JP2008028369A - 投影光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 フレアを効果的に除去して高い解像力を維持することが可能な投影光学系を提供すること。
【解決手段】 第一の物体のパターンの像を第二の物体上に投影する投影光学系において、前記第二の物体と対向する反射面を持つ凹面鏡と該凹面鏡に前記第一の物体からの光を導く反射鏡とを有し前記パターンの中間像を結像する第一の結像光学系と、レンズを有し前記中間像の像を前記第二の物体上に結像する第二の結像光学系と、前記凹面鏡と前記レンズの間に配置された遮光部材と、を備え、投影光学系の光軸は前記反射鏡の反射面前記第一の物体からの光を反射する領域を通らず前記遮光部材を通り、前記投影光学系の瞳には抜けが無いことを特徴とする構成とした。
【選択図】 図４

Description

本発明は、一般に、レチクル（マスク）のパターンを基板に投影する投影光学系に係り、特に、レンズ及び反射鏡を有する反射屈折投影光学系に関するものである。

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使用されている。近年では、投影光学系に要求される解像力も益々高まっている。この要求に応えるためには、露光光の波長を短波長化するか、又は投影光学系の開口数ＮＡを大きくしなければならない。

現在では、露光光として波長１９３ｎｍのＡｒＦレーザーが使用されている。しかし、波長１９３ｎｍの光を効率良く透過する硝材としては、石英と蛍石の２種類しか存在しないため、色収差補正が非常に難しくなっている。また、高ＮＡ化に伴って硝材が大口径化することが、装置の高コスト化の大きな一因となっている。特に、投影光学系とウエハとの間に液体を満たす液浸露光装置の投影光学系においては、開口数が１を超えるため、硝材の大口径化は重要な課題の一つとなっている。

そこで、投影光学系として、反射鏡を有する反射屈折投影光学系を採用することにより、色収差及び硝材の大口径化などの問題を回避する提案がなされている（特許文献１，２）。
特開２００１−２２８４０１号公報 国際公開第２００５／０６９０５５号パンフレット

特許文献１及び特許文献２に開示されている反射屈折光学系には、共通する特徴が存在する。

以下では、図１の概略図を用いて説明を行う。図１は、特許文献１に開示されている反射屈折投影光学系の概略図である。この反射屈折投影光学系は、物体面に配置された第一の物体１０１（レチクル）を像面に配置された第二の物体１０２（ウエハ）上に結像している。

ここで、共通する特徴とは、反射鏡Ｍ１及び凹面鏡Ｍ２を有し実像である中間像１８０を形成する第一の結像光学系と、中間像１８０の像を形成する第二の結像光学系Ｇ１を備えるという特徴（以後、これを特徴Ａと呼ぶ）である。特許文献１及び特許文献２に開示されている反射屈折光学系には、この特徴Ａが存在する。なお、特許文献１及び特許文献２に開示されている反射屈折光学系は、反射鏡Ｍ１の反射面の露光光が反射される領域が投影光学系の光軸１０３を含んでいないという特徴も有している。また、投影光学系の瞳の内部（特に、中心部）が遮光されてない（瞳に抜けがない）という特徴も有している。

特徴Ａを有する反射屈折投影光学系では、第一の物体から出た光が、結像光学系Ｇ１を構成する反射鏡以外の光学素子（例えば、レンズ）で反射される可能性がある。その場合には、その反射光が再び、第一の物体１０１に反射面が対向している凹面鏡Ｍ２に反射されて集光され、光軸１０３の近傍に集光するフレア（以後、これをフレア（Ａ）と呼ぶ）が第二の物体１０２上に発生してしまう。例えば、図２（Ａ）は、特許文献１の図２４の反射屈折投影光学系の物体面上のスリット状照明領域に光を照射したときに、像面上に投影される光の分布を描画したものである。尚、３０１Ａが照明領域の像であり、３０２Ａがフレア（Ａ）である。図２（Ａ）を参照すると、照明領域の像３０１Ａから離れた、光軸１０３近傍にフレア（Ａ）３０２Ａが発生している。同様に、図２（Ｂ）は、特許文献２の図３０の反射屈折投影光学系の物体面上のスリット状照明領域に光を照射したときに、像面上に投影される光の分布を描画したものである。図２（Ｂ）を参照すると、照明領域の像３０１Ｂから離れた、光軸１０３近傍にフレア（Ａ）（３０２Ｂ）が発生している。また、特許文献１及び２の投影光学系に限らず、特徴Ａを有する多くの反射屈折投影光学系について、フレア（Ａ）が発生する。

そこで、本発明は、フレアを効果的に除去して高い解像力を維持することが可能な投影光学系を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面としての投影光学系は、第一の物体のパターンの像を第二の物体上に投影する投影光学系において、前記第二の物体と対向する反射面を持つ凹面鏡と該凹面鏡に前記第一の物体からの光を導く反射鏡とを有し前記パターンの中間像を結像する第一の結像光学系と、レンズを有し前記中間像の像を前記第二の物体上に結像する第二の結像光学系と、前記凹面鏡と前記レンズの間に配置された遮光部材と、を備え、前記投影光学系の光軸は前記反射鏡の反射面の前記第一の物体からの光を反射する領域を通らず前記遮光部材を通り、前記投影光学系の瞳には抜けが無いことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、集光性のあるフレア光を効果的に除去することで、高解像度を維持できる投影光学系を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図３は図１のＧ１、Ｍ２付近の拡大図であり、特徴Ａを模式的に表したものである。

以下で、図３を用いてフレア（Ａ）について詳しく説明する。まず、第一の物体が配置される物体面上の照明領域の一点から出た光が凹面鏡Ｍ２の反射面で反射され、結像光学系Ｇ１へと入射する光１１１となる。光１１１の一部は、結像光学系Ｇ１を構成する光学素子１０４の第一の物体側の面（表面）又は第二の物体側の面（裏面）で反射してしまい、再び凹面鏡Ｍ２に向かう光１１１ＦＬとなる。光１１１ＦＬは再び凹面鏡Ｍ２で反射して、結像光学系Ｇ１を通り像面に配置された第二の物体を照らすフレア１１２ＦＬとなる。ここで、前述のフレア（Ａ）はフレア１１２ＦＬに該当する。また、光学素子１０４を透過した光１１１は、投影光１１２となって第二の物体に到達し、第一の物体のパターンを結像する。投影光１１２が第一の物体のパターンを第二の物体に投影する光である。なお、光学素子１０４には、結像光学系Ｇ１を構成する任意のレンズや、結像光学系Ｇ１が回折光学素子を含む場合にはその回折光学素子が含まれる。

ここで、第二の物体１０２上において、フレア１１２ＦＬは、光軸近傍に入射している。いま、フレア１１２ＦＬの光路を第二の物体１０２側から第一の物体１０１側に向けて逆に辿ると、結像光学系Ｇ１の結像作用を考慮すると、結像光学系Ｇ１と凹面鏡Ｍ２の間ではフレア１１２ＦＬの光路は光軸近傍に存在することになる。本実施例はこの作用を利用してフレア１１２ＦＬが第二の物体１０２に到達するのを低減させるものである。

本実施例の投影光学系３０について、図４を参照して説明を行う。

図４は、本実施例の投影光学系３０の概略図である。投影光学系３０の瞳には抜けがない。光１１２ＯＵは、物体面上のスリット状照明領域内（物体側照明領域内）の光軸から最も離れた一点から出た光を表している。光１１２ＯＵは、反射鏡Ｍ１に反射された後、第二の物体と対向する反射面を持つ凹面鏡Ｍ２で反射され、結像光学系Ｇ１を透過して、像面に入射する投影光である。本実施例では、反射鏡Ｍ１として凹面鏡を使用しているが、反射鏡Ｍ１は平面ミラーでも凸面ミラーでも良い。光１１２ＩＮは、物体側照明領域内の光軸に最も近い一点から出た光を表している。光１１２ＩＮは、反射鏡Ｍ１に反射された後、凹面鏡Ｍ２に反射され、結像光学系Ｇ１を透過して像面に入射する投影光を表現している。反射鏡Ｍ１の反射面の投影光を反射する領域ＥＦ０１を、投影光学系３０の光軸１０３が通らないことを表している。前述の通り、フレア１１２ＦＬは凹面鏡Ｍ２と結像光学系Ｇ１との間において光軸近傍を通過する。従って、凹面鏡Ｍ２と結像光学系Ｇ１の間に、光軸１０３が通る（光軸１０３を含む）遮光部を有する遮光部材を配置することにより、かかるフレア１１２ＦＬが第二の物体１０２に到達するのを低減することが可能である。光軸１０３が通る（光軸１０３を含む）遮光部を有する遮光部材を配置するためには、遮光部材が投影光を遮ってしまわぬように、遮光部材を配置する場所において投影光の全てが光軸以外の領域を通過している必要がある。なお、投影光の全てが光軸上を通過しない場所が結像光学系Ｇ１中にも存在する場合は、遮光部材は結像光学系Ｇ１を構成する光学素子の間に配置されてもよい。

ここで、反射鏡Ｍ１を考慮すると、反射鏡Ｍ１は凹面鏡Ｍ２と結像光学系Ｇ１との間に存在しており、反射鏡Ｍ１と凹面鏡Ｍ２との間における投影光は光軸上から光軸から離れた場所に渡って存在している。従って、効果的にフレア（Ａ）を遮光するためには、遮光部材は、反射鏡Ｍ１と凹面鏡Ｍ２との間ではなく、反射鏡Ｍ１に接合するか、反射鏡Ｍ１と結像光学系Ｇ１との間に配置するのが好ましい。投影光の全てが光軸上を通過しない場所が結像光学系Ｇ１中にも存在する場合は、遮光部材は結像光学系Ｇ１を構成する光学素子の間に配置されてもよい。

遮光部材を反射鏡Ｍ１に接合するためには、図４に示されるように、反射鏡Ｍ１の光軸側の外径部ＳＨ０１が光軸１０３を含むように延長して、反射鏡Ｍ１の一部分を遮光部材ＢＬ０１としても良い。

遮光部材ＢＬ０１の表面や裏面は、遮光する材質であるか、遮光するための加工が施されているか、遮光するように膜が付加されている。遮光部材ＢＬ０１の表面形状は、反射鏡Ｍ１の反射面と同じ数式で表現される形状であってもよいが、フレア１１２ＦＬを遮光する目的に応じてその形状を変形させてもよい。例えば、反射鏡Ｍ１の領域ＥＦ０１の面形状或いはその外径部と不連続な任意の形状であっても構わない。また、遮蔽能力を更に高めるために、遮光部材ＢＬ０１を反射鏡Ｍ１と異なる材質で製造し、反射鏡Ｍ１と接合して配置しても構わない。

次に、遮光部材ＢＬ０１の設置領域について説明する。

ここで、二つの軸を定義する。図６を参照して説明する。図６はかかる投影光学系３０と光軸１０３と第一の物体１０１との関係を示した斜視図である。今、第一の物体１０１上に、スリット状の照明領域ＳＬ０１が形成されている。ここで、光軸を原点とし、光軸１０３から照明領域ＳＬ０１に向かって線を引いた際に、その線分の距離が最小を成す方向に第一の軸をとる。この第一の軸をω軸と呼ぶ。光軸１０３とω軸との交点を通り、光軸１０３ともω軸とも垂直な方向に第二の軸をとる。この第二の軸をξ軸と呼ぶ。

遮光部材ＢＬ０１の配置場所を図７（Ａ）を用いて説明する。図７（Ａ）は反射鏡Ｍ１を表した概略平面図であり、反射鏡Ｍ１の領域ＥＦ０１と、反射鏡Ｍ１の外径部Ｍ１ＤＩＭと、光軸１０３とω軸とξ軸との関係を表している。ここで、図４で説明したように反射鏡Ｍ１の隣には、凹面鏡Ｍ２で反射して結像光学系Ｇ１に入射するパターンを投影する投影光ＥＦ０２が存在する。遮光部材ＢＬ０１は、反射鏡Ｍ１の領域ＥＦ０１よりも光軸側に存在し、ω軸の正の領域及び負の領域に存在し、投影光ＥＦ０２を遮光しない領域に設けられる。図７（Ａ）において、遮光部材ＢＬ０１の形状が曲線で示されているが、曲線に限定されず、図７（Ｂ）のように直線で表される形状で在っても構わない。また、図７（Ｃ）及び（Ｄ）のように遮光部材ＢＬ０１の形状は広範囲に渡っていても構わない。遮光部材ＢＬ０１の少なくとも一部分が、投影光ＥＦ０２と領域ＥＦ０１に挟まれた領域に配置されていれば良い。また、遮光部材ＢＬ０１の形状は図７（Ａ）乃至（Ｄ）に限定されず、フレア１１２ＦＬを遮光する目的と、製造難易度及び設置難易度の観点から選定された任意の形状で構わない。

遮光部材として、反射鏡Ｍ１と接合されていない部材を用いても構わない。図５を用いて説明する。図５のＢＬ０２が遮光部材を表している。遮光部材ＢＬ０２の光軸方向における設置位置は、物体側照明領域の光軸１０３から最短となる一点から出た光１１２ＩＮが凹面鏡Ｍ２に反射された後で初めて光軸と交わる位置ＬＯＡと凹面鏡Ｍ２との間である。また、凹面鏡Ｍ２と反射鏡Ｍ１の間ではＺ型に投影光が往復しているため、容易にフレア（Ａ）を遮光するためには、遮光部材ＢＬ０２は反射鏡Ｍ１と位置ＬＯＡとの間の範囲Ｌの中に配置されるのが望ましい。また、図５では遮光部材ＢＬ０２は表面も裏面も平面で表されているが、それらの表面形状は平面に限定されず、フレア１１２ＦＬを遮光する目的に応じて選定された任意の形状で構わない。

次に遮光部材ＢＬ０２の設置領域について説明する。図８（Ａ）は遮光部材ＢＬ０２を表した概略断面図であり、パターンを投影する投影光ＥＦ０２と、光軸１０３とω軸とξ軸との関係を表している。遮光部材ＢＬ０２は、少なくとも投影光ＥＦ０２よりも光軸側に存在し、ω軸の正の領域及び負の領域に存在し、投影光ＥＦ０２を遮光しない領域に設けられる。特に、遮光部材ＢＬ０２の領域ＥＦ０１と投影光ＥＦ０２の間の部分が、ω軸の正の領域及び負の領域に存在すると好ましい。

図８（Ａ）において、遮光部材ＢＬ０２の形状は曲線で示されているが、曲線に限定されず、図８（Ｂ）のように直線で表される形状であっても構わない。また、図８（Ｃ）乃至（Ｅ）のように遮光部材ＢＬ０２の形状は広範囲に渡っていても構わない。また、フレア１１２ＦＬが光軸上にない場合などは、遮光部材ＢＬ０２を図８（Ｆ）のように光軸を含まない形状としても構わない。また、遮光部材ＢＬ０２の形状は図８（Ａ）乃至（Ｆ）に限定されず、フレア１１２ＦＬを遮光する目的と、製造難易度及び設置難易度の観点から選定された任意の形で構わない。

更に言えば、遮光部材ＢＬ０１及び遮光部材ＢＬ０２の遮光部の少なくとも一部分は、光軸を中心とし、以下の数式で示される半径Ｒの領域内に設置されることが望ましい。
Ｒ＝Ｄ×ｔａｎ（ａｒｃｓｉｎ｜ＮＡ×β／ｎ｜） （１）
ここで、数式（１）のＤは結像光学系Ｇ１の第一の物体側の近軸結像位置と、遮光部ＢＬ０１又は遮光部ＢＬ０２の遮光部との光軸上の距離であり、ＮＡは結像光学系Ｇ１の第二の物体側の開口数（投影光学系３０の第二の物体側の開口数）である。また、βは結像光学系Ｇ１の第二の物体側への結像倍率であり、ｎは結像光学系Ｇ１の第一の物体側の近軸結像位置（近軸中間像の位置）を満たす物質の露光光に対する屈折率である。

数式（１）の意味は以下の通りである。即ち、フレア１１２ＦＬが第二の物体上の光軸近傍に集光することを利用して、第二の物体上の光軸から第一の物体に向けて光を発した場合を考える。第二の物体の光軸から光を入射させた時に、入射角が第二の物体側の開口数以上の角度を持つ光は、結像光学系Ｇ１内に配置されている開口絞りにより遮光されてしまう。よって結像光学系Ｇ１の第一の物体側の近軸結像点に到達する光線角度は最大でもａｒｃｓｉｎ｜ＮＡ×β／ｎ｜である。従って、結像光学系Ｇ１の第一の物体側の近軸結像点から距離Ｄだけ離れた場所における光束は最大でも、Ｄ×ｔａｎ（ａｒｃｓｉｎ｜ＮＡ×β／ｎ｜）である。更に言えば、シミュレーションで予め、フレア１１２ＦＬの第二の物体上での照射領域が既知である場合、
Ｒ＝｜Ｔ／β｜＋｜Ｄ×ｔａｎ（ａｒｃｓｉｎ｜ＮＡ×β／ｎ｜）｜ （２）
としても構わない。ここでＴはフレア１１２ＦＬの第二の物体上での照射領域の、投影光学系３０の光軸からの最大距離である。数式（２）は、数式（１）において更に、第二の物体上で光軸から最大Ｔだけ離れた点から発した光をも考慮したものである。

以上では、図１のような投影光学系を用いて説明をした。図１の構成は、第一の物体から出た光束がレンズ群１９１（鏡を含んでいても構わない）を通り、反射鏡Ｍ１に反射され、凹面鏡Ｍ２に反射し、実像の中間像１８０を形成し、結像光学系Ｇ１を通り第二の物体に到達する、と言う構成である。更に言えば、反射鏡Ｍ１と凹面鏡Ｍ２の間に往復光学系を含んでいても構わない。ここで、往復光学系とは、パターンを投影する投影光が複数回通過する光学系をいう。往復光学系としては、少なくとも負の屈折力を持つレンズを有する往復光学系が用いられる。また、第一の物体から第二の物体までにおける中間結像の回数も２回、３回、又はそれ以上でも良い。従って、概略図が図９（Ａ）及び（Ｂ）のような、第一の結像光学系が複数の結像光学系で構成される投影光学系も、本発明の投影光学系に含まれる。図９（Ａ）（又は図９（Ｂ））に表されている投影光学系は、中間結像を少なくとも一つ形成するレンズ群１９１Ａ（又は１９１Ｂ）、実像の中間像１８０Ａ（又は１８０Ｂ）を形成する反射鏡Ｍ１及び凹面鏡Ｍ２、結像光学系Ｇ１を有する。また、レンズ群１９１Ａ（又は１９１Ｂ）は鏡を含んでいても構わない。更に言えば、反射鏡Ｍ１と凹面鏡Ｍ２の間に往復光学系を含んでいても構わない。往復光学系は、例えば、負の屈折力を持つレンズを１つ以上有する往復光学系である。

また、以上では反射屈折投影光学系を用いて説明を行ったが、屈折投影光学系でも同じような問題は発生する。例えば、図９（Ｃ）で描かれているような屈折投影光学系には、フレア（Ａ）と同様のフレアが発生する。図９（Ｃ）を用いて説明する。図９（Ｃ）は第一の物体１０１と第二の物体１０２の間に中間像を有する屈折投影光学系を示した概略図である。第一の物体１０１からの光は、レンズ群１９１Ｃを通り、実像の中間像１８０Ｃを形成し、結像光学系Ｇ１を通り第二の物体１０２へ到達する。レンズ群１９１Ｃは、レンズの表面（或いは裏面）と光軸との交点よりも、第二の物体側に曲率中心点を有する面（以下、凹面（Ａ）とする）を備えたレンズを少なくとも１つ有する。凹面（Ａ）としては、レンズ群１９１Ｃを構成するレンズ１９５の凹面１９５Ｒ、或いは、レンズ群１９１Ｃを構成するレンズ１９６の凹面１９６Ｒなどが挙げられる。ここで、凹面（Ａ）で光の反射が起こることを考慮すれば、図９（Ｃ）のような屈折投影光学系は、第二の物体１０２側からみて、結像光学系Ｇ１、光を反射する凹面、の構成となっており、前述の特徴Ａの構成と同じである。従って、このような系についてもフレア（Ａ）と同様のフレア（以下、フレア（Ｂ）と呼ぶ）が発生する。図９（Ｃ）のような投影光学系で発生するフレア（Ｂ）について、遮光部材ＢＬ０２’を設けることにより第二の物体へ到達できなくすることが可能である。

図９（Ｄ）を用いて説明する。図９（Ｄ）は、投影光学系３０と遮光部材ＢＬ０２’とを表したものである。図９（Ｄ）の投影光学系はフレア（Ｂ）を除去する目的で、物体面上で、光軸を含まない照明領域を使用している。光１１２ＯＵは、物体側照明領域内の、光軸から最も離れた一点から出た光が、レンズ群１９１Ｄを通り、実像の中間像１８０Ｄを形成し、結像光学系Ｇ１を通り第二の物体１０２に結像する光を表現している。光１１２ＩＮは物体側照明領域内の、光軸から最短となる一点から出た光が、レンズ群１９１Ｄを通り、実像の中間像１８０Ｄを形成し、結像光学系Ｇ１を通り第二の物体１０２に結像する光を表現している。更に言えば、実像の中間像１８０Ｄ付近において、パターンを投影する投影光の全てが光軸を含まない領域が存在することを表している。遮光部材ＢＬ０２’は遮光部材ＢＬ０２と同様のものである。遮光部材ＢＬ０２’は、光１１２ＩＮがレンズ群１９１Ｄを出た後で初めて光軸と交わる部位ＬＯＡと凹面（Ａ）との間の範囲Ｌ２の中に配置される。

レンズ群１９１Ｄを構成する凹面（Ａ）に相当する面を有する光学素子の個数に応じて、複数の遮光部材を設置しても構わない。また、図５では遮光部材ＢＬ０２’は表面も裏面も平面で表されているが、フレア（Ｂ）を遮光する目的に応じて選定された任意の形状で構わない。遮光部材ＢＬ０２’の設置領域は、前述のＬ２の範囲において、ω軸の正の領域及び負の領域に存在し、パターンを投影する投影光を遮光しない領域に設けられる。遮光部材ＢＬ０２’の形状は、フレア（Ｂ）を遮光する目的と、製造難易度及び設置難易度の観点から選定された任意の形で構わない。

同様に、特徴Ａを備える反射屈折投影光学系であっても、例えば図９（Ｅ）のように、凹面鏡Ｍ２と反射鏡Ｍ１の反射領域及び外径部が光軸より離れている場合、フレア（Ａ）は低減するが、フレア（Ｂ）が発生する。

図９（Ｅ）を用いて説明する。結像光学系Ｇ１を構成する光学素子１０４の表面又は裏面で反射された光が、凹面鏡Ｍ２や反射鏡Ｍ１では反射せずに光軸近辺を通り抜けてしまうことがある。その光が、凹面（Ａ）１９５Ｒ（又は１９６Ｒ等）によって反射され、第二の物体１０２に集光するフレア１１２’となるのである。このような特徴Ａを備える反射屈折光学系のフレアＢについても本発明は有効である。

高スループットを達成する手段の一つとして、スリット状の照明領域の拡大が挙げられる。図１０（Ａ）は第二の物体１０２上での照明領域１４１Ａと光軸１０３との関係を表した一例である。１４１Ａは照明領域を表し、αは照明領域の長手方向の距離を表し、βは照明領域と光軸１０３との最短距離を表し、γは照明領域と光軸１０３との最長距離を表している。最長距離γを長くするに従って収差補正が困難になるので、図１０（Ｂ）の破線で示された照明領域１４１Ｂのように、最長距離γが長くなる方向に照明領域を広げることは難しい。また、図１０（Ｃ）の破線で示された照明領域１４１Ｃのように、最短距離βが短くなる方向に照明領域を広げると、凹面鏡Ｍ２面上でのパターンを投影する投影光の照射領域が光軸により近づいてしまう。これは凹面鏡Ｍ２から出た投影光が光軸と交わる部位ＬＯＡが凹面鏡Ｍ２に近づくことになり、実質的に遮光部材Ａを設置できる領域が狭まってしまう。これに対し、照明領域を１４１Ａに示されたような矩形型とは異なる形を取ることによって、遮光部材を設置する十分な領域を確保しつつ広域な照明領域を確保することが可能である。一例として、図１０（Ｄ）の１４１Ｄ及び図１０（Ｅ）の１４１Ｅに示したような形状を取ることにより、最長距離γを広げること無く、また最短距離βを狭めること無く、広域な照明領域を確保可能である。また、図１０（Ｄ）の１４１Ｄ及び（Ｅ）の１４１Ｅの、照明領域の光軸に近い側の境界の形状は、図１０（Ｈ）の１４１Ｈ及び（Ｉ）の１４１Ｉのように曲線であっても構わない。また、図１０（Ｆ）の１４１Ｆ及び図１０（Ｇ）の１４１Ｇのような複数の線分を含む多角形であっても構わない。照明領域を広げるために、最長距離γを広げること無く、また最短距離βを狭めること無く定められる照明領域は、図１０（Ａ）乃至（Ｉ）に挙げられた形状に限定されない。

次に、特許文献２のＴａｂｌｅ３０，Ｔａｂｌｅ３０Ａに提示された反射屈折投影光学系（以下、投影光学系Ａ）に本発明を適用した例を挙げる。図１２（Ａ）は第一の物体が配置される物体面上の照明領域（１０４ｍｍ×５．６ｍｍ）に光を照射したときの概略光路図である。Ｍ１−ｄｉｍが反射鏡Ｍ１の反射部と外径部を表し、Ｍ２−ｄｉｍが凹面鏡Ｍ２の反射部と外径部を表す。図１２（Ａ）の投影光学系に対し、物体面上の照明領域に光を照射した時、第二の物体が配置される像面に照射された光の分布を表したものが図１３（Ａ）である。図１３（Ａ）の３０１が投影された照明領域であり、３０２がフレア（Ａ）である。図１２（Ａ）の投影光学系に対し、本発明を適用したものが図１２（Ｂ）の投影光学系３０である。図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）の投影光学系中の反射鏡Ｍ１の反射部と外径部を表すＭ１−ｄｉｍに遮光部材ＢＬ０１を設置した様子を表す。図１２（Ｂ）の投影光学系に対し、物体面の照明領域に光を照射した時、像面に照射された光の分布を表したものが図１３（Ｂ）である。図１３（Ｂ）と図１３（Ａ）を比較すると分かるとおり、本発明の適用によりフレア（Ａ）が像面に到達しなくなっている。

図１２（Ａ）の投影光学系では、凹面鏡Ｍ２の反射部及び外径部Ｍ２−ｄｉｍが光軸を含んでいたが、Ｍ２−ｄｉｍが光軸から離れている投影光学系について以下に述べる。図１２（Ｃ）は図１２（Ａ）の投影光学系のＭ２−ｄｉｍが光軸を含まない例を表したものである。図１２（Ｃ）のような投影光学系の場合、反射鏡Ｍ１と凹面鏡Ｍ２が光軸から離れているため、フレア（Ｂ）が発生する。図１２（Ｃ）の投影光学系に対し、物体面の照明領域に光を照射した時、像面に照射される光の分布を表したものが図１３（Ｃ）である。図１３（Ｃ）の３０１が投影された照明領域であり、３０３がフレア（Ｂ）である。そこで、図１２（Ｃ）の投影光学系に対し、本発明を適用したものが図１２（Ｄ）の投影光学系３０である。図１２（Ｄ）は図１２（Ｃ）の投影光学系中の反射鏡Ｍ１の反射部と外径部を表すＭ１−ｄｉｍに遮光部材ＢＬ０１を設置した様子を表す。図１２（Ｄ）の投影光学系に対し、物体面の照明領域に光を照射した時、像面に照射された光の分布を表したものが図１３（Ｄ）である。図１３（Ｄ）と図１３（Ｃ）を比較すると分かるとおり、本発明の適用によりフレア（Ｂ）が像面に到達しなくなっている。

更に、本発明を適用した別の実施例を以下に示す。以下で述べる実施例の具体的なレンズ構成を図１１（Ａ）に示す。図中、第一の物体１０１側から順に光路に沿って、結像光学系１９１Ｐ、実像の中間像１１２５、反射鏡Ｍ１ａ、凹面鏡Ｍ２ａ、実像の中間像１８０Ｐ、結像光学系Ｇ１にて構成されている。本実施例では、結像光学系１９１Ｐは第一の物体１０１側から光路に沿って、屈折レンズ群の１９１Ｐ−１、実像の第１中間像１１２６、反射屈折群である１９１Ｐ−２よりなる。反射屈折群１９１Ｐ−１は、レンズＬ１１０１〜Ｌ１１１０から構成されている。詳細には、第一の物体側から、略平面を第一の物体側に向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ１１０１、凸面を第一の物体側に向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ１１０２、両凸形状の正レンズＬ１１０３を順に有する。Ｌ１１０３に続いて、凸面を第一の物体側に向けたメニスカス正レンズＬ１１０４、凸面を第一の物体側に向けたメニスカス非球面正レンズＬ１１０５、を順に有する。Ｌ１１０５に続いて、両凸形状の正レンズＬ１１０６、凹面を第一の物体側に向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ１１０７、を順に有する。更にＬ１１０７に続いて、凸面を第二の物体側に向けたメニスカス形状の正レンズＬ１１０８、両凸形状の正レンズＬ１１０９、凸面を第一の物体側に向けた略平凸形状の正レンズＬ１１１０、を順に有する。反射屈折群１９１Ｐ−２は、凹面鏡Ｍ４ａ、凹面鏡Ｍ３ａ、第二の物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１１１１を順に有する。結像光学系Ｇ１は、レンズＬ１１１２〜Ｌ１１２４にて構成されている。詳細には、両凸形状の正レンズＬ１１１２、凹面を第二の物体側に向けた略平凹形状の非球面負レンズＬ１１１３、凹面を第二の物体側に向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１１４、を順に有する。更にＬ１１１４に続いて、凹面を第二の物体側に向けた略平凹形状の負レンズＬ１１１５、凹面を第二の物体側に向けた両凹形状の非球面負レンズＬ１１１６、両凸形状の正レンズＬ１１１７、を順に有する。更にＬ１１１７に続いて、凹面を第二の物体側に向けたメニスカス形状の非球面負レンズＬ１１１８、両凸形状の非球面正レンズＬ１１１９、両凸形状の正レンズＬ１１２０、両凸形状の非球面正レンズＬ１１２１、を順に有する。更にＬ１１２１に続いて、凸面を第一の物体側に向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ１１２２、凹面を第二の物体側に向けたメニスカス形状の正レンズＬ１１２３、平面を第二の物体側に向けた平凸形状の正レンズＬ１１２４、を順に有している。尚、正レンズＬ１１２４と第二の物体１０２との間は液体にて構成されている。不図示の開口絞りは本実施例の場合、レンズＬ１１２０とＬ１１２１との間に配置されているが、その位置に限定されるものではない。本実施例は、投影倍率は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ＮＡ＝１．２０、物像間距離（物体面〜像面）はおよそＬ＝１８７９ｍｍ程度である。また、像高がおよそ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。尚、照明領域は矩形に限定するものではなく、例えば円弧形状の照明領域でも構わない。また、本実施例の横収差図を図１１（Ｂ）に示す。図１１（Ｂ）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。

以下の表１及び表２に、本実施例の構成諸元を示す。なお、ｉは第一の物体１０１から光の進行方向に沿った面番号、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。レンズ硝材ＳｉＯ２と液体であるｗａｔｅｒ（純水）は、基準波長λ＝１９３．０ｎｍに対する屈折率を各々１．５６０９、１．４３７としている。また、基準波長に対する＋０．２ｐｍ及び−０．２ｐｍの波長の屈折率は、ＳｉＯ２の場合、各々１．５６０８９９６８、１．５６０９００３１である。またｗａｔｅｒの場合、各々１．４３６９９５７６、１．４３７０００４２４である。

また、非球面の形状は次式にて与えられるものとする。
Ｘ＝（Ｈ２／４）／（１＋（（１−（１＋Ｋ）・（Ｈ／ｒ）２））１／２）＋ＡＨ４＋ＢＨ６＋ＣＨ８＋ＤＨ１０＋ＥＨ１２＋ＦＨ１４＋ＧＨ１６ （３）
ここに、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。

次に図１１（Ａ）の投影光学系に対し本発明を適用した例を述べる。図１４（Ａ）は物体面の照明領域（１０４ｍｍ×７．５ｍｍ）に光を照射したときの光路図である。Ｍ１−ｄｉｍ１が反射鏡Ｍ１の反射部と外径部を表す。図１４（Ａ）の投影光学系に対し、物体面の照明領域に光を照射した時、像面に照射される光の分布を表したものが図１５（Ａ）である。図１５（Ａ）の４０１が投影された照明領域であり、４０２がフレア（Ａ）である。図１４（Ａ）の投影光学系に対し、本発明を適用した投影光学系３０を表すのが図１４（Ｂ）である。図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の投影光学系において反射鏡Ｍ１の反射部と外径部を表すＭ１−ｄｉｍ２に遮光部材ＢＬ０１を設置した様子を表す。図１４（Ｂ）の投影光学系に対し、物体面の照明領域に光を照射した時、像面に照射される光を表したものが図１５（Ｂ）である。図１５（Ｂ）と図１５（Ａ）を比較すると分かるとおり、本発明の適用によりフレア（Ａ）が像面に到達しなくなっている。更に図１４（Ａ）の投影光学系に対し、物体面上において照明領域と光軸との最短距離βと最長距離γを保ったまま、円弧状のスリット形状の照明領域を採用すると、照明領域の短手方向の長さを２０ｍｍ確保することが可能である。これに対し物体面の照明領域に光を照射した時、像面に照射される光の分布を表したものが図１５（Ｃ）である。図１５（Ｃ）の４１１が投影された照明領域であり、４０２がフレア（Ａ）である。これに対し本発明を適用した投影光学系３０が図１５（Ｄ）である。図１５（Ｄ）と図１５（Ｃ）を比較すると分かるとおり、本発明の適用によりフレア（Ａ）が像面に到達しなくなっている。このことは、照明領域を円弧状にすることで、照明領域と光軸との最長距離γと最短距離βを保ったまま、パターンを投影する投影光を遮光部材と干渉させずに、照明領域を広げることが可能であることを意味する。また、この例では円弧形状を採用したが、照明領域は円弧状に限らず、任意の形状であって構わない。

また、本実施例では投影光学系の最終レンズと像面との間が液体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、真空でも、気体や液体や固体で満たされていても構わない。

以上の本発明の実施例によれば、遮光部材を設けることにより、第二の物体に到達するフレア（Ａ）又はフレア（Ｂ）を低減することができ、解像性能の優れた反射屈折投影光学系や屈折投影光学系を提供することが可能となる。

次に、図１６を参照して、前述の投影光学系３０を有する露光装置の実施例を説明する。

ここで、図１６は、本実施例の露光装置１の構成を示す概略図である。

露光装置１は、投影光学系３０と第二の物体としてのウエハ１０２との間に供給される液体ＬＷを介して、第一の物体としてのレチクル（マスク）１０１に形成された回路パターンをステップ・アンド・スキャン方式でウエハ１０２に露光する液浸露光装置である。

露光装置１は、図１６に示すように、照明装置１０と、レチクル１０１を載置するレチクルステージ２５と、投影光学系３０と、ウエハ１０２を載置するウエハステージ４５と、測距装置５０と、ステージ制御部６０と、その他の部材を有する。その他の部材は、液体供給部７０と、液浸制御部８０と、液体回収部９０と、ノズルユニット１００を含む。

照明装置１０は、回路パターンが形成されたレチクル１０１を照明し、光源部１２と、照明光学系１４とを有する。光源部１２は、本実施例では、光源として、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを使用する。

照明光学系１４は、レチクル１０１上のスリット状の照明領域を光源部１２からの光で照明する光学系である。

レチクル１０１は、レチクル搬送系により露光装置１の外部から搬送され、レチクルステージ２５に支持及び駆動される。

レチクルステージ２５は、レチクルチャックを介してレチクル１０１を支持し、ステージ制御部６０によって移動制御される。

ウエハ１０２は、ウエハステージ４５に支持及び駆動される。投影光学系３０によって投影されたスリット状の照明領域で、ウエハ１０２上の露光領域を走査することにより、レチクル１０１のパターンでウエハ１０２が露光される。ウエハ１０２は、基板であり、液晶基板、その他の基板を広く含む。ウエハ１０２には、フォトレジストが塗布されている。

液体保持部４４は、ウエハステージ４５に支持されたウエハ１０２の表面とウエハ１０２の周辺の領域とをほぼ同一面にし、液体ＬＷを保持するための板である。液体保持部４４は、ウエハ１０２の周囲に配置され、ウエハ１０２の表面と同じ高さの表面を有する。また、液体保持部４４は、ウエハ１０２の表面とほぼ同じ高さであることで、ウエハ１０２の外周付近のショットを露光する際に、ウエハ１０２の外側の領域においても液体ＬＷを保持することを可能にする。

測距装置５０は、レチクルステージ２５の位置及びウエハステージ４５の２次元的な位置を、参照ミラー５２及び５４、及び、レーザー干渉計５６及び５８を介してリアルタイムに計測する。測距装置５０による測距結果は、ステージ制御部６０に伝達される。ステージ制御部６０は、かかる測距結果に基づいて、位置決めや同期制御のために、レチクルステージ２５及びウエハステージ４５を一定の速度比率で駆動する。

ステージ制御部６０は、レチクルステージ２５及びウエハステージ４５の駆動を制御する。

液体供給部７０は、投影光学系３０の最終レンズとウエハ１０２との間の空間又は間隙に液体ＬＷを供給する機能を有する。液体供給部７０は、液体供給配管７２を有する。液体供給部７０は、投影光学系３０の最終レンズの周囲に配置された液体供給配管７２を介して液体ＬＷを供給し、投影光学系３０とウエハ１０２との間の空間に液体ＬＷの液膜を形成する。液体ＬＷとしては、本実施例では純水を使用している。

液体供給配管７２は、液体ＬＷを、ノズルユニット１００に形成された液体供給口を介して投影光学系３０とウエハ１０２との間の空間に供給する。

液浸制御部８０は、ウエハステージ４５の現在位置、速度、加速度、目標位置及び移動方向などの情報をステージ制御部６０から取得し、かかる情報に基づいて、液浸露光に係る制御を行う。

液体回収部９０は、液体供給部７０によって供給された液体ＬＷを回収する機能を有し、液体回収配管９２を有する。液体回収配管９２は、供給された液体ＬＷをノズルユニット１００に形成された液体回収口を介して回収する。

ノズルユニット１００のウエハ１０２側には液体供給口と、液体回収口とが形成される。液体供給口は、液体ＬＷを供給するための供給口であり、液体供給配管７２に接続される。液体回収口は、供給した液体ＬＷを回収するための開口であり、液体回収配管９２に接続される。

かかる露光装置によれば、従来よりも性能の良い露光装置を提供することができる。

次に、図１７及び図１８を参照して、前述の露光装置１を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１７は、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。ここでは、半導体デバイスの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ３（ウエハ製造）では、シリコンなど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、レチクルとウエハを用いてリソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成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）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図１８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などによって形成する。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、前述の露光装置１によってレチクル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。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイス（半導体デバイス、液晶デバイス等）を製造することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

投影光学系の概略図である。 第二の物体上における光の分布を示す図である。 投影光学系の概略図である。 投影光学系の概略図である。 投影光学系の概略図である。 ξ軸とω軸を説明するための図である。 遮光部材の周辺を表す概略図である。 遮光部材の周辺を表す概略図である。 投影光学系の概略図である。 照明領域を表す概略図である。 投影光学系の概略図及び投影光学系の横収差図である。 投影光学系の図である。 第二の物体上における光の分布を示す図である。 投影光学系の図である。 第二の物体上における光の分布を示す図である。 露光装置の構成を示す概略図である。 デバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。 図１７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

１ 露光装置
１０ 照明光学系
３０ 投影光学系
７０ 液体供給部
９０ 液体回収部
１００ ノズルユニット
１０１ レチクル
１０２ ウエハ
Ｍ１ 反射鏡
Ｍ２ 凹面鏡
Ｇ１ 第二の結像光学系

Claims (11)

1. 第一の物体のパターンの像を第二の物体上に投影する投影光学系において、
   前記第二の物体と対向する反射面を持つ凹面鏡と該凹面鏡に前記第一の物体からの光を導く反射鏡とを有し、前記パターンの中間像を結像する第一の結像光学系と、
   レンズを有し、前記中間像の像を前記第二の物体上に結像する第二の結像光学系と、
   前記凹面鏡と前記レンズの間に配置された遮光部材と、を備え、
   前記投影光学系の光軸は、前記反射鏡の前記第一の物体からの光を反射する領域を通らず、前記遮光部材を通り、
   前記投影光学系の瞳には、抜けが無いことを特徴とする投影光学系。
2. 第一の物体のパターンの像を第二の物体上に投影する投影光学系において、
   前記第二の物体と対向する反射面を持つ凹面鏡と該凹面鏡に前記第一の物体からの光を導く反射鏡とを有し、前記パターンの中間像を結像する第一の結像光学系と、
   レンズを有し、前記中間像の像を前記第二の物体上に結像する第二の結像光学系と、
   前記凹面鏡と前記レンズの間に配置された遮光部材と、を備え、
   前記投影光学系の光軸は、前記反射鏡の前記第一の物体からの光を反射する領域を通らず、
   前記遮光部材は、前記第一の物体上において照明領域に向かう線を定義し、前記投影光学系の光軸と前記照明領域との間の距離が最小を成す線の方向を第一の軸（ω軸）とし、前記第一の軸及び前記光軸に垂直な方向を第二の軸（ξ軸）とし、前記光軸を原点とすると、ωの正の領域及び負の領域に配置され、
   前記投影光学系の瞳には、抜けが無いことを特徴とする投影光学系。
3. 前記遮光部材は、前記反射鏡に接合されていることを特徴とする請求項１又は２記載の投影光学系。
4. 前記遮光部材は、前記反射鏡の一部分であることを特徴とする請求項３記載の投影光学系。
5. 前記遮光部材は、前記反射鏡と前記レンズの間に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の投影光学系。
6. 前記遮光部材の少なくとも一部分は、前記凹面鏡で反射された光より前記光軸側の領域に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の投影光学系。
7. 前記遮光部材の少なくとも一部分は、前記反射鏡の前記領域と、前記凹面鏡で反射された光が前記反射鏡の隣を通過する領域とに挟まれた領域に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の投影光学系。
8. 前記遮光部材の少なくとも一部分は、前記投影光学系の前記第二の物体側の開口数をＮＡとし、前記第二の結像光学系の前記第一の物体側から前記第二の物体側への結像倍率をβとし、前記中間像が存在する空間を満たす物質の前記光に対する屈折率をｎとし、前記遮光部材と前記第一の結像光学系の近軸結像位置との前記光軸上の距離をＤとすると、以下の式を満たす、前記光軸を中心として半径Ｒの領域に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の投影光学系。
   Ｒ＝Ｄ×ｔａｎ（ａｒｃｓｉｎ｜ＮＡ×β／ｎ｜）
9. 前記第一の物体上の照明領域の前記光軸側の境界は、曲線又は複数の線分を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の投影光学系。
10. 請求項１乃至９のうちいずれか１項記載の投影光学系を備え、
    前記第一の物体としてのレチクルのパターンで前記第二の物体としての基板を露光することを特徴とする露光装置。
11. 請求項１０記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
    露光された前記基板を現像するステップと、を有することを特徴とするデバイス製造方法。

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