JP2001077017A

JP2001077017A - 投影露光装置

Info

Publication number: JP2001077017A
Application number: JP2000199055A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Takahashi; 哲男高橋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2001-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】反射屈折型の投影光学系を有する投影露光装置
において、露光光が短波長化、特に２００ｎｍよりも短
い場合でもフレア光の発生を防止でき、良好なコントラ
ストでパターンを基板上に投影することができる投影露
光装置を提供すること。【解決手段】所定のパターンを有するマスクＲを所定
波長の照明光で照明する照明光学系ＩＳと、前記マスク
上のパターンを基板Ｗ上に投影する投影光学系ＰＬとを
有する投影露光装置において、前記投影光学系は、少な
くとも第１の反射面Ｒ１と第２の反射面Ｒ２とを有し、
前記第１及び第２の反射面のうちの少なくとも一方は正
の屈折力を有し、前記第１及び第２の反射面は光軸ＡＸ
近傍に設けられて光を通過させる開口部ＡＰ１，ＡＰ２
を有し、前記第１及び第２の反射面のうちの少なくとも
何れか一方の反射面の前記所定波長に対する反射率は９
５％以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素子
又は液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造す
る際に使用される投影露光装置、特に、反射屈折型の投
影光学系を有する投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造するためのフォトリ
ソグラフィ工程において、フォトマスク又はレチクル
（以下、「レチクル」と総称する。）上に形成されたパ
ターンの像を、投影光学系を介して、フォトレジスト等
の感光材料が塗布されたウエハ又はガラスプレート上に
露光する投影露光装置が使用されている。そして、半導
体素子等の集積度が向上するのに従って、投影露光装置
に使用されている投影光学系に要求される解像力は益々
高まってきている。その結果、この要求を満足するため
には、照明光（露光光）の波長を短くするとともに投影
光学系の開口数（Ｎ．Ａ．）を大きくすることが必要と
なる。

【０００３】しかし、照明光の波長が短くなると、光の
吸収が大きくなり、実用に耐える硝材の種類は限られて
しまい、特に波長が３００ｎｍ以下になると実用上使え
る硝材は合成石英と蛍石だけに限定される。このため、
屈折レンズ系のみ、即ち屈折力を有する反射鏡（凹面反
射鏡又は凸面反射鏡）を含まないレンズ成分のみで構成
された投影光学系では、色収差の補正が不可能となる。
また、投影光学系に求められる光学性能は極めて高いた
め、諸収差をほぼ無収差にまで補正することが必要とな
る。屈折型投影光学系で所望の光学性能を達成するため
には多数レンズ成分が必要となり、透過率の低減や製造
コストの増大を避けることはできない。

【０００４】これに対して、凹面反射鏡等のパワー（屈
折力）を利用する反射型の光学系は色収差を生じること
がなく、ペッツバール和に関してレンズ成分とは符号が
逆の寄与を示す。このため、反射光学系と屈折光学系と
を組み合わせた光学系、いわゆる反射屈折型の光学系
（以下、「反射屈折光学系」という）は、レンズ枚数の
増加を招くことなく、色収差をはじめ各諸収差をほぼ無
収差にまで良好に補正することができる。従って、反射
屈折光学系とは、少なくとも１つレンズ成分と、屈折力
を有する少なくとも１つの反射鏡とを含む光学系であ
る。なお、屈折型の光学系や反射型の光学系において、
必要に応じて平行平面板や光路偏向用の平面反射鏡など
が設けられることは言うまでもない。

【０００５】しかし、投影露光装置の投影光学系の光路
中に凹面反射鏡を用いると、レチクル側からこの凹面反
射鏡に入射した光が反射されて再び元のレチクル側へ逆
進してしまう。このため、凹面鏡に入射する光の光路と
凹面反射鏡で反射される光の光路とを分離するとともに
凹面反射鏡からの反射光をウエハ方向へ導くための技術
が、すなわち反射屈折光学系により投影光学系を構成す
る種々の技術が、従来より多く提案されている。

【０００６】代表的な光路分離の方法として、米国特許
第５，７１７，５１８号公報に開示された方法は、Ｎ．
Ａ．の中心部分が遮蔽されるタイプの光学系（以下、
「中心遮蔽タイプ」という）であり、２面以上の反射面
を用いることで光路偏向部材を使用せずに光学系を構成
するすべての光学要素を単一の光軸に沿って配置するこ
とができる。その結果、投影光学系において従来から用
いられている光学部品の調整方法に従って高精度に光学
系を製造することが可能である。また、光軸上の物体を
像面に結像できるため、少ない光学部材数で広い露光フ
ィールドを収差補正できるというメリットがある。この
光路分離方法を用いた光学系が、米国特許第５，７１
７，５１８号公報の他にも米国特許５，６５０，８７７
号公報等に開示されており、反射屈折型の光学系として
有力なタイプである。また、マスク及びウエハの光軸上
の領域を露光に使用しない軸外し型の光学系も提案され
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここで、光学系のフレ
ア光について説明する。フレア光とは、光学系へ入射し
た光がレンズ面やレンズ鏡筒内壁面等で反射して生ずる
結像面の一部又は全面に至る結像に寄与しない光をい
い、結像面のコントラストを低下させる原因となる。屈
折型の光学系の場合、信号光（入射光）が透過面で反射
してフレア光を生じても、再び透過面で反射しない限り
は結像面に至ることはない。一般に、透過面の反射率は
最高でも数％以下であるので、反射を２回繰返せば、フ
レア光は０．１％程度（反射率の自乗）の光量となる。
このため、一部分にフレア光が集中すること（以下、
「ホットスポット」という）が無い限りは問題とならな
い。そのため、専ら問題となるのは、一度ウエハ面に至
った信号光が、そのウエハ面で反射した後、投影レンズ
を構成するレンズ素子のうちの何れかのレンズ素子成分
の透過面で反射して戻ってくる迷光である。しかし、こ
の迷光の量は光学系を設計する段階で予め予測すること
ができるので、その量が少なくなるように光学系を設計
すれば迷光を防止することができる。

【０００８】これに対して、中心遮蔽タイプの反射屈折
型の光学系では、透過面で反射した後、さらに反射面で
反射することでフレア光が発生しうる。この場合、反射
面では光が殆ど減衰しないので、ウエハに至るフレア光
の光量は、信号光に比較して０．１％台から数％の量に
なってしまい問題である。特に、反射面が正のパワーを
有していると、フレア光が光軸より外側に逃げずに、光
軸に近づくことになりウエハ面に至るおそれが大きくな
る。特に、米国特許５，７１７，５１８号公報に開示さ
れた光学系のように２面の反射面がいずれも正のパワー
又は平面で構成されている場合、両反射面の間で発生し
たフレア光はレーザ共振器の如く２面の反射面の間で殆
ど減衰せずに何度も繰り返して反射し、光学系の設計段
階では予想しなかったようなフレア光やホットスポット
等を引き起こす可能性がある。このような現象は、中心
遮蔽タイプの反射屈折型の光学系において問題となる。

【０００９】近年のように、パターンの微細化に伴い露
光光の波長が２００ｎｍ以下の投影露光装置が実用化さ
れている場合、この波長領域では適切な反射防止コート
を施すことが極めて困難である。このため、光学系が数
％程度の反射率を有していても、その光学系を用いて投
影露光装置を製品化する場合もあり得る。この場合、上
述のフレア光の光量はさらに増大して問題となる。ま
た、反射面を有する部材のウエハ側の面（以下、「反射
面の裏面」という。）が光路上でウエハ側を向いている
光学系では、ウエハからの反射光又は反射面よりもウエ
ハ側に存在する屈折部材からの反射光が、反射面の裏面
に到達する。従って、この反射面の裏面に何らの処理が
施されていない場合は、該裏面で散乱又は反射した光が
不要なフレア光としてウエハ面に達するおそれがある。
このフレア光は結像性能を劣化させるので問題である。

【００１０】本発明は上記問題に鑑みてなされたもので
あり、反射屈折型の投影光学系を有する投影露光装置に
おいて、露光光が短波長化、特に２００ｎｍよりも短い
場合でもフレア光の発生を防止でき、良好なコントラス
トでパターンを基板上に投影することができる投影露光
装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、所定のパターンを有するマスクを所定波
長の照明光で照明する照明光学系と、前記マスク上のパ
ターンを基板上に投影する投影光学系とを有する投影露
光装置において、前記投影光学系は、少なくとも第１の
反射面と第２の反射面とを有し、前記第１及び第２の反
射面のうちの少なくとも一方は正の屈折力（凹面）を有
し、前記第１及び第２の反射面は光軸近傍に設けられて
光を通過させる開口部を有し、前記第１及び第２の反射
面のうちの少なくとも何れか一方の反射面の前記所定波
長に対する反射率は９５％以下であることを特徴とする
投影露光装置を提供する。ここで、開口部は、孔（穴）
でも良く透過部でも良い。

【００１２】また、本発明は、所定のパターンを有する
マスクを露光光で照明する照明光学系と、前記マスク上
のパターンを基板上に投影する投影光学系とを有する投
影露光装置において、前記投影光学系は、少なくとも第
１の反射面と第２の反射面とを有し、前記第１及び第２
のうちの反射面の少なくとも一方は正の屈折力を有し、
前記第１及び第２の反射面は、光軸近傍に設けられて光
を通過させる開口部を有し、前記マスクを介した前記露
光光の進行経路に沿って進行する光の強度と、該露光光
の進行経路とは異なる方向の経路に沿って進行する光の
強度とを測定する強度測定部を有することを特徴とする
投影露光装置を提供する。ここで、マスク側から光を入
射させて基板側に設けた強度測定部で光の強度を測定す
る構成、又は基板側から光を入射させてマスク側に設け
た強度測定部で光の強度を測定する構成の何れでも良
い。なお、進行経路に沿って進行する光には、基板側か
ら入射して露光光の進行方向を逆進する光も含む。ま
た、前記強度測定部は前記照明光学系が供給する照明光
と同じ波長の光を測定することが望ましい。さらに、前
記第2の光路を進行する光は、前記マスク上のパターン
を前記基板上に投影する露光光と同じ開口数を有するこ
とが望ましい。また、好ましくは、前記第１及び第２の
反射面の少なくとも一方の反射面の反射率を調節する反
射率調節部を有することが望ましい。

【００１３】また、本発明は、所定のパターンを有する
マスクを所定波長の露光光で照明する照明光学系と、前
記マスク上のパターンを基板上に投影する投影光学系と
を有する投影露光装置において、前記投影光学系は、少
なくとも第１の反射面と第２の反射面とを有し、前記第
１及び第２のうちの反射面の少なくとも一方は正の屈折
力を有し、前記第１及び第２の反射面は、光軸近傍に設
けられて前記照明光を通過させる開口部を有し、前記第
１及び第２の反射面のうちの少なくとも何れか一方の反
射面の前記所定波長に対する反射率を調節する反射率調
節部とを有することを特徴とする投影露光装置を提供す
る。反射率調節部は、所定波長に対する少なくとも一方
の反射面の反射率が高く、フレア光の光量が多い場合
は、当該反射面に水分、有機物などを付着させることで
反射率を任意に低下させることができる。逆に、反射面
表面に付着している水分や有機物質を取り除くことで、
反射率を大きくすることができる。光学素子の表面に付
着している物質を消失せしめるこれらの構成は、特開平
１０−３３５２３６号公報、特開平１０−３３５２３５
号公報、特開平１０−３０３９７号公報等に開示されて
いる。

【００１４】また、本発明では、所定のパターンを有す
るマスクを露光光で照明する照明光学系と、前記マスク
上のパターンを基板上に投影する投影光学系とを有する
投影露光装置において、前記投影光学系は、少なくとも
第１の反射面と第２の反射面とを有し、前記第１及び第
２の反射面のうちの少なくとも一方は正の屈折力を有
し、前記第１及び第２の反射面は、光軸近傍に設けられ
て前記照明光を通過させる開口部を有し、前記第１の反
射面と前記第２の反射面との間に設けられた遮光部材を
有することを特徴とする投影露光装置を提供する。ここ
で、前記遮光部材は、前記投影光学系の光軸を含む領域
に設けられることが好ましい。また、前記投影露光装置
は前記基板上に所定方向に延びた形状の露光領域を形成
し、前記遮光部材は、前記所定方向と交差する方向から
支持されることが好ましい。

【００１５】また、本発明は、所定のパターンを有する
マスクを照明する照明光学系と、前記マスク上のパター
ンを基板上に投影する投影光学系とを有する投影露光装
置において、前記投影光学系は、少なくとも第１の反射
面と第２の反射面とを有し、前記第１及び第２の反射面
のうちの少なくとも一方は正の屈折力を有し、前記第１
の反射面と前記第２の反射面との間に設けられた少なく
とも１面の屈折面とを有し、前記第１の反射面の曲率半
径をｒ１、前記第２の反射面の曲率半径をｒ２、前記屈
折面の曲率半径をｒｎとそれぞれしたとき、（１）１／ｒｎ＜２／（３・ｒ１）かつ１／ｒｎ＜２／（３・ｒ２）（２）１／ｒｎ＜２／（３・ｒ１）かつ１／ｒｎ＞３／（２・ｒ２）（３）１／ｒｎ＞３／（２・ｒ１）かつ１／ｒｎ＜２／（３・ｒ２）（４）１／ｒｎ＞３／（２・ｒ１）かつ１／ｒｎ＞３／（２・ｒ２）のいずれかの条件を満足することを特徴とする投影露光
装置を提供する。ここで、１／ｒ１又は１／ｒ２＝０の
とき、１／ｒｎ≠０とする。

【００１６】２つの反射面の間に存在する屈折面の曲率
半径の大きさが、該反射面の曲率半径の大きさに近接し
ている場合、この屈折面で発生するフレア光の光路と露
光光（信号光）の光路とが近づいてしまう。このため、
フレア光は光学系の光路の途中で遮光されること無く、
結像面（基板表面）において露光光近傍に至ってしまう
ので問題である。

【００１７】上記条件式（１），（２），（３）又は
（４）は、かかる問題を避けるための反射面の曲率半径
と屈折面の曲率半径との関係を規定している。何れかの
条件式を満足しないと、屈折面で発生したフレア光と露
光光（信号光）とが近接した光路を進行することになる
ので、上述のようにフレア光が露光光と同様に結像面に
到達してしまう。なお、これらの条件は、屈折面の数が
比較的少なければ容易に満足することができるので、光
学系を設計する際の指針の一つとすることができる。ま
た、本発明は、所定のパターンを有するマスクを照明す
る照明光学系と、前記マスク上のパターンを基板上に投
影する投影光学系とを有する投影露光装置において、前
記投影光学系は、少なくとも１面の反射面を有し、前記
反射面と該反射面の前記基板側の屈折部材との間に、反
射防止処理面と透過防止処理面との少なくとも一方を備
える反射部材を有することを特徴とする投影露光装置を
提供する。また、本発明は、前記反射面と前記反射部材
とを含む光学エレメントは、線膨張率が１ｐｐｍ／Ｋ以
下の低膨張率部材で構成されていることが好ましい。ま
た、本発明は、前記反射面と前記反射部材とを含む光学
エレメントが、強制冷却部と接続されていることが好ま
しい。また、本発明は、所定のパターンを有するマスク
を照明する照明光学系と、前記マスク上のパターンを基
板上に投影する投影光学系とを有する投影露光装置にお
いて、前記投影光学系は、少なくとも１面の反射面を有
する反射部材を有し、前記反射部材は、前記基板側の面
に、前記反射部材との間に前記投影光学系を構成する光
学エレメントを挟まずに、反射防止処理面と透過防止処
理面との少なくとも一方を含む吸収面を備える吸収部材
を有することを特徴とする投影露光装置を提供する。ま
た、本発明は、所定のパターンを有するマスクを照明す
る照明光学系と、前記マスク上のパターンを基板上の露
光領域内に投影する投影光学系とを有する投影露光装置
において、前記投影光学系は、少なくとも１面の反射面
と、前記反射面と該反射面の基板側の屈折部材との間の
光学面とを有する反射部材とを備え、前記光学面は、前
記露光領域に達する前記光学面からのフレア光が低減さ
れるような面形状を有することを特徴とする投影露光装
置を提供する。また、本発明は、前記光学面の面形状
は、曲率を有する形状または傾きを有する形状であるこ
とが好ましい。ここで、傾きを有する形状とは、投影光
学系の光軸直交面に対して傾いている形状をいう。

【００１８】また、上記各発明において、２つの反射面
は共軸であることが好ましい。さらに、上記各発明にお
いて、前記照明光学系が供給する露光光は１８０ｎｍ以
下であることが好ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
の実施の形態にかかる投影露光装置を説明する。図１
は、本発明の各実施形態にかかる投影光学系を備えた投
影露光装置の全体構成を概略的に示す図である。なお、
図１において、投影光学系を構成する投影光学系ＰＬの
光軸ＡＸに平行にＺ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内におい
て図１の紙面に平行にＸ軸を、紙面に垂直にＹ軸を設定
している。また、投影光学系ＰＬの物体面には所定の回
路パターンが形成された投影原版としてレチクルＲが配
置され、投影光学系ＰＬの像面には、基板としてのフォ
トレジストが塗布されたウエハＷが配置されている。

【００２０】光源Ｌから射出された光は、照明光学系Ｉ
Ｓを介して、所定のパターンが形成されたレチクルＲを
均一に照明する。光源Ｌから照明光学系ＩＳまでの光路
には、必要に応じて光路を変更するための１つ又は複数
の折り曲げミラーが配置される。

【００２１】また、照明光学系ＩＳは、例えば露光光の
照度分布を均一化するためのフライアイレンズや内面反
射型インテグレータからなり所定のサイズ・形状の面光
源を形成するオプティカルインテグレータや、レチクル
Ｒ上での照明領域のサイズ・形状を規定するための可変
視野絞り（レチクルブラインド）、この視野絞りの像を
レチクル上へ投影する視野絞り結像光学系などの光学系
を有する。なお、光源Ｌから視野絞りまでの光学系とし
て、例えば米国特許第５，３４５，２９２号に開示され
た照明光学系を適用することができる。

【００２２】レチクルＲは、レチクルホルダＲＨを介し
て、レチクルステージＲＳ上においてＸＹ平面に平行に
保持されている。レチクルＲには転写すべきパターンが
形成されており、パターン領域全体が照明光学系ＩＳか
らの光で照明される。レチクルステージＲＳは、図示を
省略した駆動系の作用により、レチクル面（すなわちＸ
Ｙ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置
座標はレチクル移動鏡Ｍ１を用いた干渉計ＩＦ１によっ
て計測され且つ位置制御されるように構成されている。

【００２３】レチクルＲに形成されたパターンからの光
は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウエハ
Ｗ上にマスクパターン像を形成する。投影光学系ＰＬ
は、その瞳位置近傍に口径が可変の開口絞りＡＳを有す
ると共に、レチクルＲ側及びウエハＷ側において、実質
的にテレセントリックとなっている。

【００２４】ウエハＷは、ウエハホルダＷＨを介して、
ウエハステージＷＳ上においてＸＹ平面に平行に保持さ
れている。そして、レチクルＲ上での照明領域と実質的
に相似形状の露光領域にパターン像が形成される。

【００２５】ウエハステージＷＳは、図示を省略した駆
動系の作用によりウエハ面（すなわちＸＹ平面）に沿っ
て二次元的に移動可能であり、その位置座標はウエハ移
動鏡Ｍ２を用いた干渉計ＩＦ２によって計測され且つ位
置制御されるように構成されている。

【００２６】図示無きアライメント系、上述の駆動系及
び干渉計（ＩＦ１，ＩＦ２）を用いてレチクルＲ及びウ
エハＷの位置合わせを行い、図示無きオートフォーカス
／オートレベリング系を用いてウエハＷを投影光学系の
結像面に位置決めした後に、レチクルＲのパターン領域
に露光光を照射することにより、ウエハＷ上の１つの露
光領域（ショット領域）にレチクルＲのパターンが転写
される。その後、駆動系及び干渉計（ＩＦ２）を用いて
ウエハをＸＹ平面内で移動させ、上記露光領域とは異な
るウエハＷ上の領域にレチクルＲのパターンを転写す
る。

【００２７】（第1実施形態）図２は、第1実施形態にか
かる反射屈折光学系（投影光学系）の概略構成とその光
路を示す図である。光源としてＦ₂レーザを用い、露光
波長は１５７．６ｎｍである。投影光学系ＰＬは、少な
くとも第１の反射面Ｒ１と第２の反射面Ｒ２とを有し、
第１の反射面Ｒ１は正の屈折力を有し、第１及び第２の
反射面は光軸ＡＸ近傍に設けられて光を通過させる開口
部ＡＰ１，ＡＰ２を有している。そして、露光波長に対
する第１の反射面の反射率は８５％、第２の反射面の反
射率は７０％である。

【００２８】次に、図３に基づいてフレア光の発生につ
いて説明する。図３は、投影光学系ＰＬの反射面Ｒ１，
Ｒ２の近傍を拡大したものである。反射面Ｒ１とＲ２と
の間には透過面Ｔ１，Ｔ２が設けられている。照明光学
系ＩＳからの光のうち、符号Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４で
示す光がフレア光である。各フレア光の発生する過程を
説明する。まず、フレア光Ｆ１は、開口部ＡＰ１を通過
してきた照明光学系ＩＳからの光のうち、Ｔ１で反射
し、Ｒ１で反射する成分である。フレア光Ｆ２は、開口
部ＡＰ１を通過してきた照明光学系ＩＳからの光のう
ち、Ｔ１を透過し、Ｔ１とＲ２との間で2回繰返し反射
した後Ｔ１を透過する成分である。フレア光Ｆ３は、開
口部ＡＰ１を通過してきた照明光学系ＩＳからの光のう
ち、Ｔ１を透過し、Ｒ２で反射し、Ｔ１を透過し、Ｒ１
で反射し、Ｔ１で反射する成分である。そして、フレア
光Ｆ４は、開口部ＡＰ１を通過してきた照明光学系ＩＳ
からの光のうち、Ｔ１を透過し、Ｒ２で反射し、Ｔ１を
透過し、Ｒ１で反射し、Ｔ１を透過し、Ｒ２で反射し、
Ｔ１を透過する成分である。なお、フレア光はこれらの
成分に限られず、さらに各面で反射、透過等を繰返した
成分が存在することは言うまでもないが、これら成分の
光量は微小であり問題とならないので、以下フレア光Ｆ
１〜Ｆ4について説明する。

【００２９】上述したように、露光光の波長が２００ｎ
ｍ以下、特に１８０ｎｍ以下の領域では、反射防止コー
トの開発がまだ発達途上であり、反射率をどの程度低く
出来るかは、十分に解明されていない。そのため、現在
の技術力では、この領域である程度の光量の反射光が生
じてしまう。図3で説明したフレア光のうち、フレア光
Ｆ４はレチクル方向に戻っているので、結像面において
コントラストを低下させるフレア光にはならない。しか
し、Ｔ１を通過する際に発生した３本のフレア光Ｆ１，
Ｆ２，Ｆ３はいずれもウエハ面に到達し像のコントラス
トを低下させてしまう。本実施形態では、露光光の波長
に対する反射面Ｒ１の反射率は８５％、反射面Ｒ２の反
射率は７０％である。以下の表１に各フレア光の強度等
を掲げる。ここで、屈折面Ｔ１での反射率を２％とす
る。強度は入射光の強度を１としたときのフレア光の強
度、割合は信号光に対するフレア光の比率（パーセン
ト）をそれぞれ示している。

【００３０】

【表１】

【００３１】表からも明らかなように、フレア光Ｆ１〜
Ｆ３の強度が低下し、特にフレア光Ｆ３では十分に強度
が低下し問題とならないレベルまで減少している。

【００３２】なお、反射面Ｒ１，Ｒ２の反射率を９５％
とするとフレア光Ｆ３は信号光に対して１％程度とな
り、さらに好ましくは、８５％とするとフレア光Ｆ３の
信号光に対する比は０．５％程度となるので望ましい。

【００３３】（第2実施形態）図4は第2実施形態にかか
る投影露光装置の投影光学系ＰＬ近傍の概略構成を示す
図である。図１又は図２に示した投影露光装置と同様の
部分は省略する。照明光学系ＩＳからの光はハーフミラ
ーＨＭにより第1の照度計測センサＳＮＳ１へ入射する
光と、レチクルＲを照明する光とに分割される。レチク
ルＲを照明した光は、投影光学系ＰＬを介してウエハ面
（結像面）に設けられた第2の照度計測センサＳＮＳ２
へ入射する。中央演算制御部ＰＣは第1と第2とのセンサ
からの信号に基づいて、投影光学系ＰＬに入射する前の
光の強度と、投影光学系ＰＬを透過した後の光の強度と
から投影光学系の透過率、ひいては反射面Ｒ１とＲ２と
の合計の反射率を算出する。

【００３４】所望の合計反射率が７０〜７５％とした場
合に、中央演算制御部ＰＣで算出された2面の合計反射
率が７５％以上であったときは、制御部ＰＣは、水蒸気
タンクＴＫのバルブを開いて反射面Ｒ１面に水蒸気を付
着させて合計の反射率が所望の値になるように反射率を
低下させる。逆に、反射面Ｒ１とＲ２との合計の反射率
が７０％以下の場合は、モータＭＴによりレモンスキン
レチクルＬＲをレチクル位置へ移動させる。レモンスキ
ンレチクルＬＲは入射光を拡散させて透過させるので、
ある程度以上の強度の光をレモンスキンレチクルＬＲに
入射させることで、反射面表面に付着している素蒸気そ
の他の汚染物を除去することができる（自己洗浄モー
ド）。その結果、反射面Ｒ１、Ｒ２の反射率を回復（増
加）させることができる。なお、反射率を低下させる場
合に反射面に付着させるのは水蒸気に限られず、有機物
質等でも良い。さらに、反射率を上げるためには、反射
鏡付近にオゾン等の活性化ガスを充填しながら不純物を
除去すること、又はレチクル位置にレンズを挿入して照
明光学系ＩＳからの光よりも大きいＮＡの範囲までの不
純物を除去することが望ましい。

【００３５】（第３実施形態）図５は第３実施形態にか
かる投影露光装置の投影光学系ＰＬ近傍の概略構成を示
す図である。その他の構成は図１に示した投影露光装置
と同様であるので省略する。本実施形態は、反射面Ｒ１
とＲ２との間のフレア光Ｆ３を遮光する位置に遮光板Ｏ
Ｂを有している構成が上記第2実施形態と相違してい
る。中心遮蔽型の反射屈折光学系では、光軸近傍のＮＡ
の光を露光に使用しないため、反射面Ｒ１とＲ２との間
に露光光が光軸を含まない空間が存在する。このため、
かかる位置に遮光板ＯＢを設けることが好ましい。図６
は、遮光板ＯＢを支持する構成を説明するための、第１
の反射面Ｒ１，第２反射面Ｒ２、及び遮光板ＯＢをウエ
ハ面に投影した状態を示す平面図である。第３実施形態
にかかる投影光学系は、所定方向（Ｘ方向）に延びた長
方形状の露光領域ＥＦをウエハＷ面上に形成する。この
とき、第１反射面Ｒ１及び第２反射面Ｒ２との間におい
て、露光領域ＥＦの短辺方向（所定方向と交差する方
向）に沿った光束の幅の方が、露光領域ＥＦの長辺に沿
った光束の幅よりも狭くなるため、短辺方向から支柱Ｃ
により遮光板ＯＢを支持したほうが露光領域に達する結
像光の影響が少なくなる。なお、支柱Ｃの一端は遮光部
材ＯＢに接続されているが、他端は投影光学系ＰＬの鏡
筒に接続されている。

【００３６】なお、本実施形態では、露光領域を長方形
状としたが、等脚台形状、不等脚台形状、６角形状など
のスリット形状や、円弧形状など所定方向に伸びた形状
であれば、上述の支持方向を適用できる。また、光透過
性の部材の表面に遮光部を設け、この遮光部が遮光部材
となるように、当該光透過性の部材を第１反射面Ｒ１と
第２反射面Ｒ２との間に配置しても良い。なお、フレア
光をさらに減少させるという観点にたてば、前者の支柱
Ｃにより支持する構成の方が好ましい。

【００３７】また、遮光板の大きさ、位置を適宜選択す
ることで、フレア光Ｆ３に加えてフレア光Ｆ１も遮光す
ることができる。

【００３８】また、上記第２、第３実施形態において、
Ｒ１面の曲率半径をｒ１、Ｒ２面の曲率半径をｒ２、Ｔ
１面の曲率半径をｒｔ１とそれぞれすると、ｒ１＝−１２５３．２７ｒ２＝３４０．０９ｒｔ１＝−６１１であり、条件式を満足している。これにより、フレア光
Ｆ１，Ｆ２は信号光からかなり離れて結像面に至る。上
記条件式が満足されないと、フレア光Ｆ１、Ｆ２が信号
光の近くの結像面に至り易くなるのでフレア光が集中し
易くなってしまう。

【００３９】（第４実施形態）図７は、軸外しの反射屈
折光学系において、反射部材ＲＬの裏面Ｐがほぼ平面の
反射面である場合に、反射部材ＲＬとウエハＷとの間の
屈折面において反射が起きている時の光路を示す図であ
る。図から明らかなように、反射面裏面Ｐの反射によっ
て多数のフレア光がウエハＷ面に到達している。このた
め、何ら対策を施さなければ結像性能が著しく劣化して
しまうおそれがある。

【００４０】図８は、第４実施形態にかかる反射屈折光
学系（投影光学系）の概略構成とその光路を示す図であ
る。本実施形態においては、反射部材ＲＬの裏面Ｐに反
射防止コートが施されている。これによって、ウエハＷ
からの反射光や反射部材ＲＬよりもウエハ側に存在する
屈折部材からの反射光が反射鏡裏面Ｐでさらに反射する
ことを防止できる。従って、不要なフレア光がウエハに
到達することがない。

【００４１】また、上記反射防止コートに代えて、又は
加えて透過防止コートを施すことで、さらに不要なフレ
ア光を低減できる。さらに、反射鏡裏面Ｐに黒塗りを施
しても良い。これにより容易に上記不要な反射光を吸収
することができる。また、露光波長λ＝１５７ｎｍの場
合は、当該露光波長の光を透過しない硝材、例えば後述
するようなゼロデュア、合成石英、ＵＬＥ等で反射部材
を構成し、かつその裏面Ｐに反射防止コートを施しても
良い。これにより、フレア光を除去することができる。

【００４２】また、反射面裏面ＰよりもウエハＷ側に存
在する屈折面での反射率が高い場合は、フレア光のエネ
ルギー量が大きくなる。この場合、反射面裏面Ｐでの光
の吸収に起因して大きな熱量が発生する。このため、膨
張率の大きい材料を反射部材に用いると、温度上昇によ
る形状の変形が大きな問題になってくる。本実施形態で
は、この熱による変形の問題を解決するため、反射部材
の材料として低膨張ガラスを用いている。線膨張係数が
１ｐｐｍ／Ｋ以下の低膨張材料としては、合成石英や、
米国ニューヨーク州コーニング市のコーニング・インコ
ーポレイテッド（Corning Incorporated）から入手可能
なＵＬＥ（商標）、同じくコーニング・インコーポレイ
テッドから入手可能なゼロデュア（商標）が挙げられ
る。

【００４３】（第５実施形態）上述したように、フレア
光を防止するために吸収コートを施すと、吸収による発
熱のため部材の変形を生ずるおそれがある。この変形は
上記第４実施形態で述べたように低膨張材料を使用する
ことで防ぐことができる。しかし、露光光の波長が短く
なると、耐久性などの点から低膨張材料を使用できなく
なる場合もありうる。この場合に熱変形の問題を解消す
るためには、吸収により発生した熱を逃げ易くして（即
ち、反射部材以外の他の部材へ放熱させて）、温度上昇
を低減する必要がある。

【００４４】本実施形態は上記点に鑑みてなされたもの
である。図１０（ａ）は、本実施形態にかかる反射屈折
光学系が有する反射部材ＲＬの断面構成を示す図であ
る。露光光の波長はλ＝１５７ｎｍである。反射部材Ｒ
Ｌはフッ化カルシウムで形成されている。そして、反射
面ＲＲには反射率を高めるコート、吸収面ＡＢＳには反
射防止コート及び透過防止コートが施されている。ま
た、フッ化カルシウムの反射部材ＲＬの周縁部分をアル
ミニウム等の熱伝導率が高い部材で形成された放熱板Ｈ
で囲んでいる。そして、放熱板Ｈは、不図示のクーラー
や熱容量の大きいボディー等にさらに接続されている。
かかる構成により、反射部材ＲＬの放熱を良くして、温
度上昇を抑えることができる。

【００４５】（第６実施形態）第６実施形態は、上記反
射部材の反射面と吸収面とを分離して別体とした点を特
徴としている。図９は、本実施形態にかかる反射屈折光
学系の概略構成と光路とを示す図である。また、図１０
（ｂ）に反射部材ＲＬ近傍を拡大した様子を示す。反射
部材ＲＬと吸収部材ＡＢＳとを別の部材にすることで、
吸収面で発生した熱が反射面へ伝播することを防止でき
る。さらに、露光波長λ＝１５７ｎｍの場合は、吸収部
材ＡＢＳを該露光波長の光を吸収する硝材、例えば上述
したゼロデュア、ＵＬＥ，合成石英等で構成することが
できる。また、反射部材ＲＬと吸収部材ＡＢＳとの間は
熱伝導率の低い気体、例えば窒素等で満たすことが好ま
しい。

【００４６】（第７実施形態）第７実施形態は、上記第
６実施形態の反射部材ＲＬと吸収部材ＡＢＳとを熱伝導
率が低い部材を介して一体としたものである。図１０
（ｃ）は、本実施形態の反射部材ＲＬ近傍を拡大した図
である。反射部材ＲＬと吸収部材ＡＢＳとを熱伝導率が
低い支柱部ＧＬで接続している。かかる構成により反射
部材ＲＬと吸収部材ＡＢＳとを容易に製造することがで
きる。また、露光波長λ＝１５７ｎｍの場合は、支柱部
ＧＬを該露光波長の光を吸収する硝材、例えばゼロデュ
ア、ＵＬＥ，合成石英等で構成することができる。さら
に、上述したように、支柱部ＧＬは、熱伝導率の低いガ
ラスなどを用いることが好ましい。

【００４７】（第８実施形態）図１１は、第８実施形態
にかかる反射屈折光学系（投影光学系）の概略構成とそ
の光路を示す図である。反射面の裏面Ｐが凸面形状とな
る曲率を有している。この凸面により、本来ウエハＷの
露光領域内に到達しフレア光になりうる光を、ウエハＷ
の露光領域外に逃がすことができる。この構成により、
光の吸収による熱発生を防止することができる。なお、
反射鏡の裏面Ｐの曲率は凸面に限られず、凹面又は投影
光学系の光軸直交面に対して傾いている形状でも良い。

【００４８】さて、本発明は、ウエハ上の１つのショッ
ト領域ヘマスクパターン像を一括的に転写した後に、投
影光学系の光軸と直交する面内でウエハを逐次二次元的
に移動させて次のショット領域にマスクパターン像を一
括的に転写する工程を繰り返すステップ・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とウエハとを投影光学系に対して投
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）の双方に適用すること
ができる。なお、ステップ・アンド・スキャン方式で
は、スリット状（細長い矩形状）の露光領域内で良好な
結像特性が得られればよいため、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に露光を
行うことができる。

【００４９】ところで、上述の各実施形態では、半導体
素子の製造に用いられる投影露光装置に本発明を適用し
ている。しかしながら、半導体素子の製造に用いられる
露光装置だけでなく、液晶表示素子などを含むディスプ
レイ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
いられる露光装置などにも本発明を適用することができ
る。また、レチクルまたはマスクを製造するためにガラ
ス基板またはシリコンウエハなどに回路パターンを転写
する露光装置にも、本発明を適用することができる。

【００５０】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れることなく、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いうまでもない。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、反
射屈折型の投影光学系を有する投影露光装置において、
露光光が短波長化、特に２００ｎｍよりも短い場合でも
フレア光の発生を防止でき、良好なコントラストでパタ
ーンを基板上に投影することができる投影露光装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかる投影露光装置の概略
構成を示す図である。

【図２】第１実施形態にかかる投影光学系の構成を示す
図である。

【図３】フレア光の発生を説明する図である。

【図４】第２実施形態にかかる投影光学系の構成を示す
図である。

【図５】第３実施形態にかかる投影光学系の構成を示す
図である。

【図６】遮光板を支持する構成を示す図である。

【図７】反射部材の裏面の反射に起因するフレア光の発
生の様子を示す光路図である。

【図８】第４実施形態にかかる投影露光装置が有する反
射屈折光学系（投影光学系）の概略構成とその光路を示
す図である。

【図９】第６実施形態にかかる投影露光装置が有する反
射屈折光学系（投影光学系）の概略構成とその光路を示
す図である。

【図１０】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ第５，
６，７実施形態にかかる投影露光装置が有する反射屈折
光学系内の反射部材の構成を示す図である。

【図１１】第８実施形態にかかる投影露光装置が有する
反射屈折光学系（投影光学系）の概略構成とその光路を
示す図である。

【符号の説明】

Ｒ１第１反射面Ｒ２第２反射面Ｔ１屈折面Ｌ光源ＩＳ照明光学系ＲレチクルＲＨレチクルホルダＲＳレチクルステージＰＬ投影光学系ＡＳ絞りＷウエハＷＨウエハホルダＩＦ１，ＩＦ２干渉計Ｍ１，Ｍ２移動ミラーＲＬ反射部材Ｐ裏面ＧＬ支柱ＲＲ反射面ＡＢＳ吸収面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のパターンを有するマスクを所定波
長の照明光で照明する照明光学系と、前記マスク上のパ
ターンを基板上に投影する投影光学系とを有する投影露
光装置において、前記投影光学系は、少なくとも第１の反射面と第２の反
射面とを有し、前記第１及び第２の反射面のうちの少な
くとも一方は正の屈折力を有し、前記第１及び第２の反射面は光軸近傍に設けられて光を
通過させる開口部を有し、前記第１及び第２の反射面のうちの少なくとも何れか一
方の反射面の前記所定波長に対する反射率は９５％以下
であることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】所定のパターンを有するマスクを露光光
で照明する照明光学系と、前記マスク上のパターンを基
板上に投影する投影光学系とを有する投影露光装置にお
いて、前記投影光学系は、少なくとも第１の反射面と第２の反
射面とを有し、前記第１及び第２のうちの反射面の少な
くとも一方は正の屈折力を有し、前記第１及び第２の反射面は、光軸近傍に設けられて光
を通過させる開口部を有し、前記マスクを介した前記露光光の進行経路に沿って進行
する光の強度と、該露光光の進行経路とは異なる方向の
経路に沿って進行する光の強度とを測定する強度測定部
を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項３】所定のパターンを有するマスクを所定波
長の露光光で照明する照明光学系と、前記マスク上のパターンを基板上に投影する投影光学系
とを有する投影露光装置において、前記投影光学系は、少なくとも第１の反射面と第２の反
射面とを有し、前記第１及び第２のうちの反射面の少な
くとも一方は正の屈折力を有し、前記第１及び第２の反射面は、光軸近傍に設けられて前
記照明光を通過させる開口部を有し、前記第１及び第２の反射面のうちの少なくとも何れか一
方の反射面の前記所定波長に対する反射率を調節する反
射率調節部とを有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項４】所定のパターンを有するマスクを露光光
で照明する照明光学系と、前記マスク上のパターンを基
板上に投影する投影光学系とを有する投影露光装置にお
いて、前記投影光学系は、少なくとも第１の反射面と第２の反
射面とを有し、前記第１及び第２の反射面のうちの少な
くとも一方は正の屈折力を有し、前記第１及び第２の反射面は、光軸近傍に設けられて前
記照明光を通過させる開口部を有し、前記第１の反射面と前記第２の反射面との間に設けられ
た遮光部材を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項５】所定のパターンを有するマスクを照明す
る照明光学系と、前記マスク上のパターンを基板上に投
影する投影光学系とを有する投影露光装置において、前記投影光学系は、少なくとも第１の反射面と第２の反
射面とを有し、前記第１及び第２の反射面のうちの少な
くとも一方は正の屈折力を有し、前記第１の反射面と前記第２の反射面との間に設けられ
た少なくとも１面の屈折面とを有し、前記第１の反射面の曲率半径をｒ１、前記第２の反射面の曲率半径をｒ２、前記屈折面の曲率半径をｒｎとそれぞれしたとき、１／ｒｎ＜２／（３・ｒ１）かつ１／ｒｎ＜２／（３・
ｒ２）１／ｒｎ＜２／（３・ｒ１）かつ１／ｒｎ＞３／（２・
ｒ２）１／ｒｎ＞３／（２・ｒ１）かつ１／ｒｎ＜２／（３・
ｒ２）１／ｒｎ＞３／（２・ｒ１）かつ１／ｒｎ＞３／（２・
ｒ２）のいずれかの条件を満足することを特徴とする投影露光
装置。ただし、１／ｒ１又は１／ｒ２＝０のとき、１／
ｒｎ≠０とする。
【請求項６】所定のパターンを有するマスクを照明す
る照明光学系と、前記マスク上のパターンを基板上に投影する投影光学系
とを有する投影露光装置において、前記投影光学系は、少なくとも１面の反射面を有し、前
記反射面と該反射面の前記基板側の屈折部材との間に、
反射防止処理面と透過防止処理面との少なくとも一方を
備える反射部材を有することを特徴とする投影露光装
置。
【請求項７】前記反射面と前記反射部材とを含む光学
エレメントは、線膨張率が１ｐｐｍ／Ｋ以下の低膨張率
部材で構成されていることを特徴とする請求項６記載の
投影露光装置。
【請求項８】前記反射面と前記反射部材とを含む光学
エレメントが、強制冷却部と接続されていることを特徴
とする請求項６記載の投影露光装置。
【請求項９】所定のパターンを有するマスクを照明す
る照明光学系と、前記マスク上のパターンを基板上に投影する投影光学系
とを有する投影露光装置において、前記投影光学系は、少なくとも１面の反射面を有する反
射部材を有し、前記反射部材は、前記基板側の面に、前
記反射部材との間に前記投影光学系を構成する光学エレ
メントを挟まずに、反射防止処理面と透過防止処理面と
の少なくとも一方を含む吸収面を備える吸収部材を有す
ることを特徴とする投影露光装置。
【請求項１０】所定のパターンを有するマスクを照明
する照明光学系と、前記マスク上のパターンを基板上の露光領域内に投影す
る投影光学系とを有する投影露光装置において、前記投影光学系は、少なくとも１面の反射面と、前記反
射面と該反射面の基板側の屈折部材との間の光学面とを
有する反射部材とを備え、前記光学面は、前記露光領域に達する前記光学面からの
フレア光が低減されるような面形状を有することを特徴
とする投影露光装置。
【請求項１１】前記光学面の面形状は、曲率を有する
形状または傾きを有する形状であることを特徴とする請
求項１０記載の投影露光装置。