(57)【要約】所定のパターンが形成されたレチクルＲを照明光で照明する照明光学装置ＩＳと、レチクルの所定のパターン像をウエハＷに投影する投影光学系ＰＬと、投影光学系の結像面とウエハとの整合状態を検出するためにウエハに対して斜め方向から焦点検出光を照射して焦点検出光が照射されることにより生ずるウエハからの光を検出する斜入射オートフォーカス系（ＡＦ１，ＡＦ２）と、投影光学系からウエハに迷光が入射するのを防止するために斜入射オートフォーカス系の焦点検出光路と投影光学系との間の空間に配置された遮光部材Ｓ１とを備える。
2002029869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパターンが形成されたマスクを照明光で照明する照明光学系と、
前記マスクの所定のパターン像を感光性基板に投影する投影光学系と、
前記投影光学系の結像面と前記感光性基板との整合状態を検出するために前記感光性基板に対して斜め方向から焦点検出光を照射して前記焦点検出光が照射されることにより生ずる前記感光性基板からの光を検出する焦点検出手段と、
前記投影光学系から前記感光性基板に迷光が入射するのを防止するために前記焦点検出手段の焦点検出光路と前記投影光学系との間の空間に配置された迷光防止手段とを備えることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
前記迷光防止手段は、前記感光性基板に形成される前記投影光学系の露光視野にほぼ対応する大きさ及び形状を持つ開口部を伴った遮光部材を有することを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
【請求項３】
前記遮光手段は、前記焦点検出手段の光軸と前記投影光学系の結像面とのなす角をθ、前記焦点検出手段の光軸に沿った方向における前記投影光学系の露光視野の大きさをＦ、前記遮光手段の最も前記感光性基板側の位置から前記投影光学系の結像面までの前記投影光学系の光軸に沿った距離をＨとするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項２記載の投影露光装置。
2002029869.tif 000011
【請求項４】
前記遮光手段は、前記焦点検出手段の光軸と前記投影光学系の結像面とのなす角をθ、前記焦点検出手段の光軸に沿った方向における前記投影光学系の露光視野の大きさをＦ、前記遮光手段の最も前記感光性基板側の位置から前記投影光学系の結像面までの前記投影光学系の光軸に沿った距離をＨとするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
2002029869.tif 000012
【請求項５】
所定のパターンが形成されたマスクを照明光で照明する照明光学系と、
前記マスクの所定のパターン像を感光性基板に投影する投影光学系とを有し、
前記投影光学系は、前記投影光学系から前記感光性基板に入射する迷光を防止するために少なくとも１つの光学面に形成された０．３％以下の反射率を持つ迷光防止膜を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項６】
前記迷光防止膜は、前記投影光学系の瞳と前記投影光学系の結像面との間に位置する光学面に形成されていることを特徴とする請求項５記載の投影露光装置。
【請求項７】
前記投影光学系の最も前記マスク側の光学面から前記投影光学系の前記感光性基板までの前記投影光学系の光軸に沿った距離をＤ、前記迷光防止膜が形成されている光学面から前記感光性基板までの前記投影光学系の光軸に沿った距離をｄとするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項６記載の投影露光装置。
2002029869.tif 000013
【請求項８】
前記投影光学系の最も前記マスク側の光学面から前記投影光学系の前記感光性基板までの前記投影光学系の光軸に沿った距離をＤ、前記迷光防止膜が形成されている光学面から前記感光性基板までの前記投影光学系の光軸に沿った距離をｄとするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項５記載の投影露光装置。
2002029869.tif 000014
【請求項９】
請求項１〜請求項８記載の投影露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法であって、前記感光性基板上に感光材料を塗布する第１工程と、前記感光性基板上に前記投影光学系を介して前記マスクのパターンの像を投影する第２工程と、前記感光性基板上の前記感光材料を現像する第３工程とを備えることを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、マスクのパターンの像を感光性基板上に投影するための投影光学系を有する投影露光装置、及びこの投影露光装置を用いたデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）の製造方法に関する。
背景技術
半導体素子等を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターン像を投影光学系を介して、レジストが塗布されたウエハ等の感光性基板上に転写する一括露光型（ステップ・アンド・リピート方式）、又は走査露光型（ステップ・アンド・スキャン方式）のような投影露光装置が使用されている。
ところで、このような投影露光装置においては、ウエハ等の感光性基板の表面で露光光が反射し、更にこの反射光が投影光学系を構成する光学部材の何れかの光学面で再反射して、投影光学系によりウエハに投影されるレチクルのパターン像とは別に、結像に寄与しない迷光（フレア）がウエハ上に焼き付けられる現象が発生するという問題が生じていた。
この発明の課題は、マスクのパターンの像のみが感光性基板上に結像する投影露光装置及びこの装置を用いたデバイスの製造方法を提供することである。
発明の開示
この発明の投影露光装置は、所定のパターンが形成されたマスクを照明光で照明する照明光学系と、前記マスクの所定のパターン像を感光性基板に投影する投影光学系と、前記投影光学系の結像面と前記感光性基板との整合状態を検出するために前記感光性基板に対して斜め方向から焦点検出光を照射して、前記焦点検出光が照射されることにより生ずる前記感光性基板からの光を検出する焦点検出手段と、前記投影光学系から前記感光性基板に迷光が入射するのを防止するために前記焦点検出手段の焦点検出光路と前記投影光学系との間の空間に配置された迷光防止手段とを備えることを特徴とする。
この投影露光装置によれば、迷光防止手段が焦点検出手段の焦点検出光路と投影光学系との間の空間に配置されているため、焦点検出手段の焦点検出光を遮ることなく投影光学系から感光性基板に入射する迷光のみを遮ることができる。
また、この発明の投影露光装置は、前記迷光防止手段が前記感光性基板に形成される前記投影光学系の露光視野にほぼ対応する大きさ及び形状を持つ開口部を伴った遮光部材を有することを特徴とする。
この投影露光装置によれば、迷光防止手段が有する遮光部材に、感光性基板に形成される投影光学系の露光視野にほぼ対応する大きさ及び形状をもつ開口部が設けられているため遮光部材により露光光を遮ることがない。従って、迷光を含まない露光光によりマスクパターンの像をウエハ上に忠実に結像させることができる。
また、この発明の投影露光装置は、前記遮光手段が、前記焦点検出手段の光軸と前記投影光学系の結像面とのなす角をθ、前記焦点検出手段の光軸に沿った方向における前記投影光学系の露光視野の大きさをＦ、前記遮光手段の最も前記感光性基板側の位置から前記投影光学系の結像面までの前記投影光学系の光軸に沿った距離をＨとするとき、Ｈ＞１．１Ｆｔａｎθの条件を満足することを特徴とする。
この投影露光装置によれば、遮光手段がＨ＞１．１Ｆｔａｎθの条件を満たす位置に配置されていることから、焦点検出手段の焦点検出光路と遮光手段の最も感光性基板側の位置との間に必要十分な間隔を持たせることができ遮光手段が焦点検出手段による焦点検出の妨げになるのを防止することができる。
また、この発明の投影露光装置は、所定のパターンが形成されたマスクを照明光で照明する照明光学系と、前記マスクの所定のパターン像を感光性基板に投影する投影光学系とを有し、前記投影光学系は、前記投影光学系から前記感光性基板に入射する迷光を防止するために、少なくとも１つの光学面に形成された０．３％以下の反射率を持つ迷光防止膜を有することを特徴とする。
この投影露光装置によれば、投影光学系を構成する少なくとも１つの光学面に０．３％以下の反射率を持つ迷光防止膜が形成されているため、この迷光防止膜により感光性基板からの反射光が光学面により再度反射するのを防止することができ、投影光学系から感光性基板に入射する迷光を防止することができる。
また、この発明の投影露光装置は、前記迷光防止膜が前記投影光学系の瞳と前記投影光学系の結像面との間に位置する光学面に形成されていることを特徴とする。
この投影露光装置によれば、迷光防止膜が投影光学系の瞳と投影光学系の結像面との間に位置する光学面、即ち感光性基板により反射した光を再度反射しうる光学面に形成されているため、感光性基板により反射した光が再度反射して感光性基板上に集光するのを防止することができる。
また、この発明の投影露光装置は、前記投影光学系の最も前記マスク側の光学面から前記投影光学系の前記感光性基板までの前記投影光学系の光軸に沿った距離をＤ、前記迷光防止膜が形成されている光学面から前記感光性基板までの前記投影光学系の光軸に沿った距離をｄとするとき、０＜ｄ／Ｄ＜０．３の条件を満足することを特徴とする。
この投影露光装置によれば、迷光防止膜が形成されている光学面が０＜ｄ／Ｄ＜０．３の条件を満たす位置の光学面、即ち感光性基板により反射した光を再度反射しうる光学面に迷光防止膜が形成されているため、感光性基板により反射した光が再度反射して感光性基板上に集光するのを防止することができる。
また、この発明のマイクロデバイスの製造方法は、この発明の投影露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法であって、前記感光性基板上に感光材料を塗布する第１工程と、前記第感光性基板上に前記投影光学系を介して前記マスクのパターンの像を投影する第２工程と、前記感光性基板上の前記感光材料を現像する第３工程とを備えることを特徴とする。
このマイクロデバイスの製造方法によれば、マスクのパターンの像を感光性基板上に忠実に結像させることができるためスループット良くマイクロデバイスの製造を行うことができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して、この発明の第１の実施の形態の説明を行う。図１は、この発明の実施の形態にかかる一括型露光方式（ステップ・アンド・リピート方式）の投影露光装置の概略構成図である。図１において投影光学系ＰＬの物体面には所定の回路パターンが形成された投影原版としてのレチクル（マスク）Ｒが配置され、投影光学系ＰＬの像面には、基板としてのフォトレジストが塗布されたウエハ（感光性基板）Ｗが配置されている。レチクルＲはレチクルステージＲＳ上に保持され、ウエハＷはウエハステージ（基板ステージ）ＷＳ上に保持されている。レチクルＲの上方には、レチクルＲを均一照明するための照明光学装置ＩＳが配置されている。
レチクルステージＲＳは、投影光学系の光軸ＡＸと直交する面内で２次元的に移動可能に設けられている。このレチクルステージＲＳの移動は、制御系ＭＣの制御の下、レチクルステージＲＳの位置を計測する干渉計と駆動モータを含む駆動系ＭＲによって制御される。
また、ウエハステージＷＳは、投影光学系の光軸ＡＸと直交する面内で２次元的に移動可能であるのみならず更に、投影光学系ＰＬの像面とウエハＷの表面とを合焦させるために投影光学系の光軸ＡＸ方向に移動可能に設けられている。投影光学系ＰＬの像面（露光面）とウエハＷの表面との合焦は、ウエハステージＷＳの斜め上方に配置された焦点検出手段としての斜入射オートフォーカス系（ＡＦ１，ＡＦ２）によって光学的に行われる。ここで、斜入射オートフォーカス系（焦点検出装置）は、照射光学系を含む照射部と検出光学系と光電検出器とを含む検出部ＡＦ２とを有している。照射部ＡＦ１からの照射光がウエハＷの表面において反射される際に、検出部ＡＦ２において受光される光の位置を検出することにより、投影光学系ＰＬの像面（露光面）とウエハＷとの合焦状態（整合状態）が検出される。なお、このウエハステージＷＳの移動は、制御系ＭＣの制御の下、ウエハステージＷＳの位置を計測する干渉計と駆動モータを含む駆動系ＭＷによって制御される。
投影光学系ＰＬは、瞳位置に開口絞りＡＳを有すると共に、レチクルＲ（物体面）側、及びウエハＷ（像面）側の両方でテレセントリックとなっている。図２は、投影光学系ＰＬを示すレンズ断面図であり、この投影光学系は、物体面側から順に、両凸形状のレンズＬ１，Ｌ２と、物体面に凸面を向けたメニスカスレンズＬ３，Ｌ４と、両凹形状のレンズＬ５〜Ｌ７と、物体面に凹面を向けたメニスカスレンズＬ８〜Ｌ１０と、両凸形状のレンズＬ１１〜Ｌ１３と、物体面に凸面を向けたメニスカスレンズＬ１４と、両凹形状のレンズＬ１５，Ｌ１６と、物体面に凹面を向けたメニスカスレンズＬ１７，Ｌ１８と、両凸形状のレンズＬ１９，Ｌ２０と、物体面に凹面を向けたメニスカスレンズＬ２１と、両凸形状のレンズＬ２２と、物体面に凸面を向けたメニスカスレンズＬ２３〜Ｌ２７とからなる２７枚のレンズを配置して構成されており、両凸形状のレンズＬ１９と両凸形状のレンズＬ２０との間に開口絞りＡＳが設けられている。
また、この投影光学系ＰＬの下部には第１の実施の形態の迷光防止手段としての遮光部材Ｓ１が設けられている。なお、以下において、第１の実施の形態における遮光部材をＳ１として説明する。ここで図３Ａは遮光部材Ｓ１の斜視図であり、図３Ｂは遮光部材Ｓ１の底面図である。この図に示すように、遮光部材Ｓ１は底面に平面部１０を有する円錐形状を有しており、平面部１０に略正方形の開口部１２が設けられている。なお、この開口部１２は、この投影露光装置の投影光学系ＰＬの露光視野にほぼ対応する大きさ及び形状を有している。従って、遮光部材Ｓ１により露光光を遮ることがないため迷光を含まない露光光によりレチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に忠実に結像させることができる。
図４Ａは、遮光部材Ｓ１の配置される位置、即ち遮光部材Ｓ１とウエハＷの表面との位置関係を説明するための図であり、図４Ｂは、投影光学系ＰＬの露光視野Ｆと斜入射オートフォーカス系（ＡＦ系）の光軸との関係を説明するための図である。図４Ａに示すように、斜入射オートフォーカス系の光軸と投影光学系ＰＬの結像面とのなす角をθ、投影光学系ＰＬの像側の開口数をＮＡ、斜入射オートフォーカス系の光軸方向に沿った投影光学系ＰＬの露光視野の大きさ（オートフォーカス系の光軸を含む面に沿った方向における投影光学系ＰＬの露光視野の大きさ）をＦ、遮光部材Ｓ１の最もウエハＷ側の位置から投影光学系ＰＬの結像面までの投影光学系ＰＬの光軸に沿った距離をＨとするとき、数式１の条件を満足する。
2002029869.tif 000003
ここで斜入射オートフォーカス系の最も上側の光線における露光視野Ｆの最終縁からの高さをｈとすると、ｈ＝Ｆｔａｎθの関係が成立する。また、Ｈ＞１．１ｈの関係を満たしていることが好ましいことから、数式１が導出される。
照明光学装置ＩＳは、ＫｒＦエキシマレーザ光源よりなる露光光源、この光源からの波長２４８．４ｎｍの露光光の照度分布を均一化するためのオプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、マイクロレンズアレイ、回折光学素子等）、照明系開口絞り、可変視野絞り（レチクルブラインド）、及びコンデンサレンズ系等から構成されている。照明光学装置ＩＳから供給される露光光は、レチクルＲを照明し、投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳの位置）には照明光学装置ＩＳ中の光源の像が形成され、所謂ケーラー照明が行われる。そして、ケーラー照明されたレチクルＲのパターンの像が、投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βはこの装置では１／５であるが、他に１／４等もある）で縮小されてウエハＷ上に露光（転写）される。
この投影露光装置の投影光学系ＰＬにおいては、ウエハＷの表面で反射した光が投影光学系ＰＬを構成する光学部材の光学面において再反射して迷光としてウエハＷの表面で集光する。即ち、図５はレンズＬ２２の４４面（光学面）でウエハＷの表面で反射した光が再反射して迷光としてウエハＷの表面で集光する状態を示し、図６はレンズＬ２３の４６面（光学面）でウエハＷの表面で反射した光が再反射して迷光としてウエハＷの表面で集光する状態を示し、図７はレンズＬ２４の４８面（光学面）でウエハＷの表面で反射した光が再反射して迷光としてウエハＷの表面で集光する状態を示している。
しかしながら、この投影露光装置の投影光学系ＰＬの下部、即ち投影光学系ＰＬと斜入射オートフォーカス系の焦点検出光路との間の空間に遮光部材Ｓ１が配置されていることから、図８に示すように、レンズＬ２２の４４面で再反射した光が遮光部材Ｓ１により遮られ迷光としてウエハＷの表面で集光するのを防止することができる。また、同様にレンズＬ２３の４６面で再反射した光、レンズＬ２４の４８面で再反射した光が遮光部材Ｓ１により遮られ迷光としてウエハＷの表面で集光するのを防止することができる。
また、斜入射オートフォーカス系の焦点検出光路と遮光部材Ｓ１の最もウエハＷ側の位置との間に必要十分な間隔を持たせているため遮光部材Ｓ１が斜入射オートフォーカス系による焦点検出の妨げになるのを防止することができる。
なお、上述の第１の実施の形態においては、遮光部材Ｓ１を用いて投影光学系ＰＬからウエハＷに迷光が入射するのを防止しているが、この遮光部材を用いる代わりに投影光学系ＰＬを構成する光学部材の少なくとも１つの光学面に０．３％以下の反射率を持つ反射防止膜（迷光防止膜）を設けるようにしても良い。即ち、発明者らが様々な実験及び研究等を通して検討を重ねていった結果、レンズ等光学部材の光学面の反射防止膜の反射率を０．３％以下とすれば、フレアの発生を大幅に低減できることを突き止めた。また、フレアの発生を効果的に押さえるためには、レンズ等光学部材の光学面の反射防止膜の反射率を０．２％以下とすることがより一層好ましいことも突き止めた。
更に、上記０．３％以下、又は０．２％以下の反射率を有する反射防止膜は、投影光学系ＰＬの瞳と投影光学系ＰＬの結像面との間に位置する光学部材の光学面に形成することが好ましい。即ちウエハＷにより反射した光を再度反射しうる光学面に反射防止膜を形成することにより、ウエハＷにより反射した光が再度反射してウエハＷ上に集光するのを防止することができる。
また、上記０．３％以下、又は０．２％以下の反射率を有する反射防止膜は、投影光学系ＰＬの最もレチクル側の光学部材のレチクル側の光学面から投影光学系ＰＬのウエハＷまでの投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿った距離をＤ、反射防止膜が形成されている光学面からウエハＷまでの投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿った距離をｄとするとき、数式２の条件を満足する光学面に形成しても良い。この場合においてもウエハＷにより反射した光が再度反射してウエハＷ上に集光するのを防止することができる。
2002029869.tif 000004
次に、この第１の実施の形態にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。ただし左端の数字は物体側（レチクル側）からの順序、曲率半径はレンズ面の曲率半径（Ｒ１〜Ｒ５４）、間隔はレンズ面の間隔、屈折率は露光波長λが２４８．４ｎｍにおける屈折率を表１に示す。
2002029869.tif 000005
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このレンズデータに関する数式１の対応値は、
１．１Ｆｔａｎθ＝３．４０１ｍｍ　Ｆ＝２２ｍｍ　θ＝８°
である。
また、このレンズデータに関する数式２の対応値は、
ｄ（４４）／Ｄ＝０．２０６
ｄ（４６）／Ｄ＝０．１８２
ｄ（４８）／Ｄ＝０．１５６
である。
次に、この発明の第２の実施の形態の説明を行う。なお、この第２の実施の形態の説明においては、第１の実施の形態にかかる投影露光装置の構成と同一の構成には、第１の実施の形態の説明で用いたのと同一の符号を付して説明を行う。
ここで第２の実施の形態が第１の実施の形態と比較して異なる点は、レチクルステージＲＳとウエハステージＷＳとをＹ軸方向に沿って互いに反対方向へ移動させることによりレチクルパターンの全体をウエハ１つの単位露光領域に露光する走査露光方式（ステップ・アンド・スキャン方式）の露光装置である点である。
この第２の実施の形態にかかる投影露光装置も第１の実施の形態の投影露光装置と同様に、図１に示すように投影光学系ＰＬの物体面には所定の回路パターンが形成された投影原版としてのレチクルＲが配置され、投影光学系ＰＬの像面には、基板としてのフォトレジストが塗布されたウエハＷが配置されている。また、レチクルＲはレチクルステージＲＳ上に保持され、ウエハＷはウエハステージ（基板ステージ）ＷＳ上に保持されている。レチクルＲの上方には、レチクルＲを均一照明するための照明光学装置ＩＳが配置されている。
第２の実施の形態において、照明光学系ＩＳはレチクルＲ上にスリット（長方形）状の照明領域を形成するため、投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に形成されるレチクルＲのパターン像はレチクル上の照明領域と相似なスリット形状（長方形状）となる。
ここで、レチクルのパターン全体をウエハの１つの単位露光領域に露光するには、制御系ＭＣが２つの駆動系（ＭＲ、ＭＷ）を介してレチクルステージＲＳとウエハステージＷＳとをＹ方向に沿って互いに反対方向に移動させることにより達成される。換言すれば、レチクルＲ上に形成されるスリット（長方形）状の照明領域の短手方向又は投影光学系の露光視野の短手方向に沿ってレチクルステージＲＳウエハステージＷＳとを互いに反対方向に移動させることにより、レチクルパターン全体がウエハの１つの単位露光領域に露光される。継続される露光動作は、ウエハの隣の単位露光領域を露光するために、駆動系ＭＲを介してレチクルステージＲＳをステッピングさせて、再び制御系ＭＣが２つの駆動系（ＭＲ，ＭＷ）を介してレチクルステージＲＳとウエハステージＷＳとをＹ方向に沿って互いに反対方向へ移動させて、走査露光が開始される。このように走査露光とステッピングとを交互に繰り返すことにより、ウエハに整列された多数のレチクルパターン像を形成することができる。
この第２の実施の形態にかかる投影露光装置も第１の実施の形態と同様に迷光がウエハＷの表面に集光することを防止するための迷光防止手段としての遮光部材を有する。なお、以下においては、第２の実施の形態における遮光部材をＳ２として説明する。ここで第２の実施の形態の露光装置は、上述のように、走査露光を行うものであるため、投影光学系ＰＬの像面形状又は投影光学系ＰＬの露光視野形状は、スリット形状（長方形）となる。従って、第２の実施の形態における遮光部材Ｓ２は、後に図９を用いて詳述するが、投影光学系ＰＬの露光視野形状に対応してスリット形状（長方形状）の開口部を有する。第２の実施の形態の露光装置は、第１の実施の形態の露光装置（図１参照）と同様に、遮光部材Ｓ２が投影光学系ＰＬの下部、即ち投影光学系ＰＬと斜入射オートフォーカス系の焦点検出光路との間の空間に設けられている。即ち、図４Ａに示すように、斜入射オートフォーカス系の光軸と投影光学系ＰＬの結像面とのなす角をθ、投影光学系ＰＬの像側の開口数をＮＡ、斜入射オートフォーカス系の光軸方向に沿った投影光学系ＰＬの露光フィールドの大きさをＦ、遮光部材Ｓ２のの最もウエハＷ側の位置から投影光学系ＰＬの結像面までの投影光学系ＰＬの光軸に沿った距離をＨとするとき、第２の実施の形態の遮光部剤Ｓ２においても前述の数式１の条件を満足するように配置されている。
ここで図９Ａは遮光部材Ｓ２の斜視図であり、図９Ｂは遮光部材Ｓ２の底面図である。この図に示すように、遮光部材Ｓ２は底面に平面部２０を有する円錐形状を有しており、平面部２０にスリット形状の開口部２２が設けられている。なお、図１０は、走査露光方式の投影露光装置における露光フィールドＦと斜入射オートフォーカス系の光軸及び走査方向の関係を示す図である。この遮光部材Ｓ２の開口部２２は、この投影露光装置の投影光学系ＰＬの露光視野にほぼ対応する大きさ及び形状を有している。従って、遮光部材Ｓ２により露光光を遮ることがないため迷光を含まない露光光によりレチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に忠実に結像させることができる。
この第２の実施の形態にかかる投影光学系ＰＬも瞳位置に開口絞りＡＳを有すると共に、レチクルＲ（物体面）側、及びウエハＷ（像面）側の両方でテレセントリックとなっている。図１１は、この第２の実施の形態にかかる投影光学系ＰＬを示すレンズ断面図であり、この投影光学系は、物体面側から順に、像面に凸面を向けた平凸レンズＬ１と、物体面に凹面を向けたメニスカスレンズＬ２，Ｌ３と、両凸形状のレンズＬ４と、物体面に凸面を向けたメニスカスレンズＬ５，Ｌ６と、像面に凸面を向けたメニスカスレンズＬ７と、両凹形状のレンズＬ８，Ｌ９と、像面に凸面を向けたメニスカスレンズＬ１０〜Ｌ１４と、物体面に凸面を向けたメニスカスレンズＬ１５〜Ｌ１８、両凹形状のレンズＬ１９と、物体面に凹面を向けた平凹レンズＬ２０と、像面に凸面を向けたメニスカスレンズＬ２１、Ｌ２２と、両凸形状のレンズＬ２３と、像面に凸面を向けたメニスカスレンズＬ２４と、物体面に凸面を向けたメニスカスレンズＬ２５と、両凸形状のレンズＬ２６と、物体面に凸面を向けたメニスカスレンズＬ２７〜Ｌ３１とからなる３１枚のレンズを配置して構成されており、像面に凸面を向けたメニスカスレンズＬ２２と両凸形状のレンズＬ２３との間に開口絞りＡＳが設けられている。
この第２の実施の形態にかかる投影露光装置の照明光学装置ＩＳは、超高圧水銀ランプ等のランプ光源を含みＩ線（３６５ｎｍ）の光を供給する露光光源、この光源からの波長３６５ｎｍの露光光の照度分布を均一化するためのオプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、マイクロレンズアレイ等）、照明系開口絞り、可変視野絞り（レチクルブラインド）、及びコンデンサレンズ系等から構成されている。照明光学装置ＩＳから供給される露光光は、レチクルＲを照明し、投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳの位置）には照明光学装置ＩＳ中の光源の像が形成され、所謂ケーラー照明が行われる。そして、ケーラー照明されたレチクルＲのパターンの像が、投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βはこの装置では１／５であるが、他に１／４等もある）で縮小されてウエハＷ上に露光（転写）される。
この投影露光装置の投影光学系ＰＬにおいては、ウエハＷの表面で反射した光が投影光学系ＰＬを構成する光学部材の光学面において再反射して迷光としてウエハＷの表面で集光する。即ち、図１２はレンズＬ２６の５２面（光学面）でウエハＷの表面で反射した光が再反射して迷光としてウエハＷの表面で集光する状態を示し、図１３はレンズＬ２７の５４面（光学面）でウエハＷの表面で反射した光が再反射して迷光としてウエハＷの表面で集光する状態を示している。
しかしながら、この投影露光装置の投影光学系ＰＬの下部、即ち投影光学系ＰＬと斜入射オートフォーカス系の焦点検出光路との間の空間に遮光部材Ｓ２が配置されていることから、図１４に示すように、レンズＬ２６の５２面で再反射した光が遮光部材Ｓ２により遮られ迷光としてウエハＷの表面で集光するのを防止することができる。また、同様にレンズＬ２７の５４面で再反射した光が遮光部材Ｓ２により遮られ迷光としてウエハＷの表面で集光するのを防止することができる。
また、斜入射オートフォーカス系の焦点検出光路と遮光部材Ｓ２の最もウエハＷ側の位置との間に必要十分な間隔を持たせているため遮光部材Ｓ２が斜入射オートフォーカス系による焦点検出の妨げになるのを防止することができる。
なお、上述の第２の実施の形態においては、遮光部材Ｓ２を用いて投影光学系ＰＬからウエハＷに迷光が入射するのを防止しているが、これを用いる代わりに投影光学系ＰＬを構成する光学部材の少なくとも１つの光学面に０．３％以下の反射率を持つ反射防止膜（迷光防止膜）を設けるようにしても良い。更に十分な効果を得るには、その反射防止膜の反射率を０．２％以下にすることが一層好ましい。この場合においても上記０．３％以下、又は０．２％以下の反射率を有する反射防止膜は、投影光学系ＰＬの瞳と投影光学系ＰＬの結像面との間に位置する光学部材の光学面に形成することが望ましい。即ちウエハＷにより反射した光を再度反射しうる光学面に反射防止膜を形成することにより、ウエハＷにより反射した光が再度反射してウエハＷ上に集光するのを防止することができる。
上記０．３％以下又は０．２％以下の反射率を有する反射防止膜は、投影光学系ＰＬの最もレチクル側の光学部材のレチクル側の光学面から投影光学系ＰＬのウエハＷまでの投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿った距離をＤ、反射防止膜が形成されている光学面からウエハＷまでの投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿った距離をｄとするとき、前述の数式２の条件を満足する光学面に形成しても良い。この場合においてもウエハＷにより反射した光が再度反射してウエハＷ上に集光するのを防止することができる。
次に、この第２の実施の形態にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。ただし左端の数字は物体側（レチクル側）からの順序、曲率半径（Ｒ１〜Ｒ６２）はレンズ面の曲率半径、間隔はレンズ面の間隔、屈折率は露光波長λが３６５ｎｍにおける屈折率を表２に示す。
2002029869.tif 000008
2002029869.tif 000009
2002029869.tif 000010
このレンズデータに関する数式１の対応値は、
１．１Ｆｔａｎθ＝３．８６５ｍｍ　Ｆ＝２５ｍｍ　θ＝８°
である。
また、このレンズデータに関する数式２の対応値は、
ｄ（５２）／Ｄ＝０．２２２
ｄ（５４）／Ｄ＝０．１８７
である。
次に、この発明の第２の実施の形態の変形例について説明を行う。なお、この変形例の説明において、第１及び第２の実施の形態にかかる投影露光装置の構成と同一の構成には、第１の実施の形態の説明で用いたのと同一の符号を付して説明を行う。
ここで当該変形例が第２の実施の形態と比較して異なる点は、投影光学系の露光視野（或いは照明領域）が投影光学系の光軸を含まない位置に設定されていることである。
この第２の実施の形態の変形例にかかる投影露光装置も第２の実施の形態の投影露光装置と同様に、図１５に示すように投影光学系ＰＬの物体面には所定の回路パターンが形成された投影原版としてのレチクルＲが配置され、投影光学系ＰＬの像面には、基板としてのフォトレジストが塗布されたウエハＷが配置されている。また、レチクルＲはレチクルステージＲＳ上に保持され、ウエハＷはウエハステージ（基板ステージ）ＷＳ上に保持されている。レチクルＲの上方には、レチクルＲを均一照明するための照明光学装置ＩＳが配置されている。
図１５において、照明装置ＩＳは、例えば１５７ｎｍの光を供給するＦ２レーザを有する光源、光源からの光により所定形状（円形状、輪帯状、二極状、四極状など）の二次光源を形成するオプティカルインテグレータ、レチクル上での照射範囲を規定するための照明視野絞りなどを有しており、レチクルＲ上の照明領域をほぼ均一な照度分布のもとで照明する。ここで、照明装置ＩＳ内の照明光路は不活性ガスでパージされることが好ましく、本実施形態では窒素でパージしている。
レチクルＲはレチクルステージＲＳ上に載置されており、これらのレチクルＲおよびレチクルステージＲＳはケーシングＣ１によって外部の雰囲気と隔離されている。このケーシングＣ１の内部空間も不活性ガスでパージされることが好ましく、本実施例では窒素でパージしている。
さて、照明装置ＩＳにより照明されたレチクルＲからの光は、反射屈折型の投影光学系ＰＬを介して、感光性基板としてウエハＷへ導かれ、ウエハＷ上の露光視野内にレチクルＲのパターン像を形成する。
この投影光学系ＰＬは、レチクルＲからの光に基づいて、レチクルＲ上のパターンの中間像を形成する第１結像光学系５０〜５４と、この中間像からの光に基づいて、中間像の像をウエハＷ上の露光視野内に再結像させる第２結像光学系５５〜６１とを有している。
第１結像光学系５０〜５４は、第１の光軸Ａｘ１に沿って配置されたレンズ素子５０と、このレンズ素子５０を介した光を偏向させる反射面を有する光路折り曲げ鏡５１と、第１の光軸Ａｘ１に対して所定の角度（例えば９０°〜１３０°程度）で交差する第２の光軸Ａｘ２に沿って配置されたレンズ素子５２、５３および凹面反射鏡５４とを備える。ここで、光路折り曲げ鏡５１の反射面で反射された光は、レンズ素子５２および５３を介して凹面反射鏡５４で反射されて、再びレンズ素子５３および５２を通過し、光路折り曲げ鏡５１の別の反射面へ向かう。そして、この光路折り曲げ鏡５１の別の反射面の近傍にレチクルＲ上のパターンの中間像が形成される。
第２結像光学系５５〜６１は、第１の光軸Ａｘ１に沿って配置された複数のレンズ素子５５〜６０と、コヒーレンスファクタ（σ値）を制御するための開口絞り６１とを有し、第１結像光学系によって形成された中間像からの光に基づいて、レチクルＲのパターンの二次像をウエハＷ上の露光視野内に形成する。
図１６は、第２の実施の形態の変形例にかかる投影光学系の露光視野と基準光軸との位置関係を示す図である。図１６に示すように、当該変形例では、基準光軸ＡＸ（第１の光軸ＡＸ）を中心とした半径Ｂを有する円形状の領域（イメージサークル）ＩＦ内において、基準光軸ＡＸから＋Ｙ方向に軸外し量Ａだけ離れた位置に所望の大きさを有する矩形状の露光視野ＥＦが形成されている。ここで露光視野ＥＦのＸ方向の長さはＬＸであり、Ｙ方向の長さはＬＹである。なお、露光視野の形状は矩形状には限られず、例えば輪帯形状の一部（円弧形状）、六角形状、台形状等も適用できる。なお、このような投影光学系は、たとえば米国特許第５，８０５，３３４号公報の第５図や、特開２０００−４７１１４号公報などに開示されている。
この投影光学系ＰＬ内の投影光路は不活性ガスでパージされることが好ましく、本実施形態ではヘリウムでパージしている。
そして、レチクルステージＲＳとウエハステージＷＳとを投影光学系ＰＬの倍率に応じた速度比で、投影光学系ＰＬに対して相対的に移動させつつ、レチクルＲを照明することにより、ウエハＷ上の露光領域内にレチクルＲ上のパターンが転写される。
この第２の実施の形態の変形例にかかる投影露光装置も第１の実施の形態と同様に迷光がウエハＷの表面に集光することを防止するための迷光防止手段としての遮光部材を有する。なお、以下においては、第２の実施の形態の変形例における遮光部材をＳ３として説明する。ここで、変形例にかかる露光装置は、上述のように、走査露光を行うものであるため、投影光学系ＰＬの像面形状又は投影光学系ＰＬの露光視野形状は、スリット形状（長方形）となる。従って、第２の実施の形態の変形例における遮光部材Ｓ３は、後に図１７Ａ，図１７Ｂを用いて詳述するが、投影光学系ＰＬの露光視野形状に対応してスリット形状（長方形状）の開口部を有する。第２の実施の形態の変形例にかかる露光装置は、第１の実施の形態の露光装置（図１参照）と同様に、遮光部材Ｓ３が投影光学系ＰＬの下部、即ち投影光学系ＰＬと斜入射オートフォーカス系の焦点検出光路との間の空間に設けられている。そして、第２の実施の形態と同様に、第２の実施の形態の変形例における遮光部剤Ｓ３も前述の数式１の条件を満足するように配置されている。
ここで図１７Ａは遮光部材Ｓ３の斜視図であり、図１７Ｂは遮光部材Ｓ３の底面図である。この図に示すように、遮光部材Ｓ３は底面に平面部３０を有する円錐形状を有しており、平面部３０にスリット形状の開口部３２が設けられている。なお、遮光部材Ｓ３の開口部３２は、この投影露光装置の投影光学系ＰＬの露光視野ＥＦにほぼ対応する大きさ及び形状を有している。従って、遮光部材Ｓ３により露光光を遮ることがないため迷光を含まない露光光によりレチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に忠実に結像させることができる。
この変形例のような軸外露光視野を有する場合、迷光（フレア）は光軸ＡＸを挟んで露光視野とは反対側へ向かう場合が多いため、この変形例では効果的に迷光を防ぐことができる。
また、第２の実施の形態の変形例において、遮光部材Ｓ３の内部へは例えば窒素などの不活性ガスが供給されており、投影光学系ＰＬとウエハＷ上の露光視野との間の光路が不活性ガスで満たされている。
なお、図１５〜１７Ｂに示した第２の実施の形態の変形例は、図１８Ａに示すような軸外反射屈折型の投影光学系を備えた露光装置や、図１８Ｂに示すような軸外反射屈折型の投影光学系を備えた露光装置等にも適用できる。ここで図１８Ａに示す軸外反射屈折型の投影光学系はＥＰ１０６９４４８Ａ（特開２００１−２７７２７）号公報に開示されており、図１８Ｂに示す軸外反射屈折型の投影光学系はＷＯ０１／６５２９６号公報に開示されている。
次に、照明系によってマスクを照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、実施の形態にかかる投影露光装置を用いて感光性基板としてのウエハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る手法の一例を図１９のフローチャートを参照して説明する。
まず、図１９のステップＳ２０において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ２１において、その１ロットのウエハ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Ｓ２２において、実施の形態にかかる投影露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系（投影光学モジュール）を介して、その１ロットのウエハ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Ｓ２３において、その１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ２４において、その１ロットのウエハ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、マスク上のパターに対応する回路パターンが各ウエハ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。
また、実施の形態にかかる投影露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図２０のフローチャートを参照して、この手法の一例につき説明する。図２０において、パターン形成工程（ステップＳ３０）では、実施の形態にかかる投影露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂リソグラフィ工程が実行される。このリソグラフィ工程によって、感光性基板上には、多数の電極を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レチクル剥離工程等の各工程を経ることにとって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程（ステップＳ３１）へ移行する。
次に、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ３１）では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリクス状に多数配列されたり、又はＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ３１）の後に、セル組立工程（ステップＳ３２）が実行される。セル組立工程（ステップＳ３２）においては、パターン形成工程（ステップＳ３０）において得られた所定パターンを有する基板、及びカラーフィルタ形成工程（ステップＳ３１）において得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組立工程（ステップＳ３２）においては、例えば、パターン形成工程（ステップＳ３０）において得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルタ形成工程（ステップＳ３１）において得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
その後、モジュール組立工程（ステップＳ３３）において、組立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取りつけて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細なパターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
以上の各実施の形態では、投影光学系ＰＬを屈折光学素子のみでなる屈折光学系で構成した例を示したがこれに限ることなく、例えば、屈折光学素子と反射光学素子との組合せで構成される反射屈折光学系（カタディオプトリック光学系）で構成することも可能である。
この発明の投影露光装置によれば、迷光防止手段が焦点検出手段の焦点検出光路と投影光学系との間の空間に配置されているため、焦点検出手段の焦点検出光を遮ることなく投影光学系から感光性基板に入射する迷光のみを遮ることができる。
また、迷光防止手段が有する遮光部材に感光性基板に形成される投影光学系の露光視野にほぼ対応する大きさ及び形状を持っ開口部が設けられているため遮光部材により露光光を遮ることがなく、迷光を含まない露光光によりマスクパターンの像をウエハ上に忠実に結像させることができる。
また、焦点検出手段の焦点検出光路と遮光手段の最も感光性基板側の位置との間に必要十分な間隔を持たせることができるため遮光手段が焦点検出手段による焦点検出の妨げになるのを防止することができる。
また、投影光学系を構成する少なくとも１つの光学面に０．３％以下の反射率を持つ迷光防止膜が形成されているため、この迷光防止膜により感光性基板からの反射光が光学面により再度反射するのを防止することができ、投影光学系から感光性基板に入射する迷光を防止することができる。
また、迷光防止膜が感光性基板により反射した光を再度反射しうる光学面に形成されているため、感光性基板により反射した光が再度反射して感光性基板上に集光するのを防止することができる。
また、この発明の投影露光装置を用いたデバイスの製造方法によれば、マスクのパターンの像を感光性基板上に忠実に結像させることができるためスループット良くデバイスの製造を行うことができる。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明の投影露光装置及びこの装置を用いたデバイスの製造方法は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスの製造に用いるのに適している。
【図面の簡単な説明】
図１は、この発明の実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成図である。
図２は、第１の実施の形態にかかる投影光学系のレンズ断面図である。
図３Ａは、第１の実施の形態にかかる遮光部材の斜視図である。
図３Ｂは、第１の実施の形態にかかる遮光部材の底面図である。
図４Ａは、この発明の実施の形態にかかる遮光部材の配置位置を説明するための図である。
図４Ｂは、この発明の実施の形態にかかる投影光学系の露光視野と斜入射オートフォーカス系の光軸との関係を説明するための図である。
図５は、第１の実施の形態にかかる投影光学系における迷光を説明するための図である。
図６は、第１の実施の形態にかかる投影光学系における迷光を説明するための図である。
図７は、第１の実施の形態にかかる投影光学系における迷光を説明するための図である。
図８は、第１の実施の形態にかかる投影光学系における迷光を遮光部材により遮った状態を説明するための図である。
図９Ａは、第２の実施の形態にかかる遮光部材の斜視図である。
図９Ｂは、第２の実施の形態にかかる遮光部材の底面図である。
図１０は、第２の実施の形態にかかる投影光学系の露光視野とＡＦ系の光軸との関係を示す図である。
図１１は、第２の実施の形態にかかる投影光学系のレンズ断面図である。
図１２は、第２の実施の形態にかかる投影光学系における迷光を説明するための図である。
図１３は、第２の実施の形態にかかる投影光学系における迷光を説明するための図である。
図１４は、第２の実施の形態にかかる投影光学系における迷光を遮光部材により遮った状態を説明するための図である。
図１５は、第２の実施の形態の変形例にかかる投影露光装置の概略構成図である。
図１６は、第２の実施の形態の変形例にかかる投影光学系の露光視野を説明するための図である。
図１７Ａは、第２の実施の形態の変形例にかかる遮光部材の斜視図である。
図１７Ｂは、第２の実施の形態の変形例にかかる遮光部材の底面図である。
図１８Ａは、第２の実施の形態の別の変形例にかかる投影露光装置の概略構成図である。
図１８Ｂは、第２の実施の形態の別の変形例にかかる投影露光装置の概略構成図である。
図１９は、この発明の実施の形態にかかる投影露光装置によるデバイス製造方法を説明するフローチャートである。
図２０は、この発明の実施の形態にかかる投影露光装置によるデバイス製造方法を説明するフローチャートである。
【図１】
2002029869.tif 000015
【図２】
2002029869.tif 000016
【図３Ａ】
2002029869.tif 000017
【図３Ｂ】
2002029869.tif 000018
【図４Ａ】
2002029869.tif 000019
【図４Ｂ】
2002029869.tif 000020
【図５】
2002029869.tif 000021
【図６】
2002029869.tif 000022
【図７】
2002029869.tif 000023
【図８】
2002029869.tif 000024
【図９Ａ】
2002029869.tif 000025
【図９Ｂ】
2002029869.tif 000026
【図１０】
2002029869.tif 000027
【図１１】
2002029869.tif 000028
【図１２】
2002029869.tif 000029
【図１３】
2002029869.tif 000030
【図１４】
2002029869.tif 000031
【図１５】
2002029869.tif 000032
【図１６】
2002029869.tif 000033
【図１７Ａ】
2002029869.tif 000034
【図１７Ｂ】
2002029869.tif 000035
【図１８Ａ】
2002029869.tif 000036
【図１８Ｂ】
2002029869.tif 000037
【図１９】
2002029869.tif 000038
【図２０】
2002029869.tif 000039
【国際調査報告】
2002029869.tif 000040
2002029869.tif 000041
2002029869.tif 000042