JP4134544B2 - 結像光学系および露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，例えば半導体素子や液晶表示素子，撮像素子，ＣＣＤ素子，薄膜磁気ヘッド等のマイクロ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に用いられるのに好適な結像光学系および露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記半導体等の分野においては，世代が進むほど回路パターンの最小線幅が小さくなっている。そのため，上記技術分野における露光装置では，世代が進むほど解像力の向上が要求され，短波長の光を露光光として用いるようになる（なお，特に断りがない限り，光とは，狭義の可視光だけでなく，電磁波のうち波長が１ｍｍより短い，赤外線からＸ線までをも含む広義の光を意味するものとする）。次世代露光装置の候補の一つとして，５〜２０ｎｍ程度の波長の光を用いるＥＵＶＬ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）を採用したＥＵＶＬ装置が検討されている。この波長領域になると，屈折材として十分光学系を形成しうる程の透過率を有する物質は存在しない為，反射面のみで光学系を構成することになる。これまでに，ＥＵＶＬ用の投影光学系として，多数の光学系のタイプが提案されている。
【０００３】
露光装置の解像限界は，物理法則により，下記の式にて表される。
（解像限界線幅）＝ｋ×λ／ＮＡ
ここで，λは露光光の波長，ＮＡは投影光学系の開口数，ｋは装置や受光樹脂の特性等，環境によって決まる定数である。物理法則によれば，ｋは最小０．２５であるが，装置としての実用性までを考慮すると，ｋは０．４前後と考えるのが妥当である。現在ＥＵＶＬ装置で使用される光の波長の多くは１３．４ｎｍである。ＥＵＶＬ装置の対象となる最小線幅は現時点では一般に５０ｎｍとされている。これらの値と上式より最小線幅５０ｎｍのＥＵＶＬ装置に必要な投影光学系のＮＡを求めると，
（必要なＮＡ）＞ｋ×λ／（最小線幅）＝０．４×１３．４／５０
＝０．１１
となる。さらに，最小線幅５０ｎｍの次世代である最小線幅３０ｎｍに対しても適用可能とするためには，必要なＮＡは０．１８以上となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，これまでに提案されている多数のＥＵＶＬ用の光学系のなかで，実用的な露光エリアを実現した上でＮＡ＝０．１〜０．１８という開口数を確保し，かつ十分に収差補正できるものはほとんどない。これは，近年まで，ＥＵＶＬの対象となる最小線幅を１００ｎｍとして想定してきたからである。近年になって，最小線幅１００ｎｍ世代，７０ｎｍ世代は，他の露光方法で対応可能の見通しがついた。その結果，ＥＵＶＬの対象となる世代が急速に進み，現時点では最小線幅５０ｎｍ以下に対応可能な解像力を有する光学系は些少というのが実情である。現在提案されている光学系のタイプのうち，ＮＡ＝０．１〜０．１８にて十分に収差補正され，かつそのパラメータが公開されているものは非常に僅かであり，例えば，特開平１０−９０６０２号公報，及び特開平９−２１１３３２号公報に開示されているものがある。
【０００５】
ところで，ＥＵＶＬでは，被露光パターンが描かれたマスクに反射型のものを用いるため，照明光はマスクに対して斜めに入射しなければならない。なぜならば，反射型のマスクに対して照明光を垂直に入射させると，マスクを照明する照明系の光路とマスクで反射された後の結像系の光路とが重なってしまい，照明系の光学部材が結像系の光路を遮光する，もしくは結像系の光学部材が照明系の光路を遮光するからである。
【０００６】
光束を斜入射させるに際し，上記２公報に記載されているものでは共に，マスク面から投影光学系に向かって光束が絞られる方向に傾けてある。言い換えれば，投影光学系の入射瞳がマスク面よりも投影光学系側に来ている。このことは照明系の構成を考える上で以下に述べるような不具合を生じさせる。
【０００７】
一般に，マスクパターンを歪みなく，効率よく被露光面に転写するためには，照明系の射出瞳と投影光学系の入射瞳とを共役にする必要がある。そのため，投影光学系の入射瞳位置を考慮した上で，照明系を構成する必要がある。図５（ａ），（ｂ）はそれぞれ，投影光学系の入射瞳位置がマスク面に対し投影光学系側にある場合，投影光学系の入射瞳位置がマスク面に対し照明系側にある場合に構成される照明系の模式図である。図５（ａ），（ｂ）共に，光源１から射出した光束が反射光学系２で反射されてマスク３を照明するまでを示す。ＡＸは光軸を意味する。
【０００８】
図５（ａ）よりわかるように，投影光学系の入射瞳位置がマスク面に対し投影光学系側にある場合は，光源１から反射光学系２に向かう光束と，反射光学系２で反射してマスク３に向かう光束とが近接する。これらの光束は場合によっては全く重なってしまい，光束の分離が難しくなる。一方，図５（ｂ）のように投影光学系の入射瞳位置がマスク面に対し照明系側にある場合では，これらの光束の重なりは少なく，分離は容易である。以上より，投影光学系の入射瞳位置がマスク面に対し投影光学系側にある場合は，照明系の構成が難しくなるという短所がある。
【０００９】
次に，既知の照明系と上記２公報に記載されている投影光学系を組み合わせる際に生じる問題点について説明する。ＥＵＶＬ用照明系として従来提案された光学系のタイプのなかで，米国で標準的に考えられているものは，「Ｗｉｌｌｉａｍ Ｃ． Ｓｗｅａｔｔ “Ｈｉｇｈ−Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｎｇ ａ Ｒｉｎｇ Ｆｉｅｌｄ” ＯＳＡ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｎ Ｓｏｆｔ Ｘ−Ｒａｙ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｖｏｌ．１８ ， １９９３」に記載されたものである。また，近年注目されているものは，「Ｈｅｎｒｙ Ｎ． Ｃｈａｐｍａｎ ， Ｋｅｉｔｈ Ａ． Ｎｕｇｅｎｔ “Ａ ＮｏｖｅｌＣｏｎｄｅｎｓｅｒ ｆｏｒ ＥＵＶ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｒｉｎｇ−Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃｓ” Ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅＳＰＩＥ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ＥＵＶ， Ｘ−Ｒａｙ， ａｎｄ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｓｏｕｒｃｅｓ ， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．３７６７ ， Ｊｕｌｙ １９９９」に紹介されたものである。
【００１０】
これらの照明系では，照明系の射出瞳がマスク面に対し照明側にある。上記２公報に記載されている投影光学系では，投影光学系の入射瞳はマスク面に対し投影光学系側にある。そこで，照明系の射出瞳と投影光学系の入射瞳とを共役にするためには何らかの光学手段が必要になる。上記論文の照明系では，そのための光学手段としてマスク直前に回転楕円鏡を配置している。
【００１１】
しかしながら，回転楕円鏡は，二つの焦点間の結像関係に関しては全くの無収差であるが，焦点から少しでも外れた点とその共役点との結像関係に関しては非常に収差の大きい光学素子である。光源が点光源の場合は問題ないが，通常，光源はある程度の大きさを有する。そのため，この方法では照明光が歪み，投影光学系の瞳に形成される光源像は歪んだものとなってしまい，マスクパターンを歪みなく被露光面に転写することが困難になる。
【００１２】
本発明は，このような問題に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，十分な大きさの開口数を有すると共に良好に収差補正され，照明系との組み合わせにおいて，照明系の射出瞳と投影光学系の入射瞳との共役関係を確保し，構成が容易な結像光学系および露光装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明の第１の態様にかかる結像光学系は，第１面の像を第２面上に形成する反射型の結像光学系であって，前記第１面に対して前記結像光学系と反対側に位置する入射瞳，および前記第２面に対して前記結像光学系と反対側に位置する射出瞳の少なくとも一方を有することを特徴とする。
【００１４】
ここで，第１面と第２面は共役関係にあるので，物体面と像面を逆にすれば，第２面の像が第１面上に形成される，と考えることができる。このように，第２面を物体面と考えたときは，上記の「前記第２面に対して前記結像光学系と反対側に位置する射出瞳」とは，第２面に対して結像光学系と反対側に位置する入射瞳であると考えることができる。
【００１５】
本結像光学系を投影光学系として用いて，射出瞳が被照明面より照明系側にある照明系と組み合わせる場合，照明系の射出瞳と投影光学系の入射瞳とを共役にするためには，単純に照明系の射出瞳位置に投影光学系の入射瞳を一致させればよい。回転楕円鏡のような特殊な光学手段を用いる必要がなく，また，それらの光学手段に付随する問題を回避できる。
【００１６】
本発明の第２の態様にかかる結像光学系は，第１面の像を第２面上に形成する反射型の結像光学系であって，前記第１面に対して前記結像光学系と反対側に位置する入射瞳を有し，前記第２面側は実質的にテレセントリックとなるように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本結像光学系を露光装置の投影光学系として用いて，射出瞳が被照明面より照明系側にある照明系と組み合わせる場合，照明系の射出瞳と投影光学系の入射瞳とを共役にするためには，単純に照明系の射出瞳位置に投影光学系の入射瞳を一致させればよい。回転楕円鏡のような特殊な光学手段を用いる必要がなく，また，それらの光学手段に付随する問題を回避できる。さらに，第２面側をテレセントリックとすることにより，被露光面と投影光学系の合焦位置がずれた場合でも，投影される回路パターン等の大きさが変わることがないので，露光装置に好適である。
【００１８】
本発明の第３の態様にかかる結像光学系は，第１面の像を第２面上に形成する反射型の結像光学系であって，前記第２面に対して前記結像光学系と反対側に位置する射出瞳を有し，前記第１面側は実質的にテレセントリックとなるように構成されていることを特徴とする。かかる構成によれば，結像光学系の物側，像側を逆にすることにより，前記の第２の態様における結像光学系と同様の作用，効果を有する。
【００１９】
本発明の第４の態様は，上記第１乃至第３の態様のうち何れか一つの態様において，前記第１面から前記第２面までの光路中に，前記第１面と共役な位置を少なくとも１つ有することを特徴とする。このような光学系タイプを採用することにより，像側のＮＡが０．１１以上の光学系を達成することが容易となる。
【００２０】
本発明の第５の態様は，上記第１乃至第４態様のうち何れか一つの態様において，前記第１面から前記第２面までの空間に，前記結像光学系を構成する全ての反射面が配置されていることをを特徴とする。かかる構成によれば，光学系の構成の複雑化，装置の大型化を防ぎ，光学系の調整，本光学系を用いた装置の製作が容易になる。
【００２１】
本発明の第６の態様にかかる露光装置は，前記第１面上に配置された所定のパターンを有するマスクを照明する照明光学系と，前記所定のパターンの像を前記第２面上に配置された感光性基板上へ投影するための上記第１乃至第５の態様のうちの何れか一つの態様における結像光学系と，を備えることを特徴とする。
【００２２】
また，本発明は，第１面に配置された物体の像を前記第１面からの反射光に基づいて第２面上に形成する結像光学系であって，前記第１面に対して前記結像光学系とは反対側に位置する入射瞳を有することを特徴とする。この構成において，前記第２面側は実質的にテレセントリックとなるように構成されることが好ましい。そして，前記結像光学系は縮小倍率を有することが好ましい。
【００２３】
また，本発明は，マスク上の所定のパターンを感光性基板へ投影する投影露光方法であって，前記第１面上に配置された所定のパターンを有するマスクを照明し，上記の何れか一項に記載の結像光学系を用いて，前記所定のパターンの像を前記第２面上に形成し，前記第２面上に配置された感光性基板上に前記所定のパターンを転写することを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下，図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお，以下の説明及び添付図面において，略同一の機能及び構成を有する構成要素については，同一符号を付すことにより，重複説明を省略する。
【００２５】
図１は，本発明の第１実施例にかかる結像光学系の構成断面図である。本結像光学系は，マスクとしてのレチクルＲ上に形成された回路パターンの縮小像をウエハＷ上に形成する。本結像光学系は，レチクルＲに対して本結像光学系とは反対側に位置する入射瞳を有し，ウエハＷ側は実質的にテレセントリックとなるように構成されている。また，本結像光学系は，レチクルＲからウエハＷまでの光路中に，レチクルＲと共役な位置を有する。
【００２６】
図１に示すように，本結像光学系は，８つの反射面を有し，これらの反射面はレチクルＲからウエハＷまでの空間に配置されている。図１では，左側にウエハＷ，右側にレチクルＲを配しており，各反射面にはウエハＷ側からレチクルＲ側に向かって光路に沿って順にＭ１１，Ｍ１２，Ｍ１３，Ｍ１４，Ｍ１５，Ｍ１６，Ｍ１７，Ｍ１８の符号が付されている。全反射面は共通の光軸ＡＸ上に配置されている。反射面Ｍ１６とＭ１７の光路中には絞り面ＡＳが配置されている。反射面Ｍ１４の近傍にレチクルＲの中間像が形成されている。
【００２７】
表１に本結像光学系の諸元値をウエハＷ側からレチクルＲ側の順に示す。表中の面のＭ１１〜Ｍ１８，ＡＳは図１のものと対応している。表１において，ＮＡはウエハＷ側の開口数，ＩＨはウエハＷにおける像高である。なお，曲率半径，間隔の単位の一例としてｍｍを用いることができる。表１において曲率半径，間隔の単位としてｍｍを採用した場合には以下に述べる像高，入射瞳位置の単位もｍｍである。この単位についての考え方は以下の実施例においても同様である。
【００２８】
【表１】
【００２９】
表１においてＡ〜Ｆは各面の非球面係数である。各係数の意味は，下記式にて定義されたものである。
【数１】
ここで，光軸に垂直な方向の高さをｈとし，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）をＺ（ｈ），面の曲率半径をｒとしている。なお，以下の実施例においても本実施例と同様の記号を用いる。
【００３０】
本実施例においてはＮＡ＝０．２５という大きな開口数を有する光学系が実現されている。また，本実施例における入射瞳は，レチクルＲに対して本結像光学系とは反対側の８０２．０１９７の位置にある。
【００３１】
図２は，本発明の第２実施例にかかる結像光学系の構成断面図である。本結像光学系は，レチクルＲ上に形成された回路パターンの縮小像をウエハＷ上に形成する。本結像光学系は，レチクルＲに対して本結像光学系とは反対側に位置する入射瞳を有し，ウエハＷ側は実質的にテレセントリックとなるように構成されている。また，本結像光学系は，レチクルＲからウエハＷまでの光路中に，レチクルＲと共役な位置を有する。
【００３２】
図２に示すように，本結像光学系は，６つの反射面を有し，これらの反射面はレチクルＲからウエハＷまでの空間に配置されている。図２では，左側にウエハＷ，右側にレチクルＲを配しており，各反射面にはウエハＷ側からレチクルＲ側に向かって光路に沿って順にＭ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４，Ｍ２５，Ｍ２６の符号が付されている。全反射面は共通の光軸ＡＸ上に配置されている。反射面Ｍ２４とＭ２５の光路中には絞り面ＡＳが配置されている。反射面Ｍ２２と反射面Ｍ２３との間の光路中にレチクルＲの間像が形成されている。表２に本結像光学系の諸元値をウエハＷ側からレチクルＲ側の順に示す。表中の面のＭ２１〜Ｍ２６，ＡＳは図２のものと対応している。
【００３３】
【表２】
【００３４】
本実施例においてはＮＡ＝０．１８という大きな開口数を有する光学系が実現されている。また，本実施例における入射瞳は，レチクルＲに対して本結像光学系とは反対側の５９８．４５７９１２の位置にある。
【００３５】
上記第１実施例，第２実施例にかかる結像光学系は共に，ＮＡが０．１８以上である。これは従来の同種の結像光学系に比べ，大きな開口数であり，これにより高い解像力を実現することができる。これより上記結像光学系は，現在求められる最小線幅５０ｎｍ用の露光装置だけでなく，次世代の最小線幅３０ｎｍ用の露光装置に適用可能である。
【００３６】
また，上記第１実施例，第２実施例にかかる結像光学系は共に，入射瞳位置がレチクルＲに対して結像光学系とは反対側に位置している。よって，これらの結像光学系を照明系と組み合わせて使用する際，その照明系は図５（ｂ）の模式図のような構成をとることができ，光束の分離が容易になる。さらに，照明系の射出瞳と結像光学系の入射瞳とを共役にする際には，特殊な光学手段を用いる必要がなく，単純に照明系の射出瞳位置に投影光学系の入射瞳を一致させればよいので，極めて簡単である。このように，組み合わせる照明系の構成が非常に容易になる。よって，従来使用していた回転楕円鏡等の特別な光学手段を用いる必要がないので，それらの光学手段に付随する問題を回避できる。
【００３７】
特に，本実施例の結像光学系は図３に示すような照明系と組み合わせることが可能である。この照明系は，光源１が集光作用を有している。光源１から射出した光束はそのままレチクルＲを照明する。集光作用を有する手段としては例えばフライアイレンズを用いることができる。このような構成を有する照明系では，光束の分離がより容易になる。また，照明系として少なくとも反射面を１つ省略することができるので，露光光量の増加が期待できる。
【００３８】
本実施例では，このような大きな長所を有する照明系と組み合わせて使用することが可能である。しかし，従来の結像光学系のような，入射瞳位置がレチクルＲに対して結像光学系側に位置する光学系では，このような照明系と組み合わせることができない。
【００３９】
次に，本発明の実施例の結像光学系を適用した投影光学系を備えた露光装置について説明する。図４はこの露光装置の全体構成を概略的に示す図である。図４において，投影光学系４０からウエハＷへの投射方向をＺ軸方向，これに直交する面内で図４における紙面内の方向をＹ軸方向，紙面に直交する方向をＸ軸方向として説明する。
【００４０】
光源１０はＥＵＶ光，例えば波長１３．４ｎｍまたは１１．５ｎｍの光を射出する。光源１０から射出された光ＥＬは，照明光学系２０を介し，平面反射板３０で偏向された後，所定のパターンが形成されたレチクルＲを照明する。レチクルＲは，レチクルステージＲＳ上にＸＹ平面に平行に保持されている。レチクルステージＲＳはＸＹ平面に沿って二次元的に移動可能であり，その移動量はレチクルステージコントローラＲＣにより制御される。
【００４１】
レチクルＲは，投影光学系４０の物体面に配置されており，投影光学系４０の像面には，基板としてのフォトレジストが塗布されたウエハＷが配置されている。レチクルＲで反射された光は投影光学系４０を介して，感光性基板であるウエハＷ上にマスクパターンの縮小像を形成する。ここで，投影光学系４０の入射瞳および照明光学系２０の射出瞳はレチクルＲに対して照明光学系側に位置しており，両者が一致するよう各光学系が配置されている。投影光学系４０はウエハＷ側において，実質的にテレセントリックとなるよう構成されている。
【００４２】
ウエハＷは，ウエハステージＷＳ上にＸＹ平面に平行に保持されている。ウエハステージＷＳはＸＹ平面内およびＺ方向に移動可能であり，その移動量はウエハステージコントローラＷＣにより制御される。そして，例えばＹ方向に沿ってレチクルステージＲＳとウエハステージＷＳとを，ひいてはレチクルＲとウエハＷとを同期的に移動（走査）させる。これにより，ウエハＷ上にはマスクパターンが走査露光され，レチクルＲの回路パターンをウエハＷ上の複数のショット領域の各々にステップアンドスキャン方式で転写することができる。
【００４３】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４４】
例えば，半導体素子の製造に用いられる露光装置だけでなく，液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる，デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置，薄膜磁気ヘッドの製造に用いられる，デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置，撮像素子（ＣＣＤなど）の製造に用いられる露光装置などにも本発明を適用することができる。また，レチクルまたはマスクを製造するためにガラス基板またはシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも，本発明を適用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上，詳細に説明したように本発明によれば，十分な大きさの開口数を有すると共に良好に収差補正された結像光学系を提供できる。また，照明系と組み合わせて使用する際に，特殊な光学手段を用いることなく照明系の射出瞳と投影光学系の入射瞳との共役関係を確保でき，照明系の構成を容易にする結像光学系を提供できる。さらに，上記結像光学系を用いて露光を行い，極めて微細なパターンの像を高解像に基板上に投影可能な露光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例に係る結像光学系の構成断面図である。
【図２】 本発明の第２実施例に係る結像光学系の構成断面図である。
【図３】 本発明の実施例に係る結像光学系と組み合わせ可能な照明系の構成図である。
【図４】 本発明の実施の形態に係る露光装置の概略構成図である。
【図５】 照明系の射出瞳位置と光束の関係を示す模式図である。
【図６】 従来の露光装置の構成図である。
【符号の説明】
１，１０ 光源
２ 反射光学系
３，７ マスク
４ 射出瞳
５ 凹面鏡
６，３０ 平面反射板
８ 結像系
９ 被露光面
２０ 照明光学系
４０ 投影光学系
ＡＳ 絞り面
ＡＸ 光軸
Ｒ レチクル
ＲＣ レチクルステージコントローラ
ＲＳ レチクルステージ
Ｗ ウエハ
ＷＣ ウエハステージコントローラ
ＷＳ ウエハステージ
Ｍ１１〜Ｍ１８，Ｍ２１〜Ｍ２６ 反射面
【発明の属する技術分野】
本発明は，例えば半導体素子や液晶表示素子，撮像素子，ＣＣＤ素子，薄膜磁気ヘッド等のマイクロ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に用いられるのに好適な結像光学系および露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記半導体等の分野においては，世代が進むほど回路パターンの最小線幅が小さくなっている。そのため，上記技術分野における露光装置では，世代が進むほど解像力の向上が要求され，短波長の光を露光光として用いるようになる（なお，特に断りがない限り，光とは，狭義の可視光だけでなく，電磁波のうち波長が１ｍｍより短い，赤外線からＸ線までをも含む広義の光を意味するものとする）。次世代露光装置の候補の一つとして，５〜２０ｎｍ程度の波長の光を用いるＥＵＶＬ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）を採用したＥＵＶＬ装置が検討されている。この波長領域になると，屈折材として十分光学系を形成しうる程の透過率を有する物質は存在しない為，反射面のみで光学系を構成することになる。これまでに，ＥＵＶＬ用の投影光学系として，多数の光学系のタイプが提案されている。
【０００３】
露光装置の解像限界は，物理法則により，下記の式にて表される。
（解像限界線幅）＝ｋ×λ／ＮＡ
ここで，λは露光光の波長，ＮＡは投影光学系の開口数，ｋは装置や受光樹脂の特性等，環境によって決まる定数である。物理法則によれば，ｋは最小０．２５であるが，装置としての実用性までを考慮すると，ｋは０．４前後と考えるのが妥当である。現在ＥＵＶＬ装置で使用される光の波長の多くは１３．４ｎｍである。ＥＵＶＬ装置の対象となる最小線幅は現時点では一般に５０ｎｍとされている。これらの値と上式より最小線幅５０ｎｍのＥＵＶＬ装置に必要な投影光学系のＮＡを求めると，
（必要なＮＡ）＞ｋ×λ／（最小線幅）＝０．４×１３．４／５０
＝０．１１
となる。さらに，最小線幅５０ｎｍの次世代である最小線幅３０ｎｍに対しても適用可能とするためには，必要なＮＡは０．１８以上となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，これまでに提案されている多数のＥＵＶＬ用の光学系のなかで，実用的な露光エリアを実現した上でＮＡ＝０．１〜０．１８という開口数を確保し，かつ十分に収差補正できるものはほとんどない。これは，近年まで，ＥＵＶＬの対象となる最小線幅を１００ｎｍとして想定してきたからである。近年になって，最小線幅１００ｎｍ世代，７０ｎｍ世代は，他の露光方法で対応可能の見通しがついた。その結果，ＥＵＶＬの対象となる世代が急速に進み，現時点では最小線幅５０ｎｍ以下に対応可能な解像力を有する光学系は些少というのが実情である。現在提案されている光学系のタイプのうち，ＮＡ＝０．１〜０．１８にて十分に収差補正され，かつそのパラメータが公開されているものは非常に僅かであり，例えば，特開平１０−９０６０２号公報，及び特開平９−２１１３３２号公報に開示されているものがある。
【０００５】
ところで，ＥＵＶＬでは，被露光パターンが描かれたマスクに反射型のものを用いるため，照明光はマスクに対して斜めに入射しなければならない。なぜならば，反射型のマスクに対して照明光を垂直に入射させると，マスクを照明する照明系の光路とマスクで反射された後の結像系の光路とが重なってしまい，照明系の光学部材が結像系の光路を遮光する，もしくは結像系の光学部材が照明系の光路を遮光するからである。
【０００６】
光束を斜入射させるに際し，上記２公報に記載されているものでは共に，マスク面から投影光学系に向かって光束が絞られる方向に傾けてある。言い換えれば，投影光学系の入射瞳がマスク面よりも投影光学系側に来ている。このことは照明系の構成を考える上で以下に述べるような不具合を生じさせる。
【０００７】
一般に，マスクパターンを歪みなく，効率よく被露光面に転写するためには，照明系の射出瞳と投影光学系の入射瞳とを共役にする必要がある。そのため，投影光学系の入射瞳位置を考慮した上で，照明系を構成する必要がある。図５（ａ），（ｂ）はそれぞれ，投影光学系の入射瞳位置がマスク面に対し投影光学系側にある場合，投影光学系の入射瞳位置がマスク面に対し照明系側にある場合に構成される照明系の模式図である。図５（ａ），（ｂ）共に，光源１から射出した光束が反射光学系２で反射されてマスク３を照明するまでを示す。ＡＸは光軸を意味する。
【０００８】
図５（ａ）よりわかるように，投影光学系の入射瞳位置がマスク面に対し投影光学系側にある場合は，光源１から反射光学系２に向かう光束と，反射光学系２で反射してマスク３に向かう光束とが近接する。これらの光束は場合によっては全く重なってしまい，光束の分離が難しくなる。一方，図５（ｂ）のように投影光学系の入射瞳位置がマスク面に対し照明系側にある場合では，これらの光束の重なりは少なく，分離は容易である。以上より，投影光学系の入射瞳位置がマスク面に対し投影光学系側にある場合は，照明系の構成が難しくなるという短所がある。
【０００９】
次に，既知の照明系と上記２公報に記載されている投影光学系を組み合わせる際に生じる問題点について説明する。ＥＵＶＬ用照明系として従来提案された光学系のタイプのなかで，米国で標準的に考えられているものは，「Ｗｉｌｌｉａｍ Ｃ． Ｓｗｅａｔｔ “Ｈｉｇｈ−Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｎｇ ａ Ｒｉｎｇ Ｆｉｅｌｄ” ＯＳＡ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｎ Ｓｏｆｔ Ｘ−Ｒａｙ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｖｏｌ．１８ ， １９９３」に記載されたものである。また，近年注目されているものは，「Ｈｅｎｒｙ Ｎ． Ｃｈａｐｍａｎ ， Ｋｅｉｔｈ Ａ． Ｎｕｇｅｎｔ “Ａ ＮｏｖｅｌＣｏｎｄｅｎｓｅｒ ｆｏｒ ＥＵＶ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｒｉｎｇ−Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃｓ” Ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅＳＰＩＥ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ＥＵＶ， Ｘ−Ｒａｙ， ａｎｄ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｓｏｕｒｃｅｓ ， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．３７６７ ， Ｊｕｌｙ １９９９」に紹介されたものである。
【００１０】
これらの照明系では，照明系の射出瞳がマスク面に対し照明側にある。上記２公報に記載されている投影光学系では，投影光学系の入射瞳はマスク面に対し投影光学系側にある。そこで，照明系の射出瞳と投影光学系の入射瞳とを共役にするためには何らかの光学手段が必要になる。上記論文の照明系では，そのための光学手段としてマスク直前に回転楕円鏡を配置している。
【００１１】
しかしながら，回転楕円鏡は，二つの焦点間の結像関係に関しては全くの無収差であるが，焦点から少しでも外れた点とその共役点との結像関係に関しては非常に収差の大きい光学素子である。光源が点光源の場合は問題ないが，通常，光源はある程度の大きさを有する。そのため，この方法では照明光が歪み，投影光学系の瞳に形成される光源像は歪んだものとなってしまい，マスクパターンを歪みなく被露光面に転写することが困難になる。
【００１２】
本発明は，このような問題に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，十分な大きさの開口数を有すると共に良好に収差補正され，照明系との組み合わせにおいて，照明系の射出瞳と投影光学系の入射瞳との共役関係を確保し，構成が容易な結像光学系および露光装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明の第１の態様にかかる結像光学系は，第１面の像を第２面上に形成する反射型の結像光学系であって，前記第１面に対して前記結像光学系と反対側に位置する入射瞳，および前記第２面に対して前記結像光学系と反対側に位置する射出瞳の少なくとも一方を有することを特徴とする。
【００１４】
ここで，第１面と第２面は共役関係にあるので，物体面と像面を逆にすれば，第２面の像が第１面上に形成される，と考えることができる。このように，第２面を物体面と考えたときは，上記の「前記第２面に対して前記結像光学系と反対側に位置する射出瞳」とは，第２面に対して結像光学系と反対側に位置する入射瞳であると考えることができる。
【００１５】
本結像光学系を投影光学系として用いて，射出瞳が被照明面より照明系側にある照明系と組み合わせる場合，照明系の射出瞳と投影光学系の入射瞳とを共役にするためには，単純に照明系の射出瞳位置に投影光学系の入射瞳を一致させればよい。回転楕円鏡のような特殊な光学手段を用いる必要がなく，また，それらの光学手段に付随する問題を回避できる。
【００１６】
本発明の第２の態様にかかる結像光学系は，第１面の像を第２面上に形成する反射型の結像光学系であって，前記第１面に対して前記結像光学系と反対側に位置する入射瞳を有し，前記第２面側は実質的にテレセントリックとなるように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本結像光学系を露光装置の投影光学系として用いて，射出瞳が被照明面より照明系側にある照明系と組み合わせる場合，照明系の射出瞳と投影光学系の入射瞳とを共役にするためには，単純に照明系の射出瞳位置に投影光学系の入射瞳を一致させればよい。回転楕円鏡のような特殊な光学手段を用いる必要がなく，また，それらの光学手段に付随する問題を回避できる。さらに，第２面側をテレセントリックとすることにより，被露光面と投影光学系の合焦位置がずれた場合でも，投影される回路パターン等の大きさが変わることがないので，露光装置に好適である。
【００１８】
本発明の第３の態様にかかる結像光学系は，第１面の像を第２面上に形成する反射型の結像光学系であって，前記第２面に対して前記結像光学系と反対側に位置する射出瞳を有し，前記第１面側は実質的にテレセントリックとなるように構成されていることを特徴とする。かかる構成によれば，結像光学系の物側，像側を逆にすることにより，前記の第２の態様における結像光学系と同様の作用，効果を有する。
【００１９】
本発明の第４の態様は，上記第１乃至第３の態様のうち何れか一つの態様において，前記第１面から前記第２面までの光路中に，前記第１面と共役な位置を少なくとも１つ有することを特徴とする。このような光学系タイプを採用することにより，像側のＮＡが０．１１以上の光学系を達成することが容易となる。
【００２０】
本発明の第５の態様は，上記第１乃至第４態様のうち何れか一つの態様において，前記第１面から前記第２面までの空間に，前記結像光学系を構成する全ての反射面が配置されていることをを特徴とする。かかる構成によれば，光学系の構成の複雑化，装置の大型化を防ぎ，光学系の調整，本光学系を用いた装置の製作が容易になる。
【００２１】
本発明の第６の態様にかかる露光装置は，前記第１面上に配置された所定のパターンを有するマスクを照明する照明光学系と，前記所定のパターンの像を前記第２面上に配置された感光性基板上へ投影するための上記第１乃至第５の態様のうちの何れか一つの態様における結像光学系と，を備えることを特徴とする。
【００２２】
また，本発明は，第１面に配置された物体の像を前記第１面からの反射光に基づいて第２面上に形成する結像光学系であって，前記第１面に対して前記結像光学系とは反対側に位置する入射瞳を有することを特徴とする。この構成において，前記第２面側は実質的にテレセントリックとなるように構成されることが好ましい。そして，前記結像光学系は縮小倍率を有することが好ましい。
【００２３】
また，本発明は，マスク上の所定のパターンを感光性基板へ投影する投影露光方法であって，前記第１面上に配置された所定のパターンを有するマスクを照明し，上記の何れか一項に記載の結像光学系を用いて，前記所定のパターンの像を前記第２面上に形成し，前記第２面上に配置された感光性基板上に前記所定のパターンを転写することを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下，図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお，以下の説明及び添付図面において，略同一の機能及び構成を有する構成要素については，同一符号を付すことにより，重複説明を省略する。
【００２５】
図１は，本発明の第１実施例にかかる結像光学系の構成断面図である。本結像光学系は，マスクとしてのレチクルＲ上に形成された回路パターンの縮小像をウエハＷ上に形成する。本結像光学系は，レチクルＲに対して本結像光学系とは反対側に位置する入射瞳を有し，ウエハＷ側は実質的にテレセントリックとなるように構成されている。また，本結像光学系は，レチクルＲからウエハＷまでの光路中に，レチクルＲと共役な位置を有する。
【００２６】
図１に示すように，本結像光学系は，８つの反射面を有し，これらの反射面はレチクルＲからウエハＷまでの空間に配置されている。図１では，左側にウエハＷ，右側にレチクルＲを配しており，各反射面にはウエハＷ側からレチクルＲ側に向かって光路に沿って順にＭ１１，Ｍ１２，Ｍ１３，Ｍ１４，Ｍ１５，Ｍ１６，Ｍ１７，Ｍ１８の符号が付されている。全反射面は共通の光軸ＡＸ上に配置されている。反射面Ｍ１６とＭ１７の光路中には絞り面ＡＳが配置されている。反射面Ｍ１４の近傍にレチクルＲの中間像が形成されている。
【００２７】
表１に本結像光学系の諸元値をウエハＷ側からレチクルＲ側の順に示す。表中の面のＭ１１〜Ｍ１８，ＡＳは図１のものと対応している。表１において，ＮＡはウエハＷ側の開口数，ＩＨはウエハＷにおける像高である。なお，曲率半径，間隔の単位の一例としてｍｍを用いることができる。表１において曲率半径，間隔の単位としてｍｍを採用した場合には以下に述べる像高，入射瞳位置の単位もｍｍである。この単位についての考え方は以下の実施例においても同様である。
【００２８】
【表１】
表１においてＡ〜Ｆは各面の非球面係数である。各係数の意味は，下記式にて定義されたものである。
【数１】
【００３０】
本実施例においてはＮＡ＝０．２５という大きな開口数を有する光学系が実現されている。また，本実施例における入射瞳は，レチクルＲに対して本結像光学系とは反対側の８０２．０１９７の位置にある。
【００３１】
図２は，本発明の第２実施例にかかる結像光学系の構成断面図である。本結像光学系は，レチクルＲ上に形成された回路パターンの縮小像をウエハＷ上に形成する。本結像光学系は，レチクルＲに対して本結像光学系とは反対側に位置する入射瞳を有し，ウエハＷ側は実質的にテレセントリックとなるように構成されている。また，本結像光学系は，レチクルＲからウエハＷまでの光路中に，レチクルＲと共役な位置を有する。
【００３２】
図２に示すように，本結像光学系は，６つの反射面を有し，これらの反射面はレチクルＲからウエハＷまでの空間に配置されている。図２では，左側にウエハＷ，右側にレチクルＲを配しており，各反射面にはウエハＷ側からレチクルＲ側に向かって光路に沿って順にＭ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４，Ｍ２５，Ｍ２６の符号が付されている。全反射面は共通の光軸ＡＸ上に配置されている。反射面Ｍ２４とＭ２５の光路中には絞り面ＡＳが配置されている。反射面Ｍ２２と反射面Ｍ２３との間の光路中にレチクルＲの間像が形成されている。表２に本結像光学系の諸元値をウエハＷ側からレチクルＲ側の順に示す。表中の面のＭ２１〜Ｍ２６，ＡＳは図２のものと対応している。
【００３３】
【表２】
本実施例においてはＮＡ＝０．１８という大きな開口数を有する光学系が実現されている。また，本実施例における入射瞳は，レチクルＲに対して本結像光学系とは反対側の５９８．４５７９１２の位置にある。
【００３５】
上記第１実施例，第２実施例にかかる結像光学系は共に，ＮＡが０．１８以上である。これは従来の同種の結像光学系に比べ，大きな開口数であり，これにより高い解像力を実現することができる。これより上記結像光学系は，現在求められる最小線幅５０ｎｍ用の露光装置だけでなく，次世代の最小線幅３０ｎｍ用の露光装置に適用可能である。
【００３６】
また，上記第１実施例，第２実施例にかかる結像光学系は共に，入射瞳位置がレチクルＲに対して結像光学系とは反対側に位置している。よって，これらの結像光学系を照明系と組み合わせて使用する際，その照明系は図５（ｂ）の模式図のような構成をとることができ，光束の分離が容易になる。さらに，照明系の射出瞳と結像光学系の入射瞳とを共役にする際には，特殊な光学手段を用いる必要がなく，単純に照明系の射出瞳位置に投影光学系の入射瞳を一致させればよいので，極めて簡単である。このように，組み合わせる照明系の構成が非常に容易になる。よって，従来使用していた回転楕円鏡等の特別な光学手段を用いる必要がないので，それらの光学手段に付随する問題を回避できる。
【００３７】
特に，本実施例の結像光学系は図３に示すような照明系と組み合わせることが可能である。この照明系は，光源１が集光作用を有している。光源１から射出した光束はそのままレチクルＲを照明する。集光作用を有する手段としては例えばフライアイレンズを用いることができる。このような構成を有する照明系では，光束の分離がより容易になる。また，照明系として少なくとも反射面を１つ省略することができるので，露光光量の増加が期待できる。
【００３８】
本実施例では，このような大きな長所を有する照明系と組み合わせて使用することが可能である。しかし，従来の結像光学系のような，入射瞳位置がレチクルＲに対して結像光学系側に位置する光学系では，このような照明系と組み合わせることができない。
【００３９】
次に，本発明の実施例の結像光学系を適用した投影光学系を備えた露光装置について説明する。図４はこの露光装置の全体構成を概略的に示す図である。図４において，投影光学系４０からウエハＷへの投射方向をＺ軸方向，これに直交する面内で図４における紙面内の方向をＹ軸方向，紙面に直交する方向をＸ軸方向として説明する。
【００４０】
光源１０はＥＵＶ光，例えば波長１３．４ｎｍまたは１１．５ｎｍの光を射出する。光源１０から射出された光ＥＬは，照明光学系２０を介し，平面反射板３０で偏向された後，所定のパターンが形成されたレチクルＲを照明する。レチクルＲは，レチクルステージＲＳ上にＸＹ平面に平行に保持されている。レチクルステージＲＳはＸＹ平面に沿って二次元的に移動可能であり，その移動量はレチクルステージコントローラＲＣにより制御される。
【００４１】
レチクルＲは，投影光学系４０の物体面に配置されており，投影光学系４０の像面には，基板としてのフォトレジストが塗布されたウエハＷが配置されている。レチクルＲで反射された光は投影光学系４０を介して，感光性基板であるウエハＷ上にマスクパターンの縮小像を形成する。ここで，投影光学系４０の入射瞳および照明光学系２０の射出瞳はレチクルＲに対して照明光学系側に位置しており，両者が一致するよう各光学系が配置されている。投影光学系４０はウエハＷ側において，実質的にテレセントリックとなるよう構成されている。
【００４２】
ウエハＷは，ウエハステージＷＳ上にＸＹ平面に平行に保持されている。ウエハステージＷＳはＸＹ平面内およびＺ方向に移動可能であり，その移動量はウエハステージコントローラＷＣにより制御される。そして，例えばＹ方向に沿ってレチクルステージＲＳとウエハステージＷＳとを，ひいてはレチクルＲとウエハＷとを同期的に移動（走査）させる。これにより，ウエハＷ上にはマスクパターンが走査露光され，レチクルＲの回路パターンをウエハＷ上の複数のショット領域の各々にステップアンドスキャン方式で転写することができる。
【００４３】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４４】
例えば，半導体素子の製造に用いられる露光装置だけでなく，液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる，デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置，薄膜磁気ヘッドの製造に用いられる，デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置，撮像素子（ＣＣＤなど）の製造に用いられる露光装置などにも本発明を適用することができる。また，レチクルまたはマスクを製造するためにガラス基板またはシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも，本発明を適用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上，詳細に説明したように本発明によれば，十分な大きさの開口数を有すると共に良好に収差補正された結像光学系を提供できる。また，照明系と組み合わせて使用する際に，特殊な光学手段を用いることなく照明系の射出瞳と投影光学系の入射瞳との共役関係を確保でき，照明系の構成を容易にする結像光学系を提供できる。さらに，上記結像光学系を用いて露光を行い，極めて微細なパターンの像を高解像に基板上に投影可能な露光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例に係る結像光学系の構成断面図である。
【図２】 本発明の第２実施例に係る結像光学系の構成断面図である。
【図３】 本発明の実施例に係る結像光学系と組み合わせ可能な照明系の構成図である。
【図４】 本発明の実施の形態に係る露光装置の概略構成図である。
【図５】 照明系の射出瞳位置と光束の関係を示す模式図である。
【図６】 従来の露光装置の構成図である。
【符号の説明】
１，１０ 光源
２ 反射光学系
３，７ マスク
４ 射出瞳
５ 凹面鏡
６，３０ 平面反射板
８ 結像系
９ 被露光面
２０ 照明光学系
４０ 投影光学系
ＡＳ 絞り面
ＡＸ 光軸
Ｒ レチクル
ＲＣ レチクルステージコントローラ
ＲＳ レチクルステージ
Ｗ ウエハ
ＷＣ ウエハステージコントローラ
ＷＳ ウエハステージ
Ｍ１１〜Ｍ１８，Ｍ２１〜Ｍ２６ 反射面
Claims (7)
- 第１面の縮小像を第２面上に形成する反射型の結像光学系であって，
前記第１面に対して前記結像光学系と反対側に位置する入射瞳を有し，
前記第２面側は実質的にテレセントリックとなるように構成されていることを特徴とする結像光学系。 - 前記第１面から前記第２面までの光路中に，前記第１面と共役な位置を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
- 前記第１面から前記第２面までの空間に，前記結像光学系を構成する全ての反射面が配置されていることをを特徴とする請求項１又は２に記載の結像光学系。
- 前記第１面上に配置された所定のパターンを有するマスクを照明する照明光学系と共に用いられることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の結像光学系。
- 前記照明光学系の射出瞳は、前記結像光学系の前記入射瞳と一致していることを特徴とする請求項４に記載の結像光学系。
- 前記第１面上に配置された所定のパターンを有するマスクを照明する照明光学系と，
前記所定のパターンの像を前記第２面上に配置された感光性基板上へ投影するための請求項１乃至５の何れか一項に記載の結像光学系と，
を備えることを特徴とする露光装置。 - 請求項６に記載の露光装置を用いて、前記マスクの前記所定のパターンの縮小像を前記感光性基板上に形成することを特徴とする露光方法。
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