invention, and an illumination optical system using a rod-type optical integrator (Japanese Patent Application No. 2000-068114) by the present applicant. 1 shows an embodiment of an EUV exposure apparatus.
  • FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a first projection exposure apparatus according to the present embodiment.
  • the projection exposure apparatus is roughly divided into a light source unit LU, an illumination optical system IU, and a projection optical system PL. Power is composed. These are placed in a chamber filled with a force that is placed in the chamber in a vacuum state, at least a gas (such as helium) that absorbs little at least the used wavelength.
  • a gas such as helium
  • the laser light source LS is slightly tilted with respect to the optical axis OA so that direct laser light (non-EUV light) does not enter the illumination optical system IU downstream of the second focal point CP of the condenser mirror 2. It is desirable to be located.
  • a gas ejected from a gas nozzle 14 with a high-pressure gas such as a xenon (Xe) force forms a 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 condenser mirror 2. Therefore, EUV light emitted from the plasma light source 1 is focused on the second focal point CP of the focusing mirror 2.
  • the auxiliary focusing mirror 4 is composed of two mirrors, the center of which is perpendicular to the optical axis OA rather than the position of the plasma light source 1.
  • the illumination optical system IU is composed of an opticanole integrator 10 and an imaging system including a concave mirror M2 and a convex mirror M3.
  • the optical integrator 10 is arranged such that the incident end face 10F is located near the second focal point CP of the condenser mirror 2, and the light reflected by the inner wall surface of the optical integrator 10 and passed therethrough is emitted. Emitted from end face 10B.
  • the light emitted from the emission end face 10 B of the optical integrator 10 is reflected by the concave mirror M 2, reflected by the convex mirror M 3, further reflected by the concave mirror M 2, and reflected by the reflection type mask R. Lighting.
  • the device pattern surface of the mask R and the emission end surface 10B of the optical integrator 10 have a conjugate relationship. As described with reference to FIG. 2, the exit end face 10B is uniformly illuminated in the plane, so that the mask R plane is also uniformly illuminated.
  • the projection optical system PL includes, in order from the mask R side, a concave mirror M4, a convex mirror M5, a concave mirror M6, and a concave mirror M7.
  • the concave mirror M4, the concave mirror M6 and the concave mirror M7 are formed in an aspherical shape. For example, this configuration is disclosed in JP-A-9-251097.
  • the light reflected by the reflective mask R forms a device pattern on the resist-coated wafer W via the projection optical system PL. Since the illumination area of the mask R is smaller than the area of the device pattern of the mask, the mask R and the wafer W are synchronously scanned to expose the entire device pattern, as shown by the arrows in FIG. After the entire device pattern is exposed, the wafer is stepped to the next exposure area. This operation is repeated, that is, a plurality of device patterns are formed on the entire wafer by the step-and-scan method.
  • the light source unit according to the present embodiment has the same configuration as that of the light source unit shown in FIG. 8 of the third embodiment, and the description of the overlapping parts will be omitted.
  • the EUV light collected at the second focal point CP of the collection mirror 2 is guided to a pair of fly-eye mirrors 16a and 16b via a collimator mirror 15.
  • a fly-eye mirror disclosed by the present applicant in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-312638 can be used.
  • the related description in JP-A-11-312638 can be referred to.
  • a substantial surface light source having a predetermined shape is formed near the reflection surface of the second fly-eye mirror 16b, that is, near the emission surface of the optical integrator 16.
  • the light from the substantial surface light source is deflected by the plane reflecting mirror 17, and then forms an elongated arc-shaped illumination area on the mask R via a field stop (not shown). Of illuminated mask
  • the light from the pattern forms an image of the mask pattern on the wafer W via the projection optical system PL.
  • the projection optical system PL is composed of six mirrors in order from the mask R side. For example, this configuration is disclosed in JP-A-11-312638.
  • the plasma light source 1 is disposed at the first focal point (elliptical focal point) of the condenser mirror 2 having a spheroidal reflection surface as the condenser optical system, and
  • the mirrors 4a and 4b have their spheres perpendicular to the optical axis OA more than the position of the plasma light source 1.
  • the focusing optical system which is not limited to this is a focusing mirror having a spheroidal reflecting surface and an auxiliary focusing mirror comprising a spherical surface having a spherical center at a first focal point of the focusing mirror.
  • R the radius of the auxiliary focusing mirror
  • the duration of the pulse light of the plasma light source is t
  • the speed of light is c
  • R> (t X c) Z2 is satisfied. It can also be arranged so that
  • an LPP type light source is used as the plasma light source.
  • the power S is not limited to this, and a DPP type light source can also be used.
  • the EUV light reflected by the auxiliary condenser mirror is not absorbed by the plasma by shifting the spherical center position of the auxiliary condenser mirror slightly from the position of the plasma light source. .
  • much more EUV light can be efficiently collected than before.
  • by applying a light source unit having such a large increase in light collection efficiency to an exposure apparatus it is possible to significantly improve throughput.
  • the reciprocating distance from the plasma light source to the auxiliary converging mirror is made longer than the distance that is the product of the duration of the pulse light of the plasma light source and the speed of light, so that the light from the plasma light source is emitted.
  • the plasma is extinguished, and the EUV light reflected by the auxiliary focusing mirror is not absorbed by the plasma.
  • much more EUV light can be efficiently collected than before.
  • by applying a light source unit having such a large increase in light collection efficiency to an exposure apparatus it is possible to significantly improve throughput.

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Abstract

　ＥＵＶ光の光源ユニットであって、ＥＵＶ光を放出するプラズマ光源と、回転楕円面の反射面を有し、その第１の焦点に該プラズマ光源が置かれた集光ミラーと、球面の反射面を有し、球心が該プラズマ光源の位置とずらされているように配置された補助集光ミラーとを備えるEV光の光源ユニットを提供する。

Description

明 細 書
集光光学系、光源ユニット、照明光学装置および露光装置
技術分野
[0001] 本発明は、集光光学系、照明光学装置および露光装置に関する。さらに詳細には 、本発明は、 5 50nm程度の波長を有する EUV光（極端紫外線）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イエ程で製造するのに使用される露光 装置に好適な集光光学系に関するものである。
背景技術
[0002] 半導体デバイスの製造用の露光装置は、マスク上に形成された回路パターンを投影 光学系を介してレジストが塗布されたウェハ等の感光性基板上に投影転写する。
[0003] 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。近 年、次世代装置として、 5— 50nm程度の波長を有する EUV (Extreme UltraViolet) 光を用いる露光装置（以下、「EUVL (Extreme UltraViolet Lithography :極紫外リソ グラフィ）露光装置」とレ、う）が提案されてレ、る。
[0004] 現在、 EUV光を供給する光源として、以下に示す 3つのタイプの光源が提案されて いる。
(1) SR (シンクロトロン放射光）を供給する光源
(2)レーザ光をターゲット上に集光し、ターゲットをプラズマ化して EUV光を得る LPP (Laser Produced Plasma)光源
(3)ターゲット物質からなる電極上、あるいは電極間にターゲット物質が存在する状 態で電極間に電圧を印加し、ターゲット材料をプラズマ化して EUV光を得る DPP ( Discharge Produced Plasma)光源。
[0005] 以下、 DPP光源および LPP光源を「プラズマ光源」と総称する。
[0006] EUV光はプラズマ光源から等方的に放出される。即ち、プラズマ光源は点光源と 見なすことが出来る。プラズマ光源のサイズ（直径）は、 50から 500 μ πιの程度である [0007] 図 1に従来の集光光学系の一例を示す。集光ミラー 2は、回転楕円面形状の反射 面を有しており、その楕円面の第 1の焦点（以下、第 1の焦点という）にプラズマ光源 1 を配置すると、集光ミラー 2で反射した EUV光は楕円面の第 2の焦点（以下、第 2の焦 点という）に集光されて光源像 3を形成する。集光ミラー 2の第 2の焦点を通り光軸に 垂直な平面（以下、第 2焦点面という）には、集光されずに EUV光源 1から直接入射し てくる光束を遮蔽するための絞り 7が配置される。この絞り 7の下流に照明光学系が 配置される。
上述の図 1に示すような集光光学系では、プラズマ光源 1から下流（図 1では右側）へ 進む光束の大半は集光ミラー 2で集光することが出来ず無駄になってしまう。このよう な下流へ進む光束も集光できるようにするためには、図 2に示すような集光光学系が 考えられる。
[0008] プラズマ光源 1から等方的に発散する EUV光の一部は、図 1に示す従来の集光ミラ 一と同様に回転楕円面形状の反射面を有する集光ミラー 2により集光されて第 2焦点 面に光源像 3を形成する。一方 EUV光の別の一部は、プラズマ光源 1の位置を中心 とする球面形状の反射面を有する補助集光ミラー 4で反射されプラズマ光源 1と同一 の位置に一旦集光される。その後、集光ミラー 2で反射されて光源像 3と同一の位置 に結像される。
[0009] 即ち、光源像 3の位置には、プラズマ光源 1の集光ミラー 2による実像と、補助集光 ミラー 4と集光ミラー 2を組み合わせた光学系による実像とが重畳されて形成される。
[0010] この集光光学系では、プラズマ光源 1から発散する光束を、より大きな立体角の範 囲で光源像 3へ導くことが出来るので、照明光学系へ導かれる光量が増加する。この ような考え方にもとづく集光光学系は、プロジェクターの集光光学系などに既に実用 化されている
(例えば、 Panasonic DLP方式プロジェクター ライティア TH-D9610J商品情報 [平成 1 5年 5月 26日検索]、インターネット く
http://panasomc.biz/projector/lightia/ d9bl0/kido.html>
)
発明の開示 発明が解決しょうとする課題
[0011] EUV光源として使用されるプラズマは、一般に EUV光を強く吸収する。プラズマ中 力 特定の波長の EUV光が発生するのは、原子に固有のエネルギー準位間を電子 が遷移することによる。低いエネルギー準位へ遷移するときに光を発生し、逆に高い エネルギー準位へ遷移するするときに同じ波長の光を吸収する。従って、プラズマか ら発生した光は、本質的に、そのプラズマによる吸収が大きい。
[0012] したがって、図 2の集光光学系をそのまま EUV露光装置へ適用することは出来なレ、
[0013] 図 2の集光光学系において、補助集光ミラー 4で反射して EUV光源 1の位置へ戻つ てきた EUV光は、プラズマにより吸収されてしまうので、実際には光源 3の位置まで到 達することが出来ないからである。従って、集光される EUV光の総量は増加しない。
[0014] 本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、補助集光ミラーで反射された
EUV光がプラズマにより吸収されないように集光光学系を構成して、集光される EUV 光の総和を増加させ、この集光光学系を EUV露光装置に適用して、スループットの 大幅な向上を図ることを目的とする。
課題を解決するための手段
[0015] 上記課題を解決するために本発明は以下の手段を用いる。
[0016] 本発明の集光光学系は、 EUV光の光源ユニットであって、
EUV光を放出するプラズマ光源と、
回転楕円面の反射面を有し、その第 1の焦点 (楕円の焦点）に該プラズマ光源が置 かれた集光ミラーと、球面の反射面を有し、球心が該プラズマ光源の位置とずらされ ているように配置された補助集光ミラーとを備えることを特徴とする。
[0017] 上記光源ユニットによれば、該補助集光ミラーの球心が該プラズマ光源の位置とず らされているので、該補助集光ミラーにより形成される該プラズマ光源の像は該プラ ズマ光源位置には形成されない。したがって、該補助集光ミラーで反射された EUV 光がプラズマにより吸収されるのを避けることができる。
[0018] また、更に上記集光光学系において、前記補助集光ミラーの球心位置が、該集光 ミラーの第 1の焦点を通り光軸 (楕円の軸と一致する）に垂直な平面 (楕円鏡の第 1焦 点面と記す）内にあって、光軸から該プラズマ光源の半径以上ずらされていることをも 好ましい。
[0019] 更にまた上記集光光学系によれば、該補助集光ミラーの球心が該プラズマ光源の 半径以上ずらされているので、該補助集光ミラーにより形成される該プラズマ光源の 像位置が半径以上ずれて該プラズマ光源位置には形成されなレ、。したがって、該補 助集光ミラーで反射された EUV光がプラズマにより吸収されるのをより確実に避けるこ とができる。
[0020] 上記光源ユニットは、前記補助集光ミラーが、球心位置が異なる複数のミラーから 構成することが好ましい。
[0021] 上記の光源ユニットによれば、前記補助集光ミラーが、球心位置が異なる複数のミ ラーにより構成されていることにより後述のオプティカルインテグレータの入射面に形 成される光源像の数が増加するので、照明光学系を通過した後のマスク面上での照 度均一性が向上する。
[0022] また、上記集光光学系において、回転楕円面の反射面を有する集光ミラーと、該集 光ミラーの第 1の焦点に球心を有する球面からなる補助集光ミラーとを備える集光光 学系において、該補助集光ミラーの半径を Rとし、プラズマ光源のパルス光の持続時 間を tとし、光速を cとするとき、 R> (t X c) /2を満足することも好ましい。
[0023] 上記集光光学系によれば、前記第 1の焦点の位置にプラズマ光源を置くと、該プラ ズマ光源から該補助集光ミラーまでの往復距離が、該プラズマ光源のパルス光の持 続時間（t)と光速 (c)の積力 なる距離 (t X c)よりも長くなるので該補助集光ミラー 2 で反射した EUV光が該プラズマ光源の位置へ戻ってきたときには、既にプラズマは 消滅して、 EUV光がプラズマによって吸収されることはなレ、。
[0024] また、上記の光源ユニットは、集光光学系の前記第 1の焦点に、 EUV光を放出する 前記プラズマ光源を置くことも好ましレ、。
上記の光源ユニットによれば、前記光源から該補助集光ミラーまでの往復距離が、該 プラズマ光源のパルス光の持続時間（t)と光速（c)の積からなる距離 (t X c)よりも長 くなるので該補助集光ミラー 2で反射した EUV光が該プラズマ光源の位置へ戻ってき たときには、既にプラズマは消滅して、 EUV光がプラズマによって吸収されることはな く光量損失を良好に抑えて EUV光を集光させることができる。
[0025] また、上記光源ユニットにおいて、前記集光ミラーが前記プラズマ光源に近い部分 ミラーと遠い部分ミラーに分割されており、前記プラズマ光源に近い部分ミラーのみを 取り外し交換できるように構成しておくことも好ましい。
[0026] 上記光源ユニットによれば、反射面がプラズマ光源からの放射熱の影響および
EUV光の照射熱の影響を受けて、損傷の激しい部分ミラーだけを取り外して、容易に 交換できる。
[0027] また、本発明の照明光学装置は、上記光源ユニットと、該光源ユニットからの EUV 光をマスクへ導くための照明光学系とを備えていることを特徴とする。
上記照明光学装置によれば、該光源ユニットからの EUV光を実質的に光量損失す ることなく供給でき、オプティカルインテグレータを用いて良好な照明条件のもとで所 定のパターンが形成されたマスクを照明することができる。
[0028] また、本発明の露光装置は、所定のパターンが形成された反射型のマスクを照明 するための照明光学装置と、前記照明光学装置によって照明されるべき被照射面に 配置されたマスクを保持するマスクステージと、ウェハを保持するウェハステージと、 前記マスクに形成された所定パターンを前記ウェハに所定の縮小比でもって投影す る投影光学系と、前記マスクに形成された所定パターンを前記ウェハに投影する際 に、前記投影光学系に対して前記マスクステージと前記ウェハステージとを前記縮 小比に応じた速度で同期して相対的に移動させる駆動装置とを備える露光装置にお いて、上記照明光学装置を有することを特徴としている。
発明の効果
[0029] 以上のように本発明によれば、補助集光ミラーの球心位置をプラズマ光源位置より 僅かにずらすことにより、補助集光ミラーで反射された EUV光がプラズマにより吸収さ れなくなる。これにより、従来よりずっと多くの EUV光を効率よく集光可能となる。また、 このように集光効率が大幅に増加した光源ユニットを露光装置に適用することにより、 スループットの大幅な向上を図ることが可能となる。
[0030] また、本発明では、プラズマ光源から補助集光ミラーまでの往復距離を、プラズマ 光源のノ^レス光の持続時間と光速の積からなる距離よりも長くすることにより、プラズ マ光源から出た EUV光が補助集光ミラーで反射して戻ってくるまでに、プラズマが消 滅して、補助集光ミラーで反射された EUV光がプラズマにより吸収されなくなる。これ により、従来よりずっと多くの EUV光を効率よく集光可能となる。また、このように集光 効率が大幅に増加した光源ユニットを露光装置に適用することにより、スループットの 大幅な向上を図ることが可能となる。
図面の簡単な説明
[0031] 園 1]従来の集光光学系を示す図である。
園 2]従来の補助集光ミラーを用いた集光光学系を示す図である。
園 3]本発明の実施例である集光光学系を示す図である。
園 4]補助集光ミラーの一例を示す図である。
園 5]補助集光ミラーの一例を示す図である。
園 6]本発明による集光ミラーの変形例を示す図である。
園 7]本発明による補助集光ミラーを用いた集光光学系を示す図である。
園 8]本発明による集光光学系を用いた EUV露光装置の一例を示す図である。 園 9]本発明による集光光学系を用いた EUV露光装置の一例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
[0032]
実施例 1
[0033] 本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
実施例 2
[0034] 図 3に本発明の実施例である光源ユニットを示す。
[0035] プラズマ光源 1は回転楕円面形状の反射面を有する集光ミラー 2の第 1の焦点 (楕 円の
焦点）に配置される。補助集光ミラー 4a,4bは、その球心 Ca,Cbがプラズマ光源 1の位 置よりも光軸 OAに対して垂直方向に ± 0. 25mmだけ各々ずれるよう傾けて配置され ている。プラズマ光源 1から出射した EUV光の一部は、集光ミラー 2で反射されて、楕 円の第 2焦点面上に光源像 3を形成する。 [0036] '光源 1から出射した EUV光の他の一部は、補助集光ミラー 4a，4bで反射さ れて、光軸 OAに対して垂直方向に ± 0. 50mmだけ各々プラズマ光源 1からずれた 位置に光源像 5a， 5bを形成する。プラズマ光源 1のサイズ（直径）は約 500 μ πιなの で、光源像 5a，5bはプラズマ位置と重なることは無ぐプラズマによる吸収を避けること が出来る。
光源像 5a, 5bは、集光ミラー 2により反射されて、楕円の第 2焦点面上に光源像 6a,6b を形成する。楕円の第 2焦点面には迷光を除去するための絞り 7が設けられており、 光源像 3， 6a, 6bはこの絞り 7に設けられた開口上に並置して形成される。絞り 7の下 流には照明光学系（後述）が設けられており、光源像 3,6a,6bから発散する光束がそ こへ導入される。絞り 7は、光源ユニットと照明光学系等の配置された部分との間で差 動排気を行うための真空隔壁を兼ねることが出来る。
[0037] 一般に、露光装置の照明光学系においては、ケーラー照明を行うために、光源か ら発散する光束を分割して複数の光源像を形成するためのオプティカルインテグレ ータが使用される。オプティカルインテグレータを使用することによりマスク上に照射さ れる照明光の強度分布を均一にすることができる。
[0038] 本発明による光源ユニットの集光光学系では、集光光学系によって複数の光源像 3 ， 6a，6bが形成されるので、これをオプティカルインテグレータの機能の一部として使 用することが出来る。
[0039] 図 3では横から見た図を示したが、光軸 OA方向から見ると、実際には図 4 (a)に示 すように、補助集光ミラー 4a— 4dは四分割されており、焦点面には図 4 (b)に示すよう に 5つの光源像 3， 6a— 6dが形成される。オプティカルインテグレータの入射面に形 成される光源像の数が増加するので、オプティカルインテグレータ出射面での照度 均一性が向上する。
[0040] 図 5 (a)に示すように、補助集光ミラー 4a 4hを八分割しても良い。この
場合は、焦点面には図 5 (b)に示すように、 9つの光源像 3，6a 6hが形成
される。なお、補助集光ミラーの分割方法は、上記の実施例に限定されるもので はない。
[0041] 図 6は、図 1に示す集光ミラー 2の変形例を横から見た図である。図 6に示すように、 プラズマに近レ、位置の部分ミラー 2aとプラズマから遠レ、位置の部分ミラー 2bの二つ に分割することもできる。特に、反射面がプラズマ光源 1からの放射熱の影響および EUV光の照射熱の影響を受けて、損傷の激しレ、部分ミラー 2aだけを取り外して交換 する必要が予想されるため、容易に交換可能な構成であることが望ましい。
実施例 3
図 7に本発明の実施例である光源ユニットを示す。図 7を参照すると、プラズマ光源 1では、レーザ光源 LSから発した光（非 EUV光）がレンズ 12および集光ミラー 2の貫 通孔を介して集光する。プラズマ光源 1は回転楕円面形状の反射面を有する集光ミ ラー 2の第 1の焦点に配置される。この位置を中心とする球面形状の反射面を有する 補助集光ミラー 4が配置される。プラズマ光源 1から出射した EUV光の一部は、集光ミ ラー 2で反射されて、楕円の第 2焦点面上に光源像 3を形成する。プラズマ光源 1から 出射した EUV光の他の一部は、補助集光ミラー 4で反射されて、プラズマ光源 1と同 一の位置に光源像 3を形成する。プラズマ光源 1から補助集光ミラー 2までの距離は 4 Ocmとした。プラズマ光源にはレーザープラズマ光源 (LPP)を使用し、プラズマ光源 のノ^レス光の持続時間は 2nsとした。プラズマ光源 1から出射した EUV光は、補助集 光ミラー 2で反射してプラズマ光源 1の位置に戻ってくるまでに 80cmの距離を進行す るので、 2. 7nsの時間を必要とする。プラズマ光源のパルス光の持続時間は 2nsなの で、パルスの最初に発生した光であっても、補助集光ミラー 2で反射してプラズマ光 源 1の位置へ戻ってきたときには、既にプラズマは消滅している。従って、 EUV光がプ ラズマによって吸収されることはなレ、。この光源像から進行していく光束は、集光ミラ 一 2で反射されて、楕円の第 2焦点面上に
光源像 3を形成する。即ち、光源像 3の位置には、プラズマ光源 1の集光ミラー 2によ る実像と、補助集光ミラー 4と集光ミラー 2を組み合わせた光学系による実像が、同一 の位置に異なる時刻に形成される。楕円の焦点面には迷光を除去するための絞り 7 が設けられており、光源像 3はこの絞り 7に設けられた開口上形成される。絞りの下流 には照明光学系（不図示）が設けられており、光源像 3から発散する光束がそこへ導 入される。絞り 7は、光源部と照明光学系等の配置された部分との間で差動排気を行 うための真空隔壁を兼ねることが出来る。 実施例 4
[0043] 図 8に、本発明の第 1の実施例である光源ユニットと、本出願人らによるロッド型ォプ ティカルインテグレータ（特願 2000-068114号）を用いた照明光学系とを用いた EUV露光装置の実施例を示す。
[0044] 図 8は、本実施形態にかかる第 1の投影露光装置の概略構成を示す図であり、投 影露光装置は、大きく分けて光源ユニット LU、照明光学系 IU、および投影光学系 P L力ら構成される。これらは、真空状態でチャンバ内に置かれる力、少なくとも使用波 長に対して吸収が少ない気体 (ヘリウム等）で満たされてチャンバ内に置かれる。
[0045] 図 8を参照すると、プラズマ光源 1では、レーザ光源 LSから発した光（非 EUV光）が レンズ 12および集光ミラー 2の貫通孔を介して気体ターゲット 13上に集光する。
[0046] なお、レーザ光源 LSは、直接レーザ光（非 EUV光）が集光ミラー 2の第 2の焦点 C P下流の照明光学系 IUへ入射しないように光軸 OAに対して僅かに傾けて配置され るのが望ましい。ここで、例えばキセノン (Xe)力 なる高圧ガスがガスノズル 14より噴 射されたガスが気体ターゲット 13を形成する。気体ターゲット 13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、 EUV光を発する。なお、気体ターゲット 1 3は、集光ミラー 2の第 1の焦点に位置決めされている。したがって、プラズマ光源 1か ら出射された EUV光は、集光ミラー 2の第 2の焦点 CPに集光される。一方、発光を 終えたガスは回収手段 11を介して吸引されて外部へ導かれる。また補助集光ミラー 4は 2つのミラーからなり、その球心がプラズマ光源 1の位置よりも光軸 OAに対して垂 直方向
に各々 ± 0. 25mmだけずれるよう傾けて配置されている。
[0047] 照明光学系 IUは、ォプティカノレインテグレータ 10と凹面鏡 M2及び凸面鏡 M3で 構成される結像系とから構成される。オプティカルインテグレータ 10は、その入射端 面 10Fが集光ミラー 2の第 2の焦点 CPの近傍に位置するように配置されており、ォプ ティカルインテグレータ 10の内壁面で反射して通過した光は出射端面 10Bから射出 される。
[0048] オプティカルインテグレータ 10の出射端面 10Bから射出された光は、凹面鏡 M2で 反射され、凸面鏡 M3で反射され、さらに凹面鏡 M2で反射されて、反射型のマスク R を照明する。マスク Rのデバイスパターン面とオプティカルインテグレータ 10の出射端 面 10Bとは共役の関係となるようにする。図 2を使って説明したように出射端面 10Bが その面内が均一性良く照明されているため、マスク R面上も均一に照明される。
[0049] 投影光学系 PLは、マスク R側から順に、凹面鏡 M4、凸面鏡 M5、凹面鏡 M6及び 凹面鏡 M7から構成される。凹面鏡 M4、凹面鏡 M6及び凹面鏡 M7は非球面形状 に形成されている。例えばこの構成は、特開平 9-251097号に開示されている。
[0050] 反射型のマスク Rを反射した光は、投影光学系 PLを経由してレジストが塗布された ウェハ Wにデバイスパターンを形成する。マスク Rの照明領域は、マスクのデバイスパ ターンの領域よりも狭いので、図 6において矢印で示されるように、マスク Rとウェハ W とを同期スキャンして、デバイスパターン全体を露光する。デバイスパターン全体が露 光した後、次の露光領域にウェハをステップさせる。この動作を繰り返し、つまりステ ップアンドスキャン方式により、ウェハ全体に複数のデバイスパターンを形成する。
[0051] なお、本実施例ではロッド型のオプティカルインテグレータを用いた例を示したが、 特開平 11-312638号公報に記載されているように、反射型のオプティカルインテグ レータを用いることもできる。図 9を参照しながら反射型のオプティカルインテグレータ を用いた EUV露光装置の一例を説明する。
[0052] 本実施形態に力かる光源ユニットは、実施例 3の図 8に示す光源ユニットと同一構 成であるので、重複する部分の説明は省略する。集光ミラー 2の第 2の焦点 CPに集 光した EUV光は、コリメータミラー 15を介して一対のフライアイミラー 16aおよび 16b 力 なるインテグレータ 16に導かれる。一対のフライアイミラー 16aおよび 16bとして、 たとえば特開平 11一 312638号公報において本出願人が開示したフライアイミラーを 用いることができる。なお、フライアイミラーのさらに詳細な構成および作用について は、たとえば特開平 11—312638号公報における関連の記載を参照することができる
[0053] こうして、第 2フライアイミラー 16bの反射面の近傍、すなわち、オプティカルインテグ レータ 16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 。実質的な面光源からの光は、平面反射鏡 17により偏向された後、視野絞り（不図示 )を介して、マスク R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 の パターンからの光は、投影光学系 PLを介して、ウェハ W上にマスクパターンの像を形 成する。
[0054] 投影光学系 PLは、マスク R側から順に、 6枚のミラーで構成してレ、る。例えば、この 構成は特開平 11一 312638号公報に開示されてレ、る。
[0055] なお、上述の実施形態では、集光光学系としてプラズマ光源 1は回転楕円面形状 の反射面を有する集光ミラー 2の第 1の焦点 (楕円の焦点）に配置され、補助集光ミラ 一 4a,4bは、その球心がプラズマ光源 1の位置よりも光軸 OAに対して垂直方向に土
0. 25mmだけ各々ずれるよう傾けて配置されてレ、る。
しかしながら、これに限定されることなぐ集光光学系は、回転楕円面の反射面を有 する集光ミラーと、該集光ミラーの第 1の焦点に球心を有する球面からなる補助集光 ミラーとを備える集光光学系において、該補助集光ミラーの半径を Rとし、プラズマ光 源のパルス光の持続時間を tとし、光速を cとするとき、 R> (t X c) Z2を満足するよう に配置することもできる。
[0056] また、上述の実施形態では、プラズマ光源として LPPタイプの光源を用いて
いる力 S、これに限らず、 DPPタイプの光源を用いることもできる。
産業上の利用可能性
[0057] 以上のように本発明によれば、補助集光ミラーの球心位置をプラズマ光源位置より僅 力、にずらすことにより、補助集光ミラーで反射された EUV光がプラズマにより吸収され なくなる。これにより、従来よりずっと多くの EUV光を効率よく集光可能となる。また、こ のように集光効率が大幅に増加した光源ユニットを露光装置に適用することにより、 スループットの大幅な向上を図ることが可能となる。
[0058] また、本発明では、プラズマ光源から補助集光ミラーまでの往復距離を、プラズマ 光源のパルス光の持続時間と光速の積からなる距離よりも長くすることにより、プラズ マ光源から出た EUV光が補助集光ミラーで反射して戻ってくるまでに、プラズマが消 滅して、補助集光ミラーで反射された EUV光がプラズマにより吸収されなくなる。これ により、従来よりずっと多くの EUV光を効率よく集光可能となる。また、このように集光 効率が大幅に増加した光源ユニットを露光装置に適用することにより、スループットの 大幅な向上を図ることが可能となる。

Claims

請求の範囲
[1] EUV光の光源ユニットであって、
EUV光を放出するプラズマ光源と、
回転楕円面の反射面を有し、その第 1の焦点に該プラズマ光源が置かれた集光ミラ 一と、
球面の反射面を有し、球心が該プラズマ光源の位置とずらされてレ、るように配置され た補助集光ミラーとを備える光源ユニット。
[2] 前記補助集光ミラーの球心位置が、該集光ミラーの第 1の焦点を通り光軸に垂直な 平面内にあって、光軸から該プラズマ光源の半径以上ずらされていることを特徴とす る請求項 1に記載の光源ユニット。
[3] 前記補助集光ミラーは、球心位置が異なる複数のミラーから構成されていることを特 徴とする請求項 1又は請求項 2に記載の光源ユニット。
[4] 前記補助集光ミラーは、少なくとも 4つのミラーから構成されていることを特徴とする請 求項 3に記載の光源ユニット。
[5] 回転楕円面の反射面を有する集光ミラーと、該集光ミラーの第 1の焦点に球心を有 する球面からなる補助集光ミラーとを備え、プラズマ光源から出るパルス光を集光す る集光光学系において、
該補助集光ミラーの半径を Rとし、該プラズマ光源のパルス光の持続時間を tとし、光 速を cとするとき、 R> (t X c) /2を満足することを特徴とする集光光学系。
[6] 前記補助集光ミラーの半径が 30cm以上に設定されていることを特徴とする請求項 5 に記載の集光光学系。
[7] 請求項 5又は請求項 6記載の集光ミラーの前記第 1の焦点に、 EUV光を放出する前 記プラズマ光源が置かれたことを特徴とする光源ユニット。
[8] 前記集光ミラーは前記プラズマ光源に近い部分ミラーと遠い部分ミラーに分割されて おり、前記プラズマ光源に近い部分ミラーのみを取り外し交換できるように構成されて レ、ることを特徴とする請求項 1乃至 4又は請求項 7のいずれ力 1項に記載の光源ュニ ッ卜。
[9] 請求項 1乃至 4又は請求項 7, 8のいずれ力 1項に記載の光源ユニットと、該光源ュニ ットからの EUV光をマスクへ導くための照明光学系とを備えていることを特徴とする 照明光学装置。
[10] 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光学装置と、 前記照明光学装置によって照明されるべき被照射面にマスクを保持するマスクステ ージと、
ウェハを保持するウェハステージと、前記マスクに形成された所定パターンを前記 ウェハに所定の縮小比でもって投影する投影光学系と、
前記マスクに形成された所定パターンを前記ウェハに投影する際に、前記投影光 学系に対して前記マスクステージと前記ウェハステージとを前記縮小比に応じた速 度で同期して相対的に移動させる駆動装置とを備える露光装置において、
前記照明光学装置として、請求項 9に記載の照明光学装置を有することを特徴とす
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