JP2004252359A - 反射型投影光学系及び当該反射型投影光学系を有する露光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＥＵＶリソグラフィーに適用可能で、高ＮＡ、且つ、ミラーの最大有効径及び光学系の全長が小さく、優れた結像性能を有する６枚ミラー系の反射型投影光学系及び当該反射型投影光学系を有する露光装置を提供する。
【解決手段】物体面上のパターンを像面上に縮小投影する反射型投影光学系であって、前記物体面側から前記像面側にかけて、凸面形状を有する第１の反射鏡、第２の反射鏡、第３の反射鏡、第４の反射鏡、第５の反射鏡、第６の反射鏡の順に光を反射する６枚の反射鏡を有し、前記第２の反射鏡から前記第３の反射鏡へ入射する光線と前記第４の反射鏡から前記第５の反射鏡へ入射する光線とが交差することを特徴とする反射型投影光学系を提供する。
【選択図】 図１
【解決手段】物体面上のパターンを像面上に縮小投影する反射型投影光学系であって、前記物体面側から前記像面側にかけて、凸面形状を有する第１の反射鏡、第２の反射鏡、第３の反射鏡、第４の反射鏡、第５の反射鏡、第６の反射鏡の順に光を反射する６枚の反射鏡を有し、前記第２の反射鏡から前記第３の反射鏡へ入射する光線と前記第４の反射鏡から前記第５の反射鏡へ入射する光線とが交差することを特徴とする反射型投影光学系を提供する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、露光装置に係り、特に、紫外線や極端紫外線（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反射型投影光学系及び当該反射型投影光学系を有する露光装置に関する。
【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、マスクパターンに対するデザインルールはライン・アンド・スペース（Ｌ＆Ｓ）０．１μｍ以下の寸法像を広範囲に形成することが要求され、今後は更に８０ｎｍ以下の回路パターン形成に移行することが予想される。Ｌ＆Ｓは、露光においてラインとスペースの幅が等しい状態でウェハ上に投影された像であり、露光の解像度を示す尺度である。
【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、光源の波長λと投影光学系の開口数（ＮＡ）を用いて次式で与えられる。
【０００４】
【数１】
【０００５】
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。近年では、解像度はより小さい値を要求されＮＡを上げるだけではこの要求を満足するには限界となっており、短波長化により解像度の向上を見込んでいる。現在では、露光光源は、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）光の実用化も進んでいる。
【０００６】
しかし、光の短波長化が進むと光が透過する硝材が限られてしまうために屈折素子、即ち、レンズを多用することは難しく、投影光学系に反射素子、即ち、ミラーを含めることが有利になる。更に、露光光がＥＵＶ光になると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、投影光学系をミラー（例えば、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。
【０００７】
反射型投影光学系においては、ミラーにおける反射率を高めるために反射した光が強め合うようミラーには多層膜が形成されているが、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で構成することが望ましい。更に、ＥＵＶ露光装置に要求される線幅（解像度）が従来の値より小さくなってきたためＮＡを上げる必要があるが（例えば、波長１３．５ｎｍにおいてＮＡ０．２）、従来の３枚乃至４枚のミラーでは、波面収差を減らすことが困難である。そこで、波面収差補正の自由度を増すためにもミラーを非球面にすると共にミラーの枚数を増やす必要があり、これに伴い投影光学系を構成するミラーの数を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枚ミラー系と称する場合もある。）。
【０００８】
例えば、ミラーの有効径をできるだけ小さくしながらも高ＮＡを実現させるために、光束を交差させている６枚ミラー系が提案されている（例えば、特許文献１、２及び３参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−００６２２１号公報
【特許文献２】
国際公開第０２／０５６１１４Ａ２号パンフレット
【特許文献３】
米国特許第５８１５３１０号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１において提案されている６枚ミラー系の反射型投影光学系によれば、第２のミラー（Ｍ２）から第３のミラー（Ｍ３）へ入射する光束と第４のミラー（Ｍ４）から第５の反射鏡（Ｍ５）へ入射する光束とを交差させてミラーの有効径を小さくしているものの全長が長い。ミラーの有効径が小さいことは加工及び計測の点で有効であるが、全長が長く体積が大きくなることはＥＵＶ光が空気中で吸収されることを防ぐために光路を真空引きする際に欠点となる。
【００１１】
また、物体面と物体面の近傍に配置される第２のミラー（Ｍ２）との間隔は、第１実施例で５０ｍｍ、第２実施例で７０ｍｍと非常に短い。物体面には、通常、パターンの原版であるレチクルが配置される。かかるレチクルは、交換したり、パターンを焼き付けるときにスキャンしたりするため、実際の露光装置に適用する際には、レチクル付近にステージ機構を配置する必要があり、ある程度の間隔が必要となる。
【００１２】
また、中間像が第３のミラー（Ｍ３）の近傍に存在するため、第３のミラー（Ｍ３）ではエネルギーが集中し、熱による収差発生やコンタミによる像劣化の原因となる。更に、物体側から像側へ順に面形状が凹凹凹凹凸凹と配置されているため、ペッツバール和を小さくすることが困難であり、その結果、スリット幅が０．８ｍｍと小さい。
【００１３】
次に、特許文献２において提案されている６枚ミラー系の投影光学系によれば、第２のミラー（Ｍ２）から第３のミラー（Ｍ３）へ入射する光束と第４のミラー（Ｍ４）から第５のミラー（Ｍ５）へ入射する光束とを交差させているが、第１のミラー（Ｍ１）が凹面であるために、第１のミラー（Ｍ１）から第２のミラー（Ｍ２）に入射する光束が光軸に対して大きく傾いている。その結果、後段のミラーの有効径が大きくなり、第４のミラー（Ｍ４）においては、有効径が６７０ｍｍと大きくなってしまっている。更に、全長も１５００ｍｍと大きいので、加工、計測及び真空の安定性等の点から実現は困難である。
【００１４】
特許文献３において提案されている６枚ミラー系の投影光学系によれば、第２のミラー（Ｍ２）から第３のミラー（Ｍ３）へ入射する光束と第４のミラー（Ｍ４）から第５のミラー（Ｍ５）へ入射する光束とを交差させているが、第１のミラー（Ｍ１）が凹面であるために、第１のミラー（Ｍ１）から第２のミラー（Ｍ２）に入射する光束が光軸に対して大きく傾いている。その結果、後段のミラーの有効径が５００ｍｍ超と大きくなってしまっている。また、中間像が第４のミラー（Ｍ４）の近傍に存在するため、第４のミラー（Ｍ４）ではエネルギーが集中し、熱による収差発生やコンタミによる像劣化の原因となる。
【００１５】
そこで、本発明は、ＥＵＶリソグラフィーに適用可能で、高ＮＡ、且つ、ミラーの最大有効径及び光学系の全長が小さく、優れた結像性能を有する６枚ミラー系の反射型投影光学系及び当該反射型投影光学系を有する露光装置を提供することを例示的目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての反射型投影光学系は、物体面上のパターンを像面上に縮小投影する反射型投影光学系であって、前記物体面側から前記像面側にかけて、凸面形状を有する第１の反射鏡、第２の反射鏡、第３の反射鏡、第４の反射鏡、第５の反射鏡、第６の反射鏡の順に光を反射する６枚の反射鏡を有し、前記第２の反射鏡から前記第３の反射鏡へ入射する光線と前記第４の反射鏡から前記第５の反射鏡へ入射する光線とが交差することを特徴とする。
【００１７】
本発明の他の目的及び更なる特徴は以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００１８】
【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反射型投影光学系及び露光装置について説明する。なお、各図において同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。ここで、図１は、本発明の一側面としての反射型投影光学系１００の例示的一形態及びその光路を示した概略断面図である。
【００１９】
図１を参照するに、本発明の反射型投影光学系１００は、物体面ＭＳ（例えば、マスク面）上のパターンを像面Ｗ（例えば、基板などの被処理体面）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１３．４ｎｍ乃至１３．５ｎｍ）に好適な光学系である。
【００２０】
反射型投影光学系１００は、６枚の反射鏡を有し、基本的に、物体面ＭＳ側から光を反射する順番に、第１の反射鏡（凸面鏡）Ｍ１と、第２の反射鏡（凹面鏡）Ｍ２と、第３の反射鏡（平面鏡）Ｍ３と、第４の反射鏡（凹面鏡）Ｍ４と、第５の反射鏡（凸面鏡）Ｍ５と、第６の反射鏡（凹面鏡）Ｍ６とを有し、第１の反射鏡Ｍ１及び第２の反射鏡Ｍ２の２枚の反射鏡によって中間像ＭＩを結像させ、かかる中間像ＭＩを第３の反射鏡Ｍ３乃至第６の反射鏡Ｍ６の４枚の反射鏡で像面Ｗ上に再結像するように構成されている。
【００２１】
更に、本発明の反射型投影光学系１００は、構成する６枚の反射鏡のうち、最も有効径の大きい第４の反射鏡Ｍ４において最大有効径が小さいという特徴や、最も入射角の大きい第５の反射鏡Ｍ５において入射角が比較的小さいという特徴や、物体面ＭＳから像面Ｗまでの全長が小さいという特徴があるが、詳しい値に関しては後述する。
【００２２】
反射型投影光学系１００は、物体面ＭＳから第１の反射鏡Ｍ１へ入射する光線が５度以上の角度を有する非テレセントリックであり、且つ、像面Ｗ側の射出光線がテレセントリックであることも特徴となっている。例えば、照明光学系によって物体面ＭＳに配置されたレチクルを照明し、その像を像面Ｗであるウェハ上に結像するためには、物体面ＭＳ側はある入射角を有することが必須となる。一方、像面Ｗ側は、例えば、像面Ｗに配置されるウェハ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、テレセントリックであることが望ましい。
【００２３】
反射型投影光学系１００は、基本的には、１本の光軸の回りに軸対称な共軸光学系であり、光軸を中心としたリング状の像面で収差が補正されるため好ましいという長所を有している。但し、収差補正上又は収差調整上、反射型投影光学系１００を構成する６枚の反射鏡が完全な共軸系となるように配置される必要はなく、若干の偏心をさせて収差を改善したり、配置上の自由度を向上させたりしてもよい。
【００２４】
反射型投影光学系は、ＥＵＶ光を用いる光学系では必須と考えられており、更なる高ＮＡ化が求められるにつれて、像面Ｗ側で光線のケラレをできるだけ排除する必要がある。本実施形態では、中間像ＭＩを第２の反射鏡Ｍ２と第３の反射鏡Ｍ３との間で形成し、高ＮＡ時に大きな有効径を要する第６の反射鏡Ｍ６の近傍に配置することで、各反射鏡の有効径を小さく、且つ、ケラレがないようにしている。更に、第５の反射鏡Ｍ５と第６の反射鏡Ｍ６のパワーを大きくすることにより、光線と反射鏡とを分離した状態で高ＮＡの所望の光学系を構成することが可能である。このとき、ＮＡを大きく、且つ、バックフォーカスを保って結像させるためには、第５の反射鏡Ｍ５を凸面鏡、第６の反射鏡Ｍ６を凹面鏡にすることが好ましい。
【００２５】
次に、反射型投影光学系１００を構成する第１の反射鏡Ｍ１乃至第６の反射鏡Ｍ６の役割と光線を交差させることの利点について説明する。第１の反射鏡Ｍ１乃至第６の反射鏡Ｍ６の表面には、ＥＵＶ光を反射させる多層膜が施されており、かかる多層膜により光を強め合う作用を奏する。波長２０ｎｍ以下のＥＵＶ光を反射することが可能な多層膜は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）層とシリコン（Ｓｉ）層を交互に積層したＭｏ／Ｓｉ多層膜や、Ｍｏ層とベリリウム（Ｂｅ）層を交互に積層したＭｏ／Ｂｅ多層膜などが考えられ、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、上記した材料に限定されず、これと同様の作用及び効果を有する多層膜を適用することができる。更に、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、全ての反射鏡（第１の反射鏡Ｍ１乃至第６の反射鏡Ｍ６）の入射角をできるだけ小さくした方がよい。本発明の反射型投影光学系１００は、反射鏡の有効径及び光学系の全長が小さく（即ち、体積が小さく）、且つ、各反射鏡への入射角が小さい光学系である。
【００２６】
例えば、特開２０００−１００６９４号公報において提案されている光学系内で光線の交差を行わない反射型投影光学系の場合、ミラーの入射角に制限があるために、第５のミラーへの入射角を第６のミラーに光線がケラレない範囲でできるだけ小さくしている。一方、第３のミラーの入射角を小さくするために第４のミラーを物体面寄りに配置しているが、かかる配置によって第４のミラーの有効径が大きくなり、ＮＡ０．２で直径５４０ｍｍ以上とかなり大きい構成になっている。その中でも最も有効径が大きいものは、ＮＡ０．２８で直径６５０ｍｍを超えており、高ＮＡに対応してミラーの最大有効径も同時に大きくなっている。
【００２７】
反射型投影光学系１００は、第４の反射鏡Ｍ４の有効径が大きくなることを防ぐために第３の反射鏡Ｍ３と第４の反射鏡Ｍ４が、特開２０００−１００６９４号公報において提案されている反射型投影光学系に比べて、像面Ｗ側にシフトしている。このとき、第２の反射鏡Ｍ２と第３の反射鏡Ｍ３との間に中間像を形成し、且つ、第４の反射鏡Ｍ４の光軸側で第６の反射鏡Ｍ６の近傍に光線を通し、第３の反射鏡Ｍ３で反射した後に第４の反射鏡Ｍ４で第２の反射鏡Ｍ２の射出光線と交差させて光軸側に光線を戻すことで、第３の反射鏡Ｍ３と第４の反射鏡Ｍ４の有効径を小さくしても光線のケラレがないようにしている。
【００２８】
また、このように第２の反射鏡Ｍ２からの射出光線と光軸との角度を小さくするために、第１の反射鏡Ｍ１を凸面鏡にしている。第１の反射鏡Ｍ１は、物体面ＭＳから射出された主光線を反射させ光軸方向に近づけるが、凹面鏡を用いた場合、凸面鏡に比べて光軸に対して角度をもつため後段の反射鏡の有効径が大きくなる傾向があるために凸面鏡であることが好ましい。このように、光線を交差させ、光線の細くなる中間結像位置を好適に配置することは、上述したように、反射鏡の有効径を小さくできるだけではなく、反射鏡の入射角度も小さくすることができ、且つ、光路を共有しているので光学系の体積も小さくすることができる。
【００２９】
本実施形態の反射型投影光学系１００では、第２の反射鏡Ｍ２は中間像を第６の反射鏡Ｍ６の近傍に形成して、ケラレなく光線と反射鏡を分離するために凹面鏡であることが望ましい。また、第３の反射鏡Ｍ３は、第２の反射鏡Ｍ２で光軸から離れる方向に反射された光線をより光軸方向に向ける必要があるため、平面鏡又は凹面鏡であることが好ましい。第３の反射鏡Ｍ３に凸面鏡を用いた場合、第４の反射鏡Ｍ４の有効径が大きくなってしまう。第４の反射鏡Ｍ４は、光線を光軸方向に戻す必要があるため凹面鏡であることが好ましく、このとき、第２の反射鏡Ｍ２から第３の反射鏡Ｍ３に入射する光線と交差させることで上述した効果を得ることができる。
【００３０】
反射型投影光学系１００は、６枚の反射鏡で構成されているが、少なくとも１枚以上が非球面であればよく、かかる非球面の形状は、数式２に示す一般的な非球面の式で表される。但し、反射鏡を非球面で構成することは収差を補正する上で好ましいという長所を有しており、できるだけ多くの反射鏡（好ましくは、６枚）を非球面で構成するとよい。
【００３１】
【数２】
【００３２】
数式２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。
【００３３】
反射型投影光学系１００は、図１に示すように、開口絞りが第２の反射鏡Ｍ２上に配置されているが、第１の反射鏡Ｍ１から第２の反射鏡Ｍ２の間に配置してもよい。但し、第２の反射鏡Ｍ２上に開口絞りを設けることで、光線のケラレがないように配置することが容易に可能となり、円形状の開口絞りを配置することができる。開口絞りの径は、固定であっても可変であってもよい。可変の場合には、開口絞りの径を変化させることにより、光学系のＮＡを変化させることができる。開口絞りの径を可変とすることで、深い焦点深度を得られるなどの長所が得られ、これにより像を安定させることができる。
【００３４】
ここで、図１及び図２を参照して、本発明の反射型投影光学系１００を用いて照明実験した結果について説明する。図２は、図１に示す反射型投影光学系１００における光線の交差の様子を説明するための概略断面図である。図１及び図２において、ＭＳは物体面位置に置かれた反射型レチクル、Ｗは像面位置に置かれたウェハを示している。
【００３５】
反射型投影光学系１００において、波長１３．４ｎｍ付近のＥＵＶ光を放射する図示しない照明系によりレチクルＭＳが照明され、レチクルＭＳからの反射ＥＵＶ光が、第１の反射鏡（凸面鏡）Ｍ１、第２の反射鏡Ｍ２、第３の反射鏡Ｍ３、第４の反射鏡Ｍ４、第５の反射鏡Ｍ５、第６の反射鏡Ｍ６の順に反射し、像面位置に置かれたウェハＷ上にレチクルパターンの縮小像を形成している。反射型投影光学系１００は、図２に示すように、第２の反射鏡Ｍ２から第３の反射鏡Ｍ３へ入射する光線と第４の反射鏡Ｍ４から第５の反射鏡Ｍ５へ入射する光線とが位置ＣＲで交差するように配置されている。
【００３６】
なお、図１及び図２に示す反射型投影光学系１００において、像側の開口数ＮＡ＝０．２４、縮小倍率＝１／４倍、物体高＝１２８ｍｍ乃至１３６ｍｍの８ｍｍ幅の円弧状スリットである。ここで、図１及び図２の反射型投影光学系１００の数値（曲率半径、面間隔、非球面係数など）を表１に示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】
図１に示す反射型投影光学系１００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＝０．０５５λｒｍｓ、｜歪曲最大値｜＝２ｎｍである。また、物体面ＭＳと反射面の最小距離（物体面ＭＳと第２の反射鏡Ｍ２との距離）は、１００ｍｍとなっており、物体面ＭＳのステージ機構や照明系との干渉を回避するために十分な距離となっている。
【００３９】
物体面ＭＳから像面Ｗに至る光学系の全長は９３２．８ｍｍとなっており、非常に短くなっているため最大有効径が小さいことにあわせて光学系の体積が小さいことになり、真空引きを行う際にも有利である。最大有効径の第４の反射鏡Ｍ４は、４２７．４ｍｍと小さくなっている。また、入射角の最も大きい第５の反射鏡Ｍ５で、その入射角は１８．１５度である。入射角が大き過ぎると多層膜での反射特性の劣化が起こるため、全ての反射鏡の入射角をできるだけ小さくすることが重要であり、本実施形態の値は十分に小さいと言える。
【００４０】
更に、物体面ＭＳから第１の反射鏡Ｍ１への主光線の傾きは、９．０１３８度となっており、照明系で物体面に置かれたレチクルＭＳを照明し、像面であるウェハＷに結像するために十分な構成となっている。
【００４１】
以上のように、本発明の反射型投影光学系１００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）高ＮＡながら、反射鏡の最大有効径や入射角及び光学系の全長を小さくすることができ、更に、物体面ＭＳと反射鏡との最小距離も十分に確保することが可能であるので、物体面ＭＳのステージ機構や照明系との干渉を防止することができる。また、物体面ＭＳ側は非テレセントリックであって、物体面ＭＳに置かれたレチクルを照明し、像面Ｗに結像することが可能であり良好な結像性能を得ることができる。
【００４２】
以下、図３を参照して、本発明の反射型投影光学系１００を適用した露光装置２００について説明する。図３は、反射型投影光学系１００を有する露光装置２００の例示的一形態を示す概略構成図である。本発明の露光装置２００は、露光用の照明光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）を用いて、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行う投影露光装置である。
【００４３】
図３を参照するに、露光装置２００は、照明装置２１０と、レチクルＭＳと、レチクルＭＳを載置するレチクルステージ２２０と、反射型投影光学系１００と、被処理体Ｗと、被処理体Ｗを載置するウェハステージ２３０と、制御部２４０とを有する。制御部２４０は、照明装置２１０、レチクルステージ２２０及びウェハステージ２３０に制御可能に接続されている。
【００４４】
また、図３には図示しないが、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い。なお、図３において、Ｘ、Ｙ、Ｚは３次元空間を示し、ＸＹ平面の法線方向をＺ方向としている。
【００４５】
照明装置２１０は、反射型投影光学系１００の円弧状の視野に対応する円弧状のＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）によりレチクルＭＳを照明する照明装置であって、図示しない光源と、照明光学系より構成される。なお、照明装置２１０を構成する光源及び照明光学系は当業界で周知のいかなる技術をも適応可能であり、本明細書での詳細な説明は省略する。例えば、照明光学系は、集光光学系、オプティカルインテグレーター、開口絞り、ブレード等を含み、当業者が想達し得るいかなる技術も適用可能である。
【００４６】
レチクルＭＳは、反射型又は透過型レチクルで、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、レチクルステージ２２０に支持及び駆動される。レチクルＭＳから発せられた回折光は、反射型投影光学系１００で反射されて被処理体Ｗ上に投影される。レチクルＭＳと被処理体Ｗとは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置２００は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、レチクルＭＳと被処理体Ｗを走査することによりレチクルＭＳのパターンを被処理体Ｗ上に縮小投影する。
【００４７】
レチクルステージ２２０は、レチクルＭＳを支持して図示しない移動機構に接続されている。レチクルステージ２２０は、当業界周知のいかなる構成をも適用することができる。例えば、図示しないリニアモーターなどで構成され、制御部２４０に制御されながら少なくともＹ方向にレチクルステージ２２０を駆動することでレチクルＭＳを移動することができる。露光装置２００は、レチクルＭＳと被処理体Ｗを制御部２４０によって同期した状態で走査する。
【００４８】
反射型投影光学系１００は、レチクルＭＳ面上のパターンを像面上に縮小投影する反射型光学系である。反射型投影光学系１００は、上述した通りのいかなる形態をも適用可能であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００４９】
被処理体Ｗは、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体Ｗには、フォトレジストが塗布されている。
【００５０】
ウェハステージ２３０は、被処理体Ｗを支持する。ウェハステージ２３０は、例えば、リニアモーターを利用してＸＹＺ方向に被処理体Ｗを移動する。また、レチクルステージ２２０とウェハステージ２３０の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。
【００５１】
制御部２４０は、図示しないＣＰＵ、メモリを有し、露光装置２００の動作を制御する。制御部２４０は、照明装置２１０、レチクルステージ２２０（即ち、レチクルステージ２２０の図示しない移動機構）、ウェハステージ２３０（即ち、ウェハステージ２３０の図示しない移動機構）と電気的に接続されている。ＣＰＵは、ＭＰＵなど名前の如何を問わずいかなるプロセッサも含み、各部の動作を制御する。メモリは、ＲＯＭ及びＲＡＭより構成され、露光装置２００を動作するファームウェアを格納する。
【００５２】
露光において、照明装置２１０から射出されたＥＵＶ光はレチクルＭＳを照明し、レチクルＭＳ面上のパターンを被処理体Ｗ面上に結像する。本実施形態において、像面は円弧状（リング状）の像面となり、レチクルＭＳと被処理体Ｗを縮小倍率比の速度比でスキャンすることにより、レチクルＭＳの全面を露光する。
【００５３】
次に、図４及び図５を参照して、露光装置２００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図４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ー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。
【００５４】
図５は、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の回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置２００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【００５５】
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。例えば、本発明は、ＡｒＦエキシマレーザーやＦ２レーザーなどのＥＵＶ光以外の波長２００ｎｍ以下の紫外線用の反射型投影光学系として用いることもでき、大画面をスキャン露光する露光装置にもスキャンしない露光をする露光装置にも適用可能である。
【００５６】
本出願は、更に以下の事項を開示する。
【００５７】
〔実施態様１〕 物体面上のパターンを像面上に縮小投影する反射型投影光学系であって、
前記物体面側から前記像面側にかけて、凸面形状を有する第１の反射鏡、第２の反射鏡、第３の反射鏡、第４の反射鏡、第５の反射鏡、第６の反射鏡の順に光を反射する６枚の反射鏡を有し、
前記第２の反射鏡から前記第３の反射鏡へ入射する光線と前記第４の反射鏡から前記第５の反射鏡へ入射する光線とが交差することを特徴とする反射型投影光学系。
【００５８】
〔実施態様２〕 前記第２の反射鏡から前記第３の反射鏡の光路の間に中間像を形成することを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００５９】
〔実施態様３〕 前記第２の反射鏡の位置を開口絞り位置としたことを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００６０】
〔実施態様４〕 前記反射型投影光学系の開口数は、０．２以上であることを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００６１】
〔実施態様５〕 前記６枚の反射鏡は、基本的に共軸系をなすように配置したことを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００６２】
〔実施態様６〕 前記６枚の反射鏡のうち少なくとも１枚はＥＵＶ光を反射する多層膜を有する非球面ミラーであることを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００６３】
〔実施態様７〕 前記６枚の反射鏡はすべてＥＵＶ光を反射する多層膜を有する非球面ミラーであることを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００６４】
〔実施態様８〕 前記光は、波長２０ｎｍ以下のＥＵＶ光であることを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００６５】
〔実施態様９〕 前記像面側がテレセントリックであることを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００６６】
〔実施態様１０〕 前記物体面上に反射型レチクルを配置することを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００６７】
〔実施態様１１〕 実施態様１乃至１６のうちいずれか一項記載の反射型投影光学系と、
前記物体面上にレチクルのパターンを位置付けるべく当該レチクルを保持するレチクルステージと、
前記像面上に感光層を位置付けるべく被処理体を保持するウェハステージと、
前記ＥＵＶ光で前記レチクルを照明する状態で前記レチクルステージ及びウェハステージを同期して走査する手段とを有することを特徴とする露光装置。
【００６８】
〔実施態様１２〕 光源からの光で前記パターンを照明する照明光学系と、前記パターンからの光を前記像面上に投影する、実施態様１乃至１０のうちいずれか一項記載の反射型投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
【００６９】
〔実施態様１３〕 前記投影光学系は、前記パターンからの反射光を前記像面上に投影することを特徴とする実施態様１２記載の露光装置。
【００７０】
〔実施態様１４〕 実施態様１１乃至１３のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、ＥＵＶリソグラフィーに適用可能で、高ＮＡ、且つ、ミラーの最大有効径及び光学系の全長が小さく、優れた結像性能を有する６枚ミラー系の反射型投影光学系及び当該反射型投影光学系を有する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】本発明の一側面としての反射型投影光学系の例示的一形態及びその光路を示した概略断面図である。
【図２】図１に示す反射型投影光学系における光線の交差の様子を説明するための概略断面図である。
【図３】図１に示す反射型投影光学系を有する露光装置の例示的一形態を示す概略構成図である。
【図４】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。
【図５】図４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。
【符号の説明】
１００ 反射型投影光学系
２００ 露光装置
２１０ 照明装置
２２０ レチクルステージ
２３０ ウェハステージ
２４０ 制御部
Ｍ１ 第１の反射鏡
Ｍ２ 第２の反射鏡
Ｍ３ 第３の反射鏡
Ｍ４ 第４の反射鏡
Ｍ５ 第５の反射鏡
Ｍ６ 第６の反射鏡
ＭＳ 物体面（レチクル）
Ｗ 像面（ウェハ）
ＭＩ 中間像
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、露光装置に係り、特に、紫外線や極端紫外線（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反射型投影光学系及び当該反射型投影光学系を有する露光装置に関する。
【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、マスクパターンに対するデザインルールはライン・アンド・スペース（Ｌ＆Ｓ）０．１μｍ以下の寸法像を広範囲に形成することが要求され、今後は更に８０ｎｍ以下の回路パターン形成に移行することが予想される。Ｌ＆Ｓは、露光においてラインとスペースの幅が等しい状態でウェハ上に投影された像であり、露光の解像度を示す尺度である。
【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、光源の波長λと投影光学系の開口数（ＮＡ）を用いて次式で与えられる。
【０００４】
【数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。近年では、解像度はより小さい値を要求されＮＡを上げるだけではこの要求を満足するには限界となっており、短波長化により解像度の向上を見込んでいる。現在では、露光光源は、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）光の実用化も進んでいる。
【０００６】
しかし、光の短波長化が進むと光が透過する硝材が限られてしまうために屈折素子、即ち、レンズを多用することは難しく、投影光学系に反射素子、即ち、ミラーを含めることが有利になる。更に、露光光がＥＵＶ光になると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、投影光学系をミラー（例えば、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。
【０００７】
反射型投影光学系においては、ミラーにおける反射率を高めるために反射した光が強め合うようミラーには多層膜が形成されているが、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で構成することが望ましい。更に、ＥＵＶ露光装置に要求される線幅（解像度）が従来の値より小さくなってきたためＮＡを上げる必要があるが（例えば、波長１３．５ｎｍにおいてＮＡ０．２）、従来の３枚乃至４枚のミラーでは、波面収差を減らすことが困難である。そこで、波面収差補正の自由度を増すためにもミラーを非球面にすると共にミラーの枚数を増やす必要があり、これに伴い投影光学系を構成するミラーの数を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枚ミラー系と称する場合もある。）。
【０００８】
例えば、ミラーの有効径をできるだけ小さくしながらも高ＮＡを実現させるために、光束を交差させている６枚ミラー系が提案されている（例えば、特許文献１、２及び３参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−００６２２１号公報
【特許文献２】
国際公開第０２／０５６１１４Ａ２号パンフレット
【特許文献３】
米国特許第５８１５３１０号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１において提案されている６枚ミラー系の反射型投影光学系によれば、第２のミラー（Ｍ２）から第３のミラー（Ｍ３）へ入射する光束と第４のミラー（Ｍ４）から第５の反射鏡（Ｍ５）へ入射する光束とを交差させてミラーの有効径を小さくしているものの全長が長い。ミラーの有効径が小さいことは加工及び計測の点で有効であるが、全長が長く体積が大きくなることはＥＵＶ光が空気中で吸収されることを防ぐために光路を真空引きする際に欠点となる。
【００１１】
また、物体面と物体面の近傍に配置される第２のミラー（Ｍ２）との間隔は、第１実施例で５０ｍｍ、第２実施例で７０ｍｍと非常に短い。物体面には、通常、パターンの原版であるレチクルが配置される。かかるレチクルは、交換したり、パターンを焼き付けるときにスキャンしたりするため、実際の露光装置に適用する際には、レチクル付近にステージ機構を配置する必要があり、ある程度の間隔が必要となる。
【００１２】
また、中間像が第３のミラー（Ｍ３）の近傍に存在するため、第３のミラー（Ｍ３）ではエネルギーが集中し、熱による収差発生やコンタミによる像劣化の原因となる。更に、物体側から像側へ順に面形状が凹凹凹凹凸凹と配置されているため、ペッツバール和を小さくすることが困難であり、その結果、スリット幅が０．８ｍｍと小さい。
【００１３】
次に、特許文献２において提案されている６枚ミラー系の投影光学系によれば、第２のミラー（Ｍ２）から第３のミラー（Ｍ３）へ入射する光束と第４のミラー（Ｍ４）から第５のミラー（Ｍ５）へ入射する光束とを交差させているが、第１のミラー（Ｍ１）が凹面であるために、第１のミラー（Ｍ１）から第２のミラー（Ｍ２）に入射する光束が光軸に対して大きく傾いている。その結果、後段のミラーの有効径が大きくなり、第４のミラー（Ｍ４）においては、有効径が６７０ｍｍと大きくなってしまっている。更に、全長も１５００ｍｍと大きいので、加工、計測及び真空の安定性等の点から実現は困難である。
【００１４】
特許文献３において提案されている６枚ミラー系の投影光学系によれば、第２のミラー（Ｍ２）から第３のミラー（Ｍ３）へ入射する光束と第４のミラー（Ｍ４）から第５のミラー（Ｍ５）へ入射する光束とを交差させているが、第１のミラー（Ｍ１）が凹面であるために、第１のミラー（Ｍ１）から第２のミラー（Ｍ２）に入射する光束が光軸に対して大きく傾いている。その結果、後段のミラーの有効径が５００ｍｍ超と大きくなってしまっている。また、中間像が第４のミラー（Ｍ４）の近傍に存在するため、第４のミラー（Ｍ４）ではエネルギーが集中し、熱による収差発生やコンタミによる像劣化の原因となる。
【００１５】
そこで、本発明は、ＥＵＶリソグラフィーに適用可能で、高ＮＡ、且つ、ミラーの最大有効径及び光学系の全長が小さく、優れた結像性能を有する６枚ミラー系の反射型投影光学系及び当該反射型投影光学系を有する露光装置を提供することを例示的目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての反射型投影光学系は、物体面上のパターンを像面上に縮小投影する反射型投影光学系であって、前記物体面側から前記像面側にかけて、凸面形状を有する第１の反射鏡、第２の反射鏡、第３の反射鏡、第４の反射鏡、第５の反射鏡、第６の反射鏡の順に光を反射する６枚の反射鏡を有し、前記第２の反射鏡から前記第３の反射鏡へ入射する光線と前記第４の反射鏡から前記第５の反射鏡へ入射する光線とが交差することを特徴とする。
【００１７】
本発明の他の目的及び更なる特徴は以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００１８】
【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反射型投影光学系及び露光装置について説明する。なお、各図において同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。ここで、図１は、本発明の一側面としての反射型投影光学系１００の例示的一形態及びその光路を示した概略断面図である。
【００１９】
図１を参照するに、本発明の反射型投影光学系１００は、物体面ＭＳ（例えば、マスク面）上のパターンを像面Ｗ（例えば、基板などの被処理体面）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１３．４ｎｍ乃至１３．５ｎｍ）に好適な光学系である。
【００２０】
反射型投影光学系１００は、６枚の反射鏡を有し、基本的に、物体面ＭＳ側から光を反射する順番に、第１の反射鏡（凸面鏡）Ｍ１と、第２の反射鏡（凹面鏡）Ｍ２と、第３の反射鏡（平面鏡）Ｍ３と、第４の反射鏡（凹面鏡）Ｍ４と、第５の反射鏡（凸面鏡）Ｍ５と、第６の反射鏡（凹面鏡）Ｍ６とを有し、第１の反射鏡Ｍ１及び第２の反射鏡Ｍ２の２枚の反射鏡によって中間像ＭＩを結像させ、かかる中間像ＭＩを第３の反射鏡Ｍ３乃至第６の反射鏡Ｍ６の４枚の反射鏡で像面Ｗ上に再結像するように構成されている。
【００２１】
更に、本発明の反射型投影光学系１００は、構成する６枚の反射鏡のうち、最も有効径の大きい第４の反射鏡Ｍ４において最大有効径が小さいという特徴や、最も入射角の大きい第５の反射鏡Ｍ５において入射角が比較的小さいという特徴や、物体面ＭＳから像面Ｗまでの全長が小さいという特徴があるが、詳しい値に関しては後述する。
【００２２】
反射型投影光学系１００は、物体面ＭＳから第１の反射鏡Ｍ１へ入射する光線が５度以上の角度を有する非テレセントリックであり、且つ、像面Ｗ側の射出光線がテレセントリックであることも特徴となっている。例えば、照明光学系によって物体面ＭＳに配置されたレチクルを照明し、その像を像面Ｗであるウェハ上に結像するためには、物体面ＭＳ側はある入射角を有することが必須となる。一方、像面Ｗ側は、例えば、像面Ｗに配置されるウェハ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、テレセントリックであることが望ましい。
【００２３】
反射型投影光学系１００は、基本的には、１本の光軸の回りに軸対称な共軸光学系であり、光軸を中心としたリング状の像面で収差が補正されるため好ましいという長所を有している。但し、収差補正上又は収差調整上、反射型投影光学系１００を構成する６枚の反射鏡が完全な共軸系となるように配置される必要はなく、若干の偏心をさせて収差を改善したり、配置上の自由度を向上させたりしてもよい。
【００２４】
反射型投影光学系は、ＥＵＶ光を用いる光学系では必須と考えられており、更なる高ＮＡ化が求められるにつれて、像面Ｗ側で光線のケラレをできるだけ排除する必要がある。本実施形態では、中間像ＭＩを第２の反射鏡Ｍ２と第３の反射鏡Ｍ３との間で形成し、高ＮＡ時に大きな有効径を要する第６の反射鏡Ｍ６の近傍に配置することで、各反射鏡の有効径を小さく、且つ、ケラレがないようにしている。更に、第５の反射鏡Ｍ５と第６の反射鏡Ｍ６のパワーを大きくすることにより、光線と反射鏡とを分離した状態で高ＮＡの所望の光学系を構成することが可能である。このとき、ＮＡを大きく、且つ、バックフォーカスを保って結像させるためには、第５の反射鏡Ｍ５を凸面鏡、第６の反射鏡Ｍ６を凹面鏡にすることが好ましい。
【００２５】
次に、反射型投影光学系１００を構成する第１の反射鏡Ｍ１乃至第６の反射鏡Ｍ６の役割と光線を交差させることの利点について説明する。第１の反射鏡Ｍ１乃至第６の反射鏡Ｍ６の表面には、ＥＵＶ光を反射させる多層膜が施されており、かかる多層膜により光を強め合う作用を奏する。波長２０ｎｍ以下のＥＵＶ光を反射することが可能な多層膜は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）層とシリコン（Ｓｉ）層を交互に積層したＭｏ／Ｓｉ多層膜や、Ｍｏ層とベリリウム（Ｂｅ）層を交互に積層したＭｏ／Ｂｅ多層膜などが考えられ、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、上記した材料に限定されず、これと同様の作用及び効果を有する多層膜を適用することができる。更に、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、全ての反射鏡（第１の反射鏡Ｍ１乃至第６の反射鏡Ｍ６）の入射角をできるだけ小さくした方がよい。本発明の反射型投影光学系１００は、反射鏡の有効径及び光学系の全長が小さく（即ち、体積が小さく）、且つ、各反射鏡への入射角が小さい光学系である。
【００２６】
例えば、特開２０００−１００６９４号公報において提案されている光学系内で光線の交差を行わない反射型投影光学系の場合、ミラーの入射角に制限があるために、第５のミラーへの入射角を第６のミラーに光線がケラレない範囲でできるだけ小さくしている。一方、第３のミラーの入射角を小さくするために第４のミラーを物体面寄りに配置しているが、かかる配置によって第４のミラーの有効径が大きくなり、ＮＡ０．２で直径５４０ｍｍ以上とかなり大きい構成になっている。その中でも最も有効径が大きいものは、ＮＡ０．２８で直径６５０ｍｍを超えており、高ＮＡに対応してミラーの最大有効径も同時に大きくなっている。
【００２７】
反射型投影光学系１００は、第４の反射鏡Ｍ４の有効径が大きくなることを防ぐために第３の反射鏡Ｍ３と第４の反射鏡Ｍ４が、特開２０００−１００６９４号公報において提案されている反射型投影光学系に比べて、像面Ｗ側にシフトしている。このとき、第２の反射鏡Ｍ２と第３の反射鏡Ｍ３との間に中間像を形成し、且つ、第４の反射鏡Ｍ４の光軸側で第６の反射鏡Ｍ６の近傍に光線を通し、第３の反射鏡Ｍ３で反射した後に第４の反射鏡Ｍ４で第２の反射鏡Ｍ２の射出光線と交差させて光軸側に光線を戻すことで、第３の反射鏡Ｍ３と第４の反射鏡Ｍ４の有効径を小さくしても光線のケラレがないようにしている。
【００２８】
また、このように第２の反射鏡Ｍ２からの射出光線と光軸との角度を小さくするために、第１の反射鏡Ｍ１を凸面鏡にしている。第１の反射鏡Ｍ１は、物体面ＭＳから射出された主光線を反射させ光軸方向に近づけるが、凹面鏡を用いた場合、凸面鏡に比べて光軸に対して角度をもつため後段の反射鏡の有効径が大きくなる傾向があるために凸面鏡であることが好ましい。このように、光線を交差させ、光線の細くなる中間結像位置を好適に配置することは、上述したように、反射鏡の有効径を小さくできるだけではなく、反射鏡の入射角度も小さくすることができ、且つ、光路を共有しているので光学系の体積も小さくすることができる。
【００２９】
本実施形態の反射型投影光学系１００では、第２の反射鏡Ｍ２は中間像を第６の反射鏡Ｍ６の近傍に形成して、ケラレなく光線と反射鏡を分離するために凹面鏡であることが望ましい。また、第３の反射鏡Ｍ３は、第２の反射鏡Ｍ２で光軸から離れる方向に反射された光線をより光軸方向に向ける必要があるため、平面鏡又は凹面鏡であることが好ましい。第３の反射鏡Ｍ３に凸面鏡を用いた場合、第４の反射鏡Ｍ４の有効径が大きくなってしまう。第４の反射鏡Ｍ４は、光線を光軸方向に戻す必要があるため凹面鏡であることが好ましく、このとき、第２の反射鏡Ｍ２から第３の反射鏡Ｍ３に入射する光線と交差させることで上述した効果を得ることができる。
【００３０】
反射型投影光学系１００は、６枚の反射鏡で構成されているが、少なくとも１枚以上が非球面であればよく、かかる非球面の形状は、数式２に示す一般的な非球面の式で表される。但し、反射鏡を非球面で構成することは収差を補正する上で好ましいという長所を有しており、できるだけ多くの反射鏡（好ましくは、６枚）を非球面で構成するとよい。
【００３１】
【数２】
数式２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。
【００３３】
反射型投影光学系１００は、図１に示すように、開口絞りが第２の反射鏡Ｍ２上に配置されているが、第１の反射鏡Ｍ１から第２の反射鏡Ｍ２の間に配置してもよい。但し、第２の反射鏡Ｍ２上に開口絞りを設けることで、光線のケラレがないように配置することが容易に可能となり、円形状の開口絞りを配置することができる。開口絞りの径は、固定であっても可変であってもよい。可変の場合には、開口絞りの径を変化させることにより、光学系のＮＡを変化させることができる。開口絞りの径を可変とすることで、深い焦点深度を得られるなどの長所が得られ、これにより像を安定させることができる。
【００３４】
ここで、図１及び図２を参照して、本発明の反射型投影光学系１００を用いて照明実験した結果について説明する。図２は、図１に示す反射型投影光学系１００における光線の交差の様子を説明するための概略断面図である。図１及び図２において、ＭＳは物体面位置に置かれた反射型レチクル、Ｗは像面位置に置かれたウェハを示している。
【００３５】
反射型投影光学系１００において、波長１３．４ｎｍ付近のＥＵＶ光を放射する図示しない照明系によりレチクルＭＳが照明され、レチクルＭＳからの反射ＥＵＶ光が、第１の反射鏡（凸面鏡）Ｍ１、第２の反射鏡Ｍ２、第３の反射鏡Ｍ３、第４の反射鏡Ｍ４、第５の反射鏡Ｍ５、第６の反射鏡Ｍ６の順に反射し、像面位置に置かれたウェハＷ上にレチクルパターンの縮小像を形成している。反射型投影光学系１００は、図２に示すように、第２の反射鏡Ｍ２から第３の反射鏡Ｍ３へ入射する光線と第４の反射鏡Ｍ４から第５の反射鏡Ｍ５へ入射する光線とが位置ＣＲで交差するように配置されている。
【００３６】
なお、図１及び図２に示す反射型投影光学系１００において、像側の開口数ＮＡ＝０．２４、縮小倍率＝１／４倍、物体高＝１２８ｍｍ乃至１３６ｍｍの８ｍｍ幅の円弧状スリットである。ここで、図１及び図２の反射型投影光学系１００の数値（曲率半径、面間隔、非球面係数など）を表１に示す。
【００３７】
【表１】
図１に示す反射型投影光学系１００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＝０．０５５λｒｍｓ、｜歪曲最大値｜＝２ｎｍである。また、物体面ＭＳと反射面の最小距離（物体面ＭＳと第２の反射鏡Ｍ２との距離）は、１００ｍｍとなっており、物体面ＭＳのステージ機構や照明系との干渉を回避するために十分な距離となっている。
【００３９】
物体面ＭＳから像面Ｗに至る光学系の全長は９３２．８ｍｍとなっており、非常に短くなっているため最大有効径が小さいことにあわせて光学系の体積が小さいことになり、真空引きを行う際にも有利である。最大有効径の第４の反射鏡Ｍ４は、４２７．４ｍｍと小さくなっている。また、入射角の最も大きい第５の反射鏡Ｍ５で、その入射角は１８．１５度である。入射角が大き過ぎると多層膜での反射特性の劣化が起こるため、全ての反射鏡の入射角をできるだけ小さくすることが重要であり、本実施形態の値は十分に小さいと言える。
【００４０】
更に、物体面ＭＳから第１の反射鏡Ｍ１への主光線の傾きは、９．０１３８度となっており、照明系で物体面に置かれたレチクルＭＳを照明し、像面であるウェハＷに結像するために十分な構成となっている。
【００４１】
以上のように、本発明の反射型投影光学系１００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）高ＮＡながら、反射鏡の最大有効径や入射角及び光学系の全長を小さくすることができ、更に、物体面ＭＳと反射鏡との最小距離も十分に確保することが可能であるので、物体面ＭＳのステージ機構や照明系との干渉を防止することができる。また、物体面ＭＳ側は非テレセントリックであって、物体面ＭＳに置かれたレチクルを照明し、像面Ｗに結像することが可能であり良好な結像性能を得ることができる。
【００４２】
以下、図３を参照して、本発明の反射型投影光学系１００を適用した露光装置２００について説明する。図３は、反射型投影光学系１００を有する露光装置２００の例示的一形態を示す概略構成図である。本発明の露光装置２００は、露光用の照明光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）を用いて、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行う投影露光装置である。
【００４３】
図３を参照するに、露光装置２００は、照明装置２１０と、レチクルＭＳと、レチクルＭＳを載置するレチクルステージ２２０と、反射型投影光学系１００と、被処理体Ｗと、被処理体Ｗを載置するウェハステージ２３０と、制御部２４０とを有する。制御部２４０は、照明装置２１０、レチクルステージ２２０及びウェハステージ２３０に制御可能に接続されている。
【００４４】
また、図３には図示しないが、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い。なお、図３において、Ｘ、Ｙ、Ｚは３次元空間を示し、ＸＹ平面の法線方向をＺ方向としている。
【００４５】
照明装置２１０は、反射型投影光学系１００の円弧状の視野に対応する円弧状のＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）によりレチクルＭＳを照明する照明装置であって、図示しない光源と、照明光学系より構成される。なお、照明装置２１０を構成する光源及び照明光学系は当業界で周知のいかなる技術をも適応可能であり、本明細書での詳細な説明は省略する。例えば、照明光学系は、集光光学系、オプティカルインテグレーター、開口絞り、ブレード等を含み、当業者が想達し得るいかなる技術も適用可能である。
【００４６】
レチクルＭＳは、反射型又は透過型レチクルで、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、レチクルステージ２２０に支持及び駆動される。レチクルＭＳから発せられた回折光は、反射型投影光学系１００で反射されて被処理体Ｗ上に投影される。レチクルＭＳと被処理体Ｗとは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置２００は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、レチクルＭＳと被処理体Ｗを走査することによりレチクルＭＳのパターンを被処理体Ｗ上に縮小投影する。
【００４７】
レチクルステージ２２０は、レチクルＭＳを支持して図示しない移動機構に接続されている。レチクルステージ２２０は、当業界周知のいかなる構成をも適用することができる。例えば、図示しないリニアモーターなどで構成され、制御部２４０に制御されながら少なくともＹ方向にレチクルステージ２２０を駆動することでレチクルＭＳを移動することができる。露光装置２００は、レチクルＭＳと被処理体Ｗを制御部２４０によって同期した状態で走査する。
【００４８】
反射型投影光学系１００は、レチクルＭＳ面上のパターンを像面上に縮小投影する反射型光学系である。反射型投影光学系１００は、上述した通りのいかなる形態をも適用可能であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００４９】
被処理体Ｗは、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体Ｗには、フォトレジストが塗布されている。
【００５０】
ウェハステージ２３０は、被処理体Ｗを支持する。ウェハステージ２３０は、例えば、リニアモーターを利用してＸＹＺ方向に被処理体Ｗを移動する。また、レチクルステージ２２０とウェハステージ２３０の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。
【００５１】
制御部２４０は、図示しないＣＰＵ、メモリを有し、露光装置２００の動作を制御する。制御部２４０は、照明装置２１０、レチクルステージ２２０（即ち、レチクルステージ２２０の図示しない移動機構）、ウェハステージ２３０（即ち、ウェハステージ２３０の図示しない移動機構）と電気的に接続されている。ＣＰＵは、ＭＰＵなど名前の如何を問わずいかなるプロセッサも含み、各部の動作を制御する。メモリは、ＲＯＭ及びＲＡＭより構成され、露光装置２００を動作するファームウェアを格納する。
【００５２】
露光において、照明装置２１０から射出されたＥＵＶ光はレチクルＭＳを照明し、レチクルＭＳ面上のパターンを被処理体Ｗ面上に結像する。本実施形態において、像面は円弧状（リング状）の像面となり、レチクルＭＳと被処理体Ｗを縮小倍率比の速度比でスキャンすることにより、レチクルＭＳの全面を露光する。
【００５３】
次に、図４及び図５を参照して、露光装置２００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図４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ー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。
【００５４】
図５は、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の回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置２００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【００５５】
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。例えば、本発明は、ＡｒＦエキシマレーザーやＦ２レーザーなどのＥＵＶ光以外の波長２００ｎｍ以下の紫外線用の反射型投影光学系として用いることもでき、大画面をスキャン露光する露光装置にもスキャンしない露光をする露光装置にも適用可能である。
【００５６】
本出願は、更に以下の事項を開示する。
【００５７】
〔実施態様１〕 物体面上のパターンを像面上に縮小投影する反射型投影光学系であって、
前記物体面側から前記像面側にかけて、凸面形状を有する第１の反射鏡、第２の反射鏡、第３の反射鏡、第４の反射鏡、第５の反射鏡、第６の反射鏡の順に光を反射する６枚の反射鏡を有し、
前記第２の反射鏡から前記第３の反射鏡へ入射する光線と前記第４の反射鏡から前記第５の反射鏡へ入射する光線とが交差することを特徴とする反射型投影光学系。
【００５８】
〔実施態様２〕 前記第２の反射鏡から前記第３の反射鏡の光路の間に中間像を形成することを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００５９】
〔実施態様３〕 前記第２の反射鏡の位置を開口絞り位置としたことを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００６０】
〔実施態様４〕 前記反射型投影光学系の開口数は、０．２以上であることを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００６１】
〔実施態様５〕 前記６枚の反射鏡は、基本的に共軸系をなすように配置したことを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００６２】
〔実施態様６〕 前記６枚の反射鏡のうち少なくとも１枚はＥＵＶ光を反射する多層膜を有する非球面ミラーであることを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００６３】
〔実施態様７〕 前記６枚の反射鏡はすべてＥＵＶ光を反射する多層膜を有する非球面ミラーであることを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００６４】
〔実施態様８〕 前記光は、波長２０ｎｍ以下のＥＵＶ光であることを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００６５】
〔実施態様９〕 前記像面側がテレセントリックであることを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００６６】
〔実施態様１０〕 前記物体面上に反射型レチクルを配置することを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００６７】
〔実施態様１１〕 実施態様１乃至１６のうちいずれか一項記載の反射型投影光学系と、
前記物体面上にレチクルのパターンを位置付けるべく当該レチクルを保持するレチクルステージと、
前記像面上に感光層を位置付けるべく被処理体を保持するウェハステージと、
前記ＥＵＶ光で前記レチクルを照明する状態で前記レチクルステージ及びウェハステージを同期して走査する手段とを有することを特徴とする露光装置。
【００６８】
〔実施態様１２〕 光源からの光で前記パターンを照明する照明光学系と、前記パターンからの光を前記像面上に投影する、実施態様１乃至１０のうちいずれか一項記載の反射型投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
【００６９】
〔実施態様１３〕 前記投影光学系は、前記パターンからの反射光を前記像面上に投影することを特徴とする実施態様１２記載の露光装置。
【００７０】
〔実施態様１４〕 実施態様１１乃至１３のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、ＥＵＶリソグラフィーに適用可能で、高ＮＡ、且つ、ミラーの最大有効径及び光学系の全長が小さく、優れた結像性能を有する６枚ミラー系の反射型投影光学系及び当該反射型投影光学系を有する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】本発明の一側面としての反射型投影光学系の例示的一形態及びその光路を示した概略断面図である。
【図２】図１に示す反射型投影光学系における光線の交差の様子を説明するための概略断面図である。
【図３】図１に示す反射型投影光学系を有する露光装置の例示的一形態を示す概略構成図である。
【図４】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。
【図５】図４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。
【符号の説明】
１００ 反射型投影光学系
２００ 露光装置
２１０ 照明装置
２２０ レチクルステージ
２３０ ウェハステージ
２４０ 制御部
Ｍ１ 第１の反射鏡
Ｍ２ 第２の反射鏡
Ｍ３ 第３の反射鏡
Ｍ４ 第４の反射鏡
Ｍ５ 第５の反射鏡
Ｍ６ 第６の反射鏡
ＭＳ 物体面（レチクル）
Ｗ 像面（ウェハ）
ＭＩ 中間像
Claims (1)
- 物体面上のパターンを像面上に縮小投影する反射型投影光学系であって、
前記物体面側から前記像面側にかけて、凸面形状を有する第１の反射鏡、第２の反射鏡、第３の反射鏡、第４の反射鏡、第５の反射鏡、第６の反射鏡の順に光を反射する６枚の反射鏡を有し、
前記第２の反射鏡から前記第３の反射鏡へ入射する光線と前記第４の反射鏡から前記第５の反射鏡へ入射する光線とが交差することを特徴とする反射型投影光学系。
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|---|---|---|---|---|
| JP2008541439A (ja) * | 2005-05-13 | 2008-11-20 | カール ツァイス エスエムテー アーゲー | ６枚の反射鏡を備えたｅｕｖ投影光学系 |
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2003
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