JPH10256147A

JPH10256147A - 露光装置

Info

Publication number: JPH10256147A
Application number: JP9076708A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Ikeda; 正俊池田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1997-03-13
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】反射面の光学特性を最適とする反射鏡を有す
る露光装置を提供する。【解決手段】平板部Ｍ２ｂを平面鏡Ｍ２に一体的に形
成することにより、例えば平面鏡Ｍ２に支持力を加えて
変形させる恐れのある板ばね等を設けなくても、平面鏡
Ｍ２の支持が達成でき、それにより平面鏡Ｍ２の変形を
低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁
気ヘッド等の製造工程内のフォトリソグラフィ工程内で
マスクパターンを感光性の基板上に露光する露光装置に
関し、特に高精度の反射光学部材を備えた露光装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体素子等を製造するための
フォトリソグラフィ工程（マスクパターンのレジスト像
を基板上に形成する工程）では、マスクとしてのレチク
ルのパターンを投影光学系を介して、フォトレジストが
塗布された基板（又はウエハ等）上に露光する投影露光
装置（ステッパー等）が使用されている。

【０００３】一般的な投影露光装置において、レチクル
に描画されたパターンは、投影光学系により１／５〜１
／４に縮小されて、基板上に露光転写される。ここで、
半導体素子等は、それを組み込んだ装置のコンパクト化
を図り消費電力を低減する等のため、極力小さなものと
することが望まれている。しかるに、半導体素子等をよ
り小さなものとするためには、基板に露光転写されるパ
ターンをより微細なものとする必要がある。特に近年に
おいてはＵＬＳＩの集積度が更に高まり、例えば０．３
５ミクロン以下の線幅を有するパターンを基板に形成す
ることが要求されている。

【０００４】従来の投影露光装置では、露光光としてｇ
線（波長：４３６ｎｍ）、ｉ線（波長：３６５ｎｍ）等
が使用されているが、上述したように線幅の狭いパター
ンを基板に形成すべく最近では、ＫｒＦエキシマレーザ
光（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ光（渡
長：１９３ｎｍ）等が用いられつつある。ところで、こ
れらの波長帯域の露光光を用いて露光処埋を行う場合
に、十分な縮小率が得られ、また光学系自体を小型化す
ることができるという利点があることから、投影光学系
として、反射鏡を用いた反射屈折光学系が用いられるこ
とが多い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上述したよ
うな線幅の狭いパターンを基板に描画するためには、露
光光の種類を変えるのみでは足らず、反射屈折光学系
の、例えば形状等にかかる精度をも向上させ、その光学
特性を理想値に近づける必要がある。一般的に、このよ
うな反射屈折光学系は複数の光学素子から形成されてい
るため、反射屈折光学系全体の精度を向上させるには、
かかる光学素子の精度を個々に向上させなくてはならな
い。ここで、反射屈折光学系の一部を構成する反射光学
部材である平面鏡は、単体では極めて精度の高いもので
はあるが、光学系に対する要求精度が極めて高くなる
と、平面鏡の支持の態様により反射面が変形しその光学
性能が低下するという問題がある。この問題を以下に説
明する。

【０００６】平面鏡は、通常ガラス、セラミック又はゼ
ロデュア（ｚｅｒｏｄｕｒ、登録商標）の平板の片面に
アルミコート等を蒸着することによって作られる。とこ
ろで、ガラス等は本来固いものであるから、平面鏡を支
持することによる変形の程度は元々少なく、通常の光学
機器においては、平面鏡の支持態様如何に関わらずその
変形に基づく光学特性の低下は無視できる。

【０００７】ところが、上述したように近年の投影露光
装置においては、極めて高い精度の反射屈折光学系が必
要となるため、平面鏡を支持する態様によっては、平面
鏡にゆがみが生じ、それにより反射屈折光学系全体の光
学特性が低下する恐れがある。平面鏡の加工時と組込時
の変形の類似度をもって、たわみの再現性という。

【０００８】図５は、従来技術による平面鏡を支持枠に
支持した状態を示す図であり、図５（ａ）はその上面図
であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の平面鏡及び支持枠
をＶＢ−ＶＢ線に沿って切断して得られた図である。

【０００９】図５において、長手方向に直交する断面が
二等辺三角形の形状を有するプリズム状の支持枠５１０
は、水平面５１０ａと、水平面５１０ａに直交する垂直
面５１０ｂと、斜めに延びる斜面５１０ｃとを有する。
水平面５１０ａから斜面５１０ｃに向かって、及び垂直
面５１０ｂから斜面５１０ｃに向かって開口５１０ｄ、
５１０ｅが形成されており、斜面５１０ｃにおいて開口
５１０ｄ、５１０ｅは一致した開口端５１０ｆを有す
る。

【００１０】板状の平面鏡Ｍ５２は、平らな鏡面Ｍ５２
ａを開口端５１０ｆに対向させるようにして斜面５１０
ｃに密着しており、鏡面５１０ａの裏面５１０ｂを４つ
の板ばね５１１で支持されている。更に各板ばね５１１
はボルト５１２で支持枠５１０に固定されており、従っ
て平面鏡Ｍ５２は、支持枠５１０に向かって板ばね５１
１の弾性力で押し付けられている。

【００１１】このように、斜面５１０ｃに向かって平面
鏡Ｍ５２が押し付けられれば、両者の密着度は高まる
が、上述したように斜面５１０ｃには開口端５１０ｆが
形成されているので、斜面５１０ｃから平面鏡Ｍ５２が
受ける反力は全面において一様とならず、それ故、たと
え平面鏡Ｍ５２単体における鏡面Ｍ５２ａの平面度が高
かったとしても、平面鏡Ｍ５２を支持枠５１０に密着さ
せて取り付けることにより、その平面度が低下する恐れ
がある。かかる鏡面Ｍ５２ａの平面度の低下は、これを
用いた反射屈折光学系における結像特性等の光学特性の
低下を招く。

【００１２】そこで本願発明はかかる問題に鑑み、反射
面の光学特性を最適とする反射鏡を有する露光装置を提
供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願発明のマスクに形成
されたパターンの像を感光基板上に露光する露光装置
（１０）は、反射光学部材（Ｍ２）を含み、パターン像
を感光基板（Ｗ）上に投影する投影光学系（ＰＬ）を備
えており、反射光学部材（Ｍ２）が、投影光学系（Ｐ
Ｌ）に取り付けるための取付部（Ｍ２ｂ）を一体的に形
成していることを特徴とする。

【００１４】本願発明の露光装置によれば、取付部（Ｍ
２ｂ）を反射光学部材（Ｍ２）に一体的に形成すること
により、例えば反射光学部材（Ｍ２）に支持力を加えて
変形させる恐れのある板ばね等を設けなくても、反射光
学部材（Ｍ２）の支持が達成でき、それにより反射光学
部材（Ｍ２）の変形を低減することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係
る投影露光装置１０の概略構成を示す図である。この投
影露光装置１０は、いわゆるステップ・アンド・スキャ
ン方式の走査露光型の投影露光装置である。

【００１６】この投影露光装置１０は、水平面内をＹ軸
方向（図１における紙面左右方向）に移動可能なＹステ
ージ１２と、このＹステージ１２上をＹ軸に直交するＸ
軸方向（図１における紙面垂直方向）に移動可能なＸス
テージ１４と、このＸステージ１４の上方に配置された
反射屈折光学系（以下、「π型の光学系」と称する）か
ら成る両側テレセントリックな投影光学系ＰＬと、この
投影光学系ＰＬの上方に配置され、マスクとしてのレチ
クルＲを保持してＹ軸方向に移動可能なレチクルステー
ジＲＳＴと、このレチクルステージＲＳＴの上方に配置
された照明光学系１６と、露光光源１８とを備えてい
る。これらの構成要素の内、露光光源１８を除く要素
は、温度，湿度等が高精度に維持されたチャンバ２０内
に収納されている。

【００１７】露光光源１８としては、本実施形態では、
波長１９３ｎｍのレーザ光を発するＡｒＦエキシマレー
ザが使用されている。一般的に微細な回路パターン（例
えば、サブミクロンオーダーの線幅パターン）を露光す
るためには、露光光の波長を短くするか、投影光学系の
開口数（Ｎ．Ａ．）を大きくする等の手法が考えられ
る。しかるに、開口数を大きくすると焦点深度が浅くな
るので、開口数を必要以上に大きくすることは得策では
ない。そこで、微細な回路パターンを露光する現実的な
手法として、波長の短いＡｒＦエキシマレーザ光を採用
しているのである。露光光源１８からのレーザ光は、ミ
ラーＭ０を介して照明光学系１６に入射する。

【００１８】照明光学系１６は、リレーレンズ、フライ
アイレンズ、コンデンサーレンズ等の各種レンズ系や、
開口絞り及ぴレチクルＲのパターン面と共役な位置に配
置されたブラインド等（いずれも図示せず）を含んで構
成されている。

【００１９】レチクルステージＲＳＴは、Ｘ軸方向の微
動およびＺ軸周りの微小回転が可能とされるとともに、
不図示の駆動系によってＹ軸方向に駆動されるようにな
っている。このレチクルステージＲＳＴは、走査露光時
には不図示の制御装置によってＹステージ１２と反対の
方向へ投影光学系ＰＬの縮小倍率に応じて定まる速度比
の速度で同期しつつ駆動される。

【００２０】投影光学系ＰＬとしては、反射光学素子を
３つ備えた３回反射の反射屈折光学系から成る所定の縮
小倍率１／ｎ（ｎは正の整数）のものが用いられている
ため、ＡｒＦエキシマレーザ光を露光光として用いる場
合であっても、投影光学系ＰＬ自体をそれほど大型化す
ることなく、十分な解像度で微細な回路パターンを露光
することが可能となる。この投影光学系ＰＬの構成につ
いては後述する。

【００２１】Ｘステージ１４上には、不図示のウェハホ
ルダを介して感光基板としてのウエハＷが載置されてお
り、このウエハＷの表面には感光材として、例えば高感
度レジストである化学増幅型レジストが塗布されてい
る。Ｘステージ１４、Ｙステージ１２の位置は、不図示
のレーザ干渉計システムによって計測されており、この
レーザ干渉計システムの計測値が前述した制御装置によ
ってモニタされている。

【００２２】上述のようにして構成された投影露光装置
１０によると、ウエハＷとレチクルＲのアライメントが
行われた状態で、露光光源１８から露光光が照射される
と、この露光光が照明光学系１６を通る際に、照明光学
系１６内のブラインドによって断面形状が制限される。
そして、この制限された露光光は、リレーレンズ、コン
デンサーレンズ等を介して回路パターンが描画されたレ
チクルＲ上のスリット状の照明領域３１を均一な照度で
照明する。次に、このレチクルＲを透過した露光光は、
投影光学系ＰＬに入射され、これによってレチクルＲの
回略パターンが１／ｎ倍に縮小されてウェハＷ上に投影
露光される。この露光の際には、レチクルＲとウエハＷ
とがＹ軸方向に沿って互いに逆向きに所定の速度比で同
期走査されることにより、レチクルＲのパターン全体が
ウエハＷ上の１ショット領域に転写される。このような
走査露光は、ウエハＷを順次ステップ移動しながら行わ
れ、レチクルＲのパターンがウエハＷ上の全ショット領
域に転写されることになる。

【００２３】図２は、図１の投影光学系ＰＬを拡大して
示す図である。この図２に示されるように、投影光学系
ＰＬは、正面から見たときに略πの字状でレチクル対向
面部とウェハ対向面部とが開口したレンズ鏡筒２２と、
全体的には縮小光学系を構成する３つのレンズ群ＧＬ１
〜ＧＬ３と３つの反射光学素子（凹面鏡と平面鏡）Ｍ１
〜Ｍ３を備えている。これをさらに詳述すると、第１レ
ンズ群ＧＬ１は、レチクルＲの下方にＺ軸方向に沿って
配置された共通のＺ軸方向の光軸を有する複数の凹レン
ズ、凸レンズ等によって構成されている。また、第３レ
ンズ群ＧＬ３は、ウエハＷの上方にＺ軸方向に沿って配
置された共通のＺ軸方向の光軸を有する複数の凹レン
ズ、凸レンズによって構成されている。

【００２４】上述した第１レンズ群ＧＬ１の下方には、
反射鏡保持装置４０により保持された凹面鏡Ｍ１が配置
されている。また、第１レンズ群ＧＬ１の上方で当該投
影レンズＰＬの瞳面の位置には、プリズム鏡Ｍ２が配置
されている。また、第３のレンズ群ＧＬ３の上方には、
比較的大型の平面鏡Ｍ３が配置され、両鏡Ｍ２、Ｍ３と
の間にＺ軸と直交する方向に光軸を有する複数のレンズ
から成る第２レンズ群ＧＬ２が配置されている。平面鏡
Ｍ３は、ここではハーフミラーではなく露光光がほぼ１
００パーセント近く反射される一般的な反射鏡である。

【００２５】更に、本実施形態の投影光学系ＰＬにおい
て、レンズ鏡筒２２のレチクル対向面部は、第１レンズ
群ＧＬ１の光軸近傍まで延ばされ、この部分によって第
１レンズ群の図２における右半分に対する上方からの光
の入射を制限する第１の遮光板２２Ａが形成されてい
る。同様に、レンズ鏡筒２２の第１レンズ群ＧＬ１と第
２レンズ群ＧＬ２との境界部分は、第２レンズ群ＧＬ２
の光軸近傍まで延ばされ、この部分によって第１レンズ
群ＧＬ１側からの余計な反射光や乱反射光が第２レンズ
群ＧＬ２へ入射されるのを防止する第２の遮光板２２Ｂ
が形成されている。

【００２６】上記投影光学系ＰＬによれば、図２に示さ
れるように、レチクルＲを透過した露光光ＥＬは、投影
光学系ＰＬ内で第１レンズ群ＧＬ１の左半部を透過して
凹面鏡Ｍ１に至り、ここで入射方向と光軸ＡＸに関して
対称な方向に反射され、第１レンズ群ＧＬ１の右半部を
透過してプリズム鏡Ｍ２に至る。次に、この露光光ＥＬ
は、プリズム鏡Ｍ２で反射されて第２レンズ群ＧＬ２の
光軸に平行な方向に向けて方向変換され、第２レンズ群
ＧＬ２の上半部を透過して平面鏡Ｍ３に至る。そして、
この露光光は平面鏡Ｍ３で反射されて、第３レンズ群Ｇ
Ｌ３の光軸に平行な方向に方向変換され、第３レンズ群
ＧＬ３の左半部を透過してウエハＷ上に至る。

【００２７】本実施の形態に係る投影露光装置１０の投
影光学系ＰＬは、π型の光学系（反射屈折光学系）であ
り、その反射光学部材として平面鏡Ｍ２を有する。

【００２８】図３は、第１の実施の形態にかかる平面鏡
Ｍ２を支持枠に支持した状態を示す図であり、図３
（ａ）はその上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）
の平面鏡及び支持枠をＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿って切
断して得られた図である。なお、図３（ｂ）中矢印Ｇで
示す方向が重力方向である。

【００２９】平面鏡Ｍ２は、プリズム状の本体部Ｍ２ａ
に、本体部Ｍ２ａより幅寸法の大きい平板部（取付部）
Ｍ２ｂを重ね合わせた形状をしており、ゼロデュア等の
素材から一体的に形成されている。更に本体部Ｍ２ａ
は、斜面Ｍ２ｃにアルミコート蒸着を施し、平らな鏡面
としている。なお、平面鏡Ｍ２をプリズム形状とするこ
とにより、図５に示すような平板に比較し剛性が高くな
り、それにより鏡面部の面精度をより高くすることがで
きる。

【００３０】平面鏡Ｍ２の支持枠１４０は、矩形状の平
板であり、その中央に、平面鏡Ｍ２の平板部を収容しう
る形状・寸法の矩形開口１４０ａが形成されている。矩
形開口１４０ａの上端には全周に溝１４０ｂが形成され
ている。更に、矩形開口１４０ａの４つの角には、加工
上の逃げである切欠１４０ｃが形成されている。また、
矩形開口１４０ａの下方縁には、図３（ａ）中右側に１
つ左側に２つの突起１４０ｄが形成されている。なお、
左側の２つの突起１４０ｄは、矩形開口１４０ａの長手
方向中央から等間隔に離れ、かつその長手方向長さの
０．６倍の距離だけ互いに離れている。また、右側の突
起１４０ｄは、矩形開口１４０ａの長手方向中央に配置
されている。

【００３１】投影露光装置の所定位置に配置された支持
枠１４０に対し、平面鏡Ｍ２は、鏡面Ｍ２ｃが図３
（ｂ）中右下方を向く姿勢で、上方から矩形開口１４０
ａに挿入されるようにして組み付けられる。更に、平面
鏡Ｍ２の本体部Ｍ２ａを矩形開口１４０ａ内を通過さ
せ、平板部Ｍ２ｂを突起１４０ｄに当てた状態で、溝１
４０ｂにシリコン系接着剤（不図示）を充填することに
より、平板部Ｍ２ｂの周囲を矩形開口１４０ａに固定し
て組付が完了する。

【００３２】かかる組付状態においては、平板部Ｍ２ｂ
が矩形開口１４０ａの内周に収まっているため、水平方
向にガタつくことはない。一方平面鏡Ｍ２は、突起１４
０ｄにより、大きな支持力を必要とする左側を２点で支
持し、小さな支持力で足る右側を１点で支持し、支持力
のバランスを取っている。更に、矩形開口１４０ａの長
手方向中央から等間隔に離れ、かつその長手方向長さの
０．６倍の距離だけ互いに離れている左側の突起１４０
ｄにより、平面鏡Ｍ２を支持することにより、かかる支
持力に基づくたわみを、いわゆるベッセル点（Ｂｅｓｓ
ｅｌｐｏｉｎｔ）の原理に基づき幾何学上最も少ない
ものとしている。なお、物理的に安定する剛体支持点の
数は３つであるため、右側の支持点を１つとし、かつ矩
形開口１４０ａの中央に設けることにより対称のたわみ
を得ている。

【００３３】本実施の形態による平面鏡Ｍ２によれば、
平板部（取付部）Ｍ２ｂが反射面Ｍ２ｃから離れている
ために、例えば投影光学系ＰＬにおいて反射面Ｍ２ｃの
近傍において、取付の為のスペースを十分確保できない
ような場合でも、かかる位置に反射面Ｍ２ｃを配置する
ことが可能となる。

【００３４】更に、平面鏡Ｍ２を支持枠１４０に取り付
けるのにボルトやばね等の固定部材を用いる必要がな
く、単に支持枠１４０に平面鏡Ｍ２をつり下げるのみで
足り、よって取付による平面鏡Ｍ２の内部応力を低減す
ることができる。一方、平面鏡Ｍ２を支持枠１４０に取
付けた場合、最も応力の高くなる位置は、本体部Ｍ２ａ
と平板部Ｍ２ｂとの間のノッチ部Ｍ２ｄである。従っ
て、かかるノッチ部Ｍ２ｄから離れれば離れるほど平面
鏡Ｍ２の内部応力分布は穏やかになる。また、ノッチ部
Ｍ２ｄにアールを設けることにより内部応力を低減する
ことができる。本実施の形態によれば、平面鏡Ｍ２はプ
リズム状であるので、反射面Ｍ２ｃはノッチ部Ｍ２ｄか
ら離れており、その応力に基づく変形量は小さいものと
なっている。なお、かかる応力に基づく変形量を小さく
抑えるため、あまり反射面Ｍ２ｃを下方に設置すると、
平面鏡Ｍ２の重量が増加し、ノッチ部Ｍ２ｄの応力が過
大となる恐れがある。

【００３５】図４は、第２の実施の形態にかかる、平面
鏡Ｍ２を支持枠に支持した状態を示す図であり、図４
（ａ）はその上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）
の平面鏡及び支持枠をＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿って切断し
て得られた図である。

【００３６】図４に示す第２の実施の形態が、図３に示
す第１の実施の形態と異なる点は、支持枠１４０に取り
付ける際の平面鏡Ｍ２の姿勢にある。即ち、平面鏡Ｍ２
も支持枠１４０も何れの実施の形態において同一な構成
であるが、平面鏡Ｍ２は天地を逆にして、支持枠１４０
に組み込まれている。第１の実施の形態においては、下
方向の光の折り曲げであったが、上方向の光の折り曲げ
の場合、第２の実施の形態が有効となる。

【００３７】なお、平板部Ｍ２ｂを支持枠１４０に固定
する際に、硬化時における収縮力が比較的低いことか
ら、シリコン系接着剤を用いているが、エポキシ系接着
剤は接着力が高いため、接着面積が小さい等の場合には
これを用いることができる。

【００３８】本実施の形態においては、投影露光装置の
反射屈折光学系に用いる平面鏡の保持装置に関して説明
してきたが、本発明はこれに限定されず、例えば高精度
な反射光学系を要求される反射望遠鏡や様々な光学装置
に適用されうる。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、本願発明の露光装置
によれば、取付部を反射光学部材に一体的に形成するこ
とにより、例えば反射光学部材に支持力を加えて変形さ
せる恐れのある板ばね等を設けなくても、反射光学部材
の支持が達成でき、それにより反射光学部材の変形を低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る投影露光装置１０の
概略構成を示す図である。

【図２】図１の投影光学系ＰＬを拡大して示す図であ
る。

【図３】第１の実施の形態にかかる平面鏡Ｍ２を支持枠
に支持した状態を示す図であり、図３（ａ）はその上面
図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の平面鏡及び支持
枠をＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿って切断して得られた図
である。

【図４】第２の実施の形態にかかる、平面鏡Ｍ２を支持
枠に支持した状態を示す図であり、図４（ａ）はその上
面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の平面鏡及び支
持枠をＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿って切断して得られた図で
ある。

【図５】従来技術による平面鏡を支持枠に支持した状態
を示す図であり、図５（ａ）はその上面図であり、図５
（ｂ）は、図５（ａ）の平面鏡及び支持枠をＶＢ−ＶＢ
線に沿って切断して得られた図である。

【符号の説明】

１０………露光装置１４０………支持枠ＰＬ………反射屈折光学系Ｍ２………平面鏡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成されたパターンの像を感光
基板上に露光する露光装置であって、反射光学部材を含み、前記パターン像を感光基板上に投
影する投影光学系を備えており、前記反射光学部材が、前記投影光学系に取り付けるため
の取付部を一体的に形成していることを特徴とする露光
装置。
【請求項２】前記反射光学部材が、プリズム形状を有
することを特徴とする請求項１記載の露光装置。