JP2004258178A - 投影光学系および該投影光学系を備えた露光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】球面状の反射面を有する少なくとも１つの球面反射鏡を含む６つの反射鏡を備え、反射鏡の大型化を抑えつつ収差補正を良好に行うことのできる反射型の投影光学系。
【解決手段】第１面（４）の中間像を形成するための第１反射結像光学系（Ｇ１）と、中間像の像を第２面（７）上に形成するための第２反射結像光学系（Ｇ２）とを備えている。第１反射結像光学系は、第１面側から光の入射順に、第１反射鏡（Ｍ１）と開口絞り（ＡＳ）と第２反射鏡（Ｍ２）と第３反射鏡（Ｍ３）と第４反射鏡（Ｍ４）とを有する。第２反射結像光学系は、第１面側から光の入射順に、第５反射鏡（Ｍ５）と第６反射鏡（Ｍ６）とを有する。中間像の結像位置は、第４反射鏡Ｍ４と第１反射鏡Ｍ１との間にあり、第２反射鏡Ｍ２または第４反射鏡Ｍ４が球面状の反射面を有する。
【選択図】 図３
【解決手段】第１面（４）の中間像を形成するための第１反射結像光学系（Ｇ１）と、中間像の像を第２面（７）上に形成するための第２反射結像光学系（Ｇ２）とを備えている。第１反射結像光学系は、第１面側から光の入射順に、第１反射鏡（Ｍ１）と開口絞り（ＡＳ）と第２反射鏡（Ｍ２）と第３反射鏡（Ｍ３）と第４反射鏡（Ｍ４）とを有する。第２反射結像光学系は、第１面側から光の入射順に、第５反射鏡（Ｍ５）と第６反射鏡（Ｍ６）とを有する。中間像の結像位置は、第４反射鏡Ｍ４と第１反射鏡Ｍ１との間にあり、第２反射鏡Ｍ２または第４反射鏡Ｍ４が球面状の反射面を有する。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影光学系および該投影光学系を備えた露光装置に関し、例えばＸ線を用いてミラープロジェクション方式によりマスク上の回路パターンを感光性基板上に転写するＸ線投影露光装置に好適な反射型の投影光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子などの製造に使用される露光装置では、マスク（レチクル）上に形成された回路パターンを、投影光学系を介して、ウェハのような感光性基板上に投影転写する。感光性基板にはレジストが塗布されており、投影光学系を介した投影露光によりレジストが感光し、マスクパターンに対応したレジストパターンが得られる。
【０００３】
ここで、露光装置の解像力Ｗは、露光光の波長λと投影光学系の開口数ＮＡとに依存し、次の式（ａ）で表される。
Ｗ＝ｋ・λ／ＮＡ （ｋ：定数） （ａ）
【０００４】
したがって、露光装置の解像力を向上させるためには、露光光の波長λを短くするか、あるいは投影光学系の開口数ＮＡを大きくすることが必要となる。一般に、投影光学系の開口数ＮＡを所定値以上に大きくすることは光学設計の観点から困難であるため、今後は露光光の短波長化が必要となる。たとえば、露光光として、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーを用いると０．２５μｍの解像力が得られ、波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを用いると０．１８μｍの解像力が得られる。露光光としてさらに波長の短いＸ線を用いると、例えば波長が１３ｎｍで０．１μｍ以下の解像力が得られる。
【０００５】
ところで、露光光としてＸ線を用いる場合、使用可能な透過光学材料および屈折光学材料がなくなるため、反射型のマスクを用いるとともに、反射型の投影光学系を用いることになる。従来、露光光としてＸ線を用いる露光装置に適用可能な投影光学系として、たとえば特開昭６１−４７９１４号公報、米国特許第５，８１５，３１０号明細書、特開平９−２１１３２２号公報、米国特許第５，６８６，７２８号明細書、特開平１０−９０６０２号公報、ＷＯ９９／５７６０６号公報には、種々の反射光学系が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６１−４７９１４号公報
【特許文献２】
米国特許第５，８１５，３１０号明細書
【特許文献３】
特開平９−２１１３２２号公報
【特許文献４】
米国特許第５，６８６，７２８号明細書
【特許文献５】
特開平１０−９０６０２号公報
【特許文献６】
国際公開第９９／５７６０６号パンフレット
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭６１−４７９１４号公報に開示された従来の反射光学系では、マスクおよびウェハが光学系の中に配置される形態を有し、露光装置の投影光学系として実現することは非常に困難である。
【０００８】
また、米国特許第５，８１５，３１０号明細書や特開平９−２１１３２２号公報やＷＯ９９／５７６０６号公報に開示された従来の反射光学系では、マスクとウェハとの間に光学系が配置される形態にはなっているものの、一部の反射鏡が大型化してその有効径がマスクの有効径よりも実質的に大きくなっているので製造が困難である。
【０００９】
さらに、米国特許第５，６８６，７２８号明細書や特開平１０−９０６０２号公報に開示された従来の反射光学系では、マスクとウェハとの間に光学系が配置される形態にはなっているものの、一部の反射鏡が大型化してその有効径がマスクの有効径よりも実質的に大きくなっているので製造が困難である。加えて、ウェハ側に２枚の凸面反射鏡が用いられているので、光軸に対する光線の角度が大きくなり、反射鏡が大型化している。
【００１０】
ところで、露光光としてＸ線を用いる露光装置に搭載される投影光学系の場合、Ｘ線を良好に反射するために反射面には数十層からなる多層膜が形成される。従来の反射光学系では、各反射鏡の反射面への光線の最大入射角（反射面の垂線と光線とのなす角）が比較的大きく設定されている。その結果、反射多層膜において、反射ムラが発生し易く且つ十分に高い反射率を得ることができないため、良好な反射特性を達成することができない。
【００１１】
以上のように、従来技術では、反射鏡の大型化を抑えつつ収差補正を良好に行うことにより、露光光としてＸ線を用いて大きな解像力を確保することのできる反射型の投影光学系を得るために、各反射鏡の反射面に非球面加工を施す必要があり、光学系の製造が非常に困難にならざるを得なかった。
【００１２】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、球面状の反射面を有する少なくとも１つの球面反射鏡を含む６つの反射鏡を備え、反射鏡の大型化を抑えつつ収差補正を良好に行うことのできる反射型の投影光学系を提供することを目的とする。また、本発明の投影光学系を露光装置に適用することにより、たとえば露光光としてＸ線を用いて大きな解像力を確保することのできる露光装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、６つの反射鏡を備え、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記第１面の中間像を形成するための第１反射結像光学系と、前記中間像の像を前記第２面上に形成するための第２反射結像光学系とを備え、
前記第１反射結像光学系は、前記第１面側から光の入射順に、第１反射鏡Ｍ１と開口絞りと第２反射鏡Ｍ２と第３反射鏡Ｍ３と第４反射鏡Ｍ４とを有し、
前記第２反射結像光学系は、前記第１面側から光の入射順に、第５反射鏡Ｍ５と第６反射鏡Ｍ６とを有し、
前記中間像の結像位置は、前記第４反射鏡Ｍ４と前記第１反射鏡Ｍ１との間にあり、前記第２反射鏡Ｍ２および前記第４反射鏡Ｍ４のうちの少なくとも一方が球面状の反射面を有することを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１４】
第１形態の好ましい態様によれば、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６への光線の最大入射角Ａは、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６において、Ａ＜２５°の条件を満足する。また、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の有効径をφＭとし、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の反射面の曲率半径をＲとするとき、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６において、φＭ／｜Ｒ｜＜１．０の条件を満足することが好ましい。
【００１５】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１面から前記第１反射鏡Ｍ１への光束の主光線の光軸に対する傾きαは、５°＜｜α｜＜１０°の条件を満足する。また、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の有効径φＭは、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６において、φＭ≦７００ｍｍの条件を満足することが好ましい。
【００１６】
さらに、第１形態の好ましい態様によれば、各反射鏡Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５，Ｍ６の反射面は、光軸に関して回転対称な非球面状に形成され、各反射面を規定する非球面の最大次数は１０次以上である。また、前記第２面側にほぼテレセントリックな光学系であることが好ましい。
【００１７】
本発明の第２形態では、前記第１面に設定されたマスクを照明するための照明系と、前記マスクのパターンを前記第２面に設定された感光性基板上へ投影露光するための第１形態の投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１８】
第２形態の好ましい態様によれば、前記照明系は、露光光としてＸ線を供給するための光源を有し、前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を相対移動させて、前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の投影光学系では、第１面（物体面）からの光が、第１反射結像光学系Ｇ１を介して、第１面の中間像を形成する。そして、第１反射結像光学系Ｇ１を介して形成された第１面の中間像からの光が、第２反射結像光学系Ｇ２を介して、中間像の像（第１面の縮小像）を第２面（像面）上に形成する。
【００２０】
ここで、第１反射結像光学系Ｇ１は、第１面からの光を反射するための第１反射鏡Ｍ１と、開口絞りＡＳと、第１反射鏡Ｍ１で反射された光を反射するための第２反射鏡Ｍ２と、第２反射鏡Ｍ２で反射された光を反射するための第３反射鏡Ｍ３と、第３反射鏡Ｍ３で反射された光を反射するための第４反射鏡Ｍ４とにより構成されている。また、第２反射結像光学系Ｇ２は、中間像からの光を反射するための第５反射鏡Ｍ５と、第５反射鏡Ｍ５で反射された光を反射するための第６凹面反射鏡Ｍ６とにより構成されている。
【００２１】
さらに、本発明の投影光学系では、中間像の結像位置が第４反射鏡Ｍ４と第１反射鏡Ｍ１との間にあり、第２反射鏡Ｍ２および第４反射鏡Ｍ４のうちの少なくとも一方が球面状の反射面を有する球面反射鏡である。従来、４枚反射鏡で中間像を形成し、さらに中間像を２枚反射鏡で再結像させる６枚反射鏡タイプの光学系では、中間像の近軸結像位置（以下、単に「結像位置」という）を４枚反射鏡の後側（像側）で２枚反射鏡の前側（物体側）に置くのが通常であった。
【００２２】
本発明では、中間像の結像位置を４枚反射鏡の第１反射鏡Ｍ１または第３反射鏡Ｍ３よりも前側に置くことを特徴としている。この特徴的な構成により、中間像の結像位置が第４反射鏡Ｍ４の位置に近付くことになり、第４反射鏡Ｍ４の反射面上での光束の幅を小さく抑えることができる。その結果、第４反射鏡Ｍ４の反射面上で他の収差の発生を抑えつつ、各反射鏡で発生する歪曲収差（ディストーション）を補正することが可能になる。このように、役割を明確に分担することにより、他の反射鏡の収差補正分担が軽減され、ひいては第２反射鏡Ｍ２や第４反射鏡Ｍ４の反射面の球面化が可能になる。
【００２３】
また、本発明では、第１面の縮小像を第２面上に２回結像で形成する構成を採用することにより、歪曲収差の補正を良好に行うことができる。また、第１反射鏡Ｍ１と第２反射鏡Ｍ２との間の光路中に開口絞りＡＳを配置しているので、光線の入射角が大きくなりがちな第３反射鏡Ｍ３への光線の入射角を小さく抑えることができる。通常、このような６枚鏡光学系では、光束の干渉を避けるために、開口絞りは反射鏡の直前に配置されるのが一般的である。その場合、絞り位置が限定され、上コマ及び下コマの収差のバランスがとり難くなる。これに対して、本発明では、第１反射鏡Ｍ１と第２反射鏡Ｍ２との間に開口絞りＡＳを配置したので、絞り位置の自由度を確保するとともに、上コマ及び下コマの収差のバランスをとり易くすることができる。
【００２４】
また、開口絞りＡＳを第２反射鏡Ｍ２と第３反射鏡Ｍ３との間、あるいは第３反射鏡Ｍ３と第４反射鏡Ｍ４との間に配置すると、第１反射鏡Ｍ１の有効径が大きくなり、また、レチクルへの入射角及びレチクルからの反射角が決まっているため、レチクルから射出瞳（開口絞り）までの光路長が長くなり、レチクルの物体高が高くなるので、その結果、結像倍率を１／５〜１／６にせざる得なくなる。これに対して、本発明では、第１反射鏡Ｍ１と第２反射鏡Ｍ２との間（中間）に開口絞りＡＳを配置したので、小型で結像倍率を１／４に保ちながら、良好な光学性能を実現することができる。その結果、反射多層膜において、反射ムラが発生しにくく且つ十分に高い反射率を得ることができるため、Ｘ線に対しても良好な反射特性を確保することができる。
【００２５】
また、第３反射鏡Ｍ３への光線の入射角を小さく抑えることにより、有効径が大きくなりがちな第４反射鏡Ｍ４の有効径を小さく抑えることができる。以上のように、本発明では、Ｘ線に対しても良好な反射特性を有し、反射鏡の大型化を抑えつつ収差補正を良好に行うことのできる反射型の投影光学系を実現することができる。
【００２６】
本発明では、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６への光線の最大入射角Ａが、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６において、次の条件式（１）を満足することが望ましい。
Ａ＜２５° （１）
条件式（１）の上限値を上回ると、反射多層膜への光線の最大入射角Ａが大きくなり過ぎて、反射ムラが発生し易くなり且つ十分に高い反射率を得ることができなくなるので好ましくない。
【００２７】
また、本発明では、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６において、次の条件式（２）を満足することが望ましい。条件式（２）において、φＭは各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の有効径（直径）であり、Ｒは各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の反射面の曲率半径である。
φＭ／｜Ｒ｜＜１．０ （２）
【００２８】
条件式（２）の上限値を上回ると、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６（特に第４反射鏡Ｍ４）の形状測定をするときの開き角（反射鏡測定時のＮＡ）が大きくなりすぎて、高精度な形状測定が困難になるので、好ましくない。なお、さらに高精度な形状測定を可能にするには、条件式（２）の上限値を０．４５に設定することがさらに好ましい。
【００２９】
また、本発明では、第１面から第１反射鏡Ｍ１への光束の主光線の光軸に対する傾きαが、次の条件式（３）を満足することが望ましい。
５°＜｜α｜＜１０° （３）
【００３０】
条件式（３）の上限値を上回ると、第１面に反射マスクを設置した場合に、反射による影の影響を受け易くなるので、好ましくない。一方、条件式（３）の下限値を下回ると、第１面に反射マスクを設置した場合に、入射光と反射光とが干渉するので、好ましくない。
【００３１】
また、本発明では、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の有効径φＭは、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６において、次の条件式（４）を満足することが望ましい。
φＭ≦７００ｍｍ （４）
条件式（４）の上限値を上回ると、当該反射鏡の有効径が大きくなり過ぎて、光学系が大型化するので好ましくない。
【００３２】
また、本発明では、収差を良好に補正して光学性能を向上させるために、各反射鏡の反射面は光軸に関して回転対称な非球面状に形成され、各反射面を規定する非球面の最大次数は１０次以上であることが望ましい。また、本発明では、第２面側にほぼテレセントリックな光学系であることが望ましい。この構成により、たとえば露光装置に適用される場合、投影光学系の焦点深度内でウェハに凹凸があっても良好な結像が可能になる。
【００３３】
以上のように、本発明の投影光学系では、球面状の反射面を有する少なくとも１つの球面反射鏡を含む６つの反射鏡を備え、反射鏡の大型化を抑えつつ収差補正を良好に行うことができる。また、本発明の投影光学系を露光装置に適用することにより、露光光としてＸ線を使用することができる。この場合、投影光学系に対してマスクおよび感光性基板を相対移動させて、マスクのパターンを感光性基板上へ投影露光することになる。その結果、大きな解像力を有する走査型の露光装置を用いて、良好な露光条件のもとで、高精度なマイクロデバイスを製造することができる。
【００３４】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。また、図２は、ウェハ上に形成される円弧状の露光領域（すなわち実効露光領域）と光軸との位置関係を示す図である。図１において、投影光学系の光軸方向すなわち感光性基板であるウェハの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハ面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハ面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００３５】
図１の露光装置は、露光光を供給するための光源として、たとえばレーザプラズマＸ線源１を備えている。Ｘ線源１から射出された光は、波長選択フィルタ２を介して、照明光学系３に入射する。ここで、波長選択フィルタ２は、Ｘ線源１が供給する光から、所定波長（１３．５ｎｍ）のＸ線だけを選択的に透過させ、他の波長光の透過を遮る特性を有する。
【００３６】
波長選択フィルタ２を透過したＸ線は、複数の反射鏡から構成された照明光学系３を介して、転写すべきパターンが形成された反射型のマスク４を照明する。マスク４は、そのパターン面がＸＹ平面に沿って延びるように、Ｙ方向に沿って移動可能なマスクステージ５によって保持されている。そして、マスクステージ５の移動は、図示を省略したレーザー干渉計により計測されるように構成されている。こうして、マスク４上には、Ｙ軸に関して対称な円弧状の照明領域が形成される。
【００３７】
照明されたマスク４のパターンからの光は、反射型の投影光学系６を介して、感光性基板であるウェハ７上にマスクパターンの像を形成する。すなわち、ウェハ７上には、図２に示すように、Ｙ軸に関して対称な円弧状の露光領域が形成される。図２を参照すると、光軸ＡＸを中心とした半径φを有する円形状の領域（イメージサークル）ＩＦ内において、このイメージサークルＩＦに接するようにＸ方向の長さがＬＸでＹ方向の長さがＬＹの円弧状の実効露光領域ＥＲが設定されている。
【００３８】
ウェハ７は、その露光面がＸＹ平面に沿って延びるように、Ｘ方向およびＹ方向に沿って二次元的に移動可能なウェハステージ８によって保持されている。なお、ウェハステージ８の移動は、マスクステージ５と同様に、図示を省略したレーザー干渉計により計測されるように構成されている。こうして、マスクステージ５およびウェハステージ８をＹ方向に沿って移動させながら、すなわち投影光学系６に対してマスク４およびウェハ７をＹ方向に沿って相対移動させながらスキャン露光（走査露光）を行うことにより、ウェハ７の１つの露光領域にマスク４のパターンが転写される。
【００３９】
このとき、投影光学系６の投影倍率（転写倍率）が１／４である場合、ウェハステージ８の移動速度をマスクステージ５の移動速度の１／４に設定して同期走査を行う。また、ウェハステージ８をＸ方向およびＹ方向に沿って二次元的に移動させながら走査露光を繰り返すことにより、ウェハ７の各露光領域にマスク４のパターンが逐次転写される。以下、第１実施例〜第３実施例を参照して、投影光学系６の具体的な構成について説明する。
【００４０】
各実施例において、投影光学系６は、マスク４のパターンの中間像を形成するための第１反射結像光学系Ｇ１と、マスクパターンの中間像の像（マスク４のパターンの二次像）をウェハ７上に形成するための第２反射結像光学系Ｇ２とから構成されている。ここで、第１反射結像光学系Ｇ１は４つの反射鏡Ｍ１〜Ｍ４から構成され、第２反射結像光学系Ｇ２は２つの反射鏡Ｍ５およびＭ６から構成されている。
【００４１】
なお、各実施例において、第２反射鏡Ｍ２および第４反射鏡Ｍ４のうちの少なくとも一方の反射面が球面状に形成され、その他の反射鏡の反射面が光軸に関して回転対称な非球面状に形成されている。また、各実施例において、第１反射鏡Ｍ１から第２反射鏡Ｍ２へ至る光路中には、開口絞りＡＳが配置されている。さらに、各実施例において、投影光学系６は、ウェハ側（像像）にテレセントリックな光学系である。
【００４２】
各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｚとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣｎ としたとき、以下の数式（ｂ）で表される。
【００４３】
【数１】
【００４４】
［第１実施例］
図３は、本実施形態の第１実施例にかかる投影光学系の構成を示す図である。図３を参照すると、第１実施例の投影光学系では、マスク４からの光は、第１凹面反射鏡Ｍ１の反射面、第２凹面反射鏡Ｍ２の反射面、第３凸面反射鏡Ｍ３の反射面、および第４凹面反射鏡Ｍ４の反射面で順次反射された後、第４凹面反射鏡Ｍ４と第３凸面反射鏡Ｍ３との間（第４凹面反射鏡Ｍ４から光軸に沿ってウェハ側に１２０．７００６５９ｍｍの位置）にマスクパターンの中間像を形成する。そして、第１反射結像光学系Ｇ１を介して形成されたマスクパターン中間像からの光は、第５凸面反射鏡Ｍ５の反射面および第６凹面反射鏡Ｍ６の反射面で順次反射された後、ウェハ７上にマスクパターンの縮小像（二次像）を形成する。第１実施例では、第２反射鏡Ｍ２の反射面だけが球面状に形成され、他の反射鏡（Ｍ１，Ｍ３〜Ｍ６）の反射面は非球面状に形成されている。
【００４５】
次の表（１）に、第１実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。表（１）において、λは露光光の波長を、βは投影倍率を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、Ｈ０はマスク４上における最大物体高を、φはウェハ７上でのイメージサークルＩＦの半径（最大像高）を、ＬＸは実効露光領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法を、ＬＹは実効露光領域ＥＲのＹ方向に沿った寸法をそれぞれ表している。
【００４６】
また、面番号は物体面であるマスク面から像面であるウェハ面への光線の進行する方向に沿ったマスク側からの反射面の順序を、ｒは各反射面の頂点曲率半径（ｍｍ）を、ｄは各反射面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）をそれぞれ示している。なお、面間隔ｄは、反射される度にその符号を変えるものとする。そして、光線の入射方向にかかわらずマスク側に向かって凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率半径を負としている。上述の表記は、以降の表（２）および表（３）においても同様である。
【００４７】
【表１】
【００４８】
図４は、第１実施例の投影光学系におけるコマ収差を示す図である。図４では、像高１００％、像高９７％、および像高９４％におけるメリディオナルコマ収差およびサジタルコマ収差を示している。この表記は、以降の図６および図８においても同様である。収差図から明らかなように、第１実施例では、実効露光領域ＥＲに対応する領域において、コマ収差が良好に補正されていることがわかる。また、図示を省略したが、実効露光領域ＥＲに対応する領域において、コマ収差以外の他の諸収差、たとえば球面収差やディストーションなども良好に補正されていることが確認されている。
【００４９】
［第２実施例］
図５は、本実施形態の第２実施例にかかる投影光学系の構成を示す図である。図５を参照すると、第２実施例の投影光学系においても第１実施例と同様に、マスク４からの光は、第１凹面反射鏡Ｍ１の反射面、第２凹面反射鏡Ｍ２の反射面、第３凸面反射鏡Ｍ３の反射面、および第４凹面反射鏡Ｍ４の反射面で順次反射された後、第４凹面反射鏡Ｍ４と第３凸面反射鏡Ｍ３との間（第４凹面反射鏡Ｍ４から光軸に沿ってウェハ側に１５４．６１０１１７ｍｍの位置）にマスクパターンの中間像を形成する。そして、第１反射結像光学系Ｇ１を介して形成されたマスクパターン中間像からの光は、第５凸面反射鏡Ｍ５の反射面および第６凹面反射鏡Ｍ６の反射面で順次反射された後、ウェハ７上にマスクパターンの縮小像（二次像）を形成する。
【００５０】
第２実施例では、第４凹面反射鏡Ｍ４の反射面だけが球面状に形成され、他の反射鏡（Ｍ１〜Ｍ３，Ｍ５，Ｍ６）の反射面は非球面状に形成されている。次の表（２）に、第２実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。
【００５１】
【表２】
【００５２】
図６は、第２実施例の投影光学系におけるコマ収差を示す図である。収差図から明らかなように、第２実施例においても第１実施例と同様に、実効露光領域ＥＲに対応する領域において、コマ収差が良好に補正されていることがわかる。また、図示を省略したが、実効露光領域ＥＲに対応する領域において、コマ収差以外の他の諸収差、たとえば球面収差やディストーションなども良好に補正されていることが確認されている。
【００５３】
［第３実施例］
図７は、本実施形態の第３実施例にかかる投影光学系の構成を示す図である。図７を参照すると、第３実施例の投影光学系においても第１実施例および第２実施例と同様に、マスク４からの光は、第１凹面反射鏡Ｍ１の反射面、第２凹面反射鏡Ｍ２の反射面、第３凸面反射鏡Ｍ３の反射面、および第４凹面反射鏡Ｍ４の反射面で順次反射された後、第４凹面反射鏡Ｍ４と第３凸面反射鏡Ｍ３との間（第４凹面反射鏡Ｍ４から光軸に沿ってウェハ側に５９．６５３２３７ｍｍの位置）にマスクパターンの中間像を形成する。そして、第１反射結像光学系Ｇ１を介して形成されたマスクパターン中間像からの光は、第５凸面反射鏡Ｍ５の反射面および第６凹面反射鏡Ｍ６の反射面で順次反射された後、ウェハ７上にマスクパターンの縮小像（二次像）を形成する。
【００５４】
第３実施例では、第２凹面反射鏡Ｍ２の反射面および第４凹面反射鏡Ｍ４の反射面が球面状に形成され、他の反射鏡（Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５，Ｍ６）の反射面は非球面状に形成されている。次の表（３）に、第３実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。
【００５５】
【表３】
【００５６】
図８は、第３実施例の投影光学系におけるコマ収差を示す図である。収差図から明らかなように、第３実施例においても第１実施例および第２実施例と同様に、実効露光領域ＥＲに対応する領域において、コマ収差が良好に補正されていることがわかる。また、図示を省略したが、実効露光領域ＥＲに対応する領域において、コマ収差以外の他の諸収差、たとえば球面収差やディストーションなども良好に補正されていることが確認されている。
【００５７】
以上のように、上述の各実施例では、波長が１３．５ｎｍのレーザプラズマＸ線に対して、０．２５の像側開口数を確保するとともに、ウェハ７上において諸収差が良好に補正された２６ｍｍ×２ｍｍの円弧状の実効露光領域を確保することができる。したがって、ウェハ７において、たとえば２６ｍｍ×３３ｍｍの大きさを有する各露光領域に、マスク４のパターンを走査露光により０．１μｍ以下の高解像で転写することができる。
【００５８】
また、上述の各実施例では、光学系を構成する６つの反射鏡のうち、１つまたは２つの反射鏡が球面状の反射面を有するので、光学系の製造が容易になる。さらに、上述の各実施例では最も大きい第４凹面反射鏡Ｍ４の有効径が約５２０ｍｍ程度であり、十分に小さく抑えられている。このように、各実施例において、反射鏡の大型化が抑えられ、光学系の小型化が図られている。
【００５９】
また、上述の各実施例では、マスク４に入射する光線群およびマスク４で反射される光線群の光軸ＡＸとなす角度αが約６°程度に小さく抑えられているので、反射型マスク４を用いていても、入射光と反射光との干渉を避けることができるとともに、反射による影の影響を受けにくく、したがって性能が悪化しにくい。また、マスク４の設定位置についてわずかな誤差が発生しても、大きな倍率変化を招きにくいという利点がある。
【００６０】
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明系によってマスクを照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図９のフローチャートを参照して説明する。
【００６１】
先ず、図９のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク（レチクル）上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。
【００６２】
その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
【００６３】
なお、上述の本実施形態では、Ｘ線を供給するための光源としてレーザプラズマＸ線源を用いているが、これに限定されることなく、Ｘ線としてたとえばシンクロトロン放射（ＳＯＲ）光を用いることもできる。
【００６４】
また、上述の本実施形態では、Ｘ線を供給するための光源を有する露光装置に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、Ｘ線以外の他の波長光を供給する光源を有する露光装置に対しても本発明を適用することができる。
【００６５】
さらに、上述の本実施形態では、露光装置の投影光学系に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、他の一般的な投影光学系に対しても本発明を適用することができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の投影光学系では、中間像の結像位置が第４反射鏡と第１反射鏡との間にあるので、第２反射鏡および第４反射鏡のうちの少なくとも一方の反射面を球面化することができ、ひいては光学系の製造が容易になる。また、第１反射鏡と第２反射鏡との間の開口絞りを配置しているので、光線の入射角が大きくなりがちな第３反射鏡への光線の入射角を小さく抑えることができる。その結果、反射多層膜において、反射ムラが発生しにくく且つ十分に高い反射率を得ることができるため、Ｘ線に対しても良好な反射特性を確保することができる。また、第３反射鏡への光線の入射角を小さく抑えることにより、有効径が大きくなりがちな第４反射鏡の有効径を小さく抑えることができる。すなわち、本発明では、Ｘ線に対しても良好な反射特性を有し、反射鏡の大型化を抑えつつ収差補正を良好に行うことのできる反射型の投影光学系を実現することができる。
【００６７】
また、本発明の投影光学系を露光装置に適用することにより、露光光としてＸ線を使用することができる。この場合、投影光学系に対してマスクおよび感光性基板を相対移動させて、マスクのパターンを感光性基板上へ投影露光することになる。その結果、大きな解像力を有する走査型の露光装置を用いて、良好な露光条件のもとで、高精度なマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】ウェハ上に形成される円弧状の露光領域（すなわち実効露光領域）と光軸との位置関係を示す図である。
【図３】本実施形態の第１実施例にかかる投影光学系の構成を示す図である。
【図４】第１実施例の投影光学系におけるコマ収差を示す図である。
【図５】本実施形態の第２実施例にかかる投影光学系の構成を示す図である。
【図６】第２実施例の投影光学系におけるコマ収差を示す図である。
【図７】本実施形態の第３実施例にかかる投影光学系の構成を示す図である。
【図８】第３実施例の投影光学系におけるコマ収差を示す図である。
【図９】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例について、そのフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
１ レーザプラズマＸ線源
２ 波長選択フィルタ
３ 照明光学系
４ マスク
５ マスクステージ
６ 投影光学系
７ ウェハ
８ ウェハステージ
Ｍ１〜Ｍ６ 反射鏡
ＡＳ 開口絞り
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影光学系および該投影光学系を備えた露光装置に関し、例えばＸ線を用いてミラープロジェクション方式によりマスク上の回路パターンを感光性基板上に転写するＸ線投影露光装置に好適な反射型の投影光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子などの製造に使用される露光装置では、マスク（レチクル）上に形成された回路パターンを、投影光学系を介して、ウェハのような感光性基板上に投影転写する。感光性基板にはレジストが塗布されており、投影光学系を介した投影露光によりレジストが感光し、マスクパターンに対応したレジストパターンが得られる。
【０００３】
ここで、露光装置の解像力Ｗは、露光光の波長λと投影光学系の開口数ＮＡとに依存し、次の式（ａ）で表される。
Ｗ＝ｋ・λ／ＮＡ （ｋ：定数） （ａ）
【０００４】
したがって、露光装置の解像力を向上させるためには、露光光の波長λを短くするか、あるいは投影光学系の開口数ＮＡを大きくすることが必要となる。一般に、投影光学系の開口数ＮＡを所定値以上に大きくすることは光学設計の観点から困難であるため、今後は露光光の短波長化が必要となる。たとえば、露光光として、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーを用いると０．２５μｍの解像力が得られ、波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを用いると０．１８μｍの解像力が得られる。露光光としてさらに波長の短いＸ線を用いると、例えば波長が１３ｎｍで０．１μｍ以下の解像力が得られる。
【０００５】
ところで、露光光としてＸ線を用いる場合、使用可能な透過光学材料および屈折光学材料がなくなるため、反射型のマスクを用いるとともに、反射型の投影光学系を用いることになる。従来、露光光としてＸ線を用いる露光装置に適用可能な投影光学系として、たとえば特開昭６１−４７９１４号公報、米国特許第５，８１５，３１０号明細書、特開平９−２１１３２２号公報、米国特許第５，６８６，７２８号明細書、特開平１０−９０６０２号公報、ＷＯ９９／５７６０６号公報には、種々の反射光学系が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６１−４７９１４号公報
【特許文献２】
米国特許第５，８１５，３１０号明細書
【特許文献３】
特開平９−２１１３２２号公報
【特許文献４】
米国特許第５，６８６，７２８号明細書
【特許文献５】
特開平１０−９０６０２号公報
【特許文献６】
国際公開第９９／５７６０６号パンフレット
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭６１−４７９１４号公報に開示された従来の反射光学系では、マスクおよびウェハが光学系の中に配置される形態を有し、露光装置の投影光学系として実現することは非常に困難である。
【０００８】
また、米国特許第５，８１５，３１０号明細書や特開平９−２１１３２２号公報やＷＯ９９／５７６０６号公報に開示された従来の反射光学系では、マスクとウェハとの間に光学系が配置される形態にはなっているものの、一部の反射鏡が大型化してその有効径がマスクの有効径よりも実質的に大きくなっているので製造が困難である。
【０００９】
さらに、米国特許第５，６８６，７２８号明細書や特開平１０−９０６０２号公報に開示された従来の反射光学系では、マスクとウェハとの間に光学系が配置される形態にはなっているものの、一部の反射鏡が大型化してその有効径がマスクの有効径よりも実質的に大きくなっているので製造が困難である。加えて、ウェハ側に２枚の凸面反射鏡が用いられているので、光軸に対する光線の角度が大きくなり、反射鏡が大型化している。
【００１０】
ところで、露光光としてＸ線を用いる露光装置に搭載される投影光学系の場合、Ｘ線を良好に反射するために反射面には数十層からなる多層膜が形成される。従来の反射光学系では、各反射鏡の反射面への光線の最大入射角（反射面の垂線と光線とのなす角）が比較的大きく設定されている。その結果、反射多層膜において、反射ムラが発生し易く且つ十分に高い反射率を得ることができないため、良好な反射特性を達成することができない。
【００１１】
以上のように、従来技術では、反射鏡の大型化を抑えつつ収差補正を良好に行うことにより、露光光としてＸ線を用いて大きな解像力を確保することのできる反射型の投影光学系を得るために、各反射鏡の反射面に非球面加工を施す必要があり、光学系の製造が非常に困難にならざるを得なかった。
【００１２】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、球面状の反射面を有する少なくとも１つの球面反射鏡を含む６つの反射鏡を備え、反射鏡の大型化を抑えつつ収差補正を良好に行うことのできる反射型の投影光学系を提供することを目的とする。また、本発明の投影光学系を露光装置に適用することにより、たとえば露光光としてＸ線を用いて大きな解像力を確保することのできる露光装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、６つの反射鏡を備え、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記第１面の中間像を形成するための第１反射結像光学系と、前記中間像の像を前記第２面上に形成するための第２反射結像光学系とを備え、
前記第１反射結像光学系は、前記第１面側から光の入射順に、第１反射鏡Ｍ１と開口絞りと第２反射鏡Ｍ２と第３反射鏡Ｍ３と第４反射鏡Ｍ４とを有し、
前記第２反射結像光学系は、前記第１面側から光の入射順に、第５反射鏡Ｍ５と第６反射鏡Ｍ６とを有し、
前記中間像の結像位置は、前記第４反射鏡Ｍ４と前記第１反射鏡Ｍ１との間にあり、前記第２反射鏡Ｍ２および前記第４反射鏡Ｍ４のうちの少なくとも一方が球面状の反射面を有することを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１４】
第１形態の好ましい態様によれば、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６への光線の最大入射角Ａは、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６において、Ａ＜２５°の条件を満足する。また、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の有効径をφＭとし、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の反射面の曲率半径をＲとするとき、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６において、φＭ／｜Ｒ｜＜１．０の条件を満足することが好ましい。
【００１５】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１面から前記第１反射鏡Ｍ１への光束の主光線の光軸に対する傾きαは、５°＜｜α｜＜１０°の条件を満足する。また、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の有効径φＭは、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６において、φＭ≦７００ｍｍの条件を満足することが好ましい。
【００１６】
さらに、第１形態の好ましい態様によれば、各反射鏡Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５，Ｍ６の反射面は、光軸に関して回転対称な非球面状に形成され、各反射面を規定する非球面の最大次数は１０次以上である。また、前記第２面側にほぼテレセントリックな光学系であることが好ましい。
【００１７】
本発明の第２形態では、前記第１面に設定されたマスクを照明するための照明系と、前記マスクのパターンを前記第２面に設定された感光性基板上へ投影露光するための第１形態の投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１８】
第２形態の好ましい態様によれば、前記照明系は、露光光としてＸ線を供給するための光源を有し、前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を相対移動させて、前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の投影光学系では、第１面（物体面）からの光が、第１反射結像光学系Ｇ１を介して、第１面の中間像を形成する。そして、第１反射結像光学系Ｇ１を介して形成された第１面の中間像からの光が、第２反射結像光学系Ｇ２を介して、中間像の像（第１面の縮小像）を第２面（像面）上に形成する。
【００２０】
ここで、第１反射結像光学系Ｇ１は、第１面からの光を反射するための第１反射鏡Ｍ１と、開口絞りＡＳと、第１反射鏡Ｍ１で反射された光を反射するための第２反射鏡Ｍ２と、第２反射鏡Ｍ２で反射された光を反射するための第３反射鏡Ｍ３と、第３反射鏡Ｍ３で反射された光を反射するための第４反射鏡Ｍ４とにより構成されている。また、第２反射結像光学系Ｇ２は、中間像からの光を反射するための第５反射鏡Ｍ５と、第５反射鏡Ｍ５で反射された光を反射するための第６凹面反射鏡Ｍ６とにより構成されている。
【００２１】
さらに、本発明の投影光学系では、中間像の結像位置が第４反射鏡Ｍ４と第１反射鏡Ｍ１との間にあり、第２反射鏡Ｍ２および第４反射鏡Ｍ４のうちの少なくとも一方が球面状の反射面を有する球面反射鏡である。従来、４枚反射鏡で中間像を形成し、さらに中間像を２枚反射鏡で再結像させる６枚反射鏡タイプの光学系では、中間像の近軸結像位置（以下、単に「結像位置」という）を４枚反射鏡の後側（像側）で２枚反射鏡の前側（物体側）に置くのが通常であった。
【００２２】
本発明では、中間像の結像位置を４枚反射鏡の第１反射鏡Ｍ１または第３反射鏡Ｍ３よりも前側に置くことを特徴としている。この特徴的な構成により、中間像の結像位置が第４反射鏡Ｍ４の位置に近付くことになり、第４反射鏡Ｍ４の反射面上での光束の幅を小さく抑えることができる。その結果、第４反射鏡Ｍ４の反射面上で他の収差の発生を抑えつつ、各反射鏡で発生する歪曲収差（ディストーション）を補正することが可能になる。このように、役割を明確に分担することにより、他の反射鏡の収差補正分担が軽減され、ひいては第２反射鏡Ｍ２や第４反射鏡Ｍ４の反射面の球面化が可能になる。
【００２３】
また、本発明では、第１面の縮小像を第２面上に２回結像で形成する構成を採用することにより、歪曲収差の補正を良好に行うことができる。また、第１反射鏡Ｍ１と第２反射鏡Ｍ２との間の光路中に開口絞りＡＳを配置しているので、光線の入射角が大きくなりがちな第３反射鏡Ｍ３への光線の入射角を小さく抑えることができる。通常、このような６枚鏡光学系では、光束の干渉を避けるために、開口絞りは反射鏡の直前に配置されるのが一般的である。その場合、絞り位置が限定され、上コマ及び下コマの収差のバランスがとり難くなる。これに対して、本発明では、第１反射鏡Ｍ１と第２反射鏡Ｍ２との間に開口絞りＡＳを配置したので、絞り位置の自由度を確保するとともに、上コマ及び下コマの収差のバランスをとり易くすることができる。
【００２４】
また、開口絞りＡＳを第２反射鏡Ｍ２と第３反射鏡Ｍ３との間、あるいは第３反射鏡Ｍ３と第４反射鏡Ｍ４との間に配置すると、第１反射鏡Ｍ１の有効径が大きくなり、また、レチクルへの入射角及びレチクルからの反射角が決まっているため、レチクルから射出瞳（開口絞り）までの光路長が長くなり、レチクルの物体高が高くなるので、その結果、結像倍率を１／５〜１／６にせざる得なくなる。これに対して、本発明では、第１反射鏡Ｍ１と第２反射鏡Ｍ２との間（中間）に開口絞りＡＳを配置したので、小型で結像倍率を１／４に保ちながら、良好な光学性能を実現することができる。その結果、反射多層膜において、反射ムラが発生しにくく且つ十分に高い反射率を得ることができるため、Ｘ線に対しても良好な反射特性を確保することができる。
【００２５】
また、第３反射鏡Ｍ３への光線の入射角を小さく抑えることにより、有効径が大きくなりがちな第４反射鏡Ｍ４の有効径を小さく抑えることができる。以上のように、本発明では、Ｘ線に対しても良好な反射特性を有し、反射鏡の大型化を抑えつつ収差補正を良好に行うことのできる反射型の投影光学系を実現することができる。
【００２６】
本発明では、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６への光線の最大入射角Ａが、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６において、次の条件式（１）を満足することが望ましい。
Ａ＜２５° （１）
条件式（１）の上限値を上回ると、反射多層膜への光線の最大入射角Ａが大きくなり過ぎて、反射ムラが発生し易くなり且つ十分に高い反射率を得ることができなくなるので好ましくない。
【００２７】
また、本発明では、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６において、次の条件式（２）を満足することが望ましい。条件式（２）において、φＭは各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の有効径（直径）であり、Ｒは各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の反射面の曲率半径である。
φＭ／｜Ｒ｜＜１．０ （２）
【００２８】
条件式（２）の上限値を上回ると、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６（特に第４反射鏡Ｍ４）の形状測定をするときの開き角（反射鏡測定時のＮＡ）が大きくなりすぎて、高精度な形状測定が困難になるので、好ましくない。なお、さらに高精度な形状測定を可能にするには、条件式（２）の上限値を０．４５に設定することがさらに好ましい。
【００２９】
また、本発明では、第１面から第１反射鏡Ｍ１への光束の主光線の光軸に対する傾きαが、次の条件式（３）を満足することが望ましい。
５°＜｜α｜＜１０° （３）
【００３０】
条件式（３）の上限値を上回ると、第１面に反射マスクを設置した場合に、反射による影の影響を受け易くなるので、好ましくない。一方、条件式（３）の下限値を下回ると、第１面に反射マスクを設置した場合に、入射光と反射光とが干渉するので、好ましくない。
【００３１】
また、本発明では、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の有効径φＭは、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６において、次の条件式（４）を満足することが望ましい。
φＭ≦７００ｍｍ （４）
条件式（４）の上限値を上回ると、当該反射鏡の有効径が大きくなり過ぎて、光学系が大型化するので好ましくない。
【００３２】
また、本発明では、収差を良好に補正して光学性能を向上させるために、各反射鏡の反射面は光軸に関して回転対称な非球面状に形成され、各反射面を規定する非球面の最大次数は１０次以上であることが望ましい。また、本発明では、第２面側にほぼテレセントリックな光学系であることが望ましい。この構成により、たとえば露光装置に適用される場合、投影光学系の焦点深度内でウェハに凹凸があっても良好な結像が可能になる。
【００３３】
以上のように、本発明の投影光学系では、球面状の反射面を有する少なくとも１つの球面反射鏡を含む６つの反射鏡を備え、反射鏡の大型化を抑えつつ収差補正を良好に行うことができる。また、本発明の投影光学系を露光装置に適用することにより、露光光としてＸ線を使用することができる。この場合、投影光学系に対してマスクおよび感光性基板を相対移動させて、マスクのパターンを感光性基板上へ投影露光することになる。その結果、大きな解像力を有する走査型の露光装置を用いて、良好な露光条件のもとで、高精度なマイクロデバイスを製造することができる。
【００３４】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。また、図２は、ウェハ上に形成される円弧状の露光領域（すなわち実効露光領域）と光軸との位置関係を示す図である。図１において、投影光学系の光軸方向すなわち感光性基板であるウェハの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハ面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハ面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００３５】
図１の露光装置は、露光光を供給するための光源として、たとえばレーザプラズマＸ線源１を備えている。Ｘ線源１から射出された光は、波長選択フィルタ２を介して、照明光学系３に入射する。ここで、波長選択フィルタ２は、Ｘ線源１が供給する光から、所定波長（１３．５ｎｍ）のＸ線だけを選択的に透過させ、他の波長光の透過を遮る特性を有する。
【００３６】
波長選択フィルタ２を透過したＸ線は、複数の反射鏡から構成された照明光学系３を介して、転写すべきパターンが形成された反射型のマスク４を照明する。マスク４は、そのパターン面がＸＹ平面に沿って延びるように、Ｙ方向に沿って移動可能なマスクステージ５によって保持されている。そして、マスクステージ５の移動は、図示を省略したレーザー干渉計により計測されるように構成されている。こうして、マスク４上には、Ｙ軸に関して対称な円弧状の照明領域が形成される。
【００３７】
照明されたマスク４のパターンからの光は、反射型の投影光学系６を介して、感光性基板であるウェハ７上にマスクパターンの像を形成する。すなわち、ウェハ７上には、図２に示すように、Ｙ軸に関して対称な円弧状の露光領域が形成される。図２を参照すると、光軸ＡＸを中心とした半径φを有する円形状の領域（イメージサークル）ＩＦ内において、このイメージサークルＩＦに接するようにＸ方向の長さがＬＸでＹ方向の長さがＬＹの円弧状の実効露光領域ＥＲが設定されている。
【００３８】
ウェハ７は、その露光面がＸＹ平面に沿って延びるように、Ｘ方向およびＹ方向に沿って二次元的に移動可能なウェハステージ８によって保持されている。なお、ウェハステージ８の移動は、マスクステージ５と同様に、図示を省略したレーザー干渉計により計測されるように構成されている。こうして、マスクステージ５およびウェハステージ８をＹ方向に沿って移動させながら、すなわち投影光学系６に対してマスク４およびウェハ７をＹ方向に沿って相対移動させながらスキャン露光（走査露光）を行うことにより、ウェハ７の１つの露光領域にマスク４のパターンが転写される。
【００３９】
このとき、投影光学系６の投影倍率（転写倍率）が１／４である場合、ウェハステージ８の移動速度をマスクステージ５の移動速度の１／４に設定して同期走査を行う。また、ウェハステージ８をＸ方向およびＹ方向に沿って二次元的に移動させながら走査露光を繰り返すことにより、ウェハ７の各露光領域にマスク４のパターンが逐次転写される。以下、第１実施例〜第３実施例を参照して、投影光学系６の具体的な構成について説明する。
【００４０】
各実施例において、投影光学系６は、マスク４のパターンの中間像を形成するための第１反射結像光学系Ｇ１と、マスクパターンの中間像の像（マスク４のパターンの二次像）をウェハ７上に形成するための第２反射結像光学系Ｇ２とから構成されている。ここで、第１反射結像光学系Ｇ１は４つの反射鏡Ｍ１〜Ｍ４から構成され、第２反射結像光学系Ｇ２は２つの反射鏡Ｍ５およびＭ６から構成されている。
【００４１】
なお、各実施例において、第２反射鏡Ｍ２および第４反射鏡Ｍ４のうちの少なくとも一方の反射面が球面状に形成され、その他の反射鏡の反射面が光軸に関して回転対称な非球面状に形成されている。また、各実施例において、第１反射鏡Ｍ１から第２反射鏡Ｍ２へ至る光路中には、開口絞りＡＳが配置されている。さらに、各実施例において、投影光学系６は、ウェハ側（像像）にテレセントリックな光学系である。
【００４２】
各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｚとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣｎ としたとき、以下の数式（ｂ）で表される。
【００４３】
【数１】
［第１実施例］
図３は、本実施形態の第１実施例にかかる投影光学系の構成を示す図である。図３を参照すると、第１実施例の投影光学系では、マスク４からの光は、第１凹面反射鏡Ｍ１の反射面、第２凹面反射鏡Ｍ２の反射面、第３凸面反射鏡Ｍ３の反射面、および第４凹面反射鏡Ｍ４の反射面で順次反射された後、第４凹面反射鏡Ｍ４と第３凸面反射鏡Ｍ３との間（第４凹面反射鏡Ｍ４から光軸に沿ってウェハ側に１２０．７００６５９ｍｍの位置）にマスクパターンの中間像を形成する。そして、第１反射結像光学系Ｇ１を介して形成されたマスクパターン中間像からの光は、第５凸面反射鏡Ｍ５の反射面および第６凹面反射鏡Ｍ６の反射面で順次反射された後、ウェハ７上にマスクパターンの縮小像（二次像）を形成する。第１実施例では、第２反射鏡Ｍ２の反射面だけが球面状に形成され、他の反射鏡（Ｍ１，Ｍ３〜Ｍ６）の反射面は非球面状に形成されている。
【００４５】
次の表（１）に、第１実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。表（１）において、λは露光光の波長を、βは投影倍率を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、Ｈ０はマスク４上における最大物体高を、φはウェハ７上でのイメージサークルＩＦの半径（最大像高）を、ＬＸは実効露光領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法を、ＬＹは実効露光領域ＥＲのＹ方向に沿った寸法をそれぞれ表している。
【００４６】
また、面番号は物体面であるマスク面から像面であるウェハ面への光線の進行する方向に沿ったマスク側からの反射面の順序を、ｒは各反射面の頂点曲率半径（ｍｍ）を、ｄは各反射面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）をそれぞれ示している。なお、面間隔ｄは、反射される度にその符号を変えるものとする。そして、光線の入射方向にかかわらずマスク側に向かって凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率半径を負としている。上述の表記は、以降の表（２）および表（３）においても同様である。
【００４７】
【表１】
図４は、第１実施例の投影光学系におけるコマ収差を示す図である。図４では、像高１００％、像高９７％、および像高９４％におけるメリディオナルコマ収差およびサジタルコマ収差を示している。この表記は、以降の図６および図８においても同様である。収差図から明らかなように、第１実施例では、実効露光領域ＥＲに対応する領域において、コマ収差が良好に補正されていることがわかる。また、図示を省略したが、実効露光領域ＥＲに対応する領域において、コマ収差以外の他の諸収差、たとえば球面収差やディストーションなども良好に補正されていることが確認されている。
【００４９】
［第２実施例］
図５は、本実施形態の第２実施例にかかる投影光学系の構成を示す図である。図５を参照すると、第２実施例の投影光学系においても第１実施例と同様に、マスク４からの光は、第１凹面反射鏡Ｍ１の反射面、第２凹面反射鏡Ｍ２の反射面、第３凸面反射鏡Ｍ３の反射面、および第４凹面反射鏡Ｍ４の反射面で順次反射された後、第４凹面反射鏡Ｍ４と第３凸面反射鏡Ｍ３との間（第４凹面反射鏡Ｍ４から光軸に沿ってウェハ側に１５４．６１０１１７ｍｍの位置）にマスクパターンの中間像を形成する。そして、第１反射結像光学系Ｇ１を介して形成されたマスクパターン中間像からの光は、第５凸面反射鏡Ｍ５の反射面および第６凹面反射鏡Ｍ６の反射面で順次反射された後、ウェハ７上にマスクパターンの縮小像（二次像）を形成する。
【００５０】
第２実施例では、第４凹面反射鏡Ｍ４の反射面だけが球面状に形成され、他の反射鏡（Ｍ１〜Ｍ３，Ｍ５，Ｍ６）の反射面は非球面状に形成されている。次の表（２）に、第２実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。
【００５１】
【表２】
図６は、第２実施例の投影光学系におけるコマ収差を示す図である。収差図から明らかなように、第２実施例においても第１実施例と同様に、実効露光領域ＥＲに対応する領域において、コマ収差が良好に補正されていることがわかる。また、図示を省略したが、実効露光領域ＥＲに対応する領域において、コマ収差以外の他の諸収差、たとえば球面収差やディストーションなども良好に補正されていることが確認されている。
【００５３】
［第３実施例］
図７は、本実施形態の第３実施例にかかる投影光学系の構成を示す図である。図７を参照すると、第３実施例の投影光学系においても第１実施例および第２実施例と同様に、マスク４からの光は、第１凹面反射鏡Ｍ１の反射面、第２凹面反射鏡Ｍ２の反射面、第３凸面反射鏡Ｍ３の反射面、および第４凹面反射鏡Ｍ４の反射面で順次反射された後、第４凹面反射鏡Ｍ４と第３凸面反射鏡Ｍ３との間（第４凹面反射鏡Ｍ４から光軸に沿ってウェハ側に５９．６５３２３７ｍｍの位置）にマスクパターンの中間像を形成する。そして、第１反射結像光学系Ｇ１を介して形成されたマスクパターン中間像からの光は、第５凸面反射鏡Ｍ５の反射面および第６凹面反射鏡Ｍ６の反射面で順次反射された後、ウェハ７上にマスクパターンの縮小像（二次像）を形成する。
【００５４】
第３実施例では、第２凹面反射鏡Ｍ２の反射面および第４凹面反射鏡Ｍ４の反射面が球面状に形成され、他の反射鏡（Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５，Ｍ６）の反射面は非球面状に形成されている。次の表（３）に、第３実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。
【００５５】
【表３】
図８は、第３実施例の投影光学系におけるコマ収差を示す図である。収差図から明らかなように、第３実施例においても第１実施例および第２実施例と同様に、実効露光領域ＥＲに対応する領域において、コマ収差が良好に補正されていることがわかる。また、図示を省略したが、実効露光領域ＥＲに対応する領域において、コマ収差以外の他の諸収差、たとえば球面収差やディストーションなども良好に補正されていることが確認されている。
【００５７】
以上のように、上述の各実施例では、波長が１３．５ｎｍのレーザプラズマＸ線に対して、０．２５の像側開口数を確保するとともに、ウェハ７上において諸収差が良好に補正された２６ｍｍ×２ｍｍの円弧状の実効露光領域を確保することができる。したがって、ウェハ７において、たとえば２６ｍｍ×３３ｍｍの大きさを有する各露光領域に、マスク４のパターンを走査露光により０．１μｍ以下の高解像で転写することができる。
【００５８】
また、上述の各実施例では、光学系を構成する６つの反射鏡のうち、１つまたは２つの反射鏡が球面状の反射面を有するので、光学系の製造が容易になる。さらに、上述の各実施例では最も大きい第４凹面反射鏡Ｍ４の有効径が約５２０ｍｍ程度であり、十分に小さく抑えられている。このように、各実施例において、反射鏡の大型化が抑えられ、光学系の小型化が図られている。
【００５９】
また、上述の各実施例では、マスク４に入射する光線群およびマスク４で反射される光線群の光軸ＡＸとなす角度αが約６°程度に小さく抑えられているので、反射型マスク４を用いていても、入射光と反射光との干渉を避けることができるとともに、反射による影の影響を受けにくく、したがって性能が悪化しにくい。また、マスク４の設定位置についてわずかな誤差が発生しても、大きな倍率変化を招きにくいという利点がある。
【００６０】
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明系によってマスクを照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図９のフローチャートを参照して説明する。
【００６１】
先ず、図９のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク（レチクル）上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。
【００６２】
その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
【００６３】
なお、上述の本実施形態では、Ｘ線を供給するための光源としてレーザプラズマＸ線源を用いているが、これに限定されることなく、Ｘ線としてたとえばシンクロトロン放射（ＳＯＲ）光を用いることもできる。
【００６４】
また、上述の本実施形態では、Ｘ線を供給するための光源を有する露光装置に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、Ｘ線以外の他の波長光を供給する光源を有する露光装置に対しても本発明を適用することができる。
【００６５】
さらに、上述の本実施形態では、露光装置の投影光学系に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、他の一般的な投影光学系に対しても本発明を適用することができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の投影光学系では、中間像の結像位置が第４反射鏡と第１反射鏡との間にあるので、第２反射鏡および第４反射鏡のうちの少なくとも一方の反射面を球面化することができ、ひいては光学系の製造が容易になる。また、第１反射鏡と第２反射鏡との間の開口絞りを配置しているので、光線の入射角が大きくなりがちな第３反射鏡への光線の入射角を小さく抑えることができる。その結果、反射多層膜において、反射ムラが発生しにくく且つ十分に高い反射率を得ることができるため、Ｘ線に対しても良好な反射特性を確保することができる。また、第３反射鏡への光線の入射角を小さく抑えることにより、有効径が大きくなりがちな第４反射鏡の有効径を小さく抑えることができる。すなわち、本発明では、Ｘ線に対しても良好な反射特性を有し、反射鏡の大型化を抑えつつ収差補正を良好に行うことのできる反射型の投影光学系を実現することができる。
【００６７】
また、本発明の投影光学系を露光装置に適用することにより、露光光としてＸ線を使用することができる。この場合、投影光学系に対してマスクおよび感光性基板を相対移動させて、マスクのパターンを感光性基板上へ投影露光することになる。その結果、大きな解像力を有する走査型の露光装置を用いて、良好な露光条件のもとで、高精度なマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】ウェハ上に形成される円弧状の露光領域（すなわち実効露光領域）と光軸との位置関係を示す図である。
【図３】本実施形態の第１実施例にかかる投影光学系の構成を示す図である。
【図４】第１実施例の投影光学系におけるコマ収差を示す図である。
【図５】本実施形態の第２実施例にかかる投影光学系の構成を示す図である。
【図６】第２実施例の投影光学系におけるコマ収差を示す図である。
【図７】本実施形態の第３実施例にかかる投影光学系の構成を示す図である。
【図８】第３実施例の投影光学系におけるコマ収差を示す図である。
【図９】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例について、そのフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
１ レーザプラズマＸ線源
２ 波長選択フィルタ
３ 照明光学系
４ マスク
５ マスクステージ
６ 投影光学系
７ ウェハ
８ ウェハステージ
Ｍ１〜Ｍ６ 反射鏡
ＡＳ 開口絞り
Claims (9)
- ６つの反射鏡を備え、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記第１面の中間像を形成するための第１反射結像光学系と、前記中間像の像を前記第２面上に形成するための第２反射結像光学系とを備え、
前記第１反射結像光学系は、前記第１面側から光の入射順に、第１反射鏡Ｍ１と開口絞りと第２反射鏡Ｍ２と第３反射鏡Ｍ３と第４反射鏡Ｍ４とを有し、
前記第２反射結像光学系は、前記第１面側から光の入射順に、第５反射鏡Ｍ５と第６反射鏡Ｍ６とを有し、
前記中間像の結像位置は、前記第４反射鏡Ｍ４と前記第１反射鏡Ｍ１との間にあり、前記第２反射鏡Ｍ２および前記第４反射鏡Ｍ４のうちの少なくとも一方が球面状の反射面を有することを特徴とする投影光学系。 - 各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６への光線の最大入射角Ａは、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６において、
Ａ＜２５°
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。 - 各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の有効径をφＭとし、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の反射面の曲率半径をＲとするとき、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６において、
φＭ／｜Ｒ｜＜１．０
の条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の投影光学系。 - 前記第１面から前記第１反射鏡Ｍ１への光束の主光線の光軸に対する傾きαは、
５°＜｜α｜＜１０°
の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投影光学系。 - 各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の有効径φＭは、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６において、
φＭ≦７００ｍｍ
の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投影光学系。 - 各反射鏡Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５，Ｍ６の反射面は、光軸に関して回転対称な非球面状に形成され、
各反射面を規定する非球面の最大次数は１０次以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投影光学系。 - 前記第２面側にほぼテレセントリックな光学系であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投影光学系。
- 前記第１面に設定されたマスクを照明するための照明系と、前記マスクのパターンを前記第２面に設定された感光性基板上へ投影露光するための請求項１乃至７のいずれか１項に記載の投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
- 前記照明系は、露光光としてＸ線を供給するための光源を有し、
前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を相対移動させて、前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光することを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
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| JP2003047267A JP2004258178A (ja) | 2003-02-25 | 2003-02-25 | 投影光学系および該投影光学系を備えた露光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2003047267A JP2004258178A (ja) | 2003-02-25 | 2003-02-25 | 投影光学系および該投影光学系を備えた露光装置 |
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|---|---|---|---|---|
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-
2003
- 2003-02-25 JP JP2003047267A patent/JP2004258178A/ja active Pending
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