JP2005268265A - コリメーター光学系及び照明光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 変形照明可能なコリメーター光学系
【手段】 反射型照明光学装置等に用いられる入射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複数に分割された放物面鏡により構成されており、分割された放物面鏡の配置を変えることにより、変形照明を行うものである。具体的には、放物面鏡を４分割し、各々の分割された放物面鏡に駆動機構を設け、放物面鏡の位置を駆動機構により調整する。よって、一つのコリメーター光学系で、輪帯照明、多極照明等の複数の変形照明を形成するための平行光束を得ることができる。
【選択図】 図２

Description

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光学装置、並び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。

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。

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。

現在、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。
ＥＵＶ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。

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。

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、二次光源群を形成する。この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。

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。

コリメーター光学系では、光量ロスをできるだけ抑える必要があることから反射率が７０％程度と低く、プラズマ光源から発生するデブリによる汚染に弱い多層膜ミラーをコリメーター光学系に用いるのは不適である。従って、一般には浅い入射角度で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を構成することが考えられている。

また、ＥＵＶ照明光学系を露光装置に用いて、極めて微細パターンを形成する場合、いわゆる輪帯照明や多極照明等をする必要性が生じる場合がある。このようなＥＵＶ照明光学系において変形照明を行う手法としては、ＥＵＶ光源を複数設ける手法や、遮光板を用いて所望の照明パターンを形成する手法がある。

しかしながら、ＥＵＶ光源を複数設ける手法は、ＥＵＶ光源が通常の光源に比べ大きく高価であることから、装置の大型化やコストアップにつながり実用的でない。また、遮光板により所望の照明パターンを得る手法では、輪帯照明、２極照明、４極照明等の複数の照明パターンを得るためには、複数の遮光板が必要となり、装置が大型化してしまうといった問題点がある。

特開２００１−６８４１０ 特開２００３−４５７８４

また、この他の変形照明の形成方法としては、フライアイ光学系を構成する個々の微小ミラーの位置及び向きを各々変えることにより、輪帯照明や多極照明を形成する手法も考えられるが、この場合フライアイ光学系が複雑化し、制御面、価格面からも実用的ではない。

よって、本発明では、遮光板やフライアイミラー等の交換機構を設けることなく、一つの反射部材或いはコリメーター光学系において変形照明可能な反射部材或いはコリメーター光学系を提供するものである。又、このコリメーター光学系或いは反射部材を露光装置に用いることにより、簡素で小型な変形照明可能な露光装置を提供するものである。

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。
第1の発明は、光源からの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分割された放物面鏡により構成されており、前記放物面鏡を分離することにより多極照明を行なうことが可能であることを特徴とするコリメーター光学系である。

第２の発明は、第１の発明のコリメーター光学系において、前記放物面鏡が２分割、または４分割されていることを特徴とするコリメーター光学系である。
第３の発明は、第１または第２のいずれかの発明のコリメーター光学系において、前記光源の波長が６０ｎｍ以下であることを特徴とするコリメーター光学系である。

第４の発明は、第１から３のいずれかの発明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が、分割された放物面鏡と中心部に設けられた遮光部材により構成されていることを特徴とするコリメーター光学系である。

第５の発明は、第１から４のいずれかの発明のコリメーター光学系において、前記放物面鏡が、Ｒｕ、Ｍｏ又はＭｏＳｉ₂或いはこれらを含む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。

第６の発明は、第１から５のいずれかの発明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分割された各々の放物面鏡に駆動機構が設けられており、前記各々の放物面鏡が移動可能であることを特徴とするコリメーター光学系である。

第７の発明は、第６の発明のコリメーター光学系において、前記駆動機構が、油を用いていない駆動機構であることを特徴とするコリメーター光学系である。
第８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７のいずれかの発明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。

第９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８の発明における照明光学装置と、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。

第１０の発明は、第９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。

本発明に係るコリメーター光学系は、簡単な構造で、一つのコリメーター光学系で複数の変形照明パターンの形成が可能となる。
このため、本発明に係るコリメーター光学系を露光装置に用いた場合、複数の変形照明を形成する素子を必要とせず、変形照明を行うことができる効果がある。よって、微細パターン形成可能なＥＵＶ露光装置を簡素化、小型化そして安価にすることができる効果がある。

以下、本発明に係るコリメーター光学系の実施例を説明する。

図２は、本実施例に係るコリメーター光学系を示す。
図２（ａ）は、本実施例に係るコリメーター光学系の側面からみた光束のたどる光路を示しており、図２（ｂ）は、破線ＭＮで切断したときのコリメーター光学系の断面を示す。本実施例のコリメーター光学系は、モリブデン（Ｍｏ）からなる一つの放物面鏡を４分割にした各々の放物面鏡４１，４２，４３，４４により構成されている。図２に示すように分割した放物面鏡を配置した場合には、集光点Ｓから広がる光束は、４つの分割された放物面鏡４１，４２，４３，４４により、４つの平行光束に変換され各々の照明光源を形成し、また、中心部分を通過する光束も照明に利用することができ、５極照明の光源となる。

図３には、本実施例に係るコリメーター光学系を用いて３極照明する場合の放物面鏡の配置を示す。図３（ａ）は、本実施例に係るコリメーター光学系の側面からみた光束のたどる光路を示しており、図３（ｂ）は、破線ＰＱで切断したときのコリメーター光学系の断面を示す。具体的には、図３（ｂ）に示すように４分割された放物面鏡４１と４３とが結合し、また、放物面鏡４２と４４とが結合し、２つの放物面鏡により構成されたコリメーター光学系となる。このような構成のコリメーター光学系では、集光点Ｓから広がる光は、組合された２つの放物面鏡により、２つの平行光束に変換され各々の照明光源を形成するため、また、中心部分を通過する光束も照明に利用することができ３極照明の光源となる。

図４には、本実施例に係るコリメーター光学系を用いてコンベンショナルな照明をする場合の放物面鏡の配置を示す。図４（ａ）は、本実施例に係るコリメーター光学系の側面からみた光束のたどる光路を示しており、図４（ｂ）は、破線ＲＴで切断したときのコリメーター光学系の断面を示す。本実施例のコリメーター光学系は、コンベンショナルな照明を行う場合、図４（ｂ）に示すように４分割された放物面鏡４１，４２，４３，４４の全てを結合し、１つの放物面鏡により構成されたコリメーター光学系となる。このような構成のコリメーター光学系では、集光点Ｓから広がる光は、放物面鏡により均一な平行光束に変換され、コンベンショナルな照明の光源となる。この際、集光点Ｓ或いはコリメーター光学系全体のどちらかを移動して最適な平行光束を得ることができる。

以上のように、４分割された放物面鏡の配置を変えることにより、コンベンショナルな照明、３極照明、５極照明と照明条件を変化させることができる。
尚、本実施例では、コリメーター光学系は、放物面鏡を４分割にしたものを用いているが、分割される数はこれに限定されず、６分割、８分割、１２分割、１６分割等であってもよい。

次に、実施例１に係るコリメーター光学系を４分割した放物面鏡４１，４２，４３，４４の各々に駆動機構を設け、制御系からの自動制御により変形照明が可能なコリメーター光学系の実施例を示す。

図５は、本実施例に係るコリメーター光学系の断面図を示す。４つに分割された各々の放物面鏡４１，４２，４３，４４には、オイルフリーの真空モーターによりリニアに移動可能な駆動機構５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂが設けられている。具体的には、放物面鏡４１には、リニアに左右に駆動可能な駆動機構５１ａとリニアに上下に駆動可能な５１ｂとが設けられ、放物面鏡４１と放物面鏡４２とが結合する場合は、駆動機構５１ｂと放物面鏡４２に設けられた駆動機構５２ｂにより、放物面鏡４１と４２とが結合する。また、放物面鏡４１と放物面鏡４３とが結合する場合は、駆動機構５１ａと放物面鏡４３に設けられた駆動機構５３ａとにより、放物面鏡４１と４３とが結合する。

これら、駆動機構５１ａ等の駆動機構は外部の信号により制御されており、変形照明の光源を連続的に形成可能である。尚、これらの駆動機構ににあわせて、必要に応じて光源も移動し平行光束を供給する。

図６は、本発明に係るコリメーター光学系の別の実施例を示す。
本実施例では、実施例１のコリメーター光学系において、中心部分に遮光部材４５を設けた構成である。このような構成にすることにより、輪帯照明から多極照明への自由に変形照明を行うことが可能となる。

図６（ａ）は、本実施例に係るコリメーター光学系の側面からみた光束のたどる光路を示している。本実施例のコリメーター光学系は、実施例１のコリメーター光学系と同様に、モリブデンからなる一つの放物面鏡を４分割にした各々の放物面鏡４１，４２，４３，４４と遮光部材４５により構成されている。

図６（ａ）では、２極照明或いは４極照明する際の分割された放物面鏡の配置を示す。４極照明を行う場合は、４つに分割された放物面鏡がそれぞれ、分離して配置され、２極照明を行う場合は、４つに分割された放物面鏡のうち、隣接する各々２つの放物面鏡が結合し、結合した２枚の放物面鏡からなるコリメーター光学系となる。尚、本実施例では、実施例１の場合とは異なり集光点Ｓからコリメーター光学系の中心部を通過していた光束は遮光部材４５により遮光される。

図６（ｂ）では、輪帯照明を行う場合の４分割された放物面鏡の配置を示す。分割されていた４つの放物面鏡は、全て結合し１つの放物面鏡を形成する。集光点Ｓからコリメーター光学系の中心部を通過していた光束は、反射され放物面鏡により平行光束となる。従って、これにより得られる照明の形状は輪帯照明となる。

以上のように、分割された放物面鏡を移動させることにより、輪帯照明、二極照明、四極照明と可変することができる。また、図５に示される各々の放物面鏡４１等に設けられた駆動機構５１ａ等を外部制御とすることにより、真空チャンバー内で用いることも可能である。

以下、本発明に係る照明光学装置の実施例について図１に基づき説明する。
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。

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。

前記コリメーター光学系４は、実施例１に記載したように４つの分割された放物面鏡により構成されており、各々の分割された放物面鏡には駆動機構がそれぞれ設けられている。

本実施例では、ミラーを構成する材料として、モリブデンを用いているが、この他、ルテニウム（Ｒｕ）や、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。

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内のミラーは、全て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。

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。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た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いる。

反射型フライアイ光学系５から射出した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。

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)ことにより、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。

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の製造も可能である。

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。

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。 実施例１に係るコリメーター光学系の構成を示す図である。 実施例１に係るコリメーター光学系について、放物面鏡を移動させた構成を示す図である。 実施例１に係るコリメーター光学系について、放物面鏡を移動させた構成を示す図である。 実施例２に係るコリメーター光学系を示す図である。 実施例３に係るコリメーター光学系を示す図である。 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

４１，４２，４３，４４ 分割された放物面鏡
Ｓ 集光点

Claims (10)

1. 光源からの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分割された放物面鏡により構成されており、前記放物面鏡を分離することにより多極照明を行なうことが可能であることを特徴とするコリメーター光学系。
   
2. 請求項１に記載されたコリメーター光学系において、
   前記放物面鏡が２分割、または４分割されていることを特徴とするコリメーター光学系。
   
3. 請求項１または２に記載されたいずれかのコリメーター光学系において、
   前記光源の波長が６０ｎｍ以下であることを特徴とするコリメーター光学系。
   
4. 請求項１から３に記載された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が、分割された放物面鏡と中心部に設けられた遮光部材により構成されていることを特徴とするコリメーター光学系。
   
5. 請求項１から４に記載されたいずれかのコリメーター光学系において、
   前記放物面鏡が、Ｒｕ、Ｍｏ又はＭｏＳｉ₂或いはこれらを含む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。
   
6. 請求項１から５に記載された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分割された各々の放物面鏡に駆動機構が設けられており、前記各々の放物面鏡が移動可能であることを特徴とするコリメーター光学系。
   
7. 請求項６に記載されたコリメーター光学系において、
   前記駆動機構が、油を用いていない駆動機構であることを特徴とするコリメーター光学系。
   
8. 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７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。
   
9. 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８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。
   
10. 請求項９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。