JPH11307443A - 投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents
投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法Info
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- JPH11307443A JPH11307443A JP10131195A JP13119598A JPH11307443A JP H11307443 A JPH11307443 A JP H11307443A JP 10131195 A JP10131195 A JP 10131195A JP 13119598 A JP13119598 A JP 13119598A JP H11307443 A JPH11307443 A JP H11307443A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 投影光学系中の瞳近傍に回折光学素子を配置
することによって諸収差を良好に補正しつつ不要回折光
によるフレアーの悪影響を少なくした投影露光装置及び
それを用いたデバイスの製造方法を得ること。 【解決手段】 光源からの光でレチクルを照明する照明
光学系と、照明されたレチクルのパターンの像を基板上
に投影する回折光学素子を含む投影光学系と、を有する
投影露光装置において、該回折光学素子は、その輪帯間
隔が所定量Ｔ以上である領域の面積Ｓｔと、該回折光学
素子の有効径の面積Ｓとの比Ｓｔ／Ｓを所定量ＣＸ以下
にしたこと。
することによって諸収差を良好に補正しつつ不要回折光
によるフレアーの悪影響を少なくした投影露光装置及び
それを用いたデバイスの製造方法を得ること。 【解決手段】 光源からの光でレチクルを照明する照明
光学系と、照明されたレチクルのパターンの像を基板上
に投影する回折光学素子を含む投影光学系と、を有する
投影露光装置において、該回折光学素子は、その輪帯間
隔が所定量Ｔ以上である領域の面積Ｓｔと、該回折光学
素子の有効径の面積Ｓとの比Ｓｔ／Ｓを所定量ＣＸ以下
にしたこと。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は投影露光装置及びそ
れを用いたデバイスの製造方法に関し、特に回折光学素
子を含む投影光学系によってレチクル又はマスク（以下
「マスク」と総称する）面上のデバイスパターンをウエ
ハ上の複数箇所にステップアンドリピート方式又はステ
ップアンドスキャン方式で投影露光することにより、Ｉ
Ｃ，ＬＳＩ，ＣＣＤ，液晶パネル等のサブミクロン又は
クォーターミクロン以下のパターンを有するデバイスを
製造する際に好適なものである。
れを用いたデバイスの製造方法に関し、特に回折光学素
子を含む投影光学系によってレチクル又はマスク（以下
「マスク」と総称する）面上のデバイスパターンをウエ
ハ上の複数箇所にステップアンドリピート方式又はステ
ップアンドスキャン方式で投影露光することにより、Ｉ
Ｃ，ＬＳＩ，ＣＣＤ，液晶パネル等のサブミクロン又は
クォーターミクロン以下のパターンを有するデバイスを
製造する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、回折光学素子(Diffractive Optic
al Element、以下「ＤＯＥ」ともいう）を利用した光学
系が数多く提案されている。例えば、SPIE Vol.1354 In
ternational Lens Design Conference(1990)や特開平４
−２１３４２１号公報、特開平６−３２４２６２号公
報、特開平６−３３１９４１号公報、ＵＳＰ５，０４
４，７０６は回折光学素子の色収差の出方が通常の屈折
素子であるレンズに対して逆方向であるという現象を利
用し、レンズの表面や或いは透明な板の表面に正の光学
パワーを有する回折光学素子を設けて光学系の色収差を
減じる方法が提案されている。
al Element、以下「ＤＯＥ」ともいう）を利用した光学
系が数多く提案されている。例えば、SPIE Vol.1354 In
ternational Lens Design Conference(1990)や特開平４
−２１３４２１号公報、特開平６−３２４２６２号公
報、特開平６−３３１９４１号公報、ＵＳＰ５，０４
４，７０６は回折光学素子の色収差の出方が通常の屈折
素子であるレンズに対して逆方向であるという現象を利
用し、レンズの表面や或いは透明な板の表面に正の光学
パワーを有する回折光学素子を設けて光学系の色収差を
減じる方法が提案されている。
【０００３】又、素子を構成する各単位を２段以上の階
段で構成した回折光学素子、所謂バイナリオプティクス
素子(Binary Optics Elements 、例えばG.J.Swanson,Te
chnical Report 854,MIT Lincoln Laboratory,14 Aug 1
989 やG.J.Swanson,Technical Report 914,MIT Lincoln
Laboratory,1 Mar 1991等で提案されている。
段で構成した回折光学素子、所謂バイナリオプティクス
素子(Binary Optics Elements 、例えばG.J.Swanson,Te
chnical Report 854,MIT Lincoln Laboratory,14 Aug 1
989 やG.J.Swanson,Technical Report 914,MIT Lincoln
Laboratory,1 Mar 1991等で提案されている。
【０００４】一方、投影光学系に回折光学素子を導入し
てこの素子の作用で諸収差を従来よりも補正した半導体
素子製造用の投影露光装置も、例えば特開平６−３３１
９４１号公報、特開平７−１２８５９０号公報、特開平
８−１７７１９号公報等で提案されている。
てこの素子の作用で諸収差を従来よりも補正した半導体
素子製造用の投影露光装置も、例えば特開平６−３３１
９４１号公報、特開平７−１２８５９０号公報、特開平
８−１７７１９号公報等で提案されている。
【０００５】これらの装置の投影光学系は、１つ又は複
数の回折光学素子を用いて、主に軸上色収差や倍率色収
差を補正している。
数の回折光学素子を用いて、主に軸上色収差や倍率色収
差を補正している。
【０００６】回折光学素子に求められる理想的な形状
（ブレーズド形状）を直接作製することは必要とされる
工作精度等から極めて困難なものであったが、バイナリ
オプティクス素子ではブレーズド形状を直接作製するの
ではなく、階段形状により表面形状を近似して作製す
る。このような階段形状はリソグラフィ工程により容易
に、かつ露光装置としてステッパーを用いることで微細
な構造を正確に作製できるようになったことが大きい。
（ブレーズド形状）を直接作製することは必要とされる
工作精度等から極めて困難なものであったが、バイナリ
オプティクス素子ではブレーズド形状を直接作製するの
ではなく、階段形状により表面形状を近似して作製す
る。このような階段形状はリソグラフィ工程により容易
に、かつ露光装置としてステッパーを用いることで微細
な構造を正確に作製できるようになったことが大きい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】光の利用効率という点
では位相型の回折光学素子を用いることが好ましい。位
相型の回折光学素子は理想的にキノフォーム(Kinoform)
が作製された場合、回折効率が１００％となる。これに
対して前述のバイナリオプティクス素子はキノフォーム
を階段で近似している為、それが理想的に製作されても
回折効率が１００％とならず、例えば８段の階段で回折
効率が９５％程度しか得られず、結像に寄与しない不必
要な回折光（不要回折光）が発生している。
では位相型の回折光学素子を用いることが好ましい。位
相型の回折光学素子は理想的にキノフォーム(Kinoform)
が作製された場合、回折効率が１００％となる。これに
対して前述のバイナリオプティクス素子はキノフォーム
を階段で近似している為、それが理想的に製作されても
回折効率が１００％とならず、例えば８段の階段で回折
効率が９５％程度しか得られず、結像に寄与しない不必
要な回折光（不要回折光）が発生している。
【０００８】この不要回折光は正しい位置に結像しない
為、フレアー光として像面に遠く像質を低下させてい
た。前述の先行技術はいずれも、この不要回折光に対す
る有効な対策法を有していない。
為、フレアー光として像面に遠く像質を低下させてい
た。前述の先行技術はいずれも、この不要回折光に対す
る有効な対策法を有していない。
【０００９】回折光学素子からこのような不要回折光が
発生した場合、該不要回折光が像面にまで達するには鏡
筒の内壁等で１回以上反射されてから達する場合と、こ
のような反射をせずに、そのまま光学系の有効径内を通
過して達する場合とがある。我々の検討によれば不要回
折光のうち、鏡筒で反射するものは鏡筒の設計、及び内
壁の反射防止処理により、その強度を無視できる程度に
低減することができるが、光学系の有効径内をそのまま
通過して像面に達する不要回折光は露光むら等の原因と
なることが判明した。
発生した場合、該不要回折光が像面にまで達するには鏡
筒の内壁等で１回以上反射されてから達する場合と、こ
のような反射をせずに、そのまま光学系の有効径内を通
過して達する場合とがある。我々の検討によれば不要回
折光のうち、鏡筒で反射するものは鏡筒の設計、及び内
壁の反射防止処理により、その強度を無視できる程度に
低減することができるが、光学系の有効径内をそのまま
通過して像面に達する不要回折光は露光むら等の原因と
なることが判明した。
【００１０】不要回折光の像質への影響を判断するに
は、像面における設計次数の回折光強度（結像に用いる
正規の回折光強度）に対する不要回折光の強度と、像面
における不要回折光の強度分布の両方に注目する必要が
ある。
は、像面における設計次数の回折光強度（結像に用いる
正規の回折光強度）に対する不要回折光の強度と、像面
における不要回折光の強度分布の両方に注目する必要が
ある。
【００１１】不要回折光の像面での強度がほとんど０で
あることが好ましいが、このようにすることは簡単でな
い。我々は検討により、不要回折光の強度が設計次数の
回折光の強度の数％程度であっても、その強度分布が像
面上ではほぼ一様となるときは不要回折光の像質への影
響が実質的になくなることに気づいた。
あることが好ましいが、このようにすることは簡単でな
い。我々は検討により、不要回折光の強度が設計次数の
回折光の強度の数％程度であっても、その強度分布が像
面上ではほぼ一様となるときは不要回折光の像質への影
響が実質的になくなることに気づいた。
【００１２】この場合は、不要回折光が一様な背景光と
して加えられるために像のコントラストは低下するもの
の、像面全体でコントラストがほぼ一様であるので、後
のプロセスにより対処できる。
して加えられるために像のコントラストは低下するもの
の、像面全体でコントラストがほぼ一様であるので、後
のプロセスにより対処できる。
【００１３】本出願人は先の特願平９−６２２３９号に
おいて、物体面近傍、或は像面近傍にバイナリオプティ
クス素子を配置した場合は像面で不要回折光の強度が大
きくなり、かつ露光むらが現れること、瞳面近傍に配置
した場合は強度は十分小さく、かつ露光むらがほとんど
見られないことを数値計算により示した。しかし、バイ
ナリオプティクス素子に与える位相関数が十分に緩やか
な場合、即ち輪帯間隔が十分に大きい場合には瞳面近傍
に配置しても強度が大きくなることが分かった。これは
輪帯間隔が大きくなることにより、（高次の）不要回折
光の回折角が小さくなり、光学系の有効径内を通過する
光が増えるためと定性的に説明できる。従って、背景光
の強度を抑えるためには素子全体に渡って輪帯間隔を十
分小さくすれば良い。しかし、通常の集光力を持ったバ
イナリオプティクス素子では輪帯間隔は中心でごく緩
く、周辺部ではきつくなるため、素子全体で輪帯間隔を
小さくすることは困難である。
おいて、物体面近傍、或は像面近傍にバイナリオプティ
クス素子を配置した場合は像面で不要回折光の強度が大
きくなり、かつ露光むらが現れること、瞳面近傍に配置
した場合は強度は十分小さく、かつ露光むらがほとんど
見られないことを数値計算により示した。しかし、バイ
ナリオプティクス素子に与える位相関数が十分に緩やか
な場合、即ち輪帯間隔が十分に大きい場合には瞳面近傍
に配置しても強度が大きくなることが分かった。これは
輪帯間隔が大きくなることにより、（高次の）不要回折
光の回折角が小さくなり、光学系の有効径内を通過する
光が増えるためと定性的に説明できる。従って、背景光
の強度を抑えるためには素子全体に渡って輪帯間隔を十
分小さくすれば良い。しかし、通常の集光力を持ったバ
イナリオプティクス素子では輪帯間隔は中心でごく緩
く、周辺部ではきつくなるため、素子全体で輪帯間隔を
小さくすることは困難である。
【００１４】本発明は、回折光学素子から生ずる不要回
折光に悪影響を極力少なくし、高い光学性能を容易に得
られる投影露光装置及びデバイスの製造方法の提供を目
的とする。
折光に悪影響を極力少なくし、高い光学性能を容易に得
られる投影露光装置及びデバイスの製造方法の提供を目
的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の投影露光装置
は、 (1-1) 光源からの光でレチクルを照明する照明光学系
と、照明されたレチクルのパターンの像を基板上に投影
する回折光学素子を含む投影光学系と、を有する投影露
光装置において、該回折光学素子は、その輪帯間隔が所
定量Ｔ以上である領域の面積Ｓｔと、該回折光学素子の
有効径の面積Ｓとの比Ｓｔ／Ｓを所定量ＣＸ以下にした
ことを特徴としている。
は、 (1-1) 光源からの光でレチクルを照明する照明光学系
と、照明されたレチクルのパターンの像を基板上に投影
する回折光学素子を含む投影光学系と、を有する投影露
光装置において、該回折光学素子は、その輪帯間隔が所
定量Ｔ以上である領域の面積Ｓｔと、該回折光学素子の
有効径の面積Ｓとの比Ｓｔ／Ｓを所定量ＣＸ以下にした
ことを特徴としている。
【００１６】特に、構成(1-1)において、 (1-1-1) 前記回折光学素子は前記投影光学系の瞳面近傍
に配置され、該回折光学素子の各輪帯が複数の平面によ
る階段形状で近似されるバイナリオプティクス素子より
成り、該投影光学系で使用される中心波長をλ、該バイ
ナリオプティクス素子の階段の段数をＮ、該バイナリオ
プティクス素子の硝材の屈折率をｎ、該投影光学系の最
大物体高の主光線の瞳面からの出射角をθh 、結像条件
を満たす回折次数をＬ、ｐ次回折光の回折効率をηｐと
したとき、前記輪帯の間隔の所定量Ｔは Ｔ＝Ｎλ／（ｎ ｓｉｎθh ） であり、前記面積比Ｓｔ／Ｓの所定量ＣＸは ＣＸ＝０．０１ηL ／（ηn+L ＋η-n+L） であること。
に配置され、該回折光学素子の各輪帯が複数の平面によ
る階段形状で近似されるバイナリオプティクス素子より
成り、該投影光学系で使用される中心波長をλ、該バイ
ナリオプティクス素子の階段の段数をＮ、該バイナリオ
プティクス素子の硝材の屈折率をｎ、該投影光学系の最
大物体高の主光線の瞳面からの出射角をθh 、結像条件
を満たす回折次数をＬ、ｐ次回折光の回折効率をηｐと
したとき、前記輪帯の間隔の所定量Ｔは Ｔ＝Ｎλ／（ｎ ｓｉｎθh ） であり、前記面積比Ｓｔ／Ｓの所定量ＣＸは ＣＸ＝０．０１ηL ／（ηn+L ＋η-n+L） であること。
【００１７】(1-1-2) 前記回折光学素子は前記投影光学
系の瞳面近傍に配置され、該回折光学素子の各輪帯が複
数の平面による階段形状で近似されるバイナリオプティ
クス素子より成り、該投影光学系で使用される中心波長
をλ、該バイナリオプティクス素子の硝材の屈折率を
ｎ、該投影光学系の最大物体高の主光線の瞳面からの出
射角をθh 、結像条件を満たす回折次数をＬ、ｐ次回折
光の回折効率をηｐとしたとき、前記輪帯の間隔の所定
量Ｔは Ｔ＝λ／（ｎ ｓｉｎθh ） であり、前記面積比Ｓｔ／Ｓの所定量ＣＸは ＣＸ＝０．０１ηL ／（ηn+L ＋η-n+L） であること等を特徴としている。
系の瞳面近傍に配置され、該回折光学素子の各輪帯が複
数の平面による階段形状で近似されるバイナリオプティ
クス素子より成り、該投影光学系で使用される中心波長
をλ、該バイナリオプティクス素子の硝材の屈折率を
ｎ、該投影光学系の最大物体高の主光線の瞳面からの出
射角をθh 、結像条件を満たす回折次数をＬ、ｐ次回折
光の回折効率をηｐとしたとき、前記輪帯の間隔の所定
量Ｔは Ｔ＝λ／（ｎ ｓｉｎθh ） であり、前記面積比Ｓｔ／Ｓの所定量ＣＸは ＣＸ＝０．０１ηL ／（ηn+L ＋η-n+L） であること等を特徴としている。
【００１８】本発明のデバイスの製造方法は、 (2-1) 構成要件(1-1)の投影露光装置を用いて、レチク
ル面上のパターンを投影光学系によりウエハ面上に投影
露光した後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイス
を製造していることを特徴としている。
ル面上のパターンを投影光学系によりウエハ面上に投影
露光した後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイス
を製造していることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１は本発明の投影露光装置の実
施形態１の要部概略図である。本実施形態ではサブミク
ロンやクォーターミクロン以下のリソグラフィー用のス
テップアンドリピート方式又はステップアンドスキャン
方式の投影露光装置に適用した場合を示している。
施形態１の要部概略図である。本実施形態ではサブミク
ロンやクォーターミクロン以下のリソグラフィー用のス
テップアンドリピート方式又はステップアンドスキャン
方式の投影露光装置に適用した場合を示している。
【００２０】図中ＰＬは投影光学系である。同図は電子
回路パターン等が形成されている第１物体としてのレチ
クル又はマスク（以下「レチクル」と総称する）Ｍを光
源と照明光学系より成る照明装置ＥＤからの露光光で照
明し、該第１物体面上のデバイスパターンを投影光学系
ＰＬによって第２物体としてのＳｉ基板より成るウエハ
Ｗのショット領域上に縮小投影している場合を示してい
る。光源としてはＫｒＦエキシマレーザー，ＡｒＦエキ
シマレーザー、又はＦ2 レーザー等が用いられている。
回路パターン等が形成されている第１物体としてのレチ
クル又はマスク（以下「レチクル」と総称する）Ｍを光
源と照明光学系より成る照明装置ＥＤからの露光光で照
明し、該第１物体面上のデバイスパターンを投影光学系
ＰＬによって第２物体としてのＳｉ基板より成るウエハ
Ｗのショット領域上に縮小投影している場合を示してい
る。光源としてはＫｒＦエキシマレーザー，ＡｒＦエキ
シマレーザー、又はＦ2 レーザー等が用いられている。
【００２１】ＳＰは絞り（開口絞り）であり、投影光学
系ＰＬの瞳面を定める。ＢＯＥ１，ＢＯＥ２は各々レン
ズの表面に形成された第１，第２回折光学素子であり、
バイナリオプティクス素子である。２つの回折光学素子
ＢＯＥ１，ＢＯＥ２は瞳面ＳＰの近傍に該瞳面ＳＰを挟
むように対応するレンズに形成している。
系ＰＬの瞳面を定める。ＢＯＥ１，ＢＯＥ２は各々レン
ズの表面に形成された第１，第２回折光学素子であり、
バイナリオプティクス素子である。２つの回折光学素子
ＢＯＥ１，ＢＯＥ２は瞳面ＳＰの近傍に該瞳面ＳＰを挟
むように対応するレンズに形成している。
【００２２】本実施形態ではそれぞれある回折格子構造
を備える第１，第２回折光学素子ＢＯＥ１，ＢＯＥ２が
投影光学系ＰＬの瞳面近傍に前後に配置された構成を有
しているので、色収差を含めた各諸収差を良好に補正す
ると同時にそれぞれの回折光学素子より出る不要回折光
より成るフレアー成分による像面（ショット領域）での
悪影響、即ち露光むらを避けている。尚、回折光学素子
は１つであっても良い。
を備える第１，第２回折光学素子ＢＯＥ１，ＢＯＥ２が
投影光学系ＰＬの瞳面近傍に前後に配置された構成を有
しているので、色収差を含めた各諸収差を良好に補正す
ると同時にそれぞれの回折光学素子より出る不要回折光
より成るフレアー成分による像面（ショット領域）での
悪影響、即ち露光むらを避けている。尚、回折光学素子
は１つであっても良い。
【００２３】図６に回折光学素子ＢＯＥから出る不要回
折光を示す。この回折光は、第１物体Ｍのパターン像を
形成するために使われる特定次数の回折光とは次数が異
なる回折光であり、その一部は基板に入射しないでレン
ズ鏡筒の内壁にあたって吸収され、その残りの部分が基
板に入射する。
折光を示す。この回折光は、第１物体Ｍのパターン像を
形成するために使われる特定次数の回折光とは次数が異
なる回折光であり、その一部は基板に入射しないでレン
ズ鏡筒の内壁にあたって吸収され、その残りの部分が基
板に入射する。
【００２４】露光むらが出ないように、本発明では後述
するように回折光学素子の輪帯間隔が所定量Ｔ以上であ
る領域の面積Ｓｔと回折光学素子の有効径の面積Ｓとの
比を所定量ＣＸ以下として基板に入射する不要回折光の
ショット領域内での光強度分布が均一になるように設定
してある。
するように回折光学素子の輪帯間隔が所定量Ｔ以上であ
る領域の面積Ｓｔと回折光学素子の有効径の面積Ｓとの
比を所定量ＣＸ以下として基板に入射する不要回折光の
ショット領域内での光強度分布が均一になるように設定
してある。
【００２５】又、第１，第２回折光学素子ＢＯＥ１，Ｂ
ＯＥ２の材質は石英より成っている。投影光学系ＰＬは
石英又は蛍石の単一硝材のレンズ又は石英と蛍石の硝材
のレンズより成っている。尚、以下に示す各実施形態で
は回折光学素子とレンズとを合わせてすべての素子を石
英より構成し、硝材系としている。
ＯＥ２の材質は石英より成っている。投影光学系ＰＬは
石英又は蛍石の単一硝材のレンズ又は石英と蛍石の硝材
のレンズより成っている。尚、以下に示す各実施形態で
は回折光学素子とレンズとを合わせてすべての素子を石
英より構成し、硝材系としている。
【００２６】本実施形態では、照明装置ＥＤからの波長
約２４８ｎｍ、約１９３ｎｍ又は約１５７ｎｍの露光光
で照明した第１物体Ｍ上のデバイスパターンを投影光学
系ＰＬで第２物体Ｗ面上に投影露光し、その後、該ウエ
ハを現像処理工程を介してデバイスを製造している。
約２４８ｎｍ、約１９３ｎｍ又は約１５７ｎｍの露光光
で照明した第１物体Ｍ上のデバイスパターンを投影光学
系ＰＬで第２物体Ｗ面上に投影露光し、その後、該ウエ
ハを現像処理工程を介してデバイスを製造している。
【００２７】次に、本実施形態に係る回折光学素子ＢＯ
Ｅ１，ＢＯＥ２について説明する。
Ｅ１，ＢＯＥ２について説明する。
【００２８】本実施形態に係る回折光学素子ＢＯＥ１，
ＢＯＥ２について説明する。本実施形態の投影光学系Ｐ
Ｌでは第１，第２回折光学素子ＢＯＥ１，ＢＯＥ２とし
て位相型の回折光学素子を用いている。位相型の回折光
学素子では理想的にKinoformが作製された場合、回折効
率（回折光学素子に入射した光に対する目的とする方向
に伝わった光の強度比）は１００％になることが知られ
ている。
ＢＯＥ２について説明する。本実施形態の投影光学系Ｐ
Ｌでは第１，第２回折光学素子ＢＯＥ１，ＢＯＥ２とし
て位相型の回折光学素子を用いている。位相型の回折光
学素子では理想的にKinoformが作製された場合、回折効
率（回折光学素子に入射した光に対する目的とする方向
に伝わった光の強度比）は１００％になることが知られ
ている。
【００２９】本実施形態の位相型の回折光学素子では、
回折光学素子に入射した光の位相を位相関数として与え
た分だけ変化させ、目的とする方向への光の偏向を達成
している。ここで、位相関数とは回折光学素子上の位置
の関数として定義している。
回折光学素子に入射した光の位相を位相関数として与え
た分だけ変化させ、目的とする方向への光の偏向を達成
している。ここで、位相関数とは回折光学素子上の位置
の関数として定義している。
【００３０】通常、回折光学素子は回転対称であるの
で、位相関数は光軸からの距離ｒの関数となる。例え
ば、焦点距離ｆの無収差レンズの位相関数φ（ｒ）は、
で、位相関数は光軸からの距離ｒの関数となる。例え
ば、焦点距離ｆの無収差レンズの位相関数φ（ｒ）は、
【００３１】
【数１】 を与えれば良い、但し、λは使用する光の波長である。
【００３２】位相関数φ（ｒ）は位相を表しているが、
実際にこの位相変化を回折光学素子で実現する為に光路
長（光路長関数）ｏｐｌ（ｒ）で表している。光路長ｏ
ｐｌ（ｒ）は位相関数φ（ｒ）を２πで割ることで求め
られる。ただし、長さの単位は波長λとしている。
実際にこの位相変化を回折光学素子で実現する為に光路
長（光路長関数）ｏｐｌ（ｒ）で表している。光路長ｏ
ｐｌ（ｒ）は位相関数φ（ｒ）を２πで割ることで求め
られる。ただし、長さの単位は波長λとしている。
【００３３】
【数２】 この光路長ｏｐｌ（ｒ）を得る回折光学素子の形状は、
それが空気中にあるとし、波長λでの硝材の屈折率をｎ
とすると、形状Ｆ（ｒ）は、
それが空気中にあるとし、波長λでの硝材の屈折率をｎ
とすると、形状Ｆ（ｒ）は、
【００３４】
【数３】 となる。
【００３５】この形状Ｆ（ｒ）は基本的には屈折光学素
子の面形状を表している。回折光学素子では、光の位相
項が周期２πであることを利用している。まず位相関数
φ（ｒ）で値が２πの整数倍となるｒ＝Ｒm （ｍは整
数：Ｒ0 ＝０とし、光軸から［Ｒm ，Ｒm+1 ］での値が
［０，２π］の範囲に入るように２πの整数倍を加えた
位相関数を作っている。これは、光路長関数ｏｐｌ
（ｒ）では区間［Ｒm ，Ｒm+1 ］で［０，１］の範囲に
入るようにしたことに相当している。又、Ｔ＝Ｒm+1−
Ｒm が輪帯間隔となる。
子の面形状を表している。回折光学素子では、光の位相
項が周期２πであることを利用している。まず位相関数
φ（ｒ）で値が２πの整数倍となるｒ＝Ｒm （ｍは整
数：Ｒ0 ＝０とし、光軸から［Ｒm ，Ｒm+1 ］での値が
［０，２π］の範囲に入るように２πの整数倍を加えた
位相関数を作っている。これは、光路長関数ｏｐｌ
（ｒ）では区間［Ｒm ，Ｒm+1 ］で［０，１］の範囲に
入るようにしたことに相当している。又、Ｔ＝Ｒm+1−
Ｒm が輪帯間隔となる。
【００３６】この値域が［０，１］の光路長関数ｏｐｌ
（ｒ）に対して、（ｎ−１）で割った関数により回折光
学素子の表面形状を与えることで回折光学素子による無
収差レンズを得ている。回折光学素子において、素子の
表面形状（即ち凹凸）により回折効果を得るものは、通
常、表面レリーフ型と呼ばれている。
（ｒ）に対して、（ｎ−１）で割った関数により回折光
学素子の表面形状を与えることで回折光学素子による無
収差レンズを得ている。回折光学素子において、素子の
表面形状（即ち凹凸）により回折効果を得るものは、通
常、表面レリーフ型と呼ばれている。
【００３７】位相型の回折光学素子における、位相関数
φ（ｒ）の与え方により任意の非球面効果が得られる。
又、必要な表面形状Ｆ（ｒ）の深さは光路長関数ｏｐｌ
（ｒ）の値域を［０，１］にしているので、波長オーダ
ーとなっているので、回折光学素子を薄くできる。又、
回折光学素子には回折による光の偏向は波長が長いと大
きくなるために、通常の硝材等の屈折光学素子での色分
散と逆の特性を持っている。
φ（ｒ）の与え方により任意の非球面効果が得られる。
又、必要な表面形状Ｆ（ｒ）の深さは光路長関数ｏｐｌ
（ｒ）の値域を［０，１］にしているので、波長オーダ
ーとなっているので、回折光学素子を薄くできる。又、
回折光学素子には回折による光の偏向は波長が長いと大
きくなるために、通常の硝材等の屈折光学素子での色分
散と逆の特性を持っている。
【００３８】そこで、複数の硝材を用いずとも屈折光学
素子と回折光学素子の組み合わせによって色収差の補正
を行うことが可能である。従って、図１の回折光学素子
ＢＯＥ１，ＢＯＥ２においても、これらの特徴を適宜利
用することができる。
素子と回折光学素子の組み合わせによって色収差の補正
を行うことが可能である。従って、図１の回折光学素子
ＢＯＥ１，ＢＯＥ２においても、これらの特徴を適宜利
用することができる。
【００３９】本実施形態はこれらの特徴を、半導体素子
製造用の投影露光装置（ステップアンドリピート方式又
はステップアンドスキャン方式）の投影光学系に適用し
ている。
製造用の投影露光装置（ステップアンドリピート方式又
はステップアンドスキャン方式）の投影光学系に適用し
ている。
【００４０】現在ステッパーの投影光学系で使用される
露光光の波長の主流はＨｇのｉ線（λ＝３６５ｎｍ）で
ある。この他、ＫｒＦエキシマレーザー（λ＝２４８ｎ
ｍ）や次世代のＡｒＦエキシマレーザー（λ＝１９３ｎ
ｍ）等の紫外域の光を露光光に用いる例もある。これら
の紫外域の光に対して十分な透過率を持つ硝材にはＳｉ
Ｏ2 とＣａＦ2 のみで、特に、Ｆ2 レーザー（λ＝１５
７ｎｍ）の光を使用する投影光学系に用いることができ
る硝材にはＣａＦ2 だけである。
露光光の波長の主流はＨｇのｉ線（λ＝３６５ｎｍ）で
ある。この他、ＫｒＦエキシマレーザー（λ＝２４８ｎ
ｍ）や次世代のＡｒＦエキシマレーザー（λ＝１９３ｎ
ｍ）等の紫外域の光を露光光に用いる例もある。これら
の紫外域の光に対して十分な透過率を持つ硝材にはＳｉ
Ｏ2 とＣａＦ2 のみで、特に、Ｆ2 レーザー（λ＝１５
７ｎｍ）の光を使用する投影光学系に用いることができ
る硝材にはＣａＦ2 だけである。
【００４１】このように、屈折光学素子に使用できる硝
材の種類が限られているので、これらの紫外域の露光光
を使用する投影光学系を屈折光学素子のみで構成しよう
とすると、色収差の補正が難しくなってくる。又、色収
差補正の為に光源の帯域幅には１ｐｍ以下と厳しい条件
が課されている。又、光学性能確保に必要な収差補正の
ためにレンズ枚数が多くなってきて、レンズ全厚が増大
し、光学系全体の透過率が悪くなってくる。透過率の低
下、即ちレンズによる吸収の増加は露光収差という点か
ら考えても好ましくない。
材の種類が限られているので、これらの紫外域の露光光
を使用する投影光学系を屈折光学素子のみで構成しよう
とすると、色収差の補正が難しくなってくる。又、色収
差補正の為に光源の帯域幅には１ｐｍ以下と厳しい条件
が課されている。又、光学性能確保に必要な収差補正の
ためにレンズ枚数が多くなってきて、レンズ全厚が増大
し、光学系全体の透過率が悪くなってくる。透過率の低
下、即ちレンズによる吸収の増加は露光収差という点か
ら考えても好ましくない。
【００４２】本実施形態は紫外域の露光光を使用する投
影光学系におけるこのような色収差とレンズ全厚が増大
するという問題を、前述したように、適切なる形状の回
折光学素子を投影光学系中の瞳位置、又はその近傍に設
定して露光むらが生じないようにして解決している。
影光学系におけるこのような色収差とレンズ全厚が増大
するという問題を、前述したように、適切なる形状の回
折光学素子を投影光学系中の瞳位置、又はその近傍に設
定して露光むらが生じないようにして解決している。
【００４３】本実施形態における回折光学素子は、透明
基板上に理想的な形状（ブレーズド形状やキノフォーム
形状）を直接作製するのではなく、理想形状を階段形状
により近似して作製している。このような階段形状はリ
ソグラフィ工程により作製している。従来は、ブレーズ
ド形状やキノフォーム形状を直接作製することは必要な
工作精度等から極めて困難なものであったが、本実施形
態における回折光学素子の作成装置としてステッパーを
用いることで微細な構造を持つ回折光学素子の作製を可
能にしている。
基板上に理想的な形状（ブレーズド形状やキノフォーム
形状）を直接作製するのではなく、理想形状を階段形状
により近似して作製している。このような階段形状はリ
ソグラフィ工程により作製している。従来は、ブレーズ
ド形状やキノフォーム形状を直接作製することは必要な
工作精度等から極めて困難なものであったが、本実施形
態における回折光学素子の作成装置としてステッパーを
用いることで微細な構造を持つ回折光学素子の作製を可
能にしている。
【００４４】本実施形態における回折光学素子は理想形
状を階段で近似した形状を有しているため、回折効率が
１００％に達せず、僅かであるが、不要回折光が現われ
てくる。
状を階段で近似した形状を有しているため、回折効率が
１００％に達せず、僅かであるが、不要回折光が現われ
てくる。
【００４５】今、階段の段数をＮ、目的とする偏向方向
に回折される回折光の回折次数（設計次数）を１とした
場合、１以外の回折次数ｍの回折光の回折効率ηN mは、
に回折される回折光の回折次数（設計次数）を１とした
場合、１以外の回折次数ｍの回折光の回折効率ηN mは、
【００４６】
【数４】 で表すことができる。ただし、回折光学素子のレリーフ
の深さが最適化されているものと仮定している。尚、仮
に上式のｍに１を代入してみると、η∞1 ＝１となるの
で、深さが最適化された理想的な場合は回折効率が１０
０％であることがわかるが、回折効率と作製の精度から
実用的には、Ｎ＝８〜１６程度に設定する。製作上の視
点で好ましくはＮ＝８程度である。その場合の回折効率
は、η8 1＝０．９５となる。さらに、η8 mは、ｍ＝…，
−１５，−７，１，９，１７，…でのみ値を持ち、 η8 m＝［sin(πm/8)/(πm/8)］2 ［式５］ と書ける。
の深さが最適化されているものと仮定している。尚、仮
に上式のｍに１を代入してみると、η∞1 ＝１となるの
で、深さが最適化された理想的な場合は回折効率が１０
０％であることがわかるが、回折効率と作製の精度から
実用的には、Ｎ＝８〜１６程度に設定する。製作上の視
点で好ましくはＮ＝８程度である。その場合の回折効率
は、η8 1＝０．９５となる。さらに、η8 mは、ｍ＝…，
−１５，−７，１，９，１７，…でのみ値を持ち、 η8 m＝［sin(πm/8)/(πm/8)］2 ［式５］ と書ける。
【００４７】例えば、η8 9＝０．０１１７ｍ，η8 17 ＝
０．００３３が得られる。即ち、８段の回折光学素子で
はｍ＝８ｎ＋１（ｎは０以外の整数）で表される次数に
不要回折光が現われてくる。
０．００３３が得られる。即ち、８段の回折光学素子で
はｍ＝８ｎ＋１（ｎは０以外の整数）で表される次数に
不要回折光が現われてくる。
【００４８】又、さらに近似の精度を上げてＮ＝１６と
した場合は、ｍ＝１６ｎ＋１（ｎは０以外の整数）で表
される次数に不要回折光が現われてくることが同様に分
かる。
した場合は、ｍ＝１６ｎ＋１（ｎは０以外の整数）で表
される次数に不要回折光が現われてくることが同様に分
かる。
【００４９】このように回折光学素子を使う場合には不
要回折光が存在するが、これらは結像条件を満たさない
ために像面に入射した場合にはフレア成分となって現
れ、露光むらを引き起こして像質を劣化させる。従っ
て、８段の回折光学素子ではｍ＝…−１５，−７，９−
１７…の次数、１６段の回折光学素子ではｍ＝…−３
１，−１５，１７，３３…の次数の光が像面上の所定の
範囲内にできる限り入射しないように除去する必要があ
る。
要回折光が存在するが、これらは結像条件を満たさない
ために像面に入射した場合にはフレア成分となって現
れ、露光むらを引き起こして像質を劣化させる。従っ
て、８段の回折光学素子ではｍ＝…−１５，−７，９−
１７…の次数、１６段の回折光学素子ではｍ＝…−３
１，−１５，１７，３３…の次数の光が像面上の所定の
範囲内にできる限り入射しないように除去する必要があ
る。
【００５０】これに対して従来の回折光学素子を用いた
投影光学系では収差補正能力のみに注目して不要回折光
の影響を何ら考慮していなかった。
投影光学系では収差補正能力のみに注目して不要回折光
の影響を何ら考慮していなかった。
【００５１】そこで、本実施形態では投影光学系中の開
口絞り近傍に、前述した構成の回折光学素子を１つ又は
２以上配置し、収差補正を良好に行いつつ、不要回折光
の悪影響を除去している。
口絞り近傍に、前述した構成の回折光学素子を１つ又は
２以上配置し、収差補正を良好に行いつつ、不要回折光
の悪影響を除去している。
【００５２】次に、本実施形態で用いているバイナリー
オプティクス素子より成る回折光学素子の光学的性質に
ついて説明する。
オプティクス素子より成る回折光学素子の光学的性質に
ついて説明する。
【００５３】屈折率ｎ1 の媒質中を進行する波長λの光
が屈折率ｎ2 の媒質との界面に作られた位相関数φ
（ｒ）を持つバイナリオプティクス素子上に入射角θ1
で入射した場合、ｍ次回折光として出射する光の出射角
をθ2 とすると ｎ2ｓｉｎθ2−ｎ1ｓｉｎθ1＝ｍλ／Ｔ ［式６］ であることが知られている。ただし、Ｔは入射位置での
バイナリオプティクス素子の輪帯間隔であり、
が屈折率ｎ2 の媒質との界面に作られた位相関数φ
（ｒ）を持つバイナリオプティクス素子上に入射角θ1
で入射した場合、ｍ次回折光として出射する光の出射角
をθ2 とすると ｎ2ｓｉｎθ2−ｎ1ｓｉｎθ1＝ｍλ／Ｔ ［式６］ であることが知られている。ただし、Ｔは入射位置での
バイナリオプティクス素子の輪帯間隔であり、
【００５４】
【数５】 として与えられる。
【００５５】簡単のために垂直入射（θ1 ＝０）を仮定
すると、［式６］から ｓｉｎθ2＝ｍλ／（ｎ2Ｔ） ［式７］ となる。［式７］は、輪帯間隔を小さくすると任意の回
折次数ｍに対して十分大きな出射角θ2 が得られること
を示している。ここで、輪帯間隔が十分に小さくなり、
出射角θ2 が光学系によって異なる所定量α以上に大き
くなると光線は大きく発散して光学系の有効径からはず
れるようになる。したがって、出射角がα以下となるよ
うな輪帯間隔を持つ領域の面積を十分に小さくすること
で、不要回折光が像面に入射する量を低減させることが
できる。
すると、［式６］から ｓｉｎθ2＝ｍλ／（ｎ2Ｔ） ［式７］ となる。［式７］は、輪帯間隔を小さくすると任意の回
折次数ｍに対して十分大きな出射角θ2 が得られること
を示している。ここで、輪帯間隔が十分に小さくなり、
出射角θ2 が光学系によって異なる所定量α以上に大き
くなると光線は大きく発散して光学系の有効径からはず
れるようになる。したがって、出射角がα以下となるよ
うな輪帯間隔を持つ領域の面積を十分に小さくすること
で、不要回折光が像面に入射する量を低減させることが
できる。
【００５６】特にバイナリオプティクス素子が瞳面近傍
に配置されている場合、素子上での出射角分布は像面上
での強度分布とほぼ一対一に対応すると考えてよい。こ
こで最大物体高の主光線は像面の縁に到達することか
ら、この光線の瞳面への出射角θh は光学系の有効径内
を通過するための最大の角度αとなり、素子上の位置に
はほとんど依存しない。ｍ次回折光が像面内に入らない
ための条件は結像条件を満たすＬ次( 一般に、Ｌ＝１，
または−１) 回折光となす角がθh より大きいことであ
るため、輪帯半径Ｔの条件として近似的に、 Ｔ1＝（ｍ−Ｌ）λ／（ｎ2ｓｉｎθh） が得られ、所定量Ｔ1より輪帯間隔が小さい領域からの
光は像面に入射しないことになる。この素子がＮ段の階
段構造を持つ場合、不要回折光として現れる次数はｍ＝
Ｎｋ＋Ｌであるが、設計次数に最も近いｋ＝±１のとき
が最も回折効率が高く、かつ最も回折角が小さいことは
明らかである。また、ｎ2 は出射側（像面側) の媒質の
屈折率であり、素子の硝材の屈折率ｎと空気の屈折率１
のどちらかであるが、ここではｎ2 ＝ｎとして条件を厳
しく取ることにすると、 Ｔ1＝Ｎλ／（ｎ ｓｉｎθh） ［式８］ となる。
に配置されている場合、素子上での出射角分布は像面上
での強度分布とほぼ一対一に対応すると考えてよい。こ
こで最大物体高の主光線は像面の縁に到達することか
ら、この光線の瞳面への出射角θh は光学系の有効径内
を通過するための最大の角度αとなり、素子上の位置に
はほとんど依存しない。ｍ次回折光が像面内に入らない
ための条件は結像条件を満たすＬ次( 一般に、Ｌ＝１，
または−１) 回折光となす角がθh より大きいことであ
るため、輪帯半径Ｔの条件として近似的に、 Ｔ1＝（ｍ−Ｌ）λ／（ｎ2ｓｉｎθh） が得られ、所定量Ｔ1より輪帯間隔が小さい領域からの
光は像面に入射しないことになる。この素子がＮ段の階
段構造を持つ場合、不要回折光として現れる次数はｍ＝
Ｎｋ＋Ｌであるが、設計次数に最も近いｋ＝±１のとき
が最も回折効率が高く、かつ最も回折角が小さいことは
明らかである。また、ｎ2 は出射側（像面側) の媒質の
屈折率であり、素子の硝材の屈折率ｎと空気の屈折率１
のどちらかであるが、ここではｎ2 ＝ｎとして条件を厳
しく取ることにすると、 Ｔ1＝Ｎλ／（ｎ ｓｉｎθh） ［式８］ となる。
【００５７】瞳面近傍に配置された素子上で所定量Ｔ1
より大きい輪帯間隔を持つ領域の面積をＳｔ1 とし、さ
らにｋ＝±２以上の高次回折光を無視すると不要回折光
の強度は
より大きい輪帯間隔を持つ領域の面積をＳｔ1 とし、さ
らにｋ＝±２以上の高次回折光を無視すると不要回折光
の強度は
【００５８】
【数６】 に比例する。設計次数の強度は素子の有効面積をＳとし
たとき、
たとき、
【００５９】
【数７】 に比例するので、不要回折光の割合Ｒは、
【００６０】
【数８】 と考えてよい。
【００６１】割合Ｒの値をどの程度に取るかは投影光学
系の用途によって大きく異なるが、我々の検討では結像
特性への影響や背景光分布の一様性から１％（Ｒ＝０．
０１）以下が望ましいことが分かった。したがって、輪
帯間隔が所定量Ｔ1より大きい領域の面積Ｓｔ1 と素子
の有効な領域との面積Ｓとの比Ｓｔ1 ／Ｓの値ＣＸは、
系の用途によって大きく異なるが、我々の検討では結像
特性への影響や背景光分布の一様性から１％（Ｒ＝０．
０１）以下が望ましいことが分かった。したがって、輪
帯間隔が所定量Ｔ1より大きい領域の面積Ｓｔ1 と素子
の有効な領域との面積Ｓとの比Ｓｔ1 ／Ｓの値ＣＸは、
【００６２】
【数９】 よりも小さいと不要回折光の割合が１％を下回り、好適
である。
である。
【００６３】バイナリオプティクス素子が理想的に作製
されていない場合、ｍ＝Ｎｋ＋１次以外にも不要回折光
が現れる。特に問題となるのは、１次回折光に近接し、
最も回折角の小さい１±１次である。これらの次数の回
折光が像面内に入射しないための輪帯間隔の条件は、 Ｔ2＝λ／（ｎ ｓｉｎθh） ［式１１］ であり、輪帯間隔が所定量Ｔ2より大きい領域の面積を
Ｓｔ2 とすると、
されていない場合、ｍ＝Ｎｋ＋１次以外にも不要回折光
が現れる。特に問題となるのは、１次回折光に近接し、
最も回折角の小さい１±１次である。これらの次数の回
折光が像面内に入射しないための輪帯間隔の条件は、 Ｔ2＝λ／（ｎ ｓｉｎθh） ［式１１］ であり、輪帯間隔が所定量Ｔ2より大きい領域の面積を
Ｓｔ2 とすると、
【００６４】
【数１０】 が満たされる場合にＬ±１次の不要回折光の割合が１％
を下回ることになる。
を下回ることになる。
【００６５】以上のように、バイナリオプティクス素子
を投影光学系に用いる際には注目すべき回折次数を設定
し、その次数の光が像面に入射する限界の輪帯間隔をよ
り大きい領域の面積に制限を与えることで、不要回折光
の影響を低減している。
を投影光学系に用いる際には注目すべき回折次数を設定
し、その次数の光が像面に入射する限界の輪帯間隔をよ
り大きい領域の面積に制限を与えることで、不要回折光
の影響を低減している。
【００６６】本実施形態では図１に示すように、投影光
学系中に２枚の回折光学素子を、投影光学系の開口絞り
ＳＰの近傍に設け、開口絞りＳＰの物体側と像側に各々
少なくとも１枚ずつを配置している。これによって不要
回折光の影響を低減している。
学系中に２枚の回折光学素子を、投影光学系の開口絞り
ＳＰの近傍に設け、開口絞りＳＰの物体側と像側に各々
少なくとも１枚ずつを配置している。これによって不要
回折光の影響を低減している。
【００６７】本実施形態では回折光学素子（バイナリオ
プティクス素子）の特性を表す為には光路長関数ｏｐｌ
（ｒ）を用いている。
プティクス素子）の特性を表す為には光路長関数ｏｐｌ
（ｒ）を用いている。
【００６８】ここでは、回折光学素子の光軸からの距離
をｒとしたとき ｏｐｌ（ｒ）＝Ｃ1ｒ2＋Ｃ2ｒ4＋Ｃ3ｒ6）λｐ として、各係数Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 と波長λp を与えてい
る。ただし、波長λp は製造波長と呼ばれるものであ
り、設計にあたっては実際に光学系で使用される波長と
同じでも異なっても良い。
をｒとしたとき ｏｐｌ（ｒ）＝Ｃ1ｒ2＋Ｃ2ｒ4＋Ｃ3ｒ6）λｐ として、各係数Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 と波長λp を与えてい
る。ただし、波長λp は製造波長と呼ばれるものであ
り、設計にあたっては実際に光学系で使用される波長と
同じでも異なっても良い。
【００６９】尚、本実施形態で用いる露光光は数百ピコ
（３００ｐｍ）以下のバンド幅を有している。
（３００ｐｍ）以下のバンド幅を有している。
【００７０】又、非球面形状に関しては、
【００７１】
【数１１】 として、Ｋ，ｃ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを与えること
により決定している。ただし、ｃは曲率半径である。
により決定している。ただし、ｃは曲率半径である。
【００７２】図１に示した本発明の実施形態１の投影光
学系の数値例を次に示す。
学系の数値例を次に示す。
【００７３】
【外１】
【００７４】
【外２】 次に、本実施例における像面での不要回折光の強度分布
のシミュレーションを行い、設計次数の強度に対する比
で示したものが図２である。その結果は、値が約０．１
％であり、かつ像面全体に渡ってほぼ一様となってい
る。本実施例では２枚のバイナリオプティクス素子が用
いられているが、この内第１３面のみを考慮した場合の
不要回折光強度は約０．０３％、第１７面のみを考慮し
た場合は約０．０７％であり、それぞれ図３，４に示し
ている。なお、ここでの不要回折光の計算は物体面にお
いて半径５０ｍｍの円形開口があり、開口全面で輝度分
布、配光分布が一様であること、及び２枚のバイナリオ
プティクス素子は共に８段の階段形状を持つと仮定して
いる。
のシミュレーションを行い、設計次数の強度に対する比
で示したものが図２である。その結果は、値が約０．１
％であり、かつ像面全体に渡ってほぼ一様となってい
る。本実施例では２枚のバイナリオプティクス素子が用
いられているが、この内第１３面のみを考慮した場合の
不要回折光強度は約０．０３％、第１７面のみを考慮し
た場合は約０．０７％であり、それぞれ図３，４に示し
ている。なお、ここでの不要回折光の計算は物体面にお
いて半径５０ｍｍの円形開口があり、開口全面で輝度分
布、配光分布が一様であること、及び２枚のバイナリオ
プティクス素子は共に８段の階段形状を持つと仮定して
いる。
【００７５】本実施例のレンズデータにおける最大物体
高の主光線の瞳面からの出射角θhは光線追跡により
４．３（ｄｅｇ）が得られ、［式８］からＴ1＝１３．
３μｍが求められる。第１３面では輪帯間隔が１３．３
μｍとなる半径は７．３ｍｍとなり、またこの面での有
効径は８６．３ｍｍである。従って、［式９］から第１
３面におけるＲの値を求めるとＲ＝０．０２３％とな
り、シミュレーションでの結果に近いことが分かる。同
様のことを第１７面に対して行うと、輪帯間隔が１３．
３μｍになる半径１３．９ｍｍ、有効径９４．８ｍｍか
らＲ＝０．０６４％が得られ、同様にシミュレーション
の結果を反映していることが分かる。
高の主光線の瞳面からの出射角θhは光線追跡により
４．３（ｄｅｇ）が得られ、［式８］からＴ1＝１３．
３μｍが求められる。第１３面では輪帯間隔が１３．３
μｍとなる半径は７．３ｍｍとなり、またこの面での有
効径は８６．３ｍｍである。従って、［式９］から第１
３面におけるＲの値を求めるとＲ＝０．０２３％とな
り、シミュレーションでの結果に近いことが分かる。同
様のことを第１７面に対して行うと、輪帯間隔が１３．
３μｍになる半径１３．９ｍｍ、有効径９４．８ｍｍか
らＲ＝０．０６４％が得られ、同様にシミュレーション
の結果を反映していることが分かる。
【００７６】次に第１３面の位置において不要回折光強
度が1%程度になる場合を考えてみる。この場合は［式１
０］から輪帯間隔がＴ1以上である領域と全有効領域と
の面積比は０．３０６以下であれば良い。これを半径の
比に直すと０．５５３であるので、輪帯間隔がＴ1（＝
１３．３μ) となる半径は４７．７ｍｍであればよい。
位相関数に関する仮定として、 φ（ｒ）＝ｃ1ｒ2 のように光軸からの距離ｒの２次の形で書けるものとす
ると、輪帯間隔と位相関数の関係式から c1=4.99×10-4
となることが分かる。ただし、製造波長をλp=632.8nm
としている。
度が1%程度になる場合を考えてみる。この場合は［式１
０］から輪帯間隔がＴ1以上である領域と全有効領域と
の面積比は０．３０６以下であれば良い。これを半径の
比に直すと０．５５３であるので、輪帯間隔がＴ1（＝
１３．３μ) となる半径は４７．７ｍｍであればよい。
位相関数に関する仮定として、 φ（ｒ）＝ｃ1ｒ2 のように光軸からの距離ｒの２次の形で書けるものとす
ると、輪帯間隔と位相関数の関係式から c1=4.99×10-4
となることが分かる。ただし、製造波長をλp=632.8nm
としている。
【００７７】この条件でシミュレーションを行うために
第１３面を仮に１３Ａ面と１３Ｂ面の２枚に分割し、１
３Ａ面に位相関数φA(r)=4.99 ×10-4 r2 、１３Ｂ面に
φB(r)= φ13(r)-φA(r)となるように与え、１３Ａ面に
よる不要回折光の強度分布を計算した。ただし、φ
13(r) は分割する前に第１３面に定義されていた位相関
数である。このような扱いは無限に薄い回折面を考える
限り正しい。
第１３面を仮に１３Ａ面と１３Ｂ面の２枚に分割し、１
３Ａ面に位相関数φA(r)=4.99 ×10-4 r2 、１３Ｂ面に
φB(r)= φ13(r)-φA(r)となるように与え、１３Ａ面に
よる不要回折光の強度分布を計算した。ただし、φ
13(r) は分割する前に第１３面に定義されていた位相関
数である。このような扱いは無限に薄い回折面を考える
限り正しい。
【００７８】図５にこの結果を示す。全体としては設定
通りほぼ１％程度で中心から周辺に向かって徐々に低下
する分布を持つ不要回折光強度となる。複数回の露光を
考えた場合、強度、分布ともにこれ以上の悪化は作製さ
れるデバイスに支障を来たし得るが、位相関数から不要
回折光強度の振舞いが予測可能であるので、光学系の設
計時に予め拘束条件として考慮しておくことで不要回折
光の影響を低減することができる。
通りほぼ１％程度で中心から周辺に向かって徐々に低下
する分布を持つ不要回折光強度となる。複数回の露光を
考えた場合、強度、分布ともにこれ以上の悪化は作製さ
れるデバイスに支障を来たし得るが、位相関数から不要
回折光強度の振舞いが予測可能であるので、光学系の設
計時に予め拘束条件として考慮しておくことで不要回折
光の影響を低減することができる。
【００７９】次に以上説明した投影露光装置を利用した
半導体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。
半導体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。
【００８０】図７は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフ
ローチャートである。
半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフ
ローチャートである。
【００８１】本実施例においてステップ１（回路設計）
では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マ
スク製作）では設計した回路パターンを形成したマスク
を製作する。
では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マ
スク製作）では設計した回路パターンを形成したマスク
を製作する。
【００８２】一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
【００８３】次のステップ５（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。
【００８４】ステップ６（検査）ではステップ５で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００８５】図８は上記ステップ４のウエハプロセスの
詳細なフローチャートである。まず、ステップ１１（酸
化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（Ｃ
ＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。
詳細なフローチャートである。まず、ステップ１１（酸
化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（Ｃ
ＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。
【００８６】ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【００８７】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００８８】本実施例の製造方法を用いれば、高集積度
の半導体デバイスを容易に製造することができる。
の半導体デバイスを容易に製造することができる。
【００８９】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、回折光学
素子から生ずる不要回折光に悪影響を極力少なくし、高
い光学性能を容易に得られる投影露光装置及びデバイス
の製造方法を達成することができる。
素子から生ずる不要回折光に悪影響を極力少なくし、高
い光学性能を容易に得られる投影露光装置及びデバイス
の製造方法を達成することができる。
【００９０】特に、本発明によれば、投影光学系中へ回
折光学素子を用いる際に輪帯間隔の大きい領域の面積に
制限を加えることで、像面での不要回折光の強度を予測
し、かつ低レベルに抑えることができる効果がある。
折光学素子を用いる際に輪帯間隔の大きい領域の面積に
制限を加えることで、像面での不要回折光の強度を予測
し、かつ低レベルに抑えることができる効果がある。
【図１】 本発明の実施形態１の投影光学系の要部断面
図
図
【図２】 本発明の実施形態１である投影光学系による
不要回折光の像面強度分布を示す説明図
不要回折光の像面強度分布を示す説明図
【図３】 本発明の実施形態１である投影光学系のう
ち、第１３面のバイナリオプティクス素子による不要回
折光の像面強度分布を示す説明図
ち、第１３面のバイナリオプティクス素子による不要回
折光の像面強度分布を示す説明図
【図４】 本発明の実施形態１である投影光学系のう
ち、第１７面のバイナリオプティクス素子による不要回
折光の像面強度分布を示す説明図
ち、第１７面のバイナリオプティクス素子による不要回
折光の像面強度分布を示す説明図
【図５】 本発明の実施形態１である投影光学系をもと
に第１３面を分割し、位相関数としてφA(r)=4.99 ×10
-4 r2 を与えたバイナリオプティクス素子による不要回
折光の像面強度分布を示す説明図
に第１３面を分割し、位相関数としてφA(r)=4.99 ×10
-4 r2 を与えたバイナリオプティクス素子による不要回
折光の像面強度分布を示す説明図
【図６】 不要回折光を示す模式図
【図７】 本発明のデバイス製造方法のフローチャート
【図８】 本発明のデバイス製造方法のフローチャート
ＰＬ 投影光学系 ＢＯＥ１ 第１回折光学素子 ＢＯＥ２ 第２回折光学素子 ＳＰ 開口絞り Ｍ 第１物体（レチクル） Ｗ 第２物体（ウエハ） ＥＤ 照明装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１８
Claims (4)
- 【請求項１】 光源からの光でレチクルを照明する照明
光学系と、照明されたレチクルのパターンの像を基板上
に投影する回折光学素子を含む投影光学系と、を有する
投影露光装置において、該回折光学素子は、その輪帯間
隔が所定量Ｔ以上である領域の面積Ｓｔと、該回折光学
素子の有効径の面積Ｓとの比Ｓｔ／Ｓを所定量ＣＸ以下
にしたことを特徴とする投影露光装置。 - 【請求項２】 前記回折光学素子は前記投影光学系の瞳
面近傍に配置され、該回折光学素子の各輪帯が複数の平
面による階段形状で近似されるバイナリオプティクス素
子より成り、該投影光学系で使用される中心波長をλ、
該バイナリオプティクス素子の階段の段数をＮ、該バイ
ナリオプティクス素子の硝材の屈折率をｎ、該投影光学
系の最大物体高の主光線の瞳面からの出射角をθh 、結
像条件を満たす回折次数をＬ、ｐ次回折光の回折効率を
ηｐとしたとき、前記輪帯の間隔の所定量Ｔは Ｔ＝Ｎλ／（ｎ ｓｉｎθh ） であり、前記面積比Ｓｔ／Ｓの所定量ＣＸは ＣＸ＝０．０１ηL ／（ηn+L ＋η-n+L） であることを特徴とする請求項１の投影露光装置。 - 【請求項３】 前記回折光学素子は前記投影光学系の瞳
面近傍に配置され、該回折光学素子の各輪帯が複数の平
面による階段形状で近似されるバイナリオプティクス素
子より成り、該投影光学系で使用される中心波長をλ、
該バイナリオプティクス素子の硝材の屈折率をｎ、該投
影光学系の最大物体高の主光線の瞳面からの出射角をθ
h 、結像条件を満たす回折次数をＬ、ｐ次回折光の回折
効率をηｐとしたとき、前記輪帯の間隔の所定量Ｔは Ｔ＝λ／（ｎ ｓｉｎθh ） であり、前記面積比Ｓｔ／Ｓの所定量ＣＸは ＣＸ＝０．０１ηL ／（ηn+L ＋η-n+L） であることを特徴とする請求項１の投影露光装置。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項記載の投影
露光装置を用いてレチクル面上のパターンを投影光学系
によりウエハ面上に投影露光した後、該ウエハを現像処
理工程を介してデバイスを製造していることを特徴とす
るデバイスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10131195A JPH11307443A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10131195A JPH11307443A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11307443A true JPH11307443A (ja) | 1999-11-05 |
Family
ID=15052258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10131195A Pending JPH11307443A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11307443A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002073670A1 (en) * | 2001-03-13 | 2002-09-19 | Nikon Corporation | Exposure method and exposure system, and device production method |
| US6606144B1 (en) | 1999-09-29 | 2003-08-12 | Nikon Corporation | Projection exposure methods and apparatus, and projection optical systems |
| JP2003535356A (ja) * | 1999-12-29 | 2003-11-25 | カール・ツアイス・スティフツング・トレーディング・アズ・カール・ツアイス | 非球面レンズ表面が隣接して配置されている投影対物レンズ |
| US6674513B2 (en) | 1999-09-29 | 2004-01-06 | Nikon Corporation | Projection exposure methods and apparatus, and projection optical systems |
| US6903803B2 (en) | 2000-05-30 | 2005-06-07 | Nikon Corporation | Projection optical system, exposure apparatus incorporating this projection optical system, and manufacturing method for micro devices using the exposure apparatus |
| US7039257B2 (en) | 2001-02-19 | 2006-05-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Scanning optical apparatus and image forming apparatus using the same |
-
1998
- 1998-04-24 JP JP10131195A patent/JPH11307443A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6606144B1 (en) | 1999-09-29 | 2003-08-12 | Nikon Corporation | Projection exposure methods and apparatus, and projection optical systems |
| US6674513B2 (en) | 1999-09-29 | 2004-01-06 | Nikon Corporation | Projection exposure methods and apparatus, and projection optical systems |
| US6864961B2 (en) | 1999-09-29 | 2005-03-08 | Nikon Corporation | Projection exposure methods and apparatus, and projection optical systems |
| JP2003535356A (ja) * | 1999-12-29 | 2003-11-25 | カール・ツアイス・スティフツング・トレーディング・アズ・カール・ツアイス | 非球面レンズ表面が隣接して配置されている投影対物レンズ |
| US6903803B2 (en) | 2000-05-30 | 2005-06-07 | Nikon Corporation | Projection optical system, exposure apparatus incorporating this projection optical system, and manufacturing method for micro devices using the exposure apparatus |
| US7039257B2 (en) | 2001-02-19 | 2006-05-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Scanning optical apparatus and image forming apparatus using the same |
| WO2002073670A1 (en) * | 2001-03-13 | 2002-09-19 | Nikon Corporation | Exposure method and exposure system, and device production method |
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