JP3564104B2

JP3564104B2 - 露光装置及びその制御方法、これを用いたデバイスの製造方法

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微細な回路パターンを転写可能な露光装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造するための焼き付け（リソグラフィー）方法として、紫外線を用いた縮小投影露光が行われてきた。
【０００３】
縮小投影露光で転写できる最小の寸法は転写に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数に反比例する。このため、微細な回路パターンを転写するためには、用いる光の短波長化を進めることが必要となる。このため、水銀ランプｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）というように用いられる紫外光の波長は短くなってきている。
【０００４】
しかし半導体素子は急速に微細化しており、紫外光を用いたリソグラフィーでは限界がある。そこで０．１μｍを下回るような非常に微細な回路パターンを効率よく焼き付けるために、紫外線よりも更に短い波長（１０〜１５ｎｍ程度）の極端紫外光（ＥＵＶ光）を用いた縮小投影露光装置が開発されている。
【０００５】
このようなＥＵＶ光領域では物質による吸収が非常に大きくなるので、可視光や紫外光で用いられるような光の屈折を利用したレンズ光学系は実用的ではなく、ＥＵＶ光を用いた露光装置では反射光学系が用いられる。この場合、レチクルもミラーの上に吸収体によって転写すべきパターンを形成した反射型レチクルが用いられる。
【０００６】
ＥＵＶ光を用いた露光装置を構成する反射型光学素子としては、多層膜ミラーと斜入射全反射ミラーとがある。ＥＵＶ領域では屈折率の実部は１より僅かに小さいので、面にすれすれにＥＵＶ光を入射する斜入射で用いれば全反射が起きる。通常、面から測って数度以内の斜入射では数十％以上の高い反射率が得られる。しかし光学設計上の自由度が小さく、全反射ミラーを投影光学系に用いることは難しい。
【０００７】
直入射に近い入射角で用いるＥＵＶ光用のミラーとしては、光学定数の異なる２種類の物質を交互に積層した多層膜ミラーが用いられる。多層膜ミラーでは、精密な面形状に研磨されたガラス基板の表面にモリブデンとシリコンを交互に積層する。その層の厚さは、たとえばモリブデン層の厚さは０．２ｎｍ、シリコン層の厚さは０．５ｎｍ程度、積層数は２０層対程度である。２種類の物質の層の厚さを加えたものを膜周期とよぶ。上記例では膜周期は０．２ｎｍ＋０．５ｎｍ＝０．７ｎｍである。
【０００８】
このような多層膜ミラーにＥＵＶ光を入射すると、特定の波長のＥＵＶ光が反射される。入射角をθ、ＥＵＶ光の波長をλ、膜周期をｄとすると近似的にはブラッグの式
２×ｄ×ｃｏｓθ＝λ
の関係を満足するようなλを中心とした狭いバンド幅のＥＵＶ光だけが効率よく反射される。このときのバンド幅は０．６〜１ｎｍ程度である。
【０００９】
反射されるＥＵＶ光の反射率は最大でも０．７程度であり、反射されなかったＥＵＶ光は多層膜中あるいは基板中で吸収され、そのエネルギーの大部分が熱になる。
【００１０】
ＥＵＶ領域で用いられる多層膜ミラーは可視光のミラーに比べて光の損失が大きいので、ミラーの枚数は最小限に抑えることが必要である。少ない枚数のミラーで広い露光領域を実現するには、光軸から一定の距離だけ離れた細い円弧状の領域（リングフィールド）だけを用いて、レチクルとウエハを同時に走査して広い面積を転写する方法（スキャン露光）が考えられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなＥＵＶ光を露光光として用いる場合、レーザプラズマ光源或いは放電プラズマ光源が用いられる。しかしながら、このようなＥＵＶ露光装置には以下のような問題点があった。
【００１２】
ＥＵＶ光源として用いられるレーザプラズマ光源は、ターゲット材に高強度のパルスレーザ光を照射し、高温のプラズマを発生させ、これから放射される例えば波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用するものである。ここで、レーザプラズマ光源から放射されるＥＵＶ光の強度はターゲットの温度等によって変化する。特にガスの断熱膨張によってガスの密度を高めたり、ガス中をクラスタ化して高い密度のターゲットを得る方式においては、放出されるガスやノズルの温度が僅かに変化しただけでも励起レーザを照射する時点のターゲット密度が大きく変化し、それに伴い放射されるＥＵＶ光の強度も大きく変化してしまう。
【００１３】
光源から放射されるＥＵＶ光の強度が変動した場合には、ウエハに照射されるＥＵＶ光の量が変動し、転写される微細なパターンの寸法が変化したり、微細なパターンが転写できなくなるという問題が生じる。
【００１４】
同様に放電プラズマ光源から放射されるＥＵＶ光の強度は電極やガスの温度によって変化する。放電プラズマ光源は、ガス中の電極にパルス電圧を印加して高温のプラズマを発生させ、これから放射される例えば波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用するものである。放電プラズマ光源においても、プラズマから放射される電磁波や粒子によってガスター供給装置のノズルや電極が加熱されたり、電極内のジュール熱によって電極が加熱されたりする。このため、光源から放射されるＥＵＶ光の強度が変動し、それに伴い、ウエハに照射されるＥＵＶ光の量が変動し、転写される微細なパターンの寸法が変化したり、微細なパターンが転写できなくなるという問題が生じる。
【００１５】
また、レーザプラズマ光源において発生される高温のプラズマからは、高速のガス分子や荷電粒子が放出される。またターゲット材料供給装置の一部がプラズマの高速粒子に叩かれて（スパッタ現象）表面の原子が飛散する場合もある。これらはデブリと呼ばれる。このデブリが照明系の初段ミラーに照射された場合、ミラー上の多層膜は損傷を受ける。そのメカニズムとしては、
・イオンのエネルギーによって多層構造が破壊される
・多層膜上にターゲット材料やターゲット供給装置の材料が堆積してＥＵＶ光の吸収層となる
・多層膜の加熱によって膜を構成する物質の再結晶化や相互拡散により膜構造が変化する
などが上げられる。
【００１６】
同様に、放電プラズマ光源で発生するプラズマからも高速のガス分子や荷電粒子が放出される。また電極材料やそれを保持する絶縁体材料の一部がプラズマの高速粒子に叩かれて（スパッタ現象）表面の原子が飛散する場合もある。これらのデブリが照明系の初段ミラーに照射された場合、ミラー上の多層膜は損傷を受ける。
【００１７】
このような現象によって、ＥＵＶ光源の運転に伴い多層膜ミラーの反射率は次第に低下するので、レチクルを照明するＥＵＶ光の強度も次第に低下する。それに伴い、ウエハに照射されるＥＵＶ光の量が変動し、転写される微細なパターンの寸法が変化したり、微細なパターンが転写できなくなるという問題が生じることになる。
【００１８】
このような照度変動の問題を解決する手段として、たとえば、特開２０００−１００６８５号公報には、Ｘ線を発生させるＸ線光源と、該Ｘ線光源からのＸ線をマスクに導く照明系とを有し、前記マスクのパターンを感光性基板へ転写する露光装置において、前記照明系は、複数の反射ミラーを有し、前記複数の反射ミラーのうちの少なくとも１つ反射ミラーの反射面に関して、前記Ｘ線の照射による光電効果に伴う電気的な特性を検出する検出装置を配置した構成が開示されている。この検出装置の検出結果に従って、露光量を調整し、露光光の照度変動を補償する。
【００１９】
この従来例では、反射ミラーの反射面に光電効果を利用した検出器が配置される。このため、光電面は表面の状態に非常に敏感となり、表面にごく僅かな汚れが付着しただけで測定感度が大きく変動してしまい、測定精度が低くなってしまうという課題があった。
【００２０】
また、この従来の方法では、ミラーで反射された光子は光電効果を起こさず、吸収された光子のみが光電効果を起こすため、この方法ではミラーで反射されるＥＵＶ光ではなく、ミラーに吸収される光の強度が計測されることになる。ＥＵＶ光源からは露光に用いられる波長の光以外にさまざまな波長の光が放射されており、多層膜反射鏡でもそれらの波長の光はある割合で反射され、照明光学系の内部を通過する。したがって、反射ミラーの反射面に光電効果を利用した検出器を配置する方法では、ＥＵＶ光源から放射された露光に寄与しない波長の光の強度の影響を受け、測定精度が低くなってしまうという課題があった。
【００２１】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、露光光の強度の測定精度を向上し、露光量の補償制御を適切に行えるようにすることを目的とする。
また、本発明の他の目的は、露光光の強度の測定精度を向上し、光源における発光強度の変動等に伴う微細なパターンの寸法変化や解像度低下などを防止し、微細なパターン転写を安定的に実行可能とする露光制御を実現することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明による露光装置は以下の構成を備える。すなわち、
露光光をレチクルへ導く第１反射光学系と、該レチクルからの反射光を基板に導く第２反射光学系を有し、該レチクル上のパターンを該基板に転写する露光装置であって、
前記第１反射光学系が、
前記レチクルを均一に所定の開口数で照明するためのオプティカルインテグレータと、
前記オプティカルインテグレータに設けられ、前記露光光の一部を通過させる手段と、
前記通過させる手段を通過した露光光の光強度を検出する検出手段とを備える。
また、上記の目的を達成するための本発明の他の態様による露光装置は以下の構成を備える。すなわち、
露光光をレチクルへ導く第１反射光学系と、該レチクルからの反射光を基板に導く第２反射光学系を有し、該レチクル上のパターンを該基板に転写する露光装置であって、
前記第１反射光学系が、
前記レチクルを均一に所定の開口数で照明するためのオプティカルインテグレータと、
露光光の光強度を検出する検出手段と、
前記オプティカルインテグレータの位置の近傍で前記露光光の一部を前記検出手段に向けて反射する反射手段とを備える。
【００２３】
また、上記の目的を達成するための本発明による露光装置の制御方法は、
露光光によりレチクルを均一に所定の開口数で照明するためのオプティカルインテグレータを有し、該露光光を該レチクルへ導く第１反射光学系と、該レチクルからの反射光を基板に導く第２反射光学系を有し、該レチクル上のパターンを該基板に転写する露光装置の制御方法であって、
前記オプティカルインテグレータに設けられ、前記露光光の一部を通過させる手段を通過した露光光の光強度を検出する検出工程と、
前記検出工程手段で検出された光強度に基づいて露光量を制御する制御工程とを備える。
また、上記の目的を達成するための本発明の他の態様による露光装置の制御方法は、
露光光によりレチクルを均一に所定の開口数で照明するためのオプティカルインテグレータを有し、該露光光を該レチクルへ導く第１反射光学系と、該レチクルからの反射光を基板に導く第２反射光学系を有し、該レチクル上のパターンを該基板に転写する露光装置の制御方法であって、
前記オプティカルインテグレータの位置の近傍に設けられ、前記露光光の一部を露光光強度を検出する検出器に向けて反射する反射手段によって反射された露光光の光強度を該検出器により検出する検出工程と、
前記検出工程手段で検出された光強度に基づいて露光量を制御する制御工程とを備えることを特徴とする露光装置の制御方法。
また、本発明によれば、上記露光装置を用いて露光された基板を現像し、該基板上に回路を形成することを特徴とするデバイスの製造方法が提供される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２５】
＜第１の実施形態＞
本実施形態のＥＵＶ露光装置では、露光量制御やミラー損傷判定を行うために、ＥＵＶ光の強度を計測する。この計測は、後述するように、照明光学系の反射型インテグレータの位置で照明光を一部分岐し、これをＥＵＶ光強度検出器で検出することにより行う。
【００２６】
図１は、第１の実施形態によるＥＵＶ光露光装置の概略構成を示す図である。図示のように、本実施形態のＥＵＶ露光装置は、ＥＵＶ光源、照明光学系、反射型レチクル、投影光学系、レチクルステージ、ウエハステージ、アライメント光学系、真空系などで構成される。
【００２７】
本実施形態のＥＵＶ光源にはレーザプラズマ光源が用いられる。これは真空容器１０１中に供給されたターゲット材に、高強度のパルスレーザ光を照射し、高温のプラズマ１０５を発生させ、これから放射される例えば波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用するものである。ターゲット材としては、金属薄膜、不活性ガス、液滴などが用いられ、ガスジェット等の手段を具備したターゲット供給装置１０２によって真空容器１０１内に供給される。また、パルスレーザ光は励起用パルスレーザ１０３より出力され、集光レンズ１０４を介してターゲット材に照射される。放射されるＥＵＶ光の平均強度を高くするためにはパルスレーザの繰り返し周波数は高い方が良く、励起用パルスレーザ１０３は通常数ｋＨｚの繰り返し周波数で運転される。
【００２８】
なお、ＥＵＶ光源として放電プラズマ光源を用いることも可能であることはいうまでもない。なお、放電プラズマ光源は、真空容器中に置かれた電極周辺にガスを放出し、電極にパルス電圧を印加し放電を起こし高温のプラズマを発生させ、これから放射される例えば波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用するものである。放射されるＥＵＶ光の平均強度を高くするためには放電の繰り返し周波数は高い方が良く、通常数ｋＨｚの繰り返し周波数で運転される。
【００２９】
照明光学系は、複数の多層膜または斜入射ミラーとオプティカルインテグレータ等から構成される。照明光学系は、照明系第１ミラー１０６、オプティカルインテグレータ１０７、照明系第２ミラー１０８、照明系第３ミラー１０９によってプラズマ１０５から放射されたＥＵＶ光をレチクル１１１に導く。
【００３０】
初段の集光ミラー（照明系第１ミラー）１０６はレーザプラズマ１０５からほぼ等方的に放射されるＥＵＶ光を集める役割を果たす。オプティカルインテグレータ１０７はレチクルを均一に所定の開口数で照明する役割を持っている。また照明光学系のレチクルと共役な位置にはレチクル面で照明される領域を円弧状に限定するための画角制限アパーチャ１１０が設けられる。
【００３１】
この円弧状露光領域によりレチクルが照射され、その反射光が投影光学系を経てウエハに照射される。多層膜ミラーは可視光のミラーに比べて光の損失が大きいので、ミラーの枚数は最小限に抑えることが必要であるが、少ない枚数のミラーで広い露光領域を実現するには、光軸から一定の距離だけ離れた細い円弧状の領域（リングフィールド）だけを用いて、レチクルとウエハを同時に走査して広い面積を転写する方法（スキャン露光）が用いられる（図８参照）。
【００３２】
投影光学系にも複数のミラーが用いられる。図１では、投影系第１〜第４ミラー（１２１〜１２４）によって、レチクル１１１からの反射光がウエハチャック１３３に装着されたウエハ１３１上に導かれる。ミラー枚数は少ない方がＥＵＶ光の利用効率が高いが、収差補正が難しくなる。収差補正に必要なミラー枚数は４枚から６枚程度である。ミラーの反射面の形状は凸面または凹面の球面または非球面である。開口数ＮＡは０．１〜０．２程度である。なお、１２５は開口制限アパーチャであり、投影光学系の開口数を規定するよう光束を制限する。
【００３３】
各ミラーは低膨張率ガラスやシリコンカーバイド等の剛性が高く硬度が高く、熱膨張率が小さい材料からなる基板を、研削・研磨して所定の反射面形状を創生した後、反射面にモリブデン／シリコンなどの多層膜を成膜したものである。ミラー面内の場所によって入射角が一定でない場合、前述のブラッグの式から明らかなように、膜周期一定の多層膜では場所によって反射率が高くなるＥＵＶ光の波長がずれてしまう。そこでミラー面内で同一の波長のＥＵＶ光が効率よく反射されるように膜周期分布を持たせることが必要である。
【００３４】
レチクルステージ１１２とウエハステージ１３２は縮小倍率に比例した速度比で同期して走査する機構をもつ。ここでレチクル又はウエハ面内で走査方向をＸ、それに垂直な方向をＹ、レチクル又はウエハ面に垂直な方向をＺとする。
【００３５】
レチクル１１１は、レチクルステージ１１２上のレチクルチャック１１３に保持される。レチクルステージ１１２はＸ方向に高速移動する機構をもつ。また、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、および各軸の回りの回転方向に微動機構をもち、レチクル１１１の位置決めができるようになっている。レチクルステージの位置と姿勢はレーザ干渉計によって計測され、その結果に基いて、位置と姿勢が制御される。
【００３６】
ウエハ１３１はウエハチャック１３３によってウエハステージ１３２に保持される。ウエハステージはレチクルステージと同様にＸ方向に高速移動する機構をもつ。また、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、および各軸の回りの回転方向に微動機構をもち、ウエハ位置決めができるようになっている。ウエハステージ１３２の位置と姿勢はレーザ干渉計によって計測され、その結果に基いて、位置と姿勢が制御される。
【００３７】
アライメント検出機構１１４、１３４によってレチクル１１１の位置と投影光学系の光軸との位置関係、およびウエハ１３１の位置と投影光学系の光軸との位置関係が計測され、レチクル１１１の投影像がウエハ１３１の所定の位置に一致するようにレチクルステージ１１２およびウエハステージ１３２の位置と角度が設定される。
【００３８】
また、フォーカス位置検出機構１３５によってウエハ面でＺ方向のフォーカス位置が計測され、ウエハステージ１３２の位置及び角度を制御することによって、露光中は常時ウエハ面を投影光学系による結像位置に保つ。
【００３９】
ウエハ１３１上で１回のスキャン露光が終わると、ウエハステージ１３２はＸ，Ｙ方向にステップ移動して次の走査露光開始位置に移動し、再びレチクルステージ１１２及びウエハステージ１３２が投影光学系の縮小倍率に比例した速度比でＸ方向に同期走査する。
【００４０】
このようにして、レチクルの縮小投影像がとウエハ上に結像した状態でそれらを同期走査するという動作が繰り返され（ステップ・アンド・スキャン）、ウエハ全面にレチクルの転写パターンが転写される。
【００４１】
ＥＵＶ光はガスによって強く吸収される。たとえば、空気が１０Ｐａ満たされた空間を波長１３ｎｍのＥＵＶ光が１ｍ伝播すると、その約５０％が吸収されてしまう。ガスによる吸収を避けるためには、ＥＵＶ光が伝播する空間は少なくとも１０^−１Ｐａ以下、望ましくは１０^−３Ｐａ以下の圧力に保たれている必要がある。
【００４２】
またＥＵＶ光が照射される光学素子が置かれた空間に炭化水素などの炭素を含む分子が残留していた場合、光照射によって光学素子表面に炭素が次第に付着し、これがＥＵＶ光を吸収するために反射率が低下してしまうという問題がある。この炭素付着を防止するためにはＥＵＶ光が照射される光学素子が置かれた空間は少なくとも１０^−４Ｐａ以下、望ましくは１０^−６Ｐａ以下の圧力に保たれている必要がある。このため光源、照明系や投影系光学系の光学素子、レチクル、ウエハなどは真空容器１０１に入れられ、上記真空度を満たすように排気される。
【００４３】
１５１は制御装置であり、ＥＵＶ光強度検出器２０２による検出結果に基づき当該ＥＵＶ露光装置における露光量を制御する。
図２は、上記構成における、反射型のオプティカルインテグレータ１０７及びその周辺の構成を説明する図である。オプティカルインテグレータ１０７は所定の形状を持った微小な反射面を平面または曲面上に多数配列したものである。ＥＵＶ光が反射型のオプティカルインテグレータ１０７に入射すると、反射型のオプティカルインテグレータ１０７のすぐ近傍に多数の２次光源を形成する。反射型のオプティカルインテグレータが凹面ミラーを配列した形式のものであれば、２次光源は反射型のオプティカルインテグレータ反射面の外部に、反射型のオプティカルインテグレータが凸面ミラーを配列した形式のものであれば、２次光源は反射型のオプティカルインテグレータ反射面の内部に位置する。
【００４４】
各２次光源から放射されたＥＵＶ光を上記照明光学系のミラーで集光してレチクル１１１を照明する。この２次光源がレチクル１１１を照明する光束の入射瞳になるように凹面ミラーを配置することによってケーラー照明を実現している。したがって反射型のオプティカルインテグレータがほぼレチクルを照明する光束の入射瞳位置になっている。
【００４５】
本実施形態では、反射型のオプティカルインテグレータ１０７に微小なピンホール２０１を設ける。また、オプティカルインテグレータ１０７のＥＵＶ光が入射する側とは反対側にＥＵＶ光強度検出器２０２を設けて、ピンホール２０１を通過したＥＵＶ光の強度を検出する。
【００４６】
ＥＵＶ光強度検出器２０２としては、シリコンなどのフォトダイオード、蛍光体付き光電子増倍管、イオンチャンバ、光電面を設けた電子増倍管などが用いられる。ＥＵＶ光強度検出器２０２で検出される可視光を除去するために金属の薄膜からなるフィルタ２０３を用いることが望ましい。
【００４７】
また、半導体ダイオードは高い強度のＥＵＶ光を受光すると感度低下などの損傷が起きることが知られており、これを防止するには、受光面のＥＵＶ光強度を一定値以下に下げることが必要である。このためにも、ＥＵＶ光強度検出器２０２の前面にフィルタ２０３を設けることは望ましいことである。更に、迷光などによる精度低下を防ぐためには、フィルタの材質としては、多層膜の反射率が、高い波長のＥＵＶ光は比較的良く透過し、それ以外の波長の光は吸収する材料であることが望ましい。そのようなフィルタは、ミラーの多層膜を形成する軽元素層を構成する元素を含む材料を選択することによって実現する。例えば、ミラーにモリブデンとシリコンの多層膜を用いる場合、シリコンを含んだ材料、例えばシリコン単結晶やシリコンカーバイド、窒化シリコンなどが用いられる。あるいは、ミラーにモリブデンとベリリウムの多層膜を用いる場合、ベリリウムが用いられる。
【００４８】
シリコン単結晶やシリコンカーバイド、窒化シリコンなどのフィルタを用いる場合、前述したように可視光を除去するために金属の薄膜からなるフィルタ、例えばベリリウムなどと積層して用いることが望ましい。
【００４９】
また、オプティカルインテグレータの１点に入射するＥＵＶ光は一定の角度広がりをもっており、ピンホール２０１を通過したＥＵＶ光は同じ角度で広がる。ＥＵＶ光強度検出器２０２をピンホール２０１から一定距離離す構成をとれば、検出器の受光面の単位当たりのＥＵＶ光強度が低減し、感度低下などの損傷が起きることを防止できる。このときの検出器のＥＵＶ光が照射される範囲の大きさは、検出器の受光面サイズ以内でできるだけ大きくなるように検出器とピンホールとの距離を設定すればよい。
【００５０】
このような構成にすることによってほぼレチクルを照明する光束の入射瞳位置でのＥＵＶ光強度を計測することができる。
【００５１】
オプティカルインテグレータ１０７の位置はほぼレチクル１１１を照明する光束の入射瞳位置になっているので、ピンホール２０１を設けることによってレチクル１１１を照射する光束の入射瞳面内の分布が一様でなくなり、解像性能に影響を及ぼす。この観点からは、ピンホールの直径はできるだけ小さいことが望ましく、具体的にはインテグレータの光が照射される領域のサイズの１％以内程度が望ましい。
【００５２】
反射型インテグレータ１０７の反射面は、微小な球面などの単位形状が多数配列した構造をしている。各単位形状から反射されたＥＵＶ光はレチクルの照明領域全面を照射する。この単位形状を例えば半分取り除く形でピンホールを設けたならば、レチクル上の照明領域の半分で照度の低下が起こり、照度分布が不均一になってしまう。したがって、単位形状が欠けない形でピンホールを設けることが望ましい。
【００５３】
単位形状が欠けない形でピンホールを設ける方法としては、図３に示すように、この単位形状を１個丸ごと取り除く形でピンホールを設ければよい。あるいは、図４に示すように、単位形状の配列をずらして、隙間を開けてその隙間にピンホールを設けてもよい。以上のような方法を用いれば、ピンホールを設けてもレチクル上のＥＵＶ光照度分布に影響を与えることがない。
【００５４】
また、ピンホールの断面形状は、インテグレータに入射するＥＵＶ光の角度に合わせて斜めにしたり、図２に示すように反射面の開口が小さく裏面の開口が大きい「逆テーパ状」として、ＥＵＶ光がピンホール内面で遮られることがないようにするのが望ましい。
【００５５】
以上のような構成を備えた本実施形態のＥＵＶ露光装置では、レチクルを照明する光束の入射瞳位置でのＥＵＶ光強度を計測し、それに基づき、レジストに照射されるＥＵＶ光の量が一定になるように制御装置１５１が露光量制御を行う。例えば、計測されたＥＵＶ強度が変動した場合には、光源の発光強度を変更する、あるいは光源の発光タイミングを変更する事で平均の光強度を変化させる、あるいはウエハ上の１点が露光される時間を変更する、などの方法を用いることができる。
【００５６】
また、制御装置１５１は、計測されたＥＵＶ強度の値をもとに、プラズマ光源を構成する部品の消耗や、照明系ミラーの損傷などを検出し、それらの交換時期を判定する。これは例えば以下のようにして行われる。プラズマ光源の発光はパルス状に行われ、パルス毎の発光強度はある程度ばらつくので、多数のパルスを平均した強度を求め、この時間変化を記録する。そして、この平均強度の値が初期の値に比べて一定量、たとえば初期値の１０％低下した場合には、プラズマ光源を構成する部品の消耗、あるいは照明系ミラーの損傷が起きたと判定し、これらの部品を交換するべく報知する。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態のＥＵＶ露光装置によれば、レチクルを照明する光束の入射瞳位置でのＥＵＶ光強度を計測し、それに基づき、レジストに照射されるＥＵＶ光の量が一定になるように露光量制御を行うので、ＥＵＶ発光強度の変動とそれに伴う微細なパターンの寸法変化や解像度低下などが起こらず、安定して微細なパターンを転写することができる。また、プラズマ光源を構成する部品の消耗や、照明系ミラーの損傷などを検出し、それらの交換時期を的確に判定することができる。
【００５８】
また、ＥＵＶ光強度検出器２０２の前面に、金属の薄膜からなるフィルタ２０３および／または、ミラーの多層膜を形成する軽元素層を構成する元素を含む材料からなるフィルタを配置することにより、可視光や迷光などによる精度低下を防ぎながら、さらに検出器に感度低下などの損傷が起きることを防止できる。例えば、前述の単結晶シリコン、窒化シリコン、シリコンカーバイドなどの材料からなるフィルタは、可視光を透過する。そこで金属のフィルタを重ねて可視光をカットする。これらのフィルタは独立した別体のフィルタでもよいし、シリコン含有フィルタの上に金属薄膜を成膜した一体構成でもよい。金属フィルタの厚さが薄い場合には、一体構成のほうが製造や取り扱いの容易さの点で有利である。また、ＥＵＶ光強度検出器２０２をピンホール２０１から一定距離離す構成を用いれば、検出器２０２の受光面の単位当たりのＥＵＶ光強度が低減し、検出器２０２に感度低下などの損傷が起きることを防止できる。
【００５９】
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、オプティカルインテグレータにピンホールを設けて、レチクルを照明する光束の入射瞳位置でのＥＵＶ光強度を計測している。第２の実施形態では、オプティカルインテグレータの前面に反射ミラーを設けてレチクルを照明する光束の入射瞳位置でのＥＵＶ光強度を計測する。なお、以下の第１の実施形態では、第１の実施形態と同様にレーザプラズマ光源を用いたＥＵＶ露光装置を説明するが、放電プラズマ光源を用いたＥＵＶ露光装置に適用することも可能であることはいうまでもない。
【００６０】
図５は第２の実施形態によるＥＵＶ光露光装置の概観を示す図である。第１の実施形態（図１）と同様の構成には同一の参照番号を付してある。第１の実施形態と異なる点は、オプティカルインテグレータ５０３にはピンホールは存在せず、その前面に微小ミラー５０１が設けられた点である。微小ミラー５０１で反射されたＥＵＶ光はＥＵＶ光強度検出器５０２によってその光強度が検出されることになる。なお、ＥＵＶ光強度検出器５０２はＥＵＶ光強度検出器２０２と同一の機能を有するものである。また第１の実施形態と同様なフィルタ構成を用いてもよい。
【００６１】
以上の構成において、プラズマ光源１０５から放射されたＥＵＶ光は照明系初段ミラー１０６で集光され、反射型のオプティカルインテグレータ５０３に導かれる。第２の実施形態では、図６にその詳細を示すように、反射型のオプティカルインテグレータ５０３の前面に微小ミラー５０１を設ける。そして、オプティカルインテグレータ５０３に入射するＥＵＶ光あるいはそこから出射するＥＵＶ光を遮らない位置に微小ミラー５０１からの反射光を導き、ここにＥＵＶ光強度検出器５０２を設けて、微小ミラーからの反射光の強度を検出する。
【００６２】
微小ミラー５０１は、照明系や投影系のほかのミラーと同様に、研磨したガラスや金属、セラミクスからなる基板の表面に多層膜を成膜して反射率を高めてある。入射角６０度程度以上の斜入射で用いられ場合には、全反射を利用しても良く、研磨したシリコンカーバイドや、研磨したガラス基板の上に白金や金の単層膜を成膜したミラーでもよい。
【００６３】
また、微小ミラー５０１は反射型のオプティカルインテグレータに接着して固定してもよいし、反射型のオプティカルインテグレータに穴を開け、反射型のオプティカルインテグレータに裏面から支持機構を介して支持しても構わない。
【００６４】
また、オプティカルインテグレータの１点に入射するＥＵＶ光は一定の角度広がりをもっている。微小ミラー５０１が平面であった場合、この微小ミラー５０１で反射されたＥＵＶ光は同じ角度で広がる。検出器５０２はオプティカルインテグレータ５０３に入射あるいは出射するＥＵＶ光を遮らない位置に置く必要があるので、微小ミラー５０１からの距離は一定の距離が必要である。このため、反射光のスポットの大きさは、検出器５０２の受光面サイズを越えてしまう場合がある。このような場合には、微小ミラー５０１を球面や円筒面や回転楕円面やトロイダル面などの凹面とし、反射されたＥＵＶ光の角度広がりをある程度小さくすることが好ましい。特に、検出器５０２のＥＵＶ光が照射される範囲の大きさを検出器５０２の受光面サイズ以内でできるだけ大きくなるようにすることで、検出器５０２の受光面における単位当たりのＥＵＶ光強度を低減し、感度低下などの損傷が起きることを防止できる。
【００６５】
以上のような構成にすることによって、第１の実施形態と同様に、レチクルを照明する光束のほぼ入射瞳位置でのＥＵＶ光強度を計測することができる。
【００６６】
なお、反射型インテグレータ５０３の反射面は、微小な球面などの単位形状が多数配列した構造をしている。各単位形状から反射されたＥＵＶ光はレチクルの照明領域全面を照射する。この単位形状を例えば半分取り除く形で微小ミラーを設けたならば、レチクル上の照明領域の半分で照度の低下が起こり、照度分布が不均一になってしまう。したがって、単位形状が欠けない形で微小ミラーを設けることが望ましい。
【００６７】
単位形状が欠けない形で微小ミラーを設ける方法としては、１つの単位形状を丸ごと覆う、同形状のミラーを用いることが挙げられる。例えば、図７に示すように、単位形状が矩形であった場合、この単位形状を１個丸ごと覆う矩形の微小ミラーを設ければよい。このような方法を用いれば、微小ミラーを設けてもレチクル上のＥＵＶ光照度分布に影響を与えることがない。
【００６８】
構成、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、レチクルを照明する光束の入射瞳位置でのＥＵＶ光強度を計測し、それに基づき、レジストに照射されるＥＵＶ光の量が一定になるように露光量制御を行う。また、計測されたＥＵＶ強度の値をもとに、プラズマ光源を構成する部品の消耗や、照明系ミラーの損傷などを検出し、それらの交換時期を判定する。
【００６９】
第２の実施形態のＥＵＶ露光装置によれば、レチクルを照明する光束の入射瞳位置でのＥＵＶ光強度を計測し、それに基づき、レジストに照射されるＥＵＶ光の量が一定になるように露光量制御を行うので、ＥＵＶ発光強度の変動とそれに伴う微細なパターンの寸法変化や解像度低下などが起こらず、安定して微細なパターンが転写転写ができるＥＵＶ光を用いた露光装置および露光方法が実現される。
【００７０】
また、プラズマ光源を構成する部品の消耗や、照明系ミラーの損傷などを検出し、それらの交換時期を的確に判定することができる
更に、微小ミラー５０１を凹面とすることで、微小ミラーで反射されたＥＵＶ光の角度広がりをある程度小さくし、検出器５０２のＥＵＶ光が照射される範囲の大きさを検出器の受光面サイズ以内でできるだけ大きくなるようにし、かつ検出器の受光面の単位当たりのＥＵＶ光強度を低減したので、感度低下などの損傷が起きることを防止することができる。
【００７１】
＜実施形態３＞
次に上記説明した露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図９は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造フローを示す。
【００７２】
ステップＳ１１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップＳ１２（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制作する。一方、ステップＳ１３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップＳ１４（ウエハプロセス）では前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次にステップＳ１５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップＳ１４によって作製されたウエ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Ｓ１６（検査）ではステップＳ１５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。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Ｓ１７）される。
【００７３】
図１０は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップＳ２１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップＳ２２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ２３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ２４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ２５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ２６（露光）では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップＳ２７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップＳ２８（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Ｓ２９（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うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００７４】
本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造することができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、露光光の強度の測定精度が向上する。又、測定された露光光強度の値を露光量制御に用いれば、露光量の補償制御が適切に行える。このため、光源における発光強度の変動等に伴う微細なパターンの寸法変化や解像度低下などを防止し、微細なパターン転写を安定的に実行するべく露光制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態によるＥＵＶ光露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態による反射型のオプティカルインテグレータ及びその周辺の構成を説明する図である。
【図３】第１の実施形態による反射形オプティカルインテグレータにおけるピンホールの形成を説明する図である。
【図４】第１の実施形態による反射形オプティカルインテグレータにおけるピンホールの形成を説明する図である。
【図５】第２の実施形態によるＥＵＶ光露光装置の概略構成を示す図である。
【図６】第２の実施形態による反射型のオプティカルインテグレータ及びその周辺の構成を説明する図である。
【図７】第２の実施形態による反射形オプティカルインテグレータにおける微小ミラーの形状及び配置を説明する図である。
【図８】円弧状露光領域を説明する図である。
【図９】半導体デバイスの製造フローを示す図である。
【図１０】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。

Claims

露光光をレチクルへ導く第１反射光学系と、該レチクルからの反射光を基板に導く第２反射光学系を有し、該レチクル上のパターンを該基板に転写する露光装置であって、
前記第１反射光学系が、
前記レチクルを均一に所定の開口数で照明するためのオプティカルインテグレータと、
前記オプティカルインテグレータに設けられ、前記露光光の一部を通過させる手段と、
前記通過させる手段を通過した露光光の光強度を検出する検出手段とを備えることを特徴とする露光装置。
露光光をレチクルへ導く第１反射光学系と、該レチクルからの反射光を基板に導く第２反射光学系を有し、該レチクル上のパターンを該基板に転写する露光装置であって、
前記第１反射光学系が、
前記レチクルを均一に所定の開口数で照明するためのオプティカルインテグレータと、
露光光の光強度を検出する検出手段と、
前記オプティカルインテグレータの位置の近傍で前記露光光の一部を前記検出手段に向けて反射する反射手段とを備えることを特徴とする露光装置。
前記検出手段で検出された光強度に基づいて露光量を制御する制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
前記制御手段は、光源の発光強度、光源の発光タイミング、あるいはウエハ上の１点が露光される時間の少なくとも一つを変更することにより露光量を制御することを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
前記検出手段で検出された光強度に基づいて、前記第１反射光学系の部品交換の要否を報知する報知手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
前記通過させる手段は、前記オプティカルインテグレータに設けられたピンホールを含むことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記ピンホールは、前記オプティカルインテグレータを構成する複数の単位形状のうちの一つと同じ形状及び大きさを有して設けられていることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
前記ピンホールは、前記オプティカルインテグレータを構成する複数の単位形状のうちの一つに対応する位置に設けられ、該単位形状と同じ形状及び大きさを有することを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
前記反射手段は、前記オプティカルインテグレータに前面に設けられたミラーを含むことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
前記ミラーは、前記オプティカルインテグレータを構成する複数の単位形状の内の一つに対応する位置に設けられ、該単位形状と同じ形状及び大きさを有することを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
前記検出手段と前記通過させる手段との間に、可視光の除去或いは前記通過させる手段を通過した露光光の強度を低減するフィルタが設けられたことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記検出手段と前記反射手段との間に、可視光の除去或いは前記反射手段で反射された露光光の強度を低減するフィルタが設けられたことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
露光光によりレチクルを均一に所定の開口数で照明するためのオプティカルインテグレータを有し、該露光光を該レチクルへ導く第１反射光学系と、該レチクルからの反射光を基板に導く第２反射光学系を有し、該レチクル上のパターンを該基板に転写する露光装置の制御方法であって、
前記オプティカルインテグレータに設けられ、前記露光光の一部を通過させる手段を通過した露光光の光強度を検出する検出工程と、
前記検出工程手段で検出された光強度に基づいて露光量を制御する制御工程とを備えることを特徴とする露光装置の制御方法。
露光光によりレチクルを均一に所定の開口数で照明するためのオプティカルインテグレータを有し、該露光光を該レチクルへ導く第１反射光学系と、該レチクルからの反射光を基板に導く第２反射光学系を有し、該レチクル上のパターンを該基板に転写する露光装置の制御方法であって、
前記オプティカルインテグレータの位置の近傍に設けられ、前記露光光の一部を露光光強度を検出する検出器に向けて反射する反射手段によって反射された露光光の光強度を該検出器により検出する検出工程と、
前記検出工程手段で検出された光強度に基づいて露光量を制御する制御工程とを備えることを特徴とする露光装置の制御方法。
前記制御工程は、光源の発光強度、光源の発光タイミング、あるいはウエハ上の１点が露光される時間の少なくとも一つを変更することにより露光量を制御することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の露光装置の制御方法。
前記検出工程で検出された光強度に基づいて、前記第１反射光学系の部品交換の要否を報知する報知工程を更に備えることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の露光装置の制御方法。
請求項１〜１２のいずれかに記載の露光装置を用いて露光された基板を現像し、該基板上に回路を形成することを特徴とするデバイスの製造方法。