(57)【要約】【課題】  露光量（照明光の強度）を広範囲に亘って容易、かつ安定して可変できるＥＵＶ露光装置を提供する。【解決手段】  ＥＵＶ光源１から放出されたのＥＵＶ光が集光する中間結像点７の位置に、絞り８が設けられ、その近傍で、中間結像点７と凹面反射鏡４の間に、ランダムドットフィルタ９が設けられている。ランダムドットフィルタ９は、オプティカルインテグレータ５の前に設けるのがが好ましく、凹面反射鏡４の後面に設けてもよい。ＥＵＶ光源１から放出されたＥＵＶ光は、絞り８とランダムドットフィルタ９とにより減光されて、マスクＭを照明する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からのＥＵＶ光がレチクルを照明するように構成されたＥＵＶ露光装置であって、前記光源と前記レチクルとの間に、２種類の透過率可変部材を設けたことを特徴とするＥＵＶ露光装置。
【請求項２】
前記２種類の透過率可変部材は、その第１の透過率可変部材が、透過率が小さい範囲で透過率を変化させるものであり、その第２の透過率可変部材が、透過率の大きい範囲で透過率を変化させるものであることを特徴とする請求項１に記載のＥＵＶ露光装置。
【請求項３】
前記第１の透過率可変部材が、ドットの密度または／及び大きさを変更可能なドットフィルタであることを特徴とする請求項２に記載のＥＵＶ露光装置。
【請求項４】
請求項３に記載のＥＵＶ露光装置であって、前記ドットフィルタは、ドットの密度または／及び大きさの異なるドットフィルタ要素が、ターレット状に配置されたものであることを特徴とするＥＵＶ露光装置。
【請求項５】
前記第２の透過率可変部材が開口の大きさを変更可能な絞りであることを特徴とする請求項２または３または４に記載のＥＵＶ露光装置。
【請求項６】
請求項５に記載のＥＵＶ露光装置であって、前記第２の透過率可変部材は前記光源とレチクルとの間に形成される光源の中間結像位置近傍に配置し、前記第１の透過率可変部材は前記中間結像位置と前記レチクルとの間に配置されることを特徴とするＥＵＶ露光装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載のＥＵＶ露光装置であって、前記絞りは、大きさの異なる孔がターレット状に配置されたものであることを特徴とするＥＵＶ露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＥＵＶ光を用いてレチクルに形成されたパターンをウエハ等の感応基板に転写するＥＵＶ露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の微細化に伴い、光の回折限界によって制限される光学系の解像力を向上させるために、従来の紫外線に代えてこれより短い波長（１１〜１４ｎｍ）のＥＵＶ光を使用した投影リソグラフィ技術が開発されている。この技術は、最近ではＥＵＶ（Extreme UltraViolet）リソグラフィと呼ばれており、従来の波長１９０ｎｍ程度の光線を用いた光リソグラフィでは実現不可能な、７０ｎｍ以下の解像力を得られる技術として期待されている。
【０００３】
通常の露光装置同様、ＥＵＶ露光装置においても、露光するレジストの種類、露光パターン等に応じて、露光量を調整する必要がある。ＥＵＶ露光装置においては、従来、露光量の調整は、光源の出力を変えたり、レチクルステージとウエアステージのスキャン速度を変えることにより行うことが考えられていた。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１８４９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＥＵＶ光源の出力を変える方法では、可変範囲が±２０％程度であり、極端な高感度/低感度のレジストの露光には適さない場合が多い。また、マスクステージ、ウエハステージの走査速度を変える方法では、極端に低感度のレジストを露光する場合にはステージの走査速度を下げれば良いよいため、広範囲の適用が可能であるが、スループットの低下は避けられない。また、高感度のレジストを露光する場合、ステージの速度を際限無く上げることはできない。またパルス光源の繰り返し周波数によっては、ステージの速度を上げると、パルス間のエネルギばらつきを平均化するために必要なパルス数が確保できず、レジストの各部分において露光量のばらつきが大きくなってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、露光量（照明光の強度）を広範囲に亘って容易、かつ安定して可変できるＥＵＶ露光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための第１の手段は、光源からのＥＵＶ光がレチクルを照明するように構成されたＥＵＶ露光装置であって、前記光源と前記レチクルとの間に、２種類の透過率可変部材を設けたことを特徴とするＥＵＶ露光装置である。
【０００８】
前記課題を解決する一つの手段として、フィルタ等の透過率可変手段を光源とレチクルの間に設けることが考えられる。しかしながら、フィルタ等の透過率可変手段を一つだけ設けるのでは、別の問題が発生する可能性がある。例えば、ＥＵＶ光を吸収する薄膜を複数設け、そのうち一つを選択するようにして透過率を可変にする方法では、透過率を低くする場合にはＥＵＶ光が薄膜により多く吸収される結果、より多くの熱が発生し、薄膜が溶解する可能性がある。逆に、透過率を高くする場合には薄膜の厚さを薄くしなければならず、強度が弱くなるという問題がある。本手段においては、２種類の透過率可変部材を設けているので、これら２種類の透過部材を性質の異なったものとすることができ、これらを組み合わせることにより、広範囲にわたって、レチクルを照明する照明光の強度を可変とすることができる。
【０００９】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記２種類の透過率可変部材は、その第１の透過率可変部材が、透過率が小さい範囲で透過率を変化させるものであり、その第２の透過率可変部材が、透過率の大きい範囲で透過率を変化させるものであることを特徴とするものである。
【００１０】
前述のように、透過率が小さい範囲で透過率を変化させる透過率可変部材は耐熱性を要求される。又、透過率が高い範囲で透過率を変化させる透過率可変部材は機械的強度を要求される。よって、本手段においては、前記２種類の透過率可変部材を、透過率の範囲に応じて２種類に分けている。例えば、透過率が５０％未満のものと第１の透過率可変部材とし、透過率が５０％以上のものを第２の透過率可変部材とする。勿論、どの透過率で２つの透過率可変部材を分けるかは、ＥＵＶ露光装置の性能に応じて適宜決めることができる。このようにすると、例えば、透過率が小さい範囲で透過率を変化させる透過率可変部材は耐熱性の高い材料で構成したり耐熱性のある構造とし、透過率が大きい範囲で透過率を変化させる透過率可変部材は機械的強度の高い材料で構成したり機械的強度のある構造とすることにより、全体として耐久性のあるものとすることができる。
【００１１】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第２の手段であって、前記第１の透過率可変部材が、ドットの密度または／及び大きさを変更可能なドットフィルタであることを特徴とするものである。
【００１２】
ドットフィルタは、遮蔽板に複数の開口が形成されたものであり、開口の大きさや密度を変えることによって、ＥＵＶ光の透過率を変えることができる。しかし、透過率を大きくしようとすると、開口が大きくなったり開口分布密度が大きくなったりすることによりフィルタ自体の機械的な強度が落ちるので、透過率の小さい部分で使用することが好ましい。
【００１３】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第３の手段であって、前記ドットフィルタは、ドットの密度または／及び大きさの異なるドットフィルタ要素が、ターレット状に配置されたものであることを特徴とするものである。
【００１４】
ドットフィルタ要素とは、それ自身がドットフィルタであり、本手段においては、このようなドットフィルタ要素がターレット状に配置されて、ドットの密度または／及び大きさの異なるドットフィルタ要素を有するドットフィルタを構成している。本手段においては、ターレットを回転させることにより、目的とするドットフィルタ要素を、ＥＵＶ光の光路に位置させることができるので、ドットフィルタ要素の選定と挿入が容易である。
【００１５】
前記課題を解決するための第５の手段は、第２から第４の手段であって、前記第２の透過率可変部材が開口の大きさを変更可能な絞りであることを特徴とするものである。
【００１６】
絞りは、光線の強度分布がある場合には、透過率を小さくしようとすると、その位置の変化により透過率が変化する可能性があるので、透過率の大きな部分で使用するのが好ましい。
【００１７】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第５の手段であって、前記第２の透過率可変部材は前記光源とレチクルとの間に形成される光源の中間結像位置近傍に配置し、前記第１の透過率可変部材は前記中間結像位置と前記レチクルとの間に配置されることを特徴とするＥＵＶ露光装置である。
【００１８】
レチクルを照明する照射光量を変える方法として、第１に考えられるのが、絞りによる方法である。絞りを設ける位置としては、照射光が収束する位置、すなわち光源の中間結像位置が最も好ましい。中間結像位置近傍とは、中間結像位置に対して、光路に沿って±１ｍｍの範囲の位置を言う。この位置に開口の大きさの異なる絞りを設けることにより、レチクルを照明する照射光量を変えることができる。
【００１９】
単に、中間結像点近傍位置に絞りを設けるだけでは、十分安定した照射光量調整ができない。その理由を図５を使用して説明する。図５（ａ）は、中間結像点での照射光量の分布を示すもので、横軸は半径方向（光軸に直角な方向）位置、縦軸は光量の相対値である。図に示されるように、中間結像点での光量分布は、半径に対してガウス分布に近い分布をする。
【００２０】
図５（ｂ）は、中間結像点に絞りをおいた場合に、その絞りの半径と絞りを通過する光量との関係を示す図である。図から分かるように、光量の変化は半径の小さい部分で急激であり、半径が大きくなると緩やかになる。図５（ａ）、（ｂ）を総合して考察すると、絞りの半径が小さい場合には、少しの位置ずれで通過光量が大きく変化してしまうことが分かる。よって、絞りの半径を小さくして使用することは、照射光量の安定上好ましくない。
【００２１】
レチクルを照明する照射光量を変える方法として、次に考えられるのがフィルタを設け、フィルタの透過率を変える方法である。フィルタとしてはドットフィルタを用いることが好ましい。
【００２２】
ドットフィルタにおいては、前述のように、ＥＵＶ光の透過率を高めるためには、開口の大きさを大きくしたり開口の分布密度を大きくしなければならず、その結果、残った遮蔽部分の割合が小さくなり、強度が低下するという問題点がある。すなわち、ドットフィルタは、透過率が低い領域で使用するのに有利であり、透過率が高い領域で使用するのには不利である。
【００２３】
本手段においては、以上述べたような、中間結像位置に設けられた絞りと、その後に設けられたドットフィルタとを組み合わせて使用することにより、互いの短所を補い、互いの長所を生かして、広範囲にわたって、照射光量を安定的に制御することを可能としている。すなわち、絞りにおいては、開口が大きな部分を使用し、ドットフィルタは、開口の大きさや分布率の小さな部分を使用することができる。なお、ドットフィルタは照明均一化手段の前に設ける事がより好ましい。何故ならば、ドットフィルタを通過する事によって不均一化する光量分布を、照明均一化手段によって均一化できるからである。
【００２４】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第５の手段又は第６の手段であって、前記絞りは、大きさの異なる孔がターレット状に配置されたものであることを特徴とするものである。
【００２５】
本手段においては、ターレットを回転させることにより、目的とする絞りを中間結像点に位置させることができるので、絞りの選定と挿入が容易である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、露光量（照明光の強度）を広範囲に亘って容易、かつ安定して可変できるＥＵＶ露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例であるＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。ＥＵＶ光源１から放出されたＥＵＶ光２は、照明光学系３に入射し、コリメータミラーとして作用する凹面反射鏡４を介してほぼ平行光束となり、一対のフライアイミラー５ａおよび５ｂからなるオプティカルインテグレータ５に入射する。一対のフライアイミラー５ａおよび５ｂとして、たとえば特開平１１−３１２６３８号公報に開示され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、特許文献１に詳しく説明されているため、説明の便宜上説明を省略する。
【００２８】
こうして、第２フライアイミラー５ｂの反射面の近傍、すなわちオプティカルインテグレータ５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６により偏向された後、マスクＭ上に細長い円弧状の照明領域を形成する（円弧状の照明領域を形成するための開口板は図示を省略している）。照明されたマスクＭのパターンからの光は、複数の反射鏡（図１では例示的に６つの反射鏡Ｍ１〜Ｍ６）からなる投影光学系ＰＬを介して、ウエハＷ上にマスクパターンの像を形成する。
【００２９】
本実施の形態においては、ＥＵＶ光源１から放出されたＥＵＶ光が集光する中間結像点７の位置に、絞り８が設けられ、その近傍で、中間結像点７と凹面反射鏡４の間に、ランダムドットフィルタ９が設けられている。ランダムドットフィルタ９は、オプティカルインテグレータ５の前に設けることが好ましく、凹面反射鏡４の後面に設けてもよい。ＥＵＶ光源１から放出されたＥＵＶ光は、絞り８とランダムドットフィルタ９とにより減光されて、マスクＭを照明する。
【００３０】
図２は、絞り８の一例を示す図である。この絞り８においては、厚さ１mm程度のMoやTaからなる円板８ａが、中心軸８ｂの周りに回転するようにされており、中心軸８ｂの中心から同一半径の位置に、大きさの異なる４個の開口８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆが設けられている。これらの開口のうち最大のものでも、その直径は、中間結像点７におけるＥＵＶ光の直径と等しいか大きくされている。又、開口のうち最小のものは、中間結像点７におけるＥＵＶ光を８０％以上を透過するようなものであることが好ましいことは、図５を用いて説明したとおりである。円板８ａを回転させて、開口８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆのうちいずれかが中間結像点７の位置に来るようにすることにより、絞り８を通過する光量を段階的に調節することができる。
【００３１】
図３は、ランダムドットフィルタ９の一例を示す図である。このランダムドットフィルタ９においては、厚さ１mm程度のMoやTaからなる円板９ａが、中心軸９ｂの周りに回転するようにされており、中心軸９ｂの中心から同一半径の位置を中心として、透過率の異なる４個のランダムドットフィルタ要素９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆが設けられている。要素９ｆはドットが無い開口である。円板９ａを回転させて、ランダムドットフィルタ要素９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆのうちいずれかがＥＵＶ光の通過経路の位置に来るようにすることにより、ランダムドットフィルタ要素を通過する光量を段階的に調節することができる。
【００３２】
これら、絞り８の開口８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆと、ランダムドットフィルタ９のランダムドットフィルタ要素９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆとを組み合わせれば、照射光量を４×４＝１６段階に変えることができ、さらに、光源の光量を調節することにより、これら１６段階の各々に対して、約±２０％照射光量を変化することができる。
【００３３】
以上の説明においては、絞りの開口の大きさを４段階、ランダムドットフィルタの開口率を４段階にわたって変化させたが、これらの変化の段階を増やせば、さらに細かく照射光量を変化させることができるのは言うまでもない。又、絞り８とランダムドットフィルタ９を構成する円板８ａと円板９ａは、ＥＵＶ光を吸収すると共に耐熱性がある材料が使用され、かつ厚さが１mm程度と厚いので、ＥＵＶ光のエネルギーにより損傷を受ける可能性は少ない。必要に応じてこれらの冷却手段を設けることにより、損傷の可能性をさらに小さくすることができる。
【００３４】
又、以上の説明においては、絞り８における開口や、ランダムドットフィルタ９におけるランダムドットフィルタ要素をターレット状に設けたが、これらを選択して使用できるのであれば、どのような方法でも構わない。但し、ターレット状に配置することにより、中心軸８ｂ、中心軸９ｂの周りの回転により、目的とする開口やランダムドットフィルタ要素を、ＥＵＶ光の光路に挿入することができるので、ターレット状に設けることが好ましい。又、円板８ａ、円板９ａの材料としては、機械加工が容易で耐熱性のあるものが好ましく、MoやTaが特に好ましい。
【００３５】
図４に、絞り８の透過率を0.8、0.9、1.0とし、ランダムドットフィルタ９の透過率を0.1、0.15、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、1.0とした場合の、２４種類の組み合わせパターンにおける照明光の照度（露光強度）の相対値を示す。黒丸で示されるのが、光源の強度を標準値とした場合の露光強度であり、その上下の線は、光源の強度を±２０％変化させた場合の露光強度の変化幅を示す。この例においては、相対値で約５〜１２０の範囲に亘って、露光強度を変化させることができている。
【００３６】
注目すべきことは、絞りの透過率は0.8以上と、高い透過率の部分を使用しており、ランダムドットフィルタは、0.6以下と低い範囲の透過率の部分を使用していることである（例外的に、ランダムドットフィルタで、透過率が1.0の部分を使用しているが、これは、単にＥＵＶ光が透過する穴を開ければよいだけであるので、ランダムドットフィルタ要素の強度が問題とならないためである）。このような組み合わせにより、絞りとランダムドットフィルタの互いの短所を補い、長所を生かして、広範囲にわたり、安定して照射光量を調節できる。なお、ドットフィルタの開口は照明強度の偏りを防ぐためには、ランダムに配置される事が好ましく、また、透過率を変えるためには開口の穴径を変化するよりも密度を変化させるほうが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態の１例であるＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。
【図２】絞りの構造の例を示す図である。
【図３】ランダムドットフィルタの構造の例を示す図である。
【図４】絞りとランダムドットフィルタを組み合わせて使用した場合の照射光量変化範囲を示す図である。
【図５】中間結像点位置に絞りを設けるだけでは、十分安定した照射光量調整ができない理由を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…ＥＵＶ光源、２…ＥＵＶ光、３…照明光学系、４…凹面反射鏡、５…オプティカルインテグレータ、５ａ、５ｂ…フライアイミラー、６…平面反射鏡、７…中間結像点、８…絞り、８ａ…円板、８ｂ…中心軸、８ｃ〜８ｆ…開口、９…ランダムドットフィルタ、９ａ…円板、９ｂ…中心軸、９ｃ〜９ｄ…ランダムドットフィルタ要素、Ｍ…マスク、Ｗ…ウエハ、Ｍ１〜Ｍ６…反射鏡、ＰＬ…投影光学系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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