【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射屈折光学系に関し、特に、半導体の製造に用いられるステッパーなどの露光装置の反射屈折光学系に関するものである。より具体的には、紫外線波長域でのサブミクロン単位の分解能を有する１／４倍程度の走査型縮小露光装置の反射屈折縮小光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体の製造や半導体チップ実装基板の製造では、ますますラインアンドスペースの微細化が進んでおり、これらのパターンを焼き付ける露光装置は、より解像力の高いものが要求されてきている。
【０００３】
この要求を満足するためには、露光装置の光源の波長を短波長化し、かつ ＮＡ（光学系の開口数）を大きくしなければならない。しかしながら、波長が短くなると、光の吸収のため実用に耐える光学ガラスが限られてくる。
【０００４】
このような場合、屈折光学系だけで露光装置の投影光学系を構成したのでは、色収差補正がまったく不可能となる。従って、要求される解像力を達成するために投影光学系を屈折系のみで光学系を構成し、投影レンズを作ることは、非常に難しいものとなる。
【０００５】
これに対して、反射光学系のみで露光装置の投影光学系を構成することも試みられているが、この場合、投影光学系が大型化し、かつ反射面の非球面化が必要となる。高精度の反射非球面を多数用いることは、製作の面で極めて困難になる。
【０００６】
そこで反射光学系と使用波長に使える光学ガラスからなる屈折光学系とを組み合せた、いわゆる反射屈折光学系が、色々提案されている。
【０００７】
その中で、投影光学系の光路の途中で少なくとも１回以上の中間結像を行なうタイプは、これまでに、様々なものが提案されているが、途中１回結像のみ行うのものに限定してみると、特公平5- 25170号公報 、特開昭63-163319号公報 、特開平4- 234722号公報 、USP - 4,779,966号に開示されたもの が挙げられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の中で、凹面鏡を１枚だけ使用しているものは、特開平4-234722号公報及び USP-4,779,966号に開示された光学系である。これらの光学系は、凹面鏡で構成される往復兼用光学系において、負レンズのみが採用されており、正のパワーの光学系が使われていない。そのため、光束が広がって凹面鏡に入射するため、凹面鏡の径が大きくなりがちであった。
【０００９】
また、特に、特開平4-234722号公報に開示された往復兼用光学系は、完全対称型であり、そこの光学系での収差発生を極力抑えて、後続の屈折光学系の収差補正負担を軽くしているが、対称光学系を採用しているため、第１面（レチクル又はマスク）側でのワーキングディスタンス（ＷＤ）が小さくなってしまう問題があった。
【００１０】
また、USP-4,779,966号に開示された光学系では、中間像よりも後方の第２結像光学系に凹面鏡を使用している。したがって、光学系の必要な明るさを確保するためには、光束が広がって凹面鏡に入射することになり、凹面鏡の小型化が困難なものであった。
【００１１】
また、複数の凹面鏡を使用するものでは、屈折光学系のレンズ枚数を削減できる可能性があるが、これらのタイプでは以下に示す問題があった。
【００１２】
すなわち、最近、焦点深度を稼ぎながら解像力を上げるため、照明光学系のＮＡと投影光学系のＮＡとの比σ値を可変にすることが行なわれている。この場合、照明光学系には開口絞りを設置することができるが、前記に挙げた反射屈折光学系を投影光学系に採用すると、有効な絞り設置部分が投影光学系中のどこにも採れないことになってしまう。
【００１３】
さらに、このような配置の往復光学系を縮小側の第２面（ウエハー又はプレート）側に採用するタイプの反射屈折光学系では、縮小倍率の関係から反射鏡で反射した後、第２面までの距離が長く採れないため、この光路中に挿入される投影光学系のレンズ枚数がそう多く採れず、そのため得られる光学系の明るさは限られたものとならざるを得なかった。たとえ高ＮＡの光学系が実現出来ても、限られた長さに多くの光学部材が挿入されるため、ウエハーと投影光学系の端面との距離、いわゆるワーキングディスタンス（ＷＤ）が長く採れない光学系となっていた。
【００１４】
また、以上のような従来の反射屈折光学系においては、光路の光軸を必ず途中で偏心させる必要があり、いわゆる偏心光学系となっていた。この偏心光学系の偏心部分の調整作業は、困難であり、なかなか高精度の光学系を実現することができなかった。
【００１５】
本発明では、以上の問題点に鑑み、有効な絞り設置部分を採ることができ、ワーキングデスタンスを充分採れ、大型になり勝ちな凹面鏡をできるだけ小さいもので構成することが可能な反射屈折光学系を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、第１面Ｒより第２面Ｗ側へ順に、屈折レンズからなる第１結像光学系Ｇ１と、少なくとも１つの凹レンズと２つの反射鏡とを有する第２結像光学系Ｇ２と、屈折レンズからなる第３結像光学系Ｇ３と、を含み、前記第１結像光学系Ｇ１は、前記第１面Ｒの第１中間像ＩＭ１を形成し、前記第２結像光学系Ｇ２は、前記第１中間像ＩＭ１を再結像することで第２中間像ＩＭ２を形成し、前記第３結像光学Ｇ３系は、前記第２中間像ＩＭ２を前記第２面Ｗ上へ再結像することを特徴とする反射屈折光学系を提供する。
【００１７】
また、本発明では、この反射屈折光学系を用いた投影露光装置及び投影露光方法も提供する。
【００１８】
具体的には、光源と、光源からの光束を第１面Ｒ上に均一照射するための照明光学系と、第１面Ｒを第２面Ｗへ投影する前述の反射屈折光学系と、を含むことを特徴とする投影露光装置を提供する。
【００１９】
また、光源より照明光を放射し、照明光学系により照明光を第１面Ｒ上に均一照射し、前述の反射屈折光学系を用いて第１面Ｒを第２面Ｗへ投影し、第２面Ｗの露光を行うことを特徴とする投影露光方法を提供する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
上述のような第１結像光学系Ｇ１〜第３結像光学系Ｇ３を採用することで、これらの結像光学系の光軸が１本の直線とになるように構成できる。
【００２１】
従って、本発明の反射屈折光学系によれば、いわゆる従来からの反射屈折光学系で問題となっていた、光軸が偏心しているために問題となる偏心光学系の偏心部分の調整作業が不要となり、高精度の光学系を実現することができる。
【００２２】
更に、反射屈折光学系で構成することにより、反射屈折光学系の特徴である色補正がなされるので、単一硝種による色補正が可能となる。
【００２３】
また更に、屈折光学系部分（第１結像光学系及び第３結像光学系）に正のパワーを含んでいるため、正の値になりがちなペッツバール和も、凹面鏡部分の負のペッツバール値により、相殺され、完全に 0 とすることができる。
【００２４】
もちろん、このような構成をとると、第１中間像ＩＭ１を第１凹面鏡Ｋ１（２つの凹面鏡のうち第１結像光学系Ｇ１の近くに配置されている凹面鏡）の中心開口付近に結像させ、第２中間像を第２凹面鏡Ｋ２（２つの凹面鏡のうち第３結像光学系Ｇ３の近くに配置されている凹面鏡）の中心開口付近に結像させ、各凹面鏡の中心開口を通して、光線光路を後方に導く必要がある。
【００２５】
このため、入射瞳には、中心遮蔽部が存在するが、中間像の大きさが、凹面鏡の大きさに比して小さく、また中間像の結像位置が、凹面鏡の位置に対して大きく離れていないため、入射瞳の大きさに対する中心遮蔽部の大きさ、いわゆる中心遮蔽率は僅かであり、結像性能に大きな影響を与えない。
【００２６】
また、本発明は、前記第２面側の開口数をNAOとし、前記第２結像光学系の少なくとも１つの凹レンズの有効径をΦとするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
【００２７】
３×Φ＜１０００× NAO
この条件は、反射屈折光学系に使用される屈折レンズ及び反射鏡を小型化するための条件である。この条件を逸脱すると、屈折レンズ及び反射鏡の小型化が困難になる。
【００２８】
また、反射屈折光学系は、より高性能なものを得ようとするときは、２１枚以上の屈折レンズから構成されることが好ましい。もし、２３枚以上の屈折レンズから構成されるようにすれば、更に良い結果が得られる。
【００２９】
また、反射屈折光学系は、反射防止コートの性能が上げにくい場合や硝材の透過率に問題がある場合は、２０枚以下の屈折レンズから構成されることが好ましい。もし、１８枚以下の屈折レンズから構成されるようにすれば、更に良い結果が得られる。
【００３０】
更に好ましい態様としては、前述の２つの反射鏡の間に開口を有したり、色収差を良好に補正するためには、前述の２つの反射鏡は、互いに凹面反射面を向かい会わせに配置された凹面鏡であることが好ましい。
【００３１】
また、第１結像光学系Ｇ１は、少なくとも、２つ以上の正レンズで構成され、第３結像光学系Ｇ３は、少なくとも２つ以上の正レンズで構成されることが好ましい。
【００３２】
更に、第１結像光学系Ｇ１または第３結像光学系Ｇ３に、少なくとも１つ以上の開口絞りを配置することが好ましい。また、第１結像光学系Ｇ１または第３結像光学系Ｇ３には、少なくとも１つ以上の中心遮蔽板を配置することが好ましい。このようにすることで、像質の改善を行うことが出来る。
【００３３】
また、反射屈折光学系は、非球面を少なくとも５面以上含むことが好ましい。非球面を用いることで、投影光学系の高性能化やレンズの枚数削減が達成できる。
【００３４】
更に、反射屈折光学系の屈折レンズを、すべて同一の硝材、特に、蛍石で構成することが好ましい。硝材としては、蛍石以外には、フッ素を添加した石英ガラスやフッ素化合物の結晶が考えられる。
【００３５】
また、２つの凹面鏡のうち、第１面側Ｒに近い方に配置されているものを第１凹面鏡Ｋ１とし、第２面Ｗ側に近い方に配置されているものを第２凹面鏡Ｋ２とし、第１中間像ＩＭ1の位置から第１凹面鏡Ｋ１の位置までの距離をｄ1、第２中間像ＩＭ２の位置から第２凹面鏡Ｋ２の位置までの距離をｄ2とし、第２面Ｗ上の露光領域の直径をΦｗとするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
【００３６】
｜ ｄ1｜ ＜ Φｗ
｜ ｄ2｜ ＜ Φｗ
ｄ１に係る条件は、第１結像光学系Ｇ１及び第２結像光学系Ｇ２の適切な屈折力配分を規定するものであり、ｄ２に係る条件は、第２結像光学系Ｇ２及び第３結像光学系Ｇ３の適切な屈折力配分を規定するものである。これら条件の範囲を逸脱すると、いずれかの結像光学系の屈折力が過大になり、良好な収差補正が困難になると同時に、凹面鏡の小型化が困難になる。
【００３７】
また、反射屈折光学系は、第１面Ｒ側、または第２面Ｗ側でテレセントリックな光学系であることが好ましい。
【００３８】
【実施例】
本発明による反射屈折光学系は、基本的には、図１に示すように、第１面Ｒより第２面Ｗ側へ順に、第１結像光学系Ｇ１、第２結像光学系Ｇ２及び第３結像光学系Ｇ３より構成されている。ここで、第１結像光学系Ｇ１は、第１面Ｒの第１中間像ＩＭ１を第２結像光学系Ｇ２の付近に形成する。更に、第２結像光学系Ｇ２は、第１中間像ＩＭ１の再結像像である第２中間像ＩＭ２を第３結像光学系Ｇ３の付近に形成し、第３結像光学系Ｇ３は、第２中間像ＩＭ２を第２面Ｗ上に結像させる。
【００３９】
図１には、第１面Ｒ、第１中間像ＩＭ１、第２中間像ＩＭ２及び第２面Ｗの結像関係による物体及び像の向きが、矢印を用いて示されている。また、図１には、本発明による反射屈折光学系を走査型投影露光装置に適用したときの、第１面Ｒ及び第２面Ｗ上での走査方向も示されている。第１面Ｒ及び第２面Ｗ上での走査方向は、それぞれ反対の方向となる。また、照明領域及び露光領域は、光軸を中心とする長方形形状である。尚、第３結像光学系Ｇ３中には、開口絞りＳＴOが配置されている。
【００４０】
また、以下に示す各実施例では非球面を用いており、非球面形状を表す式は以下の通りである。
【００４１】
【数１】
【００４２】
更に、以下に示す各実施例の投影光学系は、全て蛍石によって構成されている。蛍石の屈折率は、波長１５７ｎｍで１．５６０００である。
【００４３】
以下に、本発明による各実施例を示す。以下に示す表中で、CaF2は蛍石を示し、REFは反射鏡を示し、STOは開口絞りを示している。
〔第１実施例〕
第１実施例による反射屈折光学系は、図２に示すように、第１面Ｒより第２面Ｗ側へ順に、第１結像光学系Ｇ１、第２結像光学系Ｇ２及び第３結像光学系Ｇ３より構成されている。第１結像光学系Ｇ１は、第１面Ｒ側より順に、３枚の正メニスカスレンズ、３枚の負メニスカスレンズ、２枚の正レンズ及び３枚の正メニスカスレンズにより講成され、第２結像光学系Ｇ２は、１枚の凹面鏡、２枚の負メニスカスレンズ及び１枚の凹面鏡によって講成されている。また、第３結像光学系Ｇ３は、１枚の正メニスカスレンズ、１枚の負レンズ、２枚の正メニスカスレンズ、１枚の負レンズ、４枚の正メニスカスレンズ、１枚の負レンズ及び１枚の正メニスカスレンズにより講成されている。
【００４４】
また、本実施例の反射屈折光学系は、縮小倍率 が1/4 倍、第２面Ｗ側の開口数（ NA ）が 0.75、第１面Ｒ側の最大物体高が 37.44 mm、第２面Ｗ側の最大像高が 9.36 mm であり、第２面Ｗ上の露光サイズを 17.5 × 6.6 mm の矩形開口としている。これにより、走査して露光を行うことで、全体の露光面積は 17.2 × 25 mmとしている。また、ＷＤは、第１面Ｒ側で50.912830で、第２面Ｗ側で13.234625である。
【００４５】
使用する凹面鏡の直径は、260.2 mm 以下、使用レンズの中で、２枚の最大のレンズの有効径は 246.9 mm 以下であり、その他の大部分のレンズの有効径は183.5 mm 以下であり、通常のこのスペックで使用される屈折系球面光学系の使用レンズの有効径よりも、かなり小さいものである。
【００４６】
凹面鏡の遮蔽部の光束に対する遮蔽率は NA 比で 19.5 % であり、結像性能に与える影響は少なく、充分高性能を得ることができる。
【００４７】
屈折レンズ部は蛍石を使用し、紫外線 F2 エキシマレーザーの 157 nm の波長における、半値幅 1 pm の色収差補正がなされている。
【００４８】
また、図３及び図４に示すように、球面収差、コマ収差、非点収差及び歪曲収差ともほぼ無収差に近い状態まで良好に補正され、優れた性能の光学系を提供している。
【００４９】
【表１】
〔第２実施例〕
第２実施例による投影光学系は、図５に示すように、第１面Ｒより第２面Ｗ側へ順に、第１結像光学系Ｇ１、第２結像光学系Ｇ２及び第３結像光学系Ｇ３より構成されている。第１結像光学系Ｇ１は、第１面Ｒ側より順に、３枚の正メニスカスレンズ、３枚の負メニスカスレンズ、２枚の正レンズ、１枚の負メニスカスレンズ、２枚の正メニスカスレンズ、により講成され、第２結像光学系Ｇ２は、１枚の凹面鏡、２枚の負メニスカスレンズ及び１枚の凹面鏡によって講成される。第３結像光学系Ｇ３は、１枚の正メニスカスレンズ、１枚の負レンズ、２枚の正メニスカスレンズ、１枚の負レンズ、４枚の正メニスカスレンズ、１枚の負レンズ及び１枚の正メニスカスレンズにより講成される。
【００５０】
また、本実施例の反射屈折光学系は、縮小倍率が 1/4 倍、第２面Ｗ側の開口数（ NA ）が 0.75、第１面Ｒ側の最大物体高が 37.44 mm、第２面Ｗ側の最大像高が 9.36 mm であり、第２面Ｗ上の露光サイズは 17.5 × 6.6 mm の矩形開口としている。これにより、走査して露光し、全体の露光面積は 17.2 × 25 mm としている。また、ＷＤは、第１面Ｒ側で50.000000で、第２面Ｗ側で12.335033である。
【００５１】
使用する凹面鏡の直径は、251.2 mm 以下、使用レンズの中で、２枚の最大のレンズの有効径は 238.4 mm 以下であり、その他の大部分のレンズの有効径は187 mm 以下であり、通常のこのスペックで使用される屈折系球面光学系の使用レンズの有効径よりも、かなり小さいものである。
【００５２】
凹面鏡の遮蔽部の光束に対する遮蔽率は NA 比で 19.5 % であり、結像性能に与える影響は少なく、充分高性能を得ることができる。
【００５３】
屈折レンズ部は蛍石を使用し、紫外線エキシマレーザーの 157 nm の波長における、半値幅 1.0 pm の色収差補正がなされている。
【００５４】
また、図６及び図７に示すように、球面収差、コマ収差、非点収差及び歪曲収差ともほぼ無収差に近い状態まで良好に補正され、優れた性能の光学系を提供している。
【００５５】
【表２】
〔第３実施例〕
第３実施例による反射屈折光学系は、図８に示すように、第１面Ｒより第２面Ｗ側へ順に、第１結像光学系Ｇ１、第２結像光学系Ｇ２及び第３結像光学系Ｇ３より構成されている。第１結像光学系Ｇ１は、第１面Ｒ側より順に、１枚の負メニスカスレンズ、１枚の正レンズ、３枚の正メニスカスレンズ、１枚の負レンズ、２枚の正メニスカスレンズ、２枚の正レンズ及び２枚の正メニスカスレンズにより構成され、第２結像光学系Ｇ２は、１枚の凹面鏡、２枚の負メニスカスレンズ及び１枚の凹面鏡によって講成される。第３結像光学系Ｇ３は、１枚の正レンズ、１枚の負レンズ、１枚の正メニスカスレンズ、１枚の正レンズ、１枚の正メニスカスレンズ、１枚の負メニスカスレンズ、４枚の正メニスカスレンズ、１枚の正レンズ、１枚の負メニスカスレンズ及び１枚の正メニスカスレンズにより講成される。
【００５６】
また、本実施例の反射屈折光学系は、縮小倍率が1/4倍、第２面Ｗ側の開口数NAが 0.75、第１面Ｒ側の最大物体高が 52.8 mm 、第２面Ｗ側の最大像高が 13.2 mm であり、第２面Ｗ上の露光サイズは 25 × 8.8 mm の矩形開口としている。これにより、走査して露光し、全体の露光面積は 25 × 33 mm としている。また、ＷＤは、第１面Ｒ側で72.734695で、第２面Ｗ側で17.227255である。
【００５７】
使用する凹面鏡の直径は、260 mm 以下、使用レンズの中で、２枚の最大のレンズの有効径は 259 mm 以下であり、その他の大部分のレンズの有効径は188 mm以下であり、通常のこのスペックで使用される屈折系球面光学系の使用レンズの有効径よりも、かなり小さいものである。
【００５８】
凹面鏡の遮蔽部の光束に対する遮蔽率は NA 比で 20 % であり、結像性能に与える影響は少なく、充分高性能を得ることができる。
【００５９】
屈折レンズ部は蛍石を使用し、紫外線 F2 エキシマレーザーの 157 nm の波長における、半値幅 2pm の色収差補正がなされている。
【００６０】
また、図９及び図１０に示すように、球面収差、コマ収差、非点収差及び歪曲収差ともほぼ無収差に近い状態まで良好に補正され、優れた性能の光学系を提供している。
【００６１】
【表３】
〔第４実施例〕
第４実施例による反射屈折光学系は、図１１に示すように、第１面Ｒより第２面Ｗ側へ順に、第１結像光学系Ｇ１、第２結像光学系Ｇ２及び第３結像光学系Ｇ３より構成されている。第１結像光学系Ｇ１は、第１面Ｒ側より順に、３枚の正メニスカスレンズ、１枚の負メニスカスレンズ、１枚の負レンズ、１枚の正メニスカスレンズ、２枚の正レンズ、１枚の正メニスカスレンズ、１枚の正レンズ及び１枚の正メニスカスレンズで構成され、第２結像光学系Ｇ２は、互いに対称形に向かい合って配置された２枚の凹面鏡と２枚の負メニスカスレンズとで構成されている。第３結像光学系Ｇ３は、１枚の正メニスカスレンズ、１枚の凹レンズ、２枚の正メニスカスレンズ、１枚の負メニスカスレンズ、４枚の正メニスカスレンズ、１枚の負レンズ及び１枚の正メニスカスレンズから構成されている。
【００６２】
また本実施例の反射屈折光学系は、縮小倍率が1/4倍、第２面Ｗ側の開口数NAが 0.75、第１面Ｒ側の最大物体高が 52.8 mm 、第２面Ｗ側の最大像高が 13.2 mm であり、第２面Ｗ上の露光サイズは 25.0 × 8.8 mm の矩形開口としている。これにより、走査して露光し、全体の露光面積は 25.0 × 33 mm としている。また、ＷＤは、第１面Ｒ側で78.864226で、第２面Ｗ側で12.628525である。
【００６３】
使用する凹面鏡の直径は、265 mm 以下、使用レンズの中で、２枚の最大のレンズの有効径は 260 mm 以下であり、その他の大部分のレンズの有効径は183 mm以下であり、通常のこのスペックで使用される屈折系球面光学系の使用レンズの有効径よりも、かなり小さいものである。
【００６４】
凹面鏡の遮蔽部の光束に対する遮蔽率は NA 比で 20 % であり、結像性能に与える影響は少なく、充分高性能を得ることができる。
【００６５】
屈折レンズ部は蛍石を使用し、紫外線エキシマレーザーの 157 nm の波長における、半値幅 2.0 pm の色収差補正がなされている。
【００６６】
また、図１２及び１３に示すように、球面収差、コマ収差、非点収差及び歪曲収差ともほぼ無収差に近い状態まで良好に補正され、優れた性能の光学系を提供している。
【００６７】
【表４】
〔第５実施例〕
第５実施例による反射屈折光学系は、図１４に示すように、第１面Ｒより第２面Ｗ側へ順に、第１結像光学系Ｇ１、第２結像光学系Ｇ２及び第３結像光学系Ｇ３より構成されている。第１結像光学系Ｇ１は、第１面Ｒ側より順に、１枚の正メニスカスレンズ、１枚の正レンズ、１枚の負メニスカスレンズ、１枚の負レンズ、２枚の正メニスカスレンズ２枚の正レンズ及び１枚の凹メニスカスレンズにより講成され、第２結像光学系Ｇ２は、１枚の凹面鏡、２枚の負メニスカスレンズ、１枚の凹面鏡によって講成されている。第３結像光学系Ｇ３は、２枚の正レンズ、１枚の負メニスカスレンズ、１枚の正メニスカスレンズ、１枚の正レンズ、１枚の正レンズ、１枚の正メニスカスレンズ、１枚の負メニスカスレンズ、２枚の正レンズ１枚の負メニスカスレンズ、１枚の正メニスカスレンズ及び１枚の負メニスカスレンズにより講成されている。
【００６８】
また、本実施例の反射屈折光学系は、縮小倍率が1/4倍、第２面Ｗ側の開口数NAが 0.75、第１面Ｒ側の最大物体高が 52.8 mm 、第２面Ｗ側の最大像高が 13.2 mm であり、第２面Ｗ上の露光サイズは 25 × 8.8 mm の矩形開口としている。これにより、走査して露光し、全体の露光面積は 25 × 8.8 mm としている。また、ＷＤは、第１面Ｒ側で110.490999で、第２面Ｗ側で13.000594である。
【００６９】
使用する凹面鏡の直径は、313 mm 以下、使用レンズの中で、２枚の最大のレンズの有効径は 308 mm 以下であり、その他の大部分のレンズの有効径は195 mm以下であり、通常のこのスペックで使用される屈折系球面光学系の使用レンズの有効径よりも、かなり小さいものである。
【００７０】
凹面鏡の遮蔽部の光束に対する遮蔽率は NA 比で 23 % であり、結像性能に与える影響は少なく、充分高性能を得ることができる。
【００７１】
屈折レンズ部は蛍石を使用し、紫外線エキシマレーザーの 157 nm の波長における、半値幅 2pm の色収差補正がなされている。
【００７２】
また、図１５及び図１６に示すように、球面収差、コマ収差、非点収差及び歪曲収差ともほぼ無収差に近い状態まで良好に補正され、優れた性能の光学系を提供している。
【００７３】
【表５】
〔第６実施例〕
第６実施例による反射屈折光学系は、図１７に示すように、第１面Ｒより第２面Ｗ側へ順に、第１結像光学系Ｇ１、第２結像光学系Ｇ２及び第３結像光学系Ｇ３より構成されている。第１結像光学系Ｇ１は、第１面Ｒ側より順に、１枚の正レンズ、１枚の正メニスカスレンズ、２枚の負メニスカスレンズ、２枚の正レンズ及び１枚の正メニスカスレンズにより講成され、第２結像光学系Ｇ２は、１枚の凹面鏡、２枚の負メニスカスレンズ及び１枚の凹面鏡によって講成されている。第３結像光学系Ｇ３は、１枚の正レンズ、２枚の正メニスカスレンズ、２枚の正レンズ、１枚の正メニスカスレンズ、１枚の正レンズ及び２枚の正メニスカスレンズにより講成される。
【００７４】
また、本実施例の反射屈折光学系は、縮小倍率が1/4倍、像側の開口数NAが 0.75、最大物体高が 51.2 mm 、最大像高が 12.8 mm であり、ウエハー上の露光サイズは 25 × 5.5 mm の矩形開口としている。これにより、走査して露光し、全体の露光面積は 25 × 33 mm としている。また、ＷＤは、第１面Ｒ側で224.250603で、第２面Ｗ側で18.245931である。
【００７５】
使用する凹面鏡の直径は、272 mm 以下、使用レンズの中で、２枚の最大のレンズの有効径は 269.2 mm 以下であり、その他の大部分のレンズの有効径は191.6 mm 以下であり、通常のこのスペックで使用される屈折系球面光学系の使用レンズの有効径よりも、かなり小さいものである。
【００７６】
凹面鏡の遮蔽部の光束に対する遮蔽率は NA 比で 20 % であり、結像性能に与える影響は少なく、充分高性能を得ることができる。
【００７７】
屈折レンズ部は蛍石を使用し、紫外線 F2 エキシマレーザーの 157 nm の波長における、半値幅 2pm の色収差補正がなされている。
【００７８】
また、図１８及び図１９に示すように、球面収差、コマ収差、非点収差及び歪曲収差ともほぼ無収差に近い状態まで良好に補正され、優れた性能の光学系を提供している。
【００７９】
【表６】
〔第７実施例〕
第７実施例による反射屈折光学系は、図２０に示すように、第１面Ｒより第２面Ｗ側へ順に、第１結像光学系Ｇ１、第２結像光学系Ｇ２及び第３結像光学系Ｇ３より構成されている。第１結像光学系Ｇ１は、第１面Ｒ側より順に、３枚の正メニスカスレンズ、１枚の負メニスカスレンズ、１枚の負レンズ、１枚の正メニスカスレンズ、２枚の正レンズ、１枚の正メニスカスレンズ、１枚の正レンズ、１枚の正メニスカスレンズ、で構成され、第２結像光学系Ｇ２は、互いに対称形に向かい合って配置された２枚の凹面鏡と２枚の負メニスカスレンズで構成されている。また、第３結像光学系Ｇ３は、１枚の正メニスカスレンズ、１枚の負レンズ、２枚の正メニスカスレンズ、１枚の負メニスカスレンズ、４枚の正メニスカスレンズ、１枚の負レンズ、１枚の正レンズから構成されている。
【００８０】
また本実施例の反射屈折光学系は、縮小倍率が1/4倍、像側の開口数NAが 0.75、最大物体高が 41.6 mm 、最大像高が 10.4 mm であり、第２面Ｗ上の露光サイズは 20.0 × 5.5 mm の矩形開口としている。これにより、走査して露光し、全体の露光面積は 20.0 × 33 mm としている。また、ＷＤは、第１面Ｒ側で166.292101で、第２面Ｗ側で15.484990である。
【００８１】
使用する凹面鏡の直径は、264.3 mm 以下、使用レンズの中で、２枚の最大のレンズの有効径は 259.8 mm 以下であり、その他の大部分のレンズの有効径は182.5 mm 以下であり、通常のこのスペックで使用される屈折系球面光学系の使用レンズの有効径よりも、かなり小さいものである。
【００８２】
凹面鏡の遮蔽部の光束に対する遮蔽率は NA 比で 20 % であり、結像性能に与える影響は少なく、充分高性能を得ることができる。
【００８３】
屈折レンズ部は蛍石を使用し、紫外線エキシマレーザーの 157 nm の波長における、半値幅 2.0 pm の色収差補正がなされている。
【００８４】
また、図２１及び図２２に示すように、球面収差、コマ収差、非点収差及び歪曲収差ともほぼ無収差に近い状態まで良好に補正され、優れた性能の光学系を提供している。
【００８５】
【表７】
〔第８実施例〕
第８実施例による反射屈折光学系は、図２３に示すように、第１面Ｒより第２面Ｗ側へ順に、第１結像光学系Ｇ１、第２結像光学系Ｇ２及び第３結像光学系Ｇ３より構成されている。第１結像光学系Ｇ１は、第１面Ｒ側より順に、１枚の負メニスカスレンズ、１枚の正レンズ、３枚の正メニスカスレンズ、１枚の負メニスカスレンズ、２枚の正メニスカスレンズ、２枚の正レンズ、２枚の正メニスカスレンズにより構成され、第２結像光学系Ｇ２は、１枚の凹面鏡、２枚の負メニスカスレンズ、１枚の凹面鏡によって構成されている。また、第３結像光学系Ｇ３は、１枚の正レンズ、１枚の負メニスカスレンズ、１枚の正メニスカスレンズ、１枚の正レンズ、１枚の正メニスカスレンズ、１枚の負メニスカスレンズ、４枚の正メニスカスレンズ、１枚の正レンズ、１枚の負メニスカスレンズ、１枚の正メニスカスレンズに構成されている。
【００８６】
また、本実施例の反射屈折光学系は、縮小倍率が1/4倍、像側の開口数NAが 0.75、最大物体高が 52.8 mm 、最大像高が 13.2 mm であり、第２面Ｗ上の露光サイズは 25 × 8.8 mm の矩形開口としている。これにより、走査して露光し、全体の露光面積は 25 × 33 mm としている。また、ＷＤは、第１面Ｒ側で181.103882で、第２面Ｗ側で18.788119である。
【００８７】
使用する凹面鏡の直径は、260.0 mm 以下、使用レンズの中で、２枚の最大のレンズの有効径は 258.1 mm 以下であり、その他の大部分のレンズの有効径は174 mm 以下であり、通常のこのスペックで使用される屈折系球面光学系の使用レンズの有効径よりも、かなり小さいものである。
【００８８】
凹面鏡の遮蔽部の光束に対する遮蔽率は NA 比で 24.0 % であり、結像性能に与える影響は少なく、充分高性能を得ることができる。
【００８９】
屈折レンズ部は蛍石を使用し、紫外線エキシマレーザーの 157 nm の波長における、半値幅 2pm の色収差補正がなされている。
【００９０】
また、図２４及び図２５に示すように、球面収差、コマ収差、非点収差及び歪曲収差ともほぼ無収差に近い状態まで良好に補正され、優れた性能の光学系を提供している。
【００９１】
【表８】
次に、上述の反射屈折光学系を投影光学系として搭載した投影露光装置の実施例を、図２６を用いて説明する。
【００９２】
投影光学系ＰＬの第１面Ｒには所定の回路パターンが形成された投影原板としてのレチクルが配置され、投影光学系ＰＬの第２面Ｗには、基板としてのフォトレジストが塗布されたウエハが配置されている。レチクルはレチクルステージＲＳ上に保持され、ウエハーはウエハーステージＷＳ上に保持され、レチクルの上方には、レチクルを均一照明するための照明光学装置ＩＳが配置されている。
【００９３】
照明光学装置は、露光光を放射する光源、及びこの光源からの光束をレチクル上に均一照射するための照明光学系から構成されている。本実施例では、光源は、Ｆ２エキシマレーザー光源であり、波長１５７ｎｍの露光光を放射している。照明光学系は、照度分布を均一化するためのフライアイレンズ、照明系開口絞り、可変視野絞り（レチクルブラインド）、及びコンデンサーレンズ系等から構成されている。
【００９４】
投影光学系ＰＬは、上述のようにレチクル側及びウエハー側において、実質的にテレセントリックになっている。また、照明光学装置ＩＳから供給される露光光はレチクルを照明し、投影光学系ＰＬの開口絞りＳＴＯの位置には照明光学装置ＩＳの光源の像が形成され、いわゆるケーラー照明が行われる。そして、ケーラー照明されたレチクルの回路パターンは、投影光学系ＰＬを介して所定の倍率で縮小され、ウエハー上に投影される。
【００９５】
この投影露光装置を用いて、ウエハー上に所定の回路パターンを形成する際の動作の一例につき、図２７のフローチャートを参照して説明する。先ず、ステップ１において、１ロットのウエハー上に金属膜を蒸着する。ステップ２において、その金属膜上にフォトレジストを塗布する。その後、ステップ３において、上述の投影露光装置を用いて、レチクル上のパターンを、投影光学系ＰＬを介して、ウエハー上の各露光領域に順次走査露光する。そして、ステップ４において、ウエハー上のフォトレジストの現像を行う。これにより、ウエハー上には、レジストパターンが形成される。次に、ステップ５において、レジストパターンの形成されたウエハーをエッチングすることによって、レチクル上のレジストパターンに対応する回路パターンが、ウエハー上の各露光領域に形成される。
【００９６】
その後、更に上の層の回路パターンの形成等を行う事によって、半導体素子等のデバイスが製造される。
【００９７】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、結像部分を構成する第１結像光学系Ｇ１〜第３結像光学系Ｇ３を１本の光軸になるように構成したため、光学系全体を光軸を中心としてで調べることができ、各内部レンズの傾きや位置ずれを検知することができる。
【００９８】
その結果、最終的には、有効な絞り設置部分を採ることができ、ワーキングデスタンスを充分採れ、劇的に小型の凹面鏡を有した光学系を得ることができ、最小の非球面要素を使いながら、調整に容易な１本の光軸で構成し、レチクル走査方向を重力と直交する方向に採ることができたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明による反射屈折光学系の原理図である。
【図２】 図２は、第１実施例の反射屈折光学系の光路図である。
【図３】 図３は、第１実施例のコマ収差図である。
【図４】 図４は、第１実施例の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。
【図５】 図５は、第２実施例の反射屈折光学系の光路図である。
【図６】 図６は、第２実施例のコマ収差図である。
【図７】 図７は、第２実施例の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。
【図８】 図８は、第３実施例の反射屈折光学系の光路図である。
【図９】 図９は、第３実施例のコマ収差図である。
【図１０】 図１０は、第３実施例の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。
【図１１】 図１１は、第４実施例の反射屈折光学系の光路図である。
【図１２】 図１２は、第４実施例のコマ収差図である。
【図１３】 図１３は、第４実施例の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。
【図１４】 図１４は、第５実施例の反射屈折光学系の光路図である。
【図１５】 図１５は、第５実施例のコマ収差図である。
【図１６】 図１６は、第５実施例の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。
【図１７】 図１７は、第６実施例の反射屈折光学系の光路図である。
【図１８】 図１８は、第６実施例のコマ収差図である。
【図１９】 図１９は、第６実施例の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。
【図２０】 図２０は、第７実施例の反射屈折光学系の光路図である。
【図２１】 図２１は、第７実施例のコマ収差図である。
【図２２】 図２２は、第７実施例の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。
【図２３】 図２３は、第８実施例の反射屈折光学系の光路図である。
【図２４】 図２４は、第８実施例のコマ収差図である。
【図２５】 図２５は、第８実施例の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。
【図２６】 図２６は、本発明による投影露光装置の図である。
【図２７】 図２７は、本発明による投影露光方法の手順を示した図である。
【符号の説明】
Ｇ１ 第１結像光学系
Ｇ２ 第２結像光学系
Ｇ３ 第３結像光学系
Ｒ 第１面
Ｗ 第２面
ＩＭ１ 第１中間像
ＩＭ２ 第２中間像
K1 第１凹面鏡
K2 第２凹面鏡[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a catadioptric optical system, and more particularly to a catadioptric optical system of an exposure apparatus such as a stepper used for manufacturing a semiconductor. More specifically, the present invention relates to a catadioptric reduction optical system of a scanning reduction exposure apparatus having a resolution of about ¼ times having a submicron resolution in the ultraviolet wavelength region.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the manufacture of semiconductors and semiconductor chip mounting substrates, line-and-space miniaturization has further progressed, and an exposure apparatus that prints these patterns has been required to have higher resolution.
[0003]
In order to satisfy this requirement, it is necessary to shorten the wavelength of the light source of the exposure apparatus and to increase the NA (numerical aperture of the optical system). However, as the wavelength becomes shorter, optical glasses that can withstand practical use are limited due to light absorption.
[0004]
In such a case, if the projection optical system of the exposure apparatus is configured with only the refractive optical system, chromatic aberration correction is completely impossible. Therefore, in order to achieve the required resolving power, it is very difficult to make the projection optical system by using only the refractive system and to make a projection lens.
[0005]
On the other hand, an attempt has been made to configure the projection optical system of the exposure apparatus using only the reflection optical system. In this case, however, the projection optical system becomes large and the aspheric surface of the reflection surface is required. Using a large number of high-precision reflective aspheric surfaces is extremely difficult in terms of manufacturing.
[0006]
Therefore, various so-called catadioptric optical systems have been proposed in which a catoptric optical system and a refractive optical system made of optical glass that can be used at a used wavelength are combined.
[0007]
Among them, various types have been proposed so far for performing intermediate imaging at least once in the middle of the optical path of the projection optical system. As a result, those disclosed in JP-B-5-25170, JP-A-63-163319, JP-A-4-234722, and USP-4,779,966 can be mentioned.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Among the prior arts described above, those using only one concave mirror are the optical systems disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 4-347722 and USP-4,779,966. In these optical systems, only a negative lens is employed in a reciprocating optical system constituted by a concave mirror, and a positive power optical system is not used. For this reason, since the luminous flux spreads and enters the concave mirror, the diameter of the concave mirror tends to increase.
[0009]
In particular, the reciprocating optical system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-347722 is completely symmetric, and suppresses the occurrence of aberrations in the optical system as much as possible, thereby reducing the aberration correction burden of the subsequent refractive optical system. Although it is light, there is a problem that the working distance (WD) on the first surface (reticle or mask) side becomes small because a symmetric optical system is employed.
[0010]
In the optical system disclosed in USP-4,779,966, a concave mirror is used for the second imaging optical system behind the intermediate image. Therefore, in order to ensure the necessary brightness of the optical system, the light beam spreads and enters the concave mirror, and it is difficult to reduce the size of the concave mirror.
[0011]
Further, in the case of using a plurality of concave mirrors, there is a possibility that the number of lenses of the refractive optical system can be reduced. However, these types have the following problems.
[0012]
That is, recently, in order to increase the resolving power while increasing the depth of focus, the ratio σ value between the NA of the illumination optical system and the NA of the projection optical system is made variable. In this case, an aperture stop can be installed in the illumination optical system, but if the above-described catadioptric optical system is used in the projection optical system, an effective stop installation part cannot be taken anywhere in the projection optical system. Become.
[0013]
Further, in a catadioptric optical system of the type that employs such a reciprocating optical system on the second surface (wafer or plate) side on the reduction side, the light is reflected by the reflecting mirror from the relationship of the reduction magnification and then reaches the second surface. Therefore, the number of lenses of the projection optical system inserted into the optical path cannot be so large, and thus the brightness of the obtained optical system has to be limited. Even if an optical system with a high NA can be realized, since many optical members are inserted in a limited length, the distance between the wafer and the end face of the projection optical system, so-called working distance (WD) cannot be taken long. It was a system.
[0014]
Further, in the conventional catadioptric optical system as described above, it is necessary to always decenter the optical axis of the optical path, which is a so-called decentered optical system. Adjustment work of the decentered portion of this decentered optical system is difficult, and it has been difficult to realize a highly accurate optical system.
[0015]
In the present invention, in view of the above problems, a catadioptric optical system capable of adopting an effective aperture installation portion, sufficiently taking a working distance, and being able to configure a concave mirror that tends to be large and as small as possible. The purpose is to provide.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to achieve the above object, the first imaging optical system G1 including a refractive lens, at least one concave lens, and two reflecting mirrors are provided in order from the first surface R to the second surface W side. Including a second imaging optical system G2 and a third imaging optical system G3 composed of a refractive lens, the first imaging optical system G1 forms a first intermediate image IM1 of the first surface R; The second imaging optical system G2 forms a second intermediate image IM2 by re-imaging the first intermediate image IM1, and the third imaging optical G3 system converts the second intermediate image IM2 into the second intermediate image IM2. A catadioptric optical system characterized by re-imaging on a second surface (W) is provided.
[0017]
The present invention also provides a projection exposure apparatus and projection exposure method using this catadioptric optical system.
[0018]
Specifically, a light source, an illumination optical system for uniformly irradiating a light beam from the light source onto the first surface R, and the above-described catadioptric optical system that projects the first surface R onto the second surface W, A projection exposure apparatus including the projection exposure apparatus is provided.
[0019]
The illumination light is emitted from the light source, the illumination optical system uniformly irradiates the illumination light onto the first surface R, the first surface R is projected onto the second surface W using the above-described catadioptric optical system, and the first surface R is projected. Provided is a projection exposure method characterized by performing exposure of two surfaces W.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
By adopting the first imaging optical system G1 to the third imaging optical system G3 as described above, the optical axes of these imaging optical systems can be configured as a single straight line.
[0021]
Therefore, according to the catadioptric optical system of the present invention, there is no need to adjust the decentered part of the decentered optical system, which is a problem with the conventional catadioptric optical system, which is a problem because the optical axis is decentered. Thus, a highly accurate optical system can be realized.
[0022]
Furthermore, since the color correction, which is a characteristic of the catadioptric optical system, is performed by using the catadioptric optical system, color correction using a single glass type is possible.
[0023]
Furthermore, since the refractive optical system part (the first imaging optical system and the third imaging optical system) includes a positive power, the Petzval sum that tends to be a positive value is also a negative Petzval value of the concave mirror part. Can be canceled out to be completely zero.
[0024]
Of course, with such a configuration, the first intermediate image IM1 is imaged in the vicinity of the central opening of the first concave mirror K1 (a concave mirror disposed near the first imaging optical system G1 of the two concave mirrors). The second intermediate image is imaged in the vicinity of the central aperture of the second concave mirror K2 (the concave mirror disposed near the third imaging optical system G3 of the two concave mirrors), and the light beam path passes through the central aperture of each concave mirror. Need to be guided backwards.
[0025]
For this reason, although there is a central shielding part in the entrance pupil, the size of the intermediate image is smaller than the size of the concave mirror, and the imaging position of the intermediate image is far away from the position of the concave mirror. Therefore, the size of the central shielding portion relative to the size of the entrance pupil, that is, the so-called central shielding rate is small, and does not significantly affect the imaging performance.
[0026]
In the present invention, it is preferable that the following condition is satisfied when the numerical aperture on the second surface side is NAO and the effective diameter of at least one concave lens of the second imaging optical system is Φ.
[0027]
3 × Φ <1000 × NAO
This condition is a condition for miniaturizing the refractive lens and the reflecting mirror used in the catadioptric optical system. Deviating from this condition makes it difficult to reduce the size of the refractive lens and the reflecting mirror.
[0028]
The catadioptric optical system is preferably composed of 21 or more refractive lenses in order to obtain a higher performance. If it is composed of 23 or more refractive lenses, better results can be obtained.
[0029]
The catadioptric optical system is preferably composed of 20 or less refractive lenses when it is difficult to improve the performance of the antireflection coating or when there is a problem with the transmittance of the glass material. If it is composed of 18 or less refractive lenses, better results can be obtained.
[0030]
As a more preferable aspect, in order to have an opening between the two reflecting mirrors or to correct chromatic aberration well, the two reflecting mirrors are arranged with their concave reflecting surfaces facing each other. A concave mirror is preferred.
[0031]
The first imaging optical system G1 is preferably composed of at least two or more positive lenses, and the third imaging optical system G3 is preferably composed of at least two or more positive lenses.
[0032]
Furthermore, it is preferable to arrange at least one aperture stop in the first imaging optical system G1 or the third imaging optical system G3. In addition, it is preferable that at least one or more central shielding plates are arranged in the first imaging optical system G1 or the third imaging optical system G3. In this way, the image quality can be improved.
[0033]
The catadioptric optical system preferably includes at least five aspheric surfaces. By using an aspherical surface, the performance of the projection optical system can be improved and the number of lenses can be reduced.
[0034]
Further, it is preferable that the refractive lenses of the catadioptric optical system are all made of the same glass material, particularly fluorite. As the glass material, in addition to fluorite, quartz glass to which fluorine is added and crystals of fluorine compounds are conceivable.
[0035]
Of the two concave mirrors, the one disposed closer to the first surface side R is the first concave mirror K1, and the one disposed closer to the second surface W side is the second concave mirror K2. The distance from the position of the first intermediate image IM1 to the position of the first concave mirror K1 is d1, the distance from the position of the second intermediate image IM2 to the position of the second concave mirror K2 is d2, and the exposure area on the second surface W is When the diameter is Φw, the following conditions are preferably satisfied.
[0036]
| D1 | <Φw
| D2 | <Φw
The condition relating to d1 defines an appropriate refractive power distribution of the first imaging optical system G1 and the second imaging optical system G2, and the condition relating to d2 includes the second imaging optical system G2 and the third imaging optical system G2. It defines an appropriate refractive power distribution of the imaging optical system G3. If the range deviates from these conditions, the refractive power of any of the imaging optical systems becomes excessive, making it difficult to correct aberrations and making it difficult to reduce the size of the concave mirror.
[0037]
Further, the catadioptric optical system is preferably a telecentric optical system on the first surface R side or the second surface W side.
[0038]
【Example】
As shown in FIG. 1, the catadioptric optical system according to the present invention basically includes a first imaging optical system G1, a second imaging optical system G2, and a second imaging optical system G2 in order from the first surface R to the second surface W side. The third imaging optical system G3 is used. Here, the first imaging optical system G1 forms the first intermediate image IM1 of the first surface R in the vicinity of the second imaging optical system G2. Further, the second imaging optical system G2 forms a second intermediate image IM2, which is a re-imaged image of the first intermediate image IM1, in the vicinity of the third imaging optical system G3, and the third imaging optical system G3 The second intermediate image IM2 is formed on the second surface W.
[0039]
In FIG. 1, the direction of the object and the image according to the imaging relationship of the first surface R, the first intermediate image IM1, the second intermediate image IM2, and the second surface W is shown using arrows. FIG. 1 also shows the scanning directions on the first surface R and the second surface W when the catadioptric optical system according to the present invention is applied to a scanning projection exposure apparatus. The scanning directions on the first surface R and the second surface W are opposite directions. In addition, the illumination area and the exposure area have a rectangular shape centered on the optical axis. An aperture stop STO is disposed in the third imaging optical system G3.
[0040]
Further, in each of the following examples, an aspheric surface is used, and an expression representing the aspheric shape is as follows.
[0041]
[Expression 1]
Furthermore, the projection optical systems of the following examples are all made of fluorite. The refractive index of fluorite is 1.56000 at a wavelength of 157 nm.
[0043]
Examples according to the present invention are shown below. In the table below, CaF2 indicates fluorite, REF indicates a reflecting mirror, and STO indicates an aperture stop.
[First embodiment]
The catadioptric optical system according to the first embodiment, as shown in FIG. 2, sequentially from the first surface R to the second surface W side, the first imaging optical system G1, the second imaging optical system G2, and the third connection. It is composed of an image optical system G3. The first imaging optical system G1 includes, in order from the first surface R side, three positive meniscus lenses, three negative meniscus lenses, two positive lenses, and three positive meniscus lenses. The imaging optical system G2 is composed of one concave mirror, two negative meniscus lenses, and one concave mirror. The third imaging optical system G3 includes one positive meniscus lens, one negative lens, two positive meniscus lenses, one negative lens, four positive meniscus lenses, one negative lens, and It is taught by one positive meniscus lens.
[0044]
Further, the catadioptric optical system of this example has a reduction ratio of 1/4, a numerical aperture (NA) on the second surface W side of 0.75, a maximum object height on the first surface R side of 37.44 mm, and a second surface. The maximum image height on the W side is 9.36 mm, and the exposure size on the second surface W is a rectangular opening of 17.5 × 6.6 mm. As a result, the entire exposure area is 17.2 × 25 mm by scanning and performing exposure. The WD is 50.912830 on the first surface R side and 13.234625 on the second surface W side.
[0045]
The diameter of the concave mirror used is 260.2 mm or less. Among the lenses used, the effective diameter of the two largest lenses is 246.9 mm or less, and the effective diameter of most other lenses is 183.5 mm or less. It is considerably smaller than the effective diameter of the lens used for the refractive spherical optical system used in this specification.
[0046]
The shielding ratio against the light flux of the shielding part of the concave mirror is 19.5% in terms of NA ratio, and it has little effect on the imaging performance, and sufficiently high performance can be obtained.
[0047]
The refracting lens part uses fluorite, and chromatic aberration correction with a half-width of 1 pm at a wavelength of 157 nm of an ultraviolet F2 excimer laser is made.
[0048]
Also, as shown in FIGS. 3 and 4, the spherical aberration, coma aberration, astigmatism, and distortion are all corrected well to almost no aberration, thereby providing an optical system with excellent performance.
[0049]
[Table 1]
As shown in FIG. 5, the projection optical system according to the second example has a first imaging optical system G1, a second imaging optical system G2, and a third imaging in order from the first surface R to the second surface W side. It is comprised from the optical system G3. The first imaging optical system G1 includes, in order from the first surface R side, three positive meniscus lenses, three negative meniscus lenses, two positive lenses, one negative meniscus lens, and two positive meniscus lenses. The second imaging optical system G2 is provided by one concave mirror, two negative meniscus lenses, and one concave mirror. The third imaging optical system G3 includes one positive meniscus lens, one negative lens, two positive meniscus lenses, one negative lens, four positive meniscus lenses, one negative lens, and one sheet. It is taught by a positive meniscus lens.
[0050]
Further, the catadioptric optical system of this example has a reduction ratio of 1/4, a numerical aperture (NA) on the second surface W side of 0.75, a maximum object height on the first surface R side of 37.44 mm, a second surface The maximum image height on the W side is 9.36 mm, and the exposure size on the second surface W is a rectangular opening of 17.5 × 6.6 mm. As a result, exposure is performed by scanning, and the total exposure area is 17.2 × 25 mm. The WD is 50.000000 on the first surface R side and 12.335033 on the second surface W side.
[0051]
The diameter of the concave mirror used is 251.2 mm or less. Among the lenses used, the effective diameter of the two largest lenses is 238.4 mm or less, and the effective diameter of most other lenses is 187 mm or less. It is considerably smaller than the effective diameter of the lens used for the refractive spherical optical system used in this specification.
[0052]
The shielding ratio against the light flux of the shielding part of the concave mirror is 19.5% in terms of NA ratio, and it has little effect on the imaging performance, and sufficiently high performance can be obtained.
[0053]
The refracting lens part uses fluorite, and chromatic aberration correction with a half-width of 1.0 pm at a wavelength of 157 nm of an ultraviolet excimer laser is made.
[0054]
Further, as shown in FIGS. 6 and 7, the spherical aberration, coma aberration, astigmatism and distortion are all corrected well to almost no aberration, thereby providing an optical system with excellent performance.
[0055]
[Table 2]
As shown in FIG. 8, the catadioptric optical system according to the third example is arranged in order from the first surface R to the second surface W side, in order from the first imaging optical system G1, the second imaging optical system G2, and the third connection. It is composed of an image optical system G3. The first imaging optical system G1 includes, in order from the first surface R side, one negative meniscus lens, one positive lens, three positive meniscus lenses, one negative lens, two positive meniscus lenses, The second imaging optical system G2 includes two positive lenses and two positive meniscus lenses. The second imaging optical system G2 includes one concave mirror, two negative meniscus lenses, and one concave mirror. The third imaging optical system G3 includes one positive lens, one negative lens, one positive meniscus lens, one positive lens, one positive meniscus lens, one negative meniscus lens, and four lenses. A positive meniscus lens, one positive lens, one negative meniscus lens, and one positive meniscus lens.
[0056]
Further, the catadioptric optical system of this example has a reduction ratio of 1/4, a numerical aperture NA on the second surface W side of 0.75, a maximum object height on the first surface R side of 52.8 mm, and a second surface W side. The maximum image height is 13.2 mm, and the exposure size on the second surface W is a rectangular opening of 25 × 8.8 mm. As a result, exposure is performed by scanning, and the total exposure area is 25 × 33 mm. The WD is 72.734695 on the first surface R side and 17.227255 on the second surface W side.
[0057]
The diameter of the concave mirror used is 260 mm or less. Among the lenses used, the effective diameter of the two largest lenses is 259 mm or less, and the effective diameter of most other lenses is 188 mm or less. It is considerably smaller than the effective diameter of the lens used for the refractive spherical optical system used in this specification.
[0058]
The shielding ratio against the light flux of the shielding part of the concave mirror is 20% in terms of NA ratio, and it has little effect on the imaging performance, and sufficiently high performance can be obtained.
[0059]
The refracting lens part uses fluorite, and chromatic aberration correction with a half-width of 2 pm at a wavelength of 157 nm of an ultraviolet F2 excimer laser is made.
[0060]
Further, as shown in FIGS. 9 and 10, the spherical aberration, coma aberration, astigmatism, and distortion are all corrected well to almost no aberration, thereby providing an optical system with excellent performance.
[0061]
[Table 3]
As shown in FIG. 11, the catadioptric optical system according to the fourth example has a first imaging optical system G1, a second imaging optical system G2, and a third connection in order from the first surface R to the second surface W side. It is composed of an image optical system G3. The first imaging optical system G1 includes, in order from the first surface R side, three positive meniscus lenses, one negative meniscus lens, one negative lens, one positive meniscus lens, two positive lenses, The second imaging optical system G2 is composed of one positive meniscus lens, one positive lens, and one positive meniscus lens. The second imaging optical system G2 has two concave mirrors and two negative mirrors arranged symmetrically with each other. It consists of a meniscus lens. The third imaging optical system G3 includes one positive meniscus lens, one concave lens, two positive meniscus lenses, one negative meniscus lens, four positive meniscus lenses, one negative lens, and one sheet. The positive meniscus lens.
[0062]
Further, the catadioptric optical system of this example has a reduction magnification of 1/4, a numerical aperture NA on the second surface W side of 0.75, a maximum object height on the first surface R side of 52.8 mm, and a second surface W side. The maximum image height is 13.2 mm, and the exposure size on the second surface W is a rectangular opening of 25.0 × 8.8 mm. As a result, exposure is performed by scanning, and the total exposure area is 25.0 × 33 mm. The WD is 78.864226 on the first surface R side and 12.628525 on the second surface W side.
[0063]
The diameter of the concave mirror to be used is 265 mm or less. Among the lenses used, the effective diameter of the two largest lenses is 260 mm or less, and the effective diameter of most other lenses is 183 mm or less. It is considerably smaller than the effective diameter of the lens used for the refractive spherical optical system used in this specification.
[0064]
The shielding ratio against the light flux of the shielding part of the concave mirror is 20% in terms of NA ratio, and it has little effect on the imaging performance, and sufficiently high performance can be obtained.
[0065]
The refractive lens section uses fluorite, and chromatic aberration correction with a half-value width of 2.0 pm at a wavelength of 157 nm of an ultraviolet excimer laser is made.
[0066]
Also, as shown in FIGS. 12 and 13, the spherical aberration, coma aberration, astigmatism, and distortion are all corrected well to almost no aberration, and an optical system with excellent performance is provided.
[0067]
[Table 4]
As shown in FIG. 14, the catadioptric optical system according to the fifth embodiment is arranged in order from the first surface R to the second surface W side, in order from the first imaging optical system G1, the second imaging optical system G2, and the third connection. It is composed of an image optical system G3. The first imaging optical system G1 includes one positive meniscus lens, one positive lens, one negative meniscus lens, one negative lens, and two positive meniscus lenses 2 in order from the first surface R side. The second imaging optical system G2 is provided with one concave mirror, two negative meniscus lenses, and one concave mirror. The third imaging optical system G3 includes two positive lenses, one negative meniscus lens, one positive meniscus lens, one positive lens, one positive lens, one positive meniscus lens, and one lens. Negative meniscus lens, two positive lenses, one negative meniscus lens, one positive meniscus lens, and one negative meniscus lens.
[0068]
Further, the catadioptric optical system of this example has a reduction ratio of 1/4, a numerical aperture NA on the second surface W side of 0.75, a maximum object height on the first surface R side of 52.8 mm, and a second surface W side. The maximum image height is 13.2 mm, and the exposure size on the second surface W is a rectangular opening of 25 × 8.8 mm. As a result, exposure is performed by scanning, and the total exposure area is 25 × 8.8 mm. The WD is 110.490999 on the first surface R side and 13.000594 on the second surface W side.
[0069]
The diameter of the concave mirror to be used is 313 mm or less. Among the lenses used, the effective diameter of the two largest lenses is 308 mm or less, and the effective diameter of most other lenses is 195 mm or less. It is considerably smaller than the effective diameter of the lens used for the refractive spherical optical system used in this specification.
[0070]
The shielding ratio against the light flux of the shielding part of the concave mirror is 23% in terms of NA ratio, and it has little effect on the imaging performance, and sufficiently high performance can be obtained.
[0071]
The refracting lens part uses fluorite, and the chromatic aberration correction with a half-width of 2 pm at a wavelength of 157 nm of an ultraviolet excimer laser is made.
[0072]
Further, as shown in FIGS. 15 and 16, the spherical aberration, coma aberration, astigmatism, and distortion are all corrected well to almost no aberration, and an optical system with excellent performance is provided.
[0073]
[Table 5]
As shown in FIG. 17, the catadioptric optical system according to the sixth embodiment is arranged in order from the first surface R to the second surface W, in order from the first imaging optical system G1, the second imaging optical system G2, and the third coupling. It is composed of an image optical system G3. The first imaging optical system G1 includes, in order from the first surface R side, one positive lens, one positive meniscus lens, two negative meniscus lenses, two positive lenses, and one positive meniscus lens. The second imaging optical system G2 is provided by one concave mirror, two negative meniscus lenses, and one concave mirror. The third imaging optical system G3 is composed of one positive lens, two positive meniscus lenses, two positive lenses, one positive meniscus lens, one positive lens, and two positive meniscus lenses. Is done.
[0074]
The catadioptric optical system of this example has a reduction magnification of 1/4, an image-side numerical aperture NA of 0.75, a maximum object height of 51.2 mm, and a maximum image height of 12.8 mm. Has a rectangular opening of 25 x 5.5 mm. As a result, exposure is performed by scanning, and the total exposure area is 25 × 33 mm. The WD is 224.250603 on the first surface R side and 18.245931 on the second surface W side.
[0075]
The diameter of the concave mirror used is 272 mm or less. Among the lenses used, the effective diameter of the two largest lenses is 269.2 mm or less, and the effective diameter of most other lenses is 191.6 mm or less. It is considerably smaller than the effective diameter of the lens used for the refractive spherical optical system used in this specification.
[0076]
The shielding ratio against the light flux of the shielding part of the concave mirror is 20% in terms of NA ratio, and it has little effect on the imaging performance, and sufficiently high performance can be obtained.
[0077]
The refracting lens part uses fluorite, and chromatic aberration correction with a half-width of 2 pm at a wavelength of 157 nm of an ultraviolet F2 excimer laser is made.
[0078]
Further, as shown in FIGS. 18 and 19, the spherical aberration, coma aberration, astigmatism and distortion are all corrected well to almost no aberration, and an optical system with excellent performance is provided.
[0079]
[Table 6]
As shown in FIG. 20, the catadioptric optical system according to the seventh embodiment is arranged in order from the first surface R to the second surface W side in order from the first imaging optical system G1, the second imaging optical system G2, and the third connection. It is composed of an image optical system G3. The first imaging optical system G1 includes, in order from the first surface R side, three positive meniscus lenses, one negative meniscus lens, one negative lens, one positive meniscus lens, two positive lenses, The second imaging optical system G2 is composed of one positive meniscus lens, one positive lens, and one positive meniscus lens. The second imaging optical system G2 includes two concave mirrors and two sheets that are arranged symmetrically to each other. It consists of a negative meniscus lens. The third imaging optical system G3 includes one positive meniscus lens, one negative lens, two positive meniscus lenses, one negative meniscus lens, four positive meniscus lenses, and one negative lens. It consists of one positive lens.
[0080]
The catadioptric optical system of this example has a reduction ratio of 1/4, an image-side numerical aperture NA of 0.75, a maximum object height of 41.6 mm, and a maximum image height of 10.4 mm. The exposure size is a rectangular opening of 20.0 × 5.5 mm. As a result, the exposure is performed by scanning, and the total exposure area is 20.0 × 33 mm. The WD is 166.292101 on the first surface R side and 15.484990 on the second surface W side.
[0081]
The diameter of the concave mirror used is 264.3 mm or less. Among the lenses used, the effective diameter of the two largest lenses is 259.8 mm or less, and the effective diameter of most other lenses is 182.5 mm or less. It is considerably smaller than the effective diameter of the lens used for the refractive spherical optical system used in this specification.
[0082]
The shielding ratio against the light flux of the shielding part of the concave mirror is 20% in terms of NA ratio, and it has little effect on the imaging performance, and sufficiently high performance can be obtained.
[0083]
The refractive lens section uses fluorite, and chromatic aberration correction with a half-value width of 2.0 pm at a wavelength of 157 nm of an ultraviolet excimer laser is made.
[0084]
Further, as shown in FIGS. 21 and 22, the spherical aberration, coma aberration, astigmatism, and distortion are all corrected well to almost no aberration, thereby providing an optical system with excellent performance.
[0085]
[Table 7]
As shown in FIG. 23, the catadioptric optical system according to the eighth example sequentially forms the first imaging optical system G1, the second imaging optical system G2, and the third coupling from the first surface R to the second surface W side. It is composed of an image optical system G3. The first imaging optical system G1 includes, in order from the first surface R side, one negative meniscus lens, one positive lens, three positive meniscus lenses, one negative meniscus lens, and two positive meniscus lenses. The second imaging optical system G2 is composed of one concave mirror, two negative meniscus lenses, and one concave mirror. The third imaging optical system G3 includes one positive lens, one negative meniscus lens, one positive meniscus lens, one positive lens, one positive meniscus lens, and one negative meniscus lens. It is composed of four positive meniscus lenses, one positive lens, one negative meniscus lens, and one positive meniscus lens.
[0086]
In addition, the catadioptric optical system of this example has a reduction magnification of 1/4, an image-side numerical aperture NA of 0.75, a maximum object height of 52.8 mm, and a maximum image height of 13.2 mm. The exposure size is a rectangular opening of 25 x 8.8 mm. As a result, exposure is performed by scanning, and the total exposure area is 25 × 33 mm. The WD is 181.1103882 on the first surface R side and 18.788119 on the second surface W side.
[0087]
The diameter of the concave mirror used is 260.0 mm or less. Among the lenses used, the effective diameter of the two largest lenses is 258.1 mm or less, and the effective diameter of most other lenses is 174 mm or less. It is considerably smaller than the effective diameter of the lens used for the refractive spherical optical system used in this specification.
[0088]
The shielding ratio against the light flux of the shielding part of the concave mirror is 24.0% in terms of NA ratio, and it has little effect on the imaging performance, and sufficiently high performance can be obtained.
[0089]
The refracting lens part uses fluorite, and the chromatic aberration correction with a half-width of 2 pm at a wavelength of 157 nm of an ultraviolet excimer laser is made.
[0090]
Also, as shown in FIGS. 24 and 25, spherical aberration, coma, astigmatism and distortion are all well corrected to almost no aberration, thereby providing an optical system with excellent performance.
[0091]
[Table 8]
[0092]
A reticle as a projection original plate on which a predetermined circuit pattern is formed is arranged on the first surface R of the projection optical system PL, and a wafer on which a photoresist as a substrate is coated on the second surface W of the projection optical system PL. Is arranged. The reticle is held on reticle stage RS, the wafer is held on wafer stage WS, and illumination optical device IS for uniformly illuminating the reticle is arranged above the reticle.
[0093]
The illumination optical device includes a light source that emits exposure light and an illumination optical system that uniformly irradiates a light beam from the light source onto a reticle. In this embodiment, the light source is an F2 excimer laser light source, and emits exposure light having a wavelength of 157 nm. The illumination optical system includes a fly-eye lens for making the illuminance distribution uniform, an illumination system aperture stop, a variable field stop (reticle blind), a condenser lens system, and the like.
[0094]
As described above, the projection optical system PL is substantially telecentric on the reticle side and the wafer side. The exposure light supplied from the illumination optical device IS illuminates the reticle, and an image of the light source of the illumination optical device IS is formed at the position of the aperture stop STO of the projection optical system PL, so-called Koehler illumination is performed. Then, the circuit pattern of the reticle illuminated by Koehler is reduced by a predetermined magnification through the projection optical system PL and projected onto the wafer.
[0095]
An example of the operation when a predetermined circuit pattern is formed on the wafer using this projection exposure apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step 1, a metal film is deposited on one lot of wafers. In step 2, a photoresist is applied on the metal film. Thereafter, in step 3, the above-described projection exposure apparatus is used to sequentially scan and expose the pattern on the reticle to each exposure area on the wafer via the projection optical system PL. In step 4, the photoresist on the wafer is developed. Thereby, a resist pattern is formed on the wafer. Next, in step 5, by etching the wafer on which the resist pattern is formed, a circuit pattern corresponding to the resist pattern on the reticle is formed in each exposure region on the wafer.
[0096]
Thereafter, a device pattern such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer.
[0097]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the first image forming optical system G1 to the third image forming optical system G3 constituting the image forming portion are configured so as to have one optical axis. It can be examined as the center, and the inclination and displacement of each internal lens can be detected.
[0098]
As a result, it is possible to finally obtain an effective aperture installation part, to obtain a working distance sufficiently, to obtain an optical system having a dramatically small concave mirror, and to use the smallest aspheric element. However, it is configured with one optical axis that is easy to adjust, and the reticle scanning direction can be taken in a direction perpendicular to gravity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle diagram of a catadioptric optical system according to the present invention.
FIG. 2 is an optical path diagram of the catadioptric optical system of the first embodiment.
FIG. 3 is a coma aberration diagram of the first example.
FIG. 4 is a spherical aberration diagram, astigmatism diagram, and distortion diagram of the first example.
FIG. 5 is an optical path diagram of the catadioptric optical system of the second embodiment.
FIG. 6 is a coma aberration diagram of the second example.
FIG. 7 is a spherical aberration diagram, astigmatism diagram, and distortion diagram of the second example.
FIG. 8 is an optical path diagram of the catadioptric optical system of the third embodiment.
FIG. 9 is a coma aberration diagram of Example 3. FIG.
FIG. 10 is a spherical aberration diagram, astigmatism diagram, and distortion diagram of the third example.
FIG. 11 is an optical path diagram of the catadioptric optical system of the fourth embodiment.
FIG. 12 is a coma aberration diagram of the fourth example.
FIG. 13 is a spherical aberration diagram, astigmatism diagram, and distortion diagram of the fourth example.
FIG. 14 is an optical path diagram of the catadioptric optical system of the fifth embodiment.
FIG. 15 is a coma aberration diagram of the fifth example.
FIG. 16 is a spherical aberration diagram, astigmatism diagram, and distortion diagram of the fifth example.
FIG. 17 is an optical path diagram of the catadioptric optical system of the sixth example.
FIG. 18 is a coma aberration diagram of the sixth example.
FIG. 19 is a spherical aberration diagram, astigmatism diagram, and distortion diagram of the sixth example.
FIG. 20 is an optical path diagram of the catadioptric optical system of the seventh example.
FIG. 21 is a coma aberration diagram of Example 7.
FIG. 22 is a spherical aberration diagram, astigmatism diagram, and distortion diagram of the seventh example.
FIG. 23 is an optical path diagram of the catadioptric optical system of the eighth embodiment.
FIG. 24 is a coma aberration diagram of the eighth example.
FIG. 25 is a spherical aberration diagram, astigmatism diagram, and distortion diagram of the eighth example.
FIG. 26 is a diagram of a projection exposure apparatus according to the present invention.
FIG. 27 is a diagram showing a procedure of a projection exposure method according to the present invention.
[Explanation of symbols]
G1 first imaging optical system
G2 Second imaging optical system
G3 Third imaging optical system
R first side
W second side
IM1 first intermediate image
IM2 second intermediate image
K1 first concave mirror
K2 Second concave mirror
