JP2006086141A - 投影光学系、露光装置、および露光方法 - Google Patents

投影光学系、露光装置、および露光方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 像面との間の光路中に液体を介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、光学系の大型化および非球面数の増大が抑えられた高性能な投影光学系。
【解決手段】 本発明の投影光学系は、像側テレセントリックな光束を用いて第1面(R)の像を第2面(W)上に形成する。投影光学系は、第1面側から順に、負屈折力の第1レンズ群(G1)と、正屈折力の第2レンズ群(G2)と、負屈折力の第3レンズ群(G3)と、正屈折力の第4レンズ群(G4)と、正屈折力の第5レンズ群(G5)とを備えている。投影光学系は0.9以上の像側開口数を有し、投影光学系が有する非球面の数は4つ以下であり、投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を1とするとき、投影光学系と第2面との間の光路は1.1よりも大きい屈折率を有する媒質で満たされている。
【選択図】 図3

Description

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のデバイス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好適な投影光学系に関するものである。
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、マスク(またはレチクル)のパターン像を、投影光学系を介して、感光性基板(フォトレジストが塗布されたウェハ、ガラスプレート等)上に投影露光する露光装置が使用されている。露光装置では、半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影光学系に要求される解像力(解像度)が益々高まっている。
そこで、投影光学系の解像力に対する要求を満足するために、照明光(露光光)の波長λを短くするとともに、投影光学系の像側開口数NAを大きくする必要がある。具体的には、投影光学系の解像度は、k・λ/NA(kはプロセス係数)で表される。また、像側開口数NAは、投影光学系と感光性基板との間の媒質(通常は空気などの気体)の屈折率をnとし、感光性基板への最大入射角をθとすると、n・sinθで表される。
この場合、最大入射角θを大きくすることにより像側開口数の増大を図ろうとすると、感光性基板への入射角および投影光学系からの射出角が大きくなり、光学面での反射損失が増大して、大きな実効的な像側開口数を確保することはできない。そこで、投影光学系と感光性基板との間の光路中に屈折率の高い液体のような媒質を満たすことにより像側開口数の増大を図る液浸技術が知られている(たとえば特許文献1を参照)。
特開2004−205698号公報
しかしながら、液浸技術を用いて大きな像側開口数を有する投影光学系を実現しようとすると、開口数に比例してレンズの外径が大きくなったり、良好な光学性能を得るために非球面を多用することが必要になったりするため、光学系の製造コストが高くなりがちである。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、像面との間の光路中に液体を介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、光学系の大型化および非球面数の増大が抑えられた高性能な投影光学系を提供することを目的とする。
大きな実効的な像側開口数を確保しつつ光学系の大型化および非球面数の増大が抑えられた高性能な投影光学系を用いて、高解像で高精度の投影露光を行う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。
前記課題を解決するために、本発明の第1形態では、像側テレセントリックな光束を用いて第1面の像を第2面上に形成する投影光学系において、
前記第1面側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、負の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群と、正の屈折力を有する第5レンズ群とを備え、
前記投影光学系は0.9以上の像側開口数を有し、
前記投影光学系が有する非球面形状に形成された光学面の数は4つ以下であり、
前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を1とするとき、前記投影光学系と前記第2面との間の光路は1.1よりも大きい屈折率を有する媒質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。
本発明の第2形態では、前記第1面に設定されたマスクを照明するための照明系と、前記マスク上のパターンの像を前記第2面に設定された感光性基板に投影するための第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。
本発明の第3形態では、前記第1面に設定されたマスクを照明する照明工程と、第1形態の投影光学系を介して前記マスク上のパターンの像を前記第2面に設定された感光性基板上に投影露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。
本発明では、投影光学系と像面との間の光路中に1.1よりも大きい屈折率を有する媒質(液体)を介在させることにより、最も像側の光学面に入射する光の入射角度を小さく抑えて高次の球面収差の発生量を小さく抑えるとともに、投影光学系の像側開口数の増大を図っている。また、本発明では、物体側から順に負・正・負・正・正の屈折力配置を採用することにより、軸外光の収差を良好に補正している。さらに、本発明では、非球面の数を4つ以下に抑えている。
こうして、本発明では、像面との間の光路中に液体を介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、光学系の大型化および非球面数の増大が抑えられ、ひいては製造コストが抑えられた高性能な投影光学系を実現することができる。また、本発明の露光装置および露光方法では、大きな実効的な像側開口数を確保しつつ光学系の大型化および非球面数の増大が抑えられた高性能な投影光学系を用いているので、高解像で高精度の投影露光を行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。
本発明の投影光学系は、像側テレセントリックな光束を用いて第1面(露光装置に適用した場合にはマスク)の像を第2面(露光装置に適用した場合には感光性基板)上に形成する。この場合、投影光学系中の最も像側(第2面側)の光学面は平面形状または曲率の小さい曲面形状に形成されることが多く、像側開口数が大きくなるにつれてこの最も像側の光学面で発生する高次の球面収差の発生量が大きくなる。
しかしながら、像側開口数が同じであるならば、上記最も像側の光学面と像面(第2面)との間を水のような液体(一般的には1.1よりも大きい屈折率を有する媒質)で満たすことにより、この最も像側の光学面に入射する光の入射角度を小さく抑え、ひいては高次の球面収差の発生量を小さく抑えることができる。また、投影光学系と像面との間の光路中に液体のような高屈折率の媒質を介在させることにより、投影光学系の像側開口数の増大を図ることもできる。
一般に、投影光学系中の最も物体側(第1面側)に正屈折力のレンズ群を配置し、この正レンズ群の後側(像側)に負屈折力のレンズ群を配置すると、歪曲収差およびテレセントリシティを良好に補正し易い。しかしながら、本発明の投影光学系のように像側開口数が大きい場合には、像側開口数に比例して物体側の開口数も大きくなるので、最も物体側に正屈折力のレンズ群を配置すると、軸外光の収差を補正し切れなくなってしまう。そこで、本発明では、軸外光の収差を良好に補正するために、物体側から順に負屈折力の第1レンズ群と正屈折力の第2レンズ群と負屈折力の第3レンズ群と正屈折力の第4レンズ群と正屈折力の第5レンズ群とを配置している。
また、本発明の投影光学系は0.9以上の像側開口数を有し、非球面の数が4つ以下に抑えられている。こうして、本発明では、像面との間の光路中に液体を介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、光学系の大型化および非球面数の増大が抑えられた高性能な投影光学系を実現している。したがって、本発明の露光装置および露光方法では、大きな実効的な像側開口数を確保しつつ光学系の大型化および非球面数の増大が抑えられた高性能な投影光学系を用いて、高解像で高精度の投影露光を行うことができる。
なお、上述したように、第1レンズ群は負の屈折力を有するため、第1レンズ群中の球面レンズだけで歪曲収差とテレセントリシティとを同時に良好に補正することが困難である。そこで、第1レンズ群に少なくとも1つの非球面を導入することにより、歪曲収差とテレセントリシティとを同時に良好に補正することが可能になる。
また、像面の平坦性を得るためには、ペッツバール和の補正が必要である。本発明においては、第3レンズ群がペッツバール和の補正に関する主な役割を果たしている。しかしながら、この第3レンズ群には過大な負担が掛かりがちであり、第3レンズ群で発生する正の球面収差の量は球面レンズのみで補正するには大きすぎる。そこで、第3レンズ群に少なくとも1つの非球面を導入することにより、ペッツバール和を良好に補正し、ひいては像面の平坦性を得ることができる。
また、上述したように、高開口数の投影光学系においては、最も像側の光学面で発生する球面収差の量が大きくなる。液浸型の投影光学系であっても、第5レンズ群中の球面レンズのみで球面収差を補正するのは困難である。そこで、第5レンズ群に少なくとも1つの非球面を導入することにより、球面収差を良好に補正することができる。
また、本発明では、第4レンズ群において光軸から比較的離れた位置を光線が通るため、第4レンズ群中に正レンズと負レンズとの組み合わせ(すなわち互いに隣り合う正レンズと負レンズとの対)を少なくとも1つ配置することにより、球面収差とコマ収差とをバランス良く補正することができる。
また、本発明では、次の条件式(1)を満足することが好ましい。条件式(1)において、f5は第5レンズ群の焦点距離であり、TLは物体面(第1面)と像面(第2面)との距離(すなわち物像点間距離)である。
0.02<f5/TL<0.3 (1)
条件式(1)は、第5レンズ群のパワー(屈折力)の適切な範囲を規定している。条件式(1)の下限値を下回ると、第5レンズ群のパワーが大きくなり過ぎて、ペッツバール和の補正に不利であり、また収差発生量も大きくなるので好ましくない。一方、条件式(1)の上限値を上回ると、第5レンズ群のパワーが小さくなり過ぎて、レンズの外径が大きくなり、ひいては光学系が大型化するので好ましくない。なお、本発明の効果をさらに高めるには、条件式(1)の上限値を0.16に設定し、下限値を0.08に設定することが好ましい。
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。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、KrF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。
レチクルRは、レチクルホルダ(不図示)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、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を用いたレチクル干渉計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。干渉計RIFの出力は、レチクル制御部CRに供給される。
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。ウェハWは、ウェハホルダテーブル(不図示)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上では矩形状の静止露光領域(実効露光領域)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を用いたウェハ干渉計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。ウェハ干渉計WIFの出力も、制御部CRに供給される。
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(各実施例では平行平面板P1)と最もウェハ側に配置された境界レンズLb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。
図2は、本実施形態の各実施例における境界レンズとウェハとの間の構成を概略的に示す図である。図2を参照すると、本実施形態の各実施例において、投影光学系PLの最もウェハ側に配置された境界レンズLbとウェハWとの間の光路は、1.1よりも大きい屈折率を有する媒質Lmで満たされている。各実施例では、媒質Lmとして純水を用いている。なお、投影光学系PLの境界レンズLbとウェハWとの間の光路中に液体媒質Lmを満たし続けるには、たとえば国際公開番号WO99/49504号公報に開示された技術や、特開平10−303114号公報に開示された技術などを用いることができる。
国際公開番号WO99/49504号公報に開示された技術では、液体供給装置から供給管および排出ノズルを介して所定の温度に調整された液体(媒質Lm)を境界レンズLbとウェハWとの間の光路を満たすように供給し、液体供給装置により回収管および流入ノズルを介してウェハW上から液体を回収する。一方、特開平10−303114号公報に開示された技術では、液体(媒質Lm)を収容することができるようにウェハホルダテーブルを容器状に構成し、その内底部の中央において(液体中において)ウェハWを真空吸着により位置決め保持する。また、投影光学系PLの鏡筒先端部が液体中に達し、ひいては境界レンズLbのウェハ側の光学面が液体中に達するように構成する。
上述のように、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。こうして、制御部CRからの指令を受けた駆動系を介して、投影光学系PLの光軸AXと直交する平面(XY平面)内においてレチクルRおよびウェハWを投影光学系PLに対して相対移動させながら、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、ウェハWの各露光領域にレチクルパターンをスキャン露光する。
各実施例では、投影光学系PLを構成するレンズ成分は、すべて石英(SiO2)により形成されている。また、各実施例において露光光であるKrFエキシマレーザ光の発振中心波長は248.3nmであり、この中心波長に対する石英の屈折率は1.50839である。さらに、各実施例では、境界レンズLbとウェハWとの間に介在する媒質Lmとして、露光光に対して1.3778の屈折率を有する純水を用いている。
また、各実施例において、投影光学系PLは、物体側(マスク側)から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、負の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4と、正の屈折力を有する第5レンズ群G5とにより構成されている。さらに、各実施例において、投影光学系PLは、物体側および像側の両側にほぼテレセントリックに構成されている。
また、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。
z=(y2/r)/[1+{1−(1+κ)・y2/r21/2
+C4・y4+C6・y6+C8・y8+C10・y10
+C12・y12+C14・y14 (a)
[第1実施例]
図3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3を参照すると、第1実施例の投影光学系PLにおいて、第1レンズ群G1は、レチクル側から順に、平行平面板P1と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズL11と、両凹レンズL12とにより構成されている。第2レンズ群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、両凸レンズL22と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズL23と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズL24と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズL25とにより構成されている。
第3レンズ群G3は、レチクル側から順に、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズL31と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズL32と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズL33と、両凹レンズL34と、両凹レンズL35と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズL36とにより構成されている。第4レンズ群G4は、レチクル側から順に、両凸レンズL41と、両凸レンズL42と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズL43と、両凹レンズL44と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズL45とにより構成されている。
第5レンズ群G5は、レチクル側から順に、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズL51と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズL52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L53と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズL54と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズL55と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズL56(境界レンズLb)とにより構成されている。第1実施例では、境界レンズLbとしての平凸レンズL56とウェハWとの間の光路中に、純水からなる媒質Lmが満たされている。
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(結像倍率)の大きさを、NAは像側開口数を、Omは最大物体高を、Ymは最大像高を、TLは物像点間距離をそれぞれ表している。また、面番号は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、nは中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。なお、表(1)における表記は、以降の表(2)においても同様である。
表(1)
(主要諸元)
λ=248.3nm
β=1/4
NA=0.95
Om=55.4mm
Ym=13.85mm
TL=1250mm

(光学部材諸元)
面番号 r d n 光学部材
(レチクル面) 50.00000
1 ∞ 8.00000 1.50839 (P1)
2 ∞ 6.60286
3 -1531.97919 15.00000 1.50839 (L11)
4* 197.06118 47.04669
5 -101.54196 15.00000 1.50839 (L12)
6 99602.04917 8.23548
7 -960.07930 51.68373 1.50839 (L21)
8 -168.18011 1.00000
9 1111.86299 48.87285 1.50839 (L22)
10 -443.93197 1.00000
11 -6316.36502 51.92571 1.50839 (L23)
12 -330.34622 1.00000
13 235.84375 60.00000 1.50839 (L24)
14 830.95132 1.00000
15 284.07056 46.46553 1.50839 (L25)
16 1578.07412 1.00000
17 185.16914 39.71076 1.50839 (L31)
18 431.28341 10.52298
19 603.98630 15.00000 1.50839 (L32)
20 206.96699 34.58123
21* -339.17781 15.00000 1.50839 (L33)
22 104.85933 31.15077
23 -1610.93152 15.00000 1.50839 (L34)
24 173.01233 39.96499
25 -125.65423 15.00000 1.50839 (L35)
26 634.95419 14.21605
27 -720.49977 36.17430 1.50839 (L36)
28 -169.27742 1.00000
29 5366.06486 36.88885 1.50839 (L41)
30 -290.10265 1.00000
31 553.08328 27.54190 1.50839 (L42)
32 -4078.15401 42.75467
33 -210.00000 25.00000 1.50839 (L43)
34 -312.92025 15.69122
35 -826.33069 23.00000 1.50839 (L44)
36 1851.18637 25.04227
37 -705.75352 59.84017 1.50839 (L45)
38 -218.90116 1.00000
39 257.72226 49.65447 1.50839 (L51)
40 805.22386 1.00000
41 247.35576 40.64276 1.50839 (L52)
42 518.03672 1.00000
43 216.98491 47.79895 1.50839 (L53)
44* 585.27779 18.98206
45 140.03074 55.00000 1.50839 (L54)
46 151.10931 1.00000
47 98.43240 47.09772 1.50839 (L55)
48 215.98062 4.08388
49 284.42804 41.82715 1.50839 (L56:Lb)
50 ∞ 3.00000 1.3778 (Lm)
(ウェハ面)

(非球面データ)
4面
κ=0
4=−1.38054×10-7 6=4.67620×10-12
8=−2.24553×10-1610=1.42167×10-20
12=−7.35104×10-2514=5.00630×10-29

21面
κ=0
4=−5.99191×10-8 6=5.69130×10-12
8=−1.31949×10-1610=−1.28747×10-20
12=1.28724×10-2414=−3.87756×10-29

44面
κ=0
4=1.50430×10-8 6=2.93699×10-14
8=1.29216×10-1810=6.15673×10-23
12=−1.20441×10-2714=5.52088×10-32

(条件式対応値)
f5=149.9mm
(1)f5/TL=0.120
図4は、第1実施例における横収差を示す図である。図4の収差図から明らかなように、第1実施例では、投影倍率の大きさが1/4の投影光学系において、波長が248.3nmのKrFエキシマレーザ光を用いて大きな像側開口数(NA=0.95)を確保しているにもかかわらず、半径(最大像高)が13.85mmのイメージサークル内におい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]
図5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5を参照すると、第2実施例の投影光学系PLにおいて、第1レンズ群G1は、レチクル側から順に、平行平面板P1と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズL11と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズL12とにより構成されている。第2レンズ群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、両凸レンズL22と、両凸レンズL23と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズL24と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズL25とにより構成されている。
第3レンズ群G3は、レチクル側から順に、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズL31と、両凹レンズL32と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズL33と、両凹レンズL34と、両凹レンズL35と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズL36とにより構成されている。第4レンズ群G4は、レチクル側から順に、両凸レンズL41と、両凸レンズL42と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズL43と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズL44と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズL45とにより構成されている。
第5レンズ群G5は、レチクル側から順に、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズL51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L52と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズL53と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズL54と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズL55(境界レンズLb)とにより構成されている。第2実施例では、境界レンズLbとしての平凸レンズL55とウェハWとの間の光路中に、純水からなる媒質Lmが満たされている。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。
表(2)
(主要諸元)
λ=248.3nm
β=1/4
NA=0.95
Om=55.4mm
Ym=13.85mm
TL=1250mm

(光学部材諸元)
面番号 r d n 光学部材
(レチクル面) 50.00000
1 ∞ 8.00000 1.50839 (P1)
2 ∞ 6.627920
3 -1508.41999 15.00000 1.50839 (L11)
4* 185.35021 48.773698
5 -99.95203 15.000000 1.50839 (L12)
6 -1312.66026 6.918902
7 -789.14473 55.000000 1.50839 (L21)
8 -157.84560 1.000000
9 753.05318 52.563868 1.50839 (L22)
10 -464.40157 1.000000
11 384.44980 51.934232 1.50839 (L23)
12 -3391.33141 1.000000
13 287.80891 51.691169 1.50839 (L24)
14 1787.73355 1.000000
15 286.97823 36.635613 1.50839 (L25)
16 774.88792 1.000000
17 216.66182 45.092627 1.50839 (L31)
18 1971.82262 17.921769
19 -937.24384 15.000000 1.50839 (L32)
20 278.69333 22.096415
21* -800.00000 15.000000 1.50839 (L33)
22 112.89832 36.634597
23 -269.56908 15.000000 1.50839 (L34)
24 220.52750 40.894570
25 -113.48073 15.000000 1.50839 (L35)
26 1011.20601 12.406257
27 -739.53894 40.414790 1.50839 (L36)
28 -161.39502 1.000000
29 1775.44530 37.322931 1.50839 (L41)
30 -345.24621 1.000000
31 563.76712 44.573213 1.50839 (L42)
32 -467.62797 39.451350
33 -178.98206 15.000000 1.50839 (L43)
34 -600.89536 38.125988
35 -331.39060 40.002612 1.50839 (L44)
36 -215.69170 1.000000
37 -312.10787 50.000000 1.50839 (L45)
38 -260.59386 1.000000
39 283.57577 54.934405 1.50839 (L51)
40 1807.37092 1.000000
41 280.48659 42.015482 1.50839 (L52)
42* 679.65888 1.000000
43 169.29270 61.795665 1.50839 (L53)
44 627.89418 32.925001
45 103.06554 40.857399 1.50839 (L54)
46 216.17041 10.389530
47 407.64133 55.000000 1.50839 (L55:Lb)
48 ∞ 3.000000 1.3778 (Lm)
(ウェハ面)

(非球面データ)
4面
κ=0
4=−0.150064×10-6 6=0.518500×10-11
8=−0.281737×10-1510=0.173690×10-19
12=−0.100905×10-2314=0.633328×10-28

21面
κ=0
4=−0.681369×10-7 6=0.508916×10-11
8=0.114306×10-1610=−0.222642×10-19
12=0.145805×10-2314=−0.335518×10-28

42面
κ=0
4=0.945650×10-8 6=0.577255×10-13
8=0.447503×10-1810=0.191903×10-22
12=−0.250982×10-2714=0.981460×10-32

(条件式対応値)
f5=152.3mm
(1)f5/TL=0.122
図6は、第2実施例における横収差を示す図である。図6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、投影倍率の大きさが1/4の投影光学系において、波長が248.3nmのKrFエキシマレーザ光を用いて大きな像側開口数(NA=0.95)を確保しているにもかかわらず、半径(最大像高)が13.85mmのイメージサークル内において収差が良好に補正されていることがわかる。
こうして、各実施例では、248.3nmのKrFエキシマレーザ光に対して、像側開口数NA=0.95を確保するとともに、半径(最大像高)が13.85mmのイメージサークル内において26mm×8.8mmの矩形状の静止露光領域を確保して、たとえば26mm×33mmの矩形状の露光領域内にレチクルパターンを高い解像度で走査露光することができる。
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7のフローチャートを参照して説明する。
先ず、図7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1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。
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。
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8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8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。
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。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。
なお、上述の実施形態では、KrF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ArFエキシマレーザ光源のような他の適当な光源を用いることもできる。ここで、たとえばArFエキシマレーザ光を露光光とする場合には、KrFエキシマレーザ光の場合と同様に、媒質として純水、脱イオン水などを用いることができる。
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。
また、上述の実施形態では、レチクルおよびウェハを投影光学系に対して相対移動させながら、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、ウェハの各露光領域にパターンをスキャン露光している。しかしながら、これに限定されることなく、ウェハを二次元的に駆動制御しながら一括露光を行うことにより、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、ウェハのショット領域にパターンを逐次露光することもできる。
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。 本実施形態の各実施例における境界レンズとウェハとの間の構成を概略的に示す図である。 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。 第1実施例における横収差を示す図である。 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。 第2実施例における横収差を示す図である。 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。 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
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
W ウェハ
WS ウェハステージ
CR 制御部
PL 投影光学系
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
G4 第4レンズ群
G5 第5レンズ群
Li 各レンズ成分
Lb 境界レンズ
Lm 媒質(純水)

Claims (8)

  1. 像側テレセントリックな光束を用いて第1面の像を第2面上に形成する投影光学系において、
    前記第1面側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、負の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群と、正の屈折力を有する第5レンズ群とを備え、
    前記投影光学系は0.9以上の像側開口数を有し、
    前記投影光学系が有する非球面形状に形成された光学面の数は4つ以下であり、
    前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を1とするとき、前記投影光学系と前記第2面との間の光路は1.1よりも大きい屈折率を有する媒質で満たされていることを特徴とする投影光学系。
  2. 前記第1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に記載の投影光学系。
  3. 前記第3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または2に記載の投影光学系。
  4. 前記第5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。
  5. 前記第4レンズ群は、互いに隣り合って配置された1つの正レンズと1つの負レンズとを有す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。
  6. 前記第5レンズ群の焦点距離をf5とし、前記第1面と前記第2面との距離をTLとするとき、
    0.02<f5/TL<0.3
    の条件を満足することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の投影光学系。
  7. 前記第1面に設定されたマスクを照明するための照明系と、前記マスク上のパターンの像を前記第2面に設定された感光性基板に投影するための請求項1乃至6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。
  8. 前記第1面に設定されたマスクを照明する照明工程と、請求項1乃至6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上のパターンの像を前記第2面に設定された感光性基板上に投影露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。
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