(57)【要約】【課題】ミラーの熱膨張を抑制することによりミラーの面形状の変形を抑制できる露光装置及びミラーの冷却方法を提供する。【解決手段】本発明に係る露光装置は、ＥＵＶ光を反射マスクに導く照明系と、反射マスクからのＥＵＶ光を感光性基板に導く投影光学系とを有し、反射マスクのパタンを感光性基板へ転写する露光装置において、ＥＵＶ光を反射するミラー２１を冷却する冷却機構を備え、この冷却機構はミラー２１の表面及び裏面の少なくとも一方に気体などの冷却媒体を噴出する噴出ノズル１７を有するものである。前記冷却機構によりミラー２１を冷却するタイミングを制御する制御部をさらに含み、この制御部は露光動作を行っていないときに冷却媒体を噴出ノズル１７から噴射するように制御することが好ましい。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＵＶ光を反射マスクに導く照明系と、反射マスクからのＥＵＶ光を感光性基板に導く投影光学系とを有し、反射マスクのパタンを感光性基板へ転写する露光装置において、
ＥＵＶ光を反射するミラーを冷却する冷却機構を備え、この冷却機構はミラーの表面及び裏面の少なくとも一方に冷却媒体を噴出する噴出ノズルを有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記冷却機構によりミラーを冷却するタイミングを制御する制御部をさらに含み、この制御部は露光動作を行っていないときに冷却媒体を噴出ノズルから噴射するように制御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】
前記ミラーが投影光学系を構成するミラーであることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記ミラーが照明光学系を構成するミラーであることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項５】
ＥＵＶ光を反射マスクに導く照明系と、反射マスクからのＥＵＶ光を感光性基板に導く投影光学系とを有し、反射マスクのパタンを感光性基板へ転写する露光装置において、
前記反射マスクを冷却する冷却機構を備え、この冷却機構は反射マスクの表面に冷却媒体を噴出する噴出ノズルを有することを特徴とする露光装置。
【請求項６】
前記冷却機構による反射マスクの冷却を制御する制御部をさらに含み、この制御部は、ＥＵＶ光を遮らない位置に噴出ノズルを配置し、この位置から冷却媒体を噴射するように制御す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】
前記噴出ノズルから噴出した冷却媒体を排気する排気手段をさらに含むことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の露光装置。
【請求項８】
前記冷却媒体が気体又は液体であることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項記載の露光装置。
【請求項９】
前記気体がヘリウム又は窒素であることを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
【請求項１０】
前記液体が液体窒素、液体ヘリウム又はエタノールであることを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
【請求項１１】
ＥＵＶ光を反射するミラーを冷却する冷却方法であって、ミラーの表面及び裏面の少なくとも一方に冷却媒体を接触させることによりミラーを冷却することを特徴とするミラーの冷却方法。
【請求項１２】
ＥＵＶ光を反射マスクに導き、この反射マスクからのＥＵＶ光を感光性基板に導くことにより、パタンを感光性基板へ転写するための反射マスクを冷却する方法であって、反射マスクの表面に冷却媒体を接触させることで該反射マスクを冷却することを特徴とする反射マスクの冷却方法。
【請求項１３】
ＥＵＶ光を照明系によって反射マスクに導き、この反射マスクからのＥＵＶ光を投影光学系によって感光性基板に導くことにより、反射マスクのパタンを感光性基板へ転写する露光方法であって、
ＥＵＶ光を遮らない位置に噴出ノズルを配置し、この位置から冷却媒体を反射マスクの表面に噴射することで該反射マスクを冷却しながら露光することを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置、ミラーの冷却方法、反射マスクの冷却方法及び露光方法に関するものである。特には、ミラーの熱膨張を抑制することによりミラーの面形状の変形を抑制できる露光装置及びミラーの冷却方法、反射マスクの熱膨張を抑制することにより反射マスクの面形状の変形を抑制できる露光装置、反射マスクの冷却方法及び露光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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波長の短いＸ線を使用した投影リソグラフィー技術が開発されている。これに用いるＥＵＶ露光機では、ＥＵＶ光（一般に波長５〜２０ｎｍ、具体的には１３ｎｍや１１ｎｍの波長が用いられる）が使用される。
【０００３】
波長５〜２０ｎｍ帯のＥＵＶ光は常圧の気体では大きな吸収を受けるため、光路はほぼ真空環境でなければならない。投影光学系を構成する４〜１０枚のミラーも真空環境下に置かれる。各ミラーの表面にはＥＵＶ光を反射するための多層膜コートが施されている。例えば、波長１３ｎｍのＥＵＶ光を用いる場合、ＭｏとＳｉを波長の約半分の周期で４０〜５０層対積層させた多層膜により、約７０％の垂直反射率が得られることが分かっている。しかし、残りの３０％は吸収され、熱となってミラーの温度を上昇させる。ミラーは、温度上昇による熱膨張が発生するが、できる限りこの影響を低減する目的で、ミラー基板には線膨張係数が１０ｐｐｂオーダーの低膨張ガラス（ショット社製のゼロデュア、コーニング社製のＵＬＥなど）を用いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、たとえ低膨張ガラスを用いたとしても、ミラー基板の熱膨張を完全に避けることはできない。所望の結像性能を得るためには、投影光学系に許される波面収差は１〜０．５ｎｍ以下であり、例えば６枚投影系の場合、各ミラーに許される形状誤差は０．２〜０．１ｎｍ以下である。ミラー加工、組立誤差等により、この許容値の大部分は消費され、ミラー熱変形に許されるのはごくわずかしかなく、上述した１０ｐｐｂオーダーの低膨張ガラスを用いた場合に推測される熱変形は、この許容量を超えてしまう。
【０００５】
ミラーが変形するメカニズムは、ミラー表面が熱せられ、その熱が表面からは輻射によって、裏面方向にはガラス内を熱伝導によって移動する。ミラー裏面から効率的に熱を逃がすため、何らかの温度コントロールが必要と言われている。しかし、低膨張ガラスの熱伝導率は金属などと比較すればとても低く、ミラーの表面と裏面の間に大きな温度勾配が発生する。また、横方向の熱移動も不十分であるため、ミラー面内の温度分布が不均一になる。このようなミラーの表裏温度勾配と、面内温度不均一により、ミラーの熱膨張は非等方的となり、面形状の変形が生じる。
【０００６】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、ミラーの熱膨張を抑制することによりミラーの面形状の変形を抑制できる露光装置及びミラーの冷却方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、反射マスクの熱膨張を抑制することにより反射マスクの面形状の変形を抑制できる露光装置、反射マスクの冷却方法及び露光方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る露光装置は、ＥＵＶ光を反射マスクに導く照明系と、反射マスクからのＥＵＶ光を感光性基板に導く投影光学系とを有し、反射マスクのパタンを感光性基板へ転写する露光装置において、ＥＵＶ光を反射するミラーを冷却する冷却機構を備え、この冷却機構はミラーの表面及び裏面の少なくとも一方に冷却媒体を噴出する噴出ノズルを有することを特徴とする。
【０００８】
上記露光装置によれば、ＥＵＶ光を反射するミラーの表面又は裏面に冷却媒体を噴射することにより、熱伝導や気化熱によってミラー表面の熱を奪う。その結果、ミラーの熱膨張変形を許容量に抑えることができる。
【０００９】
また、本発明に係る露光装置においては、前記冷却機構によりミラーを冷却するタイミングを制御する制御部をさらに含み、この制御部は露光動作を行っていないときに冷却媒体を噴出ノズルから噴射するように制御することが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る露光装置においては、前記ミラーが投影光学系を構成するミラーであることも可能である。
【００１１】
また、本発明に係る露光装置においては、前記ミラーが照明光学系を構成するミラーであることも可能である。
【００１２】
本発明に係る露光装置においては、ＥＵＶ光を反射マスクに導く照明系と、反射マスクからのＥＵＶ光を感光性基板に導く投影光学系とを有し、反射マスクのパタンを感光性基板へ転写する露光装置において、前記反射マスクを冷却する冷却機構を備え、この冷却機構は反射マスクの表面に冷却媒体を噴出する噴出ノズルを有することを特徴とする。
【００１３】
上記露光装置によれば、反射マスクの表面に冷却媒体を噴射することにより、熱伝導や気化熱によって反射マスク表面の熱を奪う。その結果、反射マスクの熱膨張変形を許容量に抑えることができる。
【００１４】
また、本発明に係る露光装置においては、前記冷却機構による反射マスクの冷却を制御する制御部をさらに含み、この制御部は、ＥＵＶ光を遮らない位置に噴出ノズルを配置し、この位置から冷却媒体を噴射するように制御することが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る露光装置においては、前記噴出ノズルから噴出した冷却媒体を排気する排気手段をさらに含むことが好ましい。これにより、噴出ノズルから噴出された冷却媒体を効率良く排気することが可能となる。
【００１６】
また、本発明に係る露光装置においては、前記冷却媒体が気体又は液体であることも可能である。
【００１７】
また、本発明に係る露光装置においては、前記気体がヘリウム又は窒素であることも可能である。
【００１８】
また、本発明に係る露光装置においては、前記液体が液体窒素、液体ヘリウム又はエタノールであることも可能である。
【００１９】
本発明に係るミラーの冷却方法は、ＥＵＶ光を反射するミラーを冷却する冷却方法であって、ミラーの表面及び裏面の少なくとも一方に冷却媒体を接触させることによりミラーを冷却することを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る反射マスクの冷却方法は、ＥＵＶ光を反射マスクに導き、この反射マスクからのＥＵＶ光を感光性基板に導くことにより、パタンを感光性基板へ転写するための反射マスクを冷却する方法であって、反射マスクの表面に冷却媒体を接触させることで該反射マスクを冷却することを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る露光方法は、ＥＵＶ光を照明系によって反射マスクに導き、この反射マスクからのＥＵＶ光を投影光学系によって感光性基板に導くことにより、反射マスクのパタンを感光性基板へ転写する露光方法であって、ＥＵＶ光を遮らない位置に噴出ノズルを配置し、この位置から冷却媒体を反射マスクの表面に噴射することで該反射マスクを冷却しながら露光することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る第１の実施の形態によるＥＵＶ露光装置の概略を示す構成図である。
【００２３】
図１に示すように、ＥＵＶ露光装置は光源を含む照明系ＩＬを備えている。照明系ＩＬから放射されたＥＵＶ光（一般に波長５〜２０ｎｍが用いられ、具体的には１３ｎｍや１１ｎｍの波長が用いられる）は、折り返しミラー１によって反射マスク２に照射される。反射マスク２は反射マスクステージ３に保持されている。反射マスクステージ３は、走査方向（Ｙ軸）に１００ｍｍ以上のストロークを持ち、反射マスク面内の走査方向と直交する方向（Ｘ軸）に微小ストロークを持ち、光軸方向（Ｚ軸）にも微小ストロークを持っている。ＸＹ方向の位置は図示せぬレーザ干渉計によって高精度にモニタされ、Ｚ方向は反射マスクフォーカス送光系４と反射マスクフォーカス受光系５からなる反射マスクフォーカスセンサによってモニタされている。
【００２４】
反射マスク２によって反射されたＥＵＶ光は、反射マスクに描かれた回路パタンの情報を含んでいる。反射マスク２にはＥＵＶ光を反射する多層膜（例えばＭｏ／ＳｉやＭｏ／Ｂｅ）が形成されており、この多層膜の上に吸収層（例えばＮｉやＡｌ）の有無でパタニングされている。ＥＵＶ光は、鏡筒１４内に入射され、第一ミラー６によって反射され、順次第二ミラー７、第三ミラー８、第四ミラー９と反射されて最終的にはウェハ１０に対して垂直に入射する。投影系の縮小倍率は例えば１／４や１／５である。この図では、ミラーは４枚であるが、Ｎ．Ａ．をより大きくするためには、ミラーを６枚あるいは８枚にすると効果的である。鏡筒１４の近傍にはオフアクシス顕微鏡が配置されている。
【００２５】
ウェハ１０はウェハステージ１１上に載せられている。ウェハステージ１１は光軸と直交する面内（ＸＹ平面）を自由に移動することができ、ストロークは例えば３００〜４００ｍｍである。光軸方向（Ｚ軸）にも微小ストロークの上下が可能で、Ｚ方向の位置はウェハオートフォーカス送光系１２とウェハオートフォーカス受光系１３から構成されたウェハフォーカスセンサによってモニタされている。ＸＹ方向の位置は図示せぬレーザ干渉計によって高精度にモニタされている。露光動作において、反射マスクステージ３とウェハステージ１１は、投影系の縮小倍率と同じ速度比、すなわち４：１あるいは５：１で同期走査する。
【００２６】
図２及び図３は、図１に示す４枚のミラー６〜９のいずれか一枚を拡大した図であってミラー冷却機構を説明する構成断面図である。
【００２７】
図２に示すように、照明系ＩＬから放射されたＥＵＶ光１６がミラー２１に照射され、その照射されたミラー２１の領域Ａが加熱される。次いで、ウェハの露光が終了し、露光動作を行っていないタイミング、例えばウェハアライメントやウェハ交換を行っている最中、又は特別にミラー２１を冷却するために設けた休止中に、図３に示すように噴出ノズル１７をミラー２１上に移動させ、噴出ノズル１７の先端からＨｅガス又はＮ２ガスをミラー２１の領域Ａに噴射する。これにより、Ｈｅガス又はＮ２ガスがミラー２１の領域Ａから熱を奪い、ミラー２１が所望の温度まで冷却される。ミラー表面の温度を赤外線カメラ２０により観測し、所望の温度まで冷却したところでＨｅガス又はＮ２ガスの噴出を停止するようになっている。その後、噴出ノズル１７は図２に示す位置まで引き込まれ、再び露光動作が再開される。このように噴出ノズルを制御する制御部（図示せず）をＥＵＶ露光装置は備えている。
【００２８】
また、ミラー２１を冷却した際に噴出ノズル１７から噴出されたガスを効率良く排気するため、ミラー２１の表面近傍は積極的に真空排気することが望ましい。従って、ＥＵＶ露光装置は排気手段（図示せず）を有することが好ましく、この排気手段は、ミラー２１の表面近傍に排気口を備えた排気経路と、この排気経路に接続された真空ポンプと、を有している。この排気手段によって噴出ノズル１７から噴出されたガスを効率良く排気することが可能となる。
【００２９】
ミラー２１の冷却を実行するのは、露光時の各ウェハ間でも良いし、露光するウェハを数枚毎でも良い。また、ミラーの温度上昇による形状変形によって悪化する投影光学系の波面収差の値が許容値以下になるように、ミラー２１の冷却を行えば良い。例えば、前述の赤外線カメラ２０による観測によってミラー表面温度を測定することにより、ミラーの温度上昇を把握しながらミラーを冷却する。更に、赤外線カメラ２０によってミラー表面での温度分布も知ることができるため、ミラーの温度上昇部分を把握し、ミラーの冷却する部位を特定し、その特定した部位にＨｅガス又はＮ２ガスを噴射して冷却する。つまり、ミラー温度の高い部位に噴射されるＨｅガス又はＮ２ガスの量を多くし、ミラーの温度上昇があまり顕著でない部位には小量のガスを噴射するか、全く噴射しないことにより、ミラー表面での温度分布に応じて冷却を行う。
【００３０】
上記第１の実施の形態によれば、ＥＵＶ光露光装置の投影光学系を構成するミラーの表面に冷却用の気体を噴射することにより、熱伝導や気化熱によってミラー表面の熱を奪う。その結果、ミラーの熱膨張変形を許容量に抑えることができる。また、ミラーの温度を単に下げるだけではなく、ミラーの表面と裏面の温度差を小さくすることができる。また、ミラー表面内の温度分布を均一にする効果が期待できる。更に、本冷却方法がミラーに与える力は極めて弱く、ミラーを変形することがない利点もある。
【００３１】
尚、上記第１の実施の形態では、噴出ノズル１７から冷却用のガスをミラー２１の表面に噴射してミラー２１の温度を制御しているが、ミラーの裏面に冷却用のガスを噴射してミラーの温度を制御することも可能である。
【００３２】
また、上記第１の実施の形態では、鏡筒１４内の４枚のミラー６〜９を噴出ノズル１７で冷却しているが、照明系ＩＬ内のミラー（図示せず）を前記噴出ノズル１７と同様の構成の噴出ノズルで冷却することも可能である。
【００３３】
図４は、本発明に係る第２の実施の形態によるミラー冷却機構を説明する構成断面図であり、図２及び図３と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００３４】
噴出ノズル１８から噴出する冷却媒体を気体ではなく霧状の液体としたものである。霧状の液体は、例えば液体窒素、液体ヘリウム及びエタノールなどが好ましい。液体窒素及び液体ヘリウムは常温で気化するので、液体窒素がミラー２１の表面に残留して汚染源となることはない。また、エタノールも真空中では瞬時に気化するため、ミラー表面に残留して汚染源となることはない。また、エタノールは、ハイドロカーボンなどのカーボンコンタミがミラー２１に付着するのを抑制する作用効果を持つものであるため、冷却媒体として特に好ましい。
【００３５】
上記第２の実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
図５は、本発明に係る第３の実施の形態によるミラー冷却機構を説明する構成断面図であり、図４と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００３７】
噴出ノズル１９から噴出する冷却媒体を液体としたものである。この液体は、例えば液体窒素、液体ヘリウム及びエタノールなどが好ましい。
【００３８】
上記第３の実施の形態においても第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
図６は、本発明に係る第４の実施の形態によるＥＵＶ露光装置の概略を示す構成図であり、図１と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００４０】
照明系ＩＬから放射されたＥＵＶ光が反射マスク２に照射され、その照射された反射マスク２が加熱される。この加熱された反射マスク２を冷却する冷却機構をＥＵＶ露光装置が備えている。この冷却機構は、反射マスク２の表面に気体又は液体の冷却媒体を噴出する噴出ノズル２２を有する。ＥＵＶ光を遮らない位置に噴出ノズル２２を配置し、この位置から冷却媒体を反射マスク２の表面に噴射することにより、加熱された反射マスク２を冷却する。これにより、反射マスクから熱を奪い、露光中でも反射マスク２を所望の温度まで冷却することができる。反射マスク２の表面の温度を赤外線カメラ（図示せず）により観測し、所望の温度まで冷却したところで冷却媒体を停止するようになっている。このように噴出ノズル２２を動作させて冷却媒体が噴出されるように制御部がＥＵＶ露光装置を制御している。
【００４１】
また、反射マスク２を冷却した際に噴出ノズル２２から噴出された冷却媒体を効率良く排気するため、反射マスク２の表面近傍は積極的に真空排気することが望ましい。従って、ＥＵＶ露光装置は排気手段（図示せず）を有することが好ましく、この排気手段は、反射マスク２の表面近傍に排気口を備えた排気経路と、この排気経路に接続された真空ポンプと、を有している。この排気手段によって噴出ノズル２２から噴出された冷却媒体を効率良く排気することが可能となる。
【００４２】
反射マスク２の冷却を実行するのは、露光時の各ウェハ間でも良いし、露光中でも良い。また、反射マスク２の温度上昇による形状変形が許容量以下になるように、反射マスク２の冷却を行えば良い。例えば、前述の赤外線カメラによる観測によって反射マスク２の表面温度を測定することにより、反射マスク２の温度上昇を把握しながら反射マスクを冷却する。更に、赤外線カメラによって反射マスク２の表面での温度分布も知ることができるため、反射マスク２の温度上昇部分を把握し、反射マスク２の冷却する部位を特定し、その特定した部位に冷却媒体を噴射して冷却する。つまり、反射マスク２の温度の高い部位に噴射される冷却媒体の量を多くし、反射マスク２の温度上昇があまり顕著でない部位には小量の冷却媒体を噴射するか、全く噴射しないことにより、反射マスク２表面での温度分布に応じて冷却を行う。
【００４３】
上記第４の実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、ＥＵＶ光露光装置の反射マスク２の表面に冷却媒体を噴射することにより、熱伝導や気化熱によって反射マスク表面の熱を奪う。その結果、反射マスクの熱膨張変形を許容量に抑えることができる。
【００４４】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しな範囲内で種々変更して実施することが可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ミラーの熱膨張を抑制することができ、それによりミラーの面形状の変形を抑制できる露光装置及びミラーの冷却方法を提供することができる。また、他の本発明によれば、反射マスクの熱膨張を抑制することができ、それにより反射マスクの面形状の変形を抑制できる露光装置、反射マスクの冷却方法及び露光方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態によるＥＵＶ露光装置の概略を示す構成図である。
【図２】図１に示す４枚のミラーのいずれか一枚を拡大した図であってミラー冷却機構を説明する構成断面図である。
【図３】図１に示す４枚のミラーのいずれか一枚を拡大した図であってミラー冷却機構を説明する構成断面図である。
【図４】本発明に係る第２の実施の形態によるミラー冷却機構を説明する構成断面図である。
【図５】本発明に係る第３の実施の形態によるミラー冷却機構を説明する構成断面図である。
【図６】本発明に係る第４の実施の形態によるＥＵＶ露光装置の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
ＩＬ…照明系　　　　　　　　　　　１…折り返しミラー
２…反射マスク　　　　　　　　　　３…反射マスクステージ
４…反射マスクフォーカス送光系　　５…反射マスクフォーカス受光系
６…第一ミラー　　　　　　　　　　７…第二ミラー
８…第三ミラー　　　　　　　　　　９…第四ミラー
１０…ウェハ　　　　　　　　　　　１１…ウェハステージ
１２…ウェハフォーカス送光系　　　１３…ウェハフォーカス受光系
１４…鏡筒　　　　　　　　　　　　１５…オフアクシス顕微鏡
１６…ＥＵＶ光　　　　　　　　　　１７，１８，１９，２２…噴出ノズル
２０…赤外線カメラ　　　　　　　　２１…ミラー
【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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【図６】
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