JP2004252362A - 反射型投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents
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- G03F7/70216—Mask projection systems
- G03F7/70233—Optical aspects of catoptric systems, i.e. comprising only reflective elements, e.g. extreme ultraviolet [EUV] projection systems
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枚ミラー系を実現可能な反射型投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法を提供する。
【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、前記像面から光路を辿って３番目のミラー及び前記像面から光路を辿って４番目のミラーが、前記像面から光路を辿って最初のミラーと前記像面から光路を辿って２番目のミラーの間に配置された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、前記像面から光路を辿って３番目のミラー及び前記像面から光路を辿って４番目のミラーが、前記像面から光路を辿って最初のミラーと前記像面から光路を辿って２番目のミラーの間に配置された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、露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【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。また、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構成するミラーの枚数は偶数枚であることが望ましい。
【０００８】
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やすためにもミラーを非球面にすると共にミラーの数を６枚程度にする必要が生じてきており（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。）、この種の６枚ミラー系が数多く提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【０００９】
露光装置においては、物体面には、通常、パターンの原版であるマスクが配置される。かかるマスクは、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、上述した６枚ミラー系を実際の露光装置に適用する際には、マスク付近にステージ機構を配置する必要があり、ある程度のゆとりが必要となる。
【００１０】
更に、露光装置は、通常、クリーンルーム内に設置されるために施設の制約から露光装置全体の大きさが制限され、従って、光学系の全長も制約を受ける。また、ＥＵＶ光による露光の際には、ＥＵＶ光が空気中で吸収されてしまうため光路を真空にする必要がある。そのため、真空引きの効率の面からも光学系の大きさは制約を受けることになる。以上のことから、光学系の全長（物体面から像面までの距離）及び有効径を増大させずに、物体面と物体面に最も近いミラー（の反射面）の間隔にゆとりをもたせる必要がある。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−１００６９４号公報
【特許文献２】
特開２０００−２３５１４４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１の反射型投影光学系によれば、ＮＡが０．１４と０．１６の２つの６枚ミラー系の実施例が開示されているが、ＮＡが０．１４の第１実施例では、第４のミラーＭ４が平面鏡であるため実質は５枚ミラー系であり、ＮＡを更に大きくすることは難しい。また、ＮＡが０．１６の第２実施例では、第４のミラーＭ４に球面鏡を用いて設計上の自由度を増やしてはいるが、物体面から像面までの距離が２ｍ以上と大きくなっているので実現が困難であると共に、ミラーの最大有効径が４５０ｍｍ程度もあり、高ＮＡ化に伴って更に大きくなる。
【００１３】
何れの実施例においても、中間像が第２のミラーＭ２と第３のミラーＭ３の間に形成され、中間像から像面までの間に４枚ものミラーを有している。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線と分離して配置することが難しくなる。従って、第１実施例及び第２実施例ともＮＡ０．１６以上の高ＮＡ化に対応することができない。無理にミラーを配置しようとすると、最大有効径が大きくなるなど別の問題も発生してくる。
【００１４】
更に、物体面と物体面に最も近いミラーＭ２の距離が２０ｍｍ乃至３０ｍｍと非常に短い。例えば、図２に示されているように、第２のミラーＭ２とマスクＲとの距離は非常に長くなっており、このことからも特許文献１に開示された２つの光学系を実際に露光装置に適用することは難しいことがわかる。
【００１５】
一方、特許文献２の反射型投影光学系にも、ＮＡが０．２、０．２８及び０．３０など高ＮＡの６枚ミラー系の実施例が開示されている。しかし、同様に、物体面と物体面に最も近い第２のミラーＭ２の距離が８０ｍｍ乃至８５ｍｍ程度と短いために、物体面に配置されたマスクをスキャンするためのステージ機構を配置することが困難である。更に、何れの実施例においても、有効径が最も大きいミラーは第４のミラーＭ４であり、かかる直径がＮＡ０．２で５４０ｍｍ以上と非常に大きい構成となっている。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化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。
【００１６】
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枚ミラー系を実現可能な反射型投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法を提供することを例示的目的とする。
【００１７】
【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、前記像面から光路を辿って３番目のミラー及び前記像面から光路を辿って４番目のミラーが、前記像面から光路を辿って最初のミラーと前記像面から光路を辿って２番目のミラーの間に配置されたことを特徴とする。
【００１８】
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。
【００１９】
【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。
【００２０】
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。
【００２１】
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から光を反射する順番に、第１のミラー（凹面鏡）Ｍ１と、第２のミラー（凸面鏡）Ｍ２と、第３のミラー（凹面鏡）Ｍ３と、第４のミラー（凸面鏡）Ｍ４と、第５のミラー（凸面鏡）Ｍ５と、第６のミラー（凹面鏡）Ｍ６とを有し、第１のミラーＭ１乃至第３のミラーＭ３の３枚のミラーによって第４のミラーＭ４近傍に中間像ＭＩを結像させ、かかる中間像ＭＩを第５のミラーＭ５及び第６のミラーＭ６の２枚のミラーで像面Ｗ上に再結像するように構成されている。
【００２２】
本発明の反射型投影光学系１００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（像面Ｗから光路を逆に辿って４番目の反射面）であるが、その最大有効径が全体的に小さいという特徴を有し、更に、第３のミラーＭ３と第４のミラーＭ４（像面Ｗから光路を逆に辿って３番目の反射面）が、第５のミラーＭ５（像面Ｗから光路を逆に辿って２番目の反射面）と第６のミラーＭ６（像面Ｗから光路を逆に辿って最初の反射面）との間に配置されているという特徴を有する。
【００２３】
これにより、第３のミラーＭ３の有効径を抑え、第４のミラーＭ４での光線とミラーとを分離することができる。第３のミラーＭ３の有効径は、第２のミラーＭ２から離れるほど大きくなり、換言すれば、像面Ｗから離れるほど小さくなる。しかし、第３のミラーＭ３をより物体面ＭＳ側に配置すると、第４のミラーＭ４で光線とミラーが干渉してしまう。従って、第３のミラーＭ３は、第５のミラーＭ５と第６のミラーＭ６との間に配置するのが好ましい。
【００２４】
また、第６のミラーＭ６に入射する光の入射角度を抑えるためには、第６のミラーＭ６と第５のミラーＭ５との間隔を離す必要があり、第６のミラーＭ６が像面Ｗから離れているほど光学性能を確保しやすい。しかし、第６のミラーＭ６の有効径は大きくなり、第４のミラーＭ４での光線とミラーの干渉を防ぐためには第４のミラーＭ４を第６のミラーＭ６より像面Ｗ側に配置しなければならない。従って、第３のミラーＭ３と第４のミラーＭ４は、第５のミラーＭ５と第６のミラーＭ６との間に配置することになる。このことは、反射型投影光学系１００を構成するミラーの枚数が６枚に限らず、６枚以上でも成り立つ。像面Ｗから光路を逆に辿って４枚のミラーが上述した関係を満たすことにより最大有効径を小さくすることが可能となる。
【００２５】
反射型投影光学系１００は、物体面ＭＳから第１のミラー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に配置されたマスクを照明し、その像を像面Ｗに配置された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。
【００２６】
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枚のミラー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。
【００２７】
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３のミラーＭ３から第５のミラーＭ５の間で形成し、光線とミラーとの干渉を防いでいる。中間像ＭＩは、第４のミラーＭ４近傍に形成した方が光線とミラーとの干渉を排除しやすいために望ましい。
【００２８】
また、反射型投影光学系１００において、第１のミラーＭ１は、物体面ＭＳから射出された主光線を反射し、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。第３のミラーＭ３は、第２のミラーＭ２で反射した光線を光軸方向に向ける必要があるために凹面鏡であることが好ましい。第２のミラーＭ２及び第４のミラーＭ４は、比較的パワー配置に自由度があるが、第１のミラーＭ１乃至第６のミラーＭ６の曲率半径をｒ１乃至ｒ６とした場合、以下の数式２及び数式３で示すようなペッツバール項の和がゼロ近傍、好ましくはゼロになることが必要である。かかるペッツバール項の和を考慮すると、第３のミラーＭ３が凹面鏡のため第４のミラーＭ４は凸面鏡とすることが好ましく、第２のミラーＭ２は自由なパワー配置を取れることになる。
【００２９】
【数２】
【００３０】
【数３】
【００３１】
反射型投影光学系１００は、６枚のミラー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４に示す一般的な非球面の式で表される。但し、ミラー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、できるだけ多くのミラー（好ましくは、６枚）を非球面で構成するとよい。また、本発明の反射型投影光学系１００は、６枚ミラー系に限定されず、高性能化及び高ＮＡ化のために６枚以上のミラーで構成されてもよい。
【００３２】
【数４】
【００３３】
数式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、ｈ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。
【００３４】
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のミラーＭ２上に配置されているが、第１のミラーＭ１上に配置してもよいし、第１のミラーＭ１から第２のミラーＭ２の間に配置してもよい。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。
【００３５】
第１のミラーＭ１乃至第６のミラー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。
【００３６】
ここで、図１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１において、ＭＳは物体面位置に置かれた反射型マスク、Ｗは像面位置に置かれたウェハを示している。
【００３７】
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マスクＭＳが照明され、マスクＭＳからの反射ＥＵＶ光が、第１のミラー（凹面鏡）Ｍ１、第２のミラーＭ２、第３のミラー（凹面鏡）Ｍ３、第４のミラー（凸面鏡）Ｍ４、第５のミラー（凸面鏡）Ｍ５、第６のミラー（凹面鏡）Ｍ６の順に反射し、像面位置に置かれたウェハＷ上にマスクパターンの縮小像を形成している。
【００３８】
なお、反射型投影光学系１００は、第１のミラーＭ１から第３のミラーＭ３までの３枚のミラーで中間像ＭＩが結像され、かかる中間像ＭＩを残りのミラーでウェハＷ上に再結像するように構成されている。本実施形態では、第２のミラーＭ２を凸面鏡としているため、中間像ＭＩは第４のミラーＭ４近傍に形成される。
【００３９】
図１に示す反射型投影光学系１００において、像側の開口数ＮＡ＝０．２６、縮小倍率＝１／４倍、物体高＝１２２ｍｍ乃至１２６ｍｍの４ｍｍ幅の円弧状スリットである。ここで、図１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。
【００４０】
【表１】
【００４１】
また、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は、各画角で表２に示すようになる。
【００４２】
【表２】
【００４３】
表２を参照するに、｜歪曲最大値｜＝２．８７ｎｍである。
【００４４】
また、物体面ＭＳと反射面の最小距離（物体面ＭＳと第２のミラーＭ２との距離）は、４１９．４ｍｍ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。最大有効径の第３のミラーＭ３は、４９６．４ｍｍと比較的小さくなっている。また、物体面ＭＳから第１のミラーＭ１への主光線の傾きは、７度近傍となっており、照明系で物体面位置に置かれたマスクＭＳを照明し、像面位置に置かれたウェハＷ上に結像するために十分な構成となっている。
【００４５】
次に、図２を参照して、本発明の反射型投影光学系１００Ａ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の別の形態を示した反射型投影光学系１００Ａ及びその光路を示す概略断面図である。図２において、ＭＳは物体面位置に置かれた反射型マスク、Ｗは像面位置に置かれたウェハを示している。
【００４６】
反射型投影光学系１００Ａ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マスクＭＳが照明され、マスクＭＳからの反射ＥＵＶ光が、第１のミラー（凹面鏡）Ｍ１、第２のミラーＭ２、第３のミラー（凹面鏡）Ｍ３、第４のミラー（凸面鏡）Ｍ４、第５のミラー（凸面鏡）Ｍ５、第６のミラー（凹面鏡）Ｍ６の順に反射し、像面位置に置かれたウェハＷ上にマスクパターンの縮小像を形成している。
【００４７】
なお、反射型投影光学系１００Ａは、第１のミラーＭ１から第３のミラーＭ３３枚のミラーで中間像ＭＩが結像され、かかる中間像ＭＩを残りのミラーでウェハＷ上に再結像するように構成されている。本実施形態では、第２のミラーＭ２を凹面鏡としているため、中間像ＭＩは第３のミラーＭ３と第４のミラーＭ４との間に形成される。
【００４８】
図２に示す反射型投影光学系１００Ａにおいて、像側の開口数ＮＡ＝０．２、縮小倍率＝１／４倍、物体高＝１１８ｍｍ乃至１２２ｍｍの４ｍｍ幅の円弧状スリットである。ここで、図２の反射型投影光学系１００Ａの数値（曲率半径、面間隔、非球面係数など）を表３に示す。
【００４９】
【表３】
【００５０】
また、図２に示す反射型投影光学系１００Ａの製造誤差を含まない収差は、各画角で表４に示すようになる。
【００５１】
【表４】
【００５２】
表４を参照するに、｜歪曲最大値｜＝１７．８ｎｍである。
【００５３】
また、物体面ＭＳと反射面の最小距離（物体面ＭＳと第２のミラーＭ２との距離）は、２９４．２５８ｍｍ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。最大有効径の第３のミラーＭ３は、４１３．１２ｍｍと小さくなっている。また、物体面ＭＳから第１のミラーＭ１への主光線の傾きは、７．６度近傍となっており、照明系で物体面位置に置かれたマスクＭＳを照明し、像面位置に置かれたウェハＷ上に結像するために十分な構成となっている。
【００５４】
以上のように、本発明の投影光学系１００及び１００Ａ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、ミラーの最大有効径及び光学系の全長を小さくすることができる。また、物体面ＭＳとミラー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に置かれたマスクを照明し、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。
【００５５】
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。
【００５６】
図３を参照するに、露光装置２００は、照明装置２１０と、マスクＭＳと、マスクＭＳを載置するマスクステージ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、マスクステージ２２０及びウェハステージ２３０に接続可能に接続されている。
【００５７】
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。
【００５８】
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）によりマスク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。
【００５９】
マスクＭＳは、反射型又は透過型マスクで、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、マスクステージ２２０に支持及び駆動される。マスク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。マスク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、マスクＭＳと被処理体Ｗを走査することによりマスクＭＳのパターンを被処理体Ｗ上に縮小投影する。
【００６０】
マスクステージ２２０は、マスクＭＳを支持して図示しない移動機構に接続されている。マスクステージ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方向にマスクステージ２２０を駆動することでマスクＭＳを移動することができる。露光装置２００は、マスク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。
【００６１】
反射型投影光学系１００は、マスク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。なお、図４では、図１に示す反射型投影光学系１００を使用するが、かかる形態は例示的であり本発明はこれに限定されない。例えば、図２に示す反射型投影光学系１００Ａを使用することもできる。
【００６２】
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。
【００６３】
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、マスクステージ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。
【００６４】
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、マスクステージ２２０（即ち、マスクステージ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。
【００６５】
露光において、照明装置２１０から射出されたＥＵＶ光はマスクＭＳを照明し、マスク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、マスク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、マスクＭＳの全面を露光する。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
本出願は、更に以下の事項を開示する。
【００７０】
〔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、
前記像面から光路を辿って３番目のミラー及び前記像面から光路を辿って４番目のミラーが、前記像面から光路を辿って最初のミラーと前記像面から光路を辿って２番目のミラーの間に配置されたことを特徴とする反射型投影光学系。
【００７１】
〔実施態様２〕 前記反射型投影光学系は、６枚以上のミラーを有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。
【００７２】
〔実施態様３〕 前記像面から光路を辿って４番目のミラーから前記像面から光路を辿って２番目のミラー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。
【００７３】
〔実施態様４〕 前記像面から光路を辿って３番目のミラーで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。
【００７４】
〔実施態様５〕 前記像面から光路を辿って４番目のミラーは、最も有効径が大きいことを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００７５】
〔実施態様６〕 主光線の各ミラーにおける光軸からの高さ方向の位置を、前記像面から光路を辿って４番目のミラーから前記像面から光路を辿って最初のミラーまでの変位方向と、前記物体面から前記像面から光路を辿って４番目のミラーまでの変位方向とを逆方向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。
【００７６】
〔実施態様７〕 前記反射型投影光学系を構成するミラーはすべて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４記載の反射型投影光学系。
【００７７】
〔実施態様８〕 前記物体面上に反射型マスク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。
【００７８】
〔実施態様９〕 前記物体面側が非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。
【００７９】
〔実施態様１０〕 前記物体面から入射する光線は、前記物体面から光路を辿って最初のミラーに５度以上１０度以下の角度で入射することを特徴とする実施態様９記載の反射型投影光学系。
【００８０】
〔実施態様１１〕 前記像面側の露光領域は、スリット幅０．８ｍｍ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。
【００８１】
〔実施形態１２〕 前記像面側から前記物体側にかけて順に、前記２番目のミラー、前記４番目のミラー、前記３番目のミラー、前記最初のミラーの順に配置されており、前記反射型投影光学系が前記３番目のミラーと前記４番目のミラーとの間に中間像を形成することを特徴とする実施態様１乃至１１のいずれか一項記載の反射型投影光学系。
【００８２】
〔実施態様１３〕 実施態様１乃至１１のうちいずれか一項記載の反射型投影光学系と、
前記物体面上にマスクのパターンを位置付けるべく当該マスクを保持するマスクステージと、
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光で前記マスクを照明する状態で前記マスクステージ及び前記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。
【００８３】
〔実施形態１４〕 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１２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。
【００８４】
〔実施態様１５〕 前記反射型投影光学系は、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１４記載の露光装置。
【００８５】
〔実施態様１６〕 実施態様１３乃至１５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。
【００８６】
【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枚ミラー系を実現可能な反射型投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法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の別の形態を示した反射型投影光学系及びその光路を示す概略断面図である。
【図３】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、１００Ａ 反射型投影光学系
２００ 露光装置
２１０ 照明装置
２２０ マスクステージ
２３０ ウェハステージ
２４０ 制御部
Ｍ１ 第１のミラー
Ｍ２ 第２のミラー
Ｍ３ 第３のミラー
Ｍ４ 第４のミラー
Ｍ５ 第５のミラー
Ｍ６ 第６のミラー
ＭＳ 物体面（マスク）
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、露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【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。また、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構成するミラーの枚数は偶数枚であることが望ましい。
【０００８】
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やすためにもミラーを非球面にすると共にミラーの数を６枚程度にする必要が生じてきており（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。）、この種の６枚ミラー系が数多く提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【０００９】
露光装置においては、物体面には、通常、パターンの原版であるマスクが配置される。かかるマスクは、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、上述した６枚ミラー系を実際の露光装置に適用する際には、マスク付近にステージ機構を配置する必要があり、ある程度のゆとりが必要となる。
【００１０】
更に、露光装置は、通常、クリーンルーム内に設置されるために施設の制約から露光装置全体の大きさが制限され、従って、光学系の全長も制約を受ける。また、ＥＵＶ光による露光の際には、ＥＵＶ光が空気中で吸収されてしまうため光路を真空にする必要がある。そのため、真空引きの効率の面からも光学系の大きさは制約を受けることになる。以上のことから、光学系の全長（物体面から像面までの距離）及び有効径を増大させずに、物体面と物体面に最も近いミラー（の反射面）の間隔にゆとりをもたせる必要がある。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−１００６９４号公報
【特許文献２】
特開２０００−２３５１４４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１の反射型投影光学系によれば、ＮＡが０．１４と０．１６の２つの６枚ミラー系の実施例が開示されているが、ＮＡが０．１４の第１実施例では、第４のミラーＭ４が平面鏡であるため実質は５枚ミラー系であり、ＮＡを更に大きくすることは難しい。また、ＮＡが０．１６の第２実施例では、第４のミラーＭ４に球面鏡を用いて設計上の自由度を増やしてはいるが、物体面から像面までの距離が２ｍ以上と大きくなっているので実現が困難であると共に、ミラーの最大有効径が４５０ｍｍ程度もあり、高ＮＡ化に伴って更に大きくなる。
【００１３】
何れの実施例においても、中間像が第２のミラーＭ２と第３のミラーＭ３の間に形成され、中間像から像面までの間に４枚ものミラーを有している。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線と分離して配置することが難しくなる。従って、第１実施例及び第２実施例ともＮＡ０．１６以上の高ＮＡ化に対応することができない。無理にミラーを配置しようとすると、最大有効径が大きくなるなど別の問題も発生してくる。
【００１４】
更に、物体面と物体面に最も近いミラーＭ２の距離が２０ｍｍ乃至３０ｍｍと非常に短い。例えば、図２に示されているように、第２のミラーＭ２とマスクＲとの距離は非常に長くなっており、このことからも特許文献１に開示された２つの光学系を実際に露光装置に適用することは難しいことがわかる。
【００１５】
一方、特許文献２の反射型投影光学系にも、ＮＡが０．２、０．２８及び０．３０など高ＮＡの６枚ミラー系の実施例が開示されている。しかし、同様に、物体面と物体面に最も近い第２のミラーＭ２の距離が８０ｍｍ乃至８５ｍｍ程度と短いために、物体面に配置されたマスクをスキャンするためのステージ機構を配置することが困難である。更に、何れの実施例においても、有効径が最も大きいミラーは第４のミラーＭ４であり、かかる直径がＮＡ０．２で５４０ｍｍ以上と非常に大きい構成となっている。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化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。
【００１６】
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枚ミラー系を実現可能な反射型投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法を提供することを例示的目的とする。
【００１７】
【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、前記像面から光路を辿って３番目のミラー及び前記像面から光路を辿って４番目のミラーが、前記像面から光路を辿って最初のミラーと前記像面から光路を辿って２番目のミラーの間に配置されたことを特徴とする。
【００１８】
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。
【００１９】
【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。
【００２０】
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。
【００２１】
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から光を反射する順番に、第１のミラー（凹面鏡）Ｍ１と、第２のミラー（凸面鏡）Ｍ２と、第３のミラー（凹面鏡）Ｍ３と、第４のミラー（凸面鏡）Ｍ４と、第５のミラー（凸面鏡）Ｍ５と、第６のミラー（凹面鏡）Ｍ６とを有し、第１のミラーＭ１乃至第３のミラーＭ３の３枚のミラーによって第４のミラーＭ４近傍に中間像ＭＩを結像させ、かかる中間像ＭＩを第５のミラーＭ５及び第６のミラーＭ６の２枚のミラーで像面Ｗ上に再結像するように構成されている。
【００２２】
本発明の反射型投影光学系１００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（像面Ｗから光路を逆に辿って４番目の反射面）であるが、その最大有効径が全体的に小さいという特徴を有し、更に、第３のミラーＭ３と第４のミラーＭ４（像面Ｗから光路を逆に辿って３番目の反射面）が、第５のミラーＭ５（像面Ｗから光路を逆に辿って２番目の反射面）と第６のミラーＭ６（像面Ｗから光路を逆に辿って最初の反射面）との間に配置されているという特徴を有する。
【００２３】
これにより、第３のミラーＭ３の有効径を抑え、第４のミラーＭ４での光線とミラーとを分離することができる。第３のミラーＭ３の有効径は、第２のミラーＭ２から離れるほど大きくなり、換言すれば、像面Ｗから離れるほど小さくなる。しかし、第３のミラーＭ３をより物体面ＭＳ側に配置すると、第４のミラーＭ４で光線とミラーが干渉してしまう。従って、第３のミラーＭ３は、第５のミラーＭ５と第６のミラーＭ６との間に配置するのが好ましい。
【００２４】
また、第６のミラーＭ６に入射する光の入射角度を抑えるためには、第６のミラーＭ６と第５のミラーＭ５との間隔を離す必要があり、第６のミラーＭ６が像面Ｗから離れているほど光学性能を確保しやすい。しかし、第６のミラーＭ６の有効径は大きくなり、第４のミラーＭ４での光線とミラーの干渉を防ぐためには第４のミラーＭ４を第６のミラーＭ６より像面Ｗ側に配置しなければならない。従って、第３のミラーＭ３と第４のミラーＭ４は、第５のミラーＭ５と第６のミラーＭ６との間に配置することになる。このことは、反射型投影光学系１００を構成するミラーの枚数が６枚に限らず、６枚以上でも成り立つ。像面Ｗから光路を逆に辿って４枚のミラーが上述した関係を満たすことにより最大有効径を小さくすることが可能となる。
【００２５】
反射型投影光学系１００は、物体面ＭＳから第１のミラー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に配置されたマスクを照明し、その像を像面Ｗに配置された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。
【００２６】
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枚のミラー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。
【００２７】
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３のミラーＭ３から第５のミラーＭ５の間で形成し、光線とミラーとの干渉を防いでいる。中間像ＭＩは、第４のミラーＭ４近傍に形成した方が光線とミラーとの干渉を排除しやすいために望ましい。
【００２８】
また、反射型投影光学系１００において、第１のミラーＭ１は、物体面ＭＳから射出された主光線を反射し、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。第３のミラーＭ３は、第２のミラーＭ２で反射した光線を光軸方向に向ける必要があるために凹面鏡であることが好ましい。第２のミラーＭ２及び第４のミラーＭ４は、比較的パワー配置に自由度があるが、第１のミラーＭ１乃至第６のミラーＭ６の曲率半径をｒ１乃至ｒ６とした場合、以下の数式２及び数式３で示すようなペッツバール項の和がゼロ近傍、好ましくはゼロになることが必要である。かかるペッツバール項の和を考慮すると、第３のミラーＭ３が凹面鏡のため第４のミラーＭ４は凸面鏡とすることが好ましく、第２のミラーＭ２は自由なパワー配置を取れることになる。
【００２９】
【数２】
【数３】
反射型投影光学系１００は、６枚のミラー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４に示す一般的な非球面の式で表される。但し、ミラー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、できるだけ多くのミラー（好ましくは、６枚）を非球面で構成するとよい。また、本発明の反射型投影光学系１００は、６枚ミラー系に限定されず、高性能化及び高ＮＡ化のために６枚以上のミラーで構成されてもよい。
【００３２】
【数４】
数式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、ｈ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。
【００３４】
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のミラーＭ２上に配置されているが、第１のミラーＭ１上に配置してもよいし、第１のミラーＭ１から第２のミラーＭ２の間に配置してもよい。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。
【００３５】
第１のミラーＭ１乃至第６のミラー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。
【００３６】
ここで、図１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１において、ＭＳは物体面位置に置かれた反射型マスク、Ｗは像面位置に置かれたウェハを示している。
【００３７】
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マスクＭＳが照明され、マスクＭＳからの反射ＥＵＶ光が、第１のミラー（凹面鏡）Ｍ１、第２のミラーＭ２、第３のミラー（凹面鏡）Ｍ３、第４のミラー（凸面鏡）Ｍ４、第５のミラー（凸面鏡）Ｍ５、第６のミラー（凹面鏡）Ｍ６の順に反射し、像面位置に置かれたウェハＷ上にマスクパターンの縮小像を形成している。
【００３８】
なお、反射型投影光学系１００は、第１のミラーＭ１から第３のミラーＭ３までの３枚のミラーで中間像ＭＩが結像され、かかる中間像ＭＩを残りのミラーでウェハＷ上に再結像するように構成されている。本実施形態では、第２のミラーＭ２を凸面鏡としているため、中間像ＭＩは第４のミラーＭ４近傍に形成される。
【００３９】
図１に示す反射型投影光学系１００において、像側の開口数ＮＡ＝０．２６、縮小倍率＝１／４倍、物体高＝１２２ｍｍ乃至１２６ｍｍの４ｍｍ幅の円弧状スリットである。ここで、図１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。
【００４０】
【表１】
また、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は、各画角で表２に示すようになる。
【００４２】
【表２】
表２を参照するに、｜歪曲最大値｜＝２．８７ｎｍである。
【００４４】
また、物体面ＭＳと反射面の最小距離（物体面ＭＳと第２のミラーＭ２との距離）は、４１９．４ｍｍ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。最大有効径の第３のミラーＭ３は、４９６．４ｍｍと比較的小さくなっている。また、物体面ＭＳから第１のミラーＭ１への主光線の傾きは、７度近傍となっており、照明系で物体面位置に置かれたマスクＭＳを照明し、像面位置に置かれたウェハＷ上に結像するために十分な構成となっている。
【００４５】
次に、図２を参照して、本発明の反射型投影光学系１００Ａ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の別の形態を示した反射型投影光学系１００Ａ及びその光路を示す概略断面図である。図２において、ＭＳは物体面位置に置かれた反射型マスク、Ｗは像面位置に置かれたウェハを示している。
【００４６】
反射型投影光学系１００Ａ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マスクＭＳが照明され、マスクＭＳからの反射ＥＵＶ光が、第１のミラー（凹面鏡）Ｍ１、第２のミラーＭ２、第３のミラー（凹面鏡）Ｍ３、第４のミラー（凸面鏡）Ｍ４、第５のミラー（凸面鏡）Ｍ５、第６のミラー（凹面鏡）Ｍ６の順に反射し、像面位置に置かれたウェハＷ上にマスクパターンの縮小像を形成している。
【００４７】
なお、反射型投影光学系１００Ａは、第１のミラーＭ１から第３のミラーＭ３３枚のミラーで中間像ＭＩが結像され、かかる中間像ＭＩを残りのミラーでウェハＷ上に再結像するように構成されている。本実施形態では、第２のミラーＭ２を凹面鏡としているため、中間像ＭＩは第３のミラーＭ３と第４のミラーＭ４との間に形成される。
【００４８】
図２に示す反射型投影光学系１００Ａにおいて、像側の開口数ＮＡ＝０．２、縮小倍率＝１／４倍、物体高＝１１８ｍｍ乃至１２２ｍｍの４ｍｍ幅の円弧状スリットである。ここで、図２の反射型投影光学系１００Ａの数値（曲率半径、面間隔、非球面係数など）を表３に示す。
【００４９】
【表３】
また、図２に示す反射型投影光学系１００Ａの製造誤差を含まない収差は、各画角で表４に示すようになる。
【００５１】
【表４】
表４を参照するに、｜歪曲最大値｜＝１７．８ｎｍである。
【００５３】
また、物体面ＭＳと反射面の最小距離（物体面ＭＳと第２のミラーＭ２との距離）は、２９４．２５８ｍｍ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。最大有効径の第３のミラーＭ３は、４１３．１２ｍｍと小さくなっている。また、物体面ＭＳから第１のミラーＭ１への主光線の傾きは、７．６度近傍となっており、照明系で物体面位置に置かれたマスクＭＳを照明し、像面位置に置かれたウェハＷ上に結像するために十分な構成となっている。
【００５４】
以上のように、本発明の投影光学系１００及び１００Ａ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、ミラーの最大有効径及び光学系の全長を小さくすることができる。また、物体面ＭＳとミラー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に置かれたマスクを照明し、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。
【００５５】
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。
【００５６】
図３を参照するに、露光装置２００は、照明装置２１０と、マスクＭＳと、マスクＭＳを載置するマスクステージ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、マスクステージ２２０及びウェハステージ２３０に接続可能に接続されている。
【００５７】
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。
【００５８】
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）によりマスク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。
【００５９】
マスクＭＳは、反射型又は透過型マスクで、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、マスクステージ２２０に支持及び駆動される。マスク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。マスク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、マスクＭＳと被処理体Ｗを走査することによりマスクＭＳのパターンを被処理体Ｗ上に縮小投影する。
【００６０】
マスクステージ２２０は、マスクＭＳを支持して図示しない移動機構に接続されている。マスクステージ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方向にマスクステージ２２０を駆動することでマスクＭＳを移動することができる。露光装置２００は、マスク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。
【００６１】
反射型投影光学系１００は、マスク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。なお、図４では、図１に示す反射型投影光学系１００を使用するが、かかる形態は例示的であり本発明はこれに限定されない。例えば、図２に示す反射型投影光学系１００Ａを使用することもできる。
【００６２】
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。
【００６３】
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、マスクステージ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。
【００６４】
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、マスクステージ２２０（即ち、マスクステージ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。
【００６５】
露光において、照明装置２１０から射出されたＥＵＶ光はマスクＭＳを照明し、マスク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、マスク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、マスクＭＳの全面を露光する。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
本出願は、更に以下の事項を開示する。
【００７０】
〔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、
前記像面から光路を辿って３番目のミラー及び前記像面から光路を辿って４番目のミラーが、前記像面から光路を辿って最初のミラーと前記像面から光路を辿って２番目のミラーの間に配置されたことを特徴とする反射型投影光学系。
【００７１】
〔実施態様２〕 前記反射型投影光学系は、６枚以上のミラーを有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。
【００７２】
〔実施態様３〕 前記像面から光路を辿って４番目のミラーから前記像面から光路を辿って２番目のミラー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。
【００７３】
〔実施態様４〕 前記像面から光路を辿って３番目のミラーで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。
【００７４】
〔実施態様５〕 前記像面から光路を辿って４番目のミラーは、最も有効径が大きいことを特徴とする実施態様１記載の反射型投影光学系。
【００７５】
〔実施態様６〕 主光線の各ミラーにおける光軸からの高さ方向の位置を、前記像面から光路を辿って４番目のミラーから前記像面から光路を辿って最初のミラーまでの変位方向と、前記物体面から前記像面から光路を辿って４番目のミラーまでの変位方向とを逆方向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。
【００７６】
〔実施態様７〕 前記反射型投影光学系を構成するミラーはすべて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４記載の反射型投影光学系。
【００７７】
〔実施態様８〕 前記物体面上に反射型マスク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。
【００７８】
〔実施態様９〕 前記物体面側が非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。
【００７９】
〔実施態様１０〕 前記物体面から入射する光線は、前記物体面から光路を辿って最初のミラーに５度以上１０度以下の角度で入射することを特徴とする実施態様９記載の反射型投影光学系。
【００８０】
〔実施態様１１〕 前記像面側の露光領域は、スリット幅０．８ｍｍ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。
【００８１】
〔実施形態１２〕 前記像面側から前記物体側にかけて順に、前記２番目のミラー、前記４番目のミラー、前記３番目のミラー、前記最初のミラーの順に配置されており、前記反射型投影光学系が前記３番目のミラーと前記４番目のミラーとの間に中間像を形成することを特徴とする実施態様１乃至１１のいずれか一項記載の反射型投影光学系。
【００８２】
〔実施態様１３〕 実施態様１乃至１１のうちいずれか一項記載の反射型投影光学系と、
前記物体面上にマスクのパターンを位置付けるべく当該マスクを保持するマスクステージと、
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光で前記マスクを照明する状態で前記マスクステージ及び前記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。
【００８３】
〔実施形態１４〕 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１２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。
【００８４】
〔実施態様１５〕 前記反射型投影光学系は、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１４記載の露光装置。
【００８５】
〔実施態様１６〕 実施態様１３乃至１５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。
【００８６】
【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枚ミラー系を実現可能な反射型投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法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の別の形態を示した反射型投影光学系及びその光路を示す概略断面図である。
【図３】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、１００Ａ 反射型投影光学系
２００ 露光装置
２１０ 照明装置
２２０ マスクステージ
２３０ ウェハステージ
２４０ 制御部
Ｍ１ 第１のミラー
Ｍ２ 第２のミラー
Ｍ３ 第３のミラー
Ｍ４ 第４のミラー
Ｍ５ 第５のミラー
Ｍ６ 第６のミラー
ＭＳ 物体面（マスク）
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、
前記像面から光路を辿って３番目のミラー及び前記像面から光路を辿って４番目のミラーが、前記像面から光路を辿って最初のミラーと前記像面から光路を辿って２番目のミラーの間に配置されたことを特徴とする反射型投影光学系。
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