(57)【要約】      （修正有）【課題】例えばＥＵＶ光に適したコヒーレンシー検出手段を備えた露光装置、及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供することである。【解決手段】所望の回路パターンが形成された反射型レチクルＲに極端紫外線を照射する照明光学系１０と、前記反射型レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳと、前記反射型レチクルＲのパターンの像を感光性基板に縮小転写するために、前記レチクル側が非テレセントリックな投影光学系２０と、前記感光性基板を保持する基板ステージＷＳと、前記投影光学系２０を介することなく前記照明光学系２０の瞳における光強度分布を検出する検出装置３０とを備える。【選択図】図１
2006128550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の回路パターンが形成された反射型レチクルに極端紫外線を照射する照明光学系と、前記反射型レチクルを保持するレチクルステージと、前記反射型レチクルのパターンの像を感光性基板に縮小転写するために、前記反射型レチクル側が非テレセントリックな投影光学系と、前記感光性基板を保持する基板ステージと、前記投影光学系を介することなく前記照明光学系の瞳における光強度分布を検出する検出装置とを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記検出装置は、前記照明光学系の瞳に形成される２次光源の像を形成するリレー光学系と、前記リレー光学系により形成される前記２次光源の像を光電検出する検出器を有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記検出手段は、前記レチクル面を挟んで前記投影光学系とは反対側に配置されることを特徴とする請求項1または２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記検出器は１次元または2次元の光量センサを含み、前記センサは前記投影光学系の光軸上と交差するように配置したことを特徴とする、請求項２または３に記載の露光装置。
【請求項５】
前記検出器は１次元または2次元の光量センサを含み、前記リレー光学系は、前記投影光学系の瞳面を境にレチクル側の光学系と同等の結像機能を有することを特徴とする請求項２または３に記載の露光装置。
【請求項６】
前記リレー光学系及び前記投影光学系は反射光学系で構成されることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
前記レチクルステージは、前記反射型レチクルを保持するレチクル保持部と前記照明光学系からの極端紫外線を前記検出手段へ導くための導光空間部とを有し、
前記検出手段は、前記導光空間部を通して前記照明光学系の瞳における光強度分布を検出することを特徴とする請求項１乃至６の何れか1項に記載の露光装置。
【請求項８】
前記レチクル面に対応する前記導光空間部の位置にピンホールが配置されていることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
【請求項９】
前記検出手段は、前記照明光学系と前記レチクル面との間の光路中または前記反射型レチクル面と前記投影光学系との間の光路中に照明光路を折り曲げる挿脱可能なミラーをさらに備え、
前記検出手段は、前記挿脱可能なミラーを介して前記照明光学系の瞳における光強度分布を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項１０】
前記照明光学系は、非露光光で反射型レチクルを照明する機能を具備し、前記検出手段は非露光光によって形成された２次光源像の光強度分布を検出することを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の露光装置。
【請求項１１】
前記検出手段は、前記反射型レチクル面を挟んで前記投影光学系とは反対側に配置され光電検出器を有し、
前記光電検出器は、集光作用または発散作用を受けることなく前記照明光学系からの極端紫外光を受光することを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
【請求項１２】
前記光電検出器は１次元または2次元の光量センサを含み、前記センサは前記投影光学系の光軸上と交差するように配置したことを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記検出手段は、前記照明光学系の瞳における光強度分布を光電検出する検出器と、前記検出器からの出力に含まれる光学的誤差を補正する補正手段を有することを特徴とする請求項１、１１および１２の何れか１項に記載の露光装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３に記載の何れか1項に記載の露光装置を用いて前記反射型レチクルのパターンを前記感光性基板に露光する工程と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置、及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
露光波長が５０ｎｍより短い極端紫外線用の投影露光機（所謂、ＥＵＶ露光装置）は、所望の回路パターンを形成したレチクルに極端紫外線を照射する照明光学系と、該レチクルを保持するレチクルステージと、該回路パターンの像をウエハ上に縮小転写する投影光学系と、該ウエハを保持するウエハステージを備えている。この投影光学系は例えば６枚の非球面ミラーで構成されたリングフィールド光学系が使用される。リングフィールド光学系では30mm角程度のチップを一括で露光することはできないので、レチクルとウエハを同期スキャンさせる。
【０００３】
このとき、所望のレチクルパターンをウエハ上に形成するためには、照明光学系の空間コヒーレンシー(σ値)を所望の値に設定することが好ましい。σ値は０〜１の間の値をとるが、通常の露光においてはσ＝０.３〜０.８程度に設定する場合が多い。さらには、露光するパターンに最適なコヒーレンシーが選択できるように、照明光学系にコヒーレンシーの調整機構あるいは切替機構を具備することが望まれ、さらに、露光装置にコヒーレンシーを測定する機能があると、照明光学系を所望のコヒーレンシーに設定することが容易になり好ましい。
【０００４】
従来の紫外線露光装置では、図７に示す如く、照明光学系１０の内部に配置された不図示のオプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、ガラスロッド等）等にて2次光源を生成し、レチクルステージＲＳに載置されたレチクルＲを介して、その2次光源像を投影光学系２の入射瞳面に形成する。コヒーレンシーを測定する方法としては、図７に示すように、ウエハステージＷＳに設けられた検出装置３によって２次光源像を観察する手法が挙げられる。この検出装置３０は、光電検出器３２と、投影光学系２０の瞳Ｐと光電検出器３２の受光面とを光学的に共役にするレンズ３１とを備えている。なお、図７では、投影光学系２０の瞳Ｐとウエハ面との間の光学系をレンズ２２として示している。
【０００５】
図８は、従来の紫外線露光装置の様子をさらに詳細に示す図である。図８に示す如く、照明光学系１０は、光源１１、この光源１からの光をコリメートするコリメートレンズ１２、コリメートレンズ１２からのコリメート光に基づき多数の光源像Ｓ（２次光源）を形成するフライアイレンズ等のオプティカルインテグレータ１３、および多数の光源像Ｓからの光を集光して重畳するようにレチクルＲを照明するコンデンサーレンズ１４を備えている。投影光学系２０はレンズ２１及び２２を備え、不図示のレチクルステージＷＳには、レンズ３１及び光電検出器３２を有する検出装置３０が設けれている。
【０００６】
以上の構成により、フライアイレンズ等のオプティカルインテグレータ１３のより、同一面内に配列した複数の点光源が形成され、ここには、実質的に２次光源Ｓが形成される。この２次光源Ｓの転写像が投影光学系の瞳面Ｐ上に投影するように照明光学系を設計されており、部分コヒーレント条件（０＜σ＜１）で露光が可能になる。ウエハ面（像面）Ｗの下流に配置された光学観察機構としての検出装置３０にて、投影光学系の瞳Ｐに形成された２次光源像を検出器３２の受光面に再結像させて、その像は、ＣＣＤ等の受光素子で構成される検出器３２で観察される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＥＵＶ露光装置に従来のコヒーレンシー検出手段を適応する場合、コヒーレンシー検出手段における光学観察機構をＥＵＶ光に適した光学系にする必要が生じる。ＥＵＶ光は物質による吸収が大きいため、従来のレンズが使用できない。代わりに反射光学系で光学系を構成することも可能であるが、ＥＵＶ光の強度ロスが大きい点や、光学系が大きくなるなど、現実困難な課題があった。しかも、例えば６枚程度のミラーを備えた投影光学系を介してコヒーレンシー検出することは、光量損失の点からより一層深刻である。
本発明の課題は、上記のような問題点を鑑みて、例えばＥＵＶ光に適したコヒーレンシー検出手段を備えた露光装置、及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る露光装置においては、所望の回路パターンが形成された反射型レチクルに極端紫外線を照射する照明光学系と、前記反射型レチクルを保持するレチクルステージと、前記反射型レチクルのパターンの像を感光性基板に縮小転写するために、前記反射型レチクル側が非テレセントリックな投影光学系と、前記感光性基板を保持する基板ステージと、前記投影光学系を介することなく前記照明光学系の瞳における光強度分布を検出する検出装置とを備えるようにしたものである。
【０００９】
これにより、極端紫外線によってもσ値の計測が高照明効率のもとで実現できるため、精度良くσ値を検出することができる。
また、上記本発明の露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法によれば、極端紫外線によってもより微細なパターンが形成された良好なるマイクロデバイスを製造することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、極端紫外線によってもσ値の計測が高照明効率のもとで実現できるため、精度良くσ値を検出することができる極めて優れた露光装置を実現することができる。さらに、この露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法によれば、極端紫外線によってもより微細なパターンが形成された良好なるマイクロデバイスを製造することができる。
【発明の実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明によるＥＵＶ露光装置を図1に示す。図１に示す如く、本実施例によるＥＵＶ露光装置は、回路パターンが形成された反射型レチクルＲに極端紫外線を照射する照明光学系１０と、反射型レチクルＲを保持するレチクルステージＷＳと、反射型レチクルＲの回路パターンの像をウエハ（感光性基板）Ｗ上に縮小転写する投影光学系２０と、ウエハＷを保持するウエハステージ（基板ステージ）ＷＳと、照明光学系１０内部の図示のフライアイミラー等の反射型のオプティカルインテグレータで形成される２次光源像の光強度分布を検出する2次光源像検出機構（検出装置）３０を具備した。
【００１２】
ここで、照明光学系１０は、反射型レチクルＲを照明する主光線がレチクルＲ面の法線に対して僅かに傾斜するように構成されており、それに対応して投影光学系２０は、レチクル面側では非テレセントリックとなるように構成されている。なお、投影光学系２０は、ウエハ面側ではテレセントリックとなるように構成されている。
【００１３】
以上のように、本実施例ではレチクルＲを反射型とした理由は、ＥＵＶ光の物質に対する吸収が大きいために、従来の透過型レチクルが適応できないためである。また、投影光学系２０を物体側が非テレセントリックな光学系とした理由は、このような投影光学系２０と反射型レチクルＲとを組み合わせて使用すると、レチクルＲに入射する光束と反射する光束を適切に分離することができる。
【００１４】
ここで、前述のい如く、照明光学系１０は、不図示であるが、フライアイミラー等の反射型のオプティカルインテグレータによって、光源から射出したＥＵＶ光を複数の光束に分割して２次光源を生成し、この２次光源の像を投影光学系の瞳面上に形成する機能を有している。このような照明光学系１０の機能によって、所望の照明コヒーレンシーのもとでレチクルＲのパターンをウエハＷに転写することができる。
【００１５】
本実施の形態のＥＵＶ露光装置では、前記２次光源の像を投影光学系２０の瞳面Ｐ上と別の空間に形成して、その強度を２次光源検出機構（検出装置）３０で計測するように構成している。２次光源検出機構３０は、例えばＣＣＤ等の受光素子であり、ＣＣＤの受光面上に形成した２次光源像を計測する。あるいは、微小なフォトセンサを1列に並べた検出素子を用いて、これをセンサの配列と直交する方向に走査して、２次元情報を検出してもよい。
【００１６】
図１を参照しながら本実施の形態にかかる２次光源像検出機構３０をより具体的に説明する。図１に示す如く、レチクルステージＲＳは、レチクルＲを保持するレチクル保持部と照明光学系１０からの極端紫外線を２次光源像検出機構３０へ導くための開口部（導光空間部）とを有し、反射レチクルＲを退避させると、照明光学系１０からの照明光は、開口部を通して、照明光学系１０の瞳Ｒにおける２次光源の光強度分布を検出する２次光源像検出機構３０へ導かれる。
【００１７】
すなわち、本実施の形態では、前記投影光学系を含まない空間（投影光学系を介さない位置）に、２次光源像検出機構３０を配置した。図1は、実施の形態の内、最もシンプルな配置を記載したものである。２次光源像検出機構３０は、ＣＣＤ等の受光素子３２で構成し、これを照明光と投影光学系２０の光軸が交差する点の近傍に配置すると、適切な２次光源像を得ることができる。
【００１８】
ここで、本実施の形態の場合、受光素子３２上に形成される２次光源像は、投影光学系２０の瞳面Ｐ上に形成される２次光源像と若干異なり、わずかにゆがんだ像として検出される。これはレチクルＲと瞳面の間に投影光学系２０を構成するミラーが存在し、そのミラーの影響が、本実施の形態の２次光源像検出において排除されているからである。このミラーによる２次光源像のゆがみ量は、あらかじめ光学計算によって容易に推測できるため、この計算結果に基づいて得られた２次光源像の歪み補正量を用いて、受光素子３２にて光電検出された２次光源の出力を補正手段によって補正してやれば、本実施の形態においても、照明コヒーレンシーを正確に把握することができる。
【００１９】
次に、本発明による第２の実施の形態を図２に示す。本実施例は図1に示した実施例に対して、ＣＣＤ等の受光素子の上流に反射ミラー３１aを挿入した。そのミラー３１aは1つあるいは複数のミラーで構成してよいが、図2には1枚の場合を記載した。このミラー３１aに関しては投影光学系２０のうちレチクル面と瞳面との間に配置された光学系と同等の結像性能を与えることが好ましい。この結果、受光素子３２面上には投影光学系２０の瞳面Ｐ上と同等の２次光源像を形成することができる。
【００２０】
例えば、投影光学系２０の瞳面Ｐが上流から数えて２番目のミラー面上に形成される場合は、２次光源像検出機構３０の光学系も同様に1枚のミラー３１a で構成して、そのミラー３１aの曲率半径を投影光学系２０の上流から数えて1番目のミラー２１aの曲率半径と一致させるとよい。さらに、このミラーと３１aレチクルＲとの間の距離を、投影光学系２０の1番目のミラー２１aとレチクルＲの間隔と一致させることによって、ミラー３１aで反射した光束が投影光学系の光軸と交差する点近傍に２次光源像が形成される。ここに、受光素子３２を配置することによって、２次光源像を良好に検出することができる。
【００２１】
この実施の形態においても、２次光源像を検出する際は、レチクルを退避させなければならないが、そのために図1の実施の形態と同様に、レチクルステージＲＳにて照明光学系１０からの極端紫外線を２次光源像検出機構３０へ導くための開口部（導光空間部）を設けるとよい。
【００２２】
次に、本発明による第３の実施の形態を図３に示す。第３の実施の形態では、レチクルＲと照明光学系１０の間に挿脱可能な反射ミラーＭ１を配置している。露光時には、不図示の駆動系を介して反射ミラーＭ１は照明光路から退避し、２次光源像検出時には反射ミラーＭ１は不図示の駆動系を介して照明光路に挿入され、２次光源像検出機構３０におけるＣＣＤ等の受光素子にて２次光源像が検出される。
【００２３】
また、次に、本発明による第４の実施の形態を図４に示す。第４の実施の形態では、レチクルＲと投影光学系２０との間に挿脱可能な反射ミラーＭ２を配置している。露光時には、不図示の駆動系を介して反射ミラーＭ２は照明光路から退避し、２次光源像検出時には反射ミラーＭ２は不図示の駆動系を介して照明光路に挿入され、２次光源像検出機構３０におけるＣＣＤ等の受光素子にて２次光源像が検出される。
【００２４】
以上の図３および図４に示した実施の形態によれば、図1および２に示した例に比べて、装置の高さを小さくできるという利点がある。また、図３および図４に示した実施の形態では、図1の例と同様に照明光学系１０と受光素子３２との間にリレー光学系を配置しない例を記載したが、これらの第３及び第４の実施の形態においても、図２の第２の実施の形態と同様に受光素子３２の上流にリレー光学系３１aを配置してもよい。
【００２５】
さらに、図３および図４に示した実施の形態では、図1の例と同様に照明光学系１０と受光素子３２との間にリレー光学系を配置しないことで２次光源像が歪む場合（または検出光が光学系の集光作用または発散作用を受けることなく２次光源像が歪む場合）には、これらの第３及び第４の実施の形態においても、図１の第１の実施の形態と同様に２次光源像が歪み量を予め求めておき、受光素子３２にて検出された出力を補正するようにしてもよい。
【００２６】
なお、以上の各実施に形態における投影光学系２０は輪帯状の視野を有するが、コヒーレンシーは視野の各点で異なる(分布をもつ)場合がある。このようなコヒーレンシー分布を評価したい場合は、物体面あるいはそれと光学的に等価な面に微小開口マスクを配置するとよい。該マスクを物体面に沿って走査することによって、コヒーレンシーの分布を計測することができる。この際、受光素子やその上流に配置した光学系も微小開口マスクと同様に位置を変えてやるとよい。
【００２７】
また、以上の各実施形態における照明光学系１０を構成する光学素子は、すべてミラーである場合が多い。これは露光に用いる波長に対して、屈折レンズが適応できないためである。ミラーは波長による結像性能の違いが実質的にないため、非露光光を用いても２次光源像を形成することが出来る。非露光光を照明光学系に入射して、形成された２次光源像の光強度分布を検出するようにしてもよい。例えば、照明系の上流に挿入ミラーを配置して、ＥＵＶ光源と別に用意した非露光光源から射出した光を照明系に導入するとよい。また、一般にＥＵＶ光源からはＥＵＶ波長以外の光も射出され、光源あるいは照明光学系に配置された波長選択フィルタで、不要な非露光光を除去する場合が多い。このような場合は、波長選択フィルタをはずすあるいは交換することによって、非露光光を照明光学系に導入してもよい。
【００２８】
上述の実施の形態にかかる露光装置では、照明光学系１０によってレチクル（マスク）を照明し、投影光学系２０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（ウエハ）に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて感光性基板としてのウエハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図５のフローチャートを参照して説明する。
【００２９】
先ず、図５のステップＳ３０１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ３０２において、そのｌロットのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップＳ３０３において、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウエ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Ｓ３０４において、その１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ３０５において、その１ロットのウエ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、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。
【００３０】
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。上述のマイクロデバイス製造方法によれば、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて露光を行うため、適切な波長の照明光によりマスクの照明を行うことができ、極めて微細な回路パターンを有するマイクロデバイスを精度良く得ることができる。なお、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０５では、ウエハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウエハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
【００３１】
また、上述の実施の形態にかかる露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図６のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図７において、パターン形成工程Ｓ４０１では、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程Ｓ４０２へ移行する。
【００３２】
次に、カラーフィルター形成工程Ｓ４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの
３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程Ｓ４０２の後に、セル組み立て工程Ｓ４０３が実行される。セル組み立て工程Ｓ４０３では、パターン形成工程Ｓ４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程Ｓ４０３では、例えば、パターン形成工程Ｓ４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
【００３３】
その後、モジュール組み立て工程Ｓ４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて露光を行うため、適切な波長の照明光によりマスクの照明を行うことができ、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスを精度良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の第１の実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】この発明の第２の実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す図である。
【図３】この発明の第３の実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す図である。
【図４】この発明の第４の実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図７】従来の露光装置の概略構成を示す図である。
【図８】従来の露光装置の光学的構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０…照明光学系、２０…投影光学系、３０…２次光源像検出機構、２１ａ、３１ａ…ミラー、３２…光電検出器、Ｒ…レチクル、ＲＳ…レチクルステージ、Ｗ…ウエハ、ＷＳ…ウエハステージ、Ｍ１、Ｍ２…折り曲げミラー、Ｐ…投影光学系の瞳面、Ｓ…２次光源
【図１】
2006128550.tif 000003
【図２】
2006128550.tif 000004
【図３】
2006128550.tif 000005
【図４】
2006128550.tif 000006
【図５】
2006128550.tif 000007
【図６】
2006128550.tif 000008
【図７】
2006128550.tif 000009
【図８】
2006128550.tif 000010