JP2012235046A - 光学ユニット、照明光学装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスク等の被照射面へ到達する非露光光の割合を小さくすることができる光学ユニット、照明光学装置、露光装置及びデバイス製造方法を提供する。
【解決手段】入射した照明光ＩＬの光束を分割する複数のミラー要素を有する入射側フライアイミラー２１と、入射側フライアイミラー２１で光束を分割された照明光ＩＬを反射する複数のミラー要素を有する射出側フライアイミラー２２とを備える光学ユニットにおいて、各ミラー要素の少なくとも一方は、照明光ＩＬのうちＥＵＶ光を第１の方向に反射するとともにＥＵＶ波長領域以外の非露光波長の光を第１の方向とは異なる第２の方向に反射する回折格子を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学ユニット、照明光学装置、露光装置及びデバイス製造方法に関するものである。

半導体素子や液晶表示装置等の各種デバイスを製造するためのリソグラフィ工程において、レチクル又はフォトマスクに形成されたデバイス用の回路パターンに露光光を照射し、感光性材料（レジスト）が塗布された基板（ウエハ又はガラスプレート等）に露光する露光装置が使用されている。この露光装置の一例として、一括露光型の投影露光装置や、走査露光型の投影露光装置が知られている。

近年、デバイスの集積度を向上するために、より高精細な回路パターンを基板に形成する露光技術が求められている。この回路パターンを高精細化する手段の一つとして、より波長の短い露光光を用いた投影露光装置の開発が進められている。その一例として、波長５ｎｍ〜２０ｎｍの極端紫外領域（ＥＵＶ：Extreme Ultra-Violet）の光を露光光として用いたＥＵＶ露光装置がある。このＥＵＶ露光装置では、ＥＵＶ光を発生させるために錫（Ｓｎ）等のＥＵＶ発光物質を供給する供給部と、ＥＵＶ発光物質をプラズマ化する炭酸（ＣＯ_２）レーザー等の励起光源とを備えるＥＵＶ光源装置を使用している。

このＥＵＶ光源装置は、露光に用いるＥＵＶ光以外にも、露光に寄与しない波長領域の光（以下、非露光光という）を射出している。そこで、これらの非露光光から分離してＥＵＶ光を用いるために、例えば、オプティカルインテグレーターとマスクとの間に、ＳｉＯ又はＣの層を有する励起光反射防止膜を有する平面反射鏡が使用されている。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−８８２３７号公報

しかしながら、このような反射鏡では、例えば、波長２００ｎｍ〜３００ｎｍの非露光光の一部がマスクやミラー等の光学部材に到達してしまい、光学部材が熱変形してしまっていた。このため、マスク等の被照射面へ到達する非露光光の割合をさらに低減することが要請されていた。

本発明の態様は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、マスク等の被照射面へ到達する非露光光の割合を小さくすることができる光学ユニット、照明光学装置、露光装置及びデバイス製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、実施形態に示す図１〜図９に対応付けした以下の構成を採用している。

本発明の態様は、入射した照明光（ＩＬ）の光束を分割する複数の第１ミラー要素（３５）を有する第１フライアイ光学部材（２１）と、前記第１フライアイ光学部材（２１）で光束を分割された前記照明光（ＩＬ）を反射する複数の第２ミラー要素（４１）を有する第２フライアイ光学部材（２２）とを備える光学ユニット（２０）において、前記第１ミラー要素（３５）及び前記第２ミラー要素（４１）の少なくとも一方は、前記照明光（ＩＬ）のうち第１波長領域の光を第１の方向に反射するとともに第２波長領域の光を前記第１の方向とは異なる第２の方向に反射する反射部（４５）を有することを要旨とする。

尚、本発明をわかりやすく説明するために実施形態を示す図面の符号に対応づけて説明したが、本発明が実施形態に限定されるものではないことは言うまでもない。

本発明を具体化した一実施形態の露光装置の概略図。 同露光装置に備えられる照明領域規定部材であって、（ａ）は固定ブラインドの平面図、（ｂ）は可動ブラインドの平面図。 同露光装置に備えられる入射側フライアイミラーの平面図。 同露光装置に備えられる射出側フライアイミラーの平面図。 各フライアイミラーの対応関係を示す模式図。 射出側フライアイミラーに形成された回折格子の要部を示す斜視図。 回折格子から射出される回折光の光路差を説明する模式図であって、（ａ）は回折格子に照明光が垂直に入射した状態、（ｂ）は斜めに入射した状態を示す。 デバイスの製造例のフローチャート。 半導体デバイスの場合の基板処理に関する詳細なフローチャート。

以下に、本発明を具体化した一実施形態について図１〜図９に従って説明する。

まず露光装置１１の全体構成について図１に従って説明する。本実施形態の露光装置１１は、波長が５ｎｍ〜２０ｎｍの極端紫外光、即ち第１波長領域としてのＥＵＶ波長領域を含む光を露光光として用いるＥＵＶ露光装置である。露光装置１１は、内部が真空雰囲気に調整されるチャンバ１３内に設置され、ＥＵＶ光源装置１２と、照明光学装置としての照明光学系１４と、レチクルＲ（マスク）を保持し走査露光システムを構成するレチクルステージＲＳとを備えている。さらに露光装置１１は、レジスト等の感光性材料が塗布された、パターンを投影する物体としてのウエハＷを照射する投影光学装置としての投影光学系１６と、ウエハＷを保持し走査露光システムを構成するウエハステージＷＳとを備えている。尚、本実施形態では、投影光学系の光軸に平行な方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に垂直な平面内で走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向を＋Ｙ軸方向及び−Ｙ軸方向とし、その走査方向に直交する非走査方向をＸ軸方向として説明する。

ＥＵＶ光源装置１２は、ＥＵＶ光を露光光として出力する装置である。本実施形態では、ＥＵＶ光源装置１２は、Ｓｎ（錫）等のＥＵＶ発光物質を供給する供給部と、ＥＵＶ発光物質をプラズマ化する炭酸ガス（ＣＯ_２）レーザー光源（励起光源）と、発生したＥＵＶ光を集光するための集光光学系と、プラズマ生成を開始するトリガーとして用いる予備光源等を有している。炭酸ガスレーザーは、波長１０．６μｍの赤外レーザー光を出力する。

そして、供給部から供給された高密度のＥＵＶ発光物質に、炭酸ガスレーザー光源から出力されたレーザー光を照射して、ＥＵＶ発光物質を励起してプラズマを生成する。ＥＵＶ発光物質のプラズマからは、ＥＵＶ光が放射され、集光光学系により照明光ＩＬとして照明光学系１４に導かれる。この照明光ＩＬには、ＥＵＶ光源装置１２から射出される段階においてＥＵＶ波長領域の露光光だけでなく、露光に用いることがない波長領域（第２波長領域）の非露光光も含まれる。非露光光としては、例えば、１０．６μｍ等の紫外域から赤外域の波長領域の光である。この照明光ＩＬは、集光光学系によって集光されてＥＵＶ光と同軸にチャンバ１３内に出力される。

照明光学系１４は、内部が真空雰囲気に調整される筐体１８を備えている。この筐体１８内には、ＥＵＶ光源装置１２から射出された照明光ＩＬを集光するコリメートミラー１９が設けられている。コリメートミラー１９は、その入射面に入射した照明光ＩＬを略平行な光束に変換して、オプティカルインテグレーターの一種である、光学ユニットとしてのフライアイ光学系２０に向けて射出する。

フライアイ光学系２０は、一対のフライアイミラー２１，２２を備えている。照明光ＩＬの入射側に配置される第１フライアイ光学部材としての入射側フライアイミラー２１は、レチクルＲのパターン形成面Ｒａ（被照射面）に光学的に共役となる位置又はその近傍に配置され、入射光の光束を分割する。入射側フライアイミラー２１で反射された照明光ＩＬは、第２フライアイ光学部材としての射出側フライアイミラー２２に入射する。射出側フライアイミラー２２は、投影光学系１６の瞳位置と光学的に共役となる位置又はその近傍に配置され、入射側フライアイミラー２１から射出された光を反射する。

また、照明光学系１４には、射出側フライアイミラー２２から射出された照明光ＩＬを筐体１８外へ射出するコンデンサミラー２３が設けられている。コンデンサミラー２３から射出された照明光ＩＬは、反射ミラー２４により、レチクルステージＲＳに保持されたレチクルＲに導かれる。上記した各ミラー１９〜２４は、照明光ＩＬの大部分を反射する一方で、僅かな照明光ＩＬを吸収するため、照明光ＩＬの吸収に伴い発生する熱エネルギーを吸収するための冷却装置（図示略）をそれぞれ備えている。

レチクルステージＲＳは、投影光学系１６の物体面側に配置されており、レチクルＲを静電吸着するための第１保持装置２５を備えている。レチクルステージＲＳは、図示しない駆動部の駆動によって、＋Ｙ軸方向及び−Ｙ軸方向に移動可能である。また、上記駆動部は、レチクルステージＲＳの位置を、図中＋Ｘ軸方向及び−Ｘ軸方向、＋Ｚ軸方向及び−Ｚ軸方向及びＺ軸を中心とした回転方向に微量調整することができる。

また、第１保持装置２５に保持されたレチクルＲのパターン形成面Ｒａの近傍には、レチクルＲ上の照明領域を規定するための照明領域規定部材２６が設けられている。照明領域規定部材２６は、第１規定部材としての固定ブラインド２７と、遮光部材及び第２規定部材としての可動ブラインド２８とを備えている。固定ブラインド２７は、可動ブラインド２８よりも、レチクルＲ側に配置され、可動ブラインド２８は、固定ブラインド２７の近傍であって、固定ブラインド２７と照明光学系１４との間に配置されている。固定ブラインド２７及び可動ブラインド２８は、略板状に形成され、その照明光学系１４側の側面が互いに略平行になるように配設されている。

図２（ａ）に示すように、固定ブラインド２７は、平板状且つ矩形状に形成され、その長手方向が、第３の方向としてのＹ軸方向と平行となるように配設されている。また、固定ブラインド２７の中央には、細長状且つ円弧状に形成された開口２７ａ（スリット）が貫通形成されている。開口２７ａは、第４の方向としてのＸ軸方向に延びるように形成されている。この開口２７ａを介して、レチクルＲに照明光ＩＬを照射することによって、レチクルＲに照射される照明領域ＩＡが規定される。この固定ブラインド２７は、使用されるレチクルの寸法によらず通常同一のものが使用される。また、固定ブラインド２７の照明光ＩＬの入射側の側面には、反射防止膜２７ｂが設けられている。

この反射防止膜２７ｂは、非露光光、例えば、１０．６μｍの波長領域の光を吸収可能な膜である。さらに、固定ブラインド２７には、冷却部（図示略）が設けられており、冷却部は、非露光光を吸収することで加熱された固定ブラインド２７を冷却することで、固定ブラインド２７の熱変形を抑制する。

図２（ｂ）に示すように、可動ブラインド２８は、駆動部（図示略）により非走査方向（走査方向に直交するＸ方向）に移動する２枚のブラインド部材２８Ａ、２８Ｂから構成される。各ブラインド部材２８Ａ，２８Ｂは、平板状且つ矩形状に形成され、その長手方向が、Ｘ軸方向に平行となるように配設されている。また、各ブラインド部材２８Ａ，２８Ｂは、そのＸ軸方向における幅が、固定ブラインド２７のＸ軸方向における幅よりも長くなっている。

また、ブラインド部材２８Ａ，２８Ｂのうち、照明光ＩＬの入射側の側面には、反射防止膜２９が設けられている。この反射防止膜２９は、非露光光、例えば、１０．６μｍの波長領域の光を吸収可能な膜である。さらに、各ブラインド部材２８Ａ，２８Ｂには、これらを冷却するための冷却部（図示略）が設けられており、各冷却部は、非露光光を吸収することで加熱された各ブラインド部材２８Ａ，２８Ｂをそれぞれ冷却することで、各ブラインド部材２８Ａ，２８Ｂの熱変形を抑制する。

このブラインド部材２８Ａ，２８Ｂを駆動する駆動部は、レチクルＲ上に形成する照明領域ＩＡの幅（Ｘ方向における長さ）に応じてストローク量を可変とし、照明領域ＩＡを狭くする必要がある場合はブラインド部材２８Ａ，２８Ｂを接近させるように駆動し、照明領域ＩＡを広くする必要がある場合には離間させるように駆動する。また、各ブラインド部材２８Ａ，２８Ｂは、照明光学系１４から射出されたＥＵＶ光を入射可能な相対位置にそれぞれ調整されている。なお、固定ブラインド２７、ブラインド部材２８Ａ、２８Ｂの照明光ＩＬの入射側の側面には、非露光光に対して反射率の高い高反射膜が形成されていても良い。そして固定ブラインド２７の高反射膜で反射された非露光光を、露光装置のその他の部分で吸収するように構成しても良い。また、固定ブラインド２７、ブラインド部材２８Ａ、２８Ｂは、複数の部分ブラインドを用いて構成しても良い。

さらに図１に示すように、投影光学系１６は、内部が真空雰囲気に調整される鏡筒ＰＬを備えている。この鏡筒ＰＬ内には、複数枚の反射型のミラーＭ１〜Ｍ６が配設されている。そして、レチクルＲ側から導かれた光は、第１ミラーＭ１、第２ミラーＭ２、第３ミラーＭ３、第４ミラーＭ４、第５ミラーＭ５、第６ミラーＭ６の順に反射され、ウエハステージＷＳに保持されるウエハＷに導かれる。各ミラーＭ１〜Ｍ６の反射面には、レチクルＲ側から射出された光を反射する反射層がそれぞれ形成されている。反射層は、ＥＵＶ光の反射率を高めるために、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）を交互に積層した多層膜から構成されている。

ウエハステージＷＳは、ウエハＷを静電吸着する静電チャック３０と、ウエハＷを＋Ｙ軸方向及び−Ｙ軸方向に所定ストロークで移動させるウエハステージ駆動部とを備えている。さらに、このウエハステージ駆動部は、ウエハステージＷＳの位置を、＋Ｘ軸方向及び−Ｘ軸方向と、＋Ｚ軸方向及び−Ｚ軸方向とに微量調整可能となっている。そして、投影光学系１６から射出された照明光ＩＬが、ウエハＷの表面Ｗａを照射することにより、ウエハＷには、レチクルＲに形成されたパターンを所定倍率に縮小したパターンの像が投影される。

次に、照明光学系１４に備えられるフライアイミラー２１，２２について詳述する。図３に示すように、入射側フライアイミラー２１は、インバー等の低熱膨張鋼又は合金製の厚板から構成される入射側設置台３１を備えている。入射側設置台３１は、平面度が高くなるように研磨等の加工が施された入射側設置面３１ａを有している。この入射側設置面３１ａには、略円弧状のミラー面３５ａを備えた第１ミラー要素としての入射側ミラー要素３５が複数配設されている。入射側ミラー要素３５のミラー面３５ａには、反射膜が成膜されている。

同一方向に並べられた入射側ミラー要素３５は一つのミラー列３５Ｌをなし、このミラー列３５Ｌが、入射側ミラー要素３５が並べられた方向と直交する方向に、複数列設けられている。この入射側フライアイミラー２１に入射した照明光ＩＬは、入射側ミラー要素３５のミラー面３５ａによって分割される。そして、分割された多数の光束は、射出側フライアイミラー２２に入射する。

図４に示すように、射出側フライアイミラー２２は、インバー等の低熱膨張鋼又は合金製の厚板から構成される射出側設置台４０を備えている。射出側設置台４０は、平面度が高くなるように研磨等の加工が施された射出側設置面４０ａを有している。この射出側設置面４０ａには、第２ミラー要素としての複数の射出側ミラー要素４１が２次元的に配置されている。射出側ミラー要素４１は、平面視略矩形状をなし、その表面に、反射膜が成膜されたミラー面４１ａを有している。

図５に示すように、射出側ミラー要素４１のミラー面４１ａには、それらのミラー面４１ａに各々対応する入射側ミラー要素３５のミラー面３５ａから射出された光束がそれぞれ入射する。即ち、射出側フライアイミラー２２上あるいはその近傍には、多数の光源像（二次光源）が形成される。そして、射出側フライアイミラー２２から射出された多数の光束が、レチクルＲのパターン形成面Ｒａ上で重複されることにより、レチクルＲ上での照度均一性が確保される。

この射出側ミラー要素４１のミラー面４１ａには、図６に示すように、反射型の回折格子４５が形成されている。尚、図６では、回折格子４５の一部を示している。この回折格子４５は、射出側ミラー要素４１に溝（格子線）を同一方向に沿って等間隔に刻線あるいはパターンニングすることにより形成された凹部４５ａと、凹部４５ａの間に設けられた凸部４５ｂとを備えている。即ち、凹部４５ａ（格子線）は、繰り返し周期が等しくなっている。また、凸部４５ｂ及び凹部４５ａを構成する射出側ミラー要素４１の表面は、ＥＵＶ光の反射率を高めるために、０．２ｎｍｒｍｓ以下の表面粗さに研磨されている。さらに、その射出側ミラー要素４１の表面には、モリブデン（Ｍｏ）及びシリコン（Ｓｉ）との多層膜から構成される反射膜５１が成膜されている。即ち、各凸部４５ｂの表面及び凹部４５ａの表面の両方に反射膜５１がコーティングされているので、ＥＵＶ光に対する反射率が、通常のミラーと同程度となる。

また、回折格子４５は、凹部４５ａの反射膜５１の上面から反射膜５１をも含めた凸部４５ｂの上面までの高さｈ（溝の深さ）が、非露光光の波長λ１（非露光波長）の１／４波長分の高さ（λ１／４）となるように形成されている。本実施形態では、一例として、照明光ＩＬに含まれるＥＵＶ波長領域を除く非露光波長領域のうち、炭酸ガスレーザーから出力される赤外レーザー光の１０．６μｍを非露光波長λ１としている。また、凹部４５ａの幅Ｗ１と凸部４５ｂの幅Ｗ１とは、同じ幅に形成され、その表面積は同一となっている。さらに、各凹部４５ａは、隣接する凹部４５ａとの間隔（格子定数ｄ）が、射出側フライアイミラー２２に入射する光の入射角αに基づき、「λ１／（２ｓｉｎα）」、又は「（２ｍ＋１）λ１／（２ｓｉｎα）」となるように形成されている（ｍは１以上の自然数）。この入射角αは、入射側フライアイミラー２１に入射する光が、コリメートミラー１９によって略平行に変換されていることから場所によらずにほぼ一定の値となっている。尚、回折格子の入射光が回折格子に対して斜めに入射する場合、回折格子４５の高さｈは、入射光の入射角αを考慮して設定される。また、コリメートミラー１９を介さずに、発散光又は集光光が回折格子４５に入射する場合は、発散光の発散角度または集光光の集光角度を考慮して隣接する凹部４５ａとの間隔を設定すればよい。

この回折格子４５は、射出側ミラー要素４１に入射した入射光を、その波長に応じて異なる角度で回折する。また回折格子４５は、該回折格子４５によって回折されたｎ次回折光（ｎは０以外の整数）の照明領域規定部材２６上の到達位置が、０次回折光の到達位置よりも、レチクルＲの走査方向（＋Ｙ軸方向及び−Ｙ軸方向）、即ち開口２７ａの短手方向にずらすような向きで格子が形成されている。なお、回折格子４５の向きはこれに限らず、該回折格子４５によって回折されたｎ次回折光の照明領域規定部材２６上の到達位置が、レチクルＲの非走査方向（＋Ｘ軸方向及び−Ｘ軸方向に対応する方向、即ち開口２７ａの長手方向と平行な方向）やレチクルＲの走査方向に対して所定の傾き角を有する方向にずれるように、凹部４５ａ（溝）を形成しても良い。また、回折格子４５はミラー要素４１の全面に形成されている必要はなく、少なくとも非露光光が照射される領域に形成されていれば良い。また、非露光光が照射されている領域以外の領域に回折格子が形成される場合、その回折格子の溝の深さや間隔はどのようなものでもよい。このような回折格子は、機械加工やリソグラフィなどの手法により加工することが可能である。回折格子は図６に示すような断面構造が矩形状のラミナー型の回折格子が加工しやすい。

次に、回折格子４５の作用について図７に従って説明する。射出側フライアイミラー２２に、ＥＵＶ波長領域の光と非露光波長λ１の光とを含む照明光ＩＬが入射すると、その照明光ＩＬは、回折格子４５によって波長分離される。このとき、入射光の角度をα、回折光の角度をβとすると、その入射光は以下の式（１）に従って回折される。尚、ｄは、凹部４５ａの間隔（格子線の間隔を示す格子定数）、λは入射光の波長、ｎは回折光の次数を示す（ｎ＝０、±１、±２・・・）。

ｄ・（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｎλ ・・・（１）
０次回折光、即ち次数ｎが０である場合は、波長の大きさに関わらず入射角αと同じ角度で回折する。この０次回折光のうち、図７（ａ）に示すように、凹部４５ａ及び凸部４５ｂの上面に垂直に入射した０次回折光ＤＬ０がある場合、凹部４５ａに垂直に入射する０次回折光ＤＬ０（図中左側）と、凸部４５ｂに垂直に入射する０次回折光ＤＬ０（図中右側）との光路差は、凹部４５ａの上面から凸部４５ｂの上面までの高さｈの２倍である、「２ｈ」となる。上記したように高さｈは、非露光波長λ１の１／４波長分の長さであるため、上記光路差は、非露光波長λ１の半分である、λ１／２となる。

従って、非露光波長λ１の波長を有する光であって、凹部４５ａに垂直に入射した０次回折光と、凸部４５ｂに垂直に入射した０次回折光との位相差はλ１／２、即ち１８０度になるため、非露光光の０次回折光は互いに打ち消しあい、非露光光の強度は０になる。光路差はλ１／２の奇数倍であっても打ち消しあうので、高さｈは、上記光路差がλ１／２の奇数倍に相当する高さであっても良い。

また、図７（ｂ）に示すように、非露光波長λ１を有する光のうち、凹部４５ａの上面及び凸部４５ｂの上面に鋭角に入射した入射光の光路差は、その格子定数ｄに基づき、「ｄｓｉｎα」となる。ここで、格子定数ｄは、「λ１／（２ｓｉｎα）」、又は「（２ｍ＋１）λ１／（２ｓｉｎα）」（ｍは１以上の自然数）に調整されているため、それらの０次回折光は互いに打ち消し合う。例えば、射出側ミラー要素４１への入射角αが１０度、取り除きたい非露光波長が１０．６μｍ（炭酸ガスレーザーの波長）とすると、回折格子４５の凹部４５ａと凸部４５ｂとの間の高さｈが２．７μｍのとき、光路差が１／２波長となり非露光光（１０．６μｍ）の正反射光（０次回折光）をほぼ０（発生させないもの）とすることができる。また、非露光光波長が１．０６μｍ（ＹＡＧレーザーの波長）であれば、凹部４５ａと凸部４５ｂとの間の高さｈは０．２７μｍとなる。このように凹部４５ａと凸部４５ｂとの間の高さｈは、除去したい非露光光の波長及び射出側ミラー要素４１への入射角αに依存するが、は０．１μｍ〜５μｍ程度が好ましい。

また、非露光波長λ１を有するｎ次回折光（このとき次数ｎは０以外の整数）は、上記式（１）に従って、次数ｎ及び入射角αに応じた方向に各々回折される。非露光波長λ１は、ＥＵＶ光の波長に比べ極めて大きいため、そのｎ次回折光の一部は、コンデンサミラー２３に入射し、コンデンサミラー２３及び反射ミラー２４によって反射されて照明領域規定部材２６側に射出され開口２７ａの外側に照射される。それ以外のｎ次回折光は、コンデンサミラー２３に入射せず、筐体１８の側壁等へ射出される。このため、筐体１８の内側面のうち、コンデンサミラー２３に入射しない回折光が入射する箇所には、反射防止膜や遮光部材（図示略）が設けられる。例えば、射出側ミラー要素４１への入射角αを１０°、射出側ミラー要素４１（射出側フライアイミラー２２）からレチクルＲまでの距離を２ｍ、開口２７ａの短手方向の長さを４ｍｍとすると、非露光光（波長１０．６μｍ）の１次回折光が開口２７ａの短手方向分だけずれるためには、格子定数ｄは約６０μｍとすればよい。また、非露光光の波長が１．０６μｍであれば、格子定数ｄは約６μｍとなる。回折格子の格子定数ｄは、非露光光の波長、射出側ミラー要素４１への入射角、射出側フライアイミラーからレチクルまでの距離によって変わるが、おおよそ１μｍ〜１００μｍの値が好ましい。

一方、凹部４５ａに垂直に入射したＥＵＶ波長領域の０次回折光と、凸部４５ｂに垂直に入射したＥＵＶ波長領域の０次回折光との光路差も２ｈである。しかし、この光路差は、ＥＵＶ光の波長の１／２の長さ、又はＥＵＶ光の波長の（２ｍ＋１）／２の長さ（ｍは１以上の自然数）とは異なる長さである。このため、凹部４５ａに垂直に入射したＥＵＶ波長領域の０次回折光と、凸部４５ｂに垂直に入射したＥＵＶ波長領域の０次回折光とは、互いに相殺することはない。このため、回折格子４５により回折されたＥＵＶ光は、コンデンサミラー２３及び反射ミラー２４によって反射されて照明領域規定部材２６の開口２７ａへ向かう方向に導かれる。

従って照明領域規定部材２６には、非露光波長λ１を有する回折光の一部と、ＥＵＶ波長領域の波長を有する回折光とが到達する。ＥＵＶ光の波長は、上記したように５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であって、主な除去対象となる非露光波長λ１である１０．６μｍよりも極めて小さい。よって、入射角αで回折格子４５に入射したＥＵＶ光は、同じ入射角αで入射した非露光光に比べて、その回折される角度βが小さく、非露光光よりも小さく回折される。上記したようにブラインド部材２８Ａ，２８Ｂは、その間隔が、ＥＵＶ光を入射可能に調整されているため、照明領域規定部材２６に到達したＥＵＶ光は、ブラインド部材２８Ａ，２８Ｂの間を通過する。そして固定ブラインド２７の開口２７ａを介してレチクルＲに照射される。即ち、射出側フライアイミラー２２に入射したＥＵＶ光は、第１の方向である固定ブラインド２７の開口２７ａへ向かう方向に、コンデンサミラー２３及び反射ミラー２４を介して反射されることとなる。その結果、レチクルＲには、開口２７ａ及び可動ブラインド２８によって照明領域ＩＡが規定された円弧状の領域にＥＵＶ光が照射される。そしてレチクルＲに形成されたパターンの像を投影するための光が、固定ブラインド２７の開口２７ａ及び可動ブラインド２８を介して、投影光学系１６に入射する。

投影光学系１６に入射した光は、ミラーＭ１〜Ｍ６を介して、ウエハＷ上に結像する。また、投影光学系１６の瞳（射出側）と射出側フライアイミラー２２とは光学的に共役であるため、回折格子４５の段差によって射出側ミラー要素４１上のＥＵＶ光の二次光源像の一部が欠けたとしても、レチクルＲ上の照度分布には影響を与えない。したがって、射出側ミラー要素４１上の回折格子４５の存在はＥＵＶ光の照度均一化にはまったく影響を与えない。

一方、非露光波長λ１を有する光は、回折格子４５によって０次回折光（正反射光）ＤＬ０が相殺されているため、照明光学系１４から照明領域規定部材２６側に向けて射出された非露光波長λ１を有する光は、次数が１次以上のｎ次回折光である。従って、非露光波長λ１を有する光が、ＥＵＶ波長領域の０次回折光（正反射光）と同じ光路で照明領域規定部材２６の開口２７ａに到達することはない。

また、非露光波長λ１を有し、且つ次数が１次以上のｎ次回折光は、ＥＵＶ光と比べてその波長が極めて大きいため、回折格子４５によってＥＵＶ光よりも大きく回折された状態で照明領域規定部材２６に到達する。上記したように、この光の回折方向は、＋Ｙ軸方向及び−Ｙ軸方向であって、開口２７ａの短手方向と同じ方向である。よって、開口２７ａの長手方向にｎ次回折光を射出する場合には、そのｎ次回折光の回折角を大きくしなければならないが、短手方向に回折する場合には、回折角を比較的小さくすることができる。回折角は、回折格子４５の格子定数ｄが大きくなるほど小さくなるため、遮光すべきｎ次回折光の回折角を小さくできる場合には、その分、格子定数ｄを大きく、即ち凹部４５ａの間隔を大きくすることができるため、射出側フライアイミラー２２の各ミラー要素４１に形成される凹部４５ａの本数を少なくし、回折格子４５を形成しやすくするとともに回折格子４５の段差の影によるＥＵＶ光量の損失を低減することができる。

そして非露光波長λ１を有するｎ次回折光は、開口２７ａおよびブラインド部材２８Ａ，２８Ｂの間を通過することなく、反射防止膜２９，２７ｂに照射される。またこのとき、反射防止膜２９，２７ｂに照射された非露光波長λ１の回折光は、反射防止膜２９，２７ｂに吸収されるが、冷却部によって回折光を吸収することで発生した熱を吸収することにより、固定ブラインド２７、ブラインド部材２８Ａ，２８Ｂの熱変形が生じない。

第１実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）第１ミラー要素である入射側ミラー要素３５と第２ミラー要素である射出側ミラー要素４１との少なくとも一方に、第１波長領域（ＥＵＶ波長領域）の光と、露光に用いることがない第２波長領域（非露光波長）の光とを互いに異なる方向に反射する回折格子４５を含む反射部を設けた。このため第１方向（固定ブラインド２７の開口２７ａ）へ向かう第１波長領域の光の反射率に対し、同方向へ向かう第２波長領域の光の反射率を小さくすることができる。

（２）回折格子４５を含む反射部を、光束の分割を行う入射側ミラー要素３５と射出側ミラー要素４１との少なくとも一方に設けることにより、ウエハＷまたはレチクルＲに到達する第１波長領域（ＥＵＶ波長領域）の光路から第２波長領域（非露光波長）の光を分離または除外することができる。また、ＥＵＶ光のみを用いて、パターン像をウエハＷに形成できるため、解像性能が向上する。

（３）入射側フライアイミラー２１及び射出側フライアイミラー２２の少なくとも一方に回折格子４５を形成することで、回折格子４５が形成されたフライアイミラー２１，２２よりも下流に設けられる光学部材の熱負荷を抑制することができる。例えば、入射側ミラー要素３５に回折格子を形成した場合、射出側ミラー要素４１、コンデンサミラー２３、反射ミラー２４、投影光学系のミラーＭ１〜Ｍ６等の光学部材の変形、ミラー面の変形、反射膜の損傷等を抑制することができる。また、ウエハＷにパターンを形成する際の解像性能が向上する。

（４）入射側フライアイミラー２１及び射出側フライアイミラー２２の少なくとも一方に回折格子４５を形成することで、ウエハＷ、レチクルＲ等の熱負荷を抑制することができる。これによって、これらの部材の変形や、感光性材料の損傷、反射膜の損傷等を防止することができる。また、ウエハＷの歩留まりの低下を抑制できるため、露光装置１１のスループットが向上する。

（５）回折格子４５を、照明光学系１４に備えられる射出側フライアイミラー２２に設けることにより、波長分離するための新たな光学部材を光学ユニット内に設ける必要がない。このため、露光光として用いるＥＵＶ光の光量低下を抑制することができる。

（６）回折格子４５は、照明光ＩＬに含まれるＥＵＶ光と非露光波長λ１を有する光とを異なる方向に反射（回折）するので、照明光ＩＬのうち、照明領域規定部材２６の開口２７ａの方向（第１の方向）へ反射されるＥＵＶ光の反射率に対し、同方向へ反射される非露光波長λ１を有する光の反射率の比（割合）を小さくすることができる。また、プラズマ生成に用いる励起光源（光源装置１２）からの励起光や上記予備光源からのトリガー光等の非露光光が、露光装置１１内に伝播することを抑制することができる。

（７）投影光学系１６の瞳（射出側）と、射出側フライアイミラー２２とは共役であるため、回折格子４５の段差によって射出側ミラー要素４１上のＥＵＶ光の二次光源像の一部が欠けたとしても、レチクルＲ上の照度分布には影響を与えずに全体的な強度分布を均一化することができる。

（８）回折格子４５の凹部４５ａ及び凸部４５ｂは、反射膜５１によって覆われているため、回折格子４５を射出側ミラー要素４１に形成しても、該射出側フライアイミラー２２のＥＵＶ光の反射率は、通常のミラーと同程度とすることができる。

（９）回折格子４５は、凹部４５ａの幅と凸部４５ｂの幅が等しくなるように形成されている。また、凹部４５ａの上面から凸部４５ｂの上面までの高さｈが、凹部４５ａの上面で反射した光と、凸部４５ｂ上面で反射した光の光路差が非露光波長λ１の１／２波長分となるように形成されている。このため、照明光ＩＬに含まれる非露光光のうち、回折格子４５の凹部４５ａで反射した非露光波長λ１と凸部４５ｂで反射した非露光波長λ１が互いに打ち消しあい、回折格子４５の０次回折光（正反射）（すなわち、射出側ミラー要素４１(つまりは射出側フライアイミラー２２)の反射光）から非露光波長λ１の光を取り除くことができる。このため、レチクルＲ上の照明領域（開口２７ａ）に非露光波長λ１の光が照射されないようにすることができる。

（１０）露光装置１１は、ＥＵＶ光の照射領域を制限するための可動ブラインド２８と固定ブラインド２７を有する。回折格子４５によって回折された非露光光はこれらの可動ブラインド２８と、固定ブラインド２７とにより遮光される。また、固定ブラインド２７に反射防止膜２７ｂを形成するとともに、可動ブラインド２８のブラインド部材２８Ａ，２８Ｂにも反射防止膜２９を形成し、反射防止膜２７ｂ、２９に入射した回折光を吸収するようにした。このため、レチクルＲに非露光波長λ１を有する光が照射されることを防止するとともに、可動ブラインド２８、固定ブラインド２７に照射された非露光波長λ１の光がこれら部材から反射又は散乱されて、他の光学部材、ウエハＷ等に熱的又は光学的な悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。

（１１）回折格子４５は、照明光ＩＬに含まれる非露光光の一部を、レチクルステージＲＳ及びウエハステージＷＳの走査方向である＋Ｙ軸方向及び−Ｙ軸方向、即ち照明領域ＩＡを規定する開口２７ａの短手方向に回折する。即ち、開口２７ａの長手方向にｎ次回折光を射出する場合には、そのｎ次回折光の回折角を大きくしなければならないが、短手方向に回折する場合には、回折角を比較的小さくすることができる。このように回折格子４５によって回折される光の回折角が比較的小さくてもよいため、格子定数ｄを大きく、即ち凹部４５ａの間隔を大きくすることができる。このため、射出側フライアイミラー２２の各ミラー要素４１に形成される凹部４５ａの本数を少なくし、回折格子４５を形成しやすくすることができる。また、回折格子の段差の影によるＥＵＶ光量の損失を低減することができる。

尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

・ＥＵＶ光源装置１２は、レーザー方式だけでなく、キャピラリ放電、Ｚピンチ等の光源を有する放電方式の装置に具体化してもよい。

・ＥＵＶ光源装置１２に用いられるＥＵＶ光発生物質には、錫（Ｓｎ）のほかキセノン（Ｘｅ）やガドリニウム（Ｇｄ）やテルビウム（Ｔｂ）などであってもよい。

・ＥＵＶ光源装置１２に用いられているプラズマ発生用のレーザーは炭酸ガスレーザーのほか、ＹＡＧレーザー（波長１．０６μｍ）、ＫｒＦレーザー（波長２４９ｎｍ）、ＡｒＦレーザー（波長１９３ｎｍ）などのレーザーであっても良い。

・ＥＵＶ光源装置１２は、例えば、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、Ｆ_２レーザー（１５７ｎｍ）、Ｋｒ_２レーザー（１４６ｎｍ）、Ａｒ_２レーザー（１２６ｎｍ）等を射出する光源を有していてもよい。また、ＥＵＶ光源装置１２は、ＤＦＢ半導体レーザー又はファイバレーザーから発振される赤外領域又は可視領域の単一波長レーザー光を、例えばエルビウム又はエルビウムとイッテルビウムの双方がドープされたファイバアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を射出する光源であってもよい。

・上記実施形態では、例えば、第１波長領域を、紫外域又は紫外域より短い波長とし、第２波長領域を、赤外域又は赤外域より長い波長としたが、これ以外の波長領域でもよい。例えば、第２の波長領域として、１．０６μｍ、２４９ｎｍ、１９３ｎｍなどであっても良い。この際、第１波長領域は、第２波長領域よりも短い波長であってもよい。即ち、回折格子の格子定数、溝の深さ、製膜する膜等を最適なものや組み合わせに選択することで、露光に用いる露光波長領域を有する露光光と、露光に用いない非露光波長成分を有する非露光光とを分離できればよい。

・上記実施形態において、入射側フライアイミラー２１と射出側フライアイミラー２２との間に、例えば開口絞りやフィルタ等の光学部材を配置してもよい。

・上記実施形態では、射出側フライアイミラー２２に、反射部としての回折格子４５を設けたが、入射側フライアイミラー２１に設けるようにしてもよいし、各フライアイミラー２１，２２の両方に設けるようにしてもよい。このようにしても、レチクルＲに照射される照明光ＩＬから非露光波長λ１の光を除去することができる。また、入射側フライアイミラー２１に回折格子４５を設けると、各射出側ミラー要素４１に照射される赤外域の非露光光の強度を低下させることができる。このため、射出側ミラー要素４１が光を吸収することで発生するミラー面や回折格子の変形等を抑制することができる。

・上記実施形態では、回折格子４５は、繰り返し周期が等しくない不等間隔回折格子としてもよい。この場合、非露光波長λ１を有し、凸部４５ｂ及び凹部４５ａに垂直に入射する０次回折光が互いに打ち消されるように、凸部４５ｂの表面積の総和と凹部４５ａの表面積の総和とを等しくすることが好ましい。また、上記実施形態では、回折格子４５が形成される射出側ミラー要素４１の表面形状は球面や平面であっても良いし、非球面であっても良い。

・上記実施形態では、各フライアイミラー２１，２２から構成される光学ユニットを、露光装置１１に具備されるオプティカルインテグレーターとして具体化したが、液晶プロジェクターや、顕微鏡照明装置等、他の装置に具備される光学ユニットに具体化してもよい。

・上記実施形態では、固定ブラインド２７及び可動ブラインド２８の両方に反射防止膜２７ｂ，２９及び冷却部を設けたが、可動ブラインド２８が非露光波長λ１を有する回折光を遮光できる表面積を有している場合には、可動ブラインド２８のみに反射防止膜２９及び冷却部を設け、固定ブラインド２７の反射防止膜２７ｂ及び冷却部は省略してもよい。また、反射防止膜の代わりに、オプティカルトラップのような構造体にしても良い。また、非露光波長λ１を吸収する部材を別途設けても良い。

・固定ブラインド２７の代わりに、走査方向の開口幅が非走査方向の位置によって変えられる可変ブラインドを設けてもよい。

・露光装置１１の露光対象は、半導体チップ等のマイクロデバイスを形成するためのウエハＷの他、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置等に利用されるレチクル又はマスクを形成するための基板であってもよい。また露光装置１１の露光対象は、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等を形成するための基板、ＣＣＤ等の撮像デバイスを形成するための基板であってもよい。

・露光装置１１は、ステップ・アンド・リピート方式の装置に具体化することもできる。

次に、上記実施形態の露光装置１１を用いたデバイスの製造方法をマイクロデバイスの製造方法に具体化した一実施形態について説明する。図８は、ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、表示パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等、これらマイクロデバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。

まず、設計工程では、マイクロデバイスの機能設計や性能設計が行われ、その後、設計された機能や性能を実現するための目標パターンが設計される（ステップＳ１０１）。続いて、マスク製作工程では、設計された目標パターンに基づいて、可変成形マスクを駆動するためのパターンデータが生成される（ステップＳ１０２）。すなわち、可変成形マスクの形成するパターンが目標パターンに基づいて決定される。一方、基板製造工程では、シリコン基板、ガラス基板、セラミックス基板等、マイクロデバイスの基材である基板が準備される（ステップＳ１０３）。

次に、基板処理工程（加工工程）では、基板上に各種の膜を形成する成膜技術、上述したパターンデータと露光装置１１とを用いたリソグラフィ技術、基板上に形成された膜の一部をエッチングするエッチング技術等によって、回路パターン等の実パターンが基板上に形成される（ステップＳ１０４）。続いて、デバイス組立工程では、基板処理後の基板を用いてデバイスの組立が行われる（ステップＳ１０５）。このデバイス組立工程では、ダイシング、ボンティング、及びパッケージング等の各種の実装処理が必要に応じて実施される。次いで、検査工程では、デバイス組立工程で組み立てられたマイクロデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の各種の検査が行われる（ステップＳ１０６）。そして、これらの工程を経て、マイクロデバイスが製造される。

図９は、上述した基板処理工程の一部を示す一例であって、シリコン基板に薄膜トランジスタを形成するための各種の処理を示すフローチャートである。

まず、酸化工程では、加熱されたシリコン基板の表面が酸素の雰囲気下で熱酸化され、これにより、ゲート絶縁膜が形成される（ステップＳ１１１）。ＣＶＤ工程では、ゲート酸化膜上にポリシリコン膜等のゲート電極膜がＣＶＤ法によって形成される（ステップＳ１１２）。電極形成工程では、基板上に電極を蒸着によって形成する（ステップＳ１１３）。イオン打込工程では、レジストマスクで覆われていないシリコン基板の領域にイオンが注入される（ステップ１１４）。以上の各工程Ｓ１１１〜ステップＳ１１４のそれぞれは、基板処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。

レジスト膜形成工程では、ゲート電極膜上に感光性材料が塗布され、これにより、基板の全面にレジスト膜が形成される（ステップＳ１１５）。露光工程では、露光装置１１によって可変成形マスクの形成するパターンの投影像がレジスト膜上に投影される（ステップＳ１１６）。現像工程では、露光工程において露光されたレジスト膜が現像され、これによりゲートが形成される部位を覆うレジストパターンが形成される（ステップＳ１１７）。エッチング工程では、レジストパターンをマスクにしたエッチングが実施され、これにより、ゲート絶縁膜及びゲート電極膜がパターニングされる（ステップＳ１１８）。レジスト除去工程では、エッチングに利用されたレジストパターンが、例えば酸素ラジカルの雰囲気下で除去される（ステップＳ１１９）。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、基板上に多重に回路パターンが形成される。

１１…露光装置、１４…照明光学装置としての照明光学系、２０…光学ユニットとしてのフライアイ光学系、２１…第１フライアイ光学部材としての入射側フライアイミラー、２２…第２フライアイ光学部材としての射出側フライアイミラー、２６…照明領域規定部材、２７…第１規定部材としての固定ブラインド、２７ａ…開口、２８…遮光部材及び第２規定部材としての可動ブラインド、３５…第１ミラー要素としての入射側ミラー要素、４１…第２ミラー要素としての射出側ミラー要素、４５…反射部を構成する回折格子、４５ａ…凹部、４５ｂ…凸部、５１…反射膜、ｈ…高さ、ＩＡ…照明領域、ＩＬ…照明光、ｄ…格子定数、Ｒ…マスクとしてのレチクル、Ｒａ…被照射面としてのパターン形成面、ＲＳ…走査露光システムを構成するレチクルステージ、ＷＳ…走査露光システムを構成するウエハステージ、Ｗａ…表面、λ１…波長。

Claims (15)

1. 入射した照明光の光束を分割する複数の第１ミラー要素を有する第１フライアイ光学部材と、
   前記第１フライアイ光学部材で光束を分割された前記照明光を反射する複数の第２ミラー要素を有する第２フライアイ光学部材とを備える光学ユニットにおいて、
   前記第１ミラー要素及び前記第２ミラー要素の少なくとも一方は、前記照明光のうち第１波長領域の光を第１の方向に反射するとともに第２波長領域の光を前記第１の方向とは異なる第２の方向に反射する反射部を有することを特徴とする光学ユニット。
2. 前記反射部は、
   前記第２波長領域の光を前記第２の方向に回折する回折格子と、
   前記回折格子を覆うように形成され、前記第１波長領域の光を前記第１の方向に反射する反射膜とを有する請求項１に記載の光学ユニット。
3. 前記回折格子は、前記第２波長領域の光として赤外域又は赤外域より長い波長の光を前記第２の方向に回折し、
   前記反射膜は、前記第１波長領域の光として紫外域又は紫外域より短い波長の光を前記第１の方向に反射する請求項２に記載の光学ユニット。
4. 前記回折格子は、等間隔の格子線を有する請求項２又は３に記載の光学ユニット。
5. 前記回折格子は、凸部と凹部とを備え、前記凸部及び前記凹部は、該凸部と該凹部とで反射した光の光路差が前記第２波長領域の光波長の１／２波長分に相当するような高さの差を有する請求項２〜４のいずれか１項に記載の光学ユニット。
6. 前記反射部によって反射された前記第２波長領域の光を遮光し、前記反射部によって反射された前記第１波長領域の光を射出する遮光部材を備えた請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学ユニット。
7. 被照射面を照明する照明光学装置において、
   請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の光学ユニットを用いて、光源から射出された複数の波長領域の光のうち前記第１波長領域の光を前記被照射面に照射することを特徴とする照明光学装置。
8. 前記被照射面に照射される前記第１波長領域の光の照明領域を規定する照明領域規定部材をさらに備え、
   前記第２波長領域の光は、前記照明領域規定部材で遮光される請求項７に記載の照明光学装置。
9. 前記被照射面に照射される前記第１波長領域の光の照明領域を規定する照明領域規定部材をさらに備え、
   前記照明領域規定部材は、第３の方向に対して第４の方向に長い照明領域を規定する開口を有し、
   前記開口を有し、前記被照射面側に配置される第１規定部材と、
   前記反射部から前記被照射面に向かう前記照明光の光路のうち前記第１規定部材よりも光路の手前に配置され、前記第４の方向に延びる第２規定部材とを備え、
   前記第１波長領域の光は、前記開口を介して前記照明領域に照射され、
   前記第２波長領域の光は、前記第２規定部材で遮光される請求項７又は８に記載の照明光学装置。
10. 光源からの光を用いてマスクの被照射面を照射する照明光学装置と、
    前記マスクに形成されたパターンの像を物体に投影する投影光学装置とを備える露光装置において、
    請求項７〜９のいずれか１項に記載の照明光学装置を備えることを特徴とする露光装置。
11. 前記照明光学装置は、
    前記パターンの像を前記物体に投影するために用いる前記第１波長領域の光を、前記マスクの被照射面に照射するとともに、
    前記第１波長領域の光を発生させるために用いる前記第２波長領域の光を、前記マスクの被照射面とは異なる方向に反射する請求項１０に記載の露光装置。
12. 前記マスクと前記物体とを走査露光する走査露光システムをさらに備え、
    前記照明光学装置は、前記第２波長領域の光を前記第１波長領域の光に対して走査露光する方向に反射する請求項１０又は１１に記載の露光装置。
13. 前記反射部に形成され、前記第２波長領域の光を前記第２の方向に回折する回折格子は、前記第２波長領域の光が、前記第１波長領域の光に対して前記走査露光する方向に回折されるように繰り返された格子線を有する請求項１２に記載の露光装置。
14. 前記第１波長領域の光は、極端紫外領域の波長を含むＥＵＶ光であり、
    前記第２波長領域の光は、前記ＥＵＶ光を発生させるために用いる炭酸ガスレーザー光である請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の露光装置。
15. リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
    前記リソグラフィ工程では、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する露光工程と、
    前記露光工程で露光された前記基板を現像する現像工程と、
    前記基板の表面を加工する加工工程とを含むデバイス製造方法。

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