JP2004335746A - 投影光学系、露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】投影光学系を液浸状態で使用した場合において、収差が少なく、結像性能を劣化させることのない投影光学系、露光装置及び露光方法を提供する。
【手段】液浸可能な投影露光装置において、前記投影光学系の最も基板側のレンズ面の曲率半径Ｒとし、前記感光面に投影される最大像高をＹとした場合に、
１＜Ｒ／Ｙ＜７を満たすように形成し収差を低減させる。
又、液浸の液体が光を吸収する場合、投影光学系に用いられる硝材の一部を透過率の低い硝材により形成し、液体中を透過する距離が長い光路の光線は、透過率の低い硝材内を透過する距離を短くし、液体中を透過する距離の短い光路の光線は、透過率の低い硝材内を透過する距離を長くなるよう形成される。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原版上に描画されたパターンを基板上に焼付転写する投影光学系を有する投影露光装置及び露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、感光性基板としてウエハに転写されるパターンの微細化が望まれている。これを達成するためには、露光波長の短波長化を図るか、投影光学系の開口数の増大化を図るかの２つの方法が考えられる。従来より、これらのうち、投影光学系の開口数の増大化を図る方法の一つとして、液浸式の投影露光装置が提案されている。液浸式の投影露光装置は、投影光学系の最もウエハ側のレンズ面とウエハとの空間、すなわち、作動距離（ワーキングディスタンス）の空間（以後、作動空間と呼ぶ。）の全部又はウエハ側の空間部分を水、油等の液体で満たす装置である。通常使用時の動作空間を占める空気の屈折率が１．０であるのに対し、例えば、油の屈折率は約１．６である。このため、作動空間の全部又はウエハ側の空間部分をこのような屈折率の高い液体に置換すれば、投影光学系のウエハ側の開口数を大きくし、露光パターンの微細化を図ることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−５８４３６
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の液浸式の投影露光装置においては、作動空間の全部を屈折率の高い液体に置換した場合、投影光学系の最もウエハ側にあるレンズの屈折率の値と液体の屈折率との値が同じであれば問題はないが、一般に、レンズ硝材の屈折率の値と液浸に使用する液体の屈折率との値とは異なっており、この屈折率の差により光が屈折し収差が発生する。
ところで、一般に液浸式の光学系は、レンズから出射した光が空気中で結像することを前提としおらず、液体中において結像することを目的としている。よって、通常の空気中で使用した場合とは発生する収差は異なる。
【０００５】
このような液浸式光学系で収差が発生した場合には、補正することが可能であるが、レンズの形状によっては補正で解消することができない場合があり、この場合、レンズの大型化を余儀なくされるといった問題点があり、この問題点を解決することが課題となる。
また、一般的に液浸式の投影光学系では、これに用いられているレンズにおける光の透過率と、液浸のために用いられている液体における光の透過率とが異なる場合が多い。特に短波長領域ではこの傾向が顕著であり、ＡｒＦに代表されるエキシマ光のような真空紫外光においては、レンズの硝材の透過率は高いが、液浸用に用いられる液体は、光を吸収するため透過率は硝材と比べて低い。
【０００６】
このため、ウエハ上で結像される光線の光路が異なると、液体中における光の吸収量が異なり、結像性能に悪影響を与えるといった問題点がある。即ち、ウエハ上で結像される光線は、レチクル上の一点を起点とした光線が投影光学系を通り、ウエハ上の一点に集光されるが、この投影光学系を通過する光線は、投影光学系内において同一の光路をたどるのではなく、様々な光路をたどった光線がウエハ上にて集光し結像する。このため、液浸用の液体が光を吸収する場合、光線のたどった光路によって、液体を通過する距離も異なり、各々の光線の透過量も異なる。これにより、光線のたどった光路の相違により光の強弱が生じ、結像性能に悪影響を与えてしまうのである。
具体的に図３に基づき説明すると、最大像高の位置に結像される光線のうち、液浸用の液体中を通過する光路長が、最も短い距離Ｕ１と最も長い距離Ｌ１とでは、液体中を通過する距離が大きく異なる。この液体が光を吸収する場合、各々の光線の強さに強弱が生じてしまい、結像性能を劣化させる。このため、結像性能の劣化を防ぐことが課題となる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決するためになされたものである。
すなわち、請求項１に係る発明は、原版上に描画されたパターンを基板の感光面に転写する投影光学系を有し、前記投影光学系の最も基板側のレンズ面と前記基板の感光面との間の空間に、所定の液体を挿入する液浸可能に形成された投影露光装置において、前記投影光学系の最も基板側のレンズ面の曲率半径をＲとし、前記基板の感光面に投影される最大像高をＹとした場合に、１＜Ｒ／Ｙ＜７
を満たすように形成されたことを特徴とする投影露光装置である。
ここで、液浸とは、投影光学系の最も基板側のレンズ面と前記感光面との空間部分を液体で満たすことをいう。
また、最大像高Ｙは、感光面上において結像中心から最も離れた結像位置までの距離を示す。この最大像高は当該投影露光装置固有の値であり、収差等の悪影響を受けることなく結像可能な、結像中心からの最大の距離を意味する。このため、この値が小さくなりすぎると、一回の露光面積が狭くなり、生産効率を著しく低下させ、生産装置としての意義を失ってしまう。
【０００８】
請求項２に係る発明は、原版上に描画されたパターンを基板の感光面に転写する投影光学系を有し、前記投影光学系の最も基板側のレンズ面と前記基板の感光面との間の空間に、所定の液体を挿入する液浸可能に形成された投影露光装置において、前記投影光学系に用いられる硝材の全部或いは一部を光吸収のある硝材により形成し、前記液体中を透過する光線の一つが前記光吸収のある硝材内を透過する距離を前記一つの光線よりも前記液体中を透過する距離の長い他の光線が前記光吸収のある硝材内を透過する距離よりも、短くしたことを特徴とする投影露光装置である。
これにより液浸用の液体が光を吸収する場合であっても、光路が相違した場合であっても各々の光線における光の吸収量を近づけることができ、基板の感光面上での結像性能の劣化を回避することができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、原版上に描画されたパターンを基板の感光面に転写する投影光学系を有し、前記投影光学系の最も基板側のレンズ面と前記基板の感光面との間の空間に、所定の液体を挿入する液浸可能に形成された投影露光装置において、前記基板の感光面に投影される最大像高となる位置に像を結像するための光路のうち、前記投影光学系の最も基板側のレンズ面と前記基板の感光面との間における光路長の最も短い光路が、前記原版から前記基板までの間にたどる投影光学系内の光路における光の吸収率をＫＵとし、前記投影光学系の最も基板側のレンズ面と前記基板の感光面との間における光路長の最も長い光路が、前記原版から前記基板までの間にたどる投影光学系内の光路における吸収率をＫＬとした場合、前記投影光学系に用いられる硝材の全部或いは一部を光吸収のある硝材により形成し、前記液体中を透過する距離の短い光路をたどる光線が、前記光吸収のある硝材内を透過する距離を長くし、前記液体中を透過する距離が長い光路をたどる光線が、前記光吸収のある硝材内を透過する距離を短くすることにより、
０．８＜ＫＵ／ＫＬ＜１．２５
を満たすように形成されたことを特徴とする投影露光装置である。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載された投影露光装置において、前記空間内に浸される液体媒体の単位あたりの透過率をＴ１とし、前記感光面に投影される最大像高となる位置に像を結像するための光路のうち、前記投影光学系の最も基板側のレンズ面と前記感光面との間における光路長が、最も短い光路の距離をＵ１とし、最も長い光路の距離をＬ１とし、投影光学系内の光吸収のある硝材の単位あたりの透過率をＴ２とし、前記最も短い光路の距離Ｕ１をたどる光線が前記硝材内を通過する長さをＵ２とし、前記最も長い光路の距離Ｌ１をたどる光線が前記硝材内を通過する長さをＬ２とした場合、
０．８＜｛１−（Ｔ１＾Ｕ１）＊（Ｔ２＾Ｕ２）｝／｛１−（Ｔ１＾Ｌ１）＊（Ｔ２＾Ｌ２）｝＜１．２５
を満たすように形成されたことを特徴とする投影露光装置である。
ここで、＊は積を意味し、＾はべき乗を意味しており、（Ｔ１＾Ｕ１）は、Ｔ１のＵ１乗という意味である。
【００１１】
さらに、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載された投影露光装置を用いて露光する方法において、原版を所定の露光光で照明する照明工程と、投影光学系５を介して原版のパターン像を基板の感光面に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１、図２及び図３にて本発明による投影露光装置の実施例を説明する。図１は、本発明に係る投影露光装置を示す図である。
本実施の形態では、照明工程と露光工程とを含む露光方法において、原版であるレチクル３のパターン像を基板であるウエハ８の感光面８ａ上に結像する。すなわち、ＡｒＦエキシマレーザー光源等の光源１から発した光束は、照明光学系２を経て、レチクルステージ４上に載置された原版としてのレチクル３のパターン面を均一に照射する。レチクル３のパターン面から発した露光光は、投影光学系５を介して、ＸＹステージ７上に載置されたウエハ８の感光面８ａ上に、レチクル３のパターン面の像を結像する。
ＸＹステージ７上には、箱型の液体遮断板６が設置されている。図１では簡単のため、液体遮断板６の断面のみを示す。そして、液体遮断板６に囲まれた空間に、水、油等の液体を入れて、作動空間を液体とすることができる。本発明の投影露光装置を液浸状態で使用する場合、図１では破線部まで液体Ｂを入れることにより、ウエハ８と投影光学系５のウエハ８側の面との空間を全て液体で浸されることとなる。
【００１３】
ここで、図３における露光面で結像される最大像高をＹ（Ｙは感光面上において結像中心から最も離れた結像位置までの距離を示す。）、投影光学系の最も基板側のレンズ面の曲率半径Ｒとした場合に、
１＜Ｒ／Ｙ＜７
を満たすように形成することにより、レンズを大型化することなく収差の補正を容易に行うことができる。
【００１４】
尚、Ｒ／Ｙが１以下の場合では、曲率半径よりも露光面で結像される最大像高さの方が大きくなり、収差を補正等で解消することは困難となる。特に、口径が大きく曲率半径に近い半径の凹レンズの場合、レンズを出射した光線の一部が再びレンズ内に入る場合があり、この場合結像性能は極端に劣化する。更に、曲率半径の小さいレンズでは、レンズと基板の空間内に短時間で液体を供給、排出させることが困難となり、スループットの低下を招き生産装置としての機能を害することとなる。又、Ｒ／Ｙが７以上の場合では、像面収差補正が困難となり、レンズ外径の大型化が必要となる。よって、レンズを大型化することなく生産装置としての機能を確保するためには、Ｒ／Ｙは上記範囲内にあることが必要となる。
特に、生産装置のスループットの向上という面により着目するならば、更に２＜Ｒ／Ｙ＜７の範囲であることが望ましい。
また、投影光学系においては、光のたどる光路に関係なく、原版であるレチクル３から基板であるウエハ８の間において、光の吸収量をほぼ同一とすることにより、液浸に用いる液体の光の吸収により生じていた結像性能の劣化を解消するものである。具体的には、投影光学系に用いられる硝材の一部を透過率の低い硝材により形成し、液体中を透過する距離が長い光路の光線は、透過率の低い硝材内を透過する距離を短くし、液体中を透過する距離の短い光路の光線は、透過率の低い硝材内を透過する距離を長くしたものである。
【００１５】
このような構成の投影光学系では、同一起点から発せられた光線は異なる光路をたどったとしても、光の吸収量はほぼ同じとなり、同一強度の光がウエハ８上に到達するため結像性能に悪影響を与えることはない。
尚、光の透過率の低い硝材を用いることにより、光の吸収量の調整をしているが、投影光学系内のレンズとレンズの空間に光を吸収する気体例えば、一部大気を導入することにより、同様の効果を望むことも可能である。しかし、このような気体がレンズ面の曇の原因になること、気体の揺らぎにより、かえって結像性能を劣化させ、この解決方法も見当らないことにより、気体により透過率を調整する方法は妥当な解決方法ではない。
【００１６】
上記のように光を吸収するレンズとして用いることができるものは投影光学系内でも限定され、光路に関係なく吸収量を全く同一にすることは困難であるが、この値が０．８から１．２５の範囲内にあれば、結像性能に殆ど影響を与えることはない。即ち、この範囲外の場合には、光路により光の吸収量が異なり、著しく結像性能を劣化させてしまうが、この範囲内であれば光路による光の吸収量の差は少なく、結像性能を劣化させることはない。
【００１７】
本発明に基づく具体的な第１実施例を説明する。
第１実施例は図３の構成に基づくもので、表１のレンズデータを有した投影光学系である。ここで、ｒは曲率半径、ｄは中心厚・面間隔、ｎは屈折率を示す。
【００１８】
【表１】

この投影露光装置による最大像高Ｙは、当該投影露光装置固有の値であり、１３．７３ｍｍである。又、最も基板側のレンズ面の曲率半径（Ｇ２３−Ｒ２）は、５２．０５７ｍｍである。よって、Ｒ／Ｙの値は、３．７９１となる。
また、この投影露光装置において用いられる液浸用液体１ｃｍあたりの光の透過率Ｔ１は、０．９０であり、液体中の光路のうち短いものの距離Ｕ１は、０．３５６ｃｍであり、長いものの距離Ｌ１は、０．５９８ｃｍである。又、投影光学系内の吸収率の高いレンズ硝材１ｃｍあたりの光の透過率Ｔ２は、０．９８であり、Ｕ１の光路を投影光学系内でたどる光線の当該レンズ内を透過する光路の距離Ｕ２は、５．０４９ｃｍ、Ｌ１の光路を投影光学系内でたどる光線の当該レンズ内を透過する光路の距離Ｌ２は、２．５０５ｃｍである。このＵ２、Ｕ２の値はＬ１、Ｌ１の投影光学系内の光路を計算することにより求めることができる。よって、｛１−（Ｔ１＾Ｕ１）＊（Ｔ２＾Ｕ２）｝／｛１−（Ｔ１＾Ｌ１）＊（Ｔ２＾Ｌ２）｝の値は、１．２１２となり、結像性能に悪影響を与えることはない。
ここで、比較として、このような吸収率の高いレンズを入れない場合、即ち、前記において吸収率の高いとされたレンズが他のレンズと同様に光をほとんど吸収せず透過する場合、近似的にＴ２を１と考えることができるため、｛１−（Ｔ１＾Ｕ１）＊（Ｔ２＾Ｕ２）｝／｛１−（Ｔ１＾Ｌ１）＊（Ｔ２＾Ｌ２）｝の値は、０．６０３となり、光の強度差が大きく、結像性能に悪影響を与える。
【００１９】
本発明に基づく具体的な第２実施例を説明する。
第２実施例は図４の構成に基づくもので、表２のレンズデータを有した投影光学系である。
【００２０】
【表２】

この投影露光装置による最大像高Ｙは、当該投影露光装置固有の値であり、１３．７３ｍｍである。又、最も基板側のレンズ面の曲率半径（Ｇ２７−Ｒ２）は、４２．１８６ｍｍである。よって、Ｒ／Ｙの値は、３．０７３となる。
また、この投影露光装置において用いられる液浸用液体１ｃｍあたりの光の透過率Ｔ１は、０．９０であり、液体中の光路のうち短いものの距離Ｕ１は、０．７６４ｃｍであり、長いものの距離Ｌ１は、１．３７７ｃｍである。又、投影光学系内の吸収率の高いレンズ硝材１ｃｍあたりの光の透過率Ｔ２は、０．９８であり、計算によりＵ１の光路を投影光学系内でたどる光線の当該レンズ内を透過する光路の距離Ｕ２は、４．３１５ｃｍ、Ｌ１の光路を投影光学系内でたどる光線の当該レンズ内を透過する光路の距離Ｌ２は、１．１４６ｃｍである。
よって、｛１−（Ｔ１＾Ｕ１）＊（Ｔ２＾Ｕ２）｝／｛１−（Ｔ１＾Ｌ１）＊（Ｔ２＾Ｌ２）｝の値は、０．９９７となり、結像性能に悪影響を与えることはない。
【００２１】
ここで、比較として、このような吸収率の高いレンズを入れない場合、即ち、前記において吸収率の高いとされたレンズが他のレンズと同様に光をほとんど吸収せず透過する場合、近似的にＴ２を１と考えることができるため、｛１−（Ｔ１＾Ｕ１）＊（Ｔ２＾Ｕ２）｝／｛１−（Ｔ１＾Ｌ１）＊（Ｔ２＾Ｌ２）｝の値は、０．５７３となり、光の強度差が大きく結像性能に悪影響を与える。
【００２２】
【発明の効果】本発明では、液浸の露光装置であっても収差や結像性能を劣化させることなく結像可能な投影露光装置を提供することができる。
特に、液浸に用いる液体が光を吸収する場合には、結像性能の劣化を回避することができ、所望の微細パターンを正確に焼き付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、液浸投影露光装置の概要図である。
【図２】は、液浸投影露光装置のうち、液浸となる部分の構成図である。
【図３】は、本発明の第１実施例による投影露光装置の光学系の構成図である。
【図４】は、本発明の第２実施例による投影露光装置の光学系の構成図である。
【符号の説明】
１・・・光源
２・・・照明光学系
３・・・レチクル
４・・・レチクルステージ
５・・・投影光学系
６・・・液体遮断板
７・・・ウエハステージ
８・・・ウエハ
８ａ・・・像面
９・・・投影光学系の最もウエハ側のレンズ
Ａ・・・光線
Ｂ・・・液体

Claims (5)

1. 原版上に描画されたパターンを基板の感光面に転写する投影光学系を有し、前記投影光学系の最も基板側のレンズ面と前記基板の感光面との間の空間に、所定の液体を挿入する液浸可能に形成された投影露光装置において、前記投影光学系の最も基板側のレンズ面の曲率半径をＲとし、前記基板の感光面に投影される最大像高をＹとした場合に、
   １＜Ｒ／Ｙ＜７
   を満たすように形成されたことを特徴とする投影露光装置。
2. 原版上に描画されたパターンを基板の感光面に転写する投影光学系を有し、前記投影光学系の最も基板側のレンズ面と前記基板の感光面との間の空間に、所定の液体を挿入する液浸可能に形成された投影露光装置において、前記投影光学系に用いられる硝材の全部或いは一部を光吸収のある硝材により形成し、前記液体中を透過する光線の一つが前記光吸収のある硝材内を透過する距離を前記一つの光線よりも前記液体中を透過する距離の長い他の光線が前記光吸収のある硝材内を透過する距離よりも、短くしたことを特徴とする投影露光装置。
3. 原版上に描画されたパターンを基板の感光面に転写する投影光学系を有し、前記投影光学系の最も基板側のレンズ面と前記基板の感光面との間の空間に、所定の液体を挿入する液浸可能に形成された投影露光装置において、前記基板の感光面に投影される最大像高となる位置に像を結像するための光路のうち、前記投影光学系の最も基板側のレンズ面と前記基板の感光面との間における光路長の最も短い光路が、前記原版から前記基板までの間にたどる投影光学系内の光路における光の吸収率をＫＵとし、前記投影光学系の最も基板側のレンズ面と前記基板の感光面との間における光路長の最も長い光路が、前記原版から前記基板までの間にたどる投影光学系内の光路における吸収率をＫＬとした場合、前記投影光学系に用いられる硝材の全部或いは一部を光吸収のある硝材により形成し、前記液体中を透過する距離の短い光路をたどる光線が、前記光吸収のある硝材内を透過する距離を長くし、前記液体中を透過する距離が長い光路をたどる光線が、前記光吸収のある硝材内を透過する距離を短くすることにより、
   ０．８＜ＫＵ／ＫＬ＜１．２５
   を満たすように形成されたことを特徴とする投影露光装置。
4. 請求項３に記載された投影露光装置において、前記空間内に浸される液体媒体の単位あたりの透過率をＴ１とし、前記基板の感光面に投影される最大像高となる位置に像を結像するための光路のうち、前記投影光学系の最も基板側のレンズ面と前記基板の感光面との間における光路長が、最も短い光路の距離をＵ１とし、最も長い光路の距離をＬ１とし、投影光学系内の光吸収のある硝材の単位あたりの透過率をＴ２とし、前記最も短い光路の距離Ｕ１をたどる光線が前記硝材内を通過する長さをＵ２とし、前記最も長い光路の距離Ｌ１をたどる光線が前記硝材内を通過する長さをＬ２とした場合、べき乗を＾で表すと、
   ０．８＜｛１−（Ｔ１＾Ｕ１）＊（Ｔ２＾Ｕ２）｝／｛１−（Ｔ１＾Ｌ１）＊（Ｔ２＾Ｌ２）｝＜１．２５
   を満たすように形成されたことを特徴とする投影露光装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の投影露光装置を用いて露光する方法において、前記原版を所定の露光光で照明する照明工程と、前記投影光学系を介して前記原版のパターン像を前記基板の感光面に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。

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