JPH0817720A - 投影露光装置 - Google Patents
投影露光装置Info
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- JPH0817720A JPH0817720A JP6170378A JP17037894A JPH0817720A JP H0817720 A JPH0817720 A JP H0817720A JP 6170378 A JP6170378 A JP 6170378A JP 17037894 A JP17037894 A JP 17037894A JP H0817720 A JPH0817720 A JP H0817720A
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- optical element
- projection
- exposure apparatus
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- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70216—Mask projection systems
- G03F7/70233—Optical aspects of catoptric systems, i.e. comprising only reflective elements, e.g. extreme ultraviolet [EUV] projection systems
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
- G02B27/0037—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration with diffracting elements
- G02B27/0043—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration with diffracting elements in projection exposure systems, e.g. microlithographic systems
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- G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
- G02B27/4205—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant
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- G02B27/4272—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having plural diffractive elements positioned sequentially along the optical path
- G02B27/4277—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having plural diffractive elements positioned sequentially along the optical path being separated by an air space
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- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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- G03F7/70316—Details of optical elements, e.g. of Bragg reflectors, extreme ultraviolet [EUV] multilayer or bilayer mirrors or diffractive optical elements
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 反射型の縮小投影露光装置を構築し、透過屈
折レンズを用いることができないような短波長域におい
ても使用できる投影光学系を提供すること。 【構成】 光源手段からの光束をマスクに照射すること
により投影光学系を介して前記マスクのパターンを感光
基板上へ露光する投影露光装置であって、前記投影光学
系は、曲面上の反射面を持つ複数の反射部材と、少なく
とも一つの回折光学素子とを含むもの。前記回折光学素
子が、反射部材の反射面に形成されているもの。
折レンズを用いることができないような短波長域におい
ても使用できる投影光学系を提供すること。 【構成】 光源手段からの光束をマスクに照射すること
により投影光学系を介して前記マスクのパターンを感光
基板上へ露光する投影露光装置であって、前記投影光学
系は、曲面上の反射面を持つ複数の反射部材と、少なく
とも一つの回折光学素子とを含むもの。前記回折光学素
子が、反射部材の反射面に形成されているもの。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばマスクに形成さ
れた所定のパターンを感光基板上に投影露光するために
使用される反射型の投影露光装置に関するものである。
れた所定のパターンを感光基板上に投影露光するために
使用される反射型の投影露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来からＩＣやＬＳＩ等の半導体素子や
これに類する液晶素子、薄膜直ヘッド等の微細パターン
を有する部材の製造工程においては、所定のパターンの
転写露光を伴ういわゆるリソグラフィ工程が応用されて
いる。ここでは、所定の回路パターン等を有するマスク
から、投影光学系を介してシリコンウエハ等の感光基板
上にこのパターンを露光投影して転写する工程が行なわ
れる。
これに類する液晶素子、薄膜直ヘッド等の微細パターン
を有する部材の製造工程においては、所定のパターンの
転写露光を伴ういわゆるリソグラフィ工程が応用されて
いる。ここでは、所定の回路パターン等を有するマスク
から、投影光学系を介してシリコンウエハ等の感光基板
上にこのパターンを露光投影して転写する工程が行なわ
れる。
【０００３】また、半導体素子の集積度が上り、パター
ンの微細化が進むに従い、この種の装置の投影系の倍率
としては、縮小倍率のものが一般的になってきている。
この理由は、もし等倍であるとすると、フォトマスク上
のパターンを投影されるべきパターンと同じ寸法で作成
しなくてはならず、フォトマスク作成に困難をきたすた
めである。また、フォトマスクの欠陥やゴミ等の管理も
困難が予想される点である。
ンの微細化が進むに従い、この種の装置の投影系の倍率
としては、縮小倍率のものが一般的になってきている。
この理由は、もし等倍であるとすると、フォトマスク上
のパターンを投影されるべきパターンと同じ寸法で作成
しなくてはならず、フォトマスク作成に困難をきたすた
めである。また、フォトマスクの欠陥やゴミ等の管理も
困難が予想される点である。
【０００４】このようなパターンの転写露光に用いられ
る投影露光装置の投影光学系には高度な解像力が要求さ
れるが、光学系の分解能は使用する光束の波長に関連す
ることから、この種の光学系に使用する光束の短波長化
が進んでいる。今日に至るまでの短波長化の経緯を見る
と、水銀ランプの輝線スペクトルであるｇ線（λ＝４３
６ｎｍ）、ｉ線（λ＝３６５ｎｍ）と進んできて、Ｋｒ
−Ｆエキシマレーザー（λ＝２４８ｎｍ）を用いる露光
装置が商業ベースで利用できる状況になってきている。
そして、Ａｒ−Ｆエキシマレーザー（λ＝１９３ｎｍ）
を用いる露光装置が研究されている。
る投影露光装置の投影光学系には高度な解像力が要求さ
れるが、光学系の分解能は使用する光束の波長に関連す
ることから、この種の光学系に使用する光束の短波長化
が進んでいる。今日に至るまでの短波長化の経緯を見る
と、水銀ランプの輝線スペクトルであるｇ線（λ＝４３
６ｎｍ）、ｉ線（λ＝３６５ｎｍ）と進んできて、Ｋｒ
−Ｆエキシマレーザー（λ＝２４８ｎｍ）を用いる露光
装置が商業ベースで利用できる状況になってきている。
そして、Ａｒ−Ｆエキシマレーザー（λ＝１９３ｎｍ）
を用いる露光装置が研究されている。
【０００５】ところで、いわゆる半導体集積回路では、
従来のＩＣやＬＳＩから近年のＶＬＳＩ、ＵＬＳＩ等へ
の移行の様に更なる高集積化が進んでおり、要求される
解像力（分解能）も更に高くなってきている。このた
め、投影光学系は縮小型のものが用いられているが、従
来より短波長の光束を用いる等の手段により、これらの
高集積化の要請に対処する必要性が生じており、例えば
Ｆ2 レーザ（１５７μｍ）やＸ線等の利用化が研究され
ている。
従来のＩＣやＬＳＩから近年のＶＬＳＩ、ＵＬＳＩ等へ
の移行の様に更なる高集積化が進んでおり、要求される
解像力（分解能）も更に高くなってきている。このた
め、投影光学系は縮小型のものが用いられているが、従
来より短波長の光束を用いる等の手段により、これらの
高集積化の要請に対処する必要性が生じており、例えば
Ｆ2 レーザ（１５７μｍ）やＸ線等の利用化が研究され
ている。
【０００６】しかしながら、従来の屈折レンズを用いた
投影光学系では、透過率等の問題から充分な結像特性が
得られない問題があり、従来の光学素子や補正手段のみ
では、短波長化による更なる高集積化の要請には充分に
応じられないのが実状であった。また、反射部材のみを
用いた投影光学系も実用化されているが、球面鏡等の反
射特性の問題から、微細パターン転写に有効な縮小型の
投影光学系の構築が極めて難しく、実用的な光学系が構
築できない問題があった。
投影光学系では、透過率等の問題から充分な結像特性が
得られない問題があり、従来の光学素子や補正手段のみ
では、短波長化による更なる高集積化の要請には充分に
応じられないのが実状であった。また、反射部材のみを
用いた投影光学系も実用化されているが、球面鏡等の反
射特性の問題から、微細パターン転写に有効な縮小型の
投影光学系の構築が極めて難しく、実用的な光学系が構
築できない問題があった。
【０００７】このように、縮小倍率を持ち、かつ短波長
化（による高解像度化）を目的とする技術開発の流れの
中で、どのような投影光学系（あるいは投影露光装置）
が今までに実現しているかを概観してみる。
化（による高解像度化）を目的とする技術開発の流れの
中で、どのような投影光学系（あるいは投影露光装置）
が今までに実現しているかを概観してみる。
【０００８】古くから、そして、現在に至るまで使用さ
れている光学系の形態として、最も一般的に利用されて
いるものが屈折光学系である。この屈折光学系は、Ｓｔ
ｅｐ−ａｎｄ−Ｒｅｐｅａｔ Ｓｙｓｔｅｍ（いわゆる
ステッパー方式の投影露光装置）に用いられているもの
であり、光軸上に複数の屈折部材を配置して縮小倍率を
達成すると共に結像諸収差を補正したものである。ここ
で、屈折部材とは、光軸まわりに回転対称な曲面により
構成される、いわゆるレンズである。
れている光学系の形態として、最も一般的に利用されて
いるものが屈折光学系である。この屈折光学系は、Ｓｔ
ｅｐ−ａｎｄ−Ｒｅｐｅａｔ Ｓｙｓｔｅｍ（いわゆる
ステッパー方式の投影露光装置）に用いられているもの
であり、光軸上に複数の屈折部材を配置して縮小倍率を
達成すると共に結像諸収差を補正したものである。ここ
で、屈折部材とは、光軸まわりに回転対称な曲面により
構成される、いわゆるレンズである。
【０００９】一方、従来の屈折部材を用いない投影光学
系としては、一番容易には反射面のみにより構成する反
射光学系が考えられるが、この種の反射光学系では、等
倍の結像倍率を実現できることが知られている。その例
は、いわゆるオフナー（Ｏｆｆｎｅｒ）の光学系として
知られているものであり、具体的構成は、特公昭５７−
５１０８３号に開示されている。しかしながら、反射面
のみで構成される縮小倍率の投影光学系は、まだ見出さ
れていないのである。
系としては、一番容易には反射面のみにより構成する反
射光学系が考えられるが、この種の反射光学系では、等
倍の結像倍率を実現できることが知られている。その例
は、いわゆるオフナー（Ｏｆｆｎｅｒ）の光学系として
知られているものであり、具体的構成は、特公昭５７−
５１０８３号に開示されている。しかしながら、反射面
のみで構成される縮小倍率の投影光学系は、まだ見出さ
れていないのである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、投影光学系を構成する光学系内に屈折部材
が必須であったが、短波長域では、屈折部材としてのガ
ラス材料の透過率が極めて悪くなるという難点が周知で
ある。
においては、投影光学系を構成する光学系内に屈折部材
が必須であったが、短波長域では、屈折部材としてのガ
ラス材料の透過率が極めて悪くなるという難点が周知で
ある。
【００１１】具体的には、Ｋｒ−Ｆエキシマレーザーの
波長（λ＝２４８ｎｍ）から、Ａｒ−Ｆエキシマレーザ
ーの波長（λ＝１９３ｎｍ）の領域においては、既に一
般の光学ガラスを用いることができないため、石英ある
いは螢石ガラスといった特殊なガラス材料により、光学
系内の屈折部材を構成している。
波長（λ＝２４８ｎｍ）から、Ａｒ−Ｆエキシマレーザ
ーの波長（λ＝１９３ｎｍ）の領域においては、既に一
般の光学ガラスを用いることができないため、石英ある
いは螢石ガラスといった特殊なガラス材料により、光学
系内の屈折部材を構成している。
【００１２】仮に、当該波長領域での透過率の悪いガラ
ス材料等を屈折部材に用いると、透過光量が少なくなっ
て露光装置の性能が悪化し、露光作業のスループットを
悪化させるのみならず、透過しない分の光量は屈折部材
を構成するガラス材料に吸収されるので、光学系全体が
ここで発生する熱による熱変形や屈折率変化等の問題か
ら性能劣化を受けるという点が重大な問題として挙げら
れる。
ス材料等を屈折部材に用いると、透過光量が少なくなっ
て露光装置の性能が悪化し、露光作業のスループットを
悪化させるのみならず、透過しない分の光量は屈折部材
を構成するガラス材料に吸収されるので、光学系全体が
ここで発生する熱による熱変形や屈折率変化等の問題か
ら性能劣化を受けるという点が重大な問題として挙げら
れる。
【００１３】そこで、短波長化というトレンドの延長上
に、縮小投影露光装置を考えると、屈折部材を必要とす
る前述のような技術では、ＡｒＦエキシマレーザー（λ
＝１９３ｎｍ）あたりが短波長化の限界であり、更なる
短波長化、例えばＦ2 レーザー（λ＝１５７ｎｍ）等を
光源とする縮小投影露光装置は、構成し得ないことにな
ってしまう。
に、縮小投影露光装置を考えると、屈折部材を必要とす
る前述のような技術では、ＡｒＦエキシマレーザー（λ
＝１９３ｎｍ）あたりが短波長化の限界であり、更なる
短波長化、例えばＦ2 レーザー（λ＝１５７ｎｍ）等を
光源とする縮小投影露光装置は、構成し得ないことにな
ってしまう。
【００１４】一方、反射光学系のみで正確なパターンの
露光転写が行える縮小型の光学系を構築することは、反
射特性のみの限界から従来の技術では不可能であり、一
部に屈折部材を利用したものが実現化されているが、屈
折部材（内の透過光路が長い）が大きく、短波長の光束
を利用することができないものとなっている。
露光転写が行える縮小型の光学系を構築することは、反
射特性のみの限界から従来の技術では不可能であり、一
部に屈折部材を利用したものが実現化されているが、屈
折部材（内の透過光路が長い）が大きく、短波長の光束
を利用することができないものとなっている。
【００１５】例えば、米国ＳＶＧＬ社よりマイクラスキ
ャン（Ｍｉｃｒａｓｃａｎ）の商品名で出されている露
光装置は、Ｓｔｅｐ−ａｎｄ−Ｓｃａｎ Ｓｙｓｔｅｍ
というコンセプトのものであるが、この装置では、投影
光学系に反射屈折光学系が用いられている。この反射屈
折光学系では、複数枚の反射面と、複数個の屈折部材に
より構成されているものである。
ャン（Ｍｉｃｒａｓｃａｎ）の商品名で出されている露
光装置は、Ｓｔｅｐ−ａｎｄ−Ｓｃａｎ Ｓｙｓｔｅｍ
というコンセプトのものであるが、この装置では、投影
光学系に反射屈折光学系が用いられている。この反射屈
折光学系では、複数枚の反射面と、複数個の屈折部材に
より構成されているものである。
【００１６】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、一般的な屈折部材を用いることができない
ような短波長域においても使用することができる縮小型
の投影光学系を構築し、当該光学系を搭載する縮小型の
投影露光装置を提供することを目的とするものである。
ものであり、一般的な屈折部材を用いることができない
ような短波長域においても使用することができる縮小型
の投影光学系を構築し、当該光学系を搭載する縮小型の
投影露光装置を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本願請求項１に記載した発明では、光源手段からの光束
をマスクに照射することにより投影光学系を介して前記
マスクのパターンを感光基板上へ露光する投影露光装置
において、前記投影光学系が、曲面状の反射面を持つ複
数の反射部材と、少なくとも一つの回折光学素子とを含
むことを特徴とする投影露光装置を提供する。
本願請求項１に記載した発明では、光源手段からの光束
をマスクに照射することにより投影光学系を介して前記
マスクのパターンを感光基板上へ露光する投影露光装置
において、前記投影光学系が、曲面状の反射面を持つ複
数の反射部材と、少なくとも一つの回折光学素子とを含
むことを特徴とする投影露光装置を提供する。
【００１８】請求項２に記載した発明では、請求項１に
記載した投影露光装置において、前記回折光学素子が、
前記反射部材の反射面に形成されていることを特徴とす
るものである。
記載した投影露光装置において、前記回折光学素子が、
前記反射部材の反射面に形成されていることを特徴とす
るものである。
【００１９】請求項３に記載した発明では、請求項１又
は２に記載した投影露光装置において、前記複数の反射
部材の内の少なくとも二つが、夫々の反射面の曲率中心
位置が互いに異なる位置になるように配設されており、
投影光学系全体として縮小光学系を構成することを特徴
とするものである。
は２に記載した投影露光装置において、前記複数の反射
部材の内の少なくとも二つが、夫々の反射面の曲率中心
位置が互いに異なる位置になるように配設されており、
投影光学系全体として縮小光学系を構成することを特徴
とするものである。
【００２０】
【作用】本発明は上記のように構成されているため、反
射部材と回折光学素子により投影光学系を構成するもの
としているので、反射部材による光路の偏向作用に加え
て回折素子による光路の偏向作用を組み合わせること
で、所定のパターンの投影（転写）を行うものとなって
いる。
射部材と回折光学素子により投影光学系を構成するもの
としているので、反射部材による光路の偏向作用に加え
て回折素子による光路の偏向作用を組み合わせること
で、所定のパターンの投影（転写）を行うものとなって
いる。
【００２１】ここで、回折光学素子は、光の回折作用を
利用して光路の偏向を行なわせる光学素子であり、近年
この種の投影露光装置等に用いる光学素子として注目さ
れている。この回折光学素子によれば、短波長の光束の
光路をも任意に偏向させることが可能である。
利用して光路の偏向を行なわせる光学素子であり、近年
この種の投影露光装置等に用いる光学素子として注目さ
れている。この回折光学素子によれば、短波長の光束の
光路をも任意に偏向させることが可能である。
【００２２】更に、いわゆる屈折レンズとは異なる波長
−偏向特性を示すことから、屈折レンズとの組合せによ
る新たな収差補正手段等が注目されているが、反射特性
の補正にも応用可能であることが、本発明者らの研究で
明らかになった。
−偏向特性を示すことから、屈折レンズとの組合せによ
る新たな収差補正手段等が注目されているが、反射特性
の補正にも応用可能であることが、本発明者らの研究で
明らかになった。
【００２３】回折光学素子としては、例えばフレネルゾ
ーンプレート等が良く知られているが、一般的なフレネ
ルゾーンプレートは光透過性の基板上に同心円状の遮光
部材を設けた構造のものであり、透過領域からの光束の
回折作用を利用して所定位置に光束を集光させるものが
一般的である。
ーンプレート等が良く知られているが、一般的なフレネ
ルゾーンプレートは光透過性の基板上に同心円状の遮光
部材を設けた構造のものであり、透過領域からの光束の
回折作用を利用して所定位置に光束を集光させるものが
一般的である。
【００２４】ゾーンプレートを含む回折光学素子の構造
は、上記のような透過部と遮光部によるもののみでは無
く、透過特性（屈折率、透過距離等）が異なる領域を段
階的に設けたものや、基板内部に屈折率分布による透過
特性の異なる部分を設けたもの等が知られている。前者
の代表的なものは、いわゆるバイナリーオプティカルエ
レメント（ＢＯＥ）であり後者の代表的なものは、いわ
ゆるホログラムオプティカルエレメント（ＨＯＥ）であ
る。
は、上記のような透過部と遮光部によるもののみでは無
く、透過特性（屈折率、透過距離等）が異なる領域を段
階的に設けたものや、基板内部に屈折率分布による透過
特性の異なる部分を設けたもの等が知られている。前者
の代表的なものは、いわゆるバイナリーオプティカルエ
レメント（ＢＯＥ）であり後者の代表的なものは、いわ
ゆるホログラムオプティカルエレメント（ＨＯＥ）であ
る。
【００２５】ＢＯＥは、リソグラフィの工程を利用して
光透過性部材に階段状の表面形状を形成し（反射部材の
表面に形成しても良い）、透過距離を部分的に異ならし
めることにより回折作用を生じさせるものであり、フレ
ネルゾーンプレートの作用効果を持つ構成のものを図２
に例示する。ＢＯＥは、その製造方法から微細な任意の
パターンを高精度でかつ自由に構築できる利点があり、
その応用分野が特に注目されている。（写真工業、１９
９４年、３月号９４頁）
光透過性部材に階段状の表面形状を形成し（反射部材の
表面に形成しても良い）、透過距離を部分的に異ならし
めることにより回折作用を生じさせるものであり、フレ
ネルゾーンプレートの作用効果を持つ構成のものを図２
に例示する。ＢＯＥは、その製造方法から微細な任意の
パターンを高精度でかつ自由に構築できる利点があり、
その応用分野が特に注目されている。（写真工業、１９
９４年、３月号９４頁）
【００２６】これらのＢＯＥ等の高度な回折光学素子に
よれば、生じさせる回折光も従来良く知られた一点への
集束作用を有するもののみならず、任意の光波面を所望
の光波面に変換すること、光発散機能を有すること、光
集束機能と光束分離機能等を複合させること等の自由な
回折作用を生じさせることが可能である。
よれば、生じさせる回折光も従来良く知られた一点への
集束作用を有するもののみならず、任意の光波面を所望
の光波面に変換すること、光発散機能を有すること、光
集束機能と光束分離機能等を複合させること等の自由な
回折作用を生じさせることが可能である。
【００２７】さらに、ＢＯＥは薄くて軽量であり、量産
が容易であること、製造が容易で高い回折作用が得られ
ること、光利用率が高いこと、深紫外領域の光束でも光
路の偏向が可能であること等から、投影光学系の光学部
材としての応用が研究されてきた。
が容易であること、製造が容易で高い回折作用が得られ
ること、光利用率が高いこと、深紫外領域の光束でも光
路の偏向が可能であること等から、投影光学系の光学部
材としての応用が研究されてきた。
【００２８】ところで、回折光学素子の振る舞いは、
Ｗ．Ｃ．Ｓｗｅａｔｔの論文（Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａ
ｍ．ｖｏｌ．６９，Ｎｏ．３，ｐ．４８６（１９７
９））によると、厚さ無限小、屈折率無限大の屈折レン
ズと等価である。
Ｗ．Ｃ．Ｓｗｅａｔｔの論文（Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａ
ｍ．ｖｏｌ．６９，Ｎｏ．３，ｐ．４８６（１９７
９））によると、厚さ無限小、屈折率無限大の屈折レン
ズと等価である。
【００２９】従って、縮小倍率で反射型の投影光学系に
おいて、屈折部材の担っていた役割を、回折光学素子に
負わせることにより、反射面と回折光学素子のみで縮小
倍率の投影光学系を実現することが可能となるのであ
る。
おいて、屈折部材の担っていた役割を、回折光学素子に
負わせることにより、反射面と回折光学素子のみで縮小
倍率の投影光学系を実現することが可能となるのであ
る。
【００３０】本発明においては、縮小型の投影光学系を
反射部材と、回折光学素子で構成するので、通常、一般
的な透過型の屈折部材が使用できないとされる短波長域
においても、縮小型の投影露光装置を実現することがで
きる。
反射部材と、回折光学素子で構成するので、通常、一般
的な透過型の屈折部材が使用できないとされる短波長域
においても、縮小型の投影露光装置を実現することがで
きる。
【００３１】ここで、本発明にかかる反射型の縮小投影
露光装置における構成上の制約として以下のようなこと
がある。まず第１に、回折光学素子は使用する光の波長
幅に応じた分散を有している。これは、波長により回折
角が異なってくることに起因している。このため、近軸
域で話をすれば、回折光学素子としては、パワー（又は
回折角）をゼロ（焦点距離、無限大）に近い状態にする
のが望ましい。
露光装置における構成上の制約として以下のようなこと
がある。まず第１に、回折光学素子は使用する光の波長
幅に応じた分散を有している。これは、波長により回折
角が異なってくることに起因している。このため、近軸
域で話をすれば、回折光学素子としては、パワー（又は
回折角）をゼロ（焦点距離、無限大）に近い状態にする
のが望ましい。
【００３２】しかし、このことは回折光学素子が平行平
板と等価であることを意味するわけではない。回折光学
素子は、近軸域ではパワーをゼロに形成しても、他の部
分において光路を簡易かつ任意に偏向できるので、容易
に任意非球面と同等の効果を持たせた回折光学素子が構
築できるのである。
板と等価であることを意味するわけではない。回折光学
素子は、近軸域ではパワーをゼロに形成しても、他の部
分において光路を簡易かつ任意に偏向できるので、容易
に任意非球面と同等の効果を持たせた回折光学素子が構
築できるのである。
【００３３】第２に、このような回折光学素子の有して
いる分散特性を考慮すると、使用する光束の波長域が小
さいことが好ましく、このような光束を生じさせる光源
としては波長幅の小さいものが適していることが理解さ
れる。従って、光源としてはレーザーが望ましい。
いる分散特性を考慮すると、使用する光束の波長域が小
さいことが好ましく、このような光束を生じさせる光源
としては波長幅の小さいものが適していることが理解さ
れる。従って、光源としてはレーザーが望ましい。
【００３４】第３に、先に述べた様に、回折光学素子
は、屈折率無限大と等価となるのであるから、ペッツバ
ール（Ｐｅｔｚｖａｌ）和への寄与はゼロである。故
に、光学系全体としては、回折光学素子を除いた光学部
材、好ましくは反射部材だけでペッツバール和の補正が
なされていなければならない。そのため、複数の反射部
材の各々の曲面状の反射面としては、凸面と凹面の両方
を用いなければならないこととなる。
は、屈折率無限大と等価となるのであるから、ペッツバ
ール（Ｐｅｔｚｖａｌ）和への寄与はゼロである。故
に、光学系全体としては、回折光学素子を除いた光学部
材、好ましくは反射部材だけでペッツバール和の補正が
なされていなければならない。そのため、複数の反射部
材の各々の曲面状の反射面としては、凸面と凹面の両方
を用いなければならないこととなる。
【００３５】即ち、これらを勘案すると、発振波長帯域
の狭い光源（短波長のレーザ等）を用い、複数の反射部
材が凸面と凹面の反射面を持つものを組み合わせてペッ
ツバール和が補正されるものであれば良く、これにより
希望する倍率に設計された光学系を構築すると共に、投
影像に歪み等を生じさせる収差や反射偏向光等を回折光
学素子で部分的な光路の偏向等を行い、正確な投影像が
得られるように光路の偏向を行うように設計すること
で、反射型の縮小投影光学系並びにこれを利用した投影
露光装置が構築できる。
の狭い光源（短波長のレーザ等）を用い、複数の反射部
材が凸面と凹面の反射面を持つものを組み合わせてペッ
ツバール和が補正されるものであれば良く、これにより
希望する倍率に設計された光学系を構築すると共に、投
影像に歪み等を生じさせる収差や反射偏向光等を回折光
学素子で部分的な光路の偏向等を行い、正確な投影像が
得られるように光路の偏向を行うように設計すること
で、反射型の縮小投影光学系並びにこれを利用した投影
露光装置が構築できる。
【００３６】ここで、回折光学素子は例えばＢＯＥのよ
うに薄い光透過性基板上に構築された回折パターンから
なるものであれば、投影光学系の光路中に透過部材とし
て配しても、ここでの透過光量の減少はほとんど問題と
ならない程度である。また、反射型の基板上に回折パタ
ーンを構築することで反射型の回折光学素子を構築する
ことも可能である。このため、投影光学系の光路上に反
射型の回折光学素子を設けることで、光学部材の透過に
伴う光量減少も問題は生じない投影光学系が構築でき
る。
うに薄い光透過性基板上に構築された回折パターンから
なるものであれば、投影光学系の光路中に透過部材とし
て配しても、ここでの透過光量の減少はほとんど問題と
ならない程度である。また、反射型の基板上に回折パタ
ーンを構築することで反射型の回折光学素子を構築する
ことも可能である。このため、投影光学系の光路上に反
射型の回折光学素子を設けることで、光学部材の透過に
伴う光量減少も問題は生じない投影光学系が構築でき
る。
【００３７】次に、請求項２に記載した発明では、反射
部材の曲面状の反射面に回折光学素子を形成している
が、言い換えると回折光学素子と反射部材とを一体に構
成したものであり、投影光学系を構成する部材点数が減
少する利点がある。
部材の曲面状の反射面に回折光学素子を形成している
が、言い換えると回折光学素子と反射部材とを一体に構
成したものであり、投影光学系を構成する部材点数が減
少する利点がある。
【００３８】このような一体型の反射回折光学素子は、
反射鏡の表面に回折パターンを形成することで構築でき
る。例えば、反射面上にＢＯＥ等の製造工程を応用し
て、光透過性部材の積層パターンを形成する等の方法で
容易に製造できる。
反射鏡の表面に回折パターンを形成することで構築でき
る。例えば、反射面上にＢＯＥ等の製造工程を応用し
て、光透過性部材の積層パターンを形成する等の方法で
容易に製造できる。
【００３９】また、請求項３に記載した発明では、前記
複数の反射部材の内の少なくとも二つが、夫々の反射面
の曲率中心位置が互いに異なる位置になるように配設さ
れているので、これらの反射部材の反射作用により投影
像が変倍される。即ち、本発明における投影光学系の変
倍作用は、反射部材の曲面反射作用や、回折光学素子の
回折偏向作用により変倍するものでも良いが、少なくと
も反射部材の曲率中心が同一であればそれらの間での変
倍作用は生じずに等倍となる。
複数の反射部材の内の少なくとも二つが、夫々の反射面
の曲率中心位置が互いに異なる位置になるように配設さ
れているので、これらの反射部材の反射作用により投影
像が変倍される。即ち、本発明における投影光学系の変
倍作用は、反射部材の曲面反射作用や、回折光学素子の
回折偏向作用により変倍するものでも良いが、少なくと
も反射部材の曲率中心が同一であればそれらの間での変
倍作用は生じずに等倍となる。
【００４０】本発明のように、反射部材の曲率中心を異
ならしめることにより、これらの間での反射偏向作用で
投影像は変倍される。ただし、このような曲面の反射の
みでは投影像に歪みが生ずるので、回折光学素子により
投影像の歪みを打ち消すように光路を修正する偏向作用
を持たせている。
ならしめることにより、これらの間での反射偏向作用で
投影像は変倍される。ただし、このような曲面の反射の
みでは投影像に歪みが生ずるので、回折光学素子により
投影像の歪みを打ち消すように光路を修正する偏向作用
を持たせている。
【００４１】
【実施例】以下、実施例を通じ本発明をさらに詳しく説
明する。図１は、本発明の一実施例に係る投影光学装置
の主要部を示すものであり、フォトマスク１は、図示し
ない照明光学系より射出される露光光により透過照明さ
れ、フォトレジストが塗布されたウエハからなる感光性
基板２の上に、フォトマスク１の所定のパターンの像を
形成するものである。ここでは、光源手段としてＡｒ−
Ｆレーザー（λ＝１９３ｎｍ）を使用している。
明する。図１は、本発明の一実施例に係る投影光学装置
の主要部を示すものであり、フォトマスク１は、図示し
ない照明光学系より射出される露光光により透過照明さ
れ、フォトレジストが塗布されたウエハからなる感光性
基板２の上に、フォトマスク１の所定のパターンの像を
形成するものである。ここでは、光源手段としてＡｒ−
Ｆレーザー（λ＝１９３ｎｍ）を使用している。
【００４２】フォトマスク１を透過した光束は、凹曲面
の反射面を持つ反射鏡１１により反射され、凸曲面の反
射面を持つ反射鏡１２に導かれ、更にここで反射され
て、凹曲面の反射面を持つ反射鏡１３に導かれる。反射
鏡１３で反射された光束は、透過型の回折光学素子２１
に入射し、ここで光路が一部偏向されて凹曲面の反射面
とその表面に回折パターン２２が形成された回折反射鏡
１４に導かれ、ここで反射回折されて感光性基板２上に
マスク１のパターンの像が縮小変倍されて投影される。
なお、これらの反射面の曲率中心位置はすべてが一致す
るということがないように配置されている。
の反射面を持つ反射鏡１１により反射され、凸曲面の反
射面を持つ反射鏡１２に導かれ、更にここで反射され
て、凹曲面の反射面を持つ反射鏡１３に導かれる。反射
鏡１３で反射された光束は、透過型の回折光学素子２１
に入射し、ここで光路が一部偏向されて凹曲面の反射面
とその表面に回折パターン２２が形成された回折反射鏡
１４に導かれ、ここで反射回折されて感光性基板２上に
マスク１のパターンの像が縮小変倍されて投影される。
なお、これらの反射面の曲率中心位置はすべてが一致す
るということがないように配置されている。
【００４３】ここで、回折光学素子２１は、例えば石英
ガラス基板上に形成された透過部材からなる回折パター
ンを有する回折光学素子である。なお、石英ガラス基板
自体をエッチング処理して回折パターンを形成したもの
であっても良い。
ガラス基板上に形成された透過部材からなる回折パター
ンを有する回折光学素子である。なお、石英ガラス基板
自体をエッチング処理して回折パターンを形成したもの
であっても良い。
【００４４】また、この回折光学素子２１は、透過型の
ものを使用しているが、いわゆるＢＯＥ等の製造方法に
よれば基板自体は非常に薄いもので構築できるので、屈
折レンズを用いる場合と異なって、透過率（透過光量の
減少）、及び熱（光の吸収）もほとんど問題とならな
い。なお、回折光学素子２１を平面反射部材上に設けた
回折パターンを有するものとしここで光路を折り曲げて
光学系を構成することも可能であり、この場合には透過
素子を用いずに投影光学系が構築できる。
ものを使用しているが、いわゆるＢＯＥ等の製造方法に
よれば基板自体は非常に薄いもので構築できるので、屈
折レンズを用いる場合と異なって、透過率（透過光量の
減少）、及び熱（光の吸収）もほとんど問題とならな
い。なお、回折光学素子２１を平面反射部材上に設けた
回折パターンを有するものとしここで光路を折り曲げて
光学系を構成することも可能であり、この場合には透過
素子を用いずに投影光学系が構築できる。
【００４５】一方、回折反射鏡１４も同様に反射鏡の表
面に透過部材又は反射部材の積層構造を有する回折パタ
ーンが形成された一種の回折光学素子である。前述した
ようにＢＯＥ等の回折光学素子は、回折パターンを平面
上のみならず曲面上にも形成できるものであり、さらに
透過部材のみならず反射面上にも形成することが可能で
ある。
面に透過部材又は反射部材の積層構造を有する回折パタ
ーンが形成された一種の回折光学素子である。前述した
ようにＢＯＥ等の回折光学素子は、回折パターンを平面
上のみならず曲面上にも形成できるものであり、さらに
透過部材のみならず反射面上にも形成することが可能で
ある。
【００４６】次に、本実施例の投影光学系の基本的倍率
は、大旨、反射面（反射鏡１１、１２、１３、回折反射
鏡１４）だけで決められている。即ち、３個の凹曲面と
１個の凸曲面の反射（偏向）作用により、反射面のみで
構成される縮小倍率の投影光学系が構築されている。
は、大旨、反射面（反射鏡１１、１２、１３、回折反射
鏡１４）だけで決められている。即ち、３個の凹曲面と
１個の凸曲面の反射（偏向）作用により、反射面のみで
構成される縮小倍率の投影光学系が構築されている。
【００４７】縮小倍率としては、現行トレンドとして
は、１／４〜１／５倍が適正であるとされている。ま
た、フォトマスク面と感光性基板の間の結像関係は、円
環状スリット領域にて行ない、フォトマスクと感光性基
板を縮小の結像倍率比で沿うほうをスキャンする構成と
するのが好ましい。さらに、回折光学素子（２１、２
２）は、いわゆる屈折面における屈折作用のアナロジー
でいえば、非球面の効果を有するものであり、上記のよ
うに反射鏡で構成される変倍光学系の収差補正の機能を
有している。
は、１／４〜１／５倍が適正であるとされている。ま
た、フォトマスク面と感光性基板の間の結像関係は、円
環状スリット領域にて行ない、フォトマスクと感光性基
板を縮小の結像倍率比で沿うほうをスキャンする構成と
するのが好ましい。さらに、回折光学素子（２１、２
２）は、いわゆる屈折面における屈折作用のアナロジー
でいえば、非球面の効果を有するものであり、上記のよ
うに反射鏡で構成される変倍光学系の収差補正の機能を
有している。
【００４８】即ち、投影光学系の基本倍率は回折光学素
子以外の反射面により定められているので、回折光学素
子は収差補正に寄与する構成とされている。ここで、収
差とは球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲
収差等であり、回折光学素子を複数枚用いる場合は、そ
の配置構成により補正対象となる収差が決まる。
子以外の反射面により定められているので、回折光学素
子は収差補正に寄与する構成とされている。ここで、収
差とは球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲
収差等であり、回折光学素子を複数枚用いる場合は、そ
の配置構成により補正対象となる収差が決まる。
【００４９】例えば、全景の瞳面付近に配される場合
は、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収
差の順に収差補正の効果が大きい。また、像面（中間像
を含む）の付近に配される場合は、これとは逆に歪曲収
差、像面湾曲、非点収差、コマ収差、球面収差の順に収
差補正の効果が大きい。
は、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収
差の順に収差補正の効果が大きい。また、像面（中間像
を含む）の付近に配される場合は、これとは逆に歪曲収
差、像面湾曲、非点収差、コマ収差、球面収差の順に収
差補正の効果が大きい。
【００５０】図１に示す実施例においては、回折光学素
子２１の付近に中間像が形成されるので回折光学素子２
１により主に歪曲収差、像面湾曲、非点収差の収差補正
を行ない、瞳面付近に位置する回折光学素子２２が球面
収差、コマ収差、非点収差の補正を主に行なう構成とし
ている。
子２１の付近に中間像が形成されるので回折光学素子２
１により主に歪曲収差、像面湾曲、非点収差の収差補正
を行ない、瞳面付近に位置する回折光学素子２２が球面
収差、コマ収差、非点収差の補正を主に行なう構成とし
ている。
【００５１】従って、本実施例では上記のように反射型
の縮小投影光学系を用いた露光装置が構築でき、その投
影像は歪みのない微細なパターンが再現されている。ま
た、基本設計を更なる短波長（Ｆ2 レーザー（λ＝１５
７ｎｍ）等）に合わせて、露光装置を構築することも可
能であり、従来より高精度な微細パターンの転写露光が
行えるものとなる。
の縮小投影光学系を用いた露光装置が構築でき、その投
影像は歪みのない微細なパターンが再現されている。ま
た、基本設計を更なる短波長（Ｆ2 レーザー（λ＝１５
７ｎｍ）等）に合わせて、露光装置を構築することも可
能であり、従来より高精度な微細パターンの転写露光が
行えるものとなる。
【００５２】なお、本実施例では、回折光学素子を２つ
として、図１に示したような位置に配置したが、これは
本実施例における反射鏡の配置構成から生ずる収差補正
の都合により決定されたものであり、これに限定される
ものでは無い。同じ反射鏡の配置構成においても、異な
る位置に異なる構成の回折光学素子を異なる個数設けて
も良い。
として、図１に示したような位置に配置したが、これは
本実施例における反射鏡の配置構成から生ずる収差補正
の都合により決定されたものであり、これに限定される
ものでは無い。同じ反射鏡の配置構成においても、異な
る位置に異なる構成の回折光学素子を異なる個数設けて
も良い。
【００５３】また、各反射面の配置も図１に示す構成に
限定されるものではない。必要とする倍率等に合わせて
設計された光学系の構成に合わせて、任意の個数にて、
任意の位置に配置することが可能である。いずれの場合
にも、本発明の要旨を逸脱していない範囲で、反射鏡並
びに回折光学素子を組み合わせて、適正な倍率で正確な
投影像が得られるように種々の構成を設計すれば良い。
限定されるものではない。必要とする倍率等に合わせて
設計された光学系の構成に合わせて、任意の個数にて、
任意の位置に配置することが可能である。いずれの場合
にも、本発明の要旨を逸脱していない範囲で、反射鏡並
びに回折光学素子を組み合わせて、適正な倍率で正確な
投影像が得られるように種々の構成を設計すれば良い。
【００５４】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
回折光学素子を利用することで反射型の縮小投影光学系
が容易に構築できるので、投影光学装置としての応用範
囲が広がる利点がある。
回折光学素子を利用することで反射型の縮小投影光学系
が容易に構築できるので、投影光学装置としての応用範
囲が広がる利点がある。
【００５５】特に、従来不可能であった透過屈折部材を
用いずに、主に反射部材のみで変倍（縮小型）投影光学
系が実現できるので、短波長域における転写露光が可能
となる。即ち、一般に屈折部材を用いることができない
とされている短波長領域においても使用可能な縮小投影
光学系を実現することができることとなる。言うまでも
無く、使用光束の短波長化は、投影光学系の解像力の向
上を意味するものであるので、短波長域の光束を利用し
た更なる微細パターンの高精度の転写露光が可能とな
る。
用いずに、主に反射部材のみで変倍（縮小型）投影光学
系が実現できるので、短波長域における転写露光が可能
となる。即ち、一般に屈折部材を用いることができない
とされている短波長領域においても使用可能な縮小投影
光学系を実現することができることとなる。言うまでも
無く、使用光束の短波長化は、投影光学系の解像力の向
上を意味するものであるので、短波長域の光束を利用し
た更なる微細パターンの高精度の転写露光が可能とな
る。
【００５６】さらに、本発明は、いわゆるフォトリソグ
ラフィにて用いられる縮小投影光学系を搭載する投影露
光装置のみならず、いわゆるＸ線リソグラフィにおける
露光装置としても適用できる。即ち、Ｘ線も電磁波の一
種であり、反射部材における反射はスネルの法則（入射
角＝反射角）に従い、回折光学素子における回折現象も
光と同様に認められるためである。従って、本発明を応
用することにより、Ｘ線を利用した等倍もしくは変倍の
投影光学系も構築できる。
ラフィにて用いられる縮小投影光学系を搭載する投影露
光装置のみならず、いわゆるＸ線リソグラフィにおける
露光装置としても適用できる。即ち、Ｘ線も電磁波の一
種であり、反射部材における反射はスネルの法則（入射
角＝反射角）に従い、回折光学素子における回折現象も
光と同様に認められるためである。従って、本発明を応
用することにより、Ｘ線を利用した等倍もしくは変倍の
投影光学系も構築できる。
【図１】本発明の一実施例に係る投影露光装置の主要構
成を示す概略説明図である。
成を示す概略説明図である。
【図２】バイナリーオプティカルエレメント（回折光学
素子）の一例の概略構成を示す説明図である。
素子）の一例の概略構成を示す説明図である。
１：フォトマスク ２：感光性基板 １１、１３：凹反射鏡 １２：凸反射鏡 １４：回折反射鏡 ２１：透過型の回折光学素子 ２２：反射型の回折光学素子（反射鏡の上に設けられた
回折パターン）
回折パターン）
Claims (3)
- 【請求項１】 光源手段からの光束をマスクに照射する
ことにより、投影光学系を介して前記マスクのパターン
を感光基板上へ露光する投影露光装置において、 前記投影光学系は、曲面上の反射面を持つ複数の反射部
材と、少なくとも一つの回折光学素子とを含むことを特
徴とする投影露光装置。 - 【請求項２】 前記回折光学素子が、前記反射部材の反
射面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載
した投影露光装置。 - 【請求項３】 前記複数の反射部材の内の少なくとも二
つは、夫々の反射面の曲率中心位置が互いに異なる位置
になるように配設されており、投影光学系全体として縮
小光学系を構成することを特徴とする請求項１又は２に
記載した投影露光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6170378A JPH0817720A (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 投影露光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6170378A JPH0817720A (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 投影露光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0817720A true JPH0817720A (ja) | 1996-01-19 |
Family
ID=15903832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6170378A Pending JPH0817720A (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 投影露光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0817720A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999045580A1 (en) * | 1998-03-06 | 1999-09-10 | Nikon Corporation | Exposure device and method of manufacturing semiconductor device |
| WO1999052004A1 (en) * | 1998-04-07 | 1999-10-14 | Nikon Corporation | Projection exposure apparatus and method, and reflection refraction optical system |
| US6829099B2 (en) | 2000-03-31 | 2004-12-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Projection optical system and projection exposure apparatus |
| JP2012182492A (ja) * | 2008-05-20 | 2012-09-20 | Gigaphoton Inc | 極端紫外光用ミラー、極端紫外光用ミラーの製造方法及び極端紫外光源装置 |
-
1994
- 1994-06-30 JP JP6170378A patent/JPH0817720A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999045580A1 (en) * | 1998-03-06 | 1999-09-10 | Nikon Corporation | Exposure device and method of manufacturing semiconductor device |
| US6583856B1 (en) | 1998-03-06 | 2003-06-24 | Nikon Corporation | Exposure apparatus and fabrication method of semiconductor device using the same |
| JP4333035B2 (ja) * | 1998-03-06 | 2009-09-16 | 株式会社ニコン | 露光装置および該装置を用いた半導体デバイスの製造方法 |
| WO1999052004A1 (en) * | 1998-04-07 | 1999-10-14 | Nikon Corporation | Projection exposure apparatus and method, and reflection refraction optical system |
| US6707616B1 (en) | 1998-04-07 | 2004-03-16 | Nikon Corporation | Projection exposure apparatus, projection exposure method and catadioptric optical system |
| US6829099B2 (en) | 2000-03-31 | 2004-12-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Projection optical system and projection exposure apparatus |
| JP2012182492A (ja) * | 2008-05-20 | 2012-09-20 | Gigaphoton Inc | 極端紫外光用ミラー、極端紫外光用ミラーの製造方法及び極端紫外光源装置 |
| JP2012212904A (ja) * | 2008-05-20 | 2012-11-01 | Gigaphoton Inc | 極端紫外光用ミラー、極端紫外光用ミラーの製造方法及び極端紫外光源装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040518 |