JP2010257998A - 反射投影光学系、露光装置、及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 照明光によって照明された第１の面での反射光によって第１の面の像を第２の面に投影する際、第１の面側及び第２の面側の両方でほぼテレセントリックである反射型投影光学系を提供すること。
【解決手段】 照明光学系からの照明ビームＩＢによって照明されたレチクルＲのパターン面Ｒ１での反射光によってパターン面Ｒ１の像をウェハＷの露光面Ｗ１に投影する投影光学系ＰＬは、反射ミラーＭ１、Ｍ２を備える第１光学群Ｇ１と、反射ミラーＭ３〜Ｍ６を備える第２光学群Ｇ２とを備える。第１光学群Ｇ１の露光面Ｗ１側の焦点位置と第２光学群Ｇ２のパターン面Ｒ１側の焦点位置とがほぼ一致しており、パターン面Ｒ１の法線Ｎと照明ビームＩＢの主光線Ｌとのなす角度βが投影光学系ＰＬのレチクル側開口数の逆正弦の値よりも大きい。投影光学系ＰＬの全ての光学素子Ｍ１〜Ｍ６は照明ビームＩＢの外縁を規定する光線分の延長面ＩＭを越えない。
【選択図】 図２

Description

本発明は、反射投影光学系、露光装置、及びデバイスの製造方法に関する。

近年、電子機器への小型化の要請により、半導体素子の微細化への要求がますます高くなっている。半導体の微細化に対応するため、露光装置では光源の波長を短波長化することが検討されている。しかしながら、波長が短くなると光の吸収が大きくなってしまい、実用に耐え得る光学ガラスの種類が限られてしまう。そのため、反射光学素子を備える投影光学系が検討されている（例えば、非特許文献１参照）。

反射型レチクルに形成されたパターンを照明することにより、レチクル上のパターンの像を感光性基板上に投影する露光装置が検討されている。反射型のレチクルを用いる場合、レチクルに入射する光とレチクルで反射し投影光学系に入射する光とを分離するため、斜光照明が用いられる。
Katsura Otaki :Jpn.Appl.Phys. Vol.39(2000) pp.6819-6826 :AsymmetricProperties of the Aerial Image in Extreme Ultraviolet Lithography

しかしながら、この場合、レチクル上に段差によって形成されたパターンを照明光が斜めに入射するため、反射光によるパターン像には段差の影が生じてしまう。さらに、非特許文献１で検討されているように、照明光のレチクルへの入射角度がばらついてしまうと、パターン像に生じる影にもばらつきが生じてしまうおそれがある。

本発明の一実施形態は、照明光によって照明された第１の面での反射光によって第１の面の像を第２の面に投影する際、第１の面側及び第２の面側の両方でほぼテレセントリックである反射型投影光学系を提供することを目的とする。

実施形態に係る反射型投影光学系は、照明光学系からの照明ビームによって照明された第１の面での反射光によって前記第１の面の像を第２の面に投影する投影光学系であって、少なくとも一つの反射光学素子を備える第１光学群と、少なくとも一つの反射光学素子を備える第２光学群とを備え、前記第１光学群の前記第２の面側の焦点位置と第２光学群の前記第１の面側の焦点位置とがほぼ一致し、前記第１の面の法線と前記第１の面に入射する前記照明ビームの主光線とによって形成される角度が、前記反射投影光学系の第１の面側の開口数の逆正弦の値よりも大きく、前記投影光学系の全ての光学素子は、前記第１の面に入射する前記照明ビームの外縁を規定する光線群の延長面を越えない。

実施形態に係る露光装置は、第１の面の像を第２の面に投影する露光装置であって、前記第１の面を照明する照明光学装置と、上記の反射投影光学系と、を備える。

実施形態に係るデバイスの製造方法は、感光性基板を準備する工程と、請求項８記載の露光装置の前記第２の面に前記感光性基板を配置して、前記第１の面に位置する所定のパターンの像を前記感光性基板上に投影露光する工程と、前記マスクのパターンの前記像が投影された前記感光性基板を現像し、前記パターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する工程と、前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程と、を備える。

本発明の一実施形態によれば、照明光によって照明された第１の面での反射光によって第１の面の像を第２の面に投影する際、第１の面側及び第２の面側の両方でほぼテレセントリックである反射型投影光学系を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、本実施形態に係る露光装置１の構成を概略的に示す図である。図２は、露光装置１が備える投影光学系ＰＬの構成を示す図である。図１において、投影光学系ＰＬの基準光軸方向に沿ってＺ軸を、投影光学系ＰＬの基準光軸と直交する面内であって図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、投影光学系ＰＬの後述の基準光軸Ａｘと直交する面内であって図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。

第１実施形態による露光装置１は、ＥＵＶ光源２と、波長選択フィルタ３と、照明光学系４と、レチクル（マスク）Ｒを支持するレチクルステージＲＳと、投影光学系ＰＬと、ウェハＷを支持するウェハステージＷＳとを備える。露光装置１は、ＥＵＶ光源２から射出され、照明光学系３を介した光によってレチクルＲを照明し、投影光学系ＰＬを用いてレチクルＲのパターンが形成されたパターン面Ｒ１である第１の面の像を、ウェハＷ上の投影面Ｗ１である第２の面に投影する。

図１に示されるように、露光装置１は、露光光を供給するためのＥＵＶ光源２として、例えば、１３．５ｎｍの波長を持つＥＵＶ（Extreme UltraViolet：極端紫外線）光を出力する放電プラズマ光源を用いる。ただし、ＥＵＶ光源２として、例えば１３．５ｎｍとは異なる波長のＥＵＶ光を射出する放電プラズマ光源を用いてもよい。あるいは、ＥＵＶ光源２として、レーザプラズマ光源、シンクロトロン光源などを用いてもよい。

ＥＵＶ光源２から出力された光は、波長選択フィルタ３を介して、照明光学系４に入射する。ここで、波長選択フィルタ３は、ＥＵＶ光源２が供給する光から、所定波長（例えば１３．５ｎｍ）のＸ線だけを選択的に透過させ、他の波長の光の透過を遮る特性を有する。

波長選択フィルタ３を透過したＥＵＶ光は、複数の反射鏡から構成された照明光学系４を介して、転写すべきパターンが形成された反射型のレチクルＲを照明する。レチクルＲへ向かう光ＩＢとレチクルＲで反射されて投影光学系ＰＬに向かう光ＰＢとの光線分離を行うため、露光装置１では、レチクルＲに対して斜めに照明光を入射している（斜光照明）。

レチクルＲは、パターンが形成されたパターン面Ｒ１の法線方向と投影光学系ＰＬの基準光軸Ａｘとが一致しないように配置される。レチクルＲのパターン面Ｒ１は、ＸＹ平面に対して傾いて配置される。レチクルＲは、Ｙ方向に沿って移動可能なレチクルステージＲＳによって保持されている。レチクルステージＲＳの移動は、図示を省略したレーザー干渉計により計測されるように構成されている。こうして、レチクルＲＳ上には、Ｙ軸に関して対称な円弧状の照明領域ＩＲ（図１では不図示）が形成される。

照明されたレチクルＲのパターン面Ｒ１で反射された光ＰＢは、反射型の投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷの露光面Ｗ１上にパターン面Ｒ１の像を形成する。すなわち、ウェハＷの露光面Ｗ１上には、Ｙ軸に関して対称な円弧状の露光領域が形成される。

ウェハＷは、その露光面Ｗ１の法線方向と投影光学系ＰＬの基準光軸Ａｘとが一致せず、且つ露光面Ｗ１の法線方向とレチクルＲの法線方向とが一致しないように配置される。ウェハＷの露光面Ｗ１は、ＸＹ平面に対して傾いて配置される。ウェハＷは、Ｘ方向およびＹ方向に沿って二次元的に移動可能なウェハステージＷＳによって保持されている。なお、ウェハステージＷＳの移動は、レチクルステージＲＳと同様に、図示を省略したレーザー干渉計により計測されるように構成されている。こうして、レチクルステージＲＳ及びウェハステージＷＳをＹ方向に沿って移動させながら、すなわち投影光学系ＰＬに対してレチクルＲ及びウェハＷをＹ方向に沿って相対移動させながらスキャン露光（走査露光）を行うことにより、ウェハＷの１つの露光領域にレチクルＲのパターンが転写される。

このとき、投影光学系ＰＬの投影倍率（転写倍率）が１／４である場合、ウェハステージＷＳの移動速度をレチクルステージＲＳの移動速度の１／４に設定して同期走査を行う。また、ウェハステージＷＳをＸ方向及びＹ方向に沿って二次元的に移動させながら走査露光を繰り返すことにより、ウェハＷの各露光領域にレチクルＲのパターンが逐次転写される。

次に図２を参照して、投影光学系ＰＬの具体的な構成について説明する。図２は、投影光学系ＰＬの構成を示す図である。投影光学系ＰＬは、反射光学素子である反射ミラーを少なくとも１つ備える第１光学群Ｇ１と、反射光学素子である反射ミラーを少なくとも１つ備える第２光学群Ｇ２と、光路に沿って第１光学群Ｇ１と第２光学群Ｇ２との間に配置される開口絞りＡＳとを備える。第１光学群Ｇ１は２枚の反射ミラーＭ１、Ｍ２からなり、第２光学群Ｇ２は４枚の反射ミラーＭ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６からなる。すなわち、投影光学系ＰＬは６枚の反射鏡を備える反射型投影光学系である。開口絞りＡＳは、レチクルＲから光路に沿って２つ目の反射ミラーＭ２と３つ目の反射ミラーＭ３との間に配置される。
第１光学群Ｇ１は、開口絞りＡＳに関して光路に沿ってレチクル側Ｒに位置する反射ミラーＭ１、Ｍ２から構成される。第２光学群Ｇ２は、開口絞りＡＳに関して光路に沿ってウェハ側Ｗに位置する反射ミラーＭ３〜Ｍ６から構成される。ただし、開口絞りＡＳの位置と反射ミラーの位置とがほぼ一致する場合には、開口絞りＡＳとほぼ一致する反射ミラーは第１及び第２光学群Ｇ１、Ｇ２の何れにも含まれず、開口絞りＡＳの前後で群を分けることとする。

投影光学系ＰＬでは、第１光学群Ｇ１のウェハＷ側の焦点位置と第２光学群Ｇ２のレチクルＲ側の焦点位置とがほぼ一致する。よって、投影光学系ＰＬは、レチクルＲ側及びウェハＷ側の両方でほぼテレセントリックな光学系となる。

図２に示されているように、反射ミラーＭ１は凹面鏡であり、反射ミラーＭ２は凸面鏡であり、反射ミラーＭ３は凸面鏡であり、反射ミラーＭ４は凹面鏡であり、反射ミラーＭ５は凸面鏡であり、反射ミラーＭ６は凹面鏡である。そして、レチクルＲからの光は、反射ミラーＭ１の反射面及び反射ミラーＭ２の反射面で順次反射された後開口絞りＡＳを通過し、その後反射ミラーＭ３の反射面、反射ミラーＭ４の反射面、反射ミラーＭ５の反射面、及び反射ミラーＭ６の反射面Ｍ６で順次反射された後、ウェハＷの露光面Ｗ１上にレチクルパターンの縮小像を形成する。

反射ミラーＭ１〜Ｍ６のうち少なくとも１組の反射ミラーの反射面は、基準軸を回転対称軸とする回転対称な非球面状に形成されていてもよい。したがって、すべての反射ミラーＭ１〜Ｍ６の反射面が、基準軸を回転対称軸とする回転対称な非球面状に形成されていてもよい。ここで、反射ミラーＭ１〜Ｍ６の基準軸とは、反射ミラーの反射面の頂点である曲率中心を通り、当該曲率中心での接平面と直交する軸をいう。

投影光学系ＰＬが備える反射ミラーＭ１〜Ｍ６のうち少なくとも１組の反射ミラーの基準軸は、互いに一致していない。

図２に示されるように、レチクルＲのパターン面Ｒ１は、投影光学系ＰＬの基準光軸Ａｘに対してその法線方向が一致せずに傾いて配置される。具体的には、レチクルＲのパターン面Ｒ１は、投影光学系ＰＬの基準光軸Ａｘに垂直な平面に対して有限の角度αを有している。ここで、投影光学系ＰＬの基準光軸Ａｘは、投影光学系ＰＬの鏡筒の中心軸と平行であって、且つ開口絞りＡＳの中心位置を通る軸をいう。また、角度αは、Ｘ軸中心の回転角度である。

また、ウェハＷの露光面Ｗ１も、投影光学系ＰＬの基準光軸Ａｘに対してその法線方向が一致せずに傾いて配置される。

ここで、図３に示されるように、レチクルＲのパターン面Ｒ１の法線Ｎとパターン面Ｒに入射する光束の主光線Ｌとによって形成される角度βが、投影光学系ＰＬのレチクルＲ側の開口数の逆正弦の値よりも大きい。すなわち、投影光学系ＰＬのレチクルＲ側の開口数をＮＡとし、投影光学系ＰＬが使用波長に対する屈折率が１である雰囲気中（典型的には空気中や真空中）に配置されているとすると、以下の関係式（１）が成立する。
β＞ｓｉｎ^−１（ＮＡ） …（１）
図４は、レチクルＲのパターン面Ｒ１に入射する照明ビームＩＢと、パターン面Ｒ１で反射されて投影光学系ＰＬへ入射する投影ビームＰＢとの光路を模式的に示す図である。この図４に示されるように、パターン面Ｒ１に入射する照明ビームIＢの外縁を規定する光線群によって形成される仮想面ＩＭを考えるとき、この仮想面ＩＭの延長面を境として、照明ビームＩＢが存在する側とは逆側の空間にのみ投影光学系ＰＬを構成する光学素子Ｍ１〜Ｍ６が位置する。言い換えると、投影光学系ＰＬを構成する全ての光学素子Ｍ１〜Ｍ６は、パターン面Ｒ１に入射する照明ビームIＢの外縁を規定する光線群の延長面を越えないように配置されている。

次に、図５に示すフローチャートを参照して、本実施形態に係る露光装置１を用いてデバイスを製造する方法について説明する。先ず、図５のステップＳ１０１において、１ロットのウェハＷ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ１０２において、そのｌロットのウェハＷ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップＳ１０３において、本実施形態の露光装置を用いて、レチクルＲ上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハＷ上の各ショット領域に順次露光転写される。

その後、ステップＳ１０４において、その１ロットのウェハＷ上のフォトレジストの現像が行われる。これにより、パターン面Ｒ１に対応する形状のマスク層がウェハＷの露光面Ｗ１上に形成される。

ステップＳ１０５において、ステップＳ１０４において形成されたマスク層を介してウェハＷの露光面Ｗ１を加工する。具体的には、その１ロットのウェハＷ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、レチクルＲ上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハＷ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。

本実施形態に係る露光装置１では、透過性の光学材料を用いることなく、反射型のレチクルＲ及び反射型の投影光学系ＰＬを用いている。したがって、例えば１３．５ｎｍ程度の波長のＥＵＶ光を射出するＥＵＶ光源２を用いてレチクルＲのパターン面Ｒ１の像をウェハＷに投影することも可能である。その結果、露光装置１では、その解像力を著しく向上させることが可能である。

投影光学系ＰＬでは、第１光学群Ｇ１のウェハＷ側の焦点位置と第２光学群Ｇ２のレチクルＲ側の焦点位置とがほぼ一致している。したがって、投影光学系ＰＬは、レチクルＲ側及びウェハＷ側の両方でほぼテレセントリックを実現することができる。

投影光学系ＰＬでは、レチクルＲのパターン面Ｒ１の法線方向とウェハＷの露光面Ｗ１の法線方向とが一致していない。そのため、発生する収差を良好に抑制しつつ、レチクルＲ側及びウェハＷ側の両方でのテレセントリックを実現することが可能となる。

レチクルＲのパターン面Ｒ１に形成されるパターンが段差を有する場合、照明光は段差に対して斜めに入射するため、露光面Ｗ１上に形成されるパターン面の像にパターン面Ｒ１の段差による影が生じてしまう。通常、ウェハＷの露光面Ｗ１に形成されるパターン像の線幅を決められた範囲に保つために、反射型レチクルＲの段差パターン構造により生じる影を計算し、反射型レチクルＲに形成されるパターンの線幅の調整をしなければならない。このとき、様々な角度で照明光がレチクルＲに入射すると、パターン像に生じる影の度合にばらつきが生じてしまい、反射型レチクルＲに形成されるパターンの線幅の調整が困難となってしまう。そのため、反射型レチクルＲを用意するのに多くの工程が必要となってしまい、レチクルＲ自体が高価になってしまうという問題が発生する。

これに対し、本実施形態に係る露光装置１の投影光学系ＰＬ１では、レチクルＲ側及びウェハＷ側の両方でほぼテレセントリックを実現している。そのため、レチクルＲのパターン面Ｒ１に形成されたパターンが段差を有していても、段差によってパターンの像に形成される影を均一にすることが可能となる。パターンの像に形成される段差パターンの影を均一にすることにより、レチクルＲを補正する工程を簡素化することが可能となる。

さらに、投影光学系ＰＬでは、反射ミラーＭ１〜Ｍ６のうち少なくとも１組の反射ミラーの基準軸は互いに一致していない。そのため、発生する収差をさらに良好に抑制しつつ、レチクルＲ側及びウェハＷ側の両方でのテレセントリックを実現することが可能となる。

また、投影光学系ＰＬでは、反射ミラーＭ１〜Ｍ６のうち少なくとも１組の反射ミラーは回転対称な非球面鏡であり、当該少なくとも１組の反射ミラーの基準軸は非球面鏡の回転対称軸である。そのため、発生する収差をさらに良好に抑制することが可能となる。

投影光学系ＰＬでは、レチクルＲのパターン面Ｒ１の法線とレチクルＲのパターン面Ｒ１に入射する光束の主光線とによって形成される角度βが、投影光学系ＰＬのレチクル側の開口数ＮＡの逆正弦の値よりも大きい。すなわち、関係式（１）が成り立っている。したがって、投影光学系ＰＬに入射する光束の幅分に対しても、レチクルＲのパターン面Ｒ１で反射した光を良好に分離することが可能である。
そして、投影光学系ＰＬを構成する全ての光学素子Ｍ１〜Ｍ６は、パターン面Ｒ１に入射する照明ビームIＢの外縁を規定する光線群の延長面を越えないように配置されている。したがって、この延長面を境をして投影光学系とは反対側の空間に存在する照明光学系の配置の自由度を高めることが可能である。

投影光学系ＰＬは６枚の反射ミラーＭ１〜Ｍ６からなり、開口絞りＡＳは、レチクルのパターン面Ｒ１から光路に沿って２つ目の反射ミラーＭ２と３つ目の反射ミラーＭ３との間に配置されている。これにより、ディストーション、及び波面収差を良好に抑制することができる。

次に、図６〜図１２を参照して、実施形態の変形例である投影光学系ＰＬの第１実施例を説明する。図６は、第１実施例に係る投影光学系ＰＬの構成を示す図である。

図６を参照すると、第１実施例の投影光学系ＰＬでは、２枚の反射ミラーＭ１、Ｍ２からなる第１光学群Ｇ１と、４枚の反射ミラーＭ３〜Ｍ６からなる第２光学群Ｇ２と、光路に沿って第１光学群Ｇ１と第２光学群Ｇ２との間に配置される開口絞りＡＳとを備える。開口絞りＡＳは、レチクルＲから光路に沿って２つ目の反射ミラーＭ２と３つ目の反射ミラーＭ３との間に配置される。

図７〜図９に、第１実施例に係る投影光学系ＰＬの諸元の値を示す。図７〜図９の表は、露光光の波長が１３．５ｎｍ、投影倍率が１／４、像側（ウェハ側）開口数が０．２６のときの第１実施例に係る投影光学系ＰＬの諸元の値である。図７は、第１実施例に係る投影光学系ＰＬの各反射面の頂点曲率半径（ｍｍ）及び面間隔（ｍｍ）を表す表である。図８は、第１実施例に係る投影光学系ＰＬの各面の非球面データを表す表である。図９は、第１実施例に係る投影光学系ＰＬの各面の偏心データを表す表である。

図７に示した表における面間隔とは、各反射面の軸上間隔（ｍｍ）をいう。面間隔は、反射される度にその符号を変えるものとする。そして、光線の入射方向にかかわらずレチクルＲ側に向かって凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率半径を負としている。図７の物体面とはレチクルＲのパターン面Ｒ１のことであり、最終像面とはウェハＷの露光面Ｗ１である。

図７から理解されるように、反射ミラーＭ１は凹面鏡であり、反射ミラーＭ２は凸面鏡であり、反射ミラーＭ３は凸面鏡であり、反射ミラーＭ４は凹面鏡であり、反射ミラーＭ５は凸面鏡であり、反射ミラーＭ６は凹面鏡である。

第１実施例に係る投影光学系ＰＬでは、すべての反射ミラーＭ１〜Ｍ６の反射面が基準軸に関して回転対称な非球面状に形成されている。非球面は、基準軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離をｚとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣn としたとき、以下の数式（２）で表される。
ｚ＝（ｙ²／ｒ）／｛１＋｛１−（１＋κ）・ｙ²／ｒ²｝^1/2｝
＋Ｃ₄・ｙ⁴＋Ｃ₆・ｙ⁶＋Ｃ₈・ｙ⁸＋Ｃ₁₀・ｙ¹⁰＋・・・ （２）

図８に非球面データとして示したκ、Ｃ₄、Ｃ₆、Ｃ₈、Ｃ₁₀の値は、上記式（２）で各反射面を表した場合の係数の値である。

図９の偏心データは、各反射ミラーＭ１〜Ｍ６の反射面の曲率中心のＹ方向へのシフト量（ｍｍ）と、非球面の回転対称軸がＹ方向に傾斜する角度であるチルト量（°）を示す。

続いて、図１０に、第１実施例に係る投影光学系ＰＬを用いて、レチクルＲのパターン面Ｒ１をウェハＷ上に投影露光した場合に露光面Ｗ１上に得られる露光領域の一部ＥＲを示す。図１０に示すように、Ｙ軸に関して対称な円弧状の露光領域が形成される。そして、図１０に示した露光領域ＥＲ上の点ｆ１〜ｆ１５に到達する光線について追跡した結果の表を図１１〜図１３に示す。

図１１の表は、ウェハＷの露光領域ＥＲ上の各点ｆ１〜ｆ１５の位置を表す。原点は、露光領域ＥＲを含む円弧の中心位置である。

図１２の表（ａ）は、露光領域ＥＲ上の各点ｆ１〜ｆ１５に到達する光線の主光線Ｌ_０に対するレチクルＲ側でのＭ方向余弦とＬ方向余弦とを表す。図１２の表（ｂ）は、露光領域ＥＲ上の各点ｆ１〜ｆ１５に到達する光線の主光線Ｌ_０に対するウェハＷ側でのＭ方向余弦とＬ方向余弦とを表す。

ここで、Ｍ方向余弦及びＬ方向余弦について、図１４を参照して説明する。図１４（ａ）はＭ方向余弦を説明する図である。図１４（ｂ）はＬ方向余弦を説明する図である。図１４（ａ）に示されるように、Ｍ方向余弦とは、主光線Ｌ_０に対して各点ｆ１〜ｆ１５に到達する光線Ｌ_１がＹ方向に倒れる度合いγ_Ｍの余弦値を表す。図１４（ａ）の＋Ｍで示された矢印の向きが、Ｍ方向余弦の正の方向を示す。図１４（ｂ）に示されるように、Ｌ方向余弦とは、主光線Ｌ_０に対して各点ｆ１〜ｆ１５に到達する光線Ｌ_１がＸ方向に倒れる度合いγ_Ｌの余弦値を表す。図１４（ｂ）の＋Ｌで示された矢印の向きが、Ｌ方向余弦の正の方向を示す。

したがって、図１２の表（ａ）において、Ｍ方向余弦及びＬ方向余弦の値が点ｆ１〜ｆ１５で揃っているほど、第１実施例に係る投影光学系ＰＬのレチクル側でテレセントリックが良好に実現されているといえる。また、図１２の表（ｂ）において、Ｍ方向余弦及びＬ方向余弦の値が点ｆ１〜ｆ１５で揃っているほど、第１実施例に係る投影光学系ＰＬのウェハ側でテレセントリックが良好に実現されているといえる。

図１３の表は、第１実施例に係る投影光学系ＰＬのレチクル側でのテレセントリックの度合い、及び第１実施例に係る投影光学系ＰＬのウェハ側でのテレセントリックの度合いを表す。すなわち、図１２（ａ）より、レチクル側におけるＭ方向余弦の最大値は点ｆ１３での値１．０５００２７２であり、レチクル側におけるＭ方向余弦の最小値は点ｆ３での値０．１０４９９７２８０５４８である。したがって、Ｍ方向余弦の最大値（１．０５００２７２）とＭ方向余弦の最小値（０．１０４９９７２８０５４８）との差は５．４３９６２×１０^−６である。また、図１２（ａ）より、レチクル側におけるＬ方向余弦の最大値は点ｆ１３での値１．３４×１０^−６であり、レチクル側におけるＬ方向余弦の最小値は点ｆ９での値−１．２３×１０^−７である。したがって、Ｌ方向余弦の最大値（１．３４×１０^−６）とＬ方向余弦の最小値（−１．２３×１０^−７）との差は１．４６３×１０^−６である。

図１２に示されているように、投影光学系ＰＬでは、レチクル側において、Ｍ方向余弦の最大値と最小値との差も、Ｌ方向余弦の最大値と最小値との差も何れも非常に小さい。このことは、ウェハ側だけテレセントリックにした光学系では、例えばこれらの値は１０^−２程度のオーダーとなってしまうことからも明らかである。

図１２（ｂ）より、ウェハ側におけるＭ方向余弦の最大値は点ｆ１３での値０．０００４４２３０９であり、ウェハ側におけるＭ方向余弦の最小値は点ｆ１５での値０．０００４３３７３５である。したがって、Ｍ方向余弦の最大値（０．０００４４２３０９）とＭ方向余弦の最小値（０．０００４３３７３５）との差は８．５７４×１０^−６である。また、図１２（ｂ）より、ウェハ側におけるＬ方向余弦の最大値は点ｆ１４での値１．４５×１０^−６であり、レチクル側におけるＬ方向余弦の最小値は点ｆ９での値−２．８０×１０^−７である。したがって、Ｌ方向余弦の最大値（１．４５×１０^−６）とＬ方向余弦の最小値（−２．８０×１０^−７）との差は１．７３×１０^−６である。

図１３に示されているように、投影光学系ＰＬでは、ウェハ側において、Ｍ方向余弦の最大値と最小値との差も、Ｌ方向余弦の最大値と最小値との差も何れも非常に小さい。したがって、図１３からも、第１実施例に係る投影光学系ＰＬでは、レチクル側及びウェハ側の両方でほぼテレセントリックな光学系が実現できることが理解される。

次に、図１５〜図２１を参照して、実施形態の変形例である投影光学系ＰＬの第２実施例を説明する。図１５は、第２実施例に係る投影光学系ＰＬの構成を示す図である。

図１５を参照すると、第２実施例の投影光学系ＰＬでは、２枚の反射ミラーＭ１、Ｍ２からなる第１光学群Ｇ１と、４枚の反射ミラーＭ３〜Ｍ６からなる第２光学群Ｇ２と、光路に沿って第１光学群Ｇ１と第２光学群Ｇ２との間に配置される開口絞りＡＳとを備える。開口絞りＡＳは、レチクルＲから光路に沿って２つ目の反射ミラーＭ２と３つ目の反射ミラーＭ３との間に配置される。

図１６〜図１８に、第２実施例に係る投影光学系ＰＬの諸元の値を示す。図１６〜図１８の表は、露光光の波長が１３．５ｎｍ、投影倍率が１／４、像側（ウェハ側）開口数が０．２６のときの第２実施例に係る投影光学系ＰＬの諸元の値である。図１６は、第２実施例に係る投影光学系ＰＬの各反射面の頂点曲率半径（ｍｍ）及び面間隔（ｍｍ）を表す表である。図１７は、第２実施例に係る投影光学系ＰＬの各面の非球面データを表す表である。図１８は、第２実施例に係る投影光学系ＰＬの各面の偏心データを表す表である。

図１６に示した表における面間隔とは、各反射面の軸上間隔（ｍｍ）をいう。図１６から理解されるように、反射ミラーＭ１は凹面鏡であり、反射ミラーＭ２は凸面鏡であり、反射ミラーＭ３は凸面鏡であり、反射ミラーＭ４は凹面鏡であり、反射ミラーＭ５は凸面鏡であり、反射ミラーＭ６は凹面鏡である。

第２実施例に係る投影光学系ＰＬでは、すべての反射ミラーＭ１〜Ｍ６の反射面が基準軸に関して回転対称な非球面形状であって、数式（２）で表される。図１７に非球面データとして示したκ、Ｃ₄、Ｃ₆、Ｃ₈、Ｃ₁₀の値は、上記式（２）で各反射面を表した場合の係数の値である。

図１８の偏心データは、各反射ミラーＭ１〜Ｍ６の反射面の曲率中心のＹ方向へのシフト量（ｍｍ）と、非球面の回転対称軸がＹ方向に傾斜する角度であるチルト量（°）を示す。

続いて、図１０で示した露光領域ＥＲ上の点ｆ１〜ｆ１５に到達する光線について、第２実施例に係る投影光学系ＰＬで反射させて追跡した結果の表を図１９〜図２１に示す。図１９の表は、ウェハＷの露光領域ＥＲ上の各点ｆ１〜ｆ１５の位置を表す。原点は、露光領域ＥＲを含む円弧の中心位置である。

図２０の表（ａ）は、露光領域ＥＲ上の各点ｆ１〜ｆ１５に到達する光線の主光線に対するレチクルＲ側でのＭ方向余弦とＬ方向余弦とを表す。図２０の表（ｂ）は、露光領域ＥＲ上の各点ｆ１〜ｆ１５に到達する光線の主光線に対するウェハＷ側でのＭ方向余弦とＬ方向余弦とを表す。図２０の表（ａ）において、Ｍ方向余弦及びＬ方向余弦の値が点ｆ１〜ｆ１５で揃っているほど、第２実施例に係る投影光学系ＰＬのレチクル側でテレセントリックが良好に実現されているといえる。また、図２０の表（ｂ）において、Ｍ方向余弦及びＬ方向余弦の値が点ｆ１〜ｆ１５で揃っているほど、第２実施例に係る投影光学系ＰＬのウェハ側でテレセントリックが良好に実現されているといえる。

図２１の表は、第２実施例に係る投影光学系ＰＬのレチクル側でのテレセントリックの度合い、及び第２実施例に係る投影光学系ＰＬのウェハ側でのテレセントリックの度合いを表す。すなわち、図２０（ａ）より、レチクル側におけるＭ方向余弦の最大値は点ｆ１３での値０．１０５００５３７であり、レチクル側におけるＭ方向余弦の最小値は点ｆ３での値０．１０４９９５６１８である。したがって、Ｍ方向余弦の最大値（０．１０５００５３７）とＭ方向余弦の最小値（０．１０４９９５６１８）との差は９．７５２１×１０^−６である。また、図２０（ａ）より、レチクル側におけるＬ方向余弦の最大値は点ｆ１３での値１．５７×１０^−６であり、レチクル側におけるＬ方向余弦の最小値は点ｆ５での値−１．６７×１０^−７である。したがって、Ｌ方向余弦の最大値（１．５７×１０^−６）とＬ方向余弦の最小値（−１．６７×１０^−７）との差は１．７３７×１０^−６である。

図２１に示されているように、投影光学系ＰＬでは、レチクル側において、Ｍ方向余弦の最大値と最小値との差も、Ｌ方向余弦の最大値と最小値との差も何れも非常に小さい。

図２０（ｂ）より、ウェハ側におけるＭ方向余弦の最大値は点ｆ１３での値−０．００２５４９７３７であり、ウェハ側におけるＭ方向余弦の最小値は点ｆ３での値−０．００２５６０１０５である。したがって、Ｍ方向余弦の最大値（−０．００２５４９７３７）とＭ方向余弦の最小値（−０．００２５６０１０５）との差は１．０３６８２×１０^−５である。また、図２０（ｂ）より、ウェハ側におけるＬ方向余弦の最大値は点ｆ１４での値１．７０×１０^−６であり、レチクル側におけるＬ方向余弦の最小値は点ｆ７での値−３．７１×１０^−７である。したがって、Ｌ方向余弦の最大値（１．７０×１０^−６）とＬ方向余弦の最小値（−３．７１×１０^−７）との差は２．０７１×１０^−６である。

図２１に示されているように、投影光学系ＰＬでは、ウェハ側において、Ｍ方向余弦の最大値と最小値との差も、Ｌ方向余弦の最大値と最小値との差も何れも非常に小さい。したがって、図１３からも、第１実施例に係る投影光学系ＰＬでは、レチクル側及びウェハ側の両方でほぼテレセントリックな光学系が実現できることが理解される。

以上、実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施例では投影光学系ＰＬの全ての反射ミラーＭ１〜Ｍ６の基準軸が基準光軸Ａｘと一致していないが、これに限らず、例えば一組の反射ミラーだけがその基準軸を一致されていなくても、あるいはすべての反射ミラーの基準軸が一致していてもよい。また、上記実施例では投影光学系ＰＬの全ての反射ミラーＭ１〜Ｍ６の反射面が回転対称な非球面形状であるが、これに限らず、例えば一組の反射ミラーだけが回転対称な非球面形状であってもよく、あるいは何れの反射ミラーも回転対称な非球面形状を呈していなくてもよい。

また、投影光学系ＰＬに含まれる反射ミラーの数は、上記実施形態及び実施例で示された数（６枚）に限られない。
また、第１の面（パターン面Ｒ１）と第２の面（露光面Ｗ１）とが互いに平行で且つこれら第１および第２の面の法線と基準光軸Ａｘとが非平行であってもよい。

実施形態に係る露光装置を概略的に示す構成図である。 実施形態に係る露光装置が備える投影光学系の構成図である。 レチクルの法線とレチクルに入射する光束の主光線とによって形成される角度について説明するための図である。 レチクル近傍における光路を模式的に示す図である。 半導体デバイスの製造方法のフローチャート図である。 第１実施例に係る投影光学系の構成図である。 第１実施例に係る投影光学系の各反射面の頂点曲率半径及び面間隔を表す図である。 第１実施例に係る投影光学系の各面の非球面データを表す図である。 第１実施例に係る投影光学系の各面の偏心データを表す図である。 ウェハ上に形成される円弧状の露光領域上での位置を示す図である。 ウェハの露光領域上の各点の位置座標を示す図である。 露光領域上の各点に到達する光線の主光線に対するＭ方向余弦とＬ方向余弦とを表す。 露光領域上における点について、Ｍ方向余弦の最大値と最小値との差及びＬ方向余弦の最大値と最小値との差を表す図である。 Ｍ方向余弦及びＬ方向余弦について説明するための図である。 第２実施例に係る投影光学系の構成図である。 第２実施例に係る投影光学系の各反射面の頂点曲率半径及び面間隔を表す図である。 第２実施例に係る投影光学系の各面の非球面データを表す図である。 第２実施例に係る投影光学系の各面の偏心データを表す図である。 ウェハの露光領域上の各点の位置座標を示す図である。 露光領域上の各点に到達する光線の主光線に対するＭ方向余弦とＬ方向余弦とを表す。 露光領域上における点について、Ｍ方向余弦の最大値と最小値との差及びＬ方向余弦の最大値と最小値との差を表す図である。

符号の説明

１…露光装置、２…ＥＵＶ光源、３…波長選択フィルタ、４…照明光学系、Ｒ…レチクル、ＲＳ…レチクルステージ、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウェハ、ＷＳ…ウェハステージ、Ｍ１〜Ｍ６…反射ミラー、ＡＳ…開口絞り、Ｇ１…第１光学群、Ｇ２…第２光学群。

Claims (9)

1. 照明光学系からの照明ビームによって照明された第１の面での反射光によって前記第１の面の像を第２の面に投影する投影光学系であって、
   少なくとも一つの反射光学素子を備える第１光学群と、少なくとも一つの反射光学素子を備える第２光学群とを備え、
   前記第１光学群の前記第２の面側の焦点位置と第２光学群の前記第１の面側の焦点位置とがほぼ一致し、
   前記第１の面の法線と前記第１の面に入射する前記照明ビームの主光線とによって形成される角度が、前記反射投影光学系の第１の面側の開口数の逆正弦の値よりも大きく、
   前記投影光学系の全ての光学素子は、前記第１の面に入射する前記照明ビームの外縁を規定する光線群の延長面を越えない反射投影光学系。
2. 前記第１光学群と前記第２光学群とが備える全ての反射光学素子のうち少なくとも１組の反射光学素子の基準軸は互いに一致していない請求項１に記載の反射投影光学系。
3. 前記第１光学群と前記第２光学群とが備える全ての反射光学素子のうち少なくとも１組の反射光学素子は、回転対称な非球面鏡であり、前記基準軸は前記非球面鏡の回転対称軸である請求項２に記載の投影光学系。
4. 前記反射投影光学系は、前記第１の面側及び前記第２の面側の両方でほぼテレセントリックである請求項１乃至３のいずれか１項に記載の反射投影光学系。
5. 前記第１の面の法線方向と前記第２の面の法線方向とは一致していない請求項１乃至４のいずれか１項に記載の反射投影光学系。
6. 前記反射投影光学系は、前記第１光学群と前記第２光学群との間に開口絞りが配置される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の反射投影光学系。
7. 前記反射投影光学系は６枚の反射鏡からなり、前記開口絞りは、前記第１の面から光路に沿って２つ目の反射鏡と３つ目の反射鏡との間に配置される請求項６に記載の反射投影光学系。
8. 第１の面の像を第２の面に投影する露光装置であって、
   前記第１の面を照明する照明光学装置と、
   請求項１〜７の何れか一項記載の反射投影光学系と、を備える露光装置。
9. デバイスの製造方法であって、
   感光性基板を準備する工程と、
   請求項８記載の露光装置の前記第２の面に前記感光性基板を配置して、前記第１の面に位置する所定のパターンの像を前記感光性基板上に投影露光する工程と、
   前記マスクのパターンの前記像が投影された前記感光性基板を現像し、前記パターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する工程と、
   前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程と、
   を備えることを特徴とするデバイスの製造方法。

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