JP4328940B2

JP4328940B2 - Projection optical system, exposure apparatus, and exposure method

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Publication number: JP4328940B2
Application number: JP2003041992A
Authority: JP
Inventors: 洋平藤島
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2023-02-20
Also published as: JP2004252119A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影光学系、露光装置、および露光方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子などのマイクロ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。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子等を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターン像を、投影光学系を介して、レジストの塗布されたウェハ（またはガラスプレート等）上に転写する露光装置が使用されている。この種の露光装置では、半導体集積回路等のパターンの微細化が進むに従って、投影光学系に対する解像力の向上が望まれている。投影光学系の解像力を向上させるには、露光光の波長をより短くするか、あるいは開口数をより大きくすることが考えられる。近年、露光光の短波長化のために、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光源（１９３ｎｍ）が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＡｒＦエキシマレーザー光源では、狭帯域化が進められているものの、依然として数分の１ｐｍ程度の半値幅がある。したがって、すべての光学部材が石英で形成されている投影光学系に対してＡｒＦエキシマレーザー光源を用いると、無視することのできない量の色収差が発生する。その結果、投影光学系を介して形成される像のコントラストが低下し、像の劣化の原因となる。
【０００４】
そこで、ＡｒＦエキシマレーザー光源のさらなる狭帯域化が望まれるが、狭帯域化にも限界がありその改善も困難であるため、石英からなる光学部材（以下、単に「石英レンズ成分」という）と蛍石からなる光学部材（以下、単に「蛍石レンズ成分」という）とを組み合わせて色収差を補正する方法が考えられる。しかしながら、蛍石は、固有複屈折性を有し、また均質性の良いレンズ成分を製造することが難しく、フレアなどの原因になる可能性があるとされている。したがって、投影光学系において蛍石レンズ成分を無制限に用いることは好ましくない。
【０００５】
一方、石英レンズ成分では、ＡｒＦエキシマレーザー光の影響により、体積収縮による局所的屈折率変化すなわちコンパクションが起こると考えられている。換言すれば、光エネルギーの比較的大きい位置に石英レンズ成分を配置すると、コンパクションが起こり易く、投影光学系の結像性能が低下する可能性がある。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、石英レンズ成分と蛍石レンズ成分との適切な組み合わせにより、蛍石の固有複屈折や石英のコンパクションなどの影響を良好に抑えつつ、色収差の良好に補正された結像性能の高い投影光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光に対して高い結像性能を有する投影光学系を用いて、高い解像力で良好な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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系中の複数のレンズのうち最も第２面側に配置されて蛍石で形成された第１蛍石レンズと、該第１蛍石レンズの前記第１面側に隣接して配置されて蛍石で形成された第２蛍石レンズとを含み、
前記第１蛍石レンズの屈折力をＰ１とし、前記第２蛍石レンズの屈折力をＰ２とし、前記第１面と前記第２面との距離をＬとするとき、
０．１２５＜Ｐ１・Ｌ＜６．２５
０．１２５＜Ｐ２・Ｌ＜６．２５
の条件を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。
【０００８】
第１形態の好ましい態様によれば、前記第２蛍石レンズの有効径をφ２とし、前記第１面と前記第２面との距離をＬとするとき、０．１＜φ２／Ｌ＜０．２の条件を満足する。
【０００９】
本発明の第２形態では、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
最も第２面側に配置されて蛍石で形成された第１蛍石レンズと、該第１蛍石レンズの前記第１面側に隣接して配置されて蛍石で形成された第２蛍石レンズとを含み、
前記第２蛍石レンズの有効径をφ２とし、前記第１面と前記第２面との距離をＬとするとき、
０．１＜φ２／Ｌ＜０．２
の条件を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１０】
第１形態および第２形態の好ましい態様によれば、前記第１蛍石レンズの結晶軸と前記第２蛍石レンズの結晶軸とが所定方位関係を満たすように配置されている。また、前記投影光学系中の複数のレンズのうち、前記第１蛍石レンズおよび前記第２蛍石レンズだけが蛍石で形成されていることが好ましい。さらに、前記第２面側の開口数が０．８５以上であり、前記第２面における最大像高が１３．７５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１１】
本発明の第３形態では、前記第１面に配置されたマスクを照明するための照明系と、前記マスクに形成されたパターンの像を前記第２面に配置された感光性基板上に形成するための第１形態または第２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。
【００１２】
本発明の第４形態では、前記第１面に配置されたマスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを第１形態または第２形態の投影光学系を介して前記第２面に配置された感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
ＡｒＦエキシマレーザー光を用いる投影光学系において、石英のコンパクションの影響を抑えるには、光エネルギー密度が高くなる部位に石英レンズ成分ではなく蛍石レンズ成分を配置することが効果的である。すなわち、投影光学系を構成する複数のレンズのうち、最も像側（第２面側）に蛍石レンズ成分を配置することが効果的である。
【００１４】
一方、蛍石の固有複屈折の影響を抑えるには、互いに隣接する一対の蛍石レンズ成分の結晶軸が所定の方位関係を満たすように配置することが効果的である。すなわち、実施例において具体的に後述するように、一対の蛍石レンズ成分のある結晶軸が投影光学系の光軸とほぼ一致し、且つ一対の蛍石レンズ成分の別の結晶軸が光軸廻りに相対的な所定の回転角度関係を満たすように配置することが効果的である。
【００１５】
以上の理由から、本発明の投影光学系では、最も像側（第２面側）のレンズとして第１蛍石レンズを配置し、この第１蛍石レンズの物体側（第１面側）に隣接して第２蛍石レンズを配置している。そして、本発明では、この基本的構成において、第１蛍石レンズおよび第２蛍石レンズが次の条件式（１）および（２）をそれぞれ満足する。
０．１２５＜Ｐ１・Ｌ＜６．２５（１）
０．１２５＜Ｐ２・Ｌ＜６．２５（２）
【００１６】
ここで、Ｐ１は第１蛍石レンズの屈折力（パワー）であり、Ｐ２は第２蛍石レンズの屈折力であり、Ｌは物体面（第１面）と像面（第２面）との距離すなわち物像間距離である。条件式（１）および（２）の下限値を下回ると、第１蛍石レンズの屈折力および第２蛍石レンズの屈折力が小さくなりすぎて、投影光学系の最大径を小さくすることが困難になるだけでなく、軸上色収差を小さくすることも困難になってしまう。また、第１蛍石レンズおよび第２蛍石レンズへの入射角を小さくすることが困難になり、蛍石の固有複屈折の影響が大きくなる。また、コートによる光量損失の低減が困難になってしまう。
【００１７】
一方、条件式（１）および（２）の上限値を上回ると、第１蛍石レンズの屈折力および第２蛍石レンズの屈折力が大きくなりすぎて、倍率色収差の悪化を防ぐことが困難になるだけでなく、気圧変化による収差変動を光の波長変化により補正することが困難になってしまう。なお、気圧変化による収差変動を光の波長変化により補正する技術の詳細については、たとえば特開２０００−７５４９３号公報（特に段落［００３０］など）を参照することができる。
【００１８】
また、本発明では、上述の基本的構成において、第２蛍石レンズが次の条件式（３）を満足する。なお、条件式（３）において、φ２は第２蛍石レンズの有効径（直径）である。
０．１＜φ２／Ｌ＜０．２（３）
【００１９】
条件式（３）の上限値を上回ると、第２蛍石レンズの有効径が大きくなりすぎて、全体に亘って均質性の良好な蛍石成分を製造することが困難になってしまう。一方、条件式（３）の下限値を下回ると、第２蛍石レンズの有効径が小さくなりすぎて、たとえば第２蛍石レンズに隣接する石英レンズ成分の有効径も比較的小さくなり、この石英レンズ成分に照射される光のエネルギー密度が高くなってコンパクションが発生し易くなってしまう。
【００２０】
以上のように、本発明では、石英レンズ成分と蛍石レンズ成分との適切な組み合わせにより、蛍石の固有複屈折や石英のコンパクションなどの影響を良好に抑えつつ、色収差の良好に補正された結像性能の高い投影光学系を実現することができる。したがって、本発明の露光装置および露光方法では、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光に対して高い結像性能を有する投影光学系を用いて、高い解像力で良好な投影露光を行うことができ、ひいては高い解像力で良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【００２１】
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投影光学系を備えた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、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に垂直にＸ軸を設定している。
【００２２】
図１に示す露光装置は、照明光を供給するための光源ＬＳとして、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光源（波長１９３．３ｎｍ）を備えている。光源ＬＳ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投影原版としてのレチクル（マスク）Ｒを照明する。照明光学系ＩＬは、露光光の照度分布を均一化するためのフライアイレンズ、照明開口絞り、可変視野絞り（レチクルブラインド）、コンデンサレンズ系等から構成されている。
【００２３】
レチクルＲは、レチクルホルダＲＨを介して、レチクルステージＲＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。レチクルステージＲＳは、図示を省略した駆動系の作用により、レチクル面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はレチクル移動鏡ＲＭを用いた干渉計ＲＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。レチクルＲに形成されたパターンからの光は、投影光学系ＰＬを介して、フォトレジストの塗布されたウェハＷ（感光性基板）上にレチクルパターン像を形成する。
【００２４】
投影光学系ＰＬは、その瞳位置の近傍に配置された可変の開口絞りＡＳ（図１では不図示）を有し、レチクルＲ側およびウェハＷ側の双方において実質的にテレセントリックに構成されている。そして、投影光学系ＰＬの瞳位置には照明光学系の照明瞳面における二次光源の像が形成され、投影光学系ＰＬを介した光によってウェハＷがケーラー照明される。ウェハＷは、ウェハテーブル（ウェハホルダ）ＷＴを介して、ウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。
【００２５】
ウェハステージＷＳは、図示を省略した駆動系の作用によりウェハ面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はウェハ移動鏡ＷＭを用いた干渉計ＷＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。こうして、本実施形態では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら各露光領域に対してレチクルＲのパターンを一括的に露光する動作を繰り返すことにより、すなわちステップ・アンド・リピート方式により、ウェハＷの各露光領域にはレチクルＲのパターンが逐次露光される。
【００２６】
以下、具体的な数値例に基づいて、本実施形態の投影光学系ＰＬの各実施例を説明する。各実施例において、投影光学系ＰＬを構成するレンズ成分は石英（ＳｉＯ₂）または蛍石（ＣａＦ₂）で形成されている。また、光源ＬＳから供給されるＡｒＦエキシマレーザー光の中心波長は１９３．３０６であり、この中心波長に対する蛍石の屈折率は１．５０１４５４８であり、石英の屈折率は１．５６０３２６１である。そして、１９３．３０６ｎｍ＋０．３ｐｍ＝１９３．３０６３ｎｍの波長に対する蛍石の屈折率は１．５０１４５４５であり、石英の屈折率は１．５６０３２５４である。一方、１９３．３０６ｎｍ−０．３ｐｍ＝１９３．３０５７ｎｍの波長に対する蛍石の屈折率は１．５０１４５５１であり、石英の屈折率は１．５６０３２６４である。
【００２７】
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Ｃ_nとしたとき、以下の数式（ａ）で表される。後述の表（１）および（２）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。
【００２８】
【数１】
ｚ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｙ²／ｒ²｝^1/2］
＋Ｃ₄・ｙ⁴＋Ｃ₆・ｙ⁶＋Ｃ₈・ｙ⁸＋Ｃ₁₀・ｙ¹⁰＋・・・（ａ）
【００２９】
［第１実施例］
図２は、第１実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図２を参照すると、第１実施例の投影光学系ＰＬは、レチクル側から順に、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた平凹レンズＬ１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、両凸レンズＬ５と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７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Ｌ８と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と、両凹レンズＬ１２と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１３と、両凸レンズＬ１４と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１５と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１６と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１７と、開口絞りＡＳと、両凹レンズＬ１８と、両凸レンズＬ１９と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２０と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、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平凸レンズＬ２５とにより構成されている。第１実施例では、投影光学系ＰＬを構成する２５個のレンズ成分Ｌ１〜Ｌ２５のうち、２つのレンズＬ２４およびＬ２５だけが蛍石で形成され、その他の２３個のレンズＬ１〜Ｌ２３は石英で形成されている。
【００３０】
次の表（１）に、第１実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。表（１）の主要諸元において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、Ｙ₀は最大像高（イメージフィールド半径）をそれぞれ表している。また、表（１）の光学部材諸元において、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は露光光の中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。上述の表記は、以降の表（２）においても同様である。
【００３１】
【表１】
（主要諸元）
λ＝１９３．３０６ｎｍ
β＝−１／４
ＮＡ＝０．８５
Ｙ₀＝１３．８５ｍｍ

（非球面データ）
２面
κ＝０
Ｃ₄＝−１．１１２５×１０^-7 Ｃ₆＝３．３４９６４×１０^-12
Ｃ₈＝−１．４２６８４×１０^-16 Ｃ₁₀＝３．９８８２×１０^-21
Ｃ₁₂＝８．１７３４７×１０^-25 Ｃ₁₄＝−６．８７６６５×１０^-29
５面
κ＝０
Ｃ₄＝５．３４２３７×１０^-9 Ｃ₆＝−９．７２６６７×１０^-14
Ｃ₈＝−５．８４８０８×１０^-18 Ｃ₁₀＝２．９９１７４×１０^-22
Ｃ₁₂＝１．０１７６２×１０^-26 Ｃ₁₄＝−６．７４７２６×１０^-31
１６面
κ＝０
Ｃ₄＝６．１９１９１×１０^-8 Ｃ₆＝−１．２１２３５×１０^-12
Ｃ₈＝６．９１１３５×１０^-17 Ｃ₁₀＝−２．３６５６１×１０^-21
Ｃ₁₂＝９．７３１２０×１０^-26 Ｃ₁₄＝−７．４６７３６×１０^-31
２２面
κ＝０
Ｃ₄＝−９．３１０７３×１０^-8 Ｃ₆＝１．７８５６４×１０^-12
Ｃ₈＝−２．０４３４８×１０^-16 Ｃ₁₀＝２．０６６６９×１０^-21
Ｃ₁₂＝−９．２５１７２×１０^-27 Ｃ₁₄＝−１．７８３５７×１０^-28
２５面
κ＝０
Ｃ₄＝３．０５５９９×１０^-8 Ｃ₆＝１．３７０５９×１０^-12
Ｃ₈＝５．０３０８６×１０^-17 Ｃ₁₀＝６．８２８４×１０^-21
Ｃ₁₂＝−１．４３２１４×１０^-25 Ｃ₁₄＝８．６９８８４×１０^-29
３０面
κ＝０
Ｃ₄＝４．１８７４３×１０^-8 Ｃ₆＝−３．１１３７９×１０^-13
Ｃ₈＝−８．１８９４８×１０^-18 Ｃ₁₀＝２．４３２０８×１０^-22
Ｃ₁₂＝−９．６３９３７×１０^-29 Ｃ₁₄＝−６．６９０１９×１０^-32
４７面
κ＝０
Ｃ₄＝４．４７６２２×１０^-9 Ｃ₆＝１．１５４３９×１０^-13
Ｃ₈＝−１．９０１２６×１０^-17 Ｃ₁₀＝８．９１８５７×１０^-22
Ｃ₁₂＝−３．２７６７３×１０^-26 Ｃ₁₄＝８．５６７９３×１０^-31
（条件式対応値）
Ｐ１＝０．０００２ｍｍ^-1
Ｐ２＝０．０００６ｍｍ^-1
Ｌ＝１２５０ｍｍ
φ２＝１８０．６ｍｍ
（１）Ｐ１・Ｌ＝０．２５
（２）Ｐ２・Ｌ＝０．７５
（３）φ２／Ｌ＝０．１４４５
【００３２】
図３は、第１実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。また、図４は、第１実施例における横収差を示す図である。各収差図において、ＮＡは像側の開口数を、Ｙは像高（ｍｍ）をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。さらに、各収差図は中心波長に対する収差を示しているが、横収差を示す収差図において、線Ｃ＋は１９３．３０６ｎｍ＋０．３ｐｍ＝１９３．３０６３ｎｍの波長を、線Ｃ−は１９３．３０６ｎｍ−０．３ｐｍ＝１９３．３０５７ｎｍの波長をそれぞれ示している。上述の表記は、以降の図６および図７においても同様である。各収差図から明らかなように、第１実施例では、０．８５という大きな開口数および１３．８５ｍｍという大きな最大像高を確保しているにもかかわらず、波長幅が１９３．３０６ｎｍ±０．３ｐｍの露光光に対して色収差および単色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００３３】
［第２実施例］
図５は、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は、レチクル側から順に、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた平凹レンズＬ１と、両凹レンズＬ２と、両凸レンズＬ３と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、両凸レンズＬ５と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ８と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１０と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１２と、両凸レンズＬ１３と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１４と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１５と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１６と、開口絞りＡＳと、両凹レンズＬ１７と、両凸レンズＬ１８と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１９と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２０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Ｌ２１と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、レチクル側に凸面を向けた平凸レンズＬ２３とにより構成されている。
【００３４】
第２実施例では、投影光学系ＰＬを構成する２３個のレンズ成分Ｌ１〜Ｌ２３のうち、２つのレンズＬ２２およびＬ２３だけが蛍石で形成され、その他の２１個のレンズＬ１〜Ｌ２１は石英で形成されている。次の表（２）に、第２実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。
【００３５】
【表２】
（主要諸元）
λ＝１９３．３０６ｎｍ
β＝−１／４
ＮＡ＝０．８５
Ｙ₀＝１３．７５ｍｍ

（非球面データ）
２面
κ＝０
Ｃ₄＝−０．１１４９５２×１０^-6 Ｃ₆＝３．７１４３１×１０^-12
Ｃ₈＝−１．６６８０５×１０^-16 Ｃ₁₀＝１．０５×１０^-20
Ｃ₁₂＝−０．４２９９７０×１０^-24 Ｃ₁₄＝−８．３２５４８×１０^-30
７面
κ＝０
Ｃ₄＝−０．１０３３０８×１０^-7 Ｃ₆＝−２．０４７４２×１０^-13
Ｃ₈＝−３．４５２３２×１０^-18 Ｃ₁₀＝−２．６３６２４×１０^-22
Ｃ₁₂＝０．１０４７２３×１０^-25 Ｃ₁₄＝−６．５９６６３×１０^-31
１９面
κ＝０
Ｃ₄＝−０．２３０２９７×１０^-6 Ｃ₆＝２．０２８３７×１０^-11
Ｃ₈＝−６．８７２７１×１０^-16 Ｃ₁₀＝−３．７５４８１×１０^-20
Ｃ₁₂＝０．３５８５２６×１０^-23 Ｃ₁₄＝−１．２１４１３×１０^-28
２２面
κ＝０
Ｃ₄＝−２．３２０７３×１０^-7 Ｃ₆＝１．４２９４８×１０^-11
Ｃ₈＝１．８１２４３×１０^-16 Ｃ₁₀＝−４．７９９６７×１０^-20
Ｃ₁₂＝１．１１８９６×１０^-23 Ｃ₁₄＝−１．９７５４９×１０^-27
２４面
κ＝０
Ｃ₄＝６．２０２６３×１０^-8 Ｃ₆＝−１．７１７８×１０^-12
Ｃ₈＝−４．９７６３２×１０^-16 Ｃ₁₀＝３．９５８６８×１０^-21
Ｃ₁₂＝３．４０８７３×１０^-24 Ｃ₁₄＝−１．６８６１４×１０^-28
２８面
κ＝０
Ｃ₄＝１．２６９６×１０^-8 Ｃ₆＝−４．１２９１×１０^-13
Ｃ₈＝６．４３９６５×１０^-18 Ｃ₁₀＝１．８４７０２×１０^-22
Ｃ₁₂＝−７．９２１４２×１０^-27 Ｃ₁₄＝９．３４８０２×１０^-32
４３面
κ＝０
Ｃ₄＝−１．５０８６３×１０^-8 Ｃ₆＝−１．６８８５１×１０^-13
Ｃ₈＝−１．２６４１３×１０^-18 Ｃ₁₀＝−８．８４０６１×１０^-23
Ｃ₁₂＝−３．６２３９５×１０^-27 Ｃ₁₄＝３．７４６８９×１０^-31
（条件式対応値）
Ｐ１＝０．０００２ｍｍ^-1
Ｐ２＝０．００２３ｍｍ^-1
Ｌ＝１２５０ｍｍ
φ２＝１８２．０ｍｍ
（１）Ｐ１・Ｌ＝０．２５
（２）Ｐ２・Ｌ＝２．８７５
（３）φ２／Ｌ＝０．１４５６
【００３６】
図６は、第２実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。また、図７は、第２実施例における横収差を示す図である。各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、０．８５という大きな開口数および１３．７５ｍｍという大きな最大像高を確保しているにもかかわらず、波長幅が１９３．３０６ｎｍ±０．３ｐｍの露光光に対して色収差および単色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００３７】
ところで、第１実施例および第２実施例では、一対の蛍石レンズ（第１蛍石レンズおよび第２蛍石レンズ）の結晶軸が所定の方位関係を満たすように設定することにより、蛍石の固有複屈折の結像性能への影響を低減することができる。以下、蛍石の固有複屈折の影響を受けにくいレンズ構成を実現する典型的な手法について簡単に説明する。
【００３８】
第１手法では、一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸［１１１］（または結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸）とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを約６０度だけ相対的に回転させる。ここで、結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸とは、たとえば結晶軸［−１１１］，［１−１１］，［１１−１］である。また、一方の蛍石レンズと他方の蛍石レンズとを光軸を中心として約６０度だけ相対的に回転させるとは、一方の蛍石レンズおよび他方の蛍石レンズにおける光軸とは異なる方向に向けられる所定の結晶軸（たとえば結晶軸［−１１１］、［１１−１］、または［１−１１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度が約６０度であることを意味する。
【００３９】
具体的には、たとえば一方の蛍石レンズにおける結晶軸［−１１１］と、他方の蛍石レンズにおける結晶軸［−１１１］との光軸を中心とした相対的な角度が約６０度であることを意味する。そして、光軸を中心として約６０度だけ相対的に回転させるということは、光軸を中心として約６０度＋（ｎ×１２０度）だけ相対的に回転させること、すなわち６０度、１８０度、または３００度・・・だけ相対的に回転させることと同じ意味である（ここで、ｎは整数である）。
【００４０】
第２手法では、一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸［１００］（または結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸）とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを約４５度だけ相対的に回転させる。ここで、結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸とは、たとえば結晶軸［０１０］，［００１］である。また、一方の蛍石レンズと他方の蛍石レンズとを光軸を中心として約４５度だけ相対的に回転させるとは、一方の蛍石レンズおよび他方の蛍石レンズにおける光軸とは異なる方向に向けられる所定の結晶軸（たとえば結晶軸［０１０］，［００１］，［０１１］または［０１−１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度が約４５度であることを意味する。
【００４１】
具体的には、たとえば一方の蛍石レンズにおける結晶軸［０１０］と、他方の蛍石レンズにおける結晶軸［０１０］との光軸を中心とした相対的な角度が約４５度であることを意味する。そして、光軸を中心として約４５度だけ相対的に回転させるということは、光軸を中心として約４５度＋（ｎ×９０度）だけ相対的に回転させること、すなわち４５度、１３５度、２２５度、または３１５度・・・だけ相対的に回転させることと同じ意味である（ここで、ｎは整数である）。
【００４２】
上述の実施形態の露光装置では、照明系によってレチクル（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８のフローチャートを参照して説明する。
【００４３】
先ず、図８のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。
【００４４】
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。
【００４５】
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９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９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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
なお、上述の実施形態では、ウェハＷの各露光領域に対してレチクルＲのパターンを一括的に露光するステップ・アンド・リピート方式の露光装置に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、ウェハＷとレチクルＲとを投影光学系ＰＬに対して相対移動させつつウェハＷの各露光領域に対してレチクルＲのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に本発明を適用することもできる。
【００４９】
また、上述の実施形態では、１９３ｎｍの波長光を供給するＡｒＦエキシマレーザー光源を用いているが、これに限定されることなく、たとえば２４８．４ｎｍの波長光を供給するＫｒＦエキシマレーザー光源など、他の適当な光源に対して本発明を適用することもできる。
【００５０】
さらに、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。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、石英レンズ成分と蛍石レンズ成分との適切な組み合わせにより、蛍石の固有複屈折や石英のコンパクションなどの影響を良好に抑えつつ、色収差の良好に補正された結像性能の高い投影光学系を実現することができる。したがって、本発明の露光装置および露光方法では、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光に対して高い結像性能を有する投影光学系を用いて、高い解像力で良好な投影露光を行うことができ、ひいては高い解像力で良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる投影光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】第１実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図３】第１実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図４】第１実施例における横収差を示す図である。
【図５】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６】第２実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図７】第２実施例における横収差を示す図である。
【図８】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図９】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】
ＬＳ光源
ＩＬ照明光学系
Ｒレチクル
ＲＳレチクルステージ
ＰＬ投影光学系
Ｗウェハ
ＷＳウェハステージ
ＡＳ開口絞り
Ｌｉレンズ成分[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection optical system, an exposure apparatus, and an exposure method, and more particularly to a projection optical system suitable for an exposure apparatus used when manufacturing a microdevice such as a semiconductor element or a liquid crystal display element in a photolithography process. is there.
[0002]
[Prior art]
When manufacturing a semiconductor element or the like, an exposure apparatus is used that transfers a pattern image of a reticle as a mask onto a resist-coated wafer (or glass plate or the like) via a projection optical system. In this type of exposure apparatus, it is desired that the resolution of the projection optical system be improved as the pattern of a semiconductor integrated circuit or the like becomes finer. In order to improve the resolution of the projection optical system, it is conceivable to shorten the wavelength of the exposure light or increase the numerical aperture. In recent years, for example, an ArF excimer laser light source (193 nm) has been used to shorten the wavelength of exposure light.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, although the ArF excimer laser light source is being narrowed, it still has a half width of about a fraction of 1 pm. Therefore, when an ArF excimer laser light source is used for a projection optical system in which all optical members are made of quartz, a chromatic aberration that cannot be ignored occurs. As a result, the contrast of the image formed through the projection optical system is lowered, causing image degradation.
[0004]
Therefore, it is desired to further narrow the bandwidth of the ArF excimer laser light source. However, since there is a limit to narrowing the band and it is difficult to improve it, an optical member made of quartz (hereinafter simply referred to as “quartz lens component”) and a firefly are used. A method of correcting chromatic aberration by combining an optical member made of stone (hereinafter simply referred to as “fluorite lens component”) is conceivable. However, fluorite has intrinsic birefringence, and it is difficult to produce a lens component with good homogeneity, which may cause flare and the like. Therefore, it is not preferable to use unlimited fluorite lens components in the projection optical system.
[0005]
On the other hand, in the quartz lens component, it is considered that local refractive index change, that is, compaction due to volume shrinkage occurs due to the influence of ArF excimer laser light. In other words, if the quartz lens component is disposed at a position where the light energy is relatively large, compaction is likely to occur, and the imaging performance of the projection optical system may be degraded.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and by appropriately combining the quartz lens component and the fluorite lens component, while effectively suppressing the influence of the intrinsic birefringence of fluorite and the compaction of quartz, It is an object of the present invention to provide a projection optical system in which chromatic aberration is well corrected and high in imaging performance. Another object of the present invention is to provide an exposure apparatus and an exposure method that can perform good projection exposure with high resolving power using, for example, a projection optical system having high imaging performance with respect to ArF excimer laser light. And
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the first embodiment of the present invention, in the projection optical system for forming the image of the first surface on the second surface,
Of the plurality of lenses in the projection optical system, a first fluorite lens disposed on the second surface side and formed of fluorite is disposed adjacent to the first surface side of the first fluorite lens. And a second fluorite lens formed of fluorite,
When the refractive power of the first fluorite lens is P1, the refractive power of the second fluorite lens is P2, and the distance between the first surface and the second surface is L,
0.125 <P1 · L <6.25
0.125 <P2 · L <6.25
A projection optical system characterized by satisfying the above conditions is provided.
[0008]
According to a preferred aspect of the first embodiment, when the effective diameter of the second fluorite lens is φ2 and the distance between the first surface and the second surface is L, 0.1 <φ2 / L <0 The condition of .2 is satisfied.
[0009]
In the second aspect of the present invention, in the projection optical system for forming the image of the first surface on the second surface,
A first fluorite lens formed on the second surface side and formed of fluorite; and a second fluorite lens formed adjacent to the first surface side of the first fluorite lens and formed of fluorite. Including stone lenses,
When the effective diameter of the second fluorite lens is φ2 and the distance between the first surface and the second surface is L,
0.1 <φ2 / L <0.2
A projection optical system characterized by satisfying the above conditions is provided.
[0010]
According to a preferred aspect of the first and second embodiments, the crystal axis of the first fluorite lens and the crystal axis of the second fluorite lens are arranged so as to satisfy a predetermined orientation relationship. Moreover, it is preferable that only the first fluorite lens and the second fluorite lens among the plurality of lenses in the projection optical system are formed of fluorite. Furthermore, it is preferable that the numerical aperture on the second surface side is 0.85 or more, and the maximum image height on the second surface is 13.75 mm or more.
[0011]
In the third aspect of the present invention, an illumination system for illuminating the mask disposed on the first surface and an image of a pattern formed on the mask are formed on the photosensitive substrate disposed on the second surface. There is provided an exposure apparatus comprising the projection optical system of the first form or the second form.
[0012]
In the fourth embodiment of the present invention, the mask disposed on the first surface is illuminated, and the pattern formed on the mask is disposed on the second surface via the projection optical system of the first or second embodiment. There is provided an exposure method characterized by performing projection exposure on a photosensitive substrate.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In a projection optical system using ArF excimer laser light, in order to suppress the influence of quartz compaction, it is effective to arrange a fluorite lens component instead of a quartz lens component at a site where the light energy density is high. That is, it is effective to dispose the fluorite lens component on the most image side (second surface side) among the plurality of lenses constituting the projection optical system.
[0014]
On the other hand, in order to suppress the influence of intrinsic birefringence of fluorite, it is effective to arrange the crystal axes of a pair of fluorite lens components adjacent to each other so as to satisfy a predetermined orientation relationship. That is, as will be described in detail later in the embodiment, the crystal axis of a pair of fluorite lens components substantially coincides with the optical axis of the projection optical system, and the other crystal axis of the pair of fluorite lens components is an optical axis. It is effective to arrange them so as to satisfy a predetermined rotational angle relationship relative to the surroundings.
[0015]
For the reasons described above, in the projection optical system of the present invention, the first fluorite lens is disposed as the lens closest to the image side (second surface side), and the object side (first surface side) of the first fluorite lens is disposed. A second fluorite lens is disposed adjacently. In the present invention, in this basic configuration, the first fluorite lens and the second fluorite lens satisfy the following conditional expressions (1) and (2), respectively.
0.125 <P1 · L <6.25 (1)
0.125 <P2 · L <6.25 (2)
[0016]
Here, P1 is the refractive power (power) of the first fluorite lens, P2 is the refractive power of the second fluorite lens, and L is the object surface (first surface) and the image surface (second surface). That is, the distance between object images. If the lower limit value of conditional expressions (1) and (2) is not reached, the refractive power of the first fluorite lens and the refractive power of the second fluorite lens become too small, and the maximum diameter of the projection optical system may be reduced. Not only is it difficult, but it is also difficult to reduce axial chromatic aberration. In addition, it becomes difficult to reduce the incident angle to the first fluorite lens and the second fluorite lens, and the influence of intrinsic birefringence of fluorite increases. In addition, it becomes difficult to reduce light loss due to the coating.
[0017]
On the other hand, if the upper limit value of conditional expressions (1) and (2) is exceeded, the refractive power of the first fluorite lens and the refractive power of the second fluorite lens become too large, and it is difficult to prevent the lateral chromatic aberration from deteriorating. In addition, it becomes difficult to correct aberration variations due to changes in atmospheric pressure due to changes in the wavelength of light. For details of the technique for correcting the aberration fluctuation due to the change in atmospheric pressure by the change in the wavelength of light, for example, refer to Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-75493 (particularly, paragraph [0030]).
[0018]
In the present invention, in the above basic configuration, the second fluorite lens satisfies the following conditional expression (3). In conditional expression (3), φ2 is the effective diameter (diameter) of the second fluorite lens.
0.1 <φ2 / L <0.2 (3)
[0019]
If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the effective diameter of the second fluorite lens becomes too large, and it becomes difficult to produce a fluorite component with good homogeneity throughout. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (3) is not reached, the effective diameter of the second fluorite lens becomes too small, for example, the effective diameter of the quartz lens component adjacent to the second fluorite lens becomes relatively small. The energy density of light applied to the quartz lens component is increased, and compaction is likely to occur.
[0020]
As described above, in the present invention, the chromatic aberration is corrected satisfactorily while suppressing the influence of the intrinsic birefringence of fluorite and the compaction of quartz by appropriately combining the quartz lens component and the fluorite lens component. A projection optical system with high imaging performance can be realized. Therefore, in the exposure apparatus and the exposure method of the present invention, it is possible to perform good projection exposure with high resolution using, for example, a projection optical system having high imaging performance with respect to ArF excimer laser light, and thus with high resolution. A good microdevice can be manufactured.
[0021]
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus provided with a projection optical system according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the Z axis is parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, the Y axis is parallel to the paper surface of FIG. 1 in a plane perpendicular to the optical axis AX, and the plane is perpendicular to the optical axis AX. The X axis is set perpendicular to the paper surface of FIG.
[0022]
The exposure apparatus shown in FIG. 1 includes, for example, an ArF excimer laser light source (wavelength 193.3 nm) as a light source LS for supplying illumination light. The light emitted from the light source LS illuminates a reticle (mask) R as a projection master on which a predetermined pattern is formed, via the illumination optical system IL. The illumination optical system IL includes a fly-eye lens for uniforming the illuminance distribution of exposure light, an illumination aperture stop, a variable field stop (reticle blind), a condenser lens system, and the like.
[0023]
The reticle R is held parallel to the XY plane on the reticle stage RS via the reticle holder RH. Reticle stage RS can be moved two-dimensionally along the reticle plane (ie, XY plane) by the action of a drive system (not shown), and its position coordinates are measured by interferometer RIF using reticle moving mirror RM. And the position is controlled. Light from the pattern formed on the reticle R forms a reticle pattern image on the wafer W (photosensitive substrate) coated with a photoresist via the projection optical system PL.
[0024]
The projection optical system PL has a variable aperture stop AS (not shown in FIG. 1) disposed in the vicinity of the pupil position, and is substantially telecentric on both the reticle R side and the wafer W side. . Then, an image of the secondary light source on the illumination pupil plane of the illumination optical system is formed at the pupil position of the projection optical system PL, and the wafer W is Koehler illuminated with light via the projection optical system PL. The wafer W is held parallel to the XY plane on the wafer stage WS via a wafer table (wafer holder) WT.
[0025]
The wafer stage WS can be moved two-dimensionally along the wafer surface (that is, the XY plane) by the action of a drive system (not shown), and its position coordinates are measured by an interferometer WIF using a wafer moving mirror WM. In addition, the position is controlled. Thus, in the present embodiment, the operation of collectively exposing the pattern of the reticle R to each exposure region while two-dimensionally driving and controlling the wafer W in the plane orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL. By repeating, that is, by the step-and-repeat method, the pattern of the reticle R is sequentially exposed in each exposure region of the wafer W.
[0026]
Hereinafter, examples of the projection optical system PL of the present embodiment will be described based on specific numerical examples. In each embodiment, the lens component constituting the projection optical system PL is made of quartz (SiO ₂ ) or fluorite (CaF ₂ ). The central wavelength of ArF excimer laser light supplied from the light source LS is 193.306, the refractive index of fluorite with respect to this central wavelength is 1.504548, and the refractive index of quartz is 1.5603261. The refractive index of fluorite with respect to a wavelength of 193.306 nm + 0.3 pm = 193.3063 nm is 1.5014545, and the refractive index of quartz is 1.5603254. On the other hand, the refractive index of fluorite with respect to a wavelength of 193.306 nm−0.3 pm = 193.35757 nm is 1.50144551, and the refractive index of quartz is 1.5603264.
[0027]
In each embodiment, the aspherical surface has a height in the direction perpendicular to the optical axis as y, and the distance along the optical axis from the tangential plane at the apex of the aspherical surface to the position on the aspherical surface at height y ( When the sag amount is z, the apex radius of curvature is r, the conic coefficient is κ, and the nth-order aspheric coefficient is C _n , the following equation (a) is obtained. In Tables (1) and (2), which will be described later, an aspherical lens surface is marked with an asterisk (*) on the right side of the surface number.
[0028]
[Expression 1]
z = (y ² / r) / [1+ {1− (1 + κ) · y ² / r ² } ^1/2 ]
+ C ₄ · y ⁴ + C ₆ · y ⁶ + C ₈ · y ⁸ + C ₁₀ · y ¹⁰ + (a)
[0029]
[First embodiment]
FIG. 2 is a diagram illustrating a lens configuration of the projection optical system according to the first example. Referring to FIG. 2, the projection optical system PL of the first embodiment includes, in order from the reticle side, a plano-concave lens L1 having an aspheric concave surface facing the wafer side, and a negative meniscus lens L2 having a concave surface facing the reticle side. A positive meniscus lens L3 having an aspheric concave surface facing the reticle side, a positive meniscus lens L4 having a concave surface facing the reticle side, a biconvex lens L5, a positive meniscus lens L6 having a convex surface facing the reticle side, and a reticle A positive meniscus lens L7 with a convex surface on the side, a positive meniscus lens L8 with an aspheric concave surface on the wafer side, a negative meniscus lens L9 with a convex surface on the reticle side, and a negative with a convex surface on the reticle side A meniscus lens L10, a negative meniscus lens L11 with an aspheric concave surface facing the wafer side, a biconcave lens L12, and an aspheric shape on the reticle side A negative meniscus lens L13 with a concave surface, a biconvex lens L14, a biconcave lens L15 with an aspheric concave surface facing the wafer, a positive meniscus lens L16 with a concave surface facing the reticle, and a convex surface facing the reticle side Positive meniscus lens L17, aperture stop AS, biconcave lens L18, biconvex lens L19, positive meniscus lens L20 having a concave surface on the reticle side, positive meniscus lens L21 having a convex surface on the reticle side, and reticle side A positive meniscus lens L22 having a convex surface facing the lens, a positive meniscus lens L23 having an aspheric concave surface facing the wafer side, a positive meniscus lens L24 having a convex surface facing the reticle side, and a plano-convex lens having a convex surface facing the reticle side L25. In the first embodiment, of the 25 lens components L1 to L25 constituting the projection optical system PL, only two lenses L24 and L25 are made of fluorite, and the other 23 lenses L1 to L23 are made of quartz. Is formed.
[0030]
The following table (1) lists the values of the specifications of the projection optical system according to the first example. In the main specifications of Table (1), λ is the center wavelength of the exposure light, β is the projection magnification, NA is the image side (wafer side) numerical aperture, and Y ₀ is the maximum image height (image field radius). Represents. In the optical member specifications of Table (1), the surface number is the order of the surfaces from the reticle side, r is the radius of curvature of each surface (vertical curvature radius: mm in the case of an aspheric surface), and d is each The on-axis distance of the surface, that is, the surface distance (mm), and n represents the refractive index with respect to the center wavelength of the exposure light. The above notation is the same in the following table (2).
[0031]
[Table 1]
(Main specifications)
λ = 193.306 nm
β = -1 / 4
NA = 0.85
Y ₀ = 13.85 mm

(Aspheric data)
2 sides κ = 0
C ₄ = −1.1125 × 10 ⁻⁷ C ₆ = 3.334964 × 10 ⁻¹²
C ₈ = −1.42684 × 10 ⁻¹⁶ C ₁₀ = 3.9882 × 10 ⁻²¹
C ₁₂ = 8.17347 × 10 ⁻²⁵ C ₁₄ = −6.887665 × 10 ⁻²⁹
5 sides κ = 0
C ₄ = 5.334237 × 10 ⁻⁹ C ₆ = −9.772667 × 10 ⁻¹⁴
C ₈ = −5.84808 × 10 ⁻¹⁸ C ₁₀ = 2.999174 × 10 ⁻²²
C ₁₂ = 1.01762 × 10 ⁻²⁶ C ₁₄ = −6.774726 × 10 ⁻³¹
16 faces κ = 0
C ₄ = 6.19191 × 10 ⁻⁸ C ₆ = −1.21235 × 10 ⁻¹²
C ₈ = 6.991135 × 10 ⁻¹⁷ C ₁₀ = −2.36561 × 10 ⁻²¹
C ₁₂ = 9.73120 × 10 ⁻²⁶ C ₁₄ = −7.46736 × 10 ⁻³¹
22 planes κ = 0
C ₄ = −9.31033 × 10 ⁻⁸ C ₆ = 1.78564 × 10 ⁻¹²
C ₈ = −2.04348 × 10 ⁻¹⁶ C ₁₀ = 2.06669 × 10 ⁻²¹
C ₁₂ = −9.225172 × 10 ⁻²⁷ C ₁₄ = −1.778357 × 10 ⁻²⁸
25 faces κ = 0
C ₄ = 3.05599 × 10 ⁻⁸ C ₆ = 1.37059 × 10 ⁻¹²
C ₈ = 5.03086 × 10 ⁻¹⁷ C ₁₀ = 6.8284 × 10 ⁻²¹
C ₁₂ = −1.43214 × 10 ⁻²⁵ C ₁₄ = 8.66984 × 10 ⁻²⁹
30 planes κ = 0
C ₄ = 4.18743 × 10 ⁻⁸ C ₆ = −3.111379 × 10 ⁻¹³
C ₈ = −8.18948 × 10 ⁻¹⁸ C ₁₀ = 2.43208 × 10 ⁻²²
C ₁₂ = −9.693937 × 10 ⁻²⁹ C ₁₄ = −6.69019 × 10 ⁻³²
47 faces κ = 0
C ₄ = 4.44762 × 10 ⁻⁹ C ₆ = 1.15439 × 10 ⁻¹³
C ₈ = -1.90126 × 10 ⁻¹⁷ C ₁₀ = 8.991857 × 10 ⁻²²
C ₁₂ = −3.27673 × 10 ⁻²⁶ C ₁₄ = 8.576793 × 10 ⁻³¹
(Values for conditional expressions)
P1 = 0.0002 mm ⁻¹
P2 = 0.006mm ^-1
L = 1250mm
φ2 = 180.6mm
(1) P1 · L = 0.25
(2) P2 · L = 0.75
(3) φ2 / L = 0.1445
[0032]
FIG. 3 is a diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion in the first example. FIG. 4 is a diagram showing transverse aberration in the first example. In each aberration diagram, NA represents the numerical aperture on the image side, and Y represents the image height (mm). In the aberration diagrams showing astigmatism, the solid line shows the sagittal image plane, and the broken line shows the meridional image plane. Further, each aberration diagram shows the aberration with respect to the center wavelength. In the aberration diagram showing the lateral aberration, the line C + has a wavelength of 193.306 nm + 0.3 pm = 193.3063 nm, and the line C− has a wavelength of 193.306 nm-0. The wavelength of 3 pm=193.3057 nm is shown. The above notation is the same in the following FIG. 6 and FIG. As is apparent from the respective aberration diagrams, in the first example, the wavelength width is 193.306 nm ± 0.0.00 mm despite the large numerical aperture of 0.85 and the maximum image height of 13.85 mm. It can be seen that chromatic aberration and monochromatic aberration are well corrected for exposure light of 3 pm.
[0033]
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a diagram showing a lens configuration of the projection optical system according to the second example. Referring to FIG. 5, the projection optical system PL of the second embodiment includes, in order from the reticle side, a plano-concave lens L1, an aspheric concave surface facing the wafer side, a biconcave lens L2, a biconvex lens L3, and the reticle side. A positive meniscus lens L4 having an aspherical concave surface facing the lens, a biconvex lens L5, a positive meniscus lens L6 having a convex surface facing the reticle, a positive meniscus lens L7 having a convex surface facing the reticle, and a convex surface facing the reticle. A positive meniscus lens L8 with a convex surface, a negative meniscus lens L9 with a convex surface facing the reticle, a biconcave lens L10 with an aspheric concave surface facing the reticle, and a negative concave with an aspheric concave surface facing the wafer. A meniscus lens L11, a biconcave lens L12 having an aspherical concave surface facing the wafer side, a biconvex lens L13, and a biconcave having an aspherical concave surface facing the wafer side Lens L14, a positive meniscus lens L15 having a concave surface facing the reticle, a positive meniscus lens L16 having a convex surface facing the reticle, an aperture stop AS, a biconcave lens L17, a biconvex lens L18, and a concave surface on the reticle side. A positive meniscus lens L19, a positive meniscus lens L20 having a convex surface facing the reticle, a positive meniscus lens L21 having an aspheric concave surface facing the wafer, and a positive meniscus lens L22 having a convex surface facing the reticle. And a plano-convex lens L23 having a convex surface facing the reticle.
[0034]
In the second embodiment, of the 23 lens components L1 to L23 constituting the projection optical system PL, only two lenses L22 and L23 are made of fluorite, and the other 21 lenses L1 to L21 are made of quartz. Is formed. The following table (2) lists the values of the specifications of the projection optical system according to the second example.
[0035]
[Table 2]
(Main specifications)
λ = 193.306 nm
β = -1 / 4
NA = 0.85
Y ₀ = 13.75 mm

(Aspheric data)
2 sides κ = 0
C ₄ = −0.114952 × 10 ⁻⁶ C ₆ = 3.77141 × 10 ⁻¹²
C ₈ = −1.66805 × 10 ⁻¹⁶ C ₁₀ = 1.05 × 10 ⁻²⁰
C ₁₂ = −0.429970 × 10 ⁻²⁴ C ₁₄ = −8.332548 × 10 ⁻³⁰
7 surfaces κ = 0
C ₄ = −0.103308 × 10 ⁻⁷ C ₆ = −2.04742 × 10 ⁻¹³
C ₈ = −3.445232 × 10 ⁻¹⁸ C ₁₀ = −2.663624 × 10 ⁻²²
C ₁₂ = 0.104723 × 10 ⁻²⁵ C ₁₄ = −6.59633 × 10 ⁻³¹
19 faces κ = 0
C ₄ = −0.230297 × 10 ⁻⁶ C ₆ = 2.02837 × 10 ⁻¹¹
C ₈ = −6.887271 × 10 ⁻¹⁶ C ₁₀ = −3.75481 × 10 ⁻²⁰
C ₁₂ = 0.358526 × 10 ⁻²³ C ₁₄ = −1.21413 × 10 ⁻²⁸
22 planes κ = 0
C ₄ = −2.32033 × 10 ⁻⁷ C ₆ = 1.42948 × 10 ⁻¹¹
C ₈ = 1.81243 × 10 ⁻¹⁶ C ₁₀ = −4.779967 × 10 ⁻²⁰
C ₁₂ = 1.118896 × 10 ⁻²³ C ₁₄ = −1.997549 × 10 ⁻²⁷
24 surfaces κ = 0
C ₄ = 6.020263 × 10 ⁻⁸ C ₆ = −1.7178 × 10 ⁻¹²
C ₈ = −4.99762 × 10 ⁻¹⁶ C ₁₀ = 3.995868 × 10 ⁻²¹
C ₁₂ = 3.40873 × 10 ⁻²⁴ C ₁₄ = −1.686614 × 10 ⁻²⁸
28 faces κ = 0
C ₄ = 1.2696 × 10 ⁻⁸ C ₆ = −4.1291 × 10 ⁻¹³
C ₈ = 6.443965 × 10 ⁻¹⁸ C ₁₀ = 1.84702 × 10 ⁻²²
C ₁₂ = −7.92142 × 10 ⁻²⁷ C ₁₄ = 9.334802 × 10 ⁻³²
43 planes κ = 0
C ₄ = −1.50863 × 10 ⁻⁸ C ₆ = −1.68851 × 10 ⁻¹³
C ₈ = −1.26413 × 10 ⁻¹⁸ C ₁₀ = −8.88401 × 10 ⁻²³
C ₁₂ = −3.62395 × 10 ⁻²⁷ C ₁₄ = 3.774689 × 10 ⁻³¹
(Values for conditional expressions)
P1 = 0.0002 mm ⁻¹
P2 = 0.0023mm ^-1
L = 1250mm
φ2 = 182.0mm
(1) P1 · L = 0.25
(2) P2 · L = 2.875
(3) φ2 / L = 0.1456
[0036]
FIG. 6 is a diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion in the second example. FIG. 7 is a diagram showing transverse aberration in the second example. As is apparent from each aberration diagram, the wavelength of the second example is the same as that of the first example, although a large numerical aperture of 0.85 and a maximum maximum image height of 13.75 mm are secured. It can be seen that chromatic aberration and monochromatic aberration are corrected well for exposure light having a width of 193.306 nm ± 0.3 pm.
[0037]
By the way, in the first embodiment and the second embodiment, the fluorite is set by setting the crystal axes of the pair of fluorite lenses (the first fluorite lens and the second fluorite lens) to satisfy a predetermined orientation relationship. The influence of the intrinsic birefringence on the imaging performance can be reduced. Hereinafter, a typical method for realizing a lens configuration that is not easily affected by the intrinsic birefringence of fluorite will be briefly described.
[0038]
In the first method, the optical axis of the pair of fluorite lenses is aligned with the crystal axis [111] (or a crystal axis optically equivalent to the crystal axis [111]), and the pair of fluorite is centered on the optical axis. The lens is relatively rotated by about 60 degrees. Here, crystal axes that are optically equivalent to the crystal axis [111] are, for example, crystal axes [−111], [1-11], and [11-1]. Further, the relative rotation of one fluorite lens and the other fluorite lens by about 60 degrees about the optical axis means a direction different from the optical axis of one fluorite lens and the other fluorite lens. This means that the relative angle about the optical axis between predetermined crystal axes (for example, crystal axes [−111], [11-1], or [1-11]) directed to is about 60 degrees. To do.
[0039]
Specifically, for example, the relative angle about the optical axis between the crystal axis [−111] in one fluorite lens and the crystal axis [−111] in the other fluorite lens is about 60 degrees. Means that. The relative rotation about 60 degrees around the optical axis means that the rotation about 60 degrees + (n × 120 degrees) around the optical axis, that is, 60 degrees, 180 degrees, Or, it is the same meaning as rotating relatively by 300 degrees (where n is an integer).
[0040]
In the second method, the optical axis of the pair of fluorite lenses is aligned with the crystal axis [100] (or a crystal axis optically equivalent to the crystal axis [100]) and the pair of fluorite is centered on the optical axis. The lens is relatively rotated by about 45 degrees. Here, crystal axes that are optically equivalent to the crystal axis [100] are, for example, crystal axes [010] and [001]. Further, when the one fluorite lens and the other fluorite lens are relatively rotated about 45 degrees around the optical axis, the direction is different from the optical axis of the one fluorite lens and the other fluorite lens. This means that the relative angle about the optical axis between predetermined crystal axes (for example, crystal axes [010], [001], [011], or [01-1]) directed to is about 45 degrees. To do.
[0041]
Specifically, for example, the relative angle about the optical axis between the crystal axis [010] of one fluorite lens and the crystal axis [010] of the other fluorite lens is about 45 degrees. means. The relative rotation about 45 degrees about the optical axis means that the rotation is about 45 degrees + (n × 90 degrees) about the optical axis, that is, 45 degrees, 135 degrees, It is the same meaning as relatively rotating by 225 degrees, 315 degrees, etc. (where n is an integer).
[0042]
In the exposure apparatus of the above-described embodiment, the reticle (mask) is illuminated by the illumination system (illumination process), and the transfer pattern formed on the mask is exposed to the photosensitive substrate using the projection optical system (exposure process). Thus, a micro device (semiconductor element, imaging element, liquid crystal display element, thin film magnetic head, etc.) can be manufactured. Hereinafter, referring to the flowchart of FIG. 8 for an example of a technique for obtaining a semiconductor device as a micro device by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus of the present embodiment. I will explain.
[0043]
First, in step 301 of FIG. 8, a metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step 302, a photoresist is applied on the metal film on the lot of wafers. Thereafter, in step 303, using the exposure apparatus of the present embodiment, the image of the pattern on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of one lot via the projection optical system. Thereafter, in step 304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step 305, the resist pattern is etched on the one lot of wafers to form a pattern on the mask. Corresponding circuit patterns are formed in each shot area on each wafer.
[0044]
Thereafter, a device pattern such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer. According to the semiconductor device manufacturing method described above, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput. In steps 301 to 305, a metal is deposited on the wafer, a resist is applied on the metal film, and exposure, development, and etching processes are performed. Prior to these processes, on the wafer. It is needless to say that after forming a silicon oxide film, a resist may be applied on the silicon oxide film, and steps such as exposure, development, and etching may be performed.
[0045]
In the exposure apparatus of this embodiment, a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). Hereinafter, an example of the technique at this time will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 9, in a pattern formation process 401, a so-called photolithography process is performed in which the exposure pattern of the present embodiment is used to transfer and expose a mask pattern onto a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist). By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. Thereafter, the exposed substrate undergoes steps such as a developing step, an etching step, and a resist stripping step, whereby a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming step 402.
[0046]
Next, in the color filter forming step 402, a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix or three of R, G, and B A color filter is formed by arranging a plurality of stripe filter sets in the horizontal scanning line direction. Then, after the color filter forming step 402, a cell assembly step 403 is executed. In the cell assembly step 403, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401, the color filter obtained in the color filter formation step 402, and the like. In the cell assembly step 403, for example, liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401 and the color filter obtained in the color filter formation step 402, and a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is obtained. ).
[0047]
Thereafter, in a module assembling step 404, components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element. According to the above-described method for manufacturing a liquid crystal display element, a liquid crystal display element having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
[0048]
In the above-described embodiment, the present invention is applied to a step-and-repeat type exposure apparatus that collectively exposes the pattern of the reticle R to each exposure region of the wafer W. However, the present invention is not limited to this. And a step-and-scan type exposure apparatus that scans and exposes the pattern of the reticle R to each exposure area of the wafer W while moving the wafer W and the reticle R relative to the projection optical system PL. The invention can also be applied.
[0049]
In the above-described embodiment, an ArF excimer laser light source that supplies light with a wavelength of 193 nm is used. However, the present invention is not limited to this. For example, a KrF excimer laser light source that supplies light with a wavelength of 248.4 nm may be used. The present invention can be applied to any suitable light source.
[0050]
Furthermore, in the above-described embodiment, the present invention is applied to the projection optical system mounted on the exposure apparatus. However, the present invention is not limited to this and is applied to other general projection optical systems. Can also be applied.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the chromatic aberration is corrected well while suppressing the influence of the intrinsic birefringence of fluorite and the compaction of quartz by appropriately combining the quartz lens component and the fluorite lens component. A projection optical system with high imaging performance can be realized. Therefore, in the exposure apparatus and the exposure method of the present invention, it is possible to perform good projection exposure with high resolution using, for example, a projection optical system having high imaging performance with respect to ArF excimer laser light, and thus with high resolution. A good microdevice can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus provided with a projection optical system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a lens configuration of a projection optical system according to the first example.
FIG. 3 is a diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion in the first example.
FIG. 4 is a diagram showing transverse aberration in the first example.
FIG. 5 is a diagram showing a lens configuration of a projection optical system according to a second example.
FIG. 6 is a diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion in the second example.
FIG. 7 is a diagram showing transverse aberration in the second example.
FIG. 8 is a flowchart of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device.
FIG. 9 is a flowchart of a method for obtaining a liquid crystal display element as a micro device.
[Explanation of symbols]
LS light source IL illumination optical system R reticle RS reticle stage PL projection optical system W wafer WS wafer stage AS aperture stop Li lens component

Claims

In a projection optical system for forming an image of a first surface on a second surface,
Of the plurality of lenses in the projection optical system, a first fluorite lens disposed on the second surface side and formed of fluorite is disposed adjacent to the first surface side of the first fluorite lens. And a second fluorite lens formed of fluorite,
The refractive power of the first fluorite lens is P1, the refractive power of the second fluorite lens is P2, the effective diameter of the second fluorite lens is φ2, and the first surface and the second surface When the distance is L,
0.125 <P1 · L <6.25
0.125 <P2 · L <6.25
0.1 <φ2 / L <0.2
Satisfy the conditions,
Among the plurality of lenses in the projection optical system, the projection only the first fluorite lens and the second fluorite lens is formed of fluorite, and the other lens, characterized that you have been formed of quartz Optical system.

2. The projection optical system according to claim 1, wherein the crystal axis of the first fluorite lens and the crystal axis of the second fluorite lens are arranged so as to satisfy a predetermined orientation relationship .

The projection optical system according to claim 1, wherein the projection optical system forms the image of the first surface on the second surface based on light from an ArF excimer laser light source .

The projection according to any one of claims 1 to 3 , wherein the numerical aperture on the second surface side is 0.85 or more, and the maximum image height on the second surface is 13.75 mm or more. Optical system.

5. An illumination system for illuminating a mask disposed on the first surface, and an image of a pattern formed on the mask on a photosensitive substrate disposed on the second surface. An exposure apparatus comprising the projection optical system according to any one of the above .

The mask arranged on the first surface is illuminated, and the pattern formed on the mask is photosensitive arranged on the second surface via the projection optical system according to any one of claims 1 to 4. An exposure method comprising performing projection exposure on a substrate .