JP2004205698A - Projection optical system, exposure apparatus and exposure method - Google Patents
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Abstract
Translated fromJapaneseDescription
Translated fromJapanese【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をフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に適した高解像の投影光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、フォトレジスト等が塗布されたウェハ（またはガラスプレート等）上に露光する投影露光装置が使用されている。そして、半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影露光装置の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。
【０００３】
その結果、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、投影光学系と像面との間の媒質（通常は空気などの気体）の屈折率をｎとし、像面への最大入射角をθとすると、ｎ・sinθで表される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最大入射角θを大きくすることにより開口数ＮＡの増大を図ろうとすると、像面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、投影光学系と像面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開口数ＮＡの増大を図る技術が知られている。しかしながら、従来技術では、光学面での反射損失を良好に抑えて大きな実効的な像側開口数を確保することが困難であった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、像面との間の光路中に高屈折率の媒質を介在させ、光学面での反射損失を良好に抑えて、大きな実効的な像側開口数を確保することのできる投影光学系を提供することを目的とする。また、大きな実効的な像側開口数を有し、ひいては高い解像度を有する投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に転写露光することのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【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形態では、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系は、第１面側の面が正の屈折力を有する境界レンズを有し、
前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記境界レンズと前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する媒質で満たされ、前記媒質の屈折率をＮｍとし、前記境界レンズを形成する光学材料の屈折率をＮｓとするとき、
｜Ｎｓ−Ｎｍ｜＜０．０８
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。なお、前記媒質は流体であることが好ましい。そして、前記媒体が液体であることがさらに好ましい。
【０００７】
第１形態の好ましい態様によれば、前記境界レンズと前記第２面との間の光路中には、少なくとも１つのほぼ無屈折力の光学部材が配置され、前記境界レンズと前記光学部材との間の光路および前記光学部材と前記第２面との間の光路は前記媒質で満たされ、前記媒質の屈折率をＮｍとし、前記光学部材を形成する光学材料の屈折率をＮｐとするとき、｜Ｎｐ−Ｎｍ｜＜０．０８の条件を満足する。この場合、前記光学部材は挿脱自在に配置されていることが好ましい。
【０００８】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記媒質に接するすべての光学要素の表面には光学薄膜が付加されていない。また、１７０ｎｍ以上で２５０ｎｍ以下の波長を有する光に基づいて前記第１面の像を前記第２面上に形成し、前記媒質に接するすべての光学要素は蛍石で形成されていることが好ましい。また、蛍石で形成された一対の蛍石光学部材を有し、前記一対の蛍石光学部材の結晶軸が所定の方位関係を満たすことが好ましい。
【０００９】
さらに、第１形態の好ましい態様によれば、前記投影光学系は、少なくとも１つの凹面反射鏡と屈折光学部材とから構成される反射屈折光学系である。この場合、光軸に対して偏心した有効結像領域を有し、前記投影光学系の光路中に少なくとも１つの中間像を形成することが好ましい。また、第１形態では、第２面側の開口数は１以上であることが好ましい。
【００１０】
本発明の第２形態では、前記第１面に設定されたマスクを照明するための照明系と、前記マスクに形成されたパターンの像を前記第２面に設定された感光性基板上に形成するための第１形態の投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１１】
本発明の第３形態では、前記第１面に設定されたマスクを照明し、第１形態の投影光学系を介して前記マスクに形成されたパターンの像を前記第２面に設定された感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の投影光学系では、最も像側（第２面側）に配置された境界レンズと像面との間の光路中に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、像側開口数ＮＡの増大を図っている。ちなみに、M.Switkes氏およびM.Rothschild氏が「SPIE2002 Microlithography」において「Massachusetts Institute of Technology」に発表した「Resolution Enhancement of 157-nm Lithography by Liquid Immersion」には、波長λが２００ｎｍ以下の光に対して所要の透過率を有する媒質として、フロリナート（Perfluoropolyethers：米国スリーエム社の商品名）や脱イオン水（Deionized Water）などが候補として挙げられている。
【００１３】
また、本発明の投影光学系では、境界レンズの物体側（第１面側）の光学面に正の屈折力を付与することにより、この光学面での反射損失を低減させ、ひいては大きな実効的な像側開口数を確保することができる。さらに、本発明の投影光学系では、境界レンズが媒質と接する光学面（すなわち境界レンズの像側の光学面）での反射損失を低減させるために、以下の条件式（１）を満足する。
｜Ｎｓ−Ｎｍ｜＜０．０８ （１）
【００１４】
条件式（１）において、Ｎｍは媒質の屈折率であり、Ｎｓは境界レンズを形成する光学材料の屈折率である。条件式（１）を満足するように、媒質に接する境界レンズと媒質との屈折率差を十分に小さく設定することにより、光学薄膜を付加しなくても、境界レンズの像側の光学面での反射損失を低減することができる。その結果、フレア等の迷光の発生を抑えて、大きな実効的な像側開口数を確保することができる。しかも、光学薄膜による光の吸収に起因する光学面での発熱を回避することができるので、露光装置の場合には露光中の結像性能の低下を回避することができる。
【００１５】
なお、境界レンズの像側の光学面での反射損失をさらに低減するには、条件式（１）の上限値を０．０５に設定することが好ましい。こうして、本発明では、像面との間の光路中に高屈折率の媒質を介在させ、光学面での反射損失を良好に抑えて、大きな実効的な像側開口数を確保することのできる投影光学系を実現することができる。したがって、本発明の投影光学系を用いる露光装置および露光方法では、大きな実効的な像側開口数を有し、ひいては高い解像度を有する投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に転写露光することができる。
【００１６】
ところで、上述したように、境界レンズと像面との間に介在させる高屈折率の媒質として、所要の透過率を確保する（光量損失を抑える）ことができるように、たとえば脱イオン水のような液体を用いることになる。露光装置の場合、液体がウェハのような基板に塗布されたフォトレジスト等による汚染を受け、汚染された液体により境界レンズの像側の光学面も汚染され、境界レンズおよび液体の透過率が低下する恐れがある。
【００１７】
そこで、本発明では、境界レンズの像側の光学面への汚染を防ぐために、境界レンズと像面との間の光路中に、たとえば平行平面板のような光学部材（一般的には、ほぼ無屈折力の光学部材）を挿脱自在に配置することが好ましい。なお、投影光学系の製造工程においては、屈折力が僅かに異なる複数の光学部材を用意し、境界レンズと像面との間に介在させる光学部材を選択的に交換することにより、ペッツバール和を調整し、像面湾曲を補正することができる。
【００１８】
さらに、ほぼ無屈折力の光学部材の姿勢を調整することができるように構成することが好ましい。この場合、上記光学部材を光軸に対して傾ける（チルトさせる）ことにより、レンズの偏芯等によって生じる非対称収差を補正することができる。また、本発明では、ほぼ無屈折力の光学部材が媒質と接する光学面（すなわち光学部材の物体側および像側の光学面）での反射損失を低減させるために、次の条件式（２）を満足することが望ましい。
｜Ｎｐ−Ｎｍ｜＜０．０８ （２）
【００１９】
条件式（２）において、Ｎｍは媒質の屈折率であり、Ｎｐはほぼ無屈折力の光学部材を形成する光学材料の屈折率である。条件式（２）を満足するように、媒質に接する上記光学部材と媒質との屈折率差を十分に小さく設定することにより、光学薄膜を付加しなくても、ほぼ無屈折力の光学部材の物体側および像側の光学面での反射損失を低減することができる。なお、上記光学部材の物体側および像側の光学面での反射損失をさらに低減するには、条件式（２）の上限値を０．０５に設定することが好ましい。
【００２０】
なお、極紫外域の光に対して、十分に大きな透過率を有し且つ条件式（１）および（２）を満足するような低い屈折率を有する光学材料は、実用的には蛍石（ＣａＦ2）のみである。したがって、たとえば１７０ｎｍ以上で２５０ｎｍ以下の波長を有する光に基づいて物体像を形成する投影光学系では、媒質に接するすべての光学要素（上述の境界レンズ、ほぼ無屈折力の光学部材など）が蛍石で形成されていることが好ましい。
【００２１】
また、上述したように、極紫外域の光を用いる投影光学系では大きな透過率および低い屈折率を有する光学材料として蛍石を用いることになるが、蛍石には固有複屈折が存在し、この固有複屈折の影響により投影光学系の結像性能が低下し易い。そこで、一対の蛍石レンズ（一般には、蛍石で形成された透過光学部材すなわち蛍石光学部材）の結晶軸が所定の方位関係を満たすように設定することにより、蛍石の固有複屈折の結像性能への影響を低減することが好ましい。以下、蛍石の固有複屈折の影響を受けにくいレンズ構成を実現する典型的な手法について簡単に説明する。
【００２２】
第１手法では、一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸［１１１］（または結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸）とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを約６０度だけ相対的に回転させる。ここで、結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸とは、たとえば結晶軸［−１１１］，［１−１１］，［１１−１］である。また、一方の蛍石レンズと他方の蛍石レンズとを光軸を中心として約６０度だけ相対的に回転させるとは、一方の蛍石レンズおよび他方の蛍石レンズにおける光軸とは異なる方向に向けられる所定の結晶軸（たとえば結晶軸［−１１１］、［１１−１］、または［１−１１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度が約６０度であることを意味する。
【００２３】
具体的には、たとえば一方の蛍石レンズにおける結晶軸［−１１１］と、他方の蛍石レンズにおける結晶軸［−１１１］との光軸を中心とした相対的な角度が約６０度であることを意味する。そして、光軸を中心として約６０度だけ相対的に回転させるということは、光軸を中心として約６０度＋（ｎ×１２０度）だけ相対的に回転させること、すなわち６０度、１８０度、または３００度・・・だけ相対的に回転させることと同じ意味である（ここで、ｎは整数である）。
【００２４】
第２手法では、一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸［１００］（または結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸）とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを約４５度だけ相対的に回転させる。ここで、結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸とは、たとえば結晶軸［０１０］，［００１］である。また、一方の蛍石レンズと他方の蛍石レンズとを光軸を中心として約４５度だけ相対的に回転させるとは、一方の蛍石レンズおよび他方の蛍石レンズにおける光軸とは異なる方向に向けられる所定の結晶軸（たとえば結晶軸［０１０］，［００１］，［０１１］または［０１−１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度が約４５度であることを意味する。
【００２５】
具体的には、たとえば一方の蛍石レンズにおける結晶軸［０１０］と、他方の蛍石レンズにおける結晶軸［０１０］との光軸を中心とした相対的な角度が約４５度であることを意味する。そして、光軸を中心として約４５度だけ相対的に回転させるということは、光軸を中心として約４５度＋（ｎ×９０度）だけ相対的に回転させること、すなわち４５度、１３５度、２２５度、または３１５度・・・だけ相対的に回転させることと同じ意味である（ここで、ｎは整数である）。
【００２６】
また、本発明では、少なくとも１つの凹面反射鏡と屈折光学部材（レンズ成分）とを有する反射屈折光学系として投影光学系を構成することが望ましい。この構成により、大きな有効結像領域（実効露光領域）と大きな像側開口数ＮＡとを有する投影光学系を達成することができる。一般に、屈折光学部材のみで構成される屈折型の投影光学系の場合、像面湾曲を補正するために、開口数の小さい物体側（物体面の近傍）に正レンズ群と負レンズ群とを交互に配置して、ペッツバール和を０に近づける必要がある。
【００２７】
しかしながら、本発明のように像側開口数の大きな光学系では、物体側の開口数も大きいため、ペッツバール和を０に補正しつつ有効結像領域（実効露光領域）の全体に亘って球面収差やコマ収差を良好に補正することが困難となる。この場合、縮小倍率を１：４から１：５や１：６へさらに高倍率での縮小へ変更すれば、物体側の開口数が小さくなってペッツバール和の補正には有利となるが、露光装置において広い実効露光領域を確保しようとすると、マスクが大きくなりすぎるという不都合がある。
【００２８】
これに対し、少なくとも１つの凹面反射鏡と屈折光学部材とを有する反射屈折型の投影光学系では、凹面反射鏡が正の屈折力を持ちつつペッツバール和への寄与は負レンズと同様であるため、凹面反射鏡と正レンズとの組み合わせによりペッツバール和の補正が容易に可能である。その結果、反射屈折光学系の構成と、像面との間の光路中に高屈折率の液体（媒質）を介在させる液浸光学系の構成とを組み合わせることにより、大きい像側開口数および広い有効結像領域（実効露光領域）を有する投影光学系を達成することができる。
【００２９】
反射屈折光学系においては、凹面反射鏡に向かって進む光と凹面反射鏡で反射されて戻る光とを如何に分離するかが課題になる。また、像側開口数の大きい投影光学系では、光学素子の有効径が大きくなる（光学素子が大型化する）のを避けることはできない。したがって、透過反射面を有するプリズム型ビームスプリッタを利用する反射屈折光学系では、大型化したプリズム型ビームスプリッタの製造が困難になるという不都合がある。
【００３０】
本発明では、光軸に対して偏心した有効結像領域を有し、光路中に少なくとも１つの中間像を形成するように投影光学系を構成することが好ましい。この構成により、中間像の形成位置の付近に光路分離用の平面反射鏡を配置して、凹面反射鏡に向かって進む光と凹面反射鏡で反射されて戻る光とを容易に分離することができる。また、本発明では、高い解像力を得るために、像側の開口数が１以上であることが好ましい。
【００３１】
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の基準光軸ＡＸに平行にＺ軸を、基準光軸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。
【００３２】
図示の露光装置は、紫外領域の照明光を供給するための光源１００として、ＡｒＦエキシマレーザ光源を備えている。光源１００から射出された光は、照明光学系ＩＬを介して、所定のパターンが形成されたレチクル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。
【００３３】
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、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（スリット状）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。
【００３４】
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。
【００３５】
図２は、本実施形態の第１実施例においてウェハ上に形成される矩形状の実効露光領域と基準光軸との位置関係を示す図である。本実施形態の第１実施例では、図２に示すように、基準光軸ＡＸを中心とした半径Ｂを有する円形状の領域（イメージサークル）ＩＦ内において、基準光軸ＡＸから−Ｙ方向に軸外し量Ａだけ離れた位置に所望の大きさを有する矩形状の実効露光領域ＥＲが設定されている。ここで、実効露光領域ＥＲのＸ方向の長さはＬＸであり、そのＹ方向の長さはＬＹである。
【００３６】
換言すると、第１実施例では、基準光軸ＡＸから−Ｙ方向に軸外し量Ａだけ離れた位置に所望の大きさを有する矩形状の実効露光領域ＥＲが設定され、基準光軸ＡＸを中心として実効露光領域ＥＲを包括するように円形状のイメージサークルＩＦの半径Ｂが規定されている。したがって、図示を省略したが、これに対応して、レチクルＲ上では、基準光軸ＡＸから＋Ｙ方向に軸外し量Ａに対応する距離だけ離れた位置に実効露光領域ＥＲに対応した大きさおよび形状を有する矩形状の照明領域（すなわち実効照明領域）が形成されていることになる。
【００３７】
図３は、本実施形態の第２実施例においてウェハ上に形成される矩形状の実効露光領域と基準光軸との位置関係を示す図である。本実施形態の第２実施例では、図３に示すように、基準光軸ＡＸを中心とした半径Ｂを有する円形状の領域（イメージサークル）ＩＦ内において、基準光軸ＡＸを中心としてＸ方向に沿って細長く延びた矩形状の実効露光領域ＥＲが設定されている。ここで、実効露光領域ＥＲのＸ方向の長さはＬＸであり、そのＹ方向の長さはＬＹである。したがって、図示を省略したが、これに対応して、レチクルＲ上では、基準光軸ＡＸを中心として実効露光領域ＥＲに対応した大きさおよび形状を有する矩形状の照明領域（すなわち実効照明領域）が形成されていることになる。
【００３８】
また、本実施形態の露光装置では、投影光学系ＰＬを構成する光学部材のうち最もレチクル側に配置された光学部材と最もウェハ側に配置された境界レンズ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。
【００３９】
図４は、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４を参照すると、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は、レチクル側（第１面側）に向かって凸面を有する。換言すれば、境界レンズＬｂのレチクル側の面Ｓｂは、正の屈折力を有する。そして、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中には、平行平面板Ｌｐが挿脱自在に配置されている。さらに、境界レンズＬｂと平行平面板Ｌｐとの間の光路および平行平面板Ｌｐ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、脱イオン水を用いている。
【００４０】
なお、投影光学系ＰＬに対してウェハＷを相対移動させつつ走査露光を行うステップ・アンド・スキャン方式の露光装置において、走査露光の開始から終了まで投影光学系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。
【００４１】
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。液体の供給量および回収量は、投影光学系ＰＬに対するウェハＷの相対移動速度に応じて調整されることになる。
【００４２】
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ＷＴ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。
【００４３】
このように、光源１００からウェハＷまでの光路の全体に亘って、露光光がほとんど吸収されることのない雰囲気が形成されている。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ＥＲ）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。
【００４４】
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。
【００４５】
【数１】
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｙ2／ｒ2｝1/2］＋Ｃ4・ｙ4＋Ｃ6・ｙ6＋Ｃ8・ｙ8＋Ｃ10・ｙ10＋Ｃ12・ｙ12＋Ｃ14・ｙ14 （ａ）
【００４６】
［第１実施例］
図５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。第１実施例において、投影光学系ＰＬは、物体面（第１面）に配置されたレチクルＲのパターンの中間像を形成するための第１結像光学系Ｇ１と、中間像からの光に基づいて像面（第２面）に配置されたウェハＷ上にレチクルパターンの縮小像を形成するための第２結像光学系Ｇ２とにより構成されている。ここで、第１結像光学系Ｇ１は凹面反射鏡ＣＭを含む反射屈折光学系であり、第２結像光学系Ｇ２は屈折光学系である。
【００４７】
第１結像光学系Ｇ１と第２結像光学系Ｇ２との間の光路中において中間像の形成位置の近傍には、第１結像光学系Ｇ１からの光を偏向するための第１光路折り曲げ鏡Ｍ１が配置されている。また、第１光路折り曲げ鏡Ｍ１と第２結像光学系Ｇ２との間の光路中には、第１光路折り曲げ鏡Ｍ１を介した第１結像光学系Ｇ１からの光を第２結像光学系Ｇ２に向かって偏向するための第２光路折り曲げ鏡Ｍ２が配置されている。
【００４８】
また、第１結像光学系Ｇ１および第２結像光学系Ｇ２は、重力方向（すなわち鉛直方向）に沿って直線状に延びた光軸をそれぞれ有する。その結果、レチクルＲおよびウェハＷは、重力方向と直交する面すなわち水平面に沿って互いに平行に配置されている。加えて、第１結像光学系Ｇ１を構成するすべてのレンズおよび第２結像光学系Ｇ２を構成するすべてのレンズも、各光軸上において水平面に沿って配置されている。
【００４９】
第１実施例にかかる投影光学系ＰＬにおいて、第１結像光学系Ｇ１は、レチクル側から順に、レチクル側に非球面形状の凸面を向けた負メニスカスレンズ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、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、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１５と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１６と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１７と、両凸レンズＬ１８と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１９と、凹面反射鏡ＣＭとにより構成されている。
【００５０】
一方、第２結像光学系Ｇ２は、光の進行方向に沿ってレチクル側から順に、両凸レンズＬ２１と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２２と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２３と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２４と、開口絞りＡＳと、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２５と、両凸レンズＬ２６と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２７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Ｌ２８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Ｌ２９と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２１０と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２１１（境界レンズＬｂ）とにより構成されている。
【００５１】
そして、境界レンズＬｂとしての平凸レンズＬ２１１とウェハＷとの間の光路中には、平行平面板Ｌｐが配置されている。また、境界レンズＬｂと平行平面板Ｌｐとの間の光路および平行平面板ＬｐとウェハＷとの間の光路には、脱イオン水からなる媒質Ｌｍが満たされている。第１実施例では、レチクルＲからの光が、レンズＬ１１〜Ｌ１９を介して、凹面反射鏡ＣＭに入射する。凹面反射鏡ＣＭで反射された光は、レンズＬ１９〜Ｌ１４を介して、第１光路折り曲げ鏡Ｍ１の近傍にレチクルＲの中間像を形成する。第１光路折り曲げ鏡Ｍ１で反射された光は、第２光路折り曲げ鏡Ｍ２で反射された後、レンズＬ２１〜Ｌ２１１（Ｌｂ）および平行平面板Ｌｐを介して、ウェハＷ上にレチクルＲの縮小像を形成する。
【００５２】
第１実施例では、投影光学系ＰＬを構成する光学要素は、石英（ＳｉＯ2）または蛍石（ＣａＦ2）により形成されている。具体的には、レンズＬ２１０、Ｌ２１１（Ｌｂ）および平行平面板Ｌｐは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。そして、一対の蛍石レンズＬ２１０およびＬ２１１（Ｌｂ）の結晶軸が所定の方位関係を満たすように設定されている。露光光であるＡｒＦエキシマレーザ光の発振中心波長は、１９３．３０６ｎｍであり、この中心波長に対する石英の屈折率は１．５６０３２６１、蛍石の屈折率は１．５０１４５４８である。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、露光光に対して１．４７の屈折率を有する脱イオン水を用いている。
【００５３】
次の表（１）に、第１実施例にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。表（１）において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率（全系の結像倍率）を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、ＢはウェハＷ上でのイメージサークルＩＦの半径を、Ａは実効露光領域ＥＲの軸外し量を、ＬＸは実効露光領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法（長辺の寸法）を、ＬＹは実効露光領域ＥＲのＹ方向に沿った寸法（短辺の寸法）をそれぞれ表している。また、面番号は物体面（第１面）であるレチクル面から像面（第２面）であるウェハ面への光線の進行する方向に沿ったレチクル側からの面の順序を、ｒは各面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径：ｍｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、ｎは中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００５４】
なお、面間隔ｄは、反射される度にその符号を変えるものとする。したがって、面間隔ｄの符号は、凹面反射鏡ＣＭから第１光路折り曲げ鏡Ｍ１の反射面までの光路中および第２光路折り曲げ鏡Ｍ２の反射面から像面までの光路中では負とし、その他の光路中では正としている。そして、第１結像光学系Ｇ１では、レチクル側に向かって凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率半径を負としている。一方、第２結像光学系Ｇ２では、レチクル側に向かって凹面の曲率半径を正とし、凸面の曲率半径を負としている。
【００５５】
【表１】
図６は、第１実施例における横収差を示す図である。収差図において、Ｙは像高を示している。図６の収差図から明らかなように、第１実施例では、反射屈折型の投影光学系においてＡｒＦエキシマレーザ光を用いて非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．０５）を確保しているにもかかわらず、実効露光領域の全体に亘って収差が良好に補正されていることがわかる。
【００５７】
［第２実施例］
図７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。第２実施例の投影光学系ＰＬは、第１実施例とは異なり屈折型の光学系である。すなわち、第２実施例にかかる投影光学系ＰＬは、レチクル側から順に、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズ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、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３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正メニスカスレンズ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、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１２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Ｌ１３と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズ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、開口絞りＡＳと、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１７と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１８と、両凸レンズＬ１９と、レチクル側に凸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、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２３（境界レンズＬｂ）とにより構成されている。
【００５８】
そして、境界レンズＬｂとしての負メニスカスレンズＬ２３とウェハＷとの間の光路中には、平行平面板Ｌｐが配置されている。また、境界レンズＬｂと平行平面板Ｌｐとの間の光路および平行平面板ＬｐとウェハＷとの間の光路には、脱イオン水からなる媒質Ｌｍが満たされている。第２実施例においても第１実施例と同様に、投影光学系ＰＬを構成する光学要素は、石英（ＳｉＯ2）または蛍石（ＣａＦ2）により形成されている。具体的には、レンズＬ２２、Ｌ２３（Ｌｂ）および平行平面板Ｌｐは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。そして、一対の蛍石レンズＬ２２およびＬ２３（Ｌｂ）の結晶軸が前述した所定の方位関係を満たすように設定されている。また、第２実施例においても第１実施例と同様に、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、蛍石の屈折率は１．５０１４５４８である。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、露光光に対して１．４７の屈折率を有する脱イオン水を用いている。
【００５９】
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。表（２）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、ＢはウェハＷ上でのイメージサークルＩＦの半径を、ＬＸは実効露光領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法（長辺の寸法）を、ＬＹは実効露光領域ＥＲのＹ方向に沿った寸法（短辺の寸法）をそれぞれ表している。
【００６０】
また、面番号は物体面（第１面）であるレチクル面から像面（第２面）であるウェハ面への光線の進行する方向に沿ったレチクル側からの面の順序を、ｒは各面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径：ｍｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、ｎは中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。そして、レチクル側に向かって凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率半径を負としている。
【００６１】
【表２】
図８は、第２実施例における横収差を示す図である。収差図において、Ｙは像高を示している。図８の収差図から明らかなように、第２実施例では、屈折型の投影光学系においてＡｒＦエキシマレーザ光を用いて比較的大きな像側開口数（ＮＡ＝１．０４）を確保しているにもかかわらず、実効露光領域の全体に亘って収差が良好に補正されていることがわかる。
【００６３】
こうして、第１実施例では、波長が１９３．３０６ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光に対して、１．０５の高い像側開口数を確保するとともに、ウェハＷ上において半径が１７．１ｍｍのイメージサークル内に諸収差が十分に補正された領域として、２６ｍｍ×４．５ｍｍの矩形状の実効露光領域（静止露光領域）を確保することができ、たとえば２６ｍｍ×３３ｍｍの矩形状の露光領域内に回路パターンを高解像度で走査露光することができる。
【００６４】
また、第２実施例では、波長が１９３．３０６ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光に対して、１．０４の高い像側開口数を確保するとともに、ウェハＷ上において半径が１２ｍｍのイメージサークル内に諸収差が十分に補正された領域として、２２ｍｍ×９ｍｍの矩形状の実効露光領域（静止露光領域）を確保することができ、たとえば２２ｍｍ×３３ｍｍの矩形状の露光領域内に回路パターンを高解像度で走査露光することができる。
【００６５】
図９は、媒質に接する光学要素と媒質との屈折率差を各実施例と同じに設定した場合の光学面における反射損失の角度特性を示す図である。なお、図９において、横軸は光学面への光線の入射角（度）を示し、縦軸は反射率（％）を示している。また、図９において、線ＲｐはＰ偏光に対する反射率を示し、線ＲｓはＳ偏光に対する反射率を示している。図９を参照すると、各実施例では、媒質Ｌｍに接する光学要素（Ｌｂ，Ｌｐ）と媒質Ｌｍとの屈折率差が条件式(１)および（２）を満足するように設定しているので、光学薄膜を付加しなくても、媒質Ｌｍに接する光学面での反射損失を低減することができることがわかる。
【００６６】
その結果、各実施例では、フレア等の迷光の発生を抑えて大きな実効的な像側開口数を確保することができ、しかも光学薄膜による光の吸収に起因する光学面での発熱を回避することができるので、露光装置の場合には露光中の結像性能の低下を回避することができる。また、各実施例では、媒質Ｌｍに接する光学要素（Ｌｂ，Ｌｐ）に蛍石を用いているが、一対の蛍石レンズの結晶軸が所定の方位関係を満たすように設定しているので、蛍石の固有複屈折の結像性能への影響を低減して、良好な結像性能を確保することができる。
【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１０のフローチャートを参照して説明する。
【００６８】
先ず、図１０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１１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１１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、マスクおよび基板を投影光学系に対して相対移動させながら基板の各露光領域に対してマスクパターンをスキャン露光するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、マスクと基板とを静止させた状態でマスクのパターンを基板へ一括的に転写し、基板を順次ステップ移動させて各露光領域にマスクパターンを逐次露光するステップ・アンド・リピート方式の露光装置に対して本発明を適用することもできる。
【００７４】
また、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。さらに、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。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の投影光学系では、像面との間の光路中に高屈折率の媒質を介在させ、境界レンズの物体側の面に正の屈折力を付与し、媒質に接する光学要素と媒質との屈折率差を小さく設定することにより、光学面での反射損失を良好に抑えて、大きな実効的な像側開口数を確保することができる。
【００７６】
したがって、本発明の投影光学系を用いる露光装置および露光方法では、大きな実効的な像側開口数を有し、ひいては高い解像度を有する投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に転写露光することができる。また、本発明の投影光学系を搭載した露光装置を用いて、高解像な投影光学系を介した高精度な投影露光により、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実施例においてウェハ上に形成される矩形状の実効露光領域と基準光軸との位置関係を示す図である。
【図３】第２実施例においてウェハ上に形成される矩形状の実効露光領域と基準光軸との位置関係を示す図である。
【図４】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５】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６】第１実施例における横収差を示す図である。
【図７】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８】第２実施例における横収差を示す図である。
【図９】媒質に接する光学要素と媒質との屈折率差を各実施例と同じに設定した場合の光学面における反射損失の角度特性を示す図である。
【図１０】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１１】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】
Ｌｂ 境界レンズ
Ｌｐ 平行平面板
Ｌｍ 媒体（脱イオン水）
Ｇ１ 第１結像光学系
Ｇ２ 第２結像光学系
ＣＭ 凹面反射鏡
Ｍ１ 第１光路折り曲げ鏡
Ｍ２ 第２光路折り曲げ鏡
Ｌｉ 各レンズ成分
１００ レーザー光源
ＩＬ 照明光学系
Ｒ レチクル
ＲＳ レチクルステージ
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
ＷＳ ウェハステージ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection optical system, an exposure apparatus, and an exposure method, and more particularly to a high-resolution projection optical system suitable for an exposure apparatus used when manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element, and the like in a photolithography process.
[0002]
[Prior art]
In a photolithography process for manufacturing a semiconductor element or the like, projection exposure for exposing a pattern image of a mask (or reticle) onto a wafer (or a glass plate or the like) coated with a photoresist or the like via a projection optical system. The device is being used. As the degree of integration of semiconductor elements and the like increases, the resolving power (resolution) required for a projection optical system of a projection exposure apparatus has been increasing.
[0003]
As a result, in order to satisfy the requirement for the resolving power of the projection optical system, it is necessary to shorten the wavelength λ of the illumination light (exposure light) and increase the image-side numerical aperture NA of the projection optical system. 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 · sin θ, where n is the refractive index of a medium (normally, gas such as air) between the projection optical system and the image plane, and θ is the maximum incident angle on the image plane. It is represented by
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, if an attempt is made to increase the numerical aperture NA by increasing the maximum incident angle θ, the incident angle to the image plane and the exit angle from the projection optical system increase, and the reflection loss at the optical surface increases. A large effective image-side numerical aperture cannot be secured. Therefore, a technique for increasing the numerical aperture NA by filling a medium such as a liquid having a high refractive index in an optical path between the projection optical system and the image plane is known. However, in the related art, it has been difficult to sufficiently suppress the reflection loss on the optical surface and secure a large effective image-side numerical aperture.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has a medium having a high refractive index interposed in an optical path between the image surface and the optical surface, thereby effectively suppressing the reflection loss on the optical surface to provide a large effective light source. It is an object of the present invention to provide a projection optical system capable of securing an image-side numerical aperture. It is another object of the present invention to provide an exposure apparatus and an exposure method capable of transferring and exposing a fine pattern with high precision through a projection optical system having a large effective image-side numerical aperture and thus a high resolution. And
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, according to a first aspect of the present invention, in a projection optical system that forms an image of a first surface on a second surface,
The projection optical system has a boundary lens having a first surface having a positive refractive power,
When the refractive index of the atmosphere in the optical path of the projection optical system is 1, the optical path between the boundary lens and the second surface is filled with a medium having a refractive index greater than 1.1, and When the refractive index is Nm and the refractive index of the optical material forming the boundary lens is Ns,
| Ns−Nm | <0.08
And a projection optical system characterized by satisfying the following condition: Preferably, the medium is a fluid. And it is more preferable that the medium is a liquid.
[0007]
According to a preferred mode of the first embodiment, at least one optical member having substantially no refractive power is disposed in an optical path between the boundary lens and the second surface, and the optical member having the substantially non-refractive power is disposed between the boundary lens and the optical member. When the optical path between the optical member and the optical path between the optical member and the second surface is filled with the medium, the refractive index of the medium is Nm, and the refractive index of the optical material forming the optical member is Np, | Np-Nm | <0.08 is satisfied. In this case, it is preferable that the optical member is disposed so as to be freely inserted and removed.
[0008]
Further, according to a preferred mode of the first embodiment, no optical thin film is added to the surfaces of all the optical elements in contact with the medium. Also, it is preferable that an image of the first surface is formed on the second surface based on light having a wavelength of 170 nm or more and 250 nm or less, and all optical elements in contact with the medium are formed of fluorite. . Further, it is preferable that a pair of fluorite optical members formed of fluorite is provided, and the crystal axes of the pair of fluorite optical members satisfy a predetermined orientation relationship.
[0009]
Further, according to a preferred aspect of the first aspect, the projection optical system is a catadioptric optical system including at least one concave reflecting mirror and a refractive optical member. In this case, it is preferable to have an effective imaging area decentered with respect to the optical axis, and to form at least one intermediate image in the optical path of the projection optical system. In the first embodiment, the numerical aperture on the second surface side is preferably 1 or more.
[0010]
In a second embodiment of the present invention, an illumination system for illuminating the mask set on the first surface, and an image of a pattern formed on the mask is formed on a photosensitive substrate set on the second surface. And a projection optical system according to the first aspect of the present invention.
[0011]
In a third aspect of the present invention, a mask set on the first surface is illuminated, and an image of a pattern formed on the mask is projected on the second surface via the projection optical system of the first aspect. An exposure method characterized by performing projection exposure on a reactive substrate.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the projection optical system of the present invention, a medium having a refractive index greater than 1.1 is interposed in the optical path between the boundary lens disposed closest to the image side (the second surface side) and the image plane. The image-side numerical aperture NA is increased. By the way, M. Switkes and M. Rothschild announced the `` Resolution Enhancement of 157-nm Lithography by Liquid Immersion '' at the `` Massachusetts Institute of Technology '' at `` SPIE2002 Microlithography '', and the wavelength λ was 200 nm or less for light. As a medium having a required transmittance, Fluorinert (Perfluoropolyethers: trade name of US 3M), deionized water, and the like are listed as candidates.
[0013]
Further, in the projection optical system of the present invention, by applying a positive refractive power to the object-side (first surface side) optical surface of the boundary lens, the reflection loss on this optical surface is reduced, and as a result, a large effective effect is obtained. A high image-side numerical aperture can be secured. Further, in the projection optical system of the present invention, the following conditional expression (1) is satisfied in order to reduce the reflection loss on the optical surface where the boundary lens contacts the medium (that is, the optical surface on the image side of the boundary lens).
| Ns-Nm | <0.08 (1)
[0014]
In the conditional expression (1), Nm is the refractive index of the medium, and Ns is the refractive index of the optical material forming the boundary lens. By setting the difference between the refractive indices of the boundary lens in contact with the medium and the medium to be sufficiently small so as to satisfy the conditional expression (1), the optical surface on the image side of the boundary lens can be used without adding an optical thin film. Can be reduced. As a result, generation of stray light such as flare can be suppressed, and a large effective image-side numerical aperture can be secured. Moreover, since heat generation on the optical surface due to light absorption by the optical thin film can be avoided, in the case of an exposure apparatus, it is possible to avoid a decrease in imaging performance during exposure.
[0015]
In order to further reduce the reflection loss on the image-side optical surface of the boundary lens, it is preferable to set the upper limit of conditional expression (1) to 0.05. Thus, in the present invention, a medium having a high refractive index is interposed in the optical path between the optical system and the image plane, the reflection loss on the optical surface can be favorably suppressed, and a large effective image-side numerical aperture can be secured. A projection optical system can be realized. Therefore, in the exposure apparatus and the exposure method using the projection optical system of the present invention, a fine pattern is transferred and exposed with high precision through a projection optical system having a large effective image-side numerical aperture and thus a high resolution. can do.
[0016]
By the way, as described above, as a medium having a high refractive index interposed between the boundary lens and the image plane, for example, deionized water is used so as to secure a required transmittance (suppress a light quantity loss). Liquids will be used. In the case of an exposure apparatus, the liquid is contaminated by photoresist or the like applied to a substrate such as a wafer, and the contaminated liquid also contaminates the optical surface on the image side of the boundary lens, thereby reducing the transmittance of the boundary lens and the liquid. Might be.
[0017]
Therefore, in the present invention, in order to prevent contamination of the optical surface on the image side of the boundary lens, an optical member such as a plane-parallel plate (generally, substantially in the optical path between the boundary lens and the image plane) is provided. It is preferable to dispose an optical member having no refracting power) so that it can be inserted and removed. In the manufacturing process of the projection optical system, the Petzval sum is calculated by preparing a plurality of optical members having slightly different refractive powers and selectively exchanging the optical members interposed between the boundary lens and the image plane. Can be adjusted to correct for field curvature.
[0018]
Further, it is preferable that the configuration is such that the attitude of the optical member having substantially no refractive power can be adjusted. In this case, by tilting (tilting) the optical member with respect to the optical axis, it is possible to correct asymmetric aberration caused by eccentricity of the lens. Further, in the present invention, in order to reduce the reflection loss on the optical surface where the optical member having substantially no refractive power contacts the medium (that is, the optical surface on the object side and the image side of the optical member), the following conditional expression (2): It is desirable to satisfy
| Np-Nm | <0.08 (2)
[0019]
In conditional expression (2), Nm is the refractive index of the medium, and Np is the refractive index of the optical material forming the optical member having substantially no refractive power. By setting the difference between the refractive index of the optical member and the medium in contact with the medium to be sufficiently small so as to satisfy the conditional expression (2), the optical member having almost no refractive power can be obtained without adding an optical thin film. The reflection loss on the object side and the image side optical surfaces can be reduced. In order to further reduce the reflection loss on the object-side and image-side optical surfaces of the optical member, it is preferable to set the upper limit of conditional expression (2) to 0.05.
[0020]
In addition, an optical material having a sufficiently large transmittance to light in the extreme ultraviolet region and having a low refractive index that satisfies the conditional expressions (1) and (2) is practically a fluorite ( CaFTwo ) Only. Therefore, for example, in a projection optical system that forms an object image based on light having a wavelength of 170 nm or more and 250 nm or less, all optical elements (such as the above-described boundary lens and optical members having substantially no refractive power) that come into contact with the medium are fluorescent. It is preferably formed of stone.
[0021]
Further, as described above, in a projection optical system using light in the extreme ultraviolet region, fluorite will be used as an optical material having a large transmittance and a low refractive index, but fluorite has an intrinsic birefringence, The imaging performance of the projection optical system is likely to deteriorate due to the influence of the intrinsic birefringence. Therefore, by setting the crystal axes of a pair of fluorite lenses (generally, a transmission optical member formed of fluorite, that is, a fluorite optical member) so as to satisfy a predetermined orientation relationship, the intrinsic birefringence of fluorite is reduced. It is preferable to reduce the influence on the imaging performance. Hereinafter, a typical method for realizing a lens configuration that is hardly affected by the intrinsic birefringence of fluorite will be briefly described.
[0022]
In the first method, the optical axes of a pair of fluorite lenses are aligned with the crystal axis [111] (or a crystal axis optically equivalent to the crystal axis [111]), and the pair of fluorite lenses are centered on the optical axis. Rotate the lens relatively by about 60 degrees. Here, the crystal axes optically equivalent to the crystal axis [111] are, for example, the crystal axes [−111], [1-11], and [11-1]. Further, to relatively rotate one fluorite lens and the other fluorite lens about the optical axis by about 60 degrees means that the direction of the fluorite lens is different from that of the one fluorite lens and the other fluorite lens. Means that a relative angle between predetermined crystal axes (for example, crystal axes [−111], [11-1], or [1-11]) directed around the optical axis is about 60 degrees. I do.
[0023]
Specifically, for example, the relative angle about the optical axis between the crystal axis [−111] of one fluorite lens and the crystal axis [−111] of the other fluorite lens is about 60 degrees. Means that. And, relatively rotating about the optical axis by about 60 degrees means relatively rotating about the optical axis by about 60 degrees + (n × 120 degrees), that is, 60 degrees, 180 degrees, Or, it has the same meaning as rotating relatively by 300 degrees (here, n is an integer).
[0024]
In the second method, the optical axes of a pair of fluorite lenses are aligned with the crystal axis [100] (or a crystal axis optically equivalent to the crystal axis [100]), and the pair of fluorite lenses are centered on the optical axis. Rotate the lens relatively by about 45 degrees. Here, crystal axes optically equivalent to the crystal axis [100] are, for example, the crystal axes [010] and [001]. Further, to relatively rotate one fluorite lens and the other fluorite lens about the optical axis by about 45 degrees means that the direction is different from the optical axes of the one fluorite lens and the other fluorite lens. Means that the relative angle of the predetermined crystal axes (for example, crystal axes [010], [001], [011], or [01-1]) oriented around the optical axis is about 45 degrees. I do.
[0025]
Specifically, for example, the relative angle of the crystal axis [010] of one fluorite lens and the crystal axis [010] of the other fluorite lens about the optical axis is about 45 degrees. means. And, relative rotation about the optical axis by about 45 degrees means that relative rotation about the optical axis by about 45 degrees + (n × 90 degrees), that is, 45 degrees, 135 degrees, This has the same meaning as rotating relatively by 225 degrees or 315 degrees... (Where n is an integer).
[0026]
In the present invention, it is desirable that the projection optical system be configured as a catadioptric optical system having at least one concave reflecting mirror and a refractive optical member (lens component). With this configuration, it is possible to achieve a projection optical system having a large effective image forming area (effective exposure area) and a large image-side numerical aperture NA. Generally, in the case of a refraction type projection optical system composed of only a refraction optical member, a positive lens group and a negative lens group are provided on the object side having a small numerical aperture (near the object plane) in order to correct the field curvature. It is necessary to arrange them alternately so that the Petzval sum approaches zero.
[0027]
However, in an optical system having a large numerical aperture on the image side as in the present invention, since the numerical aperture on the object side is also large, the spherical aberration is corrected over the entire effective imaging area (effective exposure area) while correcting the Petzval sum to zero. It is difficult to satisfactorily correct and coma. In this case, if the reduction magnification is changed from 1: 4 to 1: 5 or 1: 6 to reduce at a higher magnification, the numerical aperture on the object side becomes smaller, which is advantageous for correcting Petzval's sum. In order to secure a wide effective exposure area in the apparatus, there is a disadvantage that the mask becomes too large.
[0028]
On the other hand, in a catadioptric projection optical system having at least one concave reflecting mirror and a refractive optical member, the concave reflecting mirror has a positive refractive power and the contribution to the Petzval sum is similar to that of the negative lens. By using a combination of a concave reflecting mirror and a positive lens, the Petzval sum can be easily corrected. As a result, by combining the configuration of the catadioptric optical system and the configuration of the immersion optical system in which a liquid (medium) with a high refractive index is interposed in the optical path between the image plane and the image side, a large image-side numerical aperture and a wide A projection optical system having an effective image forming area (effective exposure area) can be achieved.
[0029]
In a catadioptric system, how to separate the light traveling toward the concave reflecting mirror and the light reflected back by the concave reflecting mirror becomes an issue. In a projection optical system having a large image-side numerical aperture, it is inevitable that the effective diameter of the optical element becomes large (the optical element becomes large). Therefore, in a catadioptric optical system using a prism type beam splitter having a transmission / reflection surface, there is an inconvenience that it is difficult to manufacture a large-sized prism type beam splitter.
[0030]
In the present invention, it is preferable that the projection optical system be configured to have an effective imaging region decentered with respect to the optical axis and form at least one intermediate image in the optical path. With this configuration, it is possible to arrange a plane reflecting mirror for separating the optical path near the position where the intermediate image is formed, and easily separate the light traveling toward the concave reflecting mirror from the light reflected back by the concave reflecting mirror. it can. In the present invention, in order to obtain high resolution, it is preferable that the numerical aperture on the image side is 1 or more.
[0031]
An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the Z axis is parallel to the reference optical axis AX of the projection optical system PL, the Y axis is parallel to the page of FIG. 1 in a plane perpendicular to the reference optical axis AX, and the Z axis is perpendicular to the page of FIG. The X axis is set individually.
[0032]
The illustrated exposure apparatus includes an ArF excimer laser light source as a
[0033]
The reticle R is held on the reticle stage RS in parallel with the XY plane via a reticle holder RH. A pattern to be transferred is formed on the reticle R, and a rectangular (slit-shaped) pattern area having a long side along the X direction and a short side along the Y direction in the entire pattern area is illuminated. Is done. The reticle stage RS can be moved two-dimensionally along the reticle surface (that is, the XY plane) by the action of a drive system (not shown), and its position coordinates are measured by an interferometer RIF using a reticle moving mirror RM. And the position is controlled.
[0034]
Light from the pattern formed on the reticle R forms a reticle pattern image on the wafer W as a photosensitive substrate via the projection optical system PL. The wafer W is held on a wafer stage WS via a wafer holder table WT in parallel with the XY plane. 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 correspond optically to the rectangular illumination area on the reticle R. A pattern image is formed on the substrate. 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.
[0035]
FIG. 2 is a diagram showing a positional relationship between a rectangular effective exposure area formed on a wafer and a reference optical axis in the first example of the present embodiment. In the first example of the present embodiment, as shown in FIG. 2, in a circular area (image circle) IF having a radius B centered on the reference optical axis AX, in the −Y direction from the reference optical axis AX. A rectangular effective exposure area ER having a desired size is set at a position separated by the off-axis amount A. Here, the length in the X direction of the effective exposure area ER is LX, and the length in the Y direction is LY.
[0036]
In other words, in the first embodiment, a rectangular effective exposure region ER having a desired size is set at a position away from the reference optical axis AX by the off-axis amount A in the −Y direction, and the center is centered on the reference optical axis AX. The radius B of the circular image circle IF is defined so as to cover the effective exposure region ER. Accordingly, although not shown, correspondingly, on the reticle R, a size corresponding to the effective exposure area ER is located at a position away from the reference optical axis AX by a distance corresponding to the off-axis amount A in the + Y direction. A rectangular illumination area having a shape (that is, an effective illumination area) is formed.
[0037]
FIG. 3 is a diagram showing a positional relationship between a rectangular effective exposure area formed on a wafer and a reference optical axis in a second example of the present embodiment. In the second example of the present embodiment, as shown in FIG. 3, in a circular area (image circle) IF having a radius B about the reference optical axis AX, the X direction about the reference optical axis AX is used. , A rectangular effective exposure area ER extending elongated along is set. Here, the length in the X direction of the effective exposure area ER is LX, and the length in the Y direction is LY. Accordingly, although not shown, correspondingly, on the reticle R, a rectangular illumination area having a size and a shape corresponding to the effective exposure area ER around the reference optical axis AX (that is, an effective illumination area) Is formed.
[0038]
Further, in the exposure apparatus of the present embodiment, the projection optical system PL is disposed between the optical member arranged closest to the reticle side and the boundary lens Lb arranged closest to the wafer side among the optical members constituting the projection optical system PL. The inside of the projection optical system PL is configured to maintain an airtight state, and the gas inside the projection optical system PL is replaced with an inert gas such as helium gas or nitrogen, or is maintained in a substantially vacuum state. Further, a reticle R, a reticle stage RS, and the like are disposed in a narrow optical path between the illumination optical system IL and the projection optical system PL, but a casing (not shown) that hermetically surrounds the reticle R, the reticle stage RS, and the like. Is filled with an inert gas such as nitrogen or helium gas, or is maintained in a substantially vacuum state.
[0039]
FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration between a boundary lens and a wafer in each embodiment. Referring to FIG. 4, in each embodiment, the boundary lens Lb disposed closest to the wafer side of the projection optical system PL has a convex surface toward the reticle side (first surface side). In other words, the reticle-side surface Sb of the boundary lens Lb has a positive refractive power. In the optical path between the boundary lens Lb and the wafer W, a parallel plane plate Lp is disposed so as to be freely inserted and removed. Further, the optical path between the boundary lens Lb and the plane parallel plate Lp and the optical path between the plane parallel plate Lp and the wafer W are filled with a medium Lm having a refractive index larger than 1.1. In each embodiment, deionized water is used as the medium Lm.
[0040]
Note that, in a step-and-scan type exposure apparatus that performs scanning exposure while relatively moving the wafer W with respect to the projection optical system PL, the boundary lens Lb of the projection optical system PL and the wafer W from the start to the end of scanning exposure. In order to keep the liquid medium Lm filled in the optical path between them, for example, the technology disclosed in International Publication No. WO99 / 49504, the technology disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-303114, or the like can be used.
[0041]
In the technique disclosed in International Publication No. WO99 / 49504, a liquid (medium Lm) adjusted to a predetermined temperature from a liquid supply device through a supply pipe and a discharge nozzle is supplied between the boundary lens Lb and the wafer W. The liquid is supplied so as to fill the optical path, and the liquid is recovered from the wafer W through the recovery pipe and the inflow nozzle by the liquid supply device. The supply amount and the recovery amount of the liquid are adjusted according to the relative moving speed of the wafer W with respect to the projection optical system PL.
[0042]
On the other hand, in the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-303114, the wafer holder table WT is formed in a container shape so that a liquid (medium Lm) can be accommodated, and at the center of the inner bottom (in the liquid). ) The wafer W is positioned and held by vacuum suction. The projection optical system PL is configured such that the distal end of the lens barrel reaches the liquid, and thus the optical surface of the boundary lens Lb on the wafer side reaches the liquid.
[0043]
Thus, an atmosphere in which the exposure light is hardly absorbed is formed over the entire optical path from the
[0044]
In each embodiment, the height of the aspheric surface in the direction perpendicular to the optical axis is y, and the distance (sag amount) along the optical axis from the tangent plane at the vertex of the aspheric surface to a position on the aspheric surface at the height y ) Is z, the vertex radius of curvature is r, the cone coefficient is κ, and the nth order aspheric coefficient is Cn Is represented by the following equation (a). In each embodiment, an asterisk is attached to the right side of the surface number for the lens surface formed in an aspherical shape.
[0045]
(Equation 1)
z = (yTwo / R) / [1+ ｛1- (1 + κ) · yTwo / RTwo ｝1/2 ] + CFour ・ YFour + C6 ・ Y6 + C8 ・ Y8 + CTen ・ YTen + C12 ・ Y12 + C14 ・ Y14 (A)
[0046]
[First embodiment]
FIG. 5 is a diagram illustrating a lens configuration of a projection optical system according to Example 1 of the present embodiment. In the first embodiment, the projection optical system PL includes a first imaging optical system G1 for forming an intermediate image of the pattern of the reticle R disposed on the object plane (first plane), and a light from the intermediate image. And a second imaging optical system G2 for forming a reduced image of the reticle pattern on the wafer W arranged on the image plane (second surface) based on the image data. Here, the first imaging optical system G1 is a catadioptric optical system including a concave reflecting mirror CM, and the second imaging optical system G2 is a refractive optical system.
[0047]
A first optical path for deflecting light from the first imaging optical system G1 is provided near an intermediate image forming position in an optical path between the first imaging optical system G1 and the second imaging optical system G2. A bending mirror M1 is arranged. In the optical path between the first optical path bending mirror M1 and the second image forming optical system G2, light from the first image forming optical system G1 via the first optical path bending mirror M1 is reflected by the second image forming optical system. A second optical path bending mirror M2 for deflecting toward the system G2 is arranged.
[0048]
The first imaging optical system G1 and the second imaging optical system G2 each have an optical axis extending linearly along the direction of gravity (that is, the vertical direction). As a result, reticle R and wafer W are arranged parallel to each other along a plane orthogonal to the direction of gravity, that is, a horizontal plane. In addition, all the lenses constituting the first imaging optical system G1 and all the lenses constituting the second imaging optical system G2 are also arranged along the horizontal plane on each optical axis.
[0049]
In the projection optical system PL according to the first example, the first imaging optical system G1 has, in order from the reticle side, a negative meniscus lens L11 having an aspherical convex surface facing the reticle side, and a concave surface facing the reticle side. A negative meniscus lens L12, a positive meniscus lens L13 having a concave aspheric surface facing the reticle side, a biconvex lens L14, a positive meniscus lens L15 having a convex convex surface facing the reticle side, and an aspheric concave surface facing the reticle side. A negative meniscus lens L16, a negative meniscus lens L17 having an aspherical concave surface facing the reticle side, a biconvex lens L18, a negative meniscus lens L19 having a concave surface facing the reticle side, and a concave reflecting mirror CM. Have been.
[0050]
On the other hand, the second imaging optical system G2 includes, in order from the reticle side, a biconvex lens L21, a negative meniscus lens L22 having an aspheric concave surface facing the reticle side, and an aspheric surface on the wafer side along the reticle side along the light traveling direction. A negative meniscus lens L23 with a concave surface facing the shape, a negative meniscus lens L24 with a concave surface facing the reticle side, an aperture stop AS, a positive meniscus lens L25 with a concave surface facing the reticle side, a biconvex lens L26, and a reticle side A positive meniscus lens L27 having a convex surface facing the surface, a positive meniscus lens L28 having an aspheric concave surface facing the wafer side, a positive meniscus lens L29 having an aspheric concave surface facing the wafer side, and a convex surface facing the reticle side. And a plano-convex lens L211 (boundary lens Lb) having a flat surface facing the wafer side.
[0051]
In the optical path between the plano-convex lens L211 as the boundary lens Lb and the wafer W, a parallel plane plate Lp is arranged. The optical path between the boundary lens Lb and the plane-parallel plate Lp and the optical path between the plane-parallel plate Lp and the wafer W are filled with a medium Lm made of deionized water. In the first embodiment, light from the reticle R enters the concave reflecting mirror CM via the lenses L11 to L19. The light reflected by the concave reflecting mirror CM forms an intermediate image of the reticle R near the first optical path bending mirror M1 via the lenses L19 to L14. The light reflected by the first optical path bending mirror M1 is reflected by the second optical path bending mirror M2, and then is reduced on the wafer W on the wafer W via the lenses L21 to L211 (Lb) and the plane parallel plate Lp. To form
[0052]
In the first embodiment, the optical element constituting the projection optical system PL is quartz (SiOTwo ) Or fluorite (CaFTwo ). Specifically, the lenses L210, L211 (Lb) and the plane-parallel plate Lp are formed of fluorite, and the other lens components are formed of quartz. The crystal axes of the pair of fluorite lenses L210 and L211 (Lb) are set so as to satisfy a predetermined orientation relationship. The oscillation center wavelength of the ArF excimer laser light as the exposure light is 193.306 nm, and the refractive index of quartz is 1.5603261 and the refractive index of fluorite is 1.5014548 with respect to this center wavelength. Further, as the medium Lm interposed between the boundary lens Lb and the wafer W, deionized water having a refractive index of 1.47 with respect to exposure light is used.
[0053]
Table 1 below summarizes the data values of the projection optical system PL according to the first example. In Table (1), λ is the central wavelength of the exposure light, β is the projection magnification (the imaging magnification of the entire system), NA is the numerical aperture on the image side (wafer side), and B is the image circle on the wafer W. The radius of the IF, A is the off-axis amount of the effective exposure area ER, LX is the dimension (long side dimension) of the effective exposure area ER along the X direction, and LY is the Y direction of the effective exposure area ER. Each dimension (dimension of the short side) is shown. The surface number is the order of the surface from the reticle side along the direction in which the light beam travels from the reticle surface, which is the object surface (first surface), to the wafer surface, which is the image surface (second surface), and r is The radius of curvature of the surface (vertical radius of curvature: mm in the case of an aspherical surface: mm), d represents the on-axis spacing of each surface, that is, the surface spacing (mm), and n represents the refractive index with respect to the center wavelength.
[0054]
It should be noted that the sign of the surface distance d changes each time it is reflected. Accordingly, the sign of the surface distance d is negative in the optical path from the concave reflecting mirror CM to the reflecting surface of the first optical path bending mirror M1 and in the optical path from the reflecting surface of the second optical path bending mirror M2 to the image plane, and other It is positive in the optical path. In the first imaging optical system G1, the radius of curvature of the convex surface toward the reticle side is positive, and the radius of curvature of the concave surface is negative. On the other hand, in the second imaging optical system G2, the radius of curvature of the concave surface toward the reticle side is positive, and the radius of curvature of the convex surface is negative.
[0055]
[Table 1]
FIG. 6 is a diagram illustrating the lateral aberration in the first example. In the aberration diagrams, Y indicates the image height. As is clear from the aberration diagram of FIG. 6, in the first embodiment, a very large image-side numerical aperture (NA = 1.05) is secured by using an ArF excimer laser beam in the catadioptric projection optical system. However, it can be seen that the aberration is satisfactorily corrected over the entire effective exposure area.
[0057]
[Second embodiment]
FIG. 7 is a diagram illustrating a lens configuration of a projection optical system according to Example 2 of the present embodiment. The projection optical system PL of the second embodiment is a refraction type optical system unlike the first embodiment. That is, the projection optical system PL according to the second example includes, in order from the reticle side, a biconcave lens L1 having an aspherical concave surface facing the wafer side, a negative meniscus lens L2 having a concave surface facing the reticle side, and a reticle side. A negative meniscus lens L3 having a concave surface facing the lens, a positive meniscus lens L4 having an aspherical concave surface facing the reticle side, a biconvex lens L5, a positive meniscus lens L6 having a convex surface facing the reticle side, and a convex surface facing the reticle side. , A positive meniscus lens L8 having a convex surface facing the reticle side, a negative meniscus lens L9 having a convex surface facing the reticle side, and a biconcave lens L10 having an aspherical concave surface facing the reticle side. A biconcave lens L11 having an aspheric concave surface facing the wafer side, a biconcave lens L12 having an aspheric concave surface facing the wafer side, Positive meniscus lens L13 having an aspheric concave surface on the side, a positive meniscus lens L14 having a concave surface on the reticle side, a biconvex lens L15, a negative meniscus lens L16 having a convex surface facing the reticle side, and an aperture stop AS A positive meniscus lens L17 having a concave surface facing the reticle side; a positive meniscus lens L18 having a concave surface facing the reticle side; a biconvex lens L19; a positive meniscus lens L20 having a convex surface facing the reticle side; It is composed of a positive meniscus lens L21 having a spherical concave surface, a positive meniscus lens L22 having a convex surface facing the reticle side, and a negative meniscus lens L23 (boundary lens Lb) having a convex surface facing the reticle side.
[0058]
A parallel plane plate Lp is arranged in the optical path between the negative meniscus lens L23 as the boundary lens Lb and the wafer W. The optical path between the boundary lens Lb and the plane-parallel plate Lp and the optical path between the plane-parallel plate Lp and the wafer W are filled with a medium Lm made of deionized water. In the second embodiment, as in the first embodiment, the optical element constituting the projection optical system PL is quartz (
[0059]
Table 2 below summarizes the data values of the projection optical system PL according to the second example. In Table (2), λ is the center wavelength of the exposure light, β is the projection magnification, NA is the numerical aperture of the image side (wafer side), B is the radius of the image circle IF on the wafer W, and LX is the effective The dimension (long side dimension) of the exposure region ER along the X direction and LY represent the dimension (short side dimension) of the effective exposure region ER along the Y direction.
[0060]
The surface number is the order of the surface from the reticle side along the direction in which the light beam travels from the reticle surface, which is the object surface (first surface), to the wafer surface, which is the image surface (second surface), and r is The radius of curvature of the surface (vertical radius of curvature: mm in the case of an aspherical surface: mm), d represents the on-axis spacing of each surface, that is, the surface spacing (mm), and n represents the refractive index with respect to the center wavelength. The radius of curvature of the convex surface toward the reticle side is positive, and the radius of curvature of the concave surface is negative.
[0061]
[Table 2]
FIG. 8 is a diagram illustrating the lateral aberration in the second example. In the aberration diagrams, Y indicates the image height. As is clear from the aberration diagram of FIG. 8, in the second embodiment, a relatively large image-side numerical aperture (NA = 1.04) is secured by using an ArF excimer laser beam in the refraction type projection optical system. Nevertheless, it can be seen that the aberration is favorably corrected over the entire effective exposure area.
[0063]
Thus, in the first embodiment, a high image-side numerical aperture of 1.05 is ensured with respect to the ArF excimer laser light having a wavelength of 193.306 nm, and an image circle having a radius of 17.1 mm is formed on the wafer W. As a region in which various aberrations are sufficiently corrected, a rectangular effective exposure region (static exposure region) of 26 mm × 4.5 mm can be secured. For example, a circuit pattern is formed in a rectangular exposure region of 26 mm × 33 mm. Scanning exposure can be performed at high resolution.
[0064]
In the second embodiment, a high image-side numerical aperture of 1.04 is secured for ArF excimer laser light having a wavelength of 193.306 nm, and various aberrations are formed on a wafer W within an image circle having a radius of 12 mm. Can be secured as a region in which the pattern is sufficiently corrected, and a 22 mm × 9 mm rectangular effective exposure region (static exposure region) can be secured. For example, a circuit pattern can be scanned at a high resolution within a 22 mm × 33 mm rectangular exposure region. Can be exposed.
[0065]
FIG. 9 is a diagram showing the angle characteristics of the reflection loss on the optical surface when the difference in the refractive index between the optical element in contact with the medium and the medium is set to be the same as in each embodiment. In FIG. 9, the horizontal axis represents the angle of incidence (degree) of the light beam on the optical surface, and the vertical axis represents the reflectance (%). In FIG. 9, a line Rp indicates the reflectance for P-polarized light, and a line Rs indicates the reflectance for S-polarized light. Referring to FIG. 9, in each embodiment, the refractive index difference between the optical element (Lb, Lp) in contact with the medium Lm and the medium Lm is set so as to satisfy the conditional expressions (1) and (2). It can be seen that the reflection loss on the optical surface in contact with the medium Lm can be reduced without adding an optical thin film.
[0066]
As a result, in each of the embodiments, a large effective image-side numerical aperture can be secured by suppressing generation of stray light such as flare, and heat generation on the optical surface due to light absorption by the optical thin film is avoided. Therefore, in the case of an exposure apparatus, it is possible to avoid a decrease in imaging performance during exposure. In each embodiment, fluorite is used for the optical elements (Lb, Lp) in contact with the medium Lm. However, since the crystal axes of the pair of fluorite lenses are set to satisfy a predetermined orientation relationship, The influence of the intrinsic birefringence of the fluorite on the imaging performance can be reduced, and good imaging performance can be ensured.
[0067]
In the exposure apparatus of the above-described embodiment, the reticle (mask) is illuminated by the illumination device (illumination step), and a transfer pattern formed on the mask is exposed on the photosensitive substrate using the projection optical system (exposure step). Thereby, a micro device (semiconductor element, image pickup element, liquid crystal display element, thin film magnetic head, etc.) can be manufactured. Hereinafter, an example of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. Will be explained.
[0068]
First, in step 301 of FIG. 10, a metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step 302, a photoresist is applied on the metal film on the l lot of wafers. Thereafter, in step 303, using the exposure apparatus of this embodiment, an image of the pattern on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of the lot through the projection optical system. Thereafter, in step 304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step 305, the resist on the one lot of wafers is etched using the resist pattern as a mask, thereby forming a pattern on the mask. A corresponding circuit pattern is formed in each shot area on each wafer.
[0069]
Thereafter, a device such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer and the like. According to the above-described semiconductor device manufacturing method, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput. In steps 301 to 305, a metal is vapor-deposited on the wafer, a resist is applied on the metal film, and the respective steps of exposure, development, and etching are performed. After a silicon oxide film is formed on the silicon oxide film, a resist may be applied on the silicon oxide film, and each step of exposure, development, etching and the like may be performed.
[0070]
In the exposure apparatus of the present embodiment, a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). Hereinafter, an example of the technique at this time will be described with reference to the flowchart in FIG. In FIG. 11, in a pattern forming step 401, a so-called photolithography step of transferring and exposing a mask pattern onto a photosensitive substrate (a glass substrate coated with a resist) using the exposure apparatus of the present embodiment is performed. By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. Thereafter, the exposed substrate undergoes each of a developing process, an etching process, a resist stripping process, and the like, whereby a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming process 402.
[0071]
Next, in a color filter forming step 402, a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix, or three sets of R, G, B Are formed in a horizontal scanning line direction to form a color filter. Then, after the color filter forming step 402, a cell assembling step 403 is performed. In the cell assembly step 403, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401, the color filter obtained in the color filter formation step 402, and the like. In the cell assembling step 403, for example, a liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step 401 and the color filter obtained in the color filter forming step 402, and a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is formed. ) To manufacture.
[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 device, a liquid crystal display device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
[0073]
In the above-described embodiment, the present invention is applied to a step-and-scan exposure apparatus that scans and exposes a mask pattern to each exposure region of a substrate while moving a mask and a substrate relative to a projection optical system. Has been applied. However, without being limited to this, a step of collectively transferring the pattern of the mask to the substrate while the mask and the substrate are stationary, sequentially moving the substrate in steps, and sequentially exposing the mask pattern to each exposure region The present invention can be applied to an exposure apparatus of an AND repeat system.
[0074]
Further, in the above-described embodiment, the ArF excimer laser light source is used.Two Other suitable light sources, such as a laser light source, can also be used. Furthermore, in the above-described embodiment, the present invention is applied to the projection optical system mounted on the exposure apparatus. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to other general projection optical systems. Can also be applied.
[0075]
【The invention's effect】
As described above, in the projection optical system of the present invention, a medium having a high refractive index is interposed in the optical path between the image plane and the object, and a positive refractive power is given to the object-side surface of the boundary lens, and By setting the refractive index difference between the optical element and the medium that are in contact with each other to be small, reflection loss on the optical surface can be suppressed well, and a large effective image-side numerical aperture can be secured.
[0076]
Therefore, in the exposure apparatus and the exposure method using the projection optical system of the present invention, a fine pattern is transferred and exposed with high precision through a projection optical system having a large effective image-side numerical aperture and thus a high resolution. can do. Further, by using an exposure apparatus equipped with the projection optical system of the present invention, a good microdevice can be manufactured by high-precision projection exposure through a high-resolution projection optical system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a positional relationship between a rectangular effective exposure area formed on a wafer and a reference optical axis in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a positional relationship between a rectangular effective exposure area formed on a wafer and a reference optical axis in a second embodiment.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration between a boundary lens and a wafer in each embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a lens configuration of a projection optical system according to Example 1 of the present embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing lateral aberration in the first example.
FIG. 7 is a diagram showing a lens configuration of a projection optical system according to Example 2 of the present embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing lateral aberration in the second example.
FIG. 9 is a diagram showing the angle characteristics of reflection loss on an optical surface when the difference in the refractive index between the optical element in contact with the medium and the medium is set to be the same as in each embodiment.
FIG. 10 is a flowchart of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device.
FIG. 11 is a flowchart of a method for obtaining a liquid crystal display element as a micro device.
[Explanation of symbols]
Lb boundary lens
Lp Parallel flat plate
Lm medium (deionized water)
G1 First imaging optical system
G2 Second imaging optical system
CM concave reflector
M1 First optical path bending mirror
M2 Second optical path bending mirror
Li Each lens component
100 laser light source
IL illumination optical system
R reticle
RS reticle stage
PL projection optical system
W wafer
WS wafer stage
Claims (11)
Translated fromJapanese前記投影光学系は、第１面側の面が正の屈折力を有する境界レンズを有し、
前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記境界レンズと前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する媒質で満たされ、
前記媒質の屈折率をＮｍとし、前記境界レンズを形成する光学材料の屈折率をＮｓとするとき、
｜Ｎｓ−Ｎｍ｜＜０．０８
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 that forms an image of a first surface on a second surface,
The projection optical system has a boundary lens having a first surface having a positive refractive power,
When the refractive index of the atmosphere in the optical path of the projection optical system is 1, the optical path between the boundary lens and the second surface is filled with a medium having a refractive index greater than 1.1,
When the refractive index of the medium is Nm and the refractive index of the optical material forming the boundary lens is Ns,
| Ns−Nm | <0.08
A projection optical system that satisfies the following condition:
前記境界レンズと前記光学部材との間の光路および前記光学部材と前記第２面との間の光路は前記媒質で満たされ、
前記媒質の屈折率をＮｍとし、前記光学部材を形成する光学材料の屈折率をＮｐとするとき、
｜Ｎｐ−Ｎｍ｜＜０．０８
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。In an optical path between the boundary lens and the second surface, at least one optical member having substantially no refractive power is disposed,
An optical path between the boundary lens and the optical member and an optical path between the optical member and the second surface are filled with the medium,
When the refractive index of the medium is Nm and the refractive index of the optical material forming the optical member is Np,
| Np-Nm | <0.08
The projection optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
前記媒質に接するすべての光学要素は蛍石で形成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。Forming an image of the first surface on the second surface based on light having a wavelength of 170 nm or more and 250 nm or less;
The projection optical system according to any one of claims 1 to 4, wherein all optical elements in contact with the medium are formed of fluorite.
前記一対の蛍石光学部材の結晶軸が所定の方位関係を満たす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。Having a pair of fluorite optical members formed of fluorite,
The projection optical system according to claim 1, wherein crystal axes of the pair of fluorite optical members satisfy a predetermined orientation relationship.
前記投影光学系の光路中に少なくとも１つの中間像を形成することを特徴とする請求項７に記載の投影光学系。Having an effective imaging region decentered with respect to the optical axis,
The projection optical system according to claim 7, wherein at least one intermediate image is formed in an optical path of the projection optical system.
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