JP4239212B2

JP4239212B2 - Projection optical system, exposure apparatus, and exposure method

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Publication number: JP4239212B2
Application number: JP2002196145A
Authority: JP
Inventors: 洋平藤島; 泰弘大村; 弘範池沢
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2022-07-04
Also published as: JP2004004415A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影光学系、露光装置および露光方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子などのマイクロデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に好適な投影光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の露光装置には、マスク上のパターンの像を感光性基板（ウェハなど）上に投影するための投影光学系が搭載されている。近年、転写すべき回路パターンの微細化およびスループットの向上のために、露光波長の短波長化や投影光学系の高開口数化が求められている。具体的には、露光波長の短波長化のために、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光源（１９３ｎｍ）が用いられている。ＡｒＦエキシマレーザー光源では、狭帯域化が進められているものの、依然として数分の１ｐｍ程度の半値幅を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように数分の１ｐｍ程度の半値幅を有するＡｒＦエキシマレーザー光に対して、石英ガラスで形成されたレンズ成分すなわち石英レンズ成分だけで構成された投影光学系を用いると、無視することのできない量の色収差が発生する。その結果、像のコントラストが低下し、像の劣化の大きな原因となる。なお、ＡｒＦエキシマレーザー光の狭帯域化が望まれているが、狭帯域化には自ずと限界があり、その改善も困難になっている。
【０００４】
そこで、石英ガラスよりも分散の小さい蛍石で形成されたレンズ成分すなわち蛍石レンズ成分を石英レンズ成分と組み合わせて、色収差を補正する方法、すなわち軸上色収差および倍率色収差の双方を補正する方法が考えられる。しかしながら、従来技術では、十分に大きな開口数を有し、ＡｒＦエキシマレーザー光に対して色収差および単色収差が良好に補正された投影光学系について具体的な構成が未だ提案されていない。なお、蛍石は高価な光学材料であり、径の大きな蛍石レンズ成分を精度良く製造することは石英レンズ成分に比して困難であることも知られている。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、十分に大きな開口数を有し、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光に対して色収差および単色収差が良好に補正された投影光学系を提供することを目的とする。また、本発明では、色収差および単色収差が良好に補正された良好な光学性能を有する投影光学系を用いて、高解像で高精度な投影露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【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発明では、蛍石で形成された蛍石レンズ成分と石英ガラスで形成された石英レンズ成分とを含む投影光学系において、
物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は前記投影光学系中のレンズ群のうちの最も物体側に配置され、前記投影光学系の像側の開口数ＮＡは０．８よりも大きいことを特徴とする投影光学系を提供する。
【０００７】
第１発明の好ましい態様によれば、前記第２レンズ群は、少なくとも２つの蛍石レンズ成分を含み、すべてのレンズ成分の総数をＮａとし、蛍石レンズ成分の総数をＮｈとしたとき、Ｎｈ／Ｎａ＜０．５の条件を満足する。また、本発明の第１発明において、前記投影光学系は前記第１乃至第４レンズ群の４つのレンズ群のみを備えていることが好ましい。
【０００８】
本発明の第２発明では、第１光学材料で形成されたレンズ成分と、前記第１光学材料よりも分散の大きい第２光学材料で形成されたレンズ成分とを含む投影光学系において、
前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって前記投影光学系の光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の像側の面と最軸外主光線との交点の前記光軸からの高さをｈ１とし、最大物体高をｈ０としたとき、
１．２＜ｈ１／ｈ０
の条件を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。
【０００９】
第２発明の好ましい態様によれば、前記最も物体に近く配置された正レンズ成分の屈折力（ｍｍ^-1）をＰ１とし、前記第２光学材料で形成されたレンズ成分であって前記正レンズ成分に隣接して配置された負レンズ成分の屈折力をＰｓ（ｍｍ^-1）としたとき、０．００２＜Ｐ１およびＰｓ＜−０．００４の条件を満足する。
【００１０】
本発明の第３発明では、第１光学材料で形成されたレンズ成分と、前記第１光学材料よりも分散の大きい第２光学材料で形成されたレンズ成分とを含み、前記第１光学材料で形成されたレンズ成分の総数がすべてのレンズ成分の総数の１／２よりも小さい投影光学系において、
前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって前記投影光学系の光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の物体側の面と物体面との間の前記光軸に沿った距離をｋ１とし、物体面と像面との間の前記光軸に沿った全長をＬとしたとき、
ｋ１／Ｌ＜０．２
の条件を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１１】
第３発明の好ましい態様によれば、前記最も物体に近く配置された正レンズ成分の像側の面と最軸外主光線との交点の前記光軸からの高さをｈ１とし、最大物体高をｈ０としたとき、１．２＜ｈ１／ｈ０の条件を満足する。また、前記最も物体に近く配置された正レンズ成分の屈折力をＰ１（ｍｍ^-1）とし、前記第２光学材料で形成されたレンズ成分であって前記正レンズ成分に隣接して配置された負レンズ成分の屈折力をＰｓ（ｍｍ^-1）としたとき、０．００２＜Ｐ１およびＰｓ＜−０．００４の条件を満足することが好ましい。
【００１２】
本発明の第４発明では、第１光学材料で形成されたレンズ成分と、前記第１光学材料よりも分散の大きい第２光学材料で形成されたレンズ成分とを含む投影光学系において、
前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって物体側の面と像側の面との間の前記投影光学系の光軸に沿った中点が最軸外主光線と前記光軸との交点よりも物体側に配置されたレンズ成分の屈折力の総和をＳｏとし、前記第１光学材料で形成されたすべてのレンズ成分の屈折力の総和をＳａとしたとき、
０．７＜Ｓｏ／Ｓａ
の条件を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１３】
第４発明の好ましい態様によれば、前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって前記光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の物体側の面と物体面との間の前記光軸に沿った距離をｋ１とし、物体面と像面との間の前記光軸に沿った全長をＬとしたとき、ｋ１／Ｌ＜０．２の条件を満足する。また、前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって前記光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の像側の面と最軸外主光線との交点の前記光軸からの高さをｈ１とし、最大物体高をｈ０としたとき、１．２＜ｈ１／ｈ０の条件を満足することが好ましい。
【００１４】
また、第４発明の好ましい態様によれば、前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって前記光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の屈折力をＰ１（ｍｍ^-1）とし、前記第２光学材料で形成されたレンズ成分であって前記正レンズ成分に隣接して配置された負レンズ成分の屈折力をＰｓ（ｍｍ^-1）としたとき、０．００２＜Ｐ１およびＰｓ＜−０．００４の条件を満足する。
【００１５】
なお、第２発明〜第４発明の好ましい態様によれば、前記第１光学材料は蛍石を有し、前記第２光学材料は石英ガラスを有する。また、第１発明〜第４発明の好ましい態様によれば、前記投影光学系は、２００ｎｍ以下の中心波長を有すると共に所定の波長幅を有する光に対して最適化されている。
【００１６】
本発明の第５発明では、物体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像面に設定された感光性基板上に形成するための第１発明〜第４発明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。
【００１７】
本発明の第６発明では、物体面に設定されたマスクを照明し、第１発明〜第４発明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の像を像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。
【００１８】
【発明の実施の形態】
第１発明の投影光学系は、蛍石レンズ成分と石英レンズ成分とを含み、物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群と、正屈折力の第２レンズ群と、負屈折力の第３レンズ群と、正屈折力の第４レンズ群とを備えている。ここで、第１レンズ群は、投影光学系中のレンズ群のうちの最も物体側に配置されている。
【００１９】
このように、第１発明では、分散の大きい石英ガラスおよび分散の小さい蛍石の２種類の光学材料を用いて投影光学系を構成し、物体側から順に負・正・負・正の屈折力配置に設定している。この構成により、後述の各実施例に示すように、０．８よりも大きい像側開口数ＮＡを確保することが可能になるとともに、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光に対して色収差および単色収差を良好に補正することが可能になる。
【００２０】
第１発明では、第２レンズ群が少なくとも２つの蛍石レンズ成分を含み、次の条件式（１）を満足することが好ましい。なお、条件式（１）において、Ｎａはすべてのレンズ成分の総数であり、Ｎｈは蛍石レンズ成分の総数である。
Ｎｈ／Ｎａ＜０．５（１）
【００２１】
軸上色収差および倍率色収差を補正するには正レンズ成分に蛍石を用いるのが効果的であるが、蛍石は高価で且つ加工性に劣るため、コストや生産性の観点から蛍石レンズ成分の総数をある程度抑えることが望ましい。具体的には、条件式（１）に示すように、蛍石レンズ成分の総数Ｎｈを、すべてのレンズ成分の総数Ｎａの半分未満に抑えることが望ましい。また、第２レンズ群が少なくとも２つの蛍石レンズ成分を含むことにより、色収差をさらに良好に補正することが可能になる。
【００２２】
一般に、すべてのレンズ成分が石英ガラスからなる縮小倍率の投影光学系では、基準波長（中心波長）よりも僅かに長波長の主光線が像面に達する位置は、基準波長の主光線が像面に達する位置よりも内側（光軸寄り）になる。逆に、基準波長よりも僅かに短波長の主光線が像面に達する位置は、基準波長の主光線が像面に達する位置よりも外側になる。なお、拡大倍率を有する投影光学系では、主光線のふるまいは上記とは逆になる。
【００２３】
すなわち、石英レンズ成分だけで構成された投影光学系では、基準よりも長波長の光線において負の倍率色収差が発生する。蛍石レンズ成分と石英レンズ成分とを組み合わせて投影光学系を構成した場合、発生する倍率色収差を正の値にすることは非常に困難であり、負の倍率色収差の絶対値をできるだけ小さくすることが課題となる。
【００２４】
そこで、第２発明の投影光学系では、第１光学材料（たとえば蛍石）で形成されたレンズ成分と、第１光学材料よりも分散の大きい第２光学材料（たとえば石英ガラス）で形成されたレンズ成分とを含み、次の条件式（２）を満足する。
１．２＜ｈ１／ｈ０（２）
【００２５】
条件式（２）において、ｈ１は、第１光学材料で形成されたレンズ成分であって光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の像側の面と最軸外主光線との交点の光軸からの高さである。また、ｈ０は、最大物体高である。このように、条件式（２）を満足する正レンズ成分を配置することにより、換言すれば主光線の屈折角が大きくなり易い位置に低分散の光学材料（第１光学材料）で形成された正レンズ成分（たとえば蛍石正レンズ成分）を配置することにより、負の倍率色収差の発生量を効果的に減らすことが可能になる。
【００２６】
また、第３発明の投影光学系では、第１光学材料（たとえば蛍石）で形成されたレンズ成分と、第１光学材料よりも分散の大きい第２光学材料（たとえば石英ガラス）で形成されたレンズ成分とを含み、第１光学材料で形成されたレンズ成分の総数が、すべてのレンズ成分の総数の１／２よりも小さく、次の条件式（３）を満足する。
ｋ１／Ｌ＜０．２（３）
【００２７】
条件式（３）において、ｋ１は、第１光学材料で形成されたレンズ成分であって、光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の物体側の面と物体面との間の光軸に沿った距離である。また、Ｌは、物体面と像面との間の光軸に沿った距離すなわち全長である。このように、条件式（３）を満足する正レンズ成分を配置することにより、換言すれば物体に比較的近い位置に低分散の光学材料（第１光学材料；たとえば蛍石）で形成された正レンズ成分（たとえば蛍石正レンズ成分）を配置することにより、発生する倍率色収差の値を正の方向に大きく改善することができる。
【００２８】
なお、蛍石レンズ成分と石英レンズ成分とを含む投影光学系の場合、開口絞りよりも物体側に蛍石正レンズ成分を配置することは負の倍率色収差の発生量を小さくするのに有効であり、この蛍石正レンズ成分の屈折力（パワー：１／焦点距離）が大きくなるほど効果が大きくなる。さらに、正の倍率色収差を発生させる石英負レンズ成分を上述の蛍石正レンズ成分に隣接させると、石英負レンズ成分と蛍石正レンズ成分とからなるレンズ群の合成屈折力を小さくすることができるため、他の収差に深刻な影響を与えることなく、蛍石正レンズ成分の屈折力を大きく設定して、倍率色収差を正の方向に効果的に補正することが可能になる。
【００２９】
そこで、第２発明および第３発明では、次の条件式（４）および（５）を満足することが好ましい。
０．００２＜Ｐ１（４）
Ｐｓ＜−０．００４（５）
【００３０】
条件式（４）において、Ｐ１は、第１光学材料で形成されたレンズ成分であって光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分（たとえば蛍石正レンズ成分）の屈折力（ｍｍ^-1）である。また、条件式（５）において、Ｐｓは、第２光学材料で形成されたレンズ成分であって上述の正レンズ成分に隣接して配置された負レンズ成分（たとえば石英負レンズ成分）の屈折力（ｍｍ^-1）である。
【００３１】
また、第４発明の投影光学系では、第１光学材料（たとえば蛍石）で形成されたレンズ成分と、第１光学材料よりも分散の大きい第２光学材料（たとえば石英ガラス）で形成されたレンズ成分とを含み、次の条件式（６）を満足する。
０．７＜Ｓｏ／Ｓａ（６）
【００３２】
条件式（６）において、Ｓｏは、第１光学材料で形成されたレンズ成分であって物体側の面と像側の面との間の光軸に沿った中点が最軸外主光線と光軸との交点よりも物体側に配置されたレンズ成分（たとえば蛍石レンズ成分）の屈折力の総和である。また、Ｓａは、第１光学材料で形成されたすべてのレンズ成分（たとえば蛍石レンズ成分）の屈折力の総和である。
【００３３】
蛍石レンズ成分と石英レンズ成分とを含む投影光学系の場合、基準波長の最軸外主光線が光軸と交わる点（開口絞りの位置またはその近傍）よりも像側の正レンズ成分に蛍石を用いると、多くの場合、軸上色収差の補正には有効であるが、倍率色収差は負の方向に変化してしまう。そこで、たとえば開口絞りよりも物体側に配置され且つ第１光学材料で形成されたレンズ成分（たとえば蛍石レンズ成分）が条件式（６）を満足することにより、倍率色収差と軸上色収差とをバランス良く補正することができる。
【００３４】
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投影光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。なお、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、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に垂直にＸ軸を設定している。
【００３５】
図１に示す露光装置は、紫外領域の照明光を供給するための光源ＬＳとして、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光源（波長１９３．３ｎｍ）を備えている。光源ＬＳから射出された光は、照明光学系ＩＬを介して、所定のパターンが形成されたレチクル（マスク）Ｒを照明する。なお、光源ＬＳ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ＬＳ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。
【００３６】
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、たとえばパターン領域全体のうちＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩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。
【００３７】
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。ウェハＷは、ウェハテーブル（ウェハホルダ）ＷＴを介して、ウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。そして、レチクルＲ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上ではＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状の露光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。
【００３８】
また、図示の露光装置では、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。
【００３９】
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。
【００４０】
また、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の狭い光路には、ウェハＷおよびウェハステージＷＳなどが配置されているが、ウェハＷおよびウェハステージＷＳ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。このように、光源ＬＳ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。
【００４１】
上述したように、投影光学系ＰＬによって規定されるレチクル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）は、Ｙ方向に沿って短辺を有する矩形状である。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、矩形状の露光領域および照明領域の短辺方向すなわち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上には露光領域の長辺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領域に対してレチクルパターンが走査露光される。あるいは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはレチクルＲのパターンが逐次露光される。
【００４２】
以下、具体的な数値例に基づいて、本実施形態の投影光学系ＰＬの各実施例を説明する。各実施例において、投影光学系ＰＬは、物体側（レチクル側）から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とから構成されている。また、投影光学系ＰＬを構成するレンズ成分は、蛍石（ＣａＦ₂）または石英ガラス（ＳｉＯ₂）で形成されている。
【００４３】
また、各実施例において、ＡｒＦエキシマレーザー光の中心波長は１９３．３０６ｎｍであり、この中心波長に対する蛍石の屈折率は１．５０１４５５であり、石英ガラスの屈折率は１．５６０３２６である。そして、１９３．３０６ｎｍ＋０．３２１４ｐｍ＝１９３．３０６３２１４ｎｍの波長に対する蛍石の屈折率は１．５０１４５４４９であり、石英ガラスの屈折率は１．５６０３２５５９である。一方、１９３．３０６ｎｍ−０．３２１４ｐｍ＝１９３．３０５６７８６ｎｍの波長に対する蛍石の屈折率は１．５０１４５５５１であり、石英ガラスの屈折率は１．５６０３２６４１である。
【００４４】
また、各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｚとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣ_nとしたとき、以下の数式（ａ）で表される。後述の表（１）〜（３）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。
【００４５】
【数１】

【００４６】
［第１実施例］
図２は、第１実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。第１実施例の投影光学系ＰＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、図２に示すように、レチクル側から順に、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた平凹レンズＬ１１と、ウェハ側に平面を向けた平凹レンズＬ１２とから構成されている。
【００４７】
第２レンズ群Ｇ２は、レチクル側から順に、レチクル側に平面を向けた平凸レンズＬ２１と、レチクル側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、両凸レンズＬ２３と、両凸レンズＬ２４と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２５と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２６とから構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、レチクル側から順に、レチクル側に平面を向けた平凹レンズＬ３１と、両凹レンズＬ３２と、ウェハ側に平面を向けた平凹レンズＬ３３と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ３４とから構成されている。
【００４８】
第４レンズ群Ｇ４は、レチクル側から順に、両凸レンズＬ４１と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ４２と、両凸レンズＬ４３と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４４と、開口絞りＡＳと、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４５と、両凸レンズＬ４６と、両凸レンズＬ４７と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４８と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４９と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４１０と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ４１１とから構成されている。
【００４９】
投影光学系ＰＬを構成する２３個のレンズ成分のうち、６つのレンズＬ２１，Ｌ２６，Ｌ４１，Ｌ４３，Ｌ４１０およびＬ４１１は蛍石で形成された蛍石レンズであり、その他の１７個のレンズは石英ガラスで形成された石英レンズである。すなわち、光軸に沿って最もレチクル（物体）に近く配置された蛍石正レンズ成分は、レンズＬ２１である。また、第２レンズ群Ｇ２は、２つの蛍石レンズ成分、すなわちレンズＬ２１およびＬ２６を含んでいる。
【００５０】
次の表（１）に、第１実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。表（１）の主要諸元において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、Ｙ０は最大像高（イメージフィールド半径）をそれぞれ表している。また、表（１）の光学部材諸元において、面番号はレチクル側からの面の順序を、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は露光光の中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００５１】
【表１】

【００５２】
図３は、第１実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。また、図４は、第１実施例における横収差を示す図である。各収差図において、ＮＡ０は、規格化された開口数を、Ｙは像高（ｍｍ）を、線Ｃ０は中心波長１９３．３０６ｎｍを、線Ｃ＋は１９３．３０６ｎｍ＋０．３ｐｍ＝１９３．３０６３ｎｍの波長をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。各収差図から明らかなように、第１実施例では、０．８５という大きな開口数を確保しているにもかかわらず、波長幅が１９３．３０６ｎｍ±０．３ｐｍの露光光に対して色収差および単色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００５３】
［第２実施例］
図５は、第２実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。第２実施例の投影光学系ＰＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、図５に示すように、レチクル側から順に、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ１１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２とから構成されている。
【００５４】
第２レンズ群Ｇ２は、レチクル側から順に、両凸レンズＬ２１と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、両凸レンズＬ２３と、両凸レンズＬ２４と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２５と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２６とから構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、レチクル側から順に、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３１と、両凹レンズＬ３２と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ３３とから構成されている。
【００５５】
第４レンズ群Ｇ４は、レチクル側から順に、両凸レンズＬ４１と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ４２と、両凸レンズＬ４３と、両凸レンズＬ４４と、開口絞りＡＳと、両凸レンズＬ４５と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４６と、両凸レンズＬ４７と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４８と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４９と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４１０と、ウェハ側に平面を向けた平凹レンズＬ４１１とから構成されている。
【００５６】
投影光学系ＰＬを構成する２２個のレンズ成分のうち、６つのレンズＬ２１，Ｌ２５，Ｌ４１，Ｌ４３，Ｌ４１０およびＬ４１１は蛍石で形成された蛍石レンズであり、その他の１６個のレンズは石英ガラスで形成された石英レンズである。すなわち、光軸に沿って最もレチクル（物体）に近く配置された蛍石正レンズ成分は、レンズＬ２１である。また、第２レンズ群Ｇ２は、２つの蛍石レンズ成分、すなわちレンズＬ２１およびＬ２５を含んでいる。
【００５７】
次の表（２）に、第２実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。表（２）の主要諸元において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、Ｙ０は最大像高（イメージフィールド半径）をそれぞれ表している。また、表（２）の光学部材諸元において、面番号は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は露光光の中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００５８】
【表２】

【００５９】
図６は、第２実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。また、図７は、第２実施例における横収差を示す図である。各収差図において、ＮＡ０は、規格化された開口数を、Ｙは像高（ｍｍ）を、線Ｃ０は中心波長１９３．３０６ｎｍを、線Ｃ＋は１９３．３０６ｎｍ＋０．３ｐｍ＝１９３．３０６３ｎｍの波長をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。各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、０．８５という大きな開口数を確保しているにもかかわらず、波長幅が１９３．３０６ｎｍ±０．３ｐｍの露光光に対して色収差および単色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００６０】
［第３実施例］
図８は、第３実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。第３実施例の投影光学系ＰＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、図８に示すように、レチクル側から順に、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ１１と、両凹レンズＬ１２とから構成されている。
【００６１】
第２レンズ群Ｇ２は、レチクル側から順に、両凸レンズＬ２１と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、両凸レンズＬ２３と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２４と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２５と、両凸レンズＬ２６とから構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、レチクル側から順に、両凹レンズＬ３１と、両凹レンズＬ３２と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ３３と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ３４とから構成されている。
【００６２】
第４レンズ群Ｇ４は、レチクル側から順に、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４１と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４２と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４３と、開口絞りＡＳと、両凹レンズＬ４４と、両凸レンズＬ４５と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４６と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４７と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４８と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４９と、平行平面状のレンズＬ４１０とから構成されている。
【００６３】
投影光学系ＰＬを構成する２２個のレンズ成分のうち、７つのレンズＬ２１，Ｌ２５，Ｌ２６，Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ４９およびＬ４１０は蛍石で形成された蛍石レンズであり、その他の１５個のレンズは石英ガラスで形成された石英レンズである。すなわち、光軸に沿って最もレチクル（物体）に近く配置された蛍石正レンズ成分は、レンズＬ２１である。また、第２レンズ群Ｇ２は、３つの蛍石レンズ成分、すなわちレンズＬ２１，Ｌ２５およびＬ２６を含んでいる。
【００６４】
次の表（３）に、第３実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。表（３）の主要諸元において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、Ｙ０は最大像高（イメージフィールド半径）をそれぞれ表している。また、表（３）の光学部材諸元において、面番号は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は露光光の中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００６５】
【表３】

【００６６】
図９は、第３実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。また、図１０は、第３実施例における横収差を示す図である。各収差図において、ＮＡ０は、規格化された開口数を、Ｙは像高（ｍｍ）を、線Ｃ０は中心波長１９３．３０６ｎｍを、線Ｃ＋は１９３．３０６ｎｍ＋０．３ｐｍ＝１９３．３０６３ｎｍの波長をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。各収差図から明らかなように、第３実施例においても第１実施例および第２実施例と同様に、０．８５という大きな開口数を確保しているにもかかわらず、波長幅が１９３．３０６ｎｍ±０．３ｐｍの露光光に対して色収差および単色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００６７】
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１１のフローチャートを参照して説明する。
【００６８】
先ず、図１１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。
【００６９】
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。
【００７０】
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１２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１２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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
なお、上述の実施形態では、露光装置に搭載される投影光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、他の一般的な投影光学系に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、１９３．３ｎｍの波長光を供給するＡｒＦエキシマレーザー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以下の中心波長を有すると共に所定の波長幅を有する光に対する投影光学系の最適化に本発明を適用することもできる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、十分に大きな開口数を有し、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光に対して色収差および単色収差が良好に補正された投影光学系を実現することができる。したがって、本発明では、色収差および単色収差が良好に補正された良好な光学性能を有する投影光学系を用いた露光装置および露光方法において、高解像で高精度な投影露光を行うことができる。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投影露光により、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投影光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】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】第１実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図４】第１実施例における横収差を示す図である。
【図５】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実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図７】第２実施例における横収差を示す図である。
【図８】第３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９】第３実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図１０】第３実施例における横収差を示す図である。
【図１１】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１２】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】
ＬＳ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
ＡＳ開口絞り
Ｌｉレンズ成分[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection optical system, an exposure apparatus, and an exposure method, and more particularly to a projection optical system suitable for an exposure apparatus used when manufacturing a microdevice such as a semiconductor element or a liquid crystal display element in a photolithography process. .
[0002]
[Prior art]
In this type of exposure apparatus, a projection optical system for projecting a pattern image on a mask onto a photosensitive substrate (wafer or the like) is mounted. In recent years, in order to miniaturize circuit patterns to be transferred and improve throughput, it has been required to shorten the exposure wavelength and increase the numerical aperture of the projection optical system. Specifically, for example, an ArF excimer laser light source (193 nm) is used to shorten the exposure wavelength. In the ArF excimer laser light source, although the band is being narrowed, it still has a half-value width of about a fraction of 1 pm.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When a projection optical system composed only of a lens component formed of quartz glass, that is, a quartz lens component is used for ArF excimer laser light having a half-value width of about a fraction of 1 pm in this way, it cannot be ignored. Amount of chromatic aberration. As a result, the contrast of the image is lowered, which is a major cause of image degradation. Although narrowing the bandwidth of ArF excimer laser light is desired, there is a limit to narrowing the bandwidth naturally, and its improvement is difficult.
[0004]
Therefore, a method of correcting chromatic aberration by combining a lens component formed of fluorite having a smaller dispersion than quartz glass, that is, a fluorite lens component, with a quartz lens component, that is, a method of correcting both axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration. Conceivable. However, in the prior art, a specific configuration has not yet been proposed for a projection optical system having a sufficiently large numerical aperture and in which chromatic aberration and monochromatic aberration are well corrected for ArF excimer laser light. Fluorite is an expensive optical material, and it is also known that it is difficult to accurately manufacture a fluorite lens component having a large diameter compared to a quartz lens component.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a projection optical system having a sufficiently large numerical aperture, for example, in which chromatic aberration and monochromatic aberration are well corrected with respect to ArF excimer laser light. With the goal. The present invention also provides an exposure apparatus and an exposure method capable of performing high-resolution and high-precision projection exposure using a projection optical system having good optical performance in which chromatic aberration and monochromatic aberration are well corrected. The purpose is to do.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the first invention of the present invention, in a projection optical system including a fluorite lens component formed of fluorite and a quartz lens component formed of quartz glass,
In order from the object side, a first lens group having a negative refractive power, a second lens group having a positive refractive power, a third lens group having a negative refractive power, and a fourth lens having a positive refractive power With groups,
The first lens group is disposed on the most object side of the lens groups in the projection optical system, and the numerical aperture NA on the image side of the projection optical system is larger than 0.8. I will provide a.
[0007]
According to a preferred aspect of the first invention, the second lens group includes at least two fluorite lens components, and when the total number of all lens components is Na and the total number of fluorite lens components is Nh, Nh /Na<0.5 is satisfied. In the first invention of the present invention, it is preferable that the projection optical system includes only four lens groups of the first to fourth lens groups.
[0008]
In a second invention of the present invention, in a projection optical system comprising a lens component formed of a first optical material and a lens component formed of a second optical material having a larger dispersion than the first optical material,
The lens component formed of the first optical material and the intersection of the image-side surface of the positive lens component closest to the object along the optical axis of the projection optical system and the off-axis principal ray When the height from the optical axis is h1 and the maximum object height is h0,
1.2 <h1 / h0
A projection optical system characterized by satisfying the above conditions is provided.
[0009]
According to a preferred aspect of the second invention, the refractive power (mm) of the positive lens component disposed closest to the object. ^-1 ) Is P1, and the refractive power of a lens component formed of the second optical material and disposed adjacent to the positive lens component is Ps (mm ^-1 ), The conditions of 0.002 <P1 and Ps <−0.004 are satisfied.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, the first optical material includes a lens component formed of a first optical material and a lens component formed of a second optical material having a larger dispersion than the first optical material. In a projection optical system in which the total number of formed lens components is smaller than ½ of the total number of all lens components,
A lens component formed of the first optical material, the optical axis between the object side surface of the positive lens component disposed closest to the object along the optical axis of the projection optical system, and the optical axis When the distance along the surface is k1, and the total length along the optical axis between the object plane and the image plane is L,
k1 / L <0.2
A projection optical system characterized by satisfying the above conditions is provided.
[0011]
According to a preferred aspect of the third invention, the height from the optical axis of the intersection point between the image side surface of the positive lens component arranged closest to the object and the most off-axis principal ray from the optical axis is h1, and the maximum object height Where h0 is satisfied, the condition of 1.2 <h1 / h0 is satisfied. Further, the refractive power of the positive lens component arranged closest to the object is set to P1 (mm ^-1 ), And the refractive power of a negative lens component that is disposed adjacent to the positive lens component and is formed of the second optical material is Ps (mm ^-1 ), It is preferable to satisfy the conditions of 0.002 <P1 and Ps <−0.004.
[0012]
In a fourth invention of the present invention, in a projection optical system comprising a lens component formed of a first optical material and a lens component formed of a second optical material having a larger dispersion than the first optical material,
The midpoint along the optical axis of the projection optical system between the object-side surface and the image-side surface, which is a lens component formed of the first optical material, is the most off-axis principal ray and the optical axis. When the sum of the refractive powers of the lens components arranged on the object side of the crossing point is So and the sum of the refractive powers of all the lens components formed of the first optical material is Sa,
0.7 <So / Sa
A projection optical system characterized by satisfying the above conditions is provided.
[0013]
According to a preferred aspect of the fourth invention, a lens component formed of the first optical material, and a positive lens component disposed closest to the object along the optical axis and an object side surface of the positive lens component When the distance along the optical axis is k1, and the total length along the optical axis between the object plane and the image plane is L, the condition of k1 / L <0.2 is satisfied. Further, the optical axis at the intersection of the image-side surface of the positive lens component that is the lens component formed of the first optical material and is closest to the object along the optical axis and the most off-axis principal ray It is preferable to satisfy the condition of 1.2 <h1 / h0, where h1 is the height from h and the maximum object height is h0.
[0014]
According to a preferred aspect of the fourth invention, the refractive power of a lens component formed of the first optical material and located closest to the object along the optical axis is expressed as P1 (mm ^-1 ), And the refractive power of a negative lens component that is disposed adjacent to the positive lens component and is formed of the second optical material is Ps (mm ^-1 ), The conditions of 0.002 <P1 and Ps <−0.004 are satisfied.
[0015]
According to a preferred aspect of the second to fourth inventions, the first optical material has fluorite, and the second optical material has quartz glass. According to a preferred aspect of the first to fourth inventions, the projection optical system is optimized for light having a center wavelength of 200 nm or less and a predetermined wavelength width.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an illumination system for illuminating a mask set on the object plane, and a first pattern for forming an image of a pattern formed on the mask on a photosensitive substrate set on the image plane. An exposure apparatus comprising the projection optical system according to the first to fourth aspects of the invention is provided.
[0017]
In the sixth invention of the present invention, a mask set on the object plane is illuminated, and a pattern image formed on the mask via the projection optical system of the first to fourth inventions is set on the image plane. There is provided an exposure method characterized by performing projection exposure on a conductive substrate.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The projection optical system of the first invention includes a fluorite lens component and a quartz lens component, and in order from the object side, a first lens group having a negative refractive power, a second lens group having a positive refractive power, and a negative refractive power. A third lens group and a fourth lens group having positive refractive power are provided. Here, the first lens group is disposed on the most object side of the lens groups in the projection optical system.
[0019]
As described above, in the first invention, the projection optical system is configured by using two kinds of optical materials, that is, quartz glass having a large dispersion and fluorite having a small dispersion, and negative, positive, negative, and positive refractive powers in order from the object side. Set to placement. This configuration makes it possible to secure an image-side numerical aperture NA larger than 0.8, as shown in each example described later, and to improve chromatic aberration and monochromatic aberration with respect to, for example, ArF excimer laser light. It becomes possible to correct.
[0020]
In the first invention, it is preferable that the second lens group includes at least two fluorite lens components and satisfies the following conditional expression (1). In conditional expression (1), Na is the total number of all lens components, and Nh is the total number of fluorite lens components.
Nh / Na <0.5 (1)
[0021]
To correct axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration, it is effective to use fluorite as the positive lens component. However, fluorite is expensive and inferior in workability, so from the viewpoint of cost and productivity, fluorite lens component It is desirable to keep the total number of Specifically, as shown in the conditional expression (1), it is desirable to keep the total number Nh of fluorite lens components to less than half of the total number Na of all lens components. Further, since the second lens group includes at least two fluorite lens components, chromatic aberration can be corrected more satisfactorily.
[0022]
In general, in a reduction-magnification projection optical system in which all lens components are made of quartz glass, the principal ray of the reference wavelength reaches the image plane at a position where the chief ray having a wavelength slightly longer than the reference wavelength (center wavelength) reaches the image plane. It is on the inner side (closer to the optical axis) than the position where it reaches. On the contrary, the position where the chief ray having a wavelength slightly shorter than the reference wavelength reaches the image plane is outside the position where the chief ray having the reference wavelength reaches the image plane. In a projection optical system having a magnification, the behavior of the chief ray is opposite to the above.
[0023]
That is, in a projection optical system composed of only a quartz lens component, negative lateral chromatic aberration occurs in light rays having a longer wavelength than the reference. When a projection optical system is configured by combining a fluorite lens component and a quartz lens component, it is very difficult to make the generated lateral chromatic aberration positive, and the absolute value of negative lateral chromatic aberration should be as small as possible. Is an issue.
[0024]
Therefore, in the projection optical system according to the second aspect of the present invention, the lens component formed of the first optical material (for example, fluorite) and the second optical material (for example, quartz glass) having a larger dispersion than the first optical material are formed. And the following conditional expression (2) is satisfied.
1.2 <h1 / h0 (2)
[0025]
In the conditional expression (2), h1 is a lens component formed of the first optical material, and is a positive lens component located closest to the object along the optical axis, and the most off-axis principal ray. Is the height from the optical axis of the intersection. H0 is the maximum object height. Thus, the conditional expression (2) In other words, a positive lens component (for example, a fluorite positive lens) formed of a low-dispersion optical material (first optical material) at a position where the refraction angle of the chief ray is likely to increase. By disposing the component, it is possible to effectively reduce the amount of negative lateral chromatic aberration generated.
[0026]
In the projection optical system according to the third aspect of the invention, the lens component formed of the first optical material (for example, fluorite) and the second optical material (for example, quartz glass) having a larger dispersion than the first optical material are used. The total number of lens components including the lens component and formed of the first optical material is smaller than ½ of the total number of all lens components, and the following conditional expression (3) is satisfied.
k1 / L <0.2 (3)
[0027]
In conditional expression (3), k1 is a lens component formed of the first optical material, and is between the object-side surface and the object surface of the positive lens component disposed closest to the object along the optical axis. The distance along the optical axis. L is the distance along the optical axis between the object plane and the image plane, that is, the total length. In this way, by arranging the positive lens component satisfying the conditional expression (3), in other words, it is formed of a low dispersion optical material (first optical material; for example, fluorite) at a position relatively close to the object. By arranging a positive lens component (for example, a fluorite positive lens component), the value of the chromatic aberration of magnification that occurs can be greatly improved in the positive direction.
[0028]
In the case of a projection optical system including a fluorite lens component and a quartz lens component, disposing the fluorite positive lens component closer to the object side than the aperture stop is effective in reducing the amount of negative chromatic aberration generated. Yes, the greater the refractive power (power: 1 / focal length) of the fluorite positive lens component, the greater the effect. Furthermore, if the quartz negative lens component that generates positive lateral chromatic aberration is adjacent to the fluorite positive lens component described above, the combined refractive power of the lens group composed of the quartz negative lens component and the fluorite positive lens component can be reduced. Therefore, it is possible to effectively correct the lateral chromatic aberration in the positive direction by setting the refractive power of the fluorite positive lens component large without seriously affecting other aberrations.
[0029]
Therefore, in the second and third inventions, it is preferable that the following conditional expressions (4) and (5) are satisfied.
0.002 <P1 (4)
Ps <−0.004 (5)
[0030]
In the conditional expression (4), P1 is a lens component formed of the first optical material and is a refractive power of a positive lens component (for example, a fluorite positive lens component) disposed closest to the object along the optical axis ( mm ^-1 ). In conditional expression (5), Ps is a lens component formed of the second optical material and has a refractive power of a negative lens component (for example, a quartz negative lens component) disposed adjacent to the positive lens component. (Mm ^-1 ).
[0031]
In the projection optical system according to the fourth aspect of the present invention, the lens component formed of the first optical material (for example, fluorite) and the second optical material (for example, quartz glass) having a larger dispersion than the first optical material are used. And the following conditional expression (6) is satisfied.
0.7 <So / Sa (6)
[0032]
In conditional expression (6), So is a lens component formed of the first optical material, and the midpoint along the optical axis between the object-side surface and the image-side surface is the most off-axis principal ray. This is the sum of the refractive powers of lens components (for example, fluorite lens components) arranged on the object side with respect to the intersection with the optical axis. Sa is the total refractive power of all lens components (for example, fluorite lens components) formed of the first optical material.
[0033]
In the case of a projection optical system including a fluorite lens component and a quartz lens component, the positive lens component closer to the image side than the point where the off-axis principal ray of the reference wavelength intersects the optical axis (at or near the aperture stop) If stone is used, it is effective in correcting axial chromatic aberration in many cases, but lateral chromatic aberration changes in a negative direction. Therefore, for example, when a lens component (for example, a fluorite lens component) disposed on the object side of the aperture stop and formed of the first optical material satisfies the conditional expression (6), the lateral chromatic aberration and the axial chromatic aberration are reduced. Correction can be made with good balance.
[0034]
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus provided with a projection optical system 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 paper surface of FIG. 1 in a plane perpendicular to the optical axis AX, and the plane is perpendicular to the optical axis AX. The X axis is set perpendicular to the paper surface of FIG.
[0035]
The exposure apparatus shown in FIG. 1 includes, for example, an ArF excimer laser light source (wavelength 193.3 nm) as a light source LS for supplying illumination light in the ultraviolet region. The light emitted from the light source LS illuminates the reticle (mask) R on which a predetermined pattern is formed via the illumination optical system IL. The optical path between the light source LS and the illumination optical system IL is sealed with a casing (not shown), and the space from the light source LS to the optical member on the most reticle side in the illumination optical system IL absorbs exposure light. It is replaced with an inert gas such as helium gas or nitrogen, which is a low-rate gas, or is kept in a substantially vacuum state.
[0036]
The reticle R is held parallel to the XY plane on the reticle stage RS via the reticle holder RH. A pattern to be transferred is formed on the reticle R. For example, a rectangular pattern region having a long side along the X direction and a short side along the Y direction in the entire pattern region is illuminated. Reticle stage RS can be moved two-dimensionally along the reticle plane (ie, XY plane) by the action of a drive system (not shown), and its position coordinates are measured by interferometer RIF using reticle moving mirror RM. And the position is controlled.
[0037]
Light from the pattern formed on the reticle R forms a reticle pattern image on the wafer W, which is a photosensitive substrate, via the projection optical system PL. The wafer W is held parallel to the XY plane on the wafer stage WS via a wafer table (wafer holder) WT. A rectangular exposure area having a long side along the X direction and a short side along the Y direction on the wafer W so as to optically correspond to the rectangular illumination area on the reticle R. A pattern image is formed. 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.
[0038]
In the illustrated exposure apparatus, the interior of the projection optical system PL is hermetically sealed between the optical member disposed on the most reticle side and the optical member disposed on the most wafer side among the optical members constituting the projection optical system PL. The gas inside the projection optical system PL is replaced with an inert gas such as helium gas or nitrogen, or is almost kept in a vacuum state.
[0039]
Further, a reticle R and a reticle stage RS are arranged 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 and the reticle stage RS. Is filled with an inert gas such as nitrogen or helium gas, or is kept in a vacuum state.
[0040]
A narrow optical path between the projection optical system PL and the wafer W includes a wafer W and a wafer stage WS. The inside of a casing (not shown) that hermetically encloses the wafer W and the wafer stage WS. Is filled with an inert gas such as nitrogen or helium gas, or is kept in a vacuum state. Thus, an atmosphere in which the exposure light is hardly absorbed is formed over the entire optical path from the light source LS to the wafer W.
[0041]
As described above, the illumination area on the reticle R and the exposure area on the wafer W (that is, the effective exposure area) defined by the projection optical system PL are rectangular shapes having short sides along the Y direction. Accordingly, the reticle stage RS is controlled along the short side direction of the rectangular exposure area and the illumination area, that is, the Y direction, while controlling the positions of the reticle R and the wafer W using a drive system and an interferometer (RIF, WIF). By moving (scanning) the wafer stage WS and thus the reticle R and the wafer W synchronously, the wafer W has a width equal to the long side of the exposure area and the scanning amount (movement amount) of the wafer W. The reticle pattern is scanned and exposed to an area having a length corresponding to). Alternatively, the pattern of the reticle R is sequentially exposed in each exposure region of the wafer W by performing batch exposure while controlling the wafer W in a two-dimensional manner within a plane orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL. The
[0042]
Hereinafter, examples of the projection optical system PL of the present embodiment will be described based on specific numerical examples. In each embodiment, the projection optical system PL includes, in order from the object side (reticle side), a first lens group G1 having a negative refractive power, a second lens group G2 having a positive refractive power, and a negative refractive power. And a fourth lens group G4 having a positive refractive power. The lens component constituting the projection optical system PL is fluorite (CaF ₂ ) Or quartz glass (SiO ₂ ).
[0043]
In each example, the central wavelength of ArF excimer laser light is 193.306 nm, the refractive index of fluorite with respect to this central wavelength is 1.501455, and the refractive index of quartz glass is 1.560326. The refractive index of fluorite with respect to the wavelength of 193.306 nm + 0.3214 pm = 193.306632 nm is 1.50145449, and the refractive index of quartz glass is 1.56032559. On the other hand, the refractive index of fluorite with respect to the wavelength of 193.306 nm−0.3214 pm = 193.3056786 nm is 1.50144551, and the refractive index of quartz glass is 1.56032641.
[0044]
In each embodiment, the aspherical surface has a height in the direction perpendicular to the optical axis as y, and the distance along the optical axis from the tangential plane at the apex of the aspherical surface to the position on the aspherical surface at height y ( Sag amount) is z, apex radius of curvature is r, conic coefficient is κ, and nth-order aspheric coefficient is C _n Is expressed by the following mathematical formula (a). In Tables (1) to (3), which will be described later, an aspherical lens surface is marked with * on the right side of the surface number.
[0045]
[Expression 1]

[0046]
[First embodiment]
FIG. 2 is a diagram illustrating a lens configuration of the projection optical system according to the first example. In the projection optical system PL of the first example, as shown in FIG. 2, the first lens group G1 includes, in order from the reticle side, a plano-concave lens L11 having an aspheric concave surface facing the wafer side, and a flat surface facing the wafer side. And a plano-concave lens L12.
[0047]
The second lens group G2 includes, in order from the reticle side, a planoconvex lens L21 having a flat surface facing the reticle side, a positive meniscus lens L22 having an aspheric concave surface facing the reticle side, a biconvex lens L23, and a biconvex lens L24. The positive meniscus lens L25 has a convex surface facing the reticle, and the plano-convex lens L26 has a flat surface facing the wafer. The third lens group G3 includes, in order from the reticle side, a plano-concave lens L31 having a plane facing the reticle side, a biconcave lens L32, a plano-concave lens L33 having a plane facing the wafer side, and an aspheric concave surface on the wafer side. And a biconcave lens L34 directed to it.
[0048]
The fourth lens group G4 includes, in order from the reticle side, a biconvex lens L41, a biconcave lens L42 with an aspheric concave surface facing the wafer, a biconvex lens L43, and a positive meniscus lens L44 with a convex surface facing the reticle. , Aperture stop AS, negative meniscus lens L45 having a convex surface on the reticle side, biconvex lens L46, biconvex lens L47, positive meniscus lens L48 having a convex surface on the reticle side, and an aspheric concave surface on the wafer side And a positive meniscus lens L410 having a convex surface on the reticle side, and a plano-convex lens L411 having a flat surface on the wafer side.
[0049]
Of the 23 lens components constituting the projection optical system PL, six lenses L21, L26, L41, L43, L410, and L411 are fluorite lenses formed of fluorite, and the other 17 lenses are quartz. This is a quartz lens made of glass. That is, the fluorite positive lens component arranged closest to the reticle (object) along the optical axis is the lens L21. The second lens group G2 includes two fluorite lens components, that is, lenses L21 and L26.
[0050]
The following table (1) lists the values of the specifications of the projection optical system according to the first example. In the main specifications of Table (1), λ represents the center wavelength of exposure light, β represents the projection magnification, NA represents the numerical aperture on the image side (wafer side), and Y0 represents the maximum image height (image field radius). ing. In the optical member specifications of Table (1), the surface number is the order of the surfaces from the reticle side, r is the radius of curvature of each surface (vertical curvature radius: mm in the case of an aspheric surface), and d is each The on-axis distance of the surface, that is, the surface distance (mm), and n represents the refractive index with respect to the center wavelength of the exposure light.
[0051]
[Table 1]

[0052]
FIG. 3 is a diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion in the first example. FIG. 4 is a diagram showing transverse aberration in the first example. In each aberration diagram, NA0 is a normalized numerical aperture, Y is an image height (mm), line C0 is a center wavelength of 193.306 nm, and line C + is a wavelength of 193.306 nm + 0.3 pm = 193.3063 nm. Each is shown. In the aberration diagrams showing astigmatism, the solid line shows the sagittal image plane, and the broken line shows the meridional image plane. As is apparent from each aberration diagram, in the first example, although a large numerical aperture of 0.85 is secured, the chromatic aberration and the chromatic aberration with respect to the exposure light having a wavelength width of 193.306 nm ± 0.3 pm. It can be seen that the monochromatic aberration is corrected well.
[0053]
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a diagram showing a lens configuration of the projection optical system according to the second example. In the projection optical system PL of the second example, as shown in FIG. 5, the first lens group G1 includes, in order from the reticle side, a biconcave lens L11 having an aspherical concave surface facing the wafer side, and a concave surface on the reticle side. And a negative meniscus lens L12 facing the lens.
[0054]
The second lens group G2 includes, in order from the reticle side, a biconvex lens L21, a positive meniscus lens L22 having a concave surface facing the reticle, a biconvex lens L23, a biconvex lens L24, and a positive meniscus lens having a convex surface facing the reticle. L25 and a positive meniscus lens L26 having an aspheric concave surface facing the wafer side. The third lens group G3 includes, in order from the reticle side, a negative meniscus lens L31 having a convex surface facing the reticle side, a biconcave lens L32, and a biconcave lens L33 having an aspheric concave surface facing the wafer side. .
[0055]
The fourth lens group G4 includes, in order from the reticle side, a biconvex lens L41, a biconcave lens L42 having an aspheric concave surface facing the wafer side, a biconvex lens L43, a biconvex lens L44, an aperture stop AS, and a biconvex lens. L45, a negative meniscus lens L46 having a concave surface facing the reticle, a biconvex lens L47, a positive meniscus lens L48 having a convex surface facing the reticle, and a positive meniscus lens L49 having an aspheric concave surface facing the wafer. And a positive meniscus lens L410 having a convex surface facing the reticle, and a plano-concave lens L411 having a flat surface facing the wafer.
[0056]
Of the 22 lens components constituting the projection optical system PL, six lenses L21, L25, L41, L43, L410, and L411 are fluorite lenses formed of fluorite, and the other 16 lenses are quartz. This is a quartz lens made of glass. That is, the fluorite positive lens component arranged closest to the reticle (object) along the optical axis is the lens L21. The second lens group G2 includes two fluorite lens components, that is, lenses L21 and L25.
[0057]
The following table (2) lists the values of the specifications of the projection optical system according to the second example. In the main specifications of Table (2), λ represents the center wavelength of exposure light, β represents the projection magnification, NA represents the numerical aperture on the image side (wafer side), and Y0 represents the maximum image height (image field radius). ing. In the optical member specifications of Table (2), the surface number is the order of the surfaces from the reticle side, r is the radius of curvature of each surface (vertical curvature radius: mm in the case of an aspheric surface), and d is each The on-axis distance of the surface, that is, the surface distance (mm), and n represents the refractive index with respect to the center wavelength of the exposure light.
[0058]
[Table 2]

[0059]
FIG. 6 is a diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion in the second example. FIG. 7 is a diagram showing transverse aberration in the second example. In each aberration diagram, NA0 is a normalized numerical aperture, Y is an image height (mm), line C0 is a center wavelength of 193.306 nm, and line C + is a wavelength of 193.306 nm + 0.3 pm = 193.3063 nm. Each is shown. In the aberration diagrams showing astigmatism, the solid line shows the sagittal image plane, and the broken line shows the meridional image plane. As is apparent from each aberration diagram, in the second embodiment, as in the first embodiment, the wavelength width is 193.306 nm ± 0.3 pm although a large numerical aperture of 0.85 is secured. It can be seen that the chromatic aberration and the monochromatic aberration are well corrected for the exposure light.
[0060]
[Third embodiment]
FIG. 8 is a diagram showing the lens configuration of the projection optical system according to the third example. In the projection optical system PL of the third example, as shown in FIG. 8, the first lens group G1 includes, in order from the reticle side, a biconcave lens L11 having an aspheric concave surface facing the wafer side, and a biconcave lens L12. It is composed of
[0061]
The second lens group G2 includes, in order from the reticle side, a biconvex lens L21, a positive meniscus lens L22 having a concave surface facing the reticle, a biconvex lens L23, and a positive meniscus lens L24 having an aspheric concave surface facing the wafer. And a positive meniscus lens L25 having a convex surface facing the reticle side, and a biconvex lens L26. The third lens group G3 includes, in order from the reticle side, a biconcave lens L31, a biconcave lens L32, a biconcave lens L33 with an aspheric concave surface facing the wafer side, and both with an aspheric concave surface facing the wafer side. It is composed of a concave lens L34.
[0062]
The fourth lens group G4 includes, in order from the reticle side, a positive meniscus lens L41 having a concave surface directed to the reticle side, a positive meniscus lens L42 having a concave surface directed to the reticle side, and a positive meniscus lens L43 having a convex surface directed to the reticle side. , Aperture stop AS, biconcave lens L44, biconvex lens L45, positive meniscus lens L46 having a concave surface on the reticle side, positive meniscus lens L47 having a convex surface on the reticle side, and an aspheric concave surface on the wafer side A positive meniscus lens L48 with a convex surface, a positive meniscus lens L49 with a convex surface facing the reticle, and a parallel plane lens L410.
[0063]
Of the 22 lens components constituting the projection optical system PL, seven lenses L21, L25, L26, L41, L42, L49, and L410 are fluorite lenses formed of fluorite, and the other 15 lenses. Is a quartz lens made of quartz glass. That is, the fluorite positive lens component arranged closest to the reticle (object) along the optical axis is the lens L21. The second lens group G2 includes three fluorite lens components, that is, lenses L21, L25, and L26.
[0064]
The following table (3) lists the values of the specifications of the projection optical system according to the third example. In the main specifications of Table (3), λ represents the center wavelength of the exposure light, β represents the projection magnification, NA represents the image side (wafer side) numerical aperture, and Y0 represents the maximum image height (image field radius). ing. In the optical member specifications of Table (3), the surface number is the order of the surfaces from the reticle side, r is the curvature radius of each surface (vertical curvature radius: mm in the case of an aspheric surface), and d is each The on-axis distance of the surface, that is, the surface distance (mm), and n represents the refractive index with respect to the center wavelength of the exposure light.
[0065]
[Table 3]

[0066]
FIG. 9 is a diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion in the third example. FIG. 10 is a diagram showing transverse aberration in the third example. In each aberration diagram, NA0 is a normalized numerical aperture, Y is an image height (mm), line C0 is a center wavelength of 193.306 nm, and line C + is a wavelength of 193.306 nm + 0.3 pm = 193.3063 nm. Each is shown. In the aberration diagrams showing astigmatism, the solid line shows the sagittal image plane, and the broken line shows the meridional image plane. As is apparent from the respective aberration diagrams, in the third example as well, in the same way as in the first and second examples, the wavelength width is 193. It can be seen that chromatic aberration and monochromatic aberration are well corrected for exposure light of 306 nm ± 0.3 pm.
[0067]
In the exposure apparatus of the above-described embodiment, the reticle (mask) is illuminated by the illumination device (illumination process), and the transfer pattern formed on the mask is exposed to the photosensitive substrate using the projection optical system (exposure process). Thus, a micro device (semiconductor element, imaging element, liquid crystal display element, thin film magnetic head, etc.) can be manufactured. Hereinafter, referring to the flowchart of FIG. 11 for 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. I will explain.
[0068]
First, in step 301 of FIG. 11, 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 lot of wafers. Thereafter, in step 303, using the exposure apparatus of the present embodiment, the image of the pattern on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of one lot via the projection optical system. Thereafter, in step 304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step 305, the resist pattern is etched on the one lot of wafers to form a pattern on the mask. Corresponding circuit patterns are formed in each shot area on each wafer.
[0069]
Thereafter, a device pattern such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer. According to the semiconductor device manufacturing method described above, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput. In steps 301 to 305, a metal is deposited on the wafer, a resist is applied on the metal film, and exposure, development, and etching processes are performed. Prior to these processes, on the wafer. It is needless to say that after forming a silicon oxide film, a resist may be applied on the silicon oxide film, and steps such as exposure, development, and etching may be performed.
[0070]
In the exposure apparatus of this 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 of FIG. In FIG. 12, in a pattern forming process 401, a so-called photolithography process is performed in which the exposure pattern of the present embodiment is used to transfer and expose a mask pattern onto a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist). 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 steps such as a developing step, an etching step, and a resist stripping step, whereby a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming step 402.
[0071]
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 of R, G, and B A color filter is formed by arranging a plurality of stripe filter sets in the horizontal scanning line direction. Then, after the color filter forming step 402, a cell assembly step 403 is executed. 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 assembly step 403, for example, liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401 and the color filter obtained in the color filter formation step 402, and a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is obtained. ).
[0072]
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 element, a liquid crystal display element having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
[0073]
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 the present invention is applied to other general projection optical systems. Can also be applied. In the above-described embodiment, an ArF excimer laser light source that supplies light having a wavelength of 193.3 nm is used. However, the present invention is not limited to this, and has a center wavelength of, for example, 200 nm or less and a predetermined wavelength width. The present invention can also be applied to the optimization of a projection optical system for light.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a projection optical system having a sufficiently large numerical aperture and in which, for example, chromatic aberration and monochromatic aberration are favorably corrected with respect to ArF excimer laser light. Therefore, in the present invention, high-resolution and high-precision projection exposure can be performed in an exposure apparatus and an exposure method using a projection optical system having good optical performance in which chromatic aberration and monochromatic aberration are well corrected. In addition, a good microdevice can be manufactured by high-precision projection exposure through a high-resolution projection optical system using an exposure apparatus equipped with the projection optical system of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus provided with a projection optical system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a lens configuration of a projection optical system according to the first example.
FIG. 3 is a diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion in the first example.
FIG. 4 is a diagram showing transverse aberration in the first example.
FIG. 5 is a diagram showing a lens configuration of a projection optical system according to a second example.
FIG. 6 is a diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion in the second example.
FIG. 7 is a diagram showing transverse aberration in the second example.
FIG. 8 is a diagram showing a lens configuration of a projection optical system according to the third example.
FIG. 9 is a diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion in the third example.
FIG. 10 is a diagram showing transverse aberration in the third example.
FIG. 11 is a flowchart of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device.
FIG. 12 is a flowchart of a method for obtaining a liquid crystal display element as a micro device.
[Explanation of symbols]
LS light source
IL illumination optical system
R reticle
RS reticle stage
PL projection optical system
W wafer
WS wafer stage
AS Aperture stop
Li lens component

Claims

第１光学材料で形成されたレンズ成分と、前記第１光学材料よりも分散の大きい第２光学材料で形成されたレンズ成分とを含み、前記第１光学材料で形成されたレンズ成分の総数がすべてのレンズ成分の総数の１／２よりも小さい投影光学系において、
前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって前記投影光学系の光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の像側の面と最軸外主光線との交点の前記光軸からの高さをｈ１とし、最大物体高をｈ０とし、前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって前記投影光学系の光軸に沿って最も物体に近く配置された前記正レンズ成分の物体側の面と物体面との間の前記光軸に沿った距離をｋ１とし、物体面と像面との間の前記光軸に沿った全長をＬとしたとき、
１．２＜ｈ１／ｈ０
ｋ１／Ｌ＜０．２
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。The total number of lens components formed of the first optical material includes a lens component formed of the first optical material and a lens component formed of the second optical material having a larger dispersion than the first optical material. In a projection optical system smaller than 1/2 of the total number of all lens components,
The lens component formed of the first optical material and the intersection of the image-side surface of the positive lens component closest to the object along the optical axis of the projection optical system and the off-axis principal ray The height from the optical axis is h1, the maximum object height is h0, and the lens component formed of the first optical material is the positive component disposed closest to the object along the optical axis of the projection optical system. When the distance along the optical axis between the object-side surface of the lens component and the object plane is k1, and the total length along the optical axis between the object plane and the image plane is L ,
1.2 <h1 / h0
k1 / L <0.2
A projection optical system characterized by satisfying the following conditions.

前記最も物体に近く配置された正レンズ成分の屈折力（ｍｍ^-1）をＰ１とし、前記第２光学材料で形成されたレンズ成分であって前記正レンズ成分に隣接して配置された負レンズ成分の屈折力をＰｓ（ｍｍ^-1）としたとき、
０．００２＜Ｐ１
Ｐｓ＜−０．００４
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。The negative lens disposed adjacent to the positive lens component is a lens component formed of the second optical material, where P1 is the refractive power (mm ⁻¹ ) of the positive lens component disposed closest to the object. When the refractive power of the component is Ps (mm ⁻¹ ),
0.002 <P1
Ps <−0.004
The projection optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.

前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって物体側の面と像側の面との間の前記投影光学系の光軸に沿った中点が最軸外主光線と前記光軸との交点よりも物体側に配置されたレンズ成分の屈折力の総和をＳｏとし、前記第１光学材料で形成されたすべてのレンズ成分の屈折力の総和をＳａとしたとき、
０．７＜Ｓｏ／Ｓａ
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 midpoint along the optical axis of the projection optical system between the object-side surface and the image-side surface, which is a lens component formed of the first optical material, is the most off-axis principal ray and the optical axis. When the sum of the refractive powers of the lens components arranged on the object side of the crossing point is So and the sum of the refractive powers of all the lens components formed of the first optical material is Sa,
0.7 <So / Sa
The projection optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.

前記第１光学材料は蛍石を有し、前記第２光学材料は石英ガラス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。 4. The projection optical system according to claim 1, wherein the first optical material includes fluorite, and the second optical material includes quartz glass . 5.

前記投影光学系は、２００ｎｍ以下の中心波長を有すると共に所定の波長幅を有する光に対して最適化されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投影光学系。 The projection optical system according to any one of claims 1 to 4, wherein the projection optical system is optimized for light having a center wavelength of 200 nm or less and a predetermined wavelength width. .

物体面に設定されたパターンを照明するための照明系と、
前記パターンの像を像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５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。 An illumination system for illuminating a pattern set on the object surface;
An exposure apparatus comprising: the projection optical system according to claim 1 for forming an image of the pattern on a photosensitive substrate set on an image plane .

物体面に設定されたパターンを照明し、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投影光学系を介して前記パターンの像を像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。 A pattern set on an object plane is illuminated, and an image of the pattern is projected and exposed onto a photosensitive substrate set on an image plane via the projection optical system according to any one of claims 1 to 5. An exposure method characterized by the above .

物体面に設定されたパターンを照明する工程と、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投影光学系を介して前記パターンの像を像面に設定された感光性基板上に投影露光する工程と、
前記投影露光された前記感光性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。 Illuminating a pattern set on the object surface;
Projecting and exposing the image of the pattern onto a photosensitive substrate set on the image plane via the projection optical system according to any one of claims 1 to 5;
And a step of developing the photosensitive substrate subjected to the projection exposure .