JP2005109154A - Projection aligner - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projection aligner capable of realizing a higher NA while suppressing the upsizing of an apparatus scale by suppressing an increase of the number of optical parts used by deriving the optimum conditions for an incidence angle and reflectance to a reflecting mirror serving to bend an optical path. <P>SOLUTION: The projection aligner comprises a light source for emitting laser light, an optical path bending mirror for bending an optical path on the way, a lighting optical system for irradiating a reticle, and a projection optical system for imaging a pattern on the reticle on a wafer substrate. In the projection aligner, there can be dealt with a high NA aligner having an image space numerical aperture NAw of the projection optical system falls within a range 0.8≤NAw≤1.0 by satisfying ΔR≤3%, when an incidence angle α of a light ray with respect to a normal line of the optical path bending mirror is restricted within an angular range 30°≤α≤60°, and the maximum value of differences of reflectances over the whole range of the incidence angle. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、複数の光学系をより高密度に収納させて構成される投影露光装置に関し、特に液浸方式等で用いられる高NAな投影光学系を用いて半導体素子を製造する投影露光装置に関するものである。   The present invention relates to a projection exposure apparatus configured to store a plurality of optical systems at a higher density, and more particularly to a projection exposure apparatus that manufactures a semiconductor element using a high NA projection optical system used in an immersion method or the like. Is.

従来、LSI或は超LSI等の極微細パターンから成る半導体素子の製造工程において、レチクルに描かれた回路パターンを、感光剤が塗布されたウエハ基板上に縮小投影して、焼き付け形成する縮小投影露光装置が使用されている。半導体素子の実装密度の向上に伴い、パターンのより一層の微細化が要求され、レジストプロセスの発展と共に、露光装置に対して更なる微細化への対応が望まれており、様々な提案がなされている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, in a manufacturing process of a semiconductor device composed of an ultrafine pattern such as LSI or VLSI, a reduced projection in which a circuit pattern drawn on a reticle is reduced and projected onto a wafer substrate coated with a photosensitive agent to be printed. An exposure apparatus is used. As the mounting density of semiconductor elements increases, further miniaturization of patterns is required, and along with the development of the resist process, it is desired to cope with further miniaturization of the exposure apparatus, and various proposals have been made. (For example, refer to Patent Document 1).

その対応方法の一手段として、投影露光装置の投影光学系の開口数NAにおいて、既に相当の高NA化が成されている投影光学系に対して、より高NA化が望まれている。近年、ウエハ側の空間の一部を光透過性液体で浸す液浸方式が、更なるパターンの微細化に対して有望視されるに至り、超高NA化が待望されることになる。このような投影光学系の高NA化の要望に伴い、照明系の各所においても高NA化が要求されることになる(例えば、特許文献2参照)。   As a means for dealing with this problem, a higher NA is desired for a projection optical system in which the numerical aperture NA of the projection optical system of the projection exposure apparatus has already been significantly increased. In recent years, an immersion method in which a part of the wafer-side space is immersed in a light-transmitting liquid has come to be promising for further pattern miniaturization, and an ultra-high NA is expected. Along with such a demand for higher NA of the projection optical system, higher NA is required also in various parts of the illumination system (see, for example, Patent Document 2).

特開平5−217851号公報JP-A-5-217851 国際公開第99/49504号パンフレットInternational Publication No. 99/49504 Pamphlet

ところで、従来利用されている投影露光装置には、多くの光学ユニットが組み込まれ、できるだけ小規模なスペースに収納できるように、数箇所において反射ミラーを設けて光路を折り曲げている。この反射ミラーには、反射率を高めるための一般的な方法として、光学ガラス基板上に金属薄膜を施した上に、高屈折率の薄膜層と低屈折率の薄膜層の交互層で構成される誘電体薄膜をコーティングしている。   By the way, many optical units are incorporated in a projection exposure apparatus that has been used in the past, and reflection mirrors are provided at several places to bend the optical path so that it can be stored in a space as small as possible. As a general method for increasing the reflectance, this reflecting mirror is composed of an alternating layer of a thin film layer having a high refractive index and a thin film layer having a low refractive index on a metal thin film on an optical glass substrate. A dielectric thin film is coated.

波長193nmのエキシマレーザー用に、上記のように誘電体多層膜をコーティングした高反射ミラーの反射率の角度依存特性を図11に示す。図11で分かるように、このような誘電体薄膜を施した反射ミラーは、光線入射角60度を超えるところで急激な反射率低下となる傾向がある。   FIG. 11 shows the angle dependence characteristics of the reflectivity of a highly reflective mirror coated with a dielectric multilayer film as described above for an excimer laser having a wavelength of 193 nm. As can be seen from FIG. 11, the reflection mirror provided with such a dielectric thin film tends to have a sharp drop in reflectance at a light incident angle exceeding 60 degrees.

従来、利用されている投影露光装置の照明光学系においては、殆どの光路において発散光束又は収束光束となり、光軸に対する角度の異なる光線群を成している。投影光学系の高NA化が進むに従って、この光線群の光軸との成す最大角度も大きくなる傾向にある。   2. Description of the Related Art Conventionally, in an illumination optical system of a projection exposure apparatus that has been used, light beams are divergent or convergent light beams in almost all optical paths, and form light beams having different angles with respect to the optical axis. As the NA of the projection optical system increases, the maximum angle formed by the optical axis of this light group tends to increase.

従って、回路パターンのあるレチクル面とフーリエ変換の関係に近い空間領域で、光路を折り曲げるための反射ミラーを配置すると、上線と下線において反射率の差が生じる。この反射率差が大きいと、レチクルを照射する照射光において、有効光源歪を発生させる原因となり、その結果、ウエハ基板において、パターンの焼き付け線幅が不均一になる、という問題を生じさせる。   Therefore, if a reflecting mirror for bending the optical path is arranged in a spatial region close to the Fourier transform relationship with the reticle surface having the circuit pattern, a difference in reflectance occurs between the upper line and the underline. When this reflectance difference is large, it causes an effective light source distortion in the irradiation light for irradiating the reticle, and as a result, a problem arises that the pattern printing line width becomes nonuniform on the wafer substrate.

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、光路を折り曲げる反射ミラーへの入射角度及び反射率について最適な条件を導き出し、使用する光学部品の増加を抑え、装置規模の大型化を抑制しながら、更なる高NA化を実現させることができる投影露光装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and the purpose of the present invention is to derive optimum conditions for the incident angle and the reflectance to the reflecting mirror that bends the optical path, and to suppress the increase in the number of optical components to be used. It is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus capable of realizing a further increase in NA while suppressing an increase in size.

レチクル照射光の瞳面相当面における光強度分布の非対称度を有効光源のσ歪みと呼ぶ。近年の投影露光装置におけるレチクルパターンの微細化においては、この有効光源のσ歪は3%以内であることが望ましい。従って、光路折り曲げ部に配置される高反射ミラーへの入射角度の違いによる反射率差は3%以内に設定する必要がある。又、前述したように、誘電体薄膜を施した一般的な高反射ミラーは、光線入射角60度を超えるところで急激な反射率低下となる傾向がある。   The degree of asymmetry of the light intensity distribution in the plane equivalent to the pupil plane of the reticle irradiation light is called σ distortion of the effective light source. In the miniaturization of reticle patterns in recent projection exposure apparatuses, it is desirable that the σ distortion of this effective light source is within 3%. Therefore, it is necessary to set the reflectance difference within 3% due to the difference in the incident angle to the high reflection mirror disposed in the optical path bending portion. Further, as described above, a general high reflection mirror provided with a dielectric thin film tends to have a sharp drop in reflectance at a light incident angle exceeding 60 degrees.

これを踏まえ、前述した本発明の目的を達成するために、請求項1記載の発明は、レーザー光を発生する光源と、途中の光路を折り曲げる光路折り曲げミラーと、レチクルを照射する照明光学系と、該レチクル上のパターンをウエハ基板上に結像させる投影光学系を有する投影露光装置において、前記光路折り曲げミラーの法線に対する光線入射角αを、30°≦α≦60°の角度範囲に抑え、この入射角の全範囲に渡る反射率の差の最大値をΔRとしたとき、ΔR≦3%を満足させることにより、前記投影光学系の像空間開口数NAwが0. 8≦NAw≦1. 0となる高NAな露光装置にも対応できることを特徴とする。   In view of this, in order to achieve the above-described object of the present invention, the invention described in claim 1 includes a light source that generates laser light, an optical path bending mirror that bends an intermediate optical path, and an illumination optical system that irradiates a reticle. In a projection exposure apparatus having a projection optical system that forms an image of the pattern on the reticle on a wafer substrate, the light incident angle α with respect to the normal of the optical path bending mirror is suppressed to an angle range of 30 ° ≦ α ≦ 60 °. When the maximum difference in reflectance over the entire range of incident angles is ΔR, ΔR ≦ 3% is satisfied, so that the image space numerical aperture NAw of the projection optical system is 0.8 ≦ NAw ≦ 1. It is characterized by being able to cope with an exposure apparatus with a high NA of 0.

特に、請求項2記載の発明は、前記投影光学系の像空間の少なくとも一部の空間を光透過性液体で満たした液浸方式の投影露光装置において、前記光路折り曲げミラーの法線に対する光線入射角αを30°≦α≦60°の角度範囲に抑え、この入射角の全範囲に渡る反射率の差の最大値をΔRとしたとき、ΔR≦3%を満足させることにより、前記投影光学系の像空間開口数NAwが1. 0≦NAw≦1. 5となる超高NAな露光装置にも対応できることを特徴とする。   In particular, according to a second aspect of the present invention, in the immersion type projection exposure apparatus in which at least a part of the image space of the projection optical system is filled with a light-transmitting liquid, the light beam is incident on the normal of the optical path folding mirror. When the angle α is limited to an angle range of 30 ° ≦ α ≦ 60 ° and the maximum value of the difference in reflectance over the entire range of incident angles is ΔR, ΔR ≦ 3% is satisfied. The present invention is also applicable to an ultra high NA exposure apparatus in which the image space numerical aperture NAw of the system is 1.0 ≦ NAw ≦ 1.5.

次に、本発明の目的を達成する第1条件として、請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の投影露光装置において、前記照明光学系の中に物平面と像平面が共役関係になる再結像光学系を有し、該再結像光学系の軸外光束の主光線が光軸と交わる位置と、最も像平面側の正のパワーを持つレンズ群の間に前記光路折り曲げミラーを配置することを特徴とする。   Next, as a first condition for achieving the object of the present invention, the invention according to claim 3 is the projection exposure apparatus according to claim 1 or 2, wherein the object plane and the image plane are conjugate to each other in the illumination optical system. The optical path bend between the position where the principal ray of the off-axis light beam of the re-imaging optical system intersects the optical axis and the lens group having the most positive power on the image plane side. A mirror is arranged.

又、本発明の目的を達成する第2条件として、請求項4記載の発明は、請求項1〜3の何れかに記載の投影露光装置において、前記照明光学系の中に物平面と像平面が共役関係になる再結像光学系を有し、該再結像光学系の物平面と前記光路折り曲げミラーとの間に、該物平面から順に正のパワーを持つレンズ群と負のパワーを持つレンズ群と正のパワーを持つレンズ群を有することを特徴とする。   As a second condition for achieving the object of the present invention, the invention according to claim 4 is the projection exposure apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein an object plane and an image plane are included in the illumination optical system. A re-imaging optical system having a conjugate relationship, and a lens group having a positive power and a negative power in order from the object plane between the object plane of the re-imaging optical system and the optical path bending mirror. And a lens group having a positive power.

そして、本発明の目的をσ連続可変光学系で達成させるために、請求項5記載の発明は、請求項3又は4記載の投影露光装置において、前記再結像光学系は射出照射領域の広がりを連続的に変化させることのできる照射領域可変光学系であり、該照射領域可変光学系は物平面より順に正のパワーを持つ第1の固定群と負のパワーを持つ第1の移動群と正のパワーを持つ第2の移動群と負のパワーを持つ第2の固定群と正のパワーを持つ第3の固定群を有し、該第2の固定群と該第3の固定群との間に前記ミラーを配置することにより、物平面における照射光の光軸からの最大高さをH1、射出照射範囲が最大時の像平面における照射光の光軸からの最大高さをH2としたとき、4. 2≦H2/H1≦15. 0となる高倍率の変倍光学系でも本発明の目的達成を可能にすることを特徴とする。   In order to achieve the object of the present invention with the σ continuously variable optical system, the invention according to claim 5 is the projection exposure apparatus according to claim 3 or 4, wherein the re-imaging optical system has a widened irradiation irradiation area. Is an irradiation region variable optical system capable of continuously changing the irradiation region, and the irradiation region variable optical system includes a first fixed group having a positive power and a first moving group having a negative power in order from the object plane. A second moving group having a positive power; a second fixed group having a negative power; and a third fixed group having a positive power. The second fixed group and the third fixed group; By arranging the mirror in between, the maximum height from the optical axis of the irradiation light in the object plane is H1, and the maximum height from the optical axis of the irradiation light in the image plane when the emission irradiation range is maximum is H2. Even with a high magnification variable magnification optical system such that 4.2 ≦ H2 / H1 ≦ 15.0 Characterized in that it allows the achievement of the object of the.

更に、最適な露光量制御を行いながら、本発明の目的をより効果的に達成するために、請求項6記載の発明は、請求項3又は4記載の投影露光装置において、前記再結像光学系の前方に、前記再結像光学系の物平面を照射する集光光学系と、該集光光学系の中又は該集光光学系と前記再結像光学系の間の何れかに前記集光光学系の光束の一部を分岐させる光分岐部材を有し、該光分岐部材における光分岐のための面と光軸に対して垂直な面との成す角度をθ、前記再結像光学系の物像間結像倍率の絶対値をBm、前記再結像光学系の物空間開口数をNAmとしたとき、21. 2°≦θ≦34. 0°、1. 0≦Bm≦2. 0、0. 2≦NAm≦0. 45であることを特徴とする。   Furthermore, in order to achieve the object of the present invention more effectively while performing optimum exposure amount control, the invention according to claim 6 is the projection exposure apparatus according to claim 3 or 4, wherein A condensing optical system that irradiates an object plane of the re-imaging optical system in front of the system, and either in the condensing optical system or between the condensing optical system and the re-imaging optical system. An optical branching member for branching a part of the light beam of the condensing optical system, and an angle formed between a plane for splitting the light and a plane perpendicular to the optical axis in the optical branching member, θ, When the absolute value of the imaging magnification between object images of the optical system is Bm and the object space numerical aperture of the re-imaging optical system is NAm, 21.2 ° ≦ θ ≦ 34.0 °, 1.0 ≦ Bm ≦ 2.0, 0.2 ≦ NAm ≦ 0.45.

又、液浸方式の投影露光装置において、最適な露光量制御を行いながら、本発明の目的をより効果的に達成するために、請求項7記載の発明は、請求項2記載の投影露光装置において、前記照明光学系の中に物平面と像平面が共役関係にある再結像光学系を有し、該再結像光学系における軸外光束の主光線が光軸と交わる位置と、最も像平面側の正のパワーを持つレンズ群の間に前記光路折り曲げミラーを配置し、更に該再結像光学系の物平面を照射する集光光学系と、該集光光学系の中又は該集光光学系と前記再結像光学系の間の何れかに該集光光学系の光束の一部を分岐させる光分岐部材を有し、該光分岐部材における光分岐のための面と光軸に対して垂直な面との成す角度をθ、前記再結像光学系の物像間結像倍率の絶対値をBmとし、前記再結像光学系の物空間開口数をNAmとしたとき、21. 2°≦θ≦34. 0°、1. 0≦Bm≦1. 8、0. 25≦NAm≦0. 45であることを特徴とする
そして、液浸方式の投影露光装置において、本発明の目的を更に効果的に達成するために、請求項8記載の発明は、請求項7記載の投影露光装置において、前記再結像光学系の物平面と前記光路折り曲げミラーとの間に、該物平面から順に正のパワーを持つレンズ群と負のパワーを持つレンズ群と正のパワーを持つレンズ群を有することを特徴とする。
In order to achieve the object of the present invention more effectively while performing optimum exposure amount control in an immersion type projection exposure apparatus, the invention according to claim 7 is a projection exposure apparatus according to claim 2. In the illumination optical system, there is a re-imaging optical system in which the object plane and the image plane are in a conjugate relationship, and the position where the principal ray of the off-axis light beam intersects the optical axis in the re-imaging optical system, The optical path bending mirror is disposed between lens groups having positive power on the image plane side, and a condensing optical system that irradiates an object plane of the re-imaging optical system, and A light branching member for branching a part of the light beam of the condensing optical system is provided between any one of the condensing optical system and the re-imaging optical system. The angle formed by a plane perpendicular to the axis is θ, and the absolute value of the imaging magnification between object images of the re-imaging optical system is Bm. When the object space numerical aperture of the re-imaging optical system is NAm, 21.2 ° ≦ θ ≦ 34.0 °, 1.0 ≦ Bm ≦ 1.8, 0.25 ≦ NAm ≦ 0.45. In order to achieve the object of the present invention more effectively in an immersion type projection exposure apparatus, the invention according to claim 8 is the projection exposure apparatus according to claim 7, wherein A lens group having a positive power, a lens group having a negative power, and a lens group having a positive power are arranged between the object plane of the imaging optical system and the optical path bending mirror in order from the object plane. And

本発明によれば、再結像光学系の軸外光束の主光線と光軸とが交わる位置と、最も像平面側の正のパワーを持つレンズ群との間に、光路折り曲げミラーを配置して照明光学系を構成することにより、折り曲げミラーへの光線入射角度を小さく抑えることができ、露光装置に対して更なるNA化の要求があっても、レチクル照射光における有効光源のσ歪を小さく抑えて投影パターンの線幅のバラツキを良好に抑え、従来の装置よりも微細な回路パターンを半導体素子に焼き付けることができる。   According to the present invention, the optical path bending mirror is arranged between the position where the principal ray of the off-axis light beam of the re-imaging optical system intersects with the optical axis and the lens group having the positive power closest to the image plane. By constructing the illumination optical system, the light incident angle on the bending mirror can be kept small, and the σ distortion of the effective light source in the reticle irradiation light can be reduced even if there is a demand for further NA. It is possible to suppress the variation in the line width of the projection pattern satisfactorily, and to burn a circuit pattern finer than the conventional device onto the semiconductor element.

又、本発明によれば、光学部品の増加を防ぐことができ、装置のコストの増加を抑え、装置規模を現行並みに抑えながら、前記効果が得られる投影露光装置を提供することができる。従って、従来よりも高性能な半導体素子を制作する場合に、製造コストの増加を抑制することができる。   Further, according to the present invention, it is possible to provide a projection exposure apparatus that can prevent the increase in optical components, suppress the increase in the cost of the apparatus, and suppress the apparatus scale to the current level, while obtaining the above effects. Therefore, an increase in manufacturing cost can be suppressed when producing a semiconductor element with higher performance than before.

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

<実施の形態1>
本発明の実施の形態1を図1〜図3に基づいて説明する。本実施の形態は、図1に示すように、ハエの目レンズ101とレチクル102との間に、マスク面103を照射するマスク照射光学系104を有する照明系において、マスク面103からの照射光をレチクル102上のパターン面に照射する再結像光学系を配置し例であり、マスク面103とレチクル102上のパターン面が共役関係にある。
<Embodiment 1>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, in an illumination system having a mask irradiation optical system 104 that irradiates a mask surface 103 between a fly-eye lens 101 and a reticle 102, the irradiation light from the mask surface 103 This is an example in which a re-imaging optical system that irradiates the pattern surface on the reticle 102 with the mask surface 103 and the pattern surface on the reticle 102 in a conjugate relationship.

マスク照射光学系104は複数のレンズ群で構成され、平行光束が入射した時にマスク面103の近傍で集光する光学系で、その射出瞳位置は後方に配置される再結像光学系の入射瞳位置と一致させている。   The mask irradiation optical system 104 is composed of a plurality of lens groups, and is an optical system that condenses in the vicinity of the mask surface 103 when a parallel light beam enters. The exit pupil position of the mask irradiation optical system 104 is incident on the rear of the re-imaging optical system. It is matched with the pupil position.

本実施の形態の再結像光学系は、物空間開口数NAmを0. 38、結像倍率を−1. 6倍とし、軸外光束の主光線と光軸の交点と正のパワーを持つ最終レンズ群の間に、光路を折り曲げるための光路折り曲げミラーを配置するための光路折り曲げ部を設けている。このような構成とすることにより、投影光学系の物空間開口数NAwが0. 8以上という高NA化した露光装置において、光路折り曲げミラーへの入射光の入射角度をミラーの法線に対して30度以上且つ60度以下になるようにしている。   The re-imaging optical system of the present embodiment has an object space numerical aperture NAm of 0.38, an imaging magnification of -1.6 times, and has a positive power at the intersection of the principal ray of the off-axis light beam and the optical axis. Between the last lens group, there is provided an optical path bending portion for disposing an optical path bending mirror for bending the optical path. With such a configuration, in an exposure apparatus with a high NA in which the object space numerical aperture NAw of the projection optical system is 0.8 or more, the incident angle of the incident light on the optical path bending mirror is set with respect to the normal of the mirror. 30 degrees or more and 60 degrees or less.

従って、本実施の形態の再結像光学系は物空間から順に、正のパワーを持つ第1のレンズ群と負のパワーを持つ第2のレンズ群と正のパワーを持つ第3のレンズ群、そして正のパワーを持つ第4のレンズ群で構成している。第1のレンズ群は、直後のレンズを防塵するためのカバーガラスCG1と、全光学系を最小限のレンズで構成し、諸収差のうち特に球面収差を補正するために凹レンズG101と3枚の凸レンズG102,G103,G104で構成している。その後方に1枚の凹レンズG105のみから成る第2のレンズ群と、1枚の凸レンズG106のみから成る第3のレンズ群、そして、凸レンズG107と凹レンズG108と凸レンズG109から成る第4のレンズ群を配置させている。従って、この第4のレンズ群が正のパワーを持つ像平面側の最終レンズ群である。   Therefore, the re-imaging optical system according to the present embodiment includes, in order from the object space, the first lens group having a positive power, the second lens group having a negative power, and the third lens group having a positive power. , And a fourth lens group having a positive power. The first lens group includes a cover glass CG1 for dust-proofing the immediately following lens, and the entire optical system with a minimum number of lenses, and a concave lens G101 and three lenses for correcting spherical aberration among various aberrations. Consists of convex lenses G102, G103, and G104. Later, a second lens group consisting of only one concave lens G105, a third lens group consisting of only one convex lens G106, and a fourth lens group consisting of convex lens G107, concave lens G108 and convex lens G109 are provided. It is arranged. Therefore, the fourth lens group is the final lens group on the image plane side having a positive power.

本実施の形態で示すように、再結像光学系の物空間103と光路折り曲げ部106との間に、物空間から順に正のパワーを持つレンズ群と負のパワーを持つレンズ群、そして、正のパワーを持つレンズ群を配置することによって、軸外光束の主光線107と光軸105が交差する交点位置108をより物空間側に移動させることができる。その結果、第3レンズ群と第4のレンズ群との光路折り曲げ部106間において、軸外光束の主光線と光軸との成す角度を緩くした上に、光軸105を直角に折り曲げる光路折り曲げミラーを配置するためのスペースを確保している。尚、レチクル102の直前にも第1のレンズ群と同様に、防塵のためのレチクルカバーガラスCG3を配置している。   As shown in the present embodiment, a lens group having a positive power and a lens group having a negative power in order from the object space between the object space 103 and the optical path bending unit 106 of the re-imaging optical system, and By disposing a lens group having a positive power, the intersection point 108 where the principal ray 107 of the off-axis light beam intersects the optical axis 105 can be moved to the object space side. As a result, between the optical path bending portions 106 of the third lens group and the fourth lens group, the angle formed by the principal ray of the off-axis light beam and the optical axis is relaxed, and the optical path bending that bends the optical axis 105 at a right angle. Space is secured to place the mirror. A reticle cover glass CG3 for dust prevention is disposed just before the reticle 102 as in the first lens group.

光路を折り曲げるためのスペースを確保しながら、最小限のレンズ構成で、諸収差のうち特に球面収差を良好に補正し、軸外射出光束における主光線の光軸に対する平行度、即ち射出テレセン度を良好なレベルに維持するために、第3のレンズ群を構成する凸レンズG106の光射出側を非球面としている。   While securing a space for bending the optical path, with a minimum lens configuration, particularly spherical aberration among the various aberrations is corrected well, and the parallelism of the principal ray with respect to the optical axis in the off-axis emitted light beam, that is, the exit telecentricity is obtained. In order to maintain a good level, the light exit side of the convex lens G106 constituting the third lens group is an aspherical surface.

又、本実施の形態は、歪曲収差及び射出テレセン度を良好なレベルに維持するために、最終レンズ群である第4のレンズ群として、トリプレット構成の光学系を配置している。即ち、入射光側より凸レンズG107と凹レンズG108、そして、凸レンズG109を配置している。   In this embodiment, in order to maintain the distortion aberration and the exit telecentricity at a favorable level, an optical system having a triplet structure is arranged as the fourth lens group which is the final lens group. That is, a convex lens G107, a concave lens G108, and a convex lens G109 are arranged from the incident light side.

図2は本実施の形態に用いた再結像光学系において、レチクル側最大像高を57mmとしたときのメリジオナル方向の横収差とサジタル方向の横収差、そして、歪曲収差及び射出テレセン度を示す図である。実用上許容範囲内の横収差に抑えながら、歪曲収差と射出テレセン度を良好に補正している。   FIG. 2 shows the lateral aberration in the meridional direction, the lateral aberration in the sagittal direction, the distortion aberration, and the exit telecentricity when the maximum image height on the reticle side is 57 mm in the re-imaging optical system used in this embodiment. FIG. The distortion and the exit telecentricity are satisfactorily corrected while suppressing the lateral aberration within a practically allowable range.

表1に本施例で用いた再結像光学系における諸元の値を示す。   Table 1 shows values of specifications in the re-imaging optical system used in this example.

Figure 2005109154
表1のレンズデータにおいて、rは各面の曲率半径(単位:mm)、dは各面間隔(単位:mm)、nは波長193nmの入射光に対する媒質の屈折率をそれぞれ示す。
Figure 2005109154
In the lens data in Table 1, r represents the radius of curvature (unit: mm) of each surface, d represents the spacing between the surfaces (unit: mm), and n represents the refractive index of the medium for incident light having a wavelength of 193 nm.

そして、α1とα2は、光路折り曲げ部において、ミラーが光軸に対して45度傾斜しているときの光線の最小角度と最大角度を示している。本実施の形態においては、α1=33. 5°、α2=56. 5°であり、全光束に関してミラーへの入射角αを30度以上且つ、60度以下に抑えることができている。又、Gは軸外光束の主光線107と光軸105との交点位置108を示すもので、最も近いレンズ面である凸レンズG106の光入射側の面、即ち第13面からの距離を示している。   Α1 and α2 indicate the minimum angle and the maximum angle of the light beam when the mirror is inclined at 45 degrees with respect to the optical axis in the optical path bending portion. In this embodiment, α1 = 33.5 ° and α2 = 56.5 °, and the incident angle α to the mirror can be suppressed to 30 degrees or more and 60 degrees or less with respect to the total luminous flux. G indicates the intersection 108 between the principal ray 107 of the off-axis light beam and the optical axis 105, and indicates the distance from the light incident side surface of the convex lens G106, which is the closest lens surface, that is, the 13th surface. Yes.

尚、表1に示す非球面に関する諸係数は、非球面の任意の点における光軸に垂直な方向の高さをh、光軸に沿った方向の距離をx、頂点の曲率半径をr、曲面係数をKとし、非球面係数をAからFのアルファベットとしたとき、以下の(1)式で表される。   The various coefficients related to the aspherical surface shown in Table 1 are as follows: the height in the direction perpendicular to the optical axis at any point on the aspherical surface is h, the distance in the direction along the optical axis is x, the radius of curvature of the apex is r, When the curved surface coefficient is K and the aspheric coefficient is an alphabet from A to F, it is expressed by the following equation (1).

x= h/r/[1+{1-(1+ K)(h/r)}1/2]+Ah+Bh+Ch+Dh10
+Eh12
+Fh14
…(1)
本実施の形態で説明した再結像光学系は、物空間開口数NAmが0. 38で、結像倍率Bmが−1. 6なので、物像間結像倍率が−0. 25、像空間開口数NAwが0. 95となる投影光学系に対応可能である。
x = h 2 / r / [ 1+ {1- (1+ K) (h / r) 2} 1/2] + Ah 4 + Bh 6 + Ch 8 + Dh 10
+ Eh 12
+ Fh 14
... (1)
The re-imaging optical system described in the present embodiment has an object space numerical aperture NAm of 0.38 and an image forming magnification Bm of -1.6, so that the image-to-object image forming magnification is -0.25, the image space. This can be applied to a projection optical system having a numerical aperture NAw of 0.95.

以上のような構成の再結像光学系をマスク結像光学系として照明装置に適用することにより、より少ないレンズ枚数で構成しながら、レチクル面における照射光において、有効光源歪みを発生させない入射光線角度で、再結像光学系内に光路折り曲げミラーを配置することができる。   By applying the re-imaging optical system configured as described above to the illumination device as a mask imaging optical system, an incident light beam that does not cause effective light source distortion in the irradiation light on the reticle surface while being configured with a smaller number of lenses. At an angle, an optical path folding mirror can be placed in the re-imaging optics.

本実施の形態で説明した再結像光学系は、例えば図3に示すようなステップ・アンド・スキャン方式を採用した投影露光装置のマスク結像光学系として適用することができる。即ち、発振波長193nmのエキシマレーザー111から射出した照射光は、ビーム整形光学系112を介して所望のビーム形状に整形された後、集光光学系113により断面形状が六角形の柱状ガラス114に入射する。   The re-imaging optical system described in the present embodiment can be applied as a mask imaging optical system of a projection exposure apparatus adopting a step-and-scan method as shown in FIG. 3, for example. That is, the irradiation light emitted from the excimer laser 111 having an oscillation wavelength of 193 nm is shaped into a desired beam shape via the beam shaping optical system 112 and then converted into a hexagonal columnar glass 114 by the condensing optical system 113. Incident.

柱状ガラス114は、ガラス内面による多重反射により、1つの光源から複数の光源を形成している。この柱状ガラス114からの照射光がσ連続可変光学系115によりハエの目レンズ101に照射される。ハエの目レンズ101からの照射光は、マスク照射光学系104によりマスク面103に照射される。マスク面103からの照射光はマスク結像光学系により、レチクル102の回路パターン面を照射する。そして、この照射光は投影光学系119により集光され、感光材料が塗布されたウエハ120の基盤面上に、レチクル102の回路パターンが縮小投影される。   The columnar glass 114 forms a plurality of light sources from one light source by multiple reflection by the glass inner surface. Irradiation light from the columnar glass 114 is irradiated to the fly-eye lens 101 by the σ continuously variable optical system 115. Irradiation light from the fly-eye lens 101 is applied to the mask surface 103 by the mask irradiation optical system 104. Irradiation light from the mask surface 103 irradiates the circuit pattern surface of the reticle 102 by a mask imaging optical system. The irradiation light is collected by the projection optical system 119, and the circuit pattern of the reticle 102 is reduced and projected onto the base surface of the wafer 120 coated with the photosensitive material.

本実施の形態で説明した再結像光学系は、以上に説明した投影露光装置において、前群光学系116と光路折り曲げミラー117と後群光学系118で構成されるマスク結像光学系に置き換えて適用することができる。即ち、図3に示す投影露光装置のマスク結像光学系において、後群光学系116をカバーガラスCG1及びG101〜G106のレンズ群に置き換え、後群光学系118を凸レンズG107と凹レンズG108と凸レンズG109のトリプレット構成の光学系及びカバーガラスCG2に置き換える。   The re-imaging optical system described in the present embodiment is replaced with a mask imaging optical system including the front group optical system 116, the optical path bending mirror 117, and the rear group optical system 118 in the projection exposure apparatus described above. Can be applied. That is, in the mask imaging optical system of the projection exposure apparatus shown in FIG. 3, the rear group optical system 116 is replaced with the lens groups of the cover glasses CG1 and G101 to G106, and the rear group optical system 118 is replaced with the convex lens G107, the concave lens G108, and the convex lens G109. It replaces with the optical system of this triplet structure, and cover glass CG2.

そして、レチクル102及びウエハ120のスキャン方向と光軸121を含む断面内で、光軸121を直角に折り曲げる光路折り曲げミラー117を前群光学系116と後群光光学系118の間に配置する。   An optical path bending mirror 117 that bends the optical axis 121 at a right angle within the cross section including the scanning direction of the reticle 102 and the wafer 120 and the optical axis 121 is disposed between the front group optical system 116 and the rear group light optical system 118.

以上のような構成の投影露光装置に適用することにより、より小規模なスペースに角光学系を収納させながら、投影光学系が更に高NA化しても、レチクル上の回路パターンをより忠実に、ウエハ上に投影露光することができる投影露光装置を提供することができる。   By applying the projection exposure apparatus configured as described above, the circuit pattern on the reticle can be faithfully maintained even when the projection optical system has a higher NA while accommodating the angle optical system in a smaller space. A projection exposure apparatus capable of performing projection exposure on a wafer can be provided.

<実施の形態2>
本発明の実施の形態2を図4〜図7に基づいて説明する。
<Embodiment 2>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施の形態は、図4に示すように、像空間における光照射領域の大きさを連続して変えることが可能な再結像光学系の例であり、物平面209と像平面210とがほぼ共役関係にあり、軸外光束の主光線と正のパワーを持つ最終レンズ群との間に光路折り曲げミラーを配置させて、折り曲げミラーへの光線入射角度を小さく抑えた例である。   This embodiment is an example of a re-imaging optical system capable of continuously changing the size of a light irradiation region in an image space, as shown in FIG. 4, and an object plane 209 and an image plane 210 are In this example, an optical path bending mirror is arranged between the principal ray of the off-axis light beam and the final lens group having a positive power so that the incident angle of the light beam to the bending mirror is kept small.

光照射領域の大きさを連続的に変えることのできる再結像光学系は、物空間側から順に平行平板G201、正のパワーを持つ第1の固定群と負のパワーを持つ第1の移動群と正のパワーを持つ第2の移動群と第2の固定群、そして、正のパワーを持つ最終固定群である第3の固定群を有する。   The re-imaging optical system capable of continuously changing the size of the light irradiation region includes a parallel plate G201, a first fixed group having a positive power, and a first movement having a negative power in order from the object space side. And a second moving group having a positive power and a second fixed group, and a third fixed group which is a final fixed group having a positive power.

そして、第1の固定群は、共に凸レンズであるG202とG203を有し、第1の移動群は凹レンズG204を有し、第2の移動群は共に凸レンズであるG205とG206を有し、第2の固定群は凹レンズG207を有し、第3の固定群は凸レンズG208を有している。ここで、平行平板G201は、照射領域の照度分布の状態を変える目的で、他の光学素子と交換できるように光路中を出し入れすることができるようなターレット機構部に組み込まれている。   The first fixed group has G202 and G203 which are both convex lenses, the first moving group has a concave lens G204, and the second moving group has both G205 and G206 which are both convex lenses, The second fixed group has a concave lens G207, and the third fixed group has a convex lens G208. Here, the parallel flat plate G201 is incorporated in a turret mechanism that can be moved in and out of the optical path so that it can be exchanged with other optical elements for the purpose of changing the illuminance distribution state of the irradiation region.

ここで、第2の固定群として凹レンズG207と、第3の固定群として凸レンズG208を、間隔を或る程度離して配置させる。このような構成にすることにより、ミラーへの入射光線角度を小さく抑えられるスペースを確保できると同時に、ハエの目レンズ203への入射主光線の光軸に対する平行度、即ちテレセントリック性を実用上問題の無いレベルに維持させることができる。   Here, the concave lens G207 as the second fixed group and the convex lens G208 as the third fixed group are arranged with a certain distance therebetween. With such a configuration, it is possible to secure a space in which the incident light angle to the mirror can be kept small, and at the same time, there is a practical problem with the parallelism of the principal ray incident on the fly-eye lens 203 with respect to the optical axis, that is, telecentricity. It can be maintained at a level with no.

尚、ハエの目レンズ201への照射光の均一性を維持するために、歪曲収差の抑制、特に大照射領域側の変倍状態における歪曲収差の変動量抑制のためには、第2の移動群を構成する光入射側の負のパワーを持つレンズ群において、光出射側の面の湾曲よりも光入射側の面の湾曲が強く、しかも、光入射側に凹面を向けた凹レンズG207があることが望ましい。   In order to maintain the uniformity of the irradiation light to the fly-eye lens 201, the second movement is used for suppressing distortion, particularly for suppressing the fluctuation amount of distortion in the zooming state on the large irradiation area side. In the lens group having negative power on the light incident side constituting the group, the curvature of the surface on the light incident side is stronger than the curvature of the surface on the light exit side, and there is a concave lens G207 with the concave surface facing the light incident side. It is desirable.

本実施の形態の再結像光学系における照射範囲最小時の状態を図4のP1に示す。この状態では、軸外光束の主光線207と光軸205とが交差する交点位置208を、負のパワーを持つ第1の移動群と正のパワーを持つ第2の移動群との間に位置させている。このような配置で、像平面における照射領域を広げるときには、第1の移動群を像平面側へ、光軸205に沿って移動させて変倍作用を持たせると同時に、第2の移動群を物平面側へ、光軸209に沿って移動させることにより、ハエの目レンズ210の入射面で所望のスポットサイズになるようにコントロールしている。   The state when the irradiation range is minimum in the re-imaging optical system of the present embodiment is shown in P1 of FIG. In this state, the intersection position 208 where the principal ray 207 of the off-axis light beam intersects the optical axis 205 is located between the first moving group having negative power and the second moving group having positive power. I am letting. With such an arrangement, when the irradiation area in the image plane is expanded, the first moving group is moved to the image plane side along the optical axis 205 to provide a zooming function, and at the same time, the second moving group is By moving to the object plane side along the optical axis 209, control is performed so that a desired spot size is obtained on the incident surface of the fly-eye lens 210.

そして、本実施の形態の再結像光学系における照射範囲最大時の状態を図4のP3に示す。この状態では、第1の固定群と第1の移動群の間に、軸外光束の主光線207と光軸205とが交差する交点位置208を位置させている。   And the state at the time of the irradiation range maximum in the re-imaging optical system of this Embodiment is shown to P3 of FIG. In this state, an intersection position 208 where the principal ray 207 of the off-axis light beam intersects the optical axis 205 is positioned between the first fixed group and the first moving group.

表2に本実施の形態に用いた再結像光学系における諸元の値を示す。   Table 2 shows values of specifications in the re-imaging optical system used in this embodiment.

Figure 2005109154
表2において、rは各面の曲率半径(単位:mm)、dは各面間隔(単位:mm)、nは入射光(波長0.248μm)に対する媒質の屈折率をそれぞれ示す。又、d7は第1の固定群と第1の移動群との光軸205上の可変間隔、d9は第1の移動群と第2の移動群との光軸209上の可変間隔、d13は第2の移動群と第2の固定群との光軸上209の可変間隔を示している。
Figure 2005109154
In Table 2, r represents the radius of curvature (unit: mm) of each surface, d represents the spacing between the surfaces (unit: mm), and n represents the refractive index of the medium for incident light (wavelength 0.248 μm). D7 is a variable interval on the optical axis 205 between the first fixed group and the first moving group, d9 is a variable interval on the optical axis 209 between the first moving group and the second moving group, and d13 is The variable interval on the optical axis 209 between the second moving group and the second fixed group is shown.

P1は最小照射範囲ポジション、P2は中間照射範囲ポジション、P3は最大照射範囲ポジションを示し、F1は本実施の形態の再結像光学系の各ポジションにおける焦点距離、f1は第1の固定群の焦点距離、f2は第1の移動群の焦点距離、f3は第2の移動群の焦点距離をそれぞれ示している。又、G1,G2,G3はそれぞれ各ポジションにおける軸外光束の主光線207と光軸209との交わる交点位置208を示すもので、凹レンズG204の光出射側の面である第9面又は第8面からの距離を示している。   P1 is the minimum irradiation range position, P2 is the intermediate irradiation range position, P3 is the maximum irradiation range position, F1 is the focal length at each position of the re-imaging optical system of the present embodiment, and f1 is the first fixed group. The focal length, f2 indicates the focal length of the first moving group, and f3 indicates the focal length of the second moving group. G1, G2, and G3 indicate the intersection position 208 where the principal ray 207 of the off-axis light beam and the optical axis 209 intersect at each position, and the ninth surface or the eighth surface that is the surface on the light exit side of the concave lens G204. The distance from the surface is shown.

更に、H2/H1は、物空間においてφ10mmの開口部を入射した平行光束が、本実施の形態の再結像光学系を透過した後の、最終面から67mmの位置にある評価面における光束径の拡大率を示す。この場合、ハエの目レンズ201を入れていない。本実施の形態は、この拡大率H2/H1は2. 6〜9. 4となり、像空間の照射範囲を物空間の照射範囲に対して2. 6倍〜9. 4倍まで連続的に変化させることができる光学系である。   Further, H2 / H1 is a light beam diameter on the evaluation surface at a position 67 mm from the final surface after the parallel light beam that has entered the opening of φ10 mm in the object space passes through the re-imaging optical system of the present embodiment. Indicates the enlargement ratio. In this case, the fly-eye lens 201 is not inserted. In this embodiment, the enlargement ratio H2 / H1 is 2.6 to 9.4, and the irradiation range in the image space is continuously changed from 2.6 to 9.4 times the irradiation range in the object space. It is an optical system that can be made to.

そして、α1とα2は、各ポジションにおける光路折り曲げ部において、光路折り曲げミラーが光軸に対して45度傾斜しているときの、入射光線の最小角度と最大角度を示している。本実施の形態では、ポジションP1において、全変倍域に渡る最小及び最大となり、α1=35. 7°、α2=54. 3°となり、全光束及び全ポジションに亘ってミラーへの入射角αを30度以上且つ60度以下に抑えることができる。   Α1 and α2 indicate the minimum angle and the maximum angle of incident light when the optical path bending mirror is inclined 45 degrees with respect to the optical axis in the optical path bending section at each position. In the present embodiment, at the position P1, the minimum and maximum over the entire zoom range are α1, 35.7 °, and α2 = 54.3 °, and the incident angle α to the mirror over the entire luminous flux and all positions. Can be suppressed to 30 degrees or more and 60 degrees or less.

図5は本実施の形態に用いた再結像光学系の最小照射範囲ポジションP1におけるメリジオナル方向の横収差とサジタル方向の横収差、そして、歪曲収差を示す図である。図6は本実施の形態に用いた再結像光学系の最大照射範囲ポジションP3におけるメリジオナル方向とサジタル方向の横収差と歪曲収差を示す図である。実用上許容範囲内の横収差に抑えながら、歪曲収差を良好に補正している。   FIG. 5 is a diagram showing meridional lateral aberration, sagittal lateral aberration, and distortion at the minimum irradiation range position P1 of the re-imaging optical system used in the present embodiment. FIG. 6 is a diagram showing transverse aberration and distortion in the meridional direction and the sagittal direction at the maximum irradiation range position P3 of the re-imaging optical system used in the present embodiment. While suppressing the lateral aberration within a practically acceptable range, the distortion is corrected well.

以上に説明したように、本実施の形態は2群移動方式という最も簡素な変倍光学系である再結像光学系を用いながら、物空間と光路折り曲げ部206との間に、物空間から順に正のパワーを持つレンズ群と負のパワーを持つレンズ群、そして、正のパワーを持つレンズ群を配置させることによって、軸外主光線と光軸との交点位置208を、より物空間側に移動させる。これにより、光路折り曲げミラーへの光線入射角度が緩くなる光路を確保することを可能にしている。しかも、諸収差を良好に抑えながら、再結像変光学系からの射出光のテレセントリック性を実用上問題の無いレベルに維持している。   As described above, the present embodiment uses a re-imaging optical system which is the simplest variable power optical system called a two-group movement system, and between the object space and the optical path bending unit 206, from the object space. By arranging a lens group having a positive power, a lens group having a negative power, and a lens group having a positive power in order, the intersection position 208 between the off-axis principal ray and the optical axis can be further moved to the object space side. Move to. Thereby, it is possible to secure an optical path in which the light incident angle to the optical path bending mirror becomes gentle. In addition, the telecentricity of the light emitted from the re-imaging variable optical system is maintained at a level that causes no practical problems while suppressing various aberrations.

投影光学系を高NA化すると、ハエの目レンズ201の直後に配置されるマスク照射光学系の最大光線有効径は、入射光束の2倍程度になる。現在エキシマレーザー用に用いられる石英や蛍石の供給可能な材料径は直径で340mm程度である。よって、ハエの目レンズ201の有効径として許される最大値は、直径150mm程度である。又、物空間としては、物空間を照射する柱状ガラスの太さや変形照明を行わせる回折素子からの回折像の広がりから、直径10mm〜直径35mmの照射範囲が最適である。   When the NA of the projection optical system is increased, the maximum effective beam diameter of the mask irradiation optical system disposed immediately after the fly-eye lens 201 is about twice the incident light beam. Quartz and fluorite currently used for excimer lasers can be supplied with a diameter of about 340 mm. Therefore, the maximum value allowed as the effective diameter of the fly-eye lens 201 is about 150 mm in diameter. Moreover, the irradiation range of 10 mm to 35 mm in diameter is optimal as the object space because of the thickness of the columnar glass that irradiates the object space and the spread of the diffraction image from the diffraction element that performs modified illumination.

従って、照射範囲の拡大率の最大はH2/H1は4.
2以上且つ15. 0以下であることを必要とする。
Therefore, H2 / H1 is 4.
It needs to be 2 or more and 15.0 or less.

光学系を構成する各群のパワーにおいて、本実施の形態に示したと同符号配列の構成の再結像光学系を用いれば、光路折り曲げミラーへの光線入射角度を、より小さく抑えられる光路を確保することを可能にしている。   With the power of each group constituting the optical system, if a re-imaging optical system having the same sign arrangement as shown in the present embodiment is used, an optical path that can suppress the light incident angle to the optical path folding mirror can be secured. It is possible to do.

本実施の形態で説明した再結像光学系は、例えば図7に示すようなステップ・アンド・スキャン方式を採用した投影露光装置のσ連続可変光学系として適用することができる。即ち、発振波長248nmのエキシマレーザー211から射出した照射光は、ビーム整形光学系212を介して所望のビーム形状に整形された後、集光光学系213により断面形状が六角形の柱状ガラス214に入射する。   The re-imaging optical system described in the present embodiment can be applied as a σ continuously variable optical system of a projection exposure apparatus adopting a step-and-scan method as shown in FIG. 7, for example. In other words, the irradiation light emitted from the excimer laser 211 having an oscillation wavelength of 248 nm is shaped into a desired beam shape via the beam shaping optical system 212, and then formed into a columnar glass 214 having a hexagonal cross section by the condensing optical system 213. Incident.

柱状ガラス214は、実施の形態1における説明と同様に、ガラス内面による多重反射により、1つの光源から複数の光源を形成している。この柱状ガラス214からの照射光がσ連続可変光学系によりハエの目レンズ201に照射される。σ連続可変光学系は、前群光学系215と折り曲げミラー216、そして、後群光学系217とで構成している。   The columnar glass 214 forms a plurality of light sources from one light source by multiple reflection by the inner surface of the glass, as described in the first embodiment. The irradiation light from the columnar glass 214 is irradiated to the fly-eye lens 201 by the σ continuously variable optical system. The σ continuously variable optical system includes a front group optical system 215, a bending mirror 216, and a rear group optical system 217.

ハエの目レンズ201からの照射光は、マスク照射光学系204によりマスク面203に照射される。マスク面203からの照射光はマスク結像光学系により、レチクル202の回路パターン面を照射する。マスク結像光学系は、実施の形態1における説明と同様の、前群光学系218と光路折り曲げミラー219、そして、後群光学系220で構成している。レチクル202の回路パターンは、投影光学系221により感光材料が塗布されたウエハ223の基板面上に縮小投影される。   Irradiation light from the fly-eye lens 201 is applied to the mask surface 203 by the mask irradiation optical system 204. Irradiation light from the mask surface 203 irradiates the circuit pattern surface of the reticle 202 by a mask imaging optical system. The mask imaging optical system includes the front group optical system 218, the optical path bending mirror 219, and the rear group optical system 220, which are the same as those described in the first embodiment. The circuit pattern of the reticle 202 is reduced and projected onto the substrate surface of the wafer 223 coated with a photosensitive material by the projection optical system 221.

以上に説明した図7における投影露光装置において、σ連続可変光学系を本実施の形態で説明した再結像光学系に置き換えて適用することができる。即ち、前群光学系215を、本実施の形態で説明した再結像光学系のうちG201〜G207までのレンズで構成する。そして、後群光学系217を、本実施の形態で説明した再結像光学系のうち凸レンズG208で構成する。更に、これら2つの集光光学系の間に、レチクル202及びウエハ222のスキャン方向と光軸223を含む断面内で、光軸223を直角に折り曲げる光路折り曲げミラー216を配置してσ連続可変光学系を構成する。   In the projection exposure apparatus in FIG. 7 described above, the σ continuously variable optical system can be replaced with the re-imaging optical system described in the present embodiment. That is, the front group optical system 215 is configured by lenses G201 to G207 in the re-imaging optical system described in the present embodiment. The rear group optical system 217 is configured by the convex lens G208 in the re-imaging optical system described in the present embodiment. Further, an optical path bending mirror 216 that bends the optical axis 223 at a right angle within the cross section including the scanning direction of the reticle 202 and the wafer 222 and the optical axis 223 is disposed between the two condensing optical systems. Configure the system.

従って、本実施の形態に示すような構成の再結像光学系をσ連続可変光学系として投影露光装置に適用することにより、より少ないレンズ枚数でありながら、有効光源歪みを発生させない入射光条件で、光路折り曲げミラーをσ連続化変光学系の中に配置することができる。又、本発明によれば、構造的制約条件や光学材料径の制約条件を満足させて、より大きなσ値で微細パターンを良好に焼き付けられる投影露光装置を提供することができる。   Therefore, by applying the re-imaging optical system configured as shown in the present embodiment to the projection exposure apparatus as a σ continuously variable optical system, the incident light condition that does not cause effective light source distortion while having a smaller number of lenses. Thus, the optical path bending mirror can be arranged in the σ-continuous variable optical system. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a projection exposure apparatus that can satisfy a structural constraint condition and a constraint condition of an optical material diameter and can finely print a fine pattern with a larger σ value.

<実施の形態3>
次に、本発明の実施の形態3を図8〜図10に基づいて説明する。本
本実施の形態は、図8に示すように、ハエの目レンズ301とマスク面303との間に、マスク面303を照射する集光光学系として、ハエの目レンズ射出面とマスク面303とが、ほぼフーリエ変換の関係になるようなマスク照射光学系304を配置し、更にマスク照射光学系304とマスク面303の間に、露光量を検出するためのセンサ306の受光面へマスク照射光の一部を導くためのハーフミラー307を光軸に垂直な面に対して所定の角度θを成して配置している。
<Embodiment 3>
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, as shown in FIG. 8, a fly-eye lens exit surface and a mask surface 303 are used as a condensing optical system for irradiating the mask surface 303 between the fly-eye lens 301 and the mask surface 303. And a mask irradiation optical system 304 having a Fourier transform relationship, and further, a mask irradiation is applied to the light receiving surface of the sensor 306 for detecting an exposure amount between the mask irradiation optical system 304 and the mask surface 303. A half mirror 307 for guiding a part of light is arranged at a predetermined angle θ with respect to a plane perpendicular to the optical axis.

そして、光分岐用反射面307aへの入射光線の上線と下線の反射率差をできるだけ小さくするために、光軸302に垂直な面に対する光分岐用反射面307aの設定角度θを極力小さくした例である。   An example in which the set angle θ of the light branching reflection surface 307a with respect to the surface perpendicular to the optical axis 302 is made as small as possible in order to reduce the difference in reflectance between the upper line and the lower line of incident light on the light branching reflection surface 307a as much as possible. It is.

図8に示す実施の形態では、センサ306は光軸より下方に向けているが、これを上方へ向けても良い。   In the embodiment shown in FIG. 8, the sensor 306 is directed downward from the optical axis, but may be directed upward.

又、マスク照射光学系304より外の像空間側にハーフミラー307を配置しているが、この代わりに、マスク照射光学系304の中にハーフミラー307を配置して、マスク照射光学系304の像空間側に、光学系を密封するためのシールガラスを兼ねるレンズを設け、このシールガラスの片面に緩い曲率を持たせても良い。   The half mirror 307 is disposed on the image space side outside the mask irradiation optical system 304. Instead, the half mirror 307 is disposed in the mask irradiation optical system 304, and A lens that also serves as a seal glass for sealing the optical system may be provided on the image space side, and one surface of the seal glass may have a gentle curvature.

更に、本実施の形態は、次のような投影露光装置に適用可能な例である。   Further, the present embodiment is an example applicable to the following projection exposure apparatus.

即ち、マスク結像光学系に関して、物空間開口数NAmを0. 2、物像間結像倍率Bmを−1. 0に設定した照明装置を用いている。そして、投影光学系に関して、像空間最大開口数NAwを0. 8、物像間結像倍率を−1/4、即ち−0. 25に設定している投影露光装置に適用可能である。   That is, with respect to the mask imaging optical system, an illuminating device in which the object space numerical aperture NAm is set to 0.2 and the object-image imaging magnification Bm is set to -1.0 is used. The projection optical system can be applied to a projection exposure apparatus in which the image space maximum numerical aperture NAw is set to 0.8 and the image-to-object imaging magnification is set to -1/4, that is, -0.25.

図8において、光分岐用反射面307aが光軸305と交わる位置から、マスク照射光学系304の集光点位置までの距離Lを100mm、マスク面のスキャン方向のスリット幅Dを32mmに設定すれば、ハーフミラー307をマスク面303に干渉させない状態でマスク照射システムを構成し、ウエハ側の照射スリット幅を26mm×8mmの投影露光装置に適用することができる。   In FIG. 8, the distance L from the position where the light splitting reflecting surface 307a intersects the optical axis 305 to the condensing point position of the mask irradiation optical system 304 is set to 100 mm, and the slit width D in the scanning direction of the mask surface is set to 32 mm. For example, the mask irradiation system can be configured in a state where the half mirror 307 does not interfere with the mask surface 303, and the irradiation slit width on the wafer side can be applied to a projection exposure apparatus of 26 mm × 8 mm.

ところで、図8においては、光分岐用反射面307aが光軸305 と交わる位置からマスク照射光学系304の集光点位置までの距離をL、マスク面のスキャン方向のスリット幅をD、マスク照射光学系304の最大開口光線と光軸305との成す角をγ、光分岐用反射面307aが光軸305に垂直な面との成す角度をβとして、光分岐用反射面307aからの反射光の集光点308が最軸外の最大開口光線上に位置する状態を示している。そのとき、下記の(2)式が成り立つ。   In FIG. 8, the distance from the position where the light splitting reflecting surface 307a intersects with the optical axis 305 to the condensing point position of the mask irradiation optical system 304 is L, the slit width in the scanning direction of the mask surface is D, and mask irradiation is performed. Reflected light from the reflection surface 307a for light branching, where γ is the angle formed by the maximum aperture light beam of the optical system 304 and the optical axis 305, and β is the angle formed by the light branching reflection surface 307a perpendicular to the optical axis 305. The condensing point 308 is located on the maximum aperture light beam that is the most off-axis. At that time, the following equation (2) holds.

L・sin 2β=(L+L・cos 2β)・tan γ+D/ 2 …(2)
この条件式に、L=100mm、D=32mm、を代入し、数値代入法でβに関する方程式を解くと、βは16. 2度となる。そして、センサ306及びそれに伴う光学系の鏡筒が有効光線を遮らないようにするための余裕角を5度見込めば、光軸305に垂直な面に対する光分岐用反射面307aの設定角度θを21. 2度に設定すれば良い。
L · sin 2β = (L + L · cos 2β) · tan γ + D / 2 (2)
Substituting L = 100 mm and D = 32 mm into this conditional expression, and solving the equation relating to β by the numerical substitution method, β becomes 16.2 degrees. Then, if a margin angle for preventing the sensor 306 and the accompanying optical system barrel from blocking the effective light beam is expected to be 5 degrees, the set angle θ of the light branching reflection surface 307a with respect to the surface perpendicular to the optical axis 305 is set. 21. Set to 2 degrees.

ここで、前述のマスク結像光学系の物空間開口数NAmが0. 2より、マスク照射光学系304の最大開口光線が光軸305と成す角度は11. 5度である。従って、光分岐用反射面307aの法線に対して、マスク照射光学系304からの射出光束の最外上線及び最外下線の成す角度は、それぞれ32. 7度、−9. 7度となる。このときのハーフミラー307による分光反射率の角度依存特性を図9に示す。   Here, since the object space numerical aperture NAm of the mask imaging optical system described above is 0.2, the angle formed by the maximum aperture light beam of the mask irradiation optical system 304 and the optical axis 305 is 11.5 degrees. Accordingly, the angles formed by the outermost upper line and the outermost lower line of the light beam emitted from the mask irradiation optical system 304 with respect to the normal line of the light splitting reflecting surface 307a are 32.7 degrees and -9.7 degrees, respectively. . FIG. 9 shows the angle dependence characteristics of the spectral reflectance by the half mirror 307 at this time.

図9に示すように、本実施の形態による最大開口光線の上線と下線の反射率差を、S偏光成分RSとP偏光成分RPの平均値差ΔRMで表せば0. 2%になる。この反射率差は、前述した実施の形態における光路折り曲げミラーにおける入射角度の違いによる反射率の差の最大値に比較して一桁小さい。   As shown in FIG. 9, if the reflectance difference between the upper line and the underline of the maximum aperture light beam according to the present embodiment is expressed by an average value difference ΔRM between the S-polarized component RS and the P-polarized component RP, it becomes 0.2%. This reflectance difference is an order of magnitude smaller than the maximum value of the reflectance difference due to the difference in the incident angle in the optical path bending mirror in the above-described embodiment.

本発明に係る特許請求の範囲の請求項6に示す条件式における上限及び下限値について説明する。   The upper limit and the lower limit in the conditional expression shown in claim 6 of the claims of the present invention will be described.

先ず、請求項6に示す第2の条件式の下限値について説明する。   First, the lower limit value of the second conditional expression shown in claim 6 will be described.

露光装置全体の高さを、より低く抑えるためには、マスク結像光学系における光路折り曲げミラーは、その光学系の後半に配置させるのが良い。このとき、光路折り曲げミラー部への入射光線角度を緩くするためには、軸外主光線が光軸と交わる交点位置をできるだけ物平面側に位置させるのが望ましい。従って、マスク結像光学系の物像間結像倍率Bmの絶対値は、1以上であるのが好ましい。   In order to keep the overall height of the exposure apparatus lower, the optical path bending mirror in the mask imaging optical system is preferably arranged in the latter half of the optical system. At this time, in order to loosen the incident light beam angle to the optical path bending mirror part, it is desirable to position the intersection point where the off-axis principal ray intersects the optical axis as close to the object plane as possible. Therefore, the absolute value of the object image forming magnification Bm of the mask imaging optical system is preferably 1 or more.

次に、請求項6に示す第1及び第3の条件式の下限値について説明する。   Next, lower limit values of the first and third conditional expressions shown in claim 6 will be described.

前述より、マスク結像光学系の物像間結像倍率Bmを−1. 0以上を前提とし、投影光学系に関して像空間最大開口数NAwを0. 8以上、物像間結像倍率を−1/ 4即ち−0. 25に設定している投影露光装置を想定する。そうすれば、本実施の形態で説明したように、マスク結像光学系の物空間開口数NAmの最小値は0. 2で、そのとき、マスク照射光学系304に関わる光分岐用反射面307aの設定角度θが21. 2度で最小値になる。   As described above, assuming that the imaging magnification Bm between object images of the mask imaging optical system is -1.0 or more, the maximum numerical aperture NAw of the projection optical system is 0.8 or more, and the imaging magnification between object images is- Assume a projection exposure apparatus that is set to 1/4 or -0.25. Then, as described in the present embodiment, the minimum value of the object space numerical aperture NAm of the mask imaging optical system is 0.2, and at that time, the light branching reflecting surface 307a related to the mask irradiation optical system 304 is obtained. Is set to a minimum value of 21.2 degrees.

更に、請求項6に示す条件式の上限値について説明する。   Further, the upper limit value of the conditional expression shown in claim 6 will be described.

マスク結像光学系に関しては、物空間開口数NAmを0. 45、物像間結像倍率Bmを−2.
0に設定した照明装置を前提とする。更に、投影光学系に関して像空間最大開口数NAwを0. 9、物像間結像倍率を−1/4、即ち−0. 25に設定した投影露光装置に本実施の形態を適用する場合について説明する。
For the mask imaging optical system, the object space numerical aperture NAm is 0.45, and the imaging magnification Bm between object images is -2.
Assume a lighting device set to zero. Further, the present embodiment is applied to a projection exposure apparatus in which the image space maximum numerical aperture NAw is set to 0.9 and the object-to-object imaging magnification is set to -1/4, that is, -0.25, with respect to the projection optical system. explain.

図8において、光分岐用反射面307aが光軸305と交わる位置から、マスク照射光学系304の集光点位置までの距離Lを100mm、マスク面のスキャン方向のスリット幅Dを16. 0mmに設定すれば、ハーフミラー307をマスク面303に干渉させない状態でマスク照射システムを構成し、ウエハ側の照射スリット幅を26mm×8mmの投影露光装置に適用することができる。   In FIG. 8, the distance L from the position where the light splitting reflecting surface 307a intersects the optical axis 305 to the condensing point position of the mask irradiation optical system 304 is 100 mm, and the slit width D in the scanning direction of the mask surface is 16.0 mm. If set, the mask irradiation system can be configured in a state where the half mirror 307 does not interfere with the mask surface 303, and the irradiation slit width on the wafer side can be applied to a projection exposure apparatus of 26 mm × 8 mm.

斯かる条件、L=100mm、D=16. 0mm、を前述の式(2)に代入し、数値代入法でβに関する方程式を解くと、βは29. 0度となる。そして、センサ306及びそれに伴う光学系の鏡筒が有効光線を遮らないようにするための余裕角を5度見込めば、光軸302に垂直な面に対する光分岐用反射面307aの設定角度θを34. 0度に設定すれば良い。   By substituting such conditions, L = 100 mm, D = 16.0 mm, into the above equation (2) and solving the equation for β by the numerical substitution method, β becomes 29.0 degrees. If a margin angle for preventing the effective ray from being blocked by the sensor 306 and the lens barrel of the optical system associated therewith is expected to be 5 degrees, the set angle θ of the light branching reflection surface 307a with respect to the plane perpendicular to the optical axis 302 is set. 34. It can be set to 0 degrees.

マスク結像光学系の物空間開口数NAmが0. 45であることより、マスク照射光学系304の射出光線における最大開口光線が光軸305と成す角度γは26. 7度である。よって、光分岐用反射面307aの法線に対して、マスク照射光学系304からの射出光束における最外上線及び最外下線の成す角度は、それぞれ60. 7度、−7. 3度となる。このとき、ハーフミラー307による最大開口光線の上線と下線の反射率差を、S偏光成分RSとP偏光成分RPの平均値差ΔRMで表せば5. 1%になる。   Since the object space numerical aperture NAm of the mask imaging optical system is 0.45, the angle γ formed by the maximum aperture light beam in the light beam emitted from the mask irradiation optical system 304 and the optical axis 305 is 26.7 degrees. Therefore, the angles formed by the outermost upper line and the outermost lower line in the light beam emitted from the mask irradiation optical system 304 with respect to the normal line of the light splitting reflecting surface 307a are 60.7 degrees and -7.3 degrees, respectively. . At this time, if the reflectance difference between the upper line and the underline of the maximum aperture light beam by the half mirror 307 is expressed by an average value difference ΔRM between the S-polarized component RS and the P-polarized component RP, it becomes 5.1%.

ところで、「課題を解決するための手段」の冒頭でも説明したように、レチクル照射面における有効光源のσ歪は3%以内であることが望ましい。マスク照射光学系304の入射瞳近傍に、瞳面内の透過率分布の偏りを補正するフィルターを入れることにより、有効光源におけるσ歪を小さくできるが、ΔRMの値が5%を超えた場合にこの方法で、有効光源におけるσ歪を小さくしようとすると、照度劣化に影響を及ぼし、露光装置のスループットを低下させる原因となる。   By the way, as described at the beginning of “Means for Solving the Problems”, it is desirable that the σ distortion of the effective light source on the reticle irradiation surface is within 3%. By inserting a filter for correcting the deviation of the transmittance distribution in the pupil plane in the vicinity of the entrance pupil of the mask irradiation optical system 304, the σ distortion in the effective light source can be reduced, but when the value of ΔRM exceeds 5%. If an attempt is made to reduce the σ distortion in the effective light source by this method, it will affect the illuminance deterioration and cause a reduction in the throughput of the exposure apparatus.

従って、光分岐用反射面が光軸に対して垂直な面との成す角度θを34. 0度、マスク結像光学系の物像間結像倍率Bmの絶対値を2. 0、物空間開口数NAmを0. 45と設定する場合が、本発明に係る特許請求の範囲の請求項6に示す条件式における上限値となる。   Therefore, the angle θ between the reflecting surface for splitting light and the surface perpendicular to the optical axis is 34.0 degrees, the absolute value of the imaging magnification Bm between object images of the mask imaging optical system is 2.0, and the object space The case where the numerical aperture NAm is set to 0.45 is the upper limit value in the conditional expression shown in claim 6 of the claims of the present invention.

最後に、本発明に係る特許請求の範囲の請求項7に示す条件式における上限及び下限値について説明する。   Finally, upper and lower limits in the conditional expression shown in claim 7 of the claims of the present invention will be described.

近い将来の露光装置として、投影光学系の像空間において、例えば投影光学系の最終レンズとウエハ基板との間の空間を光透過性液体で満たし、更に高NA化を図る方式が検討されている。このような液浸方式の投影光学系においては、物像間結像倍率を−1/4の設定を維持しながら、像空間開口数NAwを1. 0〜1. 5まで高NA化しようとしている。   As an exposure apparatus in the near future, in the image space of the projection optical system, for example, a method of filling the space between the final lens of the projection optical system and the wafer substrate with a light transmissive liquid and further increasing the NA is being studied. . In such an immersion projection optical system, an attempt is made to increase the image space numerical aperture NAw from 1.0 to 1.5 while maintaining the object-to-object imaging magnification of -1/4. Yes.

以上の液浸方式の投影露光装置において、該光分岐部材における光分岐のための面と、光軸に対して垂直な面との成す角度θに関して、21. 2°≦θ≦34. 0°を満足させるには、前記再結像光学系の物空間開口数NAmを0. 25≦NAm≦0. 45とし、更に前記再結像光学系の物像間結像倍率の絶対値Bmを1. 0≦Bm≦1. 8とする必要がある。   In the above-described liquid immersion projection exposure apparatus, 21.2 ° ≦ θ ≦ 34.0 ° with respect to the angle θ between the light branching surface of the light branching member and the surface perpendicular to the optical axis. In order to satisfy the above, the object space numerical aperture NAm of the re-imaging optical system is set to 0.25 ≦ NAm ≦ 0.45, and the absolute value Bm of the image-to-object imaging magnification of the re-imaging optical system is 1 It is necessary to satisfy 0 ≦ Bm ≦ 1.8.

又、このような液浸方式の投影露光装置における照明光学系において、前述の実施の形態で説明したと同様に、再結像光学系の物平面と光路折り曲げミラーとの間に、該物平面から順に正のパワーを持つレンズ群と負のパワーを持つレンズ群と正のパワーを持つレンズ群を有することが、光路折り曲げミラーへの光線入射と光軸との成す角度を、より鈍角にするために特に有効である。   Further, in the illumination optical system in such a liquid immersion type projection exposure apparatus, the object plane between the object plane of the re-imaging optical system and the optical path bending mirror is the same as described in the above embodiment. Having a lens group having a positive power, a lens group having a negative power, and a lens group having a positive power in this order makes the angle between the light incident on the optical path folding mirror and the optical axis more obtuse. This is particularly effective.

マスク照射光学系及びマスク結像光学系において、以上のような条件設定にすることにより、液浸方式という超高NAの投影光学系に対しても、対応可能な照明光学系を構成することができる。   By setting the above conditions in the mask irradiation optical system and the mask imaging optical system, it is possible to configure an illumination optical system that can cope with an ultra high NA projection optical system called an immersion method. it can.

本実施の形態で説明した集光光学系は、例えば図10に示すようなステップ・アンド・スキャン方式を採用した投影露光装置のマスク照射光学系として適用することができる。即ち、発振波長248nmのエキシマレーザー311から射出した照射光は、ビーム整形光学系312を介して所望のビーム形状に整形された後、集光光学系313により断面形状が六角形の柱状ガラス314に入射する。   The condensing optical system described in the present embodiment can be applied as a mask irradiation optical system of a projection exposure apparatus adopting a step-and-scan method as shown in FIG. 10, for example. That is, the irradiation light emitted from the excimer laser 311 having an oscillation wavelength of 248 nm is shaped into a desired beam shape via the beam shaping optical system 312, and then formed into a columnar glass 314 having a hexagonal cross section by the condensing optical system 313. Incident.

柱状ガラス314は、実施の形態1で説明したと同様に、ガラス内面による多重反射により、1つの光源から複数の光源を形成している。この柱状ガラス314からの照射光がσ連続可変光学系によりハエの目レンズ301に照射される。σ連続可変光学系は、実施の形態2における説明と同様の前群光学系315と折り曲げミラー316、そして、後群光学系317とで構成している。   As described in Embodiment 1, the columnar glass 314 forms a plurality of light sources from one light source by multiple reflection by the inner surface of the glass. Irradiation light from the columnar glass 314 is irradiated to the fly-eye lens 301 by the σ continuously variable optical system. The σ continuously variable optical system includes a front group optical system 315, a bending mirror 316, and a rear group optical system 317 similar to those described in the second embodiment.

ハエの目レンズ301からの照射光は、マスク照射システムによりマスク面303に照射される。ここで、マスク照射システムを、本実施の形態で説明したマスク照射光学系304とハーフミラー307及びセンサ306で置き換える。そして、マスク面303からの照射光は、マスク結像光学系によりレチクル302の回路パターン面に照射される。ここで、マスク結像光学系は、実施の形態1における説明と同様の前群光学系318と光路折り曲げミラー319及び後群光学系320で構成している。レチクル302の回路パターンは、投影光学系321により感光材料が塗布されたウエハ322の基板面上に縮小投影される。   Irradiation light from the fly-eye lens 301 is applied to the mask surface 303 by a mask irradiation system. Here, the mask irradiation system is replaced with the mask irradiation optical system 304, the half mirror 307, and the sensor 306 described in this embodiment. The irradiation light from the mask surface 303 is applied to the circuit pattern surface of the reticle 302 by the mask imaging optical system. Here, the mask imaging optical system includes the front group optical system 318, the optical path bending mirror 319, and the rear group optical system 320 which are the same as those described in the first embodiment. The circuit pattern of the reticle 302 is reduced and projected onto the substrate surface of the wafer 322 coated with a photosensitive material by the projection optical system 321.

センサ306はハーフミラー307からの反射光を受光し、増幅器324によって信号が増幅された後、制御部325に出力される。制御部324ではセンサ306の検出結果に基づき、エキシマレーザー311の出力を制御し、ウエハ基板上の露光量が最適に成るように露光量制御を行うことができる。   The sensor 306 receives the reflected light from the half mirror 307, and after the signal is amplified by the amplifier 324, it is output to the control unit 325. Based on the detection result of the sensor 306, the control unit 324 can control the output of the excimer laser 311 so that the exposure amount on the wafer substrate is optimized.

従って、マスク結像光学系として実施の形態1の再結像光学系を適用した投影露光装置、又はσ連続化変光学系として実施の形態2の再結像光学系を適用した投影露光装置において、本実施の形態で説明したマスク照射光学系を、それぞれのマスク照射光学系104又は204に適用すれば、レチクル照射光における有効光源歪みを抑えながら、露光量を最適に制御することが可能な投影露光装置を提供することができる。   Therefore, in a projection exposure apparatus to which the re-imaging optical system of the first embodiment is applied as a mask imaging optical system, or a projection exposure apparatus to which the re-imaging optical system of the second embodiment is applied as a σ-continuous variable optical system. If the mask irradiation optical system described in this embodiment is applied to each mask irradiation optical system 104 or 204, the exposure amount can be optimally controlled while suppressing the effective light source distortion in the reticle irradiation light. A projection exposure apparatus can be provided.

特に、近年注目されている液浸露光装置、即ち投影光学系の像空間を液浸にして超高NA化を実現しようとする露光装置において、本発明による光路折り曲げミラーに関する技術を適用すれば、レチクルを照射する照射光において、光束の上線と下線において光量の絶対値差を小さく抑えるだけでなく、S成分とP成分の偏光成分の差をも小さく抑えることができる。従って、今後のより高精度な半導体素子を製作する場合において、より微細な回路パターンを忠実に焼き付けることができる投影露光装置を提供することができる。   In particular, in an immersion exposure apparatus that has been attracting attention in recent years, i.e., an exposure apparatus that is intended to realize an ultra-high NA by immersing the image space of the projection optical system, if the technique related to the optical path bending mirror according to the present invention is applied, In the irradiation light for irradiating the reticle, not only the absolute value difference of the light amount between the upper and lower lines of the light beam can be suppressed, but also the difference between the polarization components of the S component and the P component can be suppressed. Therefore, it is possible to provide a projection exposure apparatus capable of faithfully printing a finer circuit pattern when manufacturing a future highly accurate semiconductor element.

本発明の実施の形態1の説明図である。It is explanatory drawing of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に用いた再結像光学系の収差図である。It is an aberration diagram of the re-imaging optical system used in Embodiment 1 of the present invention. 投影露光装置におけるマスク結像光学系として本発明の実施の形態1に用いた再結像光学系を適用した場合の概略図である。It is the schematic at the time of applying the re-imaging optical system used for Embodiment 1 of this invention as a mask imaging optical system in a projection exposure apparatus. 本発明の実施の形態2の説明図である。It is explanatory drawing of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に用いた再結像光学系のポジションP1における収差図である。FIG. 10 is an aberration diagram at a position P1 of the re-imaging optical system used in Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施の形態2に用いた再結像光学系のポジションP3における収差図である。FIG. 6 is an aberration diagram at a position P3 of the re-imaging optical system used in Embodiment 2 of the present invention. 投影露光装置におけるσ連続可変光学系として本発明の実施の形態2に用いた再結像光学系を適用した場合の概略図である。It is the schematic at the time of applying the re-imaging optical system used for Embodiment 2 of this invention as (sigma) continuous variable optical system in a projection exposure apparatus. 本発明の実施の形態3の説明図である。It is explanatory drawing of Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3のハーフミラーにおける分光反射率の角度依存特性を示す図である。It is a figure which shows the angle dependence characteristic of the spectral reflectance in the half mirror of Embodiment 3 of this invention. 投影露光装置におけるリレー光学系として本発明の実施の形態3に用いた集光光学系に関する技術を適用した場合の概略図である。It is the schematic at the time of applying the technique regarding the condensing optical system used for Embodiment 3 of this invention as a relay optical system in a projection exposure apparatus. 一般的な高反射ミラーにおける反射率の角度依存特性を示す図である。It is a figure which shows the angle dependence characteristic of the reflectance in a common high reflection mirror.

符号の説明Explanation of symbols

101,201,301 ハエの目レンズ
102,202,302 レチクル
103,203,303 マスク面
104,204,304 マスク照射光学系
105,121,205,223,305,323 光軸
106,206 光路折り曲げ部
107,207 軸外光束の主光線
108,208 軸外光束の主光線と光軸の交点位置
111,211,311 エキシマレーザー
112,212,312 ビーム整形光学系
114,214,314 柱状ガラス
115 σ連続可変光学系
116,215,218,315,318 前群光学系
117,216,219,316,319 光路折り曲げミラー
118,217,220,317,320 後群光学系
119,221,321 投影光学系
120,222,322 ウエハ
209 物平面
210 像平面
306 センサ
307 ハーフミラー
307a 光分岐反射面
324 増幅器
325 制御部
101, 201, 301 Fly's eye lens 102, 202, 302 Reticle 103, 203, 303 Mask surface 104, 204, 304 Mask irradiation optical system 105, 121, 205, 223, 305, 323 Optical axis 106, 206 Optical path bending portion 107,207 chief ray of off-axis light beam 108,208 intersection position of chief ray of off-axis light beam and optical axis 111, 211, 311 excimer laser 112, 212, 312 beam shaping optical system 114, 214, 314 columnar glass 115 sigma continuous Variable optical system 116,215,218,315,318 Front group optical system 117,216,219,316,319 Optical path bending mirror 118,217,220,317,320 Rear group optical system 119,221,321 Projection optical system 120 , 222, 322 Wafer 209 Object plane 10 image plane 306 sensor 307 half mirror 307a light branching reflecting surface 324 amplifier 325 control unit

Claims (8)

レーザー光を発生する光源と、途中の光路を折り曲げる光路折り曲げミラーと、レチクルを照射する照明光学系と、該レチクル上のパターンをウエハ基板上に結像させる投影光学系を有する投影露光装置において、
前記光路折り曲げミラーの法線に対する光線入射角をα、この入射角の全範囲に渡る前記光路折り曲げミラーにおける反射率の差の最大値をΔR、前記投影光学系の像空間開口数をNAwとしたとき、
30°≦α≦60°
ΔR≦3%
0. 8≦NAw≦1. 0
を満足することを特徴とする投影露光装置。
In a projection exposure apparatus having a light source that generates laser light, an optical path bending mirror that bends an optical path in the middle, an illumination optical system that irradiates a reticle, and a projection optical system that forms an image of a pattern on the reticle on a wafer substrate.
The incident angle of light with respect to the normal of the optical path bending mirror is α, the maximum difference in reflectance of the optical path bending mirror over the entire range of the incident angle is ΔR, and the image space numerical aperture of the projection optical system is NAw. When
30 ° ≦ α ≦ 60 °
ΔR ≦ 3%
0.8 ≦ NAw ≦ 1.0
A projection exposure apparatus characterized by satisfying
レーザー光を発生する光源と、途中の光路を折り曲げる光路折り曲げミラーと、レチクルを照射する照明光学系と、該レチクル上のパターンをウエハ基板上に結像させる投影光学系を有し、該投影光学系の像空間の少なくとも一部の空間を光透過性液体で満たす液浸方式の投影露光装置において、
前記光路折り曲げミラーの法線に対する光線入射角をα、この入射角の全範囲に渡る前記光路折り曲げミラーにおける反射率の差の最大値をΔR、前記投影光学系の像空間開口数をNAwとしたとき、
30°≦α≦60°
ΔR≦3%
1. 0≦NAw≦1. 5
を満足することを特徴とする投影露光装置。
A light source that generates laser light, an optical path bending mirror that bends an optical path in the middle, an illumination optical system that irradiates the reticle, and a projection optical system that forms an image of the pattern on the reticle on a wafer substrate; In an immersion type projection exposure apparatus that fills at least part of the image space of the system with a light-transmitting liquid,
The incident angle of light with respect to the normal of the optical path bending mirror is α, the maximum difference in reflectance of the optical path bending mirror over the entire range of the incident angle is ΔR, and the image space numerical aperture of the projection optical system is NAw. When
30 ° ≦ α ≦ 60 °
ΔR ≦ 3%
1.0 ≦ NAw ≦ 1.5
A projection exposure apparatus characterized by satisfying
前記照明光学系において、物平面と像平面が共役関係にある再結像光学系を有し、該再結像光学系における軸外光束の主光線が光軸と交わる位置と、最も像平面側の正のパワーを持つレンズ群の間に前記光路折り曲げミラーを配置したことを特徴とする請求項1又は2記載の投影露光装置。   The illumination optical system has a re-imaging optical system in which the object plane and the image plane are in a conjugate relationship, and the position where the principal ray of the off-axis light beam intersects the optical axis in the re-imaging optical system and the image plane side most 3. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the optical path bending mirror is disposed between lens groups having a positive power. 前記照明光学系において、物平面と像平面が共役関係にある再結像光学系を有し、該再結像光学系の物平面と前記光路折り曲げミラーとの間に、該物平面から順に正のパワーを持つレンズ群と負のパワーを持つレンズ群と正のパワーを持つレンズ群を有することを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の投影露光装置。   The illumination optical system includes a re-imaging optical system in which the object plane and the image plane are in a conjugate relationship, and the object plane and the optical path folding mirror are sequentially arranged in order from the object plane. 4. The projection exposure apparatus according to claim 1, further comprising a lens group having a negative power, a lens group having a negative power, and a lens group having a positive power. 前記再結像光学系は射出照射領域の広がりを連続的に変化させることのできる照射領域可変光学系であり、該照射領域可変光学系は物平面より順に正のパワーを持つ第1の固定群と、負のパワーを持つ第1の移動群と、正のパワーを持つ第2の移動群と、負のパワーを持つ第2の固定群と、正のパワーを持つ第3の固定群を有し、前記第2の固定群と前記第3の固定群との間に前記光路折り曲げミラーを配置し、物平面における照射光の光軸からの最大高さをH1、射出照射範囲が最大時の像平面における照射光の光軸からの最大高さをH2としたとき、
4. 2≦H2/H1≦15. 0
を満足することを特徴とする請求項3又は4記載の投影露光装置。
The re-imaging optical system is an irradiation area variable optical system capable of continuously changing the spread of the emission irradiation area, and the irradiation area variable optical system is a first fixed group having a positive power in order from the object plane. And a first moving group having negative power, a second moving group having positive power, a second fixed group having negative power, and a third fixed group having positive power. The optical path bending mirror is arranged between the second fixed group and the third fixed group, the maximum height from the optical axis of the irradiation light on the object plane is H1, and the emission irradiation range is the maximum. When the maximum height from the optical axis of the irradiation light on the image plane is H2,
4. 2 ≦ H2 / H1 ≦ 15.0
The projection exposure apparatus according to claim 3, wherein:
前記再結像光学系の物平面を照射する集光光学系と、該集光光学系の中又は該集光光学系と前記再結像光学系の間の何れかに該集光光学系の光束の一部を分岐させる光分岐部材を有する投影露光装置において、
前記光分岐部材における光分岐のための面と光軸に対して垂直な面との成す角度をθ、前記再結像光学系の物像間結像倍率の絶対値をBmとし、前記再結像光学系の物空間開口数をNAmとしたとき、
21. 2°≦θ≦34. 0°
1. 0≦Bm≦2. 0
0. 2≦NAm≦0. 45
であることを特徴とする請求項3又は4記載の投影露光装置。
A condensing optical system for irradiating an object plane of the re-imaging optical system, and the condensing optical system either in the condensing optical system or between the condensing optical system and the re-imaging optical system. In a projection exposure apparatus having a light branching member that branches a part of a light beam,
The angle between the light branching surface of the light branching member and the surface perpendicular to the optical axis is θ, and the absolute value of the imaging magnification between object images of the reimaging optical system is Bm. When the object space numerical aperture of the image optical system is NAm,
21.2 ° ≦ θ ≦ 34.0 °
1.0 ≦ Bm ≦ 2.0
0.2 ≦ NAm ≦ 0.45
5. The projection exposure apparatus according to claim 3, wherein the projection exposure apparatus is a projection exposure apparatus.
前記照明光学系の中に、物平面と像平面が共役関係にある再結像光学系を有し、該再結像光学系における軸外光束の主光線が光軸と交わる位置と最も像平面側の正のパワーを持つレンズ群の間に前記光路折り曲げミラーを配置し、更に該再結像光学系の物平面を照射する集光光学系と、該集光光学系の中又は該集光光学系と前記再結像光学系の間の何れかに該集光光学系の光束の一部を分岐させる光分岐部材を有する投影露光装置において、
前記光分岐部材における光分岐のための面と光軸に対して垂直な面との成す角度をθ、前記再結像光学系の物像間結像倍率の絶対値をBmとし、前記再結像光学系の物空間開口数をNAmとしたとき、
21. 2°≦θ≦34. 0°
1. 0≦Bm≦1. 8
0. 25≦NAm≦0. 45
であることを特徴とする請求項2記載の投影露光装置。
The illumination optical system includes a re-imaging optical system in which the object plane and the image plane are in a conjugate relationship, and the position where the principal ray of the off-axis light beam intersects the optical axis and the most image plane in the re-imaging optical system A converging optical system that irradiates an object plane of the re-imaging optical system, and a condensing optical system that irradiates an object plane of the re-imaging optical system. In a projection exposure apparatus having a light branching member for branching a part of a light beam of the condensing optical system between an optical system and the re-imaging optical system,
The angle between the light branching surface of the light branching member and the surface perpendicular to the optical axis is θ, and the absolute value of the imaging magnification between object images of the reimaging optical system is Bm. When the object space numerical aperture of the image optical system is NAm,
21.2 ° ≦ θ ≦ 34.0 °
1.0 ≦ Bm ≦ 1.8
0.25 ≦ NAm ≦ 0.45
The projection exposure apparatus according to claim 2, wherein:
前記再結像光学系の物平面と前記光路折り曲げミラーとの間に、該物平面から順に正のパワーを持つレンズ群と負のパワーを持つレンズ群と正のパワーを持つレンズ群を有することを特徴とする請求項6記載の投影露光装置。   Between the object plane of the re-imaging optical system and the optical path bending mirror, a lens group having a positive power, a lens group having a negative power, and a lens group having a positive power are sequentially arranged from the object plane. The projection exposure apparatus according to claim 6.
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