JP2005189248A - 投影光学系および該投影光学系を備えた露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｘ線に対しても良好な反射特性を有し、反射鏡の大型化を抑えつつ収
差補正を良好に行うことのできる反射型の投影光学系。
【解決手段】 ８つの反射鏡を備え、第１面（４）の縮小像を第２面（７）上に
形成する投影光学系。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、中間像の像を第２面上に形成するための第２反射結像光学系（Ｇ２）と
を備えている。第１反射結像光学系は、第１面側から光の入射順に、第１反射鏡
（Ｍ１）と開口絞り（ＡＳ）と第２反射鏡（Ｍ２）と第３反射鏡（Ｍ３）と第４
反射鏡（Ｍ４）とを有する。第２反射結像光学系は、第１面側から光の入射順に
、第５反射鏡（Ｍ５）と第６反射鏡（Ｍ６）と第７反射鏡（Ｍ７）と第８反射鏡
（Ｍ８）とを有する。
【選択図】
図３

Description

本発明は、投影光学系および該投影光学系を備えた露光装置に関し、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では、マスク（レチクル）上
に形成された回路パターンを、投影光学系を介して、ウエハーのような感光性基板上
に投影転写する。感光性基板にはレジストが塗布されており、投影光学系を介した
投影露光によりレジストが感光し、マスクパターンに対応したレジストパターンが
得られる。

ここで、露光装置の解像力Ｗは、露光光の波長λと投影光学系の開口数ＮＡとに
依存し、次の式（ａ）で表わされる。
Ｗ＝Ｋ・λ／ＮＡ （Ｋ：定数） （ａ）
したがって、露光装置の解像力を向上させるためには、露光光の波長λを短くするか、あるいは投影光学系の開口数ＮＡを大きくすることが必要となる。一般に、投影光学系
の開口数ＮＡを所定値以上に大きくすることは光学設計の観点から困難であるため、
今後は露光光の短波長化が必要となる。たとえば、露光光として、波長が２４８ｎｍの
ＫｒＦエキシマレーザーを用いると０．２５μｍの解像力が得られ、波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを用いると、０．１８μｍの解像力が得られる。露光光としてさらに波長の短いＸ線を用いると、例えば波長が１３ｎｍで０．１μｍ以下の解像力が得られる。

ところで、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、対応日本出願の特開平９−２１１３２２号公報、米国特許第６，１８３，０９５Ｂ１号明細書など、種々の反射光学系が提案されている。

以上をまとめると、
米国特許第５，８１５，３１０号明細書 特開平９−２１１３２２号公報 米国特許第６，１８３，０９５Ｂ１号明細書等がある。

しかしながら、特開平９−２１１３２２号公報に開示された従来の反射光学系では、
反射鏡が６枚構成で、ＮＡ＝０．２５と比較的明るい光学系を達成しているが、さらに
明るいＮＡを達成することはできていない。

また米国特許第６，１８３，０９５Ｂ１号明細書に表示の第１実施例では、これも反射鏡が６枚構成で、ＮＡ＝０．２５の比較的明るい光学系を達成しているが、これもまたさらに明るいＮＡを達成することはできていない。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、開口数（ＮＡ）を少なくとも
０．２６以上を確保することを目的としている。また、本発明の投影露光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することの出来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発明では、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面の中間像を形成するための第１反射結像光学系と、前記中間像の像を前記第２面上に形成するための第２反射結像光学系を備え、前記第１反射結像光学系は、前記第１面側から光の入射順に、凹面の第１反射鏡Ｍ１と開口絞りと凹面の第２反射鏡Ｍ２と凸面の第３反射鏡Ｍ３と凹面の第４反射鏡Ｍ４とを有し、前記第２反射結像光学系は、前記第１面側から光の入射順に、第５反射鏡Ｍ５と凹面の第６反射鏡Ｍ６と、凸面の第７反射鏡Ｍ７と凹面の第８反射鏡Ｍ８とを有することを特徴とする投影光学系を提供する。

本発明の第１の実施形態において、第５の反射鏡Ｍ５は、凹面で構成されている。
また、本発明の他の実施形態において、第５の反射鏡Ｍ５は、平面で構成されている。
これ以外にも、第５の反射鏡Ｍ５は、凸面で構成されていてもよい。

また、第１発明の好ましい態様によれば、前記開口絞りは前記第１反射鏡Ｍ１と前記第２反射鏡Ｍ２の間の空間に配置されていることが好ましい。さらに第１反射鏡Ｍ１と開口絞りの間の間隔をｄ１とし、第１反射鏡Ｍ１と第２反射鏡Ｍ２の間の面間隔をｄ２とするとき、前記開口絞りの位置が、０．５＜｜ｄ１｜／｜ｄ２｜＜２．５の条件を満足することが好ましい。

また、第１発明の好ましい態様によれば、反射鏡の有効径をφ、反射鏡の中心曲率半径をＲとするとき、φ／|Ｒ| ＜ 1の条件を、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ８の全てが満足することが好ましい。また、像側開口数ＮＡは、できるだけ解像力を向上させるために、少なくとも０．２６以上あることが好ましい。さらに０．３０とされていることが好ましい。

本発明の第２発明では、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露光するための第１発明の投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。

第２発明の好ましい態様によれば、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に投影露光する。

本発明の投影光学系では、第１反射鏡と第２反射鏡との間の空間に開口絞り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、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ため、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反射鏡の有効径を小さく抑えることができる。すなわち、本発明では、Ｘ線に対しても良好な反射特性を有し、反射鏡の大型化を抑えつつ収差補正を良好に行うことのできる反射型の投影光学系を実現することができる。

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、高精度なマイクロデバイスを製造することができる。

本発明の投影光学系では、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。そして、第１反射結像光学系Ｇ１を介して形成された第１面の中間像からの光が、第２反射結像光学系Ｇ２を介して、中間像の像（第１面の縮小像）を第２面（像面）上に形成する。

ここで、第１反射結像光学系Ｇ１は、第１面からの光を反射するための第１反射鏡Ｍ１と、開口絞りＡＳと、第１反射鏡Ｍ１で反射された光を反射するための第２反射鏡Ｍ２と、第２反射鏡Ｍ２で反射された光を反射するための第３反射鏡Ｍ３と、第３反射鏡Ｍ３で反射された光を反射するための第４反射鏡Ｍ４とにより構成されている。また、第２反射結像光学系Ｇ２は、中間像からの光を反射するための第５反射鏡Ｍ５と、第５反射鏡Ｍ５で反射された光を反射するための第６反射鏡Ｍ６と、第６反射鏡Ｍ６で反射された光を反射するための第７反射鏡Ｍ７と、第７反射鏡Ｍ７で反射された光を反射するための第８反射鏡Ｍ８とにより構成されている。

本発明では、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することにより、歪曲収差（ディストーション）の補正を良好に行うことが出来る。
また、第１反射鏡Ｍ１と第２反射鏡Ｍ２との間の空間に開口絞り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出来る。

通常、８枚鏡の反射光学系では、光束の干渉を避けるために、開口絞りは反射鏡の直前に配置されるのが一般的である。その場合、開口絞りの配置される位置が反射鏡の直前に限定されるので、上コマ及び下コマの収差のバランスが取り難くなる。

これに対して、本発明では、第１反射鏡Ｍ１と第２反射鏡Ｍ２との間の空間上に開口絞りＡＳを配置したので、開口絞りの位置を両者の間のどの位置にも自由に設定でき、都合の良い場所にこの開口絞りを配置することによって、上コマ及び下コマの収差のバランスをとり易くすることが出来る。また、本発明では、開口絞りの位置が以下の条件式（１）を満足することが望ましい。ここで、ｄ１は第１反射鏡Ｍ１と開口絞りの間の間隔、ｄ２は第１反射鏡Ｍ１と第２反射鏡Ｍ２の面間隔である。

０．５＜｜ｄ１｜／｜ｄ２｜＜２．５ （１）
開口絞りに対してほぼ対称形に、第１反射鏡Ｍ１と第２反射鏡Ｍ２を向かい合わせに配置したので、上コマ及び下コマの収差のバランスをとり易くすることが出来る。

また、これらの開口絞り両側の反射鏡を凸面とせずに凹面としたことにより、第１反射鏡と第２反射鏡の両反射鏡上での光束反射角や、さらにその外側の反射鏡、例えば第３反射鏡上での光束反射角等を小さく抑えることが出来る。

以上の配置に反して、開口絞りＡＳを第２反射鏡Ｍ２と第３反射鏡Ｍ３との間、
あるいは第３反射鏡Ｍ３と第４反射鏡Ｍ４との間に配置すると、第１反射鏡Ｍ１上の光束の位置が光軸から離れるため、第１反射鏡Ｍ１の有効径が大きくなり過ぎることになる。

またこの場合レチクルへの入射角及びレチクルからの反射角が、照明系ミラーの待避や、結像性能を保持しなければならない関係で、ほぼ一定の値に決まっているため、レチクルから射出瞳（開口絞り）までの光路長が長くなり、レチクルの物体高が高くなるので、その結果、結像倍率を１／５〜１／６にせざるを得なくなる。

これに対して、本発明では、第１反射鏡Ｍ１と第２反射鏡Ｍ２との間の空間に開口絞りＡＳを配置したので、小型で結像倍率を１／４に保ちながら、良好な光学性能を実現することができる。

以上のような配置を採用することにより、反射鏡の最大径を抑えられると共に、各反射鏡や開口絞りの配置などを光束のケラレもなく適切に配置することが出来る。
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。

以上のように、本発明では、Ｘ線に対しても良好な反射特性を有し、反射鏡の大型化を抑えつつ収差補正を良好に行うことのできる反射型の投影光学系を実現することができる。

本発明では、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ８への光線の最大入射角Ａが、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ８において、次の条件式（２）を満足することが望ましい。
Ａ＜２５° （２）
条件式（２）の上限値を上回ると、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、本発明では、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ８において、次の条件式（３）を満足することが望ましい。条件式（３）において、φＭは各反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の有効径（直径）であり、Ｒは各反射鏡Ｍ１〜Ｍ８の反射面の曲率半径である。

φＭ／｜Ｒ｜＜１．０ （３）
条件式（３）の上限値を上回ると、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ８（特に第４反射鏡Ｍ４）の形状測定をするときの開き角（反射鏡測定時のＮＡ）が大きくなりすぎて、高精度な形状測定が困難になるので、好ましくない。

また、本発明では、第１面から第１反射鏡Ｍ１への光束の主光線の光軸に対する傾きαが、次の条件式（４）を満足することが望ましい。
５°＜｜α｜＜１０° （４）
条件式（４）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、反射による影の影響を受け易くなるので、好ましくない。一方、条件式（４）の下限値を下回ると、第１面に反射マスクを設置した場合に、入射光と反射光とが干渉するので、好ましくない。

また、本発明では、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ８の有効径φＭは、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ８において、次の条件式（５）を満足することが望ましい。
φＭ≦７００ｍｍ （５）
条件式（５）の上限値を上回ると、当該反射鏡の有効径が大きくなり過ぎて、光学系が大型化するので好ましくない。

また、本発明では、収差を良好に補正して光学性能を向上させるために、各反射鏡の反射面は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望ましい。また、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エハーに凹凸があっても良好な結像が可能である。

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、高精度なマイクロデバイスを製造することができる。

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露光領域（すなわち実効露光領域）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。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。
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。こうして、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のパターンからの光は、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露光領域が形成される。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の円弧状の実効露光領域ＥＲが設定されている。

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〜第３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、マスクパターンの中間像の像（マスク４のパターンの二次像）をウェハ７上に形成するための第２反射結像光学系Ｇ２とから構成されている。ここで、第１反射結像光学系Ｇ１は４つの反射鏡Ｍ１〜Ｍ４から構成され、第２反射結像光学系Ｇ２は４つの反射鏡Ｍ５〜Ｍ８から構成されている。

なお、各実施例において、すべての反射鏡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、第１反射鏡Ｍ１から第２反射鏡Ｍ２へ至る光路中には、開口絞りＡＳが配置されている。さらに、各実施例において、投影光学系６は、ウェハ側（像像）に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（ｂ）で表される。

(数１)
ｚ＝（ｙ²／ｒ）／｛１＋｛１−（１＋κ）・ｙ²／ｒ²｝^1/2｝
＋Ｃ4・ｙ⁴＋Ｃ6・ｙ⁶＋Ｃ8・ｙ⁸＋Ｃ10・ｙ¹⁰＋・・・ （ｂ）

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（図３では不図示）からの光は、第１凹面反射鏡Ｍ１の反射面、第２凹面反射鏡Ｍ２の反射面、第３凸面反射鏡Ｍ３の反射面、および第４凹面反射鏡Ｍ４の反射面で順次反射された後、マスクパターンの中間像を形成する。そして、第１反射結像光学系Ｇ１を介して形成されたマスクパターンの中間像からの光は、第５凹面反射鏡Ｍ５の反射面、第６凹面反射鏡Ｍ６の反射面、第７凸面反射鏡Ｍ７の反射面、および第８凹面反射鏡Ｍ８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。

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）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）を、ＬＸは実効露光領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法を、ＬＹは実効露光領域ＥＲのＹ方向に沿った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（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）および表（３）においても同様である。

(表１)
（主要諸元）
λ＝１３．５ｎｍ
β＝１／４
ＮＡ＝０．３
Ｈ０＝１５２ｍｍ
φ＝３８ｍｍ
ＬＸ＝２６ｍｍ
ＬＹ＝２ｍｍ

（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ
（マスク面） ７２９．５９
1 −１２２４．２５ −３２６．９６ （第１反射鏡Ｍ１）
2 ∞ −２８２．６２ （開口絞りＡＳ）
3 １６５４．３９ ５４５．０２ （第２反射鏡Ｍ２）
4 ４５１．０３ −１５２．９０ （第３反射鏡Ｍ３）
5 ５５４．０７ ５８８．６０ （第４反射鏡Ｍ４)
6 −８１１６．５４ −１５６．３５ （第５反射鏡Ｍ５）
7 １９４２．１０ ２８７．２４ （第６反射鏡Ｍ６）
8 ２６２．５０ −３８２．０２ （第７反射鏡Ｍ７）
9 ４６１．４９ ４２２．０１６ （第８反射鏡Ｍ８）
（ウェハ面）

（非球面データ）
１面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝０．２３６１０４×１０^-8 Ｃ6＝−０．２７５７５６×１０^-13
Ｃ8＝０．３５６６３９×１０^-18 Ｃ10＝−０．４５４４２５×１０^-23
Ｃ12＝０．２６７１４５×１０^-28 Ｃ14＝０．８６１０８２×１０^-33
Ｃ16＝−０．１７３６２１×１０^-37

２面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝−０．１８７１３４×１０^-9 Ｃ6＝０．３９２８１２×１０^-15
Ｃ8＝−０．９４５６９０×１０^-20 Ｃ10＝０．２７２３５４×１０^-23
Ｃ12＝−０．２４０９８７×１０^-27 Ｃ14＝０．１１８３８２×１０^-31
Ｃ16＝−０．２４０５０９×１０^-36

３面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝０．８２２７６６×１０^-9 Ｃ6＝−０．３１７４４１×１０^-12
Ｃ8＝０．２２１２６２×１０^-16 Ｃ10＝−０．９９４３９１×１０^-21
Ｃ12＝０．２７６０３１×１０^-25 Ｃ14＝−０．４３３１０２×１０^-30
Ｃ16＝０．２９４３９４×１０^-35

４面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝０．５２１１０４×１０^-9 Ｃ6＝−０．１９６８２４×１０^-13
Ｃ8＝０．２９９５８５×１０^-18 Ｃ10＝−０．２３９８８８×１０^-23
Ｃ12＝０．３７６８１８×１０^-29 Ｃ14＝０．７１２８６３×１０^-34
Ｃ16＝−０．３５８５８０×１０^-39

５面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝０．９５９２９２×１０^-09 Ｃ6＝０．１２７８９２×１０^-13
Ｃ8＝−０．６４０１１３×１０^-18 Ｃ10＝０．２２３９１４×１０^-22
Ｃ12＝−０．４７２７７３×１０^-27 Ｃ14＝０．５６１１４３×１０^-32
Ｃ16＝−０．２９３８９４×１０^-37

６面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝０．２４８５９８×１０^-8 Ｃ6＝−０．１８５３０６×１０^-13
Ｃ8＝０．８０８３７５×１０^-18 Ｃ10＝−０．３７９７９６×１０^-22
Ｃ12＝０．１２１１４３×１０^-26 Ｃ14＝−０．２２４６９１×１０^-31
Ｃ16＝０．１８２４２６×１０^-36

７面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝−０．４３３１６９×１０^-08 Ｃ6＝０．１０２９５４×１０^-11
Ｃ8＝０．１８６８２０×１０^-17 Ｃ10＝−０．３７９１１１×１０^-21
Ｃ12＝０．５８８７５２×１０^-24 Ｃ14＝−０．１１４６２７×１０^-27
Ｃ16＝０．８９５０７７×１０^-32

８面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝０．８０５１８１×１０^-10 Ｃ6＝０．４５００２８×１０^-15
Ｃ8＝０．２１６４８６×１０^-20 Ｃ10＝０．１１７９７８×１０^-25
Ｃ12＝０．６３３６８５×１０^-31 Ｃ14＝−０．１８３７１９×１０^-35
Ｃ16＝０．３９５３６１×１０^-40

（条件式対応値）
φＭ４＝ ５２０．１１ ｍｍ
Ｒ４＝ ５５４．０７ｍｍ
（１）Ａ＝２３．１８ °
（２）φＭ／｜Ｒ｜＝０．９３８（第４反射鏡Ｍ４において最大）
（３）｜α｜＝６．０２°（ １０５．０７ ｍｒａｄ）
（４）φＭ＝５２０．１１ｍｍ（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９７％、および像高９５％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、実効露光領域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、実効露光領域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。

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（図５では不図示）からの光は、第１凹面反射鏡Ｍ１の反射面、第２凹面反射鏡Ｍ２の反射面、第３凸面反射鏡Ｍ３の反射面、および第４凹面反射鏡Ｍ４の反射面で順次反射された後、マスクパターンの中間像を形成する。そして、第１反射結像光学系Ｇ１を介して形成されたマスクパターン中間像からの光は、第５平面反射鏡Ｍ５の反射面、第６凹面反射鏡Ｍ６の反射面、第７凸面反射鏡Ｍ７の反射面、および第８凹面反射鏡Ｍ８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。

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＝０．３
Ｈ０＝１５２ｍｍ
φ＝３８ｍｍ
ＬＸ＝２６ｍｍ
ＬＹ＝２ｍｍ

（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ
（マスク面） ７３０．６８
1 −１２２４．３１ −３２６．６９ (第１反射鏡Ｍ１）
2 ∞ −２８３．９９ （開口絞りＡＳ）
3 １７２９．８６ ５５８．８３２ （第２反射鏡Ｍ２）
4 ４７１．８４ −１４９．６５ （第３反射鏡Ｍ３）
5 ５５３．４０ ５７３．２６８ （第４反射鏡Ｍ４）
6 ∞ −１５８．９３ （第５反射鏡Ｍ５）
7 １５８６．７９ ２８９．３１ （第６反射鏡Ｍ６）
8 ２５８．１２ −３８２．１５ （第７反射鏡Ｍ７）
9 ４６２．６８ ４２５．２０ （第８反射鏡Ｍ８）
（ウェハ面）

（非球面データ）
１面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝０．２４１１２８×１０^-8 Ｃ6＝−０．２８５６１９×１０^-13
Ｃ8＝０．３８６０５９×１０^-18 Ｃ10＝−０．５２４１９２×１０^-23
Ｃ12＝０．４１０３０２×１０^-28 Ｃ14＝０．５９９５３４×１０^-33
Ｃ16＝−０．１４３４１７×１０^-37

２面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝−０．１６７０８７×１０^-9 Ｃ6＝０．７２２６７２×１０^-15
Ｃ8＝−０．１０１３６５×１０^-19 Ｃ10＝０．２８２４５８×１０^-23
Ｃ12＝−０．２４７０５９×１０^-27 Ｃ14＝０．１２０３０２×１０^-31
Ｃ16＝−０．２４２１３６×１０^-36

３面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝０．１３９９４２×１０^-8 Ｃ6＝−０．３５１４２４×１０^-12
Ｃ8＝０．２３１９３３×１０^-16 Ｃ10＝−０．９８１５０９×１０^-21
Ｃ12＝０．２５７０１５×１０^-25 Ｃ14＝−０．３８０９２３×１０^-30
Ｃ16＝０．２４４８６４×１０^-35

４面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝０．５８７１１７×１０^-9 Ｃ6＝−０．２１１４９３×１０^-13
Ｃ8＝０．３１４３３８×１０^-18 Ｃ10＝−０．２３５０６２×１０^-23
Ｃ12＝０．１０２２８７×１０^-29 Ｃ14＝０．９７３０３０×１０^-34
Ｃ16＝−０．４４３５９３×１０^-39

５面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝０．８４９１８３×１０^-09 Ｃ6＝０．１６２２９４×１０^-13
Ｃ8＝−０．６９４０７２×１０^-18 Ｃ10＝０．２０１７９３×１０^-22
Ｃ12＝−０．３１８７６８×１０^-27 Ｃ14＝０．２２４０８８×１０^-32
Ｃ16＝−０．２８０３９２×１０^-38

６面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝０．２２２６０８×１０^-8 Ｃ6＝−０．１３８１６８×１０^-13
Ｃ8＝０．６３０５６６×１０^-18 Ｃ10＝−０．２９４１６０×１０^-22
Ｃ12＝０．９３５９１１×１０^-27 Ｃ14＝−０．１７３８５６×１０^-31
Ｃ16＝０．１４１４７１×１０^-36

７面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝−０．５８４３２２×１０^-08 Ｃ6＝０．１０７１０６×１０^-11
Ｃ8＝−０．１９４６８６×１０^-17 Ｃ10＝−０．４２７７１９×１０^-21
Ｃ12＝０．６２７７０１×１０^-24 Ｃ14＝−０．１２００６０×１０^-27
Ｃ16＝０．９１１８４０×１０^-32

８面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝０．７６８９９６×１０^-10 Ｃ6＝０．４２５９４４×１０^-15
Ｃ8＝０．２０６８３７×１０^-20 Ｃ10＝０．９２８３７０×１０^-26
Ｃ12＝０．１３４７７３×１０^-30 Ｃ14＝−０．３４３９５３×１０^-35
Ｃ16＝０．５２５０４９×１０^-40
（条件式対応値）
φＭ４＝ ５２０．０９ ｍｍ
Ｒ４＝ ５５３．４０ｍｍ
（１）Ａ＝２３．１１ °
（２）φＭ／｜Ｒ｜＝０．９４０（第４反射鏡Ｍ４において最大）
（３）｜α｜＝６．０３°（ １０５．２４ ｍｒａｄ）
（４）φＭ＝５２０．０９ｍｍ（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９７％、および像高９５％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、実効露光領域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、実効露光領域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。

図７は、本実施形態の第３実施例にかかる投影光学系の構成を示す図である。
図７を参照すると、第３実施例の投影光学系においても第１実施例および第２実施例と同様に、マスク４（図７では不図示）からの光は、第１凹面反射鏡Ｍ１の反射面、第２凹面反射鏡Ｍ２の反射面、第３凸面反射鏡Ｍ３の反射面、および第４凹面反射鏡Ｍ４の反射面で順次反射された後、マスクパターンの中間像を形成する。そして、第１反射結像光学系Ｇ１を介して形成されたマスクパターン中間像からの光は、第５凸面反射鏡Ｍ５の反射面、第６凹面反射鏡Ｍ６の反射面、第７凸面反射鏡Ｍ７の反射面、および第８凹面反射鏡Ｍ８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。

次の表（３）に、第３実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。

(表３)
λ＝１３．５ｎｍ
β＝１／４
ＮＡ＝０．２６
Ｈ０＝１４０ｍｍ
φ＝３５ｍｍ
ＬＸ＝２６ｍｍ
ＬＹ＝２ｍｍ
（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ
（マスク面） ６６２．３４
1 −１１５８．３５ −２７４．８８ （第１反射鏡Ｍ１）
2 ∞ −２２７．１１ （開口絞りＡＳ）
3 １４２５．９８ ４４５．４９ （第２反射鏡Ｍ２）
4 ４０２．８９ −１８３．０４ （第３反射鏡Ｍ３）
5 ５５２．９５ ６１０．９５ （第４反射鏡Ｍ４）
6 ５７０２．９０ −１５１．７２ （第５反射鏡Ｍ５）
7 １３７６．８４ ２８２．２６ （第６反射鏡Ｍ６）
8 ２７６．６３ −３８１．９５ （第７反射鏡Ｍ７）
9 ４６３．６７ ４２３．３１ （第８反射鏡Ｍ８）
（ウェハ面）

（非球面データ）
１面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝０．２４７７２９×１０^-8 Ｃ6＝−０．２０９７０２×１０^-13
Ｃ8＝０．１３５８９０×１０^-18 Ｃ10＝−０．１６３４４５×１０^-22
Ｃ12＝０．１７７５８８×１０^-26 Ｃ14＝−０．９１９１０５×１０^-31
Ｃ16＝０．１８７６９７×１０^-35

２面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝−０．５３７１２５×１０^-9 Ｃ6＝０．９４７３３７×１０^-15
Ｃ8＝０．６７２１３４×１０^-19 Ｃ10＝−０．５７５９９０×１０^-23
Ｃ12＝０．８２４９５６×１０^-27 Ｃ14＝−０．５１８７１１×１０^-31
Ｃ16＝０．１１７８０８×１０^-35

３面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝−０．８６０２６０×１０^-9 Ｃ6＝−０．２６３１２４×１０^-12
Ｃ8＝０．２０９０４３×１０^-16 Ｃ10＝−０．１０７４５４×１０^-20
Ｃ12＝０．３３５５２５×１０^-25 Ｃ14＝−０．５７３３６８×１０^-30
Ｃ16＝０．４０６５７３×１０^-35

４面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝０．７２６８４３×１０^-9 Ｃ6＝−０．２１４２６４×１０^-13
Ｃ8＝０．２８９８２７×１０^-18 Ｃ10＝−０．２０９８０９×１０^-23
Ｃ12＝０．５２４４１７×１０^-29 Ｃ14＝０．１２５９４８×１０^-34
Ｃ16＝−０．３７４８５５×１０^-40

５面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝０．９６３２８３×１０^-09 Ｃ6＝−０．８０５３５５×１０^-14
Ｃ8＝０．４９７４７９×１０^-18 Ｃ10＝０．１６３８２１×１０^-22
Ｃ12＝−０．１８５９０８×１０^-26 Ｃ14＝０．５６７５８０×１０^-31
Ｃ16＝−０．６４０９３７×１０^-36

６面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝０．１５４０３８×１０^-8 Ｃ6＝０．１００８８６×１０^-13
Ｃ8＝−０．４１９８８６×１０^-18 Ｃ10＝０．３６０２０４×１０^-22
Ｃ12＝−０．２２０３２８×１０^-26 Ｃ14＝０．６７１２９０×１０^-31
Ｃ16＝−０．８２８２１３×１０^-36

７面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝０．２７８３８６×１０^-08 Ｃ6＝０．６１４９２３×１０^-12
Ｃ8＝０．９８２４８６×１０^-17 Ｃ10＝０．９７９００５×１０^-20
Ｃ12＝−０．４６０２９２×１０^-23 Ｃ14＝０．１１６２０９×１０^-26
Ｃ16＝−０．１１５２１８×１０^-30

８面
κ＝０．００００００
Ｃ4＝０．９１８１４０×１０^-10 Ｃ6＝０．４９０４９１×１０^-15
Ｃ8＝０．２３１６２２×１０^-20 Ｃ10＝０．１３６６０２×１０^-25
Ｃ12＝−０．２０８８２５×１０^-30 Ｃ14＝０．９１９１１６×１０^-35
Ｃ16＝−０．１００８６３×１０^-39

（条件式対応値）
φＭ４＝ ５０８．７６ ｍｍ
Ｒ４＝ ５５２．９５ｍｍ
（１）Ａ＝２２．８３ °
（２）φＭ／｜Ｒ｜＝０．９２０（第４反射鏡Ｍ４において最大）
（３）｜α｜＝６．５９°（ １１５．０２ ｍｒａｄ）
（４）φＭ＝５０８．７６ｍｍ（第４反射鏡Ｍ４において最大）
図８は、第３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８では、像高
１００％、像高９７％、および像高９５％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３実施例においても第１実施例および第２実施例と同様に、実効露光領域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、実効露光領域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のレーザプラズマＸ線に対して、０．２６または０．３の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×２ｍｍの円弧状の実効露光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×３４、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。

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５０９〜約５２０ｍｍ程度であり、十分に小さく抑えられている。このように、各実施例において、反射鏡の大型化が抑えられ、光学系の小型化が図られている。

また最大φ／Ｒの値も、０．９２０〜０．９４０と１以下に抑えられており、各面への
光線入射角の最大値Ａも、２２．８３°〜２３．１８°と２５°以下に抑えられている。
また非球面次数は、各面１６次まで使用され、条件の１０次以上を満足しており、像側
主光線の傾きもほぼ０であり、テレセントリックな光学系となっている。

また、上述の各実施例では、マスク４に入射する光線群およびマスク４で反射される光線群の光軸ＡＸとなす角度αが約６°程度に小さく抑えられているので、反射型マスク４を用いていても、入射光と反射光との干渉を避けることができるとともに、反射による影の影響を受けにくく、したがって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９のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図９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ｌ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。

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、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、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、高精度なマイクロ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露光領域（すなわち実効露光領域）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。 本実施形態の第３実施例にかかる投影光学系の構成を示す図である。 第３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
Ｍ１〜Ｍ８ 反射鏡
ＡＳ 開口絞り
ＩＭＩ 中間像

Claims (9)

1. 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面の中間像を形成するための第１反射結像光学系と、前記中間像の像を
   前記第２面上に形成するための第２反射結像光学系を備え、
   前記第１反射結像光学系は、前記第１面側から光の入射順に、凹面の第１反射鏡Ｍ１と
   開口絞りと凹面の第２反射鏡Ｍ２と凸面の第３反射鏡Ｍ３と凹面の第４反射鏡Ｍ４とを有し、
   前記第２反射結像光学系は、前記第１面側から光の入射順に、第５反射鏡Ｍ５と
   凹面の第６反射鏡Ｍ６と、凸面の第７反射鏡Ｍ７と凹面の第８反射鏡Ｍ８とを有することを特徴とする投影光学系。
2. 請求項１に記載の投影光学系において、
   前記第５反射鏡Ｍ５は、凹面で構成されたことを特徴とする投影光学系。
3. 請求項１に記載の投影光学系において、
   前記第５反射鏡Ｍ５は、平面で構成されたことを特徴とする投影光学系。
4. 請求項１に記載の投影光学系において、
   前記第５反射鏡Ｍ５は、凸面で構成されたことを特徴とする投影光学系。
5. 前記開口絞りは前記第１反射鏡Ｍ１と前記第２反射鏡Ｍ２の間の空間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投影光学系。
6. 請求項５に記載の投影光学系であって、
   ｄ１：第１反射鏡Ｍ１と開口絞りの間の間隔
   ｄ２：第１反射鏡Ｍ１と第２反射鏡Ｍ２の間の面間隔
   から前記開口絞りの位置が以下の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
   ０．５＜｜ｄ１｜／｜ｄ２｜＜２．５
7. 反射鏡の有効径をφ、反射鏡の中心曲率半径をＲとするとき、
   φ／|Ｒ| ＜ 1
   の条件を、各反射鏡Ｍ１〜Ｍ８の全てが満足することを特徴とする請求項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露光するための請求項１乃至７の
   いずれか１項に記載の投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
9. 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
   前記感光性基板上に投影露光することを特徴とする請求項８に記載の露光装置。