JPH07146442A

JPH07146442A - 反射光学系

Info

Publication number: JPH07146442A
Application number: JP6183413A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Suzuki; 雅之鈴木; Noritaka Mochizuki; 則孝望月; Setsuo Minami; 節雄南; Shigetaro Ogura; 繁太郎小倉; Yoshiaki Fukuda; 恵明福田; Yutaka Watanabe; 豊渡辺; Yasuo Kawai; 靖雄河合; Takuo Kariya; 卓夫刈谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-08-04
Filing date: 1994-08-04
Publication date: 1995-06-06

Abstract

(57)【要約】【目的】少ない反射面の数で各種の収差を除去するこ
とができる優れた反射光学系を提供すること。【構成】光路に沿って、凹反射面Ｍ₁、凸反射面Ｍ₂、
凹反射面Ｍ₃の３つの反射面を有し、該３つの反射面の
うち少なくとも一つは非球面形状であると共に、凹反射
面Ｍ₁の近軸曲率半径をｒ₁、凸反射面Ｍ₂の近軸曲率半
径をｒ₂、凹反射面Ｍ₃の近軸曲率半径をｒ₃としたと
き、0.9＜ｒ₂／ｒ₁＋ｒ₂／ｒ₃＜1.1 なる式を満足させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は投影露光装置、特にＸ線
を用いて高解像度の焼付けを行なう投影露光装置に好適
な反射光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から半導体製造工程に於て、マスク
やレチクルの回路パターンをウエハ上に焼付ける為にマ
スクアライナーやステッパー等の露光装置が良く用いら
れている。

【０００３】近年、ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップの高
集積化に伴って高分解能の焼付けが可能な露光装置が要
求されており、現在の遠紫外線領域（ＤｅｅｐＵＶ）
の光を使用した露光装置に代る装置の研究開発が盛んに
行われている。一般に、この種の露光装置、特にステッ
パー等の投影露光装置に於て、分解能（又は解像力）と
呼ばれる焼付の最小線幅は使用する光の波長と投影光学
系の開口数で決まる。

【０００４】開口数に関しては、開口数が大きい方が分
解能は向上するが、開口数をあまり大きくすると焦点深
度が浅くなり、わずかのデフォーカスで像がぼけるとい
う問題があり、光学設計上、開口数を変えることによっ
て高分解能を得ることは困難とされている。従って、通
常、焼付けに使用する光としてエキシマレーザ等から得
られる光やＸ線等の短波長の光を用いてより高分解能を
得ようとする試みがなされている。とりわけＸ線を用い
るものは次世代の露光装置として大きな注目を浴びてお
り、Ｘ線を用いたプロキシミティー法による露光装置も
提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、６４Ｍ
ｂｉｔＤＲＡＭ以降の超ＬＳＩの製造に関して、現在
提案されているプロキシミティー法によるＸ線露光で
は、精度良くサブミクロンオーダの高分解能を得ること
が困難であったり、マスクに対して高いパターン精度が
要求される等種々の問題を抱えていた。

【０００６】本発明の目的は、Ｘ線投影露光装置などに
好適に使用できる、少ない反射面の数で各種の収差を除
去することができる優れた反射光学系を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の反射光学系は、光路に沿って、凹反射面Ｍ1、凸反
射面Ｍ2、凹反射面Ｍ3の３つの反射面を有し、該３つの
反射面のうち少なくとも一つは非球面形状であると共
に、凹反射面Ｍ₁の近軸曲率半径をｒ₁、凸反射面Ｍ₂の
近軸曲率半径をｒ₂、凹反射面Ｍ₃の近軸曲率半径をｒ₃
としたとき、0.9＜ｒ₂／ｒ₁＋ｒ₂／ｒ₃＜1.1 なる式を
満足することを特徴とする。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の実施例に係る投影露光装置の
概略構成図である。図中、１はマスクＭＳを支持するマ
スクステージで、不図示の駆動装置により２次元方向に
移動可能である。２はマスクステージ１上に設けられた
マスクステージアライメントマークで、本実施例では図
示する如くマスクステージ１の異なる３点に形成してあ
り、アライメントに使用される。３はＸ線がその内部を
通過する導光部材で、不図示のＸ線源から出射しマスク
ＭＳを透過したＸ線を後述する投影光学系に指向するも
のである。４は複数の反射鏡が成る投影光学系を収納す
る鏡筒で、導光部材３と連結されている。１０及び１１
及び１２は夫々第１のステージアライメントスコープ、
第２のステージアライメントスコープ、第３のステージ
アライメントスコープ、２０及び２１は夫々第１のマス
ク・ウエハアライメントスコープ、第２のマスク・ウエ
ハアライメントスコープを示しており、マスクＭＳとウ
エハＷ側の対応するアライメントマークの位置を投影光
学系を介して観察することによりマスクＭＳとウエハＷ
のアライメントを行う。Ｍ₀、Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃は反射鏡
で、特にＭ₁及びＭ₂及びＭ₃は投影光学系を構成し、反
射鏡Ｍ₀は導光部材３を通って鏡筒４の内部に入射した
Ｘ線を反射鏡Ｍ₁へ所定の角度で指向する為の折り曲げ
ミラーとなっている。

【０００９】次に、５０、５１、５２はウエハステージ
を構成するステージ構成部材で、構成部材５０はウエハ
Ｗを支持固定するウエハチャックを有しており、その上
面にはアライメントに用いるステージアライメントター
ゲット６が設けられている。構成部材５１は構成部材５
０に固設されており、構成部材５２上を図中矢印の如く
Ｘ方向に移動可能である。又、構成部材５２は図中矢印
の如くＹ方向に移動可能であり、構成部材５１、５２で
所謂Ｘ−Ｙステージを構成している。７０及び７１は構
成部材５０及び構成部材５１を夫々Ｘ方向、Ｙ方向に移
動させる為の駆動装置で、ステップモータ等から成る。
構成部材５０又は、構成部材５０、５１、５２全体から
成るウエハステージは不図示の駆動装置によりθ方向に
回転可能となっている。９０、９１、９２はステージ制
御用測長器で、Ｘ、Ｙ、θ方向に変位するウエハの位置
又は移動量を高精度で測定出来る。尚、このステージ制
御用測長器９０、９１、９２としては、光学的に非接触
にて測長が行える干渉計方式の測長器等が好適である。

【００１０】図１に示す投影露光装置はマスクＭＳのパ
ターン像を反射鏡Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃により縮小結像してウ
エハＷを面投影で露光する装置であって、所謂ステップ
＆リピート方式によりウエハＷ上でスクライブラインに
より区切られた各チップ毎、もしくは複数チップ毎に焼
付けを行う。又、マスクＭＳはマスクステージ１の不図
示のマスクホルダーによって支持され、ウエハＷは不図
示のウエハチャックに吸着されてウエハステージに固定
される。後述するウエハＷとマスクＭＳのアライメント
が終了後、以下述べる様な露光が実行される。

【００１１】不図示のＸ線源から出射したＸ線はマスク
ＭＳを照明し、マスクＭＳの回路パターンは導光部材
３、及び反射鏡Ｍ₀、及び反射鏡Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃から成る
投影光学系を介してウエハＷ上の所定領域に結像され
る。即ち、本装置によれば、マスクＭＳの回路パターン
に関する情報はＸ線の強度分布の形でウエハＷ上に伝達
され、ウエハＷ上に塗布されたＸ線用の感光体（レジス
ト）に回路パターンの潜像を形成することになる。使用
するＸ線は感光体や投影光学系の特性にあわせて任意の
波長領域のものを適用出来るが、所望の波長領域のＸ線
を発するＸ線源が得られない場合は、ＢＮ（ボロン・ニ
トロイド）等の所定の吸収特性を備えたＸ線用のフィル
ターを介してマスクＭＳを照明すればよい。１ショット
で１チップ又は複数チップの焼付けが終了した後、駆動
装置７０、７１によりウエハステージを移動（ｓｔｅ
ｐ）させて投影光学系の有効焼付範囲に隣接するチップ
又は複数チップから成る領域を送り、再度マスクＭＳと
ウエハＷの焼付るべきチップのアライメントを行った後
でＸ線によりこのチップの焼付けを行う。（ｒｅｐｅａ
ｔ）、この動作を予め決められた順序でウエハＷ上の複
数チップに対して行い、ウエハＷ上でスクライブライン
により区切られた複数のチップの全てを多数回のショッ
トにより露光する。露光が終了したウエハＷは自動的に
未露光のウエハＷと交換され再度上述の露光行程が実行
される。

【００１２】本実施例に於るアライメントの手順の一例
を以下に述べる。

【００１３】図１に於て、駆動装置７０、７１により構
成部材５０、５１、５２から成るウエハステージを移動
させ、構成部材５０上のステージアライメントターゲッ
ト６が、反射鏡Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃から成る投影光学系を介
してステージアライメントスコープ１０、１１、１２に
より観察可能になる様に位置付ける。ここで、ステージ
アライメントターゲット６上のマークとマスクホルダー
１上のステージアライメントマーク２とが一致もしくは
所定の位置関係となる様に、ステージアライメントスコ
ープ１０、１１、１２から得られる情報をもとに、駆動
装置７０、７１及び不図示のウエハステージ回転用の駆
動装置を用いてステージアライメントターゲット６の位
置を調整する。ステージアライメントスコープ１０、１
１、１２からのアライメントに関する情報は、目視もし
くは光電的に得ることが出来、従来から知られている種
々の方法を用いれば良い。

【００１４】さて、構成部材５１上に保持されたウエハ
Ｗ上の露光領域の内、最初の１ショットで露光される領
域、例えば直交するスクライブラインで区切られた１チ
ップ分の領域の構成部材５１上の位置とステージアライ
メントターゲット６との位置関係を予め決めておくこと
で、前述のステージアライメントターゲット６のアライ
メント終了後、前記位置関係にもとづき構成部材５０、
５１、５２から成るウエハステージを移動せしめてウエ
ハＷ上の最初の１ショットで露光すべき領域をマスクＭ
Ｓの投影光学系による結像位置近傍に送ることが出来
る。ウエハＷ上の最初の１ショットで露光すべき領域、
例えばスクライブラインで区切られた１チップ分の領域
の周辺（例えばスクライブライン上）には所定のアライ
メントマークが設けられており、このアライメントマー
クとマスクＭＳに形成されたアライメントマークとをマ
スク・ウエハアライメントスコープ２０、２１を介して
目視又は光電的に観察することにより、更に高精度のア
ライメントを実行する。

【００１５】以上のアライメントが終了した後、前述の
露光工程が開始される、尚、最初の１ショットで露光さ
れる領域と、順次ステップ＆リピートにより露光される
各領域との位置関係及び露光の順序を不図示の制御装置
に与えておけば、最初の１ショットで露光される領域以
降の露光領域は、制御装置を介してウエハステージを高
精度にステップ（移動）させることにより、常時正確な
位置に送ることが出来、必ずしも前述の様に各ショット
毎にマスクＭＳとウエハＷのアライメントを行う必要は
ない。とりわけ、スループットの向上の為には各ショッ
ト毎にマスクＭＳとウエハＷのアライメントを行う（ダ
イ・バイ・ダイアライメント）方式よりも、上述の最初
の１ショットのみアライメントを行い、残りのショット
はステージの機械的精度により露光領域を正確に送る方
式の方が好ましい。

【００１６】図１に示す投影露光装置はＸ線を用いて露
光を行う為に装置内部を真空状態にして使用される。例
えば真空ポンプ等の不図示の排気手段によって装置内部
の排気を行い、１０^-6Ｔｏｒｒ程度の真空状態にて露光
を行う。尚、装置内部の真空度は高い方が望ましく、本
投影露光装置に於ては高真空から超高真空状態にて露光
を行う。又、装置内部を真空状態にする代わりに、装置
内のＮ₂やＯ₂等から成る大気とＨ、Ｈｅ等の軽元素とを
置換し、軽元素を装置内部に充填させて露光を行っても
良い。これらの軽元素はＸ線の吸収が実質的に零である
為、この様な方法によっても露光が行え、Ｘ線の有効利
用が図れる。

【００１７】又、露光に使用するＸ線の波長が大きい場
合は、種々の物質に対して吸収が大きい為に人体等への
影響は小さく、装置を真空に保持するシールドにより外
部へのＸ線漏れは殆どない。一方、Ｘ線の波長が短くな
ると種々の物質に対する吸収が小さくなるので、使用す
るＸ線の波長によってはＸ線用のシールドを施すのが好
ましい。

【００１８】以上、図１に示す如き投影露光装置によれ
ば、Ｘ線により照明されたマスクのパターンを投影光学
系を介してウエハ上に結像せしめて露光を行う為、投影
光学系として縮小倍率を有するものを使用することによ
り、マスクのパターンに対する精度が従来のプロキシミ
ティ法に比べて緩和されてマスクの製造が容易になる。
又、縮小投影することにより分解能を向上出来ることは
言うまでもない。更に使用出来るＸ線源の自由度も増え
汎用性の高い装置となる。又、プロキシミティ法で要求
されるマスク、ウエハ間の精確なギャップ測定及び間隔
調整が不要となる。

【００１９】本実施例で使用するマスクは大別して反射
型と透過型の２種類のＸ線マスクが使用出来る。透過型
のＸ線マスクはＸ線吸収体と、このＸ線吸収体を支持す
るマスク基板とから成り、マスク基板上にＸ線吸収体に
よるパターニングが施されている。Ｘ線吸収体の材料と
してはＸ線吸収率が高く加工が容易なＡｕ、Ｔａ、Ｗ等
を用いることが出来る。一方、マスク基板の材料として
は有機高分子もしくは無機物が挙げられる。有機高分子
としてはポリイミド、マイラ、カプトンなどがあり、無
機物としてはＢを拡散したＳｉ、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｔ
ｉ及びＢＮなどがある。又、ＳｉＮ基板及びポリイミド
とＢＮの複合基板等も使用可能である。

【００２０】又、反射型のＸ線マスクは低反射率のマス
ク基板上の高反射率の材料でパターンを描いたマスクで
あり、例えば、Ｓｉ等の低電子密度の物質（軽元素物
質）からなる厚いマスク基板上にＡｕ等の高電子密度の
物質（重元素物質）でパターンを描いたり、ＴｉとＮｉ
とから成る多層反射膜等をマスク基板上にパターニング
したりしたマスクを使用出来る。

【００２１】尚、本実施例で使用されるマスクＭＳは使
用するＸの波長に応じて適宜選択しなければならない。
例えば波長が数Å〜数十Å程度のＸ線に対しては上述の
マスク材料から選択出来るが、数十Å〜数百Åの比較的
波長が長いＸ線に対しては上述の如きマスク材料では吸
収が大き過ぎる為に好ましくない。この数十Å〜数百Å
程度のＸ線用のマスクとしては、Ｘ線吸収部材もしくは
反射部材に回路パターンに応じた穴をあけることによっ
てマスクとする構成が好ましい。

【００２２】又、本実施例で使用するＸ線源としては、
従来から良く知られている固体金属に電子ビームを照射
してＸ線を発生させる所謂電子線励起型の線源、レーザ
プラズマや希ガスプラズマや沿面放電プラズマを利用し
た線源、ＳＯＲ（ＳｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎＯｒｂｉｔ
ａｌＲａｄｉａｔｉｏｎ）に代表されるシンクロトロ
ン放射光を利用した線源を用いる。

【００２３】更に、露光に際し用いられるＸ線用の感光
体、即ちレジストは、使用するＸ線源により異なる露光
用Ｘ線のエネルギー密度に応じて、高感度なものから比
較的感度の低いものまで種々の材料を選択出来る。例え
ば、ネガ型のＸ線レジスト材料には、ポリグリシジルメ
タクリレート−ＣＯ−エチルアクリレート（ＣＯＰ）、
ポリグリシジルメタクリレートマレイン酸付加物（ＳＥ
Ｌ−Ｎ）、ポリジアリールオルソフタレート、エポキシ
化ポリブタジエン、ポリスチレンＴＴＦ系や、含金属塩
レジスト材料、含ハロゲンポリビニルエーテル系レジス
ト材料、含ハロゲンポリアクリレート系レジスト材料等
があり、ポジ型のＸ線レジスト材料には、ポリメチルメ
タクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリヘキサフルオロブチル
メタクリレート、ポリテトラフルオロプロピルメタクリ
レート、ポリメタクリロニトリル、ポリ（ＭＭＡ−ＣＯ
−トリクロロエチルメタクリレート）、ポリブテン−１
−スルフォンや、含金属塩レジスト材料、ポリトリクロ
ロエチルメタクリレート、ポリメチルメタクリレート−
ＣＯ−ジメチルメチレンマロネート（ＰＭＭＡ−ＣＯ−
ＤＭＭ）、ｎ−ヘキシルアルデヒドとｎ−ブチルアルデ
ヒドの共重合体、ポリクロロアセトアルデヒド等があ
る。

【００２４】次に、図１に示した投影露光装置に用いら
れる投影光学系の一例を示す。

【００２５】図２は投影光学系の一例を示す概略構成図
で、３枚の反射鏡から成る反射型の投影光学系を示して
いる。図中、ＭＳはマスク、Ｗはウエハ、Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ
₃は反射鏡を示し、ｒ₁、ｒ₂、ｒ₃は夫々反射鏡Ｍ₁、
Ｍ₂、Ｍ₃の近軸曲率半径、ｄ₁、ｄ₂は夫々反射鏡Ｍ₁と
Ｍ₂、反射鏡Ｍ₂とＭ₃の間の面間隔で、Ｓ₁は反射鏡Ｍ₁
から物体、即ちマスクＭＳまでの距離を、ｌ₁は反射鏡
Ｍ₁から像面、即ちウエハＷまでの距離を示している。
尚、ｄ₁、ｄ₂、Ｓ₁、ｌ₁の値は光軸０に沿って計測され
たものとする。

【００２６】図２に示す反射型投影光学系はマスクＭＳ
側から順に凹の反射鏡Ｍ₁（以下、「凹面鏡Ｍ₁」と記
す。）、凸の反射鏡Ｍ₂（以下、「凸面鏡Ｍ₂」と記
す。）、凹の反射鏡Ｍ₃（以下、「凹面鏡Ｍ₃」と記
す。）から成り、マスクＭＳの回路パターンをウエハＷ
上、詳しくはウエハＷの表面に塗布されたレジスト上に
縮小投影する。

【００２７】通常、６４Ｍｂｉｔや２５６Ｍｂｉｔ級の
超ＬＳＩを作製する際に用いられる露光装置に於て、図
２に示す如き面投影を行う投影光学系に要求される主た
る仕様は、超高解像度大きな像面サイズ、無歪曲であ
り、６４Ｍｂｉｔ級の場合０．３５μｍの最小線幅と２
８×１４ｍｍ²の像面サイズが必要で、２５６Ｍｂｉｔ
級の場合０．２５μｍの最小線幅と４０×２０ｍｍ²の
像面サイズが必要であると言われている。これらの要求
は一般に相反するものであって、従来のこの種の光学系
では上記仕様を同時に満足するものはなかった。しかし
ながら、図１に示す投影光学系を用いることにより上述
の各仕様を満足することが出来、本発明を成し得ること
を可能にした。

【００２８】この種の光学系に於て大きな像面サイズを
得る為には、像面の平坦性が優れていること、即ち像面
湾曲が良好に補正されていることが最も重要である。従
って、図１に示す投影光学系では、凹面鏡Ｍ₁、Ｍ₃と凸
面鏡Ｍ₂の近軸曲率半径ｒ₁、ｒ₃、ｒ₂の値が次の（１）
式を満足する様に選択している。０．９＜ｒ₂／ｒ₁＋ｒ₂／ｒ₃＜１．１…（１）

【００２９】上記（１）式はペッツバール和を小さくす
る為の条件式であり、（１）式の範囲を越えると像面サ
イズ全体に亘って必要な解像力を得ることが出来ず、前
述の仕様を満足する露光は不可能となる。（１）式に於
るｒ₂／ｒ₁＋ｒ₂／ｒ₃の値が１に近い程ペッツバール和
は０に近くなる為、ｒ₂／ｒ₁＋ｒ₂／ｒ₃＝１が最も理想
的な状態と言える。

【００３０】更に前述の仕様を満足する為には、像面湾
曲以外の収差、即ち球面収差、コマ収差、非点収差、歪
曲収差も良好に補正されている必要があり、図１の投影
光学系では物体から出た光が凹面鏡Ｍ₁、凸面鏡Ｍ₂、凹
面鏡Ｍ₃の順に反射し、しかも凸面鏡Ｍ₂を開口絞りとす
ることにより上記各収差を補正している。これに加え
て、凹面鏡Ｍ₁、Ｍ₃、凸面鏡Ｍ₂の３つの反射鏡の内少
なくとも１枚の鏡面を非球面とすることにより上記各収
差を更に良好に補正出来る。とりわけ凹面鏡Ｍ₁、Ｍ₃を
非球面で形成することが結像性能の向上の為に望まし
い。即ち、上記各収差、所謂ザイデルの５収差を除去す
る為に、図２の投影光学系に於ては、凹面鏡Ｍ₁、Ｍ₃と
凸面鏡Ｍ₂の夫々の近軸曲率半径を適宜決めてやること
で、ペッツバール和を小さく保ち、且つ主として歪曲収
差を除去しており、他のコマ収差、非点収差、球面収差
は非球面を用いることで良好に補正している。又、図２
の投影光学系は基本的に共軸光学系を形成しており、凹
面鏡Ｍ₁及びＭ₃の鏡面は片面だけ使用されることにな
る。尚、凹面鏡Ｍ₁、Ｍ₃、凸面鏡Ｍ₂の内の少なくとも
１つを共軸関係からはずして、図中の光軸０に対してわ
ずかに傾けることにより収差の更なる補正を行うことが
出来る。

【００３１】図３は図２の投影光学系を用いた場合の像
面を示す説明図である。図中、ｙは像高、ｙ_maxは最大
像高、ｙ_minは最小像高を示しており、通常像面として
ｙ_min≦ｙ≦ｙ_maxの部分を使用する。この部分に達する
光束は実質的にケラレが無く、開口効率１００％の均一
な光量分布を得ることが出来る。図３に於ては使用像面
の一例として長辺と短辺との比が２：１の面積が最大と
なる長方形の領域を示している。当然の事ではあるが、
この領域に於ては前述の諸収差は良好に補正されてい
る。尚、この様な長方形の領域を使用像面として想定す
る際、長方形の短辺はｙ_max−ｙ_min、長辺は

【００３２】

【外１】で与えられる。

【００３３】又、図２に示した投影光学系に於る凹面鏡
Ｍ₁、Ｍ₃及び凸面鏡Ｍ₂の反射面にはＸ線を効率良く反
射する為に反射膜を施すのが好ましい。この反射膜は数
十層の多層膜から形成され、反射膜が施されていない場
合と比較して大幅に反射率を向上させる。この種の多層
反射膜は隣接する層間での屈折率の差が大きくなる様な
異種材料の組合せ、例えば、高融点を有する遷移金属元
素と半導体元素とから成る多層膜や、低融点金属元素と
半導体元素又は軽金属元素とから成る多層膜や、白金属
元素と半導体元素とから成る多層膜などから形成出来
る。具体的には、タングステンＷと炭素Ｃ、タンタルＴ
ａとシリコンＳｉ、金Ａｕと炭素Ｃ、レニウムＲｅと炭
素Ｃ、鉛ＰｂとシリコンＳｉ、ルテニウムＲｕとシリコ
ンＳｉ、パラジウムＰｄとシリコンＳｉ、ロジウムＲｈ
とシリコンＳｉ、ルテニウムＲｕとベリリウムＢｅ、ル
テニウムＲｕとホウ素Ｂ、ロジウムＲｈとホウ素Ｂ、パ
ラジウムＰｄとホウ素Ｂ等の組合せがある。以下、多層
反射膜の具体例を記載する。

【００３４】〈波長１１４．０ÅのＸ線に対する多層反
射膜〉実施例１多層膜を構成する異種物質を第１物質と第２物質とすれ
ば、第１物質をＲｕ、第２物質をＳｉとして、それぞれ
の膜厚を３６．４Å、２３．５Åとして、４１層積層す
ることにより入射角０°で、３８．６％の反射率が得ら
れた。保護膜として、Ｃを５Å最上層に積層した結果、
入射角０°で３７．９％の反射率が得られた。それぞれ
の膜厚を３９．１Å、２５．２Åとして、４１層積層す
ることにより、入射角２０°で４０．１％の反射率が得
られた。保護膜として、Ｃを５Å最上層に積層した結
果、入射角２０°で３９．４％の反射率が得られた。

【００３５】実施例２第１物質をＰｄ、第２物質をＳｉとして、それぞれの膜
厚を３１．３Å、２８．０Åとして、４１層積層するこ
とにより入射角０°で２６．１％の反射率が得られた。
それぞれの膜厚を３３．３Å、３０．１Åとすることに
より入射角２０°で２６．７％の反射率が得られた。

【００３６】〈波長１１２．７ÅのＸ線に対する多層反
射膜〉実施例３第１物質をＲｕ、第２物質をＢｅとして、それぞれの膜
厚を２６．６Å、３０．６Åとして、４１層積層するこ
とにより入射角０°で７７．２％の反射率が得られた。
それぞれの膜厚を２７．４Å、３３．４Åとして４１層
積層することにより入射角２０°で７９．９％の反射率
が得られた。

【００３７】〈波長１０８．７ÅのＸ線に対する多層反
射膜〉実施例４第１物質をＲｈ、第２物質をＳｉとして、それぞれの膜
厚を３３．４Å、２３．４Åとして、４１層積層するこ
とにより入射角０°で３３．２％の反射率が得られた。
それぞれの膜厚を４８．２Å、２８．８Åとして４１層
積層することにより入射角４０°で３８．７％の反射率
が得られた。

【００３８】〈波長８２．１ÅのＸ線に対する多層反射
膜〉実施例５第１物質をＲｕ、第２物質をＢとして、それぞれの膜厚
を２０．１Å、２１．８Åとして、４１層積層すること
により入射角０°で１８．０％の反射率が得られた。そ
れぞれの膜厚を２１．３Å、２３．４Åとして４１層積
層することにより入射角２０°で２１．６％の反射率が
得られた。

【００３９】実施例６第１物質をＲｕ、第２物質をＢとして、それぞれの膜厚
を２０．０Å、２１．９Åとして、４１層積層すること
により入射角０°で１５．７％の反射率が得られた。そ
れぞれの膜厚を２１．０Å、２３．６Åとして４１層積
層することにより入射角２０°で１８．８％の反射率が
得られた。

【００４０】実施例７第１物質をＰｄ、第２物質をＢとして、それぞれの膜厚
を１９．４Å、２２．４Åとして、４１層積層すること
により入射角０°で１３．２％の反射率が得られた。そ
れぞれの膜厚を２０．６Å、２４．０Åとして４１層積
層することにより入射角２０°で１５．７％の反射率が
得られた。

【００４１】以上示した多層反射膜は８０〜１２０Åの
波長のＸ線に対するものであったが、この他の波長域の
Ｘ線に対する多層反射膜も、前述の各物質の組合せを適
宜選択し設計することにより得ることが出来る。又、第
１物質や第２物質は夫々単体の元素から構成するだけで
なく、複数元素の合成物質で構成しても良い。

【００４２】次に、図２に示した投影光学系の具体例を
図面及び数値データを用いて詳述する。

【００４３】図４は投影光学系の具体例を示す為の光路
図で、図中の符号Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃は図２同様夫々凹面
鏡、凸面鏡、凹面鏡であり、Ｗはウエハを示している。
又、不図示のマスク（レチクル）は紙面左手方向の所定
位置に存在するものとする。マスクの透光部又は反射部
を介して本投影光学系に指向されたＸ線は、凹面鏡
Ｍ₁、凸面鏡Ｍ₂、凹面鏡Ｍ₃の順に反射し、マスクの像
をウエハＷ上に結像する。図４の投影光学系は後述する
数値実施例４に対応する光学系であり、投影倍率が１／
５、有効Ｆナンバーが１３、像面サイズが２８×１４ｍ
ｍ²、像高が２０〜３７ｍｍ、解像力が０．３５μｍの
仕様を有する。従って、６４ＭｂｉｔＤＲＡＭの作製に
十分使用出来る性能を備えている。

【００４４】図５（Ａ）、（Ｂ）及び図６（Ａ）〜
（Ｄ）は図４の投影光学系の収差図である。図５
（Ａ）、（Ｂ）に於て、（Ａ）は非点収差を、（Ｂ）は
歪曲収差を示し、又、図６（Ａ）〜（Ｄ）は異なる物高
に於る横収差を示している。図６に於て、（Ａ）は物高
が０、（Ｂ）は物高が１３０ｍｍ、（Ｃ）は物高が１６
０ｍｍ、（Ｄ）は物高が１８５ｍｍの場合を示してい
る。尚、図５（Ａ）、（Ｂ）に於ても縦軸は物高を表し
ており、Ｍはメリジオナル面、Ｓはサジタル面を示す。

【００４５】図５及び図６の収差図から解る様に、この
種の投影光学系として十分な収差補正がなされており、
とりわけ歪曲収差はほぼ零となっている。又、広い露光
領域を求められる面投影型露光装置に適用出来る光学系
として十分満足する様に広範囲に亘って収差補正を達成
出来た。更に後述する具体例でも示す様に、サブミクロ
ンオーダの解像力を得るのに十分なＭＴＦ特性を有する
光学系を提供している。

【００４６】以下、図２及び図４で示した投影光学系の
数値実施例を示す。本発明に使用する投影光学系に於て
は、諸収差を良好に補正する為に凹面鏡Ｍ₁、Ｍ₃、凸面
鏡Ｍ₂の内少なくとも１枚の反射鏡を非球面にするのが
好ましく、下記の数値実施例ではいずれも少なくとも１
枚の非球面反射鏡を含む構成を採っている。

【００４７】下記の数値実施例に於て、Ｋｉ（ｉ＝１、
２、３）は物体側から数えて第ｉ番目の面の非球面係数
で、非球面形状は次式で表すことが出来る。

【００４８】

【外２】

【００４９】ここで、Ｘは光軸方向の座標、Ｈは光軸か
ら垂直方向への距離、ｒｉ（ｉ＝１、２、３）は物体側
から数えて第ｉ番目の面の近軸曲率半径を表すものであ
る。又、Ｓ₁、ｌ₁、ｄ₁、ｄ₂は図２を用いて説明した様
に、夫々凹面鏡Ｍ₁からマスクＭＳまでの距離、反射鏡
Ｍ₁からウエハＷまでの距離、凹面鏡Ｍ₁と凸面鏡Ｍ₂の
面間隔、凸面鏡Ｍ₂と凹面鏡Ｍ₃の面間隔を示している。

【００５０】実施例１〔倍率＝１／５倍、有効Ｆナンバー＝３０、像面サイズ
＝２８ｍｍ×１４ｍｍ、解像力＝０．３５μｍ、像高＝
５ｍｍ〜２４ｍｍ〕Ｓ₁＝−１２８８．７ｍｍｌ₁＝ −２９８．９ｍｍｒ₁＝−６３５．９９ｍｍｒ₂＝−２１３．５１ｍｍｒ₃＝−３２１．４０ｍｍｄ₁＝−１６５．００ｍｍｄ₂＝１６５．００ｍｍＫ₁＝−２．２６０９７Ｋ₂＝−０．１２２９５Ｋ₃＝０．１１２４６〔性能〕・空間周波数１５００ｌｐ／ｍｍでのＭＴＦ波長＝０のとき８５％１３．３Åのとき８０％・歪曲率＝−０．３％

【００５１】実施例２〔倍率＝１／５倍、有効Ｆナンバー＝３０、像面サイズ
＝４０ｍｍ×２０ｍｍ、解像力＝０．２５μｍ、像高＝
１０ｍｍ〜４０ｍｍ〕Ｓ₁＝−２５７７．４ｍｍｌ₁＝ −５９７．９ｍｍｒ₁＝−１２７１．９８ｍｍｒ₂＝ −４２７．０１ｍｍｒ₃＝ −６４２．８１ｍｍｄ₁＝−３３０．００ｍｍｄ₂＝３３０．００ｍｍＫ₁＝−２．２６０９７Ｋ₂＝−０．１２２９５Ｋ₃＝０．１１２４６〔性能〕・空間周波数２０００ｌｐ／ｍｍでのＭＴＦ波長＝０のとき７５％１３．３Åのとき７５％・歪曲率＝−０．２４％

【００５２】実施例３〔倍率＝１／５倍、有効Ｆナンバー＝１５、像面サイズ
＝２８ｍｍ×１４ｍｍ、解像力＝０．３５μｍ、像高＝
２０ｍｍ〜３７ｍｍ〕Ｓ₁＝−２５７７．４ｍｍｌ₁＝ −５９７．９ｍｍｒ₁＝−１２７１．９８ｍｍｒ₂＝ −４２７．０１ｍｍｒ₃＝ −６４２．８１ｍｍｄ₁＝−３３０．００ｍｍｄ₂＝３３０．００ｍｍＫ₁＝−２．２６０９７Ｋ₂＝−０．１２２９５Ｋ₃＝０．１１２４６〔性能〕・空間周波数１５００ｌｐ／ｍｍでのＭＴＦ波長＝０のとき７０％１３．３Åのとき７０％１００Åのとき６０％２００Åのとき４０％・歪曲率＝−０．２％

【００５３】実施例４〔倍率＝１／５倍、有効Ｆナンバー＝１３、像面サイズ
＝２８ｍｍ×１４ｍｍ、解像力＝０．３５μｍ、像高＝
２０ｍｍ〜３７ｍｍ〕Ｓ₁＝−３０００．０ｍｍｌ₁＝ −６０２．５ｍｍｒ₁＝−１１８１．９１ｍｍｒ₂＝ −３２５．９７ｍｍｒ₃＝ −４４８．９２ｍｍｄ₁＝−４４９．６８ｍｍｄ₂＝２１０．０１ｍｍＫ₁＝−０．９４２７８Ｋ₂＝−０．０７１４６Ｋ₃＝０．１４２８３〔性能〕・空間周波数１５００ｌｐ／ｍｍでのＭＴＦ波長＝０のとき８０％１３．３Åのとき８０％１００Åのとき６５％２００Åのとき４５％・歪曲率＝−０．００００５％以下

【００５４】実施例５〔倍率＝１／５倍、有効Ｆナンバー＝１３、像面サイズ
＝４０ｍｍ×２０ｍｍ、解像力＝０．２５μｍ、像高＝
２７ｍｍ〜５２ｍｍ〕Ｓ₁＝−４５００．０ｍｍｌ₁＝ −９０３．６ｍｍｒ₁＝−１７７２．６０ｍｍｒ₂＝ −４８８．８９ｍｍｒ₃＝ −６７３．４６ｍｍｄ₁＝−６７４．４４ｍｍｄ₂＝３１５．１７ｍｍＫ₁＝−０．９４３０１Ｋ₂＝−０．０８０４９Ｋ₃＝０．１４２６１〔性能〕・空間周波数２０００ｌｐ／ｍｍでのＭＴＦ波長＝０のとき５０％１３．３Åのとき５０％１００Åのとき４０％２００Åのとき３５％・歪曲率＝−０．００００４％以下

【００５５】実施例６〔倍率＝１／５倍、有効Ｆナンバー＝１３、像面サイズ
＝２８ｍｍ×１４ｍｍ、解像力＝０．３５μｍ、像高＝
２０ｍｍ〜３７ｍｍ〕Ｓ₁＝−３０００．０ｍｍｌ₁＝ −６０２．７ｍｍｒ₁＝−１１８２．１４ｍｍｒ₂＝ −３２５．５３ｍｍｒ₃＝ −４４９．２２ｍｍｄ₁＝−４４９．９６ｍｍｄ₂＝２１０．６６ｍｍＫ₁＝−０．９３９００Ｋ₂＝−０．（球面）Ｋ₃＝０．１４４０３〔性能〕・空間周波数１５００ｌｐ／ｍｍでのＭＴＦ波長＝０のとき６０％１３．３Åのとき６０％１００Åのとき５５％２００Åのとき４５％・歪曲０．０１μｍ以下

【００５６】実施例７〔倍率＝１／２倍、有効Ｆナンバー＝２６、像面サイズ
＝３４ｍｍ×１７ｍｍ、解像力＝０．３５μｍ、像高＝
４０ｍｍ〜６０ｍｍ〕Ｓ₁＝−１４３１．１ｍｍｌ₁＝ −７１９．０ｍｍｒ₁＝−８４７．１０ｍｍｒ₂＝−３０９．３０ｍｍｒ₃＝−４８６．３５ｍｍｄ₁＝−２６３．７３ｍｍｄ₂＝１３０．５６ｍｍＫ₁＝−１．７２８６６Ｋ₂＝−１．６０４３５Ｋ₃＝０．７８１００〔性能〕・空間周波数１５００ｌｐ／ｍｍでのＭＴＦ波長＝０のとき８０％１３．３Åのとき７５％１００Åのとき４５％２００Åのとき１４％・歪曲０．１μｍ

【００５７】実施例８〔倍率＝１倍、有効Ｆナンバー＝３９、像面サイズ＝３
６ｍｍ×１８ｍｍ、解像力＝０．３５μｍ、像高＝７０
ｍｍ〜９０ｍｍ〕Ｓ₁＝ −９３４．６ｍｍｌ₁＝−１０５４．２ｍｍｒ₁＝−８３４．７６ｍｍｒ₂＝−３０６．６９ｍｍｒ₃＝−４８３．９２ｍｍｄ₁＝−２６６．６７ｍｍｄ₂＝１０７．８５ｍｍＫ₁＝−１．８２８８２Ｋ₂＝−１．８３７８９Ｋ₃＝−１．１９２８５〔性能〕・空間周波数１５００ｌｐ／ｍｍでのＭＴＦ波長＝０のとき７０％１３．３Åのとき６５％１００Åのとき３０％２００Åのとき０％・歪曲０．１μｍ

【００５８】実施例１〜実施例３は凹面鏡Ｍ₁、Ｍ₃が凸
面鏡Ｍ₂に対し略同一距離の同位置に配された場合を示
し、実施例１及び３は６４Ｍｂｉｔ級のＬＳＩ製造用、
実施例２は２５６Ｍｂｉｔ級のＬＳＩ製造用を目的とし
て設計されたものである。実施例１〜実施例３の投影光
学系は比較的コンパクトで解像力も高いが、歪曲が若干
残存する傾向にある。この場合、マスクのパターン自体
に投影光学系で発生し補正出来なかった歪曲と反対の歪
曲を与えてマスクを作製することにより補正出来る。

【００５９】実施例４〜実施例８は凹面鏡Ｍ₁と凸面鏡
Ｍ₂との間に凹面鏡Ｍ₃が配された場合を示しており、各
実施例共凹面鏡Ｍ₁と凸面鏡Ｍ₂の間の距離のほぼ１／２
の距離だけ離れた位置に凹面鏡Ｍ₃が配されている。実
施例４及び実施例５は夫々６４Ｍｂｉｔ級、２５６Ｍｂ
ｉｔ級のＬＳＩ製造用に設計されたものであり、歪曲を
ほぼ完全に除去し且つ有効Ｆナンバーも１３と、明るい
光学系を提供している。実施例６は凸面鏡Ｍ₂を球面と
し、６４Ｍｂｉｔ級のＬＳＩ製造用に設計された場合、
実施例７は投影倍率を１／２とし、６４Ｍｂｉｔ級のＬ
ＳＩ製造用に設計された場合、実施例８は投影倍率を等
倍とし、６４Ｍｂｉｔ級のＬＳＩ製造用に設計された場
合の例を夫々示している。尚、実施例１〜実施例６は全
て縮小倍率が１／５の例、実施例６を除く他の実施例は
全て３枚の反射鏡（Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃）を非球面で構成し
た例である。

【００６０】以上説明した投影光学系はＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃
の３枚の反射鏡を用いるものであるが、本投影露光装置
に適用可能な投影光学系は上記各実施例に限定されるも
のではない。例えば、Ｍ₄なる第４の反射鏡を付加して
光学設計を行っても良い。尚、Ｘ線を効率良く反射させ
る為には前述の如く多層反射膜を使用すれば良いが、多
層反射膜を使用したとしても反射鏡の数が増すと必然的
にＸ線の損失が多くなる為、投影光学系を構成する反射
鏡の数は少ない方が望ましい。

【００６１】又、本投影光学系は上述の如き面投影で用
いるだけでなく、収差の小さい所定像高を円弧状スリッ
ト等を介して投影し、マスク及びウエハを同時走査して
マスクのパターンをウエハ上に転写する方式に用いても
構わない。

【００６２】

【発明の効果】以上、本発明によれば、少ない反射面の
数で各種の収差を除去することができる優れた反射光学
系を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る投影露光装置の一実施例
を示す概略構成図。

【図２】本発明の実施例に用いる投影光学系の一例を示
す図。

【図３】図２の投影光学系を用いた場合の像面を示す説
明図。

【図４】図２の投影光学系の具体例を示す為の光路図。

【図５】図４の投影光学系の非点収差と歪曲収差を示す
図。

【図６】異なる物高に於る横収差図。

【符号の説明】

１マスクステージ２ステージアライメントマーク３導光部材４鏡筒６ステージアライメントターゲット１０、１１、１２ステージアライメントスコープ２０、２１マスク・ウエハアライメントスコープ５０、５１、５２ウエハステージ構成部材７０、７１駆動装置９０、９１、９２ステージ制御用測長器Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃、Ｍ₄ 反射鏡ＭＳマスクＷウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/027 (72)発明者小倉繁太郎東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者福田恵明東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者渡辺豊東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者河合靖雄東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者刈谷卓夫東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光路に沿って、凹反射面Ｍ1、凸反射面
Ｍ2、凹反射面Ｍ3の３つの反射面を有し、該３つの反射
面のうち少なくとも一つは非球面形状であると共に、凹
反射面Ｍ₁の近軸曲率半径をｒ₁、凸反射面Ｍ₂の近軸曲
率半径をｒ₂、凹反射面Ｍ₃の近軸曲率半径をｒ₃とした
とき、0.9＜ｒ₂／ｒ₁＋ｒ₂／ｒ₃＜1.1なる式を満足する
ことを特徴とする反射光学系。
【請求項２】前記非球面は二次曲面である請求項１記
載の反射光学系。
【請求項３】前記反射光学系はＸ線用の光学系である
請求項１記載の反射光学系。
【請求項４】前記反射面はＸ線を反射する多層膜構造
を有する請求項３記載の反射光学系。