(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射屈折型の投影光学系を備える露光装置において、前記投影光学系は、該投影光学系の往復光路部分に配置された光学素子を有し、該光学素子を前記投影光学系の光軸方向に移動する駆動装置と、前記光学素子を移動させることによって前記投影光学系の対称性収差を補正するように前記駆動装置を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
更に、前記投影光学系の収差を計測する収差計測装置を備え、前記制御装置は前記収差計測装置からの収差情報に応じて前記光学素子を移動させるクローズドループ制御を行うことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
前記投影光学系は、前記光学素子から出射した光を反射する凹面鏡を有し、該凹面鏡で反射した光が再度前記光学素子に入射することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記投影光学系は、該投影光学系の片道光路部分に配置された更なる光学素子を有し、
前記露光装置は、前記更なる光学素子を前記投影光学系の光軸方向に移動する更なる駆動装置を備え、前記制御装置は前記更なる光学素子を移動させることによって前記投影光学系の非対称性収差を補正するように前記更なる駆動装置を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項５】
更に、ＡｒＦレーザ又はＦ２レーザから成る光源を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の露光装置を使用して、デバイスパターンでウエハを露光し、露光された該ウエハを現像することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は露光装置に関し、特に、光源に紫外線原を用いた投影光学系に反射屈折型の光学系を用いた投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マスク上のパターンをウエハ上に露光する露光装置はより高解像化が望まれるようになり、そのために短波長の光源、たとえば波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いた露光装置が開発されるようになっている。そして、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザや、波長１５７ｎｍのＦ2 レーザによって更に短波長化が進められている。
【０００３】
投影光学系は、一般に屈折光学系や反射屈折型の光学系が用いられている。しかし、短波長の光源では使用できるガラスの種類が限定されるため、色収差の補正が難しくなりがちである。一方、反射屈折光学系は色収差の除去に関して効果的であり、この点でメリットが大きい。反射屈折型光学系にも数種のタイプがある。キューブ型のビームスプリッターを用いたタイプは、たとえば特開平６−３００９７３号公報に開示されておりいる。又、中間像を形成するタイプは、たとえば特開平１０−１０４３１号公報に開示されている。
【０００４】
図６に示すように、特開平６−３００９７３号公報に開示された「反射屈折縮小光学系」は高い開口数を有する半導体のフォトグラフィー製造に用いる反射屈折縮小光学系であって、レチクル面１００からの光線は、順次、第１のレンズ群、偏向鏡２０、第２のレンズ群、ビームスプリッタキューブ３０、４分の１波長板３２を通過し、凹面鏡３４で反射される。そして、この反射光は、再びビームスプリッタキューブ３０を通り、第３のレンズ群を通過してウエハ面５０上に収束される。高次の収差を更に低減するためには、凹面鏡３４は非球面とされる。
【０００５】
又、図７に示すように、特開平１０−１０４３１号公報に開示された「反射屈折光学系」は、像側において十分大きな開口数及び作動距離を有し、紫外領域でクオーターミクロン単位の解像度を有する小型の反射屈折光学系であって、物体面からの光は第１結像光学系Ｓ１の凹面反射鏡ＣＭで反射された後、第１結像光学系Ｓ１の光路中に中間像を形成する。この中間像は、第１光路変更部材Ｍ１を介して第２結像光学系Ｓ２によってウエハ面上に結像される。第１結像光学系Ｓ１の結像倍率を０．７５から０．９５の間とすることによって、第１光路偏向部材Ｍ１による光路偏向を可能とするとともに、光学系の像側の開口数ＮＡを大きくしている。更に、Ｌ１／ＬＭの値を０．１３から００．３５の間（第１結像光学系Ｓ１の光軸と第２結像光学系Ｓ２の光軸との交点と物体面との間の軸上距離Ｌ１：物体面と凹面鏡ＣＭとの間の軸上距離：ＬＭ）とすることによって、光学系の像側の作動距離を確保するとともに、コマ収差及び歪曲収差を良好に補正している。
【０００６】
又、図８は、公知の反射屈折型投影光学系（特開平１０−２０１９５号公報の実施例１）を示したものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＡｒＦエキシマレーザやＦ2 レーザになるとガラスによる光の吸収が今まで以上に大きくなり、このため露光時の熱収差発生量が従来よりも大きくなる。
【０００８】
また、気圧の変化や照明条件によっても、収差が変化する。
【０００９】
これらを補正するために、物体面に近い部分のレンズを移動させてもよいが、レンズ移動に対する収差の変化を大きくする必要があるために移動距離を大きくすると、移動させるレンズの機械的な位置精度が悪くなり、従って、対象する収差を小さくできない。
【００１０】
また、ＮＡ（開口数）が小さい場合には、倍率と歪曲とを補正した後の球面収差や非点収差や像面湾曲などの対称性収差の残存量は小さいが、たとえば、球面収差や非点収差や像面湾曲などの対称性収差の残存量は波面収差表示でそれぞれＮＡの４乗と２乗に比例して増えるため、高ＮＡの場合に無視できない量になる。今後、半導体素子の微細化がすすむにつれてＮＡは大きくなるため、ＮＡの累乗で増大化する対称性収差を小さくすることは最重要課題の１つである。
【００１１】
そこで、本発明は、対称性収差を小さくできる光学系や露光装置を提供することを課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、反射屈折型の投影光学系を備える露光装置において、前記投影光学系は、該投影光学系の往復光路部分に配置された光学素子を有し、該光学素子を前記投影光学系の光軸方向に移動する駆動装置と、前記光学素子を移動させることによって前記投影光学系の対称性収差を補正するように前記駆動装置を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
［実施形態１］
図１は、本発明の露光装置に用いる像面側ＮＡが０．６５以上の反射屈折型縮小投影光学系であってビームスプリッタを備えたものの光路図である。１はマスク、２はウエハ、ＬＧ１〜ＬＧ３はそれぞれ第１〜第３レンズ群、ＭＲ１は凹面鏡、ＢＳはキューブ型のビームスプリッタである。本発明の露光装置は、ＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、磁気ヘッドなどの各種デバイスを製造するプロセスで用いられ、この装置によりウエハを露光し、露光されたウエハが現像されることになる。
【００２４】
第１レンズ群ＬＧ１と第３レンズ群ＬＧ３は光線が１回のみ通過し、第２レンズ群ＬＧ２は光線が（往復するため）２回通過するレンズ群である。
【００２５】
また、３は第２レンズ群ＬＧ２の中の光軸方向に移動可能なレンズ、４はレンズ３を光軸方向に移動させるための駆動装置、５は装置４を制御してレンズ３の移動を制御するための制御装置、６は収差計測装置である。
【００２６】
マスク１から出射した光線は第１レンズ群ＬＧ１を通過し、ビームスプリッタＢＳを透過し、第２レンズ群ＬＧ２を通過後、凹面鏡ＭＲ１に到達して反射される。
【００２７】
凹面鏡ＭＲ１で反射された光線は、第２レンズ群ＬＧ２を再度通過後、ビームスプリッタＢＳに入射し、反射されて９０度方向を変えて出射し、第３レンズ群ＬＧ３を通過後、ウエハ２上に収束して、像を形成する。
【００２８】
露光が開始されると、露光光の一部がレンズ材料又はミラー材料に吸収され、レンズ材料又はミラー材料の温度が上昇する。この温度上昇によってレンズ材料又はミラー材料は膨張し面形状と面間隔は微小であるが変化する。また、レンズ材料は、屈折率の絶対値が変化するとともに屈折率分布も変化する。これらの変化によって、フォーカス位置が変化するが若干の収差も発生するため、そのままではフォーカスを合わせても像性能が若干劣化する。
【００２９】
また、気圧の変化や照明条件が変わっても、収差が発生するため像性能が変化する。
【００３０】
そこで、制御装置５が、露光量や露光時間やその他の露光条件からレンズ３の移動量に相当する駆動量を決定し、駆動装置４を動作させる。それによってレンズ３が所定量だけ光軸方向に移動し、発生した対称性収差が補正される。制御装置５はこのようなオープンループの制御を行うだけでなく、公知の収差計測装置６からの収差情報を得てその収差を補正するようにレンズ３を移動させるクローズドループ制御を行うことも可能である。
【００３１】
このようにレンズ３を移動させることによって、対称性収差を効果的に補正することができる。
【００３２】
図２は、図１における凹面ミラーＭＲ１の近傍における収差の発生状況を説明するための図である。説明が簡単なため、凹面ミラーＭＲ１で光路を展開して表示している。
【００３３】
実際の光線は、レンズ３を通過し、凹面ミラーＭＲ１で反射したあと、光線が逆向きに進みレンズ３を再度通過するのであるが、ここでは展開図で示したのでミラーで反射後も光線は右に進み、ミラーＭＲ１に対してレンズ３と対称なレンズ３′を通過するように表示している。７は周辺（マージナル）光線、８は主光線である。
【００３４】
凹面ミラーＭＲ１は、開口絞りの位置と等価な位置（光学的に共役な位置を含む）にある。
【００３５】
レンズ３，３′は開口絞りに対して対称であるから、レンズ３，３′で発生する、コマ収差、歪曲収差などの非対称性収差は、異符号で合計されるので互いにキャンセルされて、非常に小さな量になる。
【００３６】
一方、球面収差、非点収差、像面湾曲などの対称性収差はレンズ３，３′で発生するものが同符号で合計されるので、レンズ１枚のみの場合（光線が１回のみ通過する場合）に比べて大きくなる。凹面ミラーＭＲ１とレンズ３，３′が近接している場合には、レンズ１枚のみの場合の約２倍になる。
【００３７】
結局、レンズ３，３′で大きく発生する収差は、対称性収差のみであり、非対称性収差は小さい。
【００３８】
従って、レンズ３，３′と凹面ミラーＭＲ１の間隔を（対称的に）変えた場合も、大きく変わる収差は対称性収差のみであり、非対称性収差の変動は殆どない。
【００３９】
このように、凹面鏡の近くの、光線が２回通過するレンズ部分を移動させると、非対称性収差に影響を与えずに対称性収差のみを大きく変化させることが可能となる。
【００４０】
従って、対称性収差を、この収差に寄与するレンズ３のような光学素子を、たとえば光軸方向に移動させることによって、効果的に補正することができる。
【００４１】
［実施形態２］
図３は、ビームスプリッタの代わりに折り曲げミラーを備えた像面側ＮＡが０．６５以上の反射屈折型縮小投影光学系の光路図である。１はマスク、２はウエハ、ＬＧ１〜ＬＧ３はそれぞれ第１〜第３レンズ群、ＭＲ１は凹面鏡、ＭＲ２は折り曲げミラーである。
【００４２】
第１レンズ群ＬＧ１と第３レンズ群ＬＧ３は光線が１回のみ通過し、第２レンズ群ＬＧ２は光線が（往復するため）２回通過するレンズ群である。
【００４３】
また、３は第２レンズ群ＬＧ２の中の光軸方向に移動可能なレンズ、４はレンズ３を移動させるための駆動装置、５は装置４を制御してレンズ３の移動を制御するための制御装置である。
【００４４】
マスク１から出射した光線は第１レンズ群ＬＧ１を通過し、第２レンズ群ＬＧ２を通過後、凹面鏡ＭＲ１に到達して反射される。
【００４５】
凹面鏡ＭＲ１で反射された光線は、第２レンズ群ＬＧ２を再度通過後、中間像を形成するが、中間像近傍に配置された折り曲げミラーＭＲ２によって反射されて９０度方向を変え、第３レンズ群ＬＧ３を通過後、ウエハ２上に収束して、像を形成する。
【００４６】
この場合も露光が開始されると、露光光の一部がレンズ材料又はミラー材料に吸収され、レンズ材料又はミラー材料の温度が上昇することにより熱による若干の収差も発生するため、そのままではフォーカスを合わせても像性能が若干劣化する。
【００４７】
また、気圧の変化や照明条件が変わっても、像性能が変化する。
【００４８】
そのため、制御装置５が、露光量や露光時間や照明条件やその他の露光条件や気圧などから駆動量を決定し、駆動装置４を動作させる。それによって対称性収差に寄与している光学素子であるレンズ３が所定量だけ光軸方向に移動し、発生した対称性収差を補正する。制御装置５はこのようなオープンループの制御を行うだけでなく、不図示の収差計測装置からの収差情報を得てその収差を補正するようにレンズ３を移動させるクローズドループ制御を行うことも可能である。
【００４９】
実施形態１と同じ理由により、非対称性収差の影響を与えずに、対称性収差のみを効率よく補正することができる。
【００５０】
［実施形態３］
図４は、ビームスプリッタを持たない別のタイプの等倍の反射屈折型投影光学系の光路図である。１はマスク、２はウエハ、ＬＧ１〜ＬＧ３はそれぞれ第１〜第３レンズ群、ＭＲ１は凹面鏡、ＭＲ３は凸面鏡である。
【００５１】
第１レンズ群ＬＧ１と第３レンズ群ＬＧ３は光線が１回のみ通過し、第２レンズ群ＬＧ２は光線が（往復するため）２回通過するレンズ群である。
【００５２】
また、３は第２レンズ群ＬＧ２の中の光軸方向に移動可能なレンズ、４はレンズ３を移動させるための駆動装置、５は装置４を制御してレンズ３の移動を制御するための制御装置である。
【００５３】
本実施形態では第２レンズ群ＬＧ２はレンズ３のみである。また、レンズ群ＬＧ１及びＬＧ３は平行平面板を含んでいてもよく、平行平面板のみから構成されていてもよいものとする。
【００５４】
同図において、マスク１から出射した光線は第１レンズ群ＬＧ１を通過し、凹面鏡ＭＲ１で反射され、第２レンズ群ＬＧ２を構成するレンズ３を通過後、凸面鏡ＭＲ３で反射される。光線は再びレンズ３を通過後、凹面鏡ＭＲ１で反射され、レンズ群ＬＧ３を通過し、ウエハ２上に収束して、像を形成する。
【００５５】
この場合も、制御装置５が、露光量や露光時間や照明条件等の露光条件や気圧などから駆動量を決定し、駆動装置４を動作させる。それによって収差に寄与する光学素子であるレンズ３が所定量だけ光軸方向に移動し、発生した対称性収差を補正する。制御装置５はこのようなオープンループの制御を行うだけでなく、不図示の収差計測装置からの収差情報を得てその収差を補正するようにレンズ３を移動させるクローズドループ制御を行うことも可能である。実施形態１と同じ理由により、対称性収差のみを効率よく補正することができる。
【００５６】
以上、３つのタイプの投影光学系に本発明を適用した場合について述べたが、これら以外のタイプの反射屈折型光学系にも同様に本発明を適用することができる。
【００５７】
また、説明の簡単のため、１つのレンズの移動で説明したが、往復光路部分の複数のレンズを移動してもよい。
【００５８】
また、対称性収差と非対称性収差の両方を補正したい場合には、対称性収差の補正用としては光が２回通過するレンズ（収差に寄与する光学素子）を、非対称性収差の補正用としては光が１回通過するレンズ（収差に寄与する光学素子）を選び、各々のレンズを移動させることにより、対称性収差と非対称性収差の両方を効率良く補正することができる。
【００５９】
このことについて、次の実施形態で説明する。
【００６０】
［実施形態４］
図５は、図１の光学系に更に、非対称性収差を補正する手段を加えた光学系の光路図である。９は第１レンズ群ＬＧ１の中の光軸方向に移動可能なレンズ、１０はレンズ９を移動させるための駆動装置である。また、制御装置５は、駆動装置４と１０の両方を制御することができる。
【００６１】
本実施形態では、露光による温度上昇や、気圧変化や照明条件の変化などによって発生する収差について、対称性収差（球面収差、非点収差、像面湾曲）と非対称性収差（コマ収差、歪曲）の双方を補正する。
【００６２】
これらの原因などで収差が生じている場合、先ず第１レンズ群ＬＧ１の中のレンズ９を光軸方向に移動させることによって、非対称性収差を補正する。
【００６３】
光学系のＮＡが大きい場合には、レンズ９の移動により対称性収差が若干変化する。次に第２レンズ群ＬＧ２の中のレンズ３を光軸方向に移動させることによって、非対称性収差を殆ど変えずに対称性収差を補正することができる。以上の手順によって、本実施形態では、非対称性収差と対称性収差の双方を、補正する。このような双方の収差を補正する技術は実施形態２，３の光学系にも適用できる。
【００６４】
尚、以上の説明では、非対称性収差の補正を先に行い、対称性収差の補正を後に行うような手順を説明したが、逆の順番で補正してもよく、また、非対称性収差の補正と対称性収差の補正を交互に繰り返して補正の精度を高めるような手順を用いてもよい。
【００６５】
次に、本発明の反射屈折型投影光学系を図８に示す従来例に適用する一例を示す。図８は、公知の反射屈折型投影光学系（特開平１０−２０１９５号公報の実施例１）を示したものであり、この光学系で往復光路中の凹面鏡近傍のレンズを光軸方向に移動させた場合の収差の変化量について説明する。
【００６６】
凹面鏡ＭＲ１の隣の往復光路中の凹レンズ２枚（ＬＭで示した）を同時に光軸方向に（凹面鏡の方向に）１μｍだけ移動させた場合の収差量を表１に示した。
【００６７】
【表１】
0004532647.tif 000002
この例の場合には、球面収差が大きく変わるのでレンズ系ＬＭを球面収差の調整に使うことになる。同時にコマ収差（波面収差非対称成分）や結像点の位置ずれ（倍率変化や歪曲収差変化によるもの）も若干変化する。
【００６８】
従って、本発明をこの実施例に適用する際には、図示の往復光路中のレンズ系ＬＭだけではなく、片道光路中のいくつかのレンズも同時に光軸方向に動かすことにより、変化する倍率と歪曲収差とコマ収差を補正することになる。
【００６９】
以上説明した各実施形態によれば、光が２度通過する往復光路部分のレンズを光軸方向に移動させて、対称性収差を補正する方法を用いることにより、片道光路部分のレンズの移動に比べて対称性収差の変化が大きいので、補正可能な収差の範囲を大きくすることができ、また、同じ量の収差を補正する場合には、より小さいストロークでより早い時間で補正を行うことができるという効果がある。
【００７０】
また、非対称性収差を殆ど変えずに、対称性収差のみを変化させることもできるで、収差の制御が容易であるという効果がある。
【００７１】
また、硝材やミラーでの吸収が大きい場合に本発明の効果が大きくなるので、ＡｒＦレーザやＦ2 レーザを光源とする光学系などで効果が大きい。
【００７２】
また、ＮＡが０．６５以上と大きい場合に、熱や気圧変化や照明条件変化による収差の変化が大きくなるので、ＮＡが大きい光学系で本発明の効果が大きい。
【００７３】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、光学系の対称性収差を効果的に調整、補正できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の露光装置に用いる反射屈折型光学系の光路図
【図２】反射屈折光学系の収差を説明する光路図
【図３】折り曲げミラーを備えた反射屈折光学系の光路図
【図４】ビームスプリッタを持たない別のタイプの反射屈折光学系の光路図
【図５】非対称収差を補正する手段を備えた反射屈折光学系の光路図
【図６】ビームスプリッタを備えた従来の反射屈折光学系の光路図
【図７】中間像を形成させる従来の反射屈折光学系の光路図
【図８】特開平１０−２０１９５号公報に開示された反射光学系の光路図
【符号の説明】
１  マスク
２  ウエハ
３，９  光軸方向に移動可能なレンズ
４，１０  レンズを移動させるための駆動装置
５  レンズ移動を制御するための制御装置
６  収差計測装置
ＬＧ１  第１レンズ群
ＬＧ２  第２レンズ群
ＬＧ３  第３レンズ群
ＭＲ１  凹面鏡
ＭＲ２  折り曲げミラー
ＭＲ３  凸面鏡
ＢＳ  キューブ型のビームスプリッタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004532647.tif 000008
【図７】
0004532647.tif 000009
【図８】
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