JP6022759B2 - Catadioptric projection optical system and projection exposure apparatus having the same - Google Patents

Catadioptric projection optical system and projection exposure apparatus having the same Download PDF

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Description

本発明は、投影光学系を用いてパターンを基板等に投影、露光する投影露光装置に関し、特に、反射屈折型の投影光学系の構成に関する。   The present invention relates to a projection exposure apparatus that projects and exposes a pattern onto a substrate or the like using a projection optical system, and more particularly to a configuration of a catadioptric projection optical system.

投影露光装置に使用される投影光学系として、凹面ミラーなどの反射光学系と屈折光学系を組み合わせた反射屈折型投影光学系が知られており、特に、ゴースト、フレア光を抑えるため、偏光素子を設けたフルエリア露光の反射屈折型投影光学系が提案されている(特許文献1参照)。   As a projection optical system used in a projection exposure apparatus, a catadioptric projection optical system combining a reflective optical system such as a concave mirror and a refractive optical system is known, and in particular, a polarizing element for suppressing ghost and flare light. There has been proposed a catadioptric projection optical system of full area exposure provided with (see Patent Document 1).

そこでは、偏光ビームスプリッタおよび四分の一波長板を、屈折光学系と凹面ミラーとの間に配置し、偏光ビームスプリッタによって偏光分離された一方の偏光光を凹面ミラーで反射させ、偏光ビームスプリッタに再入射させる。そして、偏光ビームスプリッタから射出した偏光光を、結像光学系によって基板に結像させる。   There, a polarizing beam splitter and a quarter-wave plate are disposed between the refractive optical system and the concave mirror, and one polarized light separated by the polarizing beam splitter is reflected by the concave mirror, and the polarizing beam splitter is used. Re-enter the beam. Then, the polarized light emitted from the polarization beam splitter is imaged on the substrate by the imaging optical system.

また、パターン光の照度低下を防ぐため、偏光ビームスプリッタによって分割された光双方を反射させる反射屈折型投影光学系も知られている(特許文献2参照)。そこでは、偏光ビームスプリッタによって分割された両方の偏光光を、2つの凹面ミラーによって偏光ビームスプリッタへそれぞれ再入射させる。   Also, a catadioptric projection optical system that reflects both light beams divided by a polarizing beam splitter is known in order to prevent a decrease in illuminance of pattern light (see Patent Document 2). There, both polarized lights split by the polarizing beam splitter are re-entered into the polarizing beam splitter by two concave mirrors, respectively.

特開平3−282527号公報JP-A-3-282527 特開平6−181161号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-181161

従来の反射屈折型投影光学系は、主にウェハープロセスの前工程で使用する縮小投影露光装置に装備することを前提とした構成になっている。液晶基板、プリント配線基板へのパターン形成、ウェハープロセスの後工程では、基板サイズが非常に大きいため、一度に投影できるエリアサイズをできる限り拡大する必要があり、等倍の反射屈折型投影光学系を使用することが求められる。   A conventional catadioptric projection optical system is configured on the premise that it is equipped in a reduction projection exposure apparatus used mainly in the preceding process of the wafer process. Since the substrate size is very large in the subsequent process of pattern formation on the liquid crystal substrate and printed circuit board and wafer process, it is necessary to enlarge the area size that can be projected at one time as much as possible. Is required to be used.

しかしながら、縮小投影をベースにした従来の反射屈折型投影光学系の構成をそのまま等倍の反射屈折型投影光学系に取り入れても、高解像度の維持、照度一定の確保、投影エリアの拡大を同時に実現することが難しい。   However, even if the conventional catadioptric projection optical system based on reduced projection is incorporated into the catadioptric projection optical system at the same magnification, it maintains high resolution, ensures constant illumination, and expands the projection area at the same time. It is difficult to realize.

したがって、照度低下、収差を抑え、高解像度を維持しながら広い露光エリアを実現できる反射屈折型投影光学系が必要とされる。   Therefore, there is a need for a catadioptric projection optical system that can suppress a decrease in illuminance and aberrations and can realize a wide exposure area while maintaining high resolution.

本発明の投影光学系は、反射光学系と屈折光学系を組み合わせた等倍の投影光学系であり、投影光学系に加え、照明光学系を備えた投影露光装置に適用される。   The projection optical system of the present invention is an equal magnification projection optical system combining a reflection optical system and a refractive optical system, and is applied to a projection exposure apparatus provided with an illumination optical system in addition to the projection optical system.

投影光学系は、物体面のパターン光を結像させる第1光学系と、第1光学系からの光を偏光分離する折り返しプリズムと、折り返しプリズムによって分離した一方の光の光路上に配置される第2光学系と、第2光学系を透過した光を反射し、第2光学系を介して折り返しプリズムへ再度入射させる第1凹面ミラーを備える。   The projection optical system is disposed on the optical path of one light separated by the first optical system that forms an image of the pattern light on the object surface, a folding prism that polarization-separates light from the first optical system, and the folding prism. A second optical system and a first concave mirror that reflects the light transmitted through the second optical system and re-enters the folding prism via the second optical system are provided.

さらに投影光学系は、折り返しプリズムによって分離した他方の光の光路上に配置される第3光学系と、第3光学系を透過した光を反射し、第3光学系を介して折り返しプリズムへ再度入射させる第2凹面ミラーと、折り返しプリズムと像面との間の光路上に配置される第4光学系とを備える。   Further, the projection optical system reflects the light transmitted through the third optical system and the third optical system disposed on the optical path of the other light separated by the folding prism, and returns to the folding prism via the third optical system. A second concave mirror for incidence; and a fourth optical system disposed on an optical path between the folding prism and the image plane.

そして、本発明の折り返しプリズムは、第1、第2凹面ミラーからの反射光を像面側へ導き、第4光学系は、折り返しプリズムから射出する反射光を、像面に結像させる。さらに、物体面からのマージナル光線が、折り返しプリズムに対して実質的に垂直入射することを特徴とする。   The folding prism of the present invention guides the reflected light from the first and second concave mirrors to the image plane side, and the fourth optical system forms an image of the reflected light emitted from the folding prism on the image plane. Further, the marginal ray from the object plane is substantially perpendicularly incident on the folding prism.

ここで、「実質的に垂直入射」とは、折り返しプリズムの入射面に対して光学設計上垂直入射とみなせる範囲でマージナル光線が光軸に沿って平行に入射することを表す。例えば、0.5度以下、より限定すれば、0.3度以下、さらに限定すれば0.2度、0.1度、1×10−2、1×10−3以下のとき、実質的に垂直入射しているとみなすことができる。 Here, “substantially normal incidence” means that marginal rays are incident in parallel along the optical axis within a range that can be regarded as normal incidence in terms of optical design with respect to the incident surface of the folding prism. For example, when it is 0.5 degrees or less, more specifically, 0.3 degrees or less, and further limited is 0.2 degrees, 0.1 degrees, 1 × 10 −2 , 1 × 10 −3 or less, It can be considered that it is perpendicularly incident on the.

好ましくは、第2光学系および第1凹面ミラーを合わせたレンズパワー、および第3光学系および第2凹面ミラーを合わせたレンズパワーが、1×10−4 以下に定められる。最大画角hと、物体面から第1、第2凹面ミラーまでの光路長Lが、以下の条件式を満たすように構成することが望ましい。

k×h×L−m ≦ β

ただし、k、mは、投影光学系の特性によって定められる係数を表す。また、βは、照明光学系の照度補正可能な折り返しプリズムへの最大限度入射角を表す。
Preferably, the lens power combining the second optical system and the first concave mirror and the lens power combining the third optical system and the second concave mirror are set to 1 × 10 −4 or less. It is desirable that the maximum field angle h and the optical path length L from the object plane to the first and second concave mirrors satisfy the following conditional expression.

k × h × L −m ≦ β

Here, k and m represent coefficients determined by the characteristics of the projection optical system. Also, β represents the maximum incident angle to the folding prism that can correct the illuminance of the illumination optical system.

例えば、最大画角hと光路長Lが、以下の条件式を満たす。

98.065×h×L−1.0305 ≦ 6.5
For example, the maximum field angle h and the optical path length L satisfy the following conditional expression.

98.065 × h × L −1.0305 ≦ 6.5

折り返しプリズムについては、偏光ビームスプリッタを構成することが可能である。例えば、偏光ビームスプリッタと第2光学系との間に配置される第1の1/4波長板と、偏光ビームスプリッタと第3光学系との間に配置される第2の1/4波長板とを設けることができる。   A polarization beam splitter can be configured for the folding prism. For example, a first quarter-wave plate disposed between the polarization beam splitter and the second optical system, and a second quarter-wave plate disposed between the polarization beam splitter and the third optical system. And can be provided.

光源が広い波長域の照明光を放射する水銀ランプ等の場合、第1、第2の1/4波長板は、350nm〜450nmの波長域において、少なくとも400nm以上の波長に対して光を偏光可能であるように構成することができる。   When the light source is a mercury lamp or the like that emits illumination light in a wide wavelength range, the first and second quarter-wave plates can polarize light at wavelengths of at least 400 nm in the wavelength range of 350 nm to 450 nm. It can be configured to be.

本発明の他の特徴をもつ投影光学系は、物体面のパターン光を結像させる前段光学系と、前段光学系からの光を偏光分離する折り返しプリズムと、折り返しプリズムの光路後方に配置される中間光学系と、中間光学系を透過した光を反射し、中間光学系を介して折り返しプリズムへ再度入射させる凹面ミラーと、折り返しプリズムと像面との間の光路上に配置される後段光学系とを備え、折り返しプリズムが、凹面ミラーからの反射光を像面側へ導き、後段光学系が、折り返しプリズムから射出する反射光を、像面に結像させ、物体面からのマージナル光線が、折り返しプリズムに対して実質的に垂直入射する。   A projection optical system having other features of the present invention is disposed in the front stage optical system that forms an image of the pattern light on the object surface, the folding prism that polarizes and separates the light from the front stage optical system, and the optical path behind the folding prism. An intermediate optical system, a concave mirror that reflects light transmitted through the intermediate optical system and re-enters the folding prism via the intermediate optical system, and a rear-stage optical system disposed on the optical path between the folding prism and the image plane The folding prism guides the reflected light from the concave mirror to the image plane side, the rear optical system forms an image on the image plane of the reflected light emitted from the folding prism, and the marginal ray from the object plane is It is substantially perpendicularly incident on the folding prism.

本発明によれば、投影露光装置において、広い露光エリアを確保しながら、高精度のパターンを形成することができる。   According to the present invention, a projection exposure apparatus can form a highly accurate pattern while ensuring a wide exposure area.

本実施形態である投影露光装置を模式的に示した内部構成図である。It is the internal block diagram which showed typically the projection exposure apparatus which is this embodiment. 投影光学系における光学系配置構成を示した図である。It is the figure which showed the optical system arrangement configuration in a projection optical system. 図2の投影光学系と光路等価な投影光学系を示した図である。It is the figure which showed the projection optical system equivalent to the projection optical system of FIG. 2, and an optical path. 第2レンズ群と凹面ミラーの合成パワーと、マージナル光線の入射角との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the synthetic power of a 2nd lens group and a concave mirror, and the incident angle of a marginal ray. 異なる最大画角に対する光路長と最大入射角との関係を表したグラフである。It is a graph showing the relationship between the optical path length and the maximum incident angle for different maximum angles of view. 最大画角と各近似曲線の係数との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the maximum angle of view and the coefficient of each approximate curve. 偏光ビームスプリッタへの入射角に対する照度ムラと照明系による照度補正した場合の照度ムラを示したグラフである。It is the graph which showed the illumination intensity nonuniformity when the illumination intensity nonuniformity with respect to the incident angle to a polarizing beam splitter, and the illumination intensity correction by an illumination system.

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態である投影露光装置を模式的に示した内部構成図である。   FIG. 1 is an internal configuration diagram schematically showing a projection exposure apparatus according to the present embodiment.

投影露光装置10は、シリコンウェハなどの半導体用基板、電子回路基板用のプリント配線基板などの基板SWに対してパターンを形成する露光装置であり、フォトマスクPMに描画されたパターンを、基板SWに対して投影する。   The projection exposure apparatus 10 is an exposure apparatus that forms a pattern on a substrate SW such as a semiconductor substrate such as a silicon wafer or a printed wiring board for an electronic circuit board, and the pattern drawn on the photomask PM is transferred to the substrate SW. Project against.

投影露光装置10は、照明光学系20、投影光学系30、光源部50を備え、フォトマスクPMが照明光学系20の結像面に配置されている。光源部50は、350〜450nmに渡る波長域の光を放射する放電ランプ52を備え、ランプ52から放射された光は、楕円ミラー54によって照明光学系20へ導かれる。   The projection exposure apparatus 10 includes an illumination optical system 20, a projection optical system 30, and a light source unit 50, and a photomask PM is disposed on the imaging surface of the illumination optical system 20. The light source unit 50 includes a discharge lamp 52 that emits light in a wavelength range of 350 to 450 nm, and the light emitted from the lamp 52 is guided to the illumination optical system 20 by an elliptical mirror 54.

照明光学系20は、ミラー22、コリメータレンズ24、フライアイレンズ26、コンデンサーレンズ28を備える。照明光学系20に入射した光は、ミラー22によってコリメータレンズ24に導かれ、平行光束にされる。そして、フライアイレンズ26によって照度均一の光に修正される。   The illumination optical system 20 includes a mirror 22, a collimator lens 24, a fly-eye lens 26, and a condenser lens 28. The light incident on the illumination optical system 20 is guided to the collimator lens 24 by the mirror 22 and is converted into a parallel light beam. Then, the light is uniformly corrected by the fly-eye lens 26.

コンデンサーレンズ28によって集光された光は、フォトマスクPMを照射する。フォトマスクPMには、基板SWに描画すべきパターンが形成されており、フォトマスクPMのパターン光は、投影光学系30を通じて基板SWに投影される。   The light condensed by the condenser lens 28 irradiates the photomask PM. A pattern to be drawn on the substrate SW is formed on the photomask PM, and the pattern light of the photomask PM is projected onto the substrate SW through the projection optical system 30.

投影光学系30は、第1レンズ群32、第2レンズ群34、第3レンズ群36、第4レンズ群38を備えた等倍の反射屈折型投影光学系であり、第1レンズ群32と第2、第3レンズ群34、36の間には、偏光ビームスプリッタ40が配置されている。   The projection optical system 30 is a 1 × -magnification catadioptric projection optical system including a first lens group 32, a second lens group 34, a third lens group 36, and a fourth lens group 38. A polarization beam splitter 40 is disposed between the second and third lens groups 34 and 36.

投影光学系30に入射した光は、偏光ビームスプリッタ40の偏光分離面40Aによって偏光分離され、第2レンズ群34の方向へ透過直進する光と、偏光分離面40Aに反射し、第2レンズ群34に対し垂直な第3レンズ群36の方向へ進行する光に分割される。   The light incident on the projection optical system 30 is polarized and separated by the polarization separation surface 40A of the polarization beam splitter 40, and is transmitted straight in the direction of the second lens group 34 and reflected by the polarization separation surface 40A, and is reflected by the second lens group. The light is divided into light traveling in the direction of the third lens group 36 perpendicular to 34.

第2、第3レンズ群34、36の後方には、凹面ミラー42、44がそれぞれ配置されており、第2、第3レンズ群34、36を通過した光は、凹面ミラー42、44によって再び偏光ビームスプリッタ40に入射する。   Concave mirrors 42 and 44 are respectively arranged behind the second and third lens groups 34 and 36, and light that has passed through the second and third lens groups 34 and 36 is again transmitted by the concave mirrors 42 and 44. The light enters the polarization beam splitter 40.

第3レンズ群36側から再入射した光は、偏光ビームスプリッタ40を通過してそのまま基板SWの方へ直進する一方、第2レンズ群34側から再入射した光は、偏光ビームスプリッタ40によって基板SWの方向に反射する。その結果、マスクPMを通過したパターン光全体が第4レンズ群38に導かれ、パターン光は第4レンズ群38によって基板SW上に結像する。   The light re-entered from the third lens group 36 side passes through the polarization beam splitter 40 and travels straight toward the substrate SW as it is, while the light re-entered from the second lens group 34 side is transmitted to the substrate by the polarization beam splitter 40. Reflects in the SW direction. As a result, the entire pattern light that has passed through the mask PM is guided to the fourth lens group 38, and the pattern light is imaged on the substrate SW by the fourth lens group 38.

基板SWを支持する架台13に搭載された移動ステージ11は、光軸に対し垂直、平行な方向へ基板SWを移動、回転させることが可能である。基板SWは、真空吸着などによってステージ11に固定されている。露光中、基板SWステージ11が、ステップ&リピート方式によって移動するのに従い、基板SW全体にマスクパターンが露光される。   The moving stage 11 mounted on the gantry 13 that supports the substrate SW can move and rotate the substrate SW in a direction perpendicular to and parallel to the optical axis. The substrate SW is fixed to the stage 11 by vacuum suction or the like. During the exposure, the mask pattern is exposed on the entire substrate SW as the substrate SW stage 11 moves by the step & repeat method.

次に、図2、3を用いて、投影光学系30の内部構成について詳述する。   Next, the internal configuration of the projection optical system 30 will be described in detail with reference to FIGS.

図2は、投影光学系30における光学系配置構成を示した図である。図3は、図2の投影光学系30と等価な光路をもつ投影光学系を示した図である。   FIG. 2 is a diagram showing an optical system arrangement configuration in the projection optical system 30. FIG. 3 is a diagram showing a projection optical system having an optical path equivalent to the projection optical system 30 of FIG.

第1レンズ群32は、凹状の第1面を有するメニスカスレンズ32A、正レンズ32B、32C、両面が凹状の負レンズ32D、そして正レンズ32Eを備え、光学系全体として正の屈折力を有する。   The first lens group 32 includes a meniscus lens 32A having a concave first surface, positive lenses 32B and 32C, a negative lens 32D having concave surfaces, and a positive lens 32E, and has a positive refractive power as a whole optical system.

キューブ状の偏光ビームスプリッタ40は、その入射面40Sが光軸Eに対して垂直となるように配置されたプリズムであり、2つの直角プリズムを張り合わせた接合斜面に偏光分離面40Aが形成されている。偏光分離面40Aの法線は、光軸Eに対して45度傾斜している。   The cube-shaped polarization beam splitter 40 is a prism arranged so that its incident surface 40S is perpendicular to the optical axis E, and a polarization separation surface 40A is formed on a joint slope where two right angle prisms are bonded together. Yes. The normal line of the polarization separation surface 40A is inclined 45 degrees with respect to the optical axis E.

第1レンズ群32から偏光ビームスプリッタ40に入射した光は、偏光分離面40Aを透過するp偏光光と、偏光分離面40Aによって反射するs偏光光に分離される。p偏光光は、そのまま光軸Eに沿って偏光ビームスプリッタ40から射出し、負の屈折力を有する第2レンズ群34に入射する。   The light that has entered the polarization beam splitter 40 from the first lens group 32 is separated into p-polarized light that is transmitted through the polarization separation surface 40A and s-polarized light that is reflected by the polarization separation surface 40A. The p-polarized light exits from the polarization beam splitter 40 along the optical axis E as it is, and enters the second lens group 34 having negative refractive power.

第2レンズ群34は、1/4波長板34a、正レンズ34B、両面凹状の負レンズ34Cを備える。p偏光光は、1/4波長板34aによって円偏光に変換された後、正レンズ34B、負レンズ34Cを通って凹面ミラー42に到達する。   The second lens group 34 includes a quarter-wave plate 34a, a positive lens 34B, and a double-sided concave negative lens 34C. The p-polarized light is converted into circularly polarized light by the quarter wavelength plate 34a, and then reaches the concave mirror 42 through the positive lens 34B and the negative lens 34C.

凹面ミラー42は、光軸Eに対し対称的な球状反射面を備え、p偏光光を集光、反射する。反射したp偏光光は、1/4波長板34aに再び入射すると、s偏光光に変換される。そして、偏光ビームスプリッタ40に再度入射したs偏光光は、偏光分離面40Aによって反射し、第4レンズ群38の方向へ射出する。   The concave mirror 42 has a spherical reflecting surface symmetrical with respect to the optical axis E, and collects and reflects p-polarized light. The reflected p-polarized light is converted into s-polarized light when entering the quarter-wave plate 34a again. Then, the s-polarized light re-entering the polarization beam splitter 40 is reflected by the polarization separation surface 40A and is emitted in the direction of the fourth lens group 38.

一方、偏光分離面40Aによって偏光分離されたs偏光光は、第3レンズ群36のある直交方向へ偏光ビームスプリッタ40から射出する。第3レンズ群36は、第2レンズ群34と同様、1/4波長板36A、正レンズ36B、両面凹状の負レンズ36Cを備えた負の屈折力をもつ光学系であり、その後方に正の屈折力を有する凹面ミラー44が配置されている。   On the other hand, the s-polarized light polarized and separated by the polarization separation surface 40A exits from the polarization beam splitter 40 in the orthogonal direction in which the third lens group 36 is located. Similar to the second lens group 34, the third lens group 36 is an optical system having a negative refractive power and includes a quarter-wave plate 36A, a positive lens 36B, and a double-sided concave negative lens 36C. A concave mirror 44 having a refractive power of 1 is disposed.

偏光ビームスプリッタ40から射出したs偏光光は、1/4波長板36Aによって円偏光に偏光された後、正レンズ34B、負レンズ34Cを通って凹面ミラー44に到達する。凹面ミラー44で反射した円偏光は、1/4波長板36Aによってp偏光光に変換された後、偏光ビームスプリッタ40に再び入射する。偏光ビームスプリッタ40に入射した光はp偏光光であるため、入射光はそのまま偏光分離面40Aを通過し、第4レンズ群38に向けて射出する。   The s-polarized light emitted from the polarization beam splitter 40 is polarized into circularly polarized light by the quarter wavelength plate 36A, and then reaches the concave mirror 44 through the positive lens 34B and the negative lens 34C. The circularly polarized light reflected by the concave mirror 44 is converted into p-polarized light by the quarter-wave plate 36A, and then enters the polarization beam splitter 40 again. Since the light incident on the polarization beam splitter 40 is p-polarized light, the incident light passes through the polarization separation surface 40A as it is and exits toward the fourth lens group 38.

第4レンズ群38は、第1レンズ群32と同様のレンズ配置であり、凹状の第1面を有するメニスカスレンズ38A、正レンズ38B、38C、両面が凹状の負レンズ38D、正レンズ38Eを備え、正の屈折力を有する。   The fourth lens group 38 has the same lens arrangement as that of the first lens group 32, and includes a meniscus lens 38A having a concave first surface, positive lenses 38B and 38C, a negative lens 38D having both sides concave, and a positive lens 38E. , Has a positive refractive power.

基板SWの表面は、投影光学系30の結像面と一致する。したがって、偏光ビームスプリッタ40に分割された光は、両方とも第4レンズ群38によって基板SWの表面に結像され、パターン光全体がそのまま露光に寄与する。   The surface of the substrate SW coincides with the image plane of the projection optical system 30. Therefore, both of the lights divided by the polarization beam splitter 40 are imaged on the surface of the substrate SW by the fourth lens group 38, and the entire pattern light contributes to the exposure as it is.

1/4波長板34a、36Aは、350〜450nmの波長域の光を偏光可能な広帯域波長板であり、光源50から放射される照明光の波長域全体に対応し、色収差を抑える。なお、400nm以上の波長域の光に対応するように構成してもよい。   The quarter-wave plates 34a and 36A are broadband wavelength plates capable of polarizing light in the wavelength range of 350 to 450 nm, and correspond to the entire wavelength range of illumination light emitted from the light source 50 and suppress chromatic aberration. In addition, you may comprise so that it may respond | correspond to the light of a 400 nm or more wavelength range.

第1レンズ群32と第4レンズ群38は、光学系の構成および光学特性が等しく、第2レンズ群34と第3レンズ群36についても、光学系の構成およびその光学特性が等しい。また、第2レンズ群34を往復する光の基板SWまでの光路長と第3レンズ群36を往復する光の光路長は等しい。   The first lens group 32 and the fourth lens group 38 have the same optical system configuration and optical characteristics, and the second lens group 34 and the third lens group 36 also have the same optical system configuration and optical characteristics. Further, the optical path length of light traveling back and forth through the second lens group 34 to the substrate SW is equal to the optical path length of light traveling back and forth through the third lens group 36.

したがって、図2に示す等倍の投影光学系30は、図3に示す投影光学系と光路等価であり、第1レンズ群32(第4レンズ群38)、偏光ビームスプリッタ40、第2レンズ群34(第3レンズ群36)、凹面ミラー42(凹面ミラー44)の相互配置間隔および屈折力等を含む光学特性によって、その照度、解像度、収差の程度が決まる。   Therefore, the equal magnification projection optical system 30 shown in FIG. 2 is equivalent in optical path to the projection optical system shown in FIG. 3, and the first lens group 32 (fourth lens group 38), the polarization beam splitter 40, and the second lens group. The degree of illuminance, resolution, and aberration are determined by optical characteristics including the mutual arrangement interval of 34 (third lens group 36) and concave mirror 42 (concave mirror 44), refractive power, and the like.

本実施形態では、第1レンズ群32から射出される光のマージナル光線ML1、ML2は、光軸に対して平行であり、偏光ビームスプリッタ40の入射面40Sに対して垂直入射する。ただし、マージナル光線ML1、ML2は、物体(ここではマスクPM)の光軸点から出た光のうち、第1レンズ群32の入射瞳の端の光線を表す。   In the present embodiment, the marginal rays ML1 and ML2 of the light emitted from the first lens group 32 are parallel to the optical axis and perpendicularly incident on the incident surface 40S of the polarization beam splitter 40. However, the marginal rays ML1 and ML2 represent rays at the end of the entrance pupil of the first lens group 32 among the light emitted from the optical axis point of the object (here, the mask PM).

投影光学系30は、縮小投影光学系のようにパターン光を平行光束に修正して偏光ビームスプリッタ入射面全体へ入射させる構成ではなく、マスクPMの光軸上物点からのマージナル光線M1、M2のみ、偏光ビームスプリッタ40への垂直入射条件を課している。この条件が満たされるように、第1〜第4レンズ群32〜38が構成されている。   The projection optical system 30 is not configured to correct the pattern light into a parallel light beam and enter the entire incident surface of the polarization beam splitter as in the reduction projection optical system, but to the marginal rays M1 and M2 from the object point on the optical axis of the mask PM. Only imposes a normal incidence condition on the polarizing beam splitter 40. The first to fourth lens groups 32 to 38 are configured so that this condition is satisfied.

また、本実施形態においては、第2レンズ群34と凹面ミラー42(=第3レンズ群36と凹面ミラー44)間におけるレンズパワーPは、以下の式を満たす。ただし、レンズパワーPは、第2レンズ群34と凹面ミラー42(=第3レンズ群36と凹面ミラー44)を合成した焦点距離の逆数を表す。

P ≦ 1×10−4 ・・・・・(1)
In the present embodiment, the lens power P between the second lens group 34 and the concave mirror 42 (= the third lens group 36 and the concave mirror 44) satisfies the following expression. However, the lens power P represents the reciprocal of the focal length obtained by combining the second lens group 34 and the concave mirror 42 (= the third lens group 36 and the concave mirror 44).

P ≦ 1 × 10 −4 (1)

レンズパワーPは、限りなく0に近く、非常に小さい。ここでは、第2レンズ群34のマイナスパワーと、凹面ミラー42のプラスパワーが相殺されるように、光学特性が定められている。第3レンズ群36と凹面ミラー44におけるレンズパワーPも、同じである。   The lens power P is extremely close to 0 and very small. Here, the optical characteristics are determined so that the minus power of the second lens group 34 and the plus power of the concave mirror 42 are offset. The lens power P in the third lens group 36 and the concave mirror 44 is also the same.

このようなレンズパワーPをもつ光学系を偏光ビームスプリッタ40の後方に配置するため、第1、第4レンズ群32、38の瞳位置は無限遠にある必要があるが、マージナル光線M1、M2は限りなく光軸に対し平行になって偏光ビームスプリッタ40へ入射するため、このようなレンズパワーPをもつ光学系を配置することが可能である。   Since the optical system having such a lens power P is disposed behind the polarizing beam splitter 40, the pupil positions of the first and fourth lens groups 32 and 38 need to be at infinity, but marginal rays M1 and M2 Infinitely parallel to the optical axis and incident on the polarization beam splitter 40, it is possible to arrange an optical system having such a lens power P.

さらに本実施形態では、上述したマージナル光線M1、M2、および合成レンズパワーPの条件に加え、マスクPM(基板SW)における最大画角hと、マスクPMから凹面ミラー42、44までの光路長L(mm)は、以下の条件式を満たす。

k×h×L−m ≦ β ・・・・・・(2)
Furthermore, in the present embodiment, in addition to the above-described conditions of the marginal rays M1 and M2 and the combined lens power P, the maximum field angle h in the mask PM (substrate SW) and the optical path length L from the mask PM to the concave mirrors 42 and 44 are obtained. (Mm) satisfies the following conditional expression.

k × h × L −m ≦ β (2)

ただし、最大画角hは、像面上における露光エリアの光軸からの最長距離を表す。mは、最大画角hごとの光路長Lと偏光ビームスプリッタ40への入射角θとの関係を表す近似式から求められる係数であり、ここでは、m=1.035に定められている。   However, the maximum field angle h represents the longest distance from the optical axis of the exposure area on the image plane. m is a coefficient obtained from an approximate expression representing the relationship between the optical path length L for each maximum field angle h and the incident angle θ to the polarization beam splitter 40, and here, m is set to 1.035.

一方、kは、後述する最大画角hごとの近似式から求められる係数であり、ここでは、k=98.065に定められている。さらにβは、後述する照明光学系20の照度分布補正可能な限度入射角を表す。ここでは、β=6.5度に定められている。   On the other hand, k is a coefficient obtained from an approximate expression for each maximum angle of view h, which will be described later. Here, k is set to 98.065. Furthermore, β represents a limit incident angle that can correct the illuminance distribution of the illumination optical system 20 described later. Here, β is set to 6.5 degrees.

マージナル光線M1、M2の平行入射、および上記(1)、(2)式を満たす投影光学系30を構成することにより、照度を低下させることなく高解像度を維持し、より広い露光エリアを確保することができる。以下では、(1)、(2)式が導出される理由について説明する。   By constructing the projection optical system 30 that satisfies the parallel incidence of the marginal rays M1 and M2 and the above expressions (1) and (2), high resolution is maintained without lowering the illuminance, and a wider exposure area is secured. be able to. Hereinafter, the reason why the equations (1) and (2) are derived will be described.

図4は、第2レンズ群34と凹面ミラー42の合成パワーPと、マージナル光線の入射角との関係を示したグラフである。なお、第3レンズ群36と凹面ミラー44についても、同様の関係を示す。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the combined power P of the second lens group 34 and the concave mirror 42 and the incident angle of the marginal ray. The third lens group 36 and the concave mirror 44 also show the same relationship.

図4に示す複数のプロットは、合成パワーPの異なる複数の投影光学系と、それに対応するマージナル光線の入射角(ここでは、Θで表す)を示している。グラフの縦軸はマージナル光線の入射角Θを表し、横軸は合成パワーPを表す。これらプロットの座標に基づき、以下の式で表される近似曲線T1を規定することができる。

Θ=−694065P+2938.7P ・・・・(3)
A plurality of plots shown in FIG. 4 indicate a plurality of projection optical systems having different combined powers P and corresponding incident angles (in this case, Θ) of marginal rays. The vertical axis of the graph represents the incident angle Θ of the marginal ray, and the horizontal axis represents the combined power P. Based on the coordinates of these plots, an approximate curve T1 represented by the following equation can be defined.

Θ = −694940P 2 + 2938.7P (3)

図4のグラフおよび上記近似式から明らかなように、合成パワーPが1×10−4以下の場合、マージナル光線の入射角Θは最大0.29度であり、マージナル光線は実質的に光軸Eに対して平行となる。一方、合成パワーPがそれ以上大きな値の場合、入射角Θは光軸Eと実質的平行な状態から離れる。例えば、Θ=2×10−4を超える場合、マージナル光線の入射角は、0.56度以上となる。 As is clear from the graph of FIG. 4 and the above approximate expression, when the combined power P is 1 × 10 −4 or less, the incident angle Θ of the marginal ray is 0.29 degrees at the maximum, and the marginal ray is substantially the optical axis. Parallel to E. On the other hand, when the combined power P is a larger value, the incident angle Θ deviates from a state substantially parallel to the optical axis E. For example, when Θ = 2 × 10 −4 is exceeded, the incident angle of the marginal ray is 0.56 degrees or more.

等倍の投影光学系の場合、凹面ミラーの照射エリアが露光エリアサイズに影響し、マージナル光線が光軸Eに平行でなければ、広い画角、すなわち広い露光エリアの確保は困難となる。そのため、合成パワーPが(1)式を満たすように、投影光学系30の第2、3レンズ群34、36および凹面ミラー42、44の構成が定められる。   In the case of a projection optical system of the same magnification, if the irradiation area of the concave mirror affects the exposure area size and the marginal ray is not parallel to the optical axis E, it is difficult to ensure a wide angle of view, that is, a wide exposure area. Therefore, the configurations of the second and third lens groups 34 and 36 and the concave mirrors 42 and 44 of the projection optical system 30 are determined so that the combined power P satisfies the expression (1).

次に、(2)式を条件とする理由について説明する。投影光学系30のサイズ小型化を図る場合、物体面(マスクPM)から凹面ミラー42、44までの光路長Lをできるだけ短くするのが望ましい。一方、光路長Lを短くすると、偏光ビームスプリッタ40へパターン光が入射するときの入射傾斜角が大きくなる。これは、露光エリア全体における照度分布不均一、すなわち照度ムラの発生に影響する。   Next, the reason for using condition (2) as a condition will be described. When the size of the projection optical system 30 is reduced, it is desirable to make the optical path length L from the object plane (mask PM) to the concave mirrors 42 and 44 as short as possible. On the other hand, when the optical path length L is shortened, the incident inclination angle when the pattern light is incident on the polarization beam splitter 40 is increased. This affects the illuminance distribution non-uniformity in the entire exposure area, that is, the occurrence of uneven illuminance.

そこで、最大画角hの異なる等倍の反射屈折型投影光学系に対し、光路長Lを変えたときの光の最大入射角θを調べ、その関係を明らかにした。ただし、反射屈折型投影光学系は、上述したマージナル光線の垂直入射、および(1)式に示した合成パワーPの条件を満たすものとする。また、最大入射角θは、偏光ビームスプリッタ40へ入射する光の入射角のうち最大の入射角を示す。   Therefore, the maximum incident angle θ of light when the optical path length L was changed was investigated for the same-magnification catadioptric projection optical system having a different maximum field angle h, and the relationship was clarified. However, it is assumed that the catadioptric projection optical system satisfies the conditions of the normal incidence of the marginal light beam and the combined power P shown in the equation (1). The maximum incident angle θ represents the maximum incident angle among the incident angles of light incident on the polarizing beam splitter 40.

図5は、異なる最大画角hに対する光路長Lと最大入射角θとの関係を表したグラフである。図6は、最大画角hと各近似曲線の係数との関係を示したグラフである。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between the optical path length L and the maximum incident angle θ for different maximum angles of view h. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the maximum angle of view h and the coefficient of each approximate curve.

図5では、光路長Lを変えたときの最大入射角θがプロットされている。光路長Lが短いほど入射角θは大きく、近似の指数関数によって対応付けられることがわかる。ここでは、画角hごとの近似曲線が、以下の式によって表される。

θ=468.1L−1.030 (画角h=5mm)
θ=938.9L−1.030 (画角h=10mm)
θ=1415.2L−1.031 (画角h=15mm)
θ=1900.3L−1.032 (画角h=20mm)
θ=2398.0L−1.033 (画角h=25mm)
θ=2912.3L−1.035 (画角h=30mm)
θ=3451.6L−1.037 (画角h=35mm)
θ=4025.5L−1.039 (画角h=40mm)

・・・・・・・(4)
In FIG. 5, the maximum incident angle θ when the optical path length L is changed is plotted. It can be seen that the shorter the optical path length L, the larger the incident angle θ, which is associated with an approximate exponential function. Here, an approximate curve for each angle of view h is represented by the following equation.

θ = 468.1L -1.030 (angle of view h = 5 mm)
θ = 938.9L -1.030 (angle of view h = 10 mm)
θ = 11415.2L− 1.031 (angle of view h = 15 mm)
θ = 1900.3L -1.032 (angle of view h = 20 mm)
θ = 2398.0L -1.033 (view angle h = 25mm)
θ = 2912.3L− 1.035 (angle of view h = 30 mm)
θ = 3451.6L −1.037 (angle of view h = 35 mm)
θ = 4025.5L− 1.039 (angle of view h = 40 mm)

.... (4)

最大画角hと各近似曲線の係数との関係を調べると、図6に示すように、線形関係にある。そのため、以下の式で示すような近似線形式を採用することができる。

k=98.05×h ・・・・・(5)
When the relationship between the maximum angle of view h and the coefficient of each approximate curve is examined, the relationship is linear as shown in FIG. Therefore, it is possible to adopt an approximate line format as shown by the following expression.

k = 98.05 × h (5)

一方、(4)式で表される近似曲線の指数部は、その平均がここでは−1.035となっている。したがって、(4)、(5)式から、最大入射角θを求める以下の式が導かれる。

θ=98.065×h×L−1.0305 ・・・・(6)
On the other hand, the average of the exponent part of the approximate curve represented by the equation (4) is -1.035 here. Therefore, the following expressions for obtaining the maximum incident angle θ are derived from the expressions (4) and (5).

θ = 98.065 × h × L −1.0305 (6)

これは、(1)式の合成パワーPの条件を満たす範囲において、偏光ビームスプリッタ40への最大入射角θが、最大画角hと光路長Lから算出できることを示している。また、最大入射角θは、投影光学系30の開口数NAに依存しない。   This indicates that the maximum incident angle θ to the polarization beam splitter 40 can be calculated from the maximum field angle h and the optical path length L within a range that satisfies the condition of the combined power P in the expression (1). The maximum incident angle θ does not depend on the numerical aperture NA of the projection optical system 30.

上述したように、投影光学系30のサイズ小型化を考慮するならば、できるだけ光路長Lを短くするのが好ましいが、最大入射角θが大きくなると、照度分布の全体一様が維持できなくなる。そこで、最大入射角θがどの程度大きくなると、照度一定維持が困難に成るか調べ、照度不安定化が避けられない状況となる限度最大入射角を求めた。   As described above, if the size reduction of the projection optical system 30 is taken into consideration, it is preferable to shorten the optical path length L as much as possible. However, when the maximum incident angle θ is increased, it becomes impossible to maintain the uniform illuminance distribution as a whole. Therefore, it was examined how much the maximum incident angle θ would become difficult to maintain constant illuminance, and the maximum maximum incident angle at which illuminance instability could not be avoided was determined.

図7は、偏光ビームスプリッタへの入射角に対する照度ムラと照明系による照度補正した場合の照度ムラを示したグラフである。偏光ビームスプリッタ40への入射角度θに対する照度ムラと、照明光学系20による照度補正を行ったときの照度ムラとを、プロットで示している。ただし、光軸平行な入射角を0度とし、光軸より上向き入射角を正、その逆を負で表している。   FIG. 7 is a graph showing the illuminance unevenness with respect to the incident angle to the polarization beam splitter and the illuminance unevenness when the illumination system corrects the illuminance. The plot shows the illuminance unevenness with respect to the incident angle θ on the polarization beam splitter 40 and the illuminance unevenness when the illumination optical system 20 performs illuminance correction. However, the incident angle parallel to the optical axis is 0 degree, the upward incident angle from the optical axis is positive, and the opposite is negative.

一般的に、マスクに対して光を均一照射しても、偏光ビームスプリッタへ入射する角度に応じて光軸を中心とした照度分布が生じる。変更ビームスプリッタへ入射する光の照度と、凹面ミラー経由で最終的に偏光ビームスプリッタから射出する光の照度との比(ここでは、光学効率という)は、光の入射角度が大きくなるにつれて低下する。例えば、偏光ビームスプリッタ40の場合、以下の表1に示すように光学効率が低下する。   In general, even when light is uniformly irradiated onto a mask, an illuminance distribution centered on the optical axis is generated according to the angle of incidence on the polarization beam splitter. The ratio between the illuminance of light incident on the modified beam splitter and the illuminance of light finally emitted from the polarizing beam splitter via the concave mirror (herein referred to as optical efficiency) decreases as the incident angle of light increases. . For example, in the case of the polarizing beam splitter 40, the optical efficiency decreases as shown in Table 1 below.

Figure 0006022759
Figure 0006022759

図7には、入射角度を−7.5度〜7.5度まで変化させた時の照度ムラがプロットで示しており、近似的に二次曲線上に沿った値となっている。ただし、入射角度が0度のときを基準としている。   In FIG. 7, the illuminance unevenness when the incident angle is changed from −7.5 degrees to 7.5 degrees is shown as a plot, which is approximately a value along a quadratic curve. However, the reference is when the incident angle is 0 degree.

一方、照明光学系20によって照度を均一となるように補正することが可能であり、照明光学系20内のコンデンサーレンズ28に対し、焦点距離を変えずに偏角(曲率半径)を変更するベンディング手法を施すことにより、照度分布が調整可能である。照度分布を変化させたときの照度ムラが、図5にプロットされている。ただし、この補正による照度ムラは、照度分布変化させたときの基準照度に対する照度変化を割合で示している。   On the other hand, the illumination optical system 20 can correct the illuminance to be uniform, and the bending that changes the declination (radius of curvature) of the condenser lens 28 in the illumination optical system 20 without changing the focal length. The illuminance distribution can be adjusted by applying the technique. Illuminance unevenness when the illuminance distribution is changed is plotted in FIG. However, the illuminance unevenness due to this correction indicates the change in illuminance relative to the reference illuminance when the illuminance distribution is changed.

しかしながら、このような照明光学系による照度補正には限界があり、入射角度が所定角度を超えると、補正が事実上行えない。偏光素子による照度ムラと、照明光学系による補正照度ムラの差を、下記の表2に示す。ただし、ここでは偏光ビームスプリッタを偏光素子と記している。   However, there is a limit to the illuminance correction by such an illumination optical system, and if the incident angle exceeds a predetermined angle, the correction cannot be practically performed. The difference between the illuminance unevenness due to the polarizing element and the corrected illuminance unevenness due to the illumination optical system is shown in Table 2 below. However, here, the polarizing beam splitter is described as a polarizing element.

Figure 0006022759
Figure 0006022759

照明光学系20の照度補正に基づく照度ムラと、入射角に依存する照度ムラは、それぞれ異なる近似曲線F1、F2によって表すことが可能である。入射角が6.5度以下である場合には、近似曲線F1の値は近似曲線F2より低く、照明光学系20の照度補正によって入射角に起因する照度ムラをカバーすることができる。   The illuminance unevenness based on the illumination correction of the illumination optical system 20 and the illuminance unevenness depending on the incident angle can be represented by different approximate curves F1 and F2, respectively. When the incident angle is 6.5 degrees or less, the value of the approximate curve F1 is lower than the approximate curve F2, and the illuminance unevenness caused by the incident angle can be covered by the illuminance correction of the illumination optical system 20.

しかしながらが、6.5度を超えると、近似曲線F1の値が近似曲線F2の値を上回ることになり、照明光学系20の照度補正を限界まで行っても、照度ムラを相殺することができない。したがって、偏光ビームスプリッタ40への最大入射角θ(絶対値)を6.5度以下にすることで照度一定を維持することが可能となり、(6)式から以下の式が導かれる。

98.065×h×L−1.0305 ≦ 6.5 ・・・・(7)
However, if it exceeds 6.5 degrees, the value of the approximate curve F1 exceeds the value of the approximate curve F2, and even if the illumination optical system 20 is corrected to the limit, the illuminance unevenness cannot be offset. . Therefore, by setting the maximum incident angle θ (absolute value) to the polarizing beam splitter 40 to 6.5 degrees or less, it becomes possible to maintain a constant illuminance, and the following expression is derived from the expression (6).

98.065 × h × L −1.0305 ≦ 6.5 (7)

入射角限度値6.5度を照明光学系20の光学特性に基づいて定められる値とすれば、使用する照明光学系20に合わせて限界入射角を規定することが可能であり、また、投影光学系の光学特性に従って図5に示す曲線の各近似式を規定することが可能である。そして、限度入射角をβ、各近似式の係数をkで表すことによって、(2)式が導かれる。   If the incident angle limit value of 6.5 degrees is set to a value determined based on the optical characteristics of the illumination optical system 20, it is possible to define the limit incident angle according to the illumination optical system 20 to be used. Each approximate expression of the curve shown in FIG. 5 can be defined according to the optical characteristics of the optical system. Then, expression (2) is derived by expressing the limit incident angle by β and the coefficient of each approximate expression by k.

このように本実施形態によれば、投影露光装置10の投影光学系30において、第1レンズ群32、第2レンズ群34、第3レンズ群36、第4レンズ群38を備え、第1レンズ群32と第2、3レンズ群34、36との間に、偏光ビームスプリッタ40を配置する。そして、マスクPMの光軸上点からのマージナル光線M1、M2が偏光ビームスプリッタ40の入射面40Aに対し垂直入射するように、第1レンズ群32の光学特性(屈折力など)が定められている。   Thus, according to the present embodiment, the projection optical system 30 of the projection exposure apparatus 10 includes the first lens group 32, the second lens group 34, the third lens group 36, and the fourth lens group 38, and includes the first lens group. A polarizing beam splitter 40 is disposed between the group 32 and the second and third lens groups 34 and 36. The optical characteristics (refractive power, etc.) of the first lens group 32 are determined so that the marginal rays M1 and M2 from the point on the optical axis of the mask PM are perpendicularly incident on the incident surface 40A of the polarization beam splitter 40. Yes.

このような投影光学系により、等倍反射屈折光学系において露光エリアを最大限確保し、高画角のフル露光エリアを実現できる。そして、エリア全体に対する照度を一定にしてパターンを投影することが可能であり、高精度のパターン形成を実現することができる。   With such a projection optical system, it is possible to secure a maximum exposure area in the equal-magnification catadioptric optical system and realize a full exposure area with a high angle of view. Then, it is possible to project a pattern with a constant illuminance with respect to the entire area, and it is possible to realize highly accurate pattern formation.

従来の縮小投影光学系では、物体面全体からの光を折返しプリズムに対して平行光束にするように構成されているが、本願発明ではそのような構成は採用せず、あくまでも軸上物点からの光線であるマージナル光線についてより厳密な垂直入射を定めている。従来の投影光学系のように、およそ光軸に平行といった露光エリア拡大を到底望めない規定を採用していない。これによって、露光エリア最大化という等倍投影光学系の機能を存分に発揮することができる。   In the conventional reduction projection optical system, the light from the entire object surface is configured to be a parallel light beam with respect to the folding prism. However, in the present invention, such a configuration is not adopted, and from an on-axis object point. Strict normal incidence is defined for the marginal ray, which is the light ray of. Unlike the conventional projection optical system, it does not adopt such a rule that the expansion of the exposure area that is almost parallel to the optical axis cannot be expected. Thereby, the function of the equal magnification projection optical system of maximizing the exposure area can be fully exhibited.

また、光路長と画角との関係式を新たに導出することによって、照明光学系を含めた露光装置の光学系全体のサイズをコンパクト化、ダウンサイジングを図るとき、照度一定維持の条件を満たす最大画角の導出を、光学特性に合わせて容易に行うことができる。   In addition, by newly deriving a relational expression between the optical path length and the angle of view, the size of the entire optical system of the exposure apparatus including the illumination optical system can be made compact and downsizing can be satisfied. The maximum angle of view can be easily derived according to the optical characteristics.

本実施形態では、2つの凹面ミラーを偏光ビームスプリッタの光軸後方に配置しているが、1つの凹面ミラーによる構成にすることも可能である。また、偏光ビームスプリッタ以外によって、折返しプリズムを構成してもよい。さらに、等倍に限定せず、縮小投影光学系に適用することも可能である。   In the present embodiment, the two concave mirrors are arranged behind the optical axis of the polarizing beam splitter, but a configuration with one concave mirror is also possible. Further, the folding prism may be constituted by means other than the polarizing beam splitter. Furthermore, the present invention is not limited to the same magnification, and can be applied to a reduction projection optical system.

以下では、実施例となる等倍反射屈折光学系について説明する。   In the following, an equal magnification catadioptric optical system as an example will be described.

本実施例の投影光学系は、最大画角h=125mm、径250mmのエリアを露光可能であって、光路長Lが1523.476mmの等倍反射屈折光学系である。レンズ構成については、以下の表3に示す。   The projection optical system according to the present embodiment is an equal reflection / refraction optical system capable of exposing an area having a maximum field angle h = 125 mm and a diameter of 250 mm and having an optical path length L of 1523.476 mm. The lens configuration is shown in Table 3 below.

Figure 0006022759
Figure 0006022759

本実施例では、マージナル光線の入射角度が0.001度であり、実質的に光軸に対して平行であり、偏光ビームスプリッタの入射面に垂直入射する。合成レンズパワーPは、2.226×10−4であり、(1)式を満たす。また、最大画角h=125mm、光路長L=1523.476mmに従い、最大入射角θは6.40となり、(2)、(7)式の条件を満たす。 In this embodiment, the incident angle of the marginal ray is 0.001 degrees, is substantially parallel to the optical axis, and is perpendicularly incident on the incident surface of the polarizing beam splitter. The combined lens power P is 2.226 × 10 −4 and satisfies the expression (1). Further, according to the maximum angle of view h = 125 mm and the optical path length L = 1522.476 mm, the maximum incident angle θ is 6.40, which satisfies the conditions of the expressions (2) and (7).

本実施例の等倍反射屈折光学系について、開口数を変えたときの入射角θについて調べた。以下の表4は、異なる画角、開口数における入射角の値を示す。   With respect to the equal-magnification catadioptric optical system of this example, the incident angle θ when the numerical aperture was changed was examined. Table 4 below shows values of incident angles at different angles of view and numerical apertures.

Figure 0006022759
Figure 0006022759

表4に示すように、最大入射角θは開口数に依存せず、(2)式より導かれることが明らかになっている。   As shown in Table 4, it is clear that the maximum incident angle θ does not depend on the numerical aperture and is derived from the equation (2).

10 投影露光装置
20 照明光学系
30 投影光学系
32 第1レンズ群(第1光学系、前段光学系)
34 第2レンズ群(第2光学系、中間光学系)
34a 1/4波長板(第1の1/4波長板)
36 第3レンズ群(第3光学系、中間光学系)
36A 1/4波長板(第2の1/4波長板)
38 第4レンズ群(第4光学系、後段光学系)
40 偏光ビームスプリッタ(折返しプリズム)
42 凹面ミラー(第1凹面ミラー)
44 凹面ミラー(第2凹面ミラー)
PM マスク
SW 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Projection exposure apparatus 20 Illumination optical system 30 Projection optical system 32 1st lens group (1st optical system, front | former stage optical system)
34 Second lens group (second optical system, intermediate optical system)
34a 1/4 wavelength plate (first 1/4 wavelength plate)
36 Third lens group (third optical system, intermediate optical system)
36A 1/4 wavelength plate (second 1/4 wavelength plate)
38 Fourth lens group (fourth optical system, rear optical system)
40 Polarizing beam splitter (folding prism)
42 Concave mirror (first concave mirror)
44 Concave mirror (second concave mirror)
PM mask SW substrate

Claims (5)

等倍の反射屈折型投影光学系であって、
物体面のパターン光を結像させる第1光学系と、
前記第1光学系からの光を偏光分離する折り返しプリズムと、
前記折り返しプリズムによって分離した一方の光の光路上に配置される第2光学系と、
前記第2光学系を透過した光を反射し、前記第2光学系を介して前記折り返しプリズムへ再度入射させる第1凹面ミラーと、
前記折り返しプリズムによって分離した他方の光の光路上に配置される第3光学系と、
前記第3光学系を透過した光を反射し、前記第3光学系を介して前記折り返しプリズムへ再度入射させる第2凹面ミラーと、
前記折り返しプリズムと像面との間の光路上に配置される第4光学系とを備え、
前記折り返しプリズムが、前記第1、第2凹面ミラーからの反射光を像面側へ導き、
前記第4光学系が、前記折り返しプリズムから射出する反射光を、像面に結像させ、
前記物体面からのマージナル光線が、前記折り返しプリズムに対して実質的に垂直入射するように、前記第1光学系の光学特性が定められており、
前記第2光学系および前記第1凹面ミラーを合わせたレンズパワー、および前記第3光学系および前記第2凹面ミラーを合わせたレンズパワーが、1×10 −4 (1/mm)以下であり、
最大画角h(mm)と、物体面から前記第1、第2凹面ミラーまでの光路長L(mm)が、以下の条件式を満たすことを特徴とする反射屈折型等倍投影光学系。

k×h×L −m ≦ β

ただし、k、mは、投影光学系の特性によって定められる係数を表す。また、βは、照明光学系の照度補正可能な折返しプリズムへの最大限度入射角(°)を表し、レンズパワーは、焦点距離の逆数を表し、最大画角hは、像面上における露光エリアの光軸からの最長距離を表す。
1 × catadioptric projection optical system,
A first optical system that forms an image of pattern light on the object surface;
A folding prism for polarizing and separating light from the first optical system;
A second optical system disposed on an optical path of one light separated by the folding prism;
A first concave mirror that reflects light transmitted through the second optical system and re-enters the folding prism via the second optical system;
A third optical system disposed on the optical path of the other light separated by the folding prism;
A second concave mirror that reflects the light transmitted through the third optical system and re-enters the folding prism via the third optical system;
A fourth optical system disposed on the optical path between the folding prism and the image plane,
The folding prism guides reflected light from the first and second concave mirrors to the image plane side;
The fourth optical system forms an image of reflected light emitted from the folding prism on an image plane;
Optical characteristics of the first optical system are determined so that marginal rays from the object plane are substantially perpendicularly incident on the folding prism ,
The lens power combining the second optical system and the first concave mirror, and the lens power combining the third optical system and the second concave mirror are 1 × 10 −4 (1 / mm) or less,
A catadioptric magnification optical projection system characterized in that a maximum field angle h (mm) and an optical path length L (mm) from the object surface to the first and second concave mirrors satisfy the following conditional expression:

k × h × L −m ≦ β

Here, k and m represent coefficients determined by the characteristics of the projection optical system. Β represents the maximum incident angle (°) to the folding prism capable of correcting the illuminance of the illumination optical system, the lens power represents the reciprocal of the focal length, and the maximum field angle h represents the exposure area on the image plane. Represents the longest distance from the optical axis.
最大画角hと光路長Lが、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項に記載の反射屈折型等倍投影光学系。

98.065×h×L−1.0305 ≦ 6.5
2. The catadioptric equal magnification projection optical system according to claim 1 , wherein the maximum field angle h and the optical path length L satisfy the following conditional expression.

98.065 × h × L −1.0305 ≦ 6.5
前記折り返しプリズムは、偏光ビームスプリッタを有し、
前記偏光ビームスプリッタと前記第2光学系との間に配置される第1の1/4波長板と、
前記偏光ビームスプリッタと前記第3光学系との間に配置される第2の1/4波長板とをさらに備えることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の反射屈折型等倍投影光学系。
The folding prism has a polarizing beam splitter;
A first quarter-wave plate disposed between the polarizing beam splitter and the second optical system;
The catadioptric unit magnification according to any one of claims 1 to 2 , further comprising a second quarter-wave plate disposed between the polarizing beam splitter and the third optical system. Projection optics.
前記第1、第2の1/4波長板は、350nm〜450nmの波長域において、少なくとも400nm以上の波長に対して光を偏光可能であることを特徴とする請求項に記載の反射屈折型等倍投影光学系。 4. The catadioptric type according to claim 3 , wherein the first and second quarter-wave plates are capable of polarizing light at a wavelength of at least 400 nm in a wavelength range of 350 nm to 450 nm. 1X projection optical system. 請求項1乃至のいずれかに記載の反射屈折型等倍投影光学系を備えた投影露光装置。
Projection exposure apparatus having a catadioptric magnification projection optical system according to any one of claims 1 to 4.
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