집광 광학계, 광원 유닛, 조명 광학 장치 및 노광 장치 document_id A220623030347

반도체 디바이스의 제조용 노광 장치는, 마스크상에 형성된 회로 패턴을 투영 광학계를 거쳐서 레지스트가 도포된 웨이퍼 등의 감광성 기판상에 투영 전사한다. 이러한 종류의 노광 장치에서는, 전사해야 하는 회로 패턴의 미세화에 따라서 해상력의 한층 더한 향상이 요구되고 있어, 노광광으로서 보다 단파장의 광을 이용하도록 되고 있다. 최근, 차세대 장치로서, 5~50㎚ 정도의 파장을 갖는 EUV(Extreme Ultra Violet)광을 이용하는 노광 장치(이하, 「EUVL(Extreme Ultra Violet Lithography: 극자외 리소그래피) 노광 장치」라고 함)가 제안되고 있다. 현재, EUV광을 공급하는 광원으로서, 이하에 나타내는 3개 타입의 광원이 제안되고 있다. (1) SR(싱크로트론 방사광)을 공급하는 광원 (2) 레이저광을 타겟 위에 집광하고, 타겟을 플라즈마화하여 EUV광을 얻는 LPP(Laser Produced Plasma) 광원 (3) 타겟 물질로 이루어지는 전극 위, 또는 전극 사이에 타겟 물질이 존재하는 상태에서 전극 사이에 전압을 인가하고, 타겟 재료를 플라즈마화하여 EUV광을 얻는 DPP(Discharge Produced Plasma) 광원. 이하, DPP 광원 및 LPP 광원을 「플라즈마 광원」이라고 총칭한다. EUV광은 플라즈마 광원으로부터 등방적으로 방출된다. 즉, 플라즈마 광원은 점광원이라고 간주할 수 있다. 플라즈마 광원의 사이즈(직경)는 50~500㎛의 정도이다. 도 1에 종래의 집광 광학계의 일례를 나타낸다. 집광 미러(2)는 회전 타원면 형상의 반사면을 갖고 있으며, 그 타원면의 제 1 초점(이하, 제 1 초점이라고 함)에 플라즈마 광원(1)을 배치하면, 집광 미러(2)에서 반사한 EUV광은 타원면의 제 2 초점(이하, 제 2 초점이라고 함)에 집광되어 광원상(3)을 형성한다. 집광 미러(2)의 제 2 초점을 지나가는 광축에 수직한 평면(이하, 제 2 초점면이라고 함)에는, 집광되지 않고서 EUV 광원(1)으로부터 직접 입사해 오는 광속을 차폐하기 위한 조리개(7)가 배치된다. 이 조리개(7)의 하류에 조명 광학계가 배치된다. 상술한 도 1에 나타내는 바와 같은 집광 광학계에서는, 플라즈마 광원(1)으로부터 하류(도 1에서는 우측)로 진행하는 광속의 대부분은 집광 미러(2)에서 집광할 수 없어 불필요하게 되어 버린다. 이러한 하류로 진행하는 광속도 집광할 수 있도록 하기 위해서는, 도 2에 나타내는 바와 같은 집광 광학계가 생각된다. 플라즈마 광원(1)으로부터 등방적으로 발산하는 EUV광의 일부는, 도 1에 나타내는 종래의 집광 미러와 마찬가지로 회전 타원면 형상의 반사면을 갖는 집광 미러(2)에 의해 집광되어 제 2 초점면에 광원상(3)을 형성한다. 한편, EUV광의 다른 일부는 플라즈마 광원(1)의 위치를 중심으로 하는 구면 형상의 반사면을 갖는 보조 집광 미러(4)에서 반사되어 플라즈마 광원(1)과 동일한 위치에 일단 집광된다. 그 후, 집광 미러(2)에서 반사되어 광원상(3)과 동일한 위치에 결상된다. 즉, 광원상(3)의 위치에는, 플라즈마 광원(1)의 집광 미러(2)에 의한 실상(實像)과, 보조 집광 미러(4)와 집광 미러(2)를 조합한 광학계에 의한 실상이 중첩되어 형성된다. 이 집광 광학계에서는, 플라즈마 광원(1)으로부터 발산하는 광속을 보다 큰 입체각의 범위에서 광원상(3)으로 유도할 수 있기 때문에, 조명 광학계로 유도되는 광량이 증가한다. 이러한 사고 방식에 근거하는 집광 광학계는 프로젝터의 집광 광학계 등에 이미 실용화되어 있다(예를 들면, Panasonic DLP 방식 프로젝터 라이티아 TH-D9610J 상품 정보[2003년 5월 26일 검색], 인터넷003c#http://panasonic.biz/projector/lightia/d9610/kido.html003e#) 발명의 개시 발명이 해결하고자 하는 과제 EUV광원으로서 사용되는 플라즈마는 일반적으로 EUV광을 강하게 흡수한다. 플라즈마내로부터 특정한 파장의 EUV광이 발생하는 것은, 원자에 고유한 에너지 준위 사이를 전자가 천이하는 것에 의한다. 낮은 에너지 준위로 천이할 때에 광을 발생하고, 반대로 높은 에너지 준위로 천이할 때에 동일한 파장의 광을 흡수한다. 따라서, 플라즈마로부터 발생한 광은 본질적으로 그 플라즈마에 의한 흡수가 크다. 따라서, 도 2의 집광 광학계를 그대로 EUV 노광 장치로 적용하는 것은 불가능하다. 도 2의 집광 광학계에 있어서, 보조 집광 미러(4)에서 반사하여 EUV 광원(1)의 위치로 되돌아 온 EUV광은 플라즈마에 의해 흡수되어 버리므로, 실제로는 광원상(3)의 위치까지 도달할 수 없기 때문이다. 따라서, 집광되는 EUV광의 총량은 증가하지 않는다. 본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 보조 집광 미러에서 반사된 EUV광이 플라즈마에 의해 흡수되지 않도록 집광 광학계를 구성하여, 집광되는 EUV광의 총합을 증가시키고, 이 집광 광학계를 EUV 노광 장치에 적용하여, 스루풋의 대폭적인 향상을 도모하는 것을 목적으로 한다. 과제를 해결하기 위한 수단 상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명은 이하의 수단을 이용한다. 본 발명의 집광 광학계는, EUV광의 광원 유닛으로서, EUV광을 방출하는 플라즈마 광원과, 회전 타원면의 반사면을 갖고, 그 제 1 초점(타원의 초점)에 해당 플라즈마 광원이 놓여진 집광 미러와, 구면의 반사면을 갖고, 구심이 해당 플라즈마 광원의 위치와 어긋나 있도록 배치된 보조 집광 미러를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 광원 유닛에 의하면, 해당 보조 집광 미러의 구심이 해당 플라즈마 광원의 위치와 어긋나 있기 때문에, 해당 보조 집광 미러에 의해 형성되는 해당 플라즈마 광원의 상은 해당 플라즈마 광원 위치에는 형성되지 않는다. 따라서, 해당 보조 집광 미러에서 반사된 EUV광이 플라즈마에 의해 흡수되는 것을 피할 수 있다. 또한, 상기 집광 광학계에 있어서, 상기 보조 집광 미러의 구심 위치가 해당 집광 미러의 제 1 초점을 지나가는 광축(타원의 축과 일치함)에 수직한 평면(타원 거울의 제 1 초점면으로 기재함)내에 있어서, 광축으로부터 해당 플라즈마 광원의 반경 이상 어긋나 있는 것도 바람직하다. 또한, 상기 집광 광학계에 의하면, 해당 보조 집광 미러의 구심이 해당 플라즈마 광원의 반경 이상 어긋나 있기 때문에, 해당 보조 집광 미러에 의해 형성되는 해당 플라즈마 광원의 상 위치가 반경 이상 어긋나서 해당 플라즈마 광원 위치에는 형성되지 않는다. 따라서, 해당 보조 집광 미러에서 반사된 EUV광이 플라즈마에 의해 흡수되는 것을 보다 확실하게 피할 수 있다. 상기 광원 유닛은 상기 보조 집광 미러가, 구심 위치가 상이한 복수의 미러로 구성하는 것이 바람직하다. 상기의 광원 유닛에 의하면, 상기 보조 집광 미러가, 구심 위치가 상이한 복수의 미러에 의해 구성되어 있는 것에 의해 후술하는 광학 인터그레이터(optical integrator)의 입사면에 형성되는 광원상의 수가 증가하기 때문에, 조명 광학계를 통과한 후의 마스크면상에서의 조도 균일성이 향상한다. 또한, 상기 집광 광학계에서, 회전 타원면의 반사면을 갖는 집광 미러와, 해당 집광 미러의 제 1 초점에 구심을 갖는 구면으로 이루어지는 보조 집광 미러를 구비하는 집광 광학계에 있어서, 해당 보조 집광 미러의 반경을 R로 하고, 플라즈마 광원의 펄스광의 지속 시간을 t로 하고, 광속을 c로 할 때, R003e#(t×c)/2를 만족하는 것도 바람직하다. 상기 집광 광학계에 의하면, 상기 제 1 초점의 위치에 플라즈마 광원을 놓으면, 해당 플라즈마 광원으로부터 해당 보조 집광 미러까지의 왕복 거리가, 해당 플라즈마 광원의 펄스광의 지속 시간(t)과 광속(c)의 곱으로 이루어지는 거리(t×c)보다도 길어지기 때문에, 해당 보조 집광 미러(4)에서 반사한 EUV광이 해당 플라즈마 광원의 위치로 되돌아 왔을 때에는, 이미 플라즈마는 소멸하여, EUV광이 플라즈마에 의해서 흡수되는 일은 없다. 또한, 상기의 광원 유닛은 집광 광학계의 상기 제 1 초점에, EUV광을 방출하는 상기 플라즈마 광원을 놓는 것도 바람직하다. 상기의 광원 유닛에 의하면, 상기 광원으로부터 해당 보조 집광 미러까지의 왕복 거리가, 해당 플라즈마 광원의 펄스광의 지속 시간(t)과 광속(c)의 곱으로 이루어지는 거리(t×c)보다도 길어지기 때문에, 해당 보조 집광 미러(4)에서 반사한 EUV광이 해당 플라즈마 광원의 위치로 되돌아 왔을 때에는, 이미 플라즈마는 소멸하여, EUV광이 플라즈마에 의해서 흡수되는 일은 없어 광량 손실을 양호하게 억제하여 EUV광을 집광시킬 수 있다. 또한, 상기 광원 유닛에서, 상기 집광 미러가 상기 플라즈마 광원에 가까운 부분 미러와 먼 부분 미러로 분할되어 있어, 상기 플라즈마 광원에 가까운 부분 미러만을 분리하여 교환할 수 있도록 구성해 놓는 것도 바람직하다. 상기 광원 유닛에 의하면, 반사면이 플라즈마 광원으로부터의 방사열의 영향 및 EUV광의 조사열의 영향을 받아, 손상이 심한 부분 미러만을 분리하여 용이하게 교환할 수 있다. 또한, 본 발명의 조명 광학 장치는 상기 광원 유닛과, 해당 광원 유닛으로부터의 EUV광을 마스크로 유도하기 위한 조명 광학계를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 조명 광학 장치에 의하면, 해당 광원 유닛으로부터의 EUV광을 실질적으로 광량 손실하는 일 없이 공급할 수 있고, 광학 인터그레이터를 이용하여 양호한 조명 조건을 기초로 소정의 패턴이 형성된 마스크를 조명할 수 있다. 또한, 본 발명의 노광 장치는 소정의 패턴이 형성된 반사형의 마스크를 조명하기 위한 조명 광학 장치와, 상기 조명 광학 장치에 의해서 조명되어야 하는 피조사면에 배치된 마스크를 유지하는 마스크 스테이지와, 웨이퍼를 유지하는 웨이퍼 스테이지와, 상기 마스크에 형성된 소정 패턴을 상기 웨이퍼에 소정의 축소비로써 투영하는 투영 광학계와, 상기 마스크에 형성된 소정 패턴을 상기 웨이퍼에 투영할 때에, 상기 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 스테이지와 상기 웨이퍼 스테이지를 상기 축소비에 따른 속도로 동기하여 상대적으로 이동시키는 구동 장치를 구비하는 노광 장치에 있어서, 상기 조명 광학 장치를 갖는 것을 특징으로 한다. 발명의 효과 이상과 같이 본 발명에 의하면, 보조 집광 미러의 구심 위치를 플라즈마 광원 위치로부터 약간 어긋나는 것에 의해, 보조 집광 미러에서 반사된 EUV광이 플라즈마에 의해 흡수되지 않게 된다. 이에 의해, 종래보다 훨씬 많은 EUV광을 효율적으로 집광 가능해진다. 또한, 이와 같이 집광 효율이 대폭 증가한 광원 유닛을 노광 장치에 적용하는 것에 의해, 스루풋의 대폭적인 향상을 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명에서는, 플라즈마 광원으로부터 보조 집광 미러까지의 왕복거리를, 플라즈마 광원의 펄스광의 지속 시간과 광속의 곱으로 이루어지는 거리보다도 길게 하는 것에 의해, 플라즈마 광원으로부터 나온 EUV광이 보조 집광 미러에서 반사해서 되돌아올 때까지, 플라즈마가 소멸하여, 보조 집광 미러에서 반사된 EUV광이 플라즈마에 의해 흡수되지 않게 된다. 이에 의해, 종래보다 훨씬 많은 EUV광을 효율적으로 집광 가능해진다. 또한, 이와 같이 집광 효율이 대폭 증가한 광원 유닛을 노광 장치에 적용하는 것에 의해, 스루풋의 대폭적인 향상을 도모하는 것이 가능해진다.