JP2004022708A

JP2004022708A - Imaging optical system, illumination optical system, aligner and method for exposure

Info

Publication number: JP2004022708A
Application number: JP2002173871A
Authority: JP
Inventors: Hideki Komatsuda; 小松田　秀基
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2004-01-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging optical system, consisting of a lens whose maximum effective diameter is small with respect to the interval between a mask blind and a mask. <P>SOLUTION: A relay imaging optical system which forms a magnified image of the mask blind 10 on the mask M comprises first imaging optical systems G1 and G2 which have magnifying power; and second imaging optical systems G3 and G4 which have reducing power. In an optical path between the mask blind 10 on the mask M, at least one intermediate image is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１面の像を第２面に結像させる結像光学系、該結像光学系を備えた照明光学系、該照明光学系を備えた露光装置及びこの露光装置を用いた露光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、例えばフライアイレンズのようなオプティカルインテグレータに入射し、その後側焦点面に多数の光源からなる二次光源を形成する。二次光源からの光束は、コンデンサレンズにより集光された後、レチクル（マスク）と共役な所定面に照野を形成する。この所定面の近傍には、照明視野絞りとしてのレチクルブラインド（マスクブラインド）が配置されている。
【０００３】
従って、所定面に形成された照野からの光束は、照明視野絞りを介して制限された後、リレー結像光学系を介して所定のパターンが形成されたレチクルを重畳的に照明する。こうして、レチクル上には、照明視野絞りの開口部の像が照明領域として形成される。レチクルのパターンを透過した光は、投影光学系を介して感光性基板上に結像する。こうして、感光性基板上には、レチクルのパターンが投影露光（転写）される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の露光装置では、レチクル及び感光性基板が受ける重力の影響が回転対称になるように、投影光学系の光軸を重力方向（鉛直方向）に一致させ、レチクル及び感光性基板を水平方向に支持する構成が一般的である。この場合、照明視野絞りとレチクルとを光学的に共役に結ぶリレー結像光学系（照明視野絞り投影光学系）が、露光装置の最上部に配置されることになる。従って、露光装置が振動の影響を受けにくい構造にするには、リレー結像光学系の小型化および軽量化を図ることが望ましい。
【０００５】
また、近年においては、転写すべきパターンの微細化に伴って露光光の短波長化が進み、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光源や、波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光源などが露光光源として用いられ、更には、波長が１５７ｎｍのＦ_２レーザ光源が露光光源として用いられている。また、最近では、露光領域の拡大が要求されており、露光領域を拡大するために走査型露光装置が用いられている。
【０００６】
ここで、露光光源としてＦ_２レーザ光源を用いる走査型露光装置においては、レチクルを保持するレチクルステージを投影光学系に対して相対的に移動させるため、レチクルステージの移動範囲を確保する必要があり、また、レチクルブラインドは、大きな振動源となることから、レチクルブラインドとレチクルとの間隔を広くする必要がある。このようにレチクルブラインドとレチクルとの間隔を広くした場合には、レチクルブラインドとレチクルとを結ぶリレー光学系を構成するレンズの外径を大きくする必要がある。
【０００７】
しかしながら、露光光源としてＦ_２レーザ光源を用いていることから、Ｆ_２レーザ光に対しても光透過率が高く、かつ均一な透過率を有し、更にレーザ耐性に優れた硝材は限られており、大きな外径を有するレンズを形成するための硝材を確保することが困難である。
【０００８】
本発明の課題は、第１面と第２面の間隔に対して、最大有効径の小さいレンズにより構成した結像光学系、該結像光学系を備えた照明光学系並びに露光装置及び、この露光装置を用いた露光方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の結像光学系は、第１面の拡大像を第２面に結像させる結像光学系において、前記第１面と前記第２面との間の光路中において、少なくとも１つの中間像を形成することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２記載の結像光学系は、前記結像光学系が、拡大倍率を有する第１結像光学系と、縮小倍率を有する第２結像光学系とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３記載の結像光学系は、前記第１結像光学系が前記第１面と前記中間像との間の光路中に配置され、前記第２結像光学系が前記中間像と前記第２面との間の光路中に配置されることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４記載の結像光学系は、前記結像光学系が、前記第１面側及び前記第２面側が実質的にテレセントリックに構成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５記載の結像光学系は、前記第１面には照明視野絞りが配置され、前記第２面にはマスクが配置されることを特徴とする。
【００１４】
この請求項１乃至請求項５記載の結像光学系によれば、第１面と第２面の間隔に対して結像光学系を最大有効径の小さいレンズにより構成することができる。従って、例えば、露光光に短波長の光を用いる場合においても、結像光学系を構成するレンズの硝材の入手を容易に行うことができる。
【００１５】
また、請求項６記載の照明光学系は、請求項５記載の結像光学系を備え、光源からの光に基づいて、前記照明視野絞りの像を前記マスク上に結像させることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７記載の照明光学系は、照明視野絞りの像をマスク上に結像させる照明視野絞り投影光学系を備える照明光学系において、前記照明視野絞り投影光学系は、前記照明視野絞り側の開口数をｎ１、前記マスク側開口数をｎ２、前記照明視野絞りと前記マスクとの光軸に沿った距離をＬ、前記照明視野絞り結像光学系の最大有効径をｄとするとき、Ｌ×ｎ１×ｎ２／（ｎ１＋ｎ２）＞ｄの条件を満足することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８記載の照明光学系は、前記照明視野絞り投影光学系が、前記照明視野絞りと前記マスクとの間の光路中に少なくとも１つの中間像を形成することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項９記載の照明光学系は、前記照明視野絞り投影光学系が拡大倍率を有する第１結像光学系と、縮小倍率を有する第２結像光学系とを有することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１０記載の照明光学系は、前記第１結像光学系が前記照明視野絞りと前記中間像との間の光路中に配置され、前記第２結像光学系が前記中間像と前記マスクとの間の光路中に配置されることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１１記載の照明光学系は、前記照明視野絞り投影光学系が、前記照明視野絞り側及び前記マスク側が実質的にテレセントリックに構成されていることを特徴とする。
【００２１】
この請求項６乃至請求項１１記載の照明光学系によれば、照明視野絞りとマスクの間隔に対して最大有効径の小さいレンズにより構成した照明視野絞り投影光学系を備えている。従って、例えば、露光光に短波長の光を用いる場合においても、照明視野絞り投影光学系を構成するレンズの硝材の入手を容易に行うことができる。
【００２２】
また、請求項１２記載の露光装置は、前記マスクを照明する請求項６乃至請求項１１の何れか一項記載の照明光学系と、前記マスクのパターン像を感光性基板上に投影する投影光学系とを備えることを特徴とする。
【００２３】
この請求項１２記載の露光装置によれば、照明光学系が最大有効径の小さいレンズにより構成され、小型化軽量化が図られた照明視野絞り投影光学系を備えている。従って、マスクブラインドの振動の影響を最小に抑えた状態でマスクの露光を行うことができる。
【００２４】
また、請求項１３記載の露光方法は、請求項６乃至請求項１１の何れか一項記載の照明光学系を用いて前記マスクを照明する照明工程と、前記マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光工程とを有することを特徴とする。
【００２５】
この請求項１３記載の露光方法によれば、照明光学系が最大有効径の小さいレンズにより構成され、小型化軽量化が図られた照明視野絞り投影光学系を備えている露光装置を用いてマスクの露光を行うことから、マスクブラインドの振動の影響を最小に抑えた状態でマスクの露光を行うことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の説明を行う。図１は、本発明の実施の形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板であるウエハＷの法線方向に沿ってＺ軸を、ウエハ面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウエハ面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。この露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１として、１５７ｎｍの波長の光を供給するＦ_２レーザ光源を備えている。
【００２７】
光源１からＹ方向に沿って射出された略平行光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ２ａ、２ｂからなるビームエキスパンダ２に入射する。各レンズ２ａ、２ｂは、図１において負の屈折力及び正の屈折力をそれぞれ有する。また、一対のレンズ２ａ、２ｂのうちの少なくとも一方が、光軸ＡＸに沿って移動可能に構成されている。従って、ビームエキスパンダ２に入射した光束は、レンズ２ａとレンズ２ｂとの間隔に応じて図１の紙面内において拡大され、所望の矩形状の断面を有する光束に整形される。
【００２８】
整形光学系としてのビームエキスパンダ２を介した略平行光束は、折り曲げミラーでＺ方向に偏向された後、マイクロフライアイ３に入射する。マイクロフライアイ３は、稠密に且つ縦横に配列された多数の正六角形状の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。一般に、マイクロフライアイは、例えば光透過性の平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。なお、マイクロフライアイ３の微小レンズのそれぞれの形状は、正六角形状に限られることなく、例えば正方形状や長方形状であってもよい。
【００２９】
ここで、マイクロフライアイを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズが互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイはフライアイレンズと同じである。なお、図１では、図面の明瞭化のために、マイクロフライアイ３を構成する微小レンズの数を実際よりも非常に少なく表している。
【００３０】
従って、マイクロフライアイ３に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、各微小レンズの後側焦点面にはそれぞれ１つの光源（集光点）が形成される。マイクロフライアイ３の後側焦点面に形成された多数の光源からの光束は、アフォーカルズームレンズ４を介して、輪帯照明用の回折光学素子（ＤＯＥ）５に入射する。
【００３１】
アフォーカルズームレンズ４は、アフォーカル系（無焦点光学系）を維持しながら所定の範囲で倍率を連続的に変化させることができるように構成されている。また、アフォーカルズームレンズ４は、マイクロフライアイ３の後側焦点面と回折光学素子５の回折面とを光学的に共役に結んでいる。そして、回折光学素子５の回折面上の一点に集光する光束の開口数は、アフォーカルズームレンズ４の倍率に依存して変化する。
【００３２】
一般に、回折光学素子は、光透過性の基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、輪帯照明用の回折光学素子５は、入射した矩形状の光束を輪帯状（円環状）の光束に変換する。回折光学素子５を介した光束は、ズームレンズ６を介して、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ７に入射する。
【００３３】
ここで、ズームレンズ６の後側焦点面の近傍に、フライアイレンズ７の入射面が位置決めされている。従って、回折光学素子５を介した光束は、ズームレンズ６の後側焦点面に、ひいてはフライアイレンズ７の入射面に、光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野を形成する。この輪帯状の照野の大きさは、ズームレンズ６の焦点距離に依存して変化する。このように、ズームレンズ６は、回折光学素子５とフライアイレンズ７の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に結んでいる。
【００３４】
フライアイレンズ７は、正の屈折力を有する多数のレンズエレメントを稠密に且つ縦横に配列することによって構成されている。なお、フライアイレンズ７を構成する各レンズエレメントは、マスク上において形成すべき照野の形状（ひいてはウエハ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。また、フライアイレンズ７を構成する各レンズエレメントの入射側の面は入射側に凸面を向けた球面状に形成され、射出側の面は射出側に凸面を向けた球面状に形成されている。
【００３５】
従って、フライアイレンズ７に入射した光束は多数のレンズエレメントにより二次元的に分割され、光束が入射した各レンズエレメントの後側焦点面には多数の光源がそれぞれ形成される。こうして、フライアイレンズ７の後側焦点面には、フライアイレンズ７への入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する輪帯状の面光源（以下、「二次光源」という）が形成される。フライアイレンズ７の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り８に入射する。
【００３６】
輪帯状の開口部（光透過部）を有する開口絞り８を介した二次光源からの光は、コンデンサ光学系９の集光作用を受けた後、その後側焦点面を重畳的に照明する。こうして、コンデンサ光学系９の後側焦点面には、フライアイレンズ７を構成する各レンズエレメントの形状と相似な矩形状の照野が形成される。このように、マイクロフライアイ３からコンデンサ光学系９は、光源１からの光束に基づいて所定面（コンデンサ光学系９の後側焦点面）に照野を形成するための照野形成手段を構成している。
【００３７】
上述の矩形状の照野が形成される所定面には、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１０が配置されている。マスクブラインド１０の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、リレー結像光学系（照明視野絞り投影光学系）１１の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。こうして、リレー結像光学系１１は、マスクブラインド１０の矩形状の開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。
【００３８】
ここでリレー結像光学系１１は、マスクブラインド（第１面）１０の拡大像をマスク（第２面）Ｍ上に結像させる結像光学系であって、マスクブラインド１０とマスクＭとの間の光路中において、少なくとも１つの中間像を形成する。このリレー結像光学系１１は、拡大倍率を有する第１結像光学系Ｇ１，Ｇ２と、縮小倍率を有する第２結像光学系Ｇ３，Ｇ４とを備えた光学系、即ち、物体面像高及び像面像高よりも、中間結像部像高の方が高い光学系である。また、リレー結像光学系１１は、第１結像光学系Ｇ１，Ｇ２がマスクブラインド１０と中間像との間の光路中に配置され、第２結像光学系Ｇ３，Ｇ４が中間像とマスクＭとの間に配置されており、マスクブラインド１０側及びマスクＭ側が実質的にテレセントリックに構成されている
更に、リレー結像光学系１１は、マスクブラインド側１０の開口数をｎ１、マスクＭ側開口数をｎ２、マスクブラインド１０とマスクＭの光軸に沿った距離をＬ、リレー結像光学系１１の最大有効径をｄとするとき、Ｌ×ｎ１×ｎ２／（ｎ１＋ｎ２）＞ｄ、の条件を満足する。
【００３９】
なお、この条件式は、次のようにして求められる。両側テレセントリックの光学系（従来の１回結像型のリレー結像光学系）を焦点距離がｆ１、ｆ２の２枚の凸レンズで構成すると、
ｆ１：ｆ２：＝ｎ２：ｎ１
ｌ＝２×（ｆ１＋ｆ２）
ｄ＝２×ｆ１×ｎ１＝２×ｆ２×ｎ２
となる。従って、この式からｆ１、ｆ２を消去することにより、
ｌ×ｎ１×ｎ２　／（ｎ１＋ｎ２）　＝　ｄ
を得ることができる。即ち、従来の１回結像型のリレー結像光学系においては、最大有効径ｄの値がｌ×ｎ１×ｎ２　／（ｎ１＋ｎ２）となることから、２回結像型のリレー結像光学系とすることにより、リレー結像光学系１１の最大有効径を従来の１回結像型のリレー結像光学系よりも小さく、即ち、ｄがＬ×ｎ１×ｎ２／（ｎ１＋ｎ２）＞ｄ、の条件を満足するようにしている。
【００４０】
マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウエハＷ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウエハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウエハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。
【００４１】
この実施の形態によれば、マスクブラインド１０とマスクＭの間隔に対して最大有効径の小さいレンズにより構成したリレー結像光学系１１を備えている。従って、例えば、Ｆ_２レーザ光等の短波長の光を用いる場合においても、リレー結像光学系１１を構成するレンズの硝材の入手を容易行うことができる。
【００４２】
また、この実施の形態にかかる露光装置は、照明光学系が最大有効径の小さいレンズにより構成され、小型化軽量化が図られた照明視野絞り投影光学系を備えている。従って、マスクブラインドの振動の影響を最小に抑えた状態でマスクの露光を行うことができる。なお、マスクブラインドの振動を最小に抑えるためには、マスクブラインドを保持する架台と、マスクブラインドの下流側の光学系（リレー結像光学系１１、投影光学系ＰＬ）を保持する架台とを別構造にすることが好ましい。このような架台構造は、例えば、ＷＯ９９／６３５８５号公報に開示されている。
【００４３】
なお、上述の実施の形態にかかる露光装置においては、一括露光が行われ、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、ウエハの各露光領域に対してマスクパターンを一括的に露光する。この場合、マスクＭ上での照明領域の形状は正方形に近い矩形状であり、フライアイレンズ７の各レンズエレメントの断面形状も正方形に近い矩形状となる。一方、走査型の露光装置を用いる場合には、スキャン露光が行われ、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、マスクおよびウエハを投影光学系に対して相対移動させながらウエハの各露光領域に対してマスクパターンをスキャン露光する。この場合、マスクＭ上での照明領域の形状は短辺と長辺との比がたとえば１：３の矩形状であり、フライアイレンズ７の各レンズエレメントの断面形状もこれと相似な矩形状となる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、アフォーカルズームレンズ４の倍率を変化させることにより、輪帯状の二次光源の外径（大きさ）および輪帯比（形状）をともに変更することができる。また、ズームレンズ６の焦点距離を変化させることにより、輪帯状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。その結果、アフォーカルズームレンズ４の倍率とズームレンズ６の焦点距離とを適宜変化させることにより、輪帯状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。
【００４５】
また、本実施の形態では、輪帯照明用の回折光学素子５を、たとえば４極照明用の回折光学素子や８極照明用の回折光学素子と切り換えることにより、４極照明や８極照明のような変形照明を行うことができる。この場合、回折光学素子５の切換えに連動して、輪帯開口絞り８を、たとえば４極開口絞りや８極開口絞りと切り換えることになる。また、マイクロフライアイ３を照明光路から退避させるとともに輪帯照明用の回折光学素子５を、通常の円形照明用の回折光学素子と切り換えることにより、通常の円形照明を行うこともできる。この場合、回折光学素子５の切換えに連動して、輪帯開口絞り８を、円形開口絞りと切り換えることになる。
【００４６】
上述の実施の形態にかかる露光装置では、照明光学装置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、図１に示す実施の形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウエ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２のフローチャートを参照して説明する。
【００４７】
先ず、図２のステップ３０１において、１ロットのウエ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１ロットのウエ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、図１に示す本実施の形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される。即ち、照明光学装置によりマスクを照明し（照明工程）、マスクのパターンをウエハ上に転写する（露光工程）。
【００４８】
その後、ステップ３０４において、その１ロットのウエ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ロットのウエ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、各ウエ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。
【００４９】
また、図１に示す本実施の形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図３のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図３において、パターン形成工程４０１では、実施の形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レチクル剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
【００５０】
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
【００５１】
その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００５２】
なお、上述の実施の形態では、波面分割型のオプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ７を用いているが、これに限定されることなく、内面反射型のロッド状オプティカルインテグレータを用いることもできる。ロッド状オプティカルインテグレータは、石英ガラスや蛍石のような光透過性の光学材料からなる内面反射型のガラスロッドであり、内部と外部との境界面すなわち内面での全反射を利用して集光点を通りロッド入射面に平行な面に沿って内面反射数に応じた数の光源像を形成する。ここで、形成される光源像のほとんどは虚像であるが、中心（集光点）の光源像のみが実像となる。すなわち、ロッド状オプティカルインテグレータに入射した光束は内面反射により角度方向に分割され、集光点を通りその入射面に平行な面に沿って多数の光源像からなる二次光源が形成される。
図１に示す実施の形態においてフライアイレンズ７に代えてロッド状オプティカルインテグレータを用いる場合、ズームレンズ６とロッド状オプティカルインテグレータの間の光路中に第１光学系を付設するとともに、コンデンサ光学系９に代えて第２光学系を設置する。ここで、第１光学系は、ズームレンズ６の入射瞳とロッド状オプティカルインテグレータの入射面とを光学的に共役に配置するとともに、ズームレンズ６の後側焦点面とロッド状オプティカルインテグレータの射出面とを光学的に共役に配置する。また、第２光学系は、ロッド状オプティカルインテグレータの射出面とマスクブラインド１０とを光学的に共役に配置する。
【００５３】
なお、ロッド状オプティカルインテグレータとしては、光学材料の内面での全反射を利用するものには限定されず、中空のロッド状部材の内面で反射を繰り返すものを適用してもよい。
【００５４】
また、上述の実施の形態において、フライアイレンズ７に代えて、光透過性の基板にエッチング処理を施して縮小レンズ群を形成したマイクロフライアイを用いてもよい。このマイクロフライアイは、例えば、特開２００１−１７６７７２号公報、特開２００１−３３８８６１号公報、及び特開２００２−４０３２７号公報などに開示されている。
【００５５】
また、マイクロフライアイ３やフライアイレンズ７に代えて、互いに直行した母線を持つ少なくとも一対のシリンドリカルレンズアレイを適用することも可能である。このようなシリンドリカルレンズアレイは、例えば、特表２０００−５０１５１８号公報に開示されている。
【００５６】
また、上記実施の形態においては、マイクロフライアイ３を用いたが、これに代えてファーフィールド（フラウンホーファー回折領域）においてほぼ円形状の光束断面に変換する機能を有する回折光学素子を用いてもよい。
【００５７】
そして、本実施の形態において、マイクロフライアイや回折光学素子、フライアイレンズ、シリンドリカルレンズアレイの材料として露光光に対して光透過性を有する蛍石（ＣａＦ_２）や水晶（Ｓｉ_２Ｏ_３）、フッ素をドープしたドライ石英などを適用することができる。
【００５８】
また、上述の実施の形態では、露光装置における照明光学装置中のリレー結像光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく本発明の範囲内において様々な適用例が可能であることはいうまでもない。
【００５９】
〔第１実施例〕
以下に、第１実施例にかかるリレー結像光学系について説明する。図４は、第１実施例にかかるリレー結像光学系を１つの直線状の光軸に沿って展開した図である。第１実施例のリレー結像光学系は、物体側（マスクブラインド１０側）から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４とから構成されている。
【００６０】
ここで、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、両凸レンズＬ３，Ｌ４とから構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ５と、両凸レンズＬ６から構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ７，Ｌ８と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、両凸レンズＬ１１とから構成されている。更に、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２により構成されている。なお、開口絞りＡＳは、第３レンズ群Ｇ３の負メニスカスレンズＬ１０と両凸レンズＬ１１との間に配置されている。また、第１実施例のリレー結像光学系を構成する１２枚のレンズは、全てＣａＦ_２から形成されている。
【００６１】
なお、第１実施例においては、光路を折り曲げるための光路偏向鏡を第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の光路中、及び第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の光路中の少なくとも一方に配置することが可能である。また、開口絞りＡＳは省略してもかまわない。この開口絞りＡＳに代えて、この位置を通過する光束径の最大値よりも若干大きな開口径を持つフレア防止用の絞りを配置することも可能である。
【００６２】
次の（表１）に、第１実施例のリレー結像光学系の諸元の値を掲げる。（表１）において、面番号は光線の進行する方向に沿った面の順序を、ｒは各面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径：ｍｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、ｎは次の面までの屈折率をそれぞれ示している。なお、（表１）において、曲率半径を示す欄に記載されたＩＮＦＩＮＩＴＹは、その面が平面であることを示している。

以下に、第１実施例にかかるリレー結像光学系における非球面の位置と非球面係数を示す。なお、非球面係数は、以下に示す関数式（数式１）により求められる。この関数式においては、球面からの乖離が、光軸方向へのサグ量ｄｚで表現され、ｄｚは、面内各位置での光軸からの高さｈの関数とされている。
【００６３】
【数１】

【００６４】

〔第２実施例〕
図５は、第２実施例にかかるリレー結像光学系を１つ直線状の光軸に沿って展開した図である。第２実施例のリレー結像光学系は、物体側（マスクブラインド１０側）から順に、物体側（マスクブラインド１０側）から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４とから構成されている。
【００６５】
ここで、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、両凸レンズＬ３とから構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、両凸レンズＬ４から構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ５と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ７と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ８，物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ９とから構成されている。更に、第４レンズ群Ｇ４は、両凸レンズＬ１０により構成されている。なお、開口絞りＡＳは、第３レンズ群Ｇ３の負メニスカスレンズＬ７と負メニスカスレンズＬ８との間に配置されている。また、第２実施例のリレー結像光学系を構成する１０枚のレンズは、全てＣａＦ_２から形成されている。
【００６６】
なお、第２実施例においても光路を折り曲げるための光路偏向鏡を第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の光路中、及び第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の光路中の少なくとも一方に配置することが可能である。また、開口絞りＡＳは省略してもかまわない。この開口絞りＡＳに代えて、この位置を通過する光束径の最大値よりも若干大きな開口径を持つフレア防止用の絞りを配置することも可能である。
【００６７】
次の（表２）に、第２実施例のリレー結像光学系の諸元の値を掲げる。（表２）において、面番号は光線の進行する方向に沿った面の順序を、ｒは各面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径：ｍｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、ｎは次の面までの屈折率をそれぞれ示している。なお、（表２）において、曲率半径を示す欄に記載されたＩＮＦＩＮＩＴＹは、その面が平面であることを示している。

以下に、第２実施例にかかるリレー結像光学系における非球面の位置と非球面係数を示す。なお、非球面係数は、上述の関数式（数式１）により求められる。

なお、上記数値実施例では、露光光の波長が１５７ｎｍであることから、リレー結像光学系を構成する各レンズを蛍石（ＣａＦ_２）から形成したが、各レンズを形成する光学材料として、フッ化バリウム（ＢａＦ_２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ_２）などを用いることもできる。また、露光光の波長が１９３ｎｍよりも長い場合には、上記光学材料に加えて石英ガラスを用いることができる。
【００６８】
以上の通り、上述の各実施例によれば、最大有効径、ひいては最大外径の小さなレンズだけでリレー結像光学系を構成できるため、光学材料の入手を容易に行うことができる。特に、上記実施例では、波長１５７ｎｍのＦ_２レーザを露光光として用いており、当該Ｆ_２レーザに対して光透過性を有する光学材料は、外径の大きなものが入手困難な蛍石などを用いざるを得ないので有利である。
【００６９】
【発明の効果】
この発明の結像光学系によれば、第１面と第２面の間隔に対して結像光学系を最大有効径の小さいレンズにより構成することができる。従って、例えば、露光光に短波長の光を用いる場合においても、結像光学系を構成するレンズの硝材の入手を容易に行うことができる。
【００７０】
また、この発明の照明光学系によれば、照明視野絞りとマスクの間隔に対して最大有効径の小さいレンズにより構成した照明視野絞り投影光学系を備えている。従って、例えば、露光光に短波長の光を用いる場合においても、照明視野絞り投影光学系を構成するレンズの硝材の入手を容易に行うことができる。
【００７１】
また、この発明の露光装置によれば、照明光学系が最大有効径の小さいレンズにより構成され、小型化軽量化が図られた照明視野絞り投影光学系を備えている。従って、マスクブラインドの振動の影響を最小に抑えた状態でマスクの露光を行うことができる。
【００７２】
また、この発明の露光方法によれば、照明光学系が最大有効径の小さいレンズにより構成され、小型化軽量化が図られた照明視野絞り投影光学系を備えた露光装置を用いてマスクの露光を行うことから、マスクブラインドの振動の影響を最小に抑えた状態でマスクの露光を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
この発明の実施の形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】
この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】
この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】
この発明の第１実施例にかかるリレー結像光学系を示す図である。
【図５】
この発明の第２実施例にかかるリレー結像光学系を示す図である。
【符号の説明】
１０…マスクブラインド、１１…リレー結像光学系、Ｇ１，Ｇ２…第１結像光学系、Ｇ３，Ｇ４…第２結像光学系、Ｍ…マスク、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention uses an imaging optical system that forms an image on a first surface on a second surface, an illumination optical system including the imaging optical system, an exposure apparatus including the illumination optical system, and the exposure apparatus. It relates to an exposure method.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a typical exposure apparatus, a light beam emitted from a light source is incident on an optical integrator such as a fly-eye lens, and forms a secondary light source including a large number of light sources on a rear focal plane. The light flux from the secondary light source is condensed by the condenser lens, and then forms an illumination field on a predetermined surface conjugate with the reticle (mask). A reticle blind (mask blind) as an illumination field stop is arranged near this predetermined surface.
[0003]
Therefore, the luminous flux from the illumination field formed on the predetermined surface is restricted via the illumination field stop, and then illuminates the reticle on which the predetermined pattern is formed in a superimposed manner via the relay imaging optical system. Thus, an image of the opening of the illumination field stop is formed as an illumination area on the reticle. The light transmitted through the reticle pattern forms an image on a photosensitive substrate via a projection optical system. Thus, the pattern of the reticle is projected and exposed (transferred) on the photosensitive substrate.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above exposure apparatus, the optical axis of the projection optical system is made to coincide with the direction of gravity (vertical direction) so that the influence of gravity on the reticle and the photosensitive substrate is rotationally symmetric, and the reticle and the photosensitive substrate are moved in the horizontal direction. The supporting configuration is common. In this case, a relay imaging optical system (illumination field stop projection optical system) that optically conjugates the illumination field stop and the reticle is arranged at the top of the exposure apparatus. Therefore, in order to make the exposure apparatus less susceptible to vibration, it is desirable to reduce the size and weight of the relay imaging optical system.
[0005]
In recent years, the wavelength of exposure light has been shortened with the miniaturization of patterns to be transferred, and a KrF excimer laser light source having a wavelength of 248 nm, an ArF excimer laser light source having a wavelength of 193 nm, and the like have been used as exposure light sources. , And an F-wavelength of 157 nm. ₂ A laser light source is used as an exposure light source. In recent years, enlargement of an exposure area has been required, and a scanning exposure apparatus has been used to enlarge the exposure area.
[0006]
Here, F is used as an exposure light source. ₂ In a scanning exposure apparatus using a laser light source, a reticle stage holding a reticle is relatively moved with respect to a projection optical system. Therefore, it is necessary to secure a moving range of the reticle stage, and a reticle blind is large. Since it becomes a vibration source, it is necessary to increase the distance between the reticle blind and the reticle. When the distance between the reticle blind and the reticle is widened as described above, it is necessary to increase the outer diameter of a lens constituting a relay optical system that connects the reticle blind and the reticle.
[0007]
However, as an exposure light source, F ₂ Since a laser light source is used, F ₂ Glass materials that have high light transmittance and uniform transmittance with respect to laser light and are also excellent in laser resistance are limited, and secure glass materials for forming lenses with large outer diameters. Is difficult.
[0008]
An object of the present invention is to provide an imaging optical system including a lens having a small maximum effective diameter with respect to a distance between a first surface and a second surface, an illumination optical system including the imaging optical system, and an exposure apparatus. An object of the present invention is to provide an exposure method using an exposure apparatus.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
2. The imaging optical system according to claim 1, wherein the imaging optical system forms an enlarged image of the first surface on the second surface, wherein at least one image is formed in an optical path between the first surface and the second surface. Forming two intermediate images.
[0010]
The imaging optical system according to claim 2 is characterized in that the imaging optical system has a first imaging optical system having a magnification and a second imaging optical system having a reduction magnification. .
[0011]
The image forming optical system according to claim 3, wherein the first image forming optical system is disposed in an optical path between the first surface and the intermediate image, and the second image forming optical system is configured to include the intermediate image. And being disposed in an optical path between the first surface and the second surface.
[0012]
An imaging optical system according to a fourth aspect is characterized in that the imaging optical system is configured such that the first surface side and the second surface side are substantially telecentric.
[0013]
The imaging optical system according to claim 5 is characterized in that an illumination field stop is arranged on the first surface, and a mask is arranged on the second surface.
[0014]
According to the imaging optical system according to the first to fifth aspects, the imaging optical system can be constituted by a lens having a small maximum effective diameter with respect to the distance between the first surface and the second surface. Therefore, for example, even when light having a short wavelength is used as the exposure light, it is possible to easily obtain the glass material of the lens constituting the imaging optical system.
[0015]
An illumination optical system according to a sixth aspect includes the imaging optical system according to the fifth aspect, and forms an image of the illumination field stop on the mask based on light from a light source. I do.
[0016]
The illumination optical system according to claim 7, further comprising an illumination field stop projection optical system that forms an image of the illumination field stop on a mask, wherein the illumination field stop projection optical system includes the illumination field stop. When the numerical aperture on the side is n1, the numerical aperture on the mask side is n2, the distance along the optical axis between the illumination field stop and the mask is L, and the maximum effective diameter of the illumination field stop imaging optical system is d. , L × n1 × n2 / (n1 + n2)> d.
[0017]
The illumination optical system according to claim 8 is characterized in that the illumination field stop projection optical system forms at least one intermediate image in an optical path between the illumination field stop and the mask.
[0018]
The illumination optical system according to claim 9 is characterized in that the illumination field stop projection optical system has a first imaging optical system having a magnification and a second imaging optical system having a reduction magnification. .
[0019]
Further, in the illumination optical system according to claim 10, the first imaging optical system is disposed in an optical path between the illumination field stop and the intermediate image, and the second imaging optical system is configured to be connected to the intermediate image. It is characterized by being disposed in an optical path between the mask and the mask.
[0020]
The illumination optical system according to claim 11 is characterized in that the illumination field stop projection optical system is configured such that the illumination field stop side and the mask side are substantially telecentric.
[0021]
According to the illumination optical system of the sixth to eleventh aspects, there is provided an illumination field stop projection optical system including a lens having a maximum effective diameter smaller than the distance between the illumination field stop and the mask. Therefore, for example, even when short-wavelength light is used as the exposure light, it is possible to easily obtain the glass material of the lens constituting the illumination field stop projection optical system.
[0022]
An exposure apparatus according to a twelfth aspect, the illumination optical system according to any one of the sixth to eleventh aspects, which illuminates the mask, and a projection optical system that projects a pattern image of the mask onto a photosensitive substrate. And a system.
[0023]
According to the exposure apparatus of the twelfth aspect, the illumination optical system includes a lens having a small maximum effective diameter, and includes an illumination field stop projection optical system that is reduced in size and weight. Therefore, exposure of the mask can be performed in a state where the influence of the vibration of the mask blind is minimized.
[0024]
In an exposure method according to a thirteenth aspect, an illumination step of illuminating the mask using the illumination optical system according to any one of the sixth to eleventh aspects, and a pattern of the mask is formed on a photosensitive substrate. And an exposing step of transferring.
[0025]
According to the exposure method of the thirteenth aspect, the illumination optical system is constituted by a lens having a small maximum effective diameter, and a mask is formed by using an exposure apparatus having an illumination field stop projection optical system that is reduced in size and weight. Is performed, the exposure of the mask can be performed in a state where the influence of the vibration of the mask blind is minimized.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the Z axis is along the normal direction of the wafer W as a photosensitive substrate, the Y axis is in the direction parallel to the plane of FIG. 1 in the wafer plane, and the Y axis is perpendicular to the plane of FIG. 1 in the wafer plane. The X axis is set in each direction. This exposure apparatus supplies a light having a wavelength of 157 nm as a light source 1 for supplying exposure light (illumination light). ₂ It has a laser light source.
[0027]
A substantially parallel light beam emitted from the light source 1 along the Y direction has a rectangular cross section elongated in the X direction, and enters a beam expander 2 including a pair of

lenses

2a and 2b. Each of the

lenses

2a and 2b has a negative refractive power and a positive refractive power in FIG. At least one of the pair of

lenses

2a and 2b is configured to be movable along the optical axis AX. Therefore, the light beam incident on the beam expander 2 is enlarged in the paper of FIG. 1 according to the distance between the lens 2a and the lens 2b, and shaped into a light beam having a desired rectangular cross section.
[0028]
The substantially parallel light beam passing through the beam expander 2 as a shaping optical system is incident on the micro fly's eye 3 after being deflected in the Z direction by the bending mirror. The micro fly's eye 3 is an optical element formed of a large number of fine hexagonal microlenses having positive refracting power arranged densely and vertically. In general, a micro fly's eye is formed by, for example, etching a light-transmitting parallel flat plate to form a group of microlenses. The shape of each of the micro lenses of the micro fly's eye 3 is not limited to a regular hexagon, but may be, for example, a square or a rectangle.
[0029]
Here, each micro lens constituting the micro fly's eye is smaller than each lens element constituting the fly's eye lens. Also, unlike a fly-eye lens composed of lens elements isolated from each other, the micro fly's eye is formed integrally with a large number of micro lenses without being isolated from each other. However, a micro fly's eye is the same as a fly's eye lens in that lens elements having positive refractive power are arranged vertically and horizontally. In FIG. 1, the number of microlenses constituting the micro fly's eye 3 is much smaller than the actual number for clarity.
[0030]
Therefore, the light beam incident on the micro fly's eye 3 is two-dimensionally divided by a large number of microlenses, and one light source (condensing point) is formed on the rear focal plane of each microlens. Light beams from a number of light sources formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 3 are incident on a diffractive optical element (DOE) 5 for annular illumination via an afocal zoom lens 4.
[0031]
The afocal zoom lens 4 is configured such that the magnification can be continuously changed within a predetermined range while maintaining an afocal system (a non-focus optical system). The afocal zoom lens 4 optically conjugates the rear focal plane of the micro fly's eye 3 and the diffractive surface of the diffractive optical element 5. Then, the numerical aperture of the light beam condensed on one point on the diffraction surface of the diffractive optical element 5 changes depending on the magnification of the afocal zoom lens 4.
[0032]
Generally, a diffractive optical element is formed by forming a step having a pitch of about the wavelength of exposure light (illumination light) on a light-transmitting substrate, and has an action of diffracting an incident beam to a desired angle. Specifically, the diffractive optical element 5 for annular illumination converts an incident rectangular light beam into an annular (annular) light beam. The light beam having passed through the diffractive optical element 5 is incident on a fly-eye lens 7 as an optical integrator via a zoom lens 6.
[0033]
Here, the entrance surface of the fly-eye lens 7 is positioned near the rear focal plane of the zoom lens 6. Therefore, the light beam having passed through the diffractive optical element 5 forms an annular illumination field centered on the optical axis AX on the rear focal plane of the zoom lens 6 and thus on the incident surface of the fly-eye lens 7. The size of this annular illumination field changes depending on the focal length of the zoom lens 6. As described above, the zoom lens 6 connects the diffractive optical element 5 and the incident surface of the fly-eye lens 7 substantially in a Fourier transform relationship.
[0034]
The fly-eye lens 7 is configured by arranging a large number of lens elements having a positive refractive power densely and vertically. Each lens element constituting the fly-eye lens 7 has a rectangular cross-section similar to the shape of the illumination field to be formed on the mask (and the shape of the exposure area to be formed on the wafer). Further, the surface on the incident side of each lens element constituting the fly-eye lens 7 is formed in a spherical shape with the convex surface facing the incident side, and the surface on the emitting side is formed in a spherical shape with the convex surface facing the emitting side. .
[0035]
Therefore, the light beam incident on the fly-eye lens 7 is two-dimensionally divided by a large number of lens elements, and a large number of light sources are formed on the rear focal plane of each lens element on which the light beam has entered. Thus, on the rear focal plane of the fly-eye lens 7, a ring-shaped surface light source (hereinafter, referred to as “secondary light source”) having substantially the same light intensity distribution as the illumination field formed by the light beam incident on the fly-eye lens 7 ) Is formed. The luminous flux from the annular secondary light source formed on the rear focal plane of the fly-eye lens 7 is incident on an aperture stop 8 arranged in the vicinity thereof.
[0036]
The light from the secondary light source through the aperture stop 8 having the annular aperture (light transmitting portion) receives the condensing action of the condenser optical system 9 and then illuminates the rear focal plane in a superimposed manner. Thus, a rectangular illumination field similar to the shape of each lens element constituting the fly-eye lens 7 is formed on the rear focal plane of the condenser optical system 9. Thus, the micro fly's eye 3 to the condenser optical system 9 constitute an illumination field forming means for forming an illumination field on a predetermined surface (the rear focal plane of the condenser optical system 9) based on the light beam from the light source 1. are doing.
[0037]
A mask blind 10 as an illumination field stop is arranged on a predetermined surface on which the rectangular illumination field is formed. The light beam passing through the rectangular opening (light transmitting portion) of the mask blind 10 is subjected to the light condensing action of the relay imaging optical system (illumination field stop projection optical system) 11, and then a predetermined pattern is formed. The mask M is illuminated in a superimposed manner. Thus, the relay imaging optical system 11 forms an image of the rectangular opening of the mask blind 10 on the mask M.
[0038]
Here, the relay imaging optical system 11 is an imaging optical system that forms an enlarged image of the mask blind (first surface) 10 on the mask (second surface) M. In the optical path between, at least one intermediate image is formed. The relay imaging optical system 11 is an optical system including first imaging optical systems G1 and G2 having a magnification and second imaging optical systems G3 and G4 having a reduction, that is, an object plane image height. This is an optical system in which the intermediate image forming portion image height is higher than the image surface image height. In the relay imaging optical system 11, the first imaging optical systems G1 and G2 are arranged in the optical path between the mask blind 10 and the intermediate image, and the second imaging optical systems G3 and G4 are arranged in the intermediate image and the mask. M and the mask blind 10 side and the mask M side are substantially telecentric.
Further, the relay imaging optical system 11 has a numerical aperture on the mask blind side 10 of n1, a numerical aperture on the mask M side of n2, a distance along the optical axis between the mask blind 10 and the mask M is L, When the maximum effective diameter of d is d, the condition of L × n1 × n2 / (n1 + n2)> d is satisfied.
[0039]
Note that this conditional expression is obtained as follows. If a bilateral telecentric optical system (conventional single-image relay imaging optical system) is composed of two convex lenses having focal lengths f1 and f2,
f1: f2: = n2: n1
l = 2 × (f1 + f2)
d = 2 × f1 × n1 = 2 × f2 × n2
It becomes. Therefore, by eliminating f1 and f2 from this equation,
1 × n1 × n2 / (n1 + n2) = d
Can be obtained. That is, in the conventional one-time imaging type relay imaging optical system, the value of the maximum effective diameter d is 1 × n1 × n2 / (n1 + n2). As a result, the maximum effective diameter of the relay imaging optical system 11 is smaller than that of the conventional single imaging relay imaging optical system, that is, d is L × n1 × n2 / (n1 + n2)> d. We are trying to satisfy the conditions.
[0040]
The light beam transmitted through the pattern of the mask M forms an image of the mask pattern on the wafer W as a photosensitive substrate via the projection optical system PL. In this manner, by performing batch exposure or scan exposure while driving and controlling the wafer W two-dimensionally in a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL, each exposure area of the wafer W is masked. The M patterns are sequentially exposed.
[0041]
According to this embodiment, the relay imaging optical system 11 including a lens having a maximum effective diameter smaller than the distance between the mask blind 10 and the mask M is provided. Thus, for example, F ₂ Even in the case of using short-wavelength light such as laser light, it is possible to easily obtain a glass material of a lens constituting the relay imaging optical system 11.
[0042]
The exposure apparatus according to this embodiment has an illumination optical system constituted by a lens having a small maximum effective diameter, and includes an illumination field stop projection optical system which is reduced in size and weight. Therefore, exposure of the mask can be performed in a state where the influence of the vibration of the mask blind is minimized. In order to minimize the vibration of the mask blind, a gantry holding the mask blind and a gantry holding the optical system (relay imaging optical system 11, projection optical system PL) on the downstream side of the mask blind are separated. It is preferred to have a structure. Such a gantry structure is disclosed, for example, in WO 99/63585.
[0043]
In the exposure apparatus according to the above-described embodiment, collective exposure is performed, and a mask pattern is collectively exposed to each exposure region of a wafer according to a so-called step-and-repeat method. In this case, the shape of the illumination area on the mask M is a rectangular shape close to a square, and the cross-sectional shape of each lens element of the fly-eye lens 7 is also a rectangular shape close to a square. On the other hand, in the case of using a scanning type exposure apparatus, scan exposure is performed. According to a so-called step-and-scan method, a mask and a wafer are relatively moved with respect to a projection optical system while each exposure area of a wafer is moved. Scan exposure of the mask pattern. In this case, the shape of the illumination area on the mask M is a rectangular shape having a ratio of the short side to the long side of, for example, 1: 3, and the cross-sectional shape of each lens element of the fly-eye lens 7 is similar to this. It becomes.
[0044]
In the present embodiment, by changing the magnification of the afocal zoom lens 4, both the outer diameter (size) and the annular ratio (shape) of the annular secondary light source can be changed. Further, by changing the focal length of the zoom lens 6, the outer diameter of the secondary light source having a ring shape can be changed without changing the ring ratio. As a result, by appropriately changing the magnification of the afocal zoom lens 4 and the focal length of the zoom lens 6, only the annular ratio can be changed without changing the outer diameter of the annular secondary light source. .
[0045]
Further, in the present embodiment, the diffractive optical element 5 for annular illumination is switched to, for example, a diffractive optical element for quadrupole illumination or a diffractive optical element for octupole illumination, so that quadrupole illumination or octupole illumination is used. Such modified illumination can be performed. In this case, in conjunction with the switching of the diffractive optical element 5, the annular aperture stop 8 is switched to, for example, a 4-pole aperture stop or an 8-pole aperture stop. Further, by retracting the micro fly's eye 3 from the illumination optical path and switching the diffractive optical element 5 for annular illumination to a diffractive optical element for ordinary circular illumination, ordinary circular illumination can be performed. In this case, the annular aperture stop 8 is switched to a circular aperture stop in conjunction with the switching of the diffractive optical element 5.
[0046]
In the exposure apparatus according to the above-described embodiment, the mask is illuminated by the illumination optical device (illumination step), and the transfer pattern formed on the mask is exposed on the photosensitive substrate using the projection optical system (exposure step). Thereby, a micro device (semiconductor element, image pickup element, liquid crystal display element, thin film magnetic head, etc.) can be manufactured. Hereinafter, an example of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus of the embodiment shown in FIG. This will be described with reference to a flowchart.
[0047]
First, in step 301 of FIG. 2, a metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step 302, a photoresist is applied on the metal film on the wafer of the lot. Then, in step 303, using the exposure apparatus of the present embodiment shown in FIG. Is done. That is, the mask is illuminated by the illumination optical device (illumination step), and the pattern of the mask is transferred onto the wafer (exposure step).
[0048]
Thereafter, in step 304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step 305, the resist on the one lot of wafers is etched using the resist pattern as a mask to form a pattern on the mask. A corresponding circuit pattern is formed in each shot area on each wafer. Thereafter, a device such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer and the like. According to the above-described semiconductor device manufacturing method, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
[0049]
In the exposure apparatus of the present embodiment shown in FIG. 1, a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). it can. Hereinafter, an example of the technique at this time will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 3, in a pattern forming step 401, a so-called photolithography step of transferring and exposing a mask pattern onto a photosensitive substrate (eg, a glass substrate coated with a resist) using the exposure apparatus of the embodiment is executed. By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. After that, the exposed substrate undergoes various processes such as a developing process, an etching process, and a reticle peeling process, whereby a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming process 402.
[0050]
Next, in the color filter forming step 402, a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix, or three sets of R, G, B Are formed in a horizontal scanning line direction to form a color filter. Then, after the color filter forming step 402, a cell assembling step 403 is performed. In the cell assembly step 403, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401, the color filter obtained in the color filter formation step 402, and the like. In the cell assembling step 403, for example, a liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step 401 and the color filter obtained in the color filter forming step 402, and a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is formed. ) To manufacture.
[0051]
Thereafter, in a module assembling step 404, components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element. According to the above-described method for manufacturing a liquid crystal display device, a liquid crystal display device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
[0052]
In the above-described embodiment, the fly-eye lens 7 is used as a wavefront division type optical integrator. However, the present invention is not limited to this, and an internal reflection type rod-shaped optical integrator may be used. The rod-shaped optical integrator is an internal reflection type glass rod made of a light-transmitting optical material such as quartz glass or fluorite, and condenses using the internal / external boundary, that is, total internal reflection at the internal surface. A number of light source images corresponding to the number of internal reflections are formed along a plane passing through the point and parallel to the rod incident surface. Here, most of the light source images formed are virtual images, but only the light source image at the center (focus point) is a real image. That is, the light beam incident on the rod-shaped optical integrator is divided in the angular direction by internal reflection, and a secondary light source composed of a large number of light source images is formed along a plane passing through the converging point and parallel to the incident surface.
When a rod-shaped optical integrator is used instead of the fly-eye lens 7 in the embodiment shown in FIG. 1, a first optical system is provided in the optical path between the zoom lens 6 and the rod-shaped optical integrator, and a condenser optical system 9 is provided. And a second optical system is provided. Here, the first optical system arranges the entrance pupil of the zoom lens 6 and the entrance surface of the rod-shaped optical integrator in an optically conjugate manner, and also has a rear focal plane of the zoom lens 6 and an exit surface of the rod-shaped optical integrator. And are optically conjugated. In the second optical system, the exit surface of the rod-shaped optical integrator and the mask blind 10 are optically conjugated.
[0053]
The rod-shaped optical integrator is not limited to the one using the total reflection on the inner surface of the optical material, and may be one that repeats reflection on the inner surface of a hollow rod-shaped member.
[0054]
In the above-described embodiment, instead of the fly-eye lens 7, a micro fly-eye in which a light-transmissive substrate is subjected to an etching process to form a reduction lens group may be used. This micro fly's eye is disclosed in, for example, JP-A-2001-176772, JP-A-2001-338861, and JP-A-2002-40327.
[0055]
Further, instead of the micro fly's eye 3 and the fly's eye lens 7, it is also possible to apply at least a pair of cylindrical lens arrays having generatrix perpendicular to each other. Such a cylindrical lens array is disclosed, for example, in JP-T-2000-501518.
[0056]
Although the micro fly's eye 3 is used in the above embodiment, a diffractive optical element having a function of converting a light beam into a substantially circular cross section in a far field (Fraunhofer diffraction region) may be used instead. Good.
[0057]
In the present embodiment, fluorite (CaF 2) having light transmittance to exposure light is used as a material for a micro fly's eye, a diffractive optical element, a fly's eye lens, and a cylindrical lens array. ₂ ) And quartz (Si ₂ O ₃ ), Dry quartz doped with fluorine or the like can be applied.
[0058]
In the above-described embodiment, the present invention is applied to the relay imaging optical system in the illumination optical device in the exposure apparatus. However, the present invention is not limited to this, and various applications are possible within the scope of the present invention. It goes without saying that examples are possible.
[0059]
[First embodiment]
Hereinafter, the relay imaging optical system according to the first example will be described. FIG. 4 is a diagram in which the relay imaging optical system according to the first example is developed along one linear optical axis. The relay imaging optical system of the first embodiment includes, in order from the object side (the mask blind 10 side), a first lens group G1, a second lens group G2, a third lens group G3, and a fourth lens group G4. It is composed of
[0060]
Here, the first lens group G1 includes, in order from the object side, a negative meniscus lens L1 having a concave surface facing the object side, a positive meniscus lens L2 having a concave surface facing the object side, and biconvex lenses L3, L4. ing. The second lens group G2 includes a negative meniscus lens L5 having a concave surface facing the object side, and a biconvex lens L6. The third lens group G3 includes biconvex lenses L7 and L8, a negative meniscus lens L9 having a convex surface facing the object side, a negative meniscus lens L10 having a concave surface facing the object side, and a biconvex lens L11. I have. Further, the fourth lens group G4 includes a positive meniscus lens L12 having a convex surface facing the object side. Note that the aperture stop AS is arranged between the negative meniscus lens L10 and the biconvex lens L11 of the third lens group G3. Further, the 12 lenses constituting the relay imaging optical system of the first embodiment are all CaF ₂ Is formed from.
[0061]
In the first embodiment, an optical path deflecting mirror for bending the optical path is provided in the optical path between the first lens group G1 and the second lens group G2 and between the third lens group G3 and the fourth lens group G4. It can be arranged at least in one of the optical paths between them. Also, the aperture stop AS may be omitted. Instead of the aperture stop AS, it is also possible to arrange a flare prevention stop having an aperture diameter slightly larger than the maximum value of the diameter of the light beam passing through this position.
[0062]
The following (Table 1) lists values of specifications of the relay imaging optical system of the first embodiment. In Table 1, surface numbers indicate the order of surfaces along the direction in which light rays travel, r indicates the radius of curvature of each surface (vertical radius of curvature: mm for an aspheric surface), and d indicates the axis of each surface. The upper interval, that is, the surface interval (mm), and n indicates the refractive index to the next surface. In Table 1, INFINITY described in the column indicating the radius of curvature indicates that the surface is flat.

Hereinafter, the positions of the aspherical surfaces and the aspherical surface coefficients in the relay imaging optical system according to the first example will be described. In addition, the aspherical surface coefficient is obtained by the following functional equation (Equation 1). In this functional formula, the deviation from the spherical surface is represented by the sag amount dz in the optical axis direction, and dz is a function of the height h from the optical axis at each position in the plane.
[0063]
(Equation 1)

[0064]

[Second embodiment]
FIG. 5 is a diagram in which one relay imaging optical system according to the second example is developed along a linear optical axis. The relay imaging optical system of the second embodiment includes a first lens group G1, a second lens group G2, and a third lens group in order from the object side (mask blind 10 side) and sequentially from the object side (mask blind 10 side). It comprises a lens group G3 and a fourth lens group G4.
[0065]
Here, the first lens group G1 includes, in order from the object side, a negative meniscus lens L1 having a concave surface facing the object side, a positive meniscus lens L2 having a concave surface facing the object side, and a biconvex lens L3. . The second lens group G2 includes a biconvex lens L4. The third lens group G3 includes a biconvex lens L5, a positive meniscus lens L6 having a convex surface facing the object side, a negative meniscus lens L7 having a convex surface facing the object side, and a negative meniscus lens having a concave surface facing the object side. L8, and a positive meniscus lens L9 having a concave surface facing the object side. Further, the fourth lens group G4 includes a biconvex lens L10. Note that the aperture stop AS is disposed between the negative meniscus lens L7 and the negative meniscus lens L8 of the third lens group G3. The ten lenses that constitute the relay imaging optical system of the second embodiment are all CaF ₂ Is formed from.
[0066]
In the second embodiment as well, an optical path deflecting mirror for bending the optical path is provided in the optical path between the first lens group G1 and the second lens group G2, and between the third lens group G3 and the fourth lens group G4. Can be arranged at least in one of the optical paths. Also, the aperture stop AS may be omitted. Instead of the aperture stop AS, it is also possible to arrange a flare prevention stop having an aperture diameter slightly larger than the maximum value of the diameter of the light beam passing through this position.
[0067]
The following (Table 2) lists values of specifications of the relay imaging optical system of the second embodiment. In Table 2, surface numbers indicate the order of surfaces along the direction in which light rays travel, r indicates the radius of curvature of each surface (vertical radius of curvature: mm for an aspheric surface), and d indicates the axis of each surface. The upper interval, that is, the surface interval (mm), and n indicates the refractive index to the next surface. In Table 2, INFINITY described in the column indicating the radius of curvature indicates that the surface is flat.

Hereinafter, the positions of the aspherical surfaces and the aspherical surface coefficients in the relay imaging optical system according to the second example will be described. Note that the aspheric coefficient is obtained by the above-described function equation (Equation 1).

In the above numerical examples, since the wavelength of the exposure light is 157 nm, each lens constituting the relay imaging optical system is made of fluorite (CaF ₂ ), But as an optical material for forming each lens, barium fluoride (BaF) is used. ₂ ), Lithium fluoride (LiF), sodium fluoride (NaF), strontium fluoride (SrF ₂ ) Can also be used. When the wavelength of the exposure light is longer than 193 nm, quartz glass can be used in addition to the optical material.
[0068]
As described above, according to each of the above-described embodiments, the relay imaging optical system can be configured only with the lens having the smallest maximum effective diameter and, consequently, the largest outer diameter. Therefore, it is possible to easily obtain optical materials. In particular, in the above embodiment, the F ₂ The laser is used as the exposure light, and the F ₂ An optical material having optical transparency to a laser is advantageous because fluorite or the like having a large outer diameter is difficult to obtain.
[0069]
【The invention's effect】
According to the imaging optical system of the present invention, the imaging optical system can be configured with a lens having a small maximum effective diameter with respect to the distance between the first surface and the second surface. Therefore, for example, even when light having a short wavelength is used as the exposure light, it is possible to easily obtain the glass material of the lens constituting the imaging optical system.
[0070]
Further, according to the illumination optical system of the present invention, there is provided an illumination field stop projection optical system constituted by a lens having a maximum effective diameter smaller than the distance between the illumination field stop and the mask. Therefore, for example, even when short-wavelength light is used as the exposure light, it is possible to easily obtain the glass material of the lens constituting the illumination field stop projection optical system.
[0071]
Further, according to the exposure apparatus of the present invention, the illumination optical system includes a lens having a small maximum effective diameter, and includes the illumination field stop projection optical system which is reduced in size and weight. Therefore, exposure of the mask can be performed in a state where the influence of the vibration of the mask blind is minimized.
[0072]
Further, according to the exposure method of the present invention, the illumination optical system is constituted by a lens having a small maximum effective diameter, and the exposure of the mask is performed by using an exposure apparatus having an illumination field stop projection optical system that is reduced in size and weight. Is performed, the exposure of the mask can be performed in a state where the influence of the vibration of the mask blind is minimized.
[Brief description of the drawings]
FIG.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2
5 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a micro device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3
5 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a micro device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4
FIG. 1 is a diagram illustrating a relay imaging optical system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 5
FIG. 8 is a diagram illustrating a relay imaging optical system according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10: mask blind, 11: relay imaging optical system, G1, G2: first imaging optical system, G3, G4: second imaging optical system, M: mask, PL: projection optical system, W: wafer.

Claims

In an imaging optical system that forms an enlarged image of a first surface on a second surface, at least one intermediate image is formed in an optical path between the first surface and the second surface. Imaging optics.

2. The imaging optical system according to claim 1, wherein the imaging optical system includes a first imaging optical system having a magnification and a second imaging optical system having a reduction magnification.

The first imaging optical system is disposed in an optical path between the first surface and the intermediate image;
The imaging optical system according to claim 2, wherein the second imaging optical system is disposed in an optical path between the intermediate image and the second surface.

The imaging optical system according to any one of claims 1 to 3, wherein the first surface side and the second surface side of the imaging optical system are substantially configured to be telecentric. .

The imaging optical system according to any one of claims 1 to 4, wherein an illumination field stop is arranged on the first surface, and a mask is arranged on the second surface.

An imaging optical system according to claim 5,
An illumination optical system, wherein an image of the illumination field stop is formed on the mask based on light from a light source.

In an illumination optical system including an illumination field stop projection optical system that forms an image of the illumination field stop on a mask,
The illumination field stop projection optical system includes a numerical aperture n1 on the illumination field stop side, a numerical aperture n2 on the mask side, a distance L along the optical axis between the illumination field stop and the mask, and an illumination field stop. An illumination optical system which satisfies the following condition when the maximum effective diameter of the imaging optical system is d.
L × n1 × n2 / (n1 + n2)> d

The illumination optical system according to claim 7, wherein the illumination field stop projection optical system forms at least one intermediate image in an optical path between the illumination field stop and the mask.

9. The illumination optical system according to claim 8, wherein the illumination field stop projection optical system includes a first imaging optical system having a magnification and a second imaging optical system having a reduction magnification.

The first imaging optical system is arranged in an optical path between the illumination field stop and the intermediate image, and the second imaging optical system is arranged in an optical path between the intermediate image and the mask. The illumination optical system according to claim 9, wherein the illumination optical system is used.

The illumination optical system according to any one of claims 7 to 10, wherein the illumination field stop projection optical system is configured such that the illumination field stop side and the mask side are substantially telecentric.

The illumination optical system according to any one of claims 6 to 11, which illuminates the mask,
A projection optical system for projecting a pattern image of the mask onto a photosensitive substrate.

An illumination step of illuminating the mask using the illumination optical system according to any one of claims 6 to 11;
An exposing step of transferring the pattern of the mask onto a photosensitive substrate.