(57)【要約】【課題】十分に大きな像側開口数を確保しつつ、マスクまたは感光性基板と主要光学系との間に十分に大きな作動距離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】反射主鏡（ＣＭ）と、その往復光路中に配置された第１レンズ群Ｇ１とを有する主要光学系（ＭＯ）と、第１面（Ｍ）からの光を主要光学系に向かって反射する第１裏面反射プリズム（Ｐ１）と、主要光学系からの光を第２面（Ｐ）に向かって反射する第２裏面反射プリズム（Ｐ２）と、第１面と第１裏面反射プリズムとの間の光路中に配置された第２レンズ群（Ｇ２）と、第２裏面反射プリズムと第２面との間の光路中に配置された第３レンズ群（Ｇ３）とを備えている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
反射主鏡、および該反射主鏡が形成する往復光路中に配置された第１レンズ群とを有する主要光学系と、
前記第１面からの光を前記主要光学系に向かって反射するための第１裏面反射プリズムと、
前記主要光学系からの光を前記第２面に向かって反射するための第２裏面反射プリズムと、
前記第１面と前記第１裏面反射プリズムとの間の光路中に配置された第２レンズ群と、
前記第２裏面反射プリズムと前記第２面との間の光路中に配置された第３レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群を構成するすべての光学部材は、第１の屈折率を有する光学材料により形成され、
前記第２レンズ群中の少なくとも１つの光学部材および前記第３レンズ群中の少なくとも１つの光学部材は、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する光学材料により形成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の屈折率を有する光学材料は石英であ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２の屈折率は前記第１の屈折率よりも大きい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１裏面反射プリズムおよび前記第２裏面反射プリズムは、石英により形成されて入射光を９０度偏向して射出する直角プリズムであり、その反射面には金属膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項５】
前記金属膜はアルミニウム膜を含むことを特徴とする請求項４に記載の投影光学系。
【請求項６】
前記第２面側の開口数は０．１５よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項７】
第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
反射主鏡を含む主要光学系と、
前記第１面からの光を前記主要光学系に向かって反射するための第１反射鏡と、
前記主要光学系からの光を前記第２面に向かって反射するための第２反射鏡とを備え、
前記第１面と前記第１反射鏡との間の光路中および前記第２反射鏡と前記第２面との間の光路中には、前記主要光学系で発生する歪曲収差と像面湾曲とを独立に補正するための補正機構が設けられていることを特徴とする投影光学系。
【請求項８】
第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
反射主鏡を含む主要光学系と、
前記第１面からの光を前記主要光学系に向かって反射するための第１反射鏡と、
前記主要光学系からの光を前記第２面に向かって反射するための第２反射鏡とを備え、
前記第１面と前記第１反射鏡との間の光路中および前記第２反射鏡と前記第２面との間の光路中には、前記主要光学系で発生する偏心収差を補正するための補正機構が設けられていることを特徴とする投影光学系。
【請求項９】
前記補正機構は、前記第１面と前記第１反射鏡との間の光路中に配置されて所定の軸線を中心とした回転および所定の方向に沿った移動のうちの少なくとも一方の姿勢変更が可能な第１補正レンズと、前記第２反射鏡と前記第２面との間の光路中に配置されて所定の軸線を中心とした回転および所定の方向に沿った移動のうちの少なくとも一方の姿勢変更が可能な第２補正レンズとを有することを特徴とする請求項７または８に記載の投影光学系。
【請求項１０】
前記投影光学系は、前記反射主鏡の光軸に関して対称に構成されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項１１】
前記第１補正レンズと前記第２補正レンズとは、対で姿勢変更されるように構成されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の投影光学系。
【請求項１２】
前記第１反射鏡および前記第２反射鏡は裏面反射プリズムであることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項１３】
前記投影光学系は、前記反射主鏡としての凹面反射鏡と、該凹面反射鏡が形成する往復光路中に配置されたレンズ群とを備え、
前記第１反射鏡は、前記第１面と前記レンズ群との間の光路中に位置決めされ、
前記第２反射鏡は、前記レンズ群と前記第２面との間の光路中に位置決めされていることを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項１４】
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１３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１５】
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に形成されたパターンを前記感光性基板上に投影露光することを特徴とする請求項１４に記載の露光装置。
【請求項１６】
前記第１面に設定されたマスクを照明し、請求項１乃至１３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１７】
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に形成されたパターンを前記感光性基板上に投影露光することを特徴とする請求項１６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、投影光学系、露光装置および露光方法に関し、特に液晶表示パネル等のデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される走査型露光装置に好適な反射屈折型の投影光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ワープロや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、プレート（ガラス基板）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、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。
【０００３】
なお、最近では、液晶表示パネルの大面積化の要求が高まっており、その要求に伴ってこの種の露光装置においても露光領域の拡大が望まれている。そこで、露光領域を拡大するために、いわゆる走査型露光装置が提案されている。走査型露光装置では、投影光学系に対してマスクとプレートとを移動させつつ、マスクのパターンをプレート上に投影露光する。従来、投影光学系として、反射主鏡が形成する往復光路中にレンズ群を配置して構成された主要光学系を含む反射屈折型の光学系が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような主要光学系を含む反射屈折型の投影光学系を用いる従来の走査型露光装置では、マスクおよび感光性基板（プレート）の走査を高精度に且つ容易に行うために、マスクと感光性基板とを互いに平行に設定した上でマスクまたは感光性基板と主要光学系との間に十分に大きな作動距離を確保するとともに、十分に大きな像側開口数を確保する必要がある。
【０００５】
また、上述のような主要光学系を含む反射屈折型の投影光学系を用いる従来の走査型露光装置では、マスクのパターンを感光性基板上に高精度に且つ忠実に投影露光するために、主要光学系で発生する偏心収差や歪曲収差や像面湾曲などを良好に補正する必要があり、特に主要光学系で発生する歪曲収差と像面湾曲とを独立に補正する必要がある。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、十分に大きな像側開口数を確保しつつ、マスクまたは感光性基板と主要光学系との間に十分に大きな作動距離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、十分に大きな像側開口数およびマスクまたは感光性基板と主要光学系との間の十分に大きな作動距離を有する反射屈折型の投影光学系を用いて、マスクおよび感光性基板の走査を高精度に且つ容易に行うことにより良好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。
【０００７】
また、本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、主要光学系で発生する偏心収差や歪曲収差や像面湾曲などを良好に補正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、主要光学系で発生する歪曲収差や像面湾曲や偏心収差などが良好に補正された反射屈折型の投影光学系を用いて、マスクのパターンを感光性基板上に高精度に且つ忠実に投影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。
【０００８】
【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面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
反射主鏡、および該反射主鏡が形成する往復光路中に配置された第１レンズ群とを有する主要光学系と、
前記第１面からの光を前記主要光学系に向かって反射するための第１裏面反射プリズムと、
前記主要光学系からの光を前記第２面に向かって反射するための第２裏面反射プリズムと、
前記第１面と前記第１裏面反射プリズムとの間の光路中に配置された第２レンズ群と、
前記第２裏面反射プリズムと前記第２面との間の光路中に配置された第３レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群を構成するすべての光学部材は、第１の屈折率を有する光学材料により形成され、
前記第２レンズ群中の少なくとも１つの光学部材および前記第３レンズ群中の少なくとも１つの光学部材は、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する光学材料により形成されていることを特徴とする投影光学系を提供する。
【０００９】
第１形態の好ましい態様によれば、前記第１の屈折率を有する光学材料は石英である。また、前記第２の屈折率は前記第１の屈折率よりも大きいことが好ましい。また、前記第１裏面反射プリズムおよび前記第２裏面反射プリズムは、石英により形成されて入射光を９０度偏向して射出する直角プリズムであり、その反射面には金属膜が形成されていることが好ましい。この場合、前記金属膜はアルミニウム膜を含むことが好ましい。また、第１形態では、前記第２面側の開口数は０．１５よりも大きいことが好ましい。
【００１０】
本発明の第２形態では、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
反射主鏡を含む主要光学系と、
前記第１面からの光を前記主要光学系に向かって反射するための第１反射鏡と、
前記主要光学系からの光を前記第２面に向かって反射するための第２反射鏡とを備え、
前記第１面と前記第１反射鏡との間の光路中および前記第２反射鏡と前記第２面との間の光路中には、前記主要光学系で発生する歪曲収差と像面湾曲とを独立に補正するための補正機構が設けられていることを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１１】
本発明の第３形態では、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
反射主鏡を含む主要光学系と、
前記第１面からの光を前記主要光学系に向かって反射するための第１反射鏡と、
前記主要光学系からの光を前記第２面に向かって反射するための第２反射鏡とを備え、
前記第１面と前記第１反射鏡との間の光路中および前記第２反射鏡と前記第２面との間の光路中には、前記主要光学系で発生する偏心収差を補正するための補正機構が設けられていることを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１２】
第２形態および第３形態の好ましい態様によれば、前記補正機構は、前記第１面と前記第１反射鏡との間の光路中に配置されて所定の軸線を中心とした回転および所定の方向に沿った移動のうちの少なくとも一方の姿勢変更が可能な第１補正レンズと、前記第２反射鏡と前記第２面との間の光路中に配置されて所定の軸線を中心とした回転および所定の方向に沿った移動のうちの少なくとも一方の姿勢変更が可能な第２補正レンズとを有する。
【００１３】
また、第２形態および第３形態の好ましい態様によれば、前記投影光学系は、前記反射主鏡の光軸に関して対称に構成されている。また、前記第１補正レンズと前記第２補正レンズとは、対で姿勢変更されるように構成されていることが好ましい。また、前記第１反射鏡および前記第２反射鏡は裏面反射プリズムであることが好ましい。
【００１４】
また、第２形態および第３形態の好ましい態様によれば、前記投影光学系は、前記反射主鏡としての凹面反射鏡と、該凹面反射鏡が形成する往復光路中に配置されたレンズ群とを備え、前記第１反射鏡は、前記第１面と前記レンズ群との間の光路中に位置決めされ、前記第２反射鏡は、前記レンズ群と前記第２面との間の光路中に位置決めされている。あるいは、前記投影光学系は、前記反射主鏡としての凹面反射鏡と、該凹面反射鏡で反射された前記第１面からの光を前記凹面反射鏡へ向けるための凸面反射鏡とを備え、前記第１反射鏡は、前記第１面と前記凹面反射鏡との間の光路中に位置決めされ、前記第２反射鏡は、前記凹面反射鏡と前記第２面との間の光路中に位置決めされていることが好ましい。
【００１５】
本発明の第４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〜第３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に形成されたパターンを前記感光性基板上に投影露光することが好ましい。
【００１６】
本発明の第５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〜第３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に形成されたパターンを前記感光性基板上に投影露光することが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。本実施形態では、液晶表示パネルの製造に用いられる走査型の露光装置に対して本発明を適用している。図１では、投影光学系ＰＬの基準光軸ＡＸに平行にＺ軸を、基準光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に平行にＹ軸を、基準光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に垂直にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００１８】
図１に示す露光装置は、たとえば超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Ｐ１に光源像を形成する。楕円鏡２の第２焦点位置Ｐ１に形成された光源像からの光束は、コレクターレンズ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のみを透過させる波長選択フィルター（不図示）に入射する。
【００１９】
波長選択フィルターを介して選択された露光波長（たとえばｉ線：３６５ｎｍ）の光は、第１フライアイインテグレータ５に入射する。なお、楕円鏡２の第２焦点位置Ｐ１の近傍にはシャッター（不図示）が設けられ、このシャッターにより露光状態と非露光状態との間で切換えを行うように構成されている。第１フライアイインテグレータ５は、たとえば正方形状の断面を有する多数の正レンズエレメントをその中心軸線が光軸に沿って延び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。
【００２０】
したがって、第１フライアイインテグレータ５に入射した光束は、多数のレンズエレメントにより二次元的に分割され、第１フライアイインテグレータ５の後側焦点面（すなわち射出面の近傍）にレンズエレメントの数と同数の光源像を形成する。すなわち、第１フライアイインテグレータ５の後側焦点面には、実質的な面光源が形成される。第１フライアイインテグレータ５の後側焦点面に形成された多数の光源像からの光束は、第１リレーレンズ６を介した後、第２フライアイインテグレータ７を重畳的に照明する。
【００２１】
こうして、第２フライアイインテグレータ７の入射面には、第１フライアイインテグレータ５の各レンズエレメントの断面形状に相似な正方形状の照野が形成される。なお、第１リレーレンズ６は、第１フライアイインテグレータ５の後側焦点面と第２フライアイインテグレータ７の後側焦点面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。第２フライアイインテグレータ７は、正の屈折力を有する多数のシリンドリカルレンズエレメントをその中心軸線が光軸に沿って延び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。
【００２２】
そして、第２フライアイインテグレータ７を構成する各シリンドリカルレンズエレメントは、その入射面と光学的に共役に配置されたマスクＭ上において形成すべき照野の形状（ひいてはプレートＰ上において形成すべき露光視野の形状）とほぼ相似なスリット状（細長い矩形状）の断面を有する。したがって、第２フライアイインテグレータ７に入射した光束は多数のシリンドリカルレンズエレメントにより二次元的に分割され、その後側焦点面（すなわち射出面の近傍）には第１フライアイインテグレータ５のレンズエレメントの数と第２フライアイインテグレータ７のシリンドリカルレンズエレメントの数との積に等しい数の多数の光源像（二次光源）が形成される。
【００２３】
なお、シリンドリカルレンズエレメントによる第２フライアイインテグレータを段違いに配置することにより、スリット状断面の縦方向と横方向との照度差を低減することができる（詳細は特願平７−１３０４３８号公報を参照）。また、本実施形態では、照度均一性を向上させるためにダブルフライアイ方式の構成をとっているが、エレメントを長方形にした正の屈折力を有する１つのフライアイインテグレータのみで構成することもできる。
【００２４】
第２フライアイインテグレータ７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ＡＳにより制限された後、第２リレーレンズ８に入射する。開口絞りＡＳ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、照明に寄与する二次光源の範囲を規定するための可変開口部を有する。開口絞りＡＳは、この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光源像の口径の比）を所望の値に設定する。
【００２５】
第２リレーレンズ８を介して集光された光束は、照明視野絞りとしてのマスクブラインド９を重畳的に照明する。マスクブラインド９の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系としてのブラインドリレー系１０およびその光路中の配置された折り曲げミラー１１を介して、マスクＭを重畳的に照明する。ここで、ブラインドリレー系１０はマスクブラインド９とマスクＭとを光学的にほぼ共役に配置しており、マスクＭ上にはブラインドリレー系１０を介してマスクブラインド９の矩形状の開口部の像が形成される。
【００２６】
マスクＭは、マスクホルダ（不図示）を介して、マスクステージＭＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。マスクＭには転写すべきパターンが形成されており、パターン領域全体のうちＸ方向に沿って長辺を有する細長い矩形状のパターン領域が照明される。マスクステージＭＳは、図示を省略した駆動系の作用により、マスク面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はマスク干渉計（不図示）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。
【００２７】
マスクＭを透過した光束は、反射屈折型の投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるプレートＰに達する。こうして、プレートＰ上には、マスクＭのパターン像が形成される。ここで、上述したように第２フライアイインテグレータ７の後側焦点面近傍の開口絞りＡＳと投影光学系ＰＬの入射瞳面とがほぼ共役に配置されているので、投影光学系ＰＬの入射瞳面上に二次光源の像が形成され、マスクＭおよびプレートＰがいわゆるケーラー照明される。
【００２８】
プレートＰは、プレートホルダ（不図示）を介して、基板ステージＰＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。そして、マスクＭ上の照明領域に光学的に対応するように、プレートＰ上ではＸ方向に沿って長辺を有する細長い矩形状の露光視野（静止露光領域）にパターン像が形成される。基板ステージＰＳは、図示を省略した駆動系の作用によりプレート面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はプレート干渉計（不図示）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】
上述したように、マスクＭ上の照明領域およびプレートＰ上の露光視野は、Ｘ方向に沿って長辺を有する細長い矩形状である。したがって、駆動系および干渉計などを用いてマスクＭおよびプレートＰの位置制御を行いながら、Ｙ方向に沿ってマスクステージＭＳと基板ステージＰＳとを、ひいてはマスクＭとプレートＰとを同期的に移動（走査）させることにより、プレートＰ上には矩形状の露光視野のＸ方向の長さに応じた幅を有し且つプレートＰの走査量（相対的には露光視野の走査量）に応じた長さを有する単位露光領域に対してマスクパターンが走査露光される。
【００３０】
図２は、図１の露光装置に搭載された投影光学系の内部構成を概略的に示す図である。また、図３は、図２の投影光学系によりプレート上に形成される露光視野と基準光軸との位置関係を概略的に示す図である。図２を参照すると、本実施形態の投影光学系ＰＬは、反射主鏡としての凹面反射鏡ＣＭ、および凹面反射鏡ＣＭが形成する往復光路中に配置された第１レンズ群Ｇ１とを有する主要光学系ＭＯを備えている。
【００３１】
また、本実施形態の投影光学系ＰＬは、マスクＭからの光を主要光学系ＭＯに向かって反射するための第１裏面反射プリズムＰ１と、主要光学系ＭＯからの光をプレートＰに向かって反射するための第２裏面反射プリズムＰ２と、マスクＭと第１裏面反射プリズムＰ１との間の光路中に配置された第２レンズ群Ｇ２と、第２裏面反射プリズムＰ２とプレートＰとの間の光路中に配置された第３レンズ群Ｇ３とを備えている。ここで、第１裏面反射プリズムＰ１および第２裏面反射プリズムＰ２は、入射光を９０度偏向して射出する直角プリズムである。
【００３２】
また、第２レンズ群Ｇ２は、マスクＭからの光の入射順に、入射側に平面を向けた平凸レンズＬ２１と、入射側に凹面を向けた平凹レンズＬ２２と、平行平面板Ｌ２３とにより構成されている。また、第１レンズ群Ｇ１は、第１裏面反射プリズムＰ１からの光の入射順に、入射側に平面を向けた平凸レンズＬ１１と、両凸レンズＬ１２と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１３と、入射側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１４と、両凸レンズＬ１５と、両凸レンズＬ１６と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１７と、両凹レンズＬ１８とにより構成されている。
【００３３】
また、第３レンズ群Ｇ３は、第２裏面反射プリズムＰ２からの光の入射順に、平行平面板Ｌ３３と、入射側に平面を向けた平凹レンズＬ３２と、入射側に凸面を向けた平凸レンズＬ３１とにより構成されている。ここで、投影光学系ＰＬの基準光軸ＡＸは、第１裏面反射プリズムＰ１の反射面の仮想延長面と第２裏面反射プリズムＰ２の反射面の仮想延長面との交線を通りＺ方向に延びる軸線として設定されている。そして、主要光学系ＭＯの光軸ＡＸ１は、上記仮想延長面の交線と基準光軸ＡＸとの交点からＹ方向に延びる軸線として設定されている。
【００３４】
こうして、第１レンズ群Ｇ１を構成するレンズＬ１１〜Ｌ１８および凹面反射鏡ＣＭは、光軸ＡＸ１に沿って配置されている。また、第２レンズ群Ｇ２を構成する光学部材Ｌ２１〜Ｌ２３および第３レンズ群Ｇ３を構成する光学部材Ｌ３１〜Ｌ３３は、基準光軸ＡＸに沿って配置されている。ただし、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３を構成する光学部材は、マスクＭ上の照明領域およびプレートＰ上の露光視野にそれぞれ対応するほぼ半円形状の領域を残し、基準光軸ＡＸから＋Ｙ方向のほぼ半円形状の領域が切り欠かれている。
【００３５】
本実施形態の投影光学系ＰＬでは、マスクＭからの光が、第２レンズ群Ｇ２を透過し、第１裏面反射プリズムＰ１で反射され、第１レンズ群Ｇ１を介して凹面反射鏡ＣＭに入射する。凹面反射鏡ＣＭで反射された光は、第１レンズ群Ｇ１を透過し、第２裏面反射プリズムＰ２で反射され、第３レンズ群Ｇ３を介してプレートＰ上に達する。こうして、図３に示すように、Ｘ方向に細長い矩形状の露光視野（図中斜線部で示す）には、マスクＭのパターン像が形成される。露光視野は、Ｘ方向に沿った長辺寸法がＬＸで、Ｙ方向に沿った短辺寸法がＬＹで、その中心が基準光軸ＡＸから−Ｙ方向に軸外し量Ａだけ偏心している。
【００３６】
本実施形態において、露光光（ｉ線）の波長λは、３６５ｎｍである。また、本実施形態において、投影光学系ＰＬを構成する透過光学部材のうち、第１レンズ群Ｇ１中のすべてのレンズＬ１１〜Ｌ１８、第１裏面反射プリズムＰ１、第２裏面反射プリズムＰ２、第２レンズ群Ｇ２中の平行平面板Ｌ２３、および第３レンズ群Ｇ３中の平行平面板Ｌ３３は、露光光に対する屈折率が１．４７４５９の石英により形成されている。
【００３７】
一方、第２レンズ群Ｇ２中の平凸レンズＬ２１および平凹レンズＬ２２と、第３レンズ群Ｇ３中の平凸レンズＬ３１および平凹レンズＬ３２とは、上記石英よりも屈折率の大きい所定の光学材料、すなわち露光光に対する屈折率が１．６１５６７の光学材料により形成されている。また、本実施形態において、投影光学系ＰＬは、反射主鏡としての凹面反射鏡ＣＭの光軸ＡＸ１に関して対称に構成されている。換言すれば、本実施形態の投影光学系ＰＬは、収差補正の観点において有利な等倍光学系として構成されている。
【００３８】
次の表（１）に、本実施形態にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。表（１）において、λは露光光の波長を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、Ｙｍは最大像高を、ＬＸは露光視野のＸ方向に沿った寸法（長辺の寸法）を、ＬＹは露光視野のＹ方向に沿った寸法（短辺の寸法）を、Ａは露光視野の中心から基準光軸ＡＸまでの距離（軸外し量）をそれぞれ表している。また、面番号はマスクＭから光が入射する面の順序を、ｒは各面の曲率半径（ｍｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、ｎは露光光に対する屈折率をそれぞれ示している。なお、表（１）には、投影光学系ＰＬが凹面反射鏡ＣＭの光軸ＡＸ１に関して対称であることを考慮し、マスクＭから凹面反射鏡ＣＭまでの諸元の値のみを示している。
【００３９】
【表１】
2005024814.tif 000003
2005024814.tif 000004
【００４０】
本実施形態では、マスクＭからの光を主要光学系ＭＯへ導くための偏向素子および主要光学系ＭＯからの光をプレートＰへ導くための偏向素子として、裏面反射プリズム（直角プリズム）Ｐ１およびＰ２を用いている。その結果、マスクＭと主要光学系ＭＯとの間の光路および主要光学系ＭＯとプレートＰとの間の光路を、空気よりも屈折率の高い光学材料により比較的高い充填率にしたがって充填する（埋める）ことができ、ひいてはＮＡ＝０．２３という十分に大きな像側開口数を確保しつつ、マスクＭまたはプレートＰと主要光学系ＭＯとの間に十分に大きな作動距離を確保することができる。したがって、本実施形態の露光装置では、マスクＭおよびプレートＰの走査を高精度に且つ容易に行うことにより、良好な投影露光を行うことができる。
【００４１】
また、本実施形態では、第１レンズ群Ｇ１を構成するすべてのレンズ成分（光学部材）が、露光光（ｉ線）に対して十分に大きな透過率を有する石英により形成されている。このため、第１レンズ群Ｇ１においてレーザ光の照射によるレンズ成分の熱吸収がほとんど発生することなく、レンズ成分の部分的な温度上昇に起因する部分的な変形や屈折率変化を回避し、ひいては投影光学系ＰＬの結像性能の低下を回避することができる。その結果、本実施形態では、照射エネルギを大きく設定したスループットの高い高精度な露光装置を実現することができる。
【００４２】
また、本実施形態では、第２レンズ群Ｇ２中の平凸レンズＬ２１および平凹レンズＬ２２と、第３レンズ群Ｇ３中の平凸レンズＬ３１および平凹レンズＬ３２とが、上記石英よりも屈折率の大きい光学材料により形成されている。その結果、マスクＭと主要光学系ＭＯとの間の光路および主要光学系ＭＯとプレートＰとの間の光路に介在するレンズの屈折率が大きくなり、マスクＭまたはプレートＰと主要光学系ＭＯとの間の作動距離をさらに大きく確保することが可能になる。なお、この場合、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３中のレンズにおける光の透過率が主要光学系ＭＯ中のレンズよりも多少悪くなるが、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３中のレンズの方が主要光学系ＭＯ中のレンズよりも小径で且つ薄いため、部分的な変形や屈折率変化が起こりにくく影響は少ない。
【００４３】
ところで、本実施形態では、第１裏面反射プリズムＰ１および第２裏面反射プリズムＰ２が、１．４７４５９の屈折率を有する石英により形成された直角プリズムである。この場合、第１裏面反射プリズムＰ１の反射面および第２裏面反射プリズムＰ２の反射面における全反射角度は４２．７度である。また、第１裏面反射プリズムＰ１の反射面への入射光束の開口数と、第１裏面反射プリズムＰ１の反射面への最大入射角および最小入射角との関係は、以下の  表（２）に示す通りである。
【００４４】
【表２】
2005024814.tif 000005
【００４５】
本実施形態にかかる投影光学系ＰＬの像側開口数（物体側開口数も同じ）ＮＡは０．２３であるから、表（２）を参照すると、第１裏面反射プリズムＰ１の反射面および第２裏面反射プリズムＰ２の反射面においてすべての入射光を全反射することができないことがわかる。そこで、本実施形態では、第１裏面反射プリズムＰ１の反射面および第２裏面反射プリズムＰ２の反射面に反射膜を形成し、この反射膜の作用によりすべての入射光を反射することが好ましい。
【００４６】
この場合、反射膜としては、反射率が入射角に依存する誘電体膜よりも、反射率が入射角に依存しない金属膜を用いることが好ましい。もちろん、金属膜の上に誘電体膜を形成することもできる。また、金属膜はアルミニウム膜を含むことが好ましい。この場合、通常はアルミニウムを反射面に蒸着した後に、アルミニウム膜を保護するための保護膜を蒸着により形成する。なお、本実施形態にかかる投影光学系ＰＬの像側開口数ＮＡは０．２３であるが、一般に所望の高解像度を得るためには像側開口数が０．１５よりも大きいことが望ましい。
【００４７】
図４は、本実施形態の投影光学系において姿勢変更が可能な補正レンズの構成および動作を概略的に示す図である。図４を参照すると、第２レンズ群Ｇ２中の平凹レンズＬ２２は、平凹レンズＬ２２の凹面と平凸レンズＬ２１の凸面との間の基準光軸ＡＸ上の点を原点とする局所座標（ｘ，ｙ，ｚ）において、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向に沿って移動可能であり、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を中心として回転可能である。ここで、局所座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、上述した全体座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対応するように設定されている。
【００４８】
同様に、第３レンズ群Ｇ３中の平凹レンズＬ３２は、平凹レンズＬ３２の凹面と平凸レンズＬ３１の凸面との間の基準光軸ＡＸ上の点を原点とする局所座標（ｘ，ｙ，ｚ）において、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向に沿って移動可能であり、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を中心として回転可能である。このように、平凹レンズＬ２２は、マスクＭと第１裏面反射プリズムＰ１との間の光路中に配置されて姿勢変更が可能な第１補正レンズを構成している。また、平凹レンズＬ３２は、第２裏面反射プリズムＰ２とプレートＰとの間の光路中に配置されて姿勢変更が可能な第２補正レンズを構成している。
【００４９】
図５は、第２レンズ群中の第１補正レンズとしての平凹レンズの作用を模式的に説明する図である。図５において、（ａ）および（ｂ）は第１補正レンズとしての平凹レンズＬ２２をｘ軸廻りにα＝＋０．１度だけ回転させたときに像面上で発生する歪曲収差および像面湾曲をそれぞれ示している。また、（ｃ）および（ｄ）は平凹レンズＬ２２をｙ軸廻りにβ＝＋０．１度だけ回転させたときに像面上で発生する歪曲収差および像面湾曲をそれぞれ示している。また、（ｅ）および（ｆ）は平凹レンズＬ２２をｚ方向に＋０．１ｍｍだけ移動させたときに像面上で発生する歪曲収差および像面湾曲をそれぞれ示している。なお、図５および以降の関連する図６〜図８において、破線グリッドは理想像面に対応し、実線グリッドは発生する収差に対応している。
【００５０】
図６は、第３レンズ群中の第２補正レンズとしての平凹レンズの作用を模式的に説明する図である。図６において、（ａ）および（ｂ）は第２補正レンズとしての平凹レンズＬ３２をｘ軸廻りにα＝＋０．１度だけ回転させたときに像面上で発生する歪曲収差および像面湾曲をそれぞれ示している。また、（ｃ）および（ｄ）は平凹レンズＬ３２をｙ軸廻りにβ＝＋０．１度だけ回転させたときに像面上で発生する歪曲収差および像面湾曲をそれぞれ示している。また、（ｅ）および（ｆ）は平凹レンズＬ３２をｚ方向に＋０．１ｍｍだけ移動させたときに像面上で発生する歪曲収差および像面湾曲をそれぞれ示している。
【００５１】
図７は、第１補正レンズとしての平凹レンズと第２補正レンズとしての平凹レンズとの協働作用を模式的に説明する第１の図である。図７において、（ａ）および（ｂ）は第１補正レンズとしての平凹レンズＬ２２および第２補正レンズとしての平凹レンズＬ３２をともにｘ軸廻りにα＝＋０．１度だけ回転させたときに像面上で発生する歪曲収差および像面湾曲をそれぞれ示している。この場合、歪曲収差が発生することなく、像面湾曲だけが発生する。
【００５２】
図７において、（ｃ）および（ｄ）は第１補正レンズとしての平凹レンズＬ２２および第２補正レンズとしての平凹レンズＬ３２をともにｙ軸廻りにβ＝＋０．１度だけ回転させたときに像面上で発生する歪曲収差および像面湾曲をそれぞれ示している。この場合、図７の（ａ）および（ｂ）と同様に、歪曲収差が発生することなく、像面湾曲だけが発生する。
【００５３】
図７において、（ｅ）および（ｆ）は第１補正レンズとしての平凹レンズＬ２２および第２補正レンズとしての平凹レンズＬ３２をともにｚ方向に＋０．１ｍｍだけ移動させたときに像面上で発生する歪曲収差および像面湾曲をそれぞれ示している。この場合、図７の（ａ）および（ｂ）とは逆に、像面湾曲が発生することなく、歪曲収差だけが発生する。
【００５４】
図８は、第１補正レンズとしての平凹レンズと第２補正レンズとしての平凹レンズとの協働作用を模式的に説明する第２の図である。図８において、（ａ）および（ｂ）は第１補正レンズとしての平凹レンズＬ２２をｘ軸廻りにα＝＋０．１度だけ回転させ且つ第２補正レンズとしての平凹レンズＬ３２をｘ軸廻りにα＝−０．１度だけ回転させたときに像面上で発生する歪曲収差および像面湾曲をそれぞれ示している。この場合、図７の（ａ）および（ｂ）とは逆に、像面湾曲が発生することなく、歪曲収差だけが発生する。
【００５５】
図８において、（ｃ）および（ｄ）は第１補正レンズとしての平凹レンズＬ２２をｙ軸廻りにβ＝＋０．１度だけ回転させ且つ第２補正レンズとしての平凹レンズＬ３２をｙ軸廻りにβ＝−０．１度だけ回転させたときに像面上で発生する歪曲収差および像面湾曲をそれぞれ示している。この場合、図７の（ｃ）および（ｄ）とは逆に、像面湾曲が発生することなく、歪曲収差だけが発生する。
【００５６】
図８において、（ｅ）および（ｆ）は第１補正レンズとしての平凹レンズＬ２２をｚ方向に＋０．１ｍｍだけ移動させ且つ第２補正レンズとしての平凹レンズＬ３２をｚ方向に−０．１ｍｍだけ移動させたときに像面上で発生する歪曲収差および像面湾曲をそれぞれ示している。この場合、図７の（ｅ）および（ｆ）とは逆に、歪曲収差が発生することなく、像面湾曲だけが発生する。
【００５７】
上述のように、本実施形態では、投影光学系ＰＬが凹面反射鏡ＣＭの光軸ＡＸ１に関して対称に構成されているので、第１補正レンズとしての平凹レンズＬ２２と第２補正レンズ平凹レンズＬ３２とを対で姿勢変更することにより、主要光学系ＭＯで発生する歪曲収差と像面湾曲とを独立に補正することができる。その結果、本実施形態では、マスクＭのパターンをプレートＰ上に高精度に且つ忠実に投影露光することができる。このように、第１補正レンズとしての平凹レンズＬ２２および第２補正レンズ平凹レンズＬ３２は、主要光学系ＭＯで発生する歪曲収差と像面湾曲とを独立に補正するための補正機構を構成している。
【００５８】
また、図示を省略したが、本実施形態において、第１補正レンズとしての平凹レンズＬ２２または第２補正レンズ平凹レンズＬ３２を、ｘ方向またはｙ方向に移動させたり、ｘ軸廻りまたはｙ軸廻りに回転させたりすることにより、主要光学系ＭＯで発生する偏心収差を補正することもできる。換言すれば、第１補正レンズとしての平凹レンズＬ２２または第２補正レンズ平凹レンズＬ３２により、主要光学系ＭＯで発生する偏心収差を補正するための補正機構を構成することができる。
【００５９】
なお、上述の実施形態において、第２レンズ群Ｇ２が平行平面板Ｌ２３を含み、第３レンズ群Ｇ３が平行平面板Ｌ３３を含んでいるが、これらの平行平面板Ｌ２３およびＬ３３を特開２００２−２５０８６５号公報における補正部材Ｃ１およびＣ２として機能させることもできる。この場合、補正部材としての平行平面板Ｌ２３およびＬ３３の少なくとも一方の面を所要の形状にそれぞれ加工することにより、投影光学系ＰＬの残存収差を補正することができる。
【００６０】
また、上述の実施形態では、主要光学系ＭＯが、反射主鏡としての凹面反射鏡ＣＭと、この凹面反射鏡ＣＭが形成する往復光路中に配置された第１レンズ群Ｇ１とにより構成されている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば図９に示すように、反射主鏡としての凹面反射鏡ＣＭと、この凹面反射鏡ＣＭで反射されたマスクＭからの光を凹面反射鏡ＣＭへ向けるための凸面反射鏡ＣＭ２とにより主要光学系ＭＯを構成する変形例も可能である。
【００６１】
また、上述の実施形態では、マスクＭからの光を主要光学系ＭＯへ導くための偏向素子および主要光学系ＭＯからの光をプレートＰへ導くための偏向素子として、裏面反射プリズム（直角プリズム）Ｐ１およびＰ２を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば図９に示すように、一体的に形成された１つの表面反射鏡または別々に形成された２つの表面反射鏡を用いることもできる。
【００６２】
上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってマスクを照明し（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（液晶表示素子等）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いて、図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００６３】
図１０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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
なお、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。また、上述の実施形態では、光源として超高圧水銀ランプを用いているが、これに限定されることなく、所定の波長光を供給する他の適当な光源を用いることもできる。
【００６７】
また、上述の実施形態では、１つの投影光学系を介してマスクのパターンをプレート上に走査露光する露光装置に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、複数の投影光学ユニットを介してマスクのパターンをプレート上に走査露光するマルチ走査型の露光装置に対して本発明を適用することもできる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の反射屈折型の投影光学系では、十分に大きな像側開口数を確保しつつ、マスクまたは感光性基板と主要光学系との間に十分に大きな作動距離を確保することができる。したがって、本発明の露光装置および露光方法では、十分に大きな像側開口数およびマスクまたは感光性基板と主要光学系との間の十分に大きな作動距離を有する反射屈折型の投影光学系を用いて、マスクおよび感光性基板の走査を高精度に且つ容易に行うことにより良好な投影露光を行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。
【００６９】
また、本発明の反射屈折型の投影光学系では、主要光学系で発生する偏心収差や歪曲収差や像面湾曲などを良好に補正することができる。したがって、本発明の露光装置および露光方法では、主要光学系で発生する歪曲収差や像面湾曲や偏心収差などが良好に補正された反射屈折型の投影光学系を用いて、マスクのパターンを感光性基板上に高精度に且つ忠実に投影露光することができ、ひいては良好な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】図１の露光装置に搭載された投影光学系の内部構成を概略的に示す図である。
【図３】図２の投影光学系によりプレート上に形成される露光視野と基準光軸との位置関係を概略的に示す図である。
【図４】本実施形態の投影光学系において姿勢変更が可能な補正レンズの構成および動作を概略的に示す図である。
【図５】第２レンズ群中の第１補正レンズとしての平凹レンズの作用を模式的に説明する図である。
【図６】第３レンズ群中の第２補正レンズとしての平凹レンズの作用を模式的に説明する図である。
【図７】第１補正レンズとしての平凹レンズと第２補正レンズとしての平凹レンズとの協働作用を模式的に説明する第１の図である。
【図８】第１補正レンズとしての平凹レンズと第２補正レンズとしての平凹レンズとの協働作用を模式的に説明する第２の図である。
【図９】本実施形態の変形例にかかる投影光学系の構成を概略的に示す図である。
【図１０】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】
１  光源
２  楕円反射鏡
３  第２焦点位置
４  コレクターレンズ
５  第１フライアイインテグレーター
６  第１リレーレンズ
７  第２フライアイインテグレーター
８  第２リレーレンズ
９  マスクブラインド
１０  ブラインドリレー系
１１  ミラー
Ｍ  マスク
ＰＬ  投影光学系
Ｐ  プレート
ＭＳ  マスクステージ
ＰＳ  基板ステージ
ＭＯ  主要光学系
ＣＭ  凹面反射鏡
Ｐ１，Ｐ２  裏面反射プリズム（直角プリズム）
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３  レンズ群
【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】
2005024814.tif 000010
【図６】
2005024814.tif 000011
【図７】
2005024814.tif 000012
【図８】
2005024814.tif 000013
【図９】
2005024814.tif 000014
【図１０】
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