JP2009044146A - 照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 例えば反射型原板を用いる露光装置に適用されたときに、視野絞りによる結像の悪影響および露光量分布の悪化を回避することのできる照明光学装置。
【解決手段】 本発明の照明光学装置は、照明光束を被照射面に導くために配置された複数の反射ミラーを有する照明光学系と、照明光学系の光路中に配置されて被照射面（Ｍ）に形成すべき照明領域の第１の外縁を定める第１部分視野絞り（２１）と、照明光学系と被照射面との間に配置されて照明領域の第２の外縁を定める第２部分視野絞り（２２）とを備えている。照明光学系は、第１部分視野絞りの位置と第２部分視野絞りの位置とを実質的に光学的に共役にするリレー光学系（１９ａ，１９ｂ）を備えている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィ工程で製造するのに使用される露光装置に好適な反射型の照明光学装置に関するものである。

従来、半導体素子などの製造に使用される露光装置では、マスク（レチクル）上に形成された回路パターンを、投影光学系を介して感光性基板（たとえばウェハ）上に投影転写する。感光性基板にはレジストが塗布されており、投影光学系を介した投影露光によりそのレジストが感光し、マスクパターンに対応したレジストパターンが得られる。露光装置の解像力は、露光光の波長と投影光学系の開口数とに依存する。

すなわち、露光装置の解像力を向上させるには、露光光の波長を短くするとともに、投影光学系の開口数を大きくすることが必要になる。一般に、投影光学系の開口数を所定値以上に大きくすることは光学設計の観点から困難であるため、露光光の短波長化が必要になる。そこで、半導体パターニングの次世代の露光方法（露光装置）として、ＥＵＶＬ（Extreme UltraViolet Lithography：極紫外リソグラフィ）の手法が注目されている。

ＥＵＶＬ露光装置は、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光や波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光を用いる従来の露光方法と比較して短い、５〜２０ｎｍ程度の波長を有するＥＵＶ（Extreme UltraViolet：極紫外線）光を用いる。露光光としてＥＵＶ光を用いる場合、使用可能な光透過性の光学材料が存在しなくなる。このため、ＥＵＶＬ露光装置では、反射型のオプティカルインテグレータ、反射型のマスク（一般には反射型原板）、および反射型の投影光学系を用いることになる（たとえば特許文献１を参照）。

米国特許第６，４５２，６６１号公報

ＥＵＶＬ露光装置では、反射型の投影光学系の像面において例えば細長い円弧形状の静止露光領域を確保し、投影光学系に対してマスクおよび感光性基板を相対移動させつつ、マスクパターンを感光性基板上へスキャン露光（走査露光）する。したがって、感光性基板と光学的にほぼ共役な位置、例えばマスクの近傍に静止露光領域を規定するための視野絞りを設置する必要がある。

具体的には、マスクの近傍に配置される視野絞りは、マスクへ入射する光束を制限して静止露光領域の一方の円弧形状の外縁を規定する第１部分視野絞りと、マスクで反射された光束を制限して当該静止露光領域の他方の円弧形状の外縁を規定する第２部分視野絞りとを有する。第１部分視野絞りと第２部分視野絞りとは、通常の光学系における視野絞りの概念にしたがって同一平面上に、すなわちマスクの近傍においてマスクと平行な同一平面に沿って配置されている。

この場合、マスクで反射された光の一部、すなわちマスクパターンの情報を含んで感光性基板へ向かう光の一部が第２部分視野絞りにより遮られ、第２部分視野絞りによる遮光が感光性基板でのパターンの結像に悪影響を及ぼし易い。結像への悪影響は、第２部分視野絞りとマスクとの間隔を狭くすることにより低減される。しかしながら、視野絞りに対してマスクが移動するため、マスクと第２部分視野絞りとの間隔を０とすることは極めて困難であり、結局の所、結像への悪影響は残る事になる。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、反射型原板を用いる露光装置に適用されたときに、視野絞りによる結像の悪影響を十分に低減することのできる照明光学装置を提供することを目的とする。また、本発明は、視野絞りによる結像の悪影響が十分に低減された照明光学装置を用いて、良好な露光条件の下で露光を行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、被照射面を照明して、前記被照射面に照明領域を形成する反射型の照明光学装置において、
照明光束を前記被照射面に導くために配置された複数の反射ミラーを有する照明光学系と、
前記照明光学系の光路中に配置されて前記被照射面に形成すべき前記照明領域の第１の外縁を定める第１部分視野絞りと、
前記照明光学系と前記被照射面との間に配置されて前記照明領域の第２の外縁を定める第２部分視野絞りとを備え、
前記照明光学系は、前記第１部分視野絞りの位置と前記第２部分視野絞りの位置とを実質的に光学的に共役にするリレー光学系を備える照明光学装置を提供する。

本発明の第２形態では、第１形態の照明光学装置と、前記被照射面に配置可能な反射型原板の像を投影面に配置可能な感光性基板上に形成するための投影光学系とを備えた露光装置を提供する。

本発明の第３形態では、第２形態の露光装置を用いて前記反射型原板のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むデバイス製造方法を提供する。

例えば、本発明の照明光学装置は、反射型原板を用いる露光装置に適用されたときに、第１部分視野絞りおよび第２部分視野絞りの双方が反射型原板へ入射する光束の一部を制限するが、反射型原板からの反射光束の一部を制限しないので、これらの部分視野絞りによる光束の制限が感光性基板でのパターンの結像に悪影響を及ぼすことを低減または防止できる。

本発明の照明光学装置は、露光装置に用いた場合、良好な露光条件を提供することができる。従って、本発明の照明光学装置を用いた本発明の露光装置は、良好な露光条件の下で露光を行うことにより、性能の良好なデバイスを製造することができる。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の全体構成を概略的に示す図である。図２は、図１の光源、照明光学系および投影光学系の内部構成を概略的に示す図である。図１において、投影光学系の光軸方向すなわち感光性基板であるウェハの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハ面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハ面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。

図１を参照すると、本実施形態の露光装置は、露光光を供給するための光源として、たとえばレーザプラズマ光源１を備えている。光源１から射出された光は、波長選択フィルタ（不図示）を介して、照明光学系２に入射する。この波長選択フィルタは、光源１から射出された光から、所定波長（たとえば１３．４ｎｍ）のＥＵＶ光だけを選択的に透過させ、他の波長の光を遮る特性を有する。波長選択フィルタを透過したＥＵＶ光は、照明光学系２を介して、転写すべきパターンが形成された反射型のマスク（レチクル）Ｍを照明する。

マスクＭは、マスクＭのパターン面がＸＹ平面に沿って延びるように、マスクステージＭＳによって保持されている。マスクステージＭＳはＹ方向に沿って移動可能であり、その移動は、レーザ干渉計ＭＩＦにより計測されるように構成されている。照明されたマスクＭのパターンからの光は、反射型の投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。すなわち、ウェハＷ上には、後述するように、たとえばＹ軸に関して対称な円弧形状の静止露光領域（実効露光領域）が形成される。

ウェハＷは、ウェハＷの露光面がＸＹ平面に沿って延びるように、ウェハステージＷＳによって保持されている。ウェハステージＷＳはＸ方向およびＹ方向に沿って二次元的に移動可能であり、その移動は、マスクステージＭＳと同様に、レーザ干渉計ＷＩＦにより計測されるように構成されている。レーザ干渉計ＭＩＦの計測結果およびレーザ干渉計ＷＩＦの計測結果は、制御部ＣＮに供給される。制御部ＣＮは、マスクステージＭＳおよびウェハステージＷＳのＹ方向に沿った移動をそれぞれ制御する。

こうして、投影光学系ＰＬに対してマスクＭおよびウェハＷをＹ方向に沿って相対移動させながら走査露光（スキャン露光）を行うことにより、ウェハＷの１つの矩形状のショット領域にマスクＭのパターンが転写される。このとき、投影光学系ＰＬの投影倍率（転写倍率）が例えば１／４である場合、ウェハステージＷＳの移動速度をマスクステージＭＳの移動速度の１／４に設定して同期走査を行う。また、ウェハステージＷＳをＸ方向およびＹ方向に沿って二次元的に移動させながら走査露光を繰り返すことにより、ウェハＷの各ショット領域にマスクＭのパターンが逐次転写される。

図２を参照すると、図１に示したレーザプラズマ光源１は、レーザ光源１１、集光レンズ１２、ノズル１４、楕円反射鏡１５、ダクト１６などにより構成されている。レーザ光源１１から発した光（非ＥＵＶ光）は、集光レンズ１２を介して気体ターゲット１３上に集光する。気体ターゲット１３は、高圧ガス源からノズル１４に供給されて、ノズル１４から噴射されたガスであり、たとえばキセノン（Ｘｅ）ガスである。気体ターゲット１３は、集光されたレーザ光によりエネルギーを得てプラズマ化し、ＥＵＶ光を発する。なお、気体ターゲット１３は、楕円反射鏡１５の第１焦点に位置決めされている。

したがって、レーザプラズマ光源１から放射されたＥＵＶ光は、楕円反射鏡１５の第２焦点に集光する。一方、発光を終えたガスはダクト１６を介して吸引されて外部へ導かれる。楕円反射鏡１５の第２焦点に集光したＥＵＶ光は、凹面反射鏡１７を介してほぼ平行光束となり、一対のフライアイ光学系１８ａおよび１８ｂからなるオプティカルインテグレータ１８に導かれる。

第１フライアイ光学系１８ａは、例えば図３（ａ）に示すように並列に配置された円弧状の外形形状を有する複数の反射ミラー要素１８ａａにより構成されている。第２フライアイ光学系１８ｂは、第１フライアイ光学系１８ａの複数の反射ミラー要素１８ａａに一対一対応付けられた、並列に配置された複数の反射ミラー要素１８ｂａにより構成されている。例えば図３（ｂ）に示すように、各反射ミラー要素１８ｂａは矩形状の外形形状を有する。第１フライアイ光学系１８ａおよび第２フライアイ光学系１８ｂの具体的な構成および作用については、米国特許６，４５２，６６１号公報を参照し、可能な限り本発明の一部として援用する。

こうして、オプティカルインテグレータ１８の射出面の近傍、すなわち第２フライアイ光学系１８ｂの反射面の近傍には、所定の形状を有する実質的な面光源が形成される。実質的な面光源は、照明光学系２の射出瞳位置、すなわち投影光学系ＰＬの入射瞳と光学的に共役な位置に形成される。第２フライアイ光学系１８ｂの反射面の近傍には、開口絞りＡＳ（図２では不図示）が配置されている。

実質的な面光源からの光は、開口絞りＡＳにより制限された後、凹面反射鏡１９ａと凹面反射鏡１９ｂとにより構成されたコンデンサー光学系１９を介して、照明光学系２から射出される。ここで、コンデンサー光学系１９は、第２フライアイ光学系１８ｂの複数の反射ミラー要素１８ｂａの各々からの光がマスクＭを重畳的に照明するように構成されている。照明光学系２から射出された光は、マスクＭ上に円弧形状の照明領域を形成する。このように、光源１（１１〜１６）、および照明光学系２（１７〜１９）は、所定のパターンが設けられたマスクＭをケーラー（Kohler）照明するための照明系（照明光学装置）を構成している。

照明されたマスクＭのパターンからの光は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハＷ上の円弧形状の静止露光領域にマスクパターンの像を形成する。投影光学系ＰＬは、マスクＭのパターンの中間像を形成するための第１反射結像光学系と、マスクパターンの中間像の像（マスクＭのパターンの二次像）をウェハＷ上に形成するための第２反射結像光学系とにより構成されている。第１反射結像光学系は４つの反射鏡Ｍ１〜Ｍ４により構成され、第２反射結像光学系は２つの反射鏡Ｍ５およびＭ６により構成されている。また、投影光学系ＰＬはウェハ側（像側）にテレセントリックな光学系である。

図４は、本実施形態における１回の走査露光を概略的に説明する図である。図４を参照すると、本実施形態の露光装置では、投影光学系ＰＬの円弧形状の有効結像領域および有効視野に対応するように、Ｙ軸に関して対称な円弧形状の静止露光領域（実効露光領域）ＥＲが形成される。この円弧形状の静止露光領域ＥＲは、１回の走査露光（スキャン露光）によりウェハＷの矩形状の１つのショット領域ＳＲにマスクＭのパターンを転写する間に、図中実線で示す走査開始位置から図中破線で示す走査終了位置まで移動する。図示した実施例のように、静止露光領域ＥＲは、２つの対向する円弧辺ＥＲ１，ＥＲ２と２つの対向する直線辺ＥＲ３とを含む４つの辺を有することができる。

図５は、本実施形態における照明系の要部構成を概略的に示す側面図である。図５を参照すると、オプティカルインテグレータ１８中の第２フライアイ光学系１８ｂと、コンデンサー光学系１９中の凹面反射鏡１９ａとの間の光路中には、マスクＭへ入射する光束を制限するための第１部分視野絞り２１が配置されている。また、マスクＭの近傍、すなわち凹面反射鏡１９ｂとマスクＭとの間の光路中には、マスクＭへ入射する光束を制限するための第２部分視野絞り２２が配置されている。

第１部分視野絞り２１は、図６（ａ）に示すように、＋Ｙ方向側に凹円弧形状のエッジ２１ａを有し、ウェハＷ上に形成すべき静止露光領域ＥＲの一方の円弧形状の外縁ＥＲ１（図４を参照）を定めるように配置されている。第２部分視野絞り２２は、図６（ｂ）に示すように、＋Ｙ方向側に凸円弧形状のエッジ２２ａを有し、静止露光領域ＥＲの他方の円弧形状の外縁ＥＲ２（図４を参照）を定めるように配置されている。

なお、例えばマスクＭの近傍には、静止露光領域ＥＲの走査方向（Ｙ方向）に沿って延びる一対の直線状の外縁ＥＲ３を定めるように一対の部分視野絞り（不図示）が配置されている。しかしながら、この一対の部分視野絞りは周知であり、その構成について詳細な説明を省略する。本実施形態では、第１部分視野絞り２１の位置と第２部分視野絞り２２の位置とが、２枚の直入射ミラー（凹面反射鏡１９ａおよび１９ｂ）からなるリレー光学系として機能するコンデンサー光学系１９により実質的に光学的に共役になっている。従って、一対の直線状の外縁ＥＲ３を定める不図示の一対の部分視野絞りを、マスクＭの近傍ではなく、第１部分視野絞り２１の近傍に配置してもよい。

以上のように、第１部分視野絞り２１は、複数の反射ミラー（１７，１９ａ，１９ｂ）を有する照明光学系の光路中に配置されて、マスクＭに形成すべき照明領域（静止露光領域ＥＲに対応する円弧形状の照明領域）の第１の外縁（静止露光領域ＥＲの一方の円弧形状の外縁ＥＲ１に対応）を定める。第２部分視野絞り２２は、照明光学系とマスクＭとの間に配置されて照明領域の第２の外縁（静止露光領域ＥＲの他方の円弧形状の外縁ＥＲ２に対応）を定める。

第２部分視野絞り２２は、マスクＭに入射する光束をマスクＭに射影した射影軌跡が進む方向（図５では＋Ｙ方向）を正の向きとしたときに、当該絞り２２に入射する光束のうち負の向きの側に位置する一部の光束を遮るように配置されている。換言すれば、第２部分視野絞り２２は、第２部分視野絞り２２へ入射する光束のうち図５中右側部分を遮るように配置されている。また、第１部分視野絞り２１と第２部分視野絞り２２とは、一方向（Ｙ方向）に沿って互いに同じ側から光束を遮るように配置されている。すなわち、第２部分視野絞り２２は、第２フライアイ光学系１８ｂと凹面反射鏡１９ａとの間の光路中において第２部分視野絞り２２へ入射する光束のうち図５中右側部分を遮るように配置されている。

本実施形態では、マスクＭの近傍に配置された第２部分視野絞り２２により、マスクＭへ入射する光束の一部が制限されるが、マスクＭで反射された光束の一部を制限するわけではないので、第２部分視野絞り２２による光束の制限がウェハＷでのパターンの結像に悪影響を及ぼすことはない。したがって、例えば米国特許６，１０４，４７４号公報に記載されているような露光量制御を行うために、静止露光領域ＥＲの円弧形状の外縁ＥＲ２が必要な量だけボケるように第２部分視野絞り２２とマスクＭとの間隔を拡げて、第２部分視野絞り２２をウェハＷと光学的に共役な位置（すなわちマスクＭのパターン面）からある程度離間させることが可能である。本明細書では、上記米国特許を記載して可能な限り本明細書の開示として援用する。このようにすることによって露光量分布をより一定にすることが可能となる。

同様に、第２部分視野絞り２２と実質的に光学的に共役な位置に配置された第１部分視野絞り２１により、マスクＭへ入射する光束の一部が制限されるが、第１部分視野絞り２１による光束の制限がウェハＷでのパターンの結像に悪影響を及ぼすことはない。従って、上記露光量制御のために、静止露光領域ＥＲの円弧形状の外縁ＥＲ１が必要な量だけボケさせることが可能となる。つまり、第２部分視野絞り２２と実質的に光学的に共役な位置に配置された第１部分視野絞り２１も、第２部分視野絞り２２と同様に、マスク面と共役な位置ひいてはウェハＷと光学的に共役な位置から必要なだけ離間させることが可能である。従って、本実施形態によれば、第１、第２部分視野絞りがパターンの結像に悪影響を及ぼさないように配置することが可能な上に、露光量制御のために必要な量だけ各部分視野絞りをマスク面と光学的に共役な位置から離間させることが可能となる。

こうして、本実施形態の照明光学装置（１，２）では、部分視野絞り（２１，２２）による結像の悪影響および露光量分布の悪化を回避することができる。したがって、本実施形態の露光装置では、視野絞り（２１，２２）による結像の悪影響および露光量分布の悪化が回避された照明光学装置（１，２）を用いて、良好な露光条件の下で露光を行うことができる。以下、図５を参照して、本実施形態の照明光学系２の要部構成についてさらに具体的に説明する。

本実施形態では、照明光学系２の要部を構成するコンデンサー光学系１９が、第２フライアイ光学系１８ｂの反射面と実質的に同じ位置に配置された開口絞りＡＳから光の入射順に、直入射ミラーとしての凹面反射鏡１９ａと、直入射ミラーとしての凹面反射鏡１９ｂとにより構成されている。図５では、無限遠物体（不図示）からの光束が、開口絞りＡＳと第２フライアイ光学系１８ｂとを経て第１部分視野絞り２１の位置またはその近傍に一旦結像した後に、凹面反射鏡１９ａおよび凹面反射鏡１９ｂを介してマスクＭ上に再び結像する様子を示している。図５では、開口絞りＡＳの開口部（光透過部）の中心を通り且つ開口絞りＡＳの面に垂直な基準軸線をｚ軸とし、開口絞りＡＳの面において図５の紙面に垂直な軸線をｘ軸とし、開口絞りＡＳの面において図５の紙面に平行な軸線をｙ軸としている。座標（ｘ，ｙ，ｚ）の設定は、以下の図７においても同様である。

次の表（１）に、本実施形態にかかる照明光学系２の要部の諸元の値を掲げる。表（１）の諸元は、ＯＲＡ（Optical Research Associates）社の光学設計ソフトである「Code V」の書式に従って記述されている。表（１）の光線追跡設定値の欄において、ＥＰＤは開口絞りＡＳの開口部の直径（単位：ｍｍ）を、ＸＡＮは光線追跡に用いられた１５本の光線の開口絞りＡＳへの入射角度のｘ方向成分（単位：度）であり、ＹＡＮは１５本の光線の開口絞りＡＳへの入射角度のｙ方向成分（単位：度）である。

表（１）のレンズデータの欄において、ＲＤＹは面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径；単位：ｍｍ）を、ＴＨＩは当該面から次の面までの距離すなわち面間隔（単位：ｍｍ）を、ＲＭＤは当該面が反射面であるか屈折面であるかを、ＧＬＡは当該面から次の面までの媒質を示している。REFLは、反射面を意味する。INFINITYは無限大を意味し、ＲＤＹが INFINITYであれば、その面が平面であることを意味している。ＯＢＪは物体面としての無限遠物体の面を、ＳＴＯは開口絞りＡＳの面を、面番号２および３は第２フライアイ光学系１８ｂの各反射ミラー要素と光学的に等価な仮想の極薄レンズを示している。つまり、第２フライアイ光学系１８ｂは全体として正のパワーを持つ凹面ミラーと見なせるため、このパワー値を仮想の極薄レンズとして表現している。

面番号４は凹面反射鏡１９ａの反射面を、面番号５は凹面反射鏡１９ｂの反射面を、面番号６およびＩＭＧは像面としてのマスクＭのパターン面を示している。SPS XYPは、その面（レンズデータでは面番号２の面）が、以下の式（１）に示すｘｙのベキ級数で表現される自由曲面であることを表す。SPS XYP 面は、基準コーニックに追加された１０次の多項式面である。多項式は、ｘ^mｙⁿ（ｍ＋ｎ≦１０）の単項式に展開される。

式（１）において、ｓはｚ軸に平行な面のサグ量（単位：ｍｍ）であり、ｃは頂点曲率（単位：ｍｍ^-1）であり、ｒは頂点からの距離（ｘ²＋ｙ²の平方根の値）（単位：ｍｍ）であり、ｋはコーニック定数であり、Ｃｊは単項式ｘ^mｙⁿの係数である。表（１）のレンズデータの欄において、Ｋはコーニック定数ｋであり、Ｙはｙの係数であり、Ｘ２はｘ²の係数であり、Ｙ２はｙ²の係数であり、Ｘ２Ｙはｘ²ｙの係数であり、Ｙ３はｙ³の係数であり、Ｘ４はｘ⁴の係数であり、Ｘ２Ｙ２はｘ²ｙ²の係数であり、Ｙ４はｙ⁴の係数であり、Ｘ４Ｙはｘ⁴ｙの係数であり、Ｘ２Ｙ３はｘ²ｙ³の係数であり、Ｙ５はｙ⁵の係数である。

また、表（１）のレンズデータの欄において、ASPは、その面（レンズデータでは面番号４，５の面）が、以下の式（２）に示す非球面であることを表す。
ｓ＝（ｈ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｈ²／ｒ²｝^1/2］＋Ｃ₄・ｈ⁴
＋Ｃ₆・ｈ⁶＋Ｃ₈・ｈ⁸＋Ｃ₁₀・ｈ¹⁰ （２）

式（２）において、ｈは光軸に垂直な方向の高さ（単位：ｍｍ）であり、ｓは非球面の頂点における接平面から高さｈにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）（単位：ｍｍ）であり、ｒは頂点曲率半径（単位：ｍｍ）であり、κは円錐係数であり、Ｃ_nはｎ次の非球面係数である。表（１）のレンズデータの欄において、Ｋは円錐係数κ、Ａはｈ⁴の係数Ｃ₄、Ｂはｈ⁶の係数Ｃ₆、Ｃはｈ⁸の係数Ｃ₈、Ｄはｈ¹⁰の係数Ｃ₁₀である。

第２フライアイ光学系１８ｂでは、各反射ミラー要素が傾いて自由曲面に相当する光学面のパワーを光学系に与えるが、Code Vではこの状態をそのまま表現することができない。そこで、極端に屈折率の高いガラス'kari'により形成された仮想極薄レンズ（レンズデータでは第２面および第３面に対応）を用いて、第２フライアイ光学系１８ｂの各反射ミラー要素と光学的に等価な状態を表現している。なお、ガラス'kari'の屈折率は、１００００である。

面番号４〜６におけるＸＤＥ，ＹＤＥ，およびＺＤＥは、面の偏心のｘ方向成分（単位：ｍｍ）、ｙ方向成分（単位：ｍｍ）、およびｚ方向成分（単位：ｍｍ）を示している。ＡＤＥ，ＢＤＥ，およびＣＤＥは、面の回転のθｘ方向成分（ｘ軸廻りの回転成分；単位：度）、θｙ方向成分（ｙ軸廻りの回転成分；単位：度）、およびθｚ方向成分（ｚ軸廻りの回転成分；単位：度）を示している。面番号４、５におけるＤＡＲは、当該面より後ろの座標（ｘ，ｙ，ｚ）が変化しないことを意味している。すなわち、ＤＡＲと記載してある面で偏心していても、その後側の面は偏心した新たな座標に従うことなく、ＤＡＲと記載してある面だけの単独の偏心である。なお、表（１）における表記は、以降の表（２）においても同様である。

表（１）
<<<光線追跡設定値>>>
EPD 166.40000
XAN 0.00000 0.00000 0.00000 0.46553 0.46553
0.46553 0.93110 0.93110 0.93110 1.39672
1.39672 1.39672 1.86244 1.86244 1.86244
YAN 4.73228 4.87602 5.01980 4.70990 4.85364
4.99741 4.64215 4.78588 4.92963 4.52707
4.67077 4.81450 4.36106 4.50473 4.64843

<<<レンズデータ>>>
RDY THI RMD GLA
OBJ: INFINITY INFINITY
STO: 833.13494 0.000000
2: 833.13494 0.000000 'kari'
SPS XYP:
K: 4.6188E-05 Y: 1.3338E-06 X2: -3.4240E-09
Y2: -3.2735E-09 X2Y: 6.2076E-13 Y3: 7.0758E-13
X4: -1.3820E-14 X2Y2: -3.0355E-14 Y4: -1.8768E-14
X4Y: 3.0059E-18 X2Y3: 9.8523E-18 Y5: 1.2828E-17
3: 833.22730 789.807305
4: -364.70403 -689.810205 REFL
ASP:
K: 0.000000
A:0.512135E-07 B:-0.395727E-11 C:0.982223E-16 D:-0.845328E-21
XDE: 0.000000 YDE: -108.042431 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: -38.143024 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
5: 960.28537 1000.002899 REFL
ASP:
K: 0.000000
A:-0.802933E-10 B:0.357499E-15 C:-0.134622E-20 D:0.215556E-26
XDE: 0.000000 YDE: -140.131266 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: 16.050740 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
6: INFINITY 0.000000
XDE: 0.000000 YDE: 363.354866 ZDE: 0.000000
ADE: -4.128691 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
IMG: INFINITY 0.000000

本実施形態の照明光学系２では、コンデンサー光学系１９が、回転非球面形状の反射面を有する凹面反射鏡１９ａと、回転非球面形状の反射面を有する凹面反射鏡１９ｂとにより構成されている。そして、凹面反射鏡１９ａおよび凹面反射鏡１９ｂの回転非球面の回転対称軸が、開口絞りＡＳの開口部の中心を通り且つ開口絞りＡＳの面に垂直な基準軸線ｚに対して角度及び／または位置がずれて配置されている。

その結果、照明光学系２の射出瞳の中心を通り且つ射出瞳の面に垂直な瞳軸線またはマスクＭ上の照明領域の円弧形状の回転軸はコンデンサー光学系１９の凹面反射鏡１９ａおよび凹面反射鏡１９ｂと交わることなく、且つ開口絞りＡＳの開口部の外側に位置している。こうして、本実施形態では、照明光学系２と反射型マスクＭとの間の光路中に光路を折り曲げるための平面鏡を配置しなくても、照明光学系と投影光学系とを機械的に干渉させることなく、照明光学系２の射出瞳と投影光学系ＰＬの入射瞳とを一致させることができる。換言すれば、照明光学系２の射出瞳と投影光学系ＰＬの入射瞳とを一致させたとしても、照明光学系２と投影光学系ＰＬとが機械的に干渉することを防止することができ、また、照明光学系２の光路と投影光学系ＰＬの光路とが重なり合うことも防止することができる。尚、回転対称軸と基準軸線とが交差してもよいが必ずしも一点で交わる必要は無い。なお、本明細書中で言う直入射ミラーとは、光の入射位置における法線と光線とのなす角度が４５度以内となるミラーのことを言う。

なお、上述の実施形態では、第１部分視野絞り２１の位置と第２部分視野絞り２２の位置とを実質的に光学的に共役にするリレー光学系が、２枚の直入射ミラー（１９ａおよび１９ｂ）により構成されている。しかしながら、これに限定されることなく、例えば図７に示すように、第１部分視野絞り２３の位置と第２部分視野絞り２２の位置とを実質的に光学的に共役にするリレー光学系を、２枚の直入射ミラー（１９ａおよび１９ｂ）と、この２枚の直入射ミラー（１９ａ，１９ｂ）と第２部分視野絞り２２との間に配置された斜入射ミラー（光路を折り曲げるための平面鏡）ＰＭとにより構成する変形例も可能である。

図７の変形例では、コンデンサー光学系１９が、直入射ミラーとしての凹面反射鏡１９ａと、直入射ミラーとしての凹面反射鏡１９ｂとにより構成されている。そして、オプティカルインテグレータ１８中の第２フライアイ光学系１８ｂと、コンデンサー光学系１９中の凹面反射鏡１９ａとの間の光路中に、マスクＭへ入射する光束を制限するための第１部分視野絞り２３が配置されている。また、マスクＭの近傍、すなわち平面鏡ＰＭとマスクＭとの間の光路中には、マスクＭへ入射する光束を制限するための第２部分視野絞り２２が配置されている。

第１部分視野絞り２３は、図８（ａ）に示すように、−Ｙ方向側に凹円弧形状のエッジ２３ａを有し、ウェハＷ上に形成すべき静止露光領域ＥＲの一方の円弧形状の外縁ＥＲ１（図４を参照）を定めるように配置されている。第２部分視野絞り２２は、図８（ｂ）に示すように、＋Ｙ方向側に凸円弧形状のエッジ２２ａを有し、静止露光領域ＥＲの他方の円弧形状の外縁ＥＲ２（図４を参照）を定めるように配置されている。

図７の変形例では、第１部分視野絞り２３の位置と第２部分視野絞り２２の位置とが、２枚の直入射ミラー（１９ａおよび１９ｂ）と１枚の斜入射ミラー（ＰＭ）とからなるリレー光学系により実質的に光学的に共役になっている。第２部分視野絞り２２は、上述の実施形態と同様に、マスクＭに入射する光束をマスクＭに射影した射影軌跡が進む方向（図７では＋Ｙ方向）を正の向きと定義したときに、当該第２部分視野絞り２２に入射する光束のうち負の向きの側に位置する一部の光束を遮るように配置されている。換言すれば、第２部分視野絞り２２は、第２部分視野絞り２２へ入射する光束のうち図７中右側部分を遮るように配置されている。

しかしながら、上述の実施形態とは異なり、第１部分視野絞り２３と第２部分視野絞り２２とは、一方向（Ｙ方向）に沿って互いに反対側から光束を遮るように配置されている。すなわち、第１部分視野絞り２３は、第２フライアイ光学系１８ｂと凹面反射鏡１９ａとの間の光路中において、第１部分視野絞り２３へ入射する光束のうち図７中左側部分を遮るように配置されている。

図７の変形例においても上述の実施形態と同様に、第１部分視野絞り２３および第２部分視野絞り２２により、マスクＭへ入射する光束の一部が制限されるが、マスクＭで反射された光束の一部を制限するわけではないので、視野絞り（２３，２２）による光束の制限がウェハＷでのパターンの結像に悪影響を及ぼすことはない。また、第１部分視野絞り２３および第２部分視野絞り２２をウェハＷと光学的に共役な位置からある程度離間させることにより、視野絞り（２３，２２）が従来技術よりもウェハＷに投影されにくくなり、ひいては従来技術よりも露光量分布を悪化させにくくなる。

以下、図７を参照して、変形例にかかる照明光学系２の要部構成についてさらに具体的に説明する。図７の変形例では、照明光学系２の要部を構成するコンデンサー光学系１９が、第２フライアイ光学系１８ｂの反射面と実質的に同じ位置に配置された開口絞りＡＳから光の入射順に、凹面反射鏡１９ａと、凹面反射鏡１９ｂとにより構成されている。また、コンデンサー光学系１９とマスクＭとの間の光路中には、光路を折り曲げるための平面鏡ＰＭが配置されている。図７では、無限遠物体（不図示）からの光束が、開口絞りＡＳと第２フライアイ光学系１８ｂとを経て第１部分視野絞り２３の位置またはその近傍に一旦結像した後に、凹面反射鏡１９ａ、凹面反射鏡１９ｂおよび平面鏡ＰＭを介してマスクＭ上に再び結像する様子を示している。次の表（２）に、図７の変形例にかかる照明光学系２の要部の諸元の値を掲げる。

表（２）
<<<光線追跡設定値>>>
EPD 166.40000
XAN 0.00000 0.00000 0.00000 0.46553 0.46553
0.46553 0.93110 0.93110 0.93110 1.39672
1.39672 1.39672 1.86244 1.86244 1.86244
YAN 4.73228 4.87602 5.01980 4.70990 4.85364
4.99741 4.64215 4.78588 4.92963 4.52707
4.67077 4.81450 4.36106 4.50473 4.64843

<<<レンズデータ>>>
RDY THI RMD GLA
OBJ: INFINITY INFINITY
STO: 969.02213 0.000000
2: 969.02213 0.000000 'kari'
SPS XYP:
Y: 1.8641E-05 X2: 1.6795E-08 Y2: 1.6041E-08
X2Y: 9.4674E-12 Y3: 9.5880E-12 X4: 1.3321E-14
X2Y2: 2.6141E-14 Y4: 1.3068E-14
3: 969.09047 1008.526172
4: -378.22928 -892.008452 REFL
XDE: 0.000000 YDE: -102.782185 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: 5.643823 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
5: 1075.06842 1091.760076 REFL
XDE: 0.000000 YDE: -377.314921 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: 12.445295 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
6: INFINITY 0.000000
XDE: 0.000000 YDE: -91.614109 ZDE: 0.000000
ADE: 1.755510 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
IMG: INFINITY 0.000000

図７の変形例の照明光学系２では、コンデンサー光学系１９が、球面形状の反射面を有する凹面反射鏡１９ａと、球面形状の反射面を有する凹面反射鏡１９ｂとにより構成されている。そして、凹面反射鏡１９ａの反射面および凹面反射鏡１９ｂの反射面が、開口絞りＡＳの開口部の中心を通り且つ開口絞りＡＳの面に垂直な基準軸線ｚに対して偏心して配置されている。

図７の変形例では、上述の実施形態とは異なり、照明光学系２と反射型マスクＭとの間の光路中に光路を折り曲げるための平面鏡ＰＭを配置している。照明光学系２と反射型マスクＭとの間の光路中に斜入射ミラーとしての平面鏡ＰＭを設けることによって、マスクＭへの入射角を変更することなく、照明光学系２の光路を変更することが可能になる。その結果、投影光学系ＰＬから照明光学系２を離して配置することが可能になるので、特にメカ設計の自由度が高くなる。

なお、上述の実施形態において、ウェハＷでの露光量分布をより精密に制御するために、例えば図９に示すように、第１部分視野絞り２１のエッジ形状を可変に構成することができる。図９の構成例では、第１部分視野絞り２１が、走査方向と直交する走査直交方向（Ｘ方向）に分割された複数（図９では例示的に８つ）の絞り部材３１〜３８と、これらの８つの絞り部材３１〜３８を走査方向（Ｙ方向）に沿って独立的に移動させる８つの駆動部４１〜４８とにより構成されている。

駆動部４１〜４８として、例えば超音波モーターを用いることができる。図９の構成例では、制御部ＣＮからの指令にしたがって駆動部４１〜４８の動作を独立的に制御し、８つの絞り部材３１〜３８をＹ方向に沿って独立的に移動させることにより、第１部分視野絞り２１のエッジ形状を変化させる。その結果、静止露光領域ＥＲの走査方向（Ｙ方向）に沿った幅寸法を走査直交方向（Ｘ方向）に沿った位置毎に離散的に調整し、ウェハＷでの露光量分布の高精度な制御が可能になる。

なお、図９の構成例では、第１部分視野絞り２１のエッジ形状を可変に構成しているが、これに限定されることなく、第２部分視野絞り２２のエッジ形状を可変に構成することにより同様の制御効果が得られる。ただし、第２部分視野絞り２２はマスクＭに比較的近い位置に配置されているため、第２部分視野絞り２２のエッジ形状を可変に構成するよりも、第１部分視野絞り２１のエッジ形状を可変に構成する方が、部材の機械的な干渉を回避した設計が容易である。また、部分視野絞りを分割するのではなく、米国特許第５，８９５，７３７に開示されているようなチェーンタイプの絞りを用いてもよい。本明細書では可能な限り米国特許第５、８９５，７３７の開示を援用して本発明の記載とする。

同様に、図７の変形例において、第１部分視野絞り２３のエッジ形状および第２部分視野絞り２２のエッジ形状のうちの少なくとも一方を可変に構成することにより、ウェハＷでの露光量分布の高精度な制御が可能になる。ただし、この場合、第１部分視野絞り２３は凹面反射鏡１９ａへの入射光束と凹面反射鏡１９ａからの反射光束とに挟まれているため、第２部分視野絞り２２はマスクＭに比較的近い位置に配置されているため、エッジ形状を可変に構成する設計が比較的困難である。

なお、上述の実施形態および変形例では、投影光学系ＰＬの像面において円弧形状の静止露光領域ＥＲが確保される例に基づいて本発明の構成および作用を説明している。しかしながら、これに限定されることなく、感光性基板であるウェハ上に形成すべき静止露光領域（照明領域）の形状については様々な変形例が可能である。

上述の実施形態にかかる露光装置では、照明系によってマスクを照明し（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の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。以下、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェ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につき図１０のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図１０のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェ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３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク（レチクル）上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェ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３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェ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、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等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をスループット良く得ることができる。

なお、上述の実施形態にかかるＥＵＶＬ露光装置では、ＥＵＶ光を供給するための光源としてレーザプラズマ光源を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、ＥＵＶ光を供給する他の適当な光源、たとえばシンクロトロン放射（ＳＯＲ）光源や放電プラズマ光源などを用いることもできる。

本発明の実施形態にかかる露光装置の全体構成を概略的に示す図である。 図１の光源、照明光学系および投影光学系の内部構成を概略的に示す図である。 図２のオプティカルインテグレータの構成例を概略的に示す図である。 本実施形態における１回の走査露光を概略的に説明する図である。 本実施形態における照明系の要部構成を概略的に示す側面図である。 本実施形態における視野絞りの構成を概略的に示す上面図である。 変形例にかかる照明系の要部構成を概略的に示す側面図である。 図７の変形例における視野絞りの構成を概略的に示す上面図である。 視野絞りのエッジ形状を可変に構成した例を概略的に示す図である。 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について、そのフローチャートを示す図である。

符号の説明

１ レーザプラズマ光源
２ 照明光学系
１１ レーザ光源
１３ 気体ターゲット
１４ ノズル
１５ 楕円反射鏡
１８ａ，１８ｂ フライアイ光学系
１９ａ，１９ｂ コンデンサー光学系
２１ 第１部分視野絞り
２２ 第２部分視野絞り
Ｍ マスク
ＭＳ マスクステージ
ＡＳ 開口絞り
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
ＷＳ ウェハステージ
ＥＲ 静止露光領域
ＣＮ 制御部

Claims (12)

1. 被照射面を照明して、前記被照射面に照明領域を形成する反射型の照明光学装置において、
   照明光束を前記被照射面に導くために配置された複数の反射ミラーを有する照明光学系と、
   前記照明光学系の光路中に配置されて前記被照射面に形成すべき前記照明領域の第１の外縁を定める第１部分視野絞りと、
   前記照明光学系と前記被照射面との間に配置されて前記照明領域の第２の外縁を定める第２部分視野絞りとを備え、
   前記照明光学系は、前記第１部分視野絞りの位置と前記第２部分視野絞りの位置とを実質的に光学的に共役にするリレー光学系を備える照明光学装置。
2. 前記第２部分視野絞りは、前記被照射面に入射する光束を前記被照射面に射影した射影軌跡が進む方向を正の向きと定義したときに、当該第２部分視野絞りに入射する光束のうち負の向きの側に位置する一部の光束を遮るように配置されている請求項１に記載の照明光学装置。
3. 前記リレー光学系は、２枚の直入射ミラーを有する請求項１または２に記載の照明光学装置。
4. 前記第１部分視野絞りと前記第２部分視野絞りとは、互いに同じ側から光束を遮るように一方向に沿って配置されている請求項３に記載の照明光学装置。
5. 所定の走査方向に沿って走査露光する走査型露光装置に適用される照明光学装置であって、前記一方向は前記走査方向である請求項４に記載の照明光学装置。
6. 前記リレー光学系は、２枚の直入射ミラーと、該２枚の直入射ミラーと前記第２部分視野絞りとの間に配置された斜入射ミラーとを有する請求項１または２に記載の照明光学装置。
7. 前記第１部分視野絞りと前記第２部分視野絞りとは、互いに反対側から光束を遮るように一方向に沿って配置されている請求項６に記載の照明光学装置。
8. 所定の走査方向に沿って走査露光する走査型露光装置に適用される照明光学装置であって、前記一方向は前記走査方向である請求項７に記載の照明光学装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の照明光学装置と、前記被照射面に配置可能な反射型原板の像を投影面に配置可能な感光性基板上に形成するための投影光学系とを備えた露光装置。
10. 前記反射型原板を載置可能な原板ステージと、前記感光性基板を載置可能な基板ステージとを備え、前記投影光学系に対して前記原板ステージと前記基板ステージとを所定方向に沿って相対移動させて前記原板の像を前記感光性基板上へ形成する請求項９に記載の露光装置。
11. 前記第１部分視野絞りは、複数の部材で構成され、該複数の部材の少なくとも一部を駆動させる駆動部を有し、前記第１部分視野絞りと前記第２部分視野絞りとで形成される照明領域の外縁の幅を変更する請求項９または１０に記載の露光装置。
12. 請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の露光装置を用いて前記反射型原板のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
    前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むデバイス製造方法。

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