(57)【要約】【課題】結像性能の良い反射型縮小投影光学系を得る。【解決手段】ＥＵＶ光（波長２００ｎｍ以下）の光を用いて投影光学系であって、物体側から像側にかけて順次光を反射するとともに基本的に共軸系をなすように配置された６枚の鏡を有し、当該６枚の鏡の各々の曲率半径が１５００ｍｍ以下である。【選択図】      図１
2004158786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＵＶ光を用いてレチクルのパターンを縮小投影する投影光学系において、凹面形状の第１ミラー（Ｍ１）、凹面形状の第２ミラー（Ｍ２）、凸面形状の第３ミラー（Ｍ３）、凹面形状の第４ミラー（Ｍ４）、凸面形状の第５ミラー（Ｍ５）、凹面形状の第６ミラー（Ｍ６）の順に光を反射するように６枚のミラーが配置され、前記６枚のミラーのそれぞれの曲率半径の絶対値が１５００ｍｍ以下であることを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の投影光学系と前記レチクルを前記ＥＵＶ光により照明する照明光学系と有することを特徴とする露光装置。
【請求項３】
請求項２に記載の露光装置によりデバイスパターンでウエハを露光する段階と、該露光したウエハを現像する段階とを含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＵＶ（ｅｘｔｒｅｍｅ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を用いてレチクルのパターンを縮小投影する投影光学系に関し、特に６枚程度の枚数のミラーによって縮小投影を行う投影光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
６枚程度の枚数のミラーによって縮小投影を行う投影光学系は、例えば、米国特許第５６８６７２８号公報、特開２０００−１００６９４号公報、特開２０００−２３５１４４号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記各公報に記載の投影光学系は、１枚以上のミラー（多くの場合、レチクル側から数えて１番目や２番目のミラー）の曲率半径の絶対値が１６００ｍｍ以上と、大きな値になっている。これらの投影光学系のうち、特にレチクル側から数えて２番目のミラーがレチクルに最も近いミラーである例においては、いずれも、１枚以上のミラーの曲率半径の絶対値が２０００ｍｍ以上と、非常に大きな値になっている。
【０００４】
ミラーの曲率半径が大きい場合、このミラーの反射面（非球面）の曲率半径や形状測定のための干渉計等の測定装置が大きくなり過ぎる。例えば、曲率半径が２０００ｍｍの凹面鏡の面形状を干渉計で測定するには測定ビームの集光位置から２０００ｍｍ以上離れた位置に凹面鏡を設定する必要がある。
【０００５】
このような干渉計では、被測定面であるミラーの反射面と参照面との距離が２０００ｍｍ以上になるため、測定に空気等の雰囲気の屈折率のゆらぎの影響を受けやすくなるし、また、干渉計の方式にもよるが、可干渉距離の関係から干渉縞のビジビリティーも低下する。従って、ミラーの曲率半径や面形状の測定精度が良くない。
【０００６】
従って、従来の投影光学系は、１枚以上のミラーの面形状の測定精度が良くなく、このミラーの面形状の精度が良くない為に、投影光学系の結像性能を向上させにくいという問題点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものである。
【０００８】
本発明の第１の形態は、〔特許請求の範囲〕の欄の〔請求項１〕に記載したとおりである。第１の形態とは異なり曲率半径の絶対値が１５００ｍｍを超えるミラーがあると、このミラーの面形状の測定精度が良くなく、このミラーの面形状の精度が良くない為に、投影光学系の結像性能を向上させることが困難である。
【０００９】
本発明の第２の形態は、前記第２ミラー（Ｍ２）近傍に開口絞りが配置されることを特徴とする〔請求項１〕に記載の投影光学系である。
【００１０】
本発明の第３の形態は、前記６枚のミラーのうち、曲率半径の絶対値が最大のミラーが前記第２ミラー（Ｍ２）であることを特徴とする〔請求項１〕に記載の投影光学系である。
【００１１】
本発明の第４の形態は、前記６枚のミラーのうち、曲率半径の絶対値が最大のミラーが前記第１ミラー（Ｍ１）であることを特徴とする〔請求項１〕に記載の反射型縮小投影光学系である。
【００１２】
本発明の第５の形態は、前記６枚のミラーのうち前記第２ミラー（Ｍ２）が前記レチクルに最も近い位置に配置されることを特徴とする〔請求項１〕に記載の投影光学系である。
【００１３】
本発明の第６の形態は、前記６枚のミラーのうち有効直径が４００ｍｍを超えるミラーの曲率半径の絶対値は１０００ｍｍ以下であることを特徴とする〔請求項１〕に記載の投影光学系である。
【００１４】
本発明の第７の形態は、前記６枚のミラーの各々の反射面は非球面であることを特徴とする〔請求項１〕に記載の投影光学系である。
【００１５】
本発明の第８の形態は、〔請求項１〕と上記第２〜７形態のいずれかに記載の投影光学系と前記レチクルを前記ＥＵＶ光により照明する照明光学系と有することを特徴とする露光装置である。
【００１６】
本発明の第９の形態は、上記第８の形態の露光装置によりデバイスパターンでウエハを露光する段階と、該露光したウエハを現像する段階とを含むデバイス製造方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態の投影光学系は、設計波長が１３．５ｎｍ、縮小倍率を有し、物体面側（レチクル側）から光を反射する順番に、凹面鏡（ミラーＭ１）、凹面鏡（ミラーＭ２）、凸面鏡（ミラーＭ３）、凹面鏡（ミラーＭ４）、凸面鏡（ミラーＭ５）、凹面鏡（ミラーＭ６）の６枚ミラーの基本構成を有し、前記６枚のミラーのそれぞれの曲率半径の絶対値が１５００ｍｍ以下である。
【００１８】
本実施形態によれば、ＥＵＶ光を用いてレチクルのパターンを縮小投影する投影光学系において、凹面形状の第１ミラー（Ｍ１）、凹面形状の第２ミラー（Ｍ２）、凸面形状の第３ミラー（Ｍ３）、凹面形状の第４ミラー（Ｍ４）、凸面形状の第５ミラー（Ｍ５）、凹面形状の第６ミラー（Ｍ６）の順に光を反射するように６枚のミラーが配置され、前記６枚のミラーのそれぞれの曲率半径の絶対値が１５００ｍｍ以下であるので、各ミラーの曲率半径や反射面の形状を測定する測定装置（干渉計）の大きさを抑えられ、６枚のミラーの面形状の測定精度が良く、面形状の精度が良い為に投影光学系の結像性能を向上できる。
【００１９】
本実施形態の投影光学系は、Ｍ１からＭ４までの４枚のミラーで中間像を結像し、その中間像をＭ５とＭ６の２枚のミラーで像面上（ウエハ上）に再結像する。
【００２０】
本実施形態の投影光学系は、前記６枚のミラーのうち有効直径が４００ｍｍを超えるミラーの曲率半径の絶対値は１０００ｍｍ以下である。
【００２１】
また、６枚のミラーの少なくとも１枚の反射面が非球面であり、収差補正上からはできるだけ多くのミラーの反射面を非球面にすることが望ましく、６枚のミラーの反射面を全て非球面にすることが最も望ましい。
【００２２】
本実施形態の投影光学系は、基本的に１本の光軸の回りに軸対称な共軸光学系であり、光軸を中心としたリング状の（領域）像面で収差が補正される。但し、収差補正又は調整上、６枚のミラーの少なくとも１枚を若干の偏心をさせてもよい。
【００２３】
本実施形態の投影光学系は、物体面に最も近いミラーをＭ２とすることにより、Ｍ４の直径を比較的小さくすることを可能にしている。また、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ４の各ミラー位置関係は、ミラーの頂点の位置について言えば、Ｍ１とＭ２の各ミラー間にミラーＭ４が配置される。この配置により、ミラーＭ４の直径を比較的小さくすることと、Ｍ３とＭ４の各ミラーの反射面の非球面量を比較的小さな値にすることを同時に満たすことができる。
【００２４】
また、像面湾曲の補正上、Ｍ１〜Ｍ６のミラーの各反射面の屈折力の和をゼロ近傍にしている。即ち、ミラーＭ１〜Ｍ６の各々の近軸の曲率半径をｒ１〜ｒ６とすると、１／ｒ１−１／ｒ２＋１／ｒ３−１／ｒ４＋１／ｒ５−１／ｒ６の値をゼロ又はその近傍にしている。
【００２５】
本実施形態の投影光学系では、以上述べた条件を満足させた上、他の収差の補正を行い且つ光学系の大きさをより実用的なものとするために、ｒ１＝−１４００±１００、ｒ２＝１２００±１００、ｒ３＝４５０±１５０、ｒ４＝６００±２００、ｒ５＝３５０±１００、ｒ６＝５００±１００、の範囲としている。
【００２６】
Ｍ１〜Ｍ６の各ミラーの反射面には、ＥＵＶ光を反射させる多層膜が施されており、後述する実施例のように設計波長が１３．５ｎｍの時にはＭｏとＳｉの多層膜反射面が形成される。
【００２７】
ミラーＭ２の位置又はその傍が開口絞りになっており、このミラーＭ２自身を開口絞りとするか、或いはその近傍に別途開口絞りまたは可変開口絞りを配置して開口数（ＮＡ）を制限または可変にしてもよい。
【００２８】
また、本実施形態の投影光学系は、物体面に反射型レチクル（マスク）を配置することを仮定して、物体側が非テレセントリック、像側がテレセントリックな光学系として設計してあり、投影光学系の像面側の主光線は、投影光学系の光軸に平行に射出するので、像面に配置される感光体（ウェハＷ）が光軸方向に移動しても倍率の変化が少ない。
【００２９】
本実施形態の投影光学系の少なくとも一枚のミラーの非球面反射面の非球面の形状Ｚは、
Ｚ＝ｃｈ２／（１＋ＳＱＲＴ（１−（１＋ｋ）ｃ２ｈ２））＋Ａｈ４＋Ｂｈ６＋Ｃｈ８＋Ｄｈ１０＋Ｅｈ１２＋Ｆｈ１４＋Ｇｈ１６＋Ｈｈ１８＋Ｊｈ２０＋・・・
という式で表される。ここで、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。
【００３０】
本実施形態の投影光学系は、良好な収差補正のために、Ｍ１の円錐係数が５０＜ｋ＜１５０を満たし、かつ、Ｍ５の円錐係数が５＜ｋ＜２０を満たしており、Ｍ１とＭ５は偏球面（Ｏｂｌａｔｅ  ｓｐｈｅｒｏｉｄ）ベースの非球面となっている。
【００３１】
また、途中（Ｍ４とＭ５の中間）で中間像を結像することもこの本実施形の投影光学系の特徴であり、それによって、ＮＡが大きく、かつ、良好な収差補正を可能にしている。
【００３２】
以下に、本実施形態の投影光学系の実施例を示す。
【００３３】
【実施例】
図１〜図３に、本投影光学系の第１〜第３の実施例の断面の光路図を示す。これらの図において、同一の構成要素には同一記号をつけて示す。
【００３４】
図１〜図３において、ＭＳは物体面位置に置かれた反射型レチクル、Ｗは像面位置に置かれたウェハ、Ｍ１は第１ミラー（凹面鏡）、Ｍ２は第２ミラー（凹面鏡）、Ｍ３は第３ミラー（凸面鏡）、Ｍ４は第４ミラー（凹面鏡）、Ｍ５は第５ミラー（凸面鏡）、Ｍ６は第６ミラー（凹面鏡）、ＡＸは光軸である。
【００３５】
不図示の照明光学系からの波長１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ光によりレチクルＭＳが照明されると、投影光学系は、レチクルＭＳからのＥＵＶ光を、第１ミラーＭ１（凹面鏡）、第２ミラーＭ２（凹面鏡）、第３ミラーＭ３（凸面鏡）、第４ミラーＭ４（凹面鏡）、第５ミラーＭ５（凸面鏡）、第６ミラーＭ６（凹面鏡）の順に反射し、像面位置に置かれたウェハＷ上に、レチクルのデバイス（回路）パターンの縮小像を形成する。
【００３６】
第１の実施例においては、設計波長λ＝１３．５ｎｍ、ＮＡ０．２０、縮小倍率は１／４倍、物高＝１２５〜１３５ｍｍの円弧状物体面（領域）、像高＝３１．２５〜３３．７５ｍｍの２．５ｍｍ幅の円弧状像面（領域）である。
【００３７】
第２の実施例においては、設計波長λ＝１３．５ｎｍ、ＮＡ０．２５、縮小倍率は１／４倍、物高＝１２８〜１３６ｍｍの円弧状物体面（領域）、像高＝３２〜３４ｍｍの２ｍｍ幅の円弧状像面（領域）である。
【００３８】
第３の実施例においては、波長λ＝１３．５ｎｍ、ＮＡ０．２８、縮小倍率は１／４倍、物高＝１３２〜１３６ｍｍの円弧状物体面（領域）、像高＝３３〜３４ｍｍの１ｍｍ幅の円弧状像面（領域）である。
【００３９】
実施例１〜３の投影光学系の各々の光学データ（曲率半径、面間隔、非球面係数など）を各々〔表１〕〜〔３〕に示す。
【００４０】
2004158786.tif 000003
2004158786.tif 000004
【００４１】
2004158786.tif 000005
2004158786.tif 000006
【００４２】
2004158786.tif 000007
2004158786.tif 000008
本実施形の上記各実施例の投影光学系の収差は、
実施例１：波面収差＝０．０３１λｒｍｓ、歪曲（レンジ）＝８ｎｍ
実施例２：波面収差＝０．０１０λｒｍｓ、歪曲（レンジ）＝１．２ｎｍ
実施例３：波面収差＝０．０２７λｒｍｓ、歪曲（レンジ）＝０．９ｎｍ
であり、何れも波長１３．５ｎｍでのｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｌｉｍｉｔｅｄな光学系である。
【００４３】
実施例１〜３の投影光学系の像面（領域）は円弧状（リング状）となるので、各実施例の投影光学系を投影露光装置に用いる時には、レチクルとウェハとを投影光学系の縮小倍率と同じ速度比で、この円弧の幅方向にスキャンすることにより、レチクルのパターンの全体でウエハの被露光領域（通常複数並んでいる）を露光する方式をとる。
【００４４】
また、本実施形態は、以上述べた実施例に限定されることはなく、本発明の範囲内で構成を変更して、性能を改善することが可能である。
【００４５】
本発明の投影光学系を適用した露光装置を説明する。本発明の露光装置は露光用の照明光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）を用いる。また上述したとおり、投影光学系１００の像面は円弧状（リング状）の像面となり、レチクルとウェハを縮小倍率比の速度比でスキャンすることにより、マスクの全面を露光する方式をとる。
【００４６】
図４を参照するに、本露光装置は、ＥＵＶ光源２１０、照明光学系２２０、反射型レチクル２３０、アライメント光学系２４０、投影光学系１００、レチクルステージ２５０、ウェハステージ２６０、ウェハ２７０を有する。
【００４７】
なお、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く、照明光学系２２０からウェハステージ２６０までを真空容器２８０に収納している。
【００４８】
本実施形態のＥＵＶ光源２１０は、例えば、レーザープラズマ光源を使用する。レーザープラズマ光源２１０はターゲット供給装置２１１によって供給され真空容器２８０中に置かれたターゲット材２１３に高強度のパルスレーザー光をパルスレーザー２１１から集光レンズ２１４を介して照射し、高温のプラズマ２１５を発生させる。そして、これから放射される波長１３．４ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用するものである。ターゲット材２１３は、金属薄膜、不活性ガス、液滴などが用いられ、ガスジェット等のターゲット供給装置２１２により真空容器内２８０に供給される。
【００４９】
照明光学系２２０はＥＵＶ光を伝播してレチクル２３０を照明する。図３において、照明光学系２２０は、第１乃至第３ミラー２２１、２２２及び２２３と、オプティカルインテグレータ２２４と、アパーチャ２２５とを有する。第１ミラー２２１はプラズマ２１５からほぼ等方的に放射されるＥＵＶ光を集める。オプティカルインテグレータ２２４はレチクル２３０を均一に所定の開口数で照明する。また、それらのＥＵＶ光は第２乃至第３ミラー２２２乃至２２３によってレチクル２３０へリレーされる。アパーチャ２２５は照明光学系２２０のレチクル２３０と共役な位置に配置され、レチクル２３０面で照明される領域を円弧状に限定する。
【００５０】
レチクルステージ２５０とウェハステージ２６０は、縮小倍率に比例した速度比で同期して走査する機構をもつ。ここで、レチクル２３０又はウェハ２７０面内で走査方向をＸ、それに垂直な方向をＹ、レチクル２３０又はウェハ２７０面に垂直な方向をＺとする。
【００５１】
レチクル２３０には所望のパターンが形成され、レチクルステージ２５０上の図示しないレチクルチャックに保持される。レチクルステージ２５０はＸ方向に移動する機構をもつ。また、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、及び各軸の回りの回転方向に微動機構をもち、レチクル２３０の位置決めができるようになっている。レチクルステージ２５０の位置と姿勢はレーザ干渉計によって計測され、その結果に基づいて位置と姿勢が制御される。なお、本実施形態ではレチクル２３０は反射型レチクルとして実現されているが、透過型レチクル又は反射型レチクルのどちらでも適用可能である。
【００５２】
ウェハ２７０は、図示しないウェハチャックによってウェハステージ２６０に保持される。ウェハステージ２６０はレチクルステージ２５０と同様にＸ方向に移動する移動機構をもつ。また、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、及び各軸の回りの回転方向に微動機構をもち、ウェハ２７０の位置決めができるようになっている。ウェハステージ２６０の位置と姿勢はレーザ干渉計によって計測され、その結果に基づいて位置と姿勢が制御される。
【００５３】
アライメント検出光学系２４０によってレチクル２３０の位置と投影光学系１００の光軸との位置関係、及びウェハ２７０の位置と投影光学系１００の光軸との位置関係が計測され、レチクル２３０の投影像がウェハ２７０の所定の位置に一致するようにレチクルステージ２５０及びウェハステージ２６０の位置と角度が設定される。また、図示しないフォーカス検出光学系によってウェハ２７０面でＺ方向のフォーカス位置が計測され、ウェハステージ２６０の位置及び角度を制御することによって、露光中は常時ウェハ面を投影光学系１００による結像位置に保つ。
【００５４】
ウェハ２７０上で１回のスキャン露光が終わると、ウェハステージ２６０はＸ、Ｙ方向にステップ移動して次の走査露光開始位置に移動し、再びレチクルステージ２５０及びウェハステージ２６０が投影光学系の縮小倍率に比例した速度比でＸ方向に同期走査する。
【００５５】
このようにして、レチクル２３０の縮小投影像がウェハ２７０上に結像した状態でそれらを同期走査するという動作が繰り返される。（ステップ・アンド・スキャン）。こうしてウェハ２７０全面にレチクル２３０の転写パターンが転写される。
【００５６】
次に、図５及び図６を参照して、上述の露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図５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。
【００５７】
図６は、図５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。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（ＣＶＤ）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。
【００５８】
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。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、結像性能を向上させることができる投影光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の光学系を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施例の光学系を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施例の光学系を示す図である。
【図４】本発明の露光装置を示す図である。
【図５】半導体デバイスの製造フローを示す図である。
【図６】図５のウエハプロセスを示す図である。
【符号の説明】
Ｍ１  第１ミラー（凹面鏡）
Ｍ２  第２ミラー（凹面鏡）
Ｍ３  第３ミラー（凸面鏡）
Ｍ４  第４ミラー（凹面鏡）
Ｍ５  第５ミラー（凸面鏡）
Ｍ６  第６ミラー（凹面鏡）
ＭＳ  マスク（物体面）
Ｗ  ウェハ（像面）
ＡＸ  光学系の光軸
【図１】
2004158786.tif 000009
【図２】
2004158786.tif 000010
【図３】
2004158786.tif 000011
【図４】
2004158786.tif 000012
【図５】
2004158786.tif 000013
【図６】
2004158786.tif 000014