JP4482874B2 - Projection optical system, exposure apparatus, and exposure method - Google Patents
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Description
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。 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 a device such as a semiconductor element or a liquid crystal display element is manufactured in a photolithography process. .
半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、マスク（またはレチクル）のパターン像を、投影光学系を介して、感光性基板（フォトレジストが塗布されたウェハ、ガラスプレート等）上に投影露光する露光装置が使用されている。露光装置では、半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影光学系に要求される解像力（解像度）が益々高まっている。 In a photolithography process for manufacturing semiconductor elements, etc., a mask (or reticle) pattern image is projected and exposed on a photosensitive substrate (a wafer coated with a photoresist, a glass plate, etc.) via a projection optical system. An exposure apparatus is used. In the exposure apparatus, as the degree of integration of semiconductor elements and the like is improved, the resolving power (resolution) required for the projection optical system is increasing.
そこで、投影光学系の解像力に対する要求を満足するために、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。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。また、像側開口数ＮＡは、投影光学系と感光性基板との間の媒質（通常は空気などの気体）の屈折率をｎとし、感光性基板への最大入射角をθとすると、ｎ・sinθで表される。 Therefore, in order to satisfy the requirement for the resolution 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. Specifically, the resolution of the projection optical system is represented by k · λ / NA (k is a process coefficient). The image-side numerical aperture NA is n, where n is the refractive index of the medium (usually a gas such as air) between the projection optical system and the photosensitive substrate, and θ is the maximum incident angle on the photosensitive substrate.・ It is expressed by sinθ.
この場合、最大入射角θを大きくすることにより像側開口数の増大を図ろうとすると、感光性基板への入射角および投影光学系からの射出角が大きくなり、光学面での反射損失が増大して、大きな実効的な像側開口数を確保することはできない。そこで、投影光学系と感光性基板との間の光路中に屈折率の高い液体のような媒質を満たすことにより像側開口数の増大を図る液浸技術が知られている。 In this case, if the maximum incident angle θ is increased to increase the image-side numerical aperture, the incident angle to the photosensitive substrate and the exit angle from the projection optical system increase, and the reflection loss on the optical surface increases. Thus, a large effective image-side numerical aperture cannot be ensured. Therefore, an immersion technique is known in which an image-side numerical aperture is increased by filling a medium such as a liquid having a high refractive index in the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate.
ここで、たとえば液浸技術などを用いて大きな像側開口数と大きなイメージフィールド（収差が所望範囲に抑えられた有効結像領域）とを確保しようとすると、投影光学系を構成する光学部材の有効径を大きくする必要があり、有効径の大きな光学部材を形成するために高品質の光学材料を安定的に使用することができないという不都合が生じる。特に、像側開口数を大きく確保すると、必然的に物体側開口数も大きくなるため、物体面に近いレンズの有効径が大きくなる傾向にある。 Here, for example, when an attempt is made to secure a large image-side numerical aperture and a large image field (an effective imaging region in which the aberration is suppressed within a desired range) by using an immersion technique or the like, the optical members constituting the projection optical system It is necessary to increase the effective diameter, and inconvenience arises in that a high-quality optical material cannot be stably used to form an optical member having a large effective diameter. In particular, if a large image-side numerical aperture is ensured, the object-side numerical aperture inevitably increases, so the effective diameter of the lens near the object surface tends to increase.
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、開口数とイメージフィールドとの組み合わせを使い分け可能な投影光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、開口数とイメージフィールドとの組み合わせを使い分け可能な投影光学系を用いて、露光領域と解像度との組み合わせを使い分けることにより、高精度で良好な投影露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a projection optical system that can selectively use a combination of a numerical aperture and an image field. In addition, the present invention uses a projection optical system that can selectively use a combination of a numerical aperture and an image field, and by using a combination of an exposure area and a resolution, an exposure that can perform good projection exposure with high accuracy. An object is to provide an apparatus and an exposure method.
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、第１面の像を第２面に縮小投影する投影光学系において、
前記第２面側の最大開口数が少なくとも２つの異なる値に設定可能に構成され、
前記第２面側の最大開口数が前記少なくとも２つの異なる値のうちの一方の値に設定されたときの最大像高と、前記第２面側の最大開口数が前記少なくとも２つの異なる値のうちの他方の値に設定されたときの最大像高とが実質的に異なることを特徴とする投影光学系を提供する。
In order to solve the above problems, in the first embodiment of the present invention, in a projection optical system that projects an image of a first surface on a second surface in a reduced scale,
The maximum numerical aperture on the second surface side is configured to be set to at least two different values,
The maximum image height when the maximum numerical aperture on the second surface side is set to one of the at least two different values, and the maximum numerical aperture on the second surface side is the at least two different values. A projection optical system characterized in that the maximum image height when set to the other value is substantially different.
本発明の第２形態では、第１面の像を第２面に縮小投影する投影光学系において、
前記第２面側の最大開口数をＮＡとし、前記第２面側の最大開口数がＮＡのときに各光学面に入射する光線の入射角および各光学面から射出する光線の射出角のうちの最大値をＡとするとき、
０．５２＜sinＡ／ＮＡ＜０．９５
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。
In the second aspect of the present invention, in the projection optical system that projects the reduced image of the first surface onto the second surface,
When the maximum numerical aperture on the second surface side is NA and the maximum numerical aperture on the second surface side is NA, the incident angle of the light beam incident on each optical surface and the output angle of the light beam emitted from each optical surface When the maximum value of A is A,
0.52 <sinA / NA <0.95
A projection optical system characterized by satisfying the above conditions is provided.
本発明の第３形態では、前記第１面に設定されたマスクを照明するための照明系と、前記マスク上のパターンの像を前記第２面に設定された感光性基板に投影するための第１形態または第２形態の投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。 In a third aspect of the present invention, an illumination system for illuminating the mask set on the first surface, and an image of a pattern on the mask for projecting onto a photosensitive substrate set on the second surface An exposure apparatus comprising the projection optical system of the first form or the second form is provided.
本発明の第４形態では、前記第１面に設定されたマスクを照明する照明工程と、第１形態または第２形態の投影光学系を介して前記マスク上の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投影露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。 In a fourth aspect of the present invention, an illumination process for illuminating the mask set on the first surface, and an image of the pattern on the mask via the projection optical system of the first or second form is provided on the second surface. And an exposure step of performing projection exposure on a photosensitive substrate set to (1).
本発明の投影光学系では、像側（第２面側）の最大開口数が２つの異なる値に設定可能に構成され、この２つの最大開口数にそれぞれ対応する最大像高が（ひいてはイメージフィールドが）互いに実質的に異なる。すなわち、本発明では、比較的大きな開口数と比較的小さなイメージフィールドとの組み合わせと、比較的小さな開口数と比較的大きなイメージフィールドとの組み合わせとの間で使い分け可能な投影光学系を実現することができる。 In the projection optical system of the present invention, the maximum numerical aperture on the image side (second surface side) can be set to two different values, and the maximum image height corresponding to each of the two maximum numerical apertures (and thus the image field). Are substantially different from each other. That is, the present invention realizes a projection optical system that can be selectively used between a combination of a relatively large numerical aperture and a relatively small image field and a combination of a relatively small numerical aperture and a relatively large image field. Can do.
したがって、本発明の露光装置および露光方法では、開口数とイメージフィールドとの組み合わせを使い分け可能な投影光学系を用いて、比較的小さな露光領域に比較的大きな解像度で投影露光を行い、比較的大きな露光領域に比較的小さな解像度で投影露光を行うことができる。すなわち、本発明の露光装置および露光方法では、露光領域と解像度との組み合わせを使い分けることにより、高精度で良好な投影露光を行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。 Therefore, in the exposure apparatus and the exposure method of the present invention, a projection optical system capable of selectively using a combination of the numerical aperture and the image field is used to perform projection exposure with a relatively large resolution in a relatively small exposure area, and a relatively large size. Projection exposure can be performed on the exposure region with a relatively small resolution. That is, in the exposure apparatus and the exposure method of the present invention, by properly using a combination of the exposure area and the resolution, it is possible to perform a good projection exposure with high accuracy, and thus a good device can be manufactured.
本発明の投影光学系は、第１面（露光装置に適用した場合にはマスク）の像を第２面（露光装置に適用した場合には感光性基板）に縮小投影する光学系であって、像側（第２面側）の最大開口数が例えば２つの異なる値に設定可能に構成されている。そして、像側の最大開口数が一方の値に設定されたときの最大像高と他方の値に設定されたときの最大像高とが実質的に異なる。 The projection optical system of the present invention is an optical system that projects a reduced image of a first surface (a mask when applied to an exposure apparatus) onto a second surface (a photosensitive substrate when applied to an exposure apparatus). The maximum numerical aperture on the image side (second surface side) can be set to two different values, for example. The maximum image height when the image-side maximum numerical aperture is set to one value is substantially different from the maximum image height when the other value is set.
したがって、本発明の投影光学系では、比較的大きな開口数と比較的小さなイメージフィールドとの組み合わせと、比較的小さな開口数と比較的大きなイメージフィールドとの組み合わせとの間で使い分けすることができる。また、本発明の投影光学系を露光装置または露光方法に適用した場合、比較的小さな露光領域に比較的大きな解像度で投影露光を行い、比較的大きな露光領域に比較的小さな解像度で投影露光を行うことができる。以下、本発明の各条件式に基づいて、本発明の構成をさらに詳細に説明する。 Therefore, in the projection optical system of the present invention, it is possible to selectively use a combination of a relatively large numerical aperture and a relatively small image field and a combination of a relatively small numerical aperture and a relatively large image field. When the projection optical system of the present invention is applied to an exposure apparatus or exposure method, projection exposure is performed with a relatively large resolution in a relatively small exposure area, and projection exposure is performed with a relatively small resolution in a relatively large exposure area. be able to. Hereinafter, based on each conditional expression of this invention, the structure of this invention is demonstrated in detail.
本発明では、次の条件式（１）を満足することが好ましい。条件式（１）において、ＮＡ１は最も大きな像側の第１最大開口数であり、Ｙ１は像側の最大開口数がＮＡ１のときの最大像高である。また、ＮＡ２は最も小さな像側の第２最大開口数であり、Ｙ２は像側の最大開口数がＮＡ２のときの最大像高である。また、ＴＬは、第１面と第２面との距離、すなわち物像点間距離である。
３５＜（ＮＡ１−ＮＡ２）・ＴＬ／（Ｙ２−Ｙ１）＜１５０ （１）
In the present invention, it is preferable that the following conditional expression (1) is satisfied. In conditional expression (1), NA1 is the first maximum numerical aperture on the largest image side, and Y1 is the maximum image height when the maximum numerical aperture on the image side is NA1. NA2 is the second maximum numerical aperture on the smallest image side, and Y2 is the maximum image height when the maximum numerical aperture on the image side is NA2. TL is a distance between the first surface and the second surface, that is, a distance between object image points.
35 <(NA1-NA2) .TL / (Y2-Y1) <150 (1)
条件式（１）の上限値は設計的な制約により決定される値であり、この上限値を上回ると収差の補正が困難になるので好ましくない。一方、条件式（１）の下限値を下回ると、最も大きな第１最大開口数ＮＡ１と最も小さな第２最大開口数ＮＡ２との差が小さくなり過ぎて、露光装置に適用した場合に露光領域と解像度との組み合わせを使い分ける優位性がなくなるので好ましくない。なお、本発明の効果をさらに高めるには、条件式（１）の上限値を１００に設定し、下限値を４０に設定することが好ましい。 The upper limit value of conditional expression (1) is a value determined by design constraints, and exceeding this upper limit value makes it difficult to correct aberrations, which is not preferable. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (1) is not reached, the difference between the largest first maximum numerical aperture NA1 and the smallest second maximum numerical aperture NA2 becomes too small. This is not preferable because the advantage of using the combination with the resolution is lost. In order to further enhance the effect of the present invention, it is preferable to set the upper limit value of conditional expression (1) to 100 and the lower limit value to 40.
また、本発明では、次の条件式（２）および（３）を満足することが好ましい。
１．０３＜Ｙ２／Ｙ１＜１．５ （２）
０．０２＜（ＮＡ１−ＮＡ２）＜０．２ （３）
In the present invention, it is preferable that the following conditional expressions (2) and (3) are satisfied.
1.03 <Y2 / Y1 <1.5 (2)
0.02 <(NA1-NA2) <0.2 (3)
条件式（２）の上限値を上回ると、最も大きな第１最大開口数ＮＡ１に対応する最大像高Ｙ１が、ひいてはイメージフィールドが小さくなる。その結果、露光装置に適用した場合には、露光領域が小さくなり過ぎて、スループットが低下し、チップコストが上昇し易いので好ましくない。一方、条件式（２）の下限値を下回ると、最も大きな第１最大開口数ＮＡ１に対応する最大像高Ｙ１が大きくなり過ぎて、そのイメージフィールドの全体に亘ってコマ収差などの補正が困難になるので好ましくない。なお、本発明の効果をさらに高めるには、条件式（２）の上限値を１．３に設定し、下限値を１．１に設定することが好ましい。 When the upper limit value of conditional expression (2) is exceeded, the maximum image height Y1 corresponding to the largest first maximum numerical aperture NA1 and the image field becomes smaller. As a result, when it is applied to an exposure apparatus, the exposure area becomes too small, the throughput is lowered, and the chip cost is likely to increase, which is not preferable. On the other hand, below the lower limit value of conditional expression (2), the maximum image height Y1 corresponding to the largest first maximum numerical aperture NA1 becomes too large, and it is difficult to correct coma and the like over the entire image field. This is not preferable. In order to further enhance the effect of the present invention, it is preferable to set the upper limit value of conditional expression (2) to 1.3 and the lower limit value to 1.1.
条件式（３）の上限値を上回ると、最も大きな第１最大開口数ＮＡ１と最も小さな第２最大開口数ＮＡ２との差が１つの投影光学系で実現するには大きくなり過ぎて、光学系の製造コストが著しく高くなるので好ましくない。一方、条件式（３）の下限値を下回ると、最も大きな第１最大開口数ＮＡ１と最も小さな第２最大開口数ＮＡ２との差が小さくなり過ぎて、露光装置に適用した場合に露光領域と解像度との組み合わせを使い分ける優位性がなくなり、ひいては解像力の向上が見込めなくなるので好ましくない。なお、本発明の効果をさらに高めるには、条件式（３）の上限値を０．１５に設定し、下限値を０．０４に設定することが好ましい。 If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the difference between the largest first maximum numerical aperture NA1 and the smallest second maximum numerical aperture NA2 becomes too large to be realized by one projection optical system, and the optical system This is not preferable because the manufacturing cost of the is significantly increased. On the other hand, if the lower limit value of conditional expression (3) is not reached, the difference between the largest first maximum numerical aperture NA1 and the smallest second maximum numerical aperture NA2 becomes too small. This is not preferable because the advantage of using the combination with the resolution is lost, and the improvement of the resolution is not expected. In order to further enhance the effect of the present invention, it is preferable to set the upper limit value of conditional expression (3) to 0.15 and the lower limit value to 0.04.
また、本発明では、投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、投影光学系と像面（第２面）との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされていることが好ましい。このように、液浸光学系の構成を採用して、たとえば感光性基板と投影光学系との間の光路中に１．１よりも大きい屈折率を有する媒質を介在させることにより、投影光学系の像側開口数の増大を図ることができる。 In the present invention, when the refractive index of the atmosphere in the optical path of the projection optical system is 1, the optical path between the projection optical system and the image plane (second surface) has a refractive index greater than 1.1. It is preferably filled with a liquid. Thus, by adopting the configuration of the immersion optical system, for example, by interposing a medium having a refractive index larger than 1.1 in the optical path between the photosensitive substrate and the projection optical system, the projection optical system The image-side numerical aperture can be increased.
また、別の局面によれば、第２発明の投影光学系は、第１面（露光装置に適用した場合にはマスク）の像を第２面（露光装置に適用した場合には感光性基板）に縮小投影する光学系であって、次の条件式（４）を満足する。条件式（４）において、ＮＡは、像側（第２面側）の最大開口数である。また、Ａは、像側の最大開口数がＮＡのときに各光学面に入射する光線の入射角および各光学面から射出する光線の射出角のうちの最大値である。
０．５２＜sinＡ／ＮＡ＜０．９５ （４）
According to another aspect, the projection optical system according to the second aspect of the invention provides an image of a first surface (a mask when applied to an exposure apparatus) on a second surface (a photosensitive substrate when applied to an exposure apparatus). ), And the following conditional expression (4) is satisfied. In conditional expression (4), NA is the maximum numerical aperture on the image side (second surface side). A is the maximum value of the incident angle of the light beam incident on each optical surface and the exit angle of the light beam emitted from each optical surface when the maximum numerical aperture on the image side is NA.
0.52 <sinA / NA <0.95 (4)
条件式（４）の上限値を上回ると、入射角または射出角の最大値Ａが大きくなり過ぎて、レンズの偏心収差が発生し易くなってしまう。一方、条件式（４）の下限値を下回ると、入射角または射出角の最大値Ａが小さくなり過ぎて、球面収差やコマ収差の高次収差の補正が困難になってしまう。なお、第２発明の効果をさらに高めるには、条件式（４）の上限値を０．９に設定し、下限値を０．５８に設定することが好ましい。 If the upper limit value of conditional expression (4) is exceeded, the maximum value A of the incident angle or exit angle becomes too large, and decentration aberrations of the lens are likely to occur. On the other hand, if the lower limit value of conditional expression (4) is not reached, the maximum value A of the incident angle or exit angle becomes too small, and it becomes difficult to correct higher-order aberrations such as spherical aberration and coma aberration. In order to further enhance the effect of the second invention, it is preferable to set the upper limit value of conditional expression (4) to 0.9 and the lower limit value to 0.58.
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。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。
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 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 the plane perpendicular to the optical axis AX, and the X axis is perpendicular to the paper surface of FIG. Are set respectively. The illustrated exposure apparatus includes an ArF excimer laser light source as the
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。
The light emitted from the
レチクルＲは、レチクルホルダ（不図示）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、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を用いたレチクル干渉計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。干渉計ＲＩＦの出力は、レチクル制御部ＣＲに供給される。 The reticle R is held in parallel to the XY plane on the reticle stage RS via a reticle holder (not shown). A pattern to be transferred is formed on the reticle R, and a rectangular 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 determined by reticle interferometer RIF using reticle moving mirror RM. It is configured to be measured and position controlled. The output of the interferometer RIF is supplied to the reticle control unit CR.
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、ウェハホルダテーブル（不図示）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上では矩形状の静止露光領域（実効露光領域）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を用いたウェハ干渉計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。ウェハ干渉計ＷＩＦの出力も、制御部ＣＲに供給される。 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 holder table (not shown). Then, a pattern image is formed in the rectangular still exposure region (effective exposure region) on the wafer W so as to optically correspond to the rectangular illumination region on the reticle R. 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 a wafer interferometer WIF using a wafer moving mirror WM. And the position is controlled. The output of the wafer interferometer WIF is also supplied to the controller CR.
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（各実施例では平行平面板Ｐ１）と最もウェハ側に配置された境界レンズＬｂ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。 In the exposure apparatus of the present embodiment, the optical member (parallel plane plate P1 in each embodiment) arranged closest to the reticle among the optical members constituting the projection optical system PL and the boundary lens arranged closest to the wafer. The interior of the projection optical system PL is kept airtight with the Lb, and the gas inside the projection optical system PL is replaced with an inert gas such as helium gas or nitrogen, or is almost in a vacuum state. Is retained. 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.
図２は、本実施形態の各実施例における境界レンズとウェハとの間の構成を概略的に示す図である。図２を参照すると、本実施形態の各実施例において、投影光学系ＰＬの最もウェハ側に配置された境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路は、１．１よりも大きい屈折率を有する媒質Ｌｍで満たされている。各実施例では、媒質Ｌｍとして純水を用いている。なお、投影光学系ＰＬの境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に液体媒質Ｌｍを満たし続けるには、たとえば国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示された技術や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示された技術などを用いることができる。 FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration between the boundary lens and the wafer in each example of the present embodiment. Referring to FIG. 2, in each example of the present embodiment, the optical path between the boundary lens Lb disposed on the most wafer side of the projection optical system PL and the wafer W has a refractive index larger than 1.1. Filled with medium Lm. In each embodiment, pure water is used as the medium Lm. In order to continue filling the liquid medium Lm in the optical path between the boundary lens Lb of the projection optical system PL and the wafer W, for example, the technique disclosed in International Publication No. WO99 / 49504 or Japanese Patent Laid-Open No. 10-303114 The technique disclosed in the publication number can be used.
国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示された技術では、液体供給装置から供給管および排出ノズルを介して所定の温度に調整された液体（媒質Ｌｍ）を境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路を満たすように供給し、液体供給装置により回収管および流入ノズルを介してウェハＷ上から液体を回収する。一方、特開平１０−３０３１１４号公報に開示された技術では、液体（媒質Ｌｍ）を収容することができるようにウェハホルダテーブルを容器状に構成し、その内底部の中央において（液体中において）ウェハＷを真空吸着により位置決め保持する。また、投影光学系ＰＬの鏡筒先端部が液体中に達し、ひいては境界レンズＬｂのウェハ側の光学面が液体中に達するように構成する。 In the technique disclosed in International Publication No. WO99 / 49504, the liquid (medium Lm) adjusted to a predetermined temperature is supplied between the boundary lens Lb and the wafer W through the supply pipe and the discharge nozzle from the liquid supply device. The liquid is supplied so as to fill the optical path, and the liquid is recovered from the wafer W via the recovery pipe and the inflow nozzle by the liquid supply device. On the other hand, in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-303114, the wafer holder table is configured in a container shape so as to accommodate the liquid (medium Lm), and at the center of the inner bottom (in the liquid). The wafer W is positioned and held by vacuum suction. Further, the lens barrel tip of the projection optical system PL reaches the liquid, and the optical surface on the wafer side of the boundary lens Lb reaches the liquid.
上述のように、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。こうして、制御部ＣＲからの指令を受けた駆動系を介して、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてレチクルＲおよびウェハＷを投影光学系ＰＬに対して相対移動させながら、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、ウェハＷの各露光領域にレチクルパターンをスキャン露光する。
As described above, an atmosphere in which exposure light is hardly absorbed is formed over the entire optical path from the
第１実施例では、投影光学系ＰＬを構成するレンズ成分は、すべて石英（ＳｉＯ2）により形成されている。一方、第２実施例では、投影光学系ＰＬを構成するレンズ成分は、石英または蛍石（ＣａＦ2）により形成されている。また、各実施例において露光光であるＡｒＦエキシマレーザ光の発振中心波長は１９３．３０６ｎｍであり、この中心波長に対する石英の屈折率は１．５６０３２６１であり、蛍石の屈折率は１．５０１４５４８である。 In the first embodiment, the lens components constituting the projection optical system PL are all made of quartz (SiO 2). On the other hand, in the second embodiment, the lens component constituting the projection optical system PL is made of quartz or fluorite (CaF 2 ). In each example, the oscillation center wavelength of ArF excimer laser light, which is exposure light, is 193.306 nm, the refractive index of quartz with respect to this center wavelength is 1.5603261, and the refractive index of fluorite is 1.5014548. is there.
さらに、境界レンズＬｂとウェハＷとの間に介在する媒質Ｌｍとして、第１実施例では露光光に対して１．４３５８７６の屈折率を有する純水を、第２実施例では露光光に対して１．４３６６４０の屈折率を有する純水をそれぞれ用いている。また、各実施例において、投影光学系ＰＬは、物体側および像側の両側にほぼテレセントリックに構成されている。 Further, as the medium Lm interposed between the boundary lens Lb and the wafer W, pure water having a refractive index of 1.435876 with respect to the exposure light is used in the first embodiment, and for the exposure light in the second embodiment. Pure water having a refractive index of 1.436640 is used. In each embodiment, the projection optical system PL is substantially telecentric on both the object side and the image side.
また、各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｚとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣnとしたとき、以下の数式（ａ）で表される。各実施例において、非球面形状に形成されたレンズ面には面番号の右側に＊印を付している。 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 ( When the sag amount is z, the apex radius of curvature is r, the conic coefficient is κ, and the nth-order aspheric coefficient is C n , the following equation (a) is obtained. In each embodiment, the lens surface formed in an aspherical shape is marked with * on the right side of the surface number.
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｙ2／ｒ2｝1/2］
＋Ｃ4・ｙ4＋Ｃ6・ｙ6＋Ｃ8・ｙ8＋Ｃ10・ｙ10
＋Ｃ12・ｙ12＋Ｃ14・ｙ14＋・・・ （ａ）
z = (y 2 / r) / [1+ {1− (1 + κ) · y 2 / r 2 } 1/2 ]
+ C 4 · y 4 + C 6 · y 6 + C 8 · y 8 + C 10 · y 10
+ C 12 · y 12 + C 14 · y 14 + ... (a)
［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実施例の投影光学系ＰＬは、レチクル側から順に、平行平面板Ｐ１と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、両凸レンズＬ５と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７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Ｌ８と、両凹レンズＬ９と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１１と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた平凹レンズＬ１２と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、両凸レンズＬ１４と、両凸レンズＬ１５と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１６と、両凸レンズＬ１７と、両凸レンズＬ１８と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１９と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２０と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２２（境界レンズＬｂ）とにより構成されている。第１実施例では、境界レンズＬｂとしての平凸レンズＬ２２とウェハＷとの間の光路中に、純水からなる媒質Ｌｍが満たされている。
[First embodiment]
FIG. 3 is a diagram showing a lens configuration of the projection optical system according to the first example of the present embodiment. Referring to FIG. 3, in the projection optical system PL of the first embodiment, in order from the reticle side, a plane parallel plate P1, a biconcave lens L1 with an aspherical concave surface facing the wafer side, and a concave surface facing the reticle side are shown. Negative meniscus lens L2, positive meniscus lens L3 having an aspheric concave surface on the reticle side, positive meniscus lens L4 having a concave surface on the reticle side, biconvex lens L5, and positive surface having a convex surface on the reticle side A meniscus lens L6, a positive meniscus lens L7 having a convex surface facing the reticle side, a positive meniscus lens L8 having an aspherical concave surface facing the wafer side, a biconcave lens L9, and a negative meniscus lens having a convex surface facing the reticle side L10, a biconcave lens L11 having an aspheric concave surface facing the wafer side, a plano-concave lens L12 having an aspheric concave surface facing the reticle side, and a reticle A positive meniscus lens L13 having an aspherical concave surface, a biconvex lens L14, a biconvex lens L15, a negative meniscus lens L16 having a convex surface facing the reticle, a biconvex lens L17, a biconvex lens L18, and a wafer side. A positive meniscus lens L19 having an aspherical concave surface facing the surface, a positive meniscus lens L20 having an aspherical concave surface facing the wafer side, a positive meniscus lens L21 having a convex surface facing the reticle side, and a flat surface facing the wafer side. And a plano-convex lens L22 (boundary lens Lb). In the first example, the medium Lm made of pure water is filled in the optical path between the plano-convex lens L22 as the boundary lens Lb and the wafer W.
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）の大きさを、ＮＡ１は最も大きな像側の第１最大開口数を、Ｙ１は像側の最大開口数がＮＡ１のときの最大像高を、ＮＡ２は最も小さな像側の第２最大開口数を、Ｙ２は像側の最大開口数がＮＡ２のときの最大像高を、ＴＬは物像点間距離をそれぞれ表している。また、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は中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。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。 In the following table (1), values of specifications of the projection optical system PL according to the first example are listed. In Table (1), λ is the center wavelength of the exposure light, β is the size of the projection magnification (imaging magnification of the entire system), NA1 is the first maximum numerical aperture on the largest image side, and Y1 is the image side. Is the maximum image height when NA is NA1, NA2 is the second maximum numerical aperture on the smallest image side, Y2 is the maximum image height when the image side maximum numerical aperture is NA2, and TL is the object image. Each point-to-point distance is represented. Further, the surface number is the order of the surfaces from the reticle side, r is the radius of curvature of each surface (vertical radius of curvature: mm in the case of an aspheric surface), and d is the on-axis interval of each surface, that is, the surface interval (mm). N represents the refractive index with respect to the center wavelength. The notation in Table (1) is the same in the following Table (2).
表（１）
（主要諸元）
λ＝１９３．３０６ｎｍ
β＝１／４
ＮＡ１＝１．０７
Ｙ１＝１１．５ｍｍ
ＮＡ２＝１．００
Ｙ２＝１３．４ｍｍ
ＴＬ＝１２５０ｍｍ
（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ ｎ 光学部材
（レチクル面） 50.000
1 ∞ 8.000 1.5603261 （Ｐ１）
2 ∞ 5.225
3 -1943.233 12.000 1.5603261 （Ｌ１）
4* 191.125 47.012
5 -104.228 42.945 1.5603261 （Ｌ２）
6 -470.767 1.000
7* -542.622 39.860 1.5603261 （Ｌ３）
8 -202.724 1.000
9 -1066.606 49.498 1.5603261 （Ｌ４）
10 -257.416 1.000
11 2900.000 53.600 1.5603261 （Ｌ５）
12 -376.177 1.000
13 254.290 54.884 1.5603261 （Ｌ６）
14 927.490 1.000
15 192.047 50.000 1.5603261 （Ｌ７）
16 405.266 1.000
17 230.501 39.859 1.5603261 （Ｌ８）
18* 322.792 19.156
19 -2992.366 14.004 1.5603261 （Ｌ９）
20 96.198 42.051
21 1075.262 14.000 1.5603261 （Ｌ１０）
22 238.222 39.560
23 -133.879 12.000 1.5603261 （Ｌ１１）
24* 248.570 31.009
25* -309.992 15.000 1.5603261 （Ｌ１２）
26 ∞ 9.148
27* -737.276 51.000 1.5603261 （Ｌ１３）
28 -176.320 1.000
29 1040.000 48.704 1.5603261 （Ｌ１４）
30 -451.186 1.000
31 725.000 48.768 1.5603261 （Ｌ１５）
32 -697.471 3.000
33 503.559 30.048 1.5603261 （Ｌ１６）
34 281.163 111.150
35 724.563 54.923 1.5603261 （Ｌ１７）
36 -564.358 1.000
37 372.647 56.556 1.5603261 （Ｌ１８）
38 -1424.995 1.000
39 196.339 41.207 1.5603261 （Ｌ１９）
40* 498.912 1.000
41 147.694 36.513 1.5603261 （Ｌ２０）
42* 185.195 1.000
43 147.798 52.775 1.5603261 （Ｌ２１）
44 216.307 2.256
45 238.988 46.298 1.5603261 （Ｌ２２：Ｌｂ）
46 ∞ 6.000 1.435876 （Ｌｍ）
（ウェハ面）
（非球面データ）
４面
κ＝０
Ｃ4＝−１．４８４５２×１０-7 Ｃ6＝５．６５９２３×１０-12
Ｃ8＝−２．７８６２１×１０-16 Ｃ10＝２．３７９５２×１０-20
Ｃ12＝−１．１９７５１×１０-24 Ｃ14＝１．８２０１６×１０-28
Ｃ16＝−５．１６７１４×１０-33
７面
κ＝０
Ｃ4＝−１．２７３４２×１０-8 Ｃ6＝２．１８８０２×１０-13
Ｃ8＝−４．２６９３１×１０-18 Ｃ10＝４．５５９２６×１０-22
Ｃ12＝−２．０６８８７×１０-26 Ｃ14＝１．４６０４１×１０-30
Ｃ16＝−１．７８４１５×１０-35
１８面
κ＝０
Ｃ4＝−１．７９７５２×１０-8 Ｃ6＝１．９５２３７×１０-14
Ｃ8＝−３．８２８４３×１０-18 Ｃ10＝−３．８５０７２×１０-22
Ｃ12＝１．９６６５２×１０-26 Ｃ14＝−３．５９９８７×１０-31
Ｃ16＝７．７２５３０×１０-37
２４面
κ＝０
Ｃ4＝１．８６６４１×１０-8 Ｃ6＝−２．４８５８９×１０-12
Ｃ8＝−３．４００８５×１０-17 Ｃ10＝１．２０９０１×１０-20
Ｃ12＝−４．９９７２６×１０-25 Ｃ14＝−４．１８２５４×１０-29
Ｃ16＝２．９０４５３×１０-33
２５面
κ＝０
Ｃ4＝−４．４２９０８×１０-8 Ｃ6＝３．２４４６５×１０-12
Ｃ8＝−２．１７９３３×１０-18 Ｃ10＝３．０９９１４×１０-21
Ｃ12＝−５．８９７８１×１０-25 Ｃ14＝１．４４８１２×１０-28
Ｃ16＝−９．３１８９１×１０-33
２７面
κ＝０
Ｃ4＝１．２８４７３×１０-8 Ｃ6＝−１．５２１８５×１０-12
Ｃ8＝３．２７０２４×１０-17 Ｃ10＝２．９６３２１×１０-21
Ｃ12＝−３．１２１４１×１０-25 Ｃ14＝１．２４０６９×１０-29
Ｃ16＝−３．６３７５２×１０-35
４０面
κ＝０
Ｃ4＝１．３７６４２×１０-8 Ｃ6＝７．５２２９４×１０-14
Ｃ8＝８．１４７５１×１０-18 Ｃ10＝−２．３８６６４×１０-22
Ｃ12＝１．８９０５２×１０-26 Ｃ14＝−５．７２８５７×１０-31
Ｃ16＝１．２４２３５×１０-35
４２面
κ＝０
Ｃ4＝−４．６７０３４×１０-8 Ｃ6＝−９．９０５８０×１０-13
Ｃ8＝−５．１４６３８×１０-18 Ｃ10＝１．６９８７２×１０-21
Ｃ12＝−１．０７５３４×１０-25 Ｃ14＝５．６８１８０×１０-30
Ｃ16＝−１．５３９０８×１０-34
（条件式対応値）
sinＡ＝０．８８５（Ａ＝６２．２５度）
（１）：（１．０７−１．００）×１２５０／（１３．４−１１．５）＝４６．０５
（２）：１３．４／１１．５＝１．１６５
（３）：（１．０７−１．００）＝０．０７
（４）：０．８８５／１．０７＝０．８２７
（４）：０．８８５／１．００＝０．８８５
Table (1)
(Main specifications)
λ = 193.306 nm
β = 1/4
NA1 = 1.07
Y1 = 11.5mm
NA2 = 1.00
Y2 = 13.4mm
TL = 1250mm
(Optical member specifications)
Surface number r dn Optical member (reticle surface) 50.000
1 ∞ 8.000 1.5603261 (P1)
2 ∞ 5.225
3 -1943.233 12.000 1.5603261 (L1)
4 * 191.125 47.012
5 -104.228 42.945 1.5603261 (L2)
6 -470.767 1.000
7 * -542.622 39.860 1.5603261 (L3)
8 -202.724 1.000
9 -1066.606 49.498 1.5603261 (L4)
10 -257.416 1.000
11 2900.000 53.600 1.5603261 (L5)
12 -376.177 1.000
13 254.290 54.884 1.5603261 (L6)
14 927.490 1.000
15 192.047 50.000 1.5603261 (L7)
16 405.266 1.000
17 230.501 39.859 1.5603261 (L8)
18 * 322.792 19.156
19 -2992.366 14.004 1.5603261 (L9)
20 96.198 42.051
21 1075.262 14.000 1.5603261 (L10)
22 238.222 39.560
23 -133.879 12.000 1.5603261 (L11)
24 * 248.570 31.009
25 * -309.992 15.000 1.5603261 (L12)
26 ∞ 9.148
27 * -737.276 51.000 1.5603261 (L13)
28 -176.320 1.000
29 1040.000 48.704 1.5603261 (L14)
30 -451.186 1.000
31 725.000 48.768 1.5603261 (L15)
32 -697.471 3.000
33 503.559 30.048 1.5603261 (L16)
34 281.163 111.150
35 724.563 54.923 1.5603261 (L17)
36 -564.358 1.000
37 372.647 56.556 1.5603261 (L18)
38 -1424.995 1.000
39 196.339 41.207 1.5603261 (L19)
40 * 498.912 1.000
41 147.694 36.513 1.5603261 (L20)
42 * 185.195 1.000
43 147.798 52.775 1.5603261 (L21)
44 216.307 2.256
45 238.988 46.298 1.5603261 (L22: Lb)
46 ∞ 6.000 1.435876 (Lm)
(Wafer surface)
(Aspheric data)
4 sides κ = 0
C 4 = −1.48452 × 10 −7 C 6 = 5.65923 × 10 −12
C 8 = −2.778621 × 10 −16 C 10 = 2.37952 × 10 −20
C 12 = −1.19751 × 10 −24 C 14 = 1.82016 × 10 −28
C 16 = −5.16714 × 10 −33
7 surfaces κ = 0
C 4 = −1.273342 × 10 −8 C 6 = 2.8022 × 10 −13
C 8 = −4.26931 × 10 −18 C 10 = 4.55926 × 10 −22
C 12 = −2.06887 × 10 −26 C 14 = 1.46041 × 10 −30
C 16 = −1.78415 × 10 −35
18 faces κ = 0
C 4 = −1.79752 × 10 −8 C 6 = 1.95237 × 10 −14
C 8 = −3.82843 × 10 −18 C 10 = −3.88502 × 10 −22
C 12 = 1.96652 × 10 -26 C 14 = -3.59987 × 10 -31
C 16 = 7.75230 × 10 −37
24 surfaces κ = 0
C 4 = 1.86641 × 10 −8 C 6 = −2.48589 × 10 −12
C 8 = −3.40085 × 10 −17 C 10 = 1.29001 × 10 −20
C 12 = −4.97726 × 10 −25 C 14 = −4.18254 × 10 −29
C 16 = 2.90453 × 10 −33
25 faces κ = 0
C 4 = −4.42908 × 10 −8 C 6 = 3.224465 × 10 −12
C 8 = −2.17933 × 10 −18 C 10 = 3.09914 × 10 −21
C 12 = −5.89781 × 10 −25 C 14 = 1.44812 × 10 −28
C 16 = −9.31891 × 10 −33
27 faces κ = 0
C 4 = 1.28473 × 10 -8 C 6 = -1.52185 × 10 -12
C 8 = 3.27024 × 10 −17 C 10 = 2.99631 × 10 −21
C 12 = −3.1141 × 10 −25 C 14 = 1.24069 × 10 −29
C 16 = −3.63752 × 10 −35
40 faces κ = 0
C 4 = 1.37642 × 10 −8 C 6 = 7.52294 × 10 −14
C 8 = 8.147551 × 10 −18 C 10 = −2.38664 × 10 −22
C 12 = 1.89052 × 10 −26 C 14 = −5.772857 × 10 −31
C 16 = 1.224235 × 10 −35
42 plane κ = 0
C 4 = −4.67034 × 10 −8 C 6 = −9.90580 × 10 −13
C 8 = −5.143638 × 10 −18 C 10 = 1.69872 × 10 −21
C 12 = −1.07534 × 10 −25 C 14 = 5.668180 × 10 −30
C 16 = −1.53908 × 10 −34
(Values for conditional expressions)
sin A = 0.885 (A = 62.25 degrees)
(1): (1.07-1.00) × 1250 / (13.4-11.5) = 46.05
(2): 13.4 / 11.5 = 1.165
(3): (1.07-1.00) = 0.07
(4): 0.885 / 1.07 = 0.527
(4): 0.885 / 1.00 = 0.885
図４は、第１実施例において像側開口数がＮＡ１＝１．０７のときの横収差を示す図である。一方、図５は、第１実施例において像側開口数がＮＡ２＝１．００のときの横収差を示す図である。各収差図において、Ｙは像高を示している。第１実施例では、図４の収差図から明らかなように像側開口数がＮＡ１＝１．０７のときに、半径（最大像高）が１１．５ｍｍのイメージサークル内において収差が良好に補正されていることがわかる。また、図５の収差図から明らかなように像側開口数がＮＡ２＝１．００のときに、半径（最大像高）が１３．４ｍｍのイメージサークル内において収差が良好に補正されていることがわかる。 FIG. 4 is a diagram showing lateral aberration when the image-side numerical aperture is NA1 = 1.07 in the first embodiment. On the other hand, FIG. 5 is a diagram showing lateral aberration when the image-side numerical aperture is NA2 = 1.00 in the first embodiment. In each aberration diagram, Y represents the image height. In the first embodiment, as is apparent from the aberration diagram of FIG. 4, when the image-side numerical aperture is NA1 = 1.07, the aberration is corrected well in an image circle having a radius (maximum image height) of 11.5 mm. You can see that Further, as apparent from the aberration diagram of FIG. 5, when the image-side numerical aperture is NA2 = 1.00, the aberration is well corrected in an image circle having a radius (maximum image height) of 13.4 mm. I understand.
［第２実施例］
図６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６を参照すると、第２実施例の投影光学系ＰＬは、レチクル側から順に、平行平面板Ｐ１と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、両凸レンズＬ５と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１０と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１１と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、レチクル側に平面を向けた平凸レンズＬ１４と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１５と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１６と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１７と、両凸レンズＬ１８と、両凸レンズＬ１９と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２０と、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Ｌ２１と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２３（境界レンズＬｂ）とにより構成されている。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a diagram showing a lens configuration of the projection optical system according to the second example of the present embodiment. Referring to FIG. 6, in the projection optical system PL of the second embodiment, in order from the reticle side, a plane parallel plate P1, a biconcave lens L1 with an aspherical concave surface facing the wafer side, and a concave surface facing the reticle side. Negative meniscus lens L2, positive meniscus lens L3 having an aspheric concave surface on the reticle side, positive meniscus lens L4 having a concave surface on the reticle side, biconvex lens L5, and positive surface having a convex surface on the reticle side A meniscus lens L6, a positive meniscus lens L7 having a convex surface on the reticle side, a negative meniscus lens L8 having a convex surface on the reticle side, a negative meniscus lens L9 having a convex surface on the reticle side, and an aspheric shape on the reticle side A biconcave lens L10 with the concave surface facing the lens, a biconcave lens L11 with the aspherical concave surface facing the wafer side, and a positive with the aspherical concave surface facing the reticle side Niscus lens L12, positive meniscus lens L13 having an aspherical concave surface facing the reticle side, planoconvex lens L14 having a flat surface facing the reticle side, positive meniscus lens L15 having a convex surface facing the reticle side, and convex surface facing the reticle side Negative meniscus lens L16 with a concave surface, positive meniscus lens L17 with a concave surface facing the reticle, biconvex lens L18, biconvex lens L19, positive meniscus lens L20 with an aspherical concave surface facing the wafer, and wafer A positive meniscus lens L21 having an aspherical concave surface on the side, a positive meniscus lens L22 having a convex surface on the reticle side, and a plano-convex lens L23 (boundary lens Lb) having a flat surface on the wafer side. .
第２実施例では、境界レンズＬｂとしての平凸レンズＬ２３とウェハＷとの間の光路中に、純水からなる媒質Ｌｍが満たされている。また、正メニスカスレンズＬ２２および平凸レンズＬ２３が蛍石により形成され、その他のレンズ成分は石英により形成されている。次の表（２）に、第２実施例にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。 In the second embodiment, the optical path between the plano-convex lens L23 as the boundary lens Lb and the wafer W is filled with a medium Lm made of pure water. The positive meniscus lens L22 and the plano-convex lens L23 are made of fluorite, and the other lens components are made of quartz. The following table (2) lists the values of the specifications of the projection optical system PL according to the second example.
表（２）
（主要諸元）
λ＝１９３．３０６ｎｍ
β＝１／４
ＮＡ１＝１．０７
Ｙ１＝１１．５ｍｍ
ＮＡ２＝１．００
Ｙ２＝１３．４ｍｍ
ＴＬ＝１２５０ｍｍ
（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ ｎ 光学部材
（レチクル面） 50.000
1 ∞ 8.000 1.5603261 （Ｐ１）
2 ∞ 5.852
3 -2113.365 13.000 1.5603261 （Ｌ１）
4* 185.888 47.615
5 -97.794 50.000 1.5603261 （Ｌ２）
6 -275.265 1.000
7* -1036.501 52.524 1.5603261 （Ｌ３）
8 -198.574 1.000
9 -2093.835 52.770 1.5603261 （Ｌ４）
10 -287.226 1.000
11 403.759 46.727 1.5603261 （Ｌ５）
12 -31743139.730 1.000
13 284.993 45.645 1.5603261 （Ｌ６）
14 939.519 1.000
15 221.118 38.701 1.5603261 （Ｌ７）
16 426.452 1.000
17 212.879 50.000 1.5603261 （Ｌ８）
18 109.684 38.666
19 5071.658 13.000 1.5603261 （Ｌ９）
20 187.059 38.611
21* -157.590 13.000 1.5603261 （Ｌ１０）
22 201.219 17.763
23 -50220.286 13.000 1.5603261 （Ｌ１１）
24* 264.845 37.753
25* -180.106 50.000 1.5603261 （Ｌ１２）
26 -181.462 1.000
27* -2209.915 56.621 1.5603261 （Ｌ１３）
28 -205.364 1.000
29 ∞ 28.964 1.5603261 （Ｌ１４）
30 -740.060 1.000
31 588.166 33.442 1.5603261 （Ｌ１５）
32 7128.859 70.809
33 1084.671 25.000 1.5603261 （Ｌ１６）
34 384.974 47.258
35 -1746.086 38.201 1.5603261 （Ｌ１７）
36 -415.336 1.000
37 452.017 56.871 1.5603261 （Ｌ１８）
38 -943.687 1.000
39 571.441 44.135 1.5603261 （Ｌ１９）
40 -950.000 1.000
41 151.067 37.579 1.5603261 （Ｌ２０）
42* 206.077 1.000
43 108.158 33.260 1.5603261 （Ｌ２１）
44* 126.289 1.000
45 112.121 36.044 1.5014548 （Ｌ２２）
46 116.878 5.162
47 154.951 37.038 1.5014548 （Ｌ２３：Ｌｂ）
48 ∞ 3.000 1.436640 （Ｌｍ）
（ウェハ面）
（非球面データ）
４面
κ＝０
Ｃ4＝−１．５０２３４×１０-7 Ｃ6＝５．４５１００×１０-12
Ｃ8＝−３．０８８１３×１０-16 Ｃ10＝１．８０４１２×１０-20
Ｃ12＝−３．６１２４８×１０-25 Ｃ14＝２．８０７０４×１０-29
７面
κ＝０
Ｃ4＝−１．７３１９３×１０-8 Ｃ6＝２．８５８０９×１０-13
Ｃ8＝−７．２７７７３×１０-18 Ｃ10＝２．１５８１９×１０-22
Ｃ12＝−４．００４５０×１０-27 Ｃ14＝９．５５８２７×１０-32
２１面
κ＝０
Ｃ4＝−８．７２４６０×１０-8 Ｃ6＝６．３８５５３×１０-12
Ｃ8＝−８．３５７３４×１０-16 Ｃ10＝７．１９８０３×１０-20
Ｃ12＝−１．９７４３５×１０-24 Ｃ14＝−２．４５０４２×１０-31
２４面
κ＝０
Ｃ4＝−４．０５０４４×１０-8 Ｃ6＝３．４２４２６×１０-12
Ｃ8＝−５．３１５４６×１０-16 Ｃ10＝４．３１５２１×１０-20
Ｃ12＝−１．９６９１３×１０-24 Ｃ14＝３．３５６７７×１０-29
２５面
κ＝０
Ｃ4＝８．５４３７３×１０-9 Ｃ6＝７．７４２５４×１０-13
Ｃ8＝８．７６６９９×１０-17 Ｃ10＝１．７３７１２×１０-21
Ｃ12＝２．１３７２４×１０-25 Ｃ14＝１．１６８７９×１０-29
２７面
κ＝０
Ｃ4＝−２．２０３１９×１０-8 Ｃ6＝２．３７１５７×１０-13
Ｃ8＝−８．０５０８１×１０-18 Ｃ10＝３．８３２４２×１０-22
Ｃ12＝−１．３９９４７×１０-26 Ｃ14＝４．０５９８９×１０-31
４２面
κ＝０
Ｃ4＝−３．１０１８３×１０-8 Ｃ6＝５．３７３６２×１０-13
Ｃ8＝５．００２６９×１０-17 Ｃ10＝−２．８８６１８×１０-21
Ｃ12＝８．１２９２０×１０-26 Ｃ14＝５．２０９１９×１０-31
４４面
κ＝０
Ｃ4＝７．１２１２７×１０-9 Ｃ6＝−４．７４１４４×１０-12
Ｃ8＝−４．３２３９４×１０-16 Ｃ10＝−１．０８７３８×１０-20
Ｃ12＝−３．０１６５２×１０-25 Ｃ14＝１．１６９５５×１０-28
（条件式対応値）
sinＡ＝０．８７０（Ａ＝６０．４６度）
（１）：（１．０７−１．００）×１２５０／（１３．４−１１．５）＝４６．０５
（２）：１３．４／１１．５＝１．１６５
（３）：（１．０７−１．００）＝０．０７
（４）：０．８７０／１．０７＝０．８１３
（４）：０．８７０／１．０７＝０．８７０
Table (2)
(Main specifications)
λ = 193.306 nm
β = 1/4
NA1 = 1.07
Y1 = 11.5mm
NA2 = 1.00
Y2 = 13.4mm
TL = 1250mm
(Optical member specifications)
Surface number r dn Optical member (reticle surface) 50.000
1 ∞ 8.000 1.5603261 (P1)
2 ∞ 5.852
3 -2113.365 13.000 1.5603261 (L1)
4 * 185.888 47.615
5 -97.794 50.000 1.5603261 (L2)
6 -275.265 1.000
7 * -1036.501 52.524 1.5603261 (L3)
8 -198.574 1.000
9 -2093.835 52.770 1.5603261 (L4)
10 -287.226 1.000
11 403.759 46.727 1.5603261 (L5)
12 -31743139.730 1.000
13 284.993 45.645 1.5603261 (L6)
14 939.519 1.000
15 221.118 38.701 1.5603261 (L7)
16 426.452 1.000
17 212.879 50.000 1.5603261 (L8)
18 109.684 38.666
19 5071.658 13.000 1.5603261 (L9)
20 187.059 38.611
21 * -157.590 13.000 1.5603261 (L10)
22 201.219 17.763
23 -50220.286 13.000 1.5603261 (L11)
24 * 264.845 37.753
25 * -180.106 50.000 1.5603261 (L12)
26 -181.462 1.000
27 * -2209.915 56.621 1.5603261 (L13)
28 -205.364 1.000
29 ∞ 28.964 1.5603261 (L14)
30 -740.060 1.000
31 588.166 33.442 1.5603261 (L15)
32 7128.859 70.809
33 1084.671 25.000 1.5603261 (L16)
34 384.974 47.258
35 -1746.086 38.201 1.5603261 (L17)
36 -415.336 1.000
37 452.017 56.871 1.5603261 (L18)
38 -943.687 1.000
39 571.441 44.135 1.5603261 (L19)
40 -950.000 1.000
41 151.067 37.579 1.5603261 (L20)
42 * 206.077 1.000
43 108.158 33.260 1.5603261 (L21)
44 * 126.289 1.000
45 112.121 36.044 1.5014548 (L22)
46 116.878 5.162
47 154.951 37.038 1.5014548 (L23: Lb)
48 ∞ 3.000 1.436640 (Lm)
(Wafer surface)
(Aspheric data)
4 sides κ = 0
C 4 = −1.50234 × 10 −7 C 6 = 5.45100 × 10 −12
C 8 = −3.08813 × 10 −16 C 10 = 1.80412 × 10 −20
C 12 = −3.626148 × 10 −25 C 14 = 2.80704 × 10 −29
7 surfaces κ = 0
C 4 = −1.773193 × 10 −8 C 6 = 2.885809 × 10 −13
C 8 = −7.27773 × 10 −18 C 10 = 2.15819 × 10 −22
C 12 = −4.000450 × 10 −27 C 14 = 9.55827 × 10 −32
21 surface κ = 0
C 4 = −8.772460 × 10 −8 C 6 = 6.385553 × 10 −12
C 8 = −8.35734 × 10 −16 C 10 = 7.19803 × 10 −20
C 12 = -1.97435 × 10 −24 C 14 = −2.445042 × 10 −31
24 surfaces κ = 0
C 4 = −4.05044 × 10 −8 C 6 = 3.4426 × 10 −12
C 8 = -5.31546 × 10 -16 C 10 = 4.31521 × 10 -20
C 12 = −1.96913 × 10 −24 C 14 = 3.35677 × 10 −29
25 faces κ = 0
C 4 = 8.54373 × 10 −9 C 6 = 7.774254 × 10 −13
C 8 = 8.77699 × 10 −17 C 10 = 1.73712 × 10 −21
C 12 = 2.13724 × 10 −25 C 14 = 1.16879 × 10 −29
27 faces κ = 0
C 4 = −2.020319 × 10 −8 C 6 = 2.37157 × 10 −13
C 8 = −8.05081 × 10 −18 C 10 = 3.83242 × 10 −22
C 12 = -1.39947 × 10 −26 C 14 = 4.05989 × 10 −31
42 plane κ = 0
C 4 = -3.183183 × 10 −8 C 6 = 5.337362 × 10 −13
C 8 = 5.000269 × 10 −17 C 10 = −2.88861 × 10 −21
C 12 = 8.12920 × 10 -26 C 14 = 5.20919 × 10 -31
44 faces κ = 0
C 4 = 7.1127 × 10 −9 C 6 = −4.74144 × 10 −12
C 8 = −4.332394 × 10 −16 C 10 = −1.08738 × 10 −20
C 12 = −3.01652 × 10 −25 C 14 = 1.16955 × 10 −28
(Values for conditional expressions)
sinA = 0.870 (A = 0.46 degrees)
(1): (1.07-1.00) × 1250 / (13.4-11.5) = 46.05
(2): 13.4 / 11.5 = 1.165
(3): (1.07-1.00) = 0.07
(4): 0.870 / 1.07 = 0.814
(4): 0.870 / 1.07 = 0.870
図７は、第２実施例において像側開口数がＮＡ１＝１．０７のときの横収差を示す図である。一方、図８は、第２実施例において像側開口数がＮＡ２＝１．００のときの横収差を示す図である。各収差図において、Ｙは像高を示している。第２実施例では、図７の収差図から明らかなように像側開口数がＮＡ１＝１．０７のときに、半径（最大像高）が１１．５ｍｍのイメージサークル内において収差が良好に補正されていることがわかる。また、図８の収差図から明らかなように像側開口数がＮＡ２＝１．００のときに、半径（最大像高）が１３．４ｍｍのイメージサークル内において収差が良好に補正されていることがわかる。 FIG. 7 is a diagram showing lateral aberration when the image-side numerical aperture is NA1 = 1.07 in the second embodiment. On the other hand, FIG. 8 is a diagram showing lateral aberration when the image-side numerical aperture is NA2 = 1.00 in the second embodiment. In each aberration diagram, Y represents the image height. In the second embodiment, as is apparent from the aberration diagram of FIG. 7, when the image-side numerical aperture is NA1 = 1.07, the aberration is corrected well in an image circle having a radius (maximum image height) of 11.5 mm. You can see that Further, as is apparent from the aberration diagram of FIG. 8, when the image-side numerical aperture is NA2 = 1.00, the aberration is corrected well in the image circle having a radius (maximum image height) of 13.4 mm. I understand.
こうして、各実施例では、１９３．３０６ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光に対して、最も大きい像側開口数ＮＡ１＝１．０７を確保するとともに、半径（最大像高）が１１．５ｍｍのイメージサークル内において２２．０ｍｍ×５．０ｍｍの矩形状の静止露光領域を確保して、たとえば２２ｍｍ×２６ｍｍ（または２２ｍｍ×３３ｍｍ）の矩形状の露光領域内にレチクルパターンを最も高い解像度で走査露光することができる。 Thus, in each embodiment, the largest image-side numerical aperture NA1 = 1.07 is secured for the 193.306 nm ArF excimer laser beam, and the radius (maximum image height) is within an image circle of 11.5 mm. By securing a 22.0 mm × 5.0 mm rectangular still exposure region, for example, a reticle pattern can be scanned and exposed with the highest resolution in a 22 mm × 26 mm (or 22 mm × 33 mm) rectangular exposure region. .
また、各実施例では、１９３．３０６ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光に対して、像側開口数ＮＡ２＝１．００を確保するとともに、半径（最大像高）が１３．４ｍｍの最も大きいイメージサークル内において２６．０ｍｍ×５．０ｍｍの矩形状の静止露光領域を確保して、たとえば２６ｍｍ×３３ｍｍの矩形状の露光領域内にレチクルパターンを比較的高い解像度で走査露光することができる。 In each example, the image-side numerical aperture NA2 = 1.00 is secured for the ArF excimer laser light of 193.306 nm, and the radius (maximum image height) is within the largest image circle having 13.4 mm. A rectangular stationary exposure area of 26.0 mm × 5.0 mm can be secured, and for example, a reticle pattern can be scanned and exposed at a relatively high resolution in a rectangular exposure area of 26 mm × 33 mm.
以上のように、本実施形態の投影光学系ＰＬでは、比較的大きな開口数（ＮＡ１＝１．０７）と比較的小さなイメージフィールド（Ｙ１＝１１．５ｍｍに対応するイメージサークル）との組み合わせと、比較的小さな開口数（ＮＡ２＝１．００）と比較的大きなイメージフィールド（Ｙ２＝１３．４ｍｍに対応するイメージサークル）との組み合わせとの間で使い分けが可能である。したがって、本実施形態の露光装置では、比較的小さな露光領域（たとえば２２ｍｍ×２６ｍｍ）に比較的大きな解像度（ＮＡ１＝１．０７に対応する解像度）で投影露光を行い、比較的大きな露光領域（たとえば２６ｍｍ×３３ｍｍ）に比較的小さな解像度（ＮＡ２＝１．００に対応する解像度）で投影露光を行うことができる。 As described above, in the projection optical system PL of the present embodiment, a combination of a relatively large numerical aperture (NA1 = 1.07) and a relatively small image field (image circle corresponding to Y1 = 11.5 mm); It is possible to selectively use between a combination of a relatively small numerical aperture (NA2 = 1.00) and a relatively large image field (image circle corresponding to Y2 = 13.4 mm). Therefore, in the exposure apparatus of the present embodiment, projection exposure is performed with a relatively large resolution (resolution corresponding to NA1 = 1.07) in a relatively small exposure area (for example, 22 mm × 26 mm), and a relatively large exposure area (for example, Projection exposure can be performed at a relatively small resolution (resolution corresponding to NA2 = 1.00) to 26 mm × 33 mm.
ところで、本実施形態の各実施例では、像側の最大開口数が最も大きい第１最大開口数ＮＡ１＝１．０７に設定された際の像面での波面収差のＲＭＳ値と、像側の最大開口数が最も小さい第２最大開口数ＮＡ２＝１．００に設定された際の像面での波面収差のＲＭＳ値との差が２ｍλ以下に抑えられている。具体的に、第１実施例ではＲＭＳ値の差が０．２ｍλであり、第２実施例ではＲＭＳ値の差が０．１ｍλである。ここで、波面収差のＲＭＳ値は、軸上での値であり、設計レベルの値である。 By the way, in each example of the present embodiment, the RMS value of the wavefront aberration on the image plane when the first maximum numerical aperture NA1 = 1.07, which is the largest on the image side, is set. The difference from the RMS value of the wavefront aberration on the image plane when the second maximum numerical aperture NA2 = 1.00 where the maximum numerical aperture is the smallest is suppressed to 2 mλ or less. Specifically, in the first embodiment, the difference in RMS value is 0.2 mλ, and in the second embodiment, the difference in RMS value is 0.1 mλ. Here, the RMS value of the wavefront aberration is a value on the axis, which is a design level value.
さて、本実施形態では、露光領域と解像度との組み合わせを使い分けて投影露光することになるが、ＯＰＥ（Optical Proximity Effect：光近接効果）特性などを重視して微細なマスクパターンの露光を行う際に、投影光学系として許容可能な開口数を超える光線が露光領域に達する場合、制御部ＣＲがエラーメッセージを出力して露光は行わないという非実行処理を行うことが好ましい。一方、比較的粗いマスクパターンの露光を行う場合、投影光学系として許容可能な開口数を超える光線が露光領域に達することがあっても、制御部ＣＲがワーニングを出力するだけで露光は続行可能な構成を採ることが好ましい。 In the present embodiment, projection exposure is performed using a combination of an exposure area and a resolution, but when exposure of a fine mask pattern is performed with emphasis on OPE (Optical Proximity Effect) characteristics and the like. In addition, when light rays exceeding the numerical aperture allowable for the projection optical system reach the exposure region, it is preferable to perform a non-execution process in which the controller CR outputs an error message and no exposure is performed. On the other hand, when a relatively rough mask pattern is exposed, the exposure can be continued only by outputting a warning from the control unit CR even if a light beam exceeding the numerical aperture allowable for the projection optical system reaches the exposure area. It is preferable to adopt a simple configuration.
すなわち、本実施形態では、投影光学系の像側開口数が、感光性基板上の各露光領域の大きさに対応して許容される像側の最大開口数よりも大きく設定されている場合に、制御部が、マスク上のパターンの特性に応じて、露光の非実行処理のためのエラーメッセージまたは露光の実行処理に先立つワーニングを出力することが好ましい。 That is, in the present embodiment, when the image-side numerical aperture of the projection optical system is set to be larger than the allowable maximum image-side numerical aperture corresponding to the size of each exposure area on the photosensitive substrate. It is preferable that the control unit outputs an error message for non-execution processing of exposure or a warning prior to execution processing of exposure according to the characteristics of the pattern on the mask.
なお、本実施形態の照明光学系ＩＬとしては、たとえばＷＯ２００４／０５１７１７Ａに開示される照明光学装置を用いることができる。照明光学装置としては、像側の最大開口数が最も大きい第１最大開口数ＮＡ１に応じた照明開口数（ＮＡ１×β）のもとで、大きなイメージフィールド（Ｙ２に対応するイメージサークル）に応じた照明領域（Ｙ２×β）を照明できるように構成されることが望ましい。そして、照明光学装置による照明領域の大きさを、レチクル・ブラインドやズーム・コンデンサ光学系などを用いて可変にすることが好ましい。なお、実質的な光量損失の無いもとで照明領域の大きさを変更するためのズーム・コンデンサ光学系は、たとえば特開２００１−１３５５６０号公報に開示されている。 As the illumination optical system IL of the present embodiment, for example, an illumination optical device disclosed in WO2004 / 051717A can be used. As an illumination optical device, according to a large image field (image circle corresponding to Y2) under an illumination numerical aperture (NA1 × β) corresponding to the first maximum numerical aperture NA1 having the largest maximum numerical aperture on the image side. It is desirable that the illumination area (Y2 × β) can be illuminated. The size of the illumination area by the illumination optical device is preferably made variable using a reticle / blind or a zoom / condenser optical system. Note that a zoom condenser optical system for changing the size of the illumination area without substantial light loss is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-135560.
ここで、比較的大きな開口数（たとえばＮＡ１＝１．０７）と比較的小さなイメージフィールド（たとえばＹ１＝１１．５ｍｍに対応するイメージフィールド）との組み合わせで投影露光を行う場合には、照明光学装置による照明領域の大きさを比較的小さなイメージフィールド（たとえばＹ１＝１１．５ｍｍに対応するイメージフィールド）に対応した大きさとなるように変更する。また、比較的小さな開口数（たとえばＮＡ１＝１．００）と比較的大きなイメージフィールド（たとえばＹ２＝１３．４ｍｍに対応するイメージフィールド）との組み合わせで投影露光を行う場合には、照明光学装置による照明領域の大きさを比較的大きなイメージフィールド（たとえばＹ２＝１３．４ｍｍに対応するイメージフィールド）に対応した大きさとなるように変更する。双方の場合において、投影光学系ＰＬの最大開口数が異なるため、照明σ（照明光学系の射出側最大開口数／投影光学系の物側最大開口数）の値も異なってしまうため、投影光学系ＰＬの最大開口数の値に応じた照明σ値のオフセット値を準備しておき、このオフセット値を用いて照明σ値の制御を行うことが好ましい。 Here, in the case of performing projection exposure with a combination of a relatively large numerical aperture (for example, NA1 = 1.07) and a relatively small image field (for example, an image field corresponding to Y1 = 11.5 mm), an illumination optical device The size of the illumination area is changed so as to correspond to a relatively small image field (for example, an image field corresponding to Y1 = 11.5 mm). Further, when projection exposure is performed with a combination of a relatively small numerical aperture (for example, NA1 = 1.00) and a relatively large image field (for example, an image field corresponding to Y2 = 13.4 mm), the illumination optical device is used. The size of the illumination area is changed so as to correspond to a relatively large image field (for example, an image field corresponding to Y2 = 13.4 mm). In both cases, since the maximum numerical aperture of the projection optical system PL is different, the value of the illumination σ (the maximum numerical aperture on the exit side of the illumination optical system / the maximum numerical aperture on the object side of the projection optical system) is also different. It is preferable to prepare an offset value of the illumination σ value according to the value of the maximum numerical aperture of the system PL, and to control the illumination σ value using this offset value.
なお、比較的大きな開口数（たとえばＮＡ１＝１．０７）と比較的小さなイメージフィールド（たとえばＹ１＝１１．５ｍｍに対応するイメージフィールド）との組み合わせしか用いない場合には、この組み合わせに最適な照明開口数と照明領域とを持つ専用の照明光学系を準備することも考えられる。 When only a combination of a relatively large numerical aperture (for example, NA1 = 1.07) and a relatively small image field (for example, an image field corresponding to Y1 = 11.5 mm) is used, illumination optimal for this combination is used. It is also conceivable to prepare a dedicated illumination optical system having a numerical aperture and an illumination area.
なお、上述の各実施例では、感光性基板との間の光路中に液体を介在させた液浸型の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、感光性基板との間の光路中に気体を介在させる乾燥型の投影光学系に対しても本発明を適用することができる。 In each of the above-described embodiments, the present invention is applied to an immersion type projection optical system in which a liquid is interposed in an optical path between the photosensitive substrate, but the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to a dry projection optical system in which a gas is interposed in the optical path between the photosensitive substrate and the photosensitive substrate.
また、上述の第２実施例では、正メニスカスレンズＬ２２と平凸レンズＬ２３とが蛍石により形成されているので、この一対の蛍石レンズ（Ｌ２２，Ｌ２３）の結晶軸の方位関係を適宜設定することにより、蛍石の固有複屈折の影響を低減することができる。なお、一対の蛍石レンズの結晶軸の方位関係を適宜設定することにより蛍石の固有複屈折の影響を低減する手法については、たとえばＷＯ２００３／００７０４５号（または米国特許公開ＵＳ２００３／００５３０３６Ａ号）公報などを参照することができる。 In the second embodiment described above, the positive meniscus lens L22 and the plano-convex lens L23 are formed of fluorite, so that the orientation relation of the crystal axes of the pair of fluorite lenses (L22, L23) is appropriately set. As a result, the influence of intrinsic birefringence of fluorite can be reduced. For example, WO2003 / 007045 (or US Patent Publication US2003 / 0053036A) discloses a technique for reducing the influence of intrinsic birefringence of fluorite by appropriately setting the orientation relation of crystal axes of a pair of fluorite lenses. Etc. can be referred to.
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９のフローチャートを参照して説明する。 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. 9 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 this embodiment. I will explain.
先ず、図９のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。 First, in step 301 of FIG. 9, 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 one 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.
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。 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.
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１０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１０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。 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. 10, in a pattern forming process 401, a so-called photolithography process is performed in which a mask pattern is transferred and exposed to a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist) using the exposure apparatus of the present embodiment. 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.
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。 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.
セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。 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. ). 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.
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ＫＡｒＦエキシマレーザ光源やＦ2 レーザ光源のような他の適当な光源を用いることもできる。ここで、たとえばＫｒＦエキシマレーザ光を露光光とする場合には、ＡｒＦエキシマレーザ光の場合と同様に、媒質として純水、脱イオン水などを用いることができる。また、露光光としてＦ2レーザ光を用いる場合は、媒質としてはＦ2レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系の液体を用いればよい。 In the above-described embodiment, the ArF excimer laser light source is used. However, the present invention is not limited to this, and other appropriate light sources such as a KArF excimer laser light source and an F 2 laser light source can also be used. Here, for example, when KrF excimer laser light is used as exposure light, pure water, deionized water, or the like can be used as a medium as in the case of ArF excimer laser light. In the case of using the F 2 laser beam as the exposure light, it may be used a fluorine-based liquid such as permeable as fluorine-based oil and perfluoropolyether an F 2 laser beam (PFPE) as a medium.
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。 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.
また、上述の実施形態では、レチクルおよびウェハを投影光学系に対して相対移動させながら、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、ウェハの各露光領域にパターンをスキャン露光している。しかしながら、これに限定されることなく、ウェハを二次元的に駆動制御しながら一括露光を行うことにより、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、ウェハのショット領域にパターンを逐次露光することもできる。 In the above-described embodiment, a pattern is scanned and exposed on each exposure region of the wafer according to a so-called step-and-scan method while moving the reticle and wafer relative to the projection optical system. However, the present invention is not limited to this, and by performing batch exposure while driving and controlling the wafer two-dimensionally, it is also possible to sequentially expose a pattern to the shot area of the wafer according to a so-called step-and-repeat method. .
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
Ｗ ウェハ
ＷＳ ウェハステージ
ＣＲ 制御部
ＰＬ 投影光学系
Ｌｉ 各レンズ成分
Ｌｂ 境界レンズ
Ｌｍ 媒質（純水）
100 Laser light source IL Illumination optical system R Reticle RS Reticle stage W Wafer WS Wafer stage CR Control unit PL Projection optical system Li Each lens component Lb Boundary lens Lm Medium (pure water)
Claims (12)
前記照明領域の大きさが第１の大きさである場合、前記第２面側の開口数の最大値である最大開口数を第１最大開口数に設定すると共に、前記第２面上の最大像高を第１像高に設定し、
前記照明領域の大きさが前記第１の大きさとは異なる第２の大きさである場合、前記第２面側の開口数の最大値である最大開口数を前記第１最大開口数とは異なる第２最大開口数に設定すると共に、前記第２面上の最大像高を前記第１像高とは異なる第２像高に設定することを特徴とする投影光学系。
In a projection optical system that is combined with an illumination optical system capable of changing the size of an illumination area and projects an image of a first surface illuminated by the illumination optical system on a second surface in a reduced scale,
When the size of the illumination area is the first size, the maximum numerical aperture which is the maximum numerical aperture on the second surface side is set to the first maximum numerical aperture, and the maximum on the second surface is set. Set the image height to the first image height,
When the size of the illumination area is a second size different from the first size, the maximum numerical aperture, which is the maximum value of the numerical aperture on the second surface side, is different from the first maximum numerical aperture. A projection optical system characterized in that the second maximum numerical aperture is set and the maximum image height on the second surface is set to a second image height different from the first image height.
３５＜（ＮＡ１−ＮＡ２）・ＴＬ／（Ｙ２−Ｙ１）＜１５０
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 largest first maximum numerical aperture among the maximum numerical apertures on the second surface side is NA1, the maximum image height when the maximum numerical aperture on the second surface side is NA1, and the maximum image height on the second surface side is Y1. The smallest second maximum numerical aperture among the maximum numerical apertures is NA2, the maximum image height when the maximum numerical aperture on the second surface side is NA2 is Y2, and the distance between the first surface and the second surface Is TL,
35 <(NA1-NA2) .TL / (Y2-Y1) <150
The projection optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
１．０３＜Ｙ２／Ｙ１＜１．５
０．０２＜（ＮＡ１−ＮＡ２）＜０．２
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 largest first maximum numerical aperture among the maximum numerical apertures on the second surface side is NA1, the maximum image height when the maximum numerical aperture on the second surface side is NA1, and the maximum image height on the second surface side is Y1. When the smallest second maximum numerical aperture among the maximum numerical apertures is NA2, and the maximum image height when the maximum numerical aperture on the second surface side is NA2 is Y2,
1.03 <Y2 / Y1 <1.5
0.02 <(NA1-NA2) <0.2
The projection optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
０．５２＜sinＡ１／ＮＡ１＜０．９５
０．５２＜sinＡ２／ＮＡ２＜０．９５
の条件を満足す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 largest first numerical aperture among the largest numerical apertures on the second surface side is NA1, the smallest second largest numerical aperture among the largest numerical apertures on the second surface side is NA2, and the second surface When the maximum numerical aperture on the side is NA1, the maximum value of the incident angle of the light beam incident on each optical surface and the output angle of the light beam emitted from each optical surface is A1, and the maximum numerical aperture on the second surface side is When the maximum value of the incident angle of the light beam incident on each optical surface and the exit angle of the light beam emitted from each optical surface at NA2 is A2,
0.52 <sinA1 /NA1<0.95
0.52 < sinA2 / NA2 <0.95
The projection optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
前記投影光学系の使用波長をλとするとき、前記第２面側の最大開口数が前記第１の最大開口数に設定された際の前記第２面での波面収差のＲＭＳ値と、前記第２面側の最大開口数が前記第２の最大開口数に設定された際の前記第２面での波面収差のＲＭＳ値との差は、３ｍλ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投影光学系。 The maximum numerical aperture on the second surface side includes a first maximum numerical aperture and a second maximum numerical aperture,
When the operating wavelength of the projection optical system is λ, the RMS value of the wavefront aberration on the second surface when the maximum numerical aperture on the second surface side is set to the first maximum numerical aperture, The difference from the RMS value of the wavefront aberration on the second surface when the maximum numerical aperture on the second surface side is set to the second maximum numerical aperture is 3 mλ or less. 6. The projection optical system according to any one of items 1 to 5.
前記第２面側の最大開口数をＮＡとし、前記第２面側の最大開口数がＮＡのときに各光学面に入射する光線の入射角および各光学面から射出する光線の射出角のうちの最大値をＡとするとき、
０．５２＜sinＡ／ＮＡ＜０．９５
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。 In a projection optical system for reducing and projecting an image of a first surface onto a second surface,
When the maximum numerical aperture on the second surface side is NA and the maximum numerical aperture on the second surface side is NA, the incident angle of the light beam incident on each optical surface and the output angle of the light beam emitted from each optical surface When the maximum value of A is A,
0.52 <sinA / NA <0.95
A projection optical system characterized by satisfying the following conditions.
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