(57)【要約】【課題】たとえば２００ｎｍ以下の波長光に対して色収差などの諸収差が良好に補正されて優れた結像性能を有し、高解像に必要な大きな像側開口数を確保することのできる反射屈折型の投影光学系。【解決手段】第１面（Ｒ）の中間像を形成する反射屈折型の第１結像光学系（Ｇ１）と、第１面の最終像を第２面（Ｗ）上に形成する屈折型の第２結像光学系（Ｇ２）とを備えている。第１結像光学系は、第１レンズ群（Ｇ１１）を透過した光を反射するためのレンズ面上に形成された第１反射面（Ｍ１）と、第１反射面で反射された光を第２結像光学系へ導く第２反射面（Ｍ２）と、第１反射面と第２反射面との間の光路中に配置された第２レンズ群（Ｇ１２）とを有する。第２結像光学系の最も第２面側の光学面と第２面との間の光路は、１よりも実質的に大きい屈折率を有する媒質で満たされている。【選択図】  図３
2004354555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面の像を前記第１面とほぼ平行な第２面上にほぼテレセントリックに形成する反射屈折型の投影光学系であって、
前記第１面の中間像を形成するための反射屈折型の第１結像光学系と、前記中間像からの光に基づいて前記第１面の最終像を前記第２面上に形成するための屈折型の第２結像光学系とを備え、
前記第１結像光学系は、少なくとも１つの正レンズを含む第１レンズ群と、該第１レンズ群を透過した光を反射するためにレンズ面上に形成された第１反射面と、該第１反射面で反射された光を前記第２結像光学系へ導くための第２反射面と、前記第１反射面と前記第２反射面との間の光路中に配置された少なくとも２つのレンズを含む第２レンズ群とを有し、
前記第２結像光学系は、開口絞りを有し、
前記第１反射面および前記第２反射面のうちの少なくとも一方は、凹面状に形成され、
前記投影光学系を構成するすべての光学部材は、単一の直線状の光軸上に配置され、
前記第２結像光学系の最も第２面側の光学面と前記第２面との間の光路は、１よりも実質的に大きい屈折率を有する媒質で満たされていることを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
前記第１面からの光は、前記第１レンズ群および前記第２レンズ群を透過して前記第１反射面で反射され、前記第２レンズ群を透過して前記第２反射面で反射され、前記第２レンズ群および前記第１反射面が形成されたレンズを透過して前記第２結像光学系へ導かれることを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
【請求項３】
前記第１反射面が形成されたレンズの焦点距離Ｆｍは、
５００ｍｍ≦Ｆｍ≦５０００ｍｍ
の条件を満足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。
【請求項４】
前記第２レンズ群は、少なくとも１つの正レンズと、少なくとも１つの負レンズとを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項５】
前記第１面に設定されたマスクを照明するための照明系と、前記マスクに形成されたパターンの像を前記第２面に設定された感光性基板上に形成するための請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項６】
前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を所定方向に沿って相対移動させて前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光することを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
前記第１面に設定されたマスクを照明し、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投影光学系を介して前記マスクに形成されたパターンを前記第２面に設定された感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法。
【請求項８】
前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を所定方向に沿って相対移動させて前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光することを特徴とする請求項７に記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射屈折型の投影光学系、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適した高解像の反射屈折型の投影光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の製造や半導体チップ実装基盤の製造ではパターンの微細化がますます進んでおり、パターンを焼き付ける露光装置ではより解像度の高い投影光学系が要求されている。投影光学系の解像力に対する要求を満足するには、照明光（露光光）の波長λを短くするとともに投影光学系の像側開口数ＮＡを大きくする必要がある。
【０００３】
具体的には、投影光学系の解像度は、ｋ・λ／ＮＡ（ｋはプロセス係数）で表される。短波長化の観点では、露光光の波長λは、ｇ線（λ＝４３６ｎｍ）からｉ線（λ＝３６５ｎｍ）へ、さらにはＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（λ＝１９３ｎｍ）へと進んでいる。像側開口数ＮＡは、投影光学系と像面との間の媒質（通常は空気などの気体）の屈折率をｎとし、像面への最大入射角をθとすると、ｎ・ｓｉｎθで表される。
【０００４】
また、露光装置に搭載される投影光学系に求められる光学性能は極めて高く、諸収差をほぼ無収差状態にまで補正することが望ましい。従来、露光装置に適した投影光学系が、たとえば特開平５−１７３０６５号公報、特開平５−２８１４６９号公報、特開平６−２６５７８９号公報、特開２００１−０２７７２７号公報、特開２００２−２０８５５１号公報などに開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１７３０６５号公報
【特許文献２】
特開平５−２８１４６９号公報
【特許文献３】
特開平６−２６５７８９号公報
【特許文献４】
特開２００１−０２７７２７号公報
【特許文献５】
特開２００２−２０８５５１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、特開平５−１７３０６５号公報に開示された屈折型の投影光学系において像側開口数ＮＡの増大を図ろうとすると、色収差補正および像面湾曲（ペッツバール和）の補正のため、レンズ枚数をさらに増やさなければならない。これに対し、パワーを有する反射面を用いると、色収差を発生させることなく光線を曲げることができ、例えば凹面反射鏡は正のパワーを持ちながらペッツバール和に対しては正レンズ成分と符号が逆の寄与を示す。
【０００７】
このため、反射光学部材と屈折光学部材とを組み合わせて得られる反射屈折光学系では、色収差をはじめとする諸収差をほぼ無収差状態にまで良好に補正することができる。しかしながら、露光装置の投影光学系の光路中に凹面反射鏡を用いると、マスク側から凹面反射鏡に入射した光が反射されて再び元のマスク側へ逆進してしまう。このため、凹面反射鏡に入射する光の光路と凹面反射鏡で反射される光の光路とを分離するとともに凹面反射鏡からの反射光をウェハ（感光性基板）方向へ導くための技術、すなわち光路分離に関する技術が種々提案されている。
【０００８】
例えば特開平５−２８１４６９号公報に開示された反射屈折光学系では、光路分離（光線分離）にビームスプリッターを用いている。この場合、像側開口数ＮＡの増大を図ろうとすると、非常に大きなビームスプリッターが必要になり、実際の製造が困難になるという不都合がある。また、特開平６−２６５７８９号公報に開示された反射屈折光学系では、中心遮蔽によって光線分離を行っているので、特定周波数のパターンでコントラストの低下が起きてしまうという不都合がある。
【０００９】
一方、特開２００１−０２７７２７号公報や特開２００２−２０８５５１号公報に開示された反射屈折光学系では、ビームスプリッターを用いることなく且つ中心遮蔽をすることなく光線分離を行うことができ、さらにすべての構成部材が単一光軸上に配置されているという点において優れている。しかしながら、これらの公報に開示された反射屈折光学系では、第１反射面への入射光線と第２反射面からの反射光線との干渉を避けなければならないが、像側開口数ＮＡ（開示例ではＮＡが０．６程度）の増大を図ろうとすると、上記入射光線と反射光線との干渉を避けることが困難になるという不都合がある。
【００１０】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば２００ｎｍ以下の波長光に対して色収差などの諸収差が良好に補正されて優れた結像性能を有し、高解像に必要な大きな像側開口数を確保することのできる反射屈折型の投影光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、優れた結像性能を有し且つ大きな像側開口数ひいては高い解像度を有する投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に露光する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。
【００１１】
【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面の像を前記第１面とほぼ平行な第２面上にほぼテレセントリックに形成する反射屈折型の投影光学系であって、
前記第１面の中間像を形成するための反射屈折型の第１結像光学系と、前記中間像からの光に基づいて前記第１面の最終像を前記第２面上に形成するための屈折型の第２結像光学系とを備え、
前記第１結像光学系は、少なくとも１つの正レンズを含む第１レンズ群と、該第１レンズ群を透過した光を反射するためにレンズ面上に形成された第１反射面と、該第１反射面で反射された光を前記第２結像光学系へ導くための第２反射面と、前記第１反射面と前記第２反射面との間の光路中に配置された少なくとも２つのレンズを含む第２レンズ群とを有し、
前記第２結像光学系は、開口絞りを有し、
前記第１反射面および前記第２反射面のうちの少なくとも一方は、凹面状に形成され、
前記投影光学系を構成するすべての光学部材は、単一の直線状の光軸上に配置され、
前記第２結像光学系の最も第２面側の光学面と前記第２面との間の光路は、１よりも実質的に大きい屈折率を有する媒質で満たされていることを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１２】
第１形態の好ましい態様によれば、前記第１面からの光は、前記第１レンズ群および前記第２レンズ群を透過して前記第１反射面で反射され、前記第２レンズ群を透過して前記第２反射面で反射され、前記第２レンズ群および前記第１反射面が形成されたレンズを透過して前記第２結像光学系へ導かれる。
【００１３】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１反射面が形成されたレンズの焦点距離Ｆｍは、５００ｍｍ≦Ｆｍ≦５０００ｍｍの条件を満足する。また、前記第２レンズ群は、少なくとも１つの正レンズと、少なくとも１つの負レンズとを有することが好ましい。
【００１４】
本発明の第２形態では、前記第１面に設定されたマスクを照明するための照明系と、前記マスクに形成されたパターンの像を前記第２面に設定された感光性基板上に形成するための第１形態の投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。この場合、前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を所定方向に沿って相対移動させて前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光することが好ましい。
【００１５】
本発明の第３形態では、前記第１面に設定されたマスクを照明し、第１形態の投影光学系を介して前記マスクに形成されたパターンを前記第２面に設定された感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法を提供する。この場合、前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を所定方向に沿って相対移動させて前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光することが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる反射屈折型の投影光学系は、第１面（露光装置の場合にはマスク）の中間像を形成するための反射屈折型の第１結像光学系Ｇ１と、中間像からの光に基づいて第１面の最終像を第１面とほぼ平行な第２面（露光装置の場合にはウェハのような感光性基板）上にテレセントリックに形成するための屈折型の第２結像光学系Ｇ２とを備えている。第１結像光学系Ｇ１は、少なくとも１つの正レンズを含む第１レンズ群Ｇ１１と、この第１レンズ群Ｇ１１を透過した光を反射するためのレンズ面上に形成された第１反射面Ｍ１と、この第１反射面Ｍ１で反射された光を第２結像光学系Ｇ２へ導くための第２反射面Ｍ２と、第１反射面Ｍ１と第２反射面Ｍ２との間の光路中に配置された少なくとも２つのレンズを含む第２レンズ群Ｇ１２とを有する。
【００１７】
第２結像光学系Ｇ２は開口絞りＡＳを有し、第１反射面Ｍ１および第２反射面Ｍ２のうちの少なくとも一方は凹面状に形成されている。また、投影光学系を構成するすべての光学部材は単一の直線状の光軸ＡＸ上に配置され、第２結像光学系Ｇ２の最も第２面側の光学面と第２面との間の光路は、たとえば水のような１よりも実質的に大きい屈折率を有する媒質で満たされている。本発明の投影光学系では、第１面からの光が、第１レンズ群Ｇ１１および第２レンズ群Ｇ１２を透過して第１反射面Ｍ１で反射され、第２レンズ群Ｇ１２を透過して第２反射面Ｍ２で反射され、第２レンズ群Ｇ１２および第１反射面Ｍ１が形成されたレンズを透過して第２結像光学系Ｇ２へ導かれる。
【００１８】
第１反射面Ｍ１をレンズ面上に形成することにより、第２結像光学系Ｇ２へ入射する光線を、第１反射面Ｍ１が形成されたレンズの屈折作用によって収斂させることができる。これに対し、第１反射面Ｍ１をレンズ面上に形成しない構成では、第１反射面Ｍ１の直ぐ後側（第２面側）にレンズを配置したとしても、本発明の構成に比してレンズの高い位置（光軸から離れた位置）を光線が通ることになり、光線を同じ程度に収斂させるのに必要なパワー（屈折力）が大きくなり、ひいては大きな正屈折力に起因して収差発生量が大きくなってしまう。換言すれば、本発明では、第１反射面Ｍ１をレンズ面上に形成する構成により、収差発生量を抑えることができる。
【００１９】
また、本発明では、反射屈折型の第１結像光学系Ｇ１と屈折型の第２結像光学系Ｇ２との組み合わせからなる反射屈折光学系を採用しているので、たとえば２００ｎｍ以下の波長光に対して色収差などの諸収差を良好に補正することができ、ひいては優れた結像性能を確保することができる。また、本発明では、第２結像光学系Ｇ２の最も第２面側の光学面と第２面との間の光路を、たとえば水のような高屈折率を有する媒質で満たしているので、液浸対物レンズの場合と同様に、高解像に必要な大きな像側開口数を確保することができる。
【００２０】
本発明では、第１反射面Ｍ１が形成されたレンズの焦点距離Ｆｍは、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
５００ｍｍ≦Ｆｍ≦５０００ｍｍ    （１）
【００２１】
条件式（１）は、第１反射面Ｍ１が表面に形成されたレンズの焦点距離（ひいてはパワー）を規定している。本発明では、レンズ面上に第１反射面Ｍ１を設けることにより、第２結像光学系Ｇ２への光線を当該レンズによりある程度収斂させることができる。その結果、第２結像光学系Ｇ２での収差補正の効率を向上させることができ、さらに第２結像光学系Ｇ２を構成するレンズの有効径を小さく抑えることができる。条件式（１）の上限値を上回ると、当該レンズの屈折力が小さくなり過ぎて、当該レンズにより光線を十分に収斂させることができず、第２結像光学系Ｇ２への入射光線がレンズの高い位置を通ることになり、収差補正上不利になってしまう。一方、条件式（１）の下限値を下回ると、当該レンズの屈折力が大きくなり過ぎて、当該レンズで発生する収差量が大きくなってしまう。
【００２２】
また、本発明では、第２レンズ群Ｇ１２が少なくとも１つの正レンズと少なくとも１つの負レンズとを有することが好ましい。本発明では、反射面が像面湾曲（ペッツバール和）の補正を主に担っているため、反射面により光線が曲げられすぎてしまう傾向がある。第２レンズ群Ｇ１２中に少なくとも１つの負レンズを設けることにより、光線が曲げられすぎるのを防ぐことができる。さらに、この負レンズの屈折力が強いため、例えば凹面による球面収差の発生量が大きくなるが、第２レンズ群Ｇ１２中に少なくとも１つの正レンズを設けることにより、逆向きの球面収差を発生させて打ち消すことができる。
【００２３】
なお、上述したように、本発明の投影光学系では、第２面（ウェハ面）側にほぼテレセントリックである。本発明では、第２面側に加えて、第１面（マスク面）側に対してもほぼテレセントリックであることが望ましい。
【００２４】
以上のように、本発明では、たとえば２００ｎｍ以下の波長光に対して色収差などの諸収差が良好に補正されて優れた結像性能を有し、高解像に必要な大きな像側開口数を確保する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。したがって、本発明の投影光学系を用いる露光装置および露光方法では、優れた結像性能を有し且つ大きな像側開口数ひいては高い解像度を有する投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に露光することができる。
【００２５】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。なお、図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に平行にＹ軸を、図１の紙面に垂直にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００２６】
図示の露光装置は、紫外領域の照明光を供給するための光源１００として、ＡｒＦエキシマレーザ光源を備えている。光源１００から射出された光は、照明光学系ＩＬを介して、所定のパターンが形成されたレチクル（マスク）Ｒを重畳的に照明する。なお、光源１００と照明光学系ＩＬとの間の光路はケーシング（不図示）で密封されており、光源１００から照明光学系ＩＬ中の最もレチクル側の光学部材までの空間は、露光光の吸収率が低い気体であるヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
【００２７】
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Ｒには転写すべきパターンが形成されており、光軸ＡＸを含むことなくＸ方向に延びる円弧形状のパターン領域が照明される。レチクルステージＲＳは、図示を省略した駆動系の作用により、レチクル面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はレチクル移動鏡ＲＭを用いた干渉計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、感光性基板であるウェハＷ上にレチクルパターン像を形成する。
【００２８】
ウェハＷは、ウェハホルダテーブル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。そして、レチクルＲ上での円弧形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上においても光軸ＡＸを含むことなくＸ方向に延びる円弧形状の静止露光領域（すなわち実効露光領域：投影光学系ＰＬの有効結像領域）にパターン像が形成される。ウェハステージＷＳは、図示を省略した駆動系の作用によりウェハ面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はウェハ移動鏡ＷＭを用いた干渉計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。
【００２９】
図２は、本実施形態においてウェハ上に形成される円弧形状の実効露光領域と光軸との位置関係を示す図である。本実施形態では、図２に示すように、実効露光領域（有効結像領域）ＥＲが、収差の良好に補正された収差補正領域として、光軸ＡＸを中心とした外径（半径）Ｒｏの円と、内径（半径）Ｒｉの円と、距離Ｈだけ間隔を隔てたＹ方向に平行な２つの線分とにより円弧形状に規定されている。こうして、円弧形状の実効露光領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法はＨであり、Ｙ方向に沿った寸法はＤである。したがって、図示を省略したが、レチクルＲ上には、円弧形状の実効露光領域ＥＲに光学的に対応した大きさおよび形状を有する円弧形状の照明領域（すなわち実効照明領域）が形成されていることになる。
【００３０】
また、本実施形態の露光装置では、投影光学系ＰＬを構成する光学部材のうち最もレチクル側に配置された光学部材と最もウェハ側に配置された光学部材との間で投影光学系ＰＬの内部が気密状態を保つように構成され、投影光学系ＰＬの内部の気体はヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。さらに、照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＬとの間の狭い光路には、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどが配置されているが、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
【００３１】
また、本実施形態の露光装置では、投影光学系ＰＬの最もウェハ側に配置された光学部材とウェハＷとの間の光路は、１よりも実質的に大きい屈折率を有する媒質で満たされている。各実施例では、高屈折率の媒質として、水（たとえば脱イオン水）を用いている。このように、光源１００からウェハＷまでの光路の全体に亘って、露光光がほとんど吸収されることのない雰囲気が形成されている。
【００３２】
また、上述したように、レチクルＲ上の照明領域およびウェハＷ上の露光領域（すなわち実効露光領域ＥＲ）は、Ｘ方向に延びる円弧形状である。したがって、駆動系および干渉計（ＲＩＦ、ＷＩＦ）などを用いてレチクルＲおよびウェハＷの位置制御を行いながら、Ｙ方向に沿ってレチクルステージＲＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはレチクルＲとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には実効露光領域ＥＲのＸ方向寸法Ｈに等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有する露光領域に対してレチクルパターンが走査露光される。
【００３３】
各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｚとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣｎとしたとき、以下の数式（ａ）で表される。各実施例において、非球面形状に形成されたレンズ面には面番号の右側に＊印を付している。
2004354555.tif 000003
【００３４】
また、各実施例において、投影光学系ＰＬは、物体面（第１面）に配置されたレチクルＲのパターンの中間像を形成するための第１結像光学系Ｇ１と、中間像からの光に基づいて像面（第２面）に配置されたウェハＷ上にレチクルパターンの縮小像（最終像）を形成するための第２結像光学系Ｇ２とにより構成されている。ここで、第１結像光学系Ｇ１は第１反射面Ｍ１と第２反射面Ｍ２とを含む反射屈折光学系であり、第２結像光学系Ｇ２は屈折光学系である。投影光学系ＰＬを構成するすべての光学部材は、単一の直線状の光軸ＡＸ上に配置されている。また、投影光学系ＰＬは、レチクル側およびウェハ側にほぼテレセントリックに構成されている。
【００３５】
［第１実施例］
図３は、本実施形態の第１実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図３を参照すると、第１実施例にかかる投影光学系ＰＬにおいて、第１結像光学系Ｇ１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正メニスカスレンズＬ１１と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた第２反射面Ｍ２を有する反射鏡と、両凸レンズＬ１２と、両凹レンズＬ１３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Ｌ１４とを備えている。そして、正メニスカスレンズＬ１４のレチクル側の面には、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた第１反射面Ｍ１が形成されている。
【００３６】
一方、第２結像光学系Ｇ２は、レチクル側から順に、両凸レンズＬ２１と、両凸レンズＬ２２と、レチクル側に凸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、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Ｌ２５と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ２６と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２７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Ｌ２８と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２９と、両凸レンズＬ２１０と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２１１と、開口絞りＡＳと、両凸レンズＬ２１２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Ｌ２１３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Ｌ２１４と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１５と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２１６とにより構成されている。
【００３７】
第１実施例では、平凸レンズＬ２１６とウェハＷとの間の光路に、高屈折率媒質としての水が満たされている。第１実施例では、レチクルＲからの光が、第１レンズ群Ｇ１１を構成するレンズＬ１１と第２レンズ群Ｇ１２を構成するレンズＬ１２およびレンズＬ１３とを透過して、第１反射面Ｍ１に入射する。第１反射面Ｍ１で反射された光は、第２レンズ群（Ｌ１３，Ｌ１２）を透過して第２反射面Ｍ２で反射され、第２レンズ群（Ｌ１２，Ｌ１３）および第１反射面Ｍ１が形成されたレンズＬ１４を透過して、レチクルＲの中間像を形成する。レチクルＲの中間像からの光は、レンズＬ２１〜Ｌ２１６を介して、ウェハＷ上にレチクルＲの縮小像を形成する。
【００３８】
第１実施例では、投影光学系ＰＬを構成するレンズ成分が、石英（ＳｉＯ２）または蛍石（ＣａＦ２）により形成されている。具体的には、レンズＬ２１５およびレンズＬ２１６が蛍石により形成され、その他のレンズが石英により形成されている。露光光であるＡｒＦエキシマレーザ光の発振中心波長は１９３．３ｎｍであり、中心波長１９３．３ｎｍに対する石英の屈折率は１．５６０３２６であり、中心波長１９３．３ｎｍに対する蛍石の屈折率は１．５０１４５５であり、中心波長１９３．３ｎｍに対する水の屈折率は１．４３２０５０である。
【００３９】
次の表（１）に、第１実施例にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。表（１）において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率（全系の結像倍率）を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、ＲｏおよびＲｉは実効露光領域ＥＲの外半径および内半径を、ＨおよびＤは実効露光領域ＥＲのＸ方向寸法およびＹ方向寸法をそれぞれ表している。また、面番号は物体面（第１面）であるレチクル面から像面（第２面）であるウェハ面への光線の進行する方向に沿ったレチクル側からの面の順序を、ｒは各面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径：ｍｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、ｎは中心波長λに対する屈折率をそれぞれ示している。
【００４０】
なお、面間隔ｄは、反射される度にその符号を変えるものとする。したがって、面間隔ｄの符号は、第１反射面Ｍ１から第２反射面Ｍ２までの光路中では負とし、その他の光路中では正としている。そして、光の入射方向にかかわらず、レチクル側に向かって凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率半径を負としている。なお、表（１）における表記は、以降の表（２）においても同様である。
【００４１】
【表１】
2004354555.tif 000004
2004354555.tif 000005
2004354555.tif 000006
2004354555.tif 000007
2004354555.tif 000008
【００４２】
図４は、第１実施例における横収差を示す図である。収差図において、Ｙは像高を示している。図４の収差図から明らかなように、第１実施例では、非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．０５）および比較的大きな実効露光領域ＥＲを確保しているにもかかわらず、波長が１９３．３ｎｍの露光光に対して収差が良好に補正されていることがわかる。
【００４３】
［第２実施例］
図５は、本実施形態の第２実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図５を参照すると、第２実施例にかかる投影光学系ＰＬにおいて、第１結像光学系Ｇ１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正メニスカスレンズＬ１１と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた第２反射面Ｍ２を有する反射鏡と、両凸レンズＬ１２と、両凹レンズＬ１３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Ｌ１４とを備えている。そして、正メニスカスレンズＬ１４のレチクル側の面には、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた第１反射面Ｍ１が形成されている。
【００４４】
一方、第２結像光学系Ｇ２は、レチクル側から順に、両凸レンズＬ２１と、両凸レンズ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、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Ｌ２５と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ２６と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２７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Ｌ２８と、両凸レンズＬ２９と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２１０と、開口絞りＡＳと、両凸レンズＬ２１１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Ｌ２１２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Ｌ２１３と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１４と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２１５とにより構成されている。
【００４５】
第２実施例では、平凸レンズＬ２１５とウェハＷとの間の光路に、高屈折率媒質としての水が満たされている。第２実施例では、レチクルＲからの光が、第１レンズ群Ｇ１１を構成するレンズＬ１１と第２レンズ群Ｇ１２を構成するレンズＬ１２およびレンズＬ１３とを透過して、第１反射面Ｍ１に入射する。第１反射面Ｍ１で反射された光は、第２レンズ群（Ｌ１３，Ｌ１２）を透過して第２反射面Ｍ２で反射され、第２レンズ群（Ｌ１２，Ｌ１３）および第１反射面Ｍ１が形成されたレンズＬ１４を透過して、レチクルＲの中間像を形成する。レチクルＲの中間像からの光は、レンズＬ２１〜Ｌ２１５を介して、ウェハＷ上にレチクルＲの縮小像を形成する。
【００４６】
第２実施例では、投影光学系ＰＬを構成するレンズ成分が、石英または蛍石により形成されている。具体的には、レンズＬ２１４およびレンズＬ２１５が蛍石により形成され、その他のレンズが石英により形成されている。露光光であるＡｒＦエキシマレーザ光の発振中心波長は１９３．３ｎｍであり、中心波長１９３．３ｎｍに対する石英の屈折率は１．５６０３２６であり、中心波長１９３．３ｎｍに対する蛍石の屈折率は１．５０１４５５であり、中心波長１９３．３ｎｍに対する水の屈折率は１．４３２０５０である。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。
【００４７】
【表２】
2004354555.tif 000009
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【００４８】
図６は、第２実施例における横収差を示す図である。収差図において、Ｙは像高を示している。図６の収差図から明らかなように、第２実施例においても第１実施例と同様に、非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．０）および比較的大きな実効露光領域ＥＲを確保しているにもかかわらず、波長が１９３．３ｎｍの露光光に対して収差が良好に補正されていることがわかる。
【００４９】
こうして、各実施例では、ビームスプリッターを用いることなく光路分離（光線分離）を行うことができる。また、波長が１９３．３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光に対して、１．０５または１．０の高い像側開口数を確保するとともに、２６．０ｍｍ×４．０ｍｍの円弧形状の実効露光領域（静止露光領域）を確保することができる。その結果、たとえば２６ｍｍ×３３ｍｍの矩形状の露光領域内に回路パターンを高解像度で走査露光することができる。
【００５０】
上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってレチクル（マスク）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図７のフローチャートを参照して説明する。
【００５１】
先ず、図７のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その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。
【００５２】
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。
【００５３】
また、本実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図８のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図８において、パターン形成工程４０１では、本実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
なお、上述の実施形態では、ＡｒＦエキシマレーザ光源を用いているが、これに限定されることなく、たとえば２００ｎｍ以下の波長を有する光を供給する他の適当な光源を用いることもできる。また、上述の実施形態では、露光装置に搭載される投影光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、他の一般的な投影光学系に対して本発明を適用することもできる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、たとえば２００ｎｍ以下の波長光に対して色収差などの諸収差が良好に補正されて優れた結像性能を有し、高解像に必要な大きな像側開口数を確保する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。
【００５８】
したがって、本発明の投影光学系を用いる露光装置および露光方法では、優れた結像性能を有し且つ大きな像側開口数ひいては高い解像度を有する投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に露光することができる。また、本発明の投影光学系を搭載した露光装置を用いて、高解像な投影光学系を介した高精度な露光により、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露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施形態においてウェハ上に形成される円弧形状の実効露光領域と光軸との位置関係を示す図である。
【図３】本実施形態の第１実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図４】第１実施例における横収差を示す図である。
【図５】本実施形態の第２実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図６】第２実施例における横収差を示す図である。
【図７】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８】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】
Ｇ１  第１結像光学系
Ｇ２  第２結像光学系
Ｌｉ  各レンズ成分
Ｍ１，Ｍ２  反射面
１００  レーザ光源
ＩＬ  照明光学系
Ｒ  レチクル
ＲＳ  レチクルステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
ＷＳ  ウェハステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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