JP2005003982A - 投影光学系、露光装置および露光方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】レンズ枚数の増加やレンズの大型化を抑えつつ、十分に大きなイメージフィールドおよび高解像に必要な大きな像側開口数を確保することのできる投影光学系。
【解決手段】第１物体（Ｒ）の中間像を形成するための第１結像光学系（Ｇ１）と、中間像からの光に基づいて第１物体の最終像を第２物体（Ｗ）上に形成するための第２結像光学系（Ｇ２）とを備えている。第１結像光学系は、凹面形状の反射面を含む反射屈折型の光学系であり、第２結像光学系は、全体として正の屈折力を有する屈折型の光学系である。第２結像光学系の最も第２物体側の光学面と第２物体との間の光路は、１よりも実質的に大きい屈折率を有する液体（たとえば水）で満たされている。
【選択図】 図２
【解決手段】第１物体（Ｒ）の中間像を形成するための第１結像光学系（Ｇ１）と、中間像からの光に基づいて第１物体の最終像を第２物体（Ｗ）上に形成するための第２結像光学系（Ｇ２）とを備えている。第１結像光学系は、凹面形状の反射面を含む反射屈折型の光学系であり、第２結像光学系は、全体として正の屈折力を有する屈折型の光学系である。第２結像光学系の最も第２物体側の光学面と第２物体との間の光路は、１よりも実質的に大きい屈折率を有する液体（たとえば水）で満たされている。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影光学系、露光装置および露光方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子などをフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に適した高解像の液浸投影光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、投影光学系を介してマスク（レチクル）のパターン像をウェハのような感光性基板上に露光する投影露光装置が使用されている。この種の露光装置では、半導体素子等の集積度を向上させるために、投影光学系に要求される解像力が飛躍的に高まってきている。そして、この解像力の向上に対する要求を満足するために、露光光を短波長化するとともに、投影光学系の像側開口数（ＮＡ）を極限まで大きくする必要性に迫られている。
【０００３】
これに対し、生物顕微鏡用の液浸対物レンズの場合と同様に、露光装置の投影光学系の像界を空気よりも屈折率の高い水やオイル等の液体で充填することにより投影光学系の像側開口数をより大きく確保する技術が知られている。たとえば特開２００２−２４４０３５号公報には、このような液浸投影光学系が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２４４０３５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開２００２−２４４０３５号公報には、屈折部材（レンズ）のみにより構成された屈折型の液浸投影光学系が開示されており、ＮＡ＝０．８９という比較的大きな像側開口数を実現している。また、ワーキングディスタンス（最も像側の光学面と像面との間の光軸に沿った距離）を短くすることにより、レンズの大型化を回避している。
【０００６】
しかしながら、従来技術にしたがう上述の液浸投影光学系は屈折部材のみにより構成されているため、像面湾曲（ペッツバール和）を良好に補正することが難しく、十分に大きなイメージフィールドを確保することが困難であるという不都合があった。また、像側開口数のさらなる増大を図ろうとすると、レンズ枚数の増加やレンズの大型化を招き、ひいては製造コストの増大を招くという不都合があった。ちなみに、たとえば有効径（直径）が３００ｍｍを超えるような大型レンズ用の石英や蛍石の製造は現実において困難である。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、レンズ枚数の増加やレンズの大型化を抑えつつ、十分に大きなイメージフィールドおよび高解像に必要な大きな像側開口数を確保することのできる投影光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、十分に大きなイメージフィールドを有し且つ大きな像側開口数ひいては高い解像度を有する投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に露光することのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【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形態では、第１物体の中間像を形成するための第１結像光学系と、前記中間像からの光に基づいて前記第１物体の最終像を第２物体上に形成するための第２結像光学系とを備え、
前記第１結像光学系は、凹面形状の反射面を含む反射屈折型の光学系であり、
前記第２結像光学系は、全体として正の屈折力を有する屈折型の光学系であり、
前記第２結像光学系の最も第２物体側の光学面と前記第２物体との間の光路は、１よりも実質的に大きい屈折率を有する液体で満たされていることを特徴とする投影光学系を提供する。
【０００９】
第１形態の好ましい態様によれば、全系の縮小倍率をβとし、前記第１結像光学系の横倍率をβ１とするとき、２．５＜｜β１／β｜＜６．５の条件を満足する。また、前記第１結像光学系中の前記凹面形状の反射面の曲率半径ＲＭ１は、−０．０２＜−２／｜ＲＭ１｜＜−０．０００５の条件を満足することが好ましい。また、前記第２結像光学系は、光の入射側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ２１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ２３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ２４とにより構成され、前記第２結像光学系の各レンズ群は、非球面形状に形成された少なくとも１つの光学面を有することが好ましい。
【００１０】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１結像光学系は、光の入射側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ１２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ１３と、光路分割素子と、前記凹面形状の反射面を有する凹面反射鏡と少なくとも１つの負レンズとを有し且つ全体として正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ１４とにより構成されている。この場合、全系の縮小倍率をβとし、前記第１結像光学系中の前記凹面反射鏡の倍率をＭ１βとするとき、０．８＜｜Ｍ１β／β｜＜３．６の条件を満足することが好ましい。
【００１１】
あるいは、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１結像光学系は、光の入射側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ１２と、該第２レンズ群Ｇ１２を透過した光を反射するための第１反射面と、該第１反射面からの光を反射して前記第２結像光学系へ導くための第２反射面とを有し、前記第１反射面および前記第２反射面のうちの少なくとも一方は、凹面形状に形成されている。
【００１２】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１面側および前記第２面側の双方にほぼテレセントリックに構成されている。また、前記第１結像光学系および前記第２結像光学系を構成する屈折部材は、紫外線に対して所定の透過率を有する光学材料により形成されていることが好ましい。
【００１３】
本発明の第２形態では、前記第１物体としてのマスクを照明するための照明系と、前記マスクに形成されたパターンの像を前記第２物体としての感光性基板上に形成するための第１形態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。
【００１４】
本発明の第３形態では、前記第１物体としてのマスクを照明し、第１形態の投影光学系を介して前記マスクに形成されたパターンを前記第２物体としての感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の投影光学系では、凹面形状の反射面を含む反射屈折光学系（カタディオプトリック光学系）を構成する第１結像光学系により第１物体の中間像を形成し、全体として正の屈折力を有する屈折光学系を構成する第２結像光学系により中間像からの光に基づいて第１物体の最終像を第２物体上に形成する。そして、第２結像光学系の最も第２物体側の光学面と前記第２物体との間の光路は、たとえば水やオイルなどの液体、すなわち１よりも実質的に大きい屈折率を有する液体で満たされている。
【００１６】
以上のように、本発明の投影光学系では、２回結像の反射屈折型の光学系を採用しているので、像面湾曲などの諸収差を良好に補正することができ、ひいては十分に大きなイメージフィールドを確保することができる。また、像界が高屈折率の液体で充填された液浸光学系を採用しているので、レンズ枚数の増加やレンズの大型化を招くことなく大きな像側開口数を確保することができる。したがって、本発明の露光装置および露光方法では、十分に大きなイメージフィールドを有し且つ大きな像側開口数ひいては高い解像度を有する投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に露光することができる。
【００１７】
なお、本発明では、全系の縮小倍率をβとし、第１結像光学系の横倍率をβ１とするとき、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
２．５＜｜β１／β｜＜６．５ （１）
【００１８】
条件式（１）は、第１結像光学系および第２結像光学系における適切な使用倍率を規定している。条件式（１）を満足することにより、各結像光学系に収差補正上の大きな負担をかけることなく、全系として所定の縮小倍率を得ることができる。条件式（１）の上限値を上回ると、第１結像光学系の倍率β１が第２結像光学系の倍率に対して大きくなりすぎて、第１結像光学系中の凹面形状の反射面のパワー（屈折力）が増大することによって発生する球面収差やペッツバール和の補正が困難になるので好ましくない。
【００１９】
逆に、条件式（１）の下限値を下回ると、第１結像光学系の倍率β１が小さくなりすぎて、第２結像光学系にかかる負担が大きくなり、収差補正上の困難さが増して、レンズ枚数の増加やレンズの大型化を招くことになるので好ましくない。なお、全系の収差補正をさらに効果的に行うには、条件式（１）の上限値を４．６に設定し、下限値を４．１に設定することがさらに好ましい。
【００２０】
また、本発明では、第１結像光学系中の凹面形状の反射面の曲率半径ＲＭ１が、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
−０．０２＜−２／｜ＲＭ１｜＜−０．０００５ （２）
【００２１】
条件式（２）は、第１結像光学系中の凹面反射鏡の適切なペッツバール和を規定している。条件式（２）の上限値を上回ると、全系における正のペッツバール和が増大し、第２結像光学系でのペッツバール和を補正するための負担が増加して像面湾曲の補正が困難になるだけでなく、レンズ枚数の増加やレンズの大型化を招くことになるので好ましくない。逆に、条件式（２）の下限値を下回ると、凹面反射鏡のパワーが大きくなりすぎて、球面収差やコマ収差の補正が困難になるので好ましくない。なお、全系の収差補正をさらに効果的に行うには、条件式（２）の上限値を−０．００６に設定し、下限値を−０．００８に設定することがさらに好ましい。
【００２２】
具体的には、本発明において、第２結像光学系は、光の入射側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ２１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ２３と、正屈折力の第４レンズ群Ｇ２４とにより構成され、各レンズ群が少なくとも１つの非球面形状の光学面を有することが好ましい。また、第１結像光学系は、光の入射側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ１２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ１３と、光路分割素子と、凹面反射鏡と負レンズとを含む正屈折力の第４レンズ群Ｇ１４とにより構成されていることが好ましい。
【００２３】
この構成では、第１物体からの光束が、たとえば第１レンズ群、第２レンズ群および第３レンズ群を介してほぼ平行光束になり、光路分割素子としてのビームスプリッタで反射され（またはビームスプリッタを透過して）、凹面形状の反射面を有する凹面反射鏡に入射する。凹面反射鏡によって反射された光束は、集光光束になって、ビームスプリッタを透過した（またはビームスプリッタで反射された）後、中間像を形成する。中間像からの光束は、第２結像光学系の各レンズ群を介して、第１物体の最終像を第２物体上に形成する。
【００２４】
このように中間像を形成する構成により、第１結像光学系と第２結像光学系とで発生する諸収差が互いに打ち消されて効率良く補正され、第１物体の二次像すなわち最終像が形成される。さらに、第２結像光学系において各レンズ群に非球面形状の光学面を導入することにより、光学系を構成するレンズ枚数を少なく抑えることができ、大きなイメージフィールドおよび像側開口数を確保しつつコンパクトな投影光学系を実現することが可能になる。
【００２５】
また、上述の構成では、全系の縮小倍率をβとし、第１結像光学系中の凹面反射鏡の倍率をＭ１βとするとき、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
０．８＜｜Ｍ１β／β｜＜３．６ （３）
【００２６】
条件式（３）は、第１結像光学系中の凹面反射鏡の適切な倍率を規定している。条件式（３）の上限値を上回ると、凹面反射鏡のパワーが大きくなりすぎて、球面収差やペッツバール和の補正が困難になるので好ましくない。逆に、条件式（３）の下限値を下回ると、凹面反射鏡の倍率が著しく拡大倍率となり、第１結像光学系の適切な倍率を維持するために他の屈折部材の負担が増加して収差補正が困難になるので好ましくない。なお、全系の収差補正をさらに効果的に行うには、条件式（３）の上限値を１．９に設定し、下限値を１．２に設定することがさらに好ましい。
【００２７】
また、本発明において、第１結像光学系が、光の入射側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ１２と、第２レンズ群Ｇ１２を透過した光を反射する第１反射面と、第１反射面からの光を反射して第２結像光学系へ導く第２反射面とを有し、第１反射面および第２反射面のうちの少なくとも一方が凹面形状に形成されていることが好ましい。
【００２８】
この構成では、第１物体からの光束が、第１レンズ群および第２レンズ群を介して、たとえば凹面形状の第１反射面に入射する。第１反射面によって反射された光束は、集光光束になって第２レンズ群を通過し、第２反射面によって反射された後に、中間像を形成する。このとき、光束は第１反射面の有効径の外側を通過するため、第１反射面で実質的に遮られることなく、第２結像光学系へ導かれる。中間像からの光束は、第２結像光学系の各レンズ群を介して、第１物体の最終像を第２物体上に形成する。上述の構成においても、第１結像光学系と第２結像光学系とで発生する諸収差が互いに打ち消されて効率良く補正され、第１物体の二次像すなわち最終像が形成される。
【００２９】
また、本発明の投影光学系は、第１面側および第２面側の双方にほぼテレセントリックに構成されていることが好ましい。たとえば露光装置に搭載される投影光学系の場合、上述の構成により、マスク面（第１物体面）および感光性基板面（第２物体面）の光軸方向の移動やたわみ等の微小な位置ずれに起因する像歪みの影響を無視できる程度まで抑えることができる。また、本発明では、第１結像光学系および第２結像光学系を構成する屈折部材が、紫外線に対して所定の透過率を有する光学材料、たとえば石英や蛍石等のフッ化物により形成されていることが好ましい。
【００３０】
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。なお、図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に平行にＹ軸を、図１の紙面に垂直にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００３１】
図示の露光装置は、紫外領域の照明光を供給するための光源１００として、ＡｒＦエキシマレーザ光源を備えている。光源１００から射出された光は、照明光学系ＩＬを介して、所定のパターンが形成されたレチクル（マスク）Ｒを重畳的に照明する。なお、光源１００と照明光学系ＩＬとの間の光路はケーシング（不図示）で密封されており、光源１００から照明光学系ＩＬ中の最もレチクル側の光学部材までの空間は、露光光の吸収率が低い気体であるヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
【００３２】
レチクルＲは、レチクルホルダＲＨを介して、レチクルステージＲＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。レチクルＲには転写すべきパターンが形成されており、Ｘ方向に細長い矩形状のパターン領域が照明される。レチクルステージＲＳは、図示を省略した駆動系の作用により、レチクル面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はレチクル移動鏡ＲＭを用いた干渉計ＲＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。レチクルＲに形成されたパターンからの光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にレチクルパターン像を形成する。
【００３３】
ウェハＷは、ウェハホルダテーブルＷＴを介して、ウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。そして、レチクルＲ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上においてもＸ方向に細長い矩形状の静止露光領域（すなわち実効露光領域：投影光学系ＰＬの有効結像領域）にパターン像が形成される。ウェハステージＷＳは、図示を省略した駆動系の作用によりウェハ面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はウェハ移動鏡ＷＭを用いた干渉計ＷＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
【００３４】
また、本実施形態の露光装置では、投影光学系ＰＬを構成する光学部材のうち最もレチクル側に配置された光学部材と最もウェハ側に配置された光学部材との間で投影光学系ＰＬの内部が気密状態を保つように構成され、投影光学系ＰＬの内部の気体はヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。さらに、照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＬとの間の狭い光路には、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどが配置されているが、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
【００３５】
また、本実施形態の露光装置では、投影光学系ＰＬの最もウェハ側に配置された光学部材とウェハＷとの間の光路は、１よりも実質的に大きい屈折率を有する液体で満たされている。各実施例では、高屈折率の液体として、水を用いている。このように、光源１００からウェハＷまでの光路の全体に亘って、露光光がほとんど吸収されることのない雰囲気が形成されている。
【００３６】
また、上述したように、レチクルＲ上の照明領域およびウェハＷ上の静止露光領域（すなわち実効露光領域）は、Ｘ方向に細長い矩形状である。したがって、駆動系および干渉計（ＲＩＦ、ＷＩＦ）などを用いてレチクルＲおよびウェハＷの位置制御を行いながら、Ｙ方向に沿ってレチクルステージＲＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはレチクルＲとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には実効露光領域のＸ方向寸法に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有するショット領域に対してレチクルパターンが走査露光される。
【００３７】
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ｚ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Ｃｎとしたとき、以下の数式（ａ）で表される。各実施例において、非球面形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。
【００３８】
また、各実施例において、投影光学系ＰＬは、物体面に第１物体として配置されたレチクルＲのパターンの中間像を形成するための第１結像光学系Ｇ１と、中間像からの光に基づいて像面に第２物体として配置されたウェハＷ上にレチクルパターンの縮小像（最終像）を形成するための第２結像光学系Ｇ２とにより構成されている。ここで、第１結像光学系Ｇ１は凹面形状の反射面を含む反射屈折光学系であり、第２結像光学系Ｇ２は屈折光学系である。また、投影光学系ＰＬは、レチクル側およびウェハ側にほぼテレセントリックに構成されている。
【００３９】
各実施例において、露光光であるＡｒＦエキシマレーザ光の発振中心波長は１９３．３ｎｍである。また、投影光学系ＰＬを構成するレンズ成分は、石英（ＳｉＯ２）または蛍石（ＣａＦ２）により形成されている。また、投影光学系ＰＬの最もウェハ側に配置された光学部材とウェハＷとの間の光路に満たされる浸液として、水を用いている。なお、中心波長１９３．３ｎｍに対する石英の屈折率は１．５６０３２６であり、中心波長１９３．３ｎｍに対する蛍石の屈折率は１．５０１４５５であり、中心波長１９３．３ｎｍに対する水の屈折率は１．４３２０４０である。
【００４０】
［第１実施例］
図２は、本実施形態の第１実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図２を参照すると、第１実施例にかかる投影光学系ＰＬにおいて、第１結像光学系Ｇ１は、光の入射側（レチクル側）から順に、両凸レンズＬ１１と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、両凹レンズＬ１３と、入射側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、両凸レンズＬ１５と、プリズム型のビームスプリッターＢＳとを備えている。第１結像光学系Ｇ１では、ビームスプリッターＢＳで反射された光が、ビームスプリッターＢＳ側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１６を透過し、凹面反射鏡Ｍ１で反射され、負メニスカスレンズＬ１６およびビームスプリッターＢＳを透過し、射出側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１７に入射する。両凹レンズＬ１７を透過して第１結像光学系Ｇ１から射出された光は、平面反射鏡Ｍ２で反射された後、第２結像光学系Ｇ２へ導かれる。
【００４１】
第２結像光学系Ｇ２は、光の入射側から順に、入射側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、両凸レンズＬ２２と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２３と、入射側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２４と、入射側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２５と、射出側に非球面形状の凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２６と、両凸レンズＬ２７と、両凸レンズＬ２８と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２９と、開口絞りＡＳと、両凸レンズＬ２１０と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１１と、入射側に非球面形状の凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１２と、入射側に非球面形状の凸面を向けた平凸レンズＬ２１３とにより構成されている。第１実施例では、平凸レンズＬ２１３とウェハＷとの間の光路に浸液としての水が満たされ、レンズＬ２１３だけが蛍石により形成され、その他のレンズが石英により形成されている。
【００４２】
こうして、第１実施例の第１結像光学系Ｇ１では、レチクルＲからの光が、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１１を構成するレンズＬ１１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ１２を構成するレンズＬ１２およびレンズＬ１３と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ１３を構成するレンズＬ１４およびレンズＬ１５とを介して、光路分割素子としてのビームスプリッターＢＳに入射する。ビームスプリッターＢＳで反射された光は、レンズＬ１６を透過し、凹面反射鏡Ｍ１で反射され、レンズＬ１６およびビームスプリッターＢＳを透過し、レンズＬ１７を介して、平面反射鏡Ｍ２の近傍にレチクルＲの中間像を形成する。ここで、レンズＬ１６、凹面反射鏡Ｍ１およびレンズＬ１７は、正屈折力の第４レンズ群Ｇ１４を構成している。
【００４３】
平面反射鏡Ｍ２で反射されて第２結像光学系Ｇ２へ導かれたレチクルＲの中間像からの光は、正屈折力の第１レンズ群Ｇ２１を構成するレンズＬ２１〜Ｌ２３と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２２を構成するレンズＬ２４およびレンズＬ２５と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ２３を構成するレンズＬ２６〜Ｌ２９と、正屈折力の第４レンズ群Ｇ２４を構成するレンズＬ２１０〜Ｌ２１３とを介して、ウェハＷ上にレチクルＲの縮小像を形成する。このように、第２結像光学系Ｇ２の各レンズ群Ｇ２１〜Ｇ２４には少なくとも１つの非球面が導入されている。
【００４４】
次の表（１）に、第１実施例にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。表（１）において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率（全系の結像倍率）を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、Ｙ０は最大像高をそれぞれ表している。また、面番号は物体面であるレチクル面から像面であるウェハ面への光線の進行する方向に沿ったレチクル側からの面の順序を、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）をそれぞれ示している。
【００４５】
なお、面間隔ｄは、反射される度にその符号を変えるものとする。したがって、面間隔ｄの符号は、ビームスプリッターＢＳの反射面から凹面反射鏡Ｍ１の反射面までの光路中および平面反射鏡Ｍ２の反射面からウェハ面までの光路中では負とし、その他の光路中では正としている。なお、表（１）における表記は、以降の表（２）および（３）においても同様である。
【００４６】
【表１】
【００４７】
図３は、第１実施例における横収差を示す図である。収差図において、Ｙは像高を示している。図３の収差図から明らかなように、第１実施例では、非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．１）およびＹ＝０ｍｍ〜１３．２ｍｍの比較的大きなイメージフィールドを確保しているにもかかわらず、波長が１９３．３ｎｍの露光光に対して収差が良好に補正されていることがわかる。第１実施例では、Ｙ＝０ｍｍ〜１３．２ｍｍの円形状領域にほぼ内接する２６ｍｍ×５ｍｍのスキャンフィールド（実効露光領域：静止露光領域）を確保することができる。
【００４８】
［第２実施例］
図４は、本実施形態の第２実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図４を参照すると、第２実施例にかかる投影光学系ＰＬにおいて、第１結像光学系Ｇ１は、光の入射側（レチクル側）から順に、両凸レンズＬ１１と、入射側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、両凹レンズＬ１３と、入射側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１５と、プリズム型のビームスプリッターＢＳとを備えている。第１結像光学系Ｇ１では、ビームスプリッターＢＳで反射された光が、ビームスプリッターＢＳ側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１６を透過し、凹面反射鏡Ｍ１で反射され、負メニスカスレンズＬ１６およびビームスプリッターＢＳを透過し、射出側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１７に入射する。両凹レンズＬ１７を透過して第１結像光学系Ｇ１から射出された光は、第２結像光学系Ｇ２に入射する。
【００４９】
第２結像光学系Ｇ２は、光の入射側から順に、入射側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、両凸レンズＬ２２と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２３と、平面反射鏡Ｍ２と、射出側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ２４と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２５と、入射側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２６と、両凸レンズＬ２７と、両凸レンズＬ２８と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２９と、開口絞りＡＳと、両凸レンズＬ２１０と、射出側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１１と、射出側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１２と、射出側に平面を向けた平凸レンズＬ２１３とにより構成されている。第２実施例においても第１実施例と同様に、平凸レンズＬ２１３とウェハＷとの間の光路に浸液としての水が満たされ、レンズＬ２１３だけが蛍石により形成され、その他のレンズが石英により形成されている。
【００５０】
こうして、第２実施例の第１結像光学系Ｇ１では、レチクルＲからの光が、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１１を構成するレンズＬ１１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ１２を構成するレンズＬ１２およびレンズＬ１３と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ１３を構成するレンズＬ１４およびレンズＬ１５とを介して、光路分割素子としてのビームスプリッターＢＳに入射する。ビームスプリッターＢＳで反射された光は、レンズＬ１６を透過し、凹面反射鏡Ｍ１で反射され、レンズＬ１６およびビームスプリッターＢＳを透過し、レンズＬ１７を介して、レチクルＲの中間像を形成する。ここで、レンズＬ１６、凹面反射鏡Ｍ１およびレンズＬ１７は、正屈折力の第４レンズ群Ｇ１４を構成している。
【００５１】
第２結像光学系Ｇ２へ導かれたレチクルＲの中間像からの光は、正屈折力の第１レンズ群Ｇ２１を構成するレンズＬ２１〜Ｌ２３と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２２を構成するレンズＬ２４およびレンズＬ２５と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ２３を構成するレンズＬ２６〜Ｌ２９と、正屈折力の第４レンズ群Ｇ２４を構成するレンズＬ２１０〜Ｌ２１３とを介して、ウェハＷ上にレチクルＲの縮小像を形成する。このように、第２結像光学系Ｇ２の各レンズ群Ｇ２１〜Ｇ２４には少なくとも１つの非球面が導入されている。次の表（２）に、第２実施例にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。
【００５２】
【表２】
【００５３】
図５は、第２実施例における横収差を示す図である。収差図において、Ｙは像高を示している。図５の収差図から明らかなように、第２実施例においても第１実施例と同様に、非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．１）およびＹ＝０ｍｍ〜１３．２ｍｍの比較的大きなイメージフィールドを確保しているにもかかわらず、波長が１９３．３ｎｍの露光光に対して収差が良好に補正されていることがわかる。第２実施例においても第１実施例と同様に、Ｙ＝０ｍｍ〜１３．２ｍｍの円形状領域にほぼ内接する２６ｍｍ×５ｍｍのスキャンフィールドを確保することができる。
【００５４】
［第３実施例］
図６は、本実施形態の第３実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図６を参照すると、第３実施例にかかる投影光学系ＰＬにおいて、第１結像光学系Ｇ１は、光の入射側（レチクル側）から順に、両凸レンズＬ１１と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、両凹レンズＬ１３と、入射側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、両凸レンズＬ１５と、プリズム型のビームスプリッターＢＳとを備えている。第１結像光学系Ｇ１では、ビームスプリッターＢＳで反射された光が、ビームスプリッターＢＳ側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１６を透過し、凹面反射鏡Ｍ１で反射され、負メニスカスレンズＬ１６およびビームスプリッターＢＳを透過し、射出側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１７に入射する。両凹レンズＬ１７を透過して第１結像光学系Ｇ１から射出された光は、平面反射鏡Ｍ２で反射された後、第２結像光学系Ｇ２へ導かれる。
【００５５】
第２結像光学系Ｇ２は、光の入射側から順に、入射側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、両凸レンズＬ２２と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２３と、入射側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２４と、射出側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２５と、両凹レンズＬ２６と、入射側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２７と、両凸レンズＬ２８と、両凸レンズＬ２９と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２１０と、開口絞りＡＳと、両凸レンズＬ２１１と、射出側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１２と、射出側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１３と、射出側に平面を向けた平凸レンズＬ２１４とにより構成されている。第３実施例では、平凸レンズＬ２１４とウェハＷとの間の光路に浸液としての水が満たされ、レンズＬ２１４だけが蛍石により形成され、その他のレンズが石英により形成されている。
【００５６】
こうして、第３実施例の第１結像光学系Ｇ１では、レチクルＲからの光が、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１１を構成するレンズＬ１１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ１２を構成するレンズＬ１２およびレンズＬ１３と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ１３を構成するレンズＬ１４およびレンズＬ１５とを介して、光路分割素子としてのビームスプリッターＢＳに入射する。ビームスプリッターＢＳで反射された光は、レンズＬ１６を透過し、凹面反射鏡Ｍ１で反射され、レンズＬ１６およびビームスプリッターＢＳを透過し、レンズＬ１７を介して、平面反射鏡Ｍ２の近傍にレチクルＲの中間像を形成する。ここで、レンズＬ１６、凹面反射鏡Ｍ１およびレンズＬ１７は、正屈折力の第４レンズ群Ｇ１４を構成している。
【００５７】
平面反射鏡Ｍ２で反射されて第２結像光学系Ｇ２へ導かれたレチクルＲの中間像からの光は、正屈折力の第１レンズ群Ｇ２１を構成するレンズＬ２１〜Ｌ２４と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２２を構成するレンズＬ２５およびレンズＬ２６と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ２３を構成するレンズＬ２７〜Ｌ２１０と、正屈折力の第４レンズ群Ｇ２４を構成するレンズＬ２１１〜Ｌ２１４とを介して、ウェハＷ上にレチクルＲの縮小像を形成する。このように、第２結像光学系Ｇ２の各レンズ群Ｇ２１〜Ｇ２４には少なくとも１つの非球面が導入されている。次の表（３）に、第３実施例にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。
【００５８】
【表３】
【００５９】
図７は、第３実施例における横収差を示す図である。収差図において、Ｙは像高を示している。図７の収差図から明らかなように、第３実施例では、非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．１５）およびＹ＝０ｍｍ〜１３．２ｍｍの比較的大きなイメージフィールドを確保しているにもかかわらず、波長が１９３．３ｎｍの露光光に対して収差が良好に補正されていることがわかる。第３実施例においても第１実施例および第２実施例と同様に、Ｙ＝０ｍｍ〜１３．２ｍｍの円形状領域にほぼ内接する２６ｍｍ×５ｍｍのスキャンフィールドを確保することができる。なお、第１実施例から第３実施例におけるビームスプリッターＢＳに代えて偏光ビームスプリッターＰＢＳを用い、その偏光ビームスプリッターＰＢＳと凹面反射鏡Ｍ１との間の光路中にλ／４板を配置してもよい。また、直線偏光として分離された露光光をウェハＷ上において円偏光で結像させるように偏光ビームスプリッターＰＢＳとウェハＷ面との間の光路中にλ／４板を配置すると、高コントラストな像を得ることができる。
【００６０】
［第４実施例］
図８は、本実施形態の第４実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図８を参照すると、第４実施例にかかる投影光学系ＰＬにおいて、第１結像光学系Ｇ１は、レチクル側から順に、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた第２凹面反射鏡Ｍ３と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１３と、レチクル側に凹面を向けた第１凹面反射鏡Ｍ１とを備えている。
【００６１】
第２結像光学系Ｇ２は、レチクル側から順に、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２３と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２４と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２５と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ２６と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２７と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２８と、両凸レンズＬ２９と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１０と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２１１と、開口絞りＡＳと、両凸レンズＬ２１２と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１３と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１４と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１５と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２１６とにより構成されている。第４実施例では、平凸レンズＬ２１６とウェハＷとの間の光路に浸液としての水が満たされ、レンズＬ２１６だけが蛍石により形成され、その他のレンズが石英により形成されている。第４実施例では、投影光学系ＰＬを構成するすべての光学部材が単一の光軸に沿って配置されている。
【００６２】
こうして、第４実施例の第１結像光学系Ｇ１では、レチクルＲからの光が、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１１を構成するレンズＬ１１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ１２を構成するレンズＬ１２およびレンズＬ１３とを透過して、第１凹面反射鏡Ｍ１に入射する。第１凹面反射鏡Ｍ１で反射された光は、第２レンズ群Ｇ１２（Ｌ１３，Ｌ１２）を透過し、第２凹面反射鏡Ｍ３で反射され、第２レンズ群Ｇ１２中のレンズＬ１２だけを透過して、第１凹面反射鏡Ｍ１の近傍にレチクルＲの中間像を形成する。
【００６３】
第２結像光学系Ｇ２へ導かれたレチクルＲの中間像からの光は、正屈折力の第１レンズ群Ｇ２１を構成するレンズＬ２１〜Ｌ２４と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２２を構成するレンズＬ２５〜Ｌ２７と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ２３を構成するレンズＬ２８〜Ｌ２１１と、正屈折力の第４レンズ群Ｇ２４を構成するレンズＬ２１２〜Ｌ２１６とを介して、ウェハＷ上にレチクルＲの縮小像を形成する。このように、第２結像光学系Ｇ２の各レンズ群Ｇ２１〜Ｇ２４には少なくとも１つの非球面が導入されている。
【００６４】
次の表（４）に、第４実施例にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。表（４）において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率（全系の結像倍率）を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、Ｙ０は最大像高をそれぞれ表している。また、面番号は物体面であるレチクル面から像面であるウェハ面への光線の進行する方向に沿ったレチクル側からの面の順序を、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）をそれぞれ示している。なお、面間隔ｄは、反射される度にその符号を変えるものとする。したがって、面間隔ｄの符号は、第１凹面反射鏡Ｍ１の反射面から第２凹面反射鏡Ｍ３の反射面までの光路中では負とし、その他の光路中では正としている。
【００６５】
【表４】
【００６６】
図９は、第４実施例における横収差を示す図である。収差図において、Ｙは像高を示している。図９の収差図から明らかなように、第４実施例では、非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．０）およびＹ＝１５ｍｍ〜２３ｍｍの比較的大きなイメージフィールドを確保しているにもかかわらず、波長が１９３．３ｎｍの露光光に対して収差が良好に補正されていることがわかる。第４実施例では、Ｙ＝１５ｍｍ〜２３ｍｍの輪帯状の領域にほぼ内接する２６ｍｍ×４ｍｍのスキャンフィールドを確保することができる。
【００６７】
以上のように、各実施例では、レンズ枚数の増加やレンズの大型化を抑えつつ、波長が１９３．３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光に対して、１．０〜１．１５の高い像側開口数を確保するとともに、２６ｍｍ×５ｍｍまたは２６ｍｍ×４ｍｍの矩形状のスキャンフィールドを確保することができる。その結果、たとえば２６ｍｍ×３３ｍｍの矩形状のショット領域内に回路パターンを高解像度で走査露光することができる。
【００６８】
上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってレチクル（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、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１０のフローチャートを参照して説明する。
【００６９】
先ず、図１０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３０３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３０５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。
【００７０】
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。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
【００７１】
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１１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１１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、レジスト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。
【００７２】
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されたり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。
【００７３】
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。
【００７４】
なお、上述の実施形態では、ＡｒＦエキシマレーザ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３００ｎｍ以下の波長を有する光を供給する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、露光装置に搭載される投影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、他の一般的な投影光学系に対して本発明を適用することもできる。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、レンズ枚数の増加やレンズの大型化を抑えつつ、十分に大きなイメージフィールドおよび高解像に必要な大きな像側開口数を確保することのできる投影光学系を実現することができる。したがって、本発明の投影光学系を用いる露光装置および露光方法では、十分に大きなイメージフィールドを有し且つ大きな像側開口数ひいては高い解像度を有する投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に露光することができる。また、本発明の投影光学系を搭載した露光装置を用いて、高解像な投影光学系を介した高精度な露光により、良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【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】本実施形態の第１実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図３】第１実施例における横収差を示す図である。
【図４】本実施形態の第２実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図５】第２実施例における横収差を示す図である。
【図６】本実施形態の第３実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図７】第３実施例における横収差を示す図である。
【図８】本実施形態の第４実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図９】第４実施例における横収差を示す図である。
【図１０】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１１】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】
Ｇ１ 第１結像光学系
Ｇ２ 第２結像光学系
Ｌｉ 各レンズ成分
Ｍ１，Ｍ３ 凹面反射鏡
Ｍ２ 平面反射鏡
１００ レーザ光源
ＩＬ 照明光学系
Ｒ レチクル
ＲＳ レチクルステージ
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
ＷＳ ウェハステージ
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影光学系、露光装置および露光方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子などをフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に適した高解像の液浸投影光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、投影光学系を介してマスク（レチクル）のパターン像をウェハのような感光性基板上に露光する投影露光装置が使用されている。この種の露光装置では、半導体素子等の集積度を向上させるために、投影光学系に要求される解像力が飛躍的に高まってきている。そして、この解像力の向上に対する要求を満足するために、露光光を短波長化するとともに、投影光学系の像側開口数（ＮＡ）を極限まで大きくする必要性に迫られている。
【０００３】
これに対し、生物顕微鏡用の液浸対物レンズの場合と同様に、露光装置の投影光学系の像界を空気よりも屈折率の高い水やオイル等の液体で充填することにより投影光学系の像側開口数をより大きく確保する技術が知られている。たとえば特開２００２−２４４０３５号公報には、このような液浸投影光学系が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２４４０３５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開２００２−２４４０３５号公報には、屈折部材（レンズ）のみにより構成された屈折型の液浸投影光学系が開示されており、ＮＡ＝０．８９という比較的大きな像側開口数を実現している。また、ワーキングディスタンス（最も像側の光学面と像面との間の光軸に沿った距離）を短くすることにより、レンズの大型化を回避している。
【０００６】
しかしながら、従来技術にしたがう上述の液浸投影光学系は屈折部材のみにより構成されているため、像面湾曲（ペッツバール和）を良好に補正することが難しく、十分に大きなイメージフィールドを確保することが困難であるという不都合があった。また、像側開口数のさらなる増大を図ろうとすると、レンズ枚数の増加やレンズの大型化を招き、ひいては製造コストの増大を招くという不都合があった。ちなみに、たとえば有効径（直径）が３００ｍｍを超えるような大型レンズ用の石英や蛍石の製造は現実において困難である。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、レンズ枚数の増加やレンズの大型化を抑えつつ、十分に大きなイメージフィールドおよび高解像に必要な大きな像側開口数を確保することのできる投影光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、十分に大きなイメージフィールドを有し且つ大きな像側開口数ひいては高い解像度を有する投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に露光することのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【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形態では、第１物体の中間像を形成するための第１結像光学系と、前記中間像からの光に基づいて前記第１物体の最終像を第２物体上に形成するための第２結像光学系とを備え、
前記第１結像光学系は、凹面形状の反射面を含む反射屈折型の光学系であり、
前記第２結像光学系は、全体として正の屈折力を有する屈折型の光学系であり、
前記第２結像光学系の最も第２物体側の光学面と前記第２物体との間の光路は、１よりも実質的に大きい屈折率を有する液体で満たされていることを特徴とする投影光学系を提供する。
【０００９】
第１形態の好ましい態様によれば、全系の縮小倍率をβとし、前記第１結像光学系の横倍率をβ１とするとき、２．５＜｜β１／β｜＜６．５の条件を満足する。また、前記第１結像光学系中の前記凹面形状の反射面の曲率半径ＲＭ１は、−０．０２＜−２／｜ＲＭ１｜＜−０．０００５の条件を満足することが好ましい。また、前記第２結像光学系は、光の入射側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ２１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ２３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ２４とにより構成され、前記第２結像光学系の各レンズ群は、非球面形状に形成された少なくとも１つの光学面を有することが好ましい。
【００１０】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１結像光学系は、光の入射側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ１２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ１３と、光路分割素子と、前記凹面形状の反射面を有する凹面反射鏡と少なくとも１つの負レンズとを有し且つ全体として正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ１４とにより構成されている。この場合、全系の縮小倍率をβとし、前記第１結像光学系中の前記凹面反射鏡の倍率をＭ１βとするとき、０．８＜｜Ｍ１β／β｜＜３．６の条件を満足することが好ましい。
【００１１】
あるいは、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１結像光学系は、光の入射側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ１２と、該第２レンズ群Ｇ１２を透過した光を反射するための第１反射面と、該第１反射面からの光を反射して前記第２結像光学系へ導くための第２反射面とを有し、前記第１反射面および前記第２反射面のうちの少なくとも一方は、凹面形状に形成されている。
【００１２】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１面側および前記第２面側の双方にほぼテレセントリックに構成されている。また、前記第１結像光学系および前記第２結像光学系を構成する屈折部材は、紫外線に対して所定の透過率を有する光学材料により形成されていることが好ましい。
【００１３】
本発明の第２形態では、前記第１物体としてのマスクを照明するための照明系と、前記マスクに形成されたパターンの像を前記第２物体としての感光性基板上に形成するための第１形態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。
【００１４】
本発明の第３形態では、前記第１物体としてのマスクを照明し、第１形態の投影光学系を介して前記マスクに形成されたパターンを前記第２物体としての感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の投影光学系では、凹面形状の反射面を含む反射屈折光学系（カタディオプトリック光学系）を構成する第１結像光学系により第１物体の中間像を形成し、全体として正の屈折力を有する屈折光学系を構成する第２結像光学系により中間像からの光に基づいて第１物体の最終像を第２物体上に形成する。そして、第２結像光学系の最も第２物体側の光学面と前記第２物体との間の光路は、たとえば水やオイルなどの液体、すなわち１よりも実質的に大きい屈折率を有する液体で満たされている。
【００１６】
以上のように、本発明の投影光学系では、２回結像の反射屈折型の光学系を採用しているので、像面湾曲などの諸収差を良好に補正することができ、ひいては十分に大きなイメージフィールドを確保することができる。また、像界が高屈折率の液体で充填された液浸光学系を採用しているので、レンズ枚数の増加やレンズの大型化を招くことなく大きな像側開口数を確保することができる。したがって、本発明の露光装置および露光方法では、十分に大きなイメージフィールドを有し且つ大きな像側開口数ひいては高い解像度を有する投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に露光することができる。
【００１７】
なお、本発明では、全系の縮小倍率をβとし、第１結像光学系の横倍率をβ１とするとき、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
２．５＜｜β１／β｜＜６．５ （１）
【００１８】
条件式（１）は、第１結像光学系および第２結像光学系における適切な使用倍率を規定している。条件式（１）を満足することにより、各結像光学系に収差補正上の大きな負担をかけることなく、全系として所定の縮小倍率を得ることができる。条件式（１）の上限値を上回ると、第１結像光学系の倍率β１が第２結像光学系の倍率に対して大きくなりすぎて、第１結像光学系中の凹面形状の反射面のパワー（屈折力）が増大することによって発生する球面収差やペッツバール和の補正が困難になるので好ましくない。
【００１９】
逆に、条件式（１）の下限値を下回ると、第１結像光学系の倍率β１が小さくなりすぎて、第２結像光学系にかかる負担が大きくなり、収差補正上の困難さが増して、レンズ枚数の増加やレンズの大型化を招くことになるので好ましくない。なお、全系の収差補正をさらに効果的に行うには、条件式（１）の上限値を４．６に設定し、下限値を４．１に設定することがさらに好ましい。
【００２０】
また、本発明では、第１結像光学系中の凹面形状の反射面の曲率半径ＲＭ１が、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
−０．０２＜−２／｜ＲＭ１｜＜−０．０００５ （２）
【００２１】
条件式（２）は、第１結像光学系中の凹面反射鏡の適切なペッツバール和を規定している。条件式（２）の上限値を上回ると、全系における正のペッツバール和が増大し、第２結像光学系でのペッツバール和を補正するための負担が増加して像面湾曲の補正が困難になるだけでなく、レンズ枚数の増加やレンズの大型化を招くことになるので好ましくない。逆に、条件式（２）の下限値を下回ると、凹面反射鏡のパワーが大きくなりすぎて、球面収差やコマ収差の補正が困難になるので好ましくない。なお、全系の収差補正をさらに効果的に行うには、条件式（２）の上限値を−０．００６に設定し、下限値を−０．００８に設定することがさらに好ましい。
【００２２】
具体的には、本発明において、第２結像光学系は、光の入射側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ２１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ２３と、正屈折力の第４レンズ群Ｇ２４とにより構成され、各レンズ群が少なくとも１つの非球面形状の光学面を有することが好ましい。また、第１結像光学系は、光の入射側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ１２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ１３と、光路分割素子と、凹面反射鏡と負レンズとを含む正屈折力の第４レンズ群Ｇ１４とにより構成されていることが好ましい。
【００２３】
この構成では、第１物体からの光束が、たとえば第１レンズ群、第２レンズ群および第３レンズ群を介してほぼ平行光束になり、光路分割素子としてのビームスプリッタで反射され（またはビームスプリッタを透過して）、凹面形状の反射面を有する凹面反射鏡に入射する。凹面反射鏡によって反射された光束は、集光光束になって、ビームスプリッタを透過した（またはビームスプリッタで反射された）後、中間像を形成する。中間像からの光束は、第２結像光学系の各レンズ群を介して、第１物体の最終像を第２物体上に形成する。
【００２４】
このように中間像を形成する構成により、第１結像光学系と第２結像光学系とで発生する諸収差が互いに打ち消されて効率良く補正され、第１物体の二次像すなわち最終像が形成される。さらに、第２結像光学系において各レンズ群に非球面形状の光学面を導入することにより、光学系を構成するレンズ枚数を少なく抑えることができ、大きなイメージフィールドおよび像側開口数を確保しつつコンパクトな投影光学系を実現することが可能になる。
【００２５】
また、上述の構成では、全系の縮小倍率をβとし、第１結像光学系中の凹面反射鏡の倍率をＭ１βとするとき、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
０．８＜｜Ｍ１β／β｜＜３．６ （３）
【００２６】
条件式（３）は、第１結像光学系中の凹面反射鏡の適切な倍率を規定している。条件式（３）の上限値を上回ると、凹面反射鏡のパワーが大きくなりすぎて、球面収差やペッツバール和の補正が困難になるので好ましくない。逆に、条件式（３）の下限値を下回ると、凹面反射鏡の倍率が著しく拡大倍率となり、第１結像光学系の適切な倍率を維持するために他の屈折部材の負担が増加して収差補正が困難になるので好ましくない。なお、全系の収差補正をさらに効果的に行うには、条件式（３）の上限値を１．９に設定し、下限値を１．２に設定することがさらに好ましい。
【００２７】
また、本発明において、第１結像光学系が、光の入射側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ１２と、第２レンズ群Ｇ１２を透過した光を反射する第１反射面と、第１反射面からの光を反射して第２結像光学系へ導く第２反射面とを有し、第１反射面および第２反射面のうちの少なくとも一方が凹面形状に形成されていることが好ましい。
【００２８】
この構成では、第１物体からの光束が、第１レンズ群および第２レンズ群を介して、たとえば凹面形状の第１反射面に入射する。第１反射面によって反射された光束は、集光光束になって第２レンズ群を通過し、第２反射面によって反射された後に、中間像を形成する。このとき、光束は第１反射面の有効径の外側を通過するため、第１反射面で実質的に遮られることなく、第２結像光学系へ導かれる。中間像からの光束は、第２結像光学系の各レンズ群を介して、第１物体の最終像を第２物体上に形成する。上述の構成においても、第１結像光学系と第２結像光学系とで発生する諸収差が互いに打ち消されて効率良く補正され、第１物体の二次像すなわち最終像が形成される。
【００２９】
また、本発明の投影光学系は、第１面側および第２面側の双方にほぼテレセントリックに構成されていることが好ましい。たとえば露光装置に搭載される投影光学系の場合、上述の構成により、マスク面（第１物体面）および感光性基板面（第２物体面）の光軸方向の移動やたわみ等の微小な位置ずれに起因する像歪みの影響を無視できる程度まで抑えることができる。また、本発明では、第１結像光学系および第２結像光学系を構成する屈折部材が、紫外線に対して所定の透過率を有する光学材料、たとえば石英や蛍石等のフッ化物により形成されていることが好ましい。
【００３０】
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。なお、図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に平行にＹ軸を、図１の紙面に垂直にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００３１】
図示の露光装置は、紫外領域の照明光を供給するための光源１００として、ＡｒＦエキシマレーザ光源を備えている。光源１００から射出された光は、照明光学系ＩＬを介して、所定のパターンが形成されたレチクル（マスク）Ｒを重畳的に照明する。なお、光源１００と照明光学系ＩＬとの間の光路はケーシング（不図示）で密封されており、光源１００から照明光学系ＩＬ中の最もレチクル側の光学部材までの空間は、露光光の吸収率が低い気体であるヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
【００３２】
レチクルＲは、レチクルホルダＲＨを介して、レチクルステージＲＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。レチクルＲには転写すべきパターンが形成されており、Ｘ方向に細長い矩形状のパターン領域が照明される。レチクルステージＲＳは、図示を省略した駆動系の作用により、レチクル面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はレチクル移動鏡ＲＭを用いた干渉計ＲＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。レチクルＲに形成されたパターンからの光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にレチクルパターン像を形成する。
【００３３】
ウェハＷは、ウェハホルダテーブルＷＴを介して、ウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。そして、レチクルＲ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上においてもＸ方向に細長い矩形状の静止露光領域（すなわち実効露光領域：投影光学系ＰＬの有効結像領域）にパターン像が形成される。ウェハステージＷＳは、図示を省略した駆動系の作用によりウェハ面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はウェハ移動鏡ＷＭを用いた干渉計ＷＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
【００３４】
また、本実施形態の露光装置では、投影光学系ＰＬを構成する光学部材のうち最もレチクル側に配置された光学部材と最もウェハ側に配置された光学部材との間で投影光学系ＰＬの内部が気密状態を保つように構成され、投影光学系ＰＬの内部の気体はヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。さらに、照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＬとの間の狭い光路には、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどが配置されているが、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
【００３５】
また、本実施形態の露光装置では、投影光学系ＰＬの最もウェハ側に配置された光学部材とウェハＷとの間の光路は、１よりも実質的に大きい屈折率を有する液体で満たされている。各実施例では、高屈折率の液体として、水を用いている。このように、光源１００からウェハＷまでの光路の全体に亘って、露光光がほとんど吸収されることのない雰囲気が形成されている。
【００３６】
また、上述したように、レチクルＲ上の照明領域およびウェハＷ上の静止露光領域（すなわち実効露光領域）は、Ｘ方向に細長い矩形状である。したがって、駆動系および干渉計（ＲＩＦ、ＷＩＦ）などを用いてレチクルＲおよびウェハＷの位置制御を行いながら、Ｙ方向に沿ってレチクルステージＲＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはレチクルＲとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には実効露光領域のＸ方向寸法に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有するショット領域に対してレチクルパターンが走査露光される。
【００３７】
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ｚ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Ｃｎとしたとき、以下の数式（ａ）で表される。各実施例において、非球面形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。
また、各実施例において、投影光学系ＰＬは、物体面に第１物体として配置されたレチクルＲのパターンの中間像を形成するための第１結像光学系Ｇ１と、中間像からの光に基づいて像面に第２物体として配置されたウェハＷ上にレチクルパターンの縮小像（最終像）を形成するための第２結像光学系Ｇ２とにより構成されている。ここで、第１結像光学系Ｇ１は凹面形状の反射面を含む反射屈折光学系であり、第２結像光学系Ｇ２は屈折光学系である。また、投影光学系ＰＬは、レチクル側およびウェハ側にほぼテレセントリックに構成されている。
【００３９】
各実施例において、露光光であるＡｒＦエキシマレーザ光の発振中心波長は１９３．３ｎｍである。また、投影光学系ＰＬを構成するレンズ成分は、石英（ＳｉＯ２）または蛍石（ＣａＦ２）により形成されている。また、投影光学系ＰＬの最もウェハ側に配置された光学部材とウェハＷとの間の光路に満たされる浸液として、水を用いている。なお、中心波長１９３．３ｎｍに対する石英の屈折率は１．５６０３２６であり、中心波長１９３．３ｎｍに対する蛍石の屈折率は１．５０１４５５であり、中心波長１９３．３ｎｍに対する水の屈折率は１．４３２０４０である。
【００４０】
［第１実施例］
図２は、本実施形態の第１実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図２を参照すると、第１実施例にかかる投影光学系ＰＬにおいて、第１結像光学系Ｇ１は、光の入射側（レチクル側）から順に、両凸レンズＬ１１と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、両凹レンズＬ１３と、入射側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、両凸レンズＬ１５と、プリズム型のビームスプリッターＢＳとを備えている。第１結像光学系Ｇ１では、ビームスプリッターＢＳで反射された光が、ビームスプリッターＢＳ側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１６を透過し、凹面反射鏡Ｍ１で反射され、負メニスカスレンズＬ１６およびビームスプリッターＢＳを透過し、射出側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１７に入射する。両凹レンズＬ１７を透過して第１結像光学系Ｇ１から射出された光は、平面反射鏡Ｍ２で反射された後、第２結像光学系Ｇ２へ導かれる。
【００４１】
第２結像光学系Ｇ２は、光の入射側から順に、入射側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、両凸レンズＬ２２と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２３と、入射側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２４と、入射側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２５と、射出側に非球面形状の凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２６と、両凸レンズＬ２７と、両凸レンズＬ２８と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２９と、開口絞りＡＳと、両凸レンズＬ２１０と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１１と、入射側に非球面形状の凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１２と、入射側に非球面形状の凸面を向けた平凸レンズＬ２１３とにより構成されている。第１実施例では、平凸レンズＬ２１３とウェハＷとの間の光路に浸液としての水が満たされ、レンズＬ２１３だけが蛍石により形成され、その他のレンズが石英により形成されている。
【００４２】
こうして、第１実施例の第１結像光学系Ｇ１では、レチクルＲからの光が、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１１を構成するレンズＬ１１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ１２を構成するレンズＬ１２およびレンズＬ１３と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ１３を構成するレンズＬ１４およびレンズＬ１５とを介して、光路分割素子としてのビームスプリッターＢＳに入射する。ビームスプリッターＢＳで反射された光は、レンズＬ１６を透過し、凹面反射鏡Ｍ１で反射され、レンズＬ１６およびビームスプリッターＢＳを透過し、レンズＬ１７を介して、平面反射鏡Ｍ２の近傍にレチクルＲの中間像を形成する。ここで、レンズＬ１６、凹面反射鏡Ｍ１およびレンズＬ１７は、正屈折力の第４レンズ群Ｇ１４を構成している。
【００４３】
平面反射鏡Ｍ２で反射されて第２結像光学系Ｇ２へ導かれたレチクルＲの中間像からの光は、正屈折力の第１レンズ群Ｇ２１を構成するレンズＬ２１〜Ｌ２３と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２２を構成するレンズＬ２４およびレンズＬ２５と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ２３を構成するレンズＬ２６〜Ｌ２９と、正屈折力の第４レンズ群Ｇ２４を構成するレンズＬ２１０〜Ｌ２１３とを介して、ウェハＷ上にレチクルＲの縮小像を形成する。このように、第２結像光学系Ｇ２の各レンズ群Ｇ２１〜Ｇ２４には少なくとも１つの非球面が導入されている。
【００４４】
次の表（１）に、第１実施例にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。表（１）において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率（全系の結像倍率）を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、Ｙ０は最大像高をそれぞれ表している。また、面番号は物体面であるレチクル面から像面であるウェハ面への光線の進行する方向に沿ったレチクル側からの面の順序を、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）をそれぞれ示している。
【００４５】
なお、面間隔ｄは、反射される度にその符号を変えるものとする。したがって、面間隔ｄの符号は、ビームスプリッターＢＳの反射面から凹面反射鏡Ｍ１の反射面までの光路中および平面反射鏡Ｍ２の反射面からウェハ面までの光路中では負とし、その他の光路中では正としている。なお、表（１）における表記は、以降の表（２）および（３）においても同様である。
【００４６】
【表１】
図３は、第１実施例における横収差を示す図である。収差図において、Ｙは像高を示している。図３の収差図から明らかなように、第１実施例では、非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．１）およびＹ＝０ｍｍ〜１３．２ｍｍの比較的大きなイメージフィールドを確保しているにもかかわらず、波長が１９３．３ｎｍの露光光に対して収差が良好に補正されていることがわかる。第１実施例では、Ｙ＝０ｍｍ〜１３．２ｍｍの円形状領域にほぼ内接する２６ｍｍ×５ｍｍのスキャンフィールド（実効露光領域：静止露光領域）を確保することができる。
【００４８】
［第２実施例］
図４は、本実施形態の第２実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図４を参照すると、第２実施例にかかる投影光学系ＰＬにおいて、第１結像光学系Ｇ１は、光の入射側（レチクル側）から順に、両凸レンズＬ１１と、入射側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、両凹レンズＬ１３と、入射側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１５と、プリズム型のビームスプリッターＢＳとを備えている。第１結像光学系Ｇ１では、ビームスプリッターＢＳで反射された光が、ビームスプリッターＢＳ側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１６を透過し、凹面反射鏡Ｍ１で反射され、負メニスカスレンズＬ１６およびビームスプリッターＢＳを透過し、射出側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１７に入射する。両凹レンズＬ１７を透過して第１結像光学系Ｇ１から射出された光は、第２結像光学系Ｇ２に入射する。
【００４９】
第２結像光学系Ｇ２は、光の入射側から順に、入射側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、両凸レンズＬ２２と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２３と、平面反射鏡Ｍ２と、射出側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ２４と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２５と、入射側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２６と、両凸レンズＬ２７と、両凸レンズＬ２８と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２９と、開口絞りＡＳと、両凸レンズＬ２１０と、射出側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１１と、射出側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１２と、射出側に平面を向けた平凸レンズＬ２１３とにより構成されている。第２実施例においても第１実施例と同様に、平凸レンズＬ２１３とウェハＷとの間の光路に浸液としての水が満たされ、レンズＬ２１３だけが蛍石により形成され、その他のレンズが石英により形成されている。
【００５０】
こうして、第２実施例の第１結像光学系Ｇ１では、レチクルＲからの光が、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１１を構成するレンズＬ１１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ１２を構成するレンズＬ１２およびレンズＬ１３と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ１３を構成するレンズＬ１４およびレンズＬ１５とを介して、光路分割素子としてのビームスプリッターＢＳに入射する。ビームスプリッターＢＳで反射された光は、レンズＬ１６を透過し、凹面反射鏡Ｍ１で反射され、レンズＬ１６およびビームスプリッターＢＳを透過し、レンズＬ１７を介して、レチクルＲの中間像を形成する。ここで、レンズＬ１６、凹面反射鏡Ｍ１およびレンズＬ１７は、正屈折力の第４レンズ群Ｇ１４を構成している。
【００５１】
第２結像光学系Ｇ２へ導かれたレチクルＲの中間像からの光は、正屈折力の第１レンズ群Ｇ２１を構成するレンズＬ２１〜Ｌ２３と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２２を構成するレンズＬ２４およびレンズＬ２５と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ２３を構成するレンズＬ２６〜Ｌ２９と、正屈折力の第４レンズ群Ｇ２４を構成するレンズＬ２１０〜Ｌ２１３とを介して、ウェハＷ上にレチクルＲの縮小像を形成する。このように、第２結像光学系Ｇ２の各レンズ群Ｇ２１〜Ｇ２４には少なくとも１つの非球面が導入されている。次の表（２）に、第２実施例にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。
【００５２】
【表２】
図５は、第２実施例における横収差を示す図である。収差図において、Ｙは像高を示している。図５の収差図から明らかなように、第２実施例においても第１実施例と同様に、非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．１）およびＹ＝０ｍｍ〜１３．２ｍｍの比較的大きなイメージフィールドを確保しているにもかかわらず、波長が１９３．３ｎｍの露光光に対して収差が良好に補正されていることがわかる。第２実施例においても第１実施例と同様に、Ｙ＝０ｍｍ〜１３．２ｍｍの円形状領域にほぼ内接する２６ｍｍ×５ｍｍのスキャンフィールドを確保することができる。
【００５４】
［第３実施例］
図６は、本実施形態の第３実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図６を参照すると、第３実施例にかかる投影光学系ＰＬにおいて、第１結像光学系Ｇ１は、光の入射側（レチクル側）から順に、両凸レンズＬ１１と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、両凹レンズＬ１３と、入射側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、両凸レンズＬ１５と、プリズム型のビームスプリッターＢＳとを備えている。第１結像光学系Ｇ１では、ビームスプリッターＢＳで反射された光が、ビームスプリッターＢＳ側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１６を透過し、凹面反射鏡Ｍ１で反射され、負メニスカスレンズＬ１６およびビームスプリッターＢＳを透過し、射出側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１７に入射する。両凹レンズＬ１７を透過して第１結像光学系Ｇ１から射出された光は、平面反射鏡Ｍ２で反射された後、第２結像光学系Ｇ２へ導かれる。
【００５５】
第２結像光学系Ｇ２は、光の入射側から順に、入射側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、両凸レンズＬ２２と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２３と、入射側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２４と、射出側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２５と、両凹レンズＬ２６と、入射側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２７と、両凸レンズＬ２８と、両凸レンズＬ２９と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２１０と、開口絞りＡＳと、両凸レンズＬ２１１と、射出側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１２と、射出側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１３と、射出側に平面を向けた平凸レンズＬ２１４とにより構成されている。第３実施例では、平凸レンズＬ２１４とウェハＷとの間の光路に浸液としての水が満たされ、レンズＬ２１４だけが蛍石により形成され、その他のレンズが石英により形成されている。
【００５６】
こうして、第３実施例の第１結像光学系Ｇ１では、レチクルＲからの光が、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１１を構成するレンズＬ１１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ１２を構成するレンズＬ１２およびレンズＬ１３と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ１３を構成するレンズＬ１４およびレンズＬ１５とを介して、光路分割素子としてのビームスプリッターＢＳに入射する。ビームスプリッターＢＳで反射された光は、レンズＬ１６を透過し、凹面反射鏡Ｍ１で反射され、レンズＬ１６およびビームスプリッターＢＳを透過し、レンズＬ１７を介して、平面反射鏡Ｍ２の近傍にレチクルＲの中間像を形成する。ここで、レンズＬ１６、凹面反射鏡Ｍ１およびレンズＬ１７は、正屈折力の第４レンズ群Ｇ１４を構成している。
【００５７】
平面反射鏡Ｍ２で反射されて第２結像光学系Ｇ２へ導かれたレチクルＲの中間像からの光は、正屈折力の第１レンズ群Ｇ２１を構成するレンズＬ２１〜Ｌ２４と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２２を構成するレンズＬ２５およびレンズＬ２６と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ２３を構成するレンズＬ２７〜Ｌ２１０と、正屈折力の第４レンズ群Ｇ２４を構成するレンズＬ２１１〜Ｌ２１４とを介して、ウェハＷ上にレチクルＲの縮小像を形成する。このように、第２結像光学系Ｇ２の各レンズ群Ｇ２１〜Ｇ２４には少なくとも１つの非球面が導入されている。次の表（３）に、第３実施例にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。
【００５８】
【表３】
図７は、第３実施例における横収差を示す図である。収差図において、Ｙは像高を示している。図７の収差図から明らかなように、第３実施例では、非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．１５）およびＹ＝０ｍｍ〜１３．２ｍｍの比較的大きなイメージフィールドを確保しているにもかかわらず、波長が１９３．３ｎｍの露光光に対して収差が良好に補正されていることがわかる。第３実施例においても第１実施例および第２実施例と同様に、Ｙ＝０ｍｍ〜１３．２ｍｍの円形状領域にほぼ内接する２６ｍｍ×５ｍｍのスキャンフィールドを確保することができる。なお、第１実施例から第３実施例におけるビームスプリッターＢＳに代えて偏光ビームスプリッターＰＢＳを用い、その偏光ビームスプリッターＰＢＳと凹面反射鏡Ｍ１との間の光路中にλ／４板を配置してもよい。また、直線偏光として分離された露光光をウェハＷ上において円偏光で結像させるように偏光ビームスプリッターＰＢＳとウェハＷ面との間の光路中にλ／４板を配置すると、高コントラストな像を得ることができる。
【００６０】
［第４実施例］
図８は、本実施形態の第４実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図８を参照すると、第４実施例にかかる投影光学系ＰＬにおいて、第１結像光学系Ｇ１は、レチクル側から順に、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた第２凹面反射鏡Ｍ３と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１３と、レチクル側に凹面を向けた第１凹面反射鏡Ｍ１とを備えている。
【００６１】
第２結像光学系Ｇ２は、レチクル側から順に、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２３と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２４と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２５と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ２６と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２７と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２８と、両凸レンズＬ２９と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１０と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２１１と、開口絞りＡＳと、両凸レンズＬ２１２と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１３と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１４と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１５と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２１６とにより構成されている。第４実施例では、平凸レンズＬ２１６とウェハＷとの間の光路に浸液としての水が満たされ、レンズＬ２１６だけが蛍石により形成され、その他のレンズが石英により形成されている。第４実施例では、投影光学系ＰＬを構成するすべての光学部材が単一の光軸に沿って配置されている。
【００６２】
こうして、第４実施例の第１結像光学系Ｇ１では、レチクルＲからの光が、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１１を構成するレンズＬ１１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ１２を構成するレンズＬ１２およびレンズＬ１３とを透過して、第１凹面反射鏡Ｍ１に入射する。第１凹面反射鏡Ｍ１で反射された光は、第２レンズ群Ｇ１２（Ｌ１３，Ｌ１２）を透過し、第２凹面反射鏡Ｍ３で反射され、第２レンズ群Ｇ１２中のレンズＬ１２だけを透過して、第１凹面反射鏡Ｍ１の近傍にレチクルＲの中間像を形成する。
【００６３】
第２結像光学系Ｇ２へ導かれたレチクルＲの中間像からの光は、正屈折力の第１レンズ群Ｇ２１を構成するレンズＬ２１〜Ｌ２４と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２２を構成するレンズＬ２５〜Ｌ２７と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ２３を構成するレンズＬ２８〜Ｌ２１１と、正屈折力の第４レンズ群Ｇ２４を構成するレンズＬ２１２〜Ｌ２１６とを介して、ウェハＷ上にレチクルＲの縮小像を形成する。このように、第２結像光学系Ｇ２の各レンズ群Ｇ２１〜Ｇ２４には少なくとも１つの非球面が導入されている。
【００６４】
次の表（４）に、第４実施例にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。表（４）において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率（全系の結像倍率）を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、Ｙ０は最大像高をそれぞれ表している。また、面番号は物体面であるレチクル面から像面であるウェハ面への光線の進行する方向に沿ったレチクル側からの面の順序を、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）をそれぞれ示している。なお、面間隔ｄは、反射される度にその符号を変えるものとする。したがって、面間隔ｄの符号は、第１凹面反射鏡Ｍ１の反射面から第２凹面反射鏡Ｍ３の反射面までの光路中では負とし、その他の光路中では正としている。
【００６５】
【表４】
図９は、第４実施例における横収差を示す図である。収差図において、Ｙは像高を示している。図９の収差図から明らかなように、第４実施例では、非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．０）およびＹ＝１５ｍｍ〜２３ｍｍの比較的大きなイメージフィールドを確保しているにもかかわらず、波長が１９３．３ｎｍの露光光に対して収差が良好に補正されていることがわかる。第４実施例では、Ｙ＝１５ｍｍ〜２３ｍｍの輪帯状の領域にほぼ内接する２６ｍｍ×４ｍｍのスキャンフィールドを確保することができる。
【００６７】
以上のように、各実施例では、レンズ枚数の増加やレンズの大型化を抑えつつ、波長が１９３．３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光に対して、１．０〜１．１５の高い像側開口数を確保するとともに、２６ｍｍ×５ｍｍまたは２６ｍｍ×４ｍｍの矩形状のスキャンフィールドを確保することができる。その結果、たとえば２６ｍｍ×３３ｍｍの矩形状のショット領域内に回路パターンを高解像度で走査露光することができる。
【００６８】
上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってレチクル（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、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１０のフローチャートを参照して説明する。
【００６９】
先ず、図１０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３０３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３０５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。
【００７０】
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。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
【００７１】
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１１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１１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、レジスト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。
【００７２】
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されたり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。
【００７３】
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。
【００７４】
なお、上述の実施形態では、ＡｒＦエキシマレーザ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３００ｎｍ以下の波長を有する光を供給する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、露光装置に搭載される投影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、他の一般的な投影光学系に対して本発明を適用することもできる。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、レンズ枚数の増加やレンズの大型化を抑えつつ、十分に大きなイメージフィールドおよび高解像に必要な大きな像側開口数を確保することのできる投影光学系を実現することができる。したがって、本発明の投影光学系を用いる露光装置および露光方法では、十分に大きなイメージフィールドを有し且つ大きな像側開口数ひいては高い解像度を有する投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に露光することができる。また、本発明の投影光学系を搭載した露光装置を用いて、高解像な投影光学系を介した高精度な露光により、良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【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】本実施形態の第１実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図３】第１実施例における横収差を示す図である。
【図４】本実施形態の第２実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図５】第２実施例における横収差を示す図である。
【図６】本実施形態の第３実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図７】第３実施例における横収差を示す図である。
【図８】本実施形態の第４実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図９】第４実施例における横収差を示す図である。
【図１０】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１１】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】
Ｇ１ 第１結像光学系
Ｇ２ 第２結像光学系
Ｌｉ 各レンズ成分
Ｍ１，Ｍ３ 凹面反射鏡
Ｍ２ 平面反射鏡
１００ レーザ光源
ＩＬ 照明光学系
Ｒ レチクル
ＲＳ レチクルステージ
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
ＷＳ ウェハステージ
Claims (11)
- 第１物体の中間像を形成するための第１結像光学系と、前記中間像からの光に基づいて前記第１物体の最終像を第２物体上に形成するための第２結像光学系とを備え、
前記第１結像光学系は、凹面形状の反射面を含む反射屈折型の光学系であり、
前記第２結像光学系は、全体として正の屈折力を有する屈折型の光学系であり、
前記第２結像光学系の最も第２物体側の光学面と前記第２物体との間の光路は、１よりも実質的に大きい屈折率を有する液体で満たされていることを特徴とする投影光学系。 - 全系の縮小倍率をβとし、前記第１結像光学系の横倍率をβ１とするとき、
２．５＜｜β１／β｜＜６．５ （１）
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。 - 前記第１結像光学系中の前記凹面形状の反射面の曲率半径ＲＭ１は、
−０．０２＜−２／｜ＲＭ１｜＜−０．０００５ （２）
の条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の投影光学系。 - 前記第２結像光学系は、光の入射側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ２１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ２３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ２４とにより構成され、
前記第２結像光学系の各レンズ群は、非球面形状に形成された少なくとも１つの光学面を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投影光学系。 - 前記第１結像光学系は、光の入射側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ１２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ１３と、光路分割素子と、前記凹面形状の反射面を有する凹面反射鏡と少なくとも１つの負レンズとを有し且つ全体として正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ１４とにより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項に記載の投影光学系。
- 全系の縮小倍率をβとし、前記第１結像光学系中の前記凹面反射鏡の倍率をＭ１βとするとき、
０．８＜｜Ｍ１β／β｜＜３．６ （３）
の条件を満足することを特徴とする請求項５に記載の投影光学系。 - 前記第１結像光学系は、光の入射側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ１２と、該第２レンズ群Ｇ１２を透過した光を反射するための第１反射面と、該第１反射面からの光を反射して前記第２結像光学系へ導くための第２反射面とを有し、
前記第１反射面および前記第２反射面のうちの少なくとも一方は、凹面形状に形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項に記載の投影光学系。 - 前記第１面側および前記第２面側の双方にほぼテレセントリックに構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の投影光学系。
- 前記第１結像光学系および前記第２結像光学系を構成する屈折部材は、紫外線に対して所定の透過率を有する光学材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の投影光学系。
- 前記第１物体としてのマスクを照明するための照明系と、前記マスクに形成されたパターンの像を前記第２物体としての感光性基板上に形成するための請求項１乃至９のいずれか１項に記載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。
- 前記第１物体としてのマスクを照明し、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の投影光学系を介して前記マスクに形成されたパターンを前記第２物体としての感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法。
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