JP2004354555A

JP2004354555A - Reflection refraction type projection optical system, exposing device and exposing method

Info

Publication number: JP2004354555A
Application number: JP2003150390A
Authority: JP
Inventors: Yoko Tanaka; 陽子田中
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-12-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a reflection refraction type projection optical system in which various aberrations such as color aberration are satisfactorily corrected to a light of ≤200nm wavelength, for example, and thereby, which has excellent imaging performance and can assure large image side numerical aperture required for high resolution. <P>SOLUTION: The reflection refraction type projection optical system is provided with a reflection refraction type first imaging optical system (G1) which forms an intermediate image of a first face (R) and a refraction type second imaging optical system (G2) which forms a final image of the first face on a second face (W). The first imaging optical system has a first reflection surface (M1) formed on a lens surface for reflecting light transmitted through a first lens group (G11), a second reflection surface (M2) which guides light reflected by the first reflection surface to the second imaging optical system and a second lens group (G12) arranged in an optical path between the first reflection surface and the second reflection surface. An optical path between an optical surface at the most second face side and the second face in the second imaging optical system is filled with a medium having a refractive index substantially larger than 1. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射屈折型の投影光学系、露光装置および露光方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子など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適した高解像の反射屈折型の投影光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の製造や半導体チップ実装基盤の製造ではパターンの微細化がますます進んでおり、パターンを焼き付ける露光装置ではより解像度の高い投影光学系が要求されている。投影光学系の解像力に対する要求を満足するには、照明光（露光光）の波長λを短くするとともに投影光学系の像側開口数ＮＡを大きくする必要がある。
【０００３】
具体的には、投影光学系の解像度は、ｋ・λ／ＮＡ（ｋはプロセス係数）で表される。短波長化の観点では、露光光の波長λは、ｇ線（λ＝４３６ｎｍ）からｉ線（λ＝３６５ｎｍ）へ、さらにはＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（λ＝１９３ｎｍ）へと進んでいる。像側開口数ＮＡは、投影光学系と像面との間の媒質（通常は空気などの気体）の屈折率をｎとし、像面への最大入射角をθとすると、ｎ・ｓｉｎθで表される。
【０００４】
また、露光装置に搭載される投影光学系に求められる光学性能は極めて高く、諸収差をほぼ無収差状態にまで補正することが望ましい。従来、露光装置に適した投影光学系が、たとえば特開平５−１７３０６５号公報、特開平５−２８１４６９号公報、特開平６−２６５７８９号公報、特開２００１−０２７７２７号公報、特開２００２−２０８５５１号公報などに開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１７３０６５号公報
【特許文献２】
特開平５−２８１４６９号公報
【特許文献３】
特開平６−２６５７８９号公報
【特許文献４】
特開２００１−０２７７２７号公報
【特許文献５】
特開２００２−２０８５５１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、特開平５−１７３０６５号公報に開示された屈折型の投影光学系において像側開口数ＮＡの増大を図ろうとすると、色収差補正および像面湾曲（ペッツバール和）の補正のため、レンズ枚数をさらに増やさなければならない。これに対し、パワーを有する反射面を用いると、色収差を発生させることなく光線を曲げることができ、例えば凹面反射鏡は正のパワーを持ちながらペッツバール和に対しては正レンズ成分と符号が逆の寄与を示す。
【０００７】
このため、反射光学部材と屈折光学部材とを組み合わせて得られる反射屈折光学系では、色収差をはじめとする諸収差をほぼ無収差状態にまで良好に補正することができる。しかしながら、露光装置の投影光学系の光路中に凹面反射鏡を用いると、マスク側から凹面反射鏡に入射した光が反射されて再び元のマスク側へ逆進してしまう。このため、凹面反射鏡に入射する光の光路と凹面反射鏡で反射される光の光路とを分離するとともに凹面反射鏡からの反射光をウェハ（感光性基板）方向へ導くための技術、すなわち光路分離に関する技術が種々提案されている。
【０００８】
例えば特開平５−２８１４６９号公報に開示された反射屈折光学系では、光路分離（光線分離）にビームスプリッターを用いている。この場合、像側開口数ＮＡの増大を図ろうとすると、非常に大きなビームスプリッターが必要になり、実際の製造が困難になるという不都合がある。また、特開平６−２６５７８９号公報に開示された反射屈折光学系では、中心遮蔽によって光線分離を行っているので、特定周波数のパターンでコントラストの低下が起きてしまうという不都合がある。
【０００９】
一方、特開２００１−０２７７２７号公報や特開２００２−２０８５５１号公報に開示された反射屈折光学系では、ビームスプリッターを用いることなく且つ中心遮蔽をすることなく光線分離を行うことができ、さらにすべての構成部材が単一光軸上に配置されているという点において優れている。しかしながら、これらの公報に開示された反射屈折光学系では、第１反射面への入射光線と第２反射面からの反射光線との干渉を避けなければならないが、像側開口数ＮＡ（開示例ではＮＡが０．６程度）の増大を図ろうとすると、上記入射光線と反射光線との干渉を避けることが困難になるという不都合がある。
【００１０】
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２００ｎｍ以下の波長光に対して色収差などの諸収差が良好に補正されて優れた結像性能を有し、高解像に必要な大きな像側開口数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、優れた結像性能を有し且つ大きな像側開口数ひいては高い解像度を有する投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に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。
【００１１】
【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面の像を前記第１面とほぼ平行な第２面上にほぼテレセントリックに形成する反射屈折型の投影光学系であって、
前記第１面の中間像を形成するための反射屈折型の第１結像光学系と、前記中間像からの光に基づいて前記第１面の最終像を前記第２面上に形成するための屈折型の第２結像光学系とを備え、
前記第１結像光学系は、少なくとも１つの正レンズを含む第１レンズ群と、該第１レンズ群を透過した光を反射するためにレンズ面上に形成された第１反射面と、該第１反射面で反射された光を前記第２結像光学系へ導くための第２反射面と、前記第１反射面と前記第２反射面との間の光路中に配置された少なくとも２つのレンズを含む第２レンズ群とを有し、
前記第２結像光学系は、開口絞りを有し、
前記第１反射面および前記第２反射面のうちの少なくとも一方は、凹面状に形成され、
前記投影光学系を構成するすべての光学部材は、単一の直線状の光軸上に配置され、
前記第２結像光学系の最も第２面側の光学面と前記第２面との間の光路は、１よりも実質的に大きい屈折率を有する媒質で満たされていることを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１２】
第１形態の好ましい態様によれば、前記第１面からの光は、前記第１レンズ群および前記第２レンズ群を透過して前記第１反射面で反射され、前記第２レンズ群を透過して前記第２反射面で反射され、前記第２レンズ群および前記第１反射面が形成されたレンズを透過して前記第２結像光学系へ導かれる。
【００１３】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１反射面が形成されたレンズの焦点距離Ｆｍは、５００ｍｍ≦Ｆｍ≦５０００ｍｍの条件を満足する。また、前記第２レンズ群は、少なくとも１つの正レンズと、少なくとも１つの負レンズとを有することが好ましい。
【００１４】
本発明の第２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のパターンを前記感光性基板上へ投影露光することが好ましい。
【００１５】
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し、第１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のパターンを前記感光性基板上へ投影露光することが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる反射屈折型の投影光学系は、第１面（露光装置の場合にはマスク）の中間像を形成するための反射屈折型の第１結像光学系Ｇ１と、中間像からの光に基づいて第１面の最終像を第１面とほぼ平行な第２面（露光装置の場合にはウェハのような感光性基板）上にテレセントリックに形成するための屈折型の第２結像光学系Ｇ２とを備えている。第１結像光学系Ｇ１は、少なくとも１つの正レンズを含む第１レンズ群Ｇ１１と、この第１レンズ群Ｇ１１を透過した光を反射するためのレンズ面上に形成された第１反射面Ｍ１と、この第１反射面Ｍ１で反射された光を第２結像光学系Ｇ２へ導くための第２反射面Ｍ２と、第１反射面Ｍ１と第２反射面Ｍ２との間の光路中に配置された少なくとも２つのレンズを含む第２レンズ群Ｇ１２とを有する。
【００１７】
第２結像光学系Ｇ２は開口絞りＡＳを有し、第１反射面Ｍ１および第２反射面Ｍ２のうちの少なくとも一方は凹面状に形成されている。また、投影光学系を構成するすべての光学部材は単一の直線状の光軸ＡＸ上に配置され、第２結像光学系Ｇ２の最も第２面側の光学面と第２面との間の光路は、たとえば水のような１よりも実質的に大きい屈折率を有する媒質で満たされている。本発明の投影光学系では、第１面からの光が、第１レンズ群Ｇ１１および第２レンズ群Ｇ１２を透過して第１反射面Ｍ１で反射され、第２レンズ群Ｇ１２を透過して第２反射面Ｍ２で反射され、第２レンズ群Ｇ１２および第１反射面Ｍ１が形成されたレンズを透過して第２結像光学系Ｇ２へ導かれる。
【００１８】
第１反射面Ｍ１をレンズ面上に形成することにより、第２結像光学系Ｇ２へ入射する光線を、第１反射面Ｍ１が形成されたレンズの屈折作用によって収斂させることができる。これに対し、第１反射面Ｍ１をレンズ面上に形成しない構成では、第１反射面Ｍ１の直ぐ後側（第２面側）にレンズを配置したとしても、本発明の構成に比してレンズの高い位置（光軸から離れた位置）を光線が通ることになり、光線を同じ程度に収斂させるのに必要なパワー（屈折力）が大きくなり、ひいては大きな正屈折力に起因して収差発生量が大きくなってしまう。換言すれば、本発明では、第１反射面Ｍ１をレンズ面上に形成する構成により、収差発生量を抑えることができる。
【００１９】
また、本発明では、反射屈折型の第１結像光学系Ｇ１と屈折型の第２結像光学系Ｇ２との組み合わせからなる反射屈折光学系を採用しているので、たとえば２００ｎｍ以下の波長光に対して色収差などの諸収差を良好に補正することができ、ひいては優れた結像性能を確保することができる。また、本発明では、第２結像光学系Ｇ２の最も第２面側の光学面と第２面との間の光路を、たとえば水のような高屈折率を有する媒質で満たしているので、液浸対物レンズの場合と同様に、高解像に必要な大きな像側開口数を確保することができる。
【００２０】
本発明では、第１反射面Ｍ１が形成されたレンズの焦点距離Ｆｍは、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
５００ｍｍ≦Ｆｍ≦５０００ｍｍ（１）
【００２１】
条件式（１）は、第１反射面Ｍ１が表面に形成されたレンズの焦点距離（ひいてはパワー）を規定している。本発明では、レンズ面上に第１反射面Ｍ１を設けることにより、第２結像光学系Ｇ２への光線を当該レンズによりある程度収斂させることができる。その結果、第２結像光学系Ｇ２での収差補正の効率を向上させることができ、さらに第２結像光学系Ｇ２を構成するレンズの有効径を小さく抑えることができる。条件式（１）の上限値を上回ると、当該レンズの屈折力が小さくなり過ぎて、当該レンズにより光線を十分に収斂させることができず、第２結像光学系Ｇ２への入射光線がレンズの高い位置を通ることになり、収差補正上不利になってしまう。一方、条件式（１）の下限値を下回ると、当該レンズの屈折力が大きくなり過ぎて、当該レンズで発生する収差量が大きくなってしまう。
【００２２】
また、本発明では、第２レンズ群Ｇ１２が少なくとも１つの正レンズと少なくとも１つの負レンズとを有することが好ましい。本発明では、反射面が像面湾曲（ペッツバール和）の補正を主に担っているため、反射面により光線が曲げられすぎてしまう傾向がある。第２レンズ群Ｇ１２中に少なくとも１つの負レンズを設けることにより、光線が曲げられすぎるのを防ぐことができる。さらに、この負レンズの屈折力が強いため、例えば凹面による球面収差の発生量が大きくなるが、第２レンズ群Ｇ１２中に少なくとも１つの正レンズを設けることにより、逆向きの球面収差を発生させて打ち消すことができる。
【００２３】
なお、上述したように、本発明の投影光学系では、第２面（ウェハ面）側にほぼテレセントリックである。本発明では、第２面側に加えて、第１面（マスク面）側に対してもほぼテレセントリックであることが望ましい。
【００２４】
以上のように、本発明では、たとえば２００ｎｍ以下の波長光に対して色収差などの諸収差が良好に補正されて優れた結像性能を有し、高解像に必要な大きな像側開口数を確保することのできる反射屈折型の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用いる露光装置および露光方法では、優れた結像性能を有し且つ大きな像側開口数ひいては高い解像度を有する投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に露光することができる。
【００２５】
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。なお、図１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図１の紙面に平行にＹ軸を、図１の紙面に垂直にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００２６】
図示の露光装置は、紫外領域の照明光を供給するための光源１００として、ＡｒＦエキシマレーザ光源を備えている。光源１００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レチクル（マスク）Ｒを重畳的に照明する。なお、光源１００と照明光学系ＩＬとの間の光路はケーシング（不図示）で密封されており、光源１００から照明光学系ＩＬ中の最もレチクル側の光学部材までの空間は、露光光の吸収率が低い気体であるヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
【００２７】
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Ｒには転写すべきパターンが形成されており、光軸ＡＸを含むことなくＸ方向に延びる円弧形状のパターン領域が照明される。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、感光性基板であるウェハＷ上にレチクルパターン像を形成する。
【００２８】
ウェハＷは、ウェハホルダテーブル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。そして、レチクルＲ上での円弧形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上においても光軸ＡＸを含むことなくＸ方向に延びる円弧形状の静止露光領域（すなわち実効露光領域：投影光学系ＰＬの有効結像領域）にパターン像が形成される。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。
【００２９】
図２は、本実施形態においてウェハ上に形成される円弧形状の実効露光領域と光軸との位置関係を示す図である。本実施形態では、図２に示すように、実効露光領域（有効結像領域）ＥＲが、収差の良好に補正された収差補正領域として、光軸ＡＸを中心とした外径（半径）Ｒｏの円と、内径（半径）Ｒｉの円と、距離Ｈだけ間隔を隔てたＹ方向に平行な２つの線分とにより円弧形状に規定されている。こうして、円弧形状の実効露光領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法はＨであり、Ｙ方向に沿った寸法はＤである。したがって、図示を省略したが、レチクルＲ上には、円弧形状の実効露光領域ＥＲに光学的に対応した大きさおよび形状を有する円弧形状の照明領域（すなわち実効照明領域）が形成されていることになる。
【００３０】
また、本実施形態の露光装置では、投影光学系ＰＬを構成する光学部材のうち最もレチクル側に配置された光学部材と最もウェハ側に配置された光学部材との間で投影光学系ＰＬの内部が気密状態を保つように構成され、投影光学系ＰＬの内部の気体はヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。さらに、照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＬとの間の狭い光路には、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどが配置されているが、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
【００３１】
また、本実施形態の露光装置では、投影光学系ＰＬの最もウェハ側に配置された光学部材とウェハＷとの間の光路は、１よりも実質的に大きい屈折率を有する媒質で満たされている。各実施例では、高屈折率の媒質として、水（たとえば脱イオン水）を用いている。このように、光源１００からウェハＷまでの光路の全体に亘って、露光光がほとんど吸収されることのない雰囲気が形成されている。
【００３２】
また、上述したように、レチクルＲ上の照明領域およびウェハＷ上の露光領域（すなわち実効露光領域ＥＲ）は、Ｘ方向に延びる円弧形状である。したがって、駆動系および干渉計（ＲＩＦ、ＷＩＦ）などを用いてレチクルＲおよびウェハＷの位置制御を行いながら、Ｙ方向に沿ってレチクルステージＲＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはレチクルＲとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には実効露光領域ＥＲのＸ方向寸法Ｈに等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有する露光領域に対してレチクルパターンが走査露光される。
【００３３】
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Ｃ_ｎ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。

【００３４】
また、各実施例において、投影光学系ＰＬは、物体面（第１面）に配置されたレチクルＲのパターンの中間像を形成するための第１結像光学系Ｇ１と、中間像からの光に基づいて像面（第２面）に配置されたウェハＷ上にレチクルパターンの縮小像（最終像）を形成するための第２結像光学系Ｇ２とにより構成されている。ここで、第１結像光学系Ｇ１は第１反射面Ｍ１と第２反射面Ｍ２とを含む反射屈折光学系であり、第２結像光学系Ｇ２は屈折光学系である。投影光学系ＰＬを構成するすべての光学部材は、単一の直線状の光軸ＡＸ上に配置されている。また、投影光学系ＰＬは、レチクル側およびウェハ側にほぼテレセントリックに構成されている。
【００３５】
［第１実施例］
図３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。図３を参照すると、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Ｇ１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正メニスカスレンズＬ１１と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた第２反射面Ｍ２を有する反射鏡と、両凸レンズＬ１２と、両凹レンズＬ１３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Ｌ１４とを備えている。そして、正メニスカスレンズＬ１４のレチクル側の面には、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた第１反射面Ｍ１が形成されている。
【００３６】
一方、第２結像光学系Ｇ２は、レチクル側から順に、両凸レンズＬ２１と、両凸レンズＬ２２と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２３と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２４と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２５と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ２６と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２７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Ｌ２８と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２９と、両凸レンズＬ２１０と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２１１と、開口絞りＡＳと、両凸レンズＬ２１２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Ｌ２１３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Ｌ２１４と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１５と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２１６とにより構成されている。
【００３７】
第１実施例では、平凸レンズＬ２１６とウェハＷとの間の光路に、高屈折率媒質としての水が満たされている。第１実施例では、レチクルＲからの光が、第１レンズ群Ｇ１１を構成するレンズＬ１１と第２レンズ群Ｇ１２を構成するレンズＬ１２およびレンズＬ１３とを透過して、第１反射面Ｍ１に入射する。第１反射面Ｍ１で反射された光は、第２レンズ群（Ｌ１３，Ｌ１２）を透過して第２反射面Ｍ２で反射され、第２レンズ群（Ｌ１２，Ｌ１３）および第１反射面Ｍ１が形成されたレンズＬ１４を透過して、レチクルＲの中間像を形成する。レチクルＲの中間像からの光は、レンズＬ２１〜Ｌ２１６を介して、ウェハＷ上にレチクルＲの縮小像を形成する。
【００３８】
第１実施例では、投影光学系ＰＬを構成するレンズ成分が、石英（ＳｉＯ_２）または蛍石（ＣａＦ_２）により形成されている。具体的には、レンズＬ２１５およびレンズＬ２１６が蛍石により形成され、その他のレンズが石英により形成されている。露光光であるＡｒＦエキシマレーザ光の発振中心波長は１９３．３ｎｍであり、中心波長１９３．３ｎｍに対する石英の屈折率は１．５６０３２６であり、中心波長１９３．３ｎｍに対する蛍石の屈折率は１．５０１４５５であり、中心波長１９３．３ｎｍに対する水の屈折率は１．４３２０５０である。
【００３９】
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）において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率（全系の結像倍率）を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、ＲｏおよびＲｉは実効露光領域ＥＲの外半径および内半径を、ＨおよびＤは実効露光領域ＥＲのＸ方向寸法およびＹ方向寸法をそれぞれ表している。また、面番号は物体面（第１面）であるレチクル面から像面（第２面）であるウェハ面への光線の進行する方向に沿ったレチクル側からの面の順序を、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、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、ｎは中心波長λに対する屈折率をそれぞれ示している。
【００４０】
なお、面間隔ｄ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の符号は、第１反射面Ｍ１から第２反射面Ｍ２までの光路中では負とし、その他の光路中では正としている。そして、光の入射方向にかかわらず、レチクル側に向かって凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率半径を負としている。なお、表（１）における表記は、以降の表（２）においても同様である。
【００４１】
【表１】

【００４２】
図４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は像高を示している。図４の収差図から明らかなように、第１実施例では、非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．０５）および比較的大きな実効露光領域ＥＲを確保しているにもかかわらず、波長が１９３．３ｎｍの露光光に対して収差が良好に補正されていることがわかる。
【００４３】
［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。図５を参照すると、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Ｇ１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正メニスカスレンズＬ１１と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた第２反射面Ｍ２を有する反射鏡と、両凸レンズＬ１２と、両凹レンズＬ１３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Ｌ１４とを備えている。そして、正メニスカスレンズＬ１４のレチクル側の面には、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた第１反射面Ｍ１が形成されている。
【００４４】
一方、第２結像光学系Ｇ２は、レチクル側から順に、両凸レンズＬ２１と、両凸レンズＬ２２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Ｌ２３と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２４と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２５と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ２６と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２７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Ｌ２８と、両凸レンズＬ２９と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２１０と、開口絞りＡＳと、両凸レンズＬ２１１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Ｌ２１２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Ｌ２１３と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１４と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２１５とにより構成されている。
【００４５】
第２実施例では、平凸レンズＬ２１５とウェハＷとの間の光路に、高屈折率媒質としての水が満たされている。第２実施例では、レチクルＲからの光が、第１レンズ群Ｇ１１を構成するレンズＬ１１と第２レンズ群Ｇ１２を構成するレンズＬ１２およびレンズＬ１３とを透過して、第１反射面Ｍ１に入射する。第１反射面Ｍ１で反射された光は、第２レンズ群（Ｌ１３，Ｌ１２）を透過して第２反射面Ｍ２で反射され、第２レンズ群（Ｌ１２，Ｌ１３）および第１反射面Ｍ１が形成されたレンズＬ１４を透過して、レチクルＲの中間像を形成する。レチクルＲの中間像からの光は、レンズＬ２１〜Ｌ２１５を介して、ウェハＷ上にレチクルＲの縮小像を形成する。
【００４６】
第２実施例では、投影光学系ＰＬを構成するレンズ成分が、石英または蛍石により形成されている。具体的には、レンズＬ２１４およびレンズＬ２１５が蛍石により形成され、その他のレンズが石英により形成されている。露光光であるＡｒＦエキシマレーザ光の発振中心波長は１９３．３ｎｍであり、中心波長１９３．３ｎｍに対する石英の屈折率は１．５６０３２６であり、中心波長１９３．３ｎｍに対する蛍石の屈折率は１．５０１４５５であり、中心波長１９３．３ｎｍに対する水の屈折率は１．４３２０５０である。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。
【００４７】
【表２】

【００４８】
図６は、第２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は像高を示している。図６の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、非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．０）および比較的大きな実効露光領域ＥＲを確保しているにもかかわらず、波長が１９３．３ｎｍの露光光に対して収差が良好に補正されていることがわかる。
【００４９】
こうして、各実施例では、ビームスプリッターを用いることなく光路分離（光線分離）を行うことができる。また、波長が１９３．３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光に対して、１．０５または１．０の高い像側開口数を確保するとともに、２６．０ｍｍ×４．０ｍｍの円弧形状の実効露光領域（静止露光領域）を確保することができる。その結果、たとえば２６ｍｍ×３３ｍｍの矩形状の露光領域内に回路パターンを高解像度で走査露光することができる。
【００５０】
上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってレチクル（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図７のフローチャートを参照して説明する。
【００５１】
先ず、図７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ｌ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。
【００５２】
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。
【００５３】
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、図８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。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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
なお、上述の実施形態では、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以下の波長を有する光を供給する他の適当な光源を用いることもできる。また、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。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、たとえば２００ｎｍ以下の波長光に対して色収差などの諸収差が良好に補正されて優れた結像性能を有し、高解像に必要な大きな像側開口数を確保することのできる反射屈折型の投影光学系を実現することができる。
【００５８】
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、優れた結像性能を有し且つ大きな像側開口数ひいては高い解像度を有する投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に露光することができる。また、本発明の投影光学系を搭載した露光装置を用いて、高解像な投影光学系を介した高精度な露光により、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】本実施形態においてウェハ上に形成される円弧形状の実効露光領域と光軸との位置関係を示す図である。
【図３】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４】第１実施例における横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実施例における横収差を示す図である。
【図７】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。
【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。
【符号の説明】
Ｇ１第１結像光学系
Ｇ２第２結像光学系
Ｌｉ各レンズ成分
Ｍ１，Ｍ２反射面
１００レーザ光源
ＩＬ照明光学系
Ｒレチクル
ＲＳレチクルステージ
ＰＬ投影光学系
Ｗウェハ
ＷＳウェハステージ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a catadioptric projection optical system, an exposure apparatus, and an exposure method, and particularly to a high-resolution catadioptric system suitable for an exposure apparatus used when a semiconductor element or a liquid crystal display element is manufactured by a photolithography process. Projection optical system.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the manufacture of semiconductor elements and the manufacture of semiconductor chip mounting substrates, the pattern has become increasingly finer, and an exposure apparatus for printing a pattern requires a projection optical system with higher resolution. In order to satisfy the requirement for the resolving power of the projection optical system, it is necessary to shorten the wavelength λ of the illumination light (exposure light) and increase the image-side numerical aperture NA of the projection optical system.
[0003]
Specifically, the resolution of the projection optical system is represented by k · λ / NA (k is a process coefficient). From the viewpoint of shortening the wavelength, the wavelength λ of the exposure light is changed from a g-line (λ = 436 nm) to an i-line (λ = 365 nm), and further a KrF excimer laser (λ = 248 nm) and an ArF excimer laser (λ = 193 nm). It is going to. The image-side numerical aperture NA is represented by n · sin θ, where n is the refractive index of a medium (normally, gas such as air) between the projection optical system and the image plane, and θ is the maximum incident angle on the image plane. Is done.
[0004]
Further, the optical performance required of a projection optical system mounted on an exposure apparatus is extremely high, and it is desirable to correct various aberrations to a substantially aberration-free state. Conventionally, a projection optical system suitable for an exposure apparatus is disclosed in, for example, JP-A-5-1730065, JP-A-5-281469, JP-A-6-265789, JP-A-2001-0277727, and JP-A-2002-208551. No., for example.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-173065 [Patent Document 2]
JP-A-5-281469 [Patent Document 3]
JP-A-6-265789 [Patent Document 4]
JP 2001-027772 A [Patent Document 5]
JP-A-2002-208551
[Problems to be solved by the invention]
For example, in an attempt to increase the image-side numerical aperture NA in a refraction type projection optical system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-173065, the number of lenses must be reduced in order to correct chromatic aberration and field curvature (Petzval sum). Must be further increased. On the other hand, if a reflecting surface having power is used, the light beam can be bent without causing chromatic aberration.For example, a concave reflecting mirror has a positive power and a sign opposite to that of a positive lens component with respect to Petzval sum. Shows the contribution of
[0007]
Therefore, in a catadioptric optical system obtained by combining a reflective optical member and a refractive optical member, various aberrations including chromatic aberration can be satisfactorily corrected to almost no aberration. However, if a concave reflecting mirror is used in the optical path of the projection optical system of the exposure apparatus, light incident on the concave reflecting mirror from the mask side is reflected and travels back to the original mask side again. For this reason, a technique for separating the optical path of the light incident on the concave reflecting mirror from the optical path of the light reflected by the concave reflecting mirror and guiding the reflected light from the concave reflecting mirror toward the wafer (photosensitive substrate), that is, Various techniques regarding optical path separation have been proposed.
[0008]
For example, in the catadioptric optical system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-281469, a beam splitter is used for optical path separation (light ray separation). In this case, if an attempt is made to increase the image-side numerical aperture NA, a very large beam splitter is required, and there is a disadvantage that actual manufacturing becomes difficult. Further, in the catadioptric system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-265789, since light rays are separated by shielding the center, there is an inconvenience that the contrast is reduced in a pattern of a specific frequency.
[0009]
On the other hand, in the catadioptric optical system disclosed in JP-A-2001-027772 and JP-A-2002-208551, light beam separation can be performed without using a beam splitter and without blocking a center, and furthermore, Is excellent in that the constituent members are arranged on a single optical axis. However, in the catadioptric systems disclosed in these publications, it is necessary to avoid the interference between the light beam incident on the first reflecting surface and the light beam reflected from the second reflecting surface. In this case, it is difficult to avoid the interference between the incident light beam and the reflected light beam.
[0010]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has excellent imaging performance in which various aberrations such as chromatic aberration are well corrected for light having a wavelength of 200 nm or less, and is required for high resolution. It is an object of the present invention to provide a catadioptric projection optical system capable of securing a very large image-side numerical aperture. In addition, the present invention provides an exposure apparatus and an exposure method capable of exposing a fine pattern with high accuracy through a projection optical system having excellent imaging performance and a large image-side numerical aperture and thus a high resolution. The purpose is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a catadioptric projection optical system that forms an image of a first surface almost telecentrically on a second surface substantially parallel to the first surface. ,
A catadioptric first imaging optical system for forming an intermediate image of the first surface; and a final image of the first surface on the second surface based on light from the intermediate image. And a refraction-type second imaging optical system,
The first imaging optical system includes a first lens group including at least one positive lens, a first reflection surface formed on a lens surface for reflecting light transmitted through the first lens group, and A second reflecting surface for guiding the light reflected by the first reflecting surface to the second imaging optical system; and at least two light sources disposed in an optical path between the first reflecting surface and the second reflecting surface. A second lens group including two lenses,
The second imaging optical system has an aperture stop,
At least one of the first reflection surface and the second reflection surface is formed in a concave shape,
All the optical members constituting the projection optical system are arranged on a single linear optical axis,
The optical path between the optical surface closest to the second surface of the second imaging optical system and the second surface is filled with a medium having a refractive index substantially larger than 1. A projection optical system is provided.
[0012]
According to a preferred mode of the first mode, light from the first surface transmits through the first lens group and the second lens group, is reflected by the first reflection surface, and transmits through the second lens group. Then, the light is reflected by the second reflecting surface, passes through the lens on which the second lens group and the first reflecting surface are formed, and is guided to the second imaging optical system.
[0013]
According to a preferred mode of the first embodiment, the focal length Fm of the lens on which the first reflecting surface is formed satisfies the condition of 500 mm ≦ Fm ≦ 5000 mm. Preferably, the second lens group includes at least one positive lens and at least one negative lens.
[0014]
In a second embodiment of the present invention, an illumination system for illuminating the mask set on the first surface, and an image of a pattern formed on the mask is formed on a photosensitive substrate set on the second surface. And a projection optical system according to the first aspect of the present invention. In this case, it is preferable that the mask and the photosensitive substrate are relatively moved along the predetermined direction with respect to the projection optical system to project and expose the pattern of the mask onto the photosensitive substrate.
[0015]
In a third aspect of the present invention, a mask set on the first surface is illuminated, and a pattern formed on the mask is projected on the photosensitive substrate via the projection optical system of the first aspect on the second surface. There is provided an exposure method characterized by performing projection exposure on the top. In this case, it is preferable that the mask and the photosensitive substrate are relatively moved along the predetermined direction with respect to the projection optical system to project and expose the pattern of the mask onto the photosensitive substrate.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The catadioptric projection optical system according to the present invention includes a catadioptric first imaging optical system G1 for forming an intermediate image of a first surface (a mask in the case of an exposure apparatus), A refraction-type second connection for telecentrically forming a final image of the first surface on a second surface (a photosensitive substrate such as a wafer in the case of an exposure apparatus) based on the light. And an image optical system G2. The first imaging optical system G1 includes a first lens group G11 including at least one positive lens, and a first reflection surface M1 formed on a lens surface for reflecting light transmitted through the first lens group G11. A second reflection surface M2 for guiding the light reflected by the first reflection surface M1 to the second imaging optical system G2, and an optical path between the first reflection surface M1 and the second reflection surface M2. A second lens group G12 including at least two lenses arranged.
[0017]
The second imaging optical system G2 has an aperture stop AS, and at least one of the first reflection surface M1 and the second reflection surface M2 is formed in a concave shape. Further, all the optical members constituting the projection optical system are arranged on a single linear optical axis AX, and are located between the optical surface closest to the second surface of the second imaging optical system G2 and the second surface. Are filled with a medium having a refractive index substantially greater than one, such as water. In the projection optical system of the present invention, light from the first surface is transmitted through the first lens group G11 and the second lens group G12, is reflected on the first reflection surface M1, and is transmitted through the second lens group G12, and is transmitted through the second lens group G12. The light is reflected by the second reflecting surface M2, passes through the lens on which the second lens group G12 and the first reflecting surface M1 are formed, and is guided to the second imaging optical system G2.
[0018]
By forming the first reflecting surface M1 on the lens surface, light rays incident on the second imaging optical system G2 can be converged by the refraction of the lens on which the first reflecting surface M1 is formed. On the other hand, in the configuration in which the first reflection surface M1 is not formed on the lens surface, even if a lens is disposed immediately behind the first reflection surface M1 (the second surface side), compared to the configuration of the present invention. The light beam passes through a high position of the lens (a position away from the optical axis), and the power (refractive power) required to converge the light beam to the same degree increases, and as a result, aberration occurs due to a large positive refractive power. The amount of generation increases. In other words, in the present invention, the amount of aberration can be suppressed by forming the first reflection surface M1 on the lens surface.
[0019]
In the present invention, a catadioptric optical system composed of a combination of the catadioptric first imaging optical system G1 and the refraction second imaging optical system G2 is employed. , Various aberrations such as chromatic aberration can be favorably corrected, and excellent imaging performance can be secured. In the present invention, the optical path between the optical surface closest to the second surface of the second imaging optical system G2 and the second surface is filled with a medium having a high refractive index, such as water. As in the case of the immersion objective, a large image-side numerical aperture necessary for high resolution can be secured.
[0020]
In the present invention, it is desirable that the focal length Fm of the lens on which the first reflection surface M1 is formed satisfies the following conditional expression (1).
500mm ≦ Fm ≦ 5000mm (1)
[0021]
Conditional expression (1) defines the focal length (and power) of the lens having the first reflecting surface M1 formed on the surface. In the present invention, by providing the first reflection surface M1 on the lens surface, the light beam to the second imaging optical system G2 can be converged to some extent by the lens. As a result, the efficiency of aberration correction in the second imaging optical system G2 can be improved, and the effective diameter of the lens forming the second imaging optical system G2 can be reduced. If the value exceeds the upper limit of conditional expression (1), the refractive power of the lens becomes too small, and the light cannot be sufficiently converged by the lens. At a high position, which is disadvantageous for aberration correction. On the other hand, when the value goes below the lower limit of conditional expression (1), the refractive power of the lens becomes excessively large, and the amount of aberration generated in the lens increases.
[0022]
In the present invention, it is preferable that the second lens group G12 includes at least one positive lens and at least one negative lens. In the present invention, since the reflecting surface is mainly responsible for correcting the curvature of field (Petzval sum), light rays tend to be excessively bent by the reflecting surface. By providing at least one negative lens in the second lens group G12, it is possible to prevent a light beam from being excessively bent. Further, since the refractive power of the negative lens is strong, the amount of spherical aberration generated due to, for example, a concave surface increases. However, providing at least one positive lens in the second lens group G12 causes spherical aberration in the opposite direction. Can be counteracted.
[0023]
As described above, the projection optical system of the present invention is almost telecentric on the second surface (wafer surface) side. In the present invention, it is desirable that the lens is substantially telecentric not only on the second surface but also on the first surface (mask surface).
[0024]
As described above, according to the present invention, for example, various aberrations such as chromatic aberration are excellently corrected with respect to light having a wavelength of 200 nm or less, so that the present invention has an excellent imaging performance and a large image-side numerical aperture required for high resolution. A catadioptric projection optical system that can be secured can be realized. Therefore, in the exposure apparatus and the exposure method using the projection optical system of the present invention, a fine pattern can be precisely formed through the projection optical system having excellent imaging performance and a large image-side numerical aperture and thus high resolution. Can be exposed.
[0025]
An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the Z axis is parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, the Y axis is parallel to the plane of FIG. 1 in a plane perpendicular to the optical axis AX, and the X axis is perpendicular to the plane of FIG. Are set respectively.
[0026]
The illustrated exposure apparatus includes an ArF excimer laser light source as a light source 100 for supplying illumination light in an ultraviolet region. The light emitted from the light source 100 illuminates the reticle (mask) R on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner via the illumination optical system IL. The optical path between the light source 100 and the illumination optical system IL is sealed by a casing (not shown), and the space from the light source 100 to the optical member closest to the reticle in the illumination optical system IL absorbs exposure light. The gas is replaced with an inert gas such as helium gas or nitrogen, which is a gas having a low rate, or is kept in a substantially vacuum state.
[0027]
The reticle R is held on the reticle stage RS in parallel with the XY plane via a reticle holder RH. A pattern to be transferred is formed on the reticle R, and an arc-shaped pattern region extending in the X direction without including the optical axis AX is illuminated. The reticle stage RS can be moved two-dimensionally along the reticle surface (that is, the XY plane) by the action of a drive system (not shown), and its position coordinates are measured by an interferometer RIF using a reticle moving mirror RM. And the position is controlled. Light from the pattern formed on the reticle R forms a reticle pattern image on the wafer W as a photosensitive substrate via the projection optical system PL.
[0028]
The wafer W is held on a wafer stage WS via a wafer holder table WT in parallel with the XY plane. Then, on the wafer W, an arc-shaped stationary exposure area extending in the X-direction without including the optical axis AX (ie, an effective exposure area: projection) so as to correspond optically to the arc-shaped illumination area on the reticle R. A pattern image is formed in the effective imaging area of the optical system PL). The wafer stage WS can be moved two-dimensionally along the wafer surface (that is, the XY plane) by the action of a drive system (not shown), and its position coordinates are measured by an interferometer WIF using a wafer moving mirror WM. In addition, the position is controlled.
[0029]
FIG. 2 is a diagram showing a positional relationship between an effective exposure area having an arc shape formed on a wafer and an optical axis in the present embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the effective exposure area (effective imaging area) ER is an aberration correction area in which aberration is well corrected, and has an outer diameter (radius) Ro centered on the optical axis AX. An arc is defined by a circle, a circle having an inner diameter (radius) Ri, and two line segments parallel to the Y direction separated by a distance H. Thus, the dimension of the arc-shaped effective exposure area ER along the X direction is H, and the dimension along the Y direction is D. Therefore, although not shown, an arc-shaped illumination area (that is, an effective illumination area) having a size and a shape optically corresponding to the arc-shaped effective exposure area ER is formed on the reticle R. become.
[0030]
Further, in the exposure apparatus of the present embodiment, the inside of the projection optical system PL is set between the optical member arranged closest to the reticle side and the optical member arranged closest to the wafer side among the optical members constituting the projection optical system PL. Is maintained in an airtight state, and the gas inside the projection optical system PL is replaced with an inert gas such as helium gas or nitrogen, or is kept in a substantially vacuum state. Further, a reticle R, a reticle stage RS, and the like are disposed in a narrow optical path between the illumination optical system IL and the projection optical system PL, but a casing (not shown) that hermetically surrounds the reticle R, the reticle stage RS, and the like. Is filled with an inert gas such as nitrogen or helium gas, or is maintained in a substantially vacuum state.
[0031]
In the exposure apparatus of the present embodiment, the optical path between the wafer W and the optical member disposed closest to the wafer in the projection optical system PL is filled with a medium having a refractive index substantially larger than 1. I have. In each embodiment, water (for example, deionized water) is used as a medium having a high refractive index. Thus, an atmosphere in which the exposure light is hardly absorbed is formed over the entire optical path from the light source 100 to the wafer W.
[0032]
Further, as described above, the illumination area on the reticle R and the exposure area on the wafer W (that is, the effective exposure area ER) have an arc shape extending in the X direction. Therefore, while controlling the position of reticle R and wafer W using a drive system and an interferometer (RIF, WIF), etc., reticle stage RS and wafer stage WS, and thus reticle R and wafer W, are moved along the Y direction. Are synchronously moved (scanned) so that the exposure on the wafer W has a width equal to the X-direction dimension H of the effective exposure area ER and a length corresponding to the scanning amount (moving amount) of the wafer W. A reticle pattern is scanned and exposed to the area.
[0033]
In each embodiment, the height of the aspheric surface in the direction perpendicular to the optical axis is y, and the distance (sag amount) along the optical axis from the tangent plane at the vertex of the aspheric surface to a position on the aspheric surface at the height y ) was is z, a vertex radius of curvature is r, a conical coefficient is kappa, when the n-th order aspherical coefficient was C _n, is expressed by the following equation (a). In each embodiment, an asterisk is attached to the right side of the surface number for the lens surface formed in an aspherical shape.

[0034]
In each embodiment, the projection optical system PL includes a first imaging optical system G1 for forming an intermediate image of the pattern of the reticle R disposed on the object plane (first surface), and light from the intermediate image. And a second imaging optical system G2 for forming a reduced image (final image) of the reticle pattern on the wafer W arranged on the image plane (second surface) based on the above. Here, the first imaging optical system G1 is a catadioptric optical system including a first reflecting surface M1 and a second reflecting surface M2, and the second imaging optical system G2 is a refractive optical system. All optical members constituting the projection optical system PL are arranged on a single linear optical axis AX. Further, the projection optical system PL is substantially telecentric on the reticle side and the wafer side.
[0035]
[First embodiment]
FIG. 3 is a diagram illustrating a lens configuration of a projection optical system according to Example 1 of the present embodiment. Referring to FIG. 3, in the projection optical system PL according to the first example, the first imaging optical system G1 includes, in order from the reticle side, a positive meniscus lens L11 having an aspherical concave surface facing the wafer side, and a wafer A reflecting mirror having a second reflecting surface M2 with the aspherical concave surface facing the side, a biconvex lens L12, a biconcave lens L13, and a positive meniscus lens L14 with the aspherical concave surface facing the reticle side. I have. Then, on the reticle side surface of the positive meniscus lens L14, a first reflection surface M1 having an aspherical concave surface facing the reticle side is formed.
[0036]
On the other hand, the second imaging optical system G2 includes, in order from the reticle side, a biconvex lens L21, a biconvex lens L22, a positive meniscus lens L23 having a convex surface facing the reticle side, and a positive meniscus lens L24 having a convex surface facing the reticle side. A negative meniscus lens L25 having an aspheric concave surface facing the wafer side, a biconcave lens L26 having an aspheric concave surface facing the wafer side, a negative meniscus lens L27 having a concave surface facing the reticle side, and a reticle side A positive meniscus lens L28 having an aspheric concave surface, a positive meniscus lens L29 having a concave surface facing the reticle side, a biconvex lens L210, a negative meniscus lens L211 having a concave surface facing the reticle side, and an aperture stop AS. A bi-convex lens L212, a positive meniscus lens L213 having an aspheric concave surface facing the wafer side, and a non-convex lens L213 facing the wafer side. A positive meniscus lens L214 with a concave surface of the surface shape, and a positive meniscus lens L215 with a convex surface facing the reticle side, is constituted by a plano-convex lens L216 with its flat surface on the wafer side.
[0037]
In the first embodiment, the optical path between the plano-convex lens L216 and the wafer W is filled with water as a high refractive index medium. In the first embodiment, the light from the reticle R passes through the lens L11 and the lens L12 and the lens L13 that make up the first lens group G11 and the second lens group G12, and enters the first reflection surface M1. I do. The light reflected by the first reflecting surface M1 passes through the second lens group (L13, L12) and is reflected by the second reflecting surface M2, and the second lens group (L12, L13) and the first reflecting surface M1 The light passes through the formed lens L14 to form an intermediate image of the reticle R. Light from the intermediate image of the reticle R forms a reduced image of the reticle R on the wafer W via the lenses L21 to L216.
[0038]
In the first embodiment, the lens components constituting the projection optical system PL are formed of quartz (SiO ₂ ) or fluorite (CaF ₂ ). Specifically, the lenses L215 and L216 are made of fluorite, and the other lenses are made of quartz. The center wavelength of oscillation of the ArF excimer laser light as the exposure light is 193.3 nm, the refractive index of quartz is 1.560326 with respect to the central wavelength of 193.3 nm, and the refractive index of fluorite is 1 with respect to the central wavelength of 193.3 nm. It is 501455, and the refractive index of water with respect to the central wavelength of 193.3 nm is 1.432050.
[0039]
Table 1 below summarizes the data values of the projection optical system PL according to the first example. In Table (1), λ is the central wavelength of the exposure light, β is the projection magnification (the imaging magnification of the entire system), NA is the numerical aperture on the image side (wafer side), and Ro and Ri are the effective exposure area ER. H and D represent the X and Y dimensions of the effective exposure area ER, respectively. The surface number is the order of the surface from the reticle side along the direction in which the light beam travels from the reticle surface, which is the object surface (first surface), to the wafer surface, which is the image surface (second surface), and r is The radius of curvature of the surface (the radius of curvature of the apex in the case of an aspheric surface: mm), d indicates the on-axis interval of each surface, that is, the surface interval (mm), and n indicates the refractive index for the center wavelength λ.
[0040]
It should be noted that the sign of the surface distance d changes each time it is reflected. Therefore, the sign of the surface distance d is negative in the optical path from the first reflecting surface M1 to the second reflecting surface M2, and positive in other optical paths. Regardless of the light incident direction, the radius of curvature of the convex surface toward the reticle side is positive, and the radius of curvature of the concave surface is negative. The notation in Table (1) is the same in the following Table (2).
[0041]
[Table 1]

[0042]
FIG. 4 is a diagram illustrating the lateral aberration in the first example. In the aberration diagrams, Y indicates the image height. As is clear from the aberration diagram in FIG. 4, in the first embodiment, the wavelength is large despite securing a very large image-side numerical aperture (NA = 1.05) and a relatively large effective exposure area ER. It can be seen that the aberration was well corrected for the exposure light of 193.3 nm.
[0043]
[Second embodiment]
FIG. 5 is a diagram illustrating a lens configuration of a projection optical system according to Example 2 of the present embodiment. Referring to FIG. 5, in the projection optical system PL according to the second example, the first imaging optical system G1 includes, in order from the reticle side, a positive meniscus lens L11 having an aspherical concave surface facing the wafer side; A reflecting mirror having a second reflecting surface M2 with the aspherical concave surface facing the side, a biconvex lens L12, a biconcave lens L13, and a positive meniscus lens L14 with the aspherical concave surface facing the reticle side. I have. Then, on the reticle side surface of the positive meniscus lens L14, a first reflection surface M1 having an aspherical concave surface facing the reticle side is formed.
[0044]
On the other hand, the second imaging optical system G2 has, in order from the reticle side, a biconvex lens L21, a biconvex lens L22, a positive meniscus lens L23 having an aspherical concave surface facing the wafer side, and a convex surface facing the reticle side. A positive meniscus lens L24, a negative meniscus lens L25 having an aspheric concave surface facing the wafer side, a biconcave lens L26 having an aspheric concave surface facing the wafer side, and a negative meniscus lens L27 having a concave surface facing the reticle side. A positive meniscus lens L28 having an aspherical concave surface facing the reticle side; a biconvex lens L29; a negative meniscus lens L210 having a concave surface facing the reticle side; an aperture stop AS; a biconvex lens L211; A positive meniscus lens L212 having an aspheric concave surface and a positive meniscus lens L2 having an aspheric concave surface facing the wafer. 3, a positive meniscus lens L214 with a convex surface facing the reticle side, is constituted by a plano-convex lens L215 with its flat surface on the wafer side.
[0045]
In the second embodiment, the optical path between the plano-convex lens L215 and the wafer W is filled with water as a high refractive index medium. In the second embodiment, light from the reticle R passes through the lens L11 forming the first lens group G11 and the lens L12 and the lens L13 forming the second lens group G12, and is incident on the first reflection surface M1. I do. The light reflected by the first reflecting surface M1 passes through the second lens group (L13, L12) and is reflected by the second reflecting surface M2, and the second lens group (L12, L13) and the first reflecting surface M1 The light passes through the formed lens L14 to form an intermediate image of the reticle R. Light from the intermediate image of the reticle R forms a reduced image of the reticle R on the wafer W via the lenses L21 to L215.
[0046]
In the second embodiment, the lens components constituting the projection optical system PL are formed of quartz or fluorite. Specifically, the lenses L214 and L215 are formed of fluorite, and the other lenses are formed of quartz. The center wavelength of oscillation of the ArF excimer laser light as the exposure light is 193.3 nm, the refractive index of quartz with respect to the center wavelength of 193.3 nm is 1.560326, and the refractive index of fluorite with respect to the center wavelength of 193.3 nm is 1. It is 501455, and the refractive index of water with respect to the central wavelength of 193.3 nm is 1.432050. Table 2 below summarizes the data values of the projection optical system PL according to the second example.
[0047]
[Table 2]

[0048]
FIG. 6 is a diagram illustrating the lateral aberration in the second example. In the aberration diagrams, Y indicates the image height. As is clear from the aberration diagram of FIG. 6, in the second embodiment, as in the first embodiment, a very large image-side numerical aperture (NA = 1.0) and a relatively large effective exposure area ER are secured. However, it can be seen that the aberration is favorably corrected for the exposure light having the wavelength of 193.3 nm.
[0049]
Thus, in each embodiment, optical path separation (light ray separation) can be performed without using a beam splitter. Further, for an ArF excimer laser beam having a wavelength of 193.3 nm, a high image-side numerical aperture of 1.05 or 1.0 is ensured, and an effective exposure area (stationary) having an arc shape of 26.0 mm × 4.0 mm is formed. Exposure area) can be secured. As a result, for example, a circuit pattern can be scanned and exposed at a high resolution within a rectangular exposure area of 26 mm × 33 mm.
[0050]
In the exposure apparatus of the above-described embodiment, the reticle (mask) is illuminated by the illumination device (illumination step), and a transfer pattern formed on the mask is exposed on the photosensitive substrate using the projection optical system (exposure step). Thereby, a micro device (semiconductor element, image pickup element, liquid crystal display element, thin film magnetic head, etc.) can be manufactured. Hereinafter, an example of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. Will be explained.
[0051]
First, in step 301 of FIG. 7, a metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step 302, a photoresist is applied on the metal film on the l lot of wafers. Thereafter, in step 303, using the exposure apparatus of this embodiment, an image of the pattern on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of the lot through the projection optical system. After that, in step 304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step 305, the resist on the one lot of wafers is etched using the resist pattern as a mask to form a pattern on the mask. A corresponding circuit pattern is formed in each shot area on each wafer.
[0052]
Thereafter, a device such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer and the like. According to the above-described semiconductor device manufacturing method, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput. In steps 301 to 305, a metal is vapor-deposited on the wafer, a resist is applied on the metal film, and the respective steps of exposure, development, and etching are performed. After a silicon oxide film is formed on the silicon oxide film, a resist may be applied on the silicon oxide film, and each step of exposure, development, etching and the like may be performed.
[0053]
In the exposure apparatus of the present embodiment, a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). Hereinafter, an example of the technique at this time will be described with reference to the flowchart in FIG. In FIG. 8, in a pattern forming step 401, a so-called photolithography step of transferring and exposing a mask pattern to a photosensitive substrate (a glass substrate coated with a resist) using the exposure apparatus of the present embodiment is executed. By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. Thereafter, the exposed substrate undergoes each of a developing process, an etching process, a resist stripping process, and the like, whereby a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming process 402.
[0054]
Next, in the color filter forming step 402, a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix, or three sets of R, G, B Are formed in a horizontal scanning line direction to form a color filter. Then, after the color filter forming step 402, a cell assembling step 403 is performed. In the cell assembly step 403, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401, the color filter obtained in the color filter formation step 402, and the like. In the cell assembling step 403, for example, a liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step 401 and the color filter obtained in the color filter forming step 402, and a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is formed. ) To manufacture.
[0055]
Thereafter, in a module assembling step 404, components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element. According to the above-described method for manufacturing a liquid crystal display device, a liquid crystal display device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
[0056]
In the above embodiment, the ArF excimer laser light source is used. However, the present invention is not limited to this. For example, another appropriate light source that supplies light having a wavelength of 200 nm or less can be used. Further, in the above-described embodiment, the present invention is applied to the projection optical system mounted on the exposure apparatus. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to other general projection optical systems. Can also be applied.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, for example, various aberrations such as chromatic aberration are excellently corrected with respect to light having a wavelength of 200 nm or less, so that the present invention has an excellent imaging performance and a large image-side numerical aperture required for high resolution. Can be realized.
[0058]
Therefore, in the exposure apparatus and the exposure method using the projection optical system of the present invention, a fine pattern can be precisely formed through the projection optical system having excellent imaging performance and a large image-side numerical aperture and thus high resolution. Can be exposed. In addition, by using the exposure apparatus equipped with the projection optical system of the present invention, a good microdevice can be manufactured by high-precision exposure through the high-resolution projection optical system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a positional relationship between an optical axis and an effective exposure area having an arc shape formed on a wafer in the present embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a lens configuration of a projection optical system according to Example 1 of the present embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating lateral aberration in the first example.
FIG. 5 is a diagram illustrating a lens configuration of a projection optical system according to Example 2 of the present embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating lateral aberration in a second example.
FIG. 7 is a flowchart of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device.
FIG. 8 is a flowchart of a method for obtaining a liquid crystal display element as a micro device.
[Explanation of symbols]
G1 First imaging optical system G2 Second imaging optical system Li Each lens component M1, M2 Reflecting surface 100 Laser light source IL Illumination optical system R Reticle RS Reticle stage PL Projection optical system W Wafer WS Wafer stage

Claims

第１面の像を前記第１面とほぼ平行な第２面上にほぼテレセントリックに形成する反射屈折型の投影光学系であって、
前記第１面の中間像を形成するための反射屈折型の第１結像光学系と、前記中間像からの光に基づいて前記第１面の最終像を前記第２面上に形成するための屈折型の第２結像光学系とを備え、
前記第１結像光学系は、少なくとも１つの正レンズを含む第１レンズ群と、該第１レンズ群を透過した光を反射するためにレンズ面上に形成された第１反射面と、該第１反射面で反射された光を前記第２結像光学系へ導くための第２反射面と、前記第１反射面と前記第２反射面との間の光路中に配置された少なくとも２つのレンズを含む第２レンズ群とを有し、
前記第２結像光学系は、開口絞りを有し、
前記第１反射面および前記第２反射面のうちの少なくとも一方は、凹面状に形成され、
前記投影光学系を構成するすべての光学部材は、単一の直線状の光軸上に配置され、
前記第２結像光学系の最も第２面側の光学面と前記第２面との間の光路は、１よりも実質的に大きい屈折率を有する媒質で満たされていることを特徴とする投影光学系。A catadioptric projection optical system that forms an image of a first surface substantially telecentrically on a second surface substantially parallel to the first surface,
A catadioptric first imaging optical system for forming an intermediate image of the first surface; and a final image of the first surface on the second surface based on light from the intermediate image. And a refraction-type second imaging optical system,
The first imaging optical system includes a first lens group including at least one positive lens, a first reflection surface formed on a lens surface for reflecting light transmitted through the first lens group, and A second reflecting surface for guiding the light reflected by the first reflecting surface to the second imaging optical system; and at least two light sources disposed in an optical path between the first reflecting surface and the second reflecting surface. A second lens group including two lenses,
The second imaging optical system has an aperture stop,
At least one of the first reflection surface and the second reflection surface is formed in a concave shape,
All the optical members constituting the projection optical system are arranged on a single linear optical axis,
The optical path between the optical surface closest to the second surface of the second imaging optical system and the second surface is filled with a medium having a refractive index substantially larger than 1. Projection optics.

前記第１面からの光は、前記第１レンズ群および前記第２レンズ群を透過して前記第１反射面で反射され、前記第２レンズ群を透過して前記第２反射面で反射され、前記第２レンズ群および前記第１反射面が形成されたレンズを透過して前記第２結像光学系へ導かれることを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。Light from the first surface transmits through the first lens group and the second lens group and is reflected by the first reflection surface, and transmits through the second lens group and is reflected by the second reflection surface. 2. The projection optical system according to claim 1, wherein the light is transmitted through the lens on which the second lens group and the first reflection surface are formed and guided to the second imaging optical system. 3.

前記第１反射面が形成されたレンズの焦点距離Ｆｍは、
５００ｍｍ≦Ｆｍ≦５０００ｍｍ
の条件を満足する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。The focal length Fm of the lens on which the first reflecting surface is formed is:
500mm ≦ Fm ≦ 5000mm
The projection optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.

前記第２レンズ群は、少なくとも１つの正レンズと、少なくとも１つの負レンズ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。The projection optical system according to claim 1, wherein the second lens group includes at least one positive lens and at least one negative lens.

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４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。5. An illumination system for illuminating the mask set on the first surface, and for forming an image of a pattern formed on the mask on a photosensitive substrate set on the second surface. An exposure apparatus comprising: the projection optical system according to any one of the above.

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のパターンを前記感光性基板上へ投影露光することを特徴とする請求項５に記載の露光装置。6. The exposure according to claim 5, wherein the mask and the photosensitive substrate are relatively moved along the predetermined direction with respect to the projection optical system to project and expose the pattern of the mask onto the photosensitive substrate. apparatus.

前記第１面に設定されたマスクを照明し、請求項１乃至４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。5. A photosensitizer, which illuminates the mask set on the first surface and sets a pattern formed on the mask via the projection optical system according to claim 1 on the second surface. 6. An exposure method comprising projecting and exposing on a substrate.

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のパターンを前記感光性基板上へ投影露光することを特徴とする請求項７に記載の露光方法。8. The exposure according to claim 7, wherein the mask and the photosensitive substrate are relatively moved along a predetermined direction with respect to the projection optical system to project and expose the pattern of the mask onto the photosensitive substrate. Method.