(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１物体の像を第２物体上に形成する投影光学系において、
前記第１物体からの光に基づいて前記第１物体の第１中間像を形成するための第１結像光学系と、
前記第１結像光学系を介した光に基づいて前記第１物体の第２中間像を形成するための第２結像光学系と、
前記第２結像光学系を介した光に基づいて前記第１物体の最終像を前記第２物体上に形成するための第３結像光学系とを備え、
前記第２結像光学系は、少なくとも凹面反射鏡を含み、
前記第１結像光学系および前記第３結像光学系のうちいずれか一方の結像光学系は、光を偏向させるための偏向部材を有し、
前記偏向部材は、前記第１物体上の任意の一点からの光束がほぼ平行光束となる光路中に位置決めされ、平面状の入射面と平面状の射出面とを備えることを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
前記偏向部材は、前記第１結像光学系および前記第３結像光学系のうちいずれか一方の結像光学系の瞳位置の近傍に位置決めされてい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】
第１物体の像を第２物体上に形成する投影光学系において、
前記第１物体からの光に基づいて前記第１物体の第１中間像を形成するための第１結像光学系と、
前記第１結像光学系を介した光に基づいて前記第１物体の第２中間像を形成するための第２結像光学系と、
前記第２結像光学系を介した光に基づいて前記第１物体の最終像を前記第２物体上に形成するための第３結像光学系とを備え、
前記第２結像光学系は、少なくとも凹面反射鏡を含み、
前記第１結像光学系および前記第３結像光学系のうちいずれか一方の結像光学系は、光を偏向させるための偏向部材を有し、
前記偏向部材は、前記第１結像光学系および前記第３結像光学系のうちいずれか一方の結像光学系の瞳位置の近傍に位置決めされ、平面状の入射面と平面状の射出面とを備えることを特徴とする投影光学系。
【請求項４】
前記第１結像光学系は、第１物体側から順に、第１部分光学系と、該第１部分光学系を介した光を所定の直線偏光状態の光に変換するための偏光器と、前記偏向部材としての偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターで偏向された直線偏光状態の光を円偏光状態の光に変換するための第１移相器と、第２部分光学系とを有し、
前記第３結像光学系は、第２結像光学系側から順に、第３部分光学系と、該第３部分光学系を介した円偏光状態の光を所定の直線偏光状態の光に変換するための前記第１移相器と、前記偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターを透過した直線偏光状態の光を円偏光状態の光に変換するための第２移相器と、第４部分光学系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結像光学系は、第１物体側から順に、第１部分光学系と、該第１部分光学系を介した光を所定の直線偏光状態の光に変換するための偏光器と、偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターを透過した直線偏光状態の光を円偏光状態の光に変換するための第１移相器と、第２部分光学系とを有し、
前記第３結像光学系は、第２結像光学系側から順に、第３部分光学系と、該第３部分光学系を介した円偏光状態の光を所定の直線偏光状態の光に変換するための前記第１移相器と、前記偏向部材としての前記偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターで偏向された直線偏光状態の光を円偏光状態の光に変換するための第２移相器と、第４部分光学系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６】
前記第１結像光学系は、第１物体側から順に、第１部分光学系と、前記偏向部材としてのビームスプリッターと、該ビームスプリッターで偏向された光を前記第２結像光学系へ導くための第２部分光学系とを有し、
前記第３結像光学系は、第２結像光学系側から順に、第３部分光学系と、前記ビームスプリッターと、該ビームスプリッターを透過した光を前記第２物体へ導くための第４部分光学系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７】
前記第１結像光学系は、第１物体側から順に、第１部分光学系と、ビームスプリッターと、該ビームスプリッターを透過した光を前記第２結像光学系へ導くための第２部分光学系とを有し、
前記第３結像光学系は、第２結像光学系側から順に、第３部分光学系と、前記偏向部材としての前記ビームスプリッターと、該ビームスプリッターで偏向された光を前記第２物体へ導くための第４部分光学系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８】
前記第１結像光学系と前記第３結像光学系とは、前記投影光学系の瞳面に関してほぼ対称に構成され、
前記投影光学系の投影倍率は、ほぼ等倍に設定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。
【請求項９】
前記第１結像光学系と前記第３結像光学系とは、前記投影光学系の瞳面に関して実質的に非対称に構成され、
前記投影光学系の投影倍率は、等倍とは実質的に異なる倍率に設定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。
【請求項１０】
前記第１物体としての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物体としての感光性基板上に形成するための請求項１乃至９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１１】
前記第１物体としてのマスクを照明する照明工程と、
請求項１乃至９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物体としての感光性基板上に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の露光装置あるいは請求項１１に記載の露光方法を用いて前記マスクのパターンを前記感光性基板上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影光学系および該投影光学系を備えた露光装置に関し、特にマイクロデバイス（半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド等）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】
近年、パソコンやテレビ等の表示素子として、液晶表示パネルが多用されるようになっている。液晶表示パネルは、ガラス基板（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所望の形状にパターンニングすることによって製造される。このフォトリソグラフィ工程のための装置として、マスク上に形成された原画パターンを例えば屈折型の投影光学系を介してプレート上のフォトレジスト層に投影露光する露光装置が用いられている。特に、最近では、低温ポリ（多結晶）シリコンを用いた液晶表示パネルにより高精細化が要望されており、広い視野に亘って高い解像力を有する露光装置が望まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、高解像力を有する露光装置を実現するには、搭載される投影光学系の開口数を大きく設定する必要がある。一方、投影光学系の焦点深度は、開口数の二乗に反比例する。このため、開口数が大きく設定された高解像力を有する投影光学系においては、焦点深度が狭くなるので、発生する像面湾曲収差量を極力小さく抑えることが望まれる。たとえば、この種の投影光学系を屈折光学部材だけで構成すると、屈折光学部材の所要数が非常に多くなり、装置の高コスト化を招くという不都合があった。
【０００４】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、比較的少ない点数の光学部材で構成されされているにもかかわらず、広い投影視野に亘って良好な光学性能を有する投影光学系を提供することを目的とする。また、広い投影視野に亘って良好な光学性能を有する本発明の投影光学系を用いて、高解像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。さらに、高解像な投影露光を行うことのできる本発明の露光装置または露光方法を用いて、大面積を有する良好なマイクロデバイスを製造することのできるマイクロデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【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発明では、第１物体の像を第２物体上に形成する投影光学系において、
前記第１物体からの光に基づいて前記第１物体の第１中間像を形成するための第１結像光学系と、
前記第１結像光学系を介した光に基づいて前記第１物体の第２中間像を形成するための第２結像光学系と、
前記第２結像光学系を介した光に基づいて前記第１物体の最終像を前記第２物体上に形成するための第３結像光学系とを備え、
前記第２結像光学系は、少なくとも凹面反射鏡を含み、
前記第１結像光学系および前記第３結像光学系のうちいずれか一方の結像光学系は、光を偏向させるための偏向部材を有することを特徴とする投影光学系を提供する。
【０００６】
第１発明の好ましい態様によれば、前記偏向部材は、前記第１物体上の任意の一点からの光束がほぼ平行光束となる光路中に位置決めされている。また、前記偏向部材は、前記第１結像光学系および前記第３結像光学系のうちいずれか一方の結像光学系の瞳位置の近傍に位置決めされていることが好ましい。
【０００７】
また、第１発明の好ましい態様によれば、前記第１結像光学系は、第１物体側から順に、第１部分光学系と、該第１部分光学系を介した光を所定の直線偏光状態の光に変換するための偏光器と、前記偏向部材としての偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターで偏向された直線偏光状態の光を円偏光状態の光に変換するための第１移相器と、第２部分光学系とを有し、前記第３結像光学系は、第２結像光学系側から順に、第３部分光学系と、該第３部分光学系を介した円偏光状態の光を所定の直線偏光状態の光に変換するための前記第１移相器と、前記偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターを透過した直線偏光状態の光を円偏光状態の光に変換するための第２移相器と、第４部分光学系とを有する。
【０００８】
あるいは、前記第１結像光学系は、第１物体側から順に、第１部分光学系と、該第１部分光学系を介した光を所定の直線偏光状態の光に変換するための偏光器と、偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターを透過した直線偏光状態の光を円偏光状態の光に変換するための第１移相器と、第２部分光学系とを有し、前記第３結像光学系は、第２結像光学系側から順に、第３部分光学系と、該第３部分光学系を介した円偏光状態の光を所定の直線偏光状態の光に変換するための前記第１移相器と、前記偏向部材としての前記偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターで偏向された直線偏光状態の光を円偏光状態の光に変換するための第２移相器と、第４部分光学系とを有することが好ましい。
【０００９】
あるいは、前記第１結像光学系は、第１物体側から順に、第１部分光学系と、前記偏向部材としてのビームスプリッターと、該ビームスプリッターで偏向された光を前記第２結像光学系へ導くための第２部分光学系とを有し、前記第３結像光学系は、第２結像光学系側から順に、第３部分光学系と、前記ビームスプリッターと、該ビームスプリッターを透過した光を前記第２物体へ導くための第４部分光学系とを有することが好ましい。また、あるいは、前記第１結像光学系は、第１物体側から順に、第１部分光学系と、ビームスプリッターと、該ビームスプリッターを透過した光を前記第２結像光学系へ導くための第２部分光学系とを有し、前記第３結像光学系は、第２結像光学系側から順に、第３部分光学系と、前記偏向部材としての前記ビームスプリッターと、該ビームスプリッターで偏向された光を前記第２物体へ導くための第４部分光学系とを有することが好ましい。
【００１０】
さらに、第１発明の好ましい態様によれば、前記第１結像光学系と前記第３結像光学系とは、前記投影光学系の瞳面に関してほぼ対称に構成され、前記投影光学系の投影倍率は、ほぼ等倍に設定されている。あるいは、前記第１結像光学系と前記第３結像光学系とは、前記投影光学系の瞳面に関して実質的に非対称に構成され、前記投影光学系の投影倍率は、等倍とは実質的に異なる倍率に設定されていることが好ましい。
【００１１】
本発明の第２発明では、前記第１物体としての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物体としての感光性基板上に形成するための第１発明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３発明では、前記第１物体としてのマスクを照明する照明工程と、第１発明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物体としての感光性基板上に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。
【００１３】
本発明の第４発明では、第２発明の露光装置あるいは第３発明の露光方法を用いて前記マスクのパターンを前記感光性基板上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法を提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の投影光学系は、第１物体からの光に基づいてその第１中間像を形成するための第１結像光学系と、この第１結像光学系を介した光に基づいて第１物体の第２中間像を形成するための第２結像光学系と、この第２結像光学系を介した光に基づいて第１物体の最終像を第２物体上に形成するための第３結像光学系とを備えている。ここで、第２結像光学系は、凹面反射鏡を含む反射型または反射屈折型の光学系である。また、第１結像光学系および第３結像光学系のうちいずれか一方の結像光学系には、偏向部材が配置されている。
【００１５】
さらに具体的な態様によれば、第１結像光学系は、第１物体側から順に、第１部分光学系と、この第１部分光学系を介した光を所定の直線偏光状態の光に変換するための偏光器と、偏光ビームスプリッターと、直線偏光状態の光を円偏光状態の光に変換するための第１移相器と、第２部分光学系とを有する。また、第３結像光学系は、第２結像光学系側から順に、第３部分光学系と、上述の第１移相器と、上述の偏光ビームスプリッターと、直線偏光状態の光を円偏光状態の光に変換するための第２移相器と、第４部分光学系とを有する。
【００１６】
したがって、本発明の投影光学系では、第１物体からの光が、第１部分光学系および偏光器を介してＳ偏光（またはＰ偏光）の光となり、偏光ビームスプリッターに入射する。偏光ビームスプリッターで反射された（または透過した）光は、第１移相器を介して円偏光の光となり、第２部分光学系を介して第１中間像を形成する。第１中間像からの光は、第２結像光学系中の凹面反射鏡で反射された後、第２中間像を形成する。第２中間像からの光は、第３部分光学系および第１移相器を介してＰ偏光（またはＳ偏光）の光となり、再び偏光ビームスプリッターに入射する。偏光ビームスプリッターを透過した（または反射された）光は、第２移相器を介して円偏光の光となり、第４部分光学系を介して第２物体上に最終像を形成する。
【００１７】
こうして、本発明では、以下の実施例に示すように、比較的少ない点数の光学部材で構成されているにもかかわらず、広い投影視野に亘って良好な光学性能を有する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露光装置に搭載すると、広い投影視野に亘って良好な光学性能を有する投影光学系を用いて、高解像な投影露光を行うことができる。また、高解像な投影露光を行うことのできる露光装置を用いて、大面積を有する良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【００１８】
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。図１において、感光性基板であるプレート（ガラス基板）Ｐの法線方向に沿ってＺ軸を、プレートＰ面内において図１の紙面に平行な方向にＸ軸を、プレートＰ面内において図１の紙面に垂直な方向にＹ軸をそれぞれ設定している。
【００１９】
図１に示す露光装置は、たとえば高圧水銀ランプからなる光源１を備えている。光源１は、回転楕円面からなる反射面を有する楕円鏡２の第１焦点位置に位置決めされている。したがって、光源１から射出された照明光束は、ミラー３を介して、楕円鏡２の第２焦点位置に光源像を形成する。楕円鏡２の第２焦点位置に形成された光源像からの光束は、コリメートレンズ４によりほぼ平行な光束に変換された後、所望の波長域の光束を選択的に透過させる波長選択フィルター５に入射する。
【００２０】
本実施形態の場合、波長選択フィルター５では、ｉ線（λ＝３６５ｎｍ）の光だけが選択的に透過する。波長選択フィルター５を介して選択された露光波長の光（ｉ線の光）は、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ６に入射する。フライアイレンズ６は、正の屈折力を有する多数のレンズエレメントをその光軸が基準光軸ＡＸと平行になるように縦横に且つ稠密に配列することによって構成されている。
【００２１】
フライアイレンズ６を構成する各レンズエレメントは、マスク上において形成すべき照野の形状（ひいてはプレート上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。また、フライアイレンズ６を構成する各レンズエレメントの入射側の面は入射側に凸面を向けた球面状に形成され、射出側の面は射出側に凸面を向けた球面状に形成されている。したがって、フライアイレンズ６に入射した光束は多数のレンズエレメントにより波面分割され、各レンズエレメントの後側焦点面には１つの光源像がそれぞれ形成される。
【００２２】
すなわち、フライアイレンズ６の後側焦点面には、多数の光源像からなる実質的な面光源すなわち二次光源が形成される。フライアイレンズ６の後側焦点面に形成された二次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り７に入射する。開口絞り７は、後述する投影光学系ＰＬの入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、二次光源の照明に寄与する範囲を規定するための可変開口部を有する。
【００２３】
開口絞り７は、可変開口部の開口径を変化させることにより、照明条件を決定するσ値（投影光学系の瞳面の開口径に対するその瞳面上での二次光源像の口径の比）を所望の値に設定する。開口絞り７を介した二次光源からの光は、コンデンサー光学系８の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。ここで、マスクＭは、図示を省略したマスクステージ上においてＹＺ平面に沿って保持されている。
【００２４】
マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるプレートＰ上にマスクパターンの像を形成する。レジストが塗布されたガラス基板からなるプレートＰは、図示を省略したプレートステージ上においてＸＹ平面に沿って保持されている。こうして、プレートＰをＸＹ平面に沿って二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、プレートＰの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。
【００２５】
なお、一括露光では、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、プレートＰの各露光領域に対してマスクＭのパターンを一括的に露光する。この場合、マスクＭ上での照明領域の形状は正方形に近い矩形状であり、フライアイレンズ６の各レンズエレメントの断面形状も正方形に近い矩形状となる。
【００２６】
一方、スキャン露光では、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、マスクＭおよびプレートＰを投影光学系ＰＬに対して相対移動させながら、プレートＰの各露光領域に対してマスクＭのパターンを走査的に露光する。この場合、マスクＭ上での照明領域の形状は短辺と長辺との比がたとえば１：３の矩形状であり、フライアイレンズ６の各レンズエレメントの断面形状もこれと相似な矩形状となる。
【００２７】
本実施形態の各実施例にかかる投影光学系ＰＬは、照明系（１〜８）によって照明されたマスクＭからの光に基づいてその第１中間像を形成するための第１結像光学系Ｋ１と、第１結像光学系Ｋ１を介した光に基づいてマスクＭの第２中間像を形成するための第２結像光学系Ｋ２と、第２結像光学系Ｋ２を介した光に基づいてマスクＭの最終像をプレートＰ上に形成するための第３結像光学系Ｋ３とから構成されている。
【００２８】
なお、第１結像光学系Ｋ１は、物体側（すなわちマスク側）から順に、第１部分光学系Ｇ１と、この第１部分光学系Ｇ１を介した光を所定の直線偏光状態の光に変換するための偏光子（偏光器）ＰＯＬと、偏向部材として機能する偏光ビームスプリッターＰＢＳと、この偏光ビームスプリッターＰＢＳで偏向された直線偏光状態の光を円偏光状態の光に変換するための１／４波長板（第１移相器）ＷＰ１と、第２部分光学系Ｇ２とから構成されている。
【００２９】
また、第３結像光学系Ｋ３は、第２結像光学系側から順に、第３部分光学系Ｇ３と、この第３部分光学系Ｇ３を介した円偏光状態の光を所定の直線偏光状態の光に変換するための上述の１／４波長板ＷＰ１と、上述の偏光ビームスプリッターＰＢＳと、この偏光ビームスプリッターＰＢＳを透過した直線偏光状態の光を円偏光状態の光に変換するための１／４波長板（第２移相器）ＷＰ２と、第４部分光学系Ｇ４とから構成されている。
【００３０】
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（基準曲率半径）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。なお、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。
【００３１】
【数１】
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／〔１＋｛１−（１＋κ）・ｙ2／ｒ2｝1/2〕
＋Ｃ4・ｙ4＋Ｃ6・ｙ6＋Ｃ8・ｙ8＋Ｃ10・ｙ10
＋Ｃ12・ｙ12＋Ｃ14・ｙ14              （ａ）
【００３２】
〔第１実施例〕
図２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実施例にかかる投影光学系ＰＬにおいて、第１結像光学系Ｋ１の第１部分光学系Ｇ１は、マスク側から順に、マスク側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ1K1と、マスク側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ1K2と、両凸レンズＬ1K3と、マスク側と反対側（偏光ビームスプリッター側）に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ1K4とから構成されている。
【００３３】
また、第１結像光学系Ｋ１の第２部分光学系Ｇ２は、偏光ビームスプリッター側から順に、偏光ビームスプリッター側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ1K5と、偏光ビームスプリッター側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ1K6と、偏光ビームスプリッター側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ1K7と、両凸レンズＬ1K8と、偏光ビームスプリッター側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ1K9とから構成されている。
【００３４】
さらに、第２結像光学系Ｋ２は、第１結像光学系側から順に、第１結像光学系側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ2K1と、第１結像光学系側に凹面を向けた凹面反射鏡ＣＭとから構成されている。
【００３５】
また、第３結像光学系Ｋ３の第３部分光学系Ｇ３は、第２結像光学系側から順に、第２結像光学系側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ3K1と、両凸レンズＬ3K2と、第２結像光学系側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ3K3と、第２結像光学系側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ3K4と、偏光ビームスプリッター側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ3K5とから構成されている。
【００３６】
ここで、第３結像光学系Ｋ３の第３部分光学系Ｇ３を構成する正メニスカスレンズＬ3K1〜正メニスカスレンズＬ3K5は、第１結像光学系Ｋ１の第２部分光学系Ｇ２を構成する正メニスカスレンズＬ1K9〜正メニスカスレンズＬ1K5に他ならない。換言すると、正メニスカスレンズＬ3K1と正メニスカスレンズＬ1K9、両凸レンズＬ3K2と両凸レンズＬ1K8、正メニスカスレンズＬ3K3と正メニスカスレンズＬ1K7、正メニスカスレンズＬ3K4と正メニスカスレンズＬ1K6、および正メニスカスレンズＬ3K5と正メニスカスレンズＬ1K5とは、それぞれ同一の光学部材である。
【００３７】
さらに、第３結像光学系Ｋ３の第４部分光学系Ｇ４は、偏光ビームスプリッター側から順に、偏光ビームスプリッター側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ3K6と、両凸レンズＬ3K7と、偏光ビームスプリッター側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ3K8と、偏光ビームスプリッター側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ3K9とから構成されている。
【００３８】
ここで、第３結像光学系Ｋ３の第４部分光学系Ｇ４は、偏光ビームスプリッターＰＢＳの偏向面Ｐ１に関して、第１結像光学系Ｋ１の第１部分光学系Ｇ１と対称的に構成されている。以上のように、第１実施例にかかる投影光学系ＰＬは、レンズ形状、レンズ間隔および光学材料において、凹面反射鏡ＣＭの反射面に関して対称的に構成されている。したがって、第１実施例にかかる投影光学系ＰＬは、等倍の投影倍率を有する。
【００３９】
こうして、第１実施例では、マスクＭ上の点Ｙｏからの光は、＋Ｘ方向に沿って進行した後、第１部分光学系Ｇ１（レンズＬ1K1〜Ｌ1K4）に入射する。第１部分光学系Ｇ１を介した光は、ほぼ平行光束となって、偏光子ＰＯＬに入射する。偏光子ＰＯＬを介した光は、図２の紙面に垂直な（ＸＹ平面に沿った）偏光面を有する直線偏光（Ｓ偏光）の光となり、偏光ビームスプリッターＰＢＳに入射する。
【００４０】
偏光ビームスプリッターＰＢＳの偏向面Ｐ１で＋Ｚ方向に反射された光は、１／４波長板ＷＰ１を介して円偏光に変換された後、第２部分光学系Ｇ２（レンズＬ1K5〜Ｌ1K9）を介して、第１中間像ＦＰ１を形成する。第１中間像ＦＰ１からの光は、負メニスカスレンズＬ2K1を介して、投影光学系ＰＬの瞳面に配置された凹面反射鏡ＣＭに入射する。凹面反射鏡ＣＭで−Ｚ方向に反射された光は、再び負メニスカスレンズＬ2K1を介して、第２中間像ＦＰ２を形成する。
【００４１】
第２中間像ＦＰ２からの光は、第３部分光学系Ｇ３（レンズＬ3K1〜Ｌ3K5）を介してほぼ平行光束となり、１／４波長板ＷＰ１に入射する。１／４波長板ＷＰ１を介して、円偏光から図２の紙面に平行な（ＸＺ平面に沿った）偏光面を有する直線偏光（Ｐ偏光）に変換された光は、偏光ビームスプリッターＰＢＳに入射する。偏光ビームスプリッターＰＢＳを透過した光は、１／４波長板ＷＰ２を介して円偏光に変換された後、第４部分光学系Ｇ４（レンズＬ3K6〜Ｌ3K9）を介して、プレートＰ上の点Ｙｉに最終像を形成する。
【００４２】
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は露光光の波長を、βは投影倍率を、ＮＡは像側（プレート側）開口数を、Ｙｍは最大像高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、第１カラムの面番号はマスクからの光の進行に沿った面の順序を、第２カラムの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、第３カラムのｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、第４カラムのｎは露光波長λに対する屈折率をそれぞれ示している。
【００４３】
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。したがって、面間隔ｄおよび屈折率ｎの符号は、偏光ビームスプリッターＰＢＳの偏光面Ｐ１から凹面反射鏡ＣＭの反射面への光路中では負とし、マスクＭから偏光ビームスプリッターＰＢＳの偏光面Ｐ１への光路中および凹面反射鏡ＣＭの反射面からプレートＰへの光路中では正としている。また、マスクＭから偏光ビームスプリッターＰＢＳの偏光面Ｐ１への光路中および凹面反射鏡ＣＭの反射面からプレートＰへの光路中では光の入射側に向かって凸面の曲率半径を正とし、偏光ビームスプリッターＰＢＳの偏光面Ｐ１から凹面反射鏡ＣＭの反射面への光路中では光の入射側に向かって凸面の曲率半径を負としている。
【００４４】
【表１】
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0004644935.tif 000003
0004644935.tif 000004
【００４５】
図３は、第１実施例における投影光学系の球面収差、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実施例における投影光学系のタンジェンシャル面内のコマ収差およびサジタル面内のコマ収差を示す図である。各収差図において、ＮＡは像側開口数（物体側開口数も同じ）を、Ｙは像高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、破線はタンジェンシャル像面を示している。各収差図から明らかなように、第１実施例の投影光学系では、構成レンズ成分の点数が１４個と非常に少ないにもかかわらず、大きな投影視野（有効径１４２ｍｍ：１００ｍｍ×１００ｍｍの実効露光領域に対応）の全体に亘って諸収差が良好に補正され、良好な光学性能が確保されていることがわかる。
【００４６】
〔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。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Ｋ１の第１部分光学系Ｇ１は、マスク側から順に、マスク側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ1K1と、マスク側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ1K2と、両凸レンズＬ1K3と、マスク側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ1K4とから構成されている。
【００４７】
また、第１結像光学系Ｋ１の第２部分光学系Ｇ２は、偏光ビームスプリッター側から順に、偏光ビームスプリッター側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ1K5と、偏光ビームスプリッター側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ1K6と、偏光ビームスプリッター側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ1K7と、両凸レンズＬ1K8と、第２結像光学系側に非球面状の凸面を向けた両凸レンズＬ1K9とから構成されている。
【００４８】
さらに、第２結像光学系Ｋ２は、第１結像光学系側から順に、第１結像光学系側に非球面状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ2K1と、第１結像光学系側に凹面を向けた凹面反射鏡ＣＭとから構成されている。
【００４９】
また、第３結像光学系Ｋ３の第３部分光学系Ｇ３は、第２結像光学系側から順に、第２結像光学系側に非球面状の凸面を向けた両凸レンズＬ3K1と、両凸レンズＬ3K2と、第２結像光学系側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ3K3と、第２結像光学系側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ3K4と、第２結像光学系側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ3K5とから構成されている。
【００５０】
ここで、第３結像光学系Ｋ３の第３部分光学系Ｇ３を構成する両凸レンズＬ3K1〜正メニスカスレンズＬ3K5は、第１結像光学系Ｋ１の第２部分光学系Ｇ２を構成する両凸レンズＬ1K9〜正メニスカスレンズＬ1K5に他ならない。換言すると、両凸レンズＬ3K1と両凸レンズＬ1K9、両凸レンズＬ3K2と両凸レンズＬ1K8、正メニスカスレンズＬ3K3と正メニスカスレンズＬ1K7、正メニスカスレンズＬ3K4と正メニスカスレンズＬ1K6、および正メニスカスレンズＬ3K5と正メニスカスレンズＬ1K5とは、それぞれ同一の光学部材である。
【００５１】
さらに、第３結像光学系Ｋ３の第４部分光学系Ｇ４は、偏光ビームスプリッター側から順に、偏光ビームスプリッター側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ3K6と、両凸レンズＬ3K7と、偏光ビームスプリッター側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ3K8と、偏光ビームスプリッター側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ3K9とから構成されている。
【００５２】
なお、第２実施例では第１実施例とは異なり、第３結像光学系Ｋ３の第４部分光学系Ｇ４と第１結像光学系Ｋ１の第１部分光学系Ｇ１とは、偏光ビームスプリッターＰＢＳの偏向面Ｐ１に関して非対称に構成されている。したがって、第２実施例にかかる投影光学系ＰＬは、等倍とは実質的に異なる投影倍率（１．２５倍）を有する。
【００５３】
こうして、第２実施例においても第１実施例と同様に、マスクＭ上の点Ｙｏからの光は、＋Ｘ方向に沿って進行した後、第１部分光学系Ｇ１（レンズＬ1K1〜Ｌ1K4）に入射する。第１部分光学系Ｇ１を介した光は、ほぼ平行光束となって、偏光子ＰＯＬに入射する。偏光子ＰＯＬを介した光は、図５の紙面に垂直な（ＸＹ平面に沿った）偏光面を有する直線偏光（Ｓ偏光）の光となり、偏光ビームスプリッターＰＢＳに入射する。
【００５４】
偏光ビームスプリッターＰＢＳの偏向面Ｐ１で＋Ｚ方向に反射された光は、１／４波長板ＷＰ１を介して円偏光に変換された後、第２部分光学系Ｇ２（レンズＬ1K5〜Ｌ1K9）を介して、第１中間像ＦＰ１を形成する。第１中間像ＦＰ１からの光は、負メニスカスレンズＬ2K1を介して、投影光学系ＰＬの瞳面に配置された凹面反射鏡ＣＭに入射する。凹面反射鏡ＣＭで−Ｚ方向に反射された光は、再び負メニスカスレンズＬ2K1を介して、第２中間像ＦＰ２を形成する。
【００５５】
第２中間像ＦＰ２からの光は、第３部分光学系Ｇ３（レンズＬ3K1〜Ｌ3K5）を介してほぼ平行光束となり、１／４波長板ＷＰ１に入射する。１／４波長板ＷＰ１を介して、円偏光から図５の紙面に平行な（ＸＺ平面に沿った）偏光面を有する直線偏光（Ｐ偏光）に変換された光は、偏光ビームスプリッターＰＢＳに入射する。偏光ビームスプリッターＰＢＳを透過した光は、１／４波長板ＷＰ２を介して円偏光に変換された後、第４部分光学系Ｇ４（レンズＬ3K6〜Ｌ3K9）を介して、プレートＰ上の点Ｙｉに最終像を形成する。
【００５６】
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。表（２）の主要諸元において、λは露光光の波長を、βは投影倍率を、ＮＡは像側（プレート側）開口数を、Ｙｍは最大像高をそれぞれ表している。また、表（２）の光学部材諸元において、第１カラムの面番号はマスクからの光の進行に沿った面の順序を、第２カラムの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、第３カラムのｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、第４カラムのｎは露光波長λに対する屈折率をそれぞれ示している。
【００５７】
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。したがって、面間隔ｄおよび屈折率ｎの符号は、偏光ビームスプリッターＰＢＳの偏光面Ｐ１から凹面反射鏡ＣＭの反射面への光路中では負とし、マスクＭから偏光ビームスプリッターＰＢＳの偏光面Ｐ１への光路中および凹面反射鏡ＣＭの反射面からプレートＰへの光路中では正としている。また、マスクＭから偏光ビームスプリッターＰＢＳの偏光面Ｐ１への光路中および凹面反射鏡ＣＭの反射面からプレートＰへの光路中では光の入射側に向かって凸面の曲率半径を正とし、偏光ビームスプリッターＰＢＳの偏光面Ｐ１から凹面反射鏡ＣＭの反射面への光路中では光の入射側に向かって凸面の曲率半径を負としている。
【００５８】
【表２】
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【００５９】
図６は、第２実施例における投影光学系の球面収差、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実施例における投影光学系のタンジェンシャル面内のコマ収差およびサジタル面内のコマ収差を示す図である。各収差図において、ＮＡは像側開口数を、Ｙは像高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、破線はタンジェンシャル像面を示している。各収差図から明らかなように、第２実施例の投影光学系においても、構成レンズ成分の点数が１４個と非常に少ないにもかかわらず、大きな投影視野（有効径１４２ｍｍ：１００ｍｍ×１００ｍｍの実効露光領域に対応）の全体に亘って諸収差が良好に補正され、良好な光学性能が確保されていることがわかる。
【００６０】
以上のように、第１実施例および第２実施例では、偏向部材としての偏光ビームスプリッターＰＢＳが第１結像光学系Ｋ１の瞳位置（ひいては第３結像光学系Ｋ３の瞳位置）の近傍に位置決めされているので、偏光ビームスプリッターＰＢＳの小型化が可能になっている。また、マスクＭ上の任意の一点からの光束がほぼ平行光束となる光路中に偏向ビームスプリッターＰＢＳが位置決めされているので、偏光ビームスプリッターＰＢＳの製造が容易になっている。さらに、第１結像光学系Ｋ１の第２部分光学系Ｇ２と第３結像光学系Ｋ３の第３部分光学系Ｇ３とが互いに同じ光学系として構成されているので、構成レンズ成分の点数の大幅な低減が可能になっている。
【００６１】
なお、第１実施例および第２実施例において、マスクＭの位置にプレートを設置し、プレートＰの位置にマスクを設置する変形例も可能である。この場合、１／４波長板ＷＰ２に代えて偏光子を配置し、偏光子ＰＯＬに代えて１／４波長板を配置することになる。ここで、１／４波長板ＷＰ２に代えて配置される偏光子を介した光は、Ｐ偏光の光となって偏光ビームスプリッターＰＢＳに入射する。第１実施例の変形例では、投影倍率は等倍のままである。これに対し、第２実施例の変形例では、投影倍率は１／１．２５＝０．８倍になる。
【００６２】
また、第１実施例および第２実施例では、偏向部材として偏光ビームスプリッターＰＢＳを用いているが、偏光ビームスプリッターＰＢＳに代えてハーフプリズムのような通常のビームスプリッターを用いる第２変形例も可能である。この場合、偏光ビームスプリッターＰＢＳに代えて配置されるハーフプリズムにおいて光量損失が発生するが、偏光子ＰＯＬ、一対の１／４波長板ＷＰ１およびＷＰ２の設置を省略することができ、ひいては偏光子ＰＯＬにおける光量損失を回避することができる。
【００６３】
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明系によってマスク（レチクル）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。
【００６４】
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レチクル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ー工程が実行される。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、レチクル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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。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。
【００６７】
また、本実施形態の露光装置では、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いて説明する。先ず、図９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１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、レチクル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。
【００６８】
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、レチクル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。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。
【００６９】
なお、上述の実施形態では、ｉ線（３６５ｎｍ）の露光光を供給する超高圧水銀ランプを光源として用いた例を示したが、露光光の波長はｉ線には限られない。例えば、光源として超高圧水銀ランプを用い、ｇ線（４３６ｎｍ）のみ、ｈ線（４０５ｎｍ）のみ、ｇ線とｈ線、ｈ線とｉ線、またはｇ線とｈ線とｉ線とを露光光としても良い。また、光源として２４８ｎｍの光を供給するＫｒＦエキシマレーザ、１９３ｎｍの光を供給するＡｒＦエキシマレーザ、１５７ｎｍの光を供給するＦ2レーザなどを光源として用いても良い。
【００７０】
また、上述の実施形態では、露光装置の投影光学系に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、露光装置の投影光学系以外の一般的な結像光学系に本発明を適用することもできる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、比較的少ない点数の光学部材で構成されているにもかかわらず、広い投影視野に亘って良好な光学性能を有する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露光装置に搭載すると、広い投影視野に亘って良好な光学性能を有する投影光学系を用いて、高解像な投影露光を行うことができる。また、高解像な投影露光を行うことのできる露光装置を用いて、大面積を有する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】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】第１実施例における投影光学系の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図４】第１実施例における投影光学系のタンジェンシャル面内のコマ収差およびサジタル面内のコマ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実施例における投影光学系の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図７】第２実施例における投影光学系のタンジェンシャル面内のコマ収差およびサジタル面内のコマ収差を示す図である。
【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。
【図９】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。
【符号の説明】
１  超高圧水銀ランプ
２  楕円鏡
４  コリメートレンズ
５  波長選択フィルタ
６  フライアイレンズ
７  開口絞り
８  コンデンサー光学系
Ｍ  マスク
ＰＬ  投影光学系
Ｐ  プレート
Ｋ１  第１結像光学系
Ｋ２  第２結像光学系
Ｋ３  第３結像光学系
ＰＯＬ  偏光子
ＰＢＳ  偏光ビームスプリッター
ＷＰ１，ＷＰ２  １／４波長板
【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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【図９】
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