JP4328940B2 - 投影光学系、露光装置、および露光方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影光学系、露光装置、および露光方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子などのマイクロデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に好適な投影光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子等を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターン像を、投影光学系を介して、レジストの塗布されたウェハ（またはガラスプレート等）上に転写する露光装置が使用されている。この種の露光装置では、半導体集積回路等のパターンの微細化が進むに従って、投影光学系に対する解像力の向上が望まれている。投影光学系の解像力を向上させるには、露光光の波長をより短くするか、あるいは開口数をより大きくすることが考えられる。近年、露光光の短波長化のために、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光源（１９３ｎｍ）が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＡｒＦエキシマレーザー光源では、狭帯域化が進められているものの、依然として数分の１ｐｍ程度の半値幅がある。したがって、すべての光学部材が石英で形成されている投影光学系に対してＡｒＦエキシマレーザー光源を用いると、無視することのできない量の色収差が発生する。その結果、投影光学系を介して形成される像のコントラストが低下し、像の劣化の原因となる。
【０００４】
そこで、ＡｒＦエキシマレーザー光源のさらなる狭帯域化が望まれるが、狭帯域化にも限界がありその改善も困難であるため、石英からなる光学部材（以下、単に「石英レンズ成分」という）と蛍石からなる光学部材（以下、単に「蛍石レンズ成分」という）とを組み合わせて色収差を補正する方法が考えられる。しかしながら、蛍石は、固有複屈折性を有し、また均質性の良いレンズ成分を製造することが難しく、フレアなどの原因になる可能性があるとされている。したがって、投影光学系において蛍石レンズ成分を無制限に用いることは好ましくない。
【０００５】
一方、石英レンズ成分では、ＡｒＦエキシマレーザー光の影響により、体積収縮による局所的屈折率変化すなわちコンパクションが起こると考えられている。換言すれば、光エネルギーの比較的大きい位置に石英レンズ成分を配置すると、コンパクションが起こり易く、投影光学系の結像性能が低下する可能性がある。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、石英レンズ成分と蛍石レンズ成分との適切な組み合わせにより、蛍石の固有複屈折や石英のコンパクションなどの影響を良好に抑えつつ、色収差の良好に補正された結像性能の高い投影光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光に対して高い結像性能を有する投影光学系を用いて、高い解像力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。
【０００７】
【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、
前記投影光学系中の複数のレンズのうち最も第２面側に配置されて蛍石で形成された第１蛍石レンズと、該第１蛍石レンズの前記第１面側に隣接して配置されて蛍石で形成された第２蛍石レンズとを含み、
前記第１蛍石レンズの屈折力をＰ１とし、前記第２蛍石レンズの屈折力をＰ２とし、前記第１面と前記第２面との距離をＬとするとき、
０．１２５＜Ｐ１・Ｌ＜６．２５
０．１２５＜Ｐ２・Ｌ＜６．２５
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。
【０００８】
第１形態の好ましい態様によれば、前記第２蛍石レンズの有効径をφ２とし、前記第１面と前記第２面との距離をＬとするとき、０．１＜φ２／Ｌ＜０．２の条件を満足する。
【０００９】
本発明の第２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、
最も第２面側に配置されて蛍石で形成された第１蛍石レンズと、該第１蛍石レンズの前記第１面側に隣接して配置されて蛍石で形成された第２蛍石レンズとを含み、
前記第２蛍石レンズの有効径をφ２とし、前記第１面と前記第２面との距離をＬとするとき、
０．１＜φ２／Ｌ＜０．２
の条件を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１０】
第１形態および第２形態の好ましい態様によれば、前記第１蛍石レンズの結晶軸と前記第２蛍石レンズの結晶軸とが所定方位関係を満たすように配置されている。また、前記投影光学系中の複数のレンズのうち、前記第１蛍石レンズおよび前記第２蛍石レンズだけが蛍石で形成されていることが好ましい。さらに、前記第２面側の開口数が０．８５以上であり、前記第２面における最大像高が１３．７５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１１】
本発明の第３形態では、前記第１面に配置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面に配置された感光性基板上に形成するための第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。
【００１２】
本発明の第４形態では、前記第１面に配置されたマスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを第１形態または第２形態の投影光学系を介して前記第２面に配置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。
【００１３】
【発明の実施の形態】
ＡｒＦエキシマレーザー光を用いる投影光学系において、石英のコンパクションの影響を抑えるには、光エネルギー密度が高くなる部位に石英レンズ成分ではなく蛍石レンズ成分を配置することが効果的である。すなわち、投影光学系を構成する複数のレンズのうち、最も像側（第２面側）に蛍石レンズ成分を配置することが効果的である。
【００１４】
一方、蛍石の固有複屈折の影響を抑えるには、互いに隣接する一対の蛍石レンズ成分の結晶軸が所定の方位関係を満たすように配置することが効果的である。すなわち、実施例において具体的に後述するように、一対の蛍石レンズ成分のある結晶軸が投影光学系の光軸とほぼ一致し、且つ一対の蛍石レンズ成分の別の結晶軸が光軸廻りに相対的な所定の回転角度関係を満たすように配置することが効果的である。
【００１５】
以上の理由から、本発明の投影光学系では、最も像側（第２面側）のレンズとして第１蛍石レンズを配置し、この第１蛍石レンズの物体側（第１面側）に隣接して第２蛍石レンズを配置している。そして、本発明では、この基本的構成において、第１蛍石レンズおよび第２蛍石レンズが次の条件式（１）および（２）をそれぞれ満足する。
０．１２５＜Ｐ１・Ｌ＜６．２５ （１）
０．１２５＜Ｐ２・Ｌ＜６．２５ （２）
【００１６】
ここで、Ｐ１は第１蛍石レンズの屈折力（パワー）であり、Ｐ２は第２蛍石レンズの屈折力であり、Ｌは物体面（第１面）と像面（第２面）との距離すなわち物像間距離である。条件式（１）および（２）の下限値を下回ると、第１蛍石レンズの屈折力および第２蛍石レンズの屈折力が小さくなりすぎて、投影光学系の最大径を小さくすることが困難になるだけでなく、軸上色収差を小さくすることも困難になってしまう。また、第１蛍石レンズおよび第２蛍石レンズへの入射角を小さくすることが困難になり、蛍石の固有複屈折の影響が大きくなる。また、コートによる光量損失の低減が困難になってしまう。
【００１７】
一方、条件式（１）および（２）の上限値を上回ると、第１蛍石レンズの屈折力および第２蛍石レンズの屈折力が大きくなりすぎて、倍率色収差の悪化を防ぐことが困難になるだけでなく、気圧変化による収差変動を光の波長変化により補正することが困難になってしまう。なお、気圧変化による収差変動を光の波長変化により補正する技術の詳細については、たとえば特開２０００−７５４９３号公報（特に段落［００３０］など）を参照することができる。
【００１８】
また、本発明では、上述の基本的構成において、第２蛍石レンズが次の条件式（３）を満足する。なお、条件式（３）において、φ２は第２蛍石レンズの有効径（直径）である。
０．１＜φ２／Ｌ＜０．２ （３）
【００１９】
条件式（３）の上限値を上回ると、第２蛍石レンズの有効径が大きくなりすぎて、全体に亘って均質性の良好な蛍石成分を製造することが困難になってしまう。一方、条件式（３）の下限値を下回ると、第２蛍石レンズの有効径が小さくなりすぎて、たとえば第２蛍石レンズに隣接する石英レンズ成分の有効径も比較的小さくなり、この石英レンズ成分に照射される光のエネルギー密度が高くなってコンパクションが発生し易くなってしまう。
【００２０】
以上のように、本発明では、石英レンズ成分と蛍石レンズ成分との適切な組み合わせにより、蛍石の固有複屈折や石英のコンパクションなどの影響を良好に抑えつつ、色収差の良好に補正された結像性能の高い投影光学系を実現することができる。したがって、本発明の露光装置および露光方法では、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光に対して高い結像性能を有する投影光学系を用いて、高い解像力で良好な投影露光を行うことができ、ひいては高い解像力で良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【００２１】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる投影光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。なお、図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に平行にＹ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に垂直にＸ軸を設定している。
【００２２】
図１に示す露光装置は、照明光を供給するための光源ＬＳとして、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光源（波長１９３．３ｎｍ）を備えている。光源ＬＳから射出された光は、照明光学系ＩＬを介して、所定のパターンが形成された投影原版としてのレチクル（マスク）Ｒを照明する。照明光学系ＩＬは、露光光の照度分布を均一化するためのフライアイレンズ、照明開口絞り、可変視野絞り（レチクルブラインド）、コンデンサレンズ系等から構成されている。
【００２３】
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。レチクルステージＲＳは、図示を省略した駆動系の作用により、レチクル面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はレチクル移動鏡ＲＭを用いた干渉計ＲＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。レチクルＲに形成されたパターンからの光は、投影光学系ＰＬを介して、フォトレジストの塗布されたウェハＷ（感光性基板）上にレチクルパターン像を形成する。
【００２４】
投影光学系ＰＬは、その瞳位置の近傍に配置された可変の開口絞りＡＳ（図１では不図示）を有し、レチクルＲ側およびウェハＷ側の双方において実質的にテレセントリックに構成されている。そして、投影光学系ＰＬの瞳位置には照明光学系の照明瞳面における二次光源の像が形成され、投影光学系ＰＬを介した光によってウェハＷがケーラー照明される。ウェハＷは、ウェハテーブル（ウェハホルダ）ＷＴを介して、ウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。
【００２５】
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。こうして、本実施形態では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら各露光領域に対してレチクルＲのパターンを一括的に露光する動作を繰り返すことにより、すなわちステップ・アンド・リピート方式により、ウェハＷの各露光領域にはレチクルＲのパターンが逐次露光される。
【００２６】
以下、具体的な数値例に基づいて、本実施形態の投影光学系ＰＬの各実施例を説明する。各実施例において、投影光学系ＰＬを構成するレンズ成分は石英（ＳｉＯ₂）または蛍石（ＣａＦ₂）で形成されている。また、光源ＬＳから供給されるＡｒＦエキシマレーザー光の中心波長は１９３．３０６であり、この中心波長に対する蛍石の屈折率は１．５０１４５４８であり、石英の屈折率は１．５６０３２６１である。そして、１９３．３０６ｎｍ＋０．３ｐｍ＝１９３．３０６３ｎｍの波長に対する蛍石の屈折率は１．５０１４５４５であり、石英の屈折率は１．５６０３２５４である。一方、１９３．３０６ｎｍ−０．３ｐｍ＝１９３．３０５７ｎｍの波長に対する蛍石の屈折率は１．５０１４５５１であり、石英の屈折率は１．５６０３２６４である。
【００２７】
また、各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｚとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣ_nとしたとき、以下の数式（ａ）で表される。後述の表（１）および（２）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。
【００２８】
【数１】
ｚ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｙ²／ｒ²｝^1/2］
＋Ｃ₄・ｙ⁴＋Ｃ₆・ｙ⁶＋Ｃ₈・ｙ⁸＋Ｃ₁₀・ｙ¹⁰＋・・・ （ａ）
【００２９】
［第１実施例］
図２は、第１実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図２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、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた平凹レンズ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、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負メニスカスレンズＬ１１と、両凹レンズＬ１２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Ｌ１３と、両凸レンズＬ１４と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１５と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１６と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１７と、開口絞りＡＳと、両凹レンズＬ１８と、両凸レンズＬ１９と、レチクル側に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、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２３と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２４と、レチクル側に凸面を向けた平凸レンズＬ２５とにより構成されている。第１実施例では、投影光学系ＰＬを構成する２５個のレンズ成分Ｌ１〜Ｌ２５のうち、２つのレンズＬ２４およびＬ２５だけが蛍石で形成され、その他の２３個のレンズＬ１〜Ｌ２３は石英で形成されている。
【００３０】
次の表（１）に、第１実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。表（１）の主要諸元において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、Ｙ₀は最大像高（イメージフィールド半径）をそれぞれ表している。また、表（１）の光学部材諸元において、面番号はレチクル側からの面の順序を、ｒは各面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径：ｍｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、ｎは露光光の中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。上述の表記は、以降の表（２）においても同様である。
【００３１】
【表１】
（主要諸元）
λ＝１９３．３０６ｎｍ
β＝−１／４
ＮＡ＝０．８５
Ｙ₀＝１３．８５ｍｍ

（非球面データ）
２面
κ＝０
Ｃ₄＝−１．１１２５×１０^-7 Ｃ₆＝３．３４９６４×１０^-12
Ｃ₈＝−１．４２６８４×１０^-16 Ｃ₁₀＝３．９８８２×１０^-21
Ｃ₁₂＝８．１７３４７×１０^-25 Ｃ₁₄＝−６．８７６６５×１０^-29
５面
κ＝０
Ｃ₄＝５．３４２３７×１０^-9 Ｃ₆＝−９．７２６６７×１０^-14
Ｃ₈＝−５．８４８０８×１０^-18 Ｃ₁₀＝２．９９１７４×１０^-22
Ｃ₁₂＝１．０１７６２×１０^-26 Ｃ₁₄＝−６．７４７２６×１０^-31
１６面
κ＝０
Ｃ₄＝６．１９１９１×１０^-8 Ｃ₆＝−１．２１２３５×１０^-12
Ｃ₈＝６．９１１３５×１０^-17 Ｃ₁₀＝−２．３６５６１×１０^-21
Ｃ₁₂＝９．７３１２０×１０^-26 Ｃ₁₄＝−７．４６７３６×１０^-31
２２面
κ＝０
Ｃ₄＝−９．３１０７３×１０^-8 Ｃ₆＝１．７８５６４×１０^-12
Ｃ₈＝−２．０４３４８×１０^-16 Ｃ₁₀＝２．０６６６９×１０^-21
Ｃ₁₂＝−９．２５１７２×１０^-27 Ｃ₁₄＝−１．７８３５７×１０^-28
２５面
κ＝０
Ｃ₄＝３．０５５９９×１０^-8 Ｃ₆＝１．３７０５９×１０^-12
Ｃ₈＝５．０３０８６×１０^-17 Ｃ₁₀＝６．８２８４×１０^-21
Ｃ₁₂＝−１．４３２１４×１０^-25 Ｃ₁₄＝８．６９８８４×１０^-29
３０面
κ＝０
Ｃ₄＝４．１８７４３×１０^-8 Ｃ₆＝−３．１１３７９×１０^-13
Ｃ₈＝−８．１８９４８×１０^-18 Ｃ₁₀＝２．４３２０８×１０^-22
Ｃ₁₂＝−９．６３９３７×１０^-29 Ｃ₁₄＝−６．６９０１９×１０^-32
４７面
κ＝０
Ｃ₄＝４．４７６２２×１０^-9 Ｃ₆＝１．１５４３９×１０^-13
Ｃ₈＝−１．９０１２６×１０^-17 Ｃ₁₀＝８．９１８５７×１０^-22
Ｃ₁₂＝−３．２７６７３×１０^-26 Ｃ₁₄＝８．５６７９３×１０^-31
（条件式対応値）
Ｐ１＝０．０００２ｍｍ^-1
Ｐ２＝０．０００６ｍｍ^-1
Ｌ＝１２５０ｍｍ
φ２＝１８０．６ｍｍ
（１）Ｐ１・Ｌ＝０．２５
（２）Ｐ２・Ｌ＝０．７５
（３）φ２／Ｌ＝０．１４４５
【００３２】
図３は、第１実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。また、図４は、第１実施例における横収差を示す図である。各収差図において、ＮＡは像側の開口数を、Ｙは像高（ｍｍ）をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。さらに、各収差図は中心波長に対する収差を示しているが、横収差を示す収差図において、線Ｃ＋は１９３．３０６ｎｍ＋０．３ｐｍ＝１９３．３０６３ｎｍの波長を、線Ｃ−は１９３．３０６ｎｍ−０．３ｐｍ＝１９３．３０５７ｎｍの波長をそれぞれ示している。上述の表記は、以降の図６および図７においても同様である。各収差図から明らかなように、第１実施例では、０．８５という大きな開口数および１３．８５ｍｍという大きな最大像高を確保しているにもかかわらず、波長幅が１９３．３０６ｎｍ±０．３ｐｍの露光光に対して色収差および単色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００３３】
［第２実施例］
図５は、第２実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図５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、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた平凹レンズＬ１と、両凹レンズＬ２と、両凸レンズ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負メニスカスレンズＬ１１と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１２と、両凸レンズＬ１３と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１４と、レチクル側に凹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正メニスカスレンズＬ１６と、開口絞りＡＳと、両凹レンズＬ１７と、両凸レンズＬ１８と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズ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平凸レンズＬ２３とにより構成されている。
【００３４】
第２実施例では、投影光学系ＰＬを構成する２３個のレンズ成分Ｌ１〜Ｌ２３のうち、２つのレンズＬ２２およびＬ２３だけが蛍石で形成され、その他の２１個のレンズＬ１〜Ｌ２１は石英で形成されている。次の表（２）に、第２実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。
【００３５】
【表２】
（主要諸元）
λ＝１９３．３０６ｎｍ
β＝−１／４
ＮＡ＝０．８５
Ｙ₀＝１３．７５ｍｍ

（非球面データ）
２面
κ＝０
Ｃ₄＝−０．１１４９５２×１０^-6 Ｃ₆＝３．７１４３１×１０^-12
Ｃ₈＝−１．６６８０５×１０^-16 Ｃ₁₀＝１．０５×１０^-20
Ｃ₁₂＝−０．４２９９７０×１０^-24 Ｃ₁₄＝−８．３２５４８×１０^-30
７面
κ＝０
Ｃ₄＝−０．１０３３０８×１０^-7 Ｃ₆＝−２．０４７４２×１０^-13
Ｃ₈＝−３．４５２３２×１０^-18 Ｃ₁₀＝−２．６３６２４×１０^-22
Ｃ₁₂＝０．１０４７２３×１０^-25 Ｃ₁₄＝−６．５９６６３×１０^-31
１９面
κ＝０
Ｃ₄＝−０．２３０２９７×１０^-6 Ｃ₆＝２．０２８３７×１０^-11
Ｃ₈＝−６．８７２７１×１０^-16 Ｃ₁₀＝−３．７５４８１×１０^-20
Ｃ₁₂＝０．３５８５２６×１０^-23 Ｃ₁₄＝−１．２１４１３×１０^-28
２２面
κ＝０
Ｃ₄＝−２．３２０７３×１０^-7 Ｃ₆＝１．４２９４８×１０^-11
Ｃ₈＝１．８１２４３×１０^-16 Ｃ₁₀＝−４．７９９６７×１０^-20
Ｃ₁₂＝１．１１８９６×１０^-23 Ｃ₁₄＝−１．９７５４９×１０^-27
２４面
κ＝０
Ｃ₄＝６．２０２６３×１０^-8 Ｃ₆＝−１．７１７８×１０^-12
Ｃ₈＝−４．９７６３２×１０^-16 Ｃ₁₀＝３．９５８６８×１０^-21
Ｃ₁₂＝３．４０８７３×１０^-24 Ｃ₁₄＝−１．６８６１４×１０^-28
２８面
κ＝０
Ｃ₄＝１．２６９６×１０^-8 Ｃ₆＝−４．１２９１×１０^-13
Ｃ₈＝６．４３９６５×１０^-18 Ｃ₁₀＝１．８４７０２×１０^-22
Ｃ₁₂＝−７．９２１４２×１０^-27 Ｃ₁₄＝９．３４８０２×１０^-32
４３面
κ＝０
Ｃ₄＝−１．５０８６３×１０^-8 Ｃ₆＝−１．６８８５１×１０^-13
Ｃ₈＝−１．２６４１３×１０^-18 Ｃ₁₀＝−８．８４０６１×１０^-23
Ｃ₁₂＝−３．６２３９５×１０^-27 Ｃ₁₄＝３．７４６８９×１０^-31
（条件式対応値）
Ｐ１＝０．０００２ｍｍ^-1
Ｐ２＝０．００２３ｍｍ^-1
Ｌ＝１２５０ｍｍ
φ２＝１８２．０ｍｍ
（１）Ｐ１・Ｌ＝０．２５
（２）Ｐ２・Ｌ＝２．８７５
（３）φ２／Ｌ＝０．１４５６
【００３６】
図６は、第２実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。また、図７は、第２実施例における横収差を示す図である。各収差図から明らかなように、第２実施例においても第１実施例と同様に、０．８５という大きな開口数および１３．７５ｍｍという大きな最大像高を確保しているにもかかわらず、波長幅が１９３．３０６ｎｍ±０．３ｐｍの露光光に対して色収差および単色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００３７】
ところで、第１実施例および第２実施例では、一対の蛍石レンズ（第１蛍石レンズおよび第２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できる。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。
【００３８】
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。
【００３９】
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）。
【００４０】
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。
【００４１】
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）。
【００４２】
上述の実施形態の露光装置では、照明系によってレチクル（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８のフローチャートを参照して説明する。
【００４３】
先ず、図８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。
【００４４】
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。
【００４５】
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９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９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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
なお、上述の実施形態では、ウェハＷの各露光領域に対してレチクルＲのパターンを一括的に露光するステップ・アンド・リピート方式の露光装置に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、ウェハＷとレチクルＲとを投影光学系ＰＬに対して相対移動させつつウェハＷの各露光領域に対してレチクルＲのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に本発明を適用することもできる。
【００４９】
また、上述の実施形態では、１９３ｎｍの波長光を供給するＡｒＦエキシマレーザー光源を用いているが、これに限定されることなく、たとえば２４８．４ｎｍの波長光を供給するＫｒＦエキシマレーザー光源など、他の適当な光源に対して本発明を適用することもできる。
【００５０】
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。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、石英レンズ成分と蛍石レンズ成分との適切な組み合わせにより、蛍石の固有複屈折や石英のコンパクションなどの影響を良好に抑えつつ、色収差の良好に補正された結像性能の高い投影光学系を実現することができる。したがって、本発明の露光装置および露光方法では、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光に対して高い結像性能を有する投影光学系を用いて、高い解像力で良好な投影露光を行うことができ、ひいては高い解像力で良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる投影光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】第１実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図３】第１実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図４】第１実施例における横収差を示す図である。
【図５】第２実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図６】第２実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図７】第２実施例における横収差を示す図である。
【図８】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９】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
ＬＳ 光源
ＩＬ 照明光学系
Ｒ レチクル
ＲＳ レチクルステージ
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
ＷＳ ウェハステージ
ＡＳ 開口絞り
Ｌｉ レンズ成分

Claims (6)

1. 第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
   前記投影光学系中の複数のレンズのうち最も第２面側に配置されて蛍石で形成された第１蛍石レンズと、該第１蛍石レンズの前記第１面側に隣接して配置されて蛍石で形成された第２蛍石レンズとを含み、
   前記第１蛍石レンズの屈折力をＰ１とし、前記第２蛍石レンズの屈折力をＰ２とし、前記第２蛍石レンズの有効径をφ２とし、前記第１面と前記第２面との距離をＬとするとき、
   ０．１２５＜Ｐ１・Ｌ＜６．２５
   ０．１２５＜Ｐ２・Ｌ＜６．２５
   ０．１＜φ２／Ｌ＜０．２
   の条件を満足し、
   前記投影光学系中の前記複数のレンズのうち、前記第１蛍石レンズおよび前記第２蛍石レンズだけが蛍石で形成され、その他のレンズは石英で形成されていることを特徴とする投影光学系。
2. 前記第１蛍石レンズの結晶軸と前記第２蛍石レンズの結晶軸とが所定方位関係を満たすように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
3. 前記投影光学系は、ＡｒＦエキシマレーザ光源からの光に基づいて、前記第１面の前記像を前記第２面上に形成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。
4. 前記第２面側の開口数が０．８５以上であり、前記第２面における最大像高が１３．７５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投影光学系。
5. 前記第１面に配置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面に配置された感光性基板上に形成するための請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
6. 前記第１面に配置されたマスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投影光学系を介して前記第２面に配置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。

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