조명 장치, 노광 장치 및 마이크로 디바이스의 제조 방법 document_id A220623051429

최근, 노광광으로서 파장 약 5∼40nm 영역의 극단자외(EUV)광을 이용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판 위에 투영 노광하는 투영 노광 장치의 실용화가 진척되고 있다. EUVL(극단자외 리소그래피)용 노광 장치에는, 단파장의 광에 대하여 높은 투과율을 갖는 초재(硝材)가 한정되어 있기 때문에, 반사형 광학계가 사용된다(예를 들어, 일본 특허공개 제 1999-312638 호 공보 참조). 일본 특허공개 제 1999-312638 호 공보에 기재되어 있는 투영 노광 장치에 따르면, 도 6에 도시하는 바와 같이, 비(非) EUV 광 레이저 광원(201)으로부터 사출되어 집광 거울(202)에 의해 집광된 레이저 광을 노즐(203)에 의해 공급되는 목표 물질과 점(204)에서 맞나게 함으로써, 그 목표 물질이 강렬한 에너지를 받아 플라즈마화되어, EUV 광이 발생한다. 발생한 EUV 광은, 집광 거울(205)에 의해 집광되고, 반사 광학계(206)에 의해 반사되어서, 요면경이 다수 병렬로 배열된 입사측 플라이 아이 거울(fly eye mirror; 207)에 입사한다. 입사측 플라이 아이 거울(207)에 의해 반사된 광속(光束)은, 개구 조임부(208)를 거쳐서 요면경이 다수 병렬로 배열된 사출측 플라이 아이 거울(209)에 의해 반사되어, 다시 개구 조임부(208)를 거쳐서, 광학계(210)에 입사한다. 광학계(210)에 의해 반사된 광속은, 광학계(211)에 의해 집광되어, 마스크(212)를 조사한다. 조사된 마스크(212)의 패턴 상(像)은, 투영 광학계(213)를 거쳐서, 웨이퍼(감광성 기판; 214)에 투영 노광된다. 발명의 요약 일본 특허공개 제 1999-312638 호 공보에 기재되어 있는 투영 노광 장치를 구성하는 조명 장치에 있어서는, 입사측 플라이 아이 거울(207)에 입사한 조명광을 파면분할하고, 마스크상에서 서로 중첩시킴으로써 조명광의 조도의 균일화를 도모하고 있지만, 높은 조도 균일성을 확보하기 위해서는, 입사측 플라이 아이 거울(207)에 입사하는 조명광의 조도 분포에 고주파에 의한 조도 분포 변화를 절대적으로 포함하지 않도록 할 필요가 있다. 즉, 도 3a에 도시하는 고주파에 의한 조도 분포 변화를 많이 포함하는 광강도 분포를 갖는 광속보다 도 3b에 도시하는 고주파에 의한 조도 분포 변화를 포함하지 않는 광강도 분포를 갖는 광속을 입사측 플라이 아이 거울(207)에 입사시키는 것이 바람직하다. 따라서, 조명광이 높은 조도 균일성을 확보할 수 있는 조명 장치를 실현하기 위해서는, 조명광의 광량의 손실을 억제하면서, 입사측 플라이 아이 거울(207)에 입사하는 광속의 광강도 분포로부터 고주파 성분에 의한 광강도 분포를 제거할 필요가 있다. 본 발명의 과제는, 조명광의 광량의 손실을 억제하면서 조명광의 조도 균일성을 향상시킬 수 있는 조명 장치, 상기 조명 장치를 구비한 노광 장치 및 상기 노광 장치를 사용한 마이크로 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 조명 장치는, 광원으로부터 사출되는 조명광으로 피조사면을 조명하는 조명 장치에 있어서, 상기 광원과 상기 피조사면 사이에 배치되어, 광원으로부터의 광속을 파면분할하여 피조사면상에서 서로 중첩시키기 위한 복수의 반사형 부분 광학계로 구성되는 반사형 플라이 아이 광학계와, 상기 광원과 상기 반사형 플라이 아이 광학계 사이에 배치되어, 상기 조명광을 상기 반사형 플라이 아이 광학계로 유도하는 반사형 광학계를 구비하고, 상기 반사형 광학계는, 상기 광학계의 반사면의 적어도 일부가 확산면에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 조명 장치에 의하면, 반사형 플라이 아이 광학계보다 상류에 배치되는 반사형 광학계의 반사면의 적어도 일부가 확산면에 의해 구성되어 있기 때문에, 반사형 플라이 아이 광학계에 입사하는 조명광의 광강도 분포로부터 고주파 성분에 의한 광강도 분포를 제거할 수 있으며, 조명광의 조도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 이 조명 장치를 노광 장치에 사용하였을 경우, 조명광에 의해 마스크면(나아가서는 감광성 기판면)상을 균일하게 조명할 수 있으므로, 감광성 기판상에 있어서의 해상력이나 콘트라스트(contrast) 등의 저하를 방지할 수 있고, 마스크에 형성된 미세한 패턴을 감광성 기판 위로 양호하게 노광할 수 있다. 또한, 반사형 플라이 아이 광학계의 상류에 배치되는 반사형 광학계는 한 장의 거울이라도 상관없고, 복수의 거울로 구성되어도 좋다. 또한, 복수의 거울을 이용할 경우에, 확산면은 하나의 거울에만 형성해도 좋고, 복수의 거울에 형성해도 좋다. 또한, 본 발명의 조명 장치는, 확산면의 확산각은, 확산면의 1점으로부터 상기 확산면에 의해 확산된 광속이 상기 반사형 플라이 아이 광학계의 입사면에 도달하는 범위의 반값폭이, 상기 플라이 아이 광학계의 입사 직경(D)에 대하여, D/2 내지 D/100이 되는 각도인 것을 특징으로 한다. 확산면에 의해 확산된 광속이 플라이 아이면상에서 D/2보다도 지나치게 넓어지면 광량 손실이 생겨 바람직하지 못하다. 또한, 확산된 광속이 D/100보다도 작으면, 확산에 의한 효과가 적으므로 바람직하지 못하다. 따라서, 확산면에 의해 확산되는 광속의 각도는, 플라이 아이면에 있어서의 광속의 넓이가 D/2 내지 D/100의 범위에 들어가는 각도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 조명 장치는, 확산면의 형상의 PSD(전력 스펙트럼 밀도; Power Spectral Density) 값의 고주파 영역에 대응하는 확산면의 표면 거칠기를 나타내는 RMS 값이 조명광의 파장의 1/14보다 작은 것을 특징으로 한다. 확산면의 PSD 값이 고주파 영역에 대응하는 영역에 있어서 이상적인 면형상으로부터의 괴리가 크면, 광량 손실 등이 생겨서 문제가 될 가능성이 있다. 본 발명에서는, 고주파 영역에 대응하는 확산면의 표면 거칠기를 나타내는 RMS 값이 조명광의 파장의 1/14보다도 작기 때문에, 광량 손실 등의 문제를 줄이는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 발명의 조명 장치는, 확산면 형상의 PSD(PowerSpectralDensity) 값과 프랙탈(fractal) 곡선의 PSD 값의 차이가, 고주파 영역에 있어서의 것보다도 낮은 다른 주파수 영역보다도 작은 것을 특징으로 한다. 이상적으로 연마된 면형상의 PSD 값이 PSD=K/fn(f는 주파수, K, n은 정수)의 함수로 표현되는 프랙탈 곡선의 PSD 값에 매우 근접한다는 것은, 경험적으로 알려져 있다. 바꿔 말하면, 측정된 면형상의 PSD 곡선이 프랙탈 곡선의 PSD 곡선에 가까이 가면, 그 측정면 형상은 이상적인 면형상에 가까이 간 것이라고 말할 수 있다. 본 발명의 확산면의 PSD 값의 고주파 영역은 프랙탈 곡선의 PSD 값에 근접한다. 즉, 본 발명의 확산면의 PSD는, 고주파 영역에 대해서는 이상적으로 연마된 면의 PSD에 가까워지고, 매우 작게 눌러져 있다. 도 2는, 이상적으로 연마된 면(이하, 이상면 이라 함)의 PSD(파선) 및 본 발명의 확산면의 PSD(실선)를 도시하는 그래프이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 고 주파수 영역보다도 낮은 주파수 영역의 확산면을 거칠게 하는 것을 본 발명에서는 제안하고 있다. 도 2의 예에서는 저주파 영역에 있어서도 이상적으로 연마된 면의 PSD에 근접하고 있지만, 이 영역을 근접시키지 않아도 좋다. 이러한 차이는 예를 들어, 고주파 영역의 평균적인 차이와 다른 주파수의 평균적인 차이를 비교해도 좋고, RMS 값이나 최대값을 비교해도 좋다. 또한, 본 발명의 조명 장치는, 상기 반사형 플라이 아이 광학계의 입사면의 직경을 D, 상기 반사 광학계로부터 상기 반사형 플라이 아이 광학계의 입사면까지의 거리를 L, 상기 조명광의 파장을 λ 라고 하면, 상기 고주파 영역과 그보다도 낮은 다른 주파수 영역의 경계값은, D/2λL 보다도 낮은 것을 특징으로 한다. 광의 확산각은, 확산면의 면 거칠기의 피치의 주파수가 높아짐에 따라 커진다. 따라서, 확산면의 면 거칠기의 피치가 작을 경우, 조명광의 확산각은 매우 커지기 때문에, 조명광이 반사형 플라이 아이 광학계에 입사할 수 없는 방향으로 확산하고, 조명광의 광량이 감소한다. 여기에서, 고주파 영역과 그보다도 주파수가 낮은 중간 주파수 영역과의 경계값을 D/2λL 보다도 낮게 하는 이유는 이하의 고찰에 의해 요구된다. 반사형 플라이 아이 광학계에 입사할 수 있는 범위 밖으로 확산하는 값을 D/2(m)로 가정한다. 확산면의 물결의 피치(주기)를 P(m)라 하고, 조명광의 파장을 λ(m)라 하면, 확산각은 λ/P(rad)가 된다. 확산각 λ/P(rad)으로 L(m)만큼 진행하면, 확산에 의한 넓이는, Lλ/P(m)이 된다. 따라서, Lλ/P(m)=D/2의 경우, P=2λL/D가 되고, 대응하는 주파수는 D/2λL이 된다. 여기에서, 2λL/D보다 피치(P)가 작아지면, 확산각이 지나치게 커져서 광량 손실이 된다. 본 발명에서는, 확산각이 지나치게 커져 광량 손실이 될 수 있는 고주파 영역에 대응하는 면형상이 이상적인 면형상에 가깝기 때문에, 광량 손실을 저감하면서 조명 강도의 고주파 성분을 제거할 수 있다. 또한, 본 발명의 조명 장치는, 반사형 플라이 아이 광학계의 입사면의 직경을 D, 상기 반사 광학계로부터 상기 반사형 플라이 아이 광학계의 입사면까지의 거리를 L, 상기 조명광의 파장을 λ 라고 하면, 상기 고주파 영역과 고주파 영역보다도 낮은 다른 주파수 영역의 경계값은, D/100λL보다도 높은 것을 특징으로 한다. 여기에서, 고주파 영역과 그보다도 주파수가 낮은 중간 주파수 영역과의 경계값을 D/100λL보다도 높게하는 이유는 아래와 같다. 반사형 플라이 아이 광학계에 입사할 수 있는 범위 밖으로 확산하는 값을 D/100(m)로 가정하면, 상술한 바와 같이, P=100λL/D가 되고, 대응하는 주파수는 D/100λL이 된다. 여기에서, 100λL/D보다 피치(P)가 커지면, 확산에 의한 효과가 지나치게 작아져서, 광 조명 강도분포의 고주파 성분을 제거한다고 하는 본래의 기능이 축소된다. 따라서, 본 발명에서는, 조명 강도분포의 고주파 성분을 제거하는 기능을 갖도록, 경계값을 D/100λL보다도 높게 함으로써, 광속을 확산시키는 기능을 높이고, 광 조명 강도분포의 고주파 성분을 보다 효과적으로 제거시키도록 했다. 상기 조명 장치에 의하면, 확산면의 PSD(Power Spectral Density)가 고주파 영역에 있어서 프랙탈 곡선으로 표현되는 형상에 대하여 차이가 작기 때문에, 반사형 플라이 아이 광학계에 입사될 수 있는 범위 내에 있어서 광속을 확산시킬 수 있다. 따라서, 반사형 플라이 아이 광학계에 입사하는 조명광의 광량의 손실을 억제하면서 반사형 플라이 아이 광학계에 입사하는 조명광의 광강도 분포로부터 고주파 성분에 의한 광강도 분포를 제거할 수 있고, 조명광의 조도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 조명 장치는, 확산면의 면 거칠기가 1mm 피치보다도 작은 피치의 거칠기가 0.5 내지 3nmRMS인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 조명 장치에 의하면, 확산면의 1mm 피치보다도 작은 피치의 거칠기가 0.5 내지 3nmRMS이기 때문에, 조명광의 확산면에 관한 높은 반사율을 유지할 수 있고, 조명광의 광량의 손실을 방지할 수 있다. 따라서, 조명광의 광량의 손실을 억제하면서 반사형 플라이 아이 광학계에 입사하는 조명광의 광강도 분포로부터 고주파 성분에 의한 광강도 분포를 제거할 수 있고, 조명광의 조도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 광이 확산하기 위해서는, 광의 광속 직경내에서 면이 적어도 수회의 물결 형상을 가질 필요가 있다. 통상의 노광 장치로는, 가장 가는 광의 광속 직경은 약 20 내지 30mm이기 때문에, 피치가 1mm 이하일 경우, 광의 광속 직경내에서 충분한 회수의 면의 물결 형상을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 조명 장치는, 피조사면에 조명되는 광속은 파장이 5 내지 40nm의 EUV 광인 것을 특징으로 한다. 조명광으로서 5 내지 40nm의 EUV 광을 사용하였을 경우도 양호하게 조명 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 노광 장치는, 감광성 기판 위에 마스크의 패턴을 전사하는 노광 장치에 있어서, 상기 마스크를 조명하기 위한, 본 발명의 조명 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 노광 장치에 의하면, 조명광의 광량의 손실을 억제하면서 조명광의 조도의 균일성을 향상시킬 수 있는 조명 장치를 구비하고 있기 때문에, 감광성 기판상에 있어서의 해상력이나 콘트라스트 등의 저하를 방지할 수 있고, 마스크에 형성된 미세한 패턴을 감광성 기판 위에 높은 처리량(throughput)으로 노광할 수 있다. 또한, 본 발명의 마이크로 디바이스의 제조 방법은, 본 발명의 노광 장치를 이용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판 위에 노광하는 노광 공정과, 상기 노광 공정에 의해 노광된 상기 감광성 기판을 현상하는 현상 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 마이크로 디바이스의 제조 방법에 의하면, 조명광의 광량의 손실을 억제하면서 조명광의 조도의 균일성을 향상시킬 수 있는 노광 장치를 이용하여 노광하기 때문에, 감광성 기판상에 있어서의 해상력이나 콘트라스트 등의 저하를 방지할 수 있고, 미세한 회로 패턴을 갖는 마이크로 디바이스의 제조를 높은 처리량으로 실행할 수 있다. 본 발명의 조명 장치에 의하면, 반사형 광학계의 반사면의 적어도 일부가 확산면에 의해 구성되어 있기 때문에, 조명광의 광량의 손실을 억제하면서 반사형 플라이 아이 광학계에 입사하는 조명광의 광강도 분포로부터 고주파 성분에 의한 광강도 분포를 제거할 수 있고, 조명광의 조도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 이 조명 장치를 노광 장치에 사용하였을 경우, 조명광에 의해 마스크면(나아가서는 감광성 기판면)상을 균일하게 조명할 수 있으므로, 감광성 기판상에 있어서의 해상력이나 콘트라스트 등의 저하를 방지할 수 있고, 마스크에 형성된 미세한 패턴을 감광성 기판 위로 높은 처리량으로 노광할 수 있다. 또한, 본 발명의 노광 장치에 의하면, 조명광의 광량의 손실을 억제하면서 조명광의 조도의 균일성을 향상시킬 수 있는 조명 장치를 구비하고 있기 때문에, 감광성 기판상에 있어서의 해상력이나 콘트라스트 등의 저하를 방지할 수 있고, 마스크에 형성된 미세한 패턴을 감광성 기판 위로 높은 처리량으로 노광할 수 있다. 또한, 본 발명의 마이크로 디바이스의 제조 방법에 의하면, 조명광의 광량의 손실을 억제하면서 조명광의 조도의 균일성을 향상시킬 수 있는 노광 장치를 이용하여 노광하기 때문에, 감광성 기판상에 있어서의 해상력이나 콘트라스트 등의 저하를 방지할 수 있고, 미세한 회로 패턴을 갖는 마이크로 디바이스의 제조를 높은 처리량으로 실행할 수 있다.