JP2000208396A

JP2000208396A - 視野絞り投影光学系及び投影露光装置

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Publication number: JP2000208396A
Application number: JP11006344A
Authority: JP
Inventors: Hideki Komatsuda; 秀基小松田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-01-13
Filing date: 1999-01-13
Publication date: 2000-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】視野絞りの像をマスク上に投影する視野絞り投
影光学系に特に着目し、レンズ枚数が少ない視野絞り投
影光学系を提供する。【解決手段】光源１からの光に基づいて投影原版Ｍ上
のパターンを感光基板上の感光面１３に転写する露光装
置に用いられ、光源１と投影原版Ｍとの間に配置される
視野絞りＢの像を投影原版Ｍ上ヘ投影する視野絞り投影
光学系１０であって、１枚の凹面鏡Ｍ_Cと１つ以上の屈
折光学部材Ｌ_Pとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は投影露光装置に関
し、特に半導体集積回路の製造工程中の投影露光工程に
使用される投影露光装置に関し、更に詳しくは、視野絞
りの像を投影原版のパターン面に投影する視野絞り投影
光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の製造工程のうちの投影
露光工程では、マスク、レチクルなどの投影原版上のパ
ターンを照明光学系によって照明し、パターンを通過し
た光束を投影光学系によってウエハ、ガラスプレートな
どの感光基板の感光面（被露光面）上に投影して転写す
る投影露光装置が用いられている。この露光装置におい
て、視野絞りは、マスクやウエハ上には直接配置され
ず、視野絞り投影光学系（リレー光学系）を介して、視
野絞りをマスク上に投影するのが普通である。このよう
な構造を採用する理由は、以下の２つによる。

【０００３】第１の理由は、露光範囲の寸法を可変とす
るために、視野絞りを可動とする必要があり、視野絞り
を可動とすると多少の発塵はどうしても抑え切れないか
ら、可変視野絞りをマスクやウエハから離隔した位置に
配置する必要があるからである。半導体集積回路の製造
分野においては、一般にパターン寸法がこれらの塵より
も微細であり、マスクやウエハの近傍での発塵は、半導
体製品の不良発生の原因となりうる。

【０００４】第２の理由は、同じく視野絞りが可動のた
めに、視野絞りをマスク上やウエハ上に密着して配置す
ることができず、多少のボケを生じるためである。すな
わち、複数のパターンを一枚のマスク上に形成する際
に、視野絞りにボケがあると、パターン間をその分だけ
離さざるを得ないから、マスクの面積を有効に使用でき
ないこととなる。

【０００５】そこで一般に、視野絞りはマスクの手前側
に配置され、視野絞り投影光学系によって、視野絞りの
像をマスク上に投影している。この場合、空間的にはマ
スクとは全く異なる場所に視野絞りを配しながら、光学
的にはマスクの場所にマスクと視野絞りとを配置したの
と等価の状態が得られる。この視野絞り投影光学系とし
て、従来は、レンズのみによって構成される屈折系の視
野絞り投影光学系が使用されていた。一般に視野絞り投
影光学系には、収差が少ないことのほかに、物体側（視
野絞り側）と像側（マスク側）の双方にほぼテレセント
リックであることが求められ、これらの要請を満たすた
めに、従来の屈折系の視野絞り投影光学系の使用レンズ
枚数は、８枚程度となっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】さて、投影露光装置の
限界解像力は、おおよそ、 λ／ＮＡ（λ：波長、ＮＡ：開口数）に比例する。そのため、この種の露光装置には常に、よ
り短い波長の光源を使用することと、より大きなＮＡを
持つ光学系を採用することとが要求されている。特に、
短波長化については、大ＮＡ化に比較して、焦点深度を
狭くする度合いが少ないことから、その要求が強い。

【０００７】ところが、波長が２００ｎｍを割り、更に
１７０ｎｍを割り込むと、その波長を透過する硝材が極
端に少なくなり、又、その数少ない硝材もあまり大きな
透過率を持たない。更に、レンズ表面に蒸着される反射
防止膜についても、膜材料が少なくなることや、短波長
化に伴い膜厚の公差が厳しくなることなどから、良好な
設計解を得ることが困難になり、さらに設計解通りの性
能を持つ製品を製造することが困難になり、透過率を上
げる効果が低減する。更に、硝材の表面荒れによる光の
散乱量は、おおよそ波長の２乗に反比例するため、露光
装置において光源の短波長化は困難を極める。

【０００８】そのため、短波長、特に２００ｎｍ〜１７
０ｎｍ以下の波長を用いる露光装置において、光学系の
設計解には、とにかく先ずレンズ枚数の低減が要求され
る。また、露光装置用の硝材は、短波長用になればなる
ほど一般に高価になる。したがって装置全体の価格を下
げる意味でも、レンズ枚数を極力減らした設計解が望ま
れる。そこで本発明は、視野絞りの像をマスク上に投影
する視野絞り投影光学系に特に着目し、レンズ枚数が少
ない視野絞り投影光学系を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、視野絞り投影光学系として、１枚の凹
面鏡と１つ以上の屈折光学部材とを用いた、反射屈折型
の視野絞り投影光学系を提案する。すなわち、本発明
は、光源からの光に基づいて投影原版上のパターンを感
光基板上の感光面に転写する露光装置に用いられ、前記
光源と前記投影原版との間に配置される視野絞りの像を
前記投影原版上へ投影する視野絞り投影光学系であっ
て、１枚の凹面鏡と１つ以上の屈折光学部材とを有する
ことを特徴とする視野絞り投影光学系である。このよう
に凹面鏡を用いることで、屈折光学部材の数（レンズ枚
数）を大幅に減らすことが可能となり、光源の短波長化
に対応することかでき、露光装置の解像力の向上に非常
に寄与する。

【００１０】なお、上記構成において、さらなる透過率
の向上を達成するためには、前記１つ以上の屈折光学部
材を１枚の正レンズとすることが好ましい。また、上記
構成において、前記凹面鏡と前記屈折光学部材とを共軸
に配置すれば、視野絞り投影光学系の製造を容易に高精
度化することができる。この場合、１つ以上の屈折光学
部材のうちの全ての屈折光学部材を共軸に配置すること
によって、さらなる効果が期待できる。

【００１１】また、上記構成において、凹面鏡に入射す
る往路の光束と凹面鏡で反射される復路の光束とか、全
ての前記屈折光学部材を通過するようにした場合には、
視野絞り投影光学系が凹面鏡を挟んで対称な構成となる
ため、比較的簡単な構成で結像性能の向上を図ることが
できる。

【００１２】さて、凹面鏡を用いた光学系は、収差補正
が可能な範囲が狭いことから、他のレンズ配置に自由度
が少なくなりがちである。視野絞り投影光学系で特に問
題となるのは、視野絞りから視野絞り投影光学系までの
間隔と、視野絞り投影光学系から投影原版までの間隔で
ある。これらの間隔が十分に長くないと、光学設計は可
能であっても、その他の機械的な機構が組み込めず、装
置として成り立たない場合がありうる。そのため、本発
明の好ましい態様では、視野絞りから視野絞り投影光学
系までの間隔と、視野絞り投影光学系から投影原版まで
の間隔を極力長くする手段も提案する。

【００１３】具体的には、視野絞りから凹面鏡までの間
に、正屈折力を持つレンズ群と、負屈折力を持つレンズ
群とを、この順で配置する。その際、正屈折力のレンズ
群として単に１枚の正レンズを用い、負屈折力のレンズ
群として単に１枚の負レンズを用いることによっても、
十分に所望の効果を得ることかできる。また、視野絞り
から凹面反射鏡までの光路と、凹面鏡から投影原版まで
の光路とのうちの、少なくとも何れか一方の光路には、
この光路を折り曲げるための反射面が配置されることが
好ましい。この場合、視野絞り周りの機械的な機構と投
影原版周りの機械的な機構の組み込みの自由度や装置全
体の光路の引き回しの自由度を向上させることができ
る。ここで、光路を折り曲げるための反射面は、１つ以
上の屈折光学部材のうち凹面鏡から最も離れた位置に配
置される屈折光学部材と視野絞りとの間の光路と、１つ
以上の屈折光学部材のうち凹面鏡から最も離れた位置に
配置される屈折光学部材と投影原版との間の光路とのう
ちの少なくとも一方に配置されることが好ましい。この
構成により、視野絞りの周りの機械的な機構と投影原版
周りの機械的な機構の組み込みの自由度をさらに向上す
ることができる。

【００１４】また、上述の構成のいずれかにおいて、視
野絞り投影光学系の光学面のうち、少なくとも１つの光
学面は非球面形状であることが好ましい。これにより、
屈折光学部材の使用枚数をさらに減らすことができ、視
野絞り投影光学系自体の透過率向上を図れ、ひいては光
量ロスをさらに低減できる。また、本発明に係る露光装
置は、光源と、該光源からの光に基づいて所定面上を均
一に照明する照明光学系と、前記所定面上に配置される
視野絞りの像を投影原版上へ投影する視野絞り投影光学
系とを備え、前記視野絞り投影光学系からの光に基づい
て前記投影原版上のパターンを感光基板上の感光面に転
写する露光装置であって、前記視野絞り投影光学系とし
て、上述の構成の何れかにかかる視野絞り投影光学系を
用いたことを特徴とする露光装置である。

【００１５】この構成において、光源が供給する光の波
長は１８０ｎｍ以下であることが好ましい。また、本発
明にかかる露光方法は、光源からの光を所定形状の開口
を有する視野絞りへ導く第１ステップと、該視野絞りの
開口を経た光を少なくとも１つの屈折光学部材と凹面鏡
とを介して投影原版ヘ導く第２ステップと、該投影原版
ヘ導かれた光に基づいて前記投影原版上のパターンを感
光基板上の感光面に転写する第３ステップとを含み、第
２ステップでは、前記視野絞りの開口の像を前記投影原
版上に形成することを特徴とする露光方法である。

【００１６】この露光方法において、第２ステップは、
前記視野絞りの開口を経た光を、前記少なくとも１つの
屈折光学部材を通過させる第１サブステップと前記屈折
光学部材を通過した光を前記凹面鏡で反射させる第２サ
ブステップと前記凹面鏡で反射された光を、前記屈折光
学部材を再び通過させる第３サブステップとを含むこと
が好ましい。また、上記露光方法の何れかにおいて、前
記光源は１８０ｎｍ以下の波長の光を供給することが好
ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面によっ
て説明する。図１は、本発明による投影露光装置の第１
実施例を示す。光源１を発した光束は、整形光学系２を
通過した後に、折り曲げミラー３を経て、複数の要素レ
ンズを並列に配置して構成される第１のフライアイレン
ズ４に入射する。第１のフライアイレンズ４に入射した
光束は、要素レンズを単位にして波面分割されて、それ
ぞれ光源１の像を形成する。第１のフライアイレンズ４
によって形成される個々の光源像を通過した光束群は、
第１のコンデンサーレンズ５により、第２のフライアイ
レンズ６の入射面上で重ね合わされる。第２のフライア
イレンズ６により更に波面分割された光束群は、第２の
フライアイレンズ６の個々の要素レンズの射出面の近傍
に、第１のフライアイレンズによって形成された複数の
光源像の再結像を形成する。こうして第２のフライアイ
レンズ６の射出面の近傍には、第１のフライアイレンズ
４の要素レンズの個数と、第２のフライアイレンズ６の
要素レンズの個数との積だけ、光源１の像が形成され
る。

【００１８】この第２のフライアイレンズ６の射出面の
近傍には、照明系開口絞り７が配置されている。照明系
開口絞り７により光束径を制限された光束は、その後、
第２のコンデンサーレンズ８により、視野絞りＢの面上
で重ね合わされる。視野絞りＢの面上に集まった光束
は、視野絞り投影光学系１０と平面鏡１１とを通過し
て、マスクＭ上に伝達される。マスクＭのパターンを通
過した光束は、主投影光学系１２を介して、感光基板の
感光面（被露光面）１３上にパターンの像を投影する。
主投影光学系１２中には、この主投影光学系のＮＡを決
定する投影系開口絞り１４が配されている。

【００１９】図１に示すように、本実施例の視野絞り投
影光学系１０は、正レンズＬ_Pと凹面鏡Ｍ_Cからなり、凹
面鏡Ｍ_Cに入射する往路の光束と、凹面鏡Ｍ_Cで反射する
復路の光束は、共に正レンズＬ_Pを通過し、すなわち正
レンズＬ_Pは往復光学系となっている。また図２に、視
野絞り投影光学系１０の光路図を示す。但し視野絞りＢ
からマスクＭまでの光路のうち、平面鏡１１は除外して
いる。

【００２０】以下の表１に、平面鏡１１を除外した視野
絞り投影光学系１０の諸元を掲げる。表１の［光学部材
諸元］中、第１欄Ｎｏは視野絞りＢ側からの各光学面の
番号、第２欄ｒは各光学面の曲率半径、第３欄ｄは各光
学面から次の光学面までの光軸上の距離、第４欄ｎは各
光学面から次の光学面までを満たす媒質の屈折率（空欄
はｎ＝１）、第５欄は各光学面の記号又は各光学面から
次の光学面までを満たす光学部材の番号を示す。曲率半
径ｒと光軸上の距離ｄは、光の進行方向を正とするが、
１回反射するごとに正負を逆転して表示している。

【００２１】表１の例では、一部の光学面には非球面が
用いられており、非球面の形状は、以下の（ａ）式で表
現している。（ａ）ｘ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛（１＋κ）ｙ²／ｒ
²）｝^1/2］＋ａｙ⁴＋ｂｙ⁶＋ｃｙ⁸＋ｄｙ¹⁰ ｙ：光軸からの高さｘ：高さｙでの非球面頂点での接平面から非球面までの
光軸方向の距離ｒ：頂点曲率半径 κ：円錐係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ：非球面係数表１の［非球面データ］に、非球面を用いた光学面の番
号と、非球面係数ａ〜ｄの値を示す。なお、非球面につ
いての［光学部材諸元］中の曲率半径ｒは、非球面頂点
での曲率半径である。

【００２２】

【表１】［主要諸元］結像倍率：×１照野（マスク上）：１００ｍｍ×２０ｍｍ照野中心の光軸からの高さ（シフト量）：５０ｍｍＮＡ（マスク上）：０．１５両側テレセントリック光学系［光学部材諸元（単位：ｍｍ）］Ｎｏｒｄｎ 0 − 127.0 Ｂ 1 3829.394 30.0 1.56 Ｌ_P 2 -356.101 700.0 3 -884.102 -700.0 Ｍ_C 4 -356.101 -30.0 1.56 Ｌ_P 5 3 829.394 -127.2 6 ∞ Ｍ［非球面データ］Ｎｏ＝2(4) κ=0 ａ＝ 2.52483×10^-4 ｂ＝8.65565×10^-9 ｃ＝-4.21963×10^-13 ｄ＝1.78834×10^-17

【００２３】次に、第２実施例の投影露光装置に係る視
野絞り投影光学系１０について説明する。視野絞り投影
光学系１０とマスクＭとの間には、通常マスクＭを交換
するためのロボットアームなどが配される。そのため、
この間隔は極力長いことが望まれる。この第２実施例
は、第１実施例に比較して、視野絞り投影光学系１０と
マスクＭとの間隔を長くしたものであり、図３と表２
に、平面鏡１１を除外した視野絞り投影光学系１０の光
路図と諸元を示す。図３と表２に示されるように、視野
絞りＢから凹面鏡Ｍ_Cまでの間に、正の屈折力を有する
レンズ系Ｌ_Pと、負の屈折力を有するレンズ系Ｌ_Nをこの
順で配することにより、視野絞り投影光学系１０とマス
クＭとの間隔を広げた設計解が得られる。

【００２４】表２の例では、一部の光学面には非球面が
用いられており、非球面の形状は、上記（ａ）式で表現
している。表２の［非球面データ］に、非球面を用いた
光学面の番号と、非球面係数ａ〜ｄの値を示す。なお、
非球面についての［光学部材諸元］中の曲率半径ｒは、
非球面頂点での曲率半径である。

【００２５】

【表２】［主要諸元］結像倍率：×１照野（マスク上）：１００ｍｍ×２０ｍｍ照野中心の光軸からの高さ（シフト量）：５０ｍｍＮＡ（マスク上）：０．１５両側テレセントリック光学系［光学部材諸元（単位：ｍｍ）］Ｎｏｒｄｎ 0 − 260.0 Ｂ 1 445.9 84 55.0 1.56 Ｌ_P 2 449.384 100.0 3 250.0 30.0 1.56 Ｌ_N 4 216.845 374.681 5 -942.764 -374.681 Ｍ_C 6 216.845 -30.0 1.56 Ｌ_N 7 250.0 -100.0 8 449.384 -55.0 1.56 Ｌ_P 9 445.984 -260.0 10 ∞ Ｍ［非球面データ］Ｎｏ＝2(8) κ=0 ａ＝-1.7414×10^-3 ｂ＝2.3988×10^-9 ｃ＝-1.1883×10^-14 ｄ＝2.049×10^-19 次に第３実施例の投影露光装置に係る視野絞り投影光学
系１０について説明する。上述の第１及び第２実施例の
視野絞り投影光学系１０では、凹面鏡Ｍ_Cの位置が瞳
面、すなわち凹面鏡Ｍ_Cの位置で主光線が光軸と交差し
ていたが、このような場合では凹面鏡Ｍ_Cの反射面上に
光スポットの集合体からなる光源像が形成されて、凹面
鏡Ｍ_C上で部分的にエネルギー密度が高くなり、凹面鏡
Ｍ_C、特に反射膜の損傷を招く恐れがある。

【００２６】第３実施例の視野絞り投影光学系１０で
は、第２実施例の視野絞り投影光学系１０の構成を基本
として、レンズ系Ｌ_P、Ｌ_N及び凹面鏡Ｍ_Cと共軸な付加
レンズ系Ｌ_Aを設けて、その瞳面を凹面鏡Ｍ_Cの位置とは
異なる空間としたものである。図４と表３に、平面鏡１
１を除外した視野絞り投影光学系１０の光路図と諸元を
示す。図４と表３に示されるように、凹面鏡Ｍ_Cから視
野絞りＢまでの間に負の屈折力を有するレンズ系Ｌ
_Nと、正の屈折力を有するレンズ系Ｌ_Pと、付加レンズ系
Ｌ_Aとがこの順で配置されている。

【００２７】この第３実施例においては、一部の光学面
には非球面が用いられており、第３実施例における非球
面の形状は上記（ａ）式で表現している。

【００２８】表３の［非球面データ］に、非球面を用い
た光学面の番号と、非球面係数Ａ〜Ｄの値を示す。な
お、非球面についての［光学部材諸元］中の曲率半径ｒ
は、非球面頂点での曲率半径である。

【００２９】

【表３】［全体諸元］結像倍率：×１照野（マスク上）：１００×２０ｍｍ照野中心の光軸からの高さ（シフト量）：５０ｍｍＮＡ（マスク上）：０．１５両側テレセントリック光学系［光学部材諸元（単位：ｍｍ）］Ｎｏｒｄｎ 0 ∞ 260.0 B 1 463.739 55.0 1.56 L_P 2 -998.728 100.0 3 250.000 30.0 1.56 L_N 4 218.640 388.2 5 -1015.813 -388.2 6 218.640 -30.0 1.56 L_N 7 250.000 -100.0 8 -998.728 -55.0 1.56 L_P 9 463.739 -287.4 10 -7113.284 -15.0 1.56 L_A 11 3424.938 -30.0 12 ∞ ［非球面データ］Ｎｏ＝2(8) κ＝0 ａ＝-0.644220×10^-08 ｂ＝0.295384×10^-12 ｃ＝-0.752128×10^-17 ｄ＝0.913397×10^-22 図４の光路図からも明らかなように、本実施例では凹面
鏡Ｍ_Cから外れた位置で主光線が光軸と交差している、
すなわち光源像が凹面鏡Ｍ_Cの反射面上ではなく、反射
面から外れた位置に形成される。従って、本実施例で
は、エネルギ−密度の高い光源像が反射面上に形成され
ないため反射面の損傷を少なくすることができる利点が
ある。なお、本実施例の視野絞り投影光学系の結像倍率
は等倍であるが、これを拡大倍率、あるいは縮小倍率と
しても良いことは言うまでもない。

【００３０】以上のように本発明では、視野絞り投影光
学系１０として反射屈折系を採用している。そこで、比
較例として、屈折系のみによって視野絞り投影光学系を
構成した場合の設計例を、図５と以下の表４に示す。図
２〜図４と、図５とを比較すれば、反射屈折系を採用す
ることにより、使用レンズ枚数を著しく低減できること
が分かる。表４の比較例では、一部の光学面には非球面
が用いられており、非球面の形状は、上記（ａ）式で表
現している。表４の［非球面データ］に、非球面を用い
た光学面の番号と、非球面係数ａ〜ｄの値を示す。な
お、非球面についての［光学部材諸元］中の曲率半径ｒ
は、非球面頂点での曲率半径である。

【００３１】

【表４】［全体諸元］結像倍率：×２．５照野（マスク上）：１００ｍｍ×２０ｍｍＮＡ（マスク上）：０．１５両側テレセントリック光学系［光学部材諸元（単位：ｍｍ）］Ｎｏｒｄｎ 0 − 74.5 Ｂ 1 -81.780 35.0 1.56 Ｌ₁ 2 -156.633 1.0 3 1150.140 40.0 1.56 Ｌ₂ 4 -195.456 1.0 5 470.617 40.0 1.56 Ｌ₃ 6 -265.264 1.0 7 166.203 40.0 1.56 Ｌ₄ 8 -10060.832 1.0 9 178.386 91.4 1.56 Ｌ₅10 62.905 70.0 11 -64.889 51.2 1.56 Ｌ₆12 -165.972 1.0 13 469.064 45.0 1.56 Ｌ₇14 -256.017 119.3 15 574.024 50.0 1.56 Ｌ₈16 -216.452 338.7 17 ∞ Ｍ［非球面データ］ No＝2 κ＝０ａ＝1.63718×10^-4 ｂ＝4.90311×10^-8 ｃ＝7.6887×10^-12 ｄ＝3.9839×10^-16 No=9 κ＝０ａ＝4.47367×10^-4 ｂ＝-3.03757×10^-8 ｃ＝1.51906×10^-14 ｄ＝-2.50166×10^-16 No=12 κ＝０ａ＝3.32314×10^-4 ｂ＝2.61039×10^-8 ｃ＝2.82995×10^-12 ｄ＝1.73093×10^-16 No=15 κ＝０ａ＝-3.049602×10^-4 ｂ＝-2.70943×10^-8 ｃ＝ 1.39524×10^-13 ｄ＝-7.1172×10^-18

【００３２】なお図１に示す第１実施例では、凹面鏡Ｍ
_Cで反射する復路の光束の光路に平面鏡１１を配置し
て、復路の光路を折り曲げたが、図６に示すように、凹
面鏡Ｍ _Cに入射する往路の光束の光路に平面鏡９を配置
して、往路の光路を折り曲げることもできる。また、図
７に示すように、往路の光路と復路の光路との双方に、
それぞれ平面鏡９、１１を配置することもできる。

【００３３】また、図４に示した第３実施例では、図８
に示すように視野絞りＢとレンズ系Ｌ_Pとの間の光路中
に平面鏡９を配置して往路の光路を折り曲げることがで
きる。このとき、付加レンズ系Ｌ_Aをレンズ系Ｌ_P、Ｌ_N
及び凹面鏡Ｍ_Cと共軸に設けることができるため、これ
らレンズ系Ｌ_P、Ｌ_N及び凹面鏡Ｍ_Cを１つの光軸に沿っ
て１つの鏡筒に収納できるため、製造及び調整が極めて
容易となる。なお、この場合、複数の鏡筒に収納しても
良い。

【００３４】またレンズ系Ｌ_Pと付加レンズ系Ｌ_Aとの間
の光路中に平面鏡１１を配置して復路の光路を折り曲げ
ることもでき、これら双方の光路のそれぞれに平面鏡
９、１１を配置することもできる。また、付加レンズ系
Ｌ_Aは、必ずしもレンズ系Ｌ_P、Ｌ_N及び凹面鏡Ｍ_Cと共軸
に設ける必要はなく、また付加レンズ系Ｌ_Aの周囲の機
械的な機構の自由度を向上させるために、その一部を切
り欠く形状であっても良い。

【００３５】また、付加レンズ系Ｌ_Aを光軸方向に沿っ
て移動可能に設けることにより、マスクＭ上での視野絞
りＢの像の投影倍率を微調整することができる。第３実
施例では、付加レンズ系Ｌ_Aは１枚のレンズで構成され
ていたが、複数のレンズで構成しても良い。付加レンズ
系Ｌ_Aを複数のレンズで構成する場合には、これら複数
のレンズの間隔を相対的に可変とすれば、上記のごとき
投影倍率の微調整が可能となる。この場合、例えば付加
レンズ系Ｌ_Aを平凹レンズ、両凸レンズ及び平凹レンズ
の組み合わせ、あるいは平凸レンズ、両凹レンズ及び平
凸レンズの組み合わせからなり全体としてアフォーカル
系とし、両凸レンズまたは両凹レンズを光軸方向に可動
とする構成や、平凹レンズ及び平凸レンズの組み合わせ
からなり全体としてアフォーカル系とし、平凹レンズ及
び平凸レンズの間隔を相対的に変化させる構成などが考
えられる。さらに、視野絞り投影光学系を構成する光学
部材（レンズ系Ｌ_P、（Ｌ_N）、付加レンズ系Ｌ_A、凹面
鏡Ｍ_C）のうち少なくとも１つの光学部材の位置を変化
させることにより、被照明面としてのマスクＭ上での照
度分布を調整することが可能となる。

【００３６】また、図１に示した第１実施例では、オプ
ティカルインテグレータとして波面分割型のオプティカ
ルインテグレータ（フライアイレンズ４、６）を用いた
が、その代りに、内面反射型のオプティカルインテグレ
ータ（ロッド型インテグレータ）を用いてもよい。

【００３７】以下、図９を参照して、内面型のオプティ
カルインテグレータを用いた第４実施例について説明す
る。なお、説明を簡単にするために、図１と同様の機能
を有する部材には同じ符号を付している。図９におい
て、例えばＬ₂レーザ等の光源１を発した光束は、整形
光学系２を通過した後に、折り曲げミラー３を経て、円
錐状屈折面または多角錐状屈折面を持つアキシコンプリ
ズム部材Ａに入射する。このアキシコンプリズム部材Ａ
は、２つの円錐状屈折面またはた角錐状屈折面を有し、
これらの錐状屈折面の相対的な間隔が可変であるように
設けられている。アキシコンプリズム部材Ａを経た光束
は、変倍光学系Ｚを経て、集光レンズ８ａにより集光さ
れる。本実施例では、変倍光学系Ｚは、光軸方向に沿っ
て移動可能な複数のレンズ群からなるアフォーカル変倍
光学系を採用しているが、その代りに有限の焦点距離を
持つ変倍光学系を採用しても良い。

【００３８】集光レンズ８ａを介した光は、集光レンズ
８ａによる光束集光位置の近傍に光入射面が位置決めさ
れたロッド型インテグレータ（内面反射型インテグレー
タ）Ｒに入射する。このロッド型インテグレータＲは、
多角柱（四角柱、六角柱等））状の棒状光学部材で構成
される。この光射出面では、光入射面に入射した光束が
この内部で名面反射を繰り返した後に射出されるため、
あたかも光入射面の位置に複数の光源像（面光源）が形
成されるように光束が射出される。このロッド型インテ
グレータとしては例えば特開平１−２７１７１８号公報
に開示されている。

【００３９】ここで、前述したアキシコンプリズム部材
Ａの錘状屈折面同士の間隔が実質的に０と見なせる場合
には、アキシコンプリズム部材Ａを通過する光束は何ら
影響を受けずに変倍光学系Ｚへ向かう。また、アキシコ
ンプリズム部材Ａの錘状屈折面同士の間隔を０から広げ
ると、変倍光学系Ｚへ向かう光束の断面形状は、円錐状
屈折面の場合に輪帯状となり、多角錐状屈折面の場合に
は光軸から複数の放射方向へ局在した形状となる。この
断面形状が変換された光束がロッド型インテグレータＲ
へ入射すると、ロッド型インテグレータＲの光入射面に
形成される面光源の光強度分布は、アキシコンプリズム
Ａからの光束の断面形状に類似した形状、すなわち円錐
状屈折面を用いた場合には輪帯状、多角錐状屈折面を用
いた場合には多重極状となる。ここで、変倍光学系Ａに
よる倍率を変更することにより、輪帯または多重極状の
面光源自体の大きさを変更することができる。なお、こ
のようなアキシコンプリズムと変倍光学系とを組み合わ
せた照明系としては特開平５−２５１３０８号公報に開
示されアキシコンプリズムをロッド型インテグレータに
組み込んだ照明系としては例えば特開平５０１０２００
３号に開示されている。

【００４０】さて、ロッド型インテグレータＲの光射出
面は、光入射面の面光源からの光束により均一照明がな
されており、本実施例ではこの光射出面の近傍に所定の
方向に伸びたスリット形状（長方形状）の開口を持つ視
野絞りＢを配置する。視野絞りＢを経た光束は、第１実
施例と同様に、視野絞り投影光学系１０と平面鏡１１と
を通過した後、マスクＭ上に伝達される。なお、本実施
二おいては、アキシコンプリズムＡ及び変倍光学系Ｚを
用いているため、照明光学系のσ絞り（開口数等を変更
するための絞り）は必須ではないが、視野絞り投影光学
系１０の凹面鏡ＭＣの位置の近傍にσ絞りを配置しても
良い。

【００４１】マスクＭのパターンを通過した光束は、主
投影光学系１２を介して、感光基板の感光面（被露光
面）１３上にパターンの縮小像を投影する。本実施例で
は、主投影光学系１２として、マスクＭの中間像を形成
する屈折型光学系と、この中間像の像（マスクＭの２次
像）を被露光面に形成する中抜け型の反射屈折光学系と
からなる２回結像型の反射屈折光学系を用いる。この主
投影光学系１２中の屈折型光学系内には、主投影光学系
１２の開口数ＮＡを決定するための投影系可変開口絞り
１４が配置されている。なお、本実施例では、視野絞り
投影光学系１０として、図３に示した第２実施例の視野
絞り投影光学系を採用している。このように、光源から
視野絞りＢからの光学系は、視野絞りＢさえ均一に照明
されていればその種類は問わない。

【００４２】なお、上述の例では、ロッド型インテグレ
ータＲを光と羽化正の棒状光学部材（ガラスロッド）で
構成したが、その代りに、内面に反射膜を設けた棒状の
中空部材（中空パイプ）で構成しても良い。さらに上述
の例において、ロッド型インテグレータＲに加えて、フ
ライアイレンズやマイクロレンズアレイ等の波面分割型
オプティカルインテグレータを用いても良い。この場
合、波面分割型のオプティカルインテグレータは、図９
における整形光学系２と集光レンズ８ａとの間の光路中
に配置されることになる。

【００４３】また本発明による反射屈折系の視野絞り投
影光学系においては、全てのレンズ（透過性光学材料）
を、単一の硝材、例えば蛍石で製造することができる。
このため、硝材の種類が限定される、露光波長が１７０
ｎｍ以下の投影露光装置の視野絞り投影光学系に使用す
ることができる。このような短波長（真空紫外）の光源
（フッ素レーザー等）を使用すると、転写できるパター
ンの解像度が向上し、微細パターンの転写に有利とな
る。

【００４４】上記表１〜４に示したレンズの屈折率ｎ＝
１．５６は、波長１５７ｎｍ近傍での蛍石の屈折率であ
る。これは、１７０ｎｍ以下の波長において、透過率が
最も高く、かつ異方性が無い硝材が蛍石であるためであ
るが、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、フッ化バ
リウム、等の他の透過硝材があれば、透過光学部材とし
て使用することができる。

【００４５】例えば、照明光学系中の光学部材のうち
で、その部分を透過する照明光束のエネルギー密度の高
い部材（光束の径が小さい）に付いては、フッ化マグネ
シウムのように、真空紫外領域の光束に対する透過率が
より高い材料を用いた方が、耐久性の点から好ましい。

【００４６】また、これらの照明光学系を、全てフッ化
マグネシウムとすれば、蛍石とした場合に比べ、より短
波長の１３０ｎｍ程度までの波長に対して使用すること
ができ、解像度の点でさらに有利になる。

【００４７】また、光学系の光学部材間の空間は、酸素
や、その他の不純物（水蒸気や炭化水素ガス）による吸
収をさけるために、Ｈｅ、Ｎ₂、Ｎｅ、Ａｒ等のガスに
より満たされていることが望ましい。

【００４８】また、第１または第４実施例において、マ
スクＭあるいは感光性基板１３の位置を検出するための
アライメント光学系を設ける場合には、例えば、折り曲
げミラー１１の近傍の空間であって照明光が通過しない
領域にアライメント対物系を設ける構成、折り曲げミラ
ー１１をダイクロイックミラーとして折り曲げミラー１
１の裏側にアライメント対物系を設ける構成、凹面鏡Ｍ
_Cに開口部を穿つ、あるいは凹面鏡Ｍ_Cの反射面をダイク
ロイックミラーとしてその裏側にアライメント対物系を
設ける構成、視野絞りＢとレンズ系Ｌ_Pとの間であって
レンズ光が通過しない領域にアライメント対物系を設け
る構成などが考えられる。

【００４９】また、上述の例では、屈折光学部材の屈折
面を非球面としたが、その代りに凹面鏡の反射面を非球
面としても良く、また、屈折光学部材の屈折面及び凹面
鏡の反射面の双方を非球面としてもよい。

【００５０】さらに、上記実施例では、光源としてＦ₂
レーザを用いているが、その代りに、１５７ｎｍに発振
スペクトルを持つＹＡＧレーザなどの固体レーザの高調
波を用いるようにしても良い。また、ＤＦＢ半導体レー
ザまたはファイバーレーザから発振される赤外域、また
は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（また
エルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたフ
ァイバーアンプで増幅し、非線系光学結晶を用いて紫外
光の波長変換した光長波を用いても良い。

【００５１】例えば、単一波長レーザの発振波長を１．
５１〜１．５９μｍの範囲内とすると、発生波長が１５
１〜１５９ｎｍの範囲内である１０倍高調波が出力され
る。特に発振波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲内と
すると、１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、
即ちＦ₂レーザとほぼ同一波長となる紫外線光が得られ
る。また、発振波長を１．０３〜１．１２μｍの範囲内
とすると、発生波長が１４７〜１６０ｎｍの範囲内であ
る７倍高調波が出力され、特に発振波長を１．０９９〜
１．１０６μｍの範囲内とすると、１５７〜１５８ｎｍ
の範囲内の７倍高調波、即ちＦ₂レーザとほぼ同一波長
となる紫外線光が得られる。なお、短いつ波長発振レー
ザとしてはイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザ
を用いる。

【００５２】さて、上述の実施例は、ウエハ上の１つの
ショット領域へマスクのパターン像を一括して転写した
後に、ウエハを投影光学系の光軸と直交する面内で移動
させて次のショット領域を投影光学系の露光領域に移動
させて露光を行なうステップ・アンド・リピート方式
（一括露光方式）や、ウエハの各ショット領域への露光
時にマスクＲ等エハＷとを投影光学系に言い痛いして投
影倍率βを速度比として同期走査するステップ・アンド
・スキャン方式（走査露光方式）の双方に適用できる。
なお、ステップ・アンド・スキャン方式では、スリット
上の露光領域内で良好な結像特性が得られれば良いた
め、投影光学系を大型化することなく、ウエハ上のより
広いショット領域似露光を行なうことができる。

【００５３】ところで、投影光学系は縮小系だけでなく
等倍系または拡大系（例えば液晶ディスプレイ製造用露
光装置など）を用いても良い。さらに、半導体素子の製
造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上
に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられ
る、デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する
露光装置、撮像素子（ＣＣＤなど）の製造に用いられる
露光装置にも本発明を適用できる。

【００５４】また、本発明は、投影光学系を用いてマス
ク上の回路パターンをウエハへ転写するプロキシミティ
か型の露光装置の照明光学系における視野絞り投影光学
系として用いることもできる。なお、本発明は上述の実
施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々の構成を取り得ることは無論である。

【００５５】

【発明の効果】本発明により、短い波長を用いる露光装
置において、効率のよい露光装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による投影露光装置を示す
図である。

【図２】本発明の第１実施例による視野絞り投影光学系
の光路を示す図である。

【図３】本発明の第２実施例による視野絞り投影光学系
の光路を示す図である。

【図４】本発明の第３実施例による視野絞り投影光学系
の光路を示す図である。

【図５】比較例による視野絞り投影光学系の光路を示す
図である。

【図６】変形例による視野絞り投影光学系の光路を示す
図である。

【図７】変形例による視野絞り投影光学系の光路を示す
図である。

【図８】変形例による視野絞り投影光学系の光路を示す
図である。

【図９】本発明による第４実施例の投影露光装置を示す
図である。

【符号の説明】

１…光源２…整形光学系３…折り曲げミラー４…第１のフライア
イレンズ５…第１のコンデンサーレンズ６…第２のフライア
イレンズ７…照明系開口絞り８…第２のコンデン
サーレンズ９，１１…平面鏡１０…視野絞り投影
光学系１２…主投影光学系１３…感光面１４…投影系開口絞りＭ…マスクＭ_C…凹面鏡Ｌ_P…正レンズＬ_N…負レンズＢ…視野絞り

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光に基づいて投影原版上のパタ
ーンを感光基板上の感光面に転写する露光装置に用いら
れ、前記光源と前記投影原版との間に配置される視野絞
りの像を前記投影原版上ヘ投影する視野絞り投影光学系
であって、１枚の凹面鏡と１つ以上の屈折光学部材とを
有することを特徴とする視野絞り投影光学系。
【請求項２】前記凹面鏡と前記屈折光学部材とは共軸に
配置されることを特徴とする請求項１記載の視野絞り投
影光学系。
【請求項３】前記視野絞り投影光学系はほぼ等倍の投影
倍率を有し、前記凹面鏡に入射する往路の光束と前記凹
面鏡で反射される復路の光束とは、全ての前記屈折光学
部材を通過することを特徴とする請求項１又は２記載の
視野絞り投影光学系。
【請求項４】前記１つ以上の屈折光学部材は、正屈折力
のレンズ群と、該正屈折力のレンズ群と前記凹面鏡との
間に配置された負屈折力のレンズ群とを有することを特
徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の視野絞り投
影光学系。
【請求項５】前記視野絞りから前記凹面反射鏡までの光
路と、前記凹面鏡から前記投影原版までの光路とのうち
の、少なくとも何れか一方の光路には、該光路を折り曲
げるための反射面が配置されることを特徴とする請求項
１乃至４の何れか一項記載の視野絞り投影光学系。
【請求項６】光源と、該光源からの光に基づいて所定面
上を均一に照明する照明光学系と、前記所定面上に配置
される視野絞りの像を投影原版上へ投影する視野絞り投
影光学系とを備え、前記視野絞り投影光学系からの光に
基づいて前記投影原版上のパターンを感光基板上の感光
面に転写する露光装置であって、前記視野絞り投影光学系として、請求項１〜５の何れか
一項記載の視野絞り投影光学系を用いたことを特徴とす
る露光装置。