JP2000098229A

JP2000098229A - 反射縮小投影光学系、該光学系を備えた投影露光装置および該装置を用いた露光方法

Info

Publication number: JP2000098229A
Application number: JP10267707A
Authority: JP
Inventors: Yuto Takahashi; 友刀高橋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2000-04-07

Abstract

(57)【要約】【目的】物体側の実質的にテレセン性を確保しながら、
比較的に反射面の数が少なく抑えつつも極めて優れた結
像性能を達成し、さらに実際に製造されたものの結像性
能も向上させる。【構成】第１面上の物体を第２面上に縮小結像する反
射縮小光学系において、前記反射縮小光学系は、第１反
射鏡と、第２反射鏡と、第３反射鏡と、開口絞りと、第
４反射鏡とからなり、前記第１乃至第４反射鏡は、所定
の光軸に対してそれぞれ共軸に配置され、前記第１面か
らの光は、前記第１反射鏡、第２反射鏡、第３反射鏡、
開口絞りおよび第４反射鏡を順に介して、前記第２面に
導かれ、さらに、所定の条件を満足するように構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、半導体素子や液晶
表示素子、または薄膜磁気ヘッドなどのデバイスをリソ
グラフィ工程により製造する際に用いられる露光装置及
び露光方法、これらの露光装置及び方法に好適な反射縮
小投影光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体の製造や半導体チップ実装
基板の製造ではますます微細化しており、これらのパタ
ーンを焼き付ける露光装置はより解像力の高いものが要
求されてきている。この要求を満足するためには、光源
の波長を短波長化し、かつＮＡ（光学系の開口数）を大
きくしなければならない。しかしながら、波長が短くな
ると光の吸収のため実用に耐える光学ガラスが限られて
くる。さらに、短波長の紫外線やＸ線になると、使用で
きる光学ガラスは存在しなくなる。このような場合、屈
折光学系だけか、または反射屈折光学系で縮小投影光学
系を構成することは、まったく不可能となる。

【０００３】そのため、反射系のみで投影光学系を構成
する反射縮小光学系が例えば特開平9-211332号公報に提
案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平9-211332号
公報に開示されている投影光学系は、凹凸凹の反射鏡か
らなる２組の光学系により構成されており、２組の縮小
投影系の間に中間像を形成するものである。特開平9-21
1332号の投影光学系は、全体として６面の反射面を有し
ているため、収差補正の自由度は高いが、反射面の数が
多すぎるため光量ロスが多い問題点がある。さらに投影
光学系全体の結像性能は、各反射面の製造誤差により発
生する収差により低下するため、反射面の数が多すぎる
と各反射面の公差を極めて厳しく抑えなければならず、
製造が困難である問題点がある。従って、光学設計上で
の結像性能は高いが実際に製造されたものの結像性能が
十分でなくなる恐れがある。

【０００５】そこで、本発明は、物体側の実質的にテレ
セン性を確保しながら、比較的に反射面の数が少なく抑
えつつも極めて優れた結像性能を達成し、さらに実際に
製造されたものの結像性能も向上させることを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の請求項１に記載の発明に係る反射縮小光
学系は、第１面上の物体を第２面上に縮小結像する反射
縮小投影光学系において、前記反射縮小光学系は、凹面
状の反射面を有する第１反射鏡と、近軸領域で零パワー
の非球面形状の反射面を有する第２反射鏡と、凸面状の
反射面を有する第３反射鏡と、開口絞りと、凹面状の反
射面を有する第４反射鏡とからなり、前記第１乃至第４
反射鏡は、所定の光軸に対してそれぞれ共軸に配置さ
れ、前記第１面からの光は、前記第１反射鏡、第２反射
鏡、第３反射鏡、開口絞りおよび第４反射鏡を順に介し
て、前記第２面に導かれ、ここで、前記第３反射鏡の頂
点から前記開口絞りまでの前記光軸に沿った距離をｓと
し、前記第３反射鏡から第４反射鏡までの前記光軸に沿
った距離をＤとすると、（１） 0.7 ＞ｓ／Ｄ＞ 0.1 の条件を満足するように構成したものである。

【０００７】また、請求項２に記載の発明に係る反射縮
小投影光学系では、前記開口絞りは、該開口絞りに入射
する光束の全周を囲む形状としたものである。また、請
求項３に記載の発明に係る反射縮小投影光学系では、前
記開口絞りは、前記第２面側がテレセントリックとなる
ように設定されるようにしたものである。

【０００８】また、請求項４に記載の発明に係る反射縮
小光学系では、前記第１反射鏡の近軸領域での曲率、前
記第３反射鏡の近軸領域での曲率、第４反射鏡の近軸領
域での曲率をそれぞれｐ１、ｐ３、ｐ４とするとき、（２） −0.005 ＜（ｐ１＋ｐ３＋Ｐ４）＜ 0.005 の条件を満足するようにしたものである。

【０００９】また、請求項５に記載の発明に係る反射縮
小投影光学系では、前記第１反射鏡と第３反射鏡と第４
反射鏡は非球面形状で形成されるようにしたものであ
る。また、請求項６に記載の発明に係る反射縮小投影光
学系では、前記第１及び第３反射鏡は、各反射面が前記
第１面側に向くようにそれぞれ配置され、前記第２及び
第４反射鏡は、各反射面が前記第２面側に向くようにそ
れぞれ配置され、前記第１乃至第４反射鏡は、前記第３
反射鏡の頂点と第４反射鏡の頂点との間に、前記第１反
射鏡の頂点と前記第２反射鏡の頂点が位置するように、
それぞれ配置されるようにしたものである。

【００１０】また、請求項７に記載の発明に係る露光装
置は、所定波長を持つ露光光を投影原版へ導く照明光学
系と、該照明光学系からの光に基づいて、前記投影原版
の縮小像を感光性基板上に形成する投影光学系とを備
え、前記投影光学系は、請求項１乃至６の何れか一項記
載の反射縮小投影光学系で構成され、前記反射縮小投影
光学系に対して前記投影原版及び前記感光性基板を相対
的に移動させつつ露光を行うようにしたものである。

【００１１】また、請求項８に記載の発明に係る露光方
法は、所定波長の光を投影原版へ導き、該光に基づいて
前記投影原版の縮小像を感光性基板上に形成する露光方
法において、請求項１乃至６の何れか一項記載の反射縮
小投影光学系を用いて前記縮小像を前記感光性基板上に
形成し、該縮小像を前記感光性基板上で走査させるよう
にしこものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の基本的な構成につ
いて図１を参照して説明する。図１は後述の第１実施例
にかかる反射縮小投影光学系の横断面の光路図であり、
図１では光束の幅は横断面のみを表してある。図１に示
すように、本発明の反射縮小投影光学系１０は、第１面
Ｒ上の物体を第２面Ｗ上に結像するために、凹面状の反
射面を有する第１反射鏡（凹面鏡）Ｍ１と、近軸領域で
零パワーの非球面形状の反射面を有する第２反射鏡（非
球面を有する平面鏡）Ｍ２と、凸面状の反射面を有する
第３反射鏡（凸面鏡）Ｍ３と、所定形状の開口部を有す
る開口絞りＡＳと、凹面状の反射面を有する第４反射鏡
（凹面鏡）Ｍ４とからなる構成を基本としている。ここ
で、第２反射鏡Ｍ２の構成を換言すると、第２反射鏡Ｍ
２は、平面鏡に非球面を形成した形状を有しており、そ
の平面鏡は、その近軸領域（光軸Ａｘ近傍の領域）では
零パワーを有しており、近軸領域から離れた周辺領域で
は非球面形状によって微弱なパワー（所定のパワー）を
有している。

【００１３】また、第１乃至第４反射鏡（Ｍ１〜Ｍ４）
は、所定の光軸Ａｘに関してそれぞれ共軸となるよう
に、換言すれば、各反射鏡（Ｍ１〜Ｍ４）の頂点（反射
鏡の反射面がその反射鏡の基準軸と交わる点）がそれぞ
れ光軸Ａｘ上に位置するように又は各反射鏡（Ｍ１〜Ｍ
４）の基準軸がそれぞれ光軸Ａｘと一致するように、光
軸Ａｘに沿ってそれぞれ所定の間隔を隔てて配置されて
いる。これにより、各反射鏡（Ｍ１〜Ｍ４）の鏡筒組み
込み・調整を容易とすることができる。なお、反射面の
基準軸とは、その反射面の頂点とその反射面の近軸曲率
中心とを結ぶ軸を意味する。

【００１４】以上の構成によって、第１面Ｒ側の光束お
よび第２面Ｗ側の光束のテレセン性が確保しながら、開
口絞りＡＳを位置を無理なく設定することができる。つ
まり、第１面Ｒからの光束Ｌ１が反射縮小投影光学系１
０に入射すると、この入射光Ｌ１は、ほぼテレセントリ
ック（第１面Ｒの法線方向又は光軸Ａｘに対して主光線
がほぼ平行）な状態のもとで第１反射鏡（凹面鏡）Ｍ１
に向けて入射する。そして、その入射光Ｌ１は、この第
１反射鏡（凹面鏡）Ｍ１にて反射され、次の第２反射鏡
（非球面を有する平面鏡）Ｍ２により反射された後、次
の第３反射鏡（凸面鏡）Ｍ３に入射する。この第３反射
鏡（凸面鏡）Ｍ３を反射した光Ｌ１は、反射縮小投影光
学系１０の光軸Ａｘを横切るように開口絞りＡＳの開口
部を通過して、次の第４反射鏡（凹面鏡）Ｍ４に入射る
す。その後、この第４反射鏡（凹面鏡）Ｍ４を反射した
光束Ｌ１は、実質的にテレセントリック（第２面Ｗの法
線方向又は光軸Ａｘに対して主光線が実質的に平行）な
状態のもとで第２面Ｗ上に結像される。

【００１５】なお、反射縮小投影光学系１０の入射側
（第１面側）でのテレセン性は、これの射出側（第２面
側）でのテレセン性と比べて、後述する照明光学系の構
成に絡む照明光の反射レチクル（第１面）Ｒへの入射角
との関係から、若干崩れている。しかしながら、第１面
Ｒから反射縮小投影光学系１０の入射瞳位置までの光軸
Ａｘに沿った距離が、第１面（物体面）Ｒから第２面
（像面又は結像面）Ｗまでの光軸Ａｘに沿った距離の
１．７倍以上のものを本発明では物体側テレセントリッ
クと呼ぶ。

【００１６】このとき、第１反射鏡（凹面鏡）Ｍ１に入
射したほぼテレセントリックな光束Ｌ１は、ほぼ光軸Ａ
ｘの方向に向けて反射されて、第２反射鏡（非球面を有
する平面鏡）Ｍ２に入射する。この入射光Ｌ１は、第２
反射鏡（非球面を有する平面鏡）Ｍ２により入射方向と
は反対方向に反射され、次の第３反射鏡（凸面鏡）Ｍ３
により入射方向とは反対方向となるように開口絞りＡＳ
に向けて反射させている。このように、第１〜第３反射
鏡（Ｍ１〜Ｍ３）により第１面Ｒからの光束Ｌ１を３回
折り返すことによって、結像に有効な光束を欠くことな
く開口絞りを配置することができ、この開口絞りＡＳの
配置空間を十分に確保することが可能となる。

【００１７】ここで、第２反射鏡Ｍ２は、前述のよう
に、平面鏡の反射面を非球面に形成した形状を有してお
り、その第２反射鏡Ｍ２は、その第２反射鏡Ｍ２の反射
面での近軸領域では零パワーを有していると共に、その
第２反射鏡Ｍ２の反射面の近軸領域から離れた周辺領域
では、非球面効果によって微弱なパワーを有している。
本発明においては、上記のように、第２反射鏡Ｍ２は、
非球面からなる反射面をほぼ平面鏡で構成されなければ
ならない。

【００１８】もし、第２反射鏡Ｍ２を単なる平面鏡で構
成した場合には、収差補正が著しく困難となり、反射縮
小投影光学系１０の光学結像性能を十分に維持すること
ができない。また、第２反射鏡Ｍ２が正あるいは負のパ
ワー（近軸領域で正あるいは負のパワー）を持っている
と、反射縮小投影光学系１０全体の収差の対称性が崩れ
て収差バランスが悪化し、良好なる結像性能を達成する
ことが困難となる。この場合、特に、結像に有効な光束
を遮光することなく開口絞りＡＳを配置することが困難
となる。

【００１９】以上のように、反射縮小投影光学系１０を
構成することにより、反射縮小投影光学系全体の諸収差
の対称性を維持して良好なる収差バランスを確保しなが
ら、結像に有効な光束を欠くことなく自由な位置に開口
絞りＡＳを配置することができるため、反射縮小投影光
学系１０における収差補正能力を格段に高く保つことで
できる。

【００２０】このとき、本発明の反射縮小投影光学系１
０において、第３反射鏡Ｍ３の頂点から開口絞りＡＳま
での光軸Ａｘに沿った距離をｓとし、第３反射鏡Ｍ３か
ら第４反射鏡Ｍ４までの光軸に沿った距離をＤとする
と、（１） 0.7 ＞ｓ／Ｄ＞ 0.1 の条件を満足するように構成されている。これにより、
反射縮小投影光学系１０において、結像に有効な光束を
欠くことなく開口絞りＡＳを良好に配置することが十分
に保証される。

【００２１】ここで、もし、条件式（１）の下限を逸脱
すると、開口絞りＡＳは、第２反射鏡（非球面形状の反
射面を有する平面鏡）Ｍ２からの反射光束（下側光束）
を欠くこととなる。また、条件式（１）の上限を逸脱す
ると、第４反射鏡（凹面鏡）Ｍ４からの反射光束（上側
光束）を欠くこととなるため、好ましくない。本発明
は、以上にて述べた従来にない新規な構成を適用してい
るため、諸収差がバランス良く良好に補正された極めて
優れた結像性能を有する反射縮小投影光学系を実現する
ことができる。

【００２２】ここで、以上に述べた構成を採用すると、
開口絞りＡＳの開口部形状を、その開口絞りＡＳを通過
する光束の全周を囲む形状とすることができ、通常の開
口絞りの構成を採用することができる。このとき、第２
面Ｗ側を完全なるテレセン性又はほぼ完全に近いテレセ
ン性を十分に保証するためには、開口絞りＡＳの光軸Ａ
ｘの方向の位置は、第２面Ｗ側がテレセントリックとな
るように位置決めされることが好ましい。

【００２３】さて、反射縮小投影光学系においてより一
層十分なる光学結像性能を果たすには、第２面上に形成
される像（第１面Ｒの像）に関する像面（結像面）の十
分なるコントロールを図ることが好ましい。この場合、
ある像高における円弧状領域（又は輪帯状領域）が良好
に収差された円弧状結像面（又は輪帯状結像面）を形成
する光学系においても、これらの円弧状結像面（又は輪
帯状結像面）のみならず、像面全体をなるべく平坦とす
ることが望ましい。

【００２４】このためには、反射縮小投影光学系におけ
る第１反射鏡（凹面鏡）Ｍ１、第３反射鏡（凸面鏡）Ｍ
３及び第４反射鏡（凹面鏡）Ｍ４にて発生するぺッツバ
ール和をなるべく小さく抑えることが必要となる。この
時、第１反射鏡（凹面鏡）Ｍ１の近軸領域での曲率、第
３反射鏡（凸面鏡）Ｍ３の近軸領域での曲率、第４反射
鏡（凹面鏡）Ｍ４の近軸領域での曲率をそれぞれｐ１、
ｐ３、ｐ４とするとき、（２） −0.005 ＜（ｐ１＋ｐ３＋Ｐ４）＜ 0.005 の条件を満足することが好ましい。

【００２５】ここで、条件式（２）の下限を逸脱する
と、第２面（感光性基板の表面又はウエハ面）Ｗに形成
される像面が凹状に湾曲し過ぎてしまう。このため、そ
の第２面（感光性基板の表面又はウエハ面）Ｗにて発生
する像面湾曲の量は反射縮小投影光学系にて補正できる
範囲を大幅に越えてしまい、像の劣化をもたらす。ま
た、条件式（２）の上限を逸脱すると、第２面（感光性
基板の表面又はウエハ面）Ｗに形成される像面が凸状に
湾曲し過ぎてしまう。このため、その第２面（感光性基
板の表面又はウエハ面）Ｗにて発生する像面湾曲の量は
反射縮小投影光学系にて補正できる範囲を大幅に越えて
しまうことになり、像の劣化をもたらす。

【００２６】また、本発明においては、第２反射鏡Ｍ２
を非球面形状で形成することに加えて、さらに、第１反
射鏡（凹面鏡）Ｍ１と第３反射鏡（凸面鏡）Ｍ３と第４
反射鏡（凹面鏡）Ｍ４も非球面形状で形成されているこ
とがとが好ましい。すなわち、反射縮小投影光学系を構
成する全ての反射鏡を非球面化することが良い。これに
より、各反射鏡（Ｍ１〜Ｍ４）にて発生する高次の収差
をバランス良く補正することができるため、結像性能を
より一層良好にすることができる。

【００２７】また、本発明においては、第１及び第３反
射鏡（Ｍ１、Ｍ３）は、各反射面が前記第１面Ｒ側に向
くようにそれぞれ設定されると共に、第２及び第４反射
鏡（Ｍ２、Ｍ４）は、各反射面が第２面Ｗ側に向くよう
にそれぞれ設定されることが好ましい。特に、第１乃至
第４反射鏡（Ｍ１〜Ｍ４）は、第３反射鏡Ｍ３の頂点
（反射鏡Ｍ３の反射面がその反射鏡Ｍ３の基準軸と交差
する点）と第４反射鏡Ｍ４の頂点（反射鏡Ｍ４の反射面
がその反射鏡Ｍ４の基準軸と交差する点）との間に、第
１反射鏡Ｍ１の頂点（反射鏡Ｍ１の反射面がその反射鏡
Ｍ１の基準軸と交差する点）と第２反射鏡Ｍ２の頂点
（反射鏡Ｍ２の反射面がその反射鏡Ｍ２の基準軸と交差
する点）が位置するように、それぞれ配置されることが
より一層好ましい。すなわち、第３反射鏡Ｍ３と第４反
射鏡Ｍ４とが光軸Ａｘの方向において第１反射鏡Ｍ１と
第２反射鏡Ｍ２とを挟むように配置されることがより一
層好ましいのである。これにより、第１面Ｒと第２面Ｗ
との間の距離を短くできるため、反射縮小投影光学系の
全体のコンパクト化を十分に果たすことができる。

【００２８】また、本発明においては、反射縮小投影光
学系１０は、基本的に、４枚の反射鏡（Ｍ１〜Ｍ４）の
みからなる構成とすることが好ましい。これにより、本
発明の反射縮小投影光学系１０を、波長５〜１５ｎｍの
軟Ｘ線領域の光（本明細書では、この光を「ＥＵＶ(Ext
reme Ultra Violet)光」と呼ぶ）や、この波長以下の硬
Ｘ線領域の光を露光光として用いる投影露光装置に適用
した場合、当該波長域における反射膜の反射率が低くて
も、反射面の数が４面だけなので実用上十分な光量を確
保することができる。さらに、反射面が数が少ないため
反射面の面形状誤差による結像性能の劣化を招く恐れが
少なくなる利点もある。

【００２９】次に、図２を参照しながら、本発明に係る
反射縮小投影光学系１０を組み込んだ投影露光装置につ
いて説明する。図２には、本発明に係る反射縮小光学系
１０を組み込んだ投影露光装置ＥＸの全体構成が概略的
に示されている。この投影露光装置ＥＸは、露光用の照
明光として波長５〜１５ｎｍ程度の軟Ｘ線領域の光（Ｅ
ＵＶ光）を用いて、ステップ・アンド・スキャン方式に
より露光動作を行う投影露光装置である。なお、図２に
おいては、投影原版としての反射型レチクルＲの縮小像
をウエハＷ上に形成する反射縮小投影光学系系の光軸方
向をＺ方向とし、このＺ方向と直交する紙面内方向をＹ
方向とし、これらＹＺ方向と直交する紙面垂直方向をＸ
方向とする。

【００３０】この投影露光装置ＥＸは、投影原版（マス
ク）としての反射型レチクルＲに描画された回路パター
ンの一部の像を反射縮小投影光学系１０を介して感光性
基板としてのウエハＷ上に投影しつつ、レチクルＲとウ
エハＷとを反射縮小投影光学系１０に対して１次元方向
（ここではＹ軸方向）に相対走査することによって、反
射型レチクルＲの回路パターンの全体をウエハＷ上の複
数のショット領域の各々にステップアンドスキャン方式
で転写するものである。

【００３１】ここで、本実施形態における露光用の照明
光であるＥＵＶ光は、大気に対する透過率が低いため、
ＥＵＶ光が通過する光路は真空チャンバーＶＣにより覆
われて外気より遮断されている。まず、図２における照
明光学系系について説明する。レーザ光源３０は、赤外
域〜可視域の波長のレーザ光を供給する機能を有し、例
えば半導体レーザ励起によるＹＡＧレーザやエキシマレ
ーザなどを適用できる。このレーザ光は集光光学系３１
により集光されて、位置３２に集光する。ノズル３３は
気体状の物体を位置３２へ向けて噴出し、この噴出され
た物体は位置３２において高照度のレーザ光を受ける。
このとき、噴出された物体がレーザ光のエネルギで高温
になり、プラズマ状態に励起され、低ポテンシャル状態
へ遷移する際にＥＵＶ光を放出する。

【００３２】この位置３２の周囲には、集光光学系を構
成する楕円鏡３４が配置されており、この楕円鏡３４
は、その第１焦点が位置３２とほぼ一致するように位置
決めされている。楕円鏡３４の内表面には、ＥＵＶ光を
反射するための多層膜が設けられており、ここで反射さ
れたＥＵＶ光は、楕円鏡３４の第２焦点で一度集光した
後、集光光学系を構成するコリメート鏡としての放物面
鏡３５へ向かう。放物面鏡３５は、その焦点が楕円鏡３
４の第２焦点位置とほぼ一致するように位置決めされて
おり、その内表面には、ＥＵＶ光を反射するための多層
膜が設けられている。

【００３３】放物面鏡３５から射出されるＥＵＶ光は、
ほぼコリメートされた状態でオプティカルインテグレー
タとしての反射型フライアイ光学系３６へ向かう。反射
型フライアイ光学系３６は、複数の反射面を集積してな
る第１の反射素子群３６ａと、第１の反射素子群３６ａ
の複数の反射面と対応した複数の反射面を有する第２の
反射素子群３６ｂとで構成されている。これら第１及び
第２の反射素子群３６ａ，３６ｂを構成する複数の反射
面上にもＥＵＶ光を反射させるための多層膜が設けられ
ている。

【００３４】放物面鏡３５からのコリメートされたＥＵ
Ｖ光は、第１の反射素子群３６ａにより波面分割され、
各々の反射面からのＥＵＶ光が集光されて複数の光源像
が形成される。これら複数の光源像が形成される位置の
近傍のそれぞれには、第２の反射素子群３６ｂの複数の
反射面が位置決めされており、これら第２の反射素子群
３６ｂの複数の反射面は、実質的にフィールドミラーの
機能を果たす。このように、反射型フライアイ光学系３
６は、放物面鏡３５からの略平行光束に基づいて、２次
光源としての多数の光源像を形成する。尚、このような
反射型フライアイ光学系３６については、本願出願人に
よる特願平10-47400号に提案されている。

【００３５】本実施形態では、２次光源の形状を制御す
るために、第２の反射素子３６ｂ近傍に第１開口絞りと
してのσ絞りａｓが設けられている。このσ絞りａｓ
は、例えば互いに形状が異なる複数の開口部をターレッ
ト上に設けたものからなる。そして、σ絞り制御ユニッ
トＡＳＣ１により、どの開口部を光路内に配置するのか
の制御が行われる。

【００３６】さて、反射型フライアイ光学系３６により
形成された２次光源からのＥＵＶ光は、この２次光源位
置の近傍が焦点位置となるように位置決めされたコンデ
ンサミラー３７へ向かい、このコンデンサミラー３７に
て反射集光された後に、光路折り曲げミラー３８を介し
て、反射型レチクルＲ上に達する。これらコンデンサミ
ラー３７及び光路折り曲げミラー３８の表面には、ＥＵ
Ｖ光を反射させる多層膜が設けられている。そして、コ
ンデンサミラー３７は、２次光源から発するＥＵＶ光を
集光して、反射型レチクルＲを重畳的に均一照明する。

【００３７】なお、本実施形態の反射縮小投影光学系１
０は、反射型レチクルＲ側において、ほぼテレセントリ
ックではあるものの、完全なるテレセントリックではな
いため、反射型レチクルＲへ向かう照明光と、その反射
型レチクルＲにて反射されて、反射縮小投影光学系１０
へ向かう結像光との光路分離を空間的に行うことができ
る。

【００３８】さて、反射型レチクルＲ上には、ＥＵＶ光
を反射する多層膜からなる反射膜が設けられており、こ
の反射膜は、感光性基板としてのウエハＷ上へ転写すべ
きパターンの形状に応じたパターンとなっている。この
反射型レチクルＲにて反射されて、反射型レチクルＲの
パターン情報を含むＥＵＶ光は、反射縮小投影光学系系
１０に入射する。

【００３９】反射縮小投影光学系１０は、前述において
説明した通り、ミラーＭ１〜Ｍ４の４枚構成からなり、
ミラーＭ３とミラーＭ４との間の光路中（ミラーＭ３と
ミラーＭ４との光路に沿って進む主光線と光軸Ａｘとが
交差する位置）には、第２開口絞りとしての可変開口絞
りＡＳが配置されている。すなわち、可変開口絞りＡＳ
は、これの開口部の中心と光軸Ａｘとが一致するように
設定されている。ここで、その可変開口絞りＡＳは、そ
の開口部の口径が可変となるように構成されており、そ
の口径は可変開口絞り制御ユニットＡＳＣ２により制御
される。

【００４０】なお、反射縮小投影光学系１０を構成する
ミラーＭ１〜Ｍ４は、所定の基材上にＥＵＶ光を反射す
る多層膜を設けたものからなる。反射型レチクルＲにて
反射されたＥＵＶ光は、反射縮小投影光学系１０を通過
して、ウエハＷ上の円弧形状の露光領域内に、所定の縮
小倍率β（例えば｜β｜＝１／４，１／５，１／６）の
もとで反射型レチクルＲのパターンの縮小像を形成す
る。なお、図１に示す実施の形態では、円弧状の露光領
域を規定するための視野絞りをレチクルＲ近傍に配置す
ることが好ましいが、この視野絞りをレチクルＲ近傍に
配置することが困難である場合には、照明系の照明光路
におけるレチクルＲと光学的に共役な位置に配置するこ
とが望ましい。

【００４１】また、反射型レチクルＲは少なくともＹ方
向に沿って移動可能なレチクルステージＲＳにより支持
されており、ウエハＷはＸＹＺ方向に沿って移動可能な
ウエハステージＷＳにより支持されている。これらのレ
チクルステージＲＳ及びウエハステージＷＳの移動は、
それぞれレチクルステージ制御ユニットＲＳＣ及びウエ
ハステージ制御ユニットＷＳＣにより制御される。露光
動作の際には、照明系により反射型レチクルＲに対して
ＥＵＶ光を照射しつつ、反射縮小投影光学系１０に対し
て反射型レチクルＲ及びウエハＷを、投影系の縮小倍率
により定まる所定の速度比で移動させる。これにより、
ウエハＷ上の所定のショット領域内には、反射型レチク
ルＲのパターンが走査露光される。

【００４２】なお、本実施形態において、σ絞りａｓ、
可変開口絞りＡＳあるいは視野絞りは、ＥＵＶ光を十分
に遮光するために、Ａｕ、Ｔａ、Ｗなどの金属から構成
されることが好ましい。また、以上にて述べた各ミラー
の表面の反射面は、ＥＵＶ光を反射するために反射膜と
しての多層膜が形成されている。この多層膜は、モリプ
デン、ルテニウム、ロジウム、珪素、珪素酸化物のうち
の複数の物質を積層させて形成されている。

【００４３】

【実施例】以下、本発明にかかる反射縮小投影光学系の
数値実施例について説明する。図１は第１実施例の反射
縮小投影光学系の横断面の光路図であり、図４は第２実
施例の反射縮小投影光学系の横断面の光路図である。な
お、図１及び図４において、横断面における光束の幅の
みを示している。

【００４４】第１及び第２実施例の反射縮小投影光学系
１０は、第１面Ｒ上の物体の縮小像を第２面Ｗ上に結像
するために、第１面Ｒ側に凹面状の反射面を有する第１
反射鏡（凹面鏡）Ｍ１と、近軸上においてパワーを持た
ない非球面形状の反射面を有する第２反射鏡（第２面Ｗ
側に非球面の反射面を有する平面鏡）Ｍ２と、第１面Ｒ
側に凸面状の反射面を有する第３反射鏡（凸面鏡）Ｍ３
と、第２面Ｗ側に凹面状の反射面を有する第４反射鏡
（凹面鏡）Ｍ４とから構成されている。

【００４５】ここで、第２反射鏡（非球面を有する平面
鏡）Ｍ２の反射面は、光軸Ａｘに対して回転対称な非球
面形状で形成されており、また、第１反射鏡（凹面鏡）
Ｍ１、第３反射鏡（凸面鏡）Ｍ３及び第４反射鏡（凹面
鏡）Ｍ４は、それぞれ光軸Ａｘに対して回転対称な非球
面形状で形成されている。また、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ４
は、共通の光軸Ａｘ上に沿って互いに共軸となるように
配置されており、この光軸Ａｘ上であって第２反射鏡Ｍ
２と第３反射鏡Ｍ３との間の光路中には開口絞りＡＳが
配置される。

【００４６】そして、第１面Ｒからの光は、第１反射鏡
（凹面鏡）Ｍ１、第２反射鏡（非球面を有する平面鏡）
Ｍ２、第３反射鏡（凸面鏡）Ｍ３、開口絞りＡＳ、第４
反射鏡（凹面鏡）Ｍ４を順に通過して第２面Ｗ上に縮小
像を形成する。上述の通り、第１及び第２実施例におけ
る各反射鏡Ｍ１〜Ｍ４は非球面形状を有しているが、こ
の非球面形状は次式で表される。

【００４７】

【数１】

【００４８】ここで、Ｙは中心接平面から非球面までの距離、ｃは中心曲率（近軸領域での中心曲率）ｒは光軸からの距離ｋはコニック定数Ａは４次の非球面係数Ｂは６次の非球面係数Ｃは８次の非球面係数Ｄは１０次の非球面係数である。

【００４９】なお、第１実施例の反射縮小投影光学系
は、ＥＵＶ光の波長（露光波長）が１３．４ｎｍ、縮小
倍率｜β｜が１／４倍、像側の開口数ＮＡが０．１、最
大物体高は２００ｍｍであり、露光領域は半径５０ｍｍ
で幅１ｍｍの輪帯形状を有している。ここで、走査露光
を行うことにより、全体として２６×３３ｍｍのショッ
ト領域に対して露光を行うことができる。また、物体面
としての第１面Ｒと最終像面としての第２面Ｗとの間の
距離は９９８．７ｍｍであり、複数の反射鏡Ｍ１〜Ｍ４
の有効径のうち、最大有効径は３００ｍｍである。

【００５０】また、第２実施例の反射縮小投影光学系
は、ＥＵＶ光の波長（露光波長）が１３．４ｎｍ、縮小
倍率｜β｜が１／４倍、像側の開口数ＮＡが０．１、最
大物体高は２００ｍｍであり、露光領域は半径５０ｍｍ
で幅１ｍｍの輪帯形状を有している。ここで、走査露光
を行うことにより、全体として２６×３３ｍｍのショッ
ト領域に対して露光を行うことができる。また、物体面
としての第１面Ｒと最終像面としての第２面Ｗとの間の
距離は８７１．４ｍｍであり、複数のミラーＭ１〜Ｍ４
の有効径のうち、最大有効径は２８９．５ｍｍである。

【００５１】以下の表１乃至表４に第１及び第２実施例
の反射縮小投影光学系の諸元の値を掲げる。表１及び表
３において、左端には各反射面の面番号を示し、ＲＤＹ
は各光学面の曲率半径、ＴＨＩは各反射面間の面間隔を
示す。そして、ＲＤＹの列に各反射面の近軸曲率半径を
表し、ＴＨＩの列に各面間隔を表している。また、表１
及び表３中において、Ｄ０は第１面Ｒ（レチクル面）か
ら最も第１面Ｒ側の光学面までの距離、ＷＤは最も第２
面Ｗ側の光学面から第２面（最終像面）Ｗまでの距離、
βは第１面側から反射縮小投影光学系へ光が入射すると
きの反射縮小投影光学系系の横倍率、ＮＡは第２面Ｗ側
の開口数をそれぞれ表している。なお、表１及び表２に
おいて、近軸曲率半径ＲＤＹの符号は第１面Ｒ側に向け
て凸となる場合を正とし、面間隔ＴＨＩは反射面の前後
で符号が反転するものとしている。

【００５２】また、表２及び表４には、第１及び第２実
施例の各ミラーＭ１〜Ｍ４の非球面データを示す。

【００５３】

【表１】［第１実施例］Ｄ０＝ 869.531130 ＷＤ＝ 465.962530 ｜β｜＝ 0.2501 ＮＡ＝ 0.1 面番号ＲＤＹＴＨＩ 0 ∞ 869.531130 第１面Ｒ（物体面） 1 -991.30343 -106.493198 第１反射鏡Ｍ１ 2 ∞ 178.870735 第２反射鏡Ｍ２ 3 352.78285 -142.505340 第３反射鏡Ｍ３ 4 ∞ -266.696202 開口絞りＡＳ 5 535.95966 465.962530 第４反射鏡Ｍ４ 6 ∞ 第２面Ｗ（最終像面）

【００５４】

【表２】第１実施例の非球面データ〔第１反射鏡Ｍ１〕ｋ＝13.089322 Ａ＝ 0.127693 ×10^-8 Ｂ＝ 0.205777 ×10^-13 Ｃ＝-0.198839 ×10^-18 Ｄ＝ 0.622395 ×10^-23 〔第２反射鏡Ｍ２〕ｋ＝ 0.0 Ａ＝-0.803869 ×10^-9 Ｂ＝ 0.141387 ×10^-13 Ｃ＝-0.900942 ×10^-18 Ｄ＝ 0.224193 ×10^-22 〔第３反射鏡Ｍ３〕ｋ＝ 1.782655 Ａ＝ 0.826238 ×10^-9 Ｂ＝ 0.116059 ×10^-12 Ｃ＝-0.426916 ×10^-16 Ｄ＝ 0.928237 ×10^-20 〔第４反射鏡Ｍ４〕ｋ＝ 0.163145 Ａ＝-0.388006 ×10^-10 Ｂ＝-0.105721 ×10^-15 Ｃ＝ 0.317343 ×10^-20 Ｄ＝-0.123072 ×10^-24

【００５５】

【表３】［第２実施例］Ｄ０＝ 749.589157 ＷＤ＝ 468.911760 ｜β｜＝ 0.2502 ＮＡ＝ 0.1 面番号ＲＤＹＴＨＩ 0 ∞ 749.589157 第１面Ｒ（物体面） 1 -1014.67649 -100.710099 第１反射鏡Ｍ１ 2 ∞ 167.308966 第２反射鏡Ｍ２ 3 354.64710 -148.155383 第３反射鏡Ｍ３ 4 ∞ -265.558278 開口絞りＡＳ 5 533.67214 468.911760 第４反射鏡Ｍ４ 6 ∞ 第２面Ｗ（最終像面）

【００５６】

【表４】第２実施例の非球面データ〔第１反射鏡Ｍ１〕ｋ＝13.341496 Ａ＝ 0.739963 ×10^-9 Ｂ＝ 0.313480 ×10^-13 Ｃ＝-0.623481 ×10^-18 Ｄ＝ 0.113100 ×10^-22 〔第２反射鏡Ｍ２〕ｋ＝ 0.0 Ａ＝-0.158741 ×10^-8 Ｂ＝ 0.420408 ×10^-13 Ｃ＝-0.275394 ×10^-17 Ｄ＝ 0.688212 ×10^-22 〔第３反射鏡Ｍ３〕ｋ＝ 1.860936 Ａ＝ 0.107070 ×10^-8 Ｂ＝ 0.127023 ×10^-12 Ｃ＝-0.445474 ×10^-16 Ｄ＝ 0.965151 ×10^-20 〔第４反射鏡Ｍ４〕ｋ＝ 0.158756 Ａ＝-0.437704 ×10^-10 Ｂ＝-0.124911 ×10^-15 Ｃ＝ 0.216088 ×10^-20 Ｄ＝-0.798299 ×10^-25 以下の表５に第１及び第２実施例の反射縮小投影光学系
の条件対応数値を掲げる。

【００５７】

【表５】図３及び図５に、第１及び第２実施例の反射縮小投影光
学系の第１面Ｒ上でのコマ収差図を示す。このコマ収差
図は、波長１３．４ｎｍの光を用いて第２面Ｗ側から光
線追跡することにより得られている。ここで、図３
（ａ）は物体高Ｙ＝２０２ｍｍにおけるメリジオナル方
向のコマ収差図、図３（ｂ）は物体高Ｙ＝２００ｍｍに
おけるメリジオナル方向のコマ収差図、図３（ｃ）は物
体高Ｙ＝１９８ｍｍにおけるメリジオナル方向のコマ収
差図、図３（ｄ）は物体高Ｙ＝２０２ｍｍにおけるサジ
タル方向のコマ収差図、図３（ｅ）は物体高Ｙ＝２００
ｍｍにおけるサジタル方向のコマ収差図、図３（ｆ）は
物体高Ｙ＝１９８ｍｍにおけるサジタル方向のコマ収差
図である。また、図５（ａ）は物体高Ｙ＝２０２ｍｍに
おけるメリジオナル方向のコマ収差図、図５（ｂ）は物
体高Ｙ＝２００ｍｍにおけるメリジオナル方向のコマ収
差図、図５（ｃ）は物体高Ｙ＝１９８ｍｍにおけるメリ
ジオナル方向のコマ収差図、図５（ｄ）は物体高Ｙ＝２
０２ｍｍにおけるサジタル方向のコマ収差図、図５
（ｅ）は物体高Ｙ＝２００ｍｍにおけるサジタル方向の
コマ収差図、図５（ｆ）は物体高Ｙ＝１９８ｍｍにおけ
るサジタル方向のコマ収差図である。

【００５８】図３及び図５からも明らかな通り、第１及
び第２実施例の反射縮小投影光学系は、ＥＵＶ光の１
３．４ｎｍの単波長において、球面収差、コマ収差とも
ほぼ無収差に近い状態まで良好に補正され、かつ露光領
域内におけるディストーションも良好に補正されてい
る。さて、上記第１及び第２実施例では、各反射鏡Ｍ１
〜Ｍ４の反射面を光軸Ａｘに関して回転対称な高次非球
面形状としているため、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ４にて発生す
る高次収差を補正して良好な結像性能を達成している。
ここで、各ミラーの反射面の面形状誤差や反射縮小投影
光学系の製造時における組み立て誤差等に起因する回転
非対称な収差成分を補正するために、回転対称非球面を
回転非対称な非球面としても良い。

【００５９】また、上述の第１及び第２実施例では、使
用波長としてＥＵＶ光の１３．４ｎｍを用いているが、
本発明にかかる反射縮小投影光学系はＥＵＶ光のもとで
の使用には限られない。本発明にかかる反射縮小投影光
学系は、例えば５ｎｍ以下の硬Ｘ線領域や、１００ｎｍ
〜２００ｎｍの真空紫外領域においても使用可能であ
る。ここで、硬Ｘ線領域の光源としては、例えばシンク
ロトロン放射光などが使用でき、真空紫外領域の光源と
しては、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）、Ｆ
２エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）などを用いること
ができる。

【００６０】このように本発明は上述の実施形態に限定
されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を
とり得る。

【００６１】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、従来の
オフナー型や変形オフナー型とは異なる収差補正原理を
用いることにより、比較的に反射面の数が少なく抑えつ
つも、極めて優れた結像性能を達成し、さらに実際に製
造されたものの結像性能も向上させることができる。

【００６２】特に、本発明では、物体側を概ねテレセン
トリックとしつつ像側をテレセントリックとし、少ない
数の反射面のもとでも有効光束を欠くことなく開口絞り
を適切な位置に配置できるため、光学系の諸収差の対称
性を保ちながらバランス良く収差を補正することが可能
となる。また、本発明による光学系を露光装置に搭載さ
れている投影系あるいは半導体製造のための光リソグラ
フィー工程にて応用すれば、より一層微細な原版（レチ
クル又はマスク）のパターン像を感光性基板上にほぼ無
収差の状態のもとで転写露光することができるため、よ
り高い集積度を持つ良好なる半導体デバイス等を製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の反射縮小投影光学系の横断面の光
路図である。

【図２】本発明の反射縮小投影光学系を備えた露光装置
の構成を示す図である。

【図３】第１実施例のコマ収差図である。

【図４】第２実施例の反射縮小投影光学系の横断面の光
路図である。

【図５】第２実施例のコマ収差図である。１０：反射縮小投影光学系Ｒ：第１面Ｗ：第２面ＡＳ：開口絞りＡｘ：光軸Ｍ１〜Ｍ４：反射鏡（ミラー）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１面上の物体を第２面上に縮小結像する
反射縮小光学系において、前記反射縮小光学系は、凹面状の反射面を有する第１反
射鏡と、近軸領域で零パワーの非球面形状の反射面を有
する第２反射鏡と、凸面状の反射面を有する第３反射鏡
と、開口絞りと、凹面状の反射面を有する第４反射鏡と
からなり、前記第１乃至第４反射鏡は、所定の光軸に対してそれぞ
れ共軸に配置され、前記第１面からの光は、前記第１反射鏡、第２反射鏡、
第３反射鏡、開口絞りおよび第４反射鏡を順に介して、
前記第２面に導かれ、ここで、前記第３反射鏡の頂点から前記開口絞りまでの
前記光軸に沿った距離をｓとし、前記第３反射鏡から第
４反射鏡までの前記光軸に沿った距離をＤとすると、（１） 0.7 ＞ｓ／Ｄ＞ 0.1 の条件を満足するように構成であることを特徴とする反
射縮小投影光学系。
【請求項２】前記開口絞りは、該開口絞りに入射する光
束の全周を囲む形状であることを特徴とする請求項１に
記載の反射縮小投影光学系。
【請求項３】前記開口絞りは、前記第２面側がテレセン
トリックとなるように設定されることを特徴とする請求
項１又は請求項２に記載の反射縮小投影光学系。
【請求項４】前記第１反射鏡の近軸領域での曲率、前記
第３反射鏡の近軸領域での曲率、第４反射鏡の近軸領域
での曲率をそれぞれｐ１、ｐ３、ｐ４とするとき、（２） −0.005 ＜（ｐ１＋ｐ３＋Ｐ４）＜ 0.005 の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項
３のいずれか１項に記載の反射縮小投影光学系。
【請求項５】前記第１反射鏡と第３反射鏡と第４反射鏡
は非球面形状で形成されていることを特徴とした請求項
４に記載の反射縮小投影光学系。
【請求項６】前記第１及び第３反射鏡は、各反射面が前
記第１面側に向くようにそれぞれ配置され、前記第２及び第４反射鏡は、各反射面が前記第２面側に
向くようにそれぞれ配置され、前記第１乃至第４反射鏡は、前記第３反射鏡の頂点と第
４反射鏡の頂点との間に、前記第１反射鏡の頂点と前記
第２反射鏡の頂点が位置するように、それぞれ配置され
ていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれ
か１項に記載の反射縮小投影光学系。
【請求項７】所定波長を持つ露光光を投影原版へ導く照
明光学系と、該照明光学系からの光に基づいて、前記投影原版の縮小
像を感光性基板上に形成する投影光学系とを備え、前記投影光学系は、請求項１乃至請求項６のいずれか１
項に記載の反射縮小投影光学系で構成され、前記反射縮小投影光学系に対して前記投影原版及び前記
感光性基板を相対的に移動させつつ露光を行うことを特
徴とする投影露光装置。
【請求項８】所定波長の光を投影原版へ導き、該光に基
づいて前記投影原版の縮小像を感光性基板上に形成する
露光方法において、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の反射縮小
投影光学系を用いて前記縮小像を前記感光性基板上に形
成し、該縮小像を前記感光性基板上で走査させることを
特徴とする露光方法。