JP2002151397A

JP2002151397A - 投影光学系、露光装置及び露光方法

Info

Publication number: JP2002151397A
Application number: JP2000347992A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Omura; 泰弘大村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2002-05-24

Abstract

(57)【要約】【課題】波面収差、特にコマ収差の影響を抑え、パタ
ーンを精度良く投影することができる投影光学系、露光
装置及び露光方法を提供することを目的とする。【解決手段】投影光学系ＰＬは、レチクルＲからウエ
ハＷへ向かう露光光ＥＬの光路上に配置される複数の光
学素子を含み、これら複数の光学素子のうちの露光光Ｅ
Ｌの結像位置近傍に配置される光学素子の面形状の形状
誤差のうち、０．２＜ＰＤ／ＷＬ＜１０．０の
範囲内の波長成分に関して、形状誤差のＲＭＳ値で２ｎ
ｍ以下である条件を満足している。但し、ＰＤは所定の
開口数を持ってレチクルＲ上の一点から射出した露光光
ＥＬが、光学素子を円形状又は楕円形状に照射した際の
この光学素子の被照射領域の直径又は短径であり、ＷＬ
は露光光ＥＬが照射される光学素子の被照射領域の面形
状の波長である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影光学系、この
投影光学系を備えた露光装置及び露光方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体デバイスや液晶表示デ
バイスをリソグラフィ技術を用いて製造する際に、パタ
ーンが形成されたマスクに露光用照明光（露光光）を照
明し、このマスクの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剤が塗布された半導体ウエハや
ガラスプレート等の感光性基板上に投影露光することが
行われているが、近年においては、パターンの微細化の
要求がますます高まっているため、この投影露光を行う
露光装置は、より解像力の高いものが要求されている。
この要求を満足するために、露光光の短波長化が行われ
ており、最近ではＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８
ｎｍ）が主流となりつつある。そして、現在では、より
短波長のＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）も
実用化段階に入りつつある。また、更に短波長のＦ₂レ
ーザ光（波長１５７ｎｍ）を使用する露光装置の研究も
行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、露光装置の
投影光学系は複数の光学素子（レンズ）によって構成さ
れているが、光学素子の面形状は解像力に大きく影響す
る。特に、露光光の結像位置近傍に配置される光学素子
の面精度が解像力に大きく影響する。結像位置近傍に配
置される光学素子の面精度は波面収差、特にコマ収差に
大きく影響し、面精度が低いと、形成されるパターンの
像の線幅が不均一になってパターンを精度良く投影する
ことができない。

【０００４】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、波面収差、特にコマ収差の影響を抑え、パタ
ーンを精度良く投影することができる投影光学系、この
投影光学系を備えた露光装置及び露光方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明は、実施の形態に示す図１〜図７に対応付けし
た以下の構成を採用している。本発明の投影光学系は、
第１面（Ｒ）上の物体の像を第２面（Ｗ）上に形成する
投影光学系（ＰＬ）において、第１面（Ｒ）から第２面
（Ｗ）へ向かう光束（ＥＬ）の光路上に配置される複数
の光学素子を含み、これら複数の光学素子のうちの光束
（ＥＬ）の結像位置近傍に配置される光学素子（１、
２、ＨＰ）の面形状の形状誤差のうち、０．２＜ＰＤ／ＷＬ＜１０．０ … （１）の範囲内の波長成分に関して、形状誤差のＲＭＳ値で２
ｎｍ以下である条件を満足することを特徴とする。但
し、ＰＤ：所定の開口数を持って第１面（Ｒ）上の一点から
射出した光束（ＥＬ）が、光学素子を円形状又は楕円形
状に照射した際のこの光学素子の被照射領域の直径又は
短径，ＷＬ：光束（ＥＬ）が照射される光学素子の被照射領域
の面形状の波長，である。

【０００６】本発明によれば、結像位置近傍に配置され
る光学素子の面形状の形状誤差のうち、上記（１）式で
示される範囲内の波長成分をＲＭＳ値で２ｎｍ以下に抑
えることにより、物体の像を精度良く投影することがで
きる。つまり、光束の結像位置近傍に配置される光学素
子の面形状のうち、（１）式に示すような範囲内の波長
成分は波面収差、特にコマ収差に大きく影響を及ぼす
が、この範囲内の波長成分に関して、形状誤差のＲＭＳ
値を２ｎｍ以下に抑えることにより、コマ収差を抑える
ことができる。したがって、物体の像を精度良く投影す
ることができる。ここで、光束の結像位置近傍とは、第
１面（物体面）及びその近傍も含む。

【０００７】この場合、結像位置近傍とは、ＥＤを光学
素子に対する光束の有効直径とするとき、ＰＤ／ＥＤ＜０．３ … （２）の条件を満足する範囲である。つまり、上記（２）式に
おいて、ＰＤがＥＤに対して小さい範囲、すなわち、結
像位置に近い範囲において光学素子の形状誤差が（１）
式で示されるような場合に、像高方向にコマ収差が大き
くなる。この像高方向への大きな収差変化は光学系の調
整によっても補正しきれないので、（２）式に示すよう
な範囲に配置される光学素子の面精度を、（１）式で示
した範囲内の波長成分に関して、形状誤差のＲＭＳ値で
２ｎｍ以下にする。

【０００８】本発明の露光装置（ＥＸ）は、マスク
（Ｒ）に露光光（ＥＬ）を照明し、このマスク（Ｒ）に
形成されたパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して
感光性基板（Ｗ）上に形成する露光装置において、投
影光学系（ＰＬ）は、請求項１〜請求項５のいずれか一
項に記載の投影光学系（ＰＬ）によって構成されている
ことを特徴とする。

【０００９】本発明によれば、上記投影光学系（ＰＬ）
を用いて露光処理を行うので、コマ収差を抑えながらパ
ターン形成を精度良く行うことができる。

【００１０】本発明の露光方法は、マスク（Ｒ）に露光
光（ＥＬ）を照明し、この露光光（ＥＬ）に基づいてマ
スク（Ｒ）に形成されたパターンの像を感光性基板
（Ｗ）上に形成する露光方法において、露光光（ＥＬ）
を、マスク（Ｒ）と感光性基板（Ｗ）との間の光路中に
配置された複数の光学素子を介して感光性基板（Ｐ）へ
導き、複数の光学素子のうちの光束（ＥＬ）の結像位置
近傍に配置される光学素子の面精度は、０．２＜ＰＤ／ＷＬ＜１０．０ … （１）の範囲内の波長成分に関して、形状誤差のＲＭＳ値で２
ｎｍ以下である条件を満足することを特徴とする。但
し、ＰＤ：所定の開口数を持って第１面（Ｒ）上の一点から
射出した光束（ＥＬ）が、光学素子を円形状又は楕円形
状に照射した際の該光学素子の被照射領域の直径又は短
径，ＷＬ：光束（ＥＬ）が照射される光学素子の被照射領域
の面形状の波長，である。

【００１１】本発明によれば、結像位置近傍に配置され
る光学素子の面精度を、上記（１）式で示される範囲内
の波長成分に関して、ＲＭＳ値で２ｎｍ以下にすること
により、光学素子の波面収差、特にコマ収差の影響を抑
えることができる。したがって、コマ収差を抑えながら
パターン形成を精度良く行うことができる。ここで、露
光光（ＥＬ）の結像位置近傍とはマスク（Ｒ）及びその
近傍も含み、例えば、マスク（Ｒ）のパターン面に対し
て所定の間隔だけ隔離して配置された光透過性の基板
（ＨＰ）も含む。

【００１２】

【発明の実施の形態】《第１実施形態》以下、本発明の
投影光学系、露光装置及び露光方法の第１実施形態につ
いて図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る
露光装置の概略構成図であり、図２は本発明の第１実施
形態に係る投影光学系ＰＬの概略構成図である。

【００１３】図１において、露光装置ＥＸは、光源１１
からの露光光（光束）ＥＬをレチクルステージ（マスク
ステージ）ＲＳＴに保持された投影原板としてのレチク
ル（マスク）Ｒに照明する照明光学系１２と、露光光Ｅ
Ｌで照明されたレチクルＲのパターンの像をワークとし
てのウエハ（感光性基板）Ｗに投影する投影光学系ＰＬ
とを備えている。光源１１としては、Ｆ₂レーザ（波長
１５７ｎｍ）などが用いられている。

【００１４】レチクルＲは、レチクルＲのパターン面
（下面）ＲＰに対して所定の間隔だけ隔離して平行に配
置された光透過性の基板（ハードペリクル）ＨＰを有し
ている。光透過性基板ＨＰは、矩形の枠状の保持フレー
ムＰＦを介してレチクルＲに接続されている。レチクル
Ｒのパターン面ＲＰと保持フレームＰＦとはオプティカ
ルコンタクトの状態で接着固定（単純支持）されてい
る。オプティカルコンタクトにより接着させることで、
パターン面ＲＰと保持フレームＰＦとの密閉率が向上す
るとともに、密着度も向上するので力学的な歪みが生じ
にくくなる。

【００１５】光透過性基板ＨＰは、露光光ＥＬに対して
透過性を有し所定の厚さで正方形状に形成されている。
光透過性基板ＨＰと保持フレームＰＦとは同じ部材で一
体的に形成されている。ここで、光透過性基板ＨＰ及び
保持フレームＰＦの材質としては、例えば石英ガラス
（ＳｉＯ₂)、螢石(ＣａＦ₂)、弗化マグネシウム(Ｍｇ
Ｆ₂)等を使用することができる。また、石英ガラスと
しては合成石英を使用できる。また、短波長の光に対す
る耐性を強化するためにフッ素（Ｆ）をドープした石英
ガラス、フッ素に加えて水素もドープされた石英ガラ
ス、ＯＨ基を含有させた石英ガラス、フッ素に加えてＯ
Ｈ基を含有する石英ガラス等の改良石英ガラスも用いる
ことができる。なお、フッ素をドープした石英ガラスに
おいて、フッ素濃度は１００ｐｐｍ以上が好ましく、５
００ｐｐｍ〜３００００ｐｐｍの範囲内であることがさ
らに好ましい。フッ素に加えて水素もドープされた石英
ガラスにおいて、水素濃度は、５×１０¹⁸ｍｏｌｅｃｕ
ｌｅｓ／ｃｍ³以下であることが好ましく、１×１０¹⁶
ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ³以下であることがさらに好
ましい。また、ＯＨ基を含有させた石英ガラスにおい
て、ＯＨ基の濃度は１０ｐｐｂ〜１００ｐｐｍの範囲内
であることが好ましい。また、フッ素に加えてＯＨ基も
含有する石英ガラスにおいて、フッ素濃度は１００ｐｐ
ｍ以上であり、かつＯＨ基濃度はフッ素濃度よりも低い
ことが好ましい。さらにこの場合、ＯＨ基濃度は１０ｐ
ｐｂ〜２０ｐｐｍの範囲内であることが好ましい。これ
らの材料は、紫外線に対する透過性が高いばかりでな
く、紫外線に対する耐久性も十分である。そして、これ
らの材料よりなる平板の両面を研磨して、所定の厚さと
なるように加工することで光透過性基板ＨＰが形成され
る。

【００１６】なお、光透過性基板ＨＰと保持フレームＰ
Ｆとは一体的に形成されているものに限られず、別々に
作製したものを接着剤にて接着固定しても良い。更に、
光透過性基板ＨＰと保持フレームＰＦとを同じ材質で形
成せず、例えば、保持フレームＰＦを高強度なチタン合
金等で構成し、この保持フレームＰＦに光透過性基板Ｈ
Ｐを接着固定してもよい。

【００１７】レチクルＲのパターン面ＲＰ上において、
保持フレームＰＦの外側の細長い２つの領域が吸着領域
４Ａ、４Ｂとなっており、レチクルＲを後述する露光装
置ＥＸとの間で搬送する際のレチクルローダ系と、及び
露光装置ＥＸのレチクルステージＲＳＴとにおいては、
レチクルＲの吸着領域４Ａ、４Ｂが真空吸着等によって
固定される。そして、本実施形態では、パターン面ＲＰ
と、保持フレームＰＦと、光透過性基板ＨＰとにより囲
まれた空間５５は密閉されている。従って、空間５５は
外気とは隔離されているため、レチクルＲを搬送する途
中等において、パターン面ＲＰ上に外気中の塵等の異物
が付着することが防止されている。さらに、空間５５に
Ｈｅ等の不活性ガスをパージしておくと、パターン面Ｒ
Ｐ及び光透過性基板ＨＰのレチクルＲ側の面については
長期間にわたって汚染を防止できる。

【００１８】光源１１から射出された露光光ＥＬは、オ
プティカル・インテグレータ（ホモジナイザー）、開口
絞り、視野絞り（レチクルブラインド）、コンデンサレ
ンズ系等を含む照明系１２を経て、均一な照度分布でレ
チクルＲのパターン面ＲＰ上のパターン領域を照明す
る。露光光ＥＬのもとで、レチクルＲのパターン面ＲＰ
の照明領域内のパターンの像が、投影光学系ＰＬを介し
て、フォトレジストが塗布されたウエハＷの露光対象の
ショット領域上に投影される。

【００１９】レチクルＲは、このレチクルＲをＸＹ平面
内で位置決めするレチクルステージＲＳＴ上に吸着保持
され、レチクルステージＲＳＴの位置は不図示のレーザ
干渉計によって計測される。一方、ウエハＷは、不図示
のウエハホルダ上に真空吸着によって保持され、このウ
エハホルダは試料台２０上に固定され、試料台２０はＸ
Ｙステージ２１上にＸ方向、Ｙ方向に移動自在に載置さ
れている。試料台２０のＸＹ平面内での位置は、試料台
２０上の移動鏡２２ｍ及びレーザ干渉計２２によって計
測され、この計測値が制御装置ＣＯＮＴ、及びウエハス
テージ駆動系２３に供給され、ウエハステージ駆動系２
３は、供給された計測値及び制御装置ＣＯＮＴからの制
御情報に基づいて、ＸＹステージ２１を駆動することに
よって試料台２０の位置決めを行う。また、試料台２０
の底部には、不図示のオートフォーカスセンサの計測値
に基づいて、オートフォーカス方式でウエハＷの表面を
投影光学系ＰＬの像面に合わせ込む合焦機構が組み込ま
れている。

【００２０】さらに、レチクルステージＲＳＴの側面方
向にレチクルローダ１３が配置されており、制御装置Ｃ
ＯＮＴは、レチクルローダ１３の動作を制御してレチク
ルステージＲＳＴ上のレチクルＲの交換を行う。また、
制御装置ＣＯＮＴには、露光処理に関する種々のデータ
が格納された磁気ディスク装置等の記憶装置２５が接続
されている。

【００２１】本実施形態における露光装置ＥＸはステッ
プ・アンド・リピート型であるため、ウエハＷ上の一つ
のショット領域への露光が終わると、ＸＹステージ２１
を介しての試料台２０のステップ移動によって、ウエハ
Ｗ上の次のショット領域が投影光学系ＰＬによる露光領
域に移動して、レチクルＲのパターン像を露光する動作
が繰り返される。

【００２２】また、露光光ＥＬの通過する光路空間は、
不図示のケーシングで密封されており、ヘリウムガスや
窒素などの露光光ＥＬに対して不活性ガスで置換されて
いるか、あるいはほぼ真空状態に保持されており、光源
１１からウエハＷまでの光路の全体に亘って、露光光Ｅ
Ｌがほとんど吸収されることのない雰囲気が形成されて
いる。

【００２３】次に、本発明の投影光学系の第１実施形態
について図２を参照しながら説明する。図２は、本発明
の投影光学系ＰＬの第１実施形態に係る概略構成図であ
る。

【００２４】図２に示すように、投影光学系ＰＬは、第
１面に配置されたレチクルＲのパターンの第１中間像を
形成するための屈折型の第１結像光学系Ｇ１と、凹面反
射鏡ＣＭと２つの負レンズ３とから構成されて第１中間
像の像である第２中間像（第１中間像のほぼ等倍像であ
ってレチクルパターンの２次像）を形成するための第２
結像光学系Ｇ２と、第２中間像からの光に基づいて第２
面に配置されたウエハＷ上にレチクルパターンの最終像
（レチクルパターンの縮小像）を形成するための屈折型
の第３結像光学系Ｇ３とを備えている。

【００２５】第１結像光学系Ｇ１と第２結像光学系Ｇ２
との間の光路中において第１中間像の形成位置の近傍に
は、第１結像光学系Ｇ１からの光を第２結像光学系Ｇ２
に向かって９０°だけ偏向するための光路折り曲げ用の
反射面（第１光路折り曲げ鏡）１が配置されている。ま
た、第２結像光学系Ｇ２と第３結像光学系Ｇ３との間の
光路中において第２中間像の形成位置の近傍には、第２
結像光学系Ｇ２からの光を第３結像光学系Ｇ３に向かっ
て９０°だけ偏向するための反射面（第２光路折り曲げ
鏡）２が配置されている。第１中間像および第２中間像
は、第１光路折り曲げ鏡１と第２結像光学系Ｇ２との間
の光路中および第２結像光学系Ｇ２と第２光路折り曲げ
鏡２との間の光路中にそれぞれ形成される。

【００２６】ここで、第１光路折り曲げ鏡１の反射面と
第２光路折り曲げ鏡２の反射面とは、空間的に重複しな
いように位置決めされている。第３結像光学系Ｇ３は、
第２中間像からの光束に基づいて、レチクルＲのパター
ンの縮小像（第２中間像の像であって反射屈折光学系の
最終像）を、第２面に配置された感光性基板としてのウ
エハＷ上に形成する。

【００２７】第１結像光学系Ｇ１は直線状に延びた光軸
ＡＸ１を有し、第３結像光学系Ｇ３は直線状に延びた光
軸ＡＸ３を有し、光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ３とは共通の単
一光軸である基準光軸ＡＸと一致するように設定されて
いる。なお、基準光軸ＡＸは、重力方向（すなわち鉛直
方向）に沿って位置決めされている。その結果、レチク
ルＲおよびウエハＷは、重力方向と直交する面すなわち
水平面に沿って互いに平行に配置されている。加えて、
第１結像光学系Ｇ１を構成するすべてのレンズおよび第
３結像光学系Ｇ３を構成するすべてのレンズも、基準光
軸ＡＸ上において水平面に沿って配置されている。

【００２８】一方、第２結像光学系Ｇ２も直線状に延び
た光軸ＡＸ２を有し、この光軸ＡＸ２は基準光軸ＡＸと
直交するように設定されている。さらに、第１光路折り
曲げ鏡１および第２光路折り曲げ鏡２はともに平面状の
反射面を有し、２つの反射面を有する１つの光学部材
（１つの光路折り曲げ鏡ＦＭ）として一体的に構成され
ている。この２つの反射面の交線（厳密にはその仮想延
長面の交線）が第１結像光学系Ｇ１のＡＸ１、第２結像
光学系Ｇ２のＡＸ２、および第３結像光学系Ｇ３のＡＸ
３と一点で交わるように設定されている。なお、第１光
路折り曲げ鏡１および第２光路折り曲げ鏡２がともに表
面反射鏡として構成されている。

【００２９】上述の構成では、複数のレンズを含む屈折
光学系である第１結像光学系Ｇ１および第３結像光学系
Ｇ３で生じる色収差および正値のペッツバール和を、第
２結像光学系Ｇ２の凹面反射鏡ＣＭおよび負レンズ３に
より補償する。また、第２結像光学系Ｇ２がほぼ等倍の
結像倍率を有する構成により、第１中間像の近傍に第２
中間像を形成することが可能となる。この２つの中間像
の近傍において光路分離を行うことにより、露光領域
（すなわち実効露光領域）の光軸からの距離すなわち軸
外し量を小さく設定することができる。これは、収差補
正の点で有利となるだけでなく、光学系の小型化、光学
調整、機械設計、製造コストなどの点でも有利となる。

【００３０】光源１１から射出し、レチクルＲを通過し
た露光光ＥＬは、レチクルＲとウエハＷとの間の光路中
に配置された光透過性基板ＨＰを含む投影光学系ＰＬを
構成する複数の光学素子を介してウエハＷに導かれる。
これら光学素子のうちの露光光ＥＬの結像位置に近傍に
配置される光学素子の面精度は、面形状の形状誤差のう
ち、０．２＜ＰＤ／ＷＬ＜１０．０ … （１）の範囲内の波長成分に関して、形状誤差のＲＭＳ（root
means square : 自乗平均平方根あるいは平方自乗平
均）値で２ｎｍ以下である条件を満足している。但し、ＰＤ：投影光学系ＰＬの開口数を持って第１面（レチク
ルＲ）上の一点から射出した露光光ＥＬが光学素子を円
形状又は楕円形状に照射した際の、この光学素子の被照
射領域の直径又は短径，ＷＬ：露光光ＥＬが照射される光学素子の被照射領域の
波長，である。

【００３１】このとき、結像位置近傍とは、ＥＤ：光学素子に対する露光光の有効直径，とすると
き、ＰＤ／ＥＤ＜０．３ … （２）の条件を満足する範囲である。

【００３２】ここで、（１）式、（２）式について、図
３を参照しながら説明する。図３に示すように、ＰＤ
は、所定の開口数を持って第１面（レチクルＲ）上の一
点から射出した光束が、光学素子ＰＬｅを円形状又は楕
円形状に照射した際の光学素子ＰＬｅの被照射領域の直
径又は短径（パーシャル径）である。このとき、光束が
光学素子ＰＬｅを垂直方向から照射すれば被照射領域は
円形状になり、傾斜方向から照射すれば楕円形状にな
る。

【００３３】ＷＬは光束が照射される光学素子ＰＬｅの
被照射領域の面形状の波長である。つまり、光学素子の
面形状は複数の波長成分（周波数成分）で表すことが可
能であるが、ＷＬは、結像位置近傍の光学素子の面形状
の複数の波長成分をフィルタリングして１つの波長成分
を抽出した際の、この１つの波長成分の値である。そし
て、光学素子の面形状のうち、前記１つの波長成分のＲ
ＭＳ値が、（１）式で規定される範囲内において２ｎｍ
以下である条件を満足している。

【００３４】図３に示すように、ＥＤは光学素子ＰＬｅ
に対する光束の有効直径であって、第１面（レチクル
Ｒ）における所定のフィールド領域からの光束全てが通
るような光学素子ＰＬｅ上における照射範囲の直径であ
る。そして、（２）式では、結像位置近傍の範囲を規定
している。

【００３５】ここで、露光光ＥＬの結像位置近傍とは、
第１面（レチクルＲ面）及びその近傍も含む。したがっ
て、レチクルＲのパターン面ＲＰに対して所定の間隔だ
け隔離して配置された光透過性基板ＨＰも、上記（１）
式、（２）式で表される条件を満足する光学素子に含ま
れる。したがって、本実施形態においては、光透過性基
板ＨＰ、第１結像光学系Ｇ１中のレチクルＲ面近傍のレ
ンズ面、反射面１、反射面２、第１結像光学系Ｇ１及び
第２結像光学系Ｇ２及び第３結像光学系Ｇ３中の中間像
形成位置の近傍のレンズ面、第３結像光学系Ｇ３中のウ
エハＷ近傍のレンズ面が上記（１）式、（２）式を満足
している。

【００３６】ここで、露光光ＥＬが透過する透過部材と
しての光透過性基板ＨＰは、この光透過性基板ＨＰの屈
折率をｒとするとき、光透過性基板ＨＰの露光光ＥＬの
被照射領域の面精度が、形状誤差のＲＭＳ値でＲＭＳ＝２（ｒ−１） … （３）以下である条件を満足している。つまり、光透過性基板
ＨＰを透過した透過波面が形状誤差のＲＭＳ値で２（ｒ
−１）ｎｍ以下を満足していればよい。

【００３７】そして、（２）式で規定された結像位置近
傍に配置される各光学素子の面形状の形状誤差のうち、
（１）式で示される範囲内の１つの波長成分がＲＭＳ値
で２ｎｍ以下である条件を満足する光学素子を有する投
影光学系ＰＬを用いて、ウエハＷにライン・アンド・ス
ペースパターンを露光した際、１００ｎｍ以下の解像力
を得ることができる。

【００３８】つまり、露光光ＥＬの結像位置近傍に配置
された光学素子のうち、（１）式に示すような範囲内の
面形状の波長成分は、波面収差、特にコマ収差に大きく
影響を及ぼすが、この面形状の形状誤差のＲＭＳ値を２
ｎｍ以下に抑えることにより、コマ収差を抑えることが
できる。したがって、ライン・アンド・スペースパター
ンを形成した際、線幅の均一化されたパターンを精度良
く露光することができる。

【００３９】上記結像位置近傍とは（２）式の条件を満
足する範囲であって、（２）式で表される範囲で光学素
子の形状誤差があると像高方向にコマ収差が大きくな
る。この像高方向への大きな収差変化は光学系の調整に
よっても補正しきれないが、（２）式に示すような範囲
における光学素子の面精度を形状誤差のＲＭＳ値で２ｎ
ｍ以下にすることにより、パターンを精度良く露光する
ことができる。

【００４０】上述したように、光学素子には、レチクル
Ｒのパターン面ＲＰから所定間隔だけ隔離して配置され
た光透過性基板ＨＰが含まれる。この光透過性基板ＨＰ
においては、屈折率をｒをするとき、形状誤差のＲＭＳ
値で上記（３）式で示す値以下である条件を満足してい
ることにより、精度良くパターンを投影することができ
る。

【００４１】なお、１００ｎｍ以下の解像力を得るため
に、光学素子の第１光路折り曲げ鏡１、第２光路折り曲
げ鏡２の面精度は形状誤差のＲＭＳ値で１ｎｍ以下の条
件を満足することが更に好ましい。一方、この場合、光
透過性基板ＨＰは、形状誤差のＲＭＳ値で２ｎｍ以下の
条件を満足すれば十分である。これは、透過面のほうが
反射面よりコマ収差に与える影響が小さいからである。
また、８０ｎｍ以下の解像力を得るためには、光学素子
の面精度のうち、透過面では形状誤差のＲＭＳ値で１ｎ
ｍ以下、反射面では０．５ｎｍ以下の条件を満足するこ
とが好ましい。

【００４２】なお、上記（１）式、（２）式で示した条
件下においては発生する収差を補正することが困難であ
るため、本発明では形状誤差のＲＭＳ値を２ｎｍ以下に
規定することによって精度良く投影露光を行うものであ
るが、（１）式、（２）式で示した範囲外で発生した収
差は、例えば、投影光学系ＰＬを構成する複数の光学素
子のうち、対応する光学素子を光軸方向に微少量移動さ
せることによって補正される。

【００４３】なお、本実施形態においては、第１結像光
学系は図２中Ｇ１で示された系であり、第２結像光学系
はＧ２で示された系であり、第１光路折り曲げ鏡は反射
面１であるように説明したが、図４に示すように、系Ｇ
１及び系Ｇ２を第１結像光学系とした際、系Ｇ３が第２
結像光学系となる。この場合、第１光路折り曲げ鏡は図
４中、反射面２となる。つまり、図４中、系Ｇ１、Ｇ２
によって第１面（レチクルＲ）の中間像を反射面２に形
成し、この中間像の像（この場合最終像）を系Ｇ３によ
って第２面（ウエハＷ）に再結像する。

【００４４】《第２実施形態》次に、本発明の投影光学
系の第２実施形態について図５を参照しながら説明す
る。ここで、前述した第１実施形態と同一もしくは同等
の構成部分については、同一の符号を用いるとともに、
その説明を簡略もしくは省略するものとする。

【００４５】図５は、第２実施形態に係る投影光学系Ｐ
Ｌの概略構成図である。図５において、投影光学系ＰＬ
は、投影原板としてのレチクルＲ上のパターンの中間像
を形成する反射屈折型の第１結像光学系Ｇ１と、第１結
像光学系Ｇ１による中間像の像をワークとしてのウエハ
（感光性基板）Ｗに再結像させる屈折型の第２結像光学
系Ｇ２とを有している。ここで、レチクルＲと第１結像
光学系Ｇ１との間の光路中には、光路を９０°だけ偏向
させるための光路折り曲げ用の反射面１が配置されてお
り、第１結像光学系Ｇ１と第２結像光学系Ｇ２との間の
光路中、すなわち中間像の近傍には、光路を９０°だけ
偏向させるための光路折り曲げ用の反射面２が配置され
ている。これらの反射面１、２は、光路折り曲げ部材Ｆ
Ｍ上に設けられている。

【００４６】また、第１結像光学系Ｇ１は、光軸ＡＸ１
に沿って配置された複数のレンズ成分と凹面反射鏡ＣＭ
とを有しており、ほぼ等倍又はやや縮小倍率のもとで中
間像を形成する。第２結像光学系Ｇ２は、光軸ＡＸ１と
直交する光軸ＡＸ２上に沿って配置された複数のレンズ
成分及びコヒーレンスファクタを制御するための可変開
口絞りＡＳを有しており、中間像からの光に基づいて縮
小倍率のもとで中間像の像、すなわち２次像を形成す
る。

【００４７】ここで、第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１
は光路折り曲げ用反射面１によって９０°折り曲げられ
て、レチクルＲと反射面１との間に光軸ＡＸ０を定義し
ている。本実施形態では、光軸ＡＸ０と光軸ＡＸ２とは
互いに平行であるが、一致はしていない。

【００４８】なお、本実施形態において、光軸ＡＸ０に
沿って単体又は複数のレンズ成分を配置してもよい。ま
た、光軸ＡＸ０と光軸ＡＸ２とを互いに一致するように
配置してもよい。また、光軸ＡＸ０と光軸ＡＸ１とのな
す角度を９０°とは異なる角度、好ましくは凹面反射鏡
ＣＭを反時計回りに回転させた角度としても良い。この
とき、反射面２での光軸の折り曲げ角度を、レチクルＲ
とウエハＷとが平行になるように設定することが好まし
い。

【００４９】本実施形態においては、反射面２、第１及
び第２結像光学系Ｇ１、Ｇ２中の中間像形成位置の近傍
のレンズ面、第２結像光学系Ｇ２中の感光性基板Ｐ面近
傍のレンズ面が上記条件式（１）、（２）を満足してい
る。

【００５０】《第３実施形態》次に、本発明の投影光学
系の第３実施形態について図６を参照しながら説明す
る。ここで、前述した第１、第２実施形態と同一もしく
は同等の構成部分については、同一の符号を用いるとと
もに、その説明を簡略もしくは省略するものとする。

【００５１】図６は、第３実施形態に係る投影光学系Ｐ
Ｌの概略構成図である。図６において、投影光学系ＰＬ
は、投影原板としてのレチクルＲ上のパターンの中間像
を形成する反射屈折型の第１結像光学系Ｇ１と、第１結
像光学系Ｇ１による中間像の像をワークとしてのウエハ
（感光性基板）Ｗ上に最結像させる屈折型の第２結像光
学系Ｇ２とを有している。ここで、第１結像光学系Ｇ１
と第２結像光学系Ｇ２との間の光路中には、光路を９０
°だけ偏向させるための光路折り曲げ用の反射面１と、
光路を９０°だけ偏向させるための光路折り曲げ用の反
射面２とが配置されている。

【００５２】第１結像光学系Ｇ１は、光軸ＡＸ１に沿っ
て配置された複数のレンズ成分及び凹面鏡ＣＭを有して
おり、ほぼ等倍あるいはやや縮小倍率でレチクルＲの中
間像を第１光路折り曲げ鏡としての反射面１の近傍に形
成する。第２結像光学系Ｇ２は、光軸ＡＸ２に沿って配
置された複数のレンズ成分を有しており、中間像からの
光に基づいて、中間像の像（２次像）をウエハＷ上に縮
小倍率で形成する。ここで、反射面１及び反射面２が互
いに直交するような角度で配置されているため、第１及
び第２結像光学系Ｇ１、Ｇ２の光軸ＡＸ１、ＡＸ２は互
いに平行となり、レチクルＲとウエハＷとも互いに平行
となる。

【００５３】なお、本実施形態において、光路折り曲げ
用の反射面１、２間の光路中に、単数あるいは複数のレ
ンズ成分を光軸ＡＸ３に沿って配置しても良い。

【００５４】本実施形態においては、反射面１、第１及
び第２結像光学系Ｇ１、Ｇ２中の中間像形成位置の近傍
のレンズ面、第２結像光学系Ｇ２中の感光性基板Ｐ面近
傍のレンズ面が上記条件式（１）、（２）を満足してい
る。

【００５５】なお、上記各実施形態のように、光源とし
てＦ₂レーザ（波長１５７ｎｍ）を用いる場合、投影光
学系の像側開口数を０．８以上とし、投影原板としてバ
イナリーマスクを用いれば、８０ｎｍのライン・アンド
・スペースを転写することをが可能である。また、ハー
フトーン型位相シフトマスクを用いれば、投影光学系の
像側開口数が０．７８以上のときに７０ｎｍのライン・
アンド・スペースを転写でき、投影光学系の像側開口数
が０．８１以上のときに８０ｎｍのコンタクト・ホール
を転写することができる。また、特公昭６２−０５０８
１１号に開示される渋谷−レベンソン型位相シフトマス
クを用いれば、投影光学系の像側開口数が０．７８以上
のときに５５ｎｍのライン・アンド・スペースを転写で
き、投影光学系の像側開口数が０．８０以上のときに二
重露光を併用して２５ｎｍのコンタクト・ホールを転写
することができる。

【００５６】なお、ＲＭＳ（root means square : 自乗
平均平方根あるいは平方自乗平均）値は、ある物理量Ｆ
（ｘ，ｙ）の領域Ｐ内において以下の（４）式で表され
る。

【００５７】

【数１】

【００５８】また、離差データ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）
に対しては以下の（５）式で表される。

【００５９】

【数２】

【００６０】なお、露光装置ＥＸの用途としては半導体
製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型
のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液
晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露
光装置にも広く適当できる。

【００６１】上記実施形態の露光装置ＥＸの光源１１
は、Ｆ₂レーザ（１５７ｎｍ）のみならず、ｇ線（４３
６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ
（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎ
ｍ）、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用いることがで
きる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、
熱電子放射型のランタンヘキサボライト（LaB6）、タン
タル（Ta）を用いることができる。

【００６２】ウエハステージＷＳＴやレチクルステージ
ＲＳＴにリニアモータを用いる場合は、エアベアリング
を用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタ
ンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。ま
た、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもい
いし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。

【００６３】ステージの駆動装置として平面モ−タを用
いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニット
のいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電
機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に
設ければよい。

【００６４】ウエハステージＷＳＴの移動により発生す
る反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されて
いるように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）
に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた
露光装置においても適用可能である。

【００６５】レチクルステージＲＳＴの移動により発生
する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載され
ているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大
地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備
えた露光装置においても適用可能である。

【００６６】以上のように、本願実施形態の露光装置
は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む
各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、
光学的精度を保つように、組み立てることで製造され
る。これら各種精度を確保するために、この組み立ての
前後には、各種光学系については光学的精度を達成する
ための調整、各種機械系については機械的精度を達成す
るための調整、各種電気系については電気的精度を達成
するための調整が行われる。各種サブシステムから露光
装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機
械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等
が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組
み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程
があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光
装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行わ
れ、露光装置全体としての各種精度が確保される。な
お、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理さ
れたクリーンルームで行うことが望ましい。

【００６７】半導体デバイスは、図７に示すように、デ
バイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設
計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するス
テップ２０２、デバイスの基材である基板（ウエハ、ガ
ラスプレート）を製造するステップ２０３、前述した実
施形態の露光装置によりレチクルのパターンを基板に露
光する基板処理ステップ２０４、デバイス組み立てステ
ップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ
工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造
される。

【００６８】

【発明の効果】本発明の投影光学系、露光装置及び露光
方法によれば、結像位置近傍に配置される光学素子の面
形状の形状誤差のうち、上記（１）式で示される範囲内
の波長成分に関して、形状誤差のＲＭＳ値で２ｎｍ以下
に抑えることにより、パターンを精度良く投影すること
ができる。つまり、光束の結像位置近傍に配置される光
学素子のうち（１）式に示すような範囲内の波長成分
は、波面収差、特にコマ収差に大きく影響を及ぼすが、
この範囲内の波長成分に関する形状誤差のＲＭＳ値を２
ｎｍ以下に抑えることにより、コマ収差を低減すること
ができる。したがって、精度良くパターン形成を行うこ
とができる。

【００６９】そして、（２）式に示すような範囲におけ
る光学素子の面精度を、（１）式で示した範囲内の波長
成分に関して形状誤差のＲＭＳ値で２ｎｍ以下にするこ
とにより、コマ収差の影響を低減し、パターンの線幅を
均一にすることができる。

【００７０】また、光学素子としての光束に対する透過
性を有する透過部材が、その屈折率をｒとするとき、面
精度が形状誤差のＲＭＳ値で２（ｒ−１）ｎｍ以下であ
る条件を満足することにより、コマ収差を低減してパタ
ーンを精度良く投影することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光装置の一実施形態を示す構成図で
ある。

【図２】本発明の投影光学系の第１実施形態を示す構成
図である。

【図３】パーシャル径及び有効直径を説明するための図
である。

【図４】本発明の投影光学系の第１実施形態を示す構成
図である。

【図５】本発明の投影光学系の第２実施形態を示す構成
図である。

【図６】本発明の投影光学系の第３実施形態を示す構成
図である。

【図７】半導体デバイスの製造工程の一例を示すフロー
チャート図である。

【符号の説明】

１第１光路折り曲げ鏡（反射面）２第２光路折り曲げ鏡（反射面）ＥＤ有効直径ＥＬ露光光（光束）Ｇ１第１結像光学系Ｇ２第２結像光学系（第１結像光学系）Ｇ３第３結像光学系（第２結像光学系）ＨＰ光透過性基板（透過部材）ＰＤパーシャル径ＰＬ投影光学系ＲＰパターン面Ｒレチクル（第１面）Ｗウエハ、感光性基板（第２面）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１面上の物体の像を第２面上に形成す
る投影光学系において、前記第１面から前記第２面へ向かう光束の光路上に配置
される複数の光学素子を含み、該複数の光学素子のうちの前記光束の結像位置近傍に配
置される光学素子の面形状の形状誤差のうち、０．２＜ＰＤ／ＷＬ＜１０．０の範囲内の波長成分に関して、形状誤差のＲＭＳ値で２
ｎｍ以下である条件を満足することを特徴とする投影光
学系。但し、ＰＤ：所定の開口数を持って第１面上の一点から射出し
た光束が、光学素子を円形状又は楕円形状に照射した際
の該光学素子の被照射領域の直径又は短径，ＷＬ：光束が照射される光学素子の被照射領域の面形状
の波長，である。
【請求項２】請求項１に記載の投影光学系において、前記結像位置近傍は、ＥＤを光学素子に対する光束の有
効直径とするとき、ＰＤ／ＥＤ＜０．３の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項３】請求項１又は２に記載の投影光学系にお
いて、前記光学素子として前記光束に対する透過性を有する透
過部材を有しており、ｒを透過部材の屈折率とすると
き、前記透過部材の前記被照射領域の面精度が、形状誤
差のＲＭＳ値で２（ｒ−１）ｎｍ以下である条件を満足
することを特徴とする投影光学系。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の投影光
学系において、前記投影光学系は、前記第１面の中間像を形成する第１
結像光学系と、該中間像の像を形成する第２結像光学系と、前記第１及び第２結像光学系間の光路中に配置される第
１光路折り曲げ鏡とを備えることを特徴とする投影光学
系。
【請求項５】請求項４に記載の投影光学系において、前記投影光学系は、前記第２結像光学系による前記中間
像の像を前記第２面上に再結像させる第３結像光学系
と、前記第２及び第３結像光学系間の光路中に配置される第
２光路折り曲げ鏡とを備えることを特徴とする投影光学
系。
【請求項６】マスクに露光光を照明し、該マスクに形
成されたパターンの像を投影光学系を介して感光性基板
上に形成する露光装置において、前記投影光学系は、請求項１〜請求項５のいずれか一項
に記載の投影光学系によって構成されていることを特徴
とする露光装置。
【請求項７】マスクに露光光を照明し、該露光光に基
づいて前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基
板上に形成する露光方法において、前記露光光を、前記マスクと前記感光性基板との間の光
路中に配置された複数の光学素子を介して前記感光性基
板へ導き、前記複数の光学素子のうちの前記光束の結像位置近傍に
配置される光学素子の面精度は、０．２＜ＰＤ／ＷＬ＜１０．０の範囲内の波長成分に関して、形状誤差のＲＭＳ値で２
ｎｍ以下である条件を満足することを特徴とする露光方
法。但し、ＰＤ：所定の開口数を持って第１面上の一点から射出し
た光束が、光学素子を円形状又は楕円形状に照射した際
の該光学素子の被照射領域の直径又は短径，ＷＬ：光束が照射される光学素子の被照射領域の面形状
の波長，である。
【請求項８】請求項７に記載の露光方法において、前記結像位置近傍は、ＥＤを光学素子に対する光束の有
効直径とするとき、ＰＤ／ＥＤ＜０．３の条件を満足することを特徴とする露光方法。
【請求項９】請求項７又は８に記載の露光方法におい
て、投影光学系を介して前記マスクの前記パターンの像を前
記感光性基板上に形成し、該投影光学系は、前記光束の結像位置近傍に配置される
前記光学素子を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１０】請求項７〜９のいずれかに記載の露光
方法において、前記マスクは、前記マスクのパターン面に対して所定の
間隔だけ隔離して配置された光透過性の基板を有し、該光透過性の基板は、前記光束の結像位置近傍に配置さ
れる前記光学素子を含むことを特徴とする露光方法。