(57)【要約】【課題】  均一な分布の平行光束のＥＵＶ光束を得るためのコリメーター光学系【手段】  波長６０ｎｍ以下のＥＵＶ光の光源から出た光束をコレクター光学系により集光した後、平行光束に変換するコリメーター光学系において、前記コリメーター光学系が、少なくとも２枚からなる非球面形状の斜入射型反射鏡により構成されており、前記コリメーター光学系の入射端における光束の中心と射出端における光束の中心とを結ぶ直線と、前記入射端における光束の中心に存在している光線の光路とが、前記コリメーター光学系内で交差することを特徴とするコリメーター光学系である。このようなコリメーター光学系を用いることにより、均一な分布の平行光束を得ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長６０ｎｍ以下のＥＵＶ光の光源から出た光束をコレクター光学系により集光し、前記集光した光束を平行光束に変換するコリメーター光学系において、
前記コリメーター光学系が、少なくとも２枚からなる非球面形状の斜入射型反射鏡により構成され、
前記コリメーター光学系の入射端における光束の中心と射出端における光束の中心とを結ぶ直線と、前記入射端における光束の中心に存在している光線の光路とが、前記コリメーター光学系内で交差することを特徴とするコリメーター光学系。
【請求項２】
波長６０ｎｍ以下のＥＵＶ光の光源から出た光束をコレクター光学系により集光し、前記集光した光束を平行光束に変換するコリメーター光学系において、
前記コリメーター光学系が、少なくとも２枚からなる非球面形状の斜入射型反射鏡により構成され、
前記コリメーター光学系を構成する各々の反射鏡における入射光の中心光線と反射鏡面とにより形成される角度の和よりも、前記コリメーター光学系に入射した光束の中心光線が前記コリメーター光学系により曲げられる角度のほうが、小さいことを特徴とするコリメーター光学系。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載されたコリメーター光学系において、前記コリメーター光学系を構成する各々の反射鏡に入射するＥＵＶ光の光束が、各々全ての反射鏡面に対し２０度以下の角度で入射することを特徴とするコリメーター光学系。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載されたコリメーター光学系において、
前記コリメーター光学系を構成する非球面形状の反射鏡の少なくとも１枚の面形状がトロイダル非球面であることを特徴とするコリメーター光学系。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載されたコリメーター光学系において、
前記反射鏡の鏡面が、Ｒｕ、Ｍｏ又はＭｏＳｉ2のいずれかの材料から構成されているものであることを特徴とするコリメーター光学系。
【請求項６】
波長６０ｎｍ以下のＥＵＶ光を発生させる光源と、
前記ＥＵＶ光の光束を平行光束に変換するコリメーター光学系を有する照明光学装置において、
前記コリメーター光学系が、請求項１から５のいずれかに記載されたコリメータ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６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】
本発明は主として線幅６０ｎｍ以下の次世代半導体の製造に用いる照明装置、並びに当該照明装置を含んだ投影露光装置、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。
【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。
【０００５】
ここで、ＥＵＶ照明光学系の一般的な構成を説明する。ＥＵＶ光はＥＵＶ光源により発せられる。
【０００６】
現在、ＥＵＶ照明光学系の光源としてはプラズマ光源が用いられており、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。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、容器に設けられたピンホールに集光される。
【０００７】
ＥＵＶ照明光学系の容器は、プラズマ光源より発生する飛散物が他の光学系に影響を与えないよう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飛散物が付着し、反射率が低下することを防ぐものである。
【０００８】
容器に設けられたピンホールを通過したＥＵＶ光束は、コリメーター光学系により平行光束に変換され、この平行光束は反射型フライアイ光学系に入射し、照明ムラのない二次光源を生成する。
【０００９】
反射型フライアイ光学系より射出された光束は、必要に応じ遮光板を介した後コンデンサー光学系を経由し、レチクル（マスク）面を照明する。
【００１０】
ＥＵＶ照明光学系で用いられるミラーとしては、多層膜により形成されたブラッグ反射を利用した多層膜ミラーとミラー反射面に対して浅い入射角度で入射させることにより高い反射率を得ることのできる斜入射型ミラーの２種類がある。
【００１１】
コリメーター光学系は光量ロスをできるだけ抑える必要があるが、多層膜ミラーは反射率が７０％程度と低く、多層膜ミラーはプラズマ光源から発生する汚染物による汚染に弱いためコリメーター光学系に用いるのは不適である。
【００１２】
このため、一般に浅い入射角度では高い反射率が得られる斜入射型ミラーによりコリメーター光学系が構成されるが、このようなコリメーター光学系としては、ＥＵＶ光を平行光束にするため径の異なる複数の同心円状のミラーを組み合せた構造のものが提案されている。図２に、一例として径の異なる複数の同心円形状のミラーを組合せた構造のコリメーター光学系の断面図を示す。光源１１より発生したＥＵＶ光の光束は、コリメーター光学系１２の各々の同心円状ミラーに二回あるいはそれ以上反射させることにより平行光束に変換される。一般的にこれにより得られるＥＵＶ光束の断面は同心円形状となる。
【特許文献１】特開２００２−３１９５３７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、径の異なる同心円状の複数のミラーを組み合せたコリメーター光学系では、構造が極めて複雑となり、製造コストも高く、生産性も悪いといった問題点がある。又、得られる光束も同心円状の分布の光束であるため、分布にムラのある光束となっていた。
【００１４】
よって、本発明では、ＥＵＶ領域において使用可能で、容易に製造でき、均一な分布の平行光束が得ることができる構造のコリメーター光学系、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】
【００１５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。
【００１６】
第１の発明は、波長６０ｎｍ以下のＥＵＶ光の光源から出た光束をコレクター光学系により集光し、前記集光した光束を平行光束に変換するコリメーター光学系において、前記コリメーター光学系が、少なくとも２枚からなる非球面形状の斜入射型反射鏡により構成され、前記コリメーター光学系の入射端における光束の中心と射出端における光束の中心とを結ぶ直線と、前記入射端における光束の中心に存在している光線の光路とが、前記コリメーター光学系内で交差することを特徴とするコリメーター光学系である。
【００１７】
第２の発明は、波長６０ｎｍ以下のＥＵＶ光の光源から出た光束をコレクター光学系により集光し、前記集光した光束を平行光束に変換するコリメーター光学系において、前記コリメーター光学系が、少なくとも２枚からなる非球面形状の斜入射型反射鏡により構成され、前記コリメーター光学系を構成する各々の反射鏡における入射光の中心光線と反射鏡面とにより形成される角度の和よりも、前記コリメーター光学系に入射した光束の中心光線が前記コリメーター光学系により曲げられる角度が、小さいことを特徴とするコリメーター光学系である。
【００１８】
第３の発明は、第１または第２の発明のいずれかのコリメーター光学系において、前記コリメーター光学系を構成する各々の反射鏡に入射するＥＵＶ光の光束が、各々全ての反射鏡面に対し２０度以下の角度で入射することを特徴とするコリメーター光学系である。
【００１９】
第４の発明は、第１から３の発明のいずれかのコリメーター光学系において、前記コリメーター光学系を構成する非球面形状の反射鏡の少なくとも１枚の面形状がトロイダル非球面であることを特徴とするコリメーター光学系である。
【００２０】
第５の発明は、第１から４の発明のいずれかのコリメーター光学系において、前記反射鏡の鏡面が、Ｒｕ、Ｍｏ又はＭｏＳｉ2のいずれかの材料から構成されているものであることを特徴とするコリメーター光学系である。
【００２１】
第６の発明は、波長６０ｎｍ以下のＥＵＶ光を発生させる光源と、前記ＥＵＶ光の光束を平行光束に変換するコリメーター光学系を有する照明光学装置において、前記コリメーター光学系が、第１から５の発明のいずれかのコリメータ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。
【００２２】
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６の発明の照明光学装置と、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。
【００２３】
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】
【００２４】
本発明に係るコリメーター光学系は、簡単な構造で、かつ、均一で光量ロスの少ない平行光束を容易に得ることができる。また、本発明に係るコリメーター光学系を用いた照明光学装置は簡単に均一照明をすることができ、露光装置に用いた場合に、微細なパターンを形成する際に効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
球面形状のコリメーターミラーで構成されたコリメーター光学系では球面収差を取除くことができない。よって、本発明に係るコリメーター光学系は、２枚の非球面形状のミラーにより構成されている。
【００２６】
図３に、本発明に係る２枚の非球面形状のミラーにより構成されたコリメーター光学系の概念図を示す。このようなミラーの構成では、点光源２１より発生したＥＵＶ光束の光路は第１ミラー２２、第２ミラー２３の２枚のミラーで反射される。よって、入射した光束がコリメーター光学系により曲げられる角度よりも、第１ミラーに入射する光束と反射面により形成される角度と、第２ミラーに入射する光束と反射面により形成される角度の和の方が大きくなる。また、コリメーター光学系の入射端Ｉ（二点鎖線）における入射光の光束の中心Ａと射出端Ｏ（二点差線）における射出光の光束の中心Ｂとを結ぶ直線Ｙ（点線）が、入射端Ｉにおける入射光の光束の中心に存在する光線Ｘの光路と当該コリメーター光学系内で交差することとなる。このような構成のコリメーター光学系により均一な平行光束を得ることができる。
【００２７】
以下、本発明の具体的な実施例を記載する。尚、本発明に係るコリメーター光学系は以下の実施例に示すようにＥＵＶ露光装置に使用されるのみならず、光源としてＥＵＶ光を用いた場合のＥＵＶの照明光学装置として幅広く使用することが可能である。
【実施例１】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図１に基づき説明する。
【００２９】
本実施例は、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（不図示）。このような真空チャンバー内に、ＥＵＶ光源１としてプラズマ光源を設置する。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。このプラズマ光源からは、波長１３．４ｎｍのＥＵＶ光が放出されている。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良い。
【００３０】
このＥＵＶ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Ｐ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。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、ＥＵＶ光源１より発生した飛散物が容器３の外に飛散しないように圧力調整がなされている。この容器３のピンホールＰから射出したＥＵＶ光は、コリメーター光学系４に入射する。
【００３１】
当該コリメーター光学系４は、２枚の凹面ミラーにより構成されており、光束の入射側の第１ミラー、射出側の第２ミラーからなる。２枚のミラーは双方ともモリブデンからなり、その表面は下記に示す式に表される非球面形状である「トロイダル非球面」の形状に加工されている。
【００３２】
凹面鏡の光軸方向における座標位置ｚは、以下の式で表される。
ｚ＝（ｃｙ＾２）／〔１＋｛１−（１+ｋ）（ｃ＊ｙ）＾２｝＾(１／２)〕＋α１＊ｙ＾２+α２＊ｙ＾４+α３＊ｙ＾６+α４＊ｙ＾８+α５＊ｙ＾１０+α６＊ｙ＾１２+α７＊ｙ＾１４
コリメーター光学系４の第１ミラーにおける値は、以下の通りである。
ｃ：−１１１３．９２
ｋ：−６２３．１３５
α１：−５．０８５０E−１６９
α２：０
α３：−１．２６４８Ｅ−１４５
α４：０
α５：−５．１１７３Ｅ−１６９
α６：１．２７０１Ｅ−１３０
α７：−２．０８７０Ｅ−１９４
コリメーター光学系４の第２ミラーにおける値は、以下の通りである。
ｃ：５４１０．９９
ｋ：１９６．００８
α１：−９．４１４３E−２１２
α２：１．５１５９Ｅ−１６９
α３：４．０５８６Ｅ−１９７
α４：４．３３９７Ｅ−１７０
α５：−１．１４８１Ｅ−１０７
α６：５．０４９５Ｅ−１７０
α７：−２．１４７７Ｅ−１０８
尚、ｙは光軸に垂直な座標位置、ｃは曲率、ｋはコーニック乗数、α１、α2、α３、α４、α５、α６、α７は非球面係数である。
本実施例では、ミラーを構成する材料として、図４に示す特性のモリブデンを用いているが、この他、図５に示す特性のルテニウム（Ｒｕ）や、図６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４から図６の斜入射角とは、光束と反射面とにより形成される角度を意味している。又、浅い入射角度とは、斜入射角が小さいことを意味する。
【００３３】
このコリメーター光学系４により入射したＥＵＶ光は分布が均一な平行光束に変換され射出される。本実施例では、コリメーター光学系４内の２枚のミラーは、ともに斜入射型ミラーであり、光束の入射角度が各々のミラー面に対し約１０度の角度で入射するように配置されている。この角度でモリブデンの斜入射型ミラーにＥＵＶ光束を入射させた場合では反射率は約９０％であり、多層膜ミラーの反射率が７０％程度であるのに対し高い反射率を示す。
【００３４】
コリメーター光学系４から射出した平行光束のＥＵＶ光は、その後、斜入射型の反射型フライアイ光学系５に入射し二次光源を生成する。
【００３５】
斜入射型の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、入射側のフライアイミラーは、複数の放物面鏡で構成されている。また、出射側のフライアイミラーは入射側のフライアイミラーで生じた収差を補正する役割を有している。
【００３６】
本実施例では反射型フライアイ光学系５は、モリブデンからなる斜入射型ミラーであり、光束の入射角度がミラー面に対し１０度の角度で入射されるように設置されており、このときの反射率は約９０％である。
【００３７】
尚、本実施例ではフライアイミラーは複数の放物面鏡で構成しているが、複数のシリンドリカルミラーにより構成してもよい。
【００３８】
反射型フライアイ光学系５から射出したＥＵＶ光は、必要に応じ輪帯照明や多極照明等の変形照明を形成するための遮光板を通過し所望の変形照明を形成する。この遮光板は所望の二次光源を得ることができるよう複数の照明パターンの遮光板がターレット上に設置されており、ターレットを回転し遮光板を選択することにより、所望の変形照明を得ることができるようになっている。この後、ＥＵＶ光束はモリブデンからなる斜入射型コンデンサーミラーにより構成されたコンデンサー光学系６を介した後、レチクル７を照明する。
【実施例２】
【００３９】
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７のフローチャートに基づき説明する。
【００４０】
先ず、図７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。
【００４１】
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】
【００４２】
【図１】は、本発明に係るコリメーター光学系を用いた照明光学装置の構成図である。
【図２】は、従来のコリメーター光学系の断面図である。
【図３】は、本発明に係るコリメーター光学系の断面図である。
【図４】は、波長13.4nmにおけるＭｏミラーの斜入射角と反射率の相関を示す図である。
【図５】は、波長13.4nmにおけるＲｕミラーの斜入射角と反射率の相関を示す図である。
【図６】は、波長13.4nmにおけるＭｏＳｉ2ミラーの斜入射角と反射率の相関を示す図である。
【図７】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】
【００４３】
１  ＥＵＶ光源
２  コレクター光学系
３  容器
４  コリメーター光学系
５  反射型フライアイ光学系
６  コンデンサー光学系
７  レチクル
【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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【図７】
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