(57)【要約】【課題】  光エネルギー密度の高くなる再集光位置をレンズの外に位置させながら、より少ないレンズ枚数、より小規模な構成として、構造的制約条件や光学材料径の制約条件を満足させることにより、更なる高ＮＡ化およびσ値可変範囲の拡大を実現させる照明光学系を提供すること。【解決手段】  照明光学系において、再結像光学系を軸外光束の主光線が像空間でほぼ平行となる射出テレセントリックな光学系とし、光入射側から順に正のパワーを持つ第１のレンズ群と、負のパワーを持つ第２のレンズ群と、正のパワーを持つ第３のレンズ群を有する。更に前記第２のレンズ群の光出射側に凹レンズを配置させ、前記第３のレンズ群の光入射側に凸レンズを配置させることにより、軸外光束の主光線が光軸と交わる交点位置を、前記第２のレンズ群と前記第３のレンズ群の間に存在させることとした。【選択図】  図１
2005301054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光により複数の光源像を形成する複数光源形成手段と、その後方に所定の物平面を像平面に結像させる再結像光学系とを備える照明光学系において、
前記再結像光学系は、軸外光束の主光線が像空間でほぼ平行となる射出テレセントリックな光学系であり、
光入射側から順に正のパワーを持つ第１のレンズ群と、負のパワーを持つ第２のレンズ群と、正のパワーを持つ第３のレンズ群と、前記第２のレンズ群の光出射側に配置された凹レンズと、前記第３のレンズ群の光入射側に配置された凸レンズとを有し、
軸外光束の主光線が光軸と交わる交点位置が、前記第２のレンズ群と前記第３のレンズ群の間に存在することを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記第２のレンズ群の焦点距離をｆ２、前記第３のレンズ群をｆ３とした時に、
０．５≦｜ｆ２／ｆ３｜≦１．５
の条件を満足していることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
【請求項３】
前記第３のレンズ群と前記像平面の間に光路折り曲げ部を有し、該光路折り曲げ部と前記像平面の間に正のパワーを持つ第４のレンズ群を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。
【請求項４】
前記第２のレンズ群を１枚の凹レンズ、前記第３のレンズ群を２枚以下の凸レンズで構成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項５】
前記複数光源形成手段を柱状光学部材で構成し、前記第２のレンズ群を光軸に沿って移動させ、前記第３のレンズ群を光軸に沿って移動させて、像平面における光照射範囲の広さを連続的に変化させる変倍光学系とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項６】
前記複数光源形成手段を光軸に垂直な面内において直交する二軸の少なくとも一方向に正のパワーを持つ複数の光学要素の集合体で構成し、
前記複数光源形成手段と前記再結像光学系との間に、前記物平面に照射光を導くリレー光学系を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項７】
前記再結像光学系は、前記第２のレンズ群を光軸に沿って移動させ、前記第３のレンズ群を光軸に沿って移動させて、像平面における光照射範囲の広さを連続的に変化させる変倍光学系とすることを特徴とする請求項６に記載の照明光学系。
【請求項８】
前記第１のレンズ群を２枚以下の凸レンズで構成していることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項９】
前記再結像光学系において、物平面から像平面までの光軸に沿った距離である物像間距離をＴ、物平面からの入射瞳位置までの距離である入射瞳距離をＰとした時に、
０．１５≦Ｐ／Ｔ≦２．６
の条件を満足していることを特徴とする請求項６に記載の照明光学系。
【請求項１０】
前記第１のレンズ群を４枚以下のレンズで構成し、前記第１のレンズ群において光入射側より順に凹レンズと３枚以下の凸レンズを配置させていることを特徴とする請求項９に記載の照明光学系。
【請求項１１】
前記第３のレンズ群と前記光路折り曲げ部との間には、レンズが無いことを特徴とする請求項９又は１０に記載の照明光学系。
【請求項１２】
前記第４のレンズ群を３枚のレンズで構成し、前記第４のレンズ群において光入射側より順に凸レンズ、凹レンズ、凸レンズを配置させていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項１３】
前記再結像光学系において、物平面に対する像平面における結像倍率の絶対値をＢＭとした時、
１．３≦ＢＭ≦２．５
の条件を満足していることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項１４】
前記照明光学系と、前記再結像光学系からの照射光により照射された回路パターンの像を感光性基盤上に結像させる投影光学系を備え、該投影光学系の結像側の開口数をＮＡＷとした時、
０．７≦ＮＡＷ≦０．９５
の条件を満足していることを特徴とする請求項１３に記載の照明光学系。
【請求項１５】
レチクルを照明する請求項１〜１４のいずれか一項に記載の照明光学系と、前記レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系とを有する露光装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、該露光した基板を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学系及びそれを用いた露光装置に関し、特に複数光源形成手段からの照射光を像平面に照射させる再結像結像光学系を用いる照明光学系及びそれを用いた露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩなどの極微細パターンから形成される半導体素子の製造工程において、レチクルに描かれた回路パターンを、感光剤が塗布された基板上に縮小投影して、焼付け形成する縮小投影露光装置が使用されている。半導体素子の実装密度の向上に伴い、パターンのよりいっそうの微細化が要求され、レジストプロセスの発展と共に露光装置に対しても、微細化への対応が望まれている。
【０００３】
その対応方法の一手段として、投影露光装置の投影光学系の開口数（ＮＡ）と照明光学系のＮＡの最適化、いわゆるσ値の最適化を行う方法が一般的になされている。近年においては既に相当の高ＮＡ化されている投影光学系に対して、更なる高ＮＡ化が望まれている。
【０００４】
更なる高ＮＡ化においては、性能向上を計りながら構造的制約条件や光学材料径の制約条件を満足させるには、投影光学系の光学設計がより難易度が高くなるばかりでなく、照明光学系においては、ハエの目レンズの後方にマスク照射を照射するリレー光学系と再結像光学系（マスク結像光学系）を配置させて、レチクルに照射光を導く光学系の光学設計においても、同様に難易度が高まってきている。
【０００５】
また、微細化のもう一つの対応手段として、照明光学系においては、柱状光学材料の後方にσ値を連続的に変化させることの出来る変倍機能を有する再結像光学系（σ連続可変光学系）を配置させて、投影光学系のＮＡと照明光学系のＮＡの比に相当するコヒーレンスファクターσ値を調整することによって、所定の回路パターンについての解像力とコントラストとにおいて、最適なバランスが得られるような照明光学系が用いられている（例えば、特許文献１乃至４参照。）。このσ連続化変光学系の変倍域の拡大が望まれ、その光学設計における難易度が高まって来ている。
【特許文献１】特開２００３−３１８０８６号公報
【特許文献２】特開２００２−３５３１００号公報
【特許文献３】特開２００２−５５２７７号公報
【特許文献４】特開平９−１９７２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、半導体素子を製造する投影露光装置のように、高エネルギーなレーザー光を光源として用いる装置の光学系においては、この光源の再集光位置は光エネルギー密度が高くなる。この再集光位置がレンズ内にあると、レンズの材料として使用する光学材料の内部透過率の劣化や、レンズ表面に施した反射防止膜の劣化の原因となる。その結果、照明光学系の局部的な照度劣化による照度むらや、全面的な照度劣化による露光装置のスループット低下や、あるいは有効光源歪みの発生による焼付け線幅が不均一になる、という問題を生じさせる。
【０００７】
本発明の例示的な目的は、以上の問題を未然に防止させるために、光エネルギー密度の高くなる再集光位置をレンズの外に位置させながら、より少ないレンズ枚数、より小規模な構成として、構造的制約条件や光学材料径の制約条件を満足させることにより、更なる高ＮＡ化およびσ値可変範囲の拡大を実現させる照明光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての照明光学系は、光源からの光により複数の光源像を形成する複数光源形成手段と、その後方に所定の物平面を像平面に結像させる再結像光学系とを備える照明光学系において、前記再結像光学系は、軸外光束の主光線が像空間でほぼ平行となる射出テレセントリックな光学系であり、光入射側から順に正のパワーを持つ第１のレンズ群と、負のパワーを持つ第２のレンズ群と、正のパワーを持つ第３のレンズ群と、前記第２のレンズ群の光出射側に配置された凹レンズと、前記第３のレンズ群の光入射側に配置された凸レンズとを有し、軸外光束の主光線が光軸と交わる交点位置が、前記第２のレンズ群と前記第３のレンズ群の間に存在することを特徴とする。
【０００９】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１０】
従来よりも、性能の良い照明光学系を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明に係る第１の実施例について、図１から図４に示す図を用いて説明する。本実施例は、図１に示すように、柱状ガラス１１１とハエの目レンズ１１２との間に、像平面における光照射範囲の広さを連続的に変えることが出来る再結像光学系を配置させる例であり、柱状ガラス１１１の射出口とハエの目レンズ１１２の入射口とがほぼ結像関係にある。従って、柱状ガラス１１１の光入射側にある二次光源位置１１３を光源とする照射光が、光学系に入射した後に再度集光する位置が、光エネルギー密度の最も高くなる所で、この二次光源再集光位置をレンズ内に位置させない再結像光学系とする場合の例である。
【００１３】
本実施例の再結像光学系の像平面における光照射範囲が最大の時、即ち最大σ時の状態を図１に示す。再結像光学系は、平行平板Ｇ１１１と、共に凸レンズであるＧ１１２とＧ１１３からなる第１のレンズ群と、１枚の凹レンズＧ１１４のみからなる第２のレンズ群と、凸レンズＧ１１５とＧ１１６からなる第３のレンズ群と、凹レンズＧ１１７の後方に１枚の凸レンズＧ１１８からなる第４のレンズ群で構成している。更に、凹レンズＧ１１７と凸レンズＧ１１８の間に光路折り曲げ部１１４を設けている。そして、凹レンズＧ１１４と凸レンズＧ１１５の間に、軸外光束の主光線と光軸１１５との交点が位置するように、第１のレンズ群のパワーおよび第１のレンズ群と第２のレンズ群との間の主点間隔を決定している。そうすれば、二次光源位置１１３からの照射光が再度集光し、光エネルギー密度の最も高い二次光源再集光位置１１６も、最大σ時において凹レンズＧ１１４と凸レンズＧ１１５の間に存在させることが出来る。
【００１４】
以上のような構成で、各変倍ポジションを図２に示すように、凹レンズＧ１１４からなる第２のレンズ群を第１の移動群とし、凸レンズＧ１１５とＧ１１６からなる第３のレンズ群を第２の移動群とする。更に、像平面における光照射範囲を小さくする、即ちσ値を小さくする場合には、第１の移動群を入射光側に移動させ、第２の移動群を再結像光学系の光出射側に移動させる。そうすれば、軸外光束の主光線１１７と光軸１１５との交点位置１１８および二次光源再集光位置１１６を凹レンズＧ１１４と凸レンズＧ１１５の間の空間内に存在させながら、像平面における照射範囲の広さを連続的に変えると同時に、バックフォーカス位置を実用上問題の無いレベルに維持させる光照射範囲可変光学系を構成することが出来る。最小σポジションをＰ１、中間σポジションをＰ２、最大σポジションをＰ３として図示している。
【００１５】
従って、本実施例の再結像光学系の全変倍域において、二次光源再集光位置１１６をレンズ内に存在させることが無い。即ち、全変倍域においてエネルギー密度の最も高くなる照射域を、レンズ内に存在させずに空間内に存在させることが出来る。
【００１６】
また、本実施例では、第２の移動群の後方に、入射光側より凹レンズＧ１１７と凸レンズＧ１１８で構成するアフォーカル光学系を配置させることにより、ハエの目レンズ１１２への軸外光束における主光線の光軸に対する平行度、即ちテレセントリック性を実用上問題の無いレベルに維持させることが出来る。
【００１７】
なお、ハエの目レンズ１１２への照射光の均一性を維持させるために、歪曲収差の抑制、特に大σ側の変倍範囲に至る歪曲収差の変動量抑制のためには、第２の移動群を構成する光入射側の負のパワー持つレンズ群において、光出射側の面の湾曲よりも光入射側の面の湾曲が強く、しかも光入射側に凹面を向けた凹レンズＧ１１７があることが望ましい。
【００１８】
第１の実施例に用いた再結像光学系における諸元の値を別表１に示す。
【００１９】
【表１】
2005301054.tif 000003
【００２０】
表１において、Ｐ１は最小σポジション、Ｐ２は中間σポジション、Ｐ３は最大σポジションを示し、Ｆ１は第１の光学系の各ポジションにおける焦点距離、ｆ１は第１のレンズ群の焦点距離、ｆ２は第２のレンズ群の焦点距離、ｆ３は第３のレンズ群の焦点距離、ｆ４は第４のレンズ群の焦点距離をそれぞれ示している。
【００２１】
また、ｄ７は第１のレンズ群と第２のレンズ群との光軸上の可変間隔、ｄ９は第２のレンズ群と第３のレンズ群との光軸上の可変間隔、ｄ１３は第３のレンズ群と凹レンズＧ１１７との光軸上の可変間隔を示している。
【００２２】
更に、Ｓ１はφ１０ｍｍの開口絞り１１９を入射した平行光束が、本実施例の再結像光学系を介した後の、第１の光学系の最終面から６７ｍｍの位置にある評価面における光束径を示す。
【００２３】
次に、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３はそれぞれ、各ポジションにおいて軸外光束の主光線１１７と光軸１１５との交点位置１１８を示すもので、凹レンズＧ１１４の光出射側の面である第９面からの距離を示している。また、
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３はそれぞれ、各ポジションにおいて二次光源位置１１３からの出射光が集光する二次光源再集光位置１１６を示すもので、柱状ガラス１１１の長さを４５０ｍｍ、二次光源位置１１３から柱状ガラス１１１の入射端までの距離を１５ｍｍとした時の、凹レンズＧ１１７の光出射側の面である第９面からの距離を示している。
【００２４】
そして、ｒは各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは各面間隔（単位：ｍｍ）、ｎは入射光（波長０．２４８μｍ）に対する媒質の屈折率をそれぞれ示し、ｋは図２に示す再結像光学系のレンズ番号に一致する。
【００２５】
図３は、第１の実施例に用いた再結像光学系の、最小σポジションＰ１におけるメリジオナル方向の横収差とサジタル方向の横収差そして歪曲収差を示す図である。図４は、第１の実施例に用いた再結像光学系の、最大σポジションＰ３におけるメリジオナル方向とサジタル方向の横収差そして歪曲収差を示す図である。実用上許容範囲内の横収差に抑えながら、歪曲収差を良好に補正している。
【００２６】
以上に説明したように、本実施例は第１の移動群を１枚の凹レンズとし、第２の移動群を２枚の凸レンズとし、第１の移動群と第２の移動群の間に軸外光束の主光線と光軸との交点を位置させ、本実施例に示したような移動群構成とする。これにより、移動群を２群とする最も簡素な変倍光学系を採用していながら、再集光位置を光学部材内に停滞させること無く、射出光のテレセントリック性を実用上問題の無いレベルに維持しつつ、実用上許容範囲内の横収差に抑えて、更に歪曲収差を良好に補正し、射出光の照射域の可変範囲を連続的に変化させる照射範囲連続可変光学系とすることが出来る。
【００２７】
本実施例で説明した再結像光学系は、たとえば図１５に示すようなステップ・アンド・スキャン方式を採用した投影露光装置のσ連続可変光学系として適用することが出来る。発振波長２４８ｎｍのエキシマレーザー１から射出した射出光は、ビーム整形光学系２を介して所望のビーム形状に整形された後、リレー光学系３により断面形状が六角形の柱状ガラス１１１に入射する。
【００２８】
柱状ガラス１１１は、ガラス内面による多重反射により、一つの光源から複数の光源を形成している。この柱状ガラス１１１からの照射光束がσ連続可変光学系によりハエの目レンズ１１２に照射される。
【００２９】
ここで、本実施例で説明したＧ１１１からＧ１１６を有する変倍光学系４と、凹レンズＧ１１７を配置させ、レチクル９およびウエハ１１のスキャン方向と光軸１２を含む断面内で光軸１２を直角に折り曲げるためのミラー５を配置し、その後方に凸レンズＧ１１８を配置してσ連続可変光学系を構成している。
【００３０】
ハエの目レンズ１１２からの照射光は、リレー光学系６によりマスク面６に照射される。マスク７からの照射光は、マスク結像光学系８によりレチクル９の回路パターン面を照射する。そして、レチクル９の回路パターンは、投影光学系１０により感光材料が塗布されたウエハ１１の基盤面上に縮小投影される。
【００３１】
このような構成で照明光学系において本実施例を適用したσ連続可変光学系を用いることにより、光エネルギー密度の高くなる再集光位置をレンズ内に存在させること無く、より少ないレンズ枚数、より小規模な構成で、構造的制約条件や光学材料径の制約条件を満足させて、更なるσ値可変範囲の拡大を実現させる投影露光装置を提供することが出来る。
【実施例２】
【００３２】
本発明に係る第２の実施例について、図５から図８に示す図を用いて説明する。本実施例は、図５に示すように、第１ハエの目レンズ１２１と第２ハエの目レンズ１２２との間に、光入射側から順に、２枚の凸レンズＬＧ１２１とＬＧ１２２からなるリレー光学系と、リレー光学系が照射する物平面を像平面に結像させる再結像光学系を配置させた例である。この再結像光学系は、像平面における光照射範囲の広さを連続的に変えることができ、第１ハエの目レンズ１２１と第２ハエの目レンズ１２２は、ほぼフーリエ変換の位置関係にある。
【００３３】
従って、第１ハエの目レンズ１２１の直後にある集光光を光源とする照射光が光学系に入射した後に再度集光する位置が、光エネルギー密度の最も高くなる二次光源再集光位置で、この二次光源再集光位置をレンズ内に位置させない再結像光学系とする場合の例である。
【００３４】
本実施例の再結像光学系の像平面における光照射範囲が最大の時、即ち最大σ時の状態を図５に示す。本実施例の再結像光学系は、共に凸レンズであるＧ１２１とＧ１２２をからなる第１のレンズ群と、１枚の凹レンズＧ１２３のみからなる第２のレンズ群と、凸レンズＧ１２４とＧ１２５からなる第３のレンズ群と、凹レンズＧ１２５の後方に１枚の凸レンズＧ１２６からなる第４のレンズ群で構成している。更に、凹レンズＧ１２６と凸レンズＧ１２７の間に、光路折り曲げ部１２４を設けている。
【００３５】
更に、凹レンズＧ１２３と凸レンズＧ１２４の間に、軸外光束の主光線１２７と光軸１２５との交点位置が位置するように、第１のレンズ群のパワーおよび第１のレンズ群と第２のレンズ群との間の主点間隔を決定している。そうすれば、第１ハエの目レンズ１２１の直後にある集光光を光源とする照射光が再度集光し、光エネルギー密度の最も高い二次光源再集光位置１２６は、軸外光束の主光線１２７と光軸１２５との交点位置１２８と一致して、最大σ時において凹レンズＧ１２３と凸レンズＧ１２４の間に二次光源再集光位置１２６を存在させることが出来る。
【００３６】
そうして、各変倍ポジションを図６に示すように、凹レンズＧ１２３からなる第２のレンズ群を第１の移動群とし、凸レンズＧ１２４とＧ１２５からなる第３のレンズ群を第２の移動群とする。更に、像平面における照射範囲の広がりを小さくする、即ちσ値を小さくする場合には、第２のレンズ群を入射光側に移動させ、第３のレンズ群を再結像光学系の光出射側に移動させる。
【００３７】
そうすれば、軸外光束の主光線１２７と光軸１２５との交点位置１２８、即ち二次光源再集光位置１２６を凹レンズＧ１２３と凸レンズＧ１２４の間の空間内に存在させながら、像平面における照射範囲の広さを連続的に変えると同時に、バックフォーカス位置を実用上問題の無いレベルに維持させる照射範囲可変光学系を構成することが出来る。最小σポジションをＰ１、中間σポジションをＰ２、最大σポジションをＰ３として図示している。
【００３８】
従って、本実施例の再結像光学系の全変倍域において、二次光源再集光位置１２６をレンズ内に位置させることが無い。即ち、全変倍域においてエネルギー密度の最も高くなる照射域をレンズ内に存在させることが無い。また、本実施例では、第２の移動群の後方に、入射光側より凹レンズＧ１２６と凸レンズＧ１２７で構成されるアフォーカル光学系を配置させることにより、第２ハエの目レンズ１２２への軸外光束における主光線の光軸に対する平行度、即ちテレセントリック性を実用上問題の無いレベルに維持させることが出来る。
【００３９】
なお、第２ハエの目レンズ１２２への照射光の均一性を維持させるために、歪曲収差の抑制、特に大σ側の変倍範囲に至る歪曲収差の変動量抑制のためには、第２の移動群を構成する光入射側の負のパワー持つレンズ群において、光出射側の面の湾曲よりも光入射側の面の湾曲が強く、しかも光入射側に凹面を向けた凹レンズＧ１２６があることが望ましい。
【００４０】
表２に第２の実施例に用いた再結像光学系における諸元の値を示す。
【００４１】
【表２】
2005301054.tif 000004
【００４２】
表２において、Ｐ１は最小σポジション、Ｐ２は中間σポジション、Ｐ３は最大σポジションを示し、Ｆ１は本実施例のリレー光学系と再結像光学系との合成光学系の各ポジションにおける焦点距離、ｆＬ１はリレー光学系の焦点距離、ｆ１は第１のレンズ群の焦点距離、ｆ２は第２のレンズ群の焦点距離、ｆ３は第３のレンズ群の焦点距離、ｆ４は第４のレンズ群の焦点距離をそれぞれ示している。
【００４３】
そして、第２のレンズ群の焦点距離をｆ２、第３のレンズ群をｆ３とした時に、
｜ｆ２／ｆ３｜＝０．５０１
となり、｜ｆ２／ｆ３｜がこの値以下になると、第２のレンズ群と第３のレンズ群との間に二次光源再集光位置を存在させながら、前述した諸収差を実用レベル以内に抑えることが困難になる。
【００４４】
また、ｄ９は第１のレンズ群と第２のレンズ群との光軸上の可変間隔、ｄ１１は第２のレンズ群と第３のレンズ群との光軸上の可変間隔、ｄ１５は第３のレンズ群と凹レンズＧ１２６との光軸上の可変間隔を示している。
【００４５】
更に、Ｓ１はＮＡ０．１、即ち最大角度の半角が５．７°の発散光束が、直径１２ｍｍの開口絞り１２９の光軸中心より射出して、再結像光学系に入射した後の、再結像光学系の最終面より６９．５ｍｍにある評価面における光束径を示す。
【００４６】
次に、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３はそれぞれ、各ポジションにおいて軸外光束の主光線１２７と光軸１２５との交点位置１２８を示すもので、凹レンズＧ１２３の光出射側の面である第１１面からの距離を示している。また、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３はそれぞれ、各ポジションにおいて第１ハエの目レンズ１２１の出射直後の集光光を光源とする照射光が、本実施例の再結像光学系に入射してから、再度集光する二次光源再集光位置１２６を示すもので、凹レンズＧ１２３の光出射側の面である第１１面からの距離を示している。前述したように、交点位置１２８と二次光源再集光位置１２６は一致し、Ｈ１＝Ｌ１、Ｈ２＝Ｌ２、Ｈ３＝Ｌ３である。
【００４７】
そして、ｒは各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは各面間隔（単位：ｍｍ）、ｎは入射光（波長０．１９３μｍ）に対する媒質の屈折率をそれぞれ示し、ｋは図６に示す第１の光学系のレンズ番号に一致する。
【００４８】
図７は、第２の実施例に用いたリレー光学系と再結像光学系との合成光学系の最小σポジションＰ１におけるメリジオナル方向の横収差とサジタル方向の横収差そして歪曲収差を示す図である。図８は、第２の実施例に用いた合成光学系の最大σポジションＰ３におけるメリジオナル方向の横収差とサジタル方向の横収差そして歪曲収差を示す図である。実用上許容範囲内の横収差に抑えながら、歪曲収差を良好に補正している。
【００４９】
以上に説明したように、本実施例は第１の移動群を１枚の凹レンズとし、第２の移動群を２枚の凸レンズとし、第１の移動群と第２の移動群の間に軸外光束の主光線と光軸との交点を位置させ、本実施例に示したような移動群構成とする。これにより、移動群を２群とする最も簡素な変倍光学系を採用していながら、再集光位置を光学部材内に停滞させること無く、射出光のテレセントリック性を実用上問題の無いレベルに維持しながら、実用上許容範囲内の横収差に抑えて、更に歪曲収差を良好に補正し、射出光の照射域の可変範囲を連続的に変化させる照射範囲連続可変光学系とすることが出来る。
【００５０】
本実施例で説明した再結像光学系は、たとえば図１６に示すようなステップ・アンド・スキャン方式を採用した投影露光装置のσ連続可変光学系として適用することが出来る。発振波長１９３ｎｍのエキシマレーザー２１から射出した射出光は、ビーム整形光学系２２を介して所望のビーム形状に整形された後に第１ハエの目レンズ１２１に入射する。
【００５１】
第１ハエの目レンズ１２１からの照射光がリレー光学系とσ連続可変光学系により第２ハエの目レンズ１２２に照射される。本実施例で説明したＬＧ１２１とＬＧ１２２でリレー光学系２４を構成している。更に本実施例で説明したＧ１２１からＧ１２５までのレンズ群からなる変倍光学系２５と、凹レンズＧ１２６を配置させ、レチクル３０およびウエハ３２のスキャン方向と光軸３３を含む断面内で光軸３３を直角に折り曲げるためのミラー２６を配置し、その後方に凸レンズＧ１２７を配置してσ連続可変光学系を構成している。
【００５２】
ハエの目レンズ１２２からの照射光は、リレー光学系２７によりマスク面２８に照射される。マスク面２８からの照射光は、マスク結像光学系２９によりレチクル３０の回路パターン面に照射される。そして、レチクル３０の回路パターンは、投影光学系３１により感光材料が塗布されたウエハ３２の基盤面上に縮小投影される。
【００５３】
このような構成で照明光学系において本実施例を適用したσ連続可変光学系を用いることにより、光エネルギー密度の高くなる再集光位置をレンズ内に存在させること無く、より少ないレンズ枚数、より小規模な構成で、構造的制約条件や光学材料径の制約条件を満足させて、更なるσ値連続可変範囲の拡大を実現させる投影露光装置を提供することが出来る。
【実施例３】
【００５４】
本発明に係る第３の実施例について、図９と図１０に示す図を用いて説明する。本実施例は、図９に示すように、ハエの目レンズ１３１とレチクル１３２との間に、マスク面１３９を照射するリレー光学系１３４と、マスク面１３９からの照射光をレチクル１３２上のパターン面を照射する再結像光学系を配置させた例であり、マスク面１３９とレチクル１３２上のパターン面が結像関係にある。従って、ハエの目レンズ１３１の直後にある集光光を光源とする照射光が再結像光学系に入射した後に再度集光する位置が、光エネルギー密度の最も高くなる二次光源再結像位置で、この二次光源再集光位置をレンズ内に存在させない再結像光学系とする例である。
【００５５】
本実施例におけるリレー光学系１３４と再結像光学系を図９に示す。リレー光学系１３４は複数のレンズ群で構成され、平行光束が入射した時にマスク面１３９の近傍において集光する光学系で、その射出瞳位置は後方に配置される再結像光学系の入射瞳位置と一致させている。
【００５６】
そして、本実施例の再結像光学系は入射光側から順に、カバーガラスＣＧ１３１と、凹レンズＧ１３１と３枚の凸レンズＧ１３２、Ｇ１３３、Ｇ１３４からなる第１のレンズ群と、１枚の凹レンズＧ１３５のみからなる第２のレンズ群と、１枚の凸レンズＧ１３６のみからなる第３のレンズ群と、凸レンズＧ１３７と凹レンズＧ１３８と凸レンズＧ１３９からなる第４のレンズ群とで構成している。更に、第３のレンズ群と第４のレンズ群の間に光軸１３５を直角に折り曲げるための光路折り曲げ部１３４を設けている。
【００５７】
なお、レチクル１３２の直前には、防塵のためのレチクルカバーガラスＣＧ１３３を配置させている。
【００５８】
更に、凹レンズＧ１３５と凸レンズＧ１３６の間に、軸外光束の主光線１３７と光軸１３５との交点位置１３８が位置するように、第１のレンズ群のパワーおよび第１のレンズ群と第２のレンズ群との間の主点間隔を決定している。そうすれば、ハエの目レンズ１３１の直後にある集光光を光源とする照射光が再度集光し、光エネルギー密度の最も高い二次光源再集光位置は、軸外光束の主光線１３７と光軸１３５との交点位置１３８と一致して、凹レンズＧ１３５と凸レンズＧ１３６の間に、二次光源再集光位置を存在させることが出来る。即ち、エネルギー密度の最も高くなる照射領域をレンズ内に存在させることが無い。
【００５９】
また、本実施例では、第４のレンズ群として、入射光側より凸レンズＧ１３７と凹レンズＧ１３８と凸レンズＧ１３９で構成されるトリプレット構成の光学系を配置させることにより、歪曲収差およびレチクル１３２への軸外光束における主光線の光軸に対する平行度、即ち射出テレセン度を良好なレベルに維持させることが出来る。
【００６０】
図１０は、第３の実施例に用いた再結像光学系において、入射ＮＡを０．３、レチクル側最大像高を５７ｍｍとした時の、メリジオナル方向の横収差とサジタル方向の横収差そして歪曲収差および射出テレセン度を示す図である。実用上許容範囲内の横収差に抑えながら、歪曲収差を良好に補正している。
【００６１】
但し、本実施例の射出テレセン度の湾曲量を越えると、レチクル１３２面の回路パターンをウエハ上の基盤面に結像させる投影光学系の入射側テレセン度に合致させることが困難になる。このテレセン度補正の難易度は、再結像光学系のマスク面１３９からレチクル１３２のパターン面までの物像間距離Ｔと、マスク面１３９からの再結像光学系の入射瞳位置までの距離である入射瞳距離Ｐに依存している。
【００６２】
本実施例では、Ｔ＝１２８５ｍｍ、Ｐ＝１９０ｍｍであるので、Ｐ／Ｔ＝０．１４８となり、本実施例が本特許請求範囲のうち請求項９に示す条件式の下限値となる例である。
【００６３】
また、本実施例においては、マスク面１３９における照射範囲の広がりに対する、レチクル１３２のパターン面における照射範囲の広がりの比である結像倍率は−１．３倍となる。これ以上の低倍化はマスク装置の大型化によりマスキング精度の劣化を引き起こすので好ましくない。よって、再結像光学系の結像倍率の絶対値ＢＭは、１．３以上であるのが望ましい。従って、本実施例が本特許請求範囲のうち請求項１３に示す条件式の下限値となる例である。
【００６４】
第３の実施例に用いた再結像光学系における諸元の値を表３に示す。
【００６５】
【表３】
2005301054.tif 000005
【００６６】
表３において、ｆ１は第１のレンズ群の焦点距離、ｆ２は第２のレンズ群の焦点距離、ｆ３は第３のレンズ群の焦点距離、ｆ４は第４のレンズ群の焦点距離をそれぞれ示している。
【００６７】
ここで、第２のレンズ群の焦点距離をｆ２、第３のレンズ群をｆ３とした時に、
｜ｆ２／ｆ３｜＝１．４９８
となり、｜ｆ２／ｆ３｜がこの値以上になると、第２のレンズ群と第３のレンズ群との間に二次光源再集光位置を存在させながら、前述した諸収差を実用レベル以内に抑えることが困難になる。
【００６８】
また、ＴおよびＰはそれぞれ、前述した物像間距離および入射瞳距離である。そして、Ｈは軸外光束の主光線１３７と光軸１３５との交点位置１３８を示すもので、凹レンズＧ１３５の光出射側の面である第１２面からの距離を示している。
【００６９】
レンズデータ表において、ｒは各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは各面間隔（単位：ｍｍ）、ｎは入射光（波長０．１９３μｍ）に対する媒質の屈折率をそれぞれ示し、ｋは図９に示す再結像光学系のレンズ番号に一致する。
【００７０】
以上に説明したように、本実施例は凹レンズと凸レンズの間に軸外光束の主光線と光軸との交点を位置させることにより、少ないレンズ枚数の光学系を採用していながら、再集光位置を光学部材内に存在させること無く、実用上許容範囲内の横収差に抑えて、歪曲収差を良好に補正し、射出テレセン度を実用上の限界値内に抑えられる再結像光学系とすることが出来る。
【００７１】
本実施例で説明した再結像光学系は、たとえば図１７に示すようなステップ・アンド・スキャン方式を採用した投影露光装置のマスク結像光学系として適用することが出来る。発振波長１９３ｎｍのエキシマレーザー４１から射出した射出光は、ビーム整形光学系４２を介して所望のビーム形状に整形された後、リレー光学系４３により断面形状が六角形の柱状ガラス４４に入射する。
【００７２】
柱状ガラス４４は、ガラス内面による多重反射により、一つの光源から複数の光源を形成している。この柱状ガラス４４からの照射光がσ連続可変光学系４５によりハエの目レンズ１３１に照射される。ハエの目レンズ１３１からの照射光は、リレー光学系１３４によりマスク面１３９に照射される。マスク面１３９からの照射光はマスク結像光学系により、レチクル４９の回路パターン面を照射する。レチクル４９の回路パターンは、投影光学系５０により感光材料が塗布されたウエハ５１の基盤面上に縮小投影される。
【００７３】
このマスク結像光学系を、本実施例で説明した再結像光学系に置き換えて適用する。
図１７におけるマスク結像光学系は、カバーガラスＣＧ１３１およびＧ１３１からＧ１３５のレンズ群からなる第１集光光学系４６と、レチクル４９およびウエハ５１のスキャン方向と光軸５２を含む断面内で光軸５２を直角に折り曲げるミラー４７と、凸レンズとＧ１３７凹レンズと１３８凸レンズＧ１３９のトリプレット構成の光学系およびカバーガラスＣＧ１３２からなる第２集光光学系で構成されている。
【００７４】
本実施例の再結像光学系の入射ＮＡが０．３で結像倍率が−１．３倍なので、レチクル面対ウエハ基盤面間の結像倍率が−０．２５で、ウエハ側の結像開口数ＮＡが０．９２となる投影光学系５０を用いることが出来る。
【００７５】
このような構成の再結像光学系をマスク結像光学系として照明光学系に適用することにより、光エネルギー密度の高くなる再集光位置を光学材料内に存在させること無く、より少ないレンズ枚数、より小規模な構成で、構造的制約条件や光学材料径の制約条件を満足させて、投影光学系の更なる高ＮＡ化を実現させる照明光学系および投影露光装置を提供することが出来る。
【実施例４】
【００７６】
本発明に係る第４の実施例について、図１１と図１２に示す図を用いて説明する。本実施例は図１１に示すように、ハエの目レンズ１４１とレチクル１４２との間に、マスク面１４９を照射するリレー光学系１４４と、マスク面１４９からの照射光をレチクル１４２上のパターン面を照射する再結像光学系を配置させた例であり、マスク面１４９とレチクル１４２上のパターン面が結像関係にある。
【００７７】
従って、ハエの目レンズ１４１の直後にある集光光を光源とする照射光が再結像光学系に入射した後に再度集光する位置が、光エネルギー密度の最も高くなる二次光源再集光位置で、この二次光源再集光位置をレンズ内に存在させない再結像光学系とする例である。第３の実施例で説明した再結像光学系の結像倍率が−１．３倍であるのに対して、本実施例の再結像光学系は、結像倍率が−１．６倍の例である。
【００７８】
本実施例におけるリレー光学系１４４と再結像光学系を図１１に示す。リレー光学系１４４は第３の実施例と同様に複数のレンズ群で構成され、平行光束が入射した時にマスク面１４９の近傍において集光する光学系で、その射出瞳位置は後方に配置される再結像光学系の入射瞳位置と一致させている。
【００７９】
そして、本実施例の再結像光学系は入射光側から順に、カバーガラスＣＧ１４１と、凹レンズＧ１４１と３枚の凸レンズＧ１４２、Ｇ１４３、Ｇ１４４からなる第１のレンズ群と、１枚の凹レンズＧ１４５のみからなる第２のレンズ群と、１枚の凸レンズＧ１４６のみからなる第３のレンズ群と、凸レンズＧ１４７と凹レンズＧ１４８と凸レンズＧ１４９からなる第４のレンズ群とで構成している。更に、第３のレンズ群と第４のレンズ群の間に光軸１４５を直角に折り曲げるための、光路折り曲げ部１４４を設けている。
【００８０】
なお、レチクル１４２の直前には、防塵のためのレチクルカバーガラスＣＧ１４３を配置させている。
【００８１】
更に、本実施例は第３の実施例と同様に、第２のレンズ群Ｇ１４５と第３のレンズ群Ｇ１４６の間に、軸外光束の主光線１４７と光軸１４５との交点位置１４８が位置するように、第１のレンズ群のパワーおよび第１のレンズ群と第２のレンズ群との間の主点間隔を決定している。そうすれば、ハエの目レンズ１４１の直後にある集光光を光源とする照射光が再度集光し、光エネルギー密度の最も高い二次光源再集光位置は、軸外光束の主光線１４７と光軸１４５との交点位置１４８と一致して、凹レンズＧ１４５と凸レンズＧ１４６の間に、二次光源再集光位置を存在させることが出来る。即ち、エネルギー密度の最も高くなる照射領域をレンズ内に存在させることが無い。
【００８２】
また、本実施例でも第３の実施例と同様に、第４のレンズ群としてトリプレット構成の光学系を配置させている。即ち入射光側より凸レンズＧ１４７と凹レンズＧ１４８そして凸レンズＧ１４９を配置させることにより、歪曲収差およびレチクル１４２への軸外光束における主光線の光軸に対する平行度、即ち射出テレセン度を良好なレベルに維持させることが出来る。
【００８３】
図１２は、第４の実施例に用いた再結像光学系において、入射ＮＡを０．３８、レチクル側最大像高を５７ｍｍとした時の、メリジオナル方向の横収差とサジタル方向の横収差そして歪曲収差および射出テレセン度を示す図である。実用上許容範囲内の横収差に抑えながら、歪曲収差と射出テレセン度を良好に補正している。
【００８４】
表４に第４の実施例に用いた再結像光学系における諸元の値を示す。
【００８５】
【表４】
2005301054.tif 000006
【００８６】
表４において、ｆ１は第１のレンズ群の焦点距離、ｆ２は第２のレンズ群の焦点距離、ｆ３は第３のレンズ群の焦点距離、ｆ４は第４のレンズ群の焦点距離をそれぞれ示している。また、ＴおよびＰはそれぞれ、前述した物像間距離および入射瞳距離である。
【００８７】
そして、Ｈは軸外光束の主光線１４７と光軸１４５との交点位置１４８を示すもので、凹レンズＧ１４５の光出射側の面である第１２面からの距離を示している。
【００８８】
レンズデータ表において、ｒは各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは各面間隔（単位：ｍｍ）、ｎは入射光（波長０．１９３μｍ）に対する媒質の屈折率をそれぞれ示し、ｋは図１１に示す再結像光学系のレンズ番号に一致する。
【００８９】
なお、表４に示す非球面に関する諸係数は、非球面の任意の点における光軸に垂直な方向の高さをｈ、光軸に沿った方向の距離をｘ、頂点の曲率半径をｒ、曲面係数をＫとし、非球面係数をＡからＦのアルファベットとした時、以下の（１）式で表される。
ｘ＝ｈ２／ｒ／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｈ／ｒ）２｝１／２］＋Ａｈ４＋Ｂｈ６＋Ｃｈ８＋Ｄｈ１０＋Ｅｈ１２＋Ｆｈ１４    ・・・・・・（１）
【００９０】
以上に説明したように、本実施例は凹レンズと凸レンズの間に軸外光束の主光線と光軸との交点を位置させることにより、少ないレンズ枚数の光学系を採用していながら、再集光位置を光学部材内に存在させること無く、実用上許容範囲内の横収差に抑えて、歪曲収差と射出テレセン度を良好に補正し、実用上許容範囲内の性能を得られる再結像光学系とすることが出来る。
【００９１】
本実施例で説明した再結像光学系も、第３の実施例で説明したと同様に、図１７に示すような構成の投影露光装置において、第１集光光学系４６とミラー４７と第２集光光学系４８で構成されるマスク結像光学系に置き換えて適用することが出来る。
【００９２】
本実施例の再結像光学系の入射ＮＡが０．３８で結像倍率が−１．６なので、レチクル面対ウエハ基盤面間の結像倍率が−０．２５で、ウエハ側の結像開口数ＮＡが０．９５となる投影光学系を用いることが出来る。ウエハ側の結像開口数ＮＡがこの値を超えると、ウエハ側にある光学系のレンズ各面における光線の入射角または射出角が大きくなる。従って、レンズ各面に反射防止膜を施した時に、反射率の悪化および偏光成分の非対称等を発生させる原因となり、ウエハ基盤面上の回路パターン焼付け線幅のばらつきという問題を引き起こす。以上の事情から、投影光学系の結像側における開口数ＮＡｗは、０．９５以下であることが望ましい。
【００９３】
このような構成の再結像光学系をマスク結像光学系として照明光学系に適用することにより、光エネルギー密度の高くなる再集光位置を光学材料内に存在させること無く、より少ないレンズ枚数、より小規模な構成で、構造的制約条件や光学材料径の制約条件を満足させて、投影光学系の更なる高ＮＡ化を実現させる照明光学系および投影露光装置を提供することが出来る。
【実施例５】
【００９４】
本発明に係る第５の実施例について、図１３と図１４に示す図を用いて説明する。本実施例は、図１３に示すように、ハエの目レンズ１５１とレチクル１５２との間に、マスク面１５９を照射するリレー光学系１５４と、マスク面１５９からの照射光をレチクル１５２上のパターン面を照射する再結像光学系を配置させた例であり、マスク面１５９とレチクル１５２上のパターン面が結像関係にある。従って、ハエの目レンズ１５１の直後にある集光光を光源とする照射光が再結像光学系に入射した後に再度集光する位置が、光エネルギー密度の最も高くなる二次光源再集光位置で、この二次光源再集光位置をレンズ内に位置させない再結像光学系とする例である。
【００９５】
第３の実施例で説明した再結像光学系の結像倍率が−１．３であるのに対して、本実施例の再結像光学系は、結像倍率が−２．０の例である。また、第３の実施例が発振波長０．１９３μｍのエキシマレーザー光源を用いているのに対して、本実施例は発振波長が０．２４８μｍのエキシマレーザー光源を用いている例である。
【００９６】
本実施例におけるリレー光学系１５４と再結像光学系を図１３に示す。リレー光学系１５４は第３の実施例と同様に複数のレンズで構成され、平行光束が入射した時にマスク面１５９の近傍において集光する光学系で、その射出瞳位置は後方に配置される再結像光学系の入射瞳位置と一致させている。
【００９７】
そして、本実施例の再結像光学系は入射光側から順に、カバーガラスＣＧ１５１と、凹レンズＧ１５１と３枚の凸レンズＧ１５２、Ｇ１５３、Ｇ１５４からなる第１のレンズ群と、１枚の凹レンズＧ１５５のみからなる第２のレンズ群と、１枚の凸レンズＧ１５６のみからなる第３のレンズ群と、凸レンズＧ１５７と凹レンズＧ１５８と凸レンズＧ１５９からなる第４のレンズ群とで構成している。更に、第３のレンズ群と第４のレンズ群の間に光軸１３５を直角に折り曲げるための折り曲げ部１５４を設けている。
【００９８】
なお、レチクル１５２の直前には、防塵のためのレチクルカバーガラスＣＧ１５３を配置させている。
【００９９】
更に、本実施例は第３の実施例と同様に、第２のレンズ群Ｇ１５５と第３のレンズ群Ｇ１５６の間に、軸外光束の主光線１５７と光軸１５５との交点位置１５８が位置するように、第１のレンズ群のパワーおよび第１のレンズ群と第２のレンズ群との間の主点間隔を決定している。そうすれば、ハエの目レンズ１５１の直後にある集光光を光源とする照射光が再度集光し、光エネルギー密度の最も高い二次光源再集光位置は、軸外光束の主光線１５７と光軸１５５との交点位置１５８と一致して、凹レンズＧ１５５と凸レンズＧ１５６の間に二次光源再集光位置を存在させることが出来る。即ち、エネルギー密度の最も高くなる照射域をレンズ内に存在させることが無い。
【０１００】
また、本実施例でも第３の実施例と同様に、第４のレンズ群としてトリプレット構成の光学系を配置させている。即ち入射光側より凸レンズＧ１５７と凹レンズＧ１５８と凸レンズＧ１５９を配置させることにより、歪曲収差およびレチクル１５２への軸外光束における主光線の光軸に対する平行度、即ち射出テレセン度を良好なレベルに維持させることが出来る。
【０１０１】
図１４は、第５の実施例に用いた再結像光学系において、入射ＮＡを０．４、レチクル側最大像高を５７ｍｍとした時の、メリジオナル方向の横収差とサジタル方向の横収差そして歪曲収差および射出テレセン度を示す図である。実用上許容範囲内の横収差に抑えながら、歪曲収差を良好に補正している。
【０１０２】
但し、本実施例の射出テレセン度の湾曲量を越えると、レチクル１５２面の回路パターンをウエハ上の基盤面に結像させる投影光学系の入射側テレセン度に合致させることが困難になる。このテレセン度補正の難易度は、前述したように、再結像光学系のマスク面１５９からレチクル１５２のパターン面までの物像間距離Ｔと、マスク面１５９からの再結像光学系の入射瞳位置までの距離である入射瞳距離Ｐに依存している。本実施例では、Ｔ＝１３２０ｍｍ、Ｐ＝３４００ｍｍであるので、Ｐ／Ｔ＝２．５７６となる。
【０１０３】
また、本実施例は再結像光学系におけるマスク面１５９の照射範囲の広がりに対する、レチクル１５２のパターン面における照射範囲の広がりの比である結像倍率は−２．０である。この結像倍率の絶対値が２．５を越えると、リレー光学系１５４の大型化や性能の劣化を引き起こす原因となるので好ましくない。よって、再結像光学系の結像倍率の絶対値ＢＭは、２．５以下であることが望ましい。
【０１０４】
第５の実施例に用いた再結像光学系における諸元の値を表５に示す。
【０１０５】
【表５】
2005301054.tif 000007
【０１０６】
表５において、ｆ１は第１のレンズ群の焦点距離、ｆ２は第２のレンズ群の焦点距離、ｆ３は第３のレンズ群の焦点距離、ｆ４は第４のレンズ群の焦点距離をそれぞれ示している。また、ＴおよびＰはそれぞれ、前述した物像間距離および入射瞳距離である。
【０１０７】
そして、Ｈは軸外光束の主光線１５７と光軸１５５との交点位置１５８を示すもので、凹レンズＧ１５５の光出射側の面である第１２面からの距離を示している。
【０１０８】
レンズデータ表において、ｒは各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは各面間隔（単位：ｍｍ）、ｎは入射光（波長０．２４８μｍ）に対する媒質の屈折率をそれぞれ示し、ｋは図１３に示す再結像光学系のレンズ番号に一致する。
【０１０９】
なお、表５に示す非球面に関する諸係数は、非球面の任意の点における光軸に垂直な方向の高さをｈ、光軸に沿った方向の距離をｘ、頂点の曲率半径をｒ、曲面係数をＫとし、非球面係数をＡからＤのアルファベットとした時、前述の（１）式でＥ＝Ｆ＝０として表される。
【０１１０】
以上に説明したように、本実施例は凹レンズと凸レンズの間に軸外光束の主光線と光軸との交点を位置させることにより、少ないレンズ枚数の光学系を採用していながら、再集光位置を光学部材内に存在させること無く、実用上許容範囲内の横収差に抑えて、歪曲収差を良好に補正し、射出テレセン度を実用上の限界値内に抑えられる再結像光学系とすることが出来る。
【０１１１】
本実施例で説明した再結像光学系も、第３の実施例で説明したと同様に、図１７に示すような構成の投影露光装置において、第１集光光学系４６とミラー４７と第２集光光学系４８で構成されるマスク結像光学系に置き換えて適用することが出来る。
【０１１２】
本実施例の再結像光学系の入射ＮＡが０．４で結像倍率が−２．０なので、レチクル面対ウエハ基盤面間の結像倍率が−０．２５で、ウエハ側の開口数が０．８となる投影光学系を用いることが出来る。結像側の開口数ＮＡＷが０．７以上の投影光学系を採用する時に、本実施例で示したような再結像光学系が特に効果的である。
【０１１３】
このような構成の再結像光学系をマスク結像光学系として照明光学系に適用することにより、光エネルギー密度の高くなる再集光位置を光学材料内に存在させること無く、より少ないレンズ枚数、より小規模な構成で、構造的制約条件や光学材料径の制約条件を満足させて、投影光学系の更なる高ＮＡ化を実現させる照明光学系および投影露光装置を提供することが出来る。
【０１１４】
以上の実施例による再結像光学系に関する技術を、投影露光装置に用いられる照明光学系におけるσ連続可変光学系やマスク結像光学系に適用すれば、以下に述べる二つの効果を同時に実現させることが出来る。
【０１１５】
第一の効果としては、再集光位置すなわち光エネルギー密度が高くなる位置を、光学部材内に存在させることことが無い。これによって、レンズの材料として使用する光学材料の内部透過率の劣化や、レンズ表面に施した反射防止膜の劣化を未然に防止することが出来る。その結果、照明光学系の照度劣化による露光装置のスループットを向上させる効果がある。
【０１１６】
そして、第二の効果としては、より簡素な光学系により前記第一の効果を発揮させることが出来る。その結果、従来並のコストおよび装置の規模を維持しながら、投影光学系のσ値や開口数ＮＡにおいて、より幅の広い照明状態を実現できる。その結果、半導体素子の製造工程において、より多様な回路パターンを焼き付けることが出来るという効果がある。
【実施例６】
【０１１７】
次に、上述の露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。
【０１１８】
図１８は半導体装置（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネルやＣＣＤ）の製造フローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体装置の回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハとを用いて、リソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４よって作成されたウエハを用いてチップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作成された半導体装置の動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体装置が完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【０１１９】
図１９は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２ではウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハにレジスト（感材）を塗布する。ステップ１６（露光）では上記投影露光装置によってマスクの回路パタ−ンの像でウエハを露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらステップを繰り返し行なうことによりウエハ上に回路パタ−ンが形成される。
【０１２０】
本実施例の製造方法を用いれば、従来は難しかった高集積度のデバイスを製造することが可能になる。
【０１２１】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明に係る第１の実施例の説明図である。
【図２】本発明に係る第１の実施例に用いた再結像光学系の変倍状況を説明する図である。
【図３】本発明に係る第１の実施例に用いた再結像光学系における最小σポジションＰ１の収差図である。
【図４】本発明に係る第１の実施例に用いた再結像光学系における最大σポジションＰ３の収差図である。
【図５】本発明に係る第２の実施例の説明図である。
【図６】本発明に係る第２の実施例に用いた再結像光学系の変倍状況を説明する図である。
【図７】本発明に係る第２の実施例に用いたリレー光学系と再結像光学系の合成光学系における最小σポジションＰ１の収差図である。
【図８】本発明に係る第２の実施例に用いたリレー光学系と再結像光学系の合成光学系における最大σポジションＰ３の収差図である。
【図９】本発明に係る第３の実施例の説明図である。
【図１０】本発明に係る第３の実施例に用いた再結像光学系の収差図である。
【図１１】本発明に係る第４の実施例の説明図である。
【図１２】本発明に係る第４の実施例に用いた再結像光学系の収差図である。
【図１３】本発明に係る第５の実施例の説明図である。
【図１４】本発明に係る第５の実施例に用いた再結像光学系の収差図である。
【図１５】投影露光装置におけるσ連続可変光学系として、本発明に係る第１の実施例に用いた再結像光学系を適用した場合の概略図。
【図１６】投影露光装置におけるσ連続可変光学系として、本発明に係る第２の実施例に用いた再結像光学系を適用した場合の概略図。
【図１７】投影露光装置におけるマスク結像光学系として、本発明に係る第３の実施例に用いた再結像光学系を適用した場合の概略図。
【図１８】デバイスの製造フローを示す図である。
【図１９】図１８のウエハプロセスを示す図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１，２１，４１  エキシマレーザー
２，２２，４２  ビーム整形光学系
３，６，２４，２７，４３，１３４，１４４，１５４  リレー光学系
４５  σ連続可変光学系
４４，１１１  柱状ガラス
４，２５  変倍光学系
１１２，１３１，１４１，１５１  ハエの目レンズ
１２１  第１ハエの目レンズ
１２２  第２ハエの目レンズ
７，２８，１３９，１４９，１５９  マスク面
２９  マスク結像光学系
９，３０，１３２，１４２，１５２  レチクル
１０，３１，５０  投影光学系
１１，３２，５１  ウエハ
１２，３３，５２，１１５，１２５，１３５，１４５，１５５  光軸
１１９，１２９  開口絞り
１１３  二次光源位置
１１６，１２６  二次光源再集光位置
１１４，１２４，１３４，１４４，１５４  光路折り曲げ部
１３８，１４８，１５８  軸外光束の主光線と光軸の交点位置
１３７，１４７，１５７  軸外光束の主光線
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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