JP5360529B2 - 投影光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば感光性基板にパターンを転写する走査型の露光装置に好適な投影光学系に関する。

テレビ等の表示装置として、液晶表示パネルが多用されている。液晶表示パネルは、プレート上に透明薄膜電極をフォトリソグラフィの手法でパターニングすることにより製造される。このフォトリソグラフィ工程においてマスクのパターンをプレートに投影露光する装置として、例えばマルチレンズ方式の走査型の露光装置（以下、「マルチ走査型の露光装置」と呼ぶ。）が使用される。マルチ走査型の露光装置では、複数の投影光学系に対してマスクおよびプレート（感光性基板）を相対移動させつつ、マスクのパターンをプレートに投影露光する。

近年、液晶表示パネルの大型化に伴い、プレートおよびマスクがともに大型化する傾向がある。マスクは高価であり、大型化によりコストが増大する。そこで、マスクの大型化を回避するために、拡大倍率を有する複数の投影光学系を用いてマスクのパターン像をプレート上に拡大投影するマルチ走査型の露光装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００７−２８６５８０号公報

この場合、投影光学系として屈折光学系を用いると、収差補正のためにレンズ枚数、光学系の全長、光学系の径の増大を抑えることが困難である。一方、投影光学系として反射屈折光学系を用いると、レンズ枚数等を抑えたコンパクトな構成で収差を補正することができるものの、例えば特開２００４−２７１５５２号公報の図２に示すように、少なくとも１つの曲面反射鏡が光軸に対して偏心配置される。その結果、反射屈折型の投影光学系では、光軸に対して偏心配置される光学部材の位置決めが困難であり、ひいては光学系の組立て調整が困難である。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、レンズ枚数等を抑えたコンパクトな構成を有し、組立て調整を容易に行うことのできる反射屈折型の投影光学系、露光装置、デバイス製造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、本発明の投影光学系では、第１面の第１領域の像を第２面の第２領域に形成する反射屈折型の投影光学系において、
正の屈折力を有する第１レンズ群と、
前記第１レンズ群を介した前記第１領域からの光を前記第１面側に反射する曲面状の反射面と、
前記曲面状の反射面が反射した光を前記第２面側に反射する平面状の反射面と、
正の屈折力を有し、前記平面状の反射面が反射した光を前記第２領域に集光する第２レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群、前記第２レンズ群及び前記曲面状の反射面は、直線状の１本の光軸に沿って共軸に配置され、
前記平面状の反射面は、前記１本の光軸に対して偏心配置されていることを特徴とする。

本発明の露光装置では、マスクステージに載置されたマスクのパターンの像を基板ステージに載置された感光性基板に転写する露光装置において、
本発明にかかる投影光学系を備え、
前記マスクステージは、前記パターンを前記第１面に配置し、
前記基板ステージは、前記感光性基板を前記第２面に配置することを特徴とする。

本発明のデバイス製造方法では、本発明にかかる露光装置を用いて、前記パターンを前記感光性基板に転写する露光工程と、
前記パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記パターンに対応する形状の転写パターン層を前記感光性基板に形成する現像工程と、
前記転写パターン層を介して前記感光性基板を加工する加工工程とを含むことを特徴とする。

本発明の投影光学系では、屈折力（またはパワー）を有する光学部材が直線状の１本の光軸に沿って共軸に配置されるので、光学系の組立て調整が容易であり、偏心収差の発生を良好に抑えることができる。また、本発明の投影光学系は反射屈折光学系の形態を有するので、レンズ枚数等を抑えたコンパクトな構成で収差を良好に補正することができる。すなわち、本発明では、レンズ枚数等を抑えたコンパクトな構成を有し、組立て調整を容易に行うことのできる反射屈折型の投影光学系を実現することができる。

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。本実施形態では、図１に示すように、複数（例示的に４つ）の投影光学系ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３，ＰＬ４に対してマスクＭＡおよびプレート（感光性基板）ＰＴを相対移動させつつマスクＭＡのパターンをプレートＰＴに投影露光するマルチ走査型の露光装置１００に対して本発明を適用している。

本実施形態の露光装置１００は、光源からの照明光でマスクＭＡのパターンを照明する照明装置ＩＵと、マスクＭＡを保持して移動するマスクステージＭＳＴ（図１では参照符号だけを示す）と、マスクＭＡのパターンの拡大像をプレートＰＴ上に投影する投影光学装置ＰＬＳと、プレートＰＴを保持して移動する基板ステージＰＳＴと、マスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴを駆動するリニアモータ等を含むステージ駆動機構ＤＲと、ステージ駆動機構ＤＲ等の動作を統括的に制御する主制御系ＣＲとを備えている。

プレートＰＴは、一例として、液晶表示素子製造用のフォトレジスト（感光材料）が塗布された１．９×２．２ｍ角、２．２×２．４ｍ角、２．４×２．８ｍ角、又は２．８×３．２ｍ角程度の矩形状で平板状のガラスプレートである。また、プレートＰＴの表面（感光面）は、一例として、マスクＭＡのパターンがそれぞれ転写される２つのパターン転写領域ＥＰ１，ＥＰ２に区分して主制御系ＣＲに認識される。

以下、説明を容易するために、図１において、基板ステージＰＳＴのガイド面（不図示）に垂直な方向にＺ軸を、そのガイド面に平行な面内で走査露光時のプレートＰＴの走査方向に沿ってＸ軸を、ガイド面に平行な面内でＸ軸と直交する非走査方向に沿ってＹ軸を設定する。また、説明を容易するために、４つの投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ４は互いに同じ構成を有し、区別しない場合には参照符号ＰＬで表すものとする。本実施形態では、基板ステージＰＳＴのガイド面は、マスクステージＭＳＴのガイド面（不図示）に平行であり、走査露光時のマスクＭＡの走査方向はＸ軸に平行である。また、Ｚ軸に平行な軸回りの回転方向をθｚ方向とも呼ぶ。

照明装置ＩＵでは、例えば光源部の４つ（投影光学系と同数）の送光部から、露光用の照明光（露光光）が射出される。露光光として、超高圧水銀ランプの射出光から選択されたｉ線（波長３６５ｎｍ）の光が使用されている。なお、露光光として、例えばＹＡＧレーザの３倍高調波（波長３５５ｎｍ）よりなるパルス光、超高圧水銀ランプから射出されるｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）及びｉ線（波長３６５ｎｍ）の光を含む波長域から選択された波長の光、又はＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）若しくはＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光等も使用可能である。

４つの送光部から射出された照明光は、対応する４つの部分照明光学系（不図示）を介して、マスクＭＡ上においてＹ方向に沿って間隔を隔てて一列に配置された４つの台形状の照明領域（照野領域）ＩＦ１，ＩＦ２，ＩＦ３，ＩＦ４をほぼ均一に照明する。各部分照明光学系は、例えば、コリメータレンズ、フライアイレンズ、集光レンズ、可変視野絞り、リレー光学系などを備えている。

マスクＭＡの照明領域ＩＦ１〜ＩＦ４からの光は、対応する４つの投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ４を介して、プレートＰＴ上の台形状の露光領域（像野領域又はイメージフィールド）ＥＦ１，ＥＦ２，ＥＦ３，ＥＦ４を露光する。投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ４は、それぞれマスクＭＡ側及びプレートＰＴ側にテレセントリックであり、マスクＭＡ側からプレートＰＴ側へ拡大倍率を有する。露光領域ＥＦ１〜ＥＦ４の形状は、照明領域ＩＦ１〜ＩＦ４の形状を投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ４の投影倍率で拡大した形状である。投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ４及びこれらに対応する露光領域ＥＦ１〜ＥＦ４はＹ方向に間隔を隔てて一列に配置されている。

本実施形態では、４つの投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ４を含んで投影光学装置ＰＬＳが構成され、各投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ４は、それぞれマスクＭＡ上の照明領域ＩＦ１〜ＩＦ４内のパターンを共通の拡大倍率βで拡大した投影像を、プレートＰＴの表面上の露光領域ＥＦ１〜ＥＦ４に形成する。投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ４は、マスクＭＡのパターンのＸ方向（走査方向）およびＹ方向（非走査方向）に倒立像を、プレートＰＴ上に形成する。

マスクＭＡは、マスクホルダ（不図示）を介して、マスクステージＭＳＴ上に吸着保持されている。マスクステージＭＳＴ上にはＸ軸の移動鏡およびＹ軸の移動鏡が固定され、これらの移動鏡に対向するようにＸ軸のレーザ干渉計及びＹ軸のレーザ干渉計よりなるマスク側レーザ干渉計が配置されている。マスク側レーザ干渉計は、マスクステージＭＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置、及びマスクステージＭＳＴのθｚ方向の回転角を計測し、計測結果を主制御系ＣＲに供給する。主制御系ＣＲは、その計測値に基づいてリニアモータ等のステージ駆動機構ＤＲを介して、マスクステージＭＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置及び速度、並びにθｚ方向の回転角を制御する。

プレートＰＴは、基板ホルダ（不図示）を介して、基板ステージＰＳＴ上に吸着保持されている。基板ステージＰＳＴにはＸ軸の移動鏡５１Ｘ及びＹ軸の移動鏡５１Ｙが固定され、Ｘ軸の移動鏡５１Ｘに対向するように計測用レーザビームをＸ軸に平行に照射するレーザ干渉計２１ＸＡ，２１ＸＢ，２１ＸＣ及び補助レーザ干渉計２１ＸＤが配置されている。また、Ｙ軸の移動鏡５１Ｙに対向するように、計測用レーザビームをＹ軸に平行に照射するレーザ干渉計２１ＹＡ及び補助レーザ干渉計２１ＹＢが配置されている。

Ｘ軸のレーザ干渉計２１ＸＣ及びＹ軸のレーザ干渉計２１ＹＡによって基板ステージＰＳＴのＸ方向及びＹ方向の位置が計測され、Ｘ軸の両側のレーザ干渉計２１ＸＡ，２１ＸＢによって走査露光時の基板ステージＰＳＴのθｚ方向の回転角が計測される。また、Ｙ軸のレーザ干渉計２１ＹＡ及び補助レーザ干渉計２１ＹＢによって、基板ステージＰＳＴがＹ方向にステップ移動する際の、基板ステージＰＳＴのθｚ方向の回転角が計測される。なお、例えば移動鏡５１Ｘ，５１Ｙの真直度が良好である場合等には、Ｘ軸のレーザ干渉計２１ＸＡ〜２１ＸＤのうちの２つのレーザ干渉計（例えば２１ＸＡ，２１ＸＢ）を設けるのみでもよく、Ｙ軸の補助レーザ干渉計２１ＹＢは省略可能である。

これらのレーザ干渉計２１ＸＡ〜２１ＸＤ，２１ＹＡ，２１ＹＢよりなるプレート側レーザ干渉計の計測値は、主制御系ＣＲに供給される。主制御系ＣＲは、その計測値に基づいてリニアモータ等のステージ駆動機構ＤＲを介して、基板ステージＰＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置及び速度を制御する。走査露光時には、マスクステージＭＳＴがＸ方向に速度Ｖ／βで駆動されるのに同期して、基板ステージＰＳＴはＸ方向に速度Ｖで駆動される。投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ４の像はＸ方向に倒立像であるため、マスクステージＭＳＴの走査方向と基板ステージＰＳＴの走査方向とはＸ軸に沿って逆向きになる。また、Ｙ方向にも倒立像であるため、マスクＭＡ上のパターンとプレートＰＴ上に形成されるパターンとは、Ｘ方向およびＹ方向に逆向きとなる。

投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ４の近傍には、プレートＰＴの位置合わせを行うための例えば画像処理方式のオフアクシス型のアライメント系ＡＬＧ、並びにマスクＭＡ及びプレートＰＴのＺ方向の位置（フォーカス位置）を計測するオートフォーカス系（不図示）が配置されている。そのため、プレートＰＴ上のパターン転写領域ＥＰ１及びＥＰ２の近傍には、それぞれ複数のアライメントマークＡＭ１及びＡＭ２が形成されている。また、そのオートフォーカス系の計測結果に基づいて、ステージ駆動機構ＤＲ内のＺ駆動機構を用いて例えばマスクステージＭＳＴのＺ方向の位置の制御、及び／又は投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ４の個別のフォーカス機構（不図示）を駆動することによって、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ４の像面とプレートＰＴの表面との合焦が行われる。

また、基板ステージＰＳＴには、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ４を介して投影されるマスクＭＡ上の位置計測用マークの像の位置を計測するためのアライメント系として、空間像計測系５３が設置されている。アライメント系ＡＬＧ及び空間像計測系５３の検出信号はアライメント信号処理系（不図示）で処理され、この処理によって得られた被検マークの位置情報が主制御系ＣＲに供給される。

図２は、本実施形態にかかる投影光学系の基本構成を模式的に示す図である。図２を参照すると、本実施形態の投影光学系ＰＬは、マスクＭＡのパターン面（第１面）の照明領域（第１領域）ＩＦのパターンの像をプレートＰＴの表面（第２面）の露光領域（第２領域）ＥＦに形成する反射屈折光学系である。投影光学系ＰＬは、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、第１レンズ群Ｇ１を介した照明領域ＩＦからの光をマスクＭＡ側に反射する曲面状の反射面ＣＭａと、曲面状の反射面ＣＭａが反射した光をプレートＰＴ側に反射する平面状の反射面ＦＭａと、正の屈折力を有し、平面状の反射面ＦＭａが反射した光を露光領域ＥＦに集光する第２レンズ群Ｇ２とを備えている。

第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２及び曲面状の反射面ＣＭａ（ひいては曲面状の反射面ＣＭａを有する曲面反射鏡ＣＭ）は直線状の１本の光軸ＡＸに沿って共軸に配置され、平面状の反射面ＦＭａ（ひいては平面状の反射面ＦＭａを有する平面反射鏡ＦＭ）は光軸ＡＸに対して偏心配置されている。ここで、偏心配置されているとは、光軸ＡＸと交差しない位置に配置されていることを意味する。なお、曲面状の反射面ＣＭａは、投影光学系ＰＬの射出瞳（もしくは入射瞳）と共役な面の近傍に配置されており、この曲面状の反射面ＣＭａ（ひいては曲面状の反射面ＣＭａが設けられた反射部材）は、開口絞りとして作用する。

本実施形態の投影光学系ＰＬでは、屈折力（またはパワー）を有するすべての光学部材が１つの鏡筒ＶＡ内で直線状の１本の光軸ＡＸに沿って共軸に配置されるので、１本鏡筒タイプの屈折光学系と同様に光学系の組立て調整が容易であり、偏心収差の発生を良好に抑えることができる。また、本実施形態の投影光学系ＰＬは反射屈折光学系の形態を有するので、レンズ枚数等を抑えたコンパクトな構成で収差を良好に補正することができる。すなわち、本実施形態では、レンズ枚数等を抑えたコンパクトな構成を有し、組立て調整を容易に行うことのできる反射屈折型の投影光学系を実現することができる。

なお、本実施形態の投影光学系ＰＬでは、平面状の反射面ＦＭａが光軸ＡＸに対して偏心配置されるが、反射面ＦＭａはパワーを有しないため、例えばＸ方向に反射面ＦＭａの位置決め誤差が発生しても、この位置決め誤差に起因して偏心収差が発生することはない。これに対して、例えば第２の曲面反射鏡が光軸に対して偏心配置される従来の反射屈折光学系では、パターン面からの光の光路を確保する必要性（光路分離の必要性）から半欠け形状になる第２の曲面反射鏡の光軸に対する位置決め（ひいては光学系の組立て調整）が困難であり、第２の曲面反射鏡の位置決め誤差に起因して偏心収差が発生し易い。

後述する各実施例では、曲面状の反射面ＣＭａは、マスクＭＡ側に凹面状の反射面である。すなわち、各実施例において、曲面反射鏡ＣＭは、凹面反射鏡である。また、各実施例において、平面状の反射面ＦＭａは、光軸ＡＸに対して垂直に配置されている。また、各実施例において、投影光学系ＰＬは、マスクＭＡの台形状の照明領域ＩＦのパターンの拡大像をプレートＰＴの台形状の露光領域ＥＦに形成する。

本発明の投影光学系は、１．５〜３倍の拡大投影に好適である。すなわち、拡大倍率βについて、次の条件式（１）を満足することが好ましい。
１．５＜β＜３ （１）

条件式（１）の上限値を上回ると、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離が短くなり屈折力が強くなるために、曲面反射鏡ＣＭへの光の入射角が大きくなり、瞳収差や像面湾曲が大きくなる等のデメリットが生じる。逆に、条件式（１）の下限値を下回ると、投影倍率が等倍（１倍）に近くなるので収差補正上は有利になるが、投影像を拡大する効果が抑制される。このため、露光装置１００においてマスクＭＡの大型化を抑制する効果が低減される。

本実施形態の投影光学系ＰＬでは、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆとし、曲面状の反射面ＣＭａと平面状の反射面ＦＭａとの間の光軸ＡＸに沿った距離をｄ_mとするとき、次の条件式（２）を満足することが好ましい。
０．７＜ｄ_m／ｆ＜１ （２）

条件式（２）の上限値を上回ると、平面状の反射面ＦＭａから第２レンズ群Ｇ２へ向かう光束と曲面反射鏡ＣＭとの干渉を回避することは容易になるが、曲面反射鏡ＣＭへの光の入射角度が大きくなり、瞳収差が大きくなる等のデメリットが生じる。逆に、条件式（２）の下限値を下回ると、曲面反射鏡ＣＭへの光の入射角度が小さくなるので収差補正上は有利になるが、平面状の反射面ＦＭａから第２レンズ群Ｇ２へ向かう光束と曲面反射鏡ＣＭとの干渉を回避することが困難になる。なお、曲面反射鏡ＣＭの光路干渉を回避しつつ良好な収差補正を行うには、条件式（２）の下限値を０．９に設定することがさらに好ましい。

また、本実施形態では、第１レンズ群Ｇ１は、マスクＭＡの照明領域ＩＦからの光の入射順に、負レンズ群Ｇ１ｎと、正レンズ群Ｇ１ｐとを備えていることが好ましい。この構成により、主に像面湾曲の補正が有利になるとともに、平面状の反射面ＦＭａを含む平面に入射する光線の光軸ＡＸからの高さを大きくすることができる。その結果、第１レンズ群Ｇ１から曲面状の反射面ＣＭａへの入射光束と平面状の反射面ＦＭａとの干渉を回避することが容易となり、ひいては視野（露光領域）を広げ易くなる。また、第１レンズ群Ｇ１が光の入射順に負レンズ群Ｇ１ｎと正レンズ群Ｇ１ｐとを備え、いわゆるレトロタイプの配置を採る場合、条件式（２）を満足することにより、第１レンズ群Ｇ１のプレートＰＴ側の面と平面状の反射面ＦＭａとの干渉を回避することが容易になる。

第１レンズ群Ｇ１が、光の入射順に、負レンズ群Ｇ１ｎと正レンズ群Ｇ１ｐとを備える場合、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆとし、負レンズ群Ｇ１ｎの焦点距離をｆ１とし、正レンズ群Ｇ１ｐの焦点距離をｆ２とするとき、次の条件式（３）を満足することが好ましい。
０．５＜（｜ｆ１｜／ｆ２）／（ｆ／（ｆ−ｆ２））＜１ （３）

条件式（３）の上限値を上回ると、負レンズ群Ｇ１ｎの屈折力が弱くなり過ぎて、像面湾曲を良好に補正することが困難になる。また、第１レンズ群Ｇ１からの光の光路と平面状の反射面ＦＭａとの分離が困難になって、視野を狭くする必要が生じる。一方、条件式（３）の下限値を下回ると、負レンズ群Ｇ１ｎの屈折力が強くなり過ぎて、像面湾曲、ディストーション（歪曲収差）等の像高に応じた収差が悪化する。その結果、これらの収差を抑えるために負レンズ群Ｇ１ｎと正レンズ群Ｇ１ｐとの間隔を大きくせざるを得なくなり、投影光学系の全長が大きくなってしまう。

また、本実施形態の投影光学系ＰＬは、曲面状の反射面ＣＭａと平面状の反射面ＦＭａとの間で光軸ＡＸに沿って曲面状の反射面ＣＭａと共軸に配置され、曲面状の反射面ＣＭａ側の端部に負レンズＬｎを有する第３レンズ群Ｇ３を備えることが好ましい。この構成により、光学系の全体的な屈折力配分を容易に行うことができる。なお、負レンズＬｎを曲面状の反射面ＣＭａの近傍に配置することにより、主に色収差の補正および球面収差の補正を有効に行うことができる。

また、マスクＭＡの照明領域ＩＦからの光は負レンズＬｎを介して曲面状の反射面ＣＭａに入射し、曲面状の反射面ＣＭａによって反射された光は負レンズＬｎを介して平面状の反射面ＦＭａに入射し、平面状の反射面ＦＭａによって反射された光は負レンズＬｎを介して第２レンズ群Ｇ２に入射する。このように、マスクＭＡの照明領域ＩＦからの光がプレートＰＴの露光領域ＥＦに達するまでに、負レンズＬｎを含む第３レンズ群Ｇ３を３回通過するので、第３レンズ群Ｇ３を構成する各レンズの屈折力を有効に利用して、光学系全体のレンズ枚数を少なく抑えることが可能になる。

以下に示す各実施例において、プレートＰＴの表面には、図３に示すように、光軸ＡＸを中心とする半径Ｒａの円３１と光軸ＡＸから＋Ｘ方向に距離Ｒｂだけ間隔を隔ててＹ方向に延びる直線３２とにより規定される有効結像領域３３が確保される。ここで、「有効結像領域」とは、投影光学系ＰＬの像面において収差が所望の状態に補正された領域を意味している。したがって、照明装置ＩＵ内の可変視野絞りの作用により、底辺の長さがＬａで、上辺の長さがＬｂで、高さがＬｃの台形状の露光領域ＥＦが、有効結像領域３３内に設定される。各実施例では、半径Ｒａ（すなわち最大像高）が１４２ｍｍであり、距離Ｒｂが８５ｍｍであり、底辺の長さＬａが２２６ｍｍであり、上辺の長さＬｂが１９０ｍｍであり、高さＬｃが２０ｍｍである。そして、マスクＭＡのパターン面には、光軸ＡＸから間隔を隔てた台形状の露光領域ＥＦに対応するように、光軸ＡＸから間隔を隔てた台形状の照明領域ＩＦ（不図示）が形成される。

すなわち、図４に示すように、第２投影光学系ＰＬ２に対応して、プレートＰＴの感光面には台形状の露光領域ＥＦ２が形成され、マスクＭＡのパターン面には台形状の照明領域ＩＦ２が形成される。同様に、第２投影光学系ＰＬ２からＹ方向に間隔を隔てて配置された第３投影光学系ＰＬ３に対応して、プレートＰＴの感光面には台形状の露光領域ＥＦ３が形成され、マスクＭＡのパターン面には台形状の照明領域ＩＦ３が形成される。図４では、第２投影光学系ＰＬ２および第３投影光学系ＰＬ３に対応する露光領域および照明領域だけを示しているが、他の投影光学系ＰＬ１，ＰＬ４についても同様である。また、図４では、説明の理解を容易にするために、マスクＭＡと投影光学系ＰＬとプレートＰＴとが重なり合わないようにＸ方向に沿って互いに位置ずれさせている。

以下、説明を簡単にするために、各露光領域の形状および大きさは互いに同じであり、各露光領域の一対の斜辺の中点を結ぶ線分と隣り合う２つの露光領域の対向する斜辺の中点を結ぶ線分とは互いに同じ長さＬｄ（図３も参照：各実施例ではＬｄ＝２０８ｍｍ）に設定されているものとする。この場合、マスクＭＡを矢印ＭＤで示すように＋Ｘ方向に移動させ且つプレートＰＴを矢印ＰＤで示すように−Ｘ方向に移動させる１回目の走査露光により、例えば第１転写領域ＥＰ１の約半分の領域の投影露光が行われる。次いで、プレートＰＴをＹ方向に距離Ｌｄだけステップ移動させた後、マスクＭＡを矢印ＭＤで示す方向とは逆方向の−Ｘ方向に移動させ且つプレートＰＴを矢印ＰＤで示す方向とは逆方向の＋Ｘ方向に移動させる２回目の走査露光により、第１転写領域ＥＰ１の残りの領域の投影露光が行われる。なお、各露光領域の形状、大きさ、配置などについては、様々な変形例が可能である。以下、各実施例の詳細について説明する。

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。
ｚ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｙ²／ｒ²｝^1/2］＋Ｃ₄・ｙ⁴＋Ｃ₆・ｙ⁶
＋Ｃ₈・ｙ⁸＋Ｃ₁₀・ｙ¹⁰＋Ｃ₁₂・ｙ¹²＋Ｃ₁₄・ｙ¹⁴ （ａ）

［第１実施例］
図５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。第１実施例の投影光学系ＰＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、マスクＭＡの台形状の照明領域ＩＦからの光の入射順に、負レンズＬ１１と、３つの正レンズＬ１２、Ｌ１３およびＬ１４とにより構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、第１レンズ群Ｇ１からの光の入射順に、正レンズＬ３１と、負レンズＬ３２とにより構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、第３レンズ群Ｇ３からの光の入射順に、正レンズＬ２１と、負レンズＬ２２と、２つの正レンズＬ２３およびＬ２４と、平行平面板Ｌ２５とにより構成されている。

第１実施例では、平面状の反射面ＦＭａが平面反射鏡ＦＭの反射面として構成され、曲面状の反射面ＣＭａが凹面反射鏡ＣＭの反射面として構成されている。第１レンズ群Ｇ１において、負レンズＬ１１が負レンズ群Ｇ１ｎを構成し、３つの正レンズＬ１２、Ｌ１３およびＬ１４が正レンズ群Ｇ１ｐを構成している。第３レンズ群Ｇ３において、負レンズＬ３２が、第３レンズ群Ｇ３の端部において曲面状の反射面ＣＭａの近傍に配置される負レンズを構成している。また、凹面反射鏡ＣＭの曲面状の反射面ＣＭａが、開口絞りとして作用している。

第１実施例では、マスクＭＡの台形状の照明領域ＩＦからの光が、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３を順次経て凹面反射鏡ＣＭの曲面状の反射面ＣＭａによって反射され、第３レンズ群Ｇ３を経て、平面反射鏡ＦＭの反射面ＦＭａによって反射される。平面反射鏡ＦＭによって反射された光は、第３レンズ群Ｇ３および第２レンズ群Ｇ２を順次経た後に、プレートＰＴの台形状の露光領域ＥＦに、照明領域ＩＦ内のパターンの拡大像を形成する。

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）の主要諸元において、λは露光光の中心波長を、βは投影光学系ＰＬのマスクＭＡからプレートＰＴへの投影倍率の大きさ（絶対値）を、ＮＡは像側（プレートＰＴ側）開口数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、面番号は光の入射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当該面から次の面までの光軸に沿った間隔（ｍｍ）を、ｎは中心波長に対する媒質の屈折率をそれぞれ示している。なお、面間隔ｄおよび屈折率ｎは、反射される度にその符号を変えるものとする。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＝３６５ｎｍ
ＮＡ＝０．０５４
β＝２．５

面番号 ｒ ｄ ｎ 光学部材
物体面 ∞ 22.35362 1
1 -874.40638 28.44099 1.4745570 L11
2* 1260.99850 11.33526 1
3 481.42856 20.00000 1.4876040 L12
4 -597.56435 2.20000 1
5 1602.66850 24.02300 1.4876040 L13
6 -222.34652 2.00000 1
7 -612.86436 20.00000 1.4876040 L14
8 -252.71098 34.10374 1
9* -848.67204 45.00000 1.4745570 L31
10 -701.51462 96.25879 1
11 546.14698 31.79490 1.4745570 L32
12 454.90025 17.46809 1
13 ∞ 0.00000 1 （開口絞り）
14 -466.46853 -17.46809 -1 CM
15 454.90025 -31.79490 -1.4745570 L32
16 546.14698 -96.25879 -1
17 -701.51462 -45.00000 -1.4745570 L31
18* -848.67204 -14.10374 -1
19 ∞ 14.10374 1 FM
20* -848.67204 45.00000 1.4745570 L31
21 -701.51462 96.25879 1
22 546.14698 31.79490 1.4745570 L32
23 454.90025 105.98173 1
24 1212.43910 30.00000 1.4745570 L21
25 17588.05800 3.10848 1
26 559.22273 38.43000 1.4745570 L22
27 446.57657 29.81434 1
28 -9622.13250 30.00000 1.4745570 L23
29 -688.51627 2.20000 1
30 993.96441 41.95512 1.4745570 L24
31 -641.46139 5.00000 1
32 ∞ 50.00000 1.4745570 L25
33 ∞ 72.78173 1

（非球面データ）
２面： κ＝０
Ｃ₄＝５．４３７５５×１０^-8 Ｃ₆＝−６．９５０４６×１０^-13
Ｃ₈＝１．０２４１６×１０^-16 Ｃ₁₀＝−４．５０８３０×１０^-20
Ｃ₁₂＝８．１９１３８×１０^-24 Ｃ₁₄＝−５．５８５８５×１０^-28

９面（１８面および２０面と同一面）： κ＝０
Ｃ₄＝−１．７８２３１×１０^-9 Ｃ₆＝６．３２７９４×１０^-14
Ｃ₈＝２．６９７７１×１０^-18 Ｃ₁₀＝−４．８４０４２×１０^-22
Ｃ₁₂＝５．７０７７１×１０^-26 Ｃ₁₄＝−２．６７０２９×１０^-30

（条件式対応値）
ｄ_m＝２０４．６ｍｍ
ｆ＝２２２．６ｍｍ
ｆ１＝−１０８３．４ｍｍ
ｆ２＝１９３．３ｍｍ
（２）ｄ_m／ｆ＝０．９２
（３）（｜ｆ１｜／ｆ２）／（ｆ／（ｆ−ｆ２））＝０．７４

図６は、第１実施例の投影光学系における球面収差、像面湾曲、歪曲収差、およびコマ収差を示す図である。収差図において、ＮＡは投影光学系の像側開口数を、Ｙは像高（ｍｍ）を示している。図６の各収差図を参照すると、第１実施例では、台形状の露光領域ＥＦにおいて諸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７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。第２実施例の投影光学系ＰＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、マスクＭＡの台形状の照明領域ＩＦからの光の入射順に、負レンズＬ１１と、３つの正レンズＬ１２、Ｌ１３およびＬ１４とにより構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、負レンズＬ３により構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、第３レンズ群Ｇ３からの光の入射順に、４つの正レンズＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３およびＬ２４と、平行平面板Ｌ２５とにより構成されている。

第２実施例では、第１実施例と同様に、曲面状の反射面ＣＭａが凹面反射鏡ＣＭの反射面として構成されている。しかしながら、第１実施例とは異なり、平面状の反射面ＦＭａが、第１レンズ群Ｇ１中の平凸レンズＬ１４のプレートＰＴ側の光学面のうち、照明領域ＩＦから第３レンズ群Ｇ３への光が通過しない領域に形成されている。すなわち、平面状の反射面ＦＭａは、第１レンズ群Ｇ１におけるプレートＰＴ側の端部の光学面の所要領域に形成されている。また、第１レンズ群Ｇ１において、負レンズＬ１１が負レンズ群Ｇ１ｎを構成し、３つの正レンズＬ１２、Ｌ１３およびＬ１４が正レンズ群Ｇ１ｐを構成している。さらに、第３レンズ群Ｇ３において負レンズＬ３が曲面状の反射面ＣＭａの近傍に配置される負レンズを構成し、凹面反射鏡ＣＭの曲面状の反射面ＣＭａが開口絞りとして作用している。

第２実施例では、マスクＭＡの台形状の照明領域ＩＦからの光が、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３を順次経て、凹面反射鏡ＣＭの曲面状の反射面ＣＭａによって反射され、第３レンズ群Ｇ３を経て、平凸レンズＬ１４に形成された平面状の反射面ＦＭａによって反射される。平面状の反射面ＦＭａによって反射された光は、第３レンズ群Ｇ３および第２レンズ群Ｇ２を順次経た後に、プレートＰＴの台形状の露光領域ＥＦに、照明領域ＩＦ内のパターンの拡大像を形成する。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＝３６５ｎｍ
ＮＡ＝０．０５４
β＝２．５

面番号 ｒ ｄ ｎ 光学部材
物体面 ∞ 28.55310 1
1 2952.94660 35.00000 1.4745570 L11
2* 234.99689 2.40801 1
3 219.25957 35.00000 1.4876040 L12
4 -240.21150 2.00000 1
5 -444.98475 33.81802 1.4876040 L13
6 -207.80207 2.00000 1
7 291.56632 34.29093 1.4745570 L14
8 ∞ 70.35205 1
9 498.57177 45.00000 1.4745570 L3
10* 397.41608 41.64697 1
11 ∞ 0.00000 1 （開口絞り）
12 -425.46669 -41.64697 -1 CM
13* 397.41608 -45.00000 -1.4745570 L3
14 498.57177 -70.35205 -1
15 ∞ 70.35205 1 FMa
16 498.57177 45.00000 1.4745570 L3
17* 397.41608 79.40151 1
18 -915.85255 45.00000 1.4745570 L21
19 -472.12562 2.00000 1
20 -1256.52110 45.00000 1.4745570 L22
21 -567.94821 11.79928 1
22 -1925.68268 45.00000 1.4745570 L23
23 -607.60706 51.85740 1
24 -2364.28354 40.51970 1.4745570 L24
25 -406.90669 5.00000 1
26 ∞ 60.00000 1.4745570 L25
27 ∞ 65.99999 1

（非球面データ）
２面： κ＝０
Ｃ₄＝２．５３１０３×１０^-8 Ｃ₆＝−９．２９８３２×１０^-13
Ｃ₈＝３．９３５６８×１０^-17 Ｃ₁₀＝−２．２３７２７×１０^-21
Ｃ₁₂＝７．８０９１７×１０^-25 Ｃ₁₄＝−８．６８３９１×１０^-29

１０面（１３面および１７面と同一面）： κ＝０
Ｃ₄＝６．２３１０９×１０^-9 Ｃ₆＝−１．５６６９６×１０^-13
Ｃ₈＝１．０７５７１×１０^-18 Ｃ₁₀＝２．３２９５５×１０^-22
Ｃ₁₂＝−２．６４７１１×１０^-26 Ｃ₁₄＝９．３４４０９×１０^-31

（条件式対応値）
ｄ_m＝１５７．０ｍｍ
ｆ＝１９６．１ｍｍ
ｆ１＝−５４０．２ｍｍ
ｆ２＝１５２．６ｍｍ
（２）ｄ_m／ｆ＝０．８０
（３）（｜ｆ１｜／ｆ２）／（ｆ／（ｆ−ｆ２））＝０．７９

図８は、第２実施例の投影光学系における球面収差、像面湾曲、歪曲収差、およびコマ収差を示す図である。収差図において、ＮＡは投影光学系の像側開口数を、Ｙは像高（ｍｍ）を示している。図８の各収差図を参照すると、第２実施例においても第１実施例と同様に、台形状の露光領域ＥＦにおいて諸収差が良好に補正されていることがわかる。

上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図９は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図９に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の露光装置を用い、レチクル（マスク）に形成されたパターンをウェハ上の各ショット領域（露光領域）に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。その後、ステップＳ４６によってウェハの表面に生成されたレジストパターンをウェハ加工用のマスクとし、ウェハの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。

ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層（転写パターン層）であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハを感光性基板としてパターンの転写を行う。

図１０は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１０に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。ステップＳ５０のパターン形成工程では、感光性基板としてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写された感光性基板の現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層（転写パターン層）を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。

ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。

なお、本発明は、半導体デバイスまたは液晶デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、プラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。

また、上述の実施形態では、マルチ走査型の露光装置に搭載されてマスクのパターンの拡大像を形成する投影光学系に対して本発明を適用した例を示している。しかしながら、これに限定されることなく、一般に第１面の第１領域の像（拡大像、縮小像または等倍像）を第２面の第２領域に形成する反射屈折型の投影光学系に対しても同様に、本発明を適用することができる。また、１つの投影光学系を介して第１面に配置されるパターンを第２面に配置される基板へ走査露光または一括露光する露光装置などに対しても同様に、本発明を適用することができる。

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。 本実施形態にかかる投影光学系の基本構成を模式的に示す図である。 プレートの表面における台形状の露光領域を示す図である。 各投影光学系と露光領域と照明領域との位置関係を示す図である。 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実施例の投影光学系における球面収差、像面湾曲、歪曲収差、およびコマ収差を示す図である。 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実施例の投影光学系における球面収差、像面湾曲、歪曲収差、およびコマ収差を示す図である。 半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。 液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。

符号の説明

ＭＡ マスク
ＩＦ 照明領域
ＰＴ プレート
ＥＦ 露光領域
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
ＣＭａ 曲面状の反射面
ＦＭａ 平面状の反射面

Claims (15)

1. 第１面の第１領域の像を第２面の第２領域に形成する反射屈折型の投影光学系において、
   正の屈折力を有し、前記第１領域からの光の入射順に、負レンズ群と正レンズ群とを備える第１レンズ群と、
   前記第１レンズ群を介した前記第１領域からの光を前記第１面側に反射する曲面状の反射面と、
   前記曲面状の反射面が反射した光を前記第２面側に反射する平面状の反射面と、
   正の屈折力を有し、前記平面状の反射面が反射した光を前記第２領域に集光する第２レンズ群とを備え、
   前記第１レンズ群、前記第２レンズ群及び前記曲面状の反射面は、直線状の１本の光軸に沿って共軸に配置され、
   前記平面状の反射面は、前記１本の光軸に対して偏心配置され、
   前記第１レンズ群は、前記第１面と前記曲面状の反射面との間の光路であって前記曲面状の反射面と前記平面状の反射面との間の光路とは異なる光路に配置され、
   前記第２レンズ群は、前記平面状の反射面と前記第２面との間の光路であって前記曲面状の反射面と前記平面状の反射面との間の光路とは異なる光路に配置され、
   前記第１レンズ群の焦点距離をｆとし、前記曲面状の反射面と前記平面状の反射面との間の前記１本の光軸に沿った距離をｄ _m とし、前記負レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記正レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
   ０．９＜ｄ _m ／ｆ＜１ および
   ０．５＜（｜ｆ１｜／ｆ２）／（ｆ／（ｆ−ｆ２））＜１
   の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
   但し、前記第１レンズ群および前記第２レンズ群は片道光路に配置される。
2. 前記曲面状の反射面は、前記第１面側に凹面状の反射面であ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１領域の拡大像を前記第２領域に形成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. 前記平面状の反射面は、前記１本の光軸に対して垂直に配置されてい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. 前記曲面状の反射面と前記平面状の反射面との間で前記１本の光軸に沿って前記曲面状の反射面と共軸に配置され、前記曲面状の反射面側の端部に負レンズを有する第３レンズ群を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投影光学系。
6. 前記負レンズは、前記曲面状の反射面の近傍に配置されることを特徴とする請求項５に記載の投影光学系。
7. 前記第１領域からの光は前記負レンズを介して前記曲面状の反射面に入射し、該曲面状の反射面によって反射された光は前記負レンズを介して前記平面状の反射面に入射し、該平面状の反射面によって反射された光は前記負レンズを介して前記第２レンズ群に入射することを特徴とする請求項５または６に記載の投影光学系。
8. 前記平面状の反射面は、平面反射鏡の反射面であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の投影光学系。
9. 前記平面状の反射面は、前記第１レンズ群の１つの光学面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の投影光学系。
10. 前記平面状の反射面は、前記第１レンズ群における前記第２面側の端部の光学面に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の投影光学系。
11. 前記第１領域および前記第２領域は、前記１本の光軸から間隔を隔てていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の投影光学系。
12. マスクステージに載置されたマスクのパターンの像を基板ステージに載置された感光性基板に転写する露光装置において、
    請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の投影光学系を備え、
    前記マスクステージは、前記パターンを前記第１面に配置し、
    前記基板ステージは、前記感光性基板を前記第２面に配置することを特徴とする露光装置。
13. 前記投影光学系は、前記マスクステージにより前記第１面に沿って所定方向に移動される前記マスクのパターンの像を、前記基板ステージにより前記第２面に沿って移動される前記感光性基板に形成することを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
14. 前記投影光学系は、前記所定方向と交差する方向に沿って複数配置されたことを特徴とする請求項１２または１３に記載の露光装置。
15. 請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の露光装置を用いて、前記パターンを前記感光性基板に転写する露光工程と、
    前記パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記パターンに対応する形状の転写パターン層を前記感光性基板に形成する現像工程と、
    前記転写パターン層を介して前記感光性基板を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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