JP2016001308A - 結像光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

結像光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ＥＵＶ光を用いる露光装置に適用可能な反射光学系であって、光束の光路分離を可能にしつつ開口数の増大を図ることのできる結像光学系の提供。【解決手段】第１面４の像を第２面７上に形成する反射結像光学系は、第２面上の第１方向（Ｘ方向）に関する第２面側の開口数は、第２面上において第１方向と交差する第２方向（Ｙ方向）に関する第２面側の開口数の１．１倍よりも大きい。【選択図】図３

Description

本発明は、結像光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィ工程で製造するのに使用される露光装置に好適な反射結像光学系に関するものである。
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感光性基板（たとえばウェハ）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。露光装置の解像力は、露光光の波長と投影光学系の開口数とに依存する。したがって、露光装置の解像力を向上させるには、露光光の波長を短くするとともに、投影光学系の開口数を大きくすることが必要になる。
一般に、投影光学系の開口数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、露光光の短波長化が必要になる。そこで、半導体パターニングの次世代の露光方法（露光装置）として、ＥＵＶＬ（Extreme UltraViolet Lithography：極紫外リソグラフィ）の手法が注目されている。ＥＵＶＬ露光装置では、５〜４０ｎｍ程度の波長を有するＥＵＶ（Extreme UltraViolet：極紫外線）光を用いる。露光光としてＥＵＶ光を用いる場合、使用可能な光透過性の光学材料が存在しなくなる。このため、ＥＵＶＬ露光装置では、照明光学系および投影光学系として反射光学系を用いるとともに、反射型のマスクを用いることになる（例えば、特許文献１を参照）。
米国特許第６，４５２，６６１号明細書
上述したように、投影光学系（結像光学系）の解像力は開口数に比例するため、微細なパターンを感光性基板に忠実に転写するには投影光学系の開口数を極力大きく確保することが望ましい。しかしながら、ＥＵＶＬ露光装置に用いられる投影光学系は反射光学系であるため、マスクと感光性基板との間の光路において複数の反射鏡により光が幾度も折り返される。その結果、マスクと感光性基板との間の比較的狭い空間を行き交う複数の光束の光路分離を可能にするために、投影光学系の開口数の増大を図ることが困難である。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、例えばＥＵＶ光を用いる露光装置に適用可能な反射光学系であって、光束の光路分離を可能にしつつ開口数の増大を図ることのできる結像光学系を提供することを目的とする。また、本発明の結像光学系を露光装置の投影光学系に適用することにより、例えば露光光としてＥＵＶ光を用いて大きな解像力を確保し、高解像度で投影露光を行うことを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、第１面の像を第２面上に形成する反射結像光学系において、
前記第２面上の第１方向に関する前記第２面側の開口数は、前記第２面上において前記第１方向と交差する第２方向に関する前記第２面側の開口数の１．１倍よりも大きいことを特徴とする結像光学系を提供する。
本発明の第２形態では、第１面の像を第２面上に形成する反射結像光学系において、
前記第２面上の第１方向に関する前記第２面側の開口数は、前記第２面上において前記第１方向と交差する第２方向に関する前記第２面側の開口数の１．５倍よりも大きいことを特徴とする結像光学系を提供する。
本発明の第３形態では、第１面の像を第２面上に形成する反射結像光学系において、
前記第２面側の開口数を規定する開口絞りを備え、
前記開口絞りは楕円形状の開口部を有し、該楕円形状の開口部の長径方向の寸法は短径方向の寸法の１．１倍よりも大きいことを特徴とする結像光学系を提供する。
本発明の第４形態では、光源からの光により前記第１面に設置された所定のパターンを照明するための照明系と、前記所定のパターンを前記第２面に設置された感光性基板に投影するための第１形態、第２形態または第３形態の結像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。
本発明の第５形態では、第４形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
本発明の実施形態にかかる結像光学系では、複数の反射鏡により光束を折り曲げる方向に短径を有する楕円形状の開口部を開口絞りに設け、開口部の長径寸法を短径寸法の所要倍に設定することにより、長径方向に関する像側開口数を従来技術に比して所望の大きさまで増大させている。すなわち、本実施形態では、例えばＥＵＶ光を用いる露光装置に適用可能な反射光学系であって、光束の光路分離を可能にしつつ開口数の増大を図ることのできる結像光学系が実現される。
また、本実施形態の結像光学系を露光装置に適用した場合、露光光として例えば５ｎｍ乃至４０ｎｍの波長を有するＥＵＶ光を使用することができる。この場合、結像光学系に対して転写すべきマスクのパターン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高解像度で投影露光することが可能になる。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、高精度なデバイスを製造することができる。
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。 ウェハ上に形成される円弧状の有効結像領域と光軸との位置関係を示す図である。 第１実施例にかかる結像光学系のＹＺ平面に沿った構成を概略的に示す図である。 第１実施例にかかる結像光学系のＸＺ平面に沿った構成を概略的に示す図である。 第１実施例における横収差を示す第１の図である。 第１実施例における横収差を示す第２の図である。 第１実施例における横収差を示す第３の図である。 第２実施例にかかる結像光学系のＹＺ平面に沿った構成を概略的に示す図である。 第２実施例にかかる結像光学系のＸＺ平面に沿った構成を概略的に示す図である。 第２実施例における横収差を示す第１の図である。 第２実施例における横収差を示す第２の図である。 第２実施例における横収差を示す第３の図である。 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。
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有効結像領域と光軸との位置関係を示す図である。図１において、反射結像光学系（以下、単に「結像光学系」ともいう）６の光軸ＡＸ方向すなわち感光性基板であるウェハ７の露光面（転写面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハ７の露光面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハ７の露光面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。
図１の露光装置は、露光光を供給するための光源１として、たとえばレーザプラズマＸ線源を備えている。光源１として、放電プラズマ光源や他のＸ線源を用いることもできる。光源１から射出された光は、必要に応じて配置された波長選択フィルタ（不図示）を介して、照明光学系ＩＬに入射する。波長選択フィルタは、光源１が供給する光から、所定波長（例えば１３．５ｎｍ）のＥＵＶ光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。波長選択フィルタを経たＥＵＶ光は、一対のフライアイ光学系（フライアイミラー）２ａおよび２ｂからなるオプティカルインテグレータへ導かれる。
第１フライアイ光学系２ａは並列配置された複数の第１反射光学要素を有し、第２フライアイ光学系２ｂは第１フライアイ光学系２ａの複数の第１反射光学要素に対応するように並列配置された複数の第２反射光学要素を有する。具体的に、第１フライアイ光学系２ａは例えば円弧状の外形を有する多数の凹面鏡要素を第１面と光学的に共役な面に縦横に且つ稠密に配列することにより構成され、第２フライアイ光学系２ｂは例えば矩形状の外形を有する多数の凹面鏡要素を射出瞳面または射出瞳面と光学的に共役な面に縦横に且つ稠密に配列することにより構成されている。フライアイ光学系２ａおよび２ｂの詳細な構成および作用については、たとえば米国特許第６，４５２，６６１号明細書を参照することができる。
こうして、第２フライアイ光学系２ｂの反射面の近傍には、所定の形状を有する実質的な面光源が形成される。この実質的な面光源は、一対のフライアイ光学系２ａおよび２ｂからなる照明光学系ＩＬの射出瞳位置に形成される。照明光学系ＩＬの射出瞳位置（すなわち第２フライアイ光学系２ｂの反射面の近傍位置）は、逆瞳タイプの結像光学系（投影光学系）６の入射瞳の位置と一致している。逆瞳タイプの結像光学系とは、後述するように、物体面を挟んで光学系の反対側に入射瞳を有する結像光学系である。本実施形態では、投影光学系６の入射瞳の形状が楕円形状であるため、たとえば照明光学系の射出瞳形状を楕円形状とすることができる。この場合、光量損失を低減することができる。
換言すると、照明光学系ＩＬの射出瞳は、この射出瞳が位置する面である射出瞳面における第３方向の大きさよりも、射出瞳面上においてこの第３方向と直交する第４方向の大きさの方が大きい形状とすることができる。このとき、この第３方向は結像光学系６の第２面側の開口数が大きな第１方向（Ｘ方向）と光学的に対応することができ、この第４方向は結像光学系の第２面側の開口数が小さな第２方向（Ｙ方向）と光学的に対応することができる。ここで、第１方向と第３方向とが光学的に対応するとは、照明光学系ＩＬの射出瞳面から第２面に至るまでに介在する光学系による射影関係の変換を考慮したときに、第１方向と第３方向とが一致することとすることができ、第２方向と第４方向とが光学的に対応するとは、照明光学系ＩＬの射出瞳面から第２面に至るまでに介在する光学系による射影関係の変換を考慮したときに、第２方向と第４方向とが一致することとすることができる。
また、第２フライアイ光学系２ｂの複数の光学要素は、第３方向の大きさよりも第４方向の大きさの方が大きい領域内のみに配列することができる。この領域は例えば楕円形状の領域とすることができる。
実質的な面光源からの光、すなわち照明光学系ＩＬから射出された光は、斜入射ミラー３により反射された後、反射型のマスク４にほぼ平行に且つ近接して配置された視野絞り（不図示）の円弧状の開口部（光透過部）を介して、マスク４上に円弧状の照明領域を形成する。このように、光源１および照明光学系ＩＬ（２ａ，２ｂ）は、所定のパターンが設けられたマスク４をケーラー照明するための照明系を構成している。また、第２フライアイ光学系２ｂとマスク４との間の光路中には、パワーを有する反射鏡が配置されていない。
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。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。マスク４上には、例えばＹ軸に関して対称な円弧状の照明領域が形成される。照明されたマスク４からの光は、結像光学系６を介して、感光性基板であるウェハ７上にマスク４のパターン像を形成する。
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有効結像領域ＥＲ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Ｙ０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の円弧状の有効結像領域ＥＲが形成される。円弧状の有効結像領域ＥＲは光軸ＡＸを中心とする輪帯状の領域の一部であり、長さＬＹは円弧状の有効結像領域ＥＲの中心と光軸とを結ぶ方向に沿った有効結像領域ＥＲの幅寸法である。
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。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。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、すなわち結像光学系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。
このとき、結像光学系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。
本実施形態の各実施例にかかる結像光学系６は、図３、図４、図８および図９に示すように、直線状に延びる単一の光軸ＡＸに沿って、マスク４のパターン面と光学的に共役な位置にパターンの中間像を形成するための第１反射光学系Ｇ１と、マスク４のパターンの最終縮小像（中間像の像）をウェハ７上に形成するための第２反射光学系Ｇ２とを備えている。すなわち、マスク４のパターン面と光学的に共役な面が、第１反射光学系Ｇ１と第２反射光学系Ｇ２との間の光路中に形成される。
第１反射光学系Ｇ１は、光の入射順に、凹面状の反射面を有する第１反射鏡Ｍ１と、凸面状の反射面を有する第２反射鏡Ｍ２と、凸面状の反射面を有する第３反射鏡Ｍ３と、凹面状の反射面を有する第４反射鏡Ｍ４とにより構成されている。第２反射光学系Ｇ２は、光の入射順に、凸面状の反射面を有する第５反射鏡Ｍ５と、凹面状の反射面を有する第６反射鏡Ｍ６とにより構成されている。第２反射鏡Ｍ２から第３反射鏡Ｍ３へ至る光路中に、Ｘ方向に細長い楕円形状の開口部を有する開口絞りＡＳが設けられている。結像光学系６の光路中には、この開口絞りＡＳ以外に開口絞りが配置されておらず、結像光学系６の開口数は開口絞りＡＳによる光束の制限によってのみ決定される。
各実施例では、マスク４のパターン面（第１面）において光軸ＡＸから離れた照明領域からの光が、第１反射鏡Ｍ１の凹面状の反射面、第２反射鏡Ｍ２の凸面状の反射面、第３反射鏡Ｍ３の凸面状の反射面、および第４反射鏡Ｍ４の凹面状の反射面で順次反射された後、マスクパターンの中間像を形成する。第１反射光学系Ｇ１を介して形成された中間像からの光は、第５反射鏡Ｍ５の凸面状の反射面および第６反射鏡Ｍ６の凹面状の反射面で順次反射された後、ウェハ７の表面（第２面）において光軸ＡＸから離れた有効結像領域ＥＲにマスクパターンの縮小像を形成する。
各実施例において、すべての反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の反射面は、光軸ＡＸに関して回転対称な非球面状に形成されている。各実施例の結像光学系６は、マスク４を挟んで結像光学系６の反対側に所定距離だけ離れた位置に入射瞳を有する逆瞳タイプの反射結像光学系である。また、各実施例の結像光学系６は、ウェハ側（像側）にテレセントリックな光学系である。換言すれば、各実施例において、結像光学系６の像面上の各位置に達する主光線は像面に対してほぼ垂直である。この構成により、結像光学系６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っている。
［第１実施例］
図３は、第１実施例にかかる結像光学系のＹＺ平面に沿った構成を概略的に示す図である。図４は、第１実施例にかかる結像光学系のＸＺ平面に沿った構成を概略的に示す図である。次の表（１）に、第１実施例にかかる結像光学系の諸元の値を掲げる。表（１）の主要諸元の欄において、λは露光光の波長を、βは結像倍率を、ＮＡｘはＸ方向に関する像側（ウェハ側）開口数を、ＮＡｙはＹ方向に関する像側（ウェハ側）開口数を、Ｙ０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は有効結像領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法を、ＬＹは有効結像領域ＥＲのＹ方向に沿った寸法（円弧状の有効結像領域ＥＲの幅寸法）を、Ｄｘは開口絞りＡＳの楕円形状の開口部の長径方向であるＸ方向の寸法を、Ｄｙは開口絞りＡＳの楕円形状の開口部の短径方向であるＹ方向の寸法をそれぞれ表している。
表（１）の光線追跡設定値の欄およびレンズデータの欄は、ＯＲＡ（Optical Research Associates）社の光学設計ソフトである「Code V」の書式に従って記述されている。表（１）の光線追跡設定値の欄において、「DIM MM」はディメンジョンがｍｍであることを、WLは光の波長（ｎｍ）を示している。また、XOBは像側（ウェハ側）からの光線追跡に用いられた１５本の光線のウェハ７上でのＸ座標（単位：ｍｍ）であり、YOBは１５本の光線のウェハ７上でのＹ座標（単位：ｍｍ）である。
表（１）のレンズデータの欄において、RDYは面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径；単位：ｍｍ）を、THIは当該面から次の面までの距離すなわち面間隔（単位：ｍｍ）を、RMDは当該面が反射面であるか屈折面であるかを示している。REFLは、反射面を意味する。INFINITYは無限大を意味し、RDYが INFINITYであれば、その面が平面であることを意味している。OBJは像面としてのウェハ７の表面を、STOは開口絞りＡＳの面を、IMGは物体面としてのマスク４のパターン面を示している。
面番号１は仮想面を、面番号２は第６反射鏡Ｍ６の反射面を、面番号３は第５反射鏡Ｍ５の反射面を、面番号４は第４反射鏡Ｍ４の反射面を、面番号５は第３反射鏡Ｍ３の反射面を、面番号７は第２反射鏡Ｍ２の反射面を、面番号８は第１反射鏡Ｍ１の反射面を示している。ASPは、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の反射面が以下の式（ａ）で表される非球面であることを意味している。
ｓ＝（ｈ２／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｈ２／ｒ２｝１／２］＋Ｃ４・ｈ４
＋Ｃ６・ｈ６＋Ｃ８・ｈ８＋Ｃ１０・ｈ１０＋Ｃ１２・ｈ１２＋Ｃ１４・ｈ１４＋Ｃ１６・ｈ１６
＋Ｃ１８・ｈ１８＋Ｃ２０・ｈ２０ （ａ）
式（ａ）において、ｈは光軸に垂直な方向の高さ（単位：ｍｍ）であり、ｓは非球面の頂点における接平面から高さｈ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）（単位：ｍｍ）であり、ｒは頂点曲率半径（単位：ｍｍ）であり、κは円錐係数であり、Ｃｎはｎ次の非球面係数である。表（１）のレンズデータの欄において、Ｋは円錐係数κ、Ａはｈ４の係数Ｃ４、Ｂはｈ６の係数Ｃ６、Ｃはｈ８の係数Ｃ８、Ｄはｈ１０の係数Ｃ１０、Ｅはｈ１２の係数Ｃ１２、Ｆはｈ１４の係数Ｃ１４、Ｇはｈ１６の係数Ｃ１６、Ｈはｈ１８の係数Ｃ１８、Ｊはｈ２０の係数Ｃ２０である。
また、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の反射面（面番号２，３，４，５，７，８）におけるXDE，YDE，およびZDEは、面の偏心のＸ方向成分（単位：ｍｍ）、Ｙ方向成分（単位：ｍｍ）、およびＺ方向成分（単位：ｍｍ）を示している。ADE，BDE，およびCDEは、面の回転のθｘ方向成分（Ｘ軸廻りの回転成分；単位：度）、θｙ方向成分（Ｙ軸廻りの回転成分；単位：度）、およびθｚ方向成分（Ｚ軸廻りの回転成分；単位：度）を示している。また、DARは、当該面より後ろの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が変化しないことを意味している。すなわち、DARと記載してある面で偏心していても、その後側の面は偏心した新たな座標に従うことなく、DARと記載してある面だけの単独の偏心である。なお、表（１）における表記は、以降の表（２）においても同様である。
表（１）
（主要諸元）
λ＝１３．５ｎｍ
β＝１／４
ＮＡｘ＝０．４
ＮＡｙ＝０．２
Ｙ０＝３７ｍｍ
ＬＸ＝２６ｍｍ
ＬＹ＝２ｍｍ
Ｄｘ＝８４．０８３８ｍｍ
Ｄｙ＝４１．６７８１ｍｍ

（光線追跡設定値）
DIM MM
WL 13.50
XOB 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000
6.50000 6.50000 6.50000 6.50000 6.50000
13.00000 13.00000 13.00000 13.00000 13.00000
YOB 37.00000 36.50000 36.00000 35.50000 35.00000
36.40833 35.90833 35.40833 34.90833 34.40833
34.57082 34.07082 33.57082 33.07082 32.57082

（レンズデータ）
RDY THI RMD
OBJ: INFINITY 0.000000
1: INFINITY 528.623387
2: -592.28723 -488.623387 REFL
ASP:
K : 0.000000
A :-.254657E-10 B :-.111703E-15 C :-.366523E-21 D :-.105104E-26
E :-.614569E-32 F :0.552344E-37 G :-.520745E-42 H :0.000000E+00
J :0.000000E+00
XDE: 0.000000 YDE: -0.135994 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: 0.002819 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

3: -685.82108 1758.023140 REFL
ASP:
K : 0.000000
A :-.342613E-08 B :-.598557E-13 C :-.508202E-18 D :0.257521E-21
E :-.629350E-25 F :0.733153E-29 G :-.349548E-33 H :0.000000E+00
J :0.000000E+00
XDE: 0.000000 YDE: -0.159098 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: 0.002117 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

4: -1428.35928 -999.904639 REFL
ASP:
K : 0.000000
A :-.224179E-12 B :-.338584E-18 C :-.217996E-23 D :0.151885E-28
E :-.688940E-34 F :0.153991E-39 G :-.139951E-45 H :0.000000E+00
J :0.000000E+00
XDE: 0.000000 YDE: 0.174976 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: 0.011492 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

5: -676.50202 265.439672 REFL
ASP:
K : 0.000000
A :0.128920E-08 B :-.707305E-15 C :0.189300E-18 D :-.332017E-22
E :0.330624E-26 F :-.178255E-30 G :0.404070E-35 H :0.000000E+00
J :0.000000E+00
XDE: 0.000000 YDE: -0.075707 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: 0.001504 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

STO: INFINITY 464.183715
XDE: 0.000000 YDE: 0.014383 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: 0.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

7: -9662.07987 -1139.165307 REFL
ASP:
K : 0.000000
A :0.168021E-09 B :-.112219E-15 C :0.887751E-21 D :0.457673E-25
E :-.216329E-29 F :0.450161E-34 G :-.378974E-39 H :0.000000E+00
J :0.000000E+00
XDE: 0.000000 YDE: 0.005654 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: 0.007150 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

8: 2275.61649 1611.423419 REFL
ASP:
K : 0.000000
A :0.726621E-11 B :0.832232E-18 C :0.251018E-22 D :-.243698E-27
E :0.154171E-32 F :-.547826E-38 G :0.830853E-44 H :0.000000E+00
J :0.000000E+00
XDE: 0.000000 YDE: -0.029638 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: 0.009792 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

IMG: INFINITY 0.000000
XDE: 0.000000 YDE: 0.969601 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: 0.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
図５、図６および図７は、第１実施例における横収差を示す図である。収差図において、（Ｘ，Ｙ）は有効結像領域における規格化座標を示している。図５乃至図７の収差図から明らかなように、第１実施例では、Ｘ方向に関して大きな像側開口数（ＮＡｘ＝０．４）を確保しているにもかかわらず、波長が１３．５ｎｍのＥＵＶ光に対して収差が良好に補正されていることがわかる。なお、図５乃至図７の収差図における表記は、以降の図１０乃至図１２の収差図においても同様である。
また、マスク４上に形成される円弧状の照明領域の各点に対応する主光線とマスク４が配置される第１面の垂線とのなす角の平均値をαとし、結像光学系のマスク４側（第１面側）における最大開口数をＮＡmaxとすると、次の条件式（ｂ）を満足する。
ＮＡmax＞sinα （ｂ）
平均値αとは、上記各点に対応する主光線と上記垂線とのなす角度が上記各点ごとに複数あるが、それらの角度の平均値とすることができる。なお、上記各点は、上記円弧状の照明領域内の代表的な点、例えば円弧状の照明領域の中心点と、円弧状の照明領域の最周縁の点とすることもできる。
上記条件式（ｂ）は、マスク４への入射角の平均値に対して、Ｘ方向の開口数が大きく設定されていることに対応している。また、上記条件式（ｂ）は、結像光学系内で光線分離するために、入射光のうちＹ方向の入射光成分の入射角が、Ｘ方向の入射光成分の入射角に対して大きくなることに対応している。
なお、入射光の主光線がマスク４面またはウェハ７面に対して垂直でない場合は、マスク４面またはウェハ７面に入射する入射光の中心から半径１の半球を仮想的に描いたときに、当該半球と入射光束が重なる領域を、マスク４またはウェハ７面に垂直にマスク４またはウェハ７面に投影（正射影）した領域（例えば、円）の中心と、投影された領域の外周との距離（例えば、円の場合は半径）により開口数が定義される。また、投影した領域が楕円の場合は、開口数がＸ方向とＹ方向とで異なることを示しており、長径または短径を開口数とする。
［第２実施例］
図８は、第２実施例にかかる結像光学系のＹＺ平面に沿った構成を概略的に示す図である。図９は、第２実施例にかかる結像光学系のＸＺ平面に沿った構成を概略的に示す図である。次の表（２）に、第２実施例にかかる結像光学系の諸元の値を掲げる。
表（２）
（主要諸元）
λ＝１３．５ｎｍ
β＝１／４
ＮＡｘ＝０．３５
ＮＡｙ＝０．２５
Ｙ０＝４１．５ｍｍ
ＬＸ＝２６ｍｍ
ＬＹ＝２ｍｍ
Ｄｘ＝７０．５６８９ｍｍ
Ｄｙ＝４９．９６３８ｍｍ

（光線追跡設定値）
DIM MM
WL 13.50
XOB 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000
6.50000 6.50000 6.50000 6.50000 6.50000
13.00000 13.00000 13.00000 13.00000 13.00000
YOB 41.50000 41.00000 40.50000 40.00000 39.50000
40.97499 40.47499 39.97499 39.47499 38.97499
39.35688 38.85688 38.35688 37.85688 37.35688

（レンズデータ）
RDY THI RMD
OBJ: INFINITY 0.000000
1: INFINITY 527.112108
2: -586.28043 -487.112108 REFL
ASP:
K : 0.000000
A :-.236164E-10 B :-.110626E-15 C :-.284530E-21 D :-.544786E-26
E :0.122403E-30 F :-.189106E-35 G :0.112384E-40 H :0.000000E+00
J :0.000000E+00
XDE: 0.000000 YDE: 0.023322 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: 0.001515 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

3: -684.71542 1760.000000 REFL
ASP:
K : 0.000000
A :-.396159E-08 B :-.632367E-13 C :-.653539E-18 D :0.253964E-21
E :-.692815E-25 F :0.989160E-29 G :-.596456E-33 H :0.000000E+00
J :0.000000E+00
XDE: 0.000000 YDE: 0.009293 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: 0.000924 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

4: -1401.87799 -962.106539 REFL
ASP:
K : 0.000000
A :0.344061E-13 B :-.777174E-19 C :-.235587E-23 D :0.104955E-28
E :-.323960E-34 F :0.517487E-40 G :-.351408E-46 H :0.000000E+00
J :0.000000E+00
XDE: 0.000000 YDE: 0.228380 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: 0.005863 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

5: -682.83983 270.501910 REFL
ASP:
K : 0.000000
A :0.129775E-08 B :-.134507E-14 C :0.421784E-19 D :-.278865E-23
E :-.509373E-29 F :0.103118E-31 G :-.381436E-36 H :0.000000E+00
J :0.000000E+00
XDE: 0.000000 YDE: 0.135445 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: 0.002567 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

STO: INFINITY 405.127751
XDE: 0.000000 YDE: 0.236494 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: 0.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

7: 43553.22016 -926.411013 REFL
ASP:
K : 0.000000
A :0.275599E-09 B :-.938191E-16 C :0.115376E-20 D :0.163736E-24
E :-.956816E-29 F :0.276251E-33 G :-.320812E-38 H :0.000000E+00
J :0.000000E+00
XDE: 0.000000 YDE: 0.207241 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: 0.003758 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

8: 1921.64574 1412.887892 REFL
ASP:
K : 0.000000
A :0.122524E-10 B :0.531596E-17 C :-.102435E-22 D :0.192287E-27
E :-.152511E-32 F :0.621001E-38 G :-.102035E-43 H :0.000000E+00
J :0.000000E+00
XDE: 0.000000 YDE: 0.187309 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: 0.002261 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

IMG: INFINITY 0.000000
XDE: 0.000000 YDE: 0.249032 ZDE: 0.000000 DAR
ADE: 0.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
図１０、図１１および図１２は、第２実施例における横収差を示す図である。図１０乃至図１２の収差図から明らかなように、第２実施例では、Ｘ方向に関して大きな像側開口数（ＮＡｘ＝０．３５）を確保しているにもかかわらず、波長が１３．５ｎｍのＥＵＶ光に対して収差が良好に補正されていることがわかる。
図３と図４との比較および図８と図９との比較から明らかなように、反射結像光学系では、ウェハ７上の円弧状の有効結像領域ＥＲの中心を通る径方向（Ｙ方向）と光軸ＡＸとを含む平面（ＹＺ平面）に沿って光束を折り曲げる設計が普通である。これは、物体面の近傍ではマスク４上の円弧状の有効視野の狭い方向（Ｙ方向）に光束を折り曲げることが容易であり、像面の近傍では円弧状の有効結像領域ＥＲの狭い方向（Ｙ方向）に光束を折り曲げることが容易であるからである。
本発明では、上述の考察から、光束を折り曲げる方向（Ｙ方向）に関する開口数の増大を図ることは困難であるが、例えば光束を折り曲げる方向と直交（一般には交差）する方向（Ｘ方向）に関する開口数の増大を図ることは比較的容易であるという知見を得た。上述の各実施例では、この知見に基づいて、像側（第２面側）の開口数ＮＡを規定する開口絞りＡＳに楕円形状の開口部を設け、この開口部の長径方向（Ｘ方向）の寸法Ｄｘを短径方向（Ｙ方向）の寸法Ｄｙよりも所要倍だけ大きく設定することにより、Ｙ方向に関する像側開口数ＮＡｙよりもＸ方向に関する像側開口数ＮＡｘを大きく確保し、ひいてはＸ方向に関する像側開口数ＮＡｘの増大を図っている。
具体的に、第１実施例では、楕円形状の開口部の長径寸法Ｄｘを短径寸法Ｄｙの約２．０２倍（＝８４．０８３８／４１．６７８１）に設定することにより、Ｘ方向に関する像側開口数ＮＡｘをＹ方向に関する像側開口数ＮＡｙの２倍（＝０．４／０．２）の大きさまで増大させている。従来技術ではほぼ円形状の開口部を有する開口絞りを用いてあらゆる方向に関してほぼ同じ像側開口数を確保していたことを考えると、第１実施例ではＸ方向に関する像側開口数ＮＡｘを従来技術に比して２倍の大きさまで増大させていることになる。
第２実施例では、楕円形状の開口部の長径寸法Ｄｘを短径寸法Ｄｙの約１．４１倍（＝７０．５６８９／４９．９６３８）に設定することにより、Ｘ方向に関する像側開口数ＮＡｘをＹ方向に関する像側開口数ＮＡｙの１．４倍（＝０．３５／０．２５）の大きさまで増大させている。すなわち、第２実施例では、Ｘ方向に関する像側開口数ＮＡｘを従来技術に比して１．４倍の大きさまで増大させていることになる。
本実施形態の各実施例では、反射結像光学系において光束を折り曲げる方向であるＹ方向に短径を有する楕円形状の開口部を開口絞りＡＳに設け、開口部の長径寸法Ｄｘを短径寸法Ｄｙの約２．０２倍または約１．４１倍に設定することにより、Ｘ方向に関する像側開口数ＮＡｘを従来技術に比して２倍または１．４倍の大きさまで増大させている。すなわち、本実施形態の各実施例では、例えばＥＵＶ光を用いる露光装置に適用可能な反射光学系であって、光束の光路分離を可能にしつつ開口数の増大を図ることのできる結像光学系が実現される。
具体的に、上述の各実施例では、波長が１３．５ｎｍのＥＵＶ光に対して、Ｘ方向に関して０．４または０．３５という比較的大きな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の円弧状の有効結像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×３４ｍｍまたは２６ｍｍ×３７ｍｍ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。
本実施形態の露光装置では、Ｘ方向に関する像側開口数ＮＡｘがＹ方向に関する像側開口数ＮＡｙの２倍または１．４倍の大きさを有する結像光学系６を用いて回路パターンを投影露光する。したがって、クリティカルレイヤーと称されるレイヤーに限界解像を用いて形成すべきパターンについては、Ｘ方向に沿って空間周波数が高く（ピッチが小さく）且つＹ方向に沿って空間周波数が低く（ピッチが大きく）なるように、回路パターンの設計を行えば良い。
なお、上述の各実施例では、１３．５ｎｍの波長を有するＥＵＶ光を例示的に用いているが、これに限定されることなく、例えば５〜４０ｎｍ程度の波長を有するＥＵＶ光や、他の適当な波長の光を使用する結像光学系に対しても同様に本発明を適用することができる。
また、上述の各実施例では、円弧状の有効結像領域ＥＲの中心を通る径方向とＹ方向とは一致しているが、これに限定されることなく、円弧状の有効結像領域ＥＲの中心を通る径方向とＹ方向とがなす角度を３０度よりも小さくすることにより本発明の効果を得ることができる。
また、上述の各実施例では、ウェハ７上に形成される有効結像領域が円弧状であるが、これに限定されることなく、例えば矩形状の有効結像領域を形成することもできる。この場合、矩形状の有効結像領域の短辺方向とＹ方向とを一致させることにより本発明の効果を得ることができる。あるいは、矩形状の有効結像領域の短辺方向とＹ方向とがなす角度を３０度よりも小さくすることにより本発明の効果を得ることができる。
また、上述の各実施例では、逆瞳タイプの反射結像光学系を例にとって本発明を説明しているが、これに限定されることなく、正瞳タイプの反射結像光学系に対しても同様に本発明を適用することができる。なお、正瞳タイプの反射結像光学系とは、物体面を挟んで光学系側に入射瞳を有する反射結像光学系である。
以上のように、本発明では、第１面の像を第２面上に形成する反射結像光学系において、第２面上の第１方向に関する第２面側の開口数は、第２面上において第１方向と交差する第２方向に関する第２面側の開口数の１．１倍（さらに好ましくは１．５倍）よりも大きいことが重要である。また、別の観点によれば、本発明では、第１面の像を第２面上に形成する反射結像光学系において、第２面側の開口数を規定する開口絞りを備え、開口絞りは楕円形状の開口部を有し、該楕円形状の開口部の長径方向の寸法は短径方向の寸法の１．１倍よりも大きいことが重要である。
上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図１３は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１３に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。
ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを感光性基板としてパターンの転写を行う。
なお、上述の実施形態では、ＥＵＶ光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、ＥＵＶ光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。
また、上述の実施形態では、ＥＵＶ光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、ＥＵＶ光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。
また、上述の実施形態では、露光装置の投影光学系としての結像光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、一般に第１面の像を第２面上に形成する反射結像光学系に対しても同様に本発明を適用することができる。
また、上述の実施形態では、全ての光学素子が反射鏡のみからなる反射結像光学系に対して本発明を適用しているが、一部の光学素子が屈折光学素子または回折光学素子（反射型回折光学素子または透過型回折光学素子）である結像光学系に対して本発明を適用しても良い。
１ レーザプラズマＸ線源
２ａ，２ｂ フライアイ光学系
３ 斜入射ミラー
４ マスク
５ マスクステージ
６ 結像光学系
７ ウェハ
８ ウェハステージ
ＩＬ 照明光学系
Ｇ１，Ｇ２ 反射光学系
Ｍ１〜Ｍ６ 反射鏡

Claims (1)

  1. 第１面の像を第２面上に形成する反射結像光学系において、
    前記第２面上の第１方向に関する前記第２面側の開口数は、前記第２面上において前記第１方向と交差する第２方向に関する前記第２面側の開口数の１．１倍よりも大きいことを特徴とする結像光学系。
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