(57)【要約】【課題】  ムラがなく変形照明可能な二次光源を得ることのできるＥＵＶ照明光学装置を提供することである。【手段】  露光装置等に用いられる照明光学装置において、波長が６０ｎｍ以下のＥＵＶ光を発生させる光源と、前記光源からのＥＵＶ光を集光するコレクター光学系と、前記コレクター光学系により集光した光を入射させＥＵＶ光の分布を均一にする中空箱型内面鏡と、前記中空箱型内面鏡から射出したＥＵＶ光を入射させ二次光源を生成する反射型フライアイ光学系と、前記反射型フライアイ光学系により生成された二次光源の光束を反射鏡により重畳してレチクル面上の照明領域を照明するコンデンサー光学系により構成した照明光学装置である。【選択図】  図１
2005197550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置等に用いられる照明光学装置において、
波長が６０ｎｍ以下のＥＵＶ光を発生させる光源と、
前記光源からのＥＵＶ光を集光するコレクター光学系と、
前記コレクター光学系により集光した光を入射させＥＵＶ光の分布を均一にする中空箱型内面鏡と、
前記中空箱型内面鏡から射出したＥＵＶ光を入射させ二次光源を生成する反射型フライアイ光学系と、
前記反射型フライアイ光学系により生成された二次光源の光束を反射鏡により重畳してレチクル面上の照明領域を照明するコンデンサー光学系により構成されていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
請求項１に記載された照明光学装置において、
前記中空箱型内面鏡内における内部の反射面を構成する材料が、Ｍｏ、Ｒｕ、ＭｏＳｉ2により構成されていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項３】
請求項１、２に記載されたいずれかの照明光学装置において、
前記中空箱型内面鏡内における内部の反射鏡への光の入射角度が、反射鏡面に対し２０度以下であることを特徴とする照明光学装置。
【請求項４】
請求項１から３に記載されたいずれかの照明光学装置において、
前記反射型フライアイ光学系が多層膜反射鏡により構成されていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項５】
請求項１から４に記載されたいずれかの照明光学装置において、
前記中空箱型内面鏡の光の入射側にピンホールを設け、
前記光源からのＥＵＶ光を前記コレクター光学系により前記ピンホールに集光させ中空箱型内面鏡内に入射させることを特徴とする照明光学装置。
【請求項６】
請求項１から５に記載されたいずれかの照明光学装置において、
前記中空箱型内面鏡を外部より冷却する機構を設けたことを特徴とする照明光学装置。
【請求項７】
マスク上に設けられたパターン像を感光性基板上へ転写する露光装置において、
前記マスクを照明するための請求項１から６のいずれかに記載された照明光学装置と、
前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項８】
請求項７に記載された露光装置を用いて、前記マスクのパターンを前記感光性基板上に露光する露光工程と、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現像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】
本発明は特に線幅６０ｎｍ以下の次世代半導体の製造に用いる照明装置、投影露光装置及び当該投影露光装置によりマイクロデバイスの製造方法に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
半導体用投影露光装置の開口数、使用波長は半導体素子の高密度化、対象線幅の細線化に伴って年々大口径化、短波長化する傾向にある。使用する光線の波長は水銀のｉ線（波長３６５．０１５ｎｍ）から、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）へ移り、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）を光源とした縮小投影露光装置も実用化されている。
【０００３】
しかし、従来の屈折光学素子を用いた投影光学系では、レンズ等を構成する硝材の透過率の面から、波長１５７ｎｍのＦ2エキシマレーザーを光源として使用したものが限界であり、これより波長が短くなると光学系は一般的に屈折部材を一切含まない反射型光学系により構成する必要がある。
【０００４】
このため、波長が６０ｎｍよりも短いＥＵＶ光（極端紫外光）を光源として用いた縮小露光装置が次世代の半導体リソグラフィの手段として研究されているが、現在のところこの波長領域の光に対して光量ロスの少ない照明光学系は存在しない。
【０００５】
ここで、一般的な光学系に多層膜ミラーを用いたＥＵＶ照明光学系の構成を説明する。ＥＵＶ光を発生させるＥＵＶ光源は、現在のところプラズマ光源が一般的である。プラズマ光源としては、レーザープラズマ光源、放電プラズマ光源の２種類が存在するが、現在のところ効率の点から放電プラズマ光源が有望である。
【０００６】
ＥＵＶ光源より発せられたＥＵＶ光束はコレクター光学系により、隔壁部分に設けられたピンホールに集光される。隔壁は、プラズマ光源より発生する汚染物を除去するために設けられたものであり、この後の光路に存在するミラー等の光学系の表面に汚染物が付着し、反射率が低下することを防ぐものである。
【０００７】
隔壁のピンホールを通過したＥＵＶ光束は、二次光源を発生させる光学手段により二次光源を生成した後、必要に応じ遮光板を介し、コンデンサー光学系を経由して、レチクル（マスク）面を照明する。
【０００８】
ここで、二次光源を発生させる方法として、「反射型フライアイ方式」と「中空型インテグレーター方式」とがある。
「反射型フライアイ方式」は、小型の反射鏡を網目状に配置したミラーを二枚用いたもので、光束を入射させることにより照明ムラのない二次光源を形成するものである。この反射型フライアイ方式では、多極照明等の変形照明を容易に作り出すことができるといった利点がある。しかし、ＥＵＶ光源はプラズマ光源を使用していることから、発光位置の変動や、発光の分布が均一でない場合がある。反射型フライアイ方式では、このようなＥＵＶ光束のムラを取り除くことができないため、結果としてムラのある二次光源が生成され、露光用の照明に用いた場合にマスクを均一に照明することができず、露光装置の性能に悪影響を与えるといった欠点があった。
【０００９】
また、「中空型インテグレーター方式」は、特開２００１−２８３３２に代表されるように、いわゆる中空型インテグレーターといわれる中空箱型内面鏡を用い、その内部に光束を入射させる方式である。中空型インテグレーター方式では、ＥＵＶ光源から発生した光束の分布をムラのない均一なものとすることは可能であるが、変形照明をすることができないといった欠点がある。多極照明等の変形照明は現在のエキシマレーザーを光源とする露光装置に使用されており、微細パターンを形成するための露光装置においては、変形照明をすることができない場合のデメリットは大きい。
【特許文献１】米国特許第６１９５２０１号明細書
【特許文献２】特開２００１−２８３３２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、ＥＵV光源から発生したムラのある光束を均一化するとともに、多極照明等の変形照明可能なＥＵＶ光の照明光学装置及び露光装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされるものである。
第１の発明は、露光装置等に用いられる照明光学装置において、波長が６０ｎｍ以下のＥＵＶ光を発生させる光源と、前記光源からのＥＵＶ光を集光するコレクター光学系と、前記コレクター光学系により集光した光を入射させＥＵＶ光の分布を均一にする中空箱型内面鏡と、前記中空箱型内面鏡から射出したＥＵＶ光を入射させ二次光源を生成する反射型フライアイ光学系と、前記反射型フライアイ光学系により生成された二次光源の光束を反射鏡により重畳してレチクル面上の照明領域を照明するコンデンサー光学系により構成されていることを特徴とする照明光学装置である。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明の照明光学装置において、前記中空箱型内面鏡内における内部の反射面を構成する材料が、Ｍｏ、Ｒｕ、ＭｏＳｉ2により構成されていることを特徴とする照明光学装置である。
【００１３】
第３の発明は、第１又は第２の発明のいずれかの照明光学装置において、前記中空箱型内面鏡内における内部の反射鏡への光の入射角度が、反射鏡面に対し２０度以下であることを特徴とする照明光学装置である。
【００１４】
第４の発明は、第１から３の発明のいずれかの照明光学装置において、前記反射型フライアイ光学系が多層膜反射鏡により構成されていることを特徴とする照明光学装置である。
【００１５】
第５の発明は、第１から４の発明のいずれかの照明光学装置において、前記中空箱型内面鏡の光の入射側にピンホールを設け、前記光源からのＥＵＶ光を前記コレクター光学系により前記ピンホールに集光させ、中空箱型内面鏡内に入射させることを特徴とする照明光学装置である。
【００１６】
第６の発明は、第１から５の発明のいずれかの照明光学装置において、前記中空箱型内面鏡を外部より冷却する機構を設けたことを特徴とする照明光学装置である。
第７の発明は、マスク上に設けられたパターン像を感光性基板上へ転写する露光装置において、前記マスクを照明するための第１から６の発明のいずれかの照明光学装置と、前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置である。
【００１７】
第８の発明は、第７の発明の露光装置を用いて、前記マスクのパターンを前記感光性基板上に露光する露光工程と、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現像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である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る照明光学装置によれば、ＥＵＶ光において多極照明可能であり、かつ、光束の分布をムラがなく均一に照明することができる効果がある。また、当該照明光学装置を用いた露光装置では、露光に用いられる照明を変形照明可能で、かつ、光量分布が均一にすることができるため、微細なパターンの露光が可能となるといった効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１に基づき本発明に係る照明光学装置について説明する。
本発明に係る照明光学装置は、ＥＵＶ光源１から発生したＥＵＶ光が、コレクター光学系２により集光された後、中空箱型内面鏡である中空型インテグレーター４に入射する。中空型インテグレーター４は、内面がミラーとなっており、内部で反射を繰り返すことにより、ＥＵＶ光源１より発生したムラのある不均一な分布のＥＶＵ光を均一な分布にすることができる。この中空型インテグレーター４から射出したＥＵＶ光束は、反射型フライアイ光学系５に入射される。反射型フライアイ光学系５では、反射型フライアイ光学系５の射出端で変形照明を形成することが可能であり、所望の二次光源を生成することができる。よって、中空型インテグレーター４と反射型フライアイ光学系５により、均一な分布でかつ変形照明可能な二次光源を得ることができる。このように生成された二次光源からの光束は、コンデンサー光学系６を介しマスク７に照射される。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の照明光学装置の実施例について図１に基づき更に具体的に説明する。
本実施例では、ＥＵＶ光を使用することから照明光学装置全体が真空チャンバー内部に組み込まれ真空ポンプにより排気されている。このような真空チャンバー内に、図１に示される本発明に係るＥＵＶ照明光学装置のＥＵＶ光源１としてプラズマ光源が設置されている。このプラズマ光源はＸｅガスを流しながら電極に電界を印加して放電させることによりプラズマを発生させるものである。尚、本実施例ではＥＵＶ光源１として放電プラズマ光源を使用しているが、レーザープラズマ光源を用いてもよい。
【００２１】
このプラズマ光源１により発光したＥＵＶ光は、斜入射型のコレクター光学系２により集光する。このコレクター光学系２は、同心円状に円錐面を複数配置したモリブデン（Ｍｏ）からなる斜入射型ミラーである。このＥＵＶ光源１とコレクター光学系２は、一つの容器３の内部に収められており、コレクター光学系２によりＥＵＶ光が集光された位置の近傍にはピンホールＰ１が設けられ、ＥＵＶ光源１から発生したＥＵＶ光を取り出すことができる構成となっている。
【００２２】
また、この容器３内部は容器外部よりも圧力が低圧に設定され、プラズマ光源１より発生した飛散物が容器の外に飛散しないように圧力の調整がなされている。この容器３のピンホールＰ１から射出したＥＵＶ光は、中空箱型内面鏡である中空型インテグレーター４に入射される。
【００２３】
この中空型インテグレーター４は、全体がモリブデンにより形成された四角柱状のもので、内部が空洞になっており、内部の壁面はＥＵＶ光が反射しやすいように鏡面仕上げがなされている。中空型インテグレーター４内壁面の内部のミラーに浅い角度でＥＵＶ光束を入射させると当該ミラーにより反射され、ＥＵＶ光は重畳され均一な光量分布となる。なお、モリブデンからなる斜入射型ミラーに入射させた場合、９０％程度の高い反射率で反射させることができ光量の損失も少ない。
【００２４】
また、この中空型インテグレーター４のＥＵＶ光の入射口はピンホールＰ２となっており、コレクター光学系２により集光されたＥＵＶ光が当該ピンホールＰ２に入射するように、容器３のピンホールＰ１の位置と中空型インテグレーター４のピンホールＰ２の位置とが一致するように配置されている。
【００２５】
尚、当該中空型インテグレーター４の形状は、本実施例では箱型四角柱のものを用いているが、これ以外に三角柱、六角柱等の多角形の柱状構造であってもよい。また、本実施例では、中空型インテグレーター４の内面鏡を構成する材料として、図２に示す特性のモリブデンを用いているが、この他、図３に示す特性のルテニウム（Ｒｕ）や、図４に示す特性のＭｏＳｉ2を用いても良い。入射角度の幅を広くしたい場合には、材料としてモリブデンやルテニウムが適しているが、偏光を減らしたい場合は、材料としてＭｏＳｉ2が適している。尚、図２から４における斜入射角とは、光束と反射面とにより作り出される角度を意味する。また、本文中において、浅い入射角度とは斜入射角の小さな場合を意味している。
【００２６】
又、当該中空型インテグレーター４に冷却機構を持たせることにより、中空型インテグレーター４を冷却することができ、容器３では取り除くことができなかったＥＵＶ光源１から発生した汚染物を中空型インテグレーター４内の壁面に付着させ取り除くことができる。この場合、中空型インテグレーター４内の内面ミラーには汚染物が付着するが、この後の光路に汚染物が侵入することは防ぐことができる。多層膜ミラーにより構成されている他の光学素子は、中空型インテグレーター４に比べ高価であることから、交換が必要な場合は中空型インテグレーター４を交換する方が経済的である。
【００２７】
中空型インテグレーター４より射出されるムラのないＥＵＶ光束は、反射型フライアイ光学系５に入射する。反射型フライアイ光学系５は、入射側のフライアイミラーと出射側のフライアイミラーの二枚一組で構成されており、各々のフライアイミラーは、複数の微小ミラーにより構成されている。
【００２８】
これらの微小ミラーの角度をかえることにより、多極照明等の変形照明を生成することが可能である。また、必要に応じて遮光板を設置してもよい。
本実施例では各々のフライアイミラーは、ＭｏとＳｉの多層膜からなる多層膜ミラーにより構成されており、収差のない二次光源を生成することができる。これにより得られる二次光源は、低収差で、分布が均一でムラのない、変形照明可能な光源である。尚、収差よりも光量を重視する場合には、各々のフライアイミラーを斜入射型ミラーにより構成することも可能であり、この場合入射角度はミラー面に対し浅い角度で入射させる必要がある。
【００２９】
この後、ＥＵＶ光束は、コンデンサー光学系６に入射する。コンデンサー光学系６には、単数あるいは複数のコンデンサーミラーにより構成されており、各々のコンデンサーミラーは、ＭｏとＳｉの多層膜からなる直入射型の多層膜ミラーである。尚、このコンデンサーミラーは、モリブデンからなる斜入射型ミラーであってもよい。このコンデンサー光学系６から射出したＥＵＶ光束が、マスク７であるレチクル面を均一に照射する。
【００３０】
上述の照明光学装置を含む露光装置により、マイクロデバイスを露光する方法について以下に説明する。この露光装置は、照明光学装置によってマスク(またはレチクル)を照明し(照明工程)、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用パターンを感光性基板に露光する(露光工程)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。この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を図５のフローチャートに基づき説明する。
【００３１】
先ず、図５のステップ１０１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１０２において、その１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１０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系(投影光学モジュール)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１０４において、その１ロットについて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１０５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。その後、更に上のレイヤに回路パターンの形成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。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスであっても露光することができる。
【００３２】
また、上述の実施形態の露光装置では、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。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】は、本発明に係る照明光学装置の構成を示す図である。
【図２】は、波長13.4nmにおけるＭｏミラーにおける斜入射角と反射率の相関を示す図である。
【図３】は、波長13.4nmにおけるＲｕミラーにおける斜入射角と反射率の相関を示す図である。
【図４】は、波長13.4nmにおけるＭｏＳｉ2ミラーにおける斜入射角と反射率の相関を示す図である。
【図５】は、本発明に係る投影露光装置によりマイクロデバイスを作製するプロセスを示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  ＥＵＶ光源
２  コレクター光学系
３  容器
４  中空型インテグレーター
５  反射型フライアイ光学系
６  コンデンサー光学系
７  マスク
【図１】
2005197550.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005197550.tif 000005
【図４】
2005197550.tif 000006
【図５】
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