(57)【要約】【課題】  照明条件を任意かつ連続的に変更できるようにした照明光学系を提供する。【解決手段】  照明光学系３００は、光源２００からの光で被照明面１４を照明する。該照明光学系内の特定位置には、二次元的に配列されて、それぞれ変位駆動が可能な複数のミラー４ａが設けられている。照明光学系は、例えば、光源からの光束を略平行光束に変換する第１の光学系と、該複数のミラー４ａを有し、第１の光学系からの光束を反射するインテグレータ４と、該インテグレータからの光束により被照明面に所定形状の照明領域を形成する第２の光学系５〜１２とを有する。【選択図】  図１
2006216917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光で被照明面を照明する照明光学系であって、
該照明光学系内の特定位置に二次元的に配列され、それぞれ変位駆動が可能な複数のミラーを有することを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記変位駆動は、傾きおよび位置のうち少なくとも一方を変更する駆動であることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
【請求項３】
前記各ミラーは、曲面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
【請求項４】
前記光は、波長が２０ｎｍ〜５ｎｍの光であることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。
【請求項５】
前記特定位置は、該照明光学系の瞳面の位置又はそれに近接した位置であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の照明光学系。
【請求項６】
該照明光学系は、前記光源からの光束を略平行光束に変換する第１の光学系と、前記複数のミラーを有し、前記第１の光学系からの光束を反射するインテグレータと、該インテグレータからの光束により前記被照明面に所定形状の照明領域を形成する第２の光学系とを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の照明光学系。
【請求項７】
前記複数のミラーの位置および向きのうち少なくとも一方に応じて前記被照明面に対する照明条件が変更されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の照明光学系。
【請求項８】
前記ミラーにより反射された光により形成された有効光源分布に対応する光量分布を計測する計測手段と、
該計測手段による計測結果に基づいて前記複数のミラーの変位駆動を制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の照明光学系。
【請求項９】
原版を照明する請求項１から８のいずれか１つに記載の照明光学系と、
前記原版のパターンの像を被露光体に投影する投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の露光装置を用いて被露光体を露光する工程と、
前記露光された前記被露光体を現像する工程とを有することを特徴とするデバイスの製造方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学系に関し、特に波長２０ｎｍ〜５ｎｍの極端紫外線領域（ＥＵＶ：extreme ultraviolet)の光を利用して、半導体ウエハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などの被露光体を露光する照明光学系、露光装置およびデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体露光装置の照明光学系においては、レンズ等の光学素子を光軸方向に移動させることによって、通常照明のコヒーレンスファクタσ(照明光学系のマスク側ＮＡと投影光学系のマスク側ＮＡとの比)や、変形照明の形状、例えば輪帯照明の輪帯比(内σと外σの比)といった照明条件を変更している。
【０００３】
但し、ＥＵＶ光源を利用した半導体露光装置においては、変形照明を形成する場合、光学素子の反射率が小さいため、複数の光学素子を組み合わせた系よりも、虹彩絞り等、メカニカルな開口絞りで光束を切り出した方が光利用効率が高いことが知られている。
【０００４】
また、コヒーレンスファクタσや変形照明の形状を変える、つまり照明条件を変えることを目的として、照明光学系の瞳面に複数の開口絞りを有したターレット機構を配置し、所望の照明条件に応じて開口絞りを選択するようにした照明光学系が提案されている（特許文献１参照）。また、瞳面に、円筒反射面を平行に並べたり微小反射面を二次元配列したりした反射型インテグレータを照明条件に応じて変更することが可能な照明光学系も提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
なお、複数の光源を束ねて利用して光量を増大させることができるようにしたＥＵＶ露光装置であって、照明光学系中に、向きを変えることができるミラーを配置した例も提案されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００２−２０３７６７号公報（段落００８１，図４等）
【特許文献２】特開２００３−０４５７８４号公報(段落００４１，００４２，００８２，図２，図７，図１２等)
【特許文献３】特開２００３−１８５７９８号公報(段落００１２、図４等)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ターレット上に複数の開口絞りを配置したり、複数のインテグレータを切り換えて使用したりする場合は、選択できる照明条件が数種類に限定されてしまい、任意かつ連続的な照明条件の選択ができない。開口絞りの数やインテグレータの数を増やすことで、選択できる照明条件を増加させることはできるが、露光装置のサイズが大型化するため、現実的ではない。
【０００７】
さらに、照明条件を変更するために、虹彩絞り機構やターレット状の切り換え機構を設けると、照明光学系を収容する真空領域内に比較的大型のアクチュエータを配置する必要がある。アクチュエータが大型化すると、その表面積も大きくなるため、該アクチュエータのアウトガス性能が悪化する。したがって、真空領域の真空度に悪影響を与えてしまうことになる。
【０００８】
さらに、ターレット上に搭載された開口絞り等を真空領域外から交換する場合、一度真空パージを破り、大気開放してから交換作業を行うことになる。このため、露光装置の稼働率が著しく低下する。
【０００９】
本発明は、照明条件を任意かつ連続的に変更できるようにした照明光学系、露光装置およびこれを用いたデバイス製造方法を提供することを目的の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１つの側面としての本発明は、光源からの光を被照明面に導く照明光学系において、該照明光学系内の特定位置に二次元的に配列され、それぞれ変位駆動が可能な複数のミラーを有することを特徴とする。
【００１１】
また、他の側面としての本発明の照明装置は、光源と上記照明光学系とにより構成され、さらに、本発明の露光装置は、上記照明装置に加えて、被照明面に配置された原版からの光束を被露光体に投影する投影光学系を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アウトガスの多いアクチュエータを必要としたり開口絞り等の交換作業を行ったりすることなく、通常照明のσ値や輪帯照明の輪帯比等の照明条件を任意にかつ連続的に変更することができる。したがって、照明光学系を収容する真空領域の真空度を下げたり露光装置の稼働率を悪化させたりすることなく、所望の照明条件を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１には、本発明の実施例１である照明光学系を含む半導体露光装置の概略構成を示している。本実施例の露光装置１００は露光用の照明光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）を用いて、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行う投影露光装置である。
【００１５】
該露光装置１００は、光源部２００と、照明光学系３００と、反射型縮小投影光学系１６とを有して構成されている。また、該露光装置１００は、原版である反射型マスク（又はレチクル）１４を保持するマスクステージ１５と、被露光体である半導体ウエハ１７を保持するウエハステージ１８も有する。これらマスクステージ１５とウエハステージ１８は、不図示の制御部に接続されて駆動制御され、それぞれマスク１４およびウエハ１７の位置決めを行う。なお、光源部２００と照明光学系３００により照明装置が構成される。また、本実施例では、反射型マスクを用いる露光装置について説明するが、本発明はこれ以外のマスクを用いる場合にも適用することができる。
【００１６】
ここで、ＥＵＶ光は、大気に対する透過率が低いため、光源部２００は真空容器に収納され、照明光学系３００や投影光学系１６といった他の構成要素も真空容器２０に収納されている。
照明光学系３００は、反射型縮小投影光学系１６の円弧状の視野に対応する円弧状のＥＵＶ光によりマスク１４を均一に照明する。
【００１７】
照明光学系３００において、１は光源部２００内のプラズマ発光点から放射されたＥＵＶ光束を不図示のミラーで集光することによって形成された光源像である。
２，３は光源像１からのＥＵＶ光束を略平行光束に変換する、凹面ミラーと凸面ミラーからなる平行変換光学系（第１の光学系）である。
【００１８】
また、４は複数の微小円筒面ミラーを有するインテグレータであり、その詳細については後述する。該インテグレータ４は、照明光学系２００の瞳面の位置又はそれに近接した位置に配置されている。
【００１９】
５，６は該インテグレータ４からの光束を円弧状に集光するための回転放物面ミラーを含む光学系である。インテグレータ４および光学系５，６により円弧変換光学系が構成されている。
【００２０】
７は円弧状の開口部を有するスリットであり、８は所望の露光領域に照明光を制限するためのマスキングブレードである。マスキングブレード８は、ＥＵＶ光を通過させる開口部と、ＥＵＶ光を吸収する材質により構成された遮光部とを有し、円弧照明に寄与しない不要な迷光を遮断する。スリット７は、不図示のスリット幅可変機構により、所望のスリット幅に設定したり、部分的にスリット幅を変えることで照度ムラを良好に補正したりする機能を有する。
【００２１】
９，１０，１１，１２はそれぞれ、マスキング結像系を構成する曲面ミラーであり、１３はマスキング結像系９〜１２の像側光束を斜め上方に反射して、マスクステージ１５により保持されたマスク１４に対して所定の角度で入射させる平面ミラーである。
【００２２】
スリット７およびマスキングブレード８を通過した円弧形状のＥＵＶ光束は、マスキング結像系９〜１２により所望の倍率に変換されたのち、平面ミラー１３で折り曲げられてマスク１４上に円弧照明領域を形成する。なお、円弧変換光学系５，６、スリット７、マスキングブレード８およびマスキング結像系９〜１２により第２の光学系が構成される。
【００２３】
反射型縮小投影光学系１６は、図示しない複数枚のミラーによって構成されており、マスク１４からの反射光であって該マスク１４上に形成されたパターン情報を含んだ光の像をウエハステージ１８上のウエハ１７に投影する。
【００２４】
次に、図２〜図４を用いてインテグレータ４について説明する。図３は該インテグレータ４の詳細図である。
【００２５】
図３に示すように、インテグレータ４は、繰返し周期を有して２次元方向に複数配列された微小な凸円筒面ミラー４ａを有して構成されている。これら円筒面ミラー４ａは、その母線方向が同じになるように配列されている。
【００２６】
また、図４に示すように、各円筒面ミラー４ａにはアクチュエータ４ｂが設けられており、該アクチュエータ４ｂを動作させることで円筒面ミラー４ａを変位駆動し、その姿勢、つまりは傾きや位置（例えば、光入反射方向での高さ）のうち少なくとも一方をほぼ無段階的（連続的）に変更することができる。本実施例では、１つの円筒面ミラー４ａに対して１つのアクチュエータ４ｂが設けられており、全ての円筒面ミラー４ａの姿勢をそれぞれ独立に変更することができる。
【００２７】
ここで、アクチュエータ４ｂは、積層型又はバイモルフ型のピエゾアクチュエータでもよいし、電磁コイル型アクチュエータあるいはインチワームアクチュエータでもよい。また、ミラー４ａの変位駆動は、１軸方向駆動でもよいし、２軸方向以上の多軸方向駆動であってもよい。
【００２８】
そして、このインテグレータ４は、一部若しくは全部のミラー４ａによって入射ＥＵＶ光のうち一部又は全部を円弧変換光学系５，６に向けて反射し、円弧変換光学系５，６のうち放物面ミラーにより集光されて重畳されることにより、ほぼ均一な強度分布を有する円弧照明領域を形成するために寄与する。
【００２９】
図３には、インテグレータ４に略平行光束が入射して反射する様子を摸式的に示している。入射した略平行光束は、ミラー４ａの凸形円筒面での反射によって発散しながら進む。すなわち、円筒面を有するミラー４ａに略平行なＥＵＶ光束が入射すると、その反射位置に２次光源が形成され、この２次光源から放射されるＥＵＶ光束の角度分布が円錐面状となる。この２次光源は、凸円筒反射面の内部に虚像として存在する。そして、この２次光源位置を焦点とする反射鏡でＥＵＶ光を反射し、マスク１４又はそれと共役な面を照明することにより、円弧形状の照明が可能となる。
【００３０】
また、インテグレータ４は、複数のミラー４ａの一部又は全部の姿勢が制御されることにより、通常照明におけるコヒーレンスファクタσや、輪帯照明や四重極形状等の変形照明における形状比（例えば、輪帯照明の輪帯比）といった照明条件を変更することができる。
【００３１】
図２（ｂ）はインテグレータ４の上面図であり、図２（ａ）は図２（ｂ）におけるＡ−Ａ’線における断面図である。これらの図には、図２（ｃ）に示すようにマスク１４に対して輪帯照明Ｉを行う場合の各ミラーの姿勢を示している。
【００３２】
図２（ａ）に示すように、平行交換光学系２，３からインテグレータ４に対して矢印Ｂ方向から斜めに入射したＥＵＶ光のうち、図中に濃く示したミラー４ａ（図の左右方向を基準としたときに該基準に略平行な姿勢のミラー）によって反射されたＥＵＶ光は、矢印Ｃ方向の円弧変換光学系５，６に進み、輪帯照明を行うための光量分布（有効光源分布）を形成する。インテグレータ４において各ミラー４ａが配列された面（以下、反射面という）と投影光学系１６の瞳面とは互いに共役な関係にあるので、インテグレータ４の反射面における光量分布が、投影光学系１６の瞳面における光量分布すなわち有効光源分布と対応している。
【００３３】
一方、図２（ａ）において、矢印Ｂ方向から入射したＥＵＶ光のうち、濃く示したミラー４ａ以外のミラー４ａ（基準面に対して傾いた姿勢のミラー）によって反射されたＥＵＶ光は、矢印Ｄ方向に進む。この矢印Ｄ方向の先には、不図示の光吸収部材があり、ここで熱エネルギーとして処理される。
【００３４】
このように、姿勢変化させるミラー４ａを選択することによって、通常照明のσ値あるいは輪帯照明の輪帯比等を連続的に変化させることができる。また、ダイポール、四重および六重極照明等、所望の変形照明も可能である。
【００３５】
なお、図３には、凸円筒面を有するミラー４ａが配列されたインテグレータ４について説明したが、図５に示すように、凹円筒面を有するミラー４ａ’を配列してもよい。この場合、２次光源は凹円筒反射面の外部に実像として存在することになるが、凸円筒面の場合と同等な効果を有する。
【００３６】
また、同一インテグレータ４内に、凸円筒面と凹円筒面の２種類のミラー４ａ，４ａ’が配置されていてもよい。
【００３７】
また、図４に示すように、各アクチュエータ４ｂには、これを動作させる駆動回路２２が接続されており、さらに駆動回路２２は、全てのアクチュエータ４ｂの変位駆動を制御する制御部２３が接続されている。
【００３８】
図４において、２５は有効光源分布に対応する光量分布（以下、これを有効光源分布という）を実測する計測部である。また、図６には、制御部２３の照明条件制御動作のためのフローチャートを示している。
【００３９】
制御部２３には、予め目標となる有効光源分布（以下、目標分布という）が入力等により設定されている（ステップ３１）。制御部２３は、計測部２５に現在の有効光源分布を計測させ（ステップ３２）、次に、該計測した有効光源分布が目標分布に一致しているか否かを判別する（ステップ３３）。一致しない場合はステップ３４に進み、有効光源分布が目標分布に近づく方向にミラー４ａ（アクチュエータ４ｂ）を駆動する。一致する場合には、そのままこのフローを終了する。
【００４０】
このように、実測した有効光源分布をフィードバックしながら目標分布に近づくようミラー４ａの姿勢を制御することにより、露光パターンに最適な有効光源分布を形成することができる。
以上説明したように、本実施例によれば、インテグレータ４に設けられた複数のミラー４ａの姿勢をそれぞれ独立して制御することができ、通常照明のσ値や輪帯照明の輪帯比等の照明条件を任意かつ連続的に変更することができる。これにより、背景技術で説明したような、ターレットを用いた大がかりな切り換え機構等が不要となり、露光装置のサイズを小さくすることができる。
【００４１】
また、表面積が大きく、かつアウトガスの多いアクチュエータの使用が不要となり、真空容器２０内の到達真空度を上げることができる。また、開口絞りの交換作業等が不要になるので、露光装置の稼働率を向上させることができる。
【００４２】
なお、本実施例では、複数の円筒面ミラーを有するインテグレータを使用した場合について説明したが、ミラー形状は照明光学系の構成に応じて変更が可能であり、例えば、特開平１１−３１２６３８号公報や特開２０００−２２３４１５号公報に記載されているような照明領域と同じ円弧型（魚燐型）としてもよい。
【００４３】
さらに、本発明は、インテグレータに限らず、照明光学系の瞳面又はそれに近接した位置に配置される反射部材に複数のミラーを設けるすべての場合に適用することができる。
【実施例２】
【００４４】
図７および図８を用いて、上述した実施例１の露光装置１００を利用したデバイスの製造方法について説明する。
【００４５】
図７は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。
【００４６】
ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスク１０１を製作する。ステップ３（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハ１０３を製造する。
【００４７】
ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスク１０１とウエハ１０３を用いてリソグラフィ技術によってウエハ１０３上に実際の回路を形成する。
【００４８】
ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウエハ１０３を用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。
【００４９】
ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００５０】
図８は、ステップ４のウエハプロセスでの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウエハ１０３の表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハ１０３の表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエハ１０３上に電極を蒸着などによって形成する。
【００５１】
ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウエハ１０３にイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハ１０３に感光剤を塗布する。
【００５２】
ステップ１６（露光）では、露光装置１００によってマスク１０１の回路パターンをウエハ１０３に露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハ１０３を現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
【００５３】
これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ１０３上に多重に回路パターンが形成される。
【００５４】
このように露光装置１００を使用するデバイスの製造方法並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【００５５】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施例１である照明光学系を有する露光装置の概略構成を示す図。
【図２】実施例１の照明光学系に設けられたインテグレータを説明する図。
【図３】インテグレータの断面形状および輪帯照明の様子を説明する図。
【図４】インテグレータを構成する１つの微小ミラーの構成を示す図。
【図５】インテグレータの別の実施例を示す図。
【図６】インテグレータのミラー駆動制御を示すフローチャート。
【図７】実施例１の露光装置を用いたデバイス製造方法を示すフローチャート。
【図８】実施例１の露光装置を用いたデバイス製造方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００５７】
１  ＥＵＶ光２次光源
２，３  平行変換光学系
４  インテグレータ
４ａ，４ｂ  円筒ミラー
４ｂ  アクチュエータ
５，６  円弧変換光学系
７  可変円弧スリット
８  マスキングブレード
９〜１２  マスキング結像系
１３  平面ミラー
１４  反射型マスク
１６  投影光学系
１７  ウエハ
【図３】
2006216917.tif 000003
【図４】
2006216917.tif 000004
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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