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JP2008304711A - 投影光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

投影光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 Download PDF

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JP2008304711A JP2007151867A JP2007151867A JP2008304711A JP 2008304711 A JP2008304711 A JP 2008304711A JP 2007151867 A JP2007151867 A JP 2007151867A JP 2007151867 A JP2007151867 A JP 2007151867A JP 2008304711 A JP2008304711 A JP 2008304711A
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Abstract

【課題】 従来よりも良好な結像性能を確保し且つ反射鏡の大型化を抑えつつ、例えば0.26よりも大きな像側開口数を確保することのできる6枚ミラー反射型の投影光学系。
【解決手段】 第1面(4)の縮小像を第2面(7)上に形成する本発明の投影光学系は、第1面の中間像を形成する第1反射結像光学系G1と、最終縮小像を第2面上に形成する第2反射結像光学系G2とを備えている。第1反射結像光学系G1は、第1凹面反射鏡M1と、第2凸面反射鏡M2と、第3凸面反射鏡M3と、第4凹面反射鏡M4とを有する。第2反射結像光学系G2は、第5凸面反射鏡M5と、第6凹面反射鏡M6とを有する。第2反射鏡M2から第3反射鏡M3へ至る光路中に開口絞りASが設けられている。
【選択図】 図3

Description

本発明は、投影光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関し、例えばX線を用いてミラープロジェクション方式によりマスク上の回路パターンを感光性基板上に転写するX線投影露光装置に好適な反射型の投影光学系に関するものである。
従来、半導体素子などの製造に使用される露光装置として、X線を用いた露光装置が注目されている。露光光としてX線を用いる場合、使用可能な透過光学材料および屈折光学材料がなくなるため、反射型のマスクを用いるとともに、反射型の投影光学系を用いることになる。
従来、露光光としてX線を用いる露光装置に適用可能な投影光学系として、たとえば米国特許第5,815,310号明細書(特開平9−211322号公報に対応)、および
米国特許第6,183,095B1号明細書には、6枚の反射鏡からなる6枚ミラー反射型光学系が提案されている。
米国特許第5,815,310号明細書 米国特許第6,183,095B1号明細書
特許文献1および特許文献2の第1実施例に開示された従来の6枚ミラー反射型の投影光学系では像側開口数NAが0.25であるが、高解像度の達成のために、さらに良好な結像性能を確保しつつ像側開口数NAをさらに増大させることが要望されている。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも良好な結像性能を確保し且つ反射鏡の大型化を抑えつつ、例えば0.26よりも大きな像側開口数を確保することのできる6枚ミラー反射型の投影光学系を提供することを目的とする。また、本発明の投影光学系を露光装置に適用することにより、たとえば露光光としてX線を用いて大きな解像力を確保し、高解像度で投影露光を行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の第1形態では、6つの反射鏡を備え、第1面の縮小像を第2面上に形成する投影光学系において、
前記第1面からの光に基づいて前記第1面の中間像を形成するための第1反射結像光学系G1と、前記中間像からの光に基づいて前記縮小像を前記第2面上に形成するための第2反射結像光学系G2とを備え、
前記第1反射結像光学系G1は、前記第1面からの光の入射順に、凹面状の反射面を有する第1反射鏡M1と、凸面状の反射面を有する第2反射鏡M2と、凸面状の反射面を有する第3反射鏡M3と、凹面状の反射面を有する第4反射鏡M4とを有し、
前記第2反射結像光学系G2は、前記中間像からの光の入射順に、凸面状の反射面を有する第5反射鏡M5と、凹面状の反射面を有する第6反射鏡M6とを有し、
前記第2反射鏡M2から前記第3反射鏡M3へ至る光路中に開口絞りが設けられ、
前記第5反射鏡M5の反射面から前記第6反射鏡M6の反射面までの光軸に沿った距離をD56とし、前記第1面と前記第2面との間の軸上間隔をTTとするとき、
0.33<D56/TT<0.52
の条件を満足する投影光学系を提供する。
本発明の第2形態では、前記第1面に設定されたマスクを照明するための照明系と、前記マスクのパターンを前記第2面に設定された感光性基板上へ投影するための第1形態の投影光学系とを備えている露光装置を提供する。
本発明の第3形態では、第2形態の露光装置を用いて前記マスクのパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むデバイス製造方法を提供する。
本発明の実施形態では、6枚ミラー反射型で2回結像型の投影光学系において、第2反射鏡M2から第3反射鏡M3へ至る光路中に開口絞りを設けるとともに、第5反射鏡M5の反射面から第6反射鏡M6の反射面までの光軸に沿った距離が所要の条件式を満たすように設定している。その結果、本発明の実施形態にかかる投影光学系では、従来よりも良好な結像性能を確保し且つ反射鏡の大型化を抑えつつ、例えば0.26よりも大きな像側開口数を確保することができる。
また、本発明の投影光学系を露光装置に適用することにより、露光光としてX線を使用することができる。この場合、投影光学系に対してマスクおよび感光性基板を相対移動させて、マスクのパターンを感光性基板上へ高解像度で投影露光することになる。その結果、大きな解像力を有する走査型の露光装置を用いて、良好な露光条件のもとで、高精度なデバイスを製造することができる。
本発明の実施形態にかかる投影光学系は、6つの反射鏡M1〜M6を備え、第1面(物体面)からの光が、第1反射結像光学系G1を介して、第1面の中間像を形成する。第1反射結像光学系G1を介して形成された中間像からの光は、第2反射結像光学系G2を介して、第1面の最終縮小像(中間像の像)を第2面(像面)上に形成する。すなわち、第1面の中間像が、第1反射結像光学系G1と第2反射結像光学系G2との間の光路中に形成される。
第1反射結像光学系G1は、第1面からの光の入射順に、第1凹面反射鏡M1と、第2凸面反射鏡M2と、第3凸面反射鏡M3と、第4凹面反射鏡M4とを有する。第2反射結像光学系G2は、中間像からの光の入射順に、第5凸面反射鏡M5と、第6凹面反射鏡M6とを有する。第2反射鏡M2から第3反射鏡M3へ至る光路中に、開口絞りASが設けられている。
本発明の投影光学系では、上述のような6枚ミラー反射型で2回結像型の基本構成において、次の条件式(1)を満足する。条件式(1)において、D56は第5反射鏡M5の反射面から第6反射鏡M6の反射面までの光軸に沿った距離であり、TTは第1面と第2面との間の軸上間隔(すなわち物像間距離)である。
0.33<D56/TT<0.52 (1)
条件式(1)の上限値を上回ると、距離D56が大きくなり過ぎて、光学系が光軸方向(光軸に沿った方向)に大型化してしまう。条件式(1)の下限値を下回ると、距離D56が小さくなり過ぎて、特に第5反射鏡M5の反射面および第6反射鏡M6の反射面への光線の最大入射角を小さく抑えることが困難になり、これらの反射面で発生する収差を抑制することが困難になるため、結像性能が低下し易い。
換言すれば、上述のような6枚ミラー反射型で2回結像型の基本構成において条件式(1)を満足することにより、特に第5反射鏡M5の反射面および第6反射鏡M6の反射面で発生する収差を小さく抑えて、従来よりも良好な結像性能を確保し且つ反射鏡の大型化を抑えつつ、例えば0.26よりも大きな像側開口数を確保することができる。なお、本発明の効果を更に良好に発揮するには、条件式(1)の上限値を0.45に設定することが好ましい。また、条件式(1)の下限値を0.36に設定することが好ましい。
以下、本発明の特徴的構成および作用をさらに詳細に説明する。本発明の投影光学系では、第1面の縮小像を第2面上に2回結像で形成する構成を採用しているので、歪曲収差(ディストーション)の補正を良好に行うことができる。また、第2反射鏡M2と第3反射鏡M3との間の光路中に開口絞りASを配置しているので、例えば第2反射鏡M2の反射面上に開口絞りASを配置する構成に比して、光線の入射角が大きくなりがちな第3反射鏡M3への光線の入射角を小さく抑えることができ、収差の補正および反射膜の形成に有利である。
通常、上述のような6枚ミラー反射型の投影光学系では、光束の干渉を避けるために、開口絞りを反射鏡の反射面上またはその直前に配置するのが一般的である。その場合、開口絞りの配置に関する自由度がなく、その位置が限定されるので、上コマ(図4、図6のおけるメリディオナルコマ収差のうち図中右側の部分)と、下コマ(図4、図6におけるメリディオナルコマ収差のうち図中左側の部分)との収差のバランスがとり難くなる。
これに対し、本発明では、第2反射鏡M2と第3反射鏡M3との間の光路中において、第2反射鏡M2にも第3反射鏡M3にも近づき過ぎないような所要の位置に開口絞りASを自由に配置することにより、上コマと下コマとの収差のバランスがとり易くなり、良好な像性能を得ることができる。また、開口絞りASを挟む一対の反射鏡M2およびM3をともに凸面反射鏡とし、第1反射結像光学系G1における屈折力配置を開口絞りASに関して対称に設定しているので、上コマと下コマとの収差のバランスがさらに取り易くなっている。
一般に、第1反射鏡M1と第2反射鏡M2との間あるいは第2反射鏡M2の反射面上に開口絞りを配置すると、第3反射鏡M3の後に配置される第4反射鏡M4の反射面上の光束の位置が光軸から離れるため、第4反射鏡M4の有効径が大きくなり過ぎることになる。本発明では、第2反射鏡M2と第3反射鏡M3との間の所要の位置に開口絞りASを自由に配置することができるので、開口数の高い光学系にも拘わらず、物体側での光束の広がりを抑えることが可能になり、ひいては第4反射鏡M4の径方向の大型化を防ぐことが可能になる。本発明では、上述のような構成を採用することにより、反射鏡の最大有効径をできるだけ小さく抑えるとともに、有効な結像光束を遮ることなく各反射鏡M1〜M6および開口絞りASを適切に配置することができる。
以上のように、本発明の投影光学系では、第2反射鏡M2と第3反射鏡M3との間の光路中に開口絞りASを配置しているので、光線の入射角が大きくなりがちな第3反射鏡M3への光線の入射角を小さく抑えることができる。その結果、特に第3反射鏡M3の反射面を形成する反射多層膜において、反射ムラが発生しにくく且つ十分に高い反射率を得ることができるので、X線に対しても良好な反射特性を確保することができる。また、第3反射鏡M3への光線の入射角を小さく抑えることにより、有効径が大きくなりがちな第4反射鏡M4の有効径を小さく抑えることができる。すなわち、本発明の投影光学系では、X線に対しても良好な反射特性を確保し、反射鏡の大型化を抑えつつ、収差補正を良好に行うことができる。
なお、本発明の投影光学系では、第2反射鏡M2から第3反射鏡M3へ至る光路中において、開口絞りASの位置決めをする際、第1反射鏡M1の径と第4反射鏡M4の径との比にほぼ近くなるように、第2反射鏡M2から開口絞りまでの距離と、開口絞りから第3反射鏡M3までの距離との比を採るようにすることが好ましい。この構成により、上側コマと下側コマの発生を、バランス良くコントロールする事が出来、収差を良く補正する事が出来るのである。
また、本発明の投影光学系では、第6反射鏡M6の反射面の中心曲率半径(頂点曲率半径)の絶対値RM6が、次の条件式(2)を満足することが好ましい。
470mm<RM6 (2)
条件式(2)の下限値を下回ると、第6反射鏡M6の反射面の中心曲率が大きくなり過ぎて、第6反射鏡M6の反射面で発生する収差を抑制することが困難になるので好ましくない。換言すれば、条件式(1)を満足する程度に第5反射鏡M5と第6反射鏡M6との間隔D56を大きく確保することにより、条件式(2)を満足することが可能なり、第6反射鏡M6の反射面で発生する収差を小さく抑えて、良好な結像性能を確保することができる。なお、本発明の効果を更に良好に発揮するには、条件式(2)の下限値を480mmに設定することが好ましい。
また、本発明の投影光学系では、次の条件式(3)を満足することが好ましい。条件式(3)において、φM4は第4反射鏡M4の有効径(直径)であり、Y0は第2面における最大像高であり、NAは第2面側(像側)の開口数である。ここで、第4反射鏡M4の有効径φM4は、第4反射鏡M4の反射領域(使用領域)に外接する、光軸を中心とした円の直径である。
φM4/(Y0×NA)<68.0 (3)
条件式(3)の上限値を上回ると、最も大きな反射鏡である第4反射鏡M4の有効径φM4が大きくなり過ぎて、光学系が径方向(光軸と直交する方向)に大型化するので好ましくない。換言すれば、条件式(3)を満足することにより、第4反射鏡M4の有効径φM4を小さく抑えて、光学系を径方向に小型化することができる。なお、本発明の効果を更に良好に発揮するには、条件式(3)の上限値を66.0に設定することが好ましい。
また、本発明の投影光学系では、次の条件式(4)を満足することが好ましい。条件式(4)において、RM4は第4反射鏡M4の反射面の中心曲率半径(頂点曲率半径)の絶対値である。また、上述したように、φM4は第4反射鏡M4の有効径であり、NAは像側開口数である。
φM4/(RM4×NA)<4.3 (4)
条件式(4)の上限値を上回ると、最も大きな反射鏡である第4反射鏡M4の有効径φM4が大きくなり過ぎて、光学系が径方向に大型化するので好ましくない。換言すれば、条件式(4)を満足することにより、第4反射鏡M4の有効径φM4を小さく抑えて、光学系を径方向に小型化することができる。なお、本発明の効果を更に良好に発揮するには、条件式(4)の上限値を4.0に設定することが好ましい。
また、本発明の投影光学系では、次の条件式(5)を満足することが好ましい。条件式(5)において、TTは上述したように物像間距離であり、Y0は上述したように最大像高である。
TT/Y0<32.0 (5)
条件式(5)の上限値を上回ると、光学系の全長が大きくなり過ぎて、光学系が光軸方向に大型化するので好ましくない。換言すれば、条件式(5)を満足することにより、光学系の全長を小さく抑えて、光学系を光軸方向に小型化することができる。なお、本発明の効果を更に良好に発揮するには、条件式(5)の上限値を3.1に設定することが好ましい。
また、本発明の投影光学系では、次の条件式(6)を満足することが好ましい。条件式(6)において、TTは上述したように物像間距離であり、RM4は上述したように第4反射鏡M4の反射面の中心曲率半径の絶対値である。
TT/RM4<2.1 (6)
条件式(6)の上限値を上回ると、光学系の全長が大きくなり過ぎて、光学系が光軸方向に大型化するので好ましくない。換言すれば、条件式(6)を満足することにより、光学系の全長を小さく抑えて、光学系を光軸方向に小型化することができる。なお、本発明の効果を更に良好に発揮するには、条件式(6)の上限値を1.9に設定することが好ましい。
また、本発明の投影光学系では、第1面上の投影視野における中心物体高の位置から各反射鏡M1〜M6の反射面へ入射する主光線の入射角の最大値Aが、次の条件式(7)を満足することが好ましい。ここで、主光線の反射面への入射角は、主光線の入射位置における反射面の法線に対する主光線の角度の絶対値として定義される。
A<35° (7)
条件式(7)の上限値を上回ると、反射鏡の反射面を形成する反射多層膜への光線の最大入射角Aが大きくなり過ぎて、反射ムラが発生し易くなり且つ十分に高い反射率を得ることができなくなるので好ましくない。
また、本発明の投影光学系では、第1面上の投影視野における中心物体高の位置から第1反射鏡M1の反射面へ入射する主光線の光軸に対する傾きαが、次の条件式(8)を満足することが望ましい。
|α|<10° (8)
条件式(8)の上限値を上回ると、第1面に反射マスクを設置した場合に、反射した光束が吸収体のパターンにより遮られる影響が大きくなり過ぎるので好ましくない。ただし、主光線の傾きαをあまり小さくすると、第1面に反射マスクを設置した場合に、反射マスクへの入射光と反射光とを分離することが困難になる。
また、本発明の投影光学系では、各反射鏡M1〜M6の有効径(直径)の最大値φMが、次の条件式(9)を満足することが好ましい。ここで、各反射鏡の有効径の最大値φMは、光軸から最も離れた反射領域(使用領域)を有する反射鏡(最も大きい反射鏡)において光軸を中心として当該反射領域に外接する円の直径である。
φM≦700mm (9)
条件式(9)の上限値を上回ると、最も大きい反射鏡の有効径φMが大きくなりすぎて、光学系が径方向に大型化するので好ましくない。換言すれば、条件式(9)を満足することにより、最も大きい反射鏡の有効径φMを小さく抑えて、光学系を径方向に小型化することができる。
また、本発明の投影光学系では、各反射鏡M1〜M6の反射面が光軸に関して回転対称な非球面状に形成され、各反射面を規定する非球面の最大次数は10次以上であることが好ましい。このように高次の非球面を導入することにより、収差を良好に補正して光学性能を向上させることができる。なお、最大次数を18次以上に設定することにより、さらに複雑で細やかな非球面形状を表現することができ、ひいては十分な収差補正が可能になる。
また、本発明の投影光学系は、像側(第2面側)にほぼテレセントリックな光学系であることが好ましい。この構成により、たとえば露光装置に適用される場合、投影光学系の焦点深度内でウェハに凹凸があっても良好な結像が可能になる。
ところで、本発明の投影光学系では、中間像が第4反射鏡M4と第5反射鏡M5の間の光路中に形成されるが、収差などの影響により鮮明な中間像が形成されるわけではない。鮮明な中間像が形成される必要はなく、最終像を第2面上に鮮明に結像させることが目的である。仮に中間像の形成位置の付近にゴミが存在しても、中間像が鮮明に結像しない場合には第2面上のゴミの像も大きくぼける傾向になるため、むしろ中間像が鮮明に結像しない方が望ましい。但し、中間像が反射鏡の反射面の極近傍に形成される場合には、その反射鏡の鏡面上の微細構造や付着ゴミなどの像が第2面において投影像と重なる恐れがあるとともに、その反射鏡のパーシャル径(反射鏡の反射面上での光束の有効径)が小さくなり過ぎて製造公差の点で問題になり易くなる。そのため、各反射鏡の反射面からある程度離れた位置に中間像が形成されるように構成しなければならない。
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。また、図2は、ウェハ上に形成される円弧状の有効結像領域と光軸との位置関係を示す図である。図1において、投影光学系の光軸方向すなわち感光性基板であるウェハの法線方向に沿ってZ軸を、ウェハ面内において図1の紙面に平行な方向にY軸を、ウェハ面内において図1の紙面に垂直な方向にX軸をそれぞれ設定している。
図1の露光装置は、露光光を供給するための光源として、たとえばレーザプラズマX線源1を備えている。なお、X線源としては、放電プラズマ光源や他のX線源を用いることが可能である。X線源1から射出された光は、波長選択フィルタ2を介して、照明光学系3に入射する。ここで、波長選択フィルタ2は、X線源1が供給する光から、所定波長(13.5nm)のX線だけを選択的に透過させ、他の波長光の透過を遮る特性を有する。波長選択フィルタ2を透過したX線は、複数の反射鏡から構成された照明光学系3を介して、転写すべきパターンが形成された反射型のマスク4を照明する。なお、波長選択フィルタ2は必須のものではなく、反射鏡に形成された波長選択膜を使う等、他の形態の波長選択手段を使用してもよい。また、波長選択フィルタ2及び波長選択手段そのものを配置しなくてもよい。
マスク4は、そのパターン面がXY平面に沿って延びるように、Y方向に沿って移動可能なマスクステージ5によって保持されている。そして、マスクステージ5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。マスク4上には、Y軸に関して対称な円弧状の照明領域が形成される。照明されたマスク4からの光は、反射型の投影光学系6を介して、感光性基板であるウェハ7上にマスクパターンの像を形成する。
すなわち、ウェハ7上には、図2に示すように、Y軸に関して対称な円弧状の有効結像領域が形成される。図2を参照すると、光軸AXを中心とした半径φを有する円形状の領域(イメージサークル)IF内において、このイメージサークルIFに接するようにX方向の長さがLXでY方向の長さがLYの円弧状の有効結像領域ERが設定されている。こうして、円弧状の有効結像領域ERは光軸AXを中心とする輪帯状の領域の一部であり、長さLYは円弧状の有効結像領域ERの中心と光軸とを結ぶ方向に沿った有効結像領域ERの幅寸法である。
ウェハ7は、その露光面がXY平面に沿って延びるように、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8によって保持されている。なお、ウェハステージ8の移動は、マスクステージ5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、マスクステージ5およびウェハステージ8をY方向に沿って移動させながら、すなわち投影光学系6に対してマスク4およびウェハ7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7の1つの露光領域にマスク4のパターンが転写される。
このとき、投影光学系6の投影倍率(転写倍率)が1/4である場合、ウェハステージ8の移動速度をマスクステージ5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8をX方向および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7の各露光領域にマスク4のパターンが逐次転写される。以下、第1実施例および第2実施例を参照して、投影光学系6の具体的な構成について説明する。
各実施例において、投影光学系6は、マスク4のパターンの中間像を形成するための第1反射結像光学系G1と、マスク4のパターンの最終縮小像(中間像の像)をウェハ7上に形成するための第2反射結像光学系G2とにより構成されている。すなわち、マスクパターンの中間像は、第1反射結像光学系G1と第2反射結像光学系G2との間の光路中に形成される。
第1反射結像光学系G1は4つの反射鏡M1,M2,M3およびM4により構成され、第2反射結像光学系G2は2つの反射鏡M5およびM6により構成されている。なお、各実施例において、すべての反射鏡M1〜M6の反射面が、光軸に関して回転対称な非球面状に形成されている。また、各実施例において、投影光学系6は、ウェハ側(像側)にほぼテレセントリックな光学系である。
各実施例において、非球面は、光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(サグ量)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(a)で表される。
z=(y2/r)/{1+{1−(1+κ)・y2/r21/2
+C4・y4+C6・y6+C8・y8+C10・y10+C12・y12
+C14・y14+C16・y16+C18・y18+C20・y20 (a)
[第1実施例]
図3は、本実施形態の第1実施例にかかる投影光学系の構成を示す図である。図3を参照すると、第1実施例の投影光学系では、マスク4からの光は、第1反射鏡M1の凹面状の反射面、第2反射鏡M2の凸面状の反射面、第3反射鏡M3の凸面状の反射面、および第4反射鏡M4の凹面状の反射面で順次反射された後、マスクパターンの中間像I1を形成する。第1反射結像光学系G1を介して形成された中間像I1からの光は、第5反射鏡M5の凸面状の反射面および第6反射鏡M6の凹面状の反射面で順次反射された後、ウェハ7上にマスクパターンの縮小像(二次像)を形成する。第2反射鏡M2から第3反射鏡M3へ至る光路中の所定位置に、開口絞りASが設けられている。
次の表(1)に、第1実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。表(1)の主要諸元の欄において、λは露光光の波長を、βは投影倍率を、NAは像側(ウェハ側)開口数を、H0はマスク4上における最大物体高を、φはウェハ7上でのイメージサークルIFの半径(最大像高Y0)を、LXは有効結像領域ERのX方向に沿った寸法を、LYは有効結像領域ERのY方向に沿った寸法(円弧状の有効結像領域ERの幅寸法)をそれぞれ表している。
また、面番号は物体面であるマスク面から像面であるウェハ面への光線の進行する方向に沿ったマスク側からの反射面の順序を、rは各反射面の頂点曲率半径(中心曲率半径:mm)を、dは各反射面の軸上間隔すなわち面間隔(mm)をそれぞれ示している。なお、面間隔d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マスク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。上述の表記は、以降の表(2)においても同様である。
表(1)
(主要諸元)
λ=13.5nm
β=1/4
NA=0.27
H0=140mm
φ=Y0=35mm
LX=26mm
LY=1mm

(光学部材諸元)
面番号 r d 光学部材
(マスク面) 439.22
1 -456.27 -136.24 (第1反射鏡M1)
2 -597.27 65.11 (第2反射鏡M2)
138.22 (開口絞りAS)
3 786.79 -359.75 (第3反射鏡M3)
4 623.00 873.91 (第4反射鏡M4)
5 348.57 -424.16 (第5反射鏡M5)
6 498.81 466.16 (第6反射鏡M6)
(ウェハ面)

(非球面データ)
1面
κ=0.000000
4=0.108628×10-86=−0.411393×10-14
8=0.219463×10-1710=−0.306743×10-21
12=0.289446×10-2514=−0.180592×10-29
16=0.720358×10-3418=−0.166663×10-38
20=0.170047×10-43

2面
κ=0.000000
4=0.143722×10-76=0.732571×10-13
8=−0.102261×10-1510=0.637864×10-19
12=−0.358818×10-2214=0.146314×10-25
16=−0.385019×10-2918=0.561868×10-33
20=−0.331446×10-37

3面
κ=0.000000
4=−0.117889×10-76=0.129736×10-12
8=0.429866×10-1610=−0.131918×10-19
12=0.245534×10-2314=−0.304406×10-27
16=0.241811×10-3118=−0.111077×10-35
20=0.224097×10-40

4面
κ=0.000000
4=−0.621735×10-106=−0.462112×10-15
8=0.791118×10-2010=−0.166220×10-24
12=0.154370×10-2914=−0.290153×10-35
16=−0.760500×10-4018=0.658501×10-45
20=−0.171411×10-50

5面
κ=0.000000
4=0.147703×10-76=0.517096×10-12
8=−0.402600×10-1610=0.564671×10-19
12=−0.483975×10-2214=0.271886×10-25
16=−0.929142×10-2918=0.172007×10-32
20=−0.129370×10-36

6面
κ=0.000000
4=0.291435×10-106=0.225336×10-15
8=0.410674×10-2110=0.617353×10-25
12=−0.498807×10-2914=0.311382×10-33
16=−0.123124×10-3718=0.270799×10-42
20=−0.250482×10-47

(条件式対応値)
D56=424.2mm
TT=1062.47mm
φM4=600.18mm
Y0=35.0mm
RM4=623.00mm
(1)D56/TT=0.40
(2)RM6=498.81mm
(3)φM4/(Y0×NA)=63.51
(4)φM4/(RM4×NA)=3.57
(5)TT/Y0=30.4
(6)TT/RM4=1.71
(7)A=29.09°(第3反射鏡M3において最大)
(8)|α|=4.64°
(9)φM=600.18mm(第4反射鏡M4において最大)
図4は、第1実施例の投影光学系におけるコマ収差を示す図である。図4では、像高100%、像高99%、および像高97%におけるメリディオナルコマ収差およびサジタルコマ収差を示している。収差図から明らかなように、第1実施例では、有効結像領域ERに対応する領域において、コマ収差が良好に補正されていることがわかる。また、図示を省略したが、有効結像領域ERに対応する領域において、コマ収差以外の他の諸収差、たとえば球面収差やディストーションなども良好に補正されていることが確認されている。
[第2実施例]
図5は、本実施形態の第2実施例にかかる投影光学系の構成を示す図である。図5を参照すると、第2実施例の投影光学系においても第1実施例と同様に、マスク4からの光は、第1反射鏡M1の凹面状の反射面、第2反射鏡M2の凸面状の反射面、第3反射鏡M3の凸面状の反射面、および第4反射鏡M4の凹面状の反射面で順次反射された後、マスクパターンの中間像I1を形成する。第1反射結像光学系G1を介して形成された中間像I1からの光は、第5反射鏡M5の凸面状の反射面および第6反射鏡M6の凹面状の反射面で順次反射された後、ウェハ7上にマスクパターンの縮小像(二次像)を形成する。また、第1実施例と同様に、第2反射鏡M2から第3反射鏡M3へ至る光路中の所定位置に、開口絞りASが設けられている。次の表(2)に、第2実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。
表(2)
(主要諸元)
λ=13.5nm
β=1/4
NA=0.27
H0=140mm
φ=Y0=35mm
LX=26mm
LY=1mm

(光学部材諸元)
面番号 r d 光学部材
(マスク面) 440.35
1 -458.06 -136.44 (第1反射鏡M1)
2 -607.41 65.58 (第2反射鏡M2)
138.12 (開口絞りAS)
3 769.48 -358.88 (第3反射鏡M3)
4 620.55 869.55 (第4反射鏡M4)
5 347.07 -420.68 (第5反射鏡M5)
6 495.01 462.68 (第6反射鏡M6)
(ウェハ面)

(非球面データ)
1面
κ=0.000000
4=0.108992×10-86=−0.382657×10-14
8=0.214032×10-1710=−0.301007×10-21
12=0.286608×10-2514=−0.180412×10-29
16=0.725174×10-3418=−0.168789×10-38
20=0.172964×10-43

2面
κ=0.000000
4=0.143463×10-76=0.546222×10-13
8=−0.995781×10-1610=0.677755×10-19
12=−0.409329×10-2214=0.175193×10-25
16=−0.476056×10-2918=0.715775×10-33
20=−0.441798×10-37

3面
κ=0.000000
4=−0.119994×10-76=0.136677×10-12
8=0.423673×10-1610=−0.130399×10-19
12=0.242444×10-2314=−0.300524×10-27
16=0.238972×10-3118=−0.109991×10-35
20=0.222504×10-40

4面
κ=0.000000
4=−0.628027×10-106=−0.443459×10-15
8=0.743871×10-2010=−0.161763×10-24
12=0.154912×10-2914=−0.339751×10-35
16=−0.722375×10-4018=0.650554×10-45
20=−0.172553×10-50

5面
κ=0.000000
4=0.150698×10-76=0.525713×10-12
8=−0.408593×10-1610=0.612996×10-19
12=−0.551870×10-2214=0.321817×10-25
16=−0.113362×10-2818=0.216053×10-32
20=−0.168145×10-36

6面
κ=0.000000
4=0.296525×10-106=0.234626×10-15
8=0.376096×10-2110=0.751955×10-25
12=−0.626690×10-2914=0.391550×10-33
16=−0.154245×10-3718=0.338640×10-42
20=−0.313741×10-47

(条件式対応値)
D56=420.7mm
TT=1060.28mm
φM4=600.12mm
Y0=35.0mm
RM4=620.55mm
(1)D56/TT=0.40
(2)RM6=495.01mm
(3)φM4/(Y0×NA)=63.50
(4)φM4/(RM4×NA)=3.58
(5)TT/Y0=30.3
(6)TT/RM4=1.71
(7)A=29.12°(第3反射鏡M3において最大)
(8)|α|=4.65°
(9)φM=600.12mm(第4反射鏡M4において最大)
図6は、第2実施例の投影光学系におけるコマ収差を示す図である。図6では、像高100%、像高99%、および像高97%におけるメリディオナルコマ収差およびサジタルコマ収差を示している。収差図から明らかなように、第2実施例においても第1実施例と同様に、有効結像領域ERに対応する領域において、コマ収差が良好に補正されていることがわかる。また、図示を省略したが、有効結像領域ERに対応する領域において、コマ収差以外の他の諸収差、たとえば球面収差やディストーションなども良好に補正されていることが確認されている。
以上のように、上述の各実施例では、波長が13.5nmのX線に対して、良好な結像性能および0.27という比較的大きな像側開口数を確保するとともに、ウェハ7上において諸収差が良好に補正された26mm×1mmの円弧状の有効結像領域を確保することができる。したがって、ウェハ7において、たとえば26mm×34mmまたは26mm×37mmの大きさを有する各露光領域に、マスク4のパターンを走査露光により0.1μm以下の高解像で転写することができる。
なお、上述の各実施例では13.5nmの波長を有するEUV(Extreme UltraViolet:極紫外線)光を例示的に用いているが、例えば5〜20nm程度の波長を有するEUV光を使用することができる。また、上述の各実施例では、最も大きい第4凹面反射鏡M4の有効径が約600mm程度であり、従来技術に比して十分に小さく抑えられている。こうして、各実施例では、反射鏡の大型化が抑えられ、光学系の小型化が達成されている。その結果、各反射鏡の製造時の測定及び加工を高精度に行うことが可能である。また、上述の各実施例では、円弧状の有効結像領域ERの全体に亘って主光線の傾きがほぼ0であり、像側にほぼテレセントリックな光学系が達成されている。
また、上述の各実施例では、マスク4面上の投影視野における中心物体高の位置から各反射鏡M1〜M6の反射面へ入射する主光線の入射角の最大値Aが、約29°以下に抑えられている。その結果、反射鏡の反射面を形成する反射多層膜において反射ムラが実質的に発生することがなく、十分に高い反射率を得ることができる。
また、上述の各実施例では、マスク4面上の投影視野における中心物体高の位置から第1反射鏡M1の反射面へ入射する主光線の光軸AXに対する傾きα、すなわちマスク4に入射する当該主光線およびマスク4で反射される当該主光線の光軸AXとなす角度αが約5°程度に小さく抑えられている。その結果、反射型マスク4を用いても、入射光と反射光とを分離することができるとともに、反射した光束が吸収体のパターンにより遮られる影響を小さくすることが可能となり、結像性能が悪化しにくい。また、マスク4の設定位置についてわずかな誤差が発生しても、大きな倍率変化を招きにくいという利点がある。
上述の実施形態にかかる露光装置では、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、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェ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際の手法の一例につき図7のフローチャートを参照して説明する。
先ず、図7のステップ301において、1ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ302において、その1ロットのウェ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303において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク(レチクル)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304において、その1ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ305において、その1ロットのウェ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、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェ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。
なお、上述の本実施形態では、X線を供給するための光源としてレーザプラズマX線源を用いているが、これに限定されることなく、X線としてたとえばシンクロトロン放射(SOR)光を用いることもできる。
また、上述の本実施形態では、X線を供給するための光源を有する露光装置に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、X線以外の他の波長光を供給する光源を有する露光装置に対しても本発明を適用することができる。また、上述の本実施形態では、
さらに、上述の本実施形態では、露光装置の投影光学系に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、6つの反射鏡を備えて第1面の縮小像を第2面上に形成する他の一般的な投影光学系に対しても、本発明を適用することができる。また、上述の実施形態で示した構成要素の全てが必須のものではなく、一部の構成要素を用いなくても構わないし、任意の構成要素を適宜組み合わせて用いる事も可能である。
本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 ウェハ上に形成される円弧状の有効結像領域と光軸との位置関係を示す図である。 本実施形態の第1実施例にかかる投影光学系の構成を示す図である。 第1実施例の投影光学系におけるコマ収差を示す図である。 本実施形態の第2実施例にかかる投影光学系の構成を示す図である。 第2実施例の投影光学系におけるコマ収差を示す図である。 マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例について、そのフローチャートを示す図である。
符号の説明
1 レーザプラズマX線源
2 波長選択フィルタ
3 照明光学系
4 マスク
5 マスクステージ
6 投影光学系
7 ウェハ
8 ウェハステージ
G1,G2 反射結像光学系
M1〜M6 反射鏡
AS 開口絞り

Claims (15)

  1. 6つの反射鏡を備え、第1面の縮小像を第2面上に形成する投影光学系において、
    前記第1面からの光に基づいて前記第1面の中間像を形成するための第1反射結像光学系G1と、前記中間像からの光に基づいて前記縮小像を前記第2面上に形成するための第2反射結像光学系G2とを備え、
    前記第1反射結像光学系G1は、前記第1面からの光の入射順に、凹面状の反射面を有する第1反射鏡M1と、凸面状の反射面を有する第2反射鏡M2と、凸面状の反射面を有する第3反射鏡M3と、凹面状の反射面を有する第4反射鏡M4とを有し、
    前記第2反射結像光学系G2は、前記中間像からの光の入射順に、凸面状の反射面を有する第5反射鏡M5と、凹面状の反射面を有する第6反射鏡M6とを有し、
    前記第2反射鏡M2から前記第3反射鏡M3へ至る光路中に開口絞りが設けられ、
    前記第5反射鏡M5の反射面から前記第6反射鏡M6の反射面までの光軸に沿った距離をD56とし、前記第1面と前記第2面との間の軸上間隔をTTとするとき、
    0.33<D56/TT<0.52
    の条件を満足する投影光学系。
  2. 前記開口絞りは、前記第2反射鏡M2から前記開口絞りまでの距離と前記開口絞りから前記第3反射鏡までの距離との比が、前記第1反射鏡M1の径と前記第4反射鏡M4の径との比にほぼ近くなるように位置決めされている請求項1に記載の投影光学系。
  3. 前記第6反射鏡M6の反射面の中心曲率半径の絶対値RM6は、
    470mm<RM6
    の条件を満足する請求項1または2に記載の投影光学系。
  4. 前記第4反射鏡M4の有効径をφM4とし、前記第2面における最大像高をY0とし、前記第2面側の開口数をNAとするとき、
    φM4/(Y0×NA)<68.0
    の条件を満足する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の投影光学系。
  5. 前記第4反射鏡M4の有効径をφM4とし、前記第4反射鏡M4の反射面の中心曲率半径の絶対値をRM4とし、前記第2面側の開口数をNAとするとき、
    φM4/(RM4×NA)<4.3
    の条件を満足する請求項1乃至4のいずれか1項に記載の投影光学系。
  6. 前記第2面側の開口数NAは、0.26よりも大きい請求項1乃至5のいずれか1項に記載の投影光学系。
  7. 前記第1面と前記第2面との間の軸上間隔をTTとし、前記第2面における最大像高をY0とするとき、
    TT/Y0<32.0
    の条件を満足する請求項1乃至6のいずれか1項に記載の投影光学系。
  8. 前記第1面と前記第2面との間の軸上間隔をTTとし、前記第4反射鏡M4の反射面の中心曲率半径の絶対値をRM4とするとき、
    TT/RM4<1.76
    の条件を満足する請求項1乃至7のいずれか1項に記載の投影光学系。
  9. 前記第1面上の投影視野における中心物体高の位置から各反射鏡M1〜M6の反射面へ入射する主光線の入射角の最大値Aは、
    A<35°
    の条件を満足する請求項1乃至8のいずれか1項に記載の投影光学系。
  10. 前記第1面上の投影視野における中心物体高の位置から前記第1反射鏡M1の反射面へ入射する主光線の光軸に対する傾きαは、
    |α|<10°
    の条件を満足する請求項1乃至9のいずれか1項に記載の投影光学系。
  11. 各反射鏡M1〜M6の有効径の最大値φMは、
    φM≦700mm
    の条件を満足する請求項1乃至10のいずれか1項に記載の投影光学系。
  12. 前記投影光学系は、前記第2面側にほぼテレセントリックな光学系である請求項1乃至11のいずれか1項に記載の投影光学系。
  13. 前記第1面に設定されたマスクを照明するための照明系と、前記マスクのパターンを前記第2面に設定された感光性基板上へ投影するための請求項1乃至12のいずれか1項に記載の投影光学系とを備えている露光装置。
  14. 前記照明系は、露光光としてX線を供給するための光源を有し、
    前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を相対移動させて、前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光する請求項13に記載の露光装置。
  15. 請求項13または14に記載の露光装置を用いて前記マスクのパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むデバイス製造方法。
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