JP2003233001A - 反射型投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

反射型投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法

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projection optical
mirror
reflecting
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千明 寺沢
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＥＵＶリソグラフィーシステムに適用可能
で、高ＮＡ化と結像性能のバランスに優れた６枚ミラー
系の反射型投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法
を提供することを例示的目的とする。 【解決手段】 物体側から像側にかけて順に、第１の反
射鏡、第２の反射鏡、第３の反射鏡、第４の反射鏡、第
５の反射鏡、第６の反射鏡の順に光を反射するような６
枚の反射鏡が基本的に共軸系をなすように配置され、前
記第３の反射鏡から前記第５の反射鏡の光路の間に中間
像を形成する結像系であって、主光線の各反射鏡におけ
る光軸からの高さ方向の位置について、前記第１の反射
鏡から前記第２の反射鏡までの変位方向と、前記第３の
反射鏡から前記第６の反射鏡までの変位方向とを逆方向
としたことを特徴とする反射型投影光学系を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般には、露光装
置に係り、特に、紫外線や極紫外線（ＥＵＶ：ｅｘｔｒ
ｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を利用して半導体
ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用
のガラス基板などの被処理体を投影露光する反射型投影
光学系、露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の電子機器の小型化及び薄型化の要
請から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への
要求はますます高くなっている。例えば、マスクパター
ンに対するデザインルールはライン・アンド・スペース
（Ｌ＆Ｓ）０．１μｍ以下の寸法像を広範囲に形成する
ことが要求され、今後は更に８０ｎｍ以下の回路パター
ン形成に移行することが予想される。Ｌ＆Ｓは、露光に
おいてラインとスペースの幅が等しい状態でウェハ上に
投影された像であり、露光の解像度を示す尺度である。
【０００３】半導体製造用の代表的な露光装置である投
影露光装置は、マスク又はレチクル（なお、本出願では
これらの用語を交換可能に使用する。）上に描画された
パターンをウェハに投影露光する投影光学系を備えてい
る。投影露光装置の解像度（正確に転写できる最小寸
法）Ｒは、光源の波長λと投影光学系の開口数（ＮＡ）
を用いて次式で与えられる。
【０００４】
【数１】
【０００５】従って、波長を短くすればするほど、及
び、ＮＡを上げれば上げるほど、解像度は良くなる。近
年では、解像度はより小さい値を要求されＮＡを上げる
だけではこの要求を満足するには限界となっており、短
波長化により解像度の向上を見込んでいる。現在では、
露光光源は、ＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎ
ｍ）及びＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）
からＦ２レーザー（波長約１５７ｎｍ）に移行してお
り、更には、ＥＵＶ（ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉ
ｏｌｅｔ）光の実用化も進んでいる。
【０００６】しかし、光の短波長化が進むと光が透過す
る硝材が限られてしまうために屈折素子、即ち、レンズ
を多用することは難しく、投影光学系に反射素子、即
ち、ミラーを含めることが有利になる。更に、露光光が
ＥＵＶ光になると使用できる硝材は存在しなくなり、投
影光学系にレンズを含めることは不可能となる。そこ
で、投影光学系をミラー（例えば、多層膜ミラー）のみ
で構成する反射型投影光学系が提案されている。
【０００７】反射型投影光学系においては、ミラーにお
ける反射率を高めるために反射した光が強め合うようミ
ラーには多層膜が形成されているが、光学系全体での反
射率を高めるためにできるだけ少ない枚数で構成するこ
とが望ましい。また、マスクとウェハの機械的な干渉を
防止するため、マスクとウェハが瞳を介して反対側に位
置するよう投影光学系を構成するミラーの枚数は偶数枚
であることが望ましい。更に、ＥＵＶ露光装置に要求さ
れる線幅（解像度）が従来の値より小さくなってきたた
めＮＡをあげる必要があるが（例えば、波長１３．５ｎ
ｍにおいてＮＡ０．２）、従来の３乃至４枚のミラーで
は、波面収差を減らすことが困難である。そこで、波面
収差補正の自由度を増やすためにもミラーの数を６枚程
度にする必要が生じてきた（以下、本出願では、かかる
光学系を６枚ミラー系と表現する場合もある）。この種
の６枚ミラー系は、例えば、公開特許２０００年第１０
０６９４号公報、公開特許２０００年第２３５１４４号
公報に開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、公開特許２０
００年第１００６９４号公報において提案されている６
枚ミラー系の反射型投影光学系によれば、第１の反射鏡
の頂点近傍にて主光線を反射させているため、物体側テ
レセン度が大きくなる傾向がある。従って、走査露光時
において、物体面位置の光軸方向の相対位置にずれが生
じた場合、像面での倍率や歪曲収差の変化を起こしやす
く結像性能を劣化させてしまうという問題を有してい
る。
【０００９】また、ＮＡが０．１６程度までは対応でき
るが、更なる高ＮＡ化に対応することが困難であるとい
う問題も有している。それは、中間像から像面までの第
２の反射光学系に４枚もの反射鏡を有しているので、高
ＮＡ化により第２の反射光学系中の光束幅が大きくなる
と、反射鏡を、かかる反射鏡での反射光以外の光線と干
渉させずに配置することが難しくなるからである。第２
の反射光学系中の主光線高、特に、第３の反射鏡、第４
の反射鏡の主光線高を高くできれば干渉させずに配置で
きる可能性もあるが、第２の反射鏡が凹面鏡であること
から、それも難しい。唯一、物体高を高くすることによ
り、高ＮＡ化に対応する方法も考えられるが、広角化す
ることは収差補正の上で困難であり、また反射鏡の径も
増大してしまう。
【００１０】更に、物体面と反射鏡の最少距離が２０乃
至３０ｍｍ程度と短いために、物体面をスキャンするた
めのステージ機構のスペースを確保することが困難であ
る。従って、照明系を、その光路が投影系の光軸を横切
るように構成する場合には、照明光束とステージ機構が
干渉してしまうという問題も有している。
【００１１】一方、投影系の製造時においては、芯出し
のための偏芯調整を行う必要があるが、この際、反射鏡
が光軸中心を包含する３６０度の領域を有した形状であ
れば、偏芯精度を確保しやすい。しかし、かかる公報の
実施例においては、第４の反射鏡をオフアクシス形状と
せざるを得ないため偏芯調整も難しいという問題もあ
る。
【００１２】次に、公開特許２０００年第２３５１４４
号公報において提案されている６枚ミラー系の反射型投
影光学系によれば、ＮＡが０．２０乃至０．３０とある
程度の高ＮＡ化が達成されているが、物体側が非テレセ
ントリックであり、マスク又はレチクル（物体面）に入
出射する光束の主光線の物体面法線に対する傾きが大き
くなる。従って、走査露光時において、マスク又はレチ
クル（物体面）とウェハ（像面）との光軸方向の相対位
置にズレが生じた場合、ウェハでの結像倍率が変化して
しまい結像性能を劣化させてしまうという問題を有して
いる。
【００１３】また、物体面と反射鏡の最少距離が８０乃
至８５ｍｍ程度と短いために、やはり、物体面をスキャ
ンするためのステージ機構のスペースを確保することが
困難である。従って、照明系を、その光路が投影系の光
軸を横切るように構成する場合には、照明光束とステー
ジ機構が干渉してしまうという問題も有している。
【００１４】そこで、本発明は、ＥＵＶリソグラフィー
システムに適用可能で、高ＮＡ化と結像性能のバランス
に優れた６枚ミラー系の反射型投影光学系、露光装置及
びデバイス製造方法を提供することを例示的目的とす
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の一側面としての反射型投影光学系は、物体
側から像側にかけて順に、第１の反射鏡、第２の反射
鏡、第３の反射鏡、第４の反射鏡、第５の反射鏡、第６
の反射鏡の順に光を反射するような６枚の反射鏡が基本
的に共軸系をなすように配置され、前記第３の反射鏡か
ら前記第５の反射鏡の光路の間に中間像を形成する結像
系であって、主光線の各反射鏡における光軸からの高さ
方向の位置について、前記第１の反射鏡から前記第２の
反射鏡までの変位方向と、前記第３の反射鏡から前記第
６の反射鏡までの変位方向とを逆方向としたことを特徴
とする。かかる反射型投影光学系は６枚ミラー系を使用
し、高ＮＡと結像性能のバランスをとりつつ、物体面と
反射鏡の最少距離を十分に確保することができる。前記
第４の反射鏡から前記第５の反射鏡の光路の間に前記中
間像を形成することを特徴とする。これにより、中間像
から像面までを第５の反射鏡及び第６の反射鏡の２枚の
反射鏡のみで構成することができ、それぞれのパワーを
大きくすることにより光線と反射鏡との干渉がなく光路
を分離設定することが可能となる。前記第１の反射鏡か
ら前記第４の反射鏡までの曲率半径の中心は前記物体面
側に位置し、前記第５の反射鏡と前記第６の反射鏡の曲
率半径の中心は前記像面側に位置する。前記第１の反射
鏡乃至前記第６の反射鏡は順に、凹面鏡、凸面鏡、凹面
鏡、凸面鏡、凸面鏡、凹面鏡であることを特徴とする。
これにより、所定のＮＡ及びバックフォーカスを保って
結像することができる。前記第４の反射鏡の光軸位置を
物理的に前記第１の反射鏡の光軸位置と前記第６の反射
鏡の光軸位置との間に配置したことを特徴とする。これ
により、第４の反射鏡を光軸中心を包含する３６０度の
領域を有した形状とすることができる。前記第３の反射
鏡の光軸位置を物理的に前記第５の反射鏡の光軸位置と
像面との間に配置したことを特徴とする。これにより、
第３の反射鏡を光軸中心を包含する３６０度の領域を有
した形状とすることができる。前記第２の反射鏡の位置
を開口絞り位置としたことを特徴とする。前記第１の反
射鏡と前記第２の反射鏡との間に開口絞りを配置したこ
とを特徴とする。これにより、物体側をテレセントリッ
クにすることができる。前記６枚の反射鏡は、結像に寄
与する有効光束と干渉することなく光軸中心を包含する
３６０度の領域を有する形状として配置されることを特
徴とする。これにより、偏芯精度を確保しやすくなり品
質の安定につながり、また、製造上も有利である。前記
６枚の反射鏡のうち少なくとも１枚は極紫外線光を反射
する多層膜を有する非球面ミラーであることを特徴とす
る。また、前記６枚の反射鏡のうち少なくとも１枚は極
紫外線光を反射する多層膜を有する非球面ミラーであ
り、収差補正をするうえで好ましいという長所を有す
る。なお、前記６枚の反射鏡は全て極紫外線光を反射す
る多層膜を有する非球面ミラーであることが好ましく、
２００ｎｍ以下、特に、２０ｎｍ以下の波長を有する極
紫外線光を効率よく反射することができる。前記反射型
投影光学系は、２回結像系であることを特徴とする。前
記物体面側と前記像面側のうち少なくとも前記像面側が
テレセントリックであることを特徴とする。これによ
り、像面が光軸方向に移動も倍率の変化を少なくするこ
とができる。
【００１６】本発明の別の側面としての露光装置は、上
述の反射型投影光学系と、前記物体面上にマスクのパタ
ーンを位置付けるべく当該マスクを保持するステージ
と、前記像面上に感光層を位置付けるべく基板を保持す
るステージと、前記反射型投影光学系の円弧状の視野に
対応する円弧状のＥＵＶ光により前記マスクを照明する
照明装置と、前記ＥＵＶ光で前記マスクを照明する状態
で前記各ステージを同期して走査する手段とを有する。
かかる露光装置によれば、上述した反射型投影光学系を
構成要素の一部に有し、高ＮＡと結像性能のバランスを
とりつつ、マスクを保持するステージと基板を保持する
ステージとが機械的に干渉することを防止することがで
きる。
【００１７】本発明の更に別の側面としてのデバイス製
造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光する
ステップと、前記露光された被処理体に所定のプロセス
を行うステップとを有する。上述の露光装置の作用と同
様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及
び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。
また、かかるデバイスは、例えば、ＬＳＩやＶＳＬＩな
どの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄
膜磁気ヘッドなどを含む。
【００１８】本発明の更なる目的又はその他の特徴は、
以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によ
って明らかにされるであろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の一側面としての反射型投影光学系１００及び露光装
置２００について説明する。但し、本発明はこれらの実
施例に限定するものではなく、本発明の目的が達成され
る範囲において、各構成要素が代替的に置換されてもよ
い。なお、各図において同一の部材については同一の参
照符号を付し、重複する説明は省略する。ここで、図１
は、本発明の一側面としての反射型投影光学系１００の
例示的一形態及びその光路を示す概略断面図である。ま
た、図２は、図１に示す反射型投影光学系１００の別の
形態を示した反射型投影光学系１００ａ及びその光路を
示す概略断面図、図３は、図１に示す反射型投影光学系
１００の別の形態を示した反射型投影光学系１００ｃ及
びその光路を示す概略断面図である。なお、以下の説明
において特に断らない限り、反射型投影光学系１００
は、反射型投影光学系１００ａ及び１００ｂを総括する
ものとする。また、図４は、図１に示す反射型投影光学
系１００の主光線の光路を示す概略断面図である。
【００２０】図１を参照するに、本発明の反射型投影光
学系１００（以下、単に投影光学系１００とする。）
は、物体面ＭＳ（例えば、マスク面）上のパターンを像
面Ｗ（例えば、基板などの被処理体面）上に縮小投影す
る反射型投影光学系であって、特に、ＥＵＶ光（例え
ば、波長１３．４ｎｍ）に好適な光学系である。投影光
学系１００は、６枚の反射鏡を有し、基本的に、物体面
ＭＳ側から光を反射する順番に、第１の反射鏡１１０
（凹面鏡）と、第２の反射鏡１２０（凸面鏡）と、第３
の反射鏡１３０（凹面鏡）と、第４の反射鏡１４０（凸
面鏡）と、第５の反射鏡１５０（凸面鏡）と、第６の反
射鏡１６０（凹面鏡）とを有し、第１の反射鏡１１０乃
至第４の反射鏡１４０の４枚の反射鏡により中間像ＭＩ
を結像させ、かかる中間像ＭＩを第５の反射鏡１５０及
び第６の反射鏡１６０の２枚の反射鏡で像面Ｗ上に再結
像するように構成されている。
【００２１】本発明の投影光学系１００は、基本的に
は、共軸系をなすように配置されており、１本の光軸の
回りに軸対称な共軸光学系となっている。但し、収差補
正上又は収差調整上、投影光学系１００の各反射鏡１１
０乃至１６０が完全に共軸系となるように配置される必
要はなく、若干の偏芯をさせて収差を改善してもよい。
【００２２】開口絞りＳＴは、第２の反射鏡１２０の位
置に円形の開口絞りとして配置されている。開口絞りＳ
Ｔの径は、固定であっても可変であってもよい。可変の
場合には、開口絞りＳＴの径を変化させることにより、
光学系のＮＡを変化させることができる。開口絞りＳＴ
を可変とすることで、深い焦点深度を得られるなどの長
所が得られ、像を安定させることができる。
【００２３】このような配置において、本発明の投影光
学系１００は、図４に示すように、主光線の各反射鏡に
おける光軸からの高さ方向の位置（Ｐ１からＰ６）につ
いて、第１の反射鏡１１０から第２の反射鏡１２０まで
の変位方向（Ｐ１→Ｐ２では紙面の下方向）と、第３の
反射鏡１３０から第６の反射鏡１６０までの変位方向
（Ｐ３→Ｐ４→Ｐ５→Ｐ６では紙面の上方向）とを逆方
向としたことを特徴としている。
【００２４】更には、第１の反射鏡１１０から第４の反
射鏡１４０までの曲率半径の中心は物体面ＭＳ側に位置
し、第５の反射鏡１５０と第６の反射鏡１６０の曲率半
径の中心は像面Ｗ側に位置することを特徴としている。
【００２５】反射型投影光学系は、現在のところ光リソ
グラフィーにおける最終手段と目されており、マスクパ
ターンの更なる微細化のために、将来的に更なる高ＮＡ
化が切望されてくるはずである。しかしながら、高ＮＡ
化を進めれば進めるほど、光束幅が大きくなり、特に、
像面Ｗ側で反射鏡と光線を干渉（ケラレ）することなく
配置することが困難になる。
【００２６】かかる高ＮＡ化に対して、本発明の投影光
学系１００では、中間像ＭＩから像面Ｗまでを第５の反
射鏡１５０と第６の反射鏡１６０の２枚の反射鏡のみで
構成していること及びそれぞれのパワーを大きくするこ
とにより、光線と反射鏡との干渉がなく光路を分離設定
することを可能としている。
【００２７】また、物体面ＭＳ側のテレセン度に関して
は、第２の反射鏡１２０の位置を開口絞りＳＴ面とする
と共に、第１の反射鏡１１０を正パワーの凹面鏡とし、
加えて第３の反射鏡１３０での主光線高を高く設定する
ことにより入射瞳を遠方に設定することが可能となるの
で、物体面ＭＳが光軸方向に変動しても像の大きさの変
化が極めて小さく歪曲収差への影響も小さい程度のテレ
セン度を達成できる。本発明の投影光学系１００におい
ては、物体面ＭＳからの主光線の物体面ＭＳに垂直な方
向に対する傾きθは８度未満となり、更に言うのであれ
ば、３度以下であることが好ましい。
【００２８】物体面ＭＳと反射鏡の最少距離（即ち、本
発明の場合、物体面ＭＳと第２の反射鏡１２０との距離
に相当する。）については、上述したように、第２の反
射鏡１２０での反射角を比較的大きくすることによっ
て、物体面ＭＳと反射鏡の最少距離を大きく確保するこ
とが可能である。これにより、物体面ＭＳのステージ機
構、照明系の光路設定に自由度を与え、投影系の反射鏡
と干渉することなく配置することができる。本発明の投
影光学系１００では、物体面ＭＳと第２の反射鏡１２０
との距離は、１５０ｍｍ以上としている。
【００２９】更に、製造面から第４の反射鏡１４０の光
軸位置を物理的に第１の反射鏡１１０の光軸位置と第６
の反射鏡１６０の光軸位置の間に配置することにより、
第４の反射鏡１４０を光軸中心を包含する３６０度の領
域を有した形状とすることができるので、偏芯精度を確
保しやすくなり品質の安定につながる。唯一、第３の反
射鏡１３０が光軸中心を有しないオフアクシス形状とな
っているが、かかる第３の反射鏡１３０を第６の反射鏡
１６０と像面Ｗとの間に配置することにより、光軸中心
を包含する３６０度の領域を有した形状とすることが可
能である。
【００３０】次に、図２を参照して、図１に示す反射型
投影光学系１００の別の形態を示した反射型投影光学系
１００ａについて、投影光学系１００と相違する点につ
いて主に述べる。まず、投影光学系１００ａは、光路中
の中間像ＭＩの位置が第３の反射鏡１３０と第４の反射
鏡１４０の間に位置している。これは、投影光学系１０
０の場合と比較すると高ＮＡ化という点では不利になる
が、これでも同程度の高ＮＡ化を達成している。
【００３１】次に、開口絞りＳＴが第１の反射鏡１１０
と第２の反射鏡１２０の中間で第２の反射鏡１２０寄り
に円形の開口絞りとして配置され、第２の反射鏡１２０
を平面基準の非球面としている。更に、６枚のすべての
反射鏡（第１の反射鏡１１０乃至第６の反射鏡１６０）
が、光軸中心位置が実際に光軸上に配置されているため
光軸中心を包含する３６０度の領域を有した形状とする
ことが可能であり製造上の利点となっている。
【００３２】このような構成において、本発明の投影光
学系１００は６枚ミラー系であり、ＮＡを大きくする上
で好ましいという長所を有する。また、物体側で略テレ
セントリックな光学系であり、物体面ＭＳが光軸方向に
移動しても像の大きさの変化が小さく、歪曲収差への影
響も小さくできるので良好な結像を得ることができる。
更に、本発明の投影光学系１００は、像面Ｗ側の射出光
束はテレセントリックになっており、像面Ｗが光軸方向
に移動しても倍率の変化が少ない。即ち、本発明の投影
光学系１００は両側テレセントリックな光学系であり、
結像性能の安定に寄与する。
【００３３】更に、投影光学系１００は、共軸系をなす
ように配置されているために光軸を中心としたリング状
の像面で収差が補正されるため好ましいという長所を有
している。投影光学系１００は、中間像を結像する光学
系であり、よりバランスのとれた良好な収差補正を可能
にしている。投影光学系１００のミラータイプは、物体
面ＭＳからの主光線の傾きを小さくすることができるの
で、透過型マスク（型抜きマスク）及び反射型マスクの
両方に対応可能な光学系となっている。
【００３４】第１の反射鏡１１０乃至第６の反射鏡１６
０は、上述したような凹面鏡又は凸面鏡より構成され
る。なお、本発明において、第１の反射鏡１１０乃至第
６の反射鏡１６０は、上述した凹面鏡及び凸面鏡の組み
合わせに限定されるものではない。但し、本発明のよう
に第１の反射鏡１１０乃至第４の反射鏡１４０で中間結
像し、第５の反射鏡１５０及び第６の反射鏡１６０で再
結像するためには、いくつかの反射鏡においてその形状
が定まるものである。まず、第５の反射鏡１５０と第６
の反射鏡１６０は、所定のＮＡやバックフォーカスを保
って結像するためには、それぞれ凸面鏡と凹面鏡である
ことが好ましい。
【００３５】また、第１の反射鏡１１０は、物体面ＭＳ
から出た主光線を反射させ光軸方向に近づけるために凹
面鏡であることが好ましい。また、第３の反射鏡１３０
は、第２の反射鏡１２０で反射したＥＵＶ光を反射させ
て光軸方向に向ける必要があり、凹面鏡であることが好
ましい。
【００３６】第２の反射鏡１２０及び第４の反射鏡１４
０においては、凹面鏡又は凸面鏡の自由度が考えられる
が、後述するように、ペッツバール項の和がゼロ又はゼ
ロ近傍となるようにその反射鏡の形状を決定する必要が
ある。例えば、第１の反射鏡１１０が凹面鏡であるので
第２の反射鏡１２０は凸面鏡、第３の反射鏡１３０が凹
面鏡であるので第４の反射鏡１４０は凸面鏡とすること
が好ましい。これにより、第１の反射鏡１１０から第６
の反射鏡１６０までをペッツバール項の符号を交互に設
定することができるので、ペッツバール和を部分的に補
正することが可能となりなお良い。
【００３７】本発明において、第１の反射鏡１１０乃至
第６の反射鏡１６０は、上述したように、それぞれ凹面
鏡又は凸面鏡より構成され、その反射面が非球面形状を
有している。但し、本発明において、第１の反射鏡１１
０乃至第６の反射鏡１６０は、少なくとも１枚以上が非
球面であればよい。しかし、反射鏡を非球面で構成する
ことは収差を補正する上で好ましいという長所を有して
おり、できるだけ多くの反射鏡（好ましくは、６枚）を
非球面で構成するとよい。かかる第１の反射鏡１１０乃
至第６の反射鏡１６０において、非球面の形状は、数式
２に示す一般的な非球面の式で表される。
【００３８】
【数２】
【００３９】数式２において、Ｚは光軸方向の座標、ｃ
は曲率（曲率半径ｒの逆数）、ｈは光軸からの高さ、ｋ
は円錐係数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊ、・
・・は各々、４次、６次、８次、１０次、１２次、１４
次、１６次、１８次、２０次、・・・の非球面係数であ
る。
【００４０】また、６枚の第１の反射鏡１１０乃至第６
の反射鏡１６０は、光学系の像面Ｗを平坦にするために
ペッツバール項の和がゼロ近傍、好ましくはゼロになっ
ている。即ち、反射鏡各面の屈折力の和をゼロ近傍にし
ている。換言すれば、各反射鏡の曲率半径をｒ１１０乃
至ｒ１６０（添字は反射鏡の参照番号に対応してい
る。）とすると、本発明の第１の反射鏡１１０乃至第６
の反射鏡１６０は、数式３又は数式３を満たす。
【００４１】
【数３】
【００４２】
【数４】
【００４３】更に、第１の反射鏡１１０乃至第６の反射
鏡１６０の表面にはＥＵＶ光を反射させる多層膜が施さ
れており、かかる多層膜により光を強め合う作用を奏す
る。本発明の第１の反射鏡１１０乃至第６の反射鏡１６
０に適用可能な多層膜は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）
層とシリコン（Ｓｉ）層を反射面に交互に積層したＭｏ
／Ｓｉ多層膜、又は、Ｍｏ層とベリリウム（Ｂｅ）層を
反射面に交互に積層したＭｏ／Ｂｅ多層膜などが考えら
れる。波長１３．４ｎｍ付近の波長域を用いた場合、Ｍ
ｏ／Ｓｉ多層膜からなる反射鏡は６７．５％の反射率を
得ることができ、また、波長１１．３ｎｍ付近の波長域
を用いた場合、Ｍｏ／Ｂｅ多層膜からなる反射鏡では７
０．２％の反射率を得ることができる。但し、本発明の
多層膜は、上記した材料に限定されず、これと同様の作
用及び効果を有する多層膜の使用を妨げるものではな
い。
【００４４】ここで、本発明の反射型投影光学系１０
０、１００ａ及び１００ｂを用いて照明実験した結果に
ついて説明する。図１乃至図３において、ＭＳは物体面
位置に置かれた反射型マスク、Ｗは像面位置に置かれた
ウェハを示している。反射型投影光学系１００、１００
ａ及び１００ｂにおいて、波長１３．４ｎｍ付近のＥＵ
Ｖ光を放射する図示しない照明系によりマスクＭＳが照
明され、マスクＭＳからの反射ＥＵＶ光が、第１の反射
鏡１１０（凹面鏡）、第２の反射鏡１２０（凸面鏡又は
平面鏡）、第３の反射鏡１３０（凹面鏡）、第４の反射
鏡１４０（凸面鏡）、第５の反射鏡１５０（凸面鏡）、
第６の反射鏡１６０（凹面鏡）の順に反射し、像面位置
に置かれたウェハＷ上に、マスクパターンの縮小像を形
成している。なお、図１に示す反射型投影光学系１００
において、ＮＡ＝０．２５、縮小倍率＝１／５倍、物高
＝１４０乃至１５０ｍｍ、像高＝２８乃至３０ｍｍの
２．０ｍｍ幅の円弧状像面である。ここで、図１の反射
型投影光学系１００の数値（曲率半径、面間隔、非球面
係数など）を表１に示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】図１に示す反射型投影光学系１００の製造
誤差を含まない収差（像高の数点で計算）は、波面収差
＝０．０３３λｒｍｓ、歪曲最大値＝２．４ｎｍであ
り、これは、波長１３．４ｎｍでのｄｉｆｆｒａｃｔｉ
ｏｎ ｌｉｍｉｔｅｄ（回折限界）な光学系である。
【００４７】また、物体面ＭＳと反射面の最少距離（即
ち、物体面ＭＳと第２の反射鏡１２０との距離）は、２
８７．５ｍｍとなっており、物体面ＭＳのステージ機構
や照明光学系との干渉を回避するのに十分な距離となっ
ている。
【００４８】なお、上述したように本発明の反射型投影
光学系１００は物体面ＭＳからの主光線の傾きθは小さ
くなっており、以下に示す表２のような値を示す。
【００４９】
【表２】
【００５０】これにより、本発明の反射型投影光学系１
００ａは、物体面ＭＳが光軸方向に移動しても像の大き
さは変化せず、物体面ＭＳ側と像面Ｗ側の両側がテレセ
ントリックな光学系となっているので良好な結像を得る
ことが理解される。
【００５１】一方、図２に示す反射型投影光学系１００
ａにおいて、ＮＡ＝０．２５、縮小倍率＝１／５倍、物
高＝１４０乃至１５０ｍｍ、像高＝２８乃至３０ｍｍの
２．０ｍｍ幅の円弧状像面である。ここで、図２の反射
型投影光学系１００ａの数値（曲率半径、面間隔、非球
面係数など）を表３に示す。
【００５２】
【表３】
【００５３】図２に示す反射型投影光学系１００ａの製
造誤差を含まない収差（像高の数点で計算）は、波面収
差＝０．０４０λｒｍｓ、歪曲最大値＝４．９ｎｍであ
り、波長１３．４ｎｍでのｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｌ
ｉｍｉｔｅｄ（回折限界）な光学系となっている。
【００５４】また、物体面ＭＳと反射面の最少距離（即
ち、物体面ＭＳと第２の反射鏡１２０との距離）は、１
７１．５ｍｍとなっており、物体面ＭＳのステージ機構
や照明光学系との干渉を回避するのに十分な距離となっ
ている。
【００５５】なお、反射型投影光学系１００ａは、反射
型投影光学系１００と同様に、物体面ＭＳからの主光線
の傾きθは小さくなっており、以下に示す表４のような
値を示す。
【００５６】
【表４】
【００５７】これにより、本発明の反射型投影光学系１
００ａは、物体面ＭＳが光軸方向に移動しても像の大き
さの変化が小さいので、良好な結像を得ることが理解さ
れる。
【００５８】更に、図３に示す反射型投影光学系１００
ｂにおいて、ＮＡ＝０．３５、縮小倍率＝１／５倍、物
高＝１９５．０乃至２００ｍｍ、像高＝３９．０乃至４
０．０ｍｍの１．０ｍｍ幅の円弧状像面である。ここ
で、図３の反射型投影光学系１００ｂの数値（曲率半
径、面間隔、非球面係数など）を表５に示す。
【００５９】
【表５】
【００６０】図３に示す反射型投影光学系１００ｂの製
造誤差を含まない収差（像高の数点で計算）は、波面収
差＝０．０２７λｒｍｓ、歪曲最大値＝２．７ｎｍであ
り、波長１３．４ｎｍでのｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｌ
ｉｍｉｔｅｄ（回折限界）な光学系となっている。
【００６１】なお、反射型投影光学系１００ｂは、反射
型投影光学系１００と同様に、物体面ＭＳからの主光線
の傾きθは小さくなっており、以下に示す表６のような
値を示す。
【００６２】
【表６】
【００６３】これにより、本発明の反射型投影光学系１
００ｂは、物体面ＭＳが光軸方向に移動しても像の大き
さの変化が小さいので、良好な結像を得ることが理解さ
れる。
【００６４】以上のように、本発明の反射型投影光学系
１００は、ＥＵＶの波長でＮＡを０．２５以上と高ＮＡ
ながら回折限界の性能を達成し、且つ、物体面ＭＳと反
射鏡との最少距離も十分に確保することが可能なので、
物体面ＭＳのステージ機構や照明光学系との干渉の恐れ
が少なく、すべての反射鏡を光軸中心位置が実際に光軸
上に配置された光軸中心を包含する３６０度の領域を有
した形状とすることができる反射光学系である。従っ
て、製造上の利点を有し、物体面ＭＳ側からの主光線の
傾きが小さいので良好な結像性能を得ることができる。
【００６５】以下、図５を参照して、本発明の反射型投
影光学系１００を適用した露光装置２００について説明
する。図５は、反射型投影光学系１００を有する露光装
置２００を示す概略構成図である。本発明の露光装置２
００は、露光用の照明光としてＥＵＶ光（例えば、波長
１３．４ｎｍ）を用いて、ステップ・アンド・スキャン
方式の露光を行う投影露光装置である。
【００６６】図５を参照するに、露光装置２００は、照
明装置２１０と、マスクＭＳと、マスクＭＳを載置する
マスクステージ２２０と、反射型投影光学系１００と、
被処理体Ｗと、被処理体Ｗを載置するウェハステージ２
３０と、制御部２４０とを有する。制御部２４０は、照
明装置２１０、マスクステージ２２０及びウェハステー
ジ２３０に制御可能に接続されている。
【００６７】また、図５には図示しないが、ＥＵＶ光は
大気に対する透過率が低いため、少なくともＥＵＶ光が
通る光路は真空雰囲気であることが好ましい。なお、図
５において、Ｘ、Ｙ、Ｚは３次元空間を示し、ＸＹ平面
の法線方向をＺ方向としている。
【００６８】照明装置２１０は、反射型投影光学系１０
０の円弧状の視野に対応する円弧状のＥＵＶ光（例え
ば、波長１３．４ｎｍ）によりマスクＭＳを照明する照
明装置であって、図示しない光源と、照明光学系より構
成される。なお、照明装置２１０を構成する光源及び照
明光学系は当業界で周知のいかなる技術をも適用可能で
あり、本明細書での詳細な説明は省略する。例えば、照
明光学系は、集光光学系、オプティカルインテグレータ
ー、開口絞り、ブレード等を含み等業者が想達し得るい
かなる技術も適用可能である。
【００６９】マスクＭＳは、反射型又は透過型マスク
で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）
が形成され、マスクステージ２２０に支持及び駆動され
る。マスクＭＳから発せられた回折光は、反射型投影光
学系１００で反射されて被処理体Ｗ上に投影される。マ
スクＭＳと被処理体Ｗとは、光学的に共役の関係に配置
される。露光装置２００は、ステップ・アンド・スキャ
ン方式の露光装置であるため、マスクＭＳと被処理体Ｗ
を走査することによりマスクＭＳのパターンを被処理体
Ｗ上に縮小投影する。
【００７０】マスクステージ２２０は、マスクＭＳを支
持して図示しない移動機構に接続されている。マスクス
テージ２２０は、当業界周知のいかなる構成をも適用す
ることができる。図示しない移動機構はリニアモーター
などで構成され、制御部２４０に制御されながら少なく
ともＹ方向にマスクステージを駆動することでマスクＭ
Ｓを移動することができる。露光装置２００は、マスク
ＭＳと被処理体Ｗを制御部２４０によって同期した状態
で走査する。
【００７１】反射型投影光学系１００は、マスクＭＳ面
上のパターンを像面上に縮小投影する反射型光学系であ
る。反射型投影光学系１００は、上述した通りのいかな
る形態をも適用可能であり、ここでの詳細な説明は省略
する。なお、図５では、図１に示す反射型投影光学系１
００を使用するが、かかる形態は例示的であり本発明は
これに限定されない。
【００７２】被処理体Ｗは、本実施形態ではウェハであ
るが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体
Ｗには、フォトレジストが塗布されている。フォトレジ
スト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、
フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。
前処理は、洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処
理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための
表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理
であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌ
ａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。
プリベークは、ベーキング（焼成）工程であるが現像後
のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。
【００７３】ウェハステージ２３０は、被処理体Ｗを支
持する。ウェハステージ２３０は、例えば、リニアモー
ターを利用してＸＹＺ方向に被処理体Ｗを移動する。マ
スクＭＳと被処理体Ｗは、制御部２４０により制御され
同期して走査される。また、マスクステージ２２０とウ
ェハステージ２３０の位置は、例えば、レーザー干渉計
などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動され
る。
【００７４】制御部２４０は、図示しないＣＰＵ、メモ
リを有し、露光装置２００の動作を制御する。制御部２
４０は、照明装置２１０、マスクステージ２２０（即
ち、マスクステージ２２０の図示しない移動機構）、ウ
ェハステージ２３０（即ち、ウェハステージ２３０の図
示しない移動機構）と電気的に接続されている。ＣＰＵ
は、ＭＰＵなど名前の如何を問わずいかなるプロセッサ
も含み、各部の動作を制御する。メモリは、ＲＯＭ及び
ＲＡＭより構成され、露光装置２００を動作するファー
ムウェアを格納する。
【００７５】露光において、照明装置２１０から射出さ
れたＥＵＶ光はマスクＭＳを照明し、マスクＭＳ面上の
パターンを被処理体Ｗ面上に結像する。本実施例におい
て、像面は円弧状（リング状）の像面となり、マスクＭ
Ｓと被処理体Ｗを縮小倍率比の速度比でスキャンするこ
とにより、マスクＭＳの全面を露光する。
【００７６】次に、図６及び図７を参照して、露光装置
２００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明す
る。図６は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チッ
プ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフロー
チャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に
説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回
路設計を行う。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。ステップ
３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウ
ェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工
程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技
術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ
５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって
作成されたウェ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、耐久性テストなどの検査を
行う。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。
【００７７】図７は、ステップ４のウェハプロセスの詳
細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）で
は、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶ
Ｄ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ
１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによ
って形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、
ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処
理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６
（露光）では、露光装置２００によってマスクの回路パ
ターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）で
は、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチ
ング）では、現像したレジスト像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
ップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路
パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれ
ば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができ
る。このように、露光装置２００を使用するデバイス製
造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側
面を構成する。
【００７８】以上、本発明の好ましい実施例について説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないこと
はいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び
変更が可能である。例えば、本実施例の反射型投影光学
系は、共軸系の回転対称非球面としているが、必ずしも
これに限定する必要はなく、回転非対称非球面としても
よい。また、本発明は、ＡｒＦエキシマレーザーやＦ２
レーザーなどのＥＵＶ光以外の波長２００ｎｍ以下の紫
外線用の反射型縮小光学系として用いることもでき、大
画面をスキャン露光する露光装置にもスキャンしない露
光をする露光装置にも適用可能である。
【００７９】
【発明の効果】本発明の反射型投影光学系によれば、６
枚ミラー系とすることでＮＡ０．２５以上の高ＮＡ化に
対応可能であり、物体面からの主光線の傾きを小さくす
ることができる（ほぼ完全テレセントリックにもでき
る）ので物体面のステージ機構の製造精度範囲内で物体
面の光軸方向の移動が起こっても、像の大きさの変化が
小さく、歪曲収差への影響も小さくすることができる。
また、物体面と反射鏡の最少距離も十分に確保できるの
で、投影光学系の反射鏡やその鏡筒と、物体面のステー
ジ機構や照明光学系との干渉を防止することができる。
更に、すべての反射鏡を光軸中心位置が実際に光軸上に
配置された光軸中心を包含する３６０度の領域を有した
形状とすることができるので、反射鏡の偏芯精度を確保
しやすいという製造上の利点を有する。これにより、本
発明の反射型投影光学系は、高ＮＡの結像性能に優れた
光学系を達成することができる。よって、かかる反射型
投影光学系を用いた露光装置は、高品位なデバイスを露
光性能良く提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一側面としての反射型投影光学系の
例示的一形態及びその光路を示す概略断面図である。
【図２】 図１に示す反射型投影光学系の別の形態を示
した反射型投影光学系及びその光路を示す概略断面図で
ある。
【図３】 図１に示す反射型投影光学系の別の形態を示
した反射型投影光学系及びその光路を示す概略断面図で
ある。
【図４】 図１に示す反射型投影光学系の主光線の光路
を示す概略断面図である。
【図５】 図１に示す反射型投影光学系を有する露光装
置を示す概略構成図である。
【図６】 デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チッ
プ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフロー
チャートである。
【図７】 図６に示すステップ４のウェハプロセスの詳
細なフローチャートである。
【符号の説明】
１００、１００ａ、１００ｂ 反射型投影光学系 １１０ 第１の反射鏡 １２０ 第２の反射鏡 １３０ 第３の反射鏡 １４０ 第４の反射鏡 １５０ 第５の反射鏡 １６０ 第６の反射鏡 ２００ 露光装置 ２１０ 照明装置 ２２０ マスクステージ ２３０ ウェハステージ ２４０ 制御部 ＭＳ マスク（物体面） Ｗ ウェハ（像面） ＳＴ 開口絞り ＭＩ 中間像
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１７ ５３１Ａ Ｆターム(参考） 2H087 KA21 NA02 NA04 RA32 TA02 TA06 2H097 AA02 AB09 BA10 CA13 CA15 EA01 GB00 LA10 5F046 BA05 CA08 CB03 CB25 GA03 GB01

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物体側から像側にかけて順に、第１の反
    射鏡、第２の反射鏡、第３の反射鏡、第４の反射鏡、第
    ５の反射鏡、第６の反射鏡の順に光を反射するような６
    枚の反射鏡が基本的に共軸系をなすように配置され、前
    記第３の反射鏡から前記第５の反射鏡の光路の間に中間
    像を形成する結像系であって、 主光線の各反射鏡における光軸からの高さ方向の位置に
    ついて、前記第１の反射鏡から前記第２の反射鏡までの
    変位方向と、前記第３の反射鏡から前記第６の反射鏡ま
    での変位方向とを逆方向としたことを特徴とする反射型
    投影光学系。
  2. 【請求項２】 前記第４の反射鏡から前記第５の反射鏡
    の光路の間に前記中間像を形成することを特徴とする請
    求項１記載の反射型投影光学系。
  3. 【請求項３】 前記第１の反射鏡から前記第４の反射鏡
    までの曲率半径の中心は前記物体面側に位置し、前記第
    ５の反射鏡と前記第６の反射鏡の曲率半径の中心は前記
    像面側に位置することを特徴とする請求項１記載の反射
    型投影光学系。
  4. 【請求項４】 前記第１の反射鏡乃至前記第６の反射鏡
    は順に、凹面鏡、凸面鏡、凹面鏡、凸面鏡、凸面鏡、凹
    面鏡であることを特徴とする請求項１記載の反射型投影
    光学系。
  5. 【請求項５】 前記第４の反射鏡の光軸位置を物理的に
    前記第１の反射鏡の光軸位置と前記第６の反射鏡の光軸
    位置との間に配置したことを特徴とする請求項１記載の
    反射型投影光学系。
  6. 【請求項６】 前記第３の反射鏡の光軸位置を物理的に
    前記第５の反射鏡の光軸位置と像面との間に配置したこ
    とを特徴とする請求項１記載の反射型投影光学系。
  7. 【請求項７】 前記第２の反射鏡の位置を開口絞り位置
    としたことを特徴とする請求項１記載の反射型投影光学
    系。
  8. 【請求項８】 前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡と
    の間に開口絞りを配置したことを特徴とする請求項１記
    載の反射型投影光学系。
  9. 【請求項９】 前記６枚の反射鏡は、結像に寄与する有
    効光束と干渉することなく光軸中心を包含する３６０度
    の領域を有する形状として配置されることを特徴とする
    請求項１記載の反射型投影光学系。
  10. 【請求項１０】 前記６枚の反射鏡のうち少なくとも１
    枚は極紫外線光を反射する多層膜を有する非球面ミラー
    であることを特徴とする請求項１記載の反射型投影光学
    系。
  11. 【請求項１１】 前記６枚の反射鏡は全て紫外線光を反
    射する多層膜を有する非球面ミラーであることを特徴と
    する請求項１記載の反射型投影光学系。
  12. 【請求項１２】 ２回結像系であることを特徴とする請
    求項１記載の反射型投影光学系。
  13. 【請求項１３】 前記光は、波長２００ｎｍ以下である
    ことを特徴とする請求項１記載の反射型投影光学系。
  14. 【請求項１４】 前記光は、波長２０ｎｍ以下の極紫外
    線光であることを特徴とする請求項１記載の反射型投影
    光学系。
  15. 【請求項１５】 前記物体面側と前記像面側のうちの少
    なくとも前記像面側がテレセントリックであることを特
    徴とする請求項１記載の反射型投影光学系。
  16. 【請求項１６】 請求項１乃至１５のうちいずれか一項
    記載の反射型投影光学系と、 前記物体面上にマスクのパターンを位置付けるべく当該
    マスクを保持するステージと、 前記像面上に感光層を位置付けるべく基板を保持するス
    テージと、 前記反射型投影光学系の円弧状の視野に対応する円弧状
    のＥＵＶ光により前記マスクを照明する照明装置と、 前記ＥＵＶ光で前記マスクを照明する状態で前記各ステ
    ージを同期して走査する手段とを有する露光装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１６記載の露光装置を用いて被
    処理体を露光するステップと、 前記露光された被処理体に所定のプロセスを行うステッ
    プとを有するデバイス製造方法。
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