(57)【要約】たとえばＡｒＦエキシマレーザ光を用い、蛍石の高周波成分を含む屈折率のばらつきや固有複屈折の影響を回避しつつ、良好な結像性能を長期に亘って確保することのできる投影光学系。第１面（Ｒ）の縮小像を第２面（Ｗ）上に形成する投影光学系。最も第２面側に配置されたほぼ無屈折力の第１光透過部材（Ｌ２３）を備えている。第１光透過部材と第２面との距離をＷＤとし、第２面側開口数をＮＡとし、使用光の中心波長をＬ×１０−６とするとき、０．０６＜ＷＤ・ＮＡ／Ｌ＜０．２３の条件を満足する。あるいは、最も第２面側に配置されたほぼ無屈折力の第１光透過部材と、その第１面側に隣接して配置された第２光透過部材（Ｌ２２）とを備えている。第２光透過部材から第２面までの空気換算長をＯＤとするとき、０．１＜ＯＤ・ＮＡ／Ｌ＜０．４の条件を満足する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
最も第２面側に配置されたほぼ無屈折力の第１光透過部材を備え、
前記第１光透過部材と前記第２面との間の光軸に沿った距離をＷＤとし、第２面側開口数をＮＡとし、使用光の中心波長をＬ×１０−６とするとき、
０．０６＜ＷＤ・ＮＡ／Ｌ＜０．２３
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載の投影光学系において、
０．０８＜ＷＤ・ＮＡ／Ｌ＜０．１８
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項３】
請求の範囲第１項または第２項に記載の投影光学系において、
前記第１光透過部材の第１面側に隣接して配置された第２光透過部材をさらに備え、
前記第２光透過部材から前記第２面までの光軸に沿った空気換算長をＯＤとし、第２面側開口数をＮＡとし、使用光の中心波長をＬ×１０−６とするとき、
０．１＜ＯＤ・ＮＡ／Ｌ＜０．４
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項４】
第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
最も第２面側に配置されたほぼ無屈折力の第１光透過部材と、該第１光透過部材の第１面側に隣接して配置された第２光透過部材とを備え、
前記第２光透過部材から前記第２面までの光軸に沿った空気換算長をＯＤとし、第２面側開口数をＮＡとし、使用光の中心波長をＬ×１０−６とするとき、
０．１＜ＯＤ・ＮＡ／Ｌ＜０．４
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項５】
請求の範囲第３項または第４項に記載の投影光学系において、
０．１２＜ＯＤ・ＮＡ／Ｌ＜０．３５
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項６】
請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか１項に記載の投影光学系において、
前記投影光学系を構成するすべての光透過部材は石英により形成され、前記使用光の中心波長は２００ｎｍ以下であることを特徴とする投影光学系。
【請求項７】
請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか１項に記載の投影光学系において、
前記第２面側開口数ＮＡは０．７５よりも大きいことを特徴とする投影光学系。
【請求項８】
請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか１項に記載の投影光学系において、
前記第１光透過部材の中心厚をＴとし、使用光の中心波長をＬ×１０−６とするとき、
０．０４＜Ｔ／Ｌ＜０．１６
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項９】
請求の範囲第８項に記載の投影光学系において、
０．０４５＜Ｔ／Ｌ＜０．１３
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項１０】
請求の範囲第３項乃至第９項のいずれか１項に記載の投影光学系において、
前記第２光透過部材の第２面側有効半径をＥＤとし、第２面側開口数をＮＡとし、前記投影光学系を構成するすべての光透過部材における有効半径の最大値をＭＤとするとき、
０．２８＜ＥＤ・ＮＡ／ＭＤ＜０．６
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項１１】
請求の範囲第１０項に記載の投影光学系において、
０．３０＜ＥＤ・ＮＡ／ＭＤ＜０．５５
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項１２】
請求の範囲第１項乃至第１１項のいずれか１項に記載の投影光学系において、
前記第１光透過部材は交換可能に構成されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項１３】
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の範囲第１項乃至第１２項のいずれか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１４】
前記第１面に設定されたマスクを照明する照明工程と、請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれか１項に記載の投影光学系を用い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露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１５】
請求の範囲第１４項に記載の露光方法において、
前記投影光学系中の前記第１光透過部材と交換すべき交換用光透過部材を準備する準備工程と、
準備した前記交換用光透過部材を前記第１光透過部材と交換する交換工程とをさらに含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１６】
マイクロデバイスの製造方法において、
感光性材料が塗布された基板を準備する基板準備工程と、
所定の回路パターンが形成されたマスクを準備するマスク準備工程と、
前記マスクを前記第１面に設定して照明する照明工程と、
請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれか１項に記載の投影光学系を用いて前記マスクに形成された前記パターンを前記第２面に設定された感光性基板上に投影露光する露光工程と、
前記基板上の前記感光性材料を現像する現像工程と、
現像後の前記感光性材料をマスクとして前記基板上に所定の回路パターンを形成するパターン形成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。
【請求項１７】
請求の範囲第１６項に記載のマイクロデバイスの製造方法において、
前記投影光学系中の前記第１光透過部材と交換すべき交換用光透過部材を準備する準備工程と、
準備した前記交換用光透過部材を前記第１光透過部材と交換する交換工程とをさらに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】
【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、特に半導体素子などのマイクロ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露光装置に好適な投影光学系に関するものである。
【背景技術】  近年、半導体素子の製造や半導体チップ実装基板の製造では、微細化がますます進んでおり、マスクのパターンを感光性基板としてのウェハに焼き付ける露光装置では、より解像力の高い投影光学系が要求されている。この高解像の要求を満足するには、露光光を短波長化し且つＮＡ（投影光学系の像側開口数）を大きくしなければならない。
しかしながら、露光光の波長が短くなると、光の吸収のため実用に耐える光学材料の種類が限られてくる。たとえば波長が２００ｎｍ以下の紫外域の光、特にＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を露光光として用いる露光装置では、投影光学系中の光透過部材（レンズなど）を石英と蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ２）とにより形成する設計が一般的である。
ところで、ＡｒＦエキシマレーザ光を用いる投影光学系においてフルエンス（＝単位面積・単位パルス当りのエネルギー量）の高い位置に石英光学成分を配置すると、レーザ光の照射を受けて、体積収縮による局所的屈折率変化すなわちコンパクションが起こり易く、ひいては石英光学成分の体積変化により投影光学系の結像性能が低下する可能性がある。
露光装置の場合、投影光学系において感光性基板の近傍に配置される光透過部材では、その有効半径が小さくなり、ひいてはフルエンスが高くなる傾向がある。したがって、感光性基板の近傍に配置される光透過部材を石英により形成すると、この石英透過部材にコンパクションが起こり易い。その結果、投影光学系の耐久性が、感光性基板の近傍に配置されてコンパクションの起こり易い石英透過部材に依存することになる。そこで、感光性基板の近傍に配置される光透過部材を、コンパクションの起きない光学材料である蛍石により形成する技術が知られている。
一方、蛍石は結晶材料であるため、固有複屈折を有する。特に、たとえば２００ｎｍ以下の波長を有する光が蛍石を透過する場合には固有複屈折の影響が大きく、結晶軸方位の異なる一対の蛍石透過部材を組み合わせて、固有複屈折による結像性能の低下を抑える必要がある。ただし、このように結晶軸方位の異なる一対の蛍石透過部材を組み合わせても、固有複屈折による結像性能の低下を完全に抑えることはできない。さらに、蛍石では内部の屈折率分布が高周波成分を有することが知られており、この高周波成分を含む屈折率のばらつきがフレアの発生を招いて投影光学系の結像性能を低下させ易い。
また、たとえばＡｒＦエキシマレーザ光を露光光として用いる露光装置の場合、フォトレジストからの露光による脱ガス（アウトガス）は避けられない状況にある。したがって、従来から提案されている比較的大きな開口数を有する投影光学系では、特段の策を講じない限り脱ガスによるレンズの汚染を回避することができない。
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ＡｒＦエキシマレーザ光を用い、蛍石の高周波成分を含む屈折率のばらつきや固有複屈折の影響を回避しつつ、良好な結像性能を長期に亘って確保することのできる投影光学系を提供することを目的とする。また、たとえばＡｒＦエキシマレーザ光に対して良好な結像性能を長期に亘って確保することのできる投影光学系を用いて、高い解像力で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。
【発明の開示】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
最も第２面側に配置されたほぼ無屈折力の第１光透過部材を備え、
前記第１光透過部材と前記第２面との間の光軸に沿った距離をＷＤとし、第２面側開口数をＮＡとし、使用光の中心波長をＬ×１０−６とするとき、
０．０６＜ＷＤ・ＮＡ／Ｌ＜０．２３
の条件を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。
本発明の第２形態では、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
最も第２面側に配置されたほぼ無屈折力の第１光透過部材と、該第１光透過部材の第１面側に隣接して配置された第２光透過部材とを備え、
前記第２光透過部材から前記第２面までの光軸に沿った空気換算長をＯＤとし、第２面側開口数をＮＡとし、使用光の中心波長をＬ×１０−６とするとき、
０．１＜ＯＤ・ＮＡ／Ｌ＜０．４
の条件を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。
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形態または第２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。
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照明工程と、第１形態または第２形態の投影光学系を用い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。
本発明の第５形態では、マイクロデバイスの製造方法において、
感光性材料が塗布された基板を準備する基板準備工程と、
所定の回路パターンが形成されたマスクを準備するマスク準備工程と、
前記マスクを前記第１面に設定して照明する照明工程と、
第１形態または第２形態の投影光学系を用いて前記マスクに形成された前記パターンを前記第２面に設定された感光性基板上に投影露光する露光工程と、
前記基板上の前記感光性材料を現像する現像工程と、
現像後の前記感光性材料をマスクとして前記基板上に所定の回路パターンを形成するパターン形成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。
【図面の簡単な説明】  第１図は、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。
第２図は、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３図は、第１実施例における横収差を示す図である。
第４図は、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５図は、第２実施例における横収差を示す図である。
第６図は、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。
第７図は、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。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明の投影光学系では、最も像側（第２面側）に配置されたほぼ無屈折力の第１光透過部材を有し、以下の条件式（１）を満足する。条件式（１）において、ＷＤは第１光透過部材と像面との間の光軸に沿った距離（すなわち作動距離）であり、ＮＡは投影光学系の像側開口数である。また、Ｌ×１０−６は、使用光の中心波長である。
０．０６＜ＷＤ・ＮＡ／Ｌ＜０．２３  （１）
本発明では、投影光学系中において最も像側に配置される第１光透過部材を、たとえば平行平面板のようにほぼ無屈折力の光透過部材として構成している。したがって、石英で形成した第１光透過部材のコンパクションに起因する体積変化（形状変化）により第１光透過部材の交換が必要になっても、脱ガスに起因する汚染により第１光透過部材の交換が必要になっても、第１光透過部材の交換に際して位置誤差や姿勢誤差（たとえば偏心誤差など）の影響を受けにくく且つ面精度誤差も生じにくく、ひいては第１光透過部材の交換が結像性能へ及ぼす影響を少なく抑えることができる。
また、条件式（１）の下限値を下回ると、作動距離ＷＤが小さくなりすぎて、第１光透過部材のフルエンスが高くなり、石英により形成した第１光透過部材へのコンパクションの影響が大きくなるため、第１光透過部材の交換の頻度が増大してしまう。また、作動距離ＷＤが小さくなりすぎて、第１光透過部材が脱ガスに起因する汚染を受け易くなるため、第１光透過部材の交換の頻度が増大してしまう。
一方、条件式（１）の上限値を上回ると、作動距離ＷＤが大きくなりすぎて、色収差や球面収差を良好に補正することが困難になってしまう。なお、第１光透過部材の交換の頻度をさらに抑え、色収差や球面収差をさらに良好に補正するには、条件式（１）の上限値を０．１８に設定し、その下限値を０．０８に設定することが好ましい。
また、本発明では、最も像側に配置されたほぼ無屈折力の第１光透過部材と、この第１光透過部材の物体側（第１面側）に隣接して配置された第２光透過部材とを有し、以下の条件式（２）を満足する。条件式（２）において、ＯＤは第２光透過部材から像面までの光軸に沿った空気換算長である。なお、空気換算長ＯＤは、次の式（２ａ）で表わされる。
０．１＜ＯＤ・ＮＡ／Ｌ＜０．４    （２）
ＯＤ＝ＷＤ＋（第１光透過部材の中心厚）／（第１光透過部材の屈折率）
＋（第１光透過部材と第２光透過部材との軸上間隔）    （２ａ）
条件式（２）の下限値を下回ると、空気換算長ＯＤが小さくなりすぎて、第１光透過部材のフルエンスだけでなく第２光透過部材のフルエンスも高くなり、第２光透過部材の交換も必要になってしまう。一方、条件式（２）の上限値を上回ると、空気換算長ＯＤが大きくなりすぎて、色収差や球面収差を良好に補正することが困難になってしまう。なお、第２光透過部材の交換の必要性をさらに確実に抑え、色収差や球面収差をさらに良好に補正するには、条件式（２）の上限値を０．３５に設定し、その下限値を０．１２に設定することが好ましい。
また、本発明では、露光装置に適用した場合にパターン微細化のトレンドに鑑み、２００ｎｍ以下の波長を有する露光光を用い、焦点深度をできるだけ大きく確保することが望ましい。この場合、光透過部材に使用可能な光学材料は石英と蛍石とに限定されるが、投影光学系を構成するすべての光透過部材を石英で形成することにより、蛍石を用いた場合の固有複屈折や高周波成分を含む屈折率のばらつきによる結像性能の低下を避けることができる。特に、像側開口数ＮＡが０．７５よりも大きく、ひいては光透過部材内の光線の角度ばらつきが大きくなる投影光学系では、蛍石を用いた場合に固有複屈折の影響が大きくなり易いため、すべての光透過部材が石英で形成される投影光学系が非常に有利になる。
また、２００ｎｍ以下の波長を有する露光光を用いる場合、蛍石の屈折率が石英のそれよりも低くなるため、同じ焦点距離であれば、蛍石で形成される光透過部材（典型的にはレンズ）の曲率が石英で形成される光透過部材の曲率よりもきつくなり、当該光透過部材上に均一に薄膜を設けることが困難となりやすい。この理由によっても、すべての光透過部材が石英で形成される投影光学系が非常に有利となる。
また、本発明では、次の条件式（３）を満足することが好ましい。条件式（３）において、Ｔは第１光透過部材の中心厚である。
０．０４＜Ｔ／Ｌ＜０．１６    （３）
条件式（３）の下限値を下回ると、第１光透過部材の中心厚Ｔが小さくなりすぎて、第１光透過部材のフルエンスだけでなく第２光透過部材のフルエンスも高くなり易く、第２光透過部材の交換も必要になるので好ましくない。この場合、第２光透過部材のフルエンスを小さくするために作動距離ＷＤを大きくすると、色収差や球面収差を良好に補正することが困難になってしまう。
一方、条件式（３）の上限値を上回ると、第１光透過部材の中心厚Ｔが大きくなりすぎて、第１光透過部材の交換に際して内部屈折率の均質性の違いおよび交換前後の姿勢差の影響を受け易く、ひいては結像性能の低下を招き易くなるので好ましくない。なお、色収差や球面収差を良好に補正しつつ第２光透過部材の交換の必要性をさらに確実に抑え、内部屈折率の均質性の違いおよび交換前後の姿勢差の影響による結像性能の低下をさらに良好に抑えるには、条件式（３）の上限値を０．１３に設定し、その下限値を０．０４５に設定することが好ましい。
また、本発明では、次の条件式（４）を満足することが好ましい。条件式（４）において、ＥＤは第２光透過部材の像側有効半径であり、ＭＤは投影光学系を構成するすべての光透過部材における有効半径の最大値である。
０．２８＜ＥＤ・ＮＡ／ＭＤ＜０．６    （４）
条件式（４）の下限値を下回ると、第２光透過部材の像側有効半径ＥＤが小さくなりすぎて、第１光透過部材のフルエンスだけでなく第２光透過部材のフルエンスも高くなり易く、第２光透過部材の交換も必要になるので好ましくない。一方、条件式（４）の上限値を上回ると、第２光透過部材の像側有効半径ＥＤが大きくなりすぎて、色収差や球面収差を良好に補正することが困難になるので好ましくない。なお、第２光透過部材の交換の必要性をさらに確実に抑え、色収差や球面収差をさらに良好に補正するには、条件式（４）の上限値を０．５５に設定し、その下限値を０．３０に設定することが好ましい。
また、本発明では、投影光学系中において最も像側に配置されたほぼ無屈折力の第１光透過部材を交換可能に構成することにより、第１光透過部材がコンパクションにより形状変化しても、第１光透過部材が脱ガスに起因する汚染の影響を受けても、投影光学系も全体を交換する必要がなく、第１光透過部材を交換するだけで良好な結像性能を長期に亘って提供することができる。
以上のように、本発明の投影光学系では、たとえばＡｒＦエキシマレーザ光を用い、蛍石の高周波成分を含む屈折率のばらつきや固有複屈折の影響を回避しつつ、良好な結像性能を長期に亘って確保することができる。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、たとえばＡｒＦエキシマレーザ光に対して良好な結像性能を長期に亘って確保することのできる投影光学系を介して、高い解像力で良好な投影露光を行うことができる。
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
第１図は、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。なお、第１図において、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第１図の紙面に平行にＹ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において第１図の紙面に垂直にＸ軸を設定している。
第１図に示す露光装置は、照明光を供給するための光源ＬＳとして、ＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３．３０６ｎｍ）を備えている。光源ＬＳ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投影原版としてのレチクル（マスク）Ｒを照明する。照明光学系ＩＬは、露光光の照度分布を均一化するためのフライアイレンズ、照明開口絞り、可変視野絞り（レチクルブラインド）、コンデンサレンズ系等から構成されている。
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、フォトレジストの塗布されたウェハＷ（感光性基板）上にレチクルパターン像を形成する。
このとき、投影光学系ＰＬの瞳位置には照明光学系ＩＬの照明瞳面における二次光源の像が形成され、投影光学系ＰＬを介した光によってウェハＷがケーラー照明される。ウェハＷは、ウェハテーブル（ウェハホルダ）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。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。
こうして、本実施形態では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光を行うことにより、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、ウェハＷの各露光領域にはレチクルＲのパターンが逐次露光される。以下、具体的な数値例に基づいて、本実施形態の投影光学系ＰＬの各実施例を説明する。
各実施例において、投影光学系ＰＬを構成するすべての光透過部材（レンズ、平行平面板など）は石英により形成されている。また、露光光であるＡｒＦエキシマレーザ光の発振中心波長は１９３．３０６ｎｍであり、１９３．３０６ｎｍ付近において石英の屈折率は、＋１ｐｍの波長変化あたり−１．５９１×１０−６の割合で変化し、−１ｐｍの波長変化あたり＋１．５９１×１０−６の割合で変化する。換言すると、１９３．３０６ｎｍ付近において、石英の屈折率の分散（ｄｎ／ｄλ）は、−１．５９１×１０−６／ｐｍである。
したがって、各実施例において、中心波長１９３．３０６ｎｍに対する石英の屈折率は１．５６０３２６１であり、１９３．３０６ｎｍ＋０．１２５ｐｍ＝１９３．３０６１２５ｎｍに対する石英の屈折率は１．５６０３２５９０１であり、１９３．３０６ｎｍ−０．１２５ｐｍ＝１９３．３０５８７５ｎｍに対する石英の屈折率は１．５６０３２６２９９である。
また、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。
ｚ＝（ｙ２／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｙ２／ｒ２｝１／２］
＋Ｃ４・ｙ４＋Ｃ６・ｙ６＋Ｃ８・ｙ８＋Ｃ１０・ｙ１０
＋Ｃ１２・ｙ１２＋Ｃ１４・ｙ１４        （ａ）
［第１実施例］
第２図は、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２図を参照すると、第１実施例の投影光学系ＰＬ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両凹レンズＬ１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２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Ｌ３と、両凸レンズＬ４と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６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Ｌ７と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、両凹レンズＬ９と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１１と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１２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Ｌ１３と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１５と、開口絞りＡＳと、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１６と、両凸レンズＬ１７と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１８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Ｌ１９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Ｌ２０と、両凹レンズＬ２１と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、平行平面板Ｌ２３とにより構成されている。
第１実施例では、平行平面板Ｌ２３が、投影光学系ＰＬ中において最も像側に配置されたほぼ無屈折力の第１光透過部材を構成している。また、正メニスカスレンズＬ２２が、第１光透過部材としての平行平面板Ｌ２３の物体側に隣接して配置された第２光透過部材を構成している。
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）の主要諸元において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、Ｙ０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、面番号はレチクル側からの光学面の順序を、ｒは各光学面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径：ｍｍ）を、ｄは各光学面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、φは各光学面の有効半径（ｍｍ）を、ｎは露光光の中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。上述の表記は、以降の表（２）においても同様である。
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第３図は、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、実線は中心波長１９３．３０６ｎｍを、破線は１９３．３０６ｎｍ＋０．１２５ｐｍ＝１９３．３０６１２５ｎｍを、一点鎖線は１９３．３０６ｎｍ−０．１２５ｐｍ＝１９３．３０５８７５ｎｍをそれぞれ示している。上述の表記は、以降の第５図においても同様である。収差図から明らかなように、第１実施例では、波長幅が１９３．３０６ｎｍ±０．１２５ｐｍの露光光に対して色収差が良好に補正されていることがわかる。
［第２実施例］
第４図は、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４図を参照すると、第２実施例の投影光学系ＰＬ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両凹レンズＬ１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２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Ｌ３と、両凸レンズＬ４と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６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Ｌ７と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、両凹レンズＬ９と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１１と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１２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Ｌ１３と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、開口絞りＡＳと、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１６と、両凸レンズＬ１７と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１８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Ｌ１９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Ｌ２０と、両凹レンズＬ２１と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、平行平面板Ｌ２３とにより構成されている。
第２実施例においても、平行平面板Ｌ２３が投影光学系ＰＬ中において最も像側に配置されたほぼ無屈折力の第１光透過部材を構成し、正メニスカスレンズＬ２２が第１光透過部材としての平行平面板Ｌ２３の物体側に隣接して配置された第２光透過部材を構成している。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。
2004084281.tif 000009
2004084281.tif 000010
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第５図は、第２実施例における横収差を示す図である。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、波長幅が１９３．３０６ｎｍ±０．１２５ｐｍの露光光に対して色収差が良好に補正されていることがわかる。
本実施形態の各実施例では、最も像側に配置された平行平面板（第１光透過部材）Ｌ２３がコンパクションにより形状変化したり、平行平面板Ｌ２３がウェハＷからの脱ガスに起因する汚染の影響を受けたりして、投影光学系ＰＬの結像性能が低下した場合、平行平面板Ｌ２３を交換用平行平面板（交換用光透過部材）と交換することにより、投影光学系ＰＬの結像性能を長期に亘って良好に確保することができる。
上述の実施形態の露光装置では、照明系によってレチクル（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第６図のフローチャートを参照して説明する。
先ず、第６図のステップ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、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。
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。
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、第７図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。第７図において、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。
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。
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。
なお、上述の実施形態では、ウェハＷの各露光領域に対してレチクルＲのパターンを一括的に露光するステップ・アンド・リピート方式の露光装置に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、ウェハＷとレチクルＲとを投影光学系ＰＬに対して相対移動させつつウェハＷの各露光領域に対してレチクルＲのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に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、１９３ｎｍの波長光を供給する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以下の波長光を供給する他の適当な光源に対して本発明を適用することもできる。
さらに、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。
【産業上の利用の可能性】
以上説明したように、本発明の投影光学系では、たとえばＡｒＦエキシマレーザ光を用い、蛍石の高周波成分を含む屈折率のばらつきや固有複屈折の影響を回避しつつ、良好な結像性能を長期に亘って確保することができる。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、たとえばＡｒＦエキシマレーザ光に対して良好な結像性能を長期に亘って確保することのできる投影光学系を介して、高い解像力で良好な投影露光を行うことができ、ひいては高い解像力で良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成16年8月24日(2004.8.24)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
最も第２面側に配置されたほぼ無屈折力の第１光透過部材を備え、
前記第１光透過部材と前記第２面との間の光軸に沿った距離をＷＤとし、第２面側開口数をＮＡとし、使用光の中心波長をＬ×１０−６とするとき、
０．０６＜ＷＤ・ＮＡ／Ｌ＜０．２３
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項２】請求の範囲第１項に記載の投影光学系において、
０．０８＜ＷＤ・ＮＡ／Ｌ＜０．１８
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項３】請求の範囲第１項または第２項に記載の投影光学系において、
前記第１光透過部材の第１面側に隣接して配置された第２光透過部材をさらに備え、
前記第２光透過部材から前記第２面までの光軸に沿った空気換算長をＯＤとし、第２面側開口数をＮＡとし、使用光の中心波長をＬ×１０−６とするとき、
０．１＜ＯＤ・ＮＡ／Ｌ＜０．４
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項４】第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
最も第２面側に配置されたほぼ無屈折力の第１光透過部材と、該第１光透過部材の第１面側に隣接して配置された第２光透過部材とを備え、
前記第２光透過部材から前記第２面までの光軸に沿った空気換算長をＯＤとし、第２面側開口数をＮＡとし、使用光の中心波長をＬ×１０−６とするとき、
０．１＜ＯＤ・ＮＡ／Ｌ＜０．４
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項５】請求の範囲第３項または第４項に記載の投影光学系において、
０．１２＜ＯＤ・ＮＡ／Ｌ＜０．３５
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項６】請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか１項に記載の投影光学系において、
前記投影光学系を構成するすべての光透過部材は石英により形成され、前記使用光の中心波長は２００ｎｍ以下であることを特徴とする投影光学系。
【請求項７】請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか１項に記載の投影光学系において、
前記第２面側開口数ＮＡは０．７５よりも大きいことを特徴とする投影光学系。
【請求項８】請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか１項に記載の投影光学系において、
前記第１光透過部材の中心厚をＴとし、使用光の中心波長をＬ×１０−６とするとき、
０．０４＜Ｔ／Ｌ＜０．１６
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項９】請求の範囲第８項に記載の投影光学系において、
０．０４５＜Ｔ／Ｌ＜０．１３
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項１０】請求の範囲第３項乃至第９項のいずれか１項に記載の投影光学系において、
前記第２光透過部材の第２面側有効半径をＥＤとし、第２面側開口数をＮＡとし、前記投影光学系を構成するすべての光透過部材における有効半径の最大値をＭＤとするとき、
０．２８＜ＥＤ・ＮＡ／ＭＤ＜０．６
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項１１】請求の範囲第１０項に記載の投影光学系において、
０．３０＜ＥＤ・ＮＡ／ＭＤ＜０．５５
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項１２】請求の範囲第１項乃至第１１項のいずれか１項に記載の投影光学系において、
前記第１光透過部材は交換可能に構成されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項１３】請求の範囲第４項乃至第１２項のいずれか１項に記載の投影光学系において、
前記第１光透過部材と前記第２面との間の光軸に沿った距離をＷＤとし、第２面側開口数をＮＡとし、使用光の中心波長をＬ×１０−６とするとき、
０．０８＜ＷＤ・ＮＡ／Ｌ＜０．１８
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【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の範囲第１項乃至第１３項のいずれか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】前記第１面に設定されたマスクを照明する照明工程と、請求の範囲第１項乃至第１３項のいずれか１項に記載の投影光学系を用い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露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１６】請求の範囲第１５項に記載の露光方法において、
前記投影光学系中の前記第１光透過部材と交換すべき交換用光透過部材を準備する準備工程と、
準備した前記交換用光透過部材を前記第１光透過部材と交換する交換工程とをさらに含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１７】マイクロデバイスの製造方法において、
感光性材料が塗布された基板を準備する基板準備工程と、
所定の回路パターンが形成されたマスクを準備するマスク準備工程と、
前記マスクを前記第１面に設定して照明する照明工程と、
請求の範囲第１項乃至第１３項のいずれか１項に記載の投影光学系を用いて前記マスクに形成された前記パターンを前記第２面に設定された感光性基板上に投影露光する露光工程と、
前記基板上の前記感光性材料を現像する現像工程と、
現像後の前記感光性材料をマスクとして前記基板上に所定の回路パターンを形成するパターン形成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。
【請求項１８】請求の範囲第１７項に記載のマイクロデバイスの製造方法において、
前記投影光学系中の前記第１光透過部材と交換すべき交換用光透過部材を準備する準備工程と、
準備した前記交換用光透過部材を前記第１光透過部材と交換する交換工程とをさらに含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。




【国際調査報告】
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