(57)【要約】【課題】光源光の分離及びこれに伴う熱負荷を除去できる極端紫外線用の露光装置、及びデバイス製造方法を提供すること。【解決手段】露光装置１０は、光源装置５０から照明光学系６０にかけての光路上に、分離膜９１を設けることにより、この分離膜９１に対して透過性を有する極端紫外線を選択的に照明光学系６０側へと導くことができる。これにより、露光光以外の光がマスクに導かれることを抑制でき、高精度な露光が可能となる。さらに、この分離膜９１は、非露光光を分岐して入射側の光路に戻らないようにできるので、光源装置５０や照明光学系６０の加熱を抑制し、安定な状態に保つことができる。また、非露光光を受光する光吸収性部材９２を設けることにより、非露光光が散乱し迷光となって弊害が生じるのを防止することができる。【選択図】図１
2008130914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極端紫外線を含む所定波長域の光源光を放出する光源と、
前記極端紫外線を転写用のマスクに導く照明光学系と、
前記光源から前記照明光学系にかけての光路上に配置され、前記光源光のうち、前記極端紫外線以外の非露光光を反射させることで、前記光源光から前記非露光光を分離する分離膜と、
前記分離膜によって分離された前記非露光光を受光する光吸収性部材と、
を備える露光装置。
【請求項２】
前記非露光光は、紫外線、可視光、及び赤外光のいずれかを少なくとも含むことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
前記分離膜は、前記極端紫外線よりも前記非露光光に対して高い反射率を有することを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項４】
前記分離膜は、前記極端紫外線の少なくとも一部を透過させるスペクトル純化フィルタであり、ベリリウム、ジルコニウム、及びモリブデンのうち、少なくともいずれか１つを材料として含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項５】
前記分離膜は、前記光源光を平行化した光の光路に対して傾斜をもつよう配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項６】
前記分離膜は、前記照明光学系の中に配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項７】
前記光吸収性部材は、前記非露光光を吸収する材料であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項８】
前記光吸収性部材は、前記非露光光の受光によって前記光吸収性部材に発生する熱を除去する冷却装置をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項９】
前記冷却装置は、冷却素子と、前記光吸収性部材の温度を検出するセンサと、センサの出力に基づいて前記冷却素子の動作を制御する制御装置とを有することを特徴とする請求項８記載の露光装置。
【請求項１０】
前記冷却装置は、冷媒を前記光吸収性部材の周囲に循環させて、前記光吸収性部材を冷却することを特徴とする請求項８記載の露光装置。
【請求項１１】
前記マスクのパターン像を感応基板上に形成する投影光学系をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか一項記載の露光装置を用いるデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極端紫外線等で使用され、マスクのパターン像を基板上に形成する露光装置、及びデバイス製造方法に関する。
【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達成される光学系の解像度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）となる極端紫外線を用いた露光技術が開発されている。これにより、約５〜７０ｎｍのパターンサイズの露光が可能になるものと期待されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
以上のような極端紫外線用の露光装置に組み込まれる光源は、極端紫外線だけでなく、極端紫外線以外の非露光光（紫外・可視・赤外光等）も放出し、投影光学系を経て非露光光が投射され、光学素子及びウェハの熱変形による劣化やカブリ露光による解像度の低下等、露光に影響を与える。そこで、光源から投影光学系にかけての光路中で非露光光を分離する必要がある。このため、一般的に、分離膜を光路中に挿入し、非露光光を除く手法が用いられる。通常、この分離膜は、薄膜であるため、膜の最小面積で使用可能なように、光路に垂直に挿入される（例えば、特許文献１参照）。
【非特許文献１】D. Tichenor, et al., SPIE2437 (1995) 292
【特許文献１】特開２００３−１４８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のように分離膜を光路に垂直に挿入した場合、以下の問題が生じる。すなわち、分離膜は、極端紫外線の一部を透過させ、残りを全て吸収するが、非露光光については、全てを吸収するのではなく、一部を反射するという性質を有する。したがって、光路に垂直に分離膜を挿入すると、分離膜から反射した非露光光が光学系を遡り、光源側へ戻ってしまう。すると、熱負荷が高く熱管理の厳しいコリメータミラーや光源ミラーに、さらなる熱負荷をかける結果となる。すなわち、極端紫外線露光装置の光源部、照明光学系の光学素子は、さらに大きな熱負荷を受けることになり、その冷却と熱管理が非常に問題となる。
【０００５】
そこで、本発明は、光源光の分離及びこれに伴う熱負荷を除去できる極端紫外線用の露光装置、及びデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る露光装置は、（ａ）極端紫外線を含む所定波長域の光源光を放出する光源と、（ｂ）極端紫外線を転写用のマスクに導く照明光学系と、（ｃ）光源から照明光学系にかけての光路上に配置され、光源光のうち、極端紫外線以外の非露光光を反射させることで、光源光から非露光光を分離する分離膜と、（ｄ）分離膜によって分離された非露光光を受光する光吸収性部材とを備える。
【０００７】
本露光装置では、光源から照明光学系にかけての光路上に、分離膜を設けることにより、この分離膜に対して透過性を有する極端紫外線を選択的に照明光学系側へと導くことができる。これにより、露光光以外の光がマスクに導かれることを抑制でき、高精度な露光が可能となる。さらに、この分離膜は、非露光光を分岐して入射側の光路に戻らないようにできるので、光源や照明光学系の加熱を抑制し、安定な状態に保つことができる。また、非露光光を受光する光吸収性部材を設けることにより、非露光光が散乱し迷光となって弊害が生じるのを防止することができる。
【０００８】
本発明に係る上記露光装置は、マスクのパターン像を感応基板上に形成する投影光学系をさらに備える。
【０００９】
本発明に係るデバイス製造方法によれば、製造工程において、上記露光装置を用いることによって、高性能なデバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る露光装置１０の構造を説明するための図である。図１に示すように、この露光装置１０は、光学系として、極端紫外線（波長１１〜１４ｎｍ）を含む所定波長域の光源光を発生する光源装置５０と、非露光光を分離・吸収する非露光光制限部９０と、極端紫外線の照明光によってマスクＭＡを照明する照明光学系６０と、マスクＭＡのパターン像を感応基板であるウェハＷＡに転写する投影光学系７０とを備え、機械機構として、マスクＭＡを支持するマスクステージ８１と、ウェハＷＡを支持するウェハステージ８２とを備える。さらに、露光装置１０は、光源装置５０と、マスクステージ８１と、ウェハステージ８２と、非露光光制限部９０に設けた冷却装置９３とを統括して動作の制御を行う制御装置１００を備える。
【００１１】
光源装置５０は、プラズマ励起用のレーザ光を発生するレーザ光源５１と、ターゲット材料であるキセノン等のガスを筐体ＳＣ中に供給するチューブ５２とを備える。また、この光源装置５０には、コンデンサ５４、コリメータミラー５５が付設されている。チューブ５２の先端から射出されるキセノンに対しレーザ光源５１からのレーザ光を集光させることにより、この部分のターゲット材料がプラズマ化して極端紫外線を含む光源光を発生する。コンデンサ５４は、チューブ５２の先端Ｓで発生した光源光を集光する。コンデンサ５４を経た光源光は、収束されつつ筐体ＳＣ外に射出し、コリメータミラー５５に入射する。なお、以上のようなレーザプラズマタイプの光源装置５０からの光源光に替えて、放電プラズマ光源、シンクロトロン放射光源からの放射光等を使用することができる。
【００１２】
光源装置５０から発生される光源光は、露光光として用いられる極端紫外線と、極端紫外線以外の非露光光とを含む。ここで、非露光光は、紫外線、可視光、及び赤外光のいずれかを少なくとも含む。これらの非露光光は、露光に不要又は悪影響を及ぼすため、非露光光がマスク等に入射するのを防止する必要がある。
【００１３】
非露光光制限部９０は、光源光から非露光光を分離する分離膜９１と、分離膜９１によって分離された非露光光を受光する光吸収性部材９２と、光吸収性部材９２を冷却する冷却装置９３とを有する。非露光光制限部９０の設置場所は、ある程度の自由度があり、分離膜９１が露光光の光路上に挿入される場所によって決められ、この場合、光源装置５０と照明光学系６０との間の光源光を平行化した光路ＯＰ１上となっている。つまり、分離膜９１は、照明光学系６０の上流、特に光源装置５０と照明光学系６０との間にあるコリメート部（平行光にする部分）に挿入されている。これによって、コリメータミラー５５で平行化された光源光は、分離膜９１に入射し、光源光のうち極端紫外線が選択的に照明光学系６０に導かれる。この場合、分離膜９１透過後の露光光の収差発生の抑制や分離膜９１の挿入の効率化、簡易化を可能とする。
【００１４】
図２は、光源装置５０のうち光源光の光路上に配置される部分と、非露光光制限部９０との構成を説明するための側面図である。非露光光制限部９０において、分離膜９１は、不図示の支持具によって光路上に固定された金属薄膜であり、極端紫外線を一部吸収又は反射するが、残りを比較的効率良く透過させるという性質を有する。また、分離膜９１は、極端紫外線以外の非露光光を吸収によってカットする性質を有するが、その全てを吸収するのではなく、極端紫外線の場合と比較して、大半の非露光光を反射するという性質を有する。これにより、極端紫外線の非露光光に対する相対的透過率が高くなり、分離膜９１の前後で、光源光Ｌ１を極端紫外線Ｌ２と非露光光Ｌ３とに分離できるだけでなく、極端紫外線Ｌ２を効率良く取り出すことができる。
【００１５】
分離膜９１は、極端紫外線の少なくとも一部を透過させるように設計されたスペクトル純化フィルタ（ＳＰＦ）と呼ばれるものであり、具体的にはベリリウム（Ｂｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、及びモリブデン（Ｍｏ）のうち、少なくともいずれか１つを材料として含む金属で形成されている。これらの材料は、極端紫外線に対して吸収の小さい物質であるという性質を有しているので、露光用の極端紫外線Ｌ２を効率的に透過させることができる。
【００１６】
分離膜９１は、光源光Ｌ１を平行化した光路ＯＰ１に対して傾斜をもつよう配置される。この場合、分離膜９１によって反射された非露光光Ｌ３が、元の入射光路上にある光源装置５０のコリメータミラー５５等に戻されるのではなく、光路上から外れた方向に進行方向を変えられる。これにより、非露光光Ｌ３が光源装置５０や照明光学系６０に負担をかけるのを防止することができる。なお、分離膜９１の大きさは、なるべく小さいほうが良いので、分離膜９１の１つ手前のミラーに戻らない程度に反射光が射出するような構成をとる最小の傾斜となるようにする。
【００１７】
光吸収性部材９２は、分離膜９１によって反射・分離された非露光光Ｌ３を受光するのに適当な場所に配置される。つまり、分離膜９１による非露光光Ｌ３すなわち反射光の射出方向に配置される。
【００１８】
光吸収性部材９２は、その表面において非露光光に対する反射率が低く（つまり、非露光光の吸収率が高く）、非露光光の再放射を低減する性質を有する材料で形成される。また、光吸収性部材９２は、冷却に関し、効率のよい材料を用いる。なお、光吸収性部材９２の材料は、非露光光による熱負荷にある程度耐えうる材料を選択する。具体的には、光吸収性部材９２は、熱伝導率が大きい物質の上に黒色の物質をコートしたもの等（例えば、銅板又はアルミニウム合金板の上にカーボンをコートしたもの）で形成される。光吸収性部材９２は、表面粗さを大きくする等、再反射を防止する処置を施しており、非露光光が別の場所に射出しにくいようになっている。これにより、分離膜９１からの非露光光Ｌ３は光吸収性部材９２に吸収され、非露光光Ｌ３による露光装置１０内における迷光の弊害を確実に防止することができる。
【００１９】
冷却装置９３は、光吸収性部材９２の背面に配置されており、非露光光Ｌ３による熱負荷を受けた光吸収性部材９２の冷却を行っている。この冷却装置９３は、冷却素子９３ａと、光吸収性部材９２の温度を検出するセンサ９３ｂと、冷却素子９３ａの放熱側を冷却する冷媒ジャケット９３ｃと、センサ９３ｂの出力に基づいて冷却素子９３ａを駆動する駆動装置９３ｄとで構成されている。
【００２０】
冷却装置９３の冷却素子９３ａの例として、例えばペルチェ素子等を用いることができる。ペルチェ素子は、電流に応じて熱を一面から他面に移動させるだけの素子であり、移動した熱を外部へ放出することによって冷却を行う。この冷却素子９３ａをセンサ９３ｂと駆動装置９３ｄとともに使用することで、光吸収性部材９２を目標温度になるよう効率的に冷却することができる。つまり、センサ９３ｂ及び駆動装置９３ｄの動作により、安定的かつ効率的に光吸収性部材９２の冷却ができ、延いては露光装置１０内の温度上昇を抑制し、露光装置１０内の温度管理が容易になる。なお、駆動装置９３ｄは、制御装置１００によって動作を制御される。
【００２１】
非露光光制限部９０の動作についてまとめると、分離膜９１において、入射した光源光Ｌ１のうち極端紫外線Ｌ２は、ほとんど透過し露光光として利用される。一方、分離膜９１において反射された非露光光Ｌ３は、近傍に配置された光吸収性部材９２に照射される。光吸収性部材９２は、この非露光光Ｌ３を全て受光することになり、放置した場合には温度が上昇するので、冷却装置９３によって冷却される。
【００２２】
なお、以上説明した本実施形態において、分離膜９１は、コリメータミラー５５とオプティカルインテグレータ６１との間に配置されているが、照明光学系６０及び投影光学系７０内のいずれかの場所に配置することもできる。ただし、分離膜９１を透過することによる収差発生や、挿入する効率化、簡易化の問題を考慮する必要がある。また、分離膜９１は、光源光の光路上２箇所以上に配置してよい。ただし、１箇所にすることで、極端紫外線の光量の減少を抑えることができる。また、光吸収性部材９２は、表面粗さを増しているだけであるが、入射光を閉じ込める構造を形成し、或いは光吸収性の材料を表面にコートすることもできる。
【００２３】
また、非露光光制限部９０には、必要に応じて折曲ミラー等の他の構成要素を付加することができる。例えば、分離膜９１の挿入場所によって反射された非露光光の射出先に光吸収性部材９２を配置することが難しい場合は、非露光光を折曲ミラー等で適当な方向に導き、光吸収性部材９２に受光させることができる。
【００２４】
また、本実施形態において、光吸収性部材９２の温度を直接的に調整できるペルチェ素子その他の冷却素子９３ａによる冷却方法について説明したが、光吸収性部材９２の冷却方法は、上記冷却素子９３ａによる方法に限らない。例えば、冷媒を光吸収性部材９２の周囲に循環させて、光吸収性部材９２を冷却する方法でもよい。この場合、簡易な方法で光吸収性部材９２を冷却することができる。
【００２５】
照明光学系６０は、反射型のオプティカルインテグレータ６１、６２、コンデンサミラー６３、折曲ミラー６４等により構成される。光源装置５０から射出され分離膜９１を透過した光源光を、オプティカルインテグレータ６１、６２によって照明光として均一化しつつコンデンサミラー６３によって集光し、折曲ミラー６４を介してマスクＭＡ上の所定領域（例えば帯状領域）に入射させる。これにより、マスクＭＡ上の所定領域を適当な波長の極端紫外線によって均一に照明することができる。
【００２６】
なお、極端紫外線の波長域で十分な透過率を有する物質は存在せず、マスクＭＡには、透過型のマスクではなく、反射型のマスクが使用されている。
【００２７】
投影光学系７０は、多数のミラー７１、７２、７３、７４で構成される縮小投影系である。マスクＭＡ上に形成されたパターン像である回路パターンは、投影光学系７０によってレジストが塗布されたウェハＷＡ上に結像してこのレジストに転写される。この場合、回路パターンが一度に投影される領域は、直線状又は円弧状のスリット領域であり、マスクＭＡとウェハＷＡとを同期して移動させる走査露光によって、例えばマスクＭＡ上に形成された矩形の回路パターンをウェハＷＡ上の矩形領域に無駄なく転写することができる。
【００２８】
以上の光源装置５０のうち光源光の光路上に配置される部分と、非露光光制限部９０と、照明光学系６０と、投影光学系７０とは、真空容器８４中に配置されており、露光光の減衰が防止されている。つまり、極端紫外線は大気に吸収されて減衰するが、装置全体を真空容器８４によって外部から遮断するとともに、極端紫外線の光路を所定の真空度（例えば、１．３×１０−３Ｐａ以下）に維持することで、極端紫外線の減衰すなわち転写像の輝度低下やコントラスト低下を防止している。
【００２９】
以下、図１に示す露光装置１０の動作について説明する。この露光装置１０では、照明光学系６０からの照明光によってマスクＭＡが照射され、マスクＭＡのパターン像が投影光学系７０によってウェハＷＡ上に投影される。これにより、マスクＭＡのパターン像がウェハＷＡに転写される。
【００３０】
以下、第１実施形態に係る露光装置１０の具体的な実施例について説明する。本実施例において、分離膜９１は、Ｍｏの厚さ約１００ｎｍの膜である。なお、分離膜９１の材料には、Ｍｏに限らず、Ｂｅ、Ｚｒ等のような極端紫外線に対して吸収の小さい物質を用いてもよく、これらの合金を用いてもよい。
【００３１】
図３は、光源光に含まれる所定の波長に対する透過率及び反射率の関係を示すグラフである。この図からわかるように、実施例の分離膜９１は、極端紫外線（波長１３．５ｎｍ）に対し、約３０％の透過率をもち、残りを全て吸収する（反射率１％以下）という性質を有する。一方、非露光光の大半を占める２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の波長に対し、分離膜９１は、透過率が約０％、反射率が約２０〜５０％という性質を有する。
【００３２】
本実施例によれば、分離膜９１を光路ＯＰ１に対して２０°傾斜させて配置することで、非露光光の反射光をコリメータミラー５５に戻らないようにすることができた。なお、２０°傾斜させることで分離膜９１の見かけの厚さが少し増す。これにより、極端紫外線の透過率は、分離膜９１を光路に対して垂直に挿入した場合の透過率（３０％）と比較して、２７．５％に減少するが、露光に影響するほど大きな損失ではない。
【００３３】
以上説明した露光装置１０では、光源光に含まれる極端紫外線を選択的に分離することによって高精度の露光が可能になる。さらに、光源光から取り除かれた非露光光を光吸収性部材９２で受光し、その熱負荷を冷却装置９３により軽減することで、露光装置１０内の温度管理を容易にすることができる。
【００３４】
〔第２実施形態〕
以上は、露光装置１０やこれを用いた露光方法の説明であったが、このような露光装置１０を用いることによって、半導体デバイスその他のマイクロデバイスを高い集積度で製造するためのデバイス製造方法を提供することができる。具体的には、マイクロデバイスは、図４に示すように、マイクロデバイスの機能や性能設計等を行う工程（Ｓ１０１）、この設計工程に基づいてマスクＭＡを製造する工程（Ｓ１０２）、デバイスの基材である基板すなわちウェハＷＡを準備する工程（Ｓ１０３）、前述した実施形態の露光装置１０によりマスクＭＡのパターンをウェハＷＡに露光する露光処理過程（Ｓ１０４）、一連の露光やエッチング等を繰り返しつつ素子を完成するデバイス組立工程（Ｓ１０５）、組立後のデバイスの検査工程（Ｓ１０６）等を経て製造される。なお、デバイス組立工程（Ｓ１０５）には、通常ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程等が含まれる。
【００３５】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、露光光として極端紫外線を用いる露光装置１０について説明したが、露光光として極端紫外線以外の軟Ｘ線を用いる露光装置においても、図１に示すような露光装置の構成を使用することができ、露光光の単一化により露光の精度を高くすることができる。また、非露光光による熱負荷を抑制することにより、露光装置内の温度管理を容易にすることができる。
【００３６】
また、露光装置以外にも、例えば、軟Ｘ線顕微鏡や、軟Ｘ線分析装置といった軟Ｘ線光学機器を含む様々な光学機器についても同様に図１に示すような露光装置の構成を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１実施形態に係る露光装置を説明する側面図である。
【図２】図１の露光装置のうち非露光光制限部周辺の詳細を説明する側方断面図である。
【図３】光源光に含まれる所定の波長に対する透過率及び反射率の関係を示すグラフである。
【図４】第２実施形態に係るデバイス製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００３８】
５０…光源装置、  ５１…レーザ光源、  ５４、５５、６１、６２、６３、６４、７１、７２、７３、７４…光学素子、  ６０…照明光学系、  ７０…投影光学系、  ８１…マスクステージ、  ８２…ウェハステージ、  ８４…真空容器、  ９０…非露光光制限部、  ９１…分離膜、  ９２…光吸収性部材、  ９３…冷却装置、  ９３ａ…冷却素子、  ９３ｂ…センサ、  ９３ｃ…冷媒ジャケット、  ９３ｄ…駆動装置、  １００…制御装置、  １０…露光装置
【図１】
2008130914.tif 000003
【図２】
2008130914.tif 000004
【図３】
2008130914.tif 000005
【図４】
2008130914.tif 000006