WO1999025008A1

WO1999025008A1 - Dispositif d'exposition par projection, procede d'exposition par projection, et procede de fabrication d'un dispositif d'exposition par projection

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Publication number: WO1999025008A1
Application number: PCT/JP1998/004999
Authority: WO
Inventors: Kenji Suzuki; Takashi Mori
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 1999-05-20
Also published as: EP1037267A4; EP1037267A1; US20020180942A1; KR20010031779A

Description

明細書

投影露光装置、投影露光方法及び該装置の製造方法技術分野

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製造するためのリソグラフイエ程において、マスクパターンを基板上に転写する際に使用される投影露光装置に関する。また、本発明は、上記リソグラフイエ程におけるマスクパターンを基板上に投影露光する方法に関する。また、本発明は、上記投影露光装置を製造する方法に関する。背景技術

半導体デバイスの高集積化に伴い、そのフォトリソグラフィ一製造ェ程で使用される投影露光装置も近年長足の進歩を遂げてきている。

光を利用した投影露光装置の解像力 Rは、レーレー（Rayleigh) の式として知られているように、

R = c · λ /Ν Α

と表される。ここに、 λは露光波長、 Ν Αは投影光学系の像側開口数、 cはレジス卜の解像力などのプロセスによって決まる定数である。半導体デバイスの高集積化はパターンの微細化によって実現されるから、微細化したパターンを解像するためには、上式より明らかなように、露光波長 λの短波長化と、露光光の高 Ν Α化を図る必要がある。

近年では、水銀ランプの 3 6 5 n mの輝線を光源とし、開口数 0 . 6 の投影光学系を用いて、 0 . 3 5 のラインアンドスペースの加工を実現しており、これにより、 6 4 M b i tランダムアクセスメモリーのフォトリソグラフィ一による量産が可能となってきた。さらに、沸化クリプトン（Kr F) エキシマレ一ザ一（λ = 248 ηιη) あるいは、沸化アルゴン（A r F) エキシマレ一ザ一（λ= 193 ηπι) を光源とした露光装置の開発も進められており、 256Mb i t、あるいは 1 Gb i tランダムアクセスメモリー級に必要とされる 0. 25〜0. 18 mラインアンドスペースの加工が、光によって可能になりつつある。

しかるに上記従来の技術では、 0. 25〜0. 18 mラインアンドスペースの加工が限度であり、これを越えて更に 0. l ^m級の解像力を目指すには、露光波長の一層の短波長化や、露光光の一層の高 N A化、あるいは種々の超解像力技術を組み合わせる必要がある。このうち、露光光の高 NA化によって解像力の向上を図ろうとすると、投影光学系が急速に巨大化し、且つ、極めて均質で高い精度を要求される光学材料を必要とし、光学材料の加工と共に極めて大きな困難を強いられることとなり、量産を前提とした場合現実味に乏しい。また現在種々提案されている超解像技術についても、パターンへの依存性が強いために、回路設計に大きな制約を課すこととなり、全面的に採用するには躊躇せざるを得ない。

一方、 X線あるいは電子ビーム等、光以外のエネルギーを用いる方式の研究も盛んであり、光リソグラフィ一がいよいよ限界に直面した場合には、いずれこれらの方式に移行することとなる。しかしながら、露光装置の分野での光の優位性は絶対的であって、長年の研究、経験の内に蓄積されてきた技術、ノゥハウの延長を断ち切つてまで別方式に移行するのには、余程のモチベーションが必要である。

結局、光リソグラフィ一の短波長化の限界を追求することが、全ての困難を解決する唯一の方途であるといえる。発明の開示本発明は、より微細な解像力を有する投影露光装置を提供することを課題とする。また、本発明は、投影原版に形成されたパターンを感光性基板上に露光する投影露光方法を提供することを課題とする。さらに、本発明は、前記投影露光装置を製造する方法を提供することも課題とする。

本発明者らは上記課題を解決するために研究を重ね、先ず、発振波長が Ar Fエキシマレーザ一光（λ = 193 nm) よりは短かく、且つ屈折光学材料が存在しなくなるほどは短くなく、しかも実用的な出力が得られる光源の一例として、フッ素（F₂) エキシマレーザ一に着目した。文献（小原："極紫外レーザ一"，光学， 23(1994)626— 627) によれば、 F₂ エキシマレーザー光の発振波長は 157 nmであり、 MW級以上の出力が得られるレーザ一光源である。しかもそのスペクトル幅は、狭帯化素子を用いなくても、 1〜5 pmと極めて狭いという特徴を有している。次に、 A r Fエキシマレーザーを光源とする光学系においては、屈折光学材料として、合成石英ガラス（S i〇₂) と沸化カルシウム結晶

(C a F₂) が使用可能であった。しかし F₂エキシマレ一ザ一による 1 57 nmの領域では、 S i〇₂の透過率は著しく低下するために、屈折光学材料として使用することが困難である。しかるに C a F₂については、その吸収端は常温で 122 nm程度とされているから

G. Cheroff and ύ. P. Keller: Measurements of Rise and Decay l'imes of Stimulated Emission from Phosphors , J. Opt. Soc. Am, 47, 440— 441(1957)) 、 1 5 7 nmでは C a F₂を使用できる可能性がある。

そこで本発明者らは、極紫外域での C a F₂の透過率を暫定的に測定した。結果の一例を第 5図に示す。同図に示すように、 1 57 nmの光に対して C a F₂は一定程度の透過率を有する。 Ca F₂中の酸素欠陥をさらに抑制することにより、透過率は一層向上すると考えられるから，結局、 C a F2は 1 5 7 n mの光に対して使用可能であると言える。次に、現実に投影光学系を設計するには、 1 5 7 11]11にぉける。 &？ 2の屈折率 nと分散 d n/d λを知る必要がある。そこで、 1 8 5 nm までの領域で求められた分散式（I. Η· Malitson: A Redetermination of Some Optical Properties of Calcium

Fluoride", Appl. Opt.2(1963), 1103- 1107) を外挿することにより、 1 5 7 nmにおける C a F₂の屈折率 nと分散 d n/d λを求めた。

また比較例として、別文献 (I. H. Malitson, "Interspecimen

Compariosn of the Refractive Index of Fused

Silica", J. Opt. Soc. Am, 35(1965), 1205-1209) により、 248 nmと 1 9 3 nmにおける S i〇₂の屈折率 nと分散 d n/d λを求めた。結果は次の通りである。

C a F¾ : 1 57 nm n =1.55861104 d n/d λ = -2.55X10~3 S i 0₂： 248 nm n = l.50855076 d n / d λ =— 5.61 X 10一 4 S i 0₂： 1 9 3 nm n =1.56076908 d n / d λ =— 1.29 X 10— 3 スペクトルの半値幅（半値全幅）が 1 pm程度の K r Fエキシマレーザ光（λ = 24 8 ηιη) を用いるときには、 S i〇2の分散が比較的小さいので、 NA= 0. 6程度までであれば、 S i〇2のみを用いる全屈折系の投影光学系を構成しても、色収差はほとんど生じない。しかるに A r Fエキシマレーザ一光（λ = 1 9 3 nm) を用いるときには、スぺク卜ル幅を 1 pm程度に狭帯化しても、 S i〇2の分散が比較的大きいので、 S i〇2のみを用いる全屈折系の投影光学系を構成することは困難であり、 C a F₂を併用することで色収差の補正を行なっている。

しかるに Fりエキシマレ一ザ一光（λ = 1 57 nm) に対する C a F 2の分散は、上表に示すように 193 nmでの S i 0₂の分散とほぼ等しい。したがってスペクトル幅 1 pm程度の 1 57 nm領域で、 C aF 2のみを用いる全屈折系の投影光学系を構成すると、色収差の補正が困難となる。そこで光源として F₂エキシマレーザーを用い、 C aF₂のみを用いる全屈折系の投影光学系を用いるときには、光源波長の狭帯化を図る必要があることが分かる。

この狭帯化の程度については、狭帯化した後のスぺクトルの半値幅 (半値全幅）を Δλとし、投影光学系の物像間距離、すなわち投影原版上のパターン面から感光性基板上の感光面までの光軸上の距離を Lとし、投影光学系の像側開口数を ΝΑとし、投影光学系の仕様によって定まる定数を kをすると、半値幅 Δ λに求められる条件は、

△ A≤k · L/NA2 ···· (1)

と表すことができる。

本発明は上記考察に基づいてなされたものであり、すなわち、光源と、光源からの光束によって投影原版上のパターンを照明する照明光学系と、パターンの像を感光性基板上の感光面に結像する投影光学系とを有する投影露光装置において、光源は、 193 nmよりも短い波長の光を供給し、光源より供給される 193 nmよりも短い波長の光のスぺクトルを狭帯化する狭帯化装置を配置し、投影光学系は複数の屈折性光学素子を含み、投影光学系を構成する全ての屈折性光学素子は C a F₂で構成されることを特徴とする投影露光装置である。

その際、光源より供給される光のスペクトルの半値幅を Δλとし、投影原版上のパターン面から感光性基板上の感光面までの光軸上の距離を Lとし、投影光学系の像側開口数を ΝΑとしたとき、

厶入≤7. 0 X 10 -13 - L/NA2 ·..· (2)

となるように、光源からの光の狭帯化を図ることが好ましい。また、本発明は、光源からの光束に基づいて投影原版上のパターンを照明する照明光学系と、前記パターンの像を感光性基板に投影する投影光学系とを有する投影露光装置において、光源は、 193 nmよりも短い波長の光を供給し、光源より供給される 193 nmよりも短い波長の光のスペクトルを狭帯化する狭帯化装置を配置し、狭帯化装置により狭帯化された後の光のスぺクトルの半値幅を Δλとし、投影原版上のパ夕ーン面から感光性基板の感光面までの距離を Lとし、投影光学系の感光性基板側の開口数を ΝΑとするとき、狭帯化装置は、

Δ λ≤ 7. 0 X 10- 13 . L/NA 2

を満足するように、光源からの光の狭帯化を図ることを特徴とする投影露光装置である。

また、本発明は、 193 nmよりも短い波長の照明光によって投影原版上のパターンを照明する照明光学系と、パターンの像を感光性基板上の感光面に結像する投影光学系とを有し、照明光学系からの照明光のスベクトルの半値幅を Δ λとし、投影原版上のパターン面から感光性基板の感光面までの距離を Lとし、投影光学系の感光性基板側の開口数を Ν Αとするとき、照明光学系は、

厶入≤7. 0 X 10- 13 . L/NA 2

を満足するようなスぺクトル幅の照明光を供給し、投影光学系は屈折性光学素子で構成されることを特徴とする投影露光装置である。

また、本発明は、 193 nmよりも短い波長の照明光によって投影原版上のパターンを照明する照明光学系と、パターンの像を感光性基板上の感光面に結像する投影光学系とを有し、投影光学系は、屈折性光学素子のみから構成され、照明光学系は、投影光学系の像面におけるシュトレール強度が 0. 8以上となるようなスペクトル幅の照明光を供給することを特徴とする投影露光装置である。また、本発明は、 1 9 3 n mよりも短い波長の光を供給する工程と、光を狭帯化する工程と、狭帯化された光を所定のパターンを有する投影原版へ導き、投影原版を照明する工程と、複数の屈折性光学素子を含む投影光学系によりパターンの像を感光性基板上の感光面上に結像するェ程とを含み、投影光学系中の全ての屈折性光学素子は C a F 2で構成されることを特徴とする投影露光方法である。

また、本発明は、 1 9 3 n mよりも短い波長の光を供給する工程と、 1 9 3 n mよりも短い波長の光のスぺクトルを狭帯化する工程と、狭帯化された光に基づいて投影原版上のパターンを照明する工程と、パターンの像を投影光学系を用いて感光性基板に投影する工程とを含み、狭帯化する工程では、狭帯化された後の光のスぺクトルの半値幅を Δ λとし、投影原版上のパターン面から感光性基板の感光面までの距離を Lとし、投影光学系の感光性基板側の開口数を Ν Αとするとき、

Δ λ≤ 7 . 0 X 1 0 - 1 3 · L / N A 2

を満足するように、光の狭帯化を図ることを特徴とする投影露光方法である。

また、本発明は、 1 9 3 n mよりも短い波長の照明光によって投影原版上のパターンを照明する工程と、パターンの像を投影光学系により感光性基板上の感光面に結像する工程とを有し、照明する工程では、照明光学系からの照明光のスペクトルの半値幅を Δ λとし、投影原版上のパターン面から感光性基板の感光面までの距離を Lとし、投影光学系の感光性基板側の開口数を Ν Αとするとき、

厶入≤7 . 0 X 1 0一 ¹ 3 · L Z N A 2

を満足するようなスぺク卜ル幅の照明光を供給し、投影する工程では、投影原版からの光を屈折性光学素子のみを経由させて感光性基板へ導くことを特徴とする投影露光方法である。また、本発明は、 1 9 3 n mよりも短い波長の照明光によって投影原版上のパターンを照明する照明光学系を準備する工程と、パターンの像を感光性基板上の感光面に結像する投影光学系を準備する工程とを有し、照明光学系は、照明光学系からの照明光のスぺクトルの半値幅を Δ λとし、投影原版上のパターン面から感光性基板の感光面までの距離をとし、投影光学系の感光性基板側の開口数を Ν Αとするとき、

Δ λ≤ 7 . 0 X 1 0 - ¹ . L / N A 2

を満足するようなスぺクトル幅の照明光を供給するように構成され、投影光学系を準備する工程は、複数の屈折性光学素子を準備する補助工程と、複数の屈折性光学素子を組上げる補助工程とを有し、照明光学系及び投影光学系を組上げる工程をさらに有することを特徴とする投影露光装置の製造方法である。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の一実施形態による露光装置を示す概略図である。第 2図は、該実施形態の投影光学系のレンズ構成を示す断面図である。第 3 Α〜3 Ε図は、該実施形態の投影光学系の収差図である。

第 4図は、像高 0割におけるシュトレール強度と光のスぺクトルの半値全幅との関係を示す図である。

第 5図は、極紫外域での C a F ₂の透過率を示す図である。実施形態

本発明の実施の形態を図面によって説明する。第 1図は本発明による投影露光装置の一実施形態を示し、この投影露光装置は、光源 1と、光源 1からの光束の狭帯化を図る狭帯化装置 2と、狭帯化装置 2によって狭帯化された光束によって、投影原版としてのレチクル R上のパターンを均一に照明する照明光学系 3と、レチクル R上のパターンの像を感光性基板としてのウェハ W上の感光面に結像する投影光学系 4とを有する。本実施形態では、光源 1として F ₂エキシマレーザ一を用いており、また投影光学系 4としては、 C a F ₂のみからなる屈折光学系を用いている。

なお、第 1図の例においては、照明光学系 3に使用される屈折系光学素子（レンズ素子、平行平面板など）は全て C a F ₂ (蛍石）となり、照明光学系 3の内部の気体はヘリウムガスで置換される。また、投影光学系 4においても、投影光学系 4の内部の気体はヘリゥムガスで置換される。さらに、光源 1から照明光学系 3へ至る空間、照明光学系 3と投影光学系 4との間の空間、及び投影光学系 4とウェハ Wとの間の空間などもヘリゥムガスで置換される。

また、本実施形態では、蛍石、フッ素がド一プされた合成石英、フッ化マグネシウム、及び水晶などのいずれか 1つで作られたレチクルが使用される。

第 1図に示した本実施形態の露光装置による露光工程（フォトリソグラフイエ程）を経たウェハ Wは、現像工程の後、現像されたレジスト以外の部分を必要な厚さだけ食刻するエッチング工程、さらにエッチング工程の後の不要なレジス卜を除去するレジス卜除去工程等を経てウェハプロセスが終了する。そして、ウェハプロセスが終了すると、実際の組み立て工程にて焼き付けられた回路毎にウェハを切断してチップ化するダイシング、各チップに配線等を付与するボンディング、各チップ毎にパッケージングするパッケージング等の各工程を経て、最終的に半導体装置としての半導体デバイス（L S I等）が製造される。なお、以上には、露光装置を用いたウェハプロセスでのフォトリソグラフイエ程により半導体デバイスを製造する場合を示したが、半導体デバイスとして、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（CCD等）を製造することもできる。

第 2図に、投影光学系 4のレンズ構成の断面図を示す。同図に示すように、本実施形態の投影光学系 4では、都合 2 7枚のレンズ！^〜し？了を用いており、開口絞り ASはレンズ L₁₈とレンズ L₁₉の間に配置されている。

以下の表 1に、投影光学系 4の主要諸元とレンズ諸元を示す。レンズ諸元中、第 1欄はレチクル R側からの各レンズ面の番号、第 2欄 rは各レンズ面の曲率半径（光の進行方向に曲率中心があるときを正とする）、第 3欄 dは各レンズ面から次のレンズ面までの光軸上の間隔、第 4欄は各レンズの番号を表す。

波長 λ = 1 5 7 nmでの C a F₂の屈折率 nと分散 d nZd λとしては、既に述べたように、次の値を用いている。

η= 1. 5586 1 1 04

dn/dA = - 2. 5 5 X 1 0—3

(表 1)

[主要諸元]

f (焦点距離） oo

NA (像側開口数） 0. 6

Y (最大像高） 1 3. 2 mm

L (物像間距離） 1 0 00 mm

β (倍率）一 0. 2 5

[レンズ諸元]

r d

0 oo 95.00237 R ZT9S 'Τ ?,?,99 'S 9Ζ

ε^ΐΊ 09ΐ9δ -ΟΖ 2986Ϊ 02 2Ζ 5

6666 '0 S ?,\Z -ZO - Z

^ 1 Ol L - C SSZQZ *69C S2

6666.0 96890 '9W,- ZZ n 1 2989 '9 00^0 ^907, 17,

96666 ·0 8T690 ' ZZ- 07, OZ ο^ΐ 1 9 ^80 "6 006ί)ΐ '8 ΐ一 6ΐ

96666 Ό 8008^ Ό9Τ- 8ΐ

⁶1 "Ο^ 09^69 * 22- Ζΐ

ββθΐ'Ζ Έΐ 00ΪΙ6 ^ΐ€ΐ- 9Τ

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SI098 ZL S 'S f Π ιΊ. 96666 '6 "98ΐ- δΐ

688Ϊ0 ΊΖ ΖΪ896 "Ο^ΐ 21

⁹1 6666 ·6 6889 Π

81^ ·9Ι ΟΚ) ·8Π Οΐ ΟΤ

⁵Ί Z60S6 '9Ι L8 8 'ΐΟΖ 6

U6SZ "Οΐ I9ZSZ Οΐ 8

5^998 "6Ζ ^Οΐΐ^ ΐ I

96666 Ό ΟΟΐΟΤ '8299 9 gl S^09 '9 ^9196 '1ZZ 9 S

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¹1 S6666 "6 0092^ 'ZS l ΐ ττ IO/86cIf/XDiI 800SZ/66 Ο N5

o O

Oi αι Ol ^ ^ C CO CO 0 CO oo CO CO

r r r r r r

CO DO to CO > r r r

I— *

4^ O t o CO OO ai 1^

53 52.81944 13.41916

54 49.25582 25.05940 L₂7

55 501.39939 13.46716

56 ∞ W 第 3A〜3 E図に、本実施形態による投影光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差を示す。各収差図において NAは像側開口数を表し、 Yは像高を表す。非点収差図において、実線 Mはメリジォナル像面を表し、点線 Sはサジタル像面を表す。またコマ収差（A) はメリジォナル光線の横収差を表し、コマ収差（B) のうち、右半分はサジタル光線のサジタル方向の横収差を表し、左半分はサジタル光線のメリジォナル方向の横収差を表す。

各収差図より明らかなように、本実施形態による投影光学系は、優れた結像性能を持っていることが分かる。

第 4図に、像高 0割（Y=0) におけるシュトレ一ル強度（Strehl Intensity) と光のスペクトルの半値幅△ λとの関係を示す。マルシャル基準（Marechel criterion) によれば、シュトレール強度が 0. 8を超えていれば無収差と見なすことができる。第 4図より、シュトレ一ル強度が 0. 8以上となるためには、

厶； l≤ 0. 3 52 pm ···· (3)

となる必要がある。それ故、（ 1 ) 式と（3) 式から、 L= 1 00 0m m、 NA= 0. 6であるから、

k= l . 2 7 X 1 0 -1

となる。したがって（ 1) 式は、

厶入≤ 1. 2 7 X 1 0—13 · L/NA2 ···· (4) となる。すなわち（4) 式を満たすように光源の波長の狭帯化を図ることが好ましい。

以上における kの値（= 1. 2 7 X 1 0一 13) は、表 1の諸元に示す投影光学系を用いた時のものであるが、投影光学系の構成を変更すればそれに伴って kの値は変化する。

また、以上においては、投影光学系を屈折性の光学部材で構成した例を示したがこれに限るものではない。例えば、投影光学系を屈折性の光学部材と反射型の光学部材（凹面鏡、凸面鏡）との組合せ、所謂反射屈折光学系で構成しても良い。この場合も kの値は所定の値を示す。

このように、投影光学系を屈折性の光学部材で構成した場合や反射屈折光学系で構成した場合を考慮すると、 kの値は、以下の（5) 式を満足することが好ましい。

k≤ 7. 0 X 1 0 - 13 ·· ·· (5)

以上の（5) 式を満足するように、投影光学系を構成すれば、本発明の効果を十分に得ることができる。

よって、上記（ 1 ) 式は、

Δ λ≤ 7. 0 X 10 -1 · L/NA2 ···· (2) となり、この（2) 式を満たすように、投影光学系を構成すれば、色収差を含む諸収差を良好に補正しつつ高解像力を持つ露光装置が実現できる。さらに、この（2) 式を満たす露光装置を用いて、レチクルのパ夕ーンを感光基板に露光すれば、良好なる半導体デバイスを製造することができる。

さて、上記実施形態の投影露光装置は、以下の手法により製造することができる。まず、 193 nmよりも短い波長の照明光によってレチクル上のパターンを照明する照明光学系を準備する。このとき、照明光学系は、上記（2) 式を満足するようなスペクトル幅の照明光を供給するように構成される。そして、レチクル上のパターンの像を感光性基板上の感光面に結像する投影光学系を準備する。この投影光学系を準備するとは、複数の屈折性光学素子を準備して、これら複数の屈折性光学素子を組上げることを含むものである。そして、これらの照明光学系及び投影光学系を前述の機能を達成するように電気的、機械的または光学的に連結することで、本実施形態にかかる投影露光装置が組み上げられる。

また、上記実施形態では、投影光学系 4を屈折性の光学部材で構成し、この光学部材として C a F 2 (フッ化カルシウム）を使用しているが、この C a F ₂に加えて、或いは C a F 2の代わりに、例えばフッ化バリウム、フッ化リチウム、及びフッ化マグネシウムなどのフッ化物の結晶材料や、フッ素がド一プされた石英などを使用して、投影光学系 4を単一種類の光学材料、或いは複数種類の光学材料で構成しても良い。但し、レチクル Rを照明する照明光において十分な狭帯化が可能であるならば、投影光学系 4は単一種類の光学材料で構成することが好ましい。さらに、投影光学系の製造のし易さや製造コストを考えると、投影光学系 4は C a F 2のみで構成されることが好ましい。

なお、上記実施形態では、光源からウェハへ至る光路を全てヘリウムガスで置換したが、光路の一部或いは全てを窒素（N 2 )ガスで置換する、或いは真空の雰囲気にしても良い。

さらに、上記実施形態では、光源として F 2エキシマレ—ザを用い、狭帯化装置によりそのスペクトル幅を狭帯化しているが、その代わりに、 1 5 7 n mに発振スぺクトルを持つ Y A Gレーザなどの固体レーザの高調波を用いるようにしても良い。また、 D F B半導体レーザ又はフアイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（又はエルビウムとイツトリビゥムの両方）がドープされたファイバ一アンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。例えば、単一波長レーザの発振波長を 1. 5 1〜1. 59 mの範囲内とすると、発生波長が 15 1〜 159 nmの範囲内である 10倍高調波が出力される。特に発振波長を 1. 57〜1. 58 zmの範囲内とすると、 157〜 158 nmの範囲内の 10倍高調波、即ち F 2レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。また、発振波長を 1. 03〜1. 12； mの範囲内とすると、発生波長が 147〜 160 nmの範囲内である 7倍高調波が出力され、特に発振波長を 1. 099〜1. 106/ mの範囲内とすると、発生波長が 157〜 1 58 mの範囲内の 7倍高調波、即ち F 2レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。なお、単一波長発振レーザとしてはイツトリビゥム · ドープ · ファイバ一レーザを用いる。

このように、レーザ光源からの高調波を使用する場合には、この高調波自体が十分に狭帯化されたスペクトル幅（例えば 0. 0 1 pm程度）であるので、上記実施形態の光源 1及び狭帯化装置 2の代わりに用いることができる。

さて、上述の実施形態は、ウェハ W上の 1つのショット領域へレチクル Rのパターン像を一括して転写した跡に、ウェハを投影光学系 4の光軸と直交する面内で移動させ次のショット領域を投影光学系の露光領域に移動させて露光を行うステップ ·アンド · リピート方式（一括露光方式）や、ウェハ Wの各ショット領域への露光時にレチクル Rとウェハ W とを投影光学系 4に対して投影倍率 ]3を速度比として同期走査するステップ · アンド ·スキャン方式（走査露光方式）の双方に適用できる。なお、ステップ ·アンド ·スキャン方式では、スリット状の露光領域内で良好な結像特性が得られればよいため、投影光学系 PLを大型化することなく、ウェハ W上のより広いショット領域に露光を行うことができる < ところで、投影光学系は縮小系だけでなく等倍系、又は拡大系（例えば液晶ブイスプレイ製造用露光装置など）を用いても良い。さらに、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ェハ上に転写する露光装置、撮像素子（C C D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、又はマスクを製造するために、ガラス基板、又はシリコンウェ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 Cさる。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。産業上の利用の可能性

以上説明したように、本発明によれば、 1 9 3 n mよりも短い波長の光源を用い、色収差を含む諸収差を良好に補正した高い解像力を持つ露光装置を提供することができる。また、この露光装置を用いれば、良好なる半導体デバイスを製造することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 光源と、該光源からの光束によって投影原版上のパターンを照明する照明光学系と、前記パターンの像を感光性基板上の感光面に結像する投影光学系とを有する投影露光装置において、

前記光源は、 1 9 3 n mよりも短い波長の光を供給し、

前記光源より供給される 1 9 3 n mよりも短い波長の光のスぺクトルを狭帯化する狭帯化装置を配置し、

前記投影光学系は複数の屈折性光学素子を含み、

前記投影光学系を構成する全ての屈折性光学素子は C a F 2で構成されることを特徴とする投影露光装置。

2 . 前記狭帯化装置により狭帯化された後の光のスぺクトルの半値幅を Δ λとし、前記投影原版上のパターン面から前記感光性基板上の感光面までの光軸上の距離を Lとし、前記投影光学系の像側開口数を Ν Αとしたとき、

Δ λ≤ 7 . 0 X 1 0 - ¹ . L / N A ²

となるように、前記光源からの光の狭帯化を図ったことを特徴とする請求の範囲 1記載の投影露光装置。

3 . 前記光源として F 2エキシマレ—ザ一を用いたことを特徴とする請求の範囲 2記載の投影露光装置。

4 . 前記光源として F 2エキシマレーザ一を用いたことを特徴とする請求の範囲 1記載の投影露光装置。

5 . 前記投影光学系は、屈折性光学素子のみから構成されることを特徴とする請求の範囲 1記載の投影露光装置。

6. 光源からの光束に基づいて投影原版上のパターンを照明する照明光学系と、前記パターンの像を感光性基板に投影する投影光学系とを有する投影露光装置において、

前記光源は、 193 nmよりも短い波長の光を供給し、

前記光源より供給される 1 93 nmよりも短い波長の光のスぺクトルを狭帯化する狭帯化装置を配置し、

前記狭帯化装置により狭帯化された後の光のスぺクトルの半値幅を Δ λとし、前記投影原版上のパターン面から前記感光性基板の感光面までの距離を Lとし、前記投影光学系の感光性基板側の開口数を ΝΑとするとき、前記狭帯化装置は、

Δ λ≤ 7. 0X 10 - 1 . L/NA 2

を満足するように、前記光源からの光の狭帯化を図ることを特徴とする投影露光装置。

7. 前記投影光学系は屈折性光学素子のみで構成されることを特徴とする請求の範囲 6に記載の投影露光装置。

8. 前記投影光学系は、単一種類の光学材料で構成されることを特徴とする請求の範囲 6に記載の投影露光装置。

9. 193 nmよりも短い波長の照明光によって投影原版上のパ夕一ンを照明する照明光学系と、

前記パターンの像を感光性基板上の感光面に結像する投影光学系とを有し、前記照明光学系からの照明光のスぺクトルの半値幅を Δλとし、前記投影原版上のパターン面から前記感光性基板の感光面までの距離をしとし、前記投影光学系の感光性基板側の開口数を ΝΑとするとき、前記照明光学系は、

Δ λ≤ 7. 0 X 10- 13 . L/NA 2

を満足するようなスぺクトル幅の照明光を供給し、

前記投影光学系は屈折性光学素子で構成されることを特徴とする投影露光装置。

10. 前記投影光学系は、単一種類の光学材料で構成されることを特徴とする請求の範囲 9記載の投影露光装置。

1 1. 前記投影光学系中の全ての前記屈折性光学素子は C a F 2で構成されることを特徴とする請求の範囲 10記載の投影露光装置。

12. 前記照明光学系は、 193 nmよりも短い波長の光を供給する光源と、該光源からの前記光のスぺクトルを狭帯化する狭帯化装置とを含むことを特徴とする請求の範囲 10記載の投影露光装置。

13. 前記照明光学系は、 193 nmよりも短い波長の光を供給する光源と、該光源からの前記光のスぺクトルを狭帯化する狭帯化装置とを含むことを特徴とする請求の範囲 9記載の投影露光装置。

14. 前記光源として F 2エキシマレ—ザを用いたことを特徴とする請求の範囲 1 3記載の投影露光装置。

1 5. 前記照明光学系は、 193 nmよりも短い波長のレーザの高調波を供給する光源部を含むことを特徴とする請求の範囲 9に記載の投影露光装置。

16. 1 93 nmよりも短い波長の照明光によって投影原版上のパターンを照明する照明光学系と、

前記パターンの像を感光性基板上の感光面に結像する投影光学系とを有し、

前記投影光学系は、屈折性光学素子のみから構成され、

前記照明光学系は、前記投影光学系の像面におけるシュトレール強度が 0. 8以上となるようなスぺクトル幅の照明光を供給することを特徴とする投影露光装置。

1 7. 前記投影光学系は、単一種類の光学材料で構成されることを特徵とする請求の範囲 1 6記載の投影露光装置。

18. 前記投影光学系中の屈折性光学素子は、 C aF ₂であることを特徴とする請求の範囲 1 7に記載の投影露光装置。

1 9. 前記照明光のスペクトルの半値幅を Δλとし、前記投影原版上のパターン面から前記感光性基板の感光面までの距離を Lとし、前記投影光学系の感光性基板側の開口数を Ν Αとするとき、前記照明光学系は、

Δ λ≤ 1. 27 X 1 0- 13 . L/NA 2

を満足するようなスぺクトル幅の照明光を供給することを特徴とする請求の範囲 1 7に記載の投影露光装置。

2 0 . 前記照明光学系は、 1 9 3 n mよりも短い波長の光を供給する光源と、該光源からの光束を狭帯化する狭帯化装置とを有することを特徴とする請求の範囲 1 9記載の投影露光装置。

2 1 . 前記照明光学系は、 1 9 3 n mよりも短い波長のレーザの高調波を供給する光源部を含むことを特徴とする請求の範囲 1 6に記載の投影露光装置。

2 2 . 1 9 3 n mよりも短い波長の光を供給する工程と、

該光を狭帯化する工程と、

狭帯化された光を所定のパターンを有する投影原版へ導き、該投影原版を照明する工程と、

複数の屈折性光学素子を含む投影光学系により前記パターンの像を感光性基板上の感光面上に結像する工程とを含み、

前記投影光学系中の全ての前記屈折性光学素子は C a F ₂で構成されることを特徴とする投影露光方法。

2 3 . 前記狭帯化する工程では、狭帯化された後の光のスぺクトルの半値幅を Δ λとし、前記投影原版上のパターン面から前記感光性基板上の感光面までの光軸上の距離を Lとし、前記投影光学系の像側開口数を Ν Αとしたとき、

Δ λ≤ 7 . 0 X 1 0 - 1 3 · L / N A 2

となるように、前記光の狭帯化を図ることを特徴とする請求の範囲 2 2 記載の投影露光方法。

2 4 . 前記光源として F 2エキシマレーザ—を用いたことを特徴とする請求の範囲 23記載の投影露光方法。

25. 前記光源として F 2エキシマレーザーを用いたことを特徴とする請求の範囲 22記載の投影露光方法。

26. 193 nmよりも短い波長の光を供給する工程と、

前記 193 nmよりも短い波長の光のスぺクトルを狭帯化する工程と、前記狭帯化された光に基づいて投影原版上のパターンを照明する工程と、

前記パターンの像を投影光学系を用いて感光性基板に投影する工程とを含み、

前記狭帯化する工程では、前記狭帯化された後の光のスぺクトルの半値幅を Δλとし、前記投影原版上のパターン面から前記感光性基板の感光面までの距離を Lとし、前記投影光学系の感光性基板側の開口数を Ν Αとするとき、

△ λ≤7. 0 X 1 0— 1 3 · L/NA 2

を満足するように、前記光の狭帯化を図ることを特徴とする投影露光方法。

27. 前記投影する工程では、前記投影原版からの光を屈折性光学素子のみを経由させて前記感光性基板へ導くことを特徴とする請求の範囲 26に記載の投影露光方法。

28. 前記光源として F 2エキシマレ—ザ—を用いたことを特徴とする請求の範囲 27記載の投影露光方法。

2 9. 1 9 3 nmよりも短い波長の照明光によって投影原版上のパターンを照明する工程と、

前記パターンの像を投影光学系により感光性基板上の感光面に結像する工程とを有し、

前記照明する工程では、前記照明光学系からの照明光のスペクトルの半値幅を Δ λとし、前記投影原版上のパターン面から前記感光性基板の感光面までの距離を Lとし、前記投影光学系の感光性基板側の開口数を ΝΑとするとき、

Δ λ≤ 7. 0 X 1 0 - 1 3 . L/NA 2

を満足するようなスぺクトル幅の照明光を供給し、

前記投影する工程では、前記投影原版からの光を屈折性光学素子のみを経由させて前記感光性基板へ導くことを特徴とする投影露光方法。

30. 前記投影光学系は、単一種類の光学材料で構成されることを特徴とする請求の範囲 2 9記載の投影露光装置。

3 1. 前記投影光学系中の全ての前記屈折性光学素子は C a F 2であることを特徴とする請求の範囲 30記載の投影露光方法。

32. 前記照明する工程は、 1 93 nmよりも短い波長の光を供給する補助工程と、該供給された光のスぺクトルを狭帯化する補助工程とを含むことを特徴とする請求の範囲 29に記載の投影露光方法。

3 3. 前記 1 9 3 nmよりも短い波長の光を F 2エキシマレーザにより供給することを特徴とする請求の範囲 32に記載の投影露光方法。

34. 前記照明する工程は、所定の波長のレーザ光を供給する補助ェ程と、該レーザ光を 193 nmよりも短い波長となるような高調波に変換する補助工程とを含むことを特徴とする請求の範囲 29に記載の投影露光方法。

35. 193 nmよりも短い波長の照明光によって投影原版上のパターンを照明する照明光学系を準備する工程と、

前記パターンの像を感光性基板上の感光面に結像する投影光学系を準備する工程とを有し、

前記照明光学系は、前記照明光学系からの照明光のスぺクトルの半値幅を Δ λとし、前記投影原版上のパターン面から前記感光性基板の感光面までの距離を Lとし、前記投影光学系の感光性基板側の開口数を N A とするとき、

Δ λ≤ 7. 0 X 10- 13 . L/NA 2

を満足するようなスぺクトル幅の照明光を供給するように構成され、前記投影光学系を準備する工程は、複数の屈折性光学素子を準備する補助工程と、該複数の屈折性光学素子を組上げる補助工程とを有し、前記照明光学系及び前記投影光学系を組上げる工程をさらに有することを特徴とする投影露光装置の製造方法。