【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リソグラフィー用の投影光学系と露光装置に関し、特に、紫外線や極紫外線（ＥＵＶ：ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を利用して半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などの被処理体を投影露光するための反射型投影光学系、この投影光学系を備えた露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の小型化及び薄型化の要請から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への要求はますます高くなっている。例えば現在、デザインルールはライン・アンド・スペース（Ｌ＆Ｓ）を０．１μｍ以下の寸法で広範囲に形成することが要求されており、今後は８０ｎｍ以下の幅のラインやスペースを持つ回路パターン形成に要求されることが予想される。
【０００３】
半導体製造用の代表的な露光装置である投影露光装置は、マスク又はレチクル（なお、本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する。）上に描画されたパターンをウェハに投影露光する投影光学系を備えている。投影露光装置の解像度（正確に転写できる最小寸法）Ｒは、露光用光源の波長λと投影光学系の像側開口数（ＮＡ）を用いて次式（１）で与えられる。
【０００４】
Ｒ＝ｋ１×λ／ＮＡ 式１
従って、波長を短くすればするほど、及び、ＮＡを上げれば上げるほど、解像度は良くなる。現在、露光用光源は、ＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）及びＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）からＦ２レーザー（波長約１５７ｎｍ）に移行しており、更には、ＥＵＶ（ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光源の実用化も進んでいる。
【０００５】
しかし、露光光がＥＵＶ光になるとレンズに使用できる硝材は存在しなくなり、投影光学系にレンズを含めることは不可能となる。そこで、投影光学系はＥＵＶ光を反射する多層膜ミラーのみで構成する反射型投影光学系が提案されている。
【０００６】
反射型投影光学系は、光学系全体での反射率を高めるためにできるだけ少ない枚数のミラーで構成することが望ましい。また、反射型投影光学系は、マスクとウェハの機械的な干渉を防止するため、マスクとウェハが瞳を介して反対側に位置するよう投影光学系を偶数枚のミラーで構成することが望ましい。
【０００７】
更に、ＥＵＶ露光装置に要求される解像度が従来の値より小さくなってきた為、開口数ＮＡをあげる必要があるが（例えば、露光波長１３．５ｎｍにおいて像面側のＮＡ０．２）、従来の３〜４枚のミラーでは、投影光学系の波面収差を減らすことが困難である。そこで、波面収差を減らす為にミラーの数を６枚程度にする必要が生じてきた（以下、本出願では、かかる光学系を６枚ミラー系と表現する場合もある）。この種の６枚ミラー系は、例えば、特開２０００−１００６９４号公報、特開２０００−２３５１４４号公報に開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−１００６９４号公報は、像側開口数ＮＡが０．１４と０．１６の２つのＥＵＶ光用の６枚ミラー系の実施例が開示されている。しかしながら、どちらの実施例においても、ＮＡ０．１６以上の高ＮＡ化に対応することが困難であるという問題も有している。それは、各実施例において、中間像が第２ミラーＭ２と第３ミラーＭ３面の間に形成され、中間像形成位置から像面までの間に４枚もの反射鏡を有している。そのため、高ＮＡ化によって光束の幅が大きくなると、特に中間像形成位置から像面までの光束の広がりが大きくなり、ミラーを所望の光束以外の光束と分離して配置することが難しくなるためである。無理に配置しようとすると、ミラーの最大有効径が大きくなるなど、別の問題も発生してくる。
【０００９】
更に、どちらの実施例においても、レチクル位置に相当する物体面に最も近い第２ミラー（Ｍ２）と物体面の間の距離が２０〜３０ｍｍと非常に短く、その為、レチクルを交換したり、パターンを焼き付ける際にスキャンしたりするためのレチクルステージ機構を配置する余裕がない。
【００１０】
一方、特開２０００−２３５１４４号公報は、像側開口数ＮＡが０．２、０．２８、０．３０など高ＮＡの３つのＥＵＶ用の６枚ミラー系の実施例が開示されている。
【００１１】
これらの実施例においても、レチクル位置に相当する物体面に最も近いミラー（第２ミラーＭ２）と物体面の距離が８０〜８５ｍｍ程度と短いために、上述のレチクルステージ機構を配置することが困難であるという問題がある。
【００１２】
その上、これらの実施例においては、有効径が最も大きいミラーは第４ミラーＭ４であり、その直径はＮＡ０．２の実施例で５４０ｍｍ以上、ＮＡ０．２８の実施例で６５０ｍｍを超えており、高ＮＡに対応して最大ミラー径がかなり大きくなっており、真空雰囲気などの特殊環境下に置く必要のあるＥＵＶ光用の投影光学系が大きくなるのは、あまり好ましくない。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、像側開口数ＮＡが大きい割にミラーの最大有効径が小さい投影光学系を提供することにある。
【００１４】
本発明の投影光学系の第１の形態は、〔特許請求の範囲〕の〔請求項１〕に記載のとおりである。第１の形態と異なり像側の開口数ＮＡが０．２以下であると解像度が不十分であり、このＮＡ０．２５以上あると、解像度がかなり向上できる。また、前記６枚のミラーの有効径はすべてφ５５０ｍｍより大きいと、ＥＵＶ投影光学系が大きくなり、それを囲む特殊容器も大きくなって、よくない。また、前記６枚のミラーの有効径はすべてφ５００ｍｍ以下であると、ＥＵＶ投影光学系並びに特殊容器もかなり小さくなって、好ましい。
【００１５】
また、第２の形態は、〔特許請求の範囲〕の〔請求項２〕に記載のとおりである。第２の形態と異なり前記６枚のミラーに対する光線の最大入射角が２５度を超えると、の反射率が無視できないほど低下したり、収差が無視できないほど生じるので、よくない。
【００１６】
また、第３の形態は、〔特許請求の範囲〕の〔請求項３〕に記載のとおりである。
【００１７】
第３の形態と異なり前記物体から第１ミラー（Ｍ１）へ入射する光線が５度より小さいと、反射型マスクを照明する照明光学系と投影光学系とを干渉させずに配置することが困難になる。
【００１８】
また、第４の形態は、請求項２と請求項３に記載の発明において、前記６枚のミラーの有効径はすべて直径５５０ｍｍ以下、好ましくは５００ｍｍ以下であることを特徴としている。この範囲の意義は上述したとおりである。
【００１９】
また、第５の形態は、請求項１〜４の形態において、前記６枚のミラーのうち、最も有効径の大きいミラーは第３ミラーであることを特徴としている。
【００２０】
また、第６の形態は、請求項１〜４の形態において、前記第２ミラーは凸面鏡、凹面鏡、平面鏡のいずれかであることを特徴としている。
【００２１】
また、第７の形態は、第６の形態において、前記第２ミラーが平面鏡である場合、前記平面鏡は非球面形状を持っていることを特徴としている。
【００２２】
また、第８の形態は、請求項１〜４の形態において、前記第３ミラー（Ｍ３）から前記第５ミラー（Ｍ５）の間で中間像を結像する際、前記中間像はミラー上には形成されないことを特徴としている。
【００２３】
また、第９の形態は、請求項１〜４の形態において、前記第３ミラー（Ｍ３）と第４ミラー（Ｍ４）の間、または、前記第４ミラー（Ｍ４）と第５ミラー（Ｍ５）の間に中間像を形成することを特徴としている。
【００２４】
また、第１０の形態は、請求項１〜４の形態において、前記６枚のミラーのうち、第５ミラー（Ｍ５）と第６ミラー（Ｍ６）のパワーはその他４枚のミラーよりも大きいことを特徴としている。
【００２５】
また、第１１の形態は、請求項１〜４の形態において、前記６枚のミラーの反射面はすべて非球面形状であることを特徴としている。
【００２６】
また、第１２の形態は、請求項１〜４の形態において、前記６枚のミラーが、ＥＵＶ（ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を反射する多層膜ミラーであることを特徴としている。
【００２７】
また、第１３の形態は、請求項１〜４の形態において、前記物体面上に反射型マスクを配置することを特徴としている。
【００２８】
また、第１４の形態は、請求項１〜４の形態において、前記複数のミラーが障害物のない光学経路を形成得るように配置されていることを特徴としている。
【００２９】
また、第１５の形態は、請求項１〜４の形態において、前記ミラーは光軸（基準軸）に対して回転対称性を有していることを特徴としている。
【００３０】
また、第１６の形態は、請求項１〜４の形態において、物体から第１ミラー（Ｍ１）へ入射する光線はある入射角度を持っており、テレセントリックではないことを特徴としている。
【００３１】
また、第１７の形態は、第１６の形態において、前記物体から第１ミラー（Ｍ１）へ入射する光線は５度以上、１０度以下の角度で入射することを特徴としている。
【００３２】
また、第１８の形態は、請求項１〜４の形態において、第６ミラー（Ｍ６）から像面への光線はテレセントリック（像側テレセントリック）であることを特徴としている。
【００３３】
また、第１９の形態は、請求項１〜４の形態において、前記光学系の倍率が１／４倍であることを特徴としている。
【００３４】
また、第２０の形態は、請求項１〜４の形態において、像側の露光領域は、円弧形状であり、この円弧の幅が０．８ｍｍ以上であることを特徴としている。
【００３５】
また、第２１の形態は、請求項１〜４の形態において、第３ミラー（Ｍ３）は、第５ミラー（Ｍ５）と第６ミラー（Ｍ６）の間に配置されることを特徴としている。
【００３６】
また、請求項２２の形態は、請求項１〜４の形態において、最も物体面に近いミラーと物体面の距離は１００ｍｍ以上で好ましくは１２０ｍｍ以上であることを特徴としている。
【００３７】
また、第２３の形態は、第２２の形態において、前記物体面に最も近いミラーは第２ミラー（Ｍ２）であることを特徴としている。
【００３８】
また、第２４の形態は、請求項１〜４の形態において、前記投影光学系の開口絞りは、第１ミラー（Ｍ１）から第２ミラー（Ｍ２）の間にあることを特徴としている。
【００３９】
また、第２５の形態は、前記請求項１〜４、第５〜２４の形態の投影光学系における波面収差のＲＭＳ値が、視野全体に対して最大でも０．０５λであり、好ましくは０．０３λ以下であることを特徴としている。
【００４０】
また、第２６の形態は、請求項１〜４の形態において、前記光は、波長２０ｎｍ以下の極紫外線（ＥＵＶ光）であることを特徴としている。
【００４１】
また、第２７の形態は、請求項１〜４、第５〜２６の形態のいずれかの投影光学系とレチクルを照明する照明光学系を具備することを特徴としている。
【００４２】
また、第２８の形態のデバイス製造方法は、第２７の形態の露光装置によりデバイスパターンで基板を露光する段階と、該露光した基板を現像する段階とを含むことを特徴としている。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての縮小倍率を有する投影光学系の例について説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定するものではなく、本発明の目的が達成される範囲において、各構成要素が代替的に置換されてもよい。なお、各図において同一の部材については同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４４】
ここで図１は、本発明の代表的な例として、投影光学系とその光路を示す断面図を示したものである。図１に示した本発明の投影光学系は、物体面ＭＳ（例えば、反射型マスクのパターン面）上のパターンを像面Ｗ（例えば、ウエハ面などの被処理体面）上に縮小投影する反射型投影光学系であって、特に、ＥＵＶ光（例えば、波長１３．４〜１３．５ｎｍ）に好適な光学系である。
【００４５】
この投影光学系は、６枚のミラーを有し、基本的に物体面ＭＳ側から光を反射する順番に、第１のミラーＭ１（凹面鏡）と、第２のミラーＭ２（凹面鏡）と、第３のミラーＭ３（凹面鏡）と、第４のミラーＭ４（凸面鏡）と、第５のミラーＭ５（凸面鏡）と、第６のミラーＭ６（凹面鏡）とを有し、第１のミラーから４枚のミラーによって中間像ＭＩを形成させ、この中間像ＭＩを第５、第６のミラーで像面Ｗ上に再結像するように構成されている。
【００４６】
本発明においては、第２のミラーＭ２のパワーと中間像の位置には種々の形態が採れる。例えば、図１、図５に示す第１、第５実施例は第２のミラーＭ２は凹面鏡であって中間像が第４のミラーＭ４と第５のミラーＭ５の間にある場合、図２に示す第２実施例は、第２のミラーＭ２は凹面鏡であって中間像が第３のミラーＭ３と第４のミラーＭ４の間にある場合、図３に示す第３実施例は、第２のミラーＭ２は凸面鏡であって中間像が第４のミラーとＭ４と第５のミラーＭ５の間にある場合、図４に示す第４実施例は第２のミラーＭ２は非球面平面鏡であって中間像が第４のミラーとＭ４と第５のミラーＭ５の間にある場合である。
【００４７】
図１〜図５に示した各実施例においては、投影光学系を構成する６枚のミラーのうち、最も有効径の大きいものは第３のミラーＭ３であるが、その最大有効径が全体的に小さいという特徴や、最も入射角の大きいミラーは第４のミラーＭ４であるが、その入射角も比較的小さいという特徴もあるが、詳しい値に関しては後述する。
【００４８】
また、各実施例の投影光学系は、物体面ＭＳから第１のミラーＭ１へ入射する光線は５度以上の角度を持つ非テレセントリックであって、かつ像側の射出光線はテレセントリックであることも特徴となっている。
この特徴は、不図示の照明光学系によって物体面ＭＳに配置された反射型レチクルの回路パターンを照明し、このレチクルからの反射光で、回路パターンを像面Ｗであるウエハ面上に結像するため、物体側は物体面に対して斜め入射する入射角を持っていることが必須となる一方、像面側は、像面に配置されるウェハＷの表面が光軸方向に移動しても倍率の変化を少なくするために、テレセントリックにすることが望ましいからである。
【００４９】
また、各実施例の投影光学系は、基本的には１本の光軸の回りに軸対称な共軸光学系となっていることで、光軸を中心としたリング状（円弧状）の像面（領域）で収差が補正されている。但し、収差補正上又は収差調整上、この反射型縮小投影光学系を構成する６枚のミラーが完全な共軸系になるように配置される必要はなく、若干の偏芯をさせて収差や配置上の自由度を向上させる手法も行われる。
【００５０】
反射型の投影光学系はＥＵＶの領域の波長（本実施形態では１０〜２０ｎｍ）を用いる光学系では必須と考えられているが、更なる高ＮＡ化が求められるにつれて、像面Ｗ側で光線のけられをできるだけ排除する必要がある。ここでは、中間像を第３ミラーＭ３から第５ミラーＭ５の間に配置し、さらに第５ミラーＭ５と第６ミラーＭ６のパワーを大きくすることにより、光線とミラーを分離した所望の光学系を作成することが出来ている。また、像側開口数ＮＡを大きく、バックフォーカスを所望の距離保って結像するためには、第５ミラーＭ５を凸面鏡、第６ミラーＭ６を凹面鏡にすることが好ましい。
【００５１】
また、第１ミラーＭ１は、物体面ＭＳから出た主光線を反射させ光軸方向に近づけるために凹面鏡であることが好ましい。また、第３ミラーＭ３は、第２ミラーＭ２で反射した主光線を光軸方向に向ける必要があるため、凹面鏡であることが好ましい。第２ミラーＭ２、第４ミラーＭ４は比較的パワー配置に自由度があるが、各ミラーの曲率半径の絶対値をｒ１〜ｒ６とした場合、下記の式２、式３で示したようなペッツバール項の和がゼロかほぼゼロになることが必要である。このペッツバール項の和を考慮すると、第３ミラーＭ３が凹面鏡のため第４ミラーＭ４は凸面鏡とすることが好ましい。第２ミラーＭ２は自由なパワー配置を取れる。
【００５２】
【外１】
【００５３】
【外２】
【００５４】
また、図１〜図５に示す各実施例は、６枚のミラーで構成されているが、６枚のうちの少なくとも１枚以上が非球面であれば良く、この非球面の形状は下記の式４に示した一般的な式で表される。但し収差補正の観点から考えると、出来るだけ非球面の枚数が多い方がよく、６枚すべてが非球面であれば好ましい。
【００５５】
【外３】
式４において、Ｚは光軸方向の座標、ｃは曲率（曲率半径ｒの逆数）、ｈは光軸からの高さ、ｋは円錐係数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊ、・・・は各々、４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次、１８次、２０次、・・・の非球面係数である。
【００５６】
図１〜図４に示す第１〜第４実施例では、開口絞りは第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２の間に配置されているが、第１ミラーＭ１又は第２ミラーＭ２と同一位置にあっても良く、また図５に示す第５実施例のように、絞り位置の上下に光線けられがないように配置することで、円形の開口絞りを配置することが出来る。この絞り径は固定であっても可変であっても良く、仮に可変の場合には、開口絞りの径を変化させることによって光学系のＮＡを変化させることもできる。
【００５７】
さらに、６枚のミラーの各々にはＥＵＶ光を反射させる多層膜が施されており、これによって光を強め合う作用を利用する。２０ｎｍ以下のＥＵＶ光を反射するために可能な多層膜は、例えばモリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）を交互に積層したＭｏ／Ｓｉ多層膜や、モリブデン（Ｍｏ）とベリリウム（Ｂｅ）を交互に積層したＭｏ／Ｂｅ多層膜などがあり、使用波長によって最適な材料を選択する。但し本発明の多層膜はこの材料に限ったものではなく、同様の効果をもつ材料はいずれの適用も可能である。
【００５８】
【実施例】
以下、図１〜図５に示す実施例１〜５に関して詳述する。
【００５９】
表１は、図１に示した実施例１の反射型投影光学系の詳細（設計データ）を示す。
【００６０】
実施例１の光学系は、像側開口数ＮＡは０．２６であって、倍率は１／４倍、物体高は１１２−１１６ｍｍ（１ｍｍ幅の円弧スリット）である。この光学系の製造誤差を含まない収差（像高の数点での最大値）は、波面収差＝０．０１６λｒｍｓ、歪曲最大値＝０．９ｎｍである。また、物体面ＭＳと反射面の最少距離（物体面ＭＳと第２ミラーＭ２との距離）は、１９５．５ｍｍとなっており、物体面ＭＳのステージ機構や照明光学系との干渉を回避するのに十分な距離となっている。最大有効径のミラーである第３ミラーＭ３は４９１．６ｍｍと比較的小さくなっている。また、光線の入射角の最も大きいミラーは第４ミラーＭ４で、その最大光線入射角は２４．３度である。入射角が大きすぎると多層膜での反射特性の劣化が考えられるため、すべての反射鏡の入射角を出来るだけ小さくすることは重要なのである。また、物体面ＭＳから第１ミラーＭ１への主光線の傾きθは７．１２５６度になっており、照明光学系で物体面ＭＳに置かれた反射型マスクのパターンに円弧状のＥＵＶ光を照射し、像面にあるウエハＷに結像するために十分な構成となっている。
【００６１】
表２は、図２に示す実施例２の投影光学系の詳細（設計データ）を示す。この光学系の像側開口数ＮＡは０．２６であって、倍率は１／４倍、物体高は１１２−１１６ｍｍ（１ｍｍ幅の円弧スリット）である。この光学系の製造誤差を含まない収差（像高の数点での最大値）は、波面収差＝０．０２８λｒｍｓ、歪曲最大値＝０．６ｎｍである。また、物体面ＭＳと反射面の最少距離（物体面ＭＳと第２ミラーＭ２との距離）は、２１３．５ｍｍとなっており、物体面ＭＳのステージ機構や照明光学系との干渉を回避するのに十分な距離となっている。最大有効径のミラーである第３ミラーＭ３は４１７．８ｍｍと小さくなっている。また、光線の入射角の最も大きいミラーは第４ミラーＭ４で、最大光線入射角は２２．３度である。入射角が大きすぎると多層膜での反射特性の劣化が考えられるため、すべての反射鏡の入射角を出来るだけ小さくすることは重要なのである。また、物体面ＭＳから第１ミラーＭ１への主光線の傾きθは７．１４９１度になっており、照明光学系で物体面ＭＳに置かれた反射型マスクのパターンに円弧状のＥＵＶ光を照射し、像面にあるウエハＷに結像するために十分な構成となっている。
【００６２】
表３は、図３に示す第３実施例の投影光学系の詳細（設計データ）を示す。この光学系は、像側の開口数ＮＡは０．２６であって、倍率は１／４倍、物体高は１１２−１１６ｍｍ（１ｍｍ幅の円弧スリット）である。また、この光学系の製造誤差を含まない収差（像高の数点での最大値）は、波面収差＝０．０２３λｒｍｓ、歪曲最大値＝１．９ｎｍである。また、物体面ＭＳと反射面の最少距離（物体面ＭＳと第２ミラーＭ２との距離）は、２９５．２ｍｍとなっており、物体面ＭＳのステージ機構や照明光学系との干渉を回避するのに十分な距離となっている。最大有効径のミラーである第３ミラーＭ３は４７４．４ｍｍと小さくなっている。また、光線の入射角の最も大きいミラーは第４ミラーＭ４でその最大光線入射角は２４．６度である。入射角が大きすぎると多層膜での反射特性の劣化が考えられるため、すべての反射鏡の入射角を出来るだけ小さくすることは重要なのである。また、物体面ＭＳから第１ミラーＭ１への主光線の傾きθは７．１３０５４度になっており、照明光学系で物体面ＭＳに置かれた反射型マスクのパターンに円弧状のＥＵＶ光を照射し、像面にあるウエハＷに結像するために十分な構成となっている。
【００６３】
表４は、図４に示す実施例４の投影光学系の詳細（設計データ）を示す。この光学系の像側開口数ＮＡは０．２６であって、倍率は１／４倍、物体高は１１２−１１６ｍｍ（１ｍｍ幅の円弧スリット）である。この光学系の製造誤差を含まない収差（像高の数点での最大値）は、波面収差＝０．０１７λｒｍｓ、歪曲最大値＝０．８ｎｍである。また、物体面ＭＳと反射面の最少距離（物体面ＭＳと第２ミラーＭ２との距離）は、２６６．８ｍｍとなっており、物体面ＭＳのステージ機構や照明光学系との干渉を回避するのに十分な距離となっている。最大有効径のミラーである第３ミラーＭ３は４８９．３ｍｍと小さくなっている。また、光線の入射角の最も大きいミラーは第４ミラーＭ４でその最大光線入射角は２４．９度である。入射角が大きすぎると多層膜での反射特性の劣化が考えられるため、すべての反射鏡の入射角を出来るだけ小さくすることは重要なのである。また、物体面ＭＳから第１ミラーＭ１への主光線の傾きθは７．１２７１度になっており、照明光学系で物体面ＭＳに置かれた反射型マスクのパターンに円弧状のＥＵＶ光を照射し、像面にあるウエハＷに結像するために十分な構成となっている。
【００６４】
表５は、図５に示す第５実施例の投影光学系の詳細（設計データ）を示す。この光学系は、像側開口数ＮＡは０．２６であって、倍率は１／４倍、物体高は１３０−１３４ｍｍ（１ｍｍ幅の円弧スリット）である。この光学系の製造誤差を含まない収差（像高の数点での最大値）は、波面収差＝０．０３２λｒｍｓ、歪曲最大値＝６．７ｎｍである。また、本第５実施例は、パワー配置等の基本的な構成は図１の第１実施例と同じで、第１実施例と同様の効果がある。
【００６５】
以上のように、本発明の反射型投影光学系は、ＥＵＶの波長でＮＡを０．２よりも大きく好ましくは０．２５以上と高ＮＡである上、ミラーの最大有効径や入射角を小さく、さらに物体面ＭＳと反射鏡との最少距離も十分に確保することが可能なので、物体面ＭＳに置かれるレチクルステージ機構や照明光学系との干渉の恐れが少ない。また、物体側は非テレセントリックであって、物体面ＭＳに置かれた反射型レチクルを、照明光学系によって照射し、その回路パターンを像面Ｗに結像することが可能となり、良好な結像性能を得ることができる。
【００６６】
次に本発明の投影光学系１００を適用した露光装置を説明する。本露光装置は露光用の照明光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）を用いる。また上述したとおり、投影光学系１００は円弧状（リング状）の視野領域（良像域）を有し、レチクルとウェハを投影光学系の投影倍率（１より小さい）と同じ速度比でスキャンすることにより、レチクルのパターン全面をウエハの被露光領域露光する。
【００６７】
図６を参照するに、露光装置は、ＥＵＶ光源２１０、照明光学系２２０、反射型レチクル２３０、アライメント光学系２４０、投影光学系１００、レチクルステージ２５０、ウェハステージ２６０、ウェハ２７０を有する。
【００６８】
なお、ＥＵＶ光は大気に対する透過率が低いため、少なくともＥＵＶ光が通る光路は真空雰囲気であることが好ましく、照明光学系２２０からウェハステージ２６０までを真空容器２８０に収納している。
【００６９】
本実施形態のＥＵＶ光源２１０は、例えば、レーザープラズマ光源を使用する。レーザープラズマ光源２１０はターゲット供給装置２１１によって供給され真空容器２８０中に置かれたターゲット材２１３に高強度のパルスレーザー光をパルスレーザー２１１から集光レンズ２１４を介して照射し、高温のプラズマ２１５を発生させる。そして、これから放射される波長１３．４ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用するものである。ターゲット材２１３は、金属薄膜、不活性ガス、液滴などが用いられ、ガスジェット等のターゲット供給装置２１２により真空容器内２８０に供給される。
【００７０】
照明光学系２２０はＥＵＶ光を伝播してレチクル２３０を照明する。図６において、照明光学系２２０は、第１乃至第３ミラー２２１、２２２及び２２３と、オプティカルインテグレータ２２４と、アパーチャ２２５とを有する。第１ミラー２２１はプラズマ２１５からほぼ等方的に放射されるＥＵＶ光を集める。オプティカルインテグレータ２２４はレチクル２３０を均一に所定の開口数で照明する。また、それらのＥＵＶ光は第２乃至第３ミラー２２２乃至２２３によってレチクル２３０へリレーされる。アパーチャ２２５は照明光学系２２０のレチクル２３０と共役な位置に配置され、レチクル２３０面で照明される領域を円弧状に限定する。
【００７１】
レチクルステージ２５０とウェハステージ２６０は、縮小倍率に比例した速度比で同期して走査する機構をもつ。ここで、レチクル２３０又はウェハ２７０面内で走査方向をＸ、それに垂直な方向をＹ、レチクル２３０又はウェハ２７０面に垂直な方向をＺとする。
【００７２】
レチクル２３０には所望のパターンが形成され、レチクルステージ２５０上の図示しないレチクルチャックに保持される。レチクルステージ２５０はＸ方向に移動する機構をもつ。また、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、及び各軸の回りの回転方向に微動機構をもち、レチクル２３０の位置決めができるようになっている。レチクルステージ２５０の位置と姿勢はレーザ干渉計によって計測され、その結果に基づいて位置と姿勢が制御される。なお、本実施形態ではレチクル２３０は反射型レチクルとして実現されているが、透過型レチクル又は反射型レチクルのどちらでも適用可能である。
【００７３】
ウェハ２７０は、図示しないウェハチャックによってウェハステージ２６０に保持される。ウェハステージ２６０はレチクルステージ２５０と同様にＸ方向に移動する移動機構をもつ。また、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、及び各軸の回りの回転方向に微動機構をもち、ウェハ２７０の位置決めができるようになっている。ウェハステージ２６０の位置と姿勢はレーザ干渉計によって計測され、その結果に基づいて位置と姿勢が制御される。
【００７４】
アライメント検出光学系２４０によってレチクル２３０の位置と投影光学系１００の光軸との位置関係、及びウェハ２７０の位置と投影光学系１００の光軸との位置関係が計測され、レチクル２３０の投影像がウェハ２７０の所定の位置に一致するようにレチクルステージ２５０及びウェハステージ２６０の位置と角度が設定される。また、図示しないフォーカス検出光学系によってウェハ２７０面でＺ方向のフォーカス位置が計測され、ウェハステージ２６０の位置及び角度を制御することによって、露光中は常時ウェハ面を投影光学系１００による結像位置に保つ。
【００７５】
ウェハ２７０上で１回のスキャン露光が終わると、ウェハステージ２６０はＸ、Ｙ方向にステップ移動して次の走査露光開始位置に移動し、再びレチクルステージ２５０及びウェハステージ２６０が投影光学系の縮小倍率に比例した速度比でＸ方向に同期走査する。
【００７６】
このようにして、レチクル２３０の縮小投影像がウェハ２７０上に結像した状態でそれらを同期走査するという動作が繰り返される。（ステップ・アンド・スキャン）。こうしてウェハ２７０全面にレチクル２３０の転写パターンが転写される。
【００７７】
次に、図７及び図８を参照して、上述の露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図７は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）ではデバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）ではシリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００７８】
図８は、図７に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置２００によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００７９】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、最大ミラー径の小さい６枚ミラーの反射光学系を実現できる投影光学系を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例
【図２】本発明の第２の実施例
【図３】本発明の第３の実施例
【図４】本発明の第４の実施例
【図５】本発明の第５の実施例
【図６】本発明の露光装置を示す図である。
【図７】半導体デバイスの製造フローを示す図である。
【図８】図７のウエハプロセスを示す図である。
【符号の説明】
Ｍ１ 第１ミラー（凹面鏡）
Ｍ２ 第２ミラー
Ｍ３ 第３ミラー（凹面鏡）
Ｍ４ 第４ミラー（凸面鏡）
Ｍ５ 第５ミラー（凸面鏡）
Ｍ６ 第６ミラー（凹面鏡）
ＭＳ マスク（物体面）
Ｗ ウェハ（像面）
ＡＸ 光学系の光軸[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection optical system and an exposure apparatus for lithography, and more particularly, to a single crystal substrate for a semiconductor wafer, a glass substrate for a liquid crystal display (LCD), and the like using ultraviolet or extreme ultraviolet (EUV) light. A projection optical system for projecting and exposing an object to be processed, and an exposure apparatus having the projection optical system.
[0002]
[Prior art]
In recent years, demands for miniaturization and thinning of electronic devices have increased demands for miniaturization of semiconductor elements mounted on electronic devices. For example, at present, design rules require that lines and spaces (L & S) be formed over a wide area with a dimension of 0.1 μm or less, and in the future, circuit patterns having lines and spaces with a width of 80 nm or less will be required. It is expected to be.
[0003]
2. Description of the Related Art A projection exposure apparatus, which is a typical exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, is a projection optical apparatus that projects and exposes a pattern drawn on a mask or a reticle (the terms are used interchangeably in this application) onto a wafer. System. The resolution (minimum dimension for accurate transfer) R of the projection exposure apparatus is given by the following equation (1) using the wavelength λ of the exposure light source and the image-side numerical aperture (NA) of the projection optical system.
[0004]
R = k 1 × λ / NA Formula 1
Therefore, the shorter the wavelength and the higher the NA, the better the resolution. Currently, the exposure light source, KrF and from an excimer laser (wavelength: about 248 nm) and ArF excimer laser (wavelength: about 193 nm) shifts to F 2 laser (wavelength: about 157 nm), further, EUV (extreme ultraviolet) practical light source Is also progressing.
[0005]
However, when the exposure light becomes EUV light, there is no glass material usable for the lens, and it becomes impossible to include the lens in the projection optical system. In view of this, a reflection type projection optical system has been proposed in which the projection optical system includes only a multilayer mirror that reflects EUV light.
[0006]
It is desirable that the reflective projection optical system be configured with as few mirrors as possible in order to increase the reflectivity of the entire optical system. In addition, in order to prevent mechanical interference between the mask and the wafer, it is preferable that the projection optical system be configured with an even number of mirrors so that the mask and the wafer are located on opposite sides of the pupil. .
[0007]
Further, since the resolution required for the EUV exposure apparatus has become smaller than the conventional value, it is necessary to increase the numerical aperture NA (for example, NA 0.2 on the image plane side at an exposure wavelength of 13.5 nm). With three or four mirrors, it is difficult to reduce the wavefront aberration of the projection optical system. Therefore, it has become necessary to reduce the number of mirrors to about six in order to reduce the wavefront aberration (hereinafter, in the present application, such an optical system may be expressed as a six-mirror system). Such a six-mirror system is disclosed in, for example, JP-A-2000-100694 and JP-A-2000-235144.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-100694 discloses an embodiment of a six-mirror system for two EUV lights having an image-side numerical aperture NA of 0.14 and 0.16. However, both embodiments have a problem that it is difficult to cope with an increase in NA of 0.16 or more. In each embodiment, an intermediate image is formed between the surfaces of the second mirror M2 and the third mirror M3, and has as many as four reflecting mirrors from the intermediate image forming position to the image plane. For this reason, if the width of the light beam is increased by increasing the NA, the spread of the light beam particularly from the intermediate image forming position to the image plane becomes large, and it becomes difficult to dispose the mirror separately from the light beams other than the desired light beam. is there. Attempting to place it forcibly causes another problem, such as increasing the maximum effective diameter of the mirror.
[0009]
Further, in both embodiments, the distance between the second mirror (M2) closest to the object plane corresponding to the reticle position and the object plane is as short as 20 to 30 mm, so that the reticle can be replaced or replaced. There is no room to arrange a reticle stage mechanism for scanning when printing a pattern.
[0010]
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-235144 discloses an embodiment of a three-mirror system for three EUVs having a high NA such as an image side numerical aperture NA of 0.2, 0.28, or 0.30.
[0011]
Also in these embodiments, since the distance between the mirror (second mirror M2) closest to the object plane corresponding to the reticle position and the object plane is as short as about 80 to 85 mm, it is difficult to dispose the reticle stage mechanism described above. There is a problem that is.
[0012]
In addition, in these embodiments, the mirror with the largest effective diameter is the fourth mirror M4, whose diameter is more than 540 mm in the example of NA 0.2 and more than 650 mm in the example of NA 0.28, It is not very desirable that the maximum mirror diameter becomes considerably large corresponding to the high NA and the projection optical system for EUV light which needs to be placed in a special environment such as a vacuum atmosphere becomes large.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to provide a projection optical system in which a maximum effective diameter of a mirror is small in spite of a large image-side numerical aperture NA.
[0014]
A first embodiment of the projection optical system of the present invention is as described in [Claim 1] of [Claims]. Unlike the first embodiment, when the numerical aperture NA on the image side is 0.2 or less, the resolution is insufficient. When the numerical aperture NA is 0.25 or more, the resolution can be considerably improved. If the effective diameters of the six mirrors are all larger than φ550 mm, the EUV projection optical system becomes large, and the size of the special container surrounding the EUV projection optical system becomes large. Further, it is preferable that the effective diameters of the six mirrors are all not more than φ500 mm, because the EUV projection optical system and the special container are considerably small.
[0015]
The second mode is as described in [Claim 2] of [Claims]. Unlike the second embodiment, when the maximum angle of incidence of the light beam on the six mirrors exceeds 25 degrees, the reflectivity of the mirror becomes so large that it cannot be ignored, and the aberration is so large that it cannot be ignored.
[0016]
The third embodiment is as described in [Claim 3] of [Claims].
[0017]
Unlike the third embodiment, when the light beam incident on the first mirror (M1) from the object is smaller than 5 degrees, it is difficult to arrange the illumination optical system for illuminating the reflective mask and the projection optical system without causing interference. become.
[0018]
Further, the fourth mode is characterized in that, in the invention according to the second and third aspects, the effective diameters of the six mirrors are all 550 mm or less, preferably 500 mm or less. The significance of this range is as described above.
[0019]
The fifth mode is characterized in that, in the first to fourth modes, the mirror having the largest effective diameter among the six mirrors is the third mirror.
[0020]
The sixth mode is characterized in that, in the first to fourth modes, the second mirror is any one of a convex mirror, a concave mirror, and a plane mirror.
[0021]
The seventh mode is characterized in that, in the sixth mode, when the second mirror is a plane mirror, the plane mirror has an aspherical shape.
[0022]
According to an eighth aspect, in the first to fourth aspects, when an intermediate image is formed between the third mirror (M3) and the fifth mirror (M5), the intermediate image is formed on the mirror. Are not formed.
[0023]
According to a ninth aspect, in the first to fourth aspects, between the third mirror (M3) and the fourth mirror (M4), or between the fourth mirror (M4) and the fifth mirror (M5). An intermediate image is formed between the two.
[0024]
According to a tenth aspect, in the first to fourth aspects, the power of the fifth mirror (M5) and the sixth mirror (M6) among the six mirrors is larger than that of the other four mirrors. It is characterized by.
[0025]
Further, an eleventh aspect is characterized in that, in the first to fourth aspects, the reflecting surfaces of the six mirrors are all aspherical.
[0026]
A twelfth aspect is characterized in that, in the first to fourth aspects, the six mirrors are multilayer mirrors that reflect extreme ultraviolet (EUV) light.
[0027]
A thirteenth aspect is characterized in that, in the first to fourth aspects, a reflective mask is arranged on the object plane.
[0028]
A fourteenth aspect is characterized in that, in the first to fourth aspects, the plurality of mirrors are arranged so as to form an optical path without obstacles.
[0029]
The fifteenth aspect is characterized in that, in the first to fourth aspects, the mirror has rotational symmetry with respect to an optical axis (reference axis).
[0030]
Further, the sixteenth aspect is characterized in that, in the first to fourth aspects, the light beam incident on the first mirror (M1) from the object has a certain incident angle and is not telecentric.
[0031]
A seventeenth mode is characterized in that, in the sixteenth mode, a light beam incident on the first mirror (M1) from the object is incident at an angle of 5 degrees or more and 10 degrees or less.
[0032]
The eighteenth aspect is characterized in that, in the first to fourth aspects, the light beam from the sixth mirror (M6) to the image plane is telecentric (image-side telecentric).
[0033]
The nineteenth aspect is characterized in that, in the first to fourth aspects, the magnification of the optical system is 1/4.
[0034]
The twentieth aspect is characterized in that, in the first to fourth aspects, the exposure area on the image side has an arc shape, and the width of the arc is 0.8 mm or more.
[0035]
A twenty-first aspect is characterized in that, in the first to fourth aspects, the third mirror (M3) is disposed between the fifth mirror (M5) and the sixth mirror (M6).
[0036]
The form of claim 22 is characterized in that, in the form of claims 1 to 4, the distance between the mirror closest to the object plane and the object plane is 100 mm or more, preferably 120 mm or more.
[0037]
The twenty-third mode is characterized in that, in the twenty-second mode, the mirror closest to the object plane is a second mirror (M2).
[0038]
A twenty-fourth aspect is characterized in that, in the first to fourth aspects, the aperture stop of the projection optical system is between the first mirror (M1) and the second mirror (M2).
[0039]
In the twenty-fifth aspect, the RMS value of the wavefront aberration in the projection optical system according to any one of the first to fourth aspects and the fifth to twenty-fourth aspects is 0.05λ at the maximum with respect to the entire field of view, and is preferably 0. It is characterized by being equal to or less than 03λ.
[0040]
Further, a twenty-sixth aspect is characterized in that, in the first to fourth aspects, the light is extreme ultraviolet light (EUV light) having a wavelength of 20 nm or less.
[0041]
The twenty-seventh aspect is characterized by comprising the projection optical system according to any one of the first to fourth aspects and the fifth to twenty-sixth aspects, and an illumination optical system for illuminating the reticle.
[0042]
Further, a device manufacturing method according to a twenty-eighth aspect is characterized by including a step of exposing a substrate with a device pattern using the exposure apparatus of the twenty-seventh aspect, and a step of developing the exposed substrate.
[0043]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example of a projection optical system having a reduction magnification according to one aspect of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments, and each component may be replaced as long as the object of the present invention is achieved. In the drawings, the same members are denoted by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted.
[0044]
Here, FIG. 1 is a cross-sectional view showing a projection optical system and its optical path as a typical example of the present invention. The projection optical system of the present invention shown in FIG. 1 is a reflection optical system that reduces and projects a pattern on an object plane MS (for example, a pattern surface of a reflective mask) onto an image plane W (for example, an object surface such as a wafer surface). This is a mold projection optical system, which is particularly suitable for EUV light (for example, a wavelength of 13.4 to 13.5 nm).
[0045]
This projection optical system has six mirrors, and basically includes a first mirror M1 (concave mirror), a second mirror M2 (concave mirror), and a second mirror M2 (concave mirror) in order of reflecting light from the object plane MS side. A third mirror M3 (concave mirror), a fourth mirror M4 (convex mirror), a fifth mirror M5 (convex mirror), and a sixth mirror M6 (concave mirror). An intermediate image MI is formed by a mirror, and the intermediate image MI is re-imaged on the image plane W by fifth and sixth mirrors.
[0046]
In the present invention, various forms can be adopted for the power of the second mirror M2 and the position of the intermediate image. For example, in the first and fifth embodiments shown in FIGS. 1 and 5, when the second mirror M2 is a concave mirror and the intermediate image is located between the fourth mirror M4 and the fifth mirror M5, FIG. In the second embodiment shown, the second mirror M2 is a concave mirror and when the intermediate image is between the third mirror M3 and the fourth mirror M4, the third embodiment shown in FIG. If the mirror M2 is a convex mirror and the intermediate image is between the fourth mirror and M4 and the fifth mirror M5, the fourth embodiment shown in FIG. This is the case when the image is between the fourth mirror and M4 and the fifth mirror M5.
[0047]
In each of the embodiments shown in FIGS. 1 to 5, the mirror having the largest effective diameter among the six mirrors constituting the projection optical system is the third mirror M3. The fourth mirror M4 has a characteristic that the incident angle is relatively small, and the fourth mirror M4 has the characteristic that the incident angle is relatively small. The detailed value will be described later.
[0048]
Further, in the projection optical system of each embodiment, the light beam incident on the first mirror M1 from the object plane MS may be non-telecentric with an angle of 5 degrees or more, and the light beam emitted on the image side may be telecentric. It is a feature.
This feature illuminates the circuit pattern of the reflective reticle arranged on the object plane MS by an illumination optical system (not shown), and forms the circuit pattern on the wafer surface, which is the image plane W, with the reflected light from this reticle. Therefore, on the object side, it is essential to have an incident angle obliquely incident on the object plane, while on the image plane side, the surface of the wafer W disposed on the image plane moves in the optical axis direction. This is because it is desirable to make it telecentric in order to reduce the change in magnification.
[0049]
In addition, the projection optical system of each embodiment is basically a coaxial optical system that is symmetric about one optical axis, so that a ring-shaped (arc-shaped) centered on the optical axis. The aberration is corrected on the image plane (region). However, for aberration correction or aberration adjustment, it is not necessary that the six mirrors constituting the reflection-type reduced projection optical system are arranged so as to be a perfect coaxial system. A technique for improving the degree of freedom in arrangement is also performed.
[0050]
The reflection type projection optical system is considered to be indispensable for an optical system using a wavelength in the EUV region (10 to 20 nm in the present embodiment). However, as a further increase in NA is required, light rays on the image plane W side are required. It is necessary to eliminate as much as possible. Here, the intermediate image is arranged between the third mirror M3 and the fifth mirror M5, and by increasing the power of the fifth mirror M5 and the sixth mirror M6, a desired optical system in which the light beam and the mirror are separated can be obtained. It can be created. Further, in order to increase the image-side numerical aperture NA and form an image while maintaining the back focus at a desired distance, it is preferable that the fifth mirror M5 be a convex mirror and the sixth mirror M6 be a concave mirror.
[0051]
Further, it is preferable that the first mirror M1 is a concave mirror in order to reflect a chief ray emitted from the object plane MS and make it closer to the optical axis direction. The third mirror M3 is preferably a concave mirror because the principal ray reflected by the second mirror M2 needs to be directed in the optical axis direction. The second mirror M2 and the fourth mirror M4 have a relatively high degree of freedom in power arrangement. However, when the absolute values of the radii of curvature of the respective mirrors are r1 to r6, Petzval as shown in the following equations 2 and 3 is used. It is necessary that the sum of the terms be zero or nearly zero. Considering the sum of the Petzval terms, it is preferable that the third mirror M3 be a concave mirror and the fourth mirror M4 be a convex mirror. The second mirror M2 can have a free power arrangement.
[0052]
[Outside 1]
[0053]
[Outside 2]
[0054]
Each of the embodiments shown in FIGS. 1 to 5 is composed of six mirrors, but it is sufficient that at least one of the six mirrors is an aspheric surface. This is represented by the general equation shown in Equation 4. However, from the viewpoint of aberration correction, it is better to have as many aspherical surfaces as possible, and it is preferable that all six aspherical surfaces be used.
[0055]
[Outside 3]
In Equation 4, Z is the coordinate in the optical axis direction, c is the curvature (reciprocal of the radius of curvature r), h is the height from the optical axis, k is the cone coefficient, A, B, C, D, E, F, and G. , H, J,... Are the fourth-order, sixth-order, eighth-order, tenth-order, twelve-order, fourteenth, sixteenth, eighteenth, twenty-order,.
[0056]
In the first to fourth embodiments shown in FIGS. 1 to 4, the aperture stop is arranged between the first mirror M1 and the second mirror M2, but at the same position as the first mirror M1 or the second mirror M2. Alternatively, as in the fifth embodiment shown in FIG. 5, the circular aperture stop can be arranged by arranging the beam above and below the stop position so that no light beam is blocked. The aperture diameter may be fixed or variable. If it is variable, the NA of the optical system can be changed by changing the diameter of the aperture stop.
[0057]
Furthermore, each of the six mirrors is provided with a multilayer film that reflects EUV light, and thereby uses the effect of enhancing light. A multilayer film capable of reflecting EUV light of 20 nm or less is, for example, a Mo / Si multilayer film in which molybdenum (Mo) and silicon (Si) are alternately stacked, or a molybdenum (Mo) and beryllium (Be) alternately. There are laminated Mo / Be multilayer films and the like, and an optimum material is selected according to the wavelength used. However, the multilayer film of the present invention is not limited to this material, and any material having the same effect can be applied.
[0058]
【Example】
Hereinafter, Examples 1 to 5 shown in FIGS. 1 to 5 will be described in detail.
[0059]
Table 1 shows details (design data) of the reflective projection optical system of the first embodiment shown in FIG.
[0060]
The optical system according to the first embodiment has an image-side numerical aperture NA of 0.26, a magnification of 1/4, and an object height of 112 to 116 mm (arc slit of 1 mm width). The aberrations (maximum values at several points of the image height) which do not include the manufacturing error of this optical system are wavefront aberration = 0.016λrms and distortion maximum value = 0.9 nm. The minimum distance between the object plane MS and the reflection surface (the distance between the object plane MS and the second mirror M2) is 195.5 mm, so as to avoid interference with the stage mechanism and the illumination optical system of the object plane MS. It is a distance enough. The third mirror M3, which is the mirror having the largest effective diameter, is relatively small at 491.6 mm. The mirror having the largest light beam incident angle is the fourth mirror M4, and the maximum light beam incident angle is 24.3 degrees. If the incident angle is too large, the reflection characteristics of the multilayer film may be degraded. Therefore, it is important to make the incident angles of all the reflecting mirrors as small as possible. The inclination θ of the principal ray from the object plane MS to the first mirror M1 is 7.1256 degrees, and the illumination optical system applies arc-shaped EUV light to the pattern of the reflective mask placed on the object plane MS. The structure is sufficient to irradiate and form an image on the wafer W on the image plane.
[0061]
Table 2 shows details (design data) of the projection optical system of Example 2 shown in FIG. The image-side numerical aperture NA of this optical system is 0.26, the magnification is 1/4, and the object height is 112-116 mm (arc slit of 1 mm width). The aberrations (maximum values at several points of the image height) that do not include the manufacturing error of this optical system are wavefront aberration = 0.028λrms and distortion maximum value = 0.6 nm. Further, the minimum distance between the object plane MS and the reflection surface (the distance between the object plane MS and the second mirror M2) is 213.5 mm to avoid interference with the stage mechanism of the object plane MS and the illumination optical system. It is a distance enough. The third mirror M3, which is the mirror having the largest effective diameter, is as small as 417.8 mm. The mirror having the largest light beam incident angle is the fourth mirror M4, and the maximum light beam incident angle is 22.3 degrees. If the incident angle is too large, the reflection characteristics of the multilayer film may be degraded. Therefore, it is important to make the incident angles of all the reflecting mirrors as small as possible. The inclination θ of the principal ray from the object plane MS to the first mirror M1 is 7.1491 degrees, and the illumination optical system applies the arc-shaped EUV light to the pattern of the reflective mask placed on the object plane MS. The structure is sufficient to irradiate and form an image on the wafer W on the image plane.
[0062]
Table 3 shows details (design data) of the projection optical system of the third embodiment shown in FIG. This optical system has a numerical aperture NA on the image side of 0.26, a magnification of 1/4, and an object height of 112 to 116 mm (arc slit of 1 mm width). The aberrations (maximum values at several points of the image height) that do not include the manufacturing error of this optical system are wavefront aberration = 0.023λrms and distortion maximum value = 1.9 nm. The minimum distance between the object plane MS and the reflecting surface (the distance between the object plane MS and the second mirror M2) is 295.2 mm, so that interference with the stage mechanism of the object plane MS and the illumination optical system is avoided. It is a distance enough. The third mirror M3, which is the mirror having the largest effective diameter, is as small as 474.4 mm. The mirror having the largest light beam incident angle is the fourth mirror M4, and the maximum light beam incident angle is 24.6 degrees. If the incident angle is too large, the reflection characteristics of the multilayer film may be degraded. Therefore, it is important to make the incident angles of all the reflecting mirrors as small as possible. In addition, the inclination θ of the principal ray from the object plane MS to the first mirror M1 is 7.13054 degrees, and the illumination optical system applies arc-shaped EUV light to the pattern of the reflective mask placed on the object plane MS. The structure is sufficient to irradiate and form an image on the wafer W on the image plane.
[0063]
Table 4 shows details (design data) of the projection optical system of Example 4 shown in FIG. The image-side numerical aperture NA of this optical system is 0.26, the magnification is 1/4, and the object height is 112-116 mm (arc slit of 1 mm width). The aberrations (maximum values at several points of the image height) which do not include the manufacturing error of the optical system are wavefront aberration = 0.017λrms and distortion maximum value = 0.8 nm. The minimum distance between the object plane MS and the reflection plane (the distance between the object plane MS and the second mirror M2) is 266.8 mm, so that interference with the stage mechanism of the object plane MS and the illumination optical system is avoided. It is a distance enough. The third mirror M3, which is the mirror having the largest effective diameter, is as small as 489.3 mm. The mirror having the largest light beam incidence angle is the fourth mirror M4, and the maximum light beam incidence angle is 24.9 degrees. If the incident angle is too large, the reflection characteristics of the multilayer film may be degraded. Therefore, it is important to make the incident angles of all the reflecting mirrors as small as possible. The inclination θ of the principal ray from the object plane MS to the first mirror M1 is 7.1271 degrees, and the illumination optical system applies arc-shaped EUV light to the pattern of the reflective mask placed on the object plane MS. The structure is sufficient to irradiate and form an image on the wafer W on the image plane.
[0064]
Table 5 shows details (design data) of the projection optical system of the fifth embodiment shown in FIG. This optical system has an image-side numerical aperture NA of 0.26, a magnification of 1/4, and an object height of 130-134 mm (arc slit of 1 mm width). The aberrations (maximum values at several points of the image height) which do not include the manufacturing error of this optical system are wavefront aberration = 0.032λrms and distortion maximum = 6.7 nm. In the fifth embodiment, the basic configuration such as the power arrangement is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, and has the same effect as that of the first embodiment.
[0065]
As described above, the reflective projection optical system of the present invention has a high NA of greater than 0.2, preferably 0.25 or more at the EUV wavelength, and has a smaller maximum effective diameter and smaller incident angle of the mirror. In addition, since the minimum distance between the object plane MS and the reflecting mirror can be sufficiently ensured, there is little possibility of interference with the reticle stage mechanism or the illumination optical system placed on the object plane MS. In addition, the object side is non-telecentric, and a reflective reticle placed on the object plane MS can be irradiated by the illumination optical system, and its circuit pattern can be formed on the image plane W. Performance can be obtained.
[0066]
Next, an exposure apparatus to which the projection optical system 100 of the present invention is applied will be described. This exposure apparatus uses EUV light (for example, a wavelength of 13.4 nm) as illumination light for exposure. Further, as described above, the projection optical system 100 has an arc-shaped (ring-shaped) field area (good image area), and scans the reticle and the wafer at the same speed ratio as the projection magnification (less than 1) of the projection optical system. This exposes the entire surface of the reticle pattern to the exposed area of the wafer.
[0067]
Referring to FIG. 6, the exposure apparatus includes an EUV light source 210, an illumination optical system 220, a reflective reticle 230, an alignment optical system 240, a projection optical system 100, a reticle stage 250, a wafer stage 260, and a wafer 270.
[0068]
Since the transmittance of EUV light to the atmosphere is low, it is preferable that at least the optical path through which the EUV light passes is a vacuum atmosphere, and the space from the illumination optical system 220 to the wafer stage 260 is housed in a vacuum container 280.
[0069]
As the EUV light source 210 of the present embodiment, for example, a laser plasma light source is used. The laser plasma light source 210 irradiates the target material 213 supplied by the target supply device 211 and placed in the vacuum vessel 280 with a high-intensity pulsed laser beam from the pulsed laser 211 via the condenser lens 214 to generate high-temperature plasma 215. generate. In addition, EUV light having a wavelength of about 13.4 nm emitted from this is used. As the target material 213, a metal thin film, an inert gas, a droplet, or the like is used, and the target material 213 is supplied to the inside of the vacuum chamber 280 by a target supply device 212 such as a gas jet.
[0070]
The illumination optical system 220 illuminates the reticle 230 by propagating EUV light. 6, the illumination optical system 220 includes first to third mirrors 221, 222, and 223, an optical integrator 224, and an aperture 225. The first mirror 221 collects EUV light emitted from the plasma 215 almost isotropically. The optical integrator 224 uniformly illuminates the reticle 230 with a predetermined numerical aperture. The EUV light is relayed to the reticle 230 by the second and third mirrors 222 to 223. The aperture 225 is arranged at a position conjugate with the reticle 230 of the illumination optical system 220, and limits the area illuminated on the reticle 230 surface to an arc shape.
[0071]
The reticle stage 250 and the wafer stage 260 have a mechanism that scans synchronously at a speed ratio proportional to the reduction magnification. Here, the scanning direction within the reticle 230 or wafer 270 surface is X, the direction perpendicular thereto is Y, and the direction perpendicular to the reticle 230 or wafer 270 surface is Z.
[0072]
A desired pattern is formed on reticle 230 and held by a reticle chuck (not shown) on reticle stage 250. The reticle stage 250 has a mechanism for moving in the X direction. The reticle 230 has a fine movement mechanism in the X direction, the Y direction, the Z direction, and the rotation direction around each axis, so that the reticle 230 can be positioned. The position and orientation of reticle stage 250 are measured by a laser interferometer, and the position and orientation are controlled based on the results. In the present embodiment, the reticle 230 is realized as a reflection type reticle, but any of a transmission type reticle and a reflection type reticle can be applied.
[0073]
Wafer 270 is held on wafer stage 260 by a wafer chuck (not shown). The wafer stage 260 has a moving mechanism that moves in the X direction, like the reticle stage 250. Further, a fine movement mechanism is provided in the X direction, the Y direction, the Z direction, and the rotation direction around each axis so that the wafer 270 can be positioned. The position and orientation of wafer stage 260 are measured by a laser interferometer, and the position and orientation are controlled based on the results.
[0074]
The alignment detection optical system 240 measures the positional relationship between the position of the reticle 230 and the optical axis of the projection optical system 100, and the positional relationship between the position of the wafer 270 and the optical axis of the projection optical system 100. The positions and angles of reticle stage 250 and wafer stage 260 are set so as to match a predetermined position of wafer 270. The focus position in the Z direction is measured on the surface of the wafer 270 by a focus detection optical system (not shown), and the position and angle of the wafer stage 260 are controlled so that the wafer surface is constantly imaged by the projection optical system 100 during exposure. To keep.
[0075]
After one scan exposure on the wafer 270, the wafer stage 260 moves stepwise in the X and Y directions and moves to the next scan exposure start position, and the reticle stage 250 and the wafer stage 260 again reduce the size of the projection optical system. Synchronous scanning is performed in the X direction at a speed ratio proportional to the magnification.
[0076]
In this way, the operation of synchronously scanning the reduced projection images of the reticle 230 while forming them on the wafer 270 is repeated. (Step and scan). Thus, the transfer pattern of reticle 230 is transferred onto the entire surface of wafer 270.
[0077]
Next, an embodiment of a device manufacturing method using the above-described exposure apparatus will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a flowchart for explaining the manufacture of devices (semiconductor chips such as ICs and LSIs, LCDs, CCDs, etc.). Here, the manufacture of a semiconductor chip will be described as an example. In step 1 (circuit design), the circuit of the device is designed. Step 2 (mask fabrication) forms a mask on which the designed circuit pattern is formed. In step 3 (wafer manufacture), a wafer is manufactured using a material such as silicon. Step 4 (wafer process) is referred to as a preprocess, and an actual circuit is formed on the wafer by lithography using the mask and the wafer. Step 5 (assembly) is called a post-process, and is a process of forming a semiconductor chip using the wafer created in step 4, and includes processes such as an assembly process (dicing and bonding) and a packaging process (chip encapsulation). . In step 6 (inspection), inspections such as an operation check test and a durability test of the semiconductor device created in step 5 are performed. Through these steps, a semiconductor device is completed and shipped (step 7).
[0078]
FIG. 8 is a detailed flowchart of the wafer process in Step 4 shown in FIG. Step 11 (oxidation) oxidizes the wafer's surface. Step 12 (CVD) forms an insulating film on the surface of the wafer. Step 13 (electrode formation) forms electrodes on the wafer by vapor deposition or the like. Step 14 (ion implantation) implants ions into the wafer. In step 15 (resist processing), a photosensitive agent is applied to the wafer. Step 16 (exposure) uses the exposure apparatus 200 to expose a circuit pattern on the mask onto the wafer. Step 17 (development) develops the exposed wafer. Step 18 (etching) removes portions other than the developed resist image. Step 19 (resist stripping) removes unnecessary resist after etching. By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
[0079]
The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, it goes without saying that the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the invention.
[0080]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a projection optical system capable of realizing a six-mirror reflecting optical system having a small maximum mirror diameter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a third embodiment of the present invention. FIG. 4 is a fourth embodiment of the present invention. 5 is a view showing an exposure apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a manufacturing flow of a semiconductor device.
FIG. 8 is a view showing a wafer process of FIG. 7;
[Explanation of symbols]
M1 First mirror (concave mirror)
M2 Second mirror M3 Third mirror (concave mirror)
M4 4th mirror (convex mirror)
M5 fifth mirror (convex mirror)
M6 6th mirror (concave mirror)
MS mask (object surface)
W wafer (image surface)
AX Optical axis of optical system
