JP2002246308A

JP2002246308A - コンデンサー光学系、および該光学系を備えた照明光学装置並びに露光装置

Info

Publication number: JP2002246308A
Application number: JP2001376974A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Suenaga; 豊末永; Koichi Hiraga; 康一平賀; Masahito Kumazawa; 雅人熊澤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2002-08-30

Abstract

(57)【要約】【課題】少ないレンズ枚数の簡素な構成で所要の光学
特性を確保することのできるコンデンサー光学系。【解決手段】前側焦点面と第１面（８）とが一致し且
つ後側焦点面と第２面（１０）とが一致するように構成
され、第１面からの光を集光して第２面へ導くコンデン
サー光学系。第１面側から順に、第１面側に凹面を向け
た負レンズを有する第１レンズ群Ｇ１と、正レンズを有
する第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とを備えて
いる。第１レンズ群Ｇ１は、非球面状に形成された少な
くとも１つのレンズ面を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンデンサー光学
系、および該光学系を備えた照明光学装置並びに露光装
置に関する。特に、半導体素子、撮像素子、液晶表示素
子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフ
ィー工程で製造するための露光装置に搭載される照明光
学装置に好適なコンデンサー光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の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、たと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、コンデンサー光学系により集光さ
れた後、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マスクブライ
ンドが配置されている。

【０００３】したがって、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、結像光
学系を介して所定のパターンが形成されたマスクを重畳
的に照明する。こうして、マスク上には、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。マスクのパ
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、マスクパ
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】上述のコンデンサー光
学系は、マスク共役面を（ひいてはマスク面およびウェ
ハ面）を均一に照明するために、サインコンディション
（sine-condition）をほぼ満たす光学系であることが望
ましい。また、照度むらの原因となるコマ収差などの諸
収差が良好に補正された光学系であることが望ましい。

【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２
４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー光源や、波長が１９
３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光源などが露光光源と
して用いられている。この場合、光化学反応により有害
なガスが発生してレンズ表面が曇り易いこと、およびレ
ンズの光透過率が低下し易いことが知られているが、い
ずれの観点からもコンデンサー光学系を少ないレンズ枚
数で構成することが有利である。

【０００６】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、少ないレンズ枚数の簡素な構成で所要の光学
特性を確保することのできるコンデンサー光学系を提供
することを目的とする。また、本発明は、少ないレンズ
枚数の簡素な構成で所要の光学特性の確保されたコンデ
ンサー光学系を備えた照明光学装置および露光装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第１発明では、前側焦点面と第１面とが一
致し且つ後側焦点面と第２面とが一致するように構成さ
れ、前記第１面からの光を集光して前記第２面へ導くコ
ンデンサー光学系において、第１面側から順に、第１面
側に凹面を向けた負レンズを有する第１レンズ群Ｇ１
と、正レンズを有する第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ
群Ｇ３とを備え、前記第１レンズ群Ｇ１は、非球面状に
形成された少なくとも１つのレンズ面を有することを特
徴とするコンデンサー光学系を提供する。

【０００８】第１発明の好ましい態様によれば、前記第
２レンズ群Ｇ２は、非球面状に形成された少なくとも１
つのレンズ面を有する。また、前記第３レンズ群Ｇ３
は、非球面状に形成された少なくとも１つのレンズ面を
有することが好ましい。

【０００９】また、第１発明の好ましい態様によれば、
前記第１レンズ群Ｇ１中の前記負レンズの第１面側に向
けた凹面の曲率半径をＲ１とし、光学系全体の焦点距離
をＦとしたとき、０．２＜Ｆ／｜Ｒ１｜＜５の条件を満足する。

【００１０】さらに、第１発明の好ましい態様によれ
ば、前記第１レンズ群Ｇ１は、単一レンズの形態を有す
る前記負レンズのみから構成されている。また、前記第
２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３とからなる合成
光学系は、２枚または３枚の正レンズから構成されてい
ることが好ましい。

【００１１】本発明の第２発明では、光束を供給するた
めの光源手段と、前記光源手段からの光束に基づいて多
数の光源を形成するための多光源形成手段と、前記多数
の光源からの光を集光して被照射面へ導くための第１発
明のコンデンサー光学系とを備え、前記第１面に形成さ
れた前記多数の光源からの光は、前記コンデンサー光学
系を介して、前記被照射面または前記被照射面の共役面
としての前記第２面上を重畳的に照明することを特徴と
する照明光学装置を提供する。

【００１２】本発明の第３発明では、第２発明の照明光
学装置と、前記被照射面に設定されたマスクのパターン
を感光性基板上へ投影露光するための投影光学系とを備
えていることを特徴とする露光装置を提供する。

【００１３】第３発明の好ましい態様によれば、前記投
影光学系は、屈折型の光学系として構成され、前記照明
光学装置は、前記被照射面の共役面としての前記第２面
と前記被照射面との間の光路中に配置された結像光学系
を備えている。あるいは、前記投影光学系は、反射屈折
型の光学系として構成され、前記照明光学装置におい
て、前記被照射面と前記第２面とが一致していることが
好ましい。

【００１４】本発明の第４発明では、第３発明の露光装
置により前記マスクのパターンを前記感光性基板上に露
光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記
感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とす
るマイクロデバイスの製造方法を提供する。

【００１５】

【発明の実施の形態】上述のように、本発明のコンデン
サー光学系は、その前側焦点面と第１面とが一致し且つ
その後側焦点面と第２面とが一致するように構成され、
第１面からの光を集光して第２面へ導く。したがって、
本発明のコンデンサー光学系を露光装置の照明光学装置
に適用した場合、オプティカルインテグレータとしての
フライアイレンズの後側焦点面である第１面に形成され
た二次光源からの光が、本発明のコンデンサー光学系を
介して、マスク面またはマスク共役面をテレセントリッ
クに照明することになる。

【００１６】具体的には、本発明のコンデンサー光学系
は、第１面側から順に、第１面側に凹面を向けた負レン
ズを有する第１レンズ群Ｇ１と、正レンズを有する第２
レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とを備えている。そ
して、第１レンズ群Ｇ１は、非球面状に形成された少な
くとも１つのレンズ面を有する。この構成により、少な
いレンズ枚数の構成で、球面収差およびコマ収差を良好
に補正することができる。特に、第１レンズ群Ｇ１に非
球面を導入することにより、少ないレンズ枚数の構成で
球面収差を良好に補正することが可能になる。また、第
１面側に凹面を向けた負レンズの作用により、コマ収差
を良好に補正することが可能になる。

【００１７】ところで、コンデンサー光学系は全体とし
て正の屈折力を有するため、第１面の中心点（第１面の
光軸上の点）から射出された光束については負の球面収
差を発生させる。したがって、幾何光学上はテレセント
リックに第２面を照明するようにコンデンサー光学系を
構成しても、換言すると前側焦点面と第１面とが一致し
且つ後側焦点面と第２面とが一致するように構成して
も、第２面上の周辺領域（光軸から実質的に離れた領
域）を照明する光は上述の球面収差の影響を受けて、第
２面の法線に対して（ひいては光軸に対して）傾いて入
射し、第２面を完全にはテレセントリックに照明するこ
とができない。

【００１８】そこで、本発明では、第２面の比較的近く
に配置された第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３
のうち少なくとも一方のレンズ群に非球面を導入するこ
とが好ましい。この構成により、レンズ枚数を少なく抑
えた簡素な構成で、瞳の球面収差を良好に補正すること
ができる。なお、第３レンズ群Ｇ３の方が第２レンズ群
Ｇ２よりも第２面に近いため、瞳の球面収差を良好に補
正するには、第２レンズ群Ｇ２よりも第３レンズ群Ｇ３
に非球面を導入する方が有効である。

【００１９】また、本発明においては、次の条件式
（１）を満足することが好ましい。０．２＜Ｆ／｜Ｒ１｜＜５（１）ここで、Ｒ１は、第１レンズ群Ｇ１中の負レンズの第１
面側に向けた凹面の曲率半径（非球面の場合は頂点曲率
半径）である。また、Ｆは、コンデンサー光学系全体の
焦点距離である。

【００２０】条件式（１）は、コンデンサー光学系全体
の焦点距離Ｆと第１レンズ群Ｇ１中の負レンズの第１面
側に向けた凹面の曲率半径Ｒ１との比について適切な範
囲を規定している。条件式（１）の上限値を上回ると、
正の高次球面収差およびコマ収差が発生し、非球面を用
いても球面収差とコマ収差とを同時に補正することが困
難になり、収差状態の悪化により照明むらが発生するの
で好ましくない。一方、条件式（１）の下限値を下回る
と、負の球面収差およびコマ収差が発生し、非球面を用
いても球面収差とコマ収差とを同時に補正することが困
難になり、収差状態の悪化により照明むらが発生するの
で好ましくない。

【００２１】以上のように、本発明のコンデンサー光学
系では、少ないレンズ枚数の簡素な構成で、所要の光学
特性を確保することができる。したがって、本発明のコ
ンデンサー光学系を組み込んだ照明光学装置および露光
装置では、たとえばエキシマレーザー光源を用いた場合
にも、光化学反応で発生する有害ガスによるレンズ表面
の曇りの影響を受けにくく、レンズの光透過率の低下の
影響も受けにくい。その結果、本発明のコンデンサー光
学系を組み込んだ露光装置を用いて、良好な露光条件の
もとで投影露光を行うことにより、良好なマイクロデバ
イスを高精度に製造することができる。

【００２２】本発明の実施形態を、添付図面に基づいて
説明する。図１は、本発明の実施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
基板であるウェハＷの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハ
面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハ
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。図１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、波長が１９３ｎｍの光を
供給するＡｒＦエキシマレーザー光源を備えている。

【００２３】光源１からＹ方向に沿って射出されたほぼ
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および２ｂからなるビームエ
キスパンダー２に入射する。各レンズ２ａおよび２ｂ
は、図１において負の屈折力および正の屈折力をそれぞ
れ有する。また、一対のレンズ２ａおよび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。したがって、ビームエキスパンダー２に入射
した光束は、一対のレンズ２ａと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。

【００２４】整形光学系としてのビームエキスパンダー
２を介したほぼ平行光束は、折り曲げミラーでＺ方向に
偏向された後、マイクロレンズアレイ３に入射する。マ
イクロレンズアレイ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、マイクロレンズアレイは、
たとえば平行平面ガラス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。

【００２５】ここで、マイクロレンズアレイを構成する
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、マイクロレンズア
レイは、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。なお、図
１では、図面の明瞭化のために、マイクロレンズアレイ
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。

【００２６】したがって、マイクロレンズアレイ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。マイクロレンズアレイ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。

【００２７】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
レンズアレイ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。

【００２８】一般に、回折光学素子は、ガラス基板に露
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。

【００２９】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。したがって、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。

【００３０】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（ひいてはウェハ上において形成
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。

【００３１】したがって、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。

【００３２】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、コンデンサー光学
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。ここで、開口絞り８は、コンデンサー光学系
９の前側焦点面に配置されている。こうして、コンデン
サー光学系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。なお、コンデンサー光学系９の詳細に
ついては、５つの実施例を参照して後述する。

【００３３】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、結像光学系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、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。

【００３４】マスクＭのパターンを透過した光束は、複
数のレンズ成分から構成された屈折型の投影光学系ＰＬ
を介して、感光性基板であるウェハ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Ａ
Ｘと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハ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、ウェハ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。

【００３５】なお、一括露光では、いわゆるステップ・
アンド・リピート方式にしたがって、ウェハの各露光領
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、スキャン
露光では、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式に
したがって、マスクおよびウェハを投影光学系に対して
相対移動させながらウェ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。

【００３６】なお、本実施形態では、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。

【００３７】また、本実施形態では、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、マイクロレンズアレイ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。

【００３８】〔第１実施例〕図２は、第１実施例にかか
るコンデンサー光学系のレンズ構成を示す図である。図
２に示すように、第１実施例のコンデンサー光学系にお
いて、第１レンズ群Ｇ１は、第１面側（開口絞り８側）
に非球面状の凹面を向けた負メニスカスレンズから構成
されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、２つの両凸レ
ンズから構成されている。さらに、第３レンズ群Ｇ３
は、第１面側に非球面状の凸面を向けた平凸レンズから
構成されている。なお、第１実施例のコンデンサー光学
系を構成する４枚のレンズは、すべて石英から形成され
ている。

【００３９】なお、各実施例において、非球面は、光軸
に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接
平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿
った距離（サグ量）をｘとし、頂点曲率半径をｒとし、
円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣ_nとしたと
き、以下の数式（ａ）で表される。

【数１】ｘ＝（ｙ²／ｒ）／〔１＋｛１−κ・ｙ²／ｒ²｝^1/2〕＋Ｃ₄・ｙ⁴＋Ｃ₆・ｙ⁶＋Ｃ₈・ｙ⁸＋Ｃ₁₀・ｙ¹⁰ （ａ）各実施例において、非球面状に形成されたレンズ面には
面番号の右側に＊印を付している。

【００４０】次の表（１）に、第１実施例にかかるコン
デンサー光学系の諸元の値を掲げる。表（１）の主要諸
元において、Ｆはコンデンサー光学系の焦点距離を示し
ている。また、表（１）の光学部材諸元において、第１
カラムの面番号は光線の進行する方向に沿った面の順序
を、第２カラムの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、第３カラムのｄは各面の軸
上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、第４カラムのｎは露
光光（波長１９３ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれ示し
ている。

【００４１】

【表１】

【００４２】図３は、第１実施例にかかるコンデンサー
光学系の諸収差図である。各収差図において、ＦＮＯは
Ｆナンバーを、Ｙは像高をそれぞれ示している。また、
非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を
示し、破線はメリディオナル像面を示している。各収差
図から明らかなように、第１実施例では、諸収差が良好
に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわ
かる。

【００４３】〔第２実施例〕図４は、第２実施例にかか
るコンデンサー光学系のレンズ構成を示す図である。図
４に示すように、第２実施例のコンデンサー光学系にお
いて、第１レンズ群Ｇ１は、第１面側（開口絞り８側）
に非球面状の凹面を向けた負メニスカスレンズから構成
されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、第１面側から
順に、両凸レンズと、第１面側に非球面状の凸面を向け
た両凸レンズとから構成されている。さらに、第３レン
ズ群Ｇ３は、第２面側（マスクブラインド１０側）に平
面を向けた平凸レンズから構成されている。なお、第２
実施例においても、４枚のレンズはすべて石英から形成
されている。

【００４４】次の表（２）に、第２実施例にかかるコン
デンサー光学系の諸元の値を掲げる。表（２）の主要諸
元において、Ｆはコンデンサー光学系の焦点距離を示し
ている。また、表（２）の光学部材諸元において、第１
カラムの面番号は光線の進行する方向に沿った面の順序
を、第２カラムの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、第３カラムのｄは各面の軸
上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、第４カラムのｎは露
光光（波長１９３ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれ示し
ている。

【００４５】

【表２】

【００４６】図５は、第２実施例にかかるコンデンサー
光学系の諸収差図である。各収差図において、ＦＮＯは
Ｆナンバーを、Ｙは像高をそれぞれ示している。また、
非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を
示し、破線はメリディオナル像面を示している。各収差
図から明らかなように、第２実施例においても、諸収差
が良好に補正され、優れた結像性能が確保されているこ
とがわかる。

【００４７】〔第３実施例〕図６は、第３実施例にかか
るコンデンサー光学系のレンズ構成を示す図である。図
６に示すように、第３実施例のコンデンサー光学系にお
いて、第１レンズ群Ｇ１は、第１面側（開口絞り８側）
に凹面を向け且つ第２面側（マスクブラインド１０側）
に非球面状の凸面を向けた負メニスカスレンズから構成
されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、２つの両凸レ
ンズから構成されている。さらに、第３レンズ群Ｇ３
は、第１面側に非球面状の凸面を向けた平凸レンズから
構成されている。なお、第３実施例においても、４枚の
レンズはすべて石英から形成されている。

【００４８】次の表（３）に、第３実施例にかかるコン
デンサー光学系の諸元の値を掲げる。表（３）の主要諸
元において、Ｆはコンデンサー光学系の焦点距離を示し
ている。また、表（３）の光学部材諸元において、第１
カラムの面番号は光線の進行する方向に沿った面の順序
を、第２カラムの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、第３カラムのｄは各面の軸
上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、第４カラムのｎは露
光光（波長１９３ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれ示し
ている。

【００４９】

【表３】

【００５０】図７は、第３実施例にかかるコンデンサー
光学系の諸収差図である。各収差図において、ＦＮＯは
Ｆナンバーを、Ｙは像高をそれぞれ示している。また、
非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を
示し、破線はメリディオナル像面を示している。各収差
図から明らかなように、第３実施例においても、諸収差
が良好に補正され、優れた結像性能が確保されているこ
とがわかる。

【００５１】〔第４実施例〕図８は、第４実施例にかか
るコンデンサー光学系のレンズ構成を示す図である。図
８に示すように、第４実施例のコンデンサー光学系にお
いて、第１レンズ群Ｇ１は、第１面側（開口絞り８側）
に凹面を向け且つ第２面側（マスクブラインド１０側）
に非球面状の凸面を向けた負メニスカスレンズから構成
されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、２つの両凸レ
ンズから構成されている。さらに、第３レンズ群Ｇ３
は、第１面側に非球面状の凸面を向けた平凸レンズから
構成されている。なお、第４実施例においても、４枚の
レンズはすべて石英から形成されている。

【００５２】次の表（４）に、第４実施例にかかるコン
デンサー光学系の諸元の値を掲げる。表（４）の主要諸
元において、Ｆはコンデンサー光学系の焦点距離を示し
ている。また、表（４）の光学部材諸元において、第１
カラムの面番号は光線の進行する方向に沿った面の順序
を、第２カラムの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、第３カラムのｄは各面の軸
上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、第４カラムのｎは露
光光（波長１９３ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれ示し
ている。

【００５３】

【表４】

【００５４】図９は、第４実施例にかかるコンデンサー
光学系の諸収差図である。各収差図において、ＦＮＯは
Ｆナンバーを、Ｙは像高をそれぞれ示している。また、
非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を
示し、破線はメリディオナル像面を示している。各収差
図から明らかなように、第４実施例においても、諸収差
が良好に補正され、優れた結像性能が確保されているこ
とがわかる。

【００５５】〔第５実施例〕図１０は、第５実施例にか
かるコンデンサー光学系のレンズ構成を示す図である。
図１０に示すように、第５実施例のコンデンサー光学系
において、第１レンズ群Ｇ１は、第１面側（開口絞り８
側）に凹面を向け且つ第２面側（マスクブラインド１０
側）に非球面状の凸面を向けた負メニスカスレンズから
構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、第１面側
から順に、両凸レンズと、第１面側に凸面を向けた正メ
ニスカスレンズとから構成されている。さらに、第３レ
ンズ群Ｇ３は、第１面側に非球面状の凸面を向けた平凸
レンズから構成されている。なお、第５実施例において
も、４枚のレンズはすべて石英から形成されている。

【００５６】次の表（５）に、第５実施例にかかるコン
デンサー光学系の諸元の値を掲げる。表（５）の主要諸
元において、Ｆはコンデンサー光学系の焦点距離を示し
ている。また、表（５）の光学部材諸元において、第１
カラムの面番号は光線の進行する方向に沿った面の順序
を、第２カラムの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、第３カラムのｄは各面の軸
上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、第４カラムのｎは露
光光（波長１９３ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれ示し
ている。

【００５７】

【表５】

【００５８】図１１は、第５実施例にかかるコンデンサ
ー光学系の諸収差図である。各収差図において、ＦＮＯ
はＦナンバーを、Ｙは像高をそれぞれ示している。ま
た、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像
面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。各
収差図から明らかなように、第５実施例においても、諸
収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されてい
ることがわかる。

【００５９】以上のように、本実施形態の各実施例にか
かるコンデンサー光学系では、合計で４枚と非常に少な
いレンズ枚数で、諸収差が良好に補正され、所要の光学
特性を確保することができる。したがって、本実施形態
の照明光学装置および露光装置では、ＡｒＦエキシマレ
ーザー光源を用いているにもかかわらず、光化学反応で
発生する有害ガスによるレンズ表面の曇りの影響を受け
にくく、レンズの光透過率の低下の影響も受けにくい。

【００６０】図１２は、本発明の実施形態の変形例にか
かる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１２の
変形例は、図１の実施形態と類似の構成を有する。しか
しながら、図１の実施形態では、前述したように投影光
学系が屈折型の光学系であるのに対し、図１２の変形例
では、投影光学系が屈折曲面を有する屈折光学部材（レ
ンズ成分など）と反射曲面を有する反射光学部材（凹面
反射鏡など）とから構成された反射屈折型の光学系であ
る。

【００６１】また、図１の実施形態では、コンデンサー
光学系９の後側焦点面にマスクブラインド１０が配置さ
れ、マスクブラインド１０とマスクＭとの間の光路中に
結像光学系１１が設けられているのに対し、図１２の変
形例では、コンデンサー光学系９の後側焦点面にマスク
Ｍが配置され、マスクブラインド１０および結像光学系
１１が省略されている。なお、図１２において、図１の
実施形態の構成要素と同様の機能を有する要素には、図
１と同じ参照符合を付している。

【００６２】一般に、屈折型の投影光学系では、瞳の球
面収差がある程度残存している。この場合、マスクのパ
ターン像が感光性基板上にテレセントリックに投影され
ないため、微妙なデフォーカス（投影光学系の像面と感
光性基板との間の位置ずれ）によってディストーション
が発生してしまう。したがって、露光装置の照明系にお
いて照明視野絞り（マスクブラインド）とマスクとを光
学的に共役に結ぶ結像光学系は、投影光学系の瞳の球面
収差を補償（補正）する必要がある。

【００６３】そこで、図１の実施形態では、結像光学系
１１の瞳の球面収差が、屈折型の投影光学系ＰＬの瞳の
球面収差を補償する収差構造を採用している。これに対
し、反射屈折型の投影光学系では、瞳の球面収差が実質
的に残存しないように構成することができる。そこで、
図１２の変形例では、結像光学系１１の設置を省略し、
コンデンサー光学系９を介してマスクＭを直接的に照明
する構成が可能になる。この場合、マスクＭ上における
実効照明領域（ひいてはウェハＷ上における実効露光領
域）を規定するための視野絞りを、反射屈折型の投影光
学系の光路中においてマスクＭと光学的に共役な位置に
配置することができる。なお、図１２では透過型のマス
クＭを用いたが、反射型マスクにも適用可能である。

【００６４】本実施形態（変形例を含む）にかかる露光
装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）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、本実施形態の露光装置を用いて感
光性基板としてのウェ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１３のフローチャ
ートを参照して説明する。

【００６５】先ず、図１３のステップ３０１において、
１ロットのウェ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ｌロットのウェハ上の金属膜上
にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０
３において、本実施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
トのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。
その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェ
ハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３
０５において、その１ロットのウェ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、各ウェハ
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。

【００６６】また、本実施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１４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１４において、パターン形
成工程４０１では、本実施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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】なお、上述の実施形態では、ＡｒＦエキシ
マレーザー光源を用いているが、これに限定されること
なく、たとえば波長が２４８ｎｍの光を供給するＫｒＦ
エキシマレーザー光源や波長が１５６ｎｍの光を供給す
るＦ₂エキシマレーザー光源のような他の適当な光源を
用いることもできる。また、上述の実施形態では、露光
装置における照明光学装置中のコンデンサー光学系に対
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。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のコンデン
サー光学系では、少ないレンズ枚数の簡素な構成で、所
要の光学特性を確保することができる。したがって、本
発明のコンデンサー光学系を組み込んだ照明光学装置お
よび露光装置では、たとえばエキシマレーザー光源を用
いた場合にも、光化学反応で発生する有害ガスによるレ
ンズ表面の曇りの影響を受けにくく、レンズの光透過率
の低下の影響も受けにくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施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】第１実施例にかかるコンデンサー光学系のレン
ズ構成を示す図である。

【図３】第１実施例にかかるコンデンサー光学系の諸収
差図である。

【図４】第２実施例にかかるコンデンサー光学系のレン
ズ構成を示す図である。

【図５】第２実施例にかかるコンデンサー光学系の諸収
差図である。

【図６】第３実施例にかかるコンデンサー光学系のレン
ズ構成を示す図である。

【図７】第３実施例にかかるコンデンサー光学系の諸収
差図である。

【図８】第４実施例にかかるコンデンサー光学系のレン
ズ構成を示す図である。

【図９】第４実施例にかかるコンデンサー光学系の諸収
差図である。

【図１０】第５実施例にかかるコンデンサー光学系のレ
ンズ構成を示す図である。

【図１１】第５実施例にかかるコンデンサー光学系の諸
収差図である。

【図１２】本発明の実施形態の変形例にかかる露光装置
の要部構成を概略的に示す図である。

【図１３】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを
得る際の手法のフローチャートである。

【図１４】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得
る際の手法のフローチャートである。

【符号の説明】

１光源３マイクロレンズアレイ４アフォーカルズームレンズ５回折光学素子６ズームレンズ７フライアイレンズ８開口絞り９コンデンサー光学系１０マスクブラインド（照明視野絞り）１１コンデンサー光学系ＭマスクＰＬ投影光学系ＷウェハＧ１第１レンズ群Ｇ２第２レンズ群Ｇ３第３レンズ群

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者熊澤雅人東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内Ｆターム(参考） 2H052 BA02 BA09 BA12 2H087 KA21 KA29 LA24 NA04 PA04 PA17 PB04 QA03 QA05 QA17 QA21 QA25 QA33 QA41 QA45 RA05 RA12 RA13 RA26 RA46 UA03 5F046 BA03 CB12 CB25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】前側焦点面と第１面とが一致し且つ後側
焦点面と第２面とが一致するように構成され、前記第１
面からの光を集光して前記第２面へ導くコンデンサー光
学系において、第１面側から順に、第１面側に凹面を向けた負レンズを
有する第１レンズ群Ｇ１と、正レンズを有する第２レン
ズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とを備え、前記第１レンズ群Ｇ１は、非球面状に形成された少なく
とも１つのレンズ面を有することを特徴とするコンデン
サー光学系。
【請求項２】前記第２レンズ群Ｇ２は、非球面状に形
成された少なくとも１つのレンズ面を有することを特徴
とする請求項１に記載のコンデンサー光学系。
【請求項３】前記第３レンズ群Ｇ３は、非球面状に形
成された少なくとも１つのレンズ面を有することを特徴
とする請求項１または２に記載のコンデンサー光学系。
【請求項４】前記第１レンズ群Ｇ１中の前記負レンズ
の第１面側に向けた凹面の曲率半径をＲ１とし、光学系
全体の焦点距離をＦとしたとき、０．２＜Ｆ／｜Ｒ１｜＜５の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれか１項に記載のコンデンサー光学系。
【請求項５】前記第１レンズ群Ｇ１は、単一レンズの
形態を有する前記負レンズのみから構成されていること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコ
ンデンサー光学系。
【請求項６】前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ
群Ｇ３とからなる合成光学系は、２枚または３枚の正レ
ンズから構成されていることを特徴とする請求項１乃至
５のいずれか１項に記載のコンデンサー光学系。
【請求項７】光束を供給するための光源手段と、前記光源手段からの光束に基づいて多数の光源を形成す
るための多光源形成手段と、前記多数の光源からの光を集光して被照射面へ導くため
の請求項１乃至６のいずれか１項に記載のコンデンサー
光学系とを備え、前記第１面に形成された前記多数の光源からの光は、前
記コンデンサー光学系を介して、前記被照射面または前
記被照射面の共役面としての前記第２面上を重畳的に照
明することを特徴とする照明光学装置。
【請求項８】請求項７に記載の照明光学装置と、前記
被照射面に設定されたマスクのパターンを感光性基板上
へ投影露光するための投影光学系とを備えていることを
特徴とする露光装置。
【請求項９】前記投影光学系は、屈折型の光学系とし
て構成され、前記照明光学装置は、前記被照射面の共役面としての前
記第２面と前記被照射面との間の光路中に配置された結
像光学系を備えていることを特徴とする請求項８に記載
の露光装置。
【請求項１０】前記投影光学系は、反射屈折型の光学
系として構成され、前記照明光学装置において、前記被照射面と前記第２面
とが一致していることを特徴とする請求項８に記載の露
光装置。
【請求項１１】請求項８乃至１０のいずれか１項に記
載の露光装置により前記マスクのパターンを前記感光性
基板上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光
された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むこと
を特徴とするマイクロデバイスの製造方法。