【手続補正書】
【提出日】平成24年1月16日(2012.1.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスク上のパターンを基板に投影する投影光学系であって、
第１の光学素子と第２の光学素子とからなる一対の光学素子と、
前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とのうち少なくとも１つを駆動する制御手段と、を有し、
前記一対の光学素子は、互いに相補な関係にある非球面を有し、前記非球面が互いに対向するように配置され、
前記制御手段は、互いに直交する第１の方向と第２の方向とに、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との相対位置を変えることによって、前記第１の方向と前記第２の方向に各々対応する前記投影光学系の光学性能を制御することを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
前記第１の方向は前記投影光学系の光軸方向であり、前記第２の方向は前記光軸方向と直交し互いも直交する２方向のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
【請求項３】
前記２方向をｘ軸方向及びｙ軸方向としたとき、前記第１の光学素子の非球面の形状ｆａ（ｘ，ｙ）と前記第２の光学素子の非球面の形状ｆｂ（ｘ，ｙ）は、以下の式で表されることを特徴とする請求項２に記載の投影光学系。
ｆａ（ｘ，ｙ）＝ｇ（ｘ）＋ｈ（ｙ）＋Ｃａ
ｆｂ（ｘ，ｙ）＝ｇ（ｘ）＋ｈ（ｙ）＋Ｃｂ
ｇ（ｘ）：ｘのみを変数とする関数
ｈ（ｙ）：ｙのみを変数とする関数
Ｃａ，  Ｃｂ：定数
【請求項４】
前記２方向をｘ軸方向及びｙ軸方向としたとき、前記第１の光学素子の非球面の形状ｆａ（ｘ，ｙ）と前記第２の光学素子の非球面の形状をｆｂ（ｘ，ｙ）は、以下の式で表されることを特徴とする請求項２に記載の投影光学系。
ｆａ（ｘ，ｙ）＝ｇ（ｘ）＋ｈ（ｙ）＋ａｘ２＋ｂｘｙ＋ｃｙ２＋Ｃａ
ｆｂ（ｘ，ｙ）＝ｇ（ｘ）＋ｈ（ｙ）＋ａｘ２＋ｂｘｙ＋ｃｙ２＋Ｃｂ
ｇ（ｘ）：ｘのみを変数とする関数（ただし、２次および１次の冪関数を除く）
ｈ（ｙ）：ｙのみを変数とする関数（ただし、２次および１次の冪関数を除く）
Ｃａ，  Ｃｂ：定数
ａ，ｂ，ｃ：定数（ただし、ａ＝ｂ＝ｃ＝０の場合を除く）
【請求項５】
前記制御手段は、前記第１の方向と前記第２の方向とに直交する第３の方向に前記相対位置を変えることを特徴とする請求項４に記載の投影光学系。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第１の光学素子を前記第１の方向に、前記第２の光学素子を前記第２の方向に駆動することを特徴とする請求項１から５のうちいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項７】
前記光学性能は、回転非対称なディストーションを含むことを特徴とする請求項１から６のうちいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項８】
前記一対の光学素子は、前記マスクと対向するように配置されることを特徴とする請求項１から７のうちいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項９】
請求項１から８のうちいずれか一項に記載の投影光学系を有することを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の露光装置を用いて前記基板を露光するステップと、
露光された前記基板を現像するステップと、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
特許文献２は、互いに相補な関係にある非球面形状を有する１対の光学素子を、該非球面が対向するように配置し、複数の光学素子の相対位置を変えて該投影系の収差を制御している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
発明の一側面としての投影光学系は、マスク上のパターンを基板上に投影する投影光学系であって、第１の光学素子と第２の光学素子とからなる一対の光学素子と、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とのうち少なくとも１つを駆動する制御手段と、を有し、前記一対の光学素子は、互いに相補な関係にある非球面を有し、前記非球面が互いに対向するように配置され、前記制御手段は、互いに直交する第１の方向と第２の方向とに、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との相対位置を変えることによって、前記第１の方向と前記第２の方向に各々対応する前記投影光学系の光学性能を制御することを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
次に図１の光学素子群２１の構成について、具体的に説明する。図２において、２つの光学素子２１１，２１２の外側の面２１１ａ，２１２ａは平面形状であり、互いに向き合っている面２１１ｂ，２１２ｂは互いに相補な関係にある非球面形状である。
ここで、図１のように投影光学系の光軸と平行にかつウエハ１０２からレチクル１０１に向かう方向をｚ軸とし、それと直交する方向にｘ軸とｙ軸をとる。ｙ軸は紙面内にあり、ｘ軸は紙面に対して垂直な紙面手前向きである。これにより、光学素子２１１，２１２の非球面形状は、定数項だけ異なる次の式で与えられる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
光学素子群２１は、レチクル１０１に対向し、テレセントリック光路中に配置されている。そのため、光学素子群２１を通過する光は、光学素子２１１，２１２の合計厚さの局所的な変化に比例した方向に屈折し、その方向にディストーションが生じる。すなわち、投影光学系１００のｘ軸方向のディストーション変化は（４）式のｘに関する偏微分値に比例し、ｙ軸方向のディストーション変化は（４）式のｙに関する偏微分値に比例する。ｘ軸方向のディストーション変化をｄｘ、ｙ軸方向のディストーション変化をｄｙ、比例定数をＣとすると、
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
となる。ここで、ｈ”（ｙ）はｈ（ｙ）のｙによる２階微分を示す。
よって、光学素子２１１を距離δｙだけｙ軸方向に動かした場合に、（８ａ），（８ｂ）式で表されるディストーション変化が、投影光学系１００に生じる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
以上の様に、ｘ軸方向にδｘだけ動かした場合に発生するディストーション変化ｄｘはｇ（ｘ）の２階微分であるｇ”（ｘ）に比例し、ｙ軸方向にδｙだけ動かした場合に発生するディストーション変化ｄｙはｈ（ｙ）の２階微分であるｈ”（ｙ）に比例する。すなわち、非球面２１１ｂ、２１２ｂのｇ（ｘ）及びｈ（ｙ）が適切な関数となるように光学素子群２１を成形することで、ｘ軸方向に動かした場合とｙ軸方向に動かした場合とに対応する互いに異なるディストーションをそれぞれ制御することが可能となる。また、光学素子２１１の移動距離δｘ、δｙを変化させることによって、ディストーション変化量を自由に変えることが可能である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
本発明は、露光光の吸収によって起こる高次ディストーションおよび回転非対称のディストーション発生量が小さいことに着目し、小さな非球面量しか持たない光学素子２１１、２１２を利用している。よって、本実施例の光学素子２１１，２１２は、ディストーションの補正のみを行い、他の光学特性に悪影響を与えないことが可能である。そのため、公知の収差補正手段による収差補正の誤差を補正する補正手段としてもよい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
次に、本発明の実施例１について、ｇ（ｘ）とｈ（ｙ）に具体的な値を与えて詳しく説明する。
図４は、実施例１の投影光学系１００を示す図である。この投影光学系１００は、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用い、開口数は０．７８、投影倍率は−１／４倍であり、２６×３３ｍｍの長方形の露光エリアを有する。この投影光学系の各面の有効径、曲率半径、面間隔、硝種は、図１０に示されるように構成した。
図１０でＳｉＯ２と表記されているのは、合成石英を示している。合成石英の波長２４８ｎｍにおける屈折率は、１．５０８３９である。また、図１０中でＡＳＰと表記されている面は、回転対称な非球面である。これら回転対称な非球面は、図１１に示されるコーニック係数および非球面係数を有する。ただし図１１中、Ａは中心からの距離ｒの４乗に比例した項の係数、Ｂはｒの６乗に比例した項の係数、Ｃはｒの８乗に比例した項の係数、Ｄはｒの１０乗に比例した項の係数である。また、図１０中でＸＹと表記されている面は、回転非対称な非球面である。これら回転非対称な非球面は、ｘ，ｙの冪多項式で表現される面形状を有する。これらの面形状については後述する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
この投影光学系を用いて実施例１を説明する。ここで、光学素子２１１，２１２の非球面形状を、以下の（１１）式に従う形状に形成する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
（１１）式には、ｘの１次の項Ｃ１０ｘやｙの１次の項Ｃ０１ｙも含まれている。これらは、ｘやｙに関して偏微分を２回行う過程で消えてしまうため、最終的に発生するディストーション変化には影響を及ぼさない。しかしながら、これらの項により、成形する非球面と平面とのずれの絶対値（非球面量）を小さくすることが可能である。非球面量を小さくすることにより、投影光学系の光学性能に及ぼす影響を減らすことができ、加工精度の点でも有利になる。さらに、測定上も干渉計を用いた面形状測定手段などが利用できるようになるため有利になる。そのため、本実施例のように、故意に値を与えることも効果的である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
この光学素子２１１をｘ軸方向に−１ｍｍ、光学素子２１２をｘ軸方向に＋１ｍｍ移動させたときの投影光学系１００に生じるディストーション変化を図６（ａ）に示した。図６（ａ）では、薄い線で示した２６×３３ｍｍの理想格子に対し、ディストーション変化によって濃い線で示した格子のように画面全体が変形している様子が描かれている。なお、微小なディストーションを分かりやすく示すために、実際の変化に対し２万倍に強調してプロットしている。図６（ａ）から分かるように、投影光学系１００のｘ軸方向にのみ倍率変化が発生し、ディストーション変化は縦横倍率差に換算して１．６７ｐｐｍ、ｘ＝１３ｍｍの最周辺でのディストーション変化量は４３．８nmになる。投影光学系１００のｙ軸方向のディストーション変化は、ほぼ０である。要するに、光学素子２１１および光学素子２１２は、回転非対称な倍率変化を発生させている。なお、縦横倍率差とは、非回転対称なディストーションの一種であり、横方向と縦方向とで伸縮率が異なるような変形をする成分である。具体的には、縦横倍率差の値がａであったとき、点ｘ， ｙにおける変位量ｄｘ, ｄｙはｄｘ＝ａ＊ｘ，ｄｙ＝−ａ＊ｙで表される。ｐｐｍは１０−６を表している。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
このように、光学素子２１１及び２１２をｘ軸方向に移動させたときとｙ軸方向に移動させたときとにそれぞれ対応する互いに異なる種類のディストーション変化が投影光学系１００に発生する。そのため、ｘ軸方向の動きとｙ軸方向の動きを組み合わせることで高度なディストーション補正が可能となる。
さらに、上述したように従来から設けられている回転対称な倍率と対称３次ディストーションの補正手段と併用することにより、より効果的な補正が可能となる。
たとえば、図７（ａ）は、熱収差シミュレーションによって、投影光学系１００に生じるディストーション変化を計算したものである。プロット倍率は、これまでと同様、実際の変化に対し、２万倍に強調してプロットしている。レンズが熱を吸収することにより、最大８２．５ｎｍのディストーション変化が起きており、補正が必要な状態である。
この状態を、従来からの回転対称な倍率と対称３次ディストーションの補正手段により補正したものが図７（ｂ）である。ここで、図７（ｂ）は、より微小なディストーション形状を見やすくするために、実際の変化に対し、１０万倍に強調してプロットしている。これによると、従来からの回転対称な倍率と対称３次ディストーションの補正手段を用いるだけでは、９．４ｎｍの補正残差が残る。
それに対し、従来からの補正手段に加えて、本実施例で挙げた光学素子群２１によるｘ軸方向の倍率変化とｙ軸方向の３次ディストーション変化を併用して補正を行った場合を、図７（ｃ）に示した。プロット倍率は、図７（ｂ）と同じく、実際の変化に対し、１０万倍に強調してプロットしている。これにより、回転非対称な補正を行うことで、補正残差は２．６ｎｍにまで小さくすることができ、補正効果が大きいことが分かる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
上記のｘ軸方向とｙ軸方向とのディストーションの補正は、ウエハのプロセスによるもののほかにも、複数の装置間のディストーションマッチング、複数の露光モードでのディストーションマッチング、あるいはレチクル作成の誤差の補正などに用いることもできる。これら場合の倍率の非回転対称（異方性）の補正量も数ｐｐｍである。この補正量は、露光装置にマニュアルで入力する等の手段でデータがパラメータ設定され、該設定されたパラメータに基づいて光学素子２１１,２１２の相対位置が制御装置１０３により調整され、装置の設定が行われる。勿論パラメータのセッティングは自動計測による値から直接、露光装置に入力することもできる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
なお、当然ながら本発明の補正できるディストーションの成分は、非対称な倍率差や、回転非対称な３次ディストーションに限定されるものではなく、ｇ（ｘ）,ｈ（ｙ）の設計により補正できるものであればどんなものでもよい。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
次に、光学素子２１１を距離δｚだけｚ軸方向（光軸方向，第３の方向）に動かした場合を想定する。この場合、光学素子２１１と光学素子２１２との合計厚さは変化しないため、光学的なパワーは変化しない。
この光学素子群２１は、テレセントリック光路中にレチクル１０１に対向するように配置されている。したがって、図３に示されるように、光学素子群２１を通過する光は、非球面２１１ｂで屈折され、その方向に微小距離進んだ後、非球面２１２ｂで再び屈折され、テレセントリックに戻される。
ここで、光学素子２１１をｚ方向に動かすことにより、光軸方向の光学素子２１１と光学素子２１２との距離が変化した場合を考える。すると、図３に示したように、光が非球面２１１ｂで屈折された後に進む距離が微小に変化することにより、それに応じたディストーション変化が投影光学系１００に生じる。そのディストーション変化量（像ずれ量）は、光が非球面２１１ｂで屈折するときの屈折角θの正接（ｔａｎ）に比例する。また、面の局所的な傾きは、屈折角θの正弦（ｓｉｎ）に比例する。ここで、θが小さいとき、
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
とみなすことができる。
そのため、ディストーション変化は、面の局所的な傾きに比例するということが分かる。すなわち、ディストーション変化は、非球面形状の１次微分に比例する。投影光学系１００に生じるｘ軸方向のディストーション変化ｄｘは（１２ａ）式のｘに関する偏微分値に比例し、ｙ軸方向のディストーション変化ｄｙは（１２ａ）式のｙに関する偏微分値に比例する。よって、比例定数をＣ２として、
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
という関係が成り立つようにｇ（ｘ），ａ，ｂを選択する。それにより、ｚ方向の移動によって投影光学系１００に発生するディストーション変化のうち、支配的な成分が２ａｘ＋ｂｙであり、ｇ’（ｘ）による寄与はほとんど無視できるようにすることができる。ただし、（２１）式において、maｘ（｜ξ｜）は、ξの絶対値の画面内最大値をとることを意味する。
また、（２０ｂ）式についても同様に、
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
という関係が成り立つようにｈ（ｙ），ｂ，ｃを選択する。これにより、ｚ方向の移動によって投影光学系１００に発生するディストーション変化のうち、支配的な成分がｂｘ＋２ｃｙであり、ｈ’（ｙ）による寄与はほとんど無視できるようにすることができる。すなわち、（２１），（２２）式の関係が成り立つように非球面２１１ｂ，２１２ｂを設計することにより、（２０ａ），（２０ｂ）式は、実質上、
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９４】
ｘ軸方向に動かした場合に発生するディストーション変化は関数ｇ”（ｘ）に比例し、ｙ軸方向に動かした場合は関数ｈ”（ｙ）に比例し、ｚ方向に動かした場合はａ，ｂ，ｃを係数とするｘ，ｙの１次多項式に比例する。すなわち、非球面２１１ｂ、２１２ｂのｇ（ｘ）とｈ（ｙ）およびａｘ２＋ｂｘｙ＋ｃｙ２を適切な関数となるように光学素子群２１を成形することで、異なるディストーションをそれぞれ制御することが可能となる。換言すると、本実施例はｘ軸方向に動かす場合とｙ軸方向に動かす場合とｚ軸方向に動かす場合とにそれぞれ対応した異なるディストーションをそれぞれ制御することが可能である。また、光学素子２１１の移動距離δｘ、δｙ，δｚを変化させることによって、ディストーション変化量を自由に変えることが可能である。これより高次ディストーション、回転非対称なディストーションのうち少なくとも２つを補正できる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
本発明は、露光光の吸収によって起こる高次ディストーションおよび回転非対称のディストーション発生量が小さいことに着目し、小さな非球面量しか持たない光学素子２１１、２１２を利用している。よって、本実施例の光学素子２１１，２１２は、ディストーションの補正のみを行い、他の光学特性に悪影響を与えないことが可能である。そのため、公知の収差補正手段による収差補正の誤差を補正する補正手段としてもよい。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
この投影光学系は、レチクルから第１レンズまでのテレセントリック光路中に、光学素子２１１，２１２を備えた光学素子群２１を有し、これを用いて回転非対称なディストーション変化の補正を行う。今、光学素子２１１と光学素子２１２との間隔は２０μｍとしてある。
光学素子２１１と２１２の非球面形状として、以下の（２６）式に従う形状を設定する。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
この光学素子２１１をｚ方向（光軸方向）に＋５０μｍ、光学素子２１２をｚ方向に−５０μm移動させたときの投影光学系１００に生じるディストーション変化を図９（ａ）に示した。図の見方は図６（ａ）と同じで、実際の変化に対し、５万倍に強調してプロットしている。図９（ａ）によれば、ｘ軸方向に伸び、ｙ軸方向に縮むような縦横倍率差が発生していることが分かる。縦横倍率差は２．０７ｐｐｍであり、画面最周辺のｙ＝１６．５ｍｍの像高におけるディストーション変化量は３８ｎｍに相当する。
縦横倍率差以外にも、対称倍率と画面全体のシフトが若干発生しているが、対称倍率が０．０００４ｐｐｍ、ｘ軸方向へのシフトが１．０２ｎｍ、ｙ軸方向へのシフトが−０．８６ｎｍと、非常に小さい。これらは従来の手法で修正が可能であり、補正精度に影響を及ぼさない。また、これらの従来の手法での補正による残差は、高々３．２ｎｍ程度である。すなわち、３８ｎｍ相当の縦横倍率差によるずれを補正精度３．２ｎｍで補正できる。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０５】
以上より、縦横倍率差と、ｘ軸方向の３次ディストーションと、ｙ軸方向の５次ディストーションと、従来からの補正手段による回転対称な倍率および対称３次ディストーションとを組み合わせることで、よりきめ細やかなディストーション補正が可能となる。近年の大画面化により、熱によって発生するディストーション形状は複雑化している。本実施例では、そのような露光装置において、従来では補正することができなかった複数の回転非対称なディストーションを補正可能である。
本実施例は、縦横倍率変化、ｘ軸方向の３次ディストーション変化、ｙ軸方向の５次ディストーション変化の３種類の回転非対称なディストーション変化の組み合わせの例を示したが、これ以外の回転非対称なディストーション変化の種類を組み合わせてもよい。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０８】
本発明の実施例において、半導体デバイス製作時の熱によるディストーション変化量は、投影光学系の熱吸収量に対するディストーション変化をあらかじめシミュレーションや実験などにより求めておき、これまで与えた熱量から推定して補正を行ってもよい。また、露光中に実際に倍率変化などを測定しながら補正を行ってもよい。これらの場合でも、本発明の方法は問題なく適用可能である。