JP4779394B2

JP4779394B2 - 投影光学系、露光装置、および露光方法

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Publication number: JP4779394B2
Application number: JP2005083634A
Authority: JP
Inventors: 雅人熊澤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2025-03-23
Also published as: JP2006267383A

Description

本発明は、投影光学系、露光装置、および露光方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するため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。

近年、パソコンやテレビ等の表示素子として、液晶表示パネルが多用されている。液晶表示パネルは、プレート（ガラス基板）上に透明薄膜電極をフォトリソグラフィの手法で所望の形状にパターンニングすることによって製造される。このフォトリソグラフィ工程のための装置として、マスク上に形成された原画パターンを、投影光学系を介してプレート上のフォトレジスト層に投影露光する露光装置が用いられている（たとえば特許文献１を参照）。

特開２００２−７２０８０号公報

なお、最近では、液晶表示パネルの高精細化が一層求められるとともに、画素部分以外に例えばドライバー回路などを同一基板上に製造するようになってきている。このため、露光装置では、投影光学系の解像度の向上（解像力の向上）が求められている。また、スループットの向上のために、投影光学系の有効結像領域（収差が所望の状態に抑えられている結像領域）を大きく確保し、ひいては露光領域（静止露光領域）を大きく確保することが求められている。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、高い解像度および大きな有効結像領域を有し、諸収差が良好に補正された高性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、高い解像度および大きな有効結像領域を有し、諸収差が良好に補正された高性能な投影光学系を用いて、感光性基板上の大きな露光領域に微細なパターンを高スループットで高精度に投影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。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群と、負の屈折力を有する第６レンズ群と、正の屈折力を有する第７レンズ群とを備え、
第１レンズの像側の屈折面の曲率半径をＲ１２とし、前記第１レンズの像側に隣り合う第２レンズの物体側の屈折面の曲率半径をＲ２１とし、前記第１レンズと前記第２レンズとの合成焦点距離をＦ１２とするとき、
｜（Ｒ１２−Ｒ２１）／Ｆ１２｜＜５
の条件を満足する前記第１レンズと前記第２レンズとの組合せを少なくとも１組有し、
前記第１レンズの物体側の屈折面と前記第２レンズの像側の屈折面とは共に、物体側に凹面または凸面を向けていることを特徴とする投影光学系を提供する。

本発明の第２形態では、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群と、負の屈折力を有する第６レンズ群と、正の屈折力を有する第７レンズ群とを備え、
前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とし、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４とし、前記第５レンズ群の焦点距離をｆ５とするとき、
１＜｜ｆ３／ｆ４｜＜２
０．５＜｜ｆ５／ｆ４｜＜１
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。

本発明の第３形態では、第１形態または第２形態の投影光学系を備え、前記投影光学系の物体面に設定される所定のパターンを前記投影光学系の像面に配置される感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の第４形態では、第１形態または第２形態の投影光学系を介して、前記投影光学系の物体面に設定される所定のパターンを前記投影光学系の像面に配置される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。

本発明の典型的な形態にしたがう投影光学系では、物体側から順に正・負・正・負・正・負・正の屈折力配置を有する７群構成において、所定の条件式（１）を満足する第１レンズと第２レンズとの組合せを少なくとも１組有し、第１レンズの物体側の屈折面と第２レンズの像側の屈折面とが共に物体側に凹面または凸面を向けている。この構成により、色収差の補正および像面湾曲収差の補正を良好に行うことができる。

すなわち、本発明では、高い解像度および大きな有効結像領域を有し、諸収差が良好に補正された高性能な投影光学系を実現することができる。また、本発明の露光装置および露光方法では、高い解像度および大きな有効結像領域を有し、諸収差が良好に補正された高性能な投影光学系を用いているので、感光性基板上の大きな露光領域に微細なパターンを高スループットで高精度に投影露光することができ、ひいては高精度なマイクロデバイスを高スループットで製造することができる。

第１発明の投影光学系では、物体側から順に正・負・正・負・正・負・正の屈折力配置を有する７群構成において、次の条件式（１）を満足する第１レンズと第２レンズとの組合せを少なくとも１組有する。条件式（１）において、Ｒ１２は第１レンズの像側の屈折面の曲率半径であり、Ｒ２１は第１レンズの像側に隣り合う第２レンズの物体側の屈折面の曲率半径であり、Ｆ１２は第１レンズと第２レンズとの合成焦点距離である。
｜（Ｒ１２−Ｒ２１）／Ｆ１２｜＜５（１）

条件式（１）の上限値を上回ると、第１レンズの像側の屈折面の曲率半径Ｒ１２と第２レンズの物体側の屈折面の曲率半径Ｒ２１との差が大きくなり過ぎて、色収差の良好な補正が困難になってしまう。なお、本発明の効果をさらに良好に発揮するには、条件式（１）の上限値を３に設定することが好ましい。

また、第１発明の投影光学系では、第１レンズの物体側の屈折面と第２レンズの像側の屈折面とが共に物体側に凹面または凸面を向けている。この構成により、像面湾曲収差の補正を良好に行うことができ、ひいては像面の良好な平坦性を確保することができる。

第１発明では、第１レンズと第２レンズとの組合せを２組有し、第１の組と第２の組との間の光路中に開口絞りが配置されていることが好ましい。このように、開口絞りを挟んで第１レンズと第２レンズとの組合せを２組配置することにより、色収差の補正機能を第１の組と第２の組とによりできるだけ等分に分担し、他の収差の発生を抑えつつ色収差の補正を良好に行うことができる。特に、第１の組を第２レンズ群中に配置し、第２の組を第６レンズ群中に配置することが好ましい。このように、第１の組と第２の組とを光学系中においてほぼ対称的な位置に配置することにより、色収差の補正をバランス良く行うことができる。

また、第１発明では、第１レンズおよび第２レンズのうちの一方のレンズが正の屈折力を有し、他方のレンズが負の屈折力を有し、一方の正レンズの分散値νｐおよび他方の負レンズの分散値νｎが、次の条件式（２）を満足することが好ましい。
νｎ／νｐ＜０．８（２）

ここで、レンズの分散値νは、次の式（ａ）により定義される。式（ａ）において、λｃは使用光の中心波長であり、ｎ（λ）は波長λの光に対するレンズの屈折率であり、使用光の波長範囲をλｃ±Δλとする。
ν＝｛ｎ（λｃ）−１｝／｛ｎ（λｃ−Δλ）−ｎ（λｃ＋Δλ）｝（ａ）

条件式（２）の上限値を上回ると、投影光学系を構成する光学部材（レンズなど）の組み立てに要求される精度が高くなり過ぎるので好ましくない。ちなみに、現存する光学材料では、条件式（２）の最小値は約０．１である。本発明の効果をさらに良好に発揮するには、条件式（２）の上限値を０．６に設定することがさらに好ましい。

第２発明の投影光学系では、物体側から順に正・負・正・負・正・負・正の屈折力配置を有する７群構成において、次の条件式（３）および（４）を満足している。条件式（３）および（４）において、ｆ３は第３レンズ群の焦点距離であり、ｆ４は第４レンズ群の焦点距離であり、ｆ５は第５レンズ群の焦点距離である。
１＜｜ｆ３／ｆ４｜＜２（３）
０．５＜｜ｆ５／ｆ４｜＜１（４）

条件式（３）を満足することにより、第３レンズ群を径方向に大型化することなく、像面の良好な平坦性を確保することができる。同様に、条件式（４）を満足することにより、第５レンズ群を径方向に大型化することなく、像面の良好な平坦性を確保することができる。なお、本発明の効果をさらに良好に発揮するには、条件式（３）の下限値を１．０５に設定し、上限値を１．５０に設定することが好ましい。また、条件式（４）の下限値を０．５５に設定し、上限値を０．８０に設定することが好ましい。

なお、第１発明および第２発明では、投影光学系の投影倍率の大きさは１よりも大きいことが好ましい。この構成により、規格化された所定サイズのマスク（レチクル）に対して、大きな有効結像領域を確保し、露光装置の場合には大きな露光領域（静止露光領域）を確保することができる。

また、第１発明および第２発明では、非球面形状に形成された光学面と開口絞りとを有し、次の条件式（５）を満足することが好ましい。条件式（５）において、ＴＤは投影光学系の物体面と像面との距離（物像点間距離）であり、ＬＤは非球面形状の光学面と開口絞りとの光軸に沿った距離である。
ＬＤ／ＴＤ＜０．２（５）

条件式（５）の上限値を上回ると、軸上収差（球面収差など）を良好に補正することが困難になるので好ましくない。本発明の効果をさらに良好に発揮するには、条件式（５）の上限値を０．１５に設定することがさらに好ましい。

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。図１において、感光性基板であるプレート（レジストの塗布されたガラス基板）Ｐの表面の法線方向に沿ってＺ軸を、プレートＰの面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、プレートＰの面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。

図１に示す露光装置は、たとえば高圧水銀ランプからなる光源１を備えている。光源１は、回転楕円面からなる反射面を有する楕円鏡２の第１焦点位置に位置決めされている。したがって、光源１から射出された照明光束は、楕円鏡２の反射面で反射され、折り曲げミラー３を介して、楕円鏡２の第２焦点位置に光源像を形成する。楕円鏡２の第２焦点位置に形成された光源像からの光束は、コリメートレンズ４によりほぼ平行な光束に変換された後、所望の波長域の光束を選択的に透過させる波長選択フィルター５に入射する。

波長選択フィルター５では、たとえばｉ線（λ≒３６５ｎｍ）の光だけが選択的に透過する。波長選択フィルター５を介して選択されたｉ線の光は、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ６に入射する。なお、波長選択フィルター５では、たとえばｉ線の光とｇ線（λ≒４３６ｎｍ）の光とｈ線（λ≒４０５ｎｍ）の光とを同時に選択することもできるし、ｈ線の光とｉ線の光とを同時に選択することもできる。

フライアイレンズ６は、正の屈折力を有する多数のレンズエレメントをその光軸が基準光軸ＡＸと平行になるように縦横に且つ稠密に配列することによって構成されている。フライアイレンズ６を構成する各レンズエレメントは、マスク上において形成すべき照野の形状（ひいてはプレート上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。したがって、フライアイレンズ６に入射した光束は多数のレンズエレメントにより波面分割され、各レンズエレメントの後側焦点面には１つの光源像がそれぞれ形成される。

すなわち、フライアイレンズ６の後側焦点面には、多数の光源像からなる実質的な面光源すなわち二次光源が形成される。フライアイレンズ６の後側焦点面に形成された二次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り７に入射する。開口絞り７は、後述する投影光学系ＰＬの入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、二次光源の照明に寄与する範囲を規定するための可変開口部を有する。

開口絞り７は、可変開口部の開口径を変化させることにより、照明条件を決定するσ値（投影光学系の瞳面の開口径に対するその瞳面上での二次光源像の口径の比）を所望の値に設定する。開口絞り７を介した二次光源からの光は、コンデンサー光学系８の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。

こうして、マスクＭ上には、フライアイレンズ６の各レンズエレメントの断面形状と相似な矩形状の照明領域が形成される。なお、マスクＭ上に形成される照明領域の形状を規定するための視野絞りとしてのマスクブラインドおよびブラインド結像光学系をコンデンサー光学系８とマスクＭとの間の光路中に配置することもできる。マスクＭは、マスクホルダ（不図示）を介して、マスクステージＭＳ上においてＸＹ平面（すなわち水平面）に平行に保持されている。

マスクステージＭＳは、図示を省略した駆動系の作用により、マスクＭのパターン面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はマスク干渉計（不図示）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。マスクＭのパターンを透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるプレートＰ上の矩形状の露光領域（静止露光領域）にマスクパターン像を形成する。

プレートＰは、プレートホルダ（不図示）を介して、プレートステージＰＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。プレートステージＰＳは、図示を省略した駆動系の作用によりプレートＰの露光面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はプレート干渉計（不図示）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、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面内においてプレートＰを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、プレートＰの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。

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、光源１から供給される露光光の中心波長λｃは３６５．０１５ｎｍであり、露光光の波長範囲λｃ±Δλは、３６５．０１５ｎｍ±３ｎｍである。また、各実施例において、投影光学系ＰＬは、マスク側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、負屈折力の第４レンズ群Ｇ４と、正屈折力の第５レンズ群Ｇ５と、負屈折力の第６レンズ群Ｇ６と、正屈折力の第７レンズ群Ｇ７とにより構成されている。

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（ｂ）で表される。後述の表（１）および表（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。

ｚ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｙ²／ｒ²｝^1/2］
＋Ｃ₄・ｙ⁴＋Ｃ₆・ｙ⁶＋Ｃ₈・ｙ⁸＋Ｃ₁₀・ｙ¹⁰
＋Ｃ₁₂・ｙ¹²＋Ｃ₁₄・ｙ¹⁴ （ｂ）

［第１実施例］
図２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２を参照すると、第１実施例の投影光学系ＰＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、マスク側から順に、マスク側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と、両凸レンズＬ１２と、両凸レンズＬ１３と、両凸レンズＬ１４とにより構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、マスク側から順に、マスク側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と、プレート側に平面を向けた平凹レンズＬ２２と、両凹レンズＬ２３と、両凸レンズＬ２４とにより構成されている。

第３レンズ群Ｇ３は、マスク側から順に、マスク側に平面を向けた平凸レンズＬ３１と、マスク側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３２と、両凸レンズＬ３３とにより構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、マスク側から順に、両凹レンズＬ４１と、マスク側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４２とにより構成されている。第５レンズ群Ｇ５は、マスク側から順に、両凸レンズＬ５１と、両凸レンズＬ５２と、マスク側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５３と、プレート側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５４とにより構成されている。

第６レンズ群Ｇ６は、マスク側から順に、両凸レンズＬ６１と、両凹レンズＬ６２と、マスク側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６３と、両凹レンズＬ６４と、マスク側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ６５とにより構成されている。第７レンズ群Ｇ７は、マスク側から順に、マスク側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ７１と、両凸レンズＬ７２と、両凸レンズＬ７３と、プレート側に平面を向けた平凸レンズＬ７４と、両凹レンズＬ７５とにより構成されている。

第１実施例では、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の光路中に開口絞りＡＳが配置されている。また、第２レンズ群Ｇ２中の負レンズＬ２３および正レンズＬ２４が条件式（１）を満たす第１レンズおよび第２レンズをそれぞれ構成し、第６レンズ群Ｇ６中の正レンズＬ６１および負レンズＬ６２が条件式（１）を満たす第１レンズ（第３レンズ）および第２レンズ（第４レンズ）をそれぞれ構成している。また、レンズＬ５４のプレート側の光学面だけが非球面形状に形成されている。

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、λｃは露光光の中心波長を、λｃ±Δλは露光光の波長範囲を、βは投影倍率の大きさを、ＮＡは像側（プレート側）開口数を、Ｙ₀は最大像高（イメージフィールド半径）を、ＴＤは全長（マスクＭとプレートＰとの距離）をそれぞれ表わしている。また、表（１）の光学部材諸元において、面番号はマスク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λｃに対する屈折率を、νは各レンズの分散値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。

表（１）
（主要諸元）
λｃ＝３６５．０１５ｎｍ
λｃ±Δλ＝３６５．０１５ｎｍ±３ｎｍ
β＝１．２５
ＮＡ＝０．１４５
Ｙ₀＝９３．５ｍｍ
ＴＤ＝１４９７．４ｍｍ

（光学部材諸元）
面番号ｒｄｎ ν
（マスク面） 90.000
1 2991.500 20.000 1.474557 539.4 L11
2 454.006 28.837
3 1246.180 30.370 1.612905 277.6 L12
4 -380.525 1.200
5 609.340 29.980 1.612905 277.6 L13
6 -623.770 1.200
7 536.230 30.149 1.612905 277.6 L14
8 -900.120 1.215
9 1498.890 20.480 1.474557 539.4 L21
10 171.846 36.217
11 -405.369 17.980 1.487604 674.4 L22
12 ∞ 120.802
13 -158.316 18.040 1.612905 277.6 L23
14 359.949 3.411
15 386.986 40.687 1.487604 674.4 L24
16 -298.501 1.180
17 ∞ 39.644 1.474557 539.4 L31
18 -203.040 1.200
19 1077.800 18.157 1.615211 458.7 L32
20 373.239 2.224
21 249.267 38.227 1.474557 539.4 L33
22 -820.100 14.385
23 -278.142 16.056 1.474557 539.4 L41
24 321.607 44.425
25 -186.045 21.005 1.487604 674.4 L42
26 -308.425 0.100
27 ∞ 8.094 AS
28 2991.500 41.832 1.487604 674.4 L51
29 -256.717 1.180
30 548.590 38.440 1.487604 674.4 L52
31 -615.980 1.180
32 225.295 41.772 1.474557 539.4 L53
33 1114.260 5.046
34 334.697 29.000 1.474557 539.4 L54
35* 874.405 1.180
36 247.119 41.145 1.474557 539.4 L61
37 -1027.260 4.078
38 -805.830 19.103 1.612905 277.6 L62
39 130.441 56.212
40 1200.080 17.000 1.487604 674.4 L63
41 254.187 149.989
42 -240.979 16.980 1.474557 539.4 L64
43 1236.890 36.379
44 -159.009 19.980 1.474557 539.4 L65
45 -589.990 1.274
46 -2991.500 32.500 1.615211 458.7 L71
47 -350.988 1.170
48 2935.500 40.409 1.615211 458.7 L72
49 -325.621 1.375
50 444.925 35.037 1.612905 277.6 L73
51 -1757.000 1.170
52 454.745 31.000 1.612905 277.6 L74
53 ∞ 12.813
54 -724.690 21.000 1.474557 539.4 L75
55 340.506 103.918
（プレート面）

（非球面データ）
３５面
κ＝０
Ｃ₄＝０．１００５４２×１０^-7 Ｃ₆＝−０．９３２０７６×１０^-13
Ｃ₈＝０．３１０７１６×１０^-18 Ｃ₁₀＝−０．２７９８３４×１０^-22
Ｃ₁₂＝０．９６６９７２×１０^-27 Ｃ₁₄＝−０．４５９２４３×１０^-31

（条件式対応値）
Ｒ１２＝３５９．９４９ｍｍ（レンズＬ２３）
Ｒ２１＝３８６．９８６ｍｍ（レンズＬ２４）
Ｆ１２＝−４２０．０ｍｍ（レンズＬ２３＋Ｌ２４）
Ｒ１２＝−１０２７．２６０ｍｍ（レンズＬ６１）
Ｒ２１＝−８０５．８３０ｍｍ（レンズＬ６２）
Ｆ１２＝−３７５．２ｍｍ（レンズＬ６１＋Ｌ６２）
νｎ＝２７７．６（レンズＬ２３）
νｐ＝６７４．４（レンズＬ２４）
νｎ＝２７７．６（レンズＬ６２）
νｐ＝５３９．４（レンズＬ６１）
ｆ３＝２７３．５ｍｍ
ｆ４＝−２３３．８ｍｍ
ｆ５＝１６７．６ｍｍ
ＬＤ＝１６６．５ｍｍ（Ｌ５４のプレート側の面と開口絞りＡＳとの光軸に沿った距離）
ＴＤ＝１４９７．４ｍｍ
（１）｜（Ｒ１２−Ｒ２１）／Ｆ１２｜＝０．０６４（レンズＬ２３，Ｌ２４）
｜（Ｒ１２−Ｒ２１）／Ｆ１２｜＝０．５９（レンズＬ６１，Ｌ６２）
（２）νｎ／νｐ＝０．４１（レンズＬ２３，Ｌ２４）
νｎ／νｐ＝０．５１（レンズＬ６１，Ｌ６２）
（３）｜ｆ３／ｆ４｜＝１．２
（４）｜ｆ５／ｆ４｜＝０．７２
（５）ＬＤ／ＴＤ＝０．１１

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。図４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、ＮＡは像側開口数を、Ｙは像高を、λｃは中心波長３６５．０１５ｎｍを、λ＋は３６５．０１５ｎｍ＋３ｎｍ＝３６８．０１５ｎｍを、λ−は３６５．０１５ｎｍ−３ｎｍ＝３６２．０１５ｎｍをそれぞれ示している。この表記は、以降の図６および図７においても同様である。

図３および図４の収差図を参照すると、第１実施例では、投影倍率の大きさが１．２５の投影光学系において、０．１４５という比較的大きな開口数および９３．５ｍｍという大きな最大像高（ひいては半径が９３．５ｍｍの大きな有効結像領域）を確保しているにもかかわらず、波長幅が３６５．０１５ｎｍ±３ｎｍの露光光に対して色収差を含む諸収差が良好に補正されていることがわかる。

［第２実施例］
図５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５を参照すると、第２実施例の投影光学系ＰＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、マスク側から順に、両凹レンズＬ１１と、マスク側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、マスク側に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とにより構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、マスク側から順に、マスク側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と、両凹レンズＬ２２と、両凹レンズＬ２３と、両凸レンズＬ２４とにより構成されている。

第３レンズ群Ｇ３は、マスク側から順に、マスク側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３１と、マスク側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３２と、両凸レンズＬ３３とにより構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、マスク側から順に、両凹レンズＬ４１と、マスク側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４２とにより構成されている。第５レンズ群Ｇ５は、マスク側から順に、両凸レンズＬ５１と、両凸レンズＬ５２と、マスク側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５３とにより構成されている。

第６レンズ群Ｇ６は、マスク側から順に、両凸レンズＬ６１と、マスク側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ６２と、両凹レンズＬ６３と、両凹レンズＬ６４と、マスク側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ６５とにより構成されている。第７レンズ群Ｇ７は、マスク側から順に、両凸レンズＬ７１と、両凸レンズＬ７２と、両凸レンズＬ７３と、両凸レンズＬ７４と、両凹レンズＬ７５とにより構成されている。

第２実施例においても第１実施例と同様に、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の光路中に開口絞りＡＳが配置されている。また、第２レンズ群Ｇ２中の負レンズＬ２３および正レンズＬ２４が条件式（１）を満たす第１レンズおよび第２レンズをそれぞれ構成し、第６レンズ群Ｇ６中の正レンズＬ６１および負レンズＬ６２が条件式（１）を満たす第１レンズ（第３レンズ）および第２レンズ（第４レンズ）をそれぞれ構成している。また、第２実施例では第１実施例とは異なり、レンズＬ６２のマスク側の光学面だけが非球面形状に形成されている。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。

表（２）
（主要諸元）
λｃ＝３６５．０１５ｎｍ
λｃ±Δλ＝３６５．０１５ｎｍ±３ｎｍ
β＝１．２５
ＮＡ＝０．１４５
Ｙ₀＝９３．５ｍｍ
ＴＤ＝１４６７．４ｍｍ

（光学部材諸元）
面番号ｒｄｎ ν
（マスク面） 98.166
1 -515.440 20.000 1.486770 674.3 L11
2 441.879 49.746
3 -2754.777 25.000 1.612455 277.8 L12
4 -479.314 1.000
5 -3803.357 27.000 1.612455 277.8 L13
6 -432.388 1.000
7 513.713 41.493 1.615668 457.8 L14
8 -561.673 1.000
9 336.429 38.334 1.615668 457.8 L15
10 -1254.692 1.000
11 1250.992 18.500 1.486770 674.3 L21
12 173.544 41.006
13 -449.405 16.000 1.486770 674.3 L22
14 1089.169 96.623
15 -155.210 16.000 1.612455 277.8 L23
16 357.998 3.421
17 382.732 35.478 1.486770 674.3 L24
18 -396.072 1.000
19 -945.864 38.456 1.474589 539.8 L31
20 -174.673 1.000
21 234.987 16.000 1.615668 457.8 L32
22 175.089 2.000
23 169.239 44.018 1.486770 674.3 L33
24 -898.327 27.563
25 -265.673 14.000 1.486770 674.3 L41
26 233.217 39.922
27 -159.459 22.000 1.486770 674.3 L42
28 -275.154 5.000
29 ∞ 6.108 AS
30 1109.193 35.652 1.486770 674.3 L51
31 -229.312 1.000
32 285.793 31.477 1.474589 539.8 L52
33 -2326.435 1.000
34 269.278 30.000 1.474589 539.8 L53
35 2616.409 1.000
36 220.548 35.323 1.486770 674.3 L61
37 -1086.627 2.000
38* -2400.000 25.000 1.612455 277.8 L62
39 136.673 103.432
40 -28251.501 17.000 1.486770 674.3 L63
41 304.255 98.887
42 -252.411 16.000 1.486770 674.3 L64
43 1600.319 33.630
44 -166.914 18.500 1.486770 674.3 L65
45 -513.665 1.000
46 5490.031 31.289 1.615668 457.8 L71
47 -380.628 1.000
48 2854.987 40.000 1.615668 457.8 L72
49 -322.995 1.000
50 528.441 31.054 1.612455 277.8 L73
51 -1802.582 1.000
52 351.299 34.309 1.612455 277.8 L74
53 -3954.016 12.941
54 -646.284 20.000 1.474589 539.8 L75
55 274.709 96.098
（プレート面）

（非球面データ）
３８面
κ＝０
Ｃ₄＝−０．２１８７４２×１０^-7 Ｃ₆＝０．５１１４４７×１０^-12
Ｃ₈＝−０．４４８４１１×１０^-18 Ｃ₁₀＝−０．１９７０５０×１０^-21
Ｃ₁₂＝０Ｃ₁₄＝０

（条件式対応値）
Ｒ１２＝３５７．９９８ｍｍ（レンズＬ２３）
Ｒ２１＝３８２．７３２ｍｍ（レンズＬ２４）
Ｆ１２＝−３３９．３ｍｍ（レンズＬ２３＋Ｌ２４）
Ｒ１２＝−１０８６．６２７ｍｍ（レンズＬ６１）
Ｒ２１＝−２４００．０００ｍｍ（レンズＬ６２）
Ｆ１２＝−６００．５ｍｍ（レンズＬ６１＋Ｌ６２）
νｎ＝２７７．８（レンズＬ２３）
νｐ＝６７４．３（レンズＬ２４）
νｎ＝２７７．８（レンズＬ６２）
νｐ＝６７４．３（レンズＬ６１）
ｆ３＝２１１．６ｍｍ
ｆ４＝−１８９．９ｍｍ
ｆ５＝１７２．５ｍｍ
ＬＤ＝１４３．６ｍｍ（Ｌ６２のマスク側の面と開口絞りＡＳとの光軸に沿った距離）
ＴＤ＝１４６７．４ｍｍ
（１）｜（Ｒ１２−Ｒ２１）／Ｆ１２｜＝０．０７３（レンズＬ２３，Ｌ２４）
｜（Ｒ１２−Ｒ２１）／Ｆ１２｜＝２．２（レンズＬ６１，Ｌ６２）
（２）νｎ／νｐ＝０．４１（レンズＬ２３，Ｌ２４）
νｎ／νｐ＝０．４１（レンズＬ６１，Ｌ６２）
（３）｜ｆ３／ｆ４｜＝１．１
（４）｜ｆ５／ｆ４｜＝０．９１
（５）ＬＤ／ＴＤ＝０．０９８

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。図７は、第２実施例における横収差を示す図である。図６および図７の収差図を参照すると、第２実施例においても第１実施例と同様に、投影倍率の大きさが１．２５の投影光学系において、０．１４５という比較的大きな開口数および９３．５ｍｍという大きな最大像高（ひいては半径が９３．５ｍｍの大きな有効結像領域）を確保しているにもかかわらず、波長幅が３６５．０１５ｎｍ±３ｎｍの露光光に対して色収差を含む諸収差が良好に補正されていることがわかる。

こうして、各実施例では、波長幅が３６５．０１５ｎｍ±３ｎｍの露光光に対して、像側開口数ＮＡ＝０．１４５を確保するとともに、半径（最大像高）が９３．５ｍｍの有効結像領域（イメージサークル）内において、たとえば１３２ｍｍ×１３２ｍｍの正方形状の露光領域内にマスクパターンを高い解像度で且つ高スループットで一括露光することができる。あるいは、たとえば１５３．７５ｍｍ×１０５．８７ｍｍの矩形状の静止露光領域を確保して、たとえば１０５．８７ｍｍ×１５３．７５ｍｍの矩形状の露光領域内にマスクパターンを高い解像度で且つ高スループットでスキャン露光（走査露光）することができる。

なお、図１に示す実施形態における各光学部材および各ステージ等を前述したような機能を達成するように、電気的、機械的または光学的に連結することにより、本実施形態にかかる露光装置を組み上げることができる。次に、図１に示す露光装置では、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ができる。以下、図８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８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（レチクル）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ー工程が実行される。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。

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。

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。

また、図１に示す実施形態にかかる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こともできる。以下、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。

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、図１に示す露光装置を用いて、マスク（レチクル）上のパターンの像がその投影光学系ＰＬ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。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、上述の実施形態では、露光光としてｉ線の光を用いる例を示しているが、例えば光源として超高圧水銀ランプを用い、ｇ線のみ、ｈ線のみ、ｇ線とｈ線、ｈ線とｉ線、ｇ線とｈ線とｉ線を露光光として用いることもできる。また、２４８ｎｍの光を供給するＫｒＦエキシマレーザ、１９３ｎｍの光を供給するＡｒＦエキシマレーザなどの適当な光源を用いることもできる。

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。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実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。第１実施例における横収差を示す図である。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。第２実施例における横収差を示す図である。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一例について、そのフローチャートを示す図である。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いて、そのフローチャートを示す図である。

符号の説明

１光源
２楕円鏡
４コリメートレンズ
５波長選択フィルター
６フライアイレンズ
７開口絞り
８コンデンサー光学系
Ｍマスク
ＭＳマスクステージ
Ｐプレート
ＰＳプレートステージ
ＰＬ投影光学系
Ｇ１〜Ｇ７第１〜第７レンズ群
ＡＳ開口絞り
Ｌｉ各レンズ

Claims

物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群と、負の屈折力を有する第６レンズ群と、正の屈折力を有する第７レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群の最も前記第２レンズ群側のレンズは両凸レンズであり、前記第２レンズ群の最も前記第３レンズ群側のレンズは両凸レンズで、該両凸レンズに隣り合う物体側のレンズは両凹レンズであり、前記第３レンズ群の最も前記第４レンズ群側のレンズは両凸レンズであり、前記第４レンズ群の最も前記第５レンズ群側のレンズは負メニスカスレンズであり、前記第５レンズ群の最も前記第６レンズ群側のレンズは正メニスカスレンズであり、前記第６レンズ群の最も前記第７レンズ群側のレンズは負メニスカスレンズであり、
前記第２レンズ群は離間して配置された第１レンズと第２レンズとを含み、前記第１レンズは両凹レンズであり、前記第２レンズは両凸レンズであり、
前記第６レンズ群は離間して配置された第３レンズと第４レンズとを含み、前記第３レンズは両凸レンズであり、前記第４レンズは両凹レンズであり、
前記第４レンズ群と前記第５レンズ群との間には開口絞りが配置され、
前記第１レンズの像側の屈折面の曲率半径をＲ１２とし、前記第１レンズの像側に隣り合う前記第２レンズの物体側の屈折面の曲率半径をＲ２１とし、前記第１レンズと前記第２レンズとの合成焦点距離をＦ１２とし、前記第３レンズの像側の屈折面の曲率半径をＲ３２とし、前記第３レンズの像側に隣り合う前記第４レンズの物体側の屈折面の曲率半径をＲ４１とし、前記第３レンズと前記第４レンズとの合成焦点距離をＦ３４とするとき、
｜（Ｒ１２−Ｒ２１）／Ｆ１２｜＜５
｜（Ｒ３２−Ｒ４１）／Ｆ３４｜＜５
の条件を満足し、
使用光の中心波長をλｃとし、前記使用光の波長範囲をλｃ±Δλとし、波長λの光に対するレンズの屈折率をｎ（λ）とし、当該レンズの分散値νを、
ν＝｛ｎ（λｃ）−１｝／｛ｎ（λｃ−Δλ）−ｎ（λｃ＋Δλ）｝
と定義し、前記第２レンズの分散値をνｐ１とし、前記第１レンズの分散値をνｎ１とし、前記第３レンズの分散値をνｐ２とし、前記第４レンズの分散値をνｎ２とするとき、
νｎ１／νｐ１＜０．８
νｎ２／νｐ２＜０．８
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とし、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４とし、前記第５レンズ群の焦点距離をｆ５とするとき、
１＜｜ｆ３／ｆ４｜＜２
０．５＜｜ｆ５／ｆ４｜＜１
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。
前記投影光学系の投影倍率の大きさは１よりも大きい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。
非球面形状に形成された光学面を有し、
前記投影光学系の物体面と像面との距離をＴＤとし、前記光学面と前記開口絞りとの光軸に沿った距離をＬＤとするとき、
ＬＤ／ＴＤ＜０．２
の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投影光学系。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投影光学系を備え、前記投影光学系の物体面に設定される所定のパターンを前記投影光学系の像面に配置される感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光装置。
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、前記投影光学系の物体面に設定される所定のパターンを前記投影光学系の像面に配置される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。