JP2022129160A - 露光装置およびその製造方法、投影光学系の設計方法ならびに物品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の投影光学系を有する露光装置の性能の向上に有利な技術を提供する。【解決手段】複数の投影光学系の各々は、台形の露光領域を有し、原版の中間像を形成する第１結像光学系と、中間像を基板に投影する第２結像光学系とを含む。投影光学系の開口数であるＮＡが０．１２以上かつ０．６５以下であり、原版が配置される第１面と投影光学系の光軸のうち第１面に直交する部分との距離であるｈ２が１０ｍｍ以上かつ７０ｍｍ以下であり、折り曲げミラーと前記凹面ミラーとの間に配置された光学部材群のうち折り曲げミラーに最も近い光学部材と折り曲げミラーとの最短距離であるｄ１が１ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下であり、光学部材の半径であるＬＲが１００ｍｍ以上かつ４００ｍｍ以下であり、台形の下底の長さの１／２であるｘ２と台形の上底の長さの１／２であるｘ１との差が３ｍｍ以上かつ２５ｍｍ以下であり、ｘ１が１０ｍｍ以上かつ７０ｍｍ以下である。【選択図】図３

Description

本発明は、露光装置およびその製造方法、投影光学系の設計方法ならびに物品製造方
に関する。

露光装置は、原版のパターンを基板に投影することによって基板を露光する。特許文献１に記載されているように、露光領域を拡大するために複数の投影光学系を有する露光装置がある。

特許第３７２４５１７号公報

特許文献１には、投影光学系の結像性能を高くする、投影光学系の保持制約を満たす、レンズ径が製造制約を満たす、隣り合う露光領域のつなぎ部の筋状のムラを抑制する、像領域の横幅を大きくする、という露光装置の性能の向上のための５つの条件をすべて満たす設計に関する言及はない。

像領域の横幅を大きくすることは、少ない投影光学系の数で大領域を露光することに資する。投影光学系の数を少なくすることで、像性能を低下させる可能性があるつなぎ部の数を減らすことができる。投影光学系の数が少ないことは製造コストの削減にもなる。

本発明は、複数の投影光学系を有する露光装置の性能の向上に有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、基板に原版の像を投影する複数の投影光学系を有する露光装置に係り、前記露光装置は、前記複数の投影光学系の各々は、台形の露光領域を有し、前記複数の投影光学系の各々は、前記原版の中間像を形成する第１結像光学系と、前記中間像を前記基板に投影する第２結像光学系とを含み、前記第１結像光学系および前記第２結像光学系の各々は、折り曲げミラーおよび凹面ミラーを含み、前記投影光学系の開口数であるＮＡが０．１２以上かつ０．６５以下であり、前記原版が配置される第１面と前記投影光学系の光軸のうち前記第１面に直交する部分との距離であるｈ２が１０ｍｍ以上かつ７０ｍｍ以下であり、前記折り曲げミラーと前記凹面ミラーとの間に配置された光学部材群のうち前記折り曲げミラーに最も近い光学部材と前記折り曲げミラーとの最短距離であるｄ１が１ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下であり、前記光学部材の半径であるＬＲが１００ｍｍ以上かつ４００ｍｍ以下であり、前記台形の下底の長さの１／２であるｘ２と前記台形の上底の長さの１／２であるｘ１との差である（ｘ２－ｘ１）が３ｍｍ以上かつ２５ｍｍ以下であり、ｘ１が１０ｍｍ以上かつ７０ｍｍ以下である。

本発明によれば、複数の投影光学系を有する露光装置の性能の向上に有利な技術が提供される。

一実施形態の露光装置の構成を示す図。 図１の投影系を構成する複数の投影光学系の各々の構成を示す図。 設計パラメータを示す図。 図２の投影光学系あるいは第１結像光学系の設計パラメータを示す図。 ５つの条件を満たす連立方程式を解いた結果を示す図。 実施例１の結像光学系を示す図。 実施例１の収差図を含む図。 実施例１におけるＮＡを０．１５から０．２３に変えて５つの条件を満たす連立方程式を解いた結果を示す図。 実施例２のＮＡ＝０．１４の連立方程式を解いた結果を示す図。 実施例２の結像光学系を示す図。 実施例２の収差図を含む図。 実施例２のＮＡ＝０．１２５の連立方程式を解いた結果を示す図。 実施例３の結像光学系を示す図。 実施例３の収差図を示す図。 実施例５の設計方法を示す図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

図１には、一実施形態の露光装置１の構成が示されている。露光装置１は、基板１２に原版１１のパターンを投影する投影系１０を備えうる。投影系１０は、複数の投影光学系１０１を含みうる。各投影光学系１０１は、基板１２に原版１１（のパターン）の像を投影する。投影光学系１０１によって基板１２に投影される像は、正立像である。各投影光学系１０１は、像面を含む面内に像領域１０２を有しうる。像領域１０２は、１つの投影光学系１０１によって光が照射される領域、すなわち露光領域である。像領域１０２は、台形の形状を有しうる。換言すると、投影系１０を構成する複数の投影光学系の各々は、台形の露光領域を有する。露光装置１は、原版１１および基板１２を走査しながら基板１２を露光する走査露光を行う走査露光装置として構成されうる。図示されていないが、露光装置１は、原版１１を照明する照明系を備えうる。投影系１０を構成する投影光学系１０１の個数は、任意に定められうる。影系１０を構成する投影光学系１０１の個数は、例えば、６以上である。

以下、個々の投影光学系の結像性能を高くする、投影光学系の保持制約を満たす、レンズ径が製造制約を満たす、隣り合う露光領域のつなぎ部の筋状のムラを抑制する、像領域の横幅を大きくするという５つの条件を満たす投影光学系の設計方法を説明する。この設計方法は、露光装置を製造する製造方法の一部であるとして理解されてよい。該露光装置の製造方法は、以下で説明される設計方法に従って投影光学系を設計する工程と、該工程による設計に従って複数の投影光学系を製造する工程と、該複数の投影光学系を有する露光装置を組み立てる工程と、を含みうる。

投影光学系１０１の結像性能を高くするためには、投影光学系１０１のＮＡ（開口数）を一定値以上とするべきである。投影光学系１０１の保持制約を満たすためには、保持制約に関わる形状パラメータの値を規定するべきである。投影光学系１０１を構成するレンズの径（レンズ径）が製造制約を満たすためには、レンズ径に対応したパラメータの値を規定するべきである。つなぎ部の筋状のムラを抑制するためには、筋状のムラに関わる形状パラメータの値を規定するべきである。像領域の横幅を大きくするためには、像領域の寸法に関わる形状パラメータの値を規定するべきである。これらの５つの条件を同時に満たす具体的な条件式を提示する文献は存在しない。本実施形態は、上記５つの条件を同時に満たす条件式を連立方程式として定式化するものであり、この条件式を満たす設計解を得ることで、上記５つの条件を同時に満たす露光装置の提供を可能にする。

図２には、投影系１０を構成する個々の投影光学系１０１の構成例が示されている。投影光学系１０１は、原版１１の中間像ｉｍを形成する第１結像光学系１０１１と、中間像ｉｍを基板１２に投影する第２結像光学系１０１２とを含みうる。第１結像光学系１０１１の物体面は、投影光学系１０１の物体面と一致し、第１結像光学系１０１１の像面は、中間像ｉｍが形成される面であり、第２結像光学系１０１２の物体面と一致する。第２結像光学系１０１２の像面は、投影光学系１０１の像面と一致する。

第１結像光学系１０１１は、第１反射面ｍ１１および第２反射面ｍ１２を有する折り曲げミラーＭ１と、凹面ミラーｍ１３とを含む光学系でありうる。第２結像光学系１０１２は、第１反射面ｍ２１および第２反射面ｍ２２を有する折り曲げミラーＭ２と、凹面ミラーｎ１３とを含む光学系でありうる。他の観点において、第１結像光学系１０１１および第２結像光学系１０１２は、ダイソン光学系でありうる。第１結像光学系１０１１の折り曲げミラーＭ１を構成する第１反射面ｍ１１および第２反射面ｍ１２は、一体化された光学部品で構成されてもよいし、互いに分離された光学部品で構成されてもよい。第２結像光学系１０１２の折り曲げミラーＭ２を構成する第１反射面ｍ２１および第２反射面ｍ２２は、一体化された光学部品で構成されてもよいし、互いに分離された光学部品で構成されてもよい。

第１結像光学系１０１１と第２結像光学系１０１２とは、同一の構成を有する光学系で構成されてもよいし、互いに異なる構成を有する光学系で構成されてもよい。第１結像光学系１０１１は、第１結像光学系１０１１の光路上に光学部材（レンズ）Ｈ、Ｉを含んでよく、光学部材Ｈ、Ｉの駆動（並進移動、回転）により、第１結像光学系１０１１のフォーカス、歪曲収差、像面湾曲を補正する機能を有しうる。第２結像光学系１０１２は、第２結像光学系１０１２の光路上に光学部材（レンズ）Ｊ、Ｋを含んでよく、光学部材Ｊ、Ｋの駆動（並進移動、回転）により、第２結像光学系１０１２のフォーカス、歪曲収差、像面湾曲を補正する機能を有しうる。ここで、光学部材Ｈと光学部材Ｉとは、互いに同一の構成を有してもよいし、互いに異なる構成を有してもよい。また、光学部材Ｊと光学部材Ｋとは、互いに同一の構成を有してもよいし、互いに異なる構成を有してもよい。例えば、光学部材Ｈと光学部材Ｊとが互いに異なる構成を有する場合、第１結像光学系１０１１と第２結像光学系１０１２とは、互いに異なる構成を有する。同様に、光学部材Ｉと光学部材Ｋとが互いに異なる構成を有する場合、第１結像光学系１０１１と第２結像光学系１０１２とは、互いに異なる構成を有する。

投影系１０を構成する複数の投影光学系１０１の各々が基板１２に原版１１（のパターン）の正立像を投影することにより、走査露光を通して、複数の投影光学系１０１の像領域１０２を相互につなぎ合わせることができる。これにより、基板１２の広い領域を露光することができる。

図３には、１つの投影光学系１０１の像領域１０２と、その外接円と、定式化に必要なパラメータとが例示されている。像領域１０２の形状は台形であり、その台形の上底の長さの１／２をｘ１、下底の長さの１／２をｘ２、上底と下底との距離をｙ１と定義する。また、台形の斜辺の角度をθｄと定義する。また、像領域１０２の外接円の半径をＲと定義する。なお、Ｒは後述するレンズ半径ＬＲとは異なる。さらに、外接円の中心と像領域１０２の下底との距離をｙ０と定義する。これらのパラメータは、いずれも定式化に有用なものである。特に、ｙ０を考慮することは、投影光学系１０１の設計の容易化への貢献が大きい。

図４には、第１結像光学系１０１１と、定式化に使用されるパラメータとが例示されている。原版面２１は、原版１１が配置される面（第１面）である。中間結像面２５は、中間ｉｍが形成される面である。第２結像光学系１０１２は、原版面２１を中間結像面で置き換え、中間結像面２５を基板１２が配置される像面で置き換えた構成を有しうる。第１結像光学系１０１１の光軸のうち原版面２１に直交する部分（折り曲げミラーＭ１と凹面ミラーｍ１３との間の部分）が光軸２３として示されている。図３に示されたｙ０とｙ１に相当する距離が図４にも示されている。

原版面（第１面）２１と光軸２３との間隔をｈ１と定義する。また、折り曲げミラーＭ１と凹面ミラーｍ１３との間に配置された光学部材群のうち折り曲げミラーＭ１に最も近い光学部材ＯＭと折り曲げミラーＭ１との最短距離をｄ１と定義する。また、光学部材ＯＭの半径（レンズ半径）をＬＲと定義する。また、ｈ２＝ｈ１－ＬＲと定義する。本実施形態は、図３に示されたパラメータと図４に示されたパラメータとを用いて投影系１０あるいはそれを構成する投影光学系１０１のための設計解を得る連立方程式を定式化するものである。

投影光学系１０１の開口数であるＮＡは、式（１）のように表現される。

ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎΘ ・・・式（１）
ここで、ｎは屈折率であり、この例ではｎ＝１とする。式（１）のΘに関して、図４から式（２）を得ることができる。

ｔａｎΘ＝ｙ０／ｈ１ ・・・式（２）
正弦条件を考慮した場合、ｓｉｎΘ＝ｙ０／ｈ１としてもよい。以下の例では、式（２）を用いる。

図３から三平方の定理（ピタゴラスの定理）を用いて、式（３）を得ることができる。

（ｙ０＋ｙ１）^２＋（ｘ１）^２＝Ｒ^２ ・・・式（３）
図４から、レンズ半径であるＬＲを、レンズ（光学部材ＯＭ）の最も外側を通過する光線位置で近似して、式（４）を得ることができる。

ＬＲ＝Ｒ＋（ｈ１＋ｄ１）×ｔａｎΘ ・・・式（４）
また、上記の定義から式（５）が成り立つ。

ｈ１＝ｈ２＋ＬＲ ・・・式（５）
式（５）を式（４）に代入し整理すると、式（６）が得られる。

ＬＲ＝Ｒ＋（ｈ２＋ＬＲ＋ｄ１）×ｔａｎΘ
ＬＲ＝｛Ｒ＋（ｈ２＋ｄ１）ｔａｎΘ｝／（１－ｔａｎΘ） ・・・式（６）
更に、式（６）に式（２）を代入し整理すると、式（７）が得られる。

ＬＲ＝｛Ｒ＋（ｈ２＋ｄ１）×ｙ０／ｈ１｝／（１－ｙ０／ｈ１） ・・・式（７）
式（３）と式（７）が本実施形態において提案される連立方程式である。

式（３）と式（７）で与えられる連立方程式を上記５つの条件に従って解くことによって投影光学系１０１を設計し製造することができる。ここで、少なくとも２つのＮＡに関して式（３）と式（７）で与えられる連立方程式を満たすように投影光学系が設計されうる。

一実施形態の投影光学系の設計方法は、ＮＡを０．１２以上の値、ｈ２を第１所定値以上、ｄ１を第２所定値以上、ＬＲを第３所定値以下、２（ｘ２－ｘ１）を第４所定値以上とし、２・ｘ１を第５所定値以上として投影光学系１０１構成を決定する工程を含みうる。

以下、複数の実施例を説明する。

以下、本実施形態の実施例１を説明する。

第１の条件（Ｊ１）、即ち、投影光学系１０１の結像性能を高くする条件であるＮＡを、例えば０．１２以上の範囲（例えば、０．１２以上かつ０．６５以下の範囲）内の数値である０．１５とする。

第２の条件（Ｊ２）、即ち、投影光学系１０１の保持制約を満たす条件として、図４に示されるｄ１を、実現可能な値（例えば、１ｍｍ）以上になるように、例えば１ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下の範囲内の１５．０ｍｍとする。また、図４に示されるｈ２を、実現可能な値、例えば１０ｍｍ以上になるように、例えば１０ｍｍ以上かつ７０ｍｍ以下の範囲内の６４．８ｍｍとする。

第３の条件（Ｊ３）、即ち、レンズ径が製造制約を満たす条件として、図４に示されるＬＲを、実現可能な値以下（例えば、４００ｍｍ以下）になるように、例えば１００ｍｍ以上かつ４００ｍｍ以下の範囲内の１２５．２ｍｍとする。

第４の条件（Ｊ４）、即ち、つなぎ部の筋状のムラを抑制する条件として、図３に示される（ｘ２－ｘ１）が仕様によって要求される制限値以上（例えば、３ｍｍ以上）になるように、例えば３ｍｍ以上かつ２５ｍｍ以下の範囲内の２０．８ｍｍとする。ここで、（ｘ２－ｘ１）を所望の値以上にするのは、（ｘ２－ｘ１）が制限値未満であるとき、特に（ｘ２－ｘ１）がゼロであるときは、つなぎ部に筋状のムラが発生しやすいことが知られているためである。なお、（ｘ２－ｘ１）がゼロであるときは、つなぎ部の境界線の方向が基板の走査方向と同一となり、このときは、筋状のムラが非常に大きくなりうる。（ｘ２－ｘ１）を制限値以上にすることで、つなぎ部の境界線の方向と基板の走査方向との間の角度を大きくすることができ、つなぎ部の筋状のムラを抑制することができる。つなぎ部の筋状のムラを抑制する条件として、図３の台形の斜辺の角度θｄは、４５度以上かつ８０度以下であることが望ましい。

第５の条件（Ｊ５）、即ち、像領域の横幅を大きくすることを満たす条件として、図３に示すｘ１を、制限値以上（例えば、１０ｍｍ以上）になるように、例えば１０ｍｍ以上かつ７０ｍｍ以下の範囲内の６８．２ｍｍとする。

これらの条件を満たす図３のｘ１とｙ０の範囲が図５に示されている。図５には、条件Ｊ３、条件Ｊ４、条件Ｊ５が示されている。図５において、中間色で示されたｘ１およびｙ０の領域は、第１～第５の条件（Ｊ１～Ｊ５）の全てを満たす。図５に「設計解」として示された実施例１の投影光学系において、ｙ０＝２９ｍｍであり、Ｒ＝９３．５ｍｍである。

以下、図６を参照しながら実施例１の投影系１０を構成する投影光学系１０１の構成を説明する。ここで、投影光学系１０１は、第１結像光学系１０１１および第２結像光学系１０１２で構成され、第２結像光学系１０１２は、第１結像光学系１０１１と同一の構成を有する。

実施例１の投影系１０を構成する投影光学系１０１は、ＮＡ＝０．１５であり、露光光として使用されうるｉ線（３６５．５ｎｍ）、ｈ線（４０５．５ｎｍ）、ｇ線（４３５．５ｎｍ）の全てに関して色収差が補正されている。また、実施例１の投影光学系１０１は、物界と像界とにおいてテレセントリック性を有する等倍の対称光学系である。したがって、実施例１の投影光学系１０１は、コマ収差、歪曲収差、倍率色収差が原理的に発生しないという特徴を有する。

第１結像光学系１０１１は、原版面２１と凹面ミラーＭｎとの間に、原版面２１から順に、平行平板Ｈ、光軸２３に対して４５度傾いた反射面を持つプリズムまたは平面ミラーＰ、正レンズ群Ｇｐ、負レンズ群Ｇｎ、凹面ミラーＭｎが配置されて構成されている。平面ミラーＰは、前述の折り曲げミラーである。平面ミラーＰ（折り曲げミラー）と凹面ミラーＭｎとの間に正レンズ群Ｇｐが配置され、正レンズ群Ｇｐと凹面ミラーＭｎとの間に負レンズ群Ｇｎが配置されている。原版１１からの光は、平面ミラーＰ（折り曲げミラー）の第１反射面、正レンズ群Ｇｐ、負レンズ群Ｇｎ、凹面ミラーＭｎ、負レンズ群Ｇｎ、正レンズ群Ｇｐ、平面ミラーＰの第２反射面を経由して基板１２に向かう。正レンズ群Ｇｐは、正レンズＬ１、負レンズＬ２、負レンズＬ３、正レンズＬ４で構成され、負レンズ群Ｇｎは、正レンズＬ５、負レンズＬ６で構成されている。

投影光学系１０１の球面収差、像面湾曲、非点収差を良好に補正するためには、各群、各レンズのパワーを所定の条件で規定することが望ましい。正レンズ群Ｇｐの焦点距離をｆＦ、負レンズ群Ｇｎの焦点距離をｆＲ、負レンズ群ＧｎのレンズＬ５の焦点距離をｆｌ５、負レンズ群Ｇｎの負レンズＬ６の焦点距離をｆｌ６としたとき、条件式（１）、条件式（２）を満足することが好ましい。

０．０６ ＜ ｜ｆＦ／ｆＲ｜ ＜ ０．０９ ・・・条件式（１）
１．４５ ＜ ｜ｆｌ５／ｆｌ６｜ ＜ １．７５ ・・・条件式（２）
条件式（１）の下限を下回ると、相対的に正レンズ群Ｇｐのパワーが大きく、または負レンズ群Ｇｎのパワーが小さくなるため、凹面ミラーＭｎの曲率半径が大きくなる方向に変化する。そのためペッツバール和が正の方向に変化し、それにより像面湾曲の補正が困難になる。

条件式（１）の上限を上回ると、上記と逆の作用を及ぼすため、負レンズ群Ｇｎの有効径が大きくなることによる球面収差の悪化、または凹面ミラーＭｎの曲率半径が小さくなる方向に変化する。そのため、ペッツバール和が負の方向に変化し、それにより像面湾曲の補正が困難になる。

条件式（２）の下限を下回ると、相対的に正レンズＬ５のパワーが大きく、または負レンズＬ６のパワーが小さくなるため、凹面ミラーＭｎの曲率半径が大きくなる方向に変化する。そのため、ペッツバール和が正の方向に変化し、それにより像面湾曲の補正が困難になる。

条件式（２）の上限を上回ると、上記と逆の作用を及ぼすため、凹面ミラーＭｎの曲率半径が小さくなる方向に変化する。そのため、ペッツバール和が負の方向に変化し、それにより像面湾曲の補正が困難になる。

軸上色収差と、横収差の像高によるハロ成分の変化を抑制するためには、硝材の分散を適切に選択される。また、これに加えて、正レンズＬ１と負レンズＬ２とがそれぞれ有する相互に対向する面を平面ミラーＰに向かって凹面とし、負レンズＬ３と正レンズＬ４とがそれぞれ有する相互に対向する面を平面ミラーＰに向かって凸面とするのが好ましい。また、色像面を良好に補正するには、硝材の分散を適切に選択した上で、正レンズＬ５、負レンズＬ６のすべての面が、凹面ミラーＭｎに向けて凹面を有することが好ましい。

次に、実施例１において、適切な硝材の選択について説明する。

使用硝材の分散について、ｉ線（３６５．５ｎｍ）、ｈ線（４０５．５ｎｍ）、ｇ線（４３５．５ｎｍ）の屈折率を各々、Ｎｉ、Ｎｈ、Ｎｇとし、
νｈ＝（Ｎｈ－１）／（Ｎｉ－Ｎｇ）
と定義する。

正レンズ群Ｇｐの正レンズＬ１、Ｌ４のνｈのうち小さい方をνｈｇｐ、負レンズＬ２、Ｌ３のνｈのうち大きい方をνｈｇｎとしたとき、条件式（３）を満足することが好ましい。

νｈｇｐ－νｈｇｎ ＞ ３０ ・・・条件式（３）
これにより、ｉ線（３６５．５ｎｍ）、ｈ線（４０５．５ｎｍ）、ｇ線（４３５．５ｎｍ）に関して、軸上色収差が良好に補正される。

また、負レンズ群Ｇｎの正レンズＬ５のνｈをνｈｌ５、負レンズＬ６のνｈをνｈｌ６としたとき、条件式（４）を満足することが好ましい。

νｈｌ６ ― νｈｌ５ ＞ ３５ ・・・条件式（４）
これにより、ｉ線（３６５．５ｎｍ）、ｈ線（４０５．５ｎｍ）、ｇ線（４３５．５ｎｍ）に関して、像面湾曲および非点収差が良好に補正される。

さらに、実施例１では、負レンズ群Ｇｎは、凹面ミラーＭｎとの多重反射によるフレア光が以下に示す理由で抑制できる。一般に、凹面ミラーＭｎの近傍に、凹面ミラーＭｎの曲率半径に近いレンズ面がある場合は、凹面ミラーＭｎとの多重反射により、像面である基板１２の近傍にフレア光が集光する可能性が生じる。実施例１では、正レンズＬ５、負レンズＬ６のすべての面が凹面ミラーＭｎに向けて凹面を有し、逆符号の曲率となっているため、フレア光が集光する可能性はない。

表１には、図６に示された第１結像光学系１０１１の諸元が示されている。左側から順に、面番号、Ｒ（面の曲率半径）、Ｄ（面間隔）、光学素子名称、Ｎ（ｉ）（ｉ線の屈折率）、Ｎ（ｈ）（ｈ線の屈折率）、Ｎ（ｇ）（ｇ線の屈折率）、νｈ（分散）である。

以下は、条件式（１）～（４）の値である。

条件式（１） ｜ｆＦ／ｆＲ｜＝０．０６９５
条件式（２） ｜ｆｌ５／ｆｌ６｜＝１．６６
条件式（３） νｈｇｐ－νｈｇｎ＝３７．５
条件式（４） νｈｌ６－νｈｌ５＝４３．７
図３、図４で定義されたパラメータの値は、以下のとおりである。

Ｒ＝９３．５
ｘ１＝６８．１６
ｘ２＝８８．８９
ｙ０＝２９
ｙ１＝３５
ｄ１＝１５
ｈ１＝１９０
ｈ２＝６４．８１
図７には、実施例１の投影光学系１０１の収差図が示されている。横収差の像高は、０ｍｍ、２９．０ｍｍ、４６．７５ｍｍ、７０．１２５ｍｍ、９３．５ｍｍである。これらの収差図に示されるように、良好な光学性能を有する投影光学系１０１が実現されている。更に、横収差の右側には、主波長であるｉ線の波面収差ＲＭＳが単位λで示されている。実施例１の投影光学系１０１が有効領域にわたり良好な性能を有することが分かる。

図５に示された実施例１の設計解は、ＮＡ＝０．１５におけるものである。この設計解に対して、さらなる高精細化を可能にするために、どこまで高ＮＡ化できる可能性があるかを示したものが図８である。一般に、ＮＡが小さい程、収差の抑制は容易であり、ＮＡが大きな設計例が示されれば、そのＮＡよりも小さなＮＡの設計例は容易に得られる。一方で、より高いＮＡの設計例は、そのＮＡ以下の設計が可能であることを意味する。図８のＮＡ＝０．２３の例を示していて、ＮＡ以外の条件は変えていない。図８に示されるように高ＮＡ化に伴い、第３の条件（Ｊ３）を満たすｘ１とｙ０の領域が限定され、５つの条件を全て満たす、中間色で示したｘ１とｙ０の領域は小さくなる。実施例１のｘ１＝６８．１６ｍｍ、ｙ０＝２９ｍｍは、ＮＡ＝０．２３に対しても中間色で示した領域の内部にあり、ＮＡを０．２３まで拡張できる可能性を示す。実際の設計で収差がどの程度抑制できるかは、レンズ設計においてレンズ枚数やパワー配置や非球面レンズの有無に依存する。一方で、ＮＡ＝０．２５（不図示）では、実施例１のｘ１＝６８．１６ｍｍ、ｙ０＝２９ｍｍは、中間色で示した領域の外部に位置し、５つの条件を満たすようにＮＡを０．２５まで拡張することはできないことがわかる。高ＮＡ化に伴い、５つの条件を満たすｘ１とｙ０は両方とも小さくなる。このように、本実施形態が提案する連立方程式を解くことで、高ＮＡ化の拡張性を予想することができる。同様に、レンズ半径ＬＲ、ｘ１、ｙ０などほかのパラメータがどういった量になるかの予想も可能である。図８は、横軸をｘ１、縦軸をｙ０としたが、ＮＡ、ＬＲ、ｄ１、ｈ２など他のパラメータを軸としてもよい。本実施形態が提案する連立方程式を解くことで、任意の条件値を満たす設計パラメータの組み合わせを設定し、効率的に設計することが可能となる。

図９には、ＮＡ＝０．１４において実施例１と同様に連立方程式を解いた結果が示されている。図９において、上記５つの条件を満たす領域が中間色で示されている。設計パラメータについては後述する。図９において「設計解」として示された例を実施例２として以下で説明する。

図１０には、実施例２の投影系１０を構成する投影光学系１０１の構成が示されている。

実施例２の投影系１０を構成する投影光学系１０１は、ＮＡ＝０．１４であり、露光光として使用されうるｉ線（３６５．５ｎｍ）、ｈ線（４０５．５ｎｍ）、ｇ線（４３５．５ｎｍ）の全てに関して色収差が補正されている。また、実施例２の投影光学系１０１は、物界と像界とにおいてテレセントリック性を有する等倍の対称光学系である。したがって、実施例２の投影光学系１０１は、コマ収差、歪曲収差、倍率色収差が原理的に発生しないという特徴を有する。

表２には、図１０に示された第１結像光学系１０１１の諸元が示されている。左側から順に、面番号、Ｒ（面の曲率半径）、Ｄ（面間隔）、光学素子名称、Ｎ（ｉ）（ｉ線の屈折率）、Ｎ（ｈ）（ｈ線の屈折率）、Ｎ（ｇ）（ｇ線の屈折率）、νｈ（分散）である。

以下は、条件式（１）～（４）の値である。

条件式（１） ｜ｆＦ／ｆＲ｜＝０．０６６２
条件式（２） ｜ｆｌ５／ｆｌ６｜＝１．５６
条件式（３） νｈｇｐ－νｈｇｎ＝３７．５
条件式（４） νｈｌ６－νｈｌ５＝４３．７
図３、図４で定義されたパラメータの値は、以下のとおりである。

Ｒ＝８７．５
ｘ１＝６４．１６
ｘ２＝８４
ｙ０＝２４．５
ｙ１＝３５
ｄ１＝３２．８
ｈ１＝１７２．１２
ｈ２＝５５．１２
図１１には、実施例２の投影光学系１０１の収差図が示されている。横収差の像高は、０ｍｍ、２４．５ｍｍ、４３．７５ｍｍ、６５．６２５ｍｍ、８７．５ｍｍである。これらの収差図に示されるように、良好な光学性能を有する投影光学系１０１が実現されている。更に、横収差の右側には、主波長であるｉ線の波面収差ＲＭＳが単位λで示されていている。実施例２の投影光学系１０１が有効領域にわたり良好な性能を有することが分かる。

図１２には、ＮＡ＝０．１２５において実施例１と同様に連立方程式を解いた結果が示されている。図１２において、上記５つの条件を満たす領域が中間色で示されている。設計パラメータについては後述する。図１２において「設計解」として示された例を実施例３として以下で説明する。

図１３には、実施例３の投影系１０を構成する投影光学系１０１の構成が示されている。

実施例３の投影系１０を構成する投影光学系１０１は、ＮＡ＝０．１２５であり、露光光として使用されうるｉ線（３６５．５ｎｍ）、ｈ線（４０５．５ｎｍ）、ｇ線（４３５．５ｎｍ）の全てに関して色収差が補正されている。また、実施例３の投影光学系１０１は、物界と像界とにおいてテレセントリック性を有する等倍の対称光学系である。したがって、実施例３の投影光学系１０１は、コマ収差、歪曲収差、倍率色収差は原理的に発生しないという特徴を有する。

表３には、図１１で示された第１結像光学系１０１１の諸元が示されている。左側から順に、面番号、Ｒ（面の曲率半径）、Ｄ（面間隔）、光学素子名称、Ｎ（ｉ）（ｉ線の屈折率）、Ｎ（ｈ）（ｈ線の屈折率）、Ｎ（ｇ）（ｇ線の屈折率）、νｈ（分散）である。

以下は、条件式（１）～（４）の値である。 条件式（１） ｜ｆＦ／ｆＲ｜＝０．０８０６
条件式（２） ｜ｆｌ５／ｆｌ６｜＝１．６２
条件式（３） νｈｇｐ－νｈｇｎ＝３７．５
条件式（４） νｈｌ６－νｈｌ５＝４３．７
図３、図４で定義されたパラメータの値は、以下のとおりである。

Ｒ＝８４．２
ｘ１＝６２．８８
ｘ２＝８１．５４
ｙ０＝２１
ｙ１＝３５
ｄ１＝４８．１８
ｈ１＝１６５．３６
ｈ２＝５３．６６
図１４には、実施例３の投影光学系１０１の収差図が示されている。横収差の像高は、０ｍｍ、２１．０ｍｍ、４２．１０ｍｍ、６３．１５ｍｍ、８４．２ｍｍである。これらの収差図に示されるように、良好な光学性能を有する投影光学系１０１が実現されている。更に、横収差の右側には、主波長であるｉ線の波面収差ＲＭＳが単位λで示されている。実施例３の投影光学系１０１が有効領域にわたり良好な性能を有することが分かる。

表４には、投影光学系１０１の高ＮＡ化に伴う各設計変数の変化が示されている。これらの値は例であり、明示した場合を除き、本発明はこれらの値に限定されない。また前述したように高ＮＡほど収差補正が困難になることを考慮したうえで詳細な設計が必要になる場合がある。

表４において太字で示されたＮＡ、ｙ０、ｙ１、ｘ１、ｄ１、ｈ２を独立変数とし、斜体で示されたｘ２、Ｒ、ＬＲ、ｈ１を従属変数とした。もちろん、式（３）と式（７）とで定義される連立方程式において、どの変数を独立変数にとるかは任意なので、独立変数と従属変数の組み合わせは任意に変えることが可能である。この連立方程式を解くことで、以下に示されるように、ＮＡとの関係で、像領域の大きさ、レンズ半径の大きさ、配置制約に関わるパラメータの値が分かり、設計可能な仕様を決定することができる。

ＮＡが大きくなるのに従って、ｙ０、ｙ１、ｘ１が小さくなり、また、ｘ２、Ｒも小さくなる。これは高ＮＡ化に伴って像領域が小さくなることを示している。これに加え、ＮＡが大きくなるのに従って、ＬＲが大きくなる。これは、高ＮＡ化に伴ってレンズ半径が大きくなることを示す。例えば、ＮＡ＝０．３０では像領域を示すｘ１が５０ｍｍであり、ＮＡ＝０．４０では３８ｍｍになる。ＮＡ＝０．５０では像領域が２３ｍｍであり、ｄ１が１０ｍｍである。ＮＡ＝０．５０まではレンズ半径ＬＲが１５０ｍｍ未満であるが、ＮＡ＝０．６０ではレンズ半径が２８２．６３ｍｍとなり、ＮＡ＝０．６５ではレンズ半径が３６９．２９ｍｍとなる。表４の例によれば、ｘ１を５０ｍｍ以上確保するには、ＮＡ＝０．３０が上限値である。折り曲げミラーの頂点と近接するレンズとの間隔を１５ｍｍ以上確保するには、ＮＡ＝０．４０が上限値である。レンズ半径ＬＲが１５０ｍｍ以下を満たすにはＮＡ＝０．５０が上限値である。ｘ１が２０ｍｍ以上を確保するにはＮＡ＝０．６０が上限値である。ｘ１が１５ｍｍ以上を確保するにはＮＡ＝０．６５が上限値である。

一例において、ＮＡ、ｈ２、ｄ１、ＬＲ、（ｘ２－ｘ１）、ｘ１が表５に示された数値条件を満たすことが好ましい。

ＬＲは、１００ｍｍ以上かつ１５０ｍｍ以下であることが更に好ましい。（ｘ２－ｘ１）は、５ｍｍ以上かつ２５ｍｍ以下であることが更に好ましい。ｘ１は、例えば５０ｍｍでありうる。台形の斜辺の角度は、例えば、４５度以上かつ８０度以下でありうる。

他の例において、ＮＡ、ｘ１、ｙ０、（ｘ２－ｘ１）、ＬＲが表６に示された数値条件を満たすことが好ましい。

露光光、即ち照明系が原版に照射する光としては、ｉ線、ｈ線、ｇ線のいずれかが使用されてもよいし、３５０ｎｍ以下の波長を含む光が使用されてもよい。

図１５には、一実施形態の投影光学系の設計方法の具体例としての実施例５が示されている。ｓｔｅｐ１では、設計パラメータを設定する。設計パラメータは、投影光学系１０１の開口数ＮＡ、像領域に関わるパラメータｙ０、ｙ１、ｘ１、ｘ２、Ｒ、配置制約を表すｄ１、ｈ１とレンズ半径ＬＲを含みうる。これらの設計パラメータは例である。例えば、これらの設計パラメータの他に、複数配置された投影光学系１０１の鏡筒の外径間の距離（隙間の距離）を配置制約のパラメータとして設定し、このパラメータの値が所望の値（例えば、５ｍｍ以上、５０ｍｍ以下）になることを条件に加えるなどの変更を加えてもよい。ｓｔｅｐ２では、連立方程式を定式化する。ｓｔｅｐ１で設定された設計パラメータが満たす条件として、式（３）と式（７）で与えられる連立方程式を設定することができる。ｓｔｅｐ３では、連立方程式の解を可視化する。例えば図５のようにｘ１を横軸、ｙ０を縦軸にして、設計解として満たすべき条件を満足する設計パラメータの値の組み合わせを可視化することができる。この可視化の方法は、上記の例に限定されるものではない。ｓｔｅｐ４では、設計パラメータの値を調整する。例えば、ｓｔｅｐ３で可視化された設計パラメータの値に対して、例えばレンズ半径ＬＲが所望の値になるように他の設計パラメータ値を調整することを示す。ｓｔｅｐ５では、設計パラメータの値を決定する。ｓｔｅｐ６では、初期レンズデータを決定する。このレンズデータは、ｓｔｅｐ５で決定された設計パラメータの値に基づくものである。ｓｔｅｐ７では、詳細設計を行う。設計方法としては、従来から知られた方法を用いることができる。設計解、および、設計れた投影光学系の性能の例は、上記の実施例１、２、３として提示されている。

他の実施形態
上記のような露光装置を用いて物品を製造する物品製造方法を例示的に説明する。物品は、例えば、フラットパネルディスプレイ、液晶表示素子、半導体ＩＣ素子、ＭＥＭＳ等でありうる。物品製造方法は、前述の露光装置を使用して、感光剤が塗布された基板（プレート、ウェハ、ガラス基板等）を露光する露光工程と、その基板（感光剤）を現像する現像工程と、現像された基板を処理して物品を得る処理工程とを含みうる。処理工程には、例えば、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれうる。本物品製造方法によれば、従来よりも高品位の物品を製造することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本発明は、拡大系や縮小系の非等倍系の投影光学系や、マスクレス投影光学系や、多重露光や、ファイバー光源やＬＥＤ光源を用いた露光装置にも適用することが可能である。マスクはバイナリーマスクに限定されず、位相シフトマスクを用いてもよい。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１０：投影系、１０１：投影光学系、１１：原版、１２：基板

Claims (18)

1. 基板に原版の像を投影する複数の投影光学系を有する露光装置であって、
   前記複数の投影光学系の各々は、台形の露光領域を有し、
   前記複数の投影光学系の各々は、前記原版の中間像を形成する第１結像光学系と、前記中間像を前記基板に投影する第２結像光学系とを含み、前記第１結像光学系および前記第２結像光学系の各々は、折り曲げミラーおよび凹面ミラーを含み、
   前記投影光学系の開口数であるＮＡが０．１２以上かつ０．６５以下であり、
   前記原版が配置される第１面と前記投影光学系の光軸のうち前記第１面に直交する部分との距離であるｈ２が１０ｍｍ以上かつ７０ｍｍ以下であり、
   前記折り曲げミラーと前記凹面ミラーとの間に配置された光学部材群のうち前記折り曲げミラーに最も近い光学部材と前記折り曲げミラーとの最短距離であるｄ１が１ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下であり、
   前記光学部材の半径であるＬＲが１００ｍｍ以上かつ４００ｍｍ以下であり、
   前記台形の下底の長さの１／２であるｘ２と前記台形の上底の長さの１／２であるｘ１との差である（ｘ２－ｘ１）が３ｍｍ以上かつ２５ｍｍ以下であり、
   ｘ１が１０ｍｍ以上かつ７０ｍｍ以下である、
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記台形の外接円の半径をＲ、前記外接円の中心と前記下底との距離をｙ０、前記上底と前記下底との距離をｙ１としたときに、
   ＮＡ＝ｓｉｎΘ
   ｈ１＝ｈ２＋ＬＲ
   ｔａｎΘ＝ｙ０／ｈ１、またはｓｉｎΘ＝ｙ０／ｈ１
   （ｙ０＋ｙ１）^２＋（ｘ１）^２＝Ｒ^２
   ＬＲ＝｛Ｒ＋（ｈ２＋ｄ１）×ｙ０／ｈ１｝／（１－ｙ０／ｈ１）
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記第１結像光学系および前記第２結像光学系の各々の前記折り曲げミラーは、第１反射面および第２反射面を含み、
   前記第１結像光学系および前記第２結像光学系の各々は、前記折り曲げミラーと前記凹面ミラーとの間に配置された正レンズ群と、前記正レンズ群と前記凹面ミラーとの間に配置された負レンズ群とを含み、
   前記原版からの光は、前記折り曲げミラーの前記第１反射面、前記正レンズ群、前記負レンズ群、前記凹面ミラー、前記負レンズ群、前記正レンズ群、前記折り曲げミラーの前記第２反射面を順に経由して前記基板に向かう、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記正レンズ群は、第１正レンズ、第１負レンズ、第２負レンズ、第２正レンズを含むように構成され、前記負レンズ群は、正レンズ、負レンズで構成され、
   前記正レンズ群の焦点距離をｆＦ、前記負レンズ群の焦点距離をｆＲ、前記負レンズ群の前記正レンズの焦点距離をｆｌ５、前記負レンズ群の前記負レンズの焦点距離をｆｌ６、としたとき、
   ０．０６ ＜ ｜ｆＦ／ｆＲ｜ ＜ ０．０９
   １．４５ ＜ ｜ｆｌ５／ｆｌ６｜ ＜ １．７５
   を満たすことを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
5. 前記第１正レンズと前記第１負レンズとがそれぞれ有する相互に対向する面は、前記折り曲げミラーに向かって凹面であり、前記第２負レンズと前記第２正レンズとがそれぞれ有する相互に対向する面は、前記折り曲げミラーに向かって凸面であり、
   前記負レンズ群の前記正レンズと前記負レンズ群の前記負レンズとがそれぞれ有する相互に対向する面は、前記凹面ミラーに向かって凹面である、
   ことを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
6. 前記投影光学系において使用される硝材のｉ線（３６５．５ｎｍ）、ｈ線（４０５．５ｎｍ）、ｇ線（４３５．５ｎｍ）の屈折率をそれぞれＮｉ、Ｎｈ、Ｎｇとし、νｈを
   νｈ＝（Ｎｈ－１）／（Ｎｉ－Ｎｇ）
   と定義し、
   前記第１正レンズおよび前記第２正レンズのνｈのうち小さい方をνｈｇｐ、前記第１負レンズおよび前記第２負レンズのνｈのうち大きい方をνｈｇｎとしたとき、
   νｈｇｐ－νｈｇｎ ＞ ３０
   を満たし、
   前記負レンズ群の前記正レンズのνｈをνｈｌ５、前記負レンズ群の前記負レンズのνｈをνｈｌ６としたとき、
   νｈｌ６－νｈｌ５ ＞ ３５
   とすることを特徴とする請求項４又は５に記載の露光装置。
7. 前記複数の投影光学系の数が６以上である、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光装置。
8. ＬＲが１００ｍｍ以上かつ１５０ｍｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の露光装置。
9. （ｘ２－ｘ１）が５ｍｍ以上かつ２５ｍｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の露光装置。
10. 前記台形の斜辺の角度が４５度以上かつ８０度以下である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
11. ｘ１が５０ｍｍである、
    ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
12. 露光光としてｉ線、ｈ線、ｇ線のいずれかを使用する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の露光装置。
13. 露光光として３５０ｎｍ以下の波長を含む光を使用する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の露光装置。
14. 少なくとも２つのＮＡの値に関して、
    （ｙ０＋ｙ１）^２＋（ｘ１）^２＝Ｒ^２
    ＬＲ＝｛Ｒ＋（ｈ２＋ｄ１）×ｙ０／ｈ１｝／（１－ｙ０／ｈ１）
    を満たすことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
15. ＮＡが０．１２以上かつ０．１５以下であり、ｘ１が５０ｍｍ以上かつ７０ｍｍ以下であり、ｙ０が７０ｍｍ以下であり、（ｘ２－ｘ１）が５ｍｍ以上かつ２５ｍｍ以下であり、ＬＲが１００ｍｍ以上かつ１５０ｍｍ以下である、
    ことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
16. 請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する露光工程と、
    前記露光工程で露光された前記基板を現像する現像工程と、
    前記現像工程で現像された前記基板を処理して物品を得る処理工程と、
    をふくむことを特徴とする物品製造方法。
17. 基板に原版の像を投影する複数の投影光学系を有する露光装置における前記投影光学系を設計する設計方法であって、
    前記複数の投影光学系の各々は、台形の露光領域を有し、
    前記複数の投影光学系の各々は、前記原版の中間像を形成する第１結像光学系と、前記中間像を前記基板に投影する第２結像光学系とを含み、前記第１結像光学系および前記第２結像光学系の各々は、折り曲げミラーおよび凹面ミラーを含み、
    前記設計方法は、
    前記投影光学系の開口数を０．１２以上の値とし、
    前記原版が配置される第１面と前記投影光学系の光軸のうち前記第１面に直交する部分との距離を第１所定値以上とし、
    前記折り曲げミラーと前記凹面ミラーとの間に配置された光学部材群のうち前記折り曲げミラーに最も近い光学部材と前記折り曲げミラーとの最短距離を第２所定値以上とし、
    前記光学部材の半径を第３所定値以下とし、
    前記台形の下底の１／２と上底の１／２の長さの差を第４所定値以上とし、
    前記上底の長さを第５所定値以上として、
    前記投影光学系の構成を決定する工程を含む、
    ことを特徴とする設計方法。
18. 請求項１７に記載の設計方法に従って投影光学系を設計する工程と、
    前記工程による設計に従って複数の投影光学系を製造する工程と、
    前記複数の投影光学系を有する露光装置を組み立てる工程と、
    を含むことを特徴とする露光装置の製造方法。

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