(57)【要約】【課題】    広い範囲のＮＡ領域で良好な光学性能、所望の像側テレセントリック性、像高間ＮＡ均一性を達成する投影光学系及び露光装置を提供する。【解決手段】  本発明は、第１物体の像を第２物体の上に投影する投影光学系であって、複数のレンズと、開口数を決定するための複数の開口絞りとを備える。複数の開口絞りは、第１の開口絞りと第２の開口絞りとを有し、第１及び第２の開口絞りは、第２物体に最も近い結像系に含まれるレンズの中で最大有効径を持つレンズよりも第２物体の側に配置されている。第１及び第２の開口絞りの少なくとも１つは、結像系の瞳又はその近傍に配置されており、第１の開口絞りによって決定される開口数の範囲は、第２の開口絞りによって決定される開口数の範囲よりも大きい。【選択図】図１
2009081304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１物体の像を第２物体の上に投影する投影光学系であって、
複数のレンズと、開口数を決定するための複数の開口絞りとを備え、
前記複数の開口絞りは、第１の開口絞りと第２の開口絞りとを有し、
前記第１及び第２の開口絞りは、前記第２物体に最も近い結像系に含まれるレンズの中で最大有効径を持つレンズよりも前記第２物体の側に配置されており、
前記第１及び第２の開口絞りの少なくとも一つは、前記結像系の瞳又はその近傍に配置されており、
前記第１の開口絞りによって決定される開口数の範囲は、前記第２の開口絞りによって決定される開口数の範囲よりも大きいことを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
前記投影光学系の開口数の範囲を、ＮＡｍｉｎ以上ＮＡｍａｘ以下、前記第１の開口絞りによって決定される開口数の範囲を、ＮＡｍｉｎ１以上ＮＡｍａｘ１以下、前記第２の開口絞りによって決定される開口数の範囲を、ＮＡｍｉｎ２以上ＮＡｍａｘ２以下、とするとき、以下の２つの式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
ＮＡｍｉｎ＝ＮＡｍｉｎ１＜ＮＡｍｉｎ２＜ＮＡｍａｘ１≦ＮＡｍａｘ
ＮＡｍｉｎ＝ＮＡｍｉｎ１＜ＮＡｍｉｎ２＜ＮＡｍａｘ２≦ＮＡｍａｘ
【請求項３】
以下の式を満たすことを特徴とする請求項２に記載の投影光学系。
ＮＡｍａｘ１＝ＮＡｍａｘ２＝ＮＡｍａｘ
【請求項４】
前記第２の開口絞りは、前記第１の開口絞りよりも前記第２物体側に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項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の開口絞りと前記第２の開口絞りとの間に、前記結像系に含まれる少なくとも１つのレンズが配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項６】
前記複数の開口絞りは、第３の開口絞りを有し、
前記第３の開口絞りによって決定される開口数の範囲を、ＮＡｍｉｎ３以上ＮＡｍａｘ３以下とするとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の投影光学系。
ＮＡｍｉｎ２＜ＮＡｍｉｎ３≦ＮＡｍａｘ３＝ＮＡｍａｘ
【請求項７】
以下の式を満たすことを特徴とする請求項６に記載の投影光学系。
ＮＡｍｉｎ３＝ＮＡｍａｘ３＝ＮＡｍａｘ
【請求項８】
前記第３の開口絞りは、前記第２の開口絞りよりも前記第２物体側に配置されることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の投影光学系。
【請求項９】
前記第１物体側より、前記第１の開口絞り、前記第２の開口絞り、前記結像系に含まれる少なくとも１つのレンズ、前記第３の開口絞りの順に配置されていることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の投影光学系を備え、
前記第１物体としての原版及び前記投影光学系を介して前記第２物体としての基板を露光する露光装置。
【請求項１１】
請求項１０の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記露光された基板を現像する工程と、
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、投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レチクルに描画された回路パターンを投影光学系によって、基板としてのウエハ等に投影し、回路パターンをウエハに転写する投影露光装置が広く使用されている。
【０００３】
近年では、半導体デバイスの微細化への要求に伴い、投影光学系に要求される解像力はますます高まっている。この要求に応えるためには、露光光の短波長化及び投影光学系のＮＡ（開口数）を大きくすることが考えられる。投影光学系の最終レンズ（最終面）とウエハとの間を液体で満たすいわゆる液浸により、ＮＡ（開口数）が１以上とする液浸投影光学系も提案されている。さらに極めて高性能な投影光学系を提供するためには、解像力の向上とともに、諸収差を極めて低減する要求も一段と厳しくなっている。
【０００４】
一方で、投影光学系を備える露光装置においては、上述した高い光学性能と小型化との両立が要求されている。高ＮＡ化に伴って硝材が大口径化されることが、露光装置のコストが増大する大きな一因となっている。
【０００５】
これら投影光学系及び露光装置の高ＮＡ化と小型化とを両立した場合、投影光学系を構成する各レンズの屈折力が大きくなる。レンズの屈折力が大きくなると、光線の強い折れ曲がりや跳ね上げが起こるため、軸上光束と軸外光束との間で瞳の形状に大きな差が生じ、いわゆる瞳収差が大きくなる。
【０００６】
瞳収差、特に瞳の像面湾曲や瞳のコマ収差が増大することに伴い、投影光学系の像側テレセントリック性は悪化し、露光装置としての像歪が大きくなる。また、投影光学系の所望のＮＡに対して像高間によるばらつき（ΔＮＡ）が大きくなり、露光装置の設定ＮＡ値に対して高い均一性が保たれなくなる。
【０００７】
瞳収差の影響によって像テレセントリック性が悪化することの対策として、ＮＡが０．７５程度の投影光学系を含む投影露光装置において、瞳位置近傍の複数の位置に２枚の可変開口絞りを配置することが提案されている。この提案は、例えば、特許文献１に示されている。
【０００８】
さらに近年、投影露光装置の高ＮＡ化に伴い、複数回結像系の投影光学系を含む露光装置が提案され、複数回結像系の各結像系内つまり各々の瞳位置に可変開口絞りを配置する案が開示されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【特許文献１】特開２００２−１１８０５３号公報
【特許文献２】特許第３６９０８１９号公報
【特許文献３】特開２００７−０４３１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示された光学系は、開口数（ＮＡ）０．７５の１回結像系の屈折投影光学系である。瞳位置近傍に設けた２枚の開口絞りで、光線の上側光線と下側光線を調整することで、所望のＮＡ領域で良好な光学性能を達成している。
【００１０】
しかしながら、更なる高ＮＡ化と小型化との両立を達成しようとする場合には、最大レンズ径の屈折力が大きくなり、瞳の湾曲もウエハ側に位置するようになる。そのため、特許文献１に示される２枚の開口絞りの配置では、所望の像側テレセントリック性は達成できず、また像高間ＮＡばらつきも大きくなる。また２枚の開口絞りが決定する開口数の範囲についての記述も見当たらない。
【００１１】
また、特許文献２の図１に開示された光学系は、２回結像系の反射屈折型投影光学系である。さらに、特許文献３の図２に開示された光学系は、２回結像系の屈折投影光学系である。両光学系ともに、各結像系内の瞳位置に可変開口絞りを配置することで、所望の像側テレセントリック性、像高間ＮＡ均一性を達成する技術を開示している。
【００１２】
しかしながら、投影光学系及び露光装置の開口絞り機構をより単純に構成するためには、結像回数によらず、一箇所の瞳位置近傍に開口絞りを配置することが好ましい。また、小型化を維持しながら、複数の瞳の箇所に絞りを配置することは、収差を補正する上で一般に不都合である。さらに最終結像系以外の瞳位置近傍においては、開口絞りを通る光線の傾きが大きくなることもあるため、開口絞りの径・位置の誤差による収差敏感度が一般に高くなり不都合である。
【００１３】
本発明は、広い範囲のＮＡ領域で良好な光学性能、所望の像側テレセントリック性、像高間ＮＡ均一性を達成する投影光学系及び露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、第１物体の像を第２物体の上に投影する投影光学系であって、複数のレンズと、開口数を決定するための複数の開口絞りとを備え、複数の開口絞りは、第１の開口絞りと第２の開口絞りとを有し、第１及び第２の開口絞りは、第２物体に最も近い結像系に含まれるレンズの中で最大有効径を持つレンズよりも第２物体の側に配置されており、第１及び第２の開口絞りの少なくとも１つは、結像系の瞳又はその近傍に配置されており、第１の開口絞りによって決定される開口数の範囲は、第２の開口絞りによって決定される開口数の範囲よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、広い範囲のＮＡ領域で良好な光学性能、所望の像側テレセントリック性、像高間ＮＡ均一性を達成する投影光学系及び露光装置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】
【００１６】
［投影光学系の実施形態］
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての複数の開口絞りを有する投影光学系について説明する。
【００１７】
図１の（ａ）に、数値実施例１である反射屈折型投影光学系のレンズ構成を示す。図中、第１物体１０１側から順に光路に沿って、結像光学系Ｇ１、実像の中間像１２７、反射凹面鏡Ｍ１、凹面鏡Ｍ２、実像の中間像１２８、結像光学系Ｇ２にて構成されている。
【００１８】
図１の（ｂ）に、開口絞り付近の拡大断面図を示す。従来の公知例とは異なり、更なる高ＮＡ化と小型化の両立するため、瞳は、第２物体に最も近い結像光学系Ｇ２内に含まれるレンズの中で最大有効径を構成するレンズＬ１２０よりもウエハ側に大きく湾曲することが容易にわかる。特に高ＮＡ側でその湾曲は顕著となる。したがって、広いＮＡ領域で良好な光学性能を満足するためには、最大有効径を有するレンズよりも第２物体の側に、開口絞りを配置する必要があることが理解できる。
【００１９】
本発明では、いずれの投影光学系も、第１物体の像を第２物体の上に投影するものであって、複数のレンズと、開口数を決定するための第１の開口絞りＳＰ１及び第２の開口絞りＳＰ２とを有している。
【００２０】
また上記瞳湾曲のため、第１の開口絞りのみで開口数を決定しようとすると、テレセン度や像高間のＮＡばらつきが大きくなるという問題がある。ここで、特に高ＮＡ側では瞳湾曲は大きくなるため、第１の開口絞りのみではなく同時に第２の開口絞りも用いて投影光学系の開口数を決定することが効果的であることを見出した。その際には、第１の開口絞りによって決定される開口数の範囲は、第２の開口絞りによって決定される開口数の範囲よりも大きくなるのが良い。
【００２１】
投影光学系の開口数の範囲をＮＡｍｉｎ以上ＮＡｍａｘ以下、第１の開口絞りが決定する開口数の範囲をＮＡｍｉｎ１以上ＮＡｍａｘ１以下、第２の開口絞りが決定する開口数の範囲をＮＡｍｉｎ２以上ＮＡｍａｘ２以下とする。そのとき、ＮＡｍａｘ、ＮＡｍｉｎ、ＮＡｍａｘ１、ＮＡｍｉｎ１、ＮＡｍａｘ２、ＮＡｍｉｎ２が以下の式（１）を満足するような開口絞りを設定するのが良い。
｜ＮＡｍａｘ２−ＮＡｍｉｎ２｜≦｜ＮＡｍａｘ１−ＮＡｍｉｎ１｜≦｜ＮＡｍａｘ−ＮＡｍｉｎ｜  （１）
【００２２】
さらに、以下の式（２）と式（３）は、第１の開口絞りで決定される開口数の範囲と、第２の開口絞りで決定される開口数の範囲との関係を規定した条件式である。
ＮＡｍｉｎ＝ＮＡｍｉｎ１＜ＮＡｍｉｎ２＜ＮＡｍａｘ１≦ＮＡｍａｘ（２）
ＮＡｍｉｎ＝ＮＡｍｉｎ１＜ＮＡｍｉｎ２＜ＮＡｍａｘ２≦ＮＡｍａｘ（３）
低ＮＡ側の範囲で、瞳の湾曲はあまり大きくないため、第１の開口絞りのみで開口数を決定することが可能である。その際、ＮＡｍｉｎ１はＮＡｍｉｎに等しくなる。また、第２の開口絞りは高ＮＡ側の範囲でのみ開口数を決定する。その際、ＮＡｍｉｎ２はＮＡｍｉｎ１より大きくなる。さらに、ＮＡｍｉｎ２がＮＡｍａｘ１より大きいと、ＮＡｍａｘ以上ＮＡｍｉｎ２以下の範囲で開口数が決定されなくなる。
【００２３】
特に、以下の式（４）のとき、ＮＡｍａｘでより良好な光学性能が得られるため好ましい。
ＮＡｍａｘ１＝ＮＡｍａｘ２＝ＮＡｍａｘ  （４）
また第１の開口絞りと第２の開口絞りとの間には、少なくとも１つのレンズが配置されてもよい。
【００２４】
さらに瞳湾曲の影響が大きい高ＮＡ側の領域においては、第３の開口絞りを用いることが好ましい。第３の開口絞りが決定する開口数の範囲を、ＮＡｍｉｎ３以上ＮＡｍａｘ３以下、とするとき、以下の式（５）を満足するような開口絞りを設定するのが良い。
ＮＡｍｉｎ２＜ＮＡｍｉｎ３≦ＮＡｍａｘ３＝ＮＡｍａｘ３  （５）
【００２５】
特に、以下の式（６）では、ＮＡｍａｘでさらにより良好な光学性能が得られるため好ましい。
ＮＡｍｉｎ３＝ＮＡｍａｘ３＝ＮＡｍａｘ  （６）
このとき、第３の開口絞りは固定絞りとなる。
【００２６】
また本発明では、第１物体側より、第１の開口絞り、第２の開口絞り、結像系に含まれる少なくとも１つのレンズ、第３の開口絞りの順に配置されていることが好ましい。
【００２７】
さらに本発明に係る投影光学系は、ＮＡｍｉｎ以上ＮＡｍａｘ以下のすべてのＮＡ領域で良好な光学性能、所望の像側テレセントリック性・像高間ＮＡ均一性を満足することが好ましい。
【００２８】
像側テレセントリック性を示すテレセン度Ｔｅｌ．は、物体側主光線角度の正接関数tangentを用いて、物体面側での上側光線と光軸との角度θ１、下側光線と光軸との角度θ２とするとき、
Ｔｅｌ．＝｜ｔａｎ（（θ１＋θ２）／２）｜  （７）
とする。
【００２９】
本発明に係る投影光学系は、ＮＡｍｉｎ以上ＮＡｍａｘ以下のすべてのＮＡ領域で
｜Ｔｅｌ．｜＜０．０１０  （８）
の条件を満足することが好ましい。
ＮＡｍｉｎ以上ＮＡｍａｘ以下のＮＡ領域で、条件式（８）を満足しないと、像高間での線幅均一性が大きくなりすぎてしまい良好な像を得ることができない。
【００３０】
また、ＮＡ均一性を示す像高間ばらつきは、ΔＮＡで与えられる。本発明に係る投影光学系は、ＮＡｍｉｎ以上ＮＡｍａｘ以下のすべてのＮＡ領域で
｜ΔＮＡ｜＜０．００８  （９）
の条件を満足することが好ましい。ＮＡｍｉｎ以上ＮＡｍａｘ以下のＮＡ領域で、条件式（９）を満足しないと、像高間でのディストーション差が発生し良好な像を得ることができない。
【００３１】
また、本発明に係る投影光学系は、複数配置されているの第１の開口絞り及び第２の開口絞りのうち、少なくとも１つの開口絞りは、光軸方向に移動することが可能であることが好ましい。
【００３２】
以下、本発明に係る投影光学系の数値実施例について説明する。
【００３３】
（数値実施例１）
図１の（ａ）に、数値実施例１である反射屈折型投影光学系のレンズ構成を示す。図中、第１物体１０１側から順に光路に沿って、結像光学系Ｇ１、実像の中間像１２７、反射凹面鏡Ｍ１、凹面鏡Ｍ２、実像の中間像１２８、結像光学系Ｇ２にて構成されている。
【００３４】
本数値実施例１では、結像光学系Ｇ１は、レンズＬ１０１〜Ｌ１１０、凹面鏡Ｍ３、凹面鏡Ｍ４、Ｌ１１１から構成されている。詳細には、第１物体側から、略平面を第１物体側に向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ１０１、凸面を第１物体側に向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ１０２、両凸形状の正レンズＬ１０３を順に有する。Ｌ１０３に続いて、凸面を第１物体側に向けたメニスカス正レンズＬ１０４、凸面を第１物体側に向けたメニスカス非球面正レンズＬ１０５を順に有する。Ｌ１０５に続いて、両凸形状の正レンズＬ１０６、凹面を第１物体側に向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ１０７を順に有する。Ｌ１０７に続いて、凸面を第２物体側に向けたメニスカス形状の正レンズＬ１０８、両凸形状の正レンズＬ１０９、凸面を第１物体側に向けた略平凸形状の正レンズＬ１１０を順に有する。さらに、凹面鏡Ｍ４、凹面鏡Ｍ３、第２物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１１１を順に有する。
【００３５】
結像光学系Ｇ２は、レンズＬ１１２〜Ｌ１２４にて構成されている。詳細には、両凸形状の正レンズＬ１１２、凹面を第２物体側に向けた略平凹形状の非球面負レンズＬ１１３、凹面を第２物体側に向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１４を順に有する。Ｌ１１４に続いて、凹面を第２物体側に向けた略平凹形状の負レンズＬ１１５、凹面を第２物体側に向けた両凹形状の非球面負レンズＬ１１６、両凸形状の正レンズＬ１１７を順に有する。Ｌ１１７に続いて、凹面を第２物体側に向けたメニスカス形状の非球面負レンズＬ１１８、両凸形状の非球面正レンズＬ１１９、両凸形状の正レンズＬ１２０、両凸形状の非球面正レンズＬ１２１を順に有する。Ｌ１２１に続いて、凸面を第１物体側に向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ１２２、凹面を第２物体側に向けたメニスカス形状の正レンズＬ１２３、平面を第２物体側に向けた平凸形状の正レンズＬ１２４を順に有している。正レンズＬ１２４と第２物体１０２との間には液体が満たされている。
【００３６】
本数値実施例１において、投影倍率βは１／４倍であり、基準波長は１９３ｎｍ、硝材としては石英を用いている。また、像側の開口数はＮＡｍａｘ＝１．２０、ＮＡｍｉｎ＝０．７５、物像間距離（第１物体面〜第２物体面）はＴＴ＝１８７９ｍｍである。また、像高が８．２５〜１６．５ｍｍの範囲にて収差補正されており、少なくとも長さ方向で２２ｍｍ、幅で４ｍｍ程度の軸外の矩形の照明領域を確保できる。照明領域は矩形に限定されるものではなく、例えば円弧形状の照明領域でも構わない。本数値実施例１の横収差図を図２に示す。図中のメリディオナルは、主光線と光軸とを含む子午平面に含まれるメリディオナル光線の収差を、サジタルは、主光線を含みメリディオナルに垂直な球欠面に含まれるサジタル光線の横収差を表している。図２は、基準波長１９３．０ｎｍ及び±０．２ｐｍの波長について表示しており、単色及び色収差が良好に補正されているのがわかる。
【００３７】
表１及び表２に、本数値実施例１の構成諸元を示す。
【００３８】
【表１】
2009081304.tif 000003
【００３９】
【表２】
2009081304.tif 000004
【００４０】
ｒｉは面番号に対応した各面の曲率半径、ｄｉは各面の面間隔を示す。基準波長λ＝１９３．０ｎｍに対するレンズ硝材ＳｉＯ２と純水の屈折率は、各々１．５６０９、１．４３７である。また、基準波長に対して＋０．２ｐｍ及び−０．２ｐｍの波長に対するＳｉＯ２の屈折率、各々１．５６０８９９６８、１．５６０９００３１である。また純水の屈折率は、各々１．４３６９９５７６、１．４３７０００４２４である。
【００４１】
非球面の形状は次式にて与えられるものとする。
Ｘ＝（Ｈ^２／４）／（１＋（（１−（１＋Ｋ）・（Ｈ／ｒ）２））１／２）＋ＡＨ^４＋ＢＨ^６＋ＣＨ^８＋ＤＨ^１０＋ＥＨ^１２＋ＦＨ^１４
ここで、Ｘはレンズ頂点から光軸方向への変位量、Ｈは光軸からの距離、ｒは曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは非球面係数である。
【００４２】
図１の（ｂ）に、開口絞り付近の拡大断面図を示す。従来の公知例とは異なり、さらなる高ＮＡ化と小型化の両立を達成しているため、瞳は、第２物体に最も近い結像光学系Ｇ２内に含まれるレンズの中で最大有効径を構成するレンズＬ１２０よりもウエハ側に大きく湾曲することが、図１の（ｂ）からも容易にわかる。特に高ＮＡ側でその湾曲は顕著となる。したがって、広いＮＡ領域で良好な光学性能を満足するためには、最大有効径を有するレンズよりもウエハ側に、開口絞りを配置する必要があることが理解できる。
【００４３】
本数値実施例１において、第１の開口絞りＳＰ１及び第２の開口絞りＳＰ２の複数の開口絞りが配置されている。複数の開口絞りＳＰ１，ＳＰ２は、投影光学系の第２物体に最も近い結像光学系内を構成する複数のレンズの中で最大有効径を有するレンズＬ１２０とＬ１２１との間に配置されている。すなわち、開口絞りＳＰ１，ＳＰ２は、ともに最大有効径を有するレンズ１２０よりも第２物体の側に配置されている。第１の開口絞りＳＰ１は、投影光学系の瞳の近傍に配置されている。複数の開口絞りＳＰ１，ＳＰ２の少なくとも一つは、投影光学系の光軸方向に沿って移動可能とすることができる。
【００４４】
図１の（ｂ）から、従来の公知例（特許文献1）のような最大ＮＡが小さい光学系においては、ＮＡの小さい領域のみ補正すればよいために、第１の開口絞りＳＰ１のみを瞳の近傍に配置することで光線の調整を行うことが可能である。しかしながら、本発明のような大きなＮＡを有する投影光学系の高ＮＡ領域においては、瞳の湾曲が大きくなるため、１枚の開口絞りＳＰ１のみでは、所望の像側テレセントリック性、ＮＡ均一性を達成できない。瞳が湾曲する方向にあわせて、つまり、第１の開口絞りＳＰ１よりもさらに第２物体（ウエハ）側に第２の開口絞りＳＰ２を配置し、複数の開口絞りを用いて光線の調整を行うことで、所望の像側テレセントリック性、ＮＡ均一性を達成することが可能となる。
【００４５】
表３に、本数値実施例１の、各ＮＡにおいての開口絞り径を示す。
【００４６】
【表３】
2009081304.tif 000005
【００４７】
第１の開口絞りＳＰ１は、０．７５以上１．２０以下の範囲の開口数を決定するもので、ＮＡｍａｘ＝１．２０からＮＡｍｉｎ＝０．７５まで開口部の大きさを変更可能である。第２の開口絞りＳＰ２は、０．９５以上１．２０以下の範囲の開口数を決定するもので、ＮＡ＝０．９５以上の高ＮＡ側でのみ開口部の大きさを変更する。
【００４８】
図３に、本数値実施例１のテレセン度（物体側主光線tanθ）を示す。実線は最大像高での開口絞り２枚でのテレセン度、点線は最大像高での開口絞り１枚のみでのテレセン度、１点鎖線は最小像高での開口絞り１枚のみでのテレセンドを示す。図３に示されるように、開口絞りＳＰ１枚のみでは、所望のテレセン度を満足することが困難である。２枚の開口絞りを用いることにより、ＮＡｍａｘ＝１．２０からＮＡｍｉｎ＝０．７５までの非常に広い範囲のすべてのＮＡ領域で、所望の像側テレセントリック性を満足することが可能となる。
【００４９】
図４に、本数値実施例１のＮＡ均一性（ＮＡｍａｘ＝１．２０、ＮＡｍｉｎ＝０．７５）を示す。図中の実線ｓａｇｉ．はサジタル光線のＮＡ、点線ｍｅｒｉ．はメリディオナル光線のＮＡを表している。２枚の開口絞りを用いることにより、ＮＡｍａｘ＝１．２０、ＮＡｍｉｎ＝０．７５で、所望の像高間ＮＡ均一性を満足することが可能となる。
【００５０】
（数値実施例２）
表４及び表５に、本数値実施例２の構成諸元を示す。
【００５１】
【表４】
2009081304.tif 000006
【００５２】
【表５】
2009081304.tif 000007
【００５３】
レンズの構成諸元は、数値実施例１とほぼ同じであるが、数値実施例２では、第２の開口絞りＳＰ２よりさらに第２物体（ウエハ）の側のレンズＬ１２１とＬ１２２との間に、さらに第３の開口絞りＳＰ３が配置される。
【００５４】
図５に、数値実施例２の開口絞り付近の拡大断面図を示す。高ＮＡ領域で瞳の湾曲が大きくなることはすでに述べているが、図５に示されるように、高ＮＡ領域内で瞳位置は、レンズＬ１２１の第１物体（レチクル）側から第２物体（ウエハ）側に超えている。
【００５５】
そこで、特に、ＮＡｍａｘ１．２０で良好な光学性能を達成するために、レンズＬ１２１よりさらに第２物体（ウエハ）側に第３の開口絞りＳＰ３を配置した。したがって、第２の開口絞りＳＰ２と第３の開口絞りＳＰ３との間には、レンズＬ１２１が配置される。なお、第２の開口絞りＳＰ２と第３の開口絞りＳＰ３との間にはレンズがなくても構わない。
【００５６】
表６に、本数値実施例１の各ＮＡにおける開口絞り径を示す。
【００５７】
【表６】
2009081304.tif 000008
【００５８】
数値実施例１同様、第１の開口絞りＳＰ１は、ＮＡｍａｘ＝１．２０からＮＡｍｉｎ＝０．７５まで、開口部の大きさが変化する。第２の開口絞りＳＰ２は、ＮＡ＝０．９５以上の高ＮＡ側で開口部の大きさが変化する。第３の開口絞りＳＰ３は、ＮＡｍａｘ＝１．２０の光線のみを調整する固定径の開口絞りである。
【００５９】
図６に、本数値実施例２のテレセン度（物体側主光線tanθ）を示す。実線は最大像高での開口絞り２枚でのテレセン度、点線は最大像高での開口絞り１枚のみでのテレセン度、１点鎖線は最小像高での開口絞り１枚のみでのテレセンドを示す。図６に示されるように、開口絞りＳＰ１枚のみでは、所望のテレセン度を満足することが困難である。数値実施例２では、ＮＡｍａｘ＝１．２０からＮＡｍｉｎ＝０．７５までの非常に広い範囲のすべてのＮＡ領域で、所望の像側テレセントリック性を満足することが可能となる。また、第３の開口絞りＳＰ３により、特に、ＮＡｍａｘ＝１．２０では、より良好な光学性能が達成可能となる。
【００６０】
図７に、本発明の数値実施例２のＮＡ均一性（ＮＡｍａｘ＝１．２０、ＮＡｍｉｎ＝０．７５）を示す。図中の実線ｓａｇｉ．はサジタル光線のＮＡ、点線ｍｅｒｉ．はメリディオナル光線のＮＡを表している。ＮＡｍａｘ＝１．２０、ＮＡｍｉｎ＝０．７５で、所望の像高間ＮＡ均一性を満足することが可能となる。第３の開口絞りＳＰ３により、特に、ＮＡｍａｘ＝１．２０では、より良好な光学性能が達成となる。
【００６１】
（数値実施例３）
図８の（ａ）に、本発明の数値実施例３である屈折投影光学系のレンズ構成を示す。屈折投影光学系は、第１物体１０１側から順に光路に沿って、結像光学系Ｇ１、結像光学系Ｇ２にて構成されている。
【００６２】
本数値実施例３では、結像光学系Ｇ１は、レンズＬ３０１〜Ｌ３１６から構成されている。詳細には、第１物体側から、凹面を第１物体側に向けた両凹形状の非球面負レンズＬ３０１、凹面を第１物体側に向けたメニスカス形状の負レンズＬ３０２、凹面を第１物体側に向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ３０３を順に有する。Ｌ３０３に続いて、両凸形状の正レンズＬ３０４、両凸形状の正レンズＬ３０５、凸面を第１物体側に向けたメニスカス形状の正レンズＬ３０６、凸面を第１物体側に向けたメニスカス形状の正レンズＬ３０７を順に有する。Ｌ３０７に続いて、両凹形状の負レンズＬ３０８、凸面を第１物体側に向けたメニスカス形状の非球面負レンズＬ３０９、両凹形状の非球面負レンズＬ３１０、両凹形状の非球面負レンズＬ３１１を順に有する。Ｌ３１１に続いて、凹面を第１物体側に向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ３１２、両凸形状の正レンズＬ３１３、凸面を第１物体側に向けたメニスカス形状の負レンズＬ３１４を順に有する。Ｌ３１４に続いて、凸面を第１物体側に向けたメニスカス形状の正レンズＬ３１５、凸面を第１物体側に向けたメニスカス形状の負レンズＬ３１６を順に有する。
【００６３】
結像光学系Ｇ２は、レンズＬ３１７〜Ｌ３２３にて構成されている。凹面を第２物体側に向けたメニスカス負レンズＬ３１７、凸面を第２物体側に向けたメニスカス形状の正レンズＬ３１８、凹面を第２物体側に向けたメニスカス形状の正レンズＬ３１９、凹面を第２物体側に向けたメニスカス形状の正レンズＬ３２０を順に有する。Ｌ３２０に続いて、凹面を第２物体側に向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ３２１、凹面を第２物体側に向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ３２２、平面を第２物体側に向けた平凸形状の正レンズＬ３２３を順に有している。正レンズＬ３２３と第２物体１０２との間には液体が満たされている。
【００６４】
本数値実施例３において、投影倍率βは１／４倍であり、基準波長は１９３ｎｍ、硝材としては石英を用いている。また、像側の開口数はＮＡｍａｘ＝１．１０、ＮＡｍｉｎ＝０．８０、物像間距離（第１物体面〜第２物体面）はＴＴ１２９３ｍｍである。また、像高が０．００〜１３．６５ｍｍの範囲にて収差補正されており、少なくとも長さ方向で２６ｍｍ、幅で８ｍｍ程度の矩形の照明領域を確保できる。本数値実施例３の横収差図を図９に示す。図中のメリディオナルは、主光線と光軸とを含む子午平面に含まれるメリディオナル光線の収差を、サジタルは、主光線を含みメリディオナルに垂直な球欠面に含まれるサジタル光線の横収差を表している。図９は、基準波長１９３．０ｎｍ及び±０．２ｐｍの波長について表示しており、単色及び色収差が良好に補正されているのがわかる。
【００６５】
表７及び表８に、本数値実施例３の構成諸元を示す。
【００６６】
【表７】
2009081304.tif 000009
【００６７】
【表８】
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【００６８】
ｒｉは面番号に対応した各面の曲率半径、ｄｉは各面の面間隔を示す。基準波長λ＝１９３．０ｎｍに対するレンズ硝材ＳｉＯ２と純水の屈折率は各々１．５６０９、１．４３７である。また、基準波長に対して＋０．２ｐｍ及び−０．２ｐｍの波長に対するＳｉＯ２の屈折率は、各々１．５６０８９９６８、１．５６０９００３１である。また純水の屈折率は、各々１．４３６９９５７６、１．４３７０００４２４である。
【００６９】
また、非球面の形状は次式にて与えられるものとする。
Ｘ＝（Ｈ^２／４）／（１＋（（１−（１＋Ｋ）・（Ｈ／ｒ）２））１／２）＋ＡＨ^４＋ＢＨ^６＋ＣＨ^８＋ＤＨ^１０＋ＥＨ^１２＋ＦＨ^１４＋ＧＨ＾１６
ここで、Ｘはレンズ頂点から光軸方向への変位量、Ｈは光軸からの距離、ｒは曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇは非球面係数である。
【００７０】
次に、本数値実施例３における開口絞りの特徴について説明する。数値実施例３における開口絞りＳＰ１，ＳＰ２は、レンズＬ３１８とＬ３１９との間に配置されている。図８の（ｂ）に、開口絞り付近の拡大断面図を示す。数値実施例１で示した反射屈折型投影光学系同様、本数値実施例３の屈折投影光学系においても、さらなる高ＮＡ化と小型化の両立を達成する。そのため、瞳は、結像光学系Ｇ２内最大有効径を構成するレンズＬ３１８よりも、第２物体（ウエハ）側に大きく湾曲することが、図８の（ｂ）からも容易にわかる。
【００７１】
したがって、本数値実施例３においても、広いＮＡ領域で良好な光学性能を満足するためには、最大有効径を有するレンズＬ３１８より第２物体（ウエハ）側に複数の開口絞りＳＰ１，ＳＰ２を配置する。さらに、複数の開口絞りを用いて光線の調整を行うことで、所望の像側テレセントリック性、ＮＡ均一性を解決した。
【００７２】
表９に、本数値実施例３の、各ＮＡにおいての開口絞り径を示す。
【００７３】
【表９】
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【００７４】
第１の開口絞りＳＰ１は、０．８０以上１．１０以下の範囲の開口数を決定するもので、ＮＡｍａｘ＝１．１０からＮＡｍｉｎ＝０．８０まで、開口部の大きさが変化する。一方、第２の開口絞りＳＰ２は、１．００以上１．１０以下の範囲の開口数を決定するもので、ＮＡ＝１．００以上の高ＮＡ側でのみ開口部の大きさが変化する。
【００７５】
図１０に、本数値実施例３のテレセン度（物体側主光線tanθ）を示す。実線は最大像高での開口絞り２枚でのテレセン度、点線は最大像高での開口絞り１枚のみのテレセン度を示す。図１０に示されるように、第１の開口絞りＳＰ１枚のみでは、所望のテレセン度を満足することが困難である。２枚の開口絞りを用いることにより、ＮＡｍａｘ＝１．１０からＮＡｍｉｎ＝０．８０までの非常に広い範囲のすべてのＮＡ領域で、所望の像側テレセントリック性を満足することが可能となる。
【００７６】
図１１に、本発明の数値実施例３のＮＡ均一性（ＮＡｍａｘ＝１．１０、ＮＡｍｉｎ＝０．８０）を示す。図中の実線ｓａｇｉ．はサジタル光線のＮＡ、点線ｍｅｒｉ．はメリディオナル光線のＮＡを表している。２枚の開口絞りを用いることにより、ＮＡｍａｘ＝１．１０、ＮＡｍｉｎ＝０．８０で、所望の像高間ＮＡ均一性を満足することが可能となる。
【００７７】
本数値実施例１、２、３において、いずれも、投影光学系の最終レンズと像面との間が液体、特に純水で満たされる液浸投影光学系を例として挙げた。しかし、本発明は、液浸投影光学系以外の投影光学系にも適用可能であり、最終レンズと像面との間は、真空であってもよく、また気体や液体や固体で満たされていても構わない。
また本数値実施例１、２、３において、いずれも、硝材は石英ＳｉＯ２（屈折率約１．５６）を用いている投影光学系を例として挙げた。しかし、本発明は、石英以外の高屈折率硝材を用いた投影光学系にも適用可能である。
【００７８】
例えば、本発明は、本数値実施例１、２、３のような、石英Ｓｉ０２＋純水（屈折率約１．４４）の組合せでは、ＮＡｍａｘが１．３７程度まで適用可能である。また、石英＋第２世代液体（屈折率約１．６５）の組合せでは、ＮＡｍａｘが１．５０程度まで適用可能である。（屈折率約２．１４）を用いた場合、ＬｕＡＧ＋第２世代液体（屈折率約１．６５）の組合せでは、ＮＡｍａｘが１．６０程度まで適用可能である。ＬｕＡＧ＋第３世代液体（屈折率約１．８）の組合せでは、ＮＡｍａｘが１．７０程度まで適用可能である。
【００７９】
［露光装置の実施形態］
以下、上述した投影光学系が適用される例示的な露光装置を説明する。露光装置は図１２に示すように、照明装置５０１、原版（レチクル）を搭載したレチクルステージ５０２、投影光学系５０３、基板としてのウエハを搭載したウエハステージ５０４とを有する。露光装置は、レチクルに形成された回路パターンをウエハに投影露光するものであり、ステップアンドリピート投影露光方式またはステップアンドスキャン投影露光方式であってもよい。
【００８０】
照明装置５０１は回路パターンが形成されたレチクルを照明し、光源部と照明光学系とを有する。光源部は、例えば、光源としてレーザを使用する。レーザは、波長約193nmのArFエキシマレーザ、波長約248nmのKrFエキシマレーザ、波長約153nmのF2エキシマレーザなどを使用することができる。しかし、レーザの種類はエキシマレーザに限定されず、例えば、YAGレーザを使用してもよいし、そのレーザの個数も限定されない。光源にレーザが使用される場合、レーザ光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザ光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部に使用可能な光源はレーザに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。
【００８１】
照明光学系はマスクを照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。投影光学系５０３は、数値実施例１〜３に示したようなものを使用することができる。
【００８２】
レチクルステージ５０２およびウエハステージ５０４は、たとえばリニアモータによって移動可能である。ステップアンドスキャン投影露光方式の場合には、それぞれのステージは同期して移動する。また、レチクルのパターンをウエハ上に位置合わせするためにウエハステージおよびレチクルステージの少なくともいずれかに別途アクチュエータを備える。
【００８３】
このような露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用されうる。
【００８４】
[デバイス製造の実施形態]
次に、図１３及び図１４を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１３は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。
【００８５】
ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。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、マスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体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）等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。
【００８６】
図１４は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。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（ＣＶＤ）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、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。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、現像したレジスト像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。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】数値実施例１における投影光学系の断面図及び開口絞り付近拡大断面図
【図２】数値実施例１における投影光学系の横収差図
【図３】数値実施例１におけるテレセン度（物体側主光線tanθ）
【図４】数値実施例１におけるＮＡ均一性（ＮＡｍａｘ＝１．２０、ＮＡｍｉｎ＝０．７５）
【図５】数値実施例２における投影光学系の開口絞り付近拡大断面図
【図６】数値実施例２におけるテレセン度（物体側主光線tanθ）
【図７】数値実施例２におけるＮＡ均一性（ＮＡｍａｘ＝１．２０、ＮＡｍｉｎ＝０．７５）
【図８】数値実施例３における投影光学系の断面図及び開口絞り付近拡大断面図
【図９】数値実施例３における投影光学系の横収差図
【図１０】数値実施例３におけるテレセン度（物体側主光線tanθ）
【図１１】数値実施例３におけるＮＡ均一性（ＮＡｍａｘ＝１．１０、ＮＡｍｉｎ＝０．８０）
【図１２】露光装置を説明するための図
【図１３】露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１３に示すフローチャートにおけるステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
【００８８】
１０１：レチクル、１０２：ウエハ、１０３：光軸、Ｍ１：反射凹面鏡、Ｍ２：反射凹面鏡、Ｍ３：反射凹面鏡、Ｍ４：反射凹面鏡、Ｇ２：第二の結像光学系、ＳＰ１：第１の開口絞り、ＳＰ２：第２の開口絞り、ＳＰ３：第３の開口絞り、５０１：照明系ユニット、５０２：レチクルステージ、５０３：投影光学系、５０４：ウエハステージ、５０５：露光装置本体
【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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