(57)【要約】【課題】  所定の差圧を維持した場合であってもスループットを維持して装置の小型化をもたらすことが可能な照明装置、それを有する露光方法、それを利用したデバイス製造方法を提供する。【解決手段】  被照明面を均一に照明するためのオプティカルインテグレーターと、前記オプティカルインテグレーターに光を導光するための導光部とを有し、当該導光部は第１の開口部を含む第１のミラーと、第２の開口部を含む第２のミラーとを有し、前記光は、前記第２の開口部を介して前記第１のミラーで反射し、次いで、前記第２ミラーで反射し、前記第１の開口部を通過することを特徴とする照明光学系を提供する。【選択図】  図１
2005317611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照明面を均一に照明するためのオプティカルインテグレーターと、
前記オプティカルインテグレーターに光を導光するための導光部とを有し、
当該導光部は第１の開口部を含む第１のミラーと、第２の開口部を含む第２のミラーとを有し、前記光は、前記第２の開口部を介して前記第１のミラーで反射し、次いで、前記第２ミラーで反射し、前記第１の開口部を通過することを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記第１のミラーは凹面鏡であり、前記第２のミラーは凸面鏡であることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項３】
前記導光部は、略平行光を前記オプティカルインテグレーターに導光することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項４】
前記第２の開口部は前記第２のミラーの中央部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項５】
前記導光部に入射する前記光の開口数は０．２５以下であることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項６】
前記導光部に入射する前記光の開口数は０．２以下であることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項７】
前記光は、２０ｎｍ以下の波長を有することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項８】
輪帯形状を有する前記光を生成する光源部と、
前記光源部からの前記光によって被照明面を照明する請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の照明光学系とを有することを特徴とする照明装置。
【請求項９】
前記照明装置は、前記光源部と前記導光部との間に、圧力を段階的に減圧するための多段式の差動排気手段を有することを特徴とする請求項８記載の照明装置。
【請求項１０】
所定のパターンを形成し、前記被照明面としてのレチクルを照明するための請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の照明光学系と、
前記パターンを反映する光を被露光体に投影する投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の露光装置を用いて前記被露光体を露光する工程と、
露光された前記被露光体を現像する工程とを有することを特徴とす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、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ用のガラス基板などの被露光体を露光する照明装置、当該照明装置を有する露光装置及びデバイス製造方法に関する。本発明は、例えば、極紫外（ＥＵＶ）光を生成して被照明面を照明する照明装置に好適である。
【背景技術】
【０００２】
近年の微細加工と経済性の要求から、露光装置には、解像度とスループットの向上や露光装置の小型化が要求されている。解像度の向上には露光光の短波長化が一般的であり、近年では、１０乃至１５ｎｍ程度の短い波長のＥＵＶ光を用いた投影露光装置（以下、「ＥＵＶ露光装置」という。）が提案されている。ＥＵＶ光は空気やヘリウム等に吸収され易く，ミラー表面が不純物により汚染されて反射率が低下するために、ＥＵＶ露光装置は、光学系、レチクル及び被露光体を真空容器に収納し、その内部を真空又は減圧環境に維持した状態で露光を行っている。
【０００３】
ＥＵＶ露光装置の照明装置は、露光光としてのＥＵＶ光を発生するための光源部とＥＵＶ光によりレチクルを均一に照明するための照明光学系とを有する。光源部は、例えば、レーザープラズマ光源を使用する。レーザープラズマ光源は、真空中に置かれた不活性ガス、液滴などのターゲット材に高強度のパルスレーザー光を照射し、高温のプラズマを発生させ、これから放射されるＥＵＶ光を利用する。このようにターゲットガスなどを利用する光源部は高真空に維持することが困難であるが、照明光学系以降は高真空に維持される必要がある。このためには、光源部と照明光学系との間に差動排気手段を設けることが近年検討されている。
【０００４】
一方、レーザープラズマ光源は、ＥＵＶ光を発生する際に、デブリと呼ばれる飛散粒子を発生する。デブリは、光学素子を汚染、損傷し、反射率及びスループットの低下を引き起こすため、デブリが照明光学系に到達することを防止する必要がある。このためには、ＥＵＶの発光点と照明光学系との間にデブリ除去部材を設け、それ以外の方向に広がるＥＵＶ光を集光ミラーで集光することが有効である。この結果、ＥＵＶ光はデブリ除去部材に対応する部分が抜けた輪帯形状を有するようになる。
【０００５】
従来技術としては、例えば、特許文献１乃至３がある。
【特許文献１】特開２００４−１０３７３１
【特許文献２】特開２００４−００６７１６
【特許文献３】特開２００３−０２２９５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
照明光学系は、レチクルを均一に照明するためのオプティカルインテグレーターとオプティカルインテグレーターにほぼ平行光を導光する導光部とを有するが、本発明者は、まず、スループットの観点からデブリ除去部材により輪帯形状となったＥＵＶ光の光量を有効利用するために、導光部を凸面ミラーと中空の凹面ミラーからなるシュバルツシルド（Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ）型に構成することを検討した。具体的には、マスク側に中空の凹面鏡を配置し、光源側に凸面鏡を配置し、光源からの光を凹面鏡の周囲から凸面鏡に反射し、凸面鏡はかかる反射光を平行光として凹面鏡の中央部の開口を介してオプティカルインテグレーターに供給する。この光学系によれば、輪帯形状のＥＵＶ光を過不足なく受光し、平行光に変換することができるのでＥＵＶ光の光量を維持することができるという特長を有する。
【０００７】
しかし、上記のシュバルツシルド型は幾つかの欠点を有する。
【０００８】
即ち、ＥＵＶ発光点と照明光学系との差圧が大きすぎるため、一の差動排気手段だけでは両者間の差圧を維持することができず、照明光学系側に光源部側の気体やゴミが流入するおそれがある。かかる問題を解決するために、本発明者は、多段式に差動排気手段（差動排気室）を設けることを検討した。多段式に差動排気手段を設けることによって、ＥＵＶ光の発光点付近では１０Ｐａ程度であった圧力を、１０−１Ｐａ、１０−２Ｐａなどと段階的に減圧し、最終的には照明光学系の真空度である１０−４Ｐａとの差圧を確保することができる。ところが、多段式差動排気手段を使用すると集光ミラーが集光する収束角を一の差動排気手段を使用する場合よりも小さくしなければならなくなる。収束角が小さくなるとシュバルツシルド型導光部の凸面鏡を微小にするか集光点から導光部を相当に離間させなければならなくなる。
【０００９】
微小な凸面鏡を使用すれば凹面鏡からの反射光が微小な領域に集中して高温となり、凸面鏡を熱変形するなどの問題を引き起こす。また、光源からの光は凸面鏡の外側を囲うように凹面鏡に入射するため、凹面鏡に入射する光を遮光せずに凸面鏡を保持することは困難であり、保持部材により光量ロスが発生する。一方、集光点から導光部を相当に離間すれば露光装置が大型化するため好ましくない。
【００１０】
そこで、本発明は、所定の差圧を維持した場合であってもスループットを維持して装置の小型化をもたらすことが可能な照明装置、それを有する露光方法、それを利用したデバイス製造方法を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一側面としての照明光学系は、被照明面を均一に照明するためのオプティカルインテグレーターと、前記オプティカルインテグレーターに光を導光するための導光部とを有し、当該導光部は第１の開口部を含む第１のミラーと、第２の開口部を含む第２のミラーとを有し、前記光は、前記第２の開口部を介して前記第１のミラーで反射し、次いで、前記第２ミラーで反射し、前記第１の開口部を通過することを特徴とする。
【００１２】
本発明の別の側面としての照明装置は、輪帯形状を有する前記光を生成する光源部と、前記光源部からの前記光によって被照明面を照明する上述の照明光学系とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、所定のパターンを形成し、前記被照明面としてのレチクルを照明するための上述の照明光学系と、前記パターンを反映する光を被露光体に投影する投影光学系とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて前記被露光体を露光する工程と、露光された前記被露光体を現像する工程とを有することを特徴とする。上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサ、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００１５】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、所定の差圧を維持した場合であってもスループットを維持して装置の小型化をもたらすことが可能な照明装置、それを有する露光方法、それを利用したデバイス製造方法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】
【００１７】
以下、図１を参照して、本発明の一側面としての露光装置１００について説明する。ここで、図１は、露光装置１００の概略構成図である。露光装置１００は、機構的には、真空容器１０２及び１０６と、これらを接続する接続部１０４とを有する。また、露光装置は、光源部１１０と、照明光学系１３０と、マスク１７０と、投影光学系１８０と、プレート１９０とを有する。
【００１８】
真空容器１０２及び１０６並びに接続部１０４は、ＥＵＶ光の減衰を防ぐために露光装置の構成要素を真空に維持している。真空容器１０２は、光源部１１０を収納する。真空容器１０６は、照明光学系１４０からプレート１９０までを収納する。必要があれば、真空容器１０６は、光学系（１３０及び１８０）、マスク１７０及びプレート１９０を区画して、それらを別個に圧力制御してもよい。図１においては、各真空容器に接続されている排気装置や、マスク１７０やプレート１９０の位置を精密に合わせるアライメント機構は省略されている。
【００１９】
露光装置１００は、露光光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．５ｎｍ）を用いて、例えば、ステップアンドスキャン方式やステップアンドリピート方式でマスク１７０に形成された回路パターンをプレート１９０に露光する露光装置である。露光装置１００は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施例ではステップアンドスキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる）を例に説明する。ここで、「ステップアンドスキャン方式」は、マスクに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してマスクパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次のショットの露光領域に移動する露光方法である。「ステップアンドリピート方式」は、ウェハのショットの一括露光ごとにウェハをステップ移動して、次のショットの露光領域に移動する露光方法である。
【００２０】
照明装置は、ＥＵＶ光により転写用の回路パターンが形成されたマスク１７０を照明し、ＥＵＶ光源部１１０と、照明光学系１３０とを有する。
【００２１】
本実施例のＥＵＶ光源部１１０はレーザープラズマ光源を使用し、不図示の励起レーザー光源及び集光光学系を含む励起レーザー部、ノズル１１１、回収部１１２、集光ミラー１１３、デブリ除去部材１１４、波長フィルタ１１５、アパーチャ１１６を有する。
【００２２】
レーザープラズマ光源は、真空中に置かれたターゲット材に、不図示の励起レーザー部から高強度のパルスレーザー光（励起レーザー光）ＬＢを照射して高温のプラズマを発生させ、発光点ＥＰから放射される波長１３．５ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用するものである。励起パルスレーザー光ＬＢは、発光点ＥＰに集光するように構成されている。ターゲット材は、金属薄膜、不活性ガス、液滴などが用いられるが、本実施例ではＸｅからなる液滴を使用する。液滴はノズル１１１から噴射され、未使用の液滴は回収部１１２によって回収されて再利用される。液滴は、ノズル１１１から一定の時間間隔で連続的に噴射され、発光点ＥＰを通過するように構成され、液滴が集光点ＥＰの位置にきた時に、励起レーザー光ＬＢがその液滴を照射することで高温のプラズマ発光点ＥＰを生成し、このプラズマからの熱輻射によってＥＵＶ光が発生する。放射されるＥＵＶ光の平均強度を高くするためには、レーザー光ＬＢの繰り返し周波数は高い方がよく、通常数ｋＨｚの繰り返し周波数で運転される。
【００２３】
なお、ＥＵＶ光源部１１０の種類は、限定されるものではなく、当業界で周知のいかなる技術も適用することができる。例えば、本実施例ではターゲットとしてＸｅの液滴を用いた形態を示しているが、ターゲットとしてはＸｅガスをノズルから真空中に噴射して、断熱膨張により生じるクラスタを用いたり、Ｘｅガスを金属表面で冷却して固体化したものを用いたり、Ｃｕ等の金属テープを用いたものを選択してもよい。あるいは、ＥＵＶ光源としてアンジュレータを用いてもよい。また、ＥＵＶ光源としてＺピンチ方式、プラズマ・フォーカス、キャピラリー・ディスチャージ等の所謂ディスチャージ方式によるプラズマ光源を用いてもよい。
【００２４】
集光ミラー１１３は、プラズマ発光点ＥＰからほぼ等方的に放射されるＥＵＶ光を集め、照明光学系側に集光する回転楕円ミラー等から構成される。なお、以下では特に明示しないが、光学系に用いられている各ミラーの反射面には、ＥＵＶ光を効率良く反射するための反射多層膜が成膜されており、必要に応じてミラーは熱伝導性の高い金属等の材料や冷却手段を使用する。本実施例ではレーザー光ＬＢは集光ミラー１１３に設けられた開口部１１３ａを介してターゲットに照射されるが、開口部１１３ａを集光ミラー１１３に設けるかどうかは選択的である。この場合、例えば、レーザー光ＬＢは図１の紙面垂直上側から下向きにターゲットに照射される。
【００２５】
デブリ除去部材１１４は、ＥＵＶ光が発生する際に同時に生じるデブリを除去するフィルタであり、図１に示すように、所定の大きさで集光ミラー１１３から見て照明光学系側に配置されている。この結果、ＥＵＶ光は、断面が輪帯形状になる。波長フィルタ１１５は、ＥＵＶ光以外の波長の光を除去する。アパーチャ１１６は、集光ミラー１１３の集光点近傍に配置され、ピンホール形状を有する。
【００２６】
光源部１１０には、図２に示すように、発光点ＥＰから真空容器１０６に向けて段階的に内部圧力を減少する多段式の差動排気機構１２０が設けられている。ここで、図２は、導光部１３１と差動排気機構１４０の構造を示す概略拡大断面図である。なお、図２には図１に示す接続部１０４がなく、ピンホールの位置も異なるように見えるが、実際には、図２は、差動排気室が接続部と兼用になっている構造を示している。接続部はピンホールに対して光源側にあってもよいし、本体側にあってもよい。差動排気機構１２０は、真空ポンプ１２１ａ、１２１ｂ及び１２１ｃと、隔壁１２２ａ及び１２２ｂと、接続制御部１２４ａ及び１２４ｂとを有する。隔壁１２２ａ及び１２２ｂにより、真空容器１０２は、発光点ＥＰを含む排気室１０３ａ、差動排気室１０３ｂ及び１０３ｃに区画される。真空ポンプ１２１ａ乃至１２１ｃは、本実施例ではターボ分子ポンプとして構成されるが、その種類は問わない。
【００２７】
真空ポンプ１２１ａ乃至１２１ｃは、それぞれ、排気室１０３ａ乃至１０３ｃを排気する。排気室１０３ａは、例えば、１×１０Ｐａ程度の圧力を有する。排気室１０３ｂは、例えば、１×１０−１Ｐａ程度の圧力を有する。排気室１０３ｃは、例えば、１×１０−２Ｐａ程度の圧力を有する。このように、排気室１０３ａの真空度は一般的に低くなっている。これは、Ｘｅ等のターゲットガスの噴射される量が多く、またプラズマの近くでは光束が絞られていないという構造上、性能のよいターボ分子ポンプ１２１ａで排気しても有効的に差動排気を行なうことができないからである。また、ＥＵＶ光の吸収が大きいターゲットガスが露光装置本体側に流入しないように、ＡｒやＨｅガスを用いて圧力の大きい部分を作りターゲットガスの流れ込みを抑えようとしたり、プラズマからの飛散粒子（デブリ）を抑制するためにガスカーテンを用いたりすることも、排気室１０３ａの真空度を低下させる要因となっている。
【００２８】
一方、真空容器１０６は、ミラーの反射多層膜の表面が不純物により汚染されて反射率が低下することを防ぐために、１×１０-４Ｐａ程度の非常に高い真空度に維持する必要がある。排気室１０３ａと真空容器１０６との間では、真空度に差があり過ぎるために、少なくとも１つ以上の作動排気室を設けて段階的に真空度を高めながら、両者を接続する必要がある。本実施例においては、例示的に２つの作動排気室１０３ｂ及び１０３ｃを設けている。
【００２９】
接続制御部１２４ａ及び１２４ｂは、例えば、パルスレーザー光ＬＢの発光時に隣接する排気室を接続し、パルスレーザー光ＬＢの発光時以外は隣接する排気室の接続を遮断する。接続制御部１２４ａ及び１２４ｂは、例えば、導管部に配置され、パルス光が通過する開口部と、隣接する排気室の接続を遮断する遮断部とを有し、軸回りに回転可能な円盤状又は円筒状回転体と、パルス光が開口部を通過するように、パルス光の発光に同期して回転体の回転を制御する制御部と殻構成することができる。もっとも、かかる構成は単なる例示である。
【００３０】
照明光学系１３０は、ＥＵＶ光を伝播してマスク１７０を照明する光学系であり、導光部１３１、オプティカルインテグレーター１４０、光学系１４４及び１４６、スリット１４８、マスキングブレード１４９、マスキング光学系１５０、開口絞り１５６を含む。
【００３１】
導光部１３１は、オプティカルインテグレーター１４０に略平行光ＣＬのＥＵＶ光を導光し、図２に示すように、鏡筒１３２と、開口部１３３ａを含む凹面鏡１３３と、冷却機構１３４ａ及び１３４ｂと、保持機構１３５ａ及び１３５ｂと、開口部１３６ａを含む凸面鏡１３６とを有する。鏡筒１３２は凹面鏡１３３と凸面鏡１３６を保持機構１３５ａ及び１３５ｂを介して保持する円筒形状を有するが、保持部以外は開口しており、鏡筒１３２の内部圧力は真空容器１０６の内部圧力と同様である。
【００３２】
アパーチャ１１６を通過したＥＵＶ光は、収束角ＣＡ１と同じ角度で発散し、凸面鏡１３６の円形開口部１３６ａを通過し、凹面鏡１３３に入射する。次いで、凹面鏡１３３の周囲で反射したＥＵＶ光は凸面鏡１３６で更に反射して平行光ＣＬとなり、この平行光ＣＬは凹面鏡１３３の中央に配置された円形開口部１３３ａを通過し、オプティカルインテグレーター１４０に入射する。このような構成は、輪帯形状のＥＵＶ光を過不足なく受光し、平行光ＣＬに変換することができるのでＥＵＶ光の光量を維持することができるという特長を有する。
【００３３】
このような特長は、凸面鏡１３６が開口部１３６ａを有さず、導光部１３１が図３に示すようないわゆるシュバルツシルド型導光部１３１Ａとして構成された場合であっても得られる。ここで、図３は、図２に示す導光部１３１の基礎となったシュバルツシルド型導光部１３１Ａの概略構成図である。導光部１３１Ａでは、ＥＵＶ光束は、凸面鏡１３６の外周部を取り囲むように通過して凹面鏡１３３で反射し、次いで、凸面鏡１３６で反射し、略平行光ＣＬとしてオプティカルインテグレーター側に射出する。
【００３４】
凸面鏡１３６Ａの裏面には水冷による冷却機構１３４ｃが配置されて一体化している。不図示の冷却水循環系によって冷却機構１３４ｃ内を水が循環することにより、凸面鏡１３６Ａは裏面から冷却される。凸面鏡１３６Ａは少なくとも２本以上のロッド１３７により保持され、ロッド１３７は保持機構１３５ａと同様の保持機構１３５ｃにより鏡筒１３２Ａと接続される。これにより、凸面鏡１３６Ａは鏡筒１３２Ａ内にロッド１３７を介して保持され且つその姿勢を高精度に制御可能となっている。例えば、４本のロッド１３７を直交配置したり、３本のロッド１３７を１２０度間隔配置したりして、その十字の中心部に凸面鏡１３６Ａを固定する。凸面鏡１３６を中心としてロッド１３７の配置が中心対称系となるように配置することにより、ＥＵＶ光束に対してロッド１３７が光を部分的に遮っても、光束の進行方向に対して光束分布の回転対称性を維持することができる。ロッド１３７は剛性の高い材質、例えば、金属から構成され、少なくとも２本は中空であって内部を冷却水が流れるようになっている。冷却水は、不図示の冷却水循環系の作用によって凸面鏡１３６Ａの冷却機構１３４ｃ内を循環する構成となっている。
【００３５】
しかし、本発明者は、このようなシュバルツシルド型導光部１３１Ａは多段式差動排気機構１２０と両立させることが困難であることを発見した。即ち、多段式差動排気機構１２０を設けると、発光点ＥＰとアパーチャ１１６の間隔を十分に確保する必要がある。この時、仮にＥＵＶ光束の収束角ＣＡ１が一定であるとすると、上記間隔を十分とった場合は集光ミラー１１３の有効径が非常に大きくなってしまい高精度なミラーを製造する観点からは現実的ではない。従って、予め規定された有効径の集光ミラー１１３に対して、間隔を十分にとる必要がある。この結果、収束角ＣＡ１は、差動排気がない場合と比較して小さくするしかない。シュバルツシルド型導光部１３１Ａは、ＥＵＶ光束は凸面鏡１３６の外周部を取り囲むように通過するため、収束角ＣＡ１が小さいと凸面鏡１３６Ａが存在できる空間領域が狭くなり、その有効径や厚さが極端に小さくなってしまう。
【００３６】
この結果、凸面鏡１３６Ａの反射面に収束するＥＵＶ光のエネルギー密度が高まることで反射多層膜の損傷や、エネルギー吸収による熱破壊が生じやすくなる。また、ロッド１３７が、凹面鏡１３３に入射するＥＵＶ光を遮光する割合が多く、光量ロスが大きい。この場合、導光部１３１をアパーチャ１１６から離間すればかかる問題は解決するが、その場合、真空容器１０６が大型化してしまうため好ましくない。
【００３７】
図２に示す本実施例においては、これらの問題を解決するために凸面鏡１３６の中央に開口部１３６ａを設けている。このような構成とすることにより、凸面鏡１３６の有効径に対する制約がなくなるので所望のサイズにすることができる。また、所望のサイズにすることによって、たとえ凹面鏡１３３からの反射光が入射する領域が小さくても凹面鏡１３６全体に熱伝導するために凹面鏡１３６全体を冷却することによって熱破壊を防止することができる。本実施例では、収束角ＣＡ１が約１０度（ＮＡ０．１８）として、凹面鏡１３３の曲率半径を４９９．５ｍｍ、凸面鏡１３６の曲率半径を４８７．９ｍｍ、凹面鏡１３３と凸面鏡１３６の面間隔を３５３．９ｍｍ、集光点ＥＰから凹面鏡１３３までの距離を４２８.９ｍｍ、射出される平行光ＣＬの直径を６３ｍｍとしている。本実施例は、収束角ＣＡ１のＮＡが０.２５以下、特に望ましくは０．２以下の場合に好適である。
【００３８】
冷却機構１３４ａ及び１３４ｂは、それぞれ、凹面鏡１３３及び凸面鏡１３６の裏面に一体的に接続され、不図示の冷却水循環系によって冷却機構１３４ａ及び１３４ｂ内を水が循環することにより、水冷によって凹面鏡１３３及び凸面鏡１３６を冷却する。保持機構１３５ａ及び１３５ｂは、それぞれ、凹面鏡１３３及び凸面鏡１３６の側面に等間隔で接続され、凹面鏡１３３及び凸面鏡１３６を鏡筒１３２に取り付けている。保持機構１３５ａ及び１３５ｂは、ピエゾ素子で構成されたパラレルリンク機構等の位置微調整機構を含んでおり、これにより凹面鏡１３３及び凸面鏡１３６はその姿勢を高精度に制御することが可能となっている。
【００３９】
オプティカルインテグレーター１４０は、マスク１７０を均一に所定の開口数で照明するための複数の２次光源を形成し、複数の波型円筒面ミラーを有する。１４４は平面ミラーで１４６は回転放物面ミラーである。１４８は、円弧状の開口部を有し、その幅を部分的に可変できるスリットである。オプティカルインテグレーター１４０の各円筒面により分割されて発散する光束が、ミラー１４４及び１４６により円弧状に集光されることで、円弧スリット１４８の開口部に均一な照度分布をもつ円弧照明領域を形成する。このように、光学素子１４０、１４４及び１４６は、円弧変換光学系を形成している。
【００４０】
ここで、オプティカルインテグレーター１４０によって円弧領域を均一に照明する原理について、図４乃至図７を参照して説明する。図４（ａ）は複数の凸円筒面をもった反射型凸円筒面インテグレーター１４０に平行光が入射した場合の概略斜視図である。略平行なＥＵＶ光束ＣＬは図示した方向から入射する。図４（ｂ）は、図４（ａ）と同様の効果を有する複数の凹円筒面をもった反射型凹円筒面インテグレーター１４０Ａの模式的斜視図である。図１に示すオプティカルインテグレーター１４０は、図４（ａ）に示す反射型凸円筒面インテグレーターであるが、図４（ｂ）で示されるような反射型凹円筒面インテグレーターでも、あるいはこれらの凹凸の組み合わせであってもよい。
【００４１】
図５は反射型凸円筒面インテグレーター１４０の概略断面図である。図６は反射型凸円筒面インテグレーター１４０の円筒面でのＥＵＶ光反射を説明するための概略斜視図である。図７は反射型凸円筒面インテグレーターの円筒面で反射したＥＵＶ光束の角度分布図である。図４（ａ）に示すように、複数の円筒面をもったオプティカルインテグレーター１４０にほぼ平行なＥＵＶ光束ＣＬを入射すると、オプティカルインテグレーター１４０の表面近傍に線状の２次光源が形成されると共に、この２次光源から放射されるＥＵＶ光束の角度分布が円錐面状となる。次に、この２次光源位置を焦点とする反射鏡で前記ＥＵＶ光束を反射して反射マスクあるいは反射マスクと共役な面を照明することにより、円弧形状の照明が可能となる。
【００４２】
複数の円筒面をもった反射型インテグレーターの作用を説明するために、まず、一つの円筒面反射鏡に平行光が入射した場合の反射光の振る舞いについて図６を参照して説明する。今、一つの円筒面にその中心軸に垂直な面に対してθの角度で平行光を入射する場合を考える。平行な入射光の光線べクトルをＰ１＝（０、−ｃｏｓθ、ｓｉｎθ）として定義し、円筒面形状の反射面の法線べクトルをｎ＝（−ｓｉｎα、ｃｏｓα、０）として定義する。すると、反射光の光線べクトルは、Ｐ２＝（−ｃｏｓθ×ｓｉｎ２α、ｃｏｓθ×ｃｏｓ２α、ｓｉｎθ）となる。
【００４３】
このとき反射光の光線ベクトルを位相空間にプロットすれば、図６に示すようにｘｙ平面上で半径ｃｏｓθの円となる。即ち、反射光は円錐面状の発散光となり、この円錐面の頂点の近傍に２次光源が存在することになる。この２次光源はオプティカルインテグレーター１４０の円筒面が凹面であれば反射面の外部に実像として存在し、凸面であれば反射面の内部に、虚像として存在することになる。また図５に示すように反射面が円筒面の一部に限られていて、その中心角が２φである場合は、図７に示すように反射光の光線ベクトルＰ２の存在範囲はｘｙ平面上で中心角４φの円弧Ａとなる。
【００４４】
次に、上述した円筒面反射鏡に平行光が入射して形成される２次光源の位置に焦点をもつ、焦点距離ｆの回転放物面ミラーと、更に、この反射鏡からｆだけ離れた位置に被照射面を配置した場合を考える。２次光源から出た光は円錐面状の発散光になり焦点距離ｆの反射鏡で反射したのち、平行光となる。このときの反射光は半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状断面のシートビームになる。従って図７で示した様に、被照射面上の半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状領域Ａのみが照明されることになる。
【００４５】
次に、多数の円筒面を平行に多数並べた広い面積のオプティカルインテグレーター１４０に、ある光束径を有する平行光ＣＬが図１に示した方向に入射した場合について、図８を参照して説明する。ここで、図８は、平行光ＣＬを受光した光学系（１４０乃至１４８）の動作を説明するための図である。
【００４６】
回転放物面ミラー１４６は、軸ＡＸ１を中心対称軸とし、点ＦＰを焦点とする放物線を、軸ＡＸ１を回転軸として回転させて形成される面の一部を反射面とするミラーであって、焦点ＦＰとミラー面有効部中心点１４７との距離が焦点距離ｆとなる。点１４７と円弧スリット１４８の距離は焦点距離ｆに等しくなるように配置されている。回転放物面ミラー１４６は、その回転軸ＡＸ１がオプティカルインテグレーター１４０の反射面近傍に、反射面と平行かつ表面の円筒面の並びに沿うように配置されている。
【００４７】
回転放物面ミラー１４６の有効部中心点１４７と焦点ＦＰとの間には、平面ミラー１４４が配置され、焦点ＦＰのミラー１４４反射面に対して対称な点１４１はオプティカルインテグレーター１４０の反射面有効部のほぼ中心位置にくるように配置されている。即ち、位置１４７から位置１４１への光路長が焦点距離ｆに等しい。
【００４８】
かかる配置により、位置１４１と円弧スリット１４８は、回転放物面ミラー１４４に対して互いに焦点距離ｆだけ離れた関係、即ち、互いにほぼフーリエ変換の関係となり、オプティカルインテグレーター１４０に入射する光ＣＬは円弧スリット１４８の開口部近傍に集光される。
【００４９】
この時、回転放物面ミラー１４６へのＥＵＶ光束主光線の入射角ξは低入射角度、具体的には２０度以下に設定されており、これにより入射角ξが高入射角となるような配置にするよりも、円弧スリット１４８への集光の際に生じるボケ量を小さくして、円弧開口部近傍への集光効率を高めることができる。これによりケラレによる光の損失を抑える事が可能となり、照明系効率の向上をもたらすことができる。
【００５０】
次に円筒面を平行に多数並ベた反射鏡で反射された光の角度分布は、先の例と変わらないので、オプティカルインテグレーター１４０への光束入射角をεとすると、円弧スリット１４８の近傍には半径ｆ×ｃｏｓεの円弧状領域が照明されることになる。また、円弧スリット１４８近傍の一点に入射する光は、円筒面を平行に多数並べた反射鏡の照射領域全域から到達するので、ほぼ平行なＥＵＶ光束ＣＬの光束径をＤとすると、その角度広がり（すなわち集光ＮＡ）γは、γ＝Ｄ／ｆとなる。この時、円弧照明領域において、その円弧に沿った方向に対して、オプティカルインテグレーター１４０の多数の円筒面からの各光束が重畳されることで、照度の均一性が達成されている。即ちこれにより効率がよく均一な円弧照明を行なうことが可能となる。
【００５１】
再び図１に戻り、マスキングブレード１４９は、所望の露光領域に照明光を制限する。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、それぞれプレート１９０面におけるスキャン露光開始及び終了の状態を示す概略平面図である。同図において、２０１はプレート１９０面上の円弧照明領域であり、２０２は露光対象となる露光領域である。露光領域２０２はプレートステージ駆動により紙面の左から右へ移動し、円弧照明領域２０１が相対的に露光領域２０２を走査するようになっている。露光開始及び終了の段階で、円弧照明領域２０１が露光領域２０２以外の部分を照明しているが、これを防ぐためにマスキングブレード１４９が遮光するようになっている。なお、走査方向は逆向きであってもよい。
【００５２】
スキャン露光において、円弧スリット１４８により露光ムラを補正する方法の詳細について図１０及び図１１を参照して説明する。ここで、図１０は、円弧スリット１４８とマスキングブレード１４９の関係を示す概略平面図である。図１０において、２１０は円弧スリット１４８のスリット幅２１１を部分的に変えるための可動エッジ部が多数並んだものであり、２１１は円弧照明領域を形成するためのスリット開口部、２１２はオプティカルインテグレーター１４０及びミラー系１４４及び１４６により形成された円弧照射領域であって、この照射領域からスリット開口部２１１を通過する光束を切り出すようになっている。
【００５３】
スキャン露光時において、マスク１７０の回路パターンをプレート１９０に縮小して転写する際に、円弧スリット内に照度ムラがあるとスキャン露光した際に露光ムラが発生する。この問題を解消するために、円弧スリット内で照度が相対的に強い部分のスリット幅のみを、可動エッジ部２１０を不図示の駆動系で動かすことにより少し狭くして、所望の量だけ光量を少し減らしてスキャン露光することで、露光領域全面で積算した結果として均一な強度で露光することが可能となる。
【００５４】
マスキングブレード１４９は、１４９ａ乃至１４９ｄの４枚の遮光板により構成され、図１０において上下の遮光板１４９ｃ及び１４９ｄは、円弧スリット開口２１１における円弧照射領域２１２の両端を遮光することで、図９（ａ）に示した露光領域２０２の上下幅（スキャン幅）を決定している。遮光板１４９ａ及び１４９ｂはスキャン露光においてワンショットの露光開始から終了までの間に、それぞれ左右方向に移動して隙間を開閉することによって、露光領域２０２の左右幅（スキャン長さ）を決定している。
【００５５】
図１１において、（ａ１）から（ａ５）は、スキャン露光の開始から終了までを時系列に表現したものであり、（ｂ１）から（ｂ５）は、（ａ１）から（ａ５）の状態におけるマスキングブレード１４９の遮光板１４９ａ及び１４９ｂの動きを示したものである。
【００５６】
露光が開始されようとしている（ａ１）の状態になった時、（ｂ１）にて遮光板１４９ｂは右に移動を開始して、隙間を開く動作に入る。この時、円弧照明領域２０１は遮光されている状態なので、図示はしてあるが実際には照明はされていない。（ａ２）に示すように、スキャン露光に入った段階で円弧照明領域２０１が露光領域２０２からはみ出している部分がちょうど遮光されるように、（ｂ２）に示すような状態で遮光板１４９ｂが移動する。更に、（ａ３）に示すように、露光領域２０２内に円弧照明領域２０１が入ってスキャン露光されている時には、（ｂ３）に示すように、遮光板１４９ｂはスリット開口部２１１が完全に開いた状態になるように右に移動している。（ａ４）に示すように、スキャン露光が終了近くなると、今度は遮光板１４９ａが右に移動して円弧照明領域２０１が露光領域２０２からはみ出している部分がちょうど遮光される。（ａ５）に示すようにスキャン露光が完了したときには、遮光板１４９ａがスリット開口部２１１を完全に覆うように移動する。以上の一連の動作によって、所望の露光領域に対してスキャン露光が行なわれる。
【００５７】
マスキング結像系１５０は、図１及び図１２に示すように、マスキングブレード１４９を物体面、マスク１７０面を像面とし反射多層膜を成膜した曲面ミラー１５１乃至１５４により構成される結像光学系である。マスキング結像系１５０は、軸ＡＸ２を中心とする物体側の円弧領域に対して所望の倍率をかけて、投影系１８０に対して好適な円弧照明領域をマスク１７０上に形成する。像側のボケは良好に補正されており、像面でスポット径が５ｍｍ以下、望ましくは１ｍｍ以下になるように設計されている。曲面ミラー１５１乃至１５４はそれぞれ中心軸ＡＸ２を回転対称軸とする、凹面又は凸面の球面若しくは非球面からなるミラーであって、本実施例においては、１５１から順番に凹凹凸凹の形状となっている。
【００５８】
マスキング結像系１５０の瞳面はミラー１５２の反射面近傍にあり、ここに開口絞り１５６を配置している。この開口絞り１５６の開口パターンを図１３に示すように変更することによってマスク１７０側の照明光束の収束角ＣＡ２（いわゆるコヒーレントファクタσ）を変えたり、変形照明を行ったりすることが可能である。ここで、図１３（ａ）は、円形照明を形成するための開口絞り１５６の平面図であり、黒部は遮光部であり、白部は光透過部である。同様に、図１３（ｂ）はコヒーレンスファクタσが図１３（ａ）に示す円形照明よりも小さくされた開口絞り１５６の平面図である。図１３（ｃ）は、輪帯照明を形成するための開口絞り１５６の平面図である。図１３（ｄ）は、四重極照明を形成するための開口絞り１５６の平面図である。このようないくつかの開口パターンを例えばターレットとして用意しておき、不図示の開口絞り駆動系によりこのターレットを回転させることで、所望の開口形状に切り替えることが可能である。また、ターレットを用いずに他の機械的な方法、例えば、複数の開口絞りを並べておいて、順次切り替えてももちろん構わないし、虹彩絞りを使用してももちろんよい。
【００５９】
また、マスキング結像系１５０は、像側光束ＩＬを、反射マスク１７０へ所定の角度で偏向するための平面ミラー１５５を更に有する。平面ミラー１５５による反射によって光束ＩＬが形成する円弧照明領域の円弧の向きは反転して、且つその円弧の中心は投影系１８０の中心軸ＡＸ３と反射マスク面の交点に一致している。図１２に示す入射角度ＩＡを設定することで、光束ＩＬの主光線と投影系１８０の物体側光束ＯＬの主光線が、マスク１９０を反射面として互いに一致するように配置することが可能となる。
【００６０】
この結果、円弧スリット１４８の開口部近傍に形成された円弧照明領域は、マスキングブレード１４９によりその領域の一部を制限され、マスキング結像系１５０により所望の倍率で拡大又は縮小されて、マスク１７０に所望の入射角度で入射して円弧照明を行なう。円弧状の照明領域の曲率中心は、投影光学系１８０の光軸ＡＸ３一致している。
【００６１】
マスク１７０は、反射型レチクルで、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成されている。パターンは、多層膜反射鏡の上にＥＵＶ吸収体などからなる非反射部によって形成される。マスク１７０は、レチクルステージ１７４にレチクルチャック１７２を介して取り付けられ、レチクルステージ１７４によって矢印方向に駆動される。マスク１７０から発せられた回折光は、投影光学系１８０で反射されプレート１９０上に投影される。マスク１７０とプレート１９０とは、光学的に共役の関係に配置されている。本実施例の露光装置１００はスキャナーであるため、マスク１７０とプレート１９０を縮小倍率比の速度比でスキャンすることによりマスク１７０のパターンをプレート１９０上に転写する。なお、本実施例では、マスク１７０は反射型レチクルとして実現されているが、反射型レチクル又は透過型レチクルのどちらでも適用可能である。
【００６２】
投影光学系１８０は、複数（典型的に４枚から６枚）の多層膜反射鏡によって構成され、マスク１７０上のパターンをプレート１９０の表面に縮小投影する。投影光学系１８０は、像側テレセントリック系に構成され、物体側（反射型マスク側）は、反射型マスク１７０に入射する照明光束との物理的干渉を避けるために、非テレセントリックな構成となっている。例えば、本実施例においては、物体側主光線はマスク１６の法線方向に対して約６度ほど傾いている。投影光学系１８０は、光軸ＡＸ２中心に対して軸外の細い円弧状の領域が良好な結像性能をもつように設計されている。
【００６３】
プレート１９０は、ウェハや液晶基板などの被処理体でありフォトレジストが塗布されている。プレートステージ１９４は、プレートチャック１９２を介してプレート１９０を支持する。プレートステージ１９４は、当業界で周知のいかなる構造をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、プレートステージ１９４は、リニアモータを利用してＸＹ方向にプレート１９０を移動することができる。マスク１７０とプレート１９０は、例えば、同期走査され、プレートステージ１９４とレチクルステージ１７４の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。
【００６４】
露光において、プラズマ発光点ＥＰから放射されたＥＵＶ光は、集光ミラー１１３により集光されてＥＵＶ光束として取りだされ、フィルタ１１４によりプラズマ及びその周辺から直接前方へ飛ぶデブリを除去され、フィルタ１１５によりＥＵＶ露光に不要な波長成分を除去されて、ピンホール状のアパーチャ１１６の位置に集光される。
【００６５】
アパーチャ１１６を通過したＥＵＶ光は、凸面鏡１３６の円形開口部１３６ａを通過し、凹面鏡１３３に入射する。次いで、凹面鏡１３３の周囲で反射したＥＵＶ光は凸面鏡１３６で更に反射して平行光ＣＬとなり、この平行光ＣＬは凹面鏡１３３の中央に配置された円形開口部１３３ａを通過し、オプティカルインテグレーター１４０に入射する。このような構成は、輪帯形状のＥＵＶ光を過不足なく受光し、平行光ＣＬに変換することができるのでＥＵＶ光の光量を維持することができるという特長を有する。また、図３に示すようなロッド１３７を使用しないので光量損失もない。更に、多段式差動排気機構１２０によって図２に示す収束角ＣＡ１が小さくなっても凸面鏡１３６の大きさを維持して冷却することができるのでＥＵＶ光による熱変形などを防止することができる。また、凸面鏡１３６の大きさを維持することができるため、製造及び保持も容易である。
【００６６】
オプティカルインテグレーター１４０を経たＥＵＶ光は、その他の光学部材１４４乃至１５５によりマスク１７０を均一に円弧照明する。マスク１７０で反射され回路パターンを反映するＥＵＶ光は投影光学系１８０によりプレート１９０に結像される。
【００６７】
次に、図１４及び図１５を参照して、上述の露光装置２００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１４は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００６８】
図１５は、図１４に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置２００によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、かかる露光装置２００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面として機能するものである。
【００６９】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施例の導光部１３１は、ＡｒＦエキシマレーザーやＦ２レーザーなどのＥＵＶ光以外の波長２００ｎｍ以下の紫外線にも使用することができ、大画面をスキャン露光する露光装置にもスキャンしない露光をする露光装置にも適用可能である。導光部１３１からオプティカルインテグレーター１４０に入射する光束は本実施例ではほぼ平行光ＣＬであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施形態としての露光装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す露光装置の差動排気機構及び導光部近傍の拡大断面図である。
【図３】図２に示す導光部の基礎となった導光部の拡大断面図である。
【図４】複数の凸及び凹円筒面を持つ反射型インテグレーターの概略斜視図である。
【図５】図４に示すインテグレーターの円筒面の部分断面形状を示す図である。
【図６】図４に示す凸円筒面で反射した光束の角度分布を説明する図である。
【図７】図５に示す円筒面で反射した光束により円弧領域が形成されることを示す図である。
【図８】図１に示す露光装置のオプティカルインテグレーターからスリットまでの拡大断面図である。
【図９】図１に示す露光装置のスキャン露光の開始及び終了の状態を示す概略平面図である。
【図１０】図１に示す露光装置の可変円弧スリット及びマスキングブレードの拡大断面図である。
【図１１】スキャン露光中の図１０に示すマスキングブレードの動作を示す図である。
【図１２】図１に示す露光装置のマスキング結像系の拡大断面図である。
【図１３】図１に示す露光装置の開口絞りの各種の形状を示す概略平面図である。
【図１４】図１に示す露光装置を使用してデバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１５】図１４に示すステップ４の詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
【００７１】
１００                            露光装置
１１０                            光源部
１２０                            多段式差動排気機構
１３０                            照明光学系
１３１                            導光部
１３３                            凹面鏡
１３６                            凸面鏡
１４０                            オプティカルインテグレーター
１７０                            マスク（レチクル）
１８０                            投影光学系
１９０                            プレート
【図１２】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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