JP3576961B2 - 投影露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影露光装置及びデバイス製造方法に関し、例えばＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造するためのフォトリソグラフィ工程でレチクル上のパターンを感光性の基板上に連続発振するエキシマレーザを光源手段として用い投影露光する際に好適な投影露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスや液晶パネル等のデバイスをフォトリソグラフィ技術を用いて製造する際の光源手段として
連続発振するエキシマレーザを用いた投影露光装置が特開平１０−１６３５４７号公報に記載されている。
【０００３】
同公報ではレチクルを照明する照明光学系に回転拡散板を使用してスペックルパターンを除去するインコヒーレント化系を搭載することを示唆している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、同公報は、レチクルの回路パターンを投影する投影光学系にどのような構成を採るべきか示していない。
【０００５】
連続発振エキシマレーザは波長スペクトルの半値幅が１ｐｍ以下と非常に狭いので、投影光学系を単一の硝材より成る単色の（色収差補正をしない）レンズ系とすることが考えられる。しかしながらエキシマレーザからのレーザ光は波長スペクトル（波長）が変動する特性があるので、単色のレンズ系を用いると、波長スペクトルの変動に伴うレンズ系の光学特性（倍率、焦点位置、収差等）の変動が生じ、レチクルの回路パターンをウエハ上に正しく投影することができないという問題がある。
【０００６】
とくに連続発振エキシマレーザは発振開始時から発振波長が設計値に一致するとは限らないという深刻な問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、連続発振エキシマレーザの発振波長を発振開始時から設計波長と一致させることができる投影露光装置及びデバイス製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の投影露光装置は、
連続発振エキシマレーザからの所定波長のレーザ光で照明したレチクルのパターンを、実質的に単一の硝材より成るレンズ系で構成された投影光学系により、基板上に投影する投影露光装置において、
前記連続発振エキシマレーザの共振器に前記所定波長の光を注入する注入用レーザと、
前記連続発振エキシマレーザからのレーザ光の波長を検出する波長計と、
前記波長計からの信号に基づいて、前記連続発振エキシマレーザからのレーザ光の波長の前記所定波長からのずれを補正するために前記連続発振エキシマレーザの共振器長を変化させる手段と、を有することを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、
前記注入用レーザは、パルス発振エキシマレーザであり、前記パルス発振エキシマレーザからの光の波長を波長計で検出し、該波長計からの信号に基づいて、前記パルス発振エキシマレーザからの波長が前記所定波長となるように前記パルス発振エキシマレーザの共振器内の狭帯域化素子を駆動することを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１、又は２の発明において、
前記共振器長を変化させる手段は、前記共振器の鏡を変位させる手段及び／又は励起用ガスの圧力を変える手段を有することを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明のデバイスの製造方法は、
請求項１から３のいずれか１項に記載の投影露光装置を用いてデバイスパターンで基板を露光する段階と、該露光した基板を現像する段階とを含むことを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の投影露光装置の実施形態１を示す概略図である。本実施形態は半導体素子、液晶素子、撮像素子或いは磁気ヘッドなどのデバイスを製造する際に使用する、ステップ＆スキヤン型の走査型投影露光装置（解像度０．１３μｍ以下）に適用した場合を示す。
【００２０】
図１において、１は連続発振するＡｒＦエキシマレーザ（中心波長１９３ｎｍ、半値幅０．２ｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｍ以下）、５はハーフミラー（半透過鏡），２はレーザ１からのレーザ光で回路パターンが形成されたレチクルＲｅを照明する照明光学系、３はレチクルＲｅの回路パターンの縮小像をウエハＷ上に縮小投影する投影光学系で、実質的に単一の硝材より成るレンズ系で構成してある。４はウエハＷを保持して動く可動ステージを示す。
【００２１】
図１の投影露光装置は、ウエハＷ上の各ショット領域に対し、レチクルＲｅを断面形状が矩形または円弧のスリット状の照明光で照明し、この照明光のスリット状断面の幅方向に関して、レチクルＲｅとウエハＷを、投影光学系３の光軸と直交する方向に、互いに逆向きに、投影光学系３の投影倍率と同一の速度比で走査することにより、レチクルＲｅの回路パターンをウエハＷのショット領域に投影露光する。
【００２２】
本実施形態の投影露光装置は、連続発振エキシマレーザ１にパルス発振ＡｒＦエキシマレーザ（中心波長１９３ｎｍ、半値幅１ｐｍ以下）２０１から出力されるパルス光を注入して連続発振エキシマレーザ１の発振波長を該パルス光の発振波長に一致させる機構を有する。このような手法を注入同期法（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｒｏｃｋ）という。
【００２３】
連続発振エキシマレーザ１では、発振開始後発振波長が設計値（通常、光学系を設計する際の波長と同一）に一致するまでに時間がかかったり、最悪の場合には設計値に一致しなかったりする。しかしながら、この注入同期法を用いて、連続発振エキシマレーザ１に、その設計波長と発振波長が同じでバンド幅が１ｐｍ以下に狭帯域化されたパルス発振エキシマレーザ光を注入することで、連続発振エキシマレーザ１の発振波長を設計波長である１９３ｎｍに発振開始時から一致させることができる。
【００２４】
パルス発振エキシマレーザ２０１から出力されるレーザ光の一部は半透過鏡２０３で反射して波長モニタ２０４に入射する。波長モニタ２０４はパルスレーザ光の波長を検出して演算器２０２に提供する。演算器２０２は、波長モニタ２０４の出力に基づいて、設計波長からのパルスレーザ光の現在の中心波長のずれ量を検出し、このずれ量に基づいてパルス発振エキシマレーザ２０１内の狭帯域化素子（例えば、プリズム、回折格子またはエタロン）を駆動することにより、パルス発振エキシマレーザ２０１の中心波長を設計波長である１９３ｎｍに一致させる。したがって、中心波長が１９３ｎｍに維持されたパルスレーザ光が連続発振エキシマレーザ１に注入される。この注入時に連続発振エキシマレーザ１の波長安定化機構（５，６，７，９）を作動させるにより連続発振エキシマレーザ１の中心波長は素早く設計波長である１９３ｎｍに一致する。また、その後は、連続発振エキシマレーザ１を再起動するまでは、注入同期を行う必要はない。注入同期を止めても、波長安定化機構（５，６，７，９）が作動していれば、連続発振エキシマレーザ１から出力されるレーザ光の中心波長は一定に維持され、単色のレンズ系である投影光学系３において連続発振エキシマレーザ１からのレーザ光の波長変動に基づく光学特性（倍率，焦点位置，収差）の変動が生じるのを防止し、レチクルの回路パターンを正確にウエハＷ上に投影することができる。
【００２５】
また、波長安定化機構と光学特性補正手段の双方を設けないで、常に注入同期法により連続発振エキシマレーザ１にレーザ光を注入する形態とすることもできる。
【００２６】
図１中、５は半透過鏡、６は半透過鏡５で反射されたレーザ光の一部の光を受光して、レーザ光の波長を検出する波長計（第１波長モニタ）、７は波長計６の出力を受け、それが示す現在の中心波長の設計波長からのずれを検出し、このずれ量に基づいて、ピエゾ素子９を駆動する第１演算器７である。波長モニタ６、第１演算器７そしてピエゾ素子９はレーザ１の発振波長を一定に維持する波長安定化手段の一要素を構成している。これら第１演算器７とピエゾ素子９によりレーザ１の共振用のミラーを光軸方向に微小変位させて共振器長を変えることによりレーザー１の発振波長を設計波長に一致させ、レーザ光の発振波長を一定に維持する。これにより、単色のレンズ系である投影光学系３においてレーザ光の波長変動に基づく光学特性（倍率，焦点位置，収差等）の変動が生じるのを防止でき、レチクルＲｅの回路パターンを正確にウエハＷ上に投影できる。
【００２７】
又波長計６の出力が第２演算器８にも入力され、第２演算器８と各種補正手段によって、レーザ光の波長変動に伴う投影光学系３の光学特性の変化を補正できるようにしている。このような機構を有する場合、第１演算器７及びピエゾ素子９による波長安定化手段の機構は有していなくてもよいが、双方の機構を有していて双方の機構を利用するようにしても構わない。
【００２８】
第２演算器８は、不図示の各種センサーの出力を評価して温度、湿度、気圧、レンズの発熱・放熱等によって変動する投影光学系３の光学特性（倍率，焦点位置，収差等）の変化を補正するものであり、例えば複数のレンズ、可動ステージ４を光軸方向に移動させたり、光学部材を偏心させたり、レンズ間の空気圧を変えたりして、光学特性の補正を行なう。本実施の形態においては、これらの補正手段以外にも公知の様様な光学特性補正手段が使用できる。
【００２９】
以上のように本実施形態によれば連続発振エキシマレーザ１は発振開始時に波長が設計波長に収束するのに時間がかかるので、この時に、図１に示す注入同期法を用いて収束時間を短縮している。
【００３０】
本発明によれば、解像度が０．０９μｍ以下のパターン像が得られる投影露光装置も達成できる。この場合、エキシマレーザ１として連続発振するＦ２エキシマレーザ（中心波長１５７ｎｍ、半値幅０．１ｐｍ以下、好ましくは０．０８ｐｍ以下）を使用する。
【００３１】
図２は、図１の連続発振エキシマレーザ１の概略図である。１０１は、励起用のガスが封入され高速循環されるレーザチャンバ、１０３はマイクロ波をレーザチャンバに導入する誘電体、
１０４はマイクロ波を導波するマイクロ波導波管、
１０５は、マイクロ波を供給するマイクロ波発振源である。
【００３２】
１０６ａは出力ミラーであるハーフミラー、１０６ｂはミラー、
１０６はミラーである。１０９はシャッター、１１０は、マイクロ波発振源１０５、シャッター１０９を制御する制御系である。ハーフミラー１０６ａとミラー１０６ｂで、エキシマレーザ１の光共振器を構成している。
【００３３】
次に動作について説明する。
【００３４】
マイクロ波発振源１０５からのマイクロ波は、マイクロ波導波管１０４によって導波され、誘電体１０３を介してレーザチャンバ１０１内のエキシマレーザガスを連続励起する。励起されたエキシマレーザガスからの光は、ミラ−１０６ａ，ｂで反射してレーザチャンバ１０１に戻り、励起されたエキシマレーザガスで誘導励起発光し、その光がハーフミラー１０６ａとミラー１０６ｂで構成される光共振器（レーザ共振器）内を往復しながら順次誘導放出することにより、所定の波長の光のみが増幅する。そして、増幅された光の一部がハーフミラー１０６ａ介して出力される。
【００３５】
図３は図１の照明光学系２の構成を示すブロック図である。図３の照明光学系２は、レチクルのパターンの種類（寸法や形状や構造）に応じて照明モード（有効光源の形状や大きさ）を選択できる、複数の照明モードを有する照明光学系である。
【００３６】
図３において、図１のエキシマレーザ１からのレーザ光は偏光制御系２１によって少なくとも２光束に分割されて、例えば２光束の場合には、互いに偏光方向が直交する２光束になる。この２光束の合成された光であるレーザ光は断面強度分布均一化系２２によってその断面の強度分布が均一化される。断面強度分布均一化系はフライアイレンズとレンズの組み合わせ及び光パイプ（カレイドスコープ）の少なくとも一方を含む。また、偏光制御系２１は、例えば光分割用の偏光ビームスプリッタと光分割用の偏光ビームスプリッタを含む。
【００３７】
断面強度分布均一化系２２からのレーザ光は、走査光学系２３により、照明光学系２の瞳面にフォーカスされ、走査光学系２３の２次元走査用の一枚若しくは二枚のガルバノミラーを駆動装置２４で駆動して回動させることよって、照明光学系２の瞳面に形成したレーザ光スポットを走査し、瞳面に、予め決めた形状及び大きさを持つ２次光源（有効光源）を形成する。この形状としては、円、有限の幅を持つ輪帯、四重極などがあり、この形状は、レチクルＲｅのパターンの種類や寸法に応じて自動的に或いは手動で選択される。走査光学系２３からのレーザ光はマスクキングブレード結像系２５を介してレチクル（不図示）に達し、レチクルを、上述した断面形状が矩形または円弧のスリット状に光で照明する。マスクキングブレード結像系２５は、上記の瞳面の前方または後方にある、レチクルと光学的に共役な矩形または円弧のスリットを形づけるマスクキングブレードをレチクル上に結像するものである。
【００３８】
また、２次元走査用の一枚若しくは二枚のガルバノミラーの光反射位置とレチクルの回路パターン位置とは光学的に共役な関係にあり、これらの関係にもとづき、ガルバノミラーの回動で順次生じる複数の２次光源像からの各光束をレチクルの同一領域に重畳して入射させることができる。
【００３９】
なお、照明光学系２の瞳面は投影光学系３の瞳面（開口絞り）と光学的に共役な位置関係にあるので、照明光学系の瞳面での光強度分布は、実質的にそのまま、投影光学系３の瞳面に投影される。
【００４０】
図４（Ａ）は走査光学系２３が２枚のガルバノミラーを有する場合の２枚のガルバノミラーＧＭ１、ＧＭ２の説明図である。
【００４１】
図４（Ａ）において、ガルバノミラーＧＭ１は矢印の如く紙面内方向に振動し、ガルバノミラーＧＭ２は紙面と垂直方向に振動し、これによって光軸に平行な平行光束ＬＬａを反射偏向して、平行光束として射出させ不図示の集光レンズ系を介して照明光学系の瞳面を光スポットで２次元的に走査して所望の形状の２次光源（有効光源）を形成する。
【００４２】
ガルバノミラーＧＭ１の中心反射点ＧＭ１ａとガルバノミラーＧＭ２の中心反射点ＧＭ２ａはレンズ系Ｌａ１、Ｌａ２によって略共役関係となっている。
【００４３】
図４（Ｂ）は、走査光学系が１枚のガルバノミラーを有する場合の一枚のガルバノミラーＧＭ３の説明図である。図４（Ｂ）において、ガルバノミラーＧＭ３は紙面内方向及び紙面と垂直な面内方向に振動することにより入射光束ＬＬａを反射偏向して不図示の集光レンズ系を介して照明光学系の瞳面上を２次元的に走査して２次光源（有効光源）を形成する。
【００４４】
図５（Ａ）〜（Ｄ）は走査光学系２３を用いて照明光学系の瞳面上に形成される２次光源（有効光源）を示す説明図である。
【００４５】
図５（Ａ）が示す円形の２次光源は通常照明に用いられるものであり、σ値（＝照明光学系のＮＡ／投影光学系のＮＡ）が０．５〜０．７程度となる大きさである。図５（Ｂ）が示す円形の２次光源はσ値が０．３〜０．４程度となる大きさを持つものであり、位相シフトマスクを用いた時などの小σ照明に用いられるものであり、図５（Ｃ）が示す輪帯状の２次光源は輪帯照明用のものであり、図５（Ｄ）が示す４重極の２次光源は４重極照明用のものである。
【００４６】
第３演算器２６は、レチクルＲｅまたはウエハＷの走査速度をＶ（ｍｍ／ｓｅｃ）、レチクル上の照明光（スリット）の幅をＷ（ｍｍ）、瞳面に一回２次光源を描くの必要な時間をＴ（ｓｅｃ）とすると、
Ｗ／Ｖ＝ｎＴ（ｎは整数） ・・・（ａ）
を満たすように、ガルバノミラー駆動装置２４を制御してレーザ光スポットを走査する。これにより、ウエハ上のショット領域全体が互いに同じ形状の有効光源を使って投影露光されることになり、露光の均一化が達成される。
【００４７】
図６は図３の走査光学系２３とマスキングブレード結像系２５の位置関係を示す図である。
【００４８】
図６において、連続発振エキシマレーザ１からの光束は、偏光制御系２１や断面強度分布均一化系２２を介し走査光学系２３に入射し、走査光学系２３とレンズ系１１１を介して、面１１３上に２次光源（有効光源）１１２を形成する。 走査光学系は前述の式（ａ）を満足するように光スポットで照明光学系の瞳面を走査している。
【００４９】
２次光源１１２からの光束はレンズ系１１４によって複数の可動ブレード（遮光部材）を有するマスキングブレード１１６をケーラー照明している。マスキングブレード１１６は４枚の可動ブレードの相対するエッジでスリット状の開口（幅Ｗａ ｍｍ）を形作っている。尚，レンズ系１１４がフライアイレンズを含む場合もある。
【００５０】
１１７はコリメーターレンズであり、マスキングブレード１１６を通過した光束を集光している。
【００５１】
１１９はリレーレンズであり、コリメーターレンズ１１７からの光束を集光してレチクル（マスク）１２０上を光照射し、その上にスリット状照明域（幅 Ｗｍｍ）を形成している。１２１は投影光学系であり、レチクル１２０面上のパターンを半導体基板としてのウエハ１２２に縮小投影している。
【００５２】
本実施例において、マスキングブレード１１６とレチクル１２０は、コリメーターレンズ１１７、リレーレンズ１１９よりなる光学系により略共役関係にある。また２次光源面１１３と投影光学系１２１の瞳面１２２とは略共役関係となるようにしている。
【００５３】
１２３は移動制御系であり、レチクル１２０と半導体基板（ウエハ）１２２を不図示の駆動装置により投影光学系１２１の倍率と同じ比率で正確に一定速度で矢印方向に移動させている。
【００５４】
これにより、レチクル１２０上のパターンをウエハ１２２に走査露光している。
【００５５】
図７は本発明に係る投影光学系３のレンズ構成の要部断面図、図８は図７の投影光学系の収差図である。図８においてＹはウエハＷ面上での像高、Ｓはサジタル像面、Ｍはメリディオナル像面、ＮＡは開口数を示す。
【００５６】
図７の投影光学系は、全てのレンズの材質が合成石英（ＳｉＯ２）より成り、投影倍率は１／４倍であり、像側の開口数はＮＡ＝０．６５、物像間距離（レチクルーウエハＷ間距離）はＬ＝１０００ｍｍである。又、設計波長は１９３ｎｍ、画面範囲はウエハ上での露光領域の直径は、φ２７．３ｍｍである。また、物体側（レチクル側）及び像面側（ウエハ側）においてほぼテレセントリックになっている。表１に図７の投影光学系のレンズデータを示す。
【００５７】
尚、表１において、ｒｉは物体側（レチクル側）より順に第ｉ番目の面の曲率半径、ｄｉは物体側より順に第ｉ番目のと第ｉ＋１番目のレンズ厚又は空気間隔、ｎｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズの硝子の屈折率を示すものとする。非球面の形状は次式、
【００５８】
【数１】
【００５９】
にて与えられるものとする。ここに、Ｘはレンズ頂点から光軸方向への変位量、Ｈは光軸からの距離、ｒｉは曲率半径、ｋは円錐定数、Ａ〜Ｇは非球面係数である。尚、露光波長１９３ｎｍに対する石英の屈折率は１．５６０２である。又、非球面の局所曲率パワーＰＨは、上記非球面の式ＸをＸ（Ｈ）の関数として次式で与えられる。
【００６０】
ＰＨ＝（Ｎ’−Ｎ）／ρ
【数１】
Ｎ、Ｎ’は各々屈折面の前後の媒質の屈折率である。
【００６１】
図７の投影光学系３は、レチクルＲｅ側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｌ５、負の屈折力を有する第６レンズ群Ｌ６、正の屈折力を有する第７レンズ群Ｌ７、により構成し、非球面を７面使用している。
【００６２】
第１レンズ群Ｌ１は、像側（ウエハ側）に凸面を向けた平凸形状の非球面を有した正レンズ１枚により構成している。ｒ２の非球面は局所曲率パワーの変化が正方向である領域を有しており、この非球面により、主に正の歪曲収差を発生させ、歪曲収差の補正に寄与している。
【００６３】
第２レンズ群Ｌ２は、両凹形状（両レンズ面が凹形状）の非球面負レンズ１枚よりなる。ｒ３の非球面は局所曲率パワーの変化が負方向である領域を有しており、又、レンズ群Ｌ１のｒ２との関係においては、局所曲率パワーの変化が逆方向の領域を有している。
【００６４】
第３レンズ群Ｌ３は、物体側から順に、像側に凸面を向けた平凸形状の正レンズ、物体側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズ、よりなる。
【００６５】
第４レンズ群Ｌ４は、物体側から順に、両凹形状の負レンズ、両凹形状の非球面を有する負レンズ、よりなる。ｒ１１の非球面は局所曲率パワーの変化が負方向である領域を有しており、又、レンズ群Ｌ１のｒ２との関係においては、局所曲率パワーの変化が逆方向の領域を有している。この非球面により、主に像面及びコマ収差等をバランス良く補正することに寄与している。
【００６６】
第５レンズ群Ｌ５は、物体側より順に、像側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズ、両凸形状（両レンズ面が凸形状）の正レンズ、よりなる。
【００６７】
第６レンズ群Ｌ６は、両凹形状の非球面の負レンズ１枚よりなる。この非球面により、主に強い負の屈折力により発生する球面収差やコマ収差を効果的に補正している。
【００６８】
第７レンズ群Ｌ７は、物体側より順に、像側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ、両凸形状の非球面を有する正レンズ、物体側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の２枚の正レンズ、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ、よりなる。この第７レンズ群Ｌ７においては、物体面上の軸上から発した光束である軸上光束が高い位置において用いられている非球面は、主にこの強い正の屈折力を有する第７レンズ群にて発生する負の球面収差を補正するために用いられている。又、像面付近の凸面にて用いられている非球面は、主にコマ収差と歪曲収差をバランス良く補正するのに寄与している。
【００６９】
本投影光学系は、特に絞りＳＰ以前（レチクル側）に５面の非球面レンズを導入したことで、主に歪曲収差や非点収差、コマ収差等をバランス良く効果的に補正することができる。又、軸外主光線に影響の大きな面を非球面に設定して、軸外に関連した収差を主に補正するとともに他の収差補正の負担を軽減し、良好な光学性能を実現している。非球面レンズを７枚使用して、高開口数（高ＮＡ）でありながら合計で１６枚の光学系を達成している。
【００７０】
本発明に係る投影光学系の硝材としてＣａＦ２の他にＢａＦ２、又はＭｇＦ２等も適用可能である。
【００７１】
図７の投影光学系は全てのレンズの材質が合成石英（ＳｉＯ２）より成る単色のレンズ系であったが、例えば，図７の投影光学系の第７レンズ群７の最もウエハ側のレンズ１〜２枚や不図示のカバーガラスを蛍石（ＣａＦ２）により、構成することで、レンズ系の耐久性を上げてもいい。本発明において、実質的に単一の硝材より成るレンズ系とは、このような少々別の硝材を使う場合も含む。
【００７２】
【外１】
【００７３】
また、共振器長を変える手段としては、ミラーを変位させるものの他に、励起用のガスの圧力を変化させるものもある。
【００７４】
また、本発明は半導体素子、液晶素子、撮像素子或いは磁気ヘッドなどのデバイスを製造する際に使用する、ステップ＆リピート型の投影露光装置にも適用できる。
【００７５】
Ｆ２エキシマレーザを用いる場合にはレンズには、上記の材料のうち石英以外の材料（例えばＣａＦ２のみ）を行う。
【００７６】
以下、本発明の投影露光装置用いた半導体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。
【００７７】
図９は、本発明のデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造方法のフローチャートである。これについて説明する。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう、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。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマスク（レチクル）３とウエハ７と本発明の投影レンズとを用いてリソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組立）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウエ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、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００７８】
図１０は、上記ウエ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）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では本発明の投影露光装置によってレチクルの回路パターンをウエハに投影露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。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なうことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００７９】
本実施形態の製造方法を用いれば、高集積度の半導体デバイスを容易に製造することができる。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば連続発振エキシマレーザの発振開始時から発振波長を設計波長と一致させることができ、高スループットで投影露光ができる この他影光学系に単色のレンズ系を用いても、レチクルのパターンを正確に基板上に投影することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投影露光装置の実施形態１の要部概略図
【図２】図１の連続発振エキシマレーザとその周辺部の概略図
【図３】図１の照明光学系の要部ブロック図
【図４】本発明に係る照明光学系の走査系の一部分の説明図
【図５】本発明に係る照明光学系の瞳面での２次光源像の説明図
【図６】本発明の投影露光装置の照明光学系の走査系とレチクル上の照明領域を示す説明図
【図７】図１の投影光学系のレンズ系の要部断面図
【図８】図１の投影光学系のレンズ系の収差図
【図９】本発明のデバイス製造方法のフローチャート
【図１０】本発明のデバイス製造方法のフローチャート
【符号の説明】
１ 連続発振エキシマレーザ
２ 照明光学系
３ 投影光学系
４ 可動ステージ
５ 半透過鏡
６ 第１波長モニタ
７ 第１演算器
８ 第２演算器
９ ピエゾ素子
２０１ パルス発振レーザ
２０３ ハーフミラー
２０４ 第２波長モニター
２０２ 演算器
１０１ レーザチャンバ
１０３ 誘電体
１０４ マイクロ波導波管
１０５ マイクロ波発振源
１０６ｂ ミラー
１０６ａ アウトプットミラー
Ｒｅ レチクル
Ｗ ウエハ
２１ 偏光制御系
２２ 断面強度分布均一化系
２３ 走査光学系
２４ ガルバノミラー駆動装置
２５ マスキングブレード結像系
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影露光装置及びデバイス製造方法に関し、例えばＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造するためのフォトリソグラフィ工程でレチクル上のパターンを感光性の基板上に連続発振するエキシマレーザを光源手段として用い投影露光する際に好適な投影露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスや液晶パネル等のデバイスをフォトリソグラフィ技術を用いて製造する際の光源手段として
連続発振するエキシマレーザを用いた投影露光装置が特開平１０−１６３５４７号公報に記載されている。
【０００３】
同公報ではレチクルを照明する照明光学系に回転拡散板を使用してスペックルパターンを除去するインコヒーレント化系を搭載することを示唆している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、同公報は、レチクルの回路パターンを投影する投影光学系にどのような構成を採るべきか示していない。
【０００５】
連続発振エキシマレーザは波長スペクトルの半値幅が１ｐｍ以下と非常に狭いので、投影光学系を単一の硝材より成る単色の（色収差補正をしない）レンズ系とすることが考えられる。しかしながらエキシマレーザからのレーザ光は波長スペクトル（波長）が変動する特性があるので、単色のレンズ系を用いると、波長スペクトルの変動に伴うレンズ系の光学特性（倍率、焦点位置、収差等）の変動が生じ、レチクルの回路パターンをウエハ上に正しく投影することができないという問題がある。
【０００６】
とくに連続発振エキシマレーザは発振開始時から発振波長が設計値に一致するとは限らないという深刻な問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、連続発振エキシマレーザの発振波長を発振開始時から設計波長と一致させることができる投影露光装置及びデバイス製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の投影露光装置は、
連続発振エキシマレーザからの所定波長のレーザ光で照明したレチクルのパターンを、実質的に単一の硝材より成るレンズ系で構成された投影光学系により、基板上に投影する投影露光装置において、
前記連続発振エキシマレーザの共振器に前記所定波長の光を注入する注入用レーザと、
前記連続発振エキシマレーザからのレーザ光の波長を検出する波長計と、
前記波長計からの信号に基づいて、前記連続発振エキシマレーザからのレーザ光の波長の前記所定波長からのずれを補正するために前記連続発振エキシマレーザの共振器長を変化させる手段と、を有することを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、
前記注入用レーザは、パルス発振エキシマレーザであり、前記パルス発振エキシマレーザからの光の波長を波長計で検出し、該波長計からの信号に基づいて、前記パルス発振エキシマレーザからの波長が前記所定波長となるように前記パルス発振エキシマレーザの共振器内の狭帯域化素子を駆動することを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１、又は２の発明において、
前記共振器長を変化させる手段は、前記共振器の鏡を変位させる手段及び／又は励起用ガスの圧力を変える手段を有することを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明のデバイスの製造方法は、
請求項１から３のいずれか１項に記載の投影露光装置を用いてデバイスパターンで基板を露光する段階と、該露光した基板を現像する段階とを含むことを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の投影露光装置の実施形態１を示す概略図である。本実施形態は半導体素子、液晶素子、撮像素子或いは磁気ヘッドなどのデバイスを製造する際に使用する、ステップ＆スキヤン型の走査型投影露光装置（解像度０．１３μｍ以下）に適用した場合を示す。
【００２０】
図１において、１は連続発振するＡｒＦエキシマレーザ（中心波長１９３ｎｍ、半値幅０．２ｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｍ以下）、５はハーフミラー（半透過鏡），２はレーザ１からのレーザ光で回路パターンが形成されたレチクルＲｅを照明する照明光学系、３はレチクルＲｅの回路パターンの縮小像をウエハＷ上に縮小投影する投影光学系で、実質的に単一の硝材より成るレンズ系で構成してある。４はウエハＷを保持して動く可動ステージを示す。
【００２１】
図１の投影露光装置は、ウエハＷ上の各ショット領域に対し、レチクルＲｅを断面形状が矩形または円弧のスリット状の照明光で照明し、この照明光のスリット状断面の幅方向に関して、レチクルＲｅとウエハＷを、投影光学系３の光軸と直交する方向に、互いに逆向きに、投影光学系３の投影倍率と同一の速度比で走査することにより、レチクルＲｅの回路パターンをウエハＷのショット領域に投影露光する。
【００２２】
本実施形態の投影露光装置は、連続発振エキシマレーザ１にパルス発振ＡｒＦエキシマレーザ（中心波長１９３ｎｍ、半値幅１ｐｍ以下）２０１から出力されるパルス光を注入して連続発振エキシマレーザ１の発振波長を該パルス光の発振波長に一致させる機構を有する。このような手法を注入同期法（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｒｏｃｋ）という。
【００２３】
連続発振エキシマレーザ１では、発振開始後発振波長が設計値（通常、光学系を設計する際の波長と同一）に一致するまでに時間がかかったり、最悪の場合には設計値に一致しなかったりする。しかしながら、この注入同期法を用いて、連続発振エキシマレーザ１に、その設計波長と発振波長が同じでバンド幅が１ｐｍ以下に狭帯域化されたパルス発振エキシマレーザ光を注入することで、連続発振エキシマレーザ１の発振波長を設計波長である１９３ｎｍに発振開始時から一致させることができる。
【００２４】
パルス発振エキシマレーザ２０１から出力されるレーザ光の一部は半透過鏡２０３で反射して波長モニタ２０４に入射する。波長モニタ２０４はパルスレーザ光の波長を検出して演算器２０２に提供する。演算器２０２は、波長モニタ２０４の出力に基づいて、設計波長からのパルスレーザ光の現在の中心波長のずれ量を検出し、このずれ量に基づいてパルス発振エキシマレーザ２０１内の狭帯域化素子（例えば、プリズム、回折格子またはエタロン）を駆動することにより、パルス発振エキシマレーザ２０１の中心波長を設計波長である１９３ｎｍに一致させる。したがって、中心波長が１９３ｎｍに維持されたパルスレーザ光が連続発振エキシマレーザ１に注入される。この注入時に連続発振エキシマレーザ１の波長安定化機構（５，６，７，９）を作動させるにより連続発振エキシマレーザ１の中心波長は素早く設計波長である１９３ｎｍに一致する。また、その後は、連続発振エキシマレーザ１を再起動するまでは、注入同期を行う必要はない。注入同期を止めても、波長安定化機構（５，６，７，９）が作動していれば、連続発振エキシマレーザ１から出力されるレーザ光の中心波長は一定に維持され、単色のレンズ系である投影光学系３において連続発振エキシマレーザ１からのレーザ光の波長変動に基づく光学特性（倍率，焦点位置，収差）の変動が生じるのを防止し、レチクルの回路パターンを正確にウエハＷ上に投影することができる。
【００２５】
また、波長安定化機構と光学特性補正手段の双方を設けないで、常に注入同期法により連続発振エキシマレーザ１にレーザ光を注入する形態とすることもできる。
【００２６】
図１中、５は半透過鏡、６は半透過鏡５で反射されたレーザ光の一部の光を受光して、レーザ光の波長を検出する波長計（第１波長モニタ）、７は波長計６の出力を受け、それが示す現在の中心波長の設計波長からのずれを検出し、このずれ量に基づいて、ピエゾ素子９を駆動する第１演算器７である。波長モニタ６、第１演算器７そしてピエゾ素子９はレーザ１の発振波長を一定に維持する波長安定化手段の一要素を構成している。これら第１演算器７とピエゾ素子９によりレーザ１の共振用のミラーを光軸方向に微小変位させて共振器長を変えることによりレーザー１の発振波長を設計波長に一致させ、レーザ光の発振波長を一定に維持する。これにより、単色のレンズ系である投影光学系３においてレーザ光の波長変動に基づく光学特性（倍率，焦点位置，収差等）の変動が生じるのを防止でき、レチクルＲｅの回路パターンを正確にウエハＷ上に投影できる。
【００２７】
又波長計６の出力が第２演算器８にも入力され、第２演算器８と各種補正手段によって、レーザ光の波長変動に伴う投影光学系３の光学特性の変化を補正できるようにしている。このような機構を有する場合、第１演算器７及びピエゾ素子９による波長安定化手段の機構は有していなくてもよいが、双方の機構を有していて双方の機構を利用するようにしても構わない。
【００２８】
第２演算器８は、不図示の各種センサーの出力を評価して温度、湿度、気圧、レンズの発熱・放熱等によって変動する投影光学系３の光学特性（倍率，焦点位置，収差等）の変化を補正するものであり、例えば複数のレンズ、可動ステージ４を光軸方向に移動させたり、光学部材を偏心させたり、レンズ間の空気圧を変えたりして、光学特性の補正を行なう。本実施の形態においては、これらの補正手段以外にも公知の様様な光学特性補正手段が使用できる。
【００２９】
以上のように本実施形態によれば連続発振エキシマレーザ１は発振開始時に波長が設計波長に収束するのに時間がかかるので、この時に、図１に示す注入同期法を用いて収束時間を短縮している。
【００３０】
本発明によれば、解像度が０．０９μｍ以下のパターン像が得られる投影露光装置も達成できる。この場合、エキシマレーザ１として連続発振するＦ２エキシマレーザ（中心波長１５７ｎｍ、半値幅０．１ｐｍ以下、好ましくは０．０８ｐｍ以下）を使用する。
【００３１】
図２は、図１の連続発振エキシマレーザ１の概略図である。１０１は、励起用のガスが封入され高速循環されるレーザチャンバ、１０３はマイクロ波をレーザチャンバに導入する誘電体、
１０４はマイクロ波を導波するマイクロ波導波管、
１０５は、マイクロ波を供給するマイクロ波発振源である。
【００３２】
１０６ａは出力ミラーであるハーフミラー、１０６ｂはミラー、
１０６はミラーである。１０９はシャッター、１１０は、マイクロ波発振源１０５、シャッター１０９を制御する制御系である。ハーフミラー１０６ａとミラー１０６ｂで、エキシマレーザ１の光共振器を構成している。
【００３３】
次に動作について説明する。
【００３４】
マイクロ波発振源１０５からのマイクロ波は、マイクロ波導波管１０４によって導波され、誘電体１０３を介してレーザチャンバ１０１内のエキシマレーザガスを連続励起する。励起されたエキシマレーザガスからの光は、ミラ−１０６ａ，ｂで反射してレーザチャンバ１０１に戻り、励起されたエキシマレーザガスで誘導励起発光し、その光がハーフミラー１０６ａとミラー１０６ｂで構成される光共振器（レーザ共振器）内を往復しながら順次誘導放出することにより、所定の波長の光のみが増幅する。そして、増幅された光の一部がハーフミラー１０６ａ介して出力される。
【００３５】
図３は図１の照明光学系２の構成を示すブロック図である。図３の照明光学系２は、レチクルのパターンの種類（寸法や形状や構造）に応じて照明モード（有効光源の形状や大きさ）を選択できる、複数の照明モードを有する照明光学系である。
【００３６】
図３において、図１のエキシマレーザ１からのレーザ光は偏光制御系２１によって少なくとも２光束に分割されて、例えば２光束の場合には、互いに偏光方向が直交する２光束になる。この２光束の合成された光であるレーザ光は断面強度分布均一化系２２によってその断面の強度分布が均一化される。断面強度分布均一化系はフライアイレンズとレンズの組み合わせ及び光パイプ（カレイドスコープ）の少なくとも一方を含む。また、偏光制御系２１は、例えば光分割用の偏光ビームスプリッタと光分割用の偏光ビームスプリッタを含む。
【００３７】
断面強度分布均一化系２２からのレーザ光は、走査光学系２３により、照明光学系２の瞳面にフォーカスされ、走査光学系２３の２次元走査用の一枚若しくは二枚のガルバノミラーを駆動装置２４で駆動して回動させることよって、照明光学系２の瞳面に形成したレーザ光スポットを走査し、瞳面に、予め決めた形状及び大きさを持つ２次光源（有効光源）を形成する。この形状としては、円、有限の幅を持つ輪帯、四重極などがあり、この形状は、レチクルＲｅのパターンの種類や寸法に応じて自動的に或いは手動で選択される。走査光学系２３からのレーザ光はマスクキングブレード結像系２５を介してレチクル（不図示）に達し、レチクルを、上述した断面形状が矩形または円弧のスリット状に光で照明する。マスクキングブレード結像系２５は、上記の瞳面の前方または後方にある、レチクルと光学的に共役な矩形または円弧のスリットを形づけるマスクキングブレードをレチクル上に結像するものである。
【００３８】
また、２次元走査用の一枚若しくは二枚のガルバノミラーの光反射位置とレチクルの回路パターン位置とは光学的に共役な関係にあり、これらの関係にもとづき、ガルバノミラーの回動で順次生じる複数の２次光源像からの各光束をレチクルの同一領域に重畳して入射させることができる。
【００３９】
なお、照明光学系２の瞳面は投影光学系３の瞳面（開口絞り）と光学的に共役な位置関係にあるので、照明光学系の瞳面での光強度分布は、実質的にそのまま、投影光学系３の瞳面に投影される。
【００４０】
図４（Ａ）は走査光学系２３が２枚のガルバノミラーを有する場合の２枚のガルバノミラーＧＭ１、ＧＭ２の説明図である。
【００４１】
図４（Ａ）において、ガルバノミラーＧＭ１は矢印の如く紙面内方向に振動し、ガルバノミラーＧＭ２は紙面と垂直方向に振動し、これによって光軸に平行な平行光束ＬＬａを反射偏向して、平行光束として射出させ不図示の集光レンズ系を介して照明光学系の瞳面を光スポットで２次元的に走査して所望の形状の２次光源（有効光源）を形成する。
【００４２】
ガルバノミラーＧＭ１の中心反射点ＧＭ１ａとガルバノミラーＧＭ２の中心反射点ＧＭ２ａはレンズ系Ｌａ１、Ｌａ２によって略共役関係となっている。
【００４３】
図４（Ｂ）は、走査光学系が１枚のガルバノミラーを有する場合の一枚のガルバノミラーＧＭ３の説明図である。図４（Ｂ）において、ガルバノミラーＧＭ３は紙面内方向及び紙面と垂直な面内方向に振動することにより入射光束ＬＬａを反射偏向して不図示の集光レンズ系を介して照明光学系の瞳面上を２次元的に走査して２次光源（有効光源）を形成する。
【００４４】
図５（Ａ）〜（Ｄ）は走査光学系２３を用いて照明光学系の瞳面上に形成される２次光源（有効光源）を示す説明図である。
【００４５】
図５（Ａ）が示す円形の２次光源は通常照明に用いられるものであり、σ値（＝照明光学系のＮＡ／投影光学系のＮＡ）が０．５〜０．７程度となる大きさである。図５（Ｂ）が示す円形の２次光源はσ値が０．３〜０．４程度となる大きさを持つものであり、位相シフトマスクを用いた時などの小σ照明に用いられるものであり、図５（Ｃ）が示す輪帯状の２次光源は輪帯照明用のものであり、図５（Ｄ）が示す４重極の２次光源は４重極照明用のものである。
【００４６】
第３演算器２６は、レチクルＲｅまたはウエハＷの走査速度をＶ（ｍｍ／ｓｅｃ）、レチクル上の照明光（スリット）の幅をＷ（ｍｍ）、瞳面に一回２次光源を描くの必要な時間をＴ（ｓｅｃ）とすると、
Ｗ／Ｖ＝ｎＴ（ｎは整数） ・・・（ａ）
を満たすように、ガルバノミラー駆動装置２４を制御してレーザ光スポットを走査する。これにより、ウエハ上のショット領域全体が互いに同じ形状の有効光源を使って投影露光されることになり、露光の均一化が達成される。
【００４７】
図６は図３の走査光学系２３とマスキングブレード結像系２５の位置関係を示す図である。
【００４８】
図６において、連続発振エキシマレーザ１からの光束は、偏光制御系２１や断面強度分布均一化系２２を介し走査光学系２３に入射し、走査光学系２３とレンズ系１１１を介して、面１１３上に２次光源（有効光源）１１２を形成する。 走査光学系は前述の式（ａ）を満足するように光スポットで照明光学系の瞳面を走査している。
【００４９】
２次光源１１２からの光束はレンズ系１１４によって複数の可動ブレード（遮光部材）を有するマスキングブレード１１６をケーラー照明している。マスキングブレード１１６は４枚の可動ブレードの相対するエッジでスリット状の開口（幅Ｗａ ｍｍ）を形作っている。尚，レンズ系１１４がフライアイレンズを含む場合もある。
【００５０】
１１７はコリメーターレンズであり、マスキングブレード１１６を通過した光束を集光している。
【００５１】
１１９はリレーレンズであり、コリメーターレンズ１１７からの光束を集光してレチクル（マスク）１２０上を光照射し、その上にスリット状照明域（幅 Ｗｍｍ）を形成している。１２１は投影光学系であり、レチクル１２０面上のパターンを半導体基板としてのウエハ１２２に縮小投影している。
【００５２】
本実施例において、マスキングブレード１１６とレチクル１２０は、コリメーターレンズ１１７、リレーレンズ１１９よりなる光学系により略共役関係にある。また２次光源面１１３と投影光学系１２１の瞳面１２２とは略共役関係となるようにしている。
【００５３】
１２３は移動制御系であり、レチクル１２０と半導体基板（ウエハ）１２２を不図示の駆動装置により投影光学系１２１の倍率と同じ比率で正確に一定速度で矢印方向に移動させている。
【００５４】
これにより、レチクル１２０上のパターンをウエハ１２２に走査露光している。
【００５５】
図７は本発明に係る投影光学系３のレンズ構成の要部断面図、図８は図７の投影光学系の収差図である。図８においてＹはウエハＷ面上での像高、Ｓはサジタル像面、Ｍはメリディオナル像面、ＮＡは開口数を示す。
【００５６】
図７の投影光学系は、全てのレンズの材質が合成石英（ＳｉＯ２）より成り、投影倍率は１／４倍であり、像側の開口数はＮＡ＝０．６５、物像間距離（レチクルーウエハＷ間距離）はＬ＝１０００ｍｍである。又、設計波長は１９３ｎｍ、画面範囲はウエハ上での露光領域の直径は、φ２７．３ｍｍである。また、物体側（レチクル側）及び像面側（ウエハ側）においてほぼテレセントリックになっている。表１に図７の投影光学系のレンズデータを示す。
【００５７】
尚、表１において、ｒｉは物体側（レチクル側）より順に第ｉ番目の面の曲率半径、ｄｉは物体側より順に第ｉ番目のと第ｉ＋１番目のレンズ厚又は空気間隔、ｎｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズの硝子の屈折率を示すものとする。非球面の形状は次式、
【００５８】
【数１】
にて与えられるものとする。ここに、Ｘはレンズ頂点から光軸方向への変位量、Ｈは光軸からの距離、ｒｉは曲率半径、ｋは円錐定数、Ａ〜Ｇは非球面係数である。尚、露光波長１９３ｎｍに対する石英の屈折率は１．５６０２である。又、非球面の局所曲率パワーＰＨは、上記非球面の式ＸをＸ（Ｈ）の関数として次式で与えられる。
【００６０】
ＰＨ＝（Ｎ’−Ｎ）／ρ
【数１】
【００６１】
図７の投影光学系３は、レチクルＲｅ側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｌ５、負の屈折力を有する第６レンズ群Ｌ６、正の屈折力を有する第７レンズ群Ｌ７、により構成し、非球面を７面使用している。
【００６２】
第１レンズ群Ｌ１は、像側（ウエハ側）に凸面を向けた平凸形状の非球面を有した正レンズ１枚により構成している。ｒ２の非球面は局所曲率パワーの変化が正方向である領域を有しており、この非球面により、主に正の歪曲収差を発生させ、歪曲収差の補正に寄与している。
【００６３】
第２レンズ群Ｌ２は、両凹形状（両レンズ面が凹形状）の非球面負レンズ１枚よりなる。ｒ３の非球面は局所曲率パワーの変化が負方向である領域を有しており、又、レンズ群Ｌ１のｒ２との関係においては、局所曲率パワーの変化が逆方向の領域を有している。
【００６４】
第３レンズ群Ｌ３は、物体側から順に、像側に凸面を向けた平凸形状の正レンズ、物体側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズ、よりなる。
【００６５】
第４レンズ群Ｌ４は、物体側から順に、両凹形状の負レンズ、両凹形状の非球面を有する負レンズ、よりなる。ｒ１１の非球面は局所曲率パワーの変化が負方向である領域を有しており、又、レンズ群Ｌ１のｒ２との関係においては、局所曲率パワーの変化が逆方向の領域を有している。この非球面により、主に像面及びコマ収差等をバランス良く補正することに寄与している。
【００６６】
第５レンズ群Ｌ５は、物体側より順に、像側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズ、両凸形状（両レンズ面が凸形状）の正レンズ、よりなる。
【００６７】
第６レンズ群Ｌ６は、両凹形状の非球面の負レンズ１枚よりなる。この非球面により、主に強い負の屈折力により発生する球面収差やコマ収差を効果的に補正している。
【００６８】
第７レンズ群Ｌ７は、物体側より順に、像側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ、両凸形状の非球面を有する正レンズ、物体側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の２枚の正レンズ、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ、よりなる。この第７レンズ群Ｌ７においては、物体面上の軸上から発した光束である軸上光束が高い位置において用いられている非球面は、主にこの強い正の屈折力を有する第７レンズ群にて発生する負の球面収差を補正するために用いられている。又、像面付近の凸面にて用いられている非球面は、主にコマ収差と歪曲収差をバランス良く補正するのに寄与している。
【００６９】
本投影光学系は、特に絞りＳＰ以前（レチクル側）に５面の非球面レンズを導入したことで、主に歪曲収差や非点収差、コマ収差等をバランス良く効果的に補正することができる。又、軸外主光線に影響の大きな面を非球面に設定して、軸外に関連した収差を主に補正するとともに他の収差補正の負担を軽減し、良好な光学性能を実現している。非球面レンズを７枚使用して、高開口数（高ＮＡ）でありながら合計で１６枚の光学系を達成している。
【００７０】
本発明に係る投影光学系の硝材としてＣａＦ２の他にＢａＦ２、又はＭｇＦ２等も適用可能である。
【００７１】
図７の投影光学系は全てのレンズの材質が合成石英（ＳｉＯ２）より成る単色のレンズ系であったが、例えば，図７の投影光学系の第７レンズ群７の最もウエハ側のレンズ１〜２枚や不図示のカバーガラスを蛍石（ＣａＦ２）により、構成することで、レンズ系の耐久性を上げてもいい。本発明において、実質的に単一の硝材より成るレンズ系とは、このような少々別の硝材を使う場合も含む。
【００７２】
【外１】
また、共振器長を変える手段としては、ミラーを変位させるものの他に、励起用のガスの圧力を変化させるものもある。
【００７４】
また、本発明は半導体素子、液晶素子、撮像素子或いは磁気ヘッドなどのデバイスを製造する際に使用する、ステップ＆リピート型の投影露光装置にも適用できる。
【００７５】
Ｆ２エキシマレーザを用いる場合にはレンズには、上記の材料のうち石英以外の材料（例えばＣａＦ２のみ）を行う。
【００７６】
以下、本発明の投影露光装置用いた半導体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。
【００７７】
図９は、本発明のデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造方法のフローチャートである。これについて説明する。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう、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。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマスク（レチクル）３とウエハ７と本発明の投影レンズとを用いてリソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組立）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウエ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、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００７８】
図１０は、上記ウエ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）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では本発明の投影露光装置によってレチクルの回路パターンをウエハに投影露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。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なうことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００７９】
本実施形態の製造方法を用いれば、高集積度の半導体デバイスを容易に製造することができる。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば連続発振エキシマレーザの発振開始時から発振波長を設計波長と一致させることができ、高スループットで投影露光ができる この他影光学系に単色のレンズ系を用いても、レチクルのパターンを正確に基板上に投影することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投影露光装置の実施形態１の要部概略図
【図２】図１の連続発振エキシマレーザとその周辺部の概略図
【図３】図１の照明光学系の要部ブロック図
【図４】本発明に係る照明光学系の走査系の一部分の説明図
【図５】本発明に係る照明光学系の瞳面での２次光源像の説明図
【図６】本発明の投影露光装置の照明光学系の走査系とレチクル上の照明領域を示す説明図
【図７】図１の投影光学系のレンズ系の要部断面図
【図８】図１の投影光学系のレンズ系の収差図
【図９】本発明のデバイス製造方法のフローチャート
【図１０】本発明のデバイス製造方法のフローチャート
【符号の説明】
１ 連続発振エキシマレーザ
２ 照明光学系
３ 投影光学系
４ 可動ステージ
５ 半透過鏡
６ 第１波長モニタ
７ 第１演算器
８ 第２演算器
９ ピエゾ素子
２０１ パルス発振レーザ
２０３ ハーフミラー
２０４ 第２波長モニター
２０２ 演算器
１０１ レーザチャンバ
１０３ 誘電体
１０４ マイクロ波導波管
１０５ マイクロ波発振源
１０６ｂ ミラー
１０６ａ アウトプットミラー
Ｒｅ レチクル
Ｗ ウエハ
２１ 偏光制御系
２２ 断面強度分布均一化系
２３ 走査光学系
２４ ガルバノミラー駆動装置
２５ マスキングブレード結像系
Claims (4)
- 連続発振エキシマレーザからの所定波長のレーザ光で照明したレチクルのパターンを、実質的に単一の硝材より成るレンズ系で構成された投影光学系により、基板上に投影する投影露光装置において、
前記連続発振エキシマレーザの共振器に前記所定波長の光を注入する注入用レーザと、
前記連続発振エキシマレーザからのレーザ光の波長を検出する波長計と、
前記波長計からの信号に基づいて、前記連続発振エキシマレーザからのレーザ光の波長の前記所定波長からのずれを補正するために前記連続発振エキシマレーザの共振器長を変化させる手段と、を有することを特徴とする投影露光装置。 - 前記注入用レーザは、パルス発振エキシマレーザであり、前記パルス発振エキシマレーザからの光の波長を波長計で検出し、該波長計からの信号に基づいて、前記パルス発振エキシマレーザからの波長が前記所定波長となるように前記パルス発振エキシマレーザの共振器内の狭帯域化素子を駆動することを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
- 前記共振器長を変化させる手段は、前記共振器の鏡を変位させる手段及び／又は励起用ガスの圧力を変える手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の投影露光装置。
- 請求項１から３のいずれか１項に記載の投影露光装置を用いてデバイスパターンで基板を露光する段階と、該露光した基板を現像する段階とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
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