JP2004363571A - ミラー保持方法、光学装置及びそれを用いた露光装置、デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＵＶ光照射によるミラーの非対称変形を防止する。
【解決手段】複数のミラーを使用するＥＵＶ露光装置１において、ＥＵＶ光の一部を吸収したミラー１０は熱膨張し、変形するが、このミラー１０の面形状の変形が対称となるよう、ミラー保持機構１２の対称軸と光照射領域の対称軸を一致させ、さらに、ミラー保持機構１２の中心と光照射領域の中心を一致させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ミラー保持方法、ミラーを備えた光学装置に関するものであり、特に、光学装置として半導体集積回路等の製造に用いる露光装置に関する。

半導体露光装置は、回路パターンを有する原版（レチクル）を基板（シリコンウエハ）に転写する装置である。光源として超高圧水銀ランプ（ｉ線）、ＫｒＦエキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザーが使われており、これらの波長の光ではレチクルのパターンをウエハ上に結像させるための投影光学系にはレンズが用いられている。

高集積な回路を作成するために、投影レンズには高い解像力が要求される。そのために、半導体露光装置用のレンズは、収差が小さく抑えられている。

しかしながら、近年の半導体集積回路の微細化が進むにつれて、露光装置の露光光の波長が短くなり、今後、ＥＵＶ光（極紫外線）を露光光として使用することが想定されている（特許文献１）。
特開２００３−１７２８５７号公報

ＥＵＶ光を使用するとＥＵＶ光を透過するレンズが存在しないため、光学系としてミラーを使用することになる。ただし、ミラーとして現在開発されているのはＥＵＶ光に対してせいぜい７０％前後の反射率しかない。そのため残りの３０％がミラーに吸収されて熱に変換され、ミラーの温度上昇を招く。この温度上昇によりミラーが熱膨張し、大きく変形し、収差が悪化してしまう。このため、ミラーを冷却する機構を設け、熱歪みを抑えることにより収差の悪化を抑制することができる。しかし、冷却によりミラーの温度上昇を抑制はしているものの、ミラー全体で温度上昇をゼロにできないために変形が生じてしまう。ミラーの変形が単純膨張または単純収縮であれば、曲率が主に変化するだけであるため、ミラー位置をずらすなどの補正をすることにより収差の悪化を抑制することができるが、従来のこの種のミラー保持機構においては、ミラー上の光照射領域の対称軸がミラー保持機構の対称軸と大きくずれており、そのため、ミラーは単純膨張または単純収縮はしなかった。

本発明は、上記の収差の悪化を抑えるために、光学性能を大きく劣化させる非対称の面変形を抑え、また、ミラーの照射位置移動を低減し、ぼけ量を減らす、さらに、熱応力を逃がすことでミラーの変形量を低次の単純変形とすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載のミラー保持方法は、ミラーにおける光照射領域の中心がミラーの重心とずれている光学系において、光照射領域の対称軸がミラー保持機構の対称軸と実質的に一致することを特徴とする。これによれば、ミラーにおける光照射領域の中心がミラーの重心とずれている光学系であっても、光照射領域の対称軸とミラー保持機構の対称軸が一致（実質的に一致）しているので、光の熱により発生するミラー内の応力分布が対称軸を中心とする両側で対称となる。そのため、ミラーの面形状の変形を対称とすることができる。

ここでミラーにおける光照射領域の中心とは、図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、例えば光照射領域が円弧状、楕円状、円弧と楕円の中間の形状、円状である場合、長軸、短軸（円は長軸＝短軸であり、楕円の特別な場合であるので楕円に含める）の中心点である。また、ミラーの重心は、図２に示すように、光軸を法線とする面上にミラーの光学面を投影したときの光学面の重心となる点である。

請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のミラー保持方法において、さらに光照射領域の中心がミラー保持機構の中心と一致（実質的に一致）していることを特徴とする。これによれば、ミラー保持機構の中心に光が照射されるので、ミラー上の光照射領域の中心位置がミラーの熱膨張によりずれることを防ぐことができる。

ミラー保持機構の中心とは、図３（ｃ）に示すように、中心角をほぼ等分するように保持機構が配置される基準となる点である。

請求項３にかかる発明は、請求項１に記載のミラー保持方法において、さらに光照射領域の重心が上記ミラー保持機構の中心と一致（実質的に一致）していることを特徴とする。これによれば、ミラー保持機構の中心に光が照射されるので、ミラー上の光照射領域の重心位置がミラーの熱膨張によりずれることを防ぐことができる。

光照射領域の重心とは、光軸を法線とする面上に光照射領域を投影することにより決まる領域の重心となる点である。

請求項４にかかる発明は、請求項１から３に記載のミラー保持方法において、ミラーがＥＵＶ光（極紫外線）を反射するミラーであることを特徴とする。これによれば、ＥＵＶ光がミラーに照射されるとき、ミラーがＥＵＶ光を吸収する割合が大きいとしても、そのミラーの面形状の変形を対称とすることができ、光学特性を大きく劣化させる変形を抑制することができる。

請求項５にかかる発明は、ミラーにおける光照射領域の中心がミラーの重心とずれている光学系を有する光学装置であって、光照射領域の対称軸がミラー保持機構の対称軸と一致していることを特徴とする。これによれば、ミラーにおける光照射領域の中心がミラーの重心とずれている光学系であっても、光照射領域の対称軸とミラー保持機構の対称軸が一致（実質的に一致）しているので、光の熱により発生するミラー内の応力分布が対称軸を中心とする両側で対称となる。そのため、ミラーの面形状の変形を対称とすることができる。

請求項６にかかる発明は、請求項５に記載の光学装置において、さらに光照射領域の中心がミラー保持機構の中心と一致していることを特徴とする。これによれば、ミラー保持機構の中心に光が照射されるので、ミラー上の光照射領域の中心位置がミラーの熱膨張によりずれることを防ぐことができる。

請求項７にかかる発明は、請求項５に記載の光学装置において、さらに光照射領域の重心がミラー保持機構の中心と一致していることを特徴とする。これによれば、ミラー保持機構の中心に光が照射されるので、ミラー上の光照射領域の重心位置がミラーの熱膨張によりずれることを防ぐことができる。

請求項８にかかる発明は、請求項５〜７に記載の光学装置において、ミラーはＥＵＶ光を反射するミラーであることを特徴とする。これによれば、ＥＵＶ光がミラーに照射されるとき、ミラーがＥＵＶ光を吸収する割合が大きいとしても、そのミラーの面形状の変形を対称とすることができ、光学特性を大きく劣化させる変形を抑制することができる。

請求項９にかかる発明は、請求項５〜８に記載の光学装置において、光学装置が露光装置であることを特徴とする。これによれば、露光装置にこのミラー保持方法を用いることで、高精度な露光を行うことができる。

請求項１０にかかる発明は、請求項９に記載の露光装置によりデバイスパターンで基板を露光する段階と、該露光した基板を現像する段階とを含むことを特徴とするデバイス製造方法に関する。

本発明によれば、ミラーにおける光照射領域の中心がミラー保持点の中心とずれている場合において、ミラー面形状の非対称な変形を軽減又は抑制することができる。

以下に本発明に適用される好ましい実施例を記載する。

図１は本発明の第一の実施形態に係わるミラー保持方法を取り入れた露光装置の一例を示す概略構成図である。この露光装置は波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を反射型マスクに均一に照射して同マスクからの反射光で同マスクのパターンをウエハ上に投影するものである。

図１において、１は露光雰囲気を大気と分離するチャンバで、不図示のポンプによって真空とされる。不図示の照明光学系より導かれた露光光Ｌはレチクル２で反射される。レチクル２で反射された露光光Ｌは投影光学系６を通過し、ウエハ４上に照射され、レチクル２上のパターンがウエハステージ３により位置決めされたウエハ４に転写される。

図２は投影光学系内のミラーとミラー保持機構に関する図である。ミラー保持部材１２は鏡筒５の壁に固定されており、ミラー支持部材１１はミラー保持部材１２に保持されている。ミラー支持部材１１とミラー保持部材１２の間には位置制御機構１５が設けられており、ミラー支持部材１１の位置と姿勢を制御している。ミラー支持部材１１の位置と姿勢を制御することにより、ミラー１０の位置と姿勢を制御している。ミラー１０は球１３を介してミラー支持部材１１で保持されている。ミラー１０にはＶ溝１４があり、球１３はＶ溝１４にはめ込まれている。また、ミラー支持部材１１には円錐状の穴があいており、この穴に球１３ははめ込まれており、球１３はミラー支持部材１１に対して位置は固定されている。ミラー１０の大きさは直径６０ｍｍから直径５００ｍｍ程度の範囲に収まる。

レンズで構成される光学系の場合、ほぼ中心に露光光が照射される。また、特開平０９−２１３６１８に示されるようないわゆるミラープロジェクション露光装置でもほぼ中心対象に露光光が照射される。しかし、ミラーで構成され、ミラーの片側にのみ露光光が照射される光学系では、ミラー保持点を図３（ｂ）に示すように、露光光の照射領域２０の対称軸２２と、ミラー１０の保持点の対称軸２１が一致しないように保持点を設けると、ミラーの歪みの対称性が悪くなる。図３（ｂ）ではミラー保持点の対称軸２１の右側では左側よりも照射量が多い。そのため、右側では左側よりも熱膨張量が多く、対称軸２１の左右でミラー１０の曲率が違ってくる。ＥＵＶ露光装置の露光光照射領域は、円弧状、楕円状、円弧と楕円の中間の形状、円状といった形状が考えられるが、それらのサイズを長軸、短軸であらわすと（円は長軸＝短軸であり、楕円の特別な場合であるので楕円に含める）、長軸は１００ｍｍから３００ｍｍ、短軸は２０ｍｍから３００ｍｍ程度となる。

そこで、図３（ａ）に示すように露光光の照射領域２０が円弧状である場合、対称軸２２と、ミラー１０の保持点の対称軸２１が一致するように保持点を設ける。こうすることにより、ミラー１０の歪みが対称的になり、光学性能を劣化させるような面形状の変形を抑えることができる。また、本実施例では、露光光の照射領域２０の対称軸２２とミラー１０の保持点の対称軸２１が完全に一致しているが、これらの対称軸のなす角が１０度以内であれば、露光光の照射領域２０の対称軸２２とミラー１０の保持点の対称軸２１がずれていても本発明の効果が得られる。

以上の方法でミラー１０の最適な位置を保持することにより、光学性能を大きく劣化する非対称なミラーの面変形を抑えることができる。

また、図３（ａ）ではミラー１０の保持点は、露光光の照射領域２０の対称軸２２と、ミラー１０の保持点の対称軸２１が一致しており、さらに、ミラー１０の中心における中心角をほぼ３等分する位置の３点で保持している。このため、図３（ａ）ではミラー１０の上半分に照射領域が偏っており、ミラー１０の上側の熱膨張が大きく、露光光が照射され始めてからミラー１０の温度が定常状態になるまでは、ミラー１０の露光光が照射される位置は徐々にずれていく。これに対し、図３（ｃ）では、ミラー１０の保持点は、露光光の照射領域２０の対称軸２２と、ミラー１０の保持点の対称軸２１が一致しており、さらに、露光光の照射領域２０に対して露光光の照射領域２０を中心として中心角をほぼ３等分する３点で保持している。ここで露光光の照射領域の中心とは円弧の長軸、短軸の中心点のことを指す。このため、ミラー１０の露光光が照射される位置がずれる量を小さくすることができる。これによれば、像のぼけが低減し，線幅精度が向上する。また、本実施例において、露光光の照射領域２０の中心とミラー保持機構の中心が完全に一致しているが、ミラー直径の４％までは露光光の照射領域２０の中心とミラー保持機構の中心がずれていてもかまわない。

図４は本発明における第二の実施例を示す。図４では露光光の照射領域が楕円となっている。図４（ａ）に示すように、露光光の照射領域２０の対称軸２２と、ミラー保持機構の対称軸２１が一致するように保持機構を設ける。こうすることにより、ミラー１０の歪みが対称的になり、光学性能を劣化させるような面形状の変形を抑えることができる。また、本実施例では、露光光の照射領域２０の対称軸２２とミラー保持機構の対称軸２１が完全に一致しているが、これらの対称軸のなす角が１０度以内であれば、露光光の照射領域２０の対称軸２２とミラー１０の保持点の対称軸２１がずれていても本発明の効果が得られる。

図４（ｂ）では、露光光の照射領域２０の対称軸２２と、ミラー保持機構の対称軸２１が一致しており、さらに、露光光の照射領域２０を中心として中心角をほぼ３等分する３点で保持している。（露光光の照射領域の中心とは楕円の長軸、短軸の中心となる点のことを指す。）このため、ミラー１０の露光光が照射される位置がずれる量を小さくすることができる。これによれば、像のぼけが低減し，線幅精度が向上する。また、本実施例において、露光光の照射領域２０の中心がミラー保持機構の中心と完全に一致しているが、ミラー直径の４％までは露光光の照射領域２０の中心とミラー保持機構の中心がずれていてもかまわない。

図５は本発明における第三の実施例を示す。図５では露光光の照射領域が円弧と楕円との中間の形状をしている。図５（ａ）に示すように、露光光の照射領域２０の対称軸２２と、ミラー保持機構の対称軸２１が一致するように保持点を設ける。こうすることにより、ミラー１０の歪みが対称的になり、光学性能を劣化させるような面形状の変形を抑えることができる。また、本実施例では、露光光の照射領域２０の対称軸２２とミラー保持機構の対称軸２１が完全に一致しているが、これらの対称軸のなす角が１０度以内であれば、露光光の照射領域２０の対称軸２２とミラー１０の保持点の対称軸２１がずれていても本発明の効果が得られる。

図５（ｂ）では、露光光の照射領域２０の対称軸２２と、ミラー保持機構の対称軸２１が一致しており、さらに、露光光の照射領域２０を中心として中心角をほぼ３等分する３点で保持している。（露光光の照射領域の中心とは円弧と楕円の中間形状の長軸、短軸の中心となる点のことを指す。）このため、ミラー１０の露光光が照射される位置がずれる量を小さくすることがでる。これによれば、像のぼけが低減し、線幅精度が向上する。また、本実施例において、露光光の照射領域２０の中心とミラー保持機構の中心が完全に一致しているが、ミラー直径の４％までは露光光の照射領域２０の中心とミラー保持機構の中心がずれていてもかまわない。

図６は本発明における第四の実施例を示す。図６では露光光の照射領域が円弧形状である。図６（ａ）では、露光光の照射領域の重心は露光光の照射領域から外れてしまう。そこで、露光光の照射領域２０の対称軸２２と、ミラー１０の保持機構の対称軸２１が一致しており、さらに、露光光の照射領域２０に対して露光光の照射領域２０の重心を中心として中心角をほぼ３等分する３点でミラー１０を保持している。このため、ミラー１０の露光光が照射される位置がずれる量を小さくすることができる。これによれば、像のぼけが低減し，線幅精度が向上する。また、本実施例において、露光光の照射領域２０の重心とミラー保持機構の中心が完全に一致しているが、ミラー直径の４％までは露光光の照射領域２０の重心とミラー保持機構の中心がずれていてもかまわない。

次にミラーを保持する機構について述べる。ミラー１０が露光熱により熱膨張したとき、図２においてミラー１０を各３点でｘ、ｙ、ｚ拘束すると、熱応力を逃がすことができず、面形状の変形が大きくなる。これに対し、本実施例では図２に示されるように、ミラー１０はＶ溝１４と球１３を用いて３ヶ所で保持されている。温度環境の変動によりミラー１０の熱膨張が生じても、球１３がＶ溝１４を半径方向に転がることにより、半径方向に膨張を許容することができる。したがってミラー１０はほぼ単純膨張、単純収縮をし、低次の単純変形となり、光学性能を大きく劣化させるような面形状の変形を抑えることができる。ミラー保持機構はこれに限られず、非対称変形を生じさせない、いかなる保持機構も適用できる。

収差の補正は、ミラーの変形が曲率変化だけであれば、ミラー同士の間隔を調整することにより収差を維持することができるので、本発明を用いてミラーの曲率変化以外の変形を抑制することにより、収差の補正を行いやすくすることができる。

上述の実施例において、ミラー保持方法という言葉は、ミラー支持方法、ミラー保持（支持）機構、或いはミラー保持（支持）装置と交換可能に使用することができる。

次に、図７及び図８を参照して、上述のミラー保持（支持）方法を取り入れた露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図７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。本実施形態においては、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、デバイスの回路設計を行う。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（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、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。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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。

図８は、ステップ４のウエ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、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置５００によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。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。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、露光装置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を構成する。

以上、本冷却装置を露光装置に適応した例を示した。本発明の冷却装置はＥＵＶ光に限定することなく、他のエキシマレーザー光にも適応することが可能である。また、マスクやウエハなどにも適応することが可能である。

本発明に係わる露光装置の概略構成図である。 本発明に係わるミラーとミラー保持機構の概略構成図である。 本発明の第一の実施例に係わるミラーにおける露光光の照射領域とミラー保持点に関する図である。 本発明の第二の実施例に係わるミラーにおける露光光の照射領域とミラー保持点に関する図である。 本発明の第三の実施例に係わるミラーにおける露光光の照射領域とミラー保持点に関する図である。 本発明の第四の実施例に係わるミラーにおける露光光の照射領域とミラー保持点に関する図である。 半導体チップ等のデバイスの製造フロー 図７のウエハプロセスのフロー

符号の説明

１ 本体チャンバ
２ レチクルステージ
３ ウエハステージ
４ ウエハ
５ 鏡筒
６ 投影光学系
１０ ミラー
１１ ミラー支持部材
１２ ミラー保持部材
１３ 球
１４ Ｖ溝
１５ ミラー位置制御機構
２０ 露光光照射領域
２１ ミラー保持点の対称軸
２２ 露光光照射領域の対称軸
Ｌ 露光光

Claims (10)

1. ミラーにおける光照射領域の中心がミラーの重心とずれている光学系において、前記光照射領域の対称軸がミラー保持機構の対称軸と一致することを特徴とするミラー保持方法。
2. 光照射領域の中心がミラー保持機構の中心と一致していることを特徴とする請求項１に記載のミラー保持方法。
3. 光照射領域の重心がミラー保持機構の中心と一致していることを特徴とする請求項１に記載のミラー保持方法。
4. 前記ミラーはＥＵＶ光を反射するミラーであることを特徴とする請求項１〜３に記載のミラー保持方法。
5. ミラーにおける光照射領域の中心がミラーの重心とずれている光学系を有する光学装置であって、光照射領域の対称軸がミラー保持機構の対称軸と一致していることを特徴とする光学装置。
6. 光照射領域の中心がミラー保持機構の中心と一致していることを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
7. 光照射領域の重心がミラー保持機構の中心と一致していることを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
8. 前記ミラーはＥＵＶ光を反射するミラーであることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の光学装置。
9. 請求項５〜８のいずれか一項に記載の光学装置は、露光装置であることを特徴とする露光装置。
10. 請求項９に記載の露光装置によりデバイスパターンで基板を露光する段階と、該露光した基板を現像する段階とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
    

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