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WO2002014924A1 - Systeme optique d'image a relais et dispositif optique d'eclairage, et systeme d'exposition dote de ce systeme optique - Google Patents

Systeme optique d'image a relais et dispositif optique d'eclairage, et systeme d'exposition dote de ce systeme optique Download PDF

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WO2002014924A1
WO2002014924A1 PCT/JP2001/006913 JP0106913W WO0214924A1 WO 2002014924 A1 WO2002014924 A1 WO 2002014924A1 JP 0106913 W JP0106913 W JP 0106913W WO 0214924 A1 WO0214924 A1 WO 0214924A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical system
lens group
imaging optical
lens
relay imaging
Prior art date
Application number
PCT/JP2001/006913
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yutaka Suenaga
Original Assignee
Nikon Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corporation filed Critical Nikon Corporation
Priority to AU2001277756A priority Critical patent/AU2001277756A1/en
Priority to US10/344,107 priority patent/US6856377B2/en
Priority to EP01955665A priority patent/EP1316832A4/en
Publication of WO2002014924A1 publication Critical patent/WO2002014924A1/ja

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70066—Size and form of the illuminated area in the mask plane, e.g. reticle masking blades or blinds
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
    • G02B13/143—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation for use with ultraviolet radiation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/24—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for reproducing or copying at short object distances

Definitions

  • the present invention relates to a relay imaging optical system, an illumination optical device including the optical system, and an exposure device.
  • the present invention relates to an imaging optical system suitable for an illumination optical apparatus of an exposure apparatus for manufacturing a micro device such as a semiconductor device, an imaging device, a liquid crystal display device, and a thin film magnetic head in a lithography process.
  • a light beam emitted from a light source is incident on an optical integrator such as a fly-eye lens, and then forms a secondary light source consisting of a number of light sources on a side focal plane.
  • the light beam from the secondary light source is condensed by a condenser lens and then forms an illumination field on a predetermined surface conjugate with the mask.
  • a mask blind as an illumination field stop is arranged near the predetermined surface.
  • the luminous flux from the illuminated field formed on the predetermined surface is restricted via the illumination field stop, and then illuminates the mask on which the predetermined pattern is formed in a superimposed manner via the relay imaging optical system.
  • an image of the opening of the illumination field stop is formed as an illumination area on the mask.
  • the light transmitted through the mask pattern forms an image on a photosensitive substrate via a projection optical system. In this way, the pattern of the mask is projected and exposed (transferred) on the photosensitive substrate.
  • the optical axis of the projection optical system is adjusted so that the effect of gravity on the mask and the photosensitive substrate is symmetric about the optical axis of the projection optical system with respect to the mask and the photosensitive substrate.
  • the mask and photosensitive substrate are supported horizontally in the direction of gravity (vertical direction).
  • a relay imaging optical system that optically couples the illumination field stop and the mask in an optically conjugate manner is arranged at the top of the exposure apparatus. Therefore, in order to make the exposure apparatus less susceptible to vibration, it is desirable to reduce the size and weight of the relay imaging optical system. In other words, the relay It is desirable to form the imaging optical system with a small number of lenses.
  • the wavelength of 2 4 8 nm K r F excimer laser light source or a wavelength of 1 9 3 nm A r F Excimer laser light sources and the like are used as exposure light sources.
  • the generation of harmful gas easily foggs the lens surface and that the light transmittance of the lens tends to decrease.
  • the relay imaging optical system requires a small number of lenses. Is advantageous.
  • a relay imaging optical system for forming an image on a first surface on a second surface, the optical system having an imaging magnification of less than three times.
  • the total number of lenses constituting the optical system is 10 or less
  • the optical system has at least two aspheric surfaces, and one of the at least two aspheric surfaces is the first surface.
  • a relay imaging optical system wherein the relay imaging optical system is arranged near the first surface or the second surface.
  • the optical system includes a first lens group, a second lens group, and a third lens group in this order from the first surface side, and the first lens group and the third lens group have a small number. Both preferably have one aspheric surface. It is preferable that the second lens unit has at least one aspheric surface.
  • the first lens group includes a meniscus lens L1 having a concave surface facing the first surface side, and at least two positive lenses
  • the second lens group and the third lens group include: It is preferable to have at least one positive lens respectively.
  • the radius of curvature of the concave surface on the first surface side of the meniscus lens L1 is R1
  • the focal length of the first lens group G1 is f1, 0. 1 ⁇ I ⁇ l / R l I ⁇ 1 0
  • a relay imaging optical system for forming an image on a first surface on a second surface
  • the optical system is arranged such that an image plane is located at a finite distance in order from the first surface side.
  • a relay imaging optical system is provided, wherein the total number of lenses constituting the optical system is 10 or less.
  • an aperture stop for blocking unnecessary light beams is arranged near the second lens group. It is preferable that the second lens group has a magnification of 110 to 100 times. Further, it is preferable that the second lens group has at least an aspheric surface.
  • the optical system in a relay imaging optical system that forms an image on a first surface on a second surface, includes, in order from the first surface, a first lens group, A second lens group having a magnification and a third lens group, and at least two of the first to third lens groups each have at least one aspheric surface.
  • a relay imaging optical system is provided, wherein the total number of lenses constituting the optical system is 10 or less.
  • the second lens group has a magnification of 1/1000 to 100 times. Further, it is preferable that each of the first lens group and the third lens group has at least one aspheric surface. Further, it is preferable that the second lens group has at least one aspheric surface.
  • the illumination optical device for illuminating a surface to be illuminated
  • a light source for supplying a light beam
  • an illumination field forming means for forming an illumination field on a predetermined surface based on the light beam from the light source
  • the relay imaging optical system according to the first to third inventions for forming an image of an illumination field formed on the first surface as the predetermined surface on the second surface as a surface to be irradiated.
  • a field stop for changing an illumination area on the irradiated surface be arranged on the predetermined surface.
  • a projection optical system for projecting and exposing a mask pattern set on the surface to be irradiated onto a photosensitive substrate. An exposure apparatus is provided.
  • the sixth invention of the present invention includes an exposure step of exposing a pattern of a mask on a photosensitive substrate by the exposure apparatus of the fifth invention, and a developing step of developing the photosensitive substrate exposed in the exposure step. And a method for manufacturing a microphone opening device.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a lens configuration of the relay imaging optical system according to the first example of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram in which the relay imaging optical system according to the first example of the present invention is developed along one linear optical axis.
  • FIG. 4 is a diagram in which the relay imaging optical system according to the second example of the present invention is developed along one linear optical axis.
  • FIG. 5 is a diagram in which the relay imaging optical system according to the third example of the present invention is developed along one linear optical axis.
  • FIG. 6 is a diagram in which the relay imaging optical system according to the fourth example of the present invention is developed along one linear optical axis.
  • FIG. 7 is a diagram showing spherical aberration (transverse aberration display) in the first example of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device.
  • FIG. 9 is a flowchart of a method for obtaining a liquid crystal display element as a micro device.
  • spherical aberration of a pupil remains to some extent.
  • subtle defocusing between the image plane of the projection optical system and the photosensitive substrate
  • Displacement causes distortion. Therefore, in the relay imaging optical system that optically conjugates the illumination field stop and the mask in the illumination system of the exposure apparatus, it is necessary to compensate (correct) the spherical aberration of the pupil of the projection optical system.
  • At least two aspherical surfaces are introduced into a relay imaging optical system having an imaging magnification of less than 3 times, and one of the aspherical surfaces is placed on an object surface (in the case of an exposure apparatus, an illumination field is used as an illumination field). In this case, it is arranged near the stop surface or near the image surface (the pattern surface of the mask in the case of an exposure apparatus).
  • the relay imaging optical system is composed of, for example, the first lens group, the second lens group, and the third lens group, the first lens group close to the object plane or the third lens group close to the image plane.
  • spherical aberration of the pupil of the projection optical system can be compensated without difficulty even though the configuration is simple with less than 10 lenses. Further, since the imaging magnification of the relay imaging optical system is less than three times, the spherical aberration of the relay imaging optical system itself can be reduced, so that it is easy to further reduce the number of lenses.
  • the spherical aberration of the pupil of the projection optical system can be more comfortably compensated with a simpler configuration by introducing an aspheric surface to each of the first lens group and the third lens group.
  • the first lens group is configured such that its image plane is located at a finite distance.
  • the second lens group is configured to have a magnification of substantially 1/1000 to 100 times, for example. Since the image plane of the first lens group is located at a finite distance, and the second lens group has a magnification, the degree of freedom in design is increased, the number of lenses can be easily reduced, and the maximum diameter of the lens is reduced. be able to.
  • the present invention by introducing an aspherical surface also in the second lens group, it is possible to satisfactorily correct spherical aberration as an imaging characteristic of the optical system. Further, according to the present invention, the occurrence of flare and the like can be avoided by disposing an aperture stop near the pupil plane of the optical system, that is, near the second lens group to block unnecessary light beams.
  • the first lens group includes a meniscus lens L1 having a concave surface facing the object side, and at least two positive lenses.
  • the second lens group and the third lens group each have at least one positive lens.
  • R 1 is the radius of curvature of the concave surface on the object side of the meniscus lens L 1.
  • F1 is the focal length of the first lens group G1.
  • Exceeding the upper limit of conditional expression (1) is not preferable, because positive high-order spherical aberrations are large and cannot be corrected.
  • the Pepper's sum increases, and the blur of the image of the object plane (image of the aperture of the illumination field stop) formed on the image plane (mask plane) increases. Is not preferred. Further, spherical aberration of the pupil of the projection optical system is not easily compensated for, which leads to an increase in the number of lenses, which is not preferable.
  • the illumination optical apparatus and the exposure apparatus incorporating the relay imaging optical system of the present invention are not easily affected by fogging of the lens surface due to harmful gas even when an excimer laser single light source is used, for example. Is not easily affected by a decrease in light transmittance.
  • the exposure apparatus has a structure that is less susceptible to vibration due to the reduction in size and weight of the relay imaging optical system.
  • a favorable microdevice can be manufactured with high accuracy.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the Z axis is along the normal direction of the photosensitive substrate W
  • the Y axis is in the direction parallel to the plane of FIG. 1 in the wafer plane
  • the Y axis is perpendicular to the plane of FIG. 1 in the wafer plane.
  • the X axis is set in different directions.
  • the exposure apparatus shown in Fig. 1 supplies light with a wavelength of, for example, 2448 nm (KrF) or 1933 ⁇ m (ArF) as the light source 1 for supplying the exposure light (illumination light-).
  • An excimer laser light source is provided.
  • the nearly parallel light flux emitted from the light source 1 along the Y direction is elongated along the X direction. It has an elongated rectangular cross section.
  • This light beam enters a beam expander 2 composed of a pair of lenses 2a and 2b.
  • Each lens 2a and 2b has a negative power and a positive power, respectively, in FIG.
  • at least one of the pair of lenses 2a and 2b is configured to be movable along the optical axis AX. Therefore, the light beam incident on the beam expander 2 is enlarged in the paper of FIG. 1 in accordance with the distance between the pair of lenses 2a and 2b, and shaped into a light beam having a desired rectangular cross section.
  • a substantially parallel light beam passing through a beam expander 2 as a shaping optical system is incident on a micro fly's eye 3 after being deflected in the Z direction by a bending mirror.
  • the microphone opening fly-eye 3 is an optical element composed of a large number of regular hexagonal microlenses having positive refractive power, which are arranged densely and vertically and horizontally.
  • a micro fly's eye is formed by, for example, etching a parallel flat glass plate to form a group of minute lenses.
  • each micro lens constituting the micro fly's eye is smaller than each lens element constituting the fly's eye lens.
  • the micro fly's eye is different from the fly's eye lens which consists of lens elements isolated from each other, and a large number of micro lenses are integrally formed without being isolated from each other.
  • the micro fly-eye is the same as the fly-eye lens in that the lens elements having positive refractive power are arranged vertically and horizontally. In FIG. 1, the number of microlenses constituting the micro fly's eye 3 is much smaller than the actual number for the sake of clarity.
  • the light beam incident on the micro fly's eye 3 is two-dimensionally divided by a large number of microlenses, and one light source (light collecting point) is formed on the rear focal plane of each microlens.
  • Light beams from a number of light sources formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 3 are incident on a diffractive optical element (DOE) 5 for annular illumination through an afocal zoom lens 4.
  • DOE diffractive optical element
  • the afocal zoom lens 4 is configured so that the magnification can be continuously changed within a predetermined range while maintaining an afocal system (a non-focusing optical system).
  • Micro fly eye 3 rear focal plane and rotation The diffraction surface of the folding optical element 5 is optically conjugated.
  • the numerical aperture of the light beam condensed on one point on the diffraction surface of the diffractive optical element 5 changes depending on the magnification of the afocal zoom lens 4.
  • a diffractive optical element is formed by forming a step having a pitch of about the wavelength of exposure light (illumination light) on a glass substrate, and has an action of diffracting an incident beam to a desired angle.
  • the diffractive optical element 5 for annular illumination converts the incident rectangular light beam into an annular (annular) light beam.
  • the light beam having passed through the diffractive optical element 5 enters a fly-eye lens 7 as an optical integrator via a zoom lens 6.
  • the entrance surface of the fly-eye lens 7 is positioned near the rear focal plane of the zoom lens 6. Therefore, the light beam having passed through the diffractive optical element 5 forms an annular illumination field centered on the optical axis AX on the rear focal plane of the zoom lens 6 and thus on the entrance plane of the fly-eye lens 7.
  • the size of this annular illumination field changes depending on the focal length of the zoom lens 6.
  • the zoom lens 6 connects the diffractive optical element 5 and the entrance surface of the fly-eye lens 7 substantially in a Fourier transform relationship.
  • the fly-eye lens 7 is constituted by arranging a large number of lens elements having a positive refractive power densely and longitudinally.
  • Each lens element constituting the fly-eye lens 7 has a rectangular cross section similar to the shape of the illumination field to be formed on the mask (and, consequently, the shape of the exposure area to be formed on the wafer).
  • the entrance surface of each lens element constituting the fly-eye lens 7 is formed in a spherical shape with a convex surface facing the entrance side, and the exit surface is formed in a spherical shape with a convex surface facing the exit side. I have.
  • the light beam incident on the fly-eye lens 7 is two-dimensionally divided by a large number of lens elements, and a large number of light sources are formed on the rear focal plane of each lens element on which the light beam has entered.
  • the rear focal plane of the fly-eye lens 7 has a ring-shaped surface light source (hereinafter referred to as “secondary light source”) having almost the same light intensity distribution as the illumination field formed by the light beam incident on the fly-eye lens 7. Is formed.
  • the luminous flux from the annular secondary light source formed on the rear focal plane of the lens 7 is Is incident on an aperture stop 8 arranged near.
  • the light from the secondary light source through the aperture stop 8 having a ring-shaped aperture (light transmitting portion) is subjected to the condensing action of the condenser optical system 9 and then illuminates the side focal plane in a superimposed manner.
  • a rectangular illumination field similar to the shape of each lens element constituting the fly-eye lens 7 is formed on the rear focal plane of the condenser optical system 9, a rectangular illumination field similar to the shape of each lens element constituting the fly-eye lens 7 is formed.
  • the micro fly's eye 3 to the condenser optical system 9 constitute an illumination field forming means for forming an illumination field on a predetermined surface (the rear focal plane of the condenser optical system 9) based on the light beam from the light source 1. are doing.
  • a mask blind 10 as an illumination field stop is arranged on a predetermined surface on which the rectangular illumination field is formed.
  • the light flux passing through the rectangular opening (light transmitting portion) of the mask blind 10 is subjected to the light condensing action of the relay imaging optical system 11 and then superimposed on the mask M on which a predetermined pattern is formed. Lighting.
  • the relay imaging optical system 11 forms an image of the rectangular opening of the mask blind 10 on the mask M. The details of the relay imaging optical system 11 will be described later with reference to four embodiments.
  • the light flux transmitted through the pattern of the mask M forms an image of the mask pattern on the wafer W as a photosensitive substrate via the projection optical system PL. Then, by performing batch exposure or scan exposure while driving and controlling the wafer W two-dimensionally in a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL, a mask is formed on each exposure area of the wafer W. M patterns are sequentially exposed.
  • a mask pattern is collectively exposed to each exposure region of a wafer according to a so-called step 'and' repeat method.
  • the shape of the illumination area on the mask M is a rectangular shape close to a square
  • the cross-sectional shape of each lens element of the fly eye lens 7 is also a rectangular shape close to a square.
  • scan exposure a mask pattern is scanned and exposed to each exposure region of a wafer while moving the mask and the wafer relative to a projection optical system according to a so-called step-and-scan method.
  • the shape of the illumination area on the mask M is a rectangular shape having a ratio of the short side to the long side of, for example, 1: 3, and the cross-sectional shape of each lens element of the fly-eye lens 7 is similar to this.
  • Shape In the present embodiment, by changing the magnification of the afocal zoom lens 4, both the outer diameter (size) and the annular ratio (shape) of the secondary light source having an annular shape can be changed. . In addition, by changing the focal length of the zoom lens 6, the outer diameter of the annular secondary light source can be changed without changing the annular ratio. As a result, by appropriately changing the magnification of the afocal zoom lens 4 and the focal length of the zoom lens 6, it is possible to change only the annular ratio without changing the outer diameter of the annular secondary light source. it can.
  • the diffractive optical element 5 for annular illumination by switching the diffractive optical element 5 for annular illumination to, for example, a diffractive optical element for quadrupole illumination or a diffractive optical element for octupole illumination, the diffractive optical element 5 for quadrupole illumination or octupole illumination is changed.
  • Various modified illuminations can be performed.
  • the annular aperture stop 8 in conjunction with the switching of the diffractive optical element 5, the annular aperture stop 8 is switched to, for example, a 4-pole aperture stop or an 8-pole aperture stop.
  • ordinary circular illumination can be performed by retracting the micro fly's eye 3 from the illumination optical path and switching the diffractive optical element 5 for annular illumination to a diffractive optical element for ordinary circular illumination. In this case, the annular aperture stop 8 is switched to the circular aperture stop in conjunction with the switching of the diffractive optical element 5.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a lens configuration of the relay imaging optical system according to the first example of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram in which the relay imaging optical system according to the first embodiment is developed along one linear optical axis.
  • the relay imaging optical system of the first embodiment includes, in order from the object side (mask blind 10 side), a cover glass (parallel plane plate) CP, a first lens group G 1, an aperture stop S, and a second lens.
  • the third lens group G3 includes a group G2 and a third lens group G3.
  • the first lens group G 1 includes, in order from the object side, a negative meniscus lens L 1 having a concave surface facing the object side and an aspherical surface on the image side, and a positive meniscus lens having a concave surface facing the object side. It is composed of a positive meniscus lens having a concave surface facing the object side and a biconvex lens.
  • the second lens group G2 includes a biconvex lens having an aspherical surface on the image side.
  • the third lens group G3 is composed of a positive meniscus lens having a convex surface formed in an aspherical shape facing the object side.
  • the six lenses and the cover glass CP and the mask M that constitute the relay imaging optical system of the first embodiment are all formed of quartz.
  • the height of the aspheric surface in the direction perpendicular to the optical axis is defined as y, and the distance along the optical axis from the tangent plane at the vertex of the aspheric surface to a position on the aspheric surface at height y . If the sag amount is X, the vertex radius of curvature is r, the conic coefficient is /, and the nth-order aspherical coefficient is Cn, it is expressed by the following equation (a).
  • the aspherical lens surface has * Marked.
  • Table (1) below gives the values of the specifications of the relay imaging optical system of the first embodiment.
  • 3 is the imaging magnification of the relay imaging optical system
  • 32 is the magnification of the second lens group G2
  • f1 is the focal length of the first lens group G1.
  • the surface number is the order of the surfaces along the direction of the ray
  • r is the radius of curvature of each surface (vertical radius of curvature: mm for an aspheric surface)
  • d is the axial spacing of each surface, that is, the surface. The spacing (mm) is shown for each.
  • FIG. 4 is a diagram in which the relay imaging optical system according to the second embodiment is developed along one linear optical axis.
  • the relay imaging optical system of the second embodiment includes, in order from the object side (mask blind 10 side), a cover glass CP, a first lens group G1, a second lens group G2, and a third lens. Group G3. Although illustration of the aperture stop S is omitted in FIG. 4, the aperture stop S can be arranged in the second lens group G2.
  • the first lens group G 1 includes, in order from the object side, a negative meniscus lens L 1 having a concave surface facing the object side and an aspherical surface on the image side, and a positive meniscus lens having a concave surface facing the object side.
  • the second lens group G 2 includes, in order from the object side, a biconvex lens and a negative lens having a concave aspherical surface facing the object side.
  • the third lens group G 3 includes, in order from the object side, a positive meniscus lens having a convex surface facing the object side, and a plano-convex lens having the aspherically formed convex surface facing the image side.
  • the eight lenses and the cover glass CP and the mask M that constitute the relay imaging optical system of the second embodiment are all formed of quartz.
  • Table 2 below summarizes the data values of the relay imaging optical system of the second embodiment.
  • Table (2) In the equation,] 3 denotes the imaging magnification of the relay imaging optical system, j3 2 denotes the magnification of the second lens group G2, and f1 denotes the focal length of the first lens group G1, respectively.
  • the surface number indicates the order of the surfaces along the direction in which the light beam travels, r indicates the radius of curvature of each surface (vertical radius of curvature: mm in the case of an aspheric surface), and d indicates the axial spacing of each surface, that is, the surface The spacing ( mm ) is shown for each.
  • Table 2 In the equation,] 3 denotes the imaging magnification of the relay imaging optical system, j3 2 denotes the magnification of the second lens group G2, and f1 denotes the focal length of the first lens group G1, respectively.
  • the surface number indicates the order of the surfaces along the direction in which the light beam travels, r indicates the
  • FIG. 5 is a diagram in which the relay imaging optical system according to the third example is developed along one linear optical axis.
  • the relay imaging optical system of the third embodiment includes, in order from the object side (mask blind 10 side), a cover glass CP, a first lens group G1, a second lens group G2, and a third lens. Group G3. Although illustration of the aperture stop S is omitted in FIG. 5, the aperture stop S can be arranged close to the object side of the second lens group G2.
  • the first lens group G 1 includes, in order from the object side, a negative meniscus lens L 1 having a concave surface facing the object side and an aspheric surface on the image side, and a positive meniscus lens having a concave surface facing the object side. It comprises a lens, a positive meniscus lens having a concave surface facing the object side, and a positive meniscus lens having a concave surface facing the object side.
  • the second lens group G 2 includes, in order from the object side, a biconvex lens having an aspherical surface on the image side, and a positive meniscus lens having a convex surface facing the object side.
  • the third lens group G3 is composed of a plano-convex lens having a convex surface formed in an aspherical shape facing the image side.
  • the 7 mm lens cover glass CP and the mask M which constitute the relay imaging optical system of the third embodiment are all formed of quartz.
  • Table 3 summarizes the data values of the relay imaging optical system of the third embodiment.
  • Table (3) indicates the imaging magnification of the relay imaging optical system
  • 02 indicates the magnification of the second lens group G2
  • f1 indicates the focal length of the first lens group G1.
  • the surface number is the order of the surfaces along the direction of the ray
  • r is the radius of curvature of each surface (vertical radius of curvature: mm for an aspheric surface)
  • d is the axial spacing of each surface, that is, the surface. The spacing (mm) is shown for each.
  • Table 3 indicates the imaging magnification of the relay imaging optical system
  • 02 indicates the magnification of the second lens group G2
  • f1 indicates the focal length of the first lens group G1.
  • the surface number is the order of the surfaces along the direction of the ray
  • r is the radius of curvature of each surface (vertical radius of curvature: mm for an aspheric surface)
  • d is the axial spacing of each
  • FIG. 6 is a diagram in which the relay imaging optical system according to the fourth embodiment is developed along one linear optical axis.
  • the relay imaging optical system of the fourth embodiment includes, in order from the object side (mask blind 10 side), a cover glass CP, a first lens group G1, a second lens group G2, and a third lens. Group G3. Although illustration of the aperture stop S is omitted in FIG. 6, the aperture stop S can be arranged in the optical path between the second lens group G2 and the third lens group G3.
  • the first lens group G1 includes, in order from the object side, a biconcave lens having an aspherical surface on the image side, and a concave surface facing the object side and an aspherical surface on the image side.
  • Negative It is composed of a varnish lens LI, a positive meniscus lens having a concave surface facing the object side, and a biconvex lens.
  • the second lens group G2 is composed of a biconvex lens having an aspherical surface on the image side.
  • the third lens group G3 is composed of a positive meniscus lens having a convex surface facing the object side. Note that the six lenses and the cover glass CP and the mask M that constitute the relay imaging optical system of the fourth embodiment are all formed of quartz.
  • Table ('4) shows values of the specifications of the relay imaging optical system of the fourth embodiment.
  • Table (4) indicates the imaging magnification of the relay imaging optical system
  • j32 indicates the magnification of the second lens group G2
  • f1 indicates the focal length of the first lens group G1.
  • the surface number indicates the order of the surfaces along the direction in which the light beam travels
  • r indicates the radius of curvature of each surface (vertical radius of curvature: mm in the case of an aspheric surface)
  • d indicates the axial spacing of each surface, that is, the surface The spacing (mm) is shown for each.
  • Table 4 indicates the imaging magnification of the relay imaging optical system
  • j32 indicates the magnification of the second lens group G2
  • f1 indicates the focal length of the first lens group G1.
  • the surface number indicates the order of the surfaces along the direction in which the light beam travels
  • r indicates the radius of curvature of each surface (vertical radius of curvature: mm in the case of
  • R 1 -1 2 8 .3 3 7 mm
  • FIG. 7 shows a spherical aberration diagram (transverse aberration display) of the first embodiment as an example in which good imaging characteristics are secured. Since the imaging magnification of the relay imaging optical system of each embodiment is less than three times, the spherical aberration of the relay imaging optical system itself can be easily reduced in each embodiment.
  • the image plane of the first lens group is located at a finite distance, and the second lens group has a magnification. This not only increases the freedom of design of the relay imaging optical system but also reduces the maximum diameter of the lens.
  • the relay imaging optical system of the present embodiment miniaturization and weight reduction can be realized with a small number of lenses while securing required optical characteristics. Therefore, in the illumination optical apparatus and the exposure apparatus of the present embodiment, despite the use of an excimer laser light source, it is hardly affected by fogging of the lens surface due to harmful gas, and is not affected by a decrease in light transmittance of the lens. Hard to receive. In the exposure apparatus of the present embodiment, the size and weight of the relay imaging optical system make the exposure apparatus less susceptible to vibration.
  • the mask is illuminated by the illumination optical device (illumination step), and the transfer pattern formed on the mask is scanned and exposed on the photosensitive substrate using the projection optical system (exposure step).
  • illumination step the transfer pattern formed on the mask is scanned and exposed on the photosensitive substrate using the projection optical system (exposure step).
  • exposure step This makes it possible to manufacture microdevices (semiconductor devices, imaging devices, liquid crystal display devices, thin-film magnetic heads, etc.).
  • 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 embodiment shown in FIG. 1 is a flowchart of FIG. This will be described with reference to FIG.
  • a metal film is deposited on one lot of wafers.
  • a photoresist is applied on the metal film on the wafer in the lot.
  • step 303 the implementation shown in FIG.
  • 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 (projection optical module).
  • step 304 the photoresist on the wafer of the lot is developed, and in step 305, etching is performed on the wafer of the lot using the resist pattern as a mask.
  • a circuit pattern corresponding to the pattern on the mask is formed in each shot area on each wafer.
  • a device such as a semiconductor device 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 good throughput.
  • a liquid crystal display element as a microphone opening device can be obtained. It can.
  • a predetermined pattern circuit pattern, electrode pattern, etc.
  • a plate glass substrate
  • a liquid crystal display element as a microphone opening device
  • FIG. 9 an example of the technique at this time will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • a pattern forming step 401 so-called optical lithography in which a mask pattern is transferred and exposed to a photosensitive substrate (a glass substrate coated with a resist) using the exposure apparatus of each embodiment. -The process is performed.
  • a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate.
  • the exposed substrate is subjected to various processes such as an imaging process, an etching process, and a reticle peeling process, so that a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming process 402. .
  • a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix, or R, G, B
  • a color filter is formed by arranging a plurality of sets of three stripe filters in the horizontal scanning line direction.
  • a cell assembling step 403 is performed.
  • a liquid crystal panel is formed by using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step 401, the color filter obtained in the color filter forming step 402, and the like. (Liquid crystal cell).
  • the pattern shape Obtained in adult Step 4 0 1 manufactured by injecting a liquid crystal, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) between the color filter obtained in the substrate and the color filter forming E about 4 0 2 having a predetermined pattern I do.
  • a module assembling step 404 components such as an electric circuit and a pack light for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element.
  • components such as an electric circuit and a pack light for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element.
  • the fly-eye lens 7 is used as a wavefront splitting optical integrator.
  • the mouth-shaped optical integrator is an internal reflection type glass rod made of a glass material such as quartz glass or fluorite.
  • a number of light source images corresponding to the number of internal reflections are formed along a plane parallel to the rod incidence plane through the rod.
  • most of the light source images formed are virtual images, but only the light source image at the center (collection point) is a real image.
  • the light beam incident on the mouth-shaped optical integrator is split in the angular direction by internal reflection and passes through the converging point and is composed of a number of light source images along a plane parallel to the incident surface.
  • a light source is formed.
  • the first optical system is provided in the optical path between the zoom lens 6 and the rod-shaped optical integrator.
  • a second optical system is installed in place of the condenser optical system 9.
  • the first optical system arranges the entrance pupil of the zoom lens 6 and the entrance surface of the rod-shaped optical integrator so as to be optically conjugate with each other, and the rear focal plane of the zoom lens 6 and the aperture-shaped optical lens.
  • the exit surface of the Greater is arranged optically conjugate with the exit surface.
  • the second optical system arranges the exit surface of the rod-shaped optical integrator and the mask blind 10 optically conjugate.
  • the present invention is applied to the relay imaging optical system in the illumination optical device in the exposure apparatus. It goes without saying that various application examples are possible. -As described above, the relay imaging optical system according to the present invention can realize miniaturization and weight reduction with a small number of lenses while securing required optical characteristics. Therefore, in the illumination optical apparatus and the exposure apparatus incorporating the relay imaging optical system of the present invention, even when, for example, an excimer laser light source is used, it is not affected by fogging of the lens surface due to harmful gas. And is not easily affected by a decrease in the light transmittance of the lens.
  • the size and weight of the relay imaging optical system, an exposure apparatus that c becomes difficult structures affected by vibration result the present invention By performing projection exposure under favorable exposure conditions using the above exposure apparatus, a favorable microdevice can be manufactured with high accuracy.

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Description

明 細 書 リ レー結像光学系、 および該光学系を備えた照明光学装置並びに露光装置 背景技術 '
1 . 発明の技術分野
本発明は、 リ レー結像光学系、 および該光学系を備えた照明光学装置並びに露 光装置に関する。 特に、 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の露光装置の照明光 学装置に適した結像光学系に関する。
2 . 従来の技術
この種の典型的な露光装置においては、 光源から射出された光束が、 たとえば フライアイレンズのようなオプティカルインテグレータに入射し、 その後側焦点 面に多数の光源からなる二次光源を形成する。 二次光源からの光束は、 コンデン サーレンズにより集光された後、 マスクと共役な所定面に照野を形成する。 この 所定面の近傍には、 照明視野絞りとしてのマスクブラインドが配置されている。 所定面に形成された照野からの光束は、 照明視野絞りを介して制限された後、 リ レー結像光学系を介して、 所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明 する。 その結果、 マスク上には、 照明視野絞りの開口部の像が照明領域として形 成される。 マスクのパターンを透過した光は、 投影光学系を介して感光性基板上 に結像する。 こう して、 感光性基板上には、 マスクのパターンが投影露光 （転写） される。
上述した典型的な露光装置では、 マスクおよび感光性基板が受ける重力の影響 がマスクおよぴ感光性基板に対する投影光学系の光軸を中心として対称となるよ うに、 投影光学系の光軸を重力方向 （鉛直方向） に一致させ、 マスクおよび感光 性基板を水平方向に支持する構成が一般的である。 この場合、 照明視野絞りとマ スクとを光学的に共役に連結するリ レー結像光学系が、 露光装置の最上部に配置 される。 したがって、 露光装置が振動の影響を受けにくい構造にするには、 リ レ 一結像光学系の小型化および軽量化を図ることが望ましい。 換言すると、 リ レー 結像光学系を少ないレンズ枚数で構成することが望ましい。
また、 近年では、 転写すべきパターンの微細化に伴って露光光の短波長化が進 み、 波長が 2 4 8 n mの K r Fエキシマレーザー光源や、 波長が 1 9 3 n mの A r Fエキシマレーザー光源などが露光光源として用いられている。 この場合、 有 害なガスの発生によりレンズ表面が曇り易いこと、 およびレンズの光透過率が低 下し易いことが知られているが、 いずれの観点からもリレー結像光学系を少ない レンズ枚数で構成することが有利である。
本発明は、 前述の課題に鑑みてなされたものであり、 所要の光学特性を確保し つつ、 少ないレンズ枚数で小型化および軽量化を実現可能なリレー結像光学系を 提供することを目的とする。 また、 本発明は、 少ないレンズ枚数で小型化および 軽量化されたリ レー結像光学系を備えた照明光学装置および露光装置を提供する ことを目的とする。 発明の開示
上記課題を解決するために、 本発明の第 1発明では、 第 1面の像を第 2面に形 成するリ レー結像光学系において、 この光学系が 3倍未満の結像倍率を有し、 こ の光学系を構成するレンズの総数が 1 0以下であり、 この光学系が少なく とも 2 つの非球面を有し、 この少なくとも 2つの非球面のうちの一方の非球面が第 1面 の近傍または第 2面の近傍に配置されていることを特徴とするリレー結像光学系 を提供する。
第 1発明において、 上記光学系が、 第 1面側から順に、 第 1 レンズ群と、 第 2 レンズ群と、 第 3レンズ群とを備え、 第 1 レンズ群および第 3レンズ群が、 少な く とも 1つの非球面をそれぞれ有していることが好ましい。 また、 第 2 レンズ群 力 少なく とも 1つの非球面を有することが好ましい。
また、 第 1発明において、 第 1 レンズ群が、 第 1面側に凹面を向けたメニスカ スレンズ L 1 と、 少なく とも 2つの正レンズとを有し、 第 2 レンズ群および第 3 レンズ群が、 少なく とも 1つの正レンズをそれぞれ有していることが好ましい。 この場合、 メニスカスレンズ L 1の第 1面側の凹面の曲率半径を R 1とし、 前記 第 1 レンズ群 G 1の焦点距離を f 1 とするとき、 0 . 1 < I ί l / R l I < 1 0
の条件を満足することが好ましい。
本発明の第 2発明では、 第 1面の像を第 2面に形成するリレー結像光学系にお いて、 この光学系が、 第 1面側から順に、 像平面が有限距離に位置するように構 成された第 1 レンズ群と、 第 2レンズ群と、 第 3レンズ群とを備え、 第 1 レンズ 群ないし第 3 レンズ群のうちの少なくとも 2つのレンズ群は、 少なくとも 1つの 非球面をそれぞれ有し、 上記光学系を構成するレンズの総数が 1 0以下であるこ とを特徴とするリ レー結像光学系を提供する。
第 2発明において、 第 2 レンズ群の近傍に、 不要な光束を遮るための開口絞り が配置されていることが好ましい。 また、 第 2 レンズ群が、 1 1 0 0倍から 1 0 0倍の倍率を有することが好ましい。 さらに、 第 2レンズ群が、 少なく ともつ の非球面を有することが.好ましい。
本発明の第 3発明では、 第 1面の像を第 2面に形成するリ レー結像光学系にお いて、 この光学系は、 第 1面側から順に、 第 1 レンズ群と、 実質的に倍率を有す る第 2レンズ群と、 第 3 レンズ群とを備え、 第 1 レンズ群ないし第 3 レンズ群の うちの少なく とも 2つのレンズ群が、 少なく とも 1つの非球面をそれぞれ有し、 上記光学系を構成するレンズの総数が 1 0以下であることを特徴とするリ レー結 像光学系を提供する。
第 3発明において、 第 2 レンズ群が、 1 / 1 0 0倍から 1 0 0倍の倍率を有す ることが好ましい。 また、 第 1 レンズ群おょぴ第 3 レンズ群が、 少なく とも 1つ の非球面をそれぞれ有することが好ましい。 さらに、 第 2 レンズ群が、 少なく と も 1つの非球面を有することが好ましい。
本発明の第 4発明では、 被照射面を照明する照明光学装置において、 光束を供 給するための光源と、 光源からの光束に基づいて所定面に照野を形成するための 照野形成手段と、 上記所定面としての第 1面に形成された照野の像を、 被照射面 としての第 2面に形成するための上記第 1発明〜第 3発明のリレー結像光学系と を備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
第 4発明では、 前記所定面には、 前記被照射面における照明領域を変更するた めの視野絞りが配置されていることが好ましい。 本発明の第 5発明では、 上記第 4発明の照明光学装置と、 上記被照射面に設定 されたマスクのパターンを感光性基板上へ投影露光するため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。
本発明の第 6発明では、 上記第 5発明の露光装置によりマスクのパターンを感 光性基板上に露光する露光工程と、 露光工程により露光された感光性基板を現像 する現像工程とを含むことを特徴とするマイク口デバイスの製造方法を提供する。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
図 2は、 本発明の第 1実施例にかかるリレー結像光学系のレンズ構成を示す図 である。
図 3は、 本発明の第 1実施例にかかるリレー結像光学系を 1つの直線状の光軸 に沿って展開した図である。
図 4は、 本発明の第 2実施例にかかるリレー結像光学系を 1つの直線状の光軸 に沿って展開した図である。
図 5は、 本発明の第 3実施例にかかるリレー結像光学系を 1つの直線状の光軸 に沿って展開した図である。
図 6は、 本発明の第 4実施例にかかるリレー結像光学系を 1つの直線状の光軸 に沿って展開した図である。
図 7は、 本発明の第 1実施例における球面収差 （横収差表示） を示す図である。 図 8は、 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 ヤートである。
図 9は、 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ヤ 一トである。 発明を実施するための最良の形態
一般に、 露光装置の屈折型の投影光学系では、 瞳の球面収差がある程度残存し ている。 この場合、 マスクのパターン像が感光性基板上にテレセントリックに投 影されないため、 微妙なデフォーカス （投影光学系の像面と感光性基板との間の 位置ずれ） によってディストーションが発生してしまう。 したがって、 露光装置 の照明系において照明視野絞り とマスクとを光学的に共役に結ぶリレー結像光学 系では、 投影光学系の瞳の球面収差を補償 （補正） する必要がある。
そこで、 本発明では、 たとえば結像倍率が 3倍未満のリ レー結像光学系に少な く とも 2つの非球面を導入し、 その一方の非球面を物体面 （露光装置の場合は照 明視野絞り面） の近傍または像面 （露光装置の場合はマスクのパターン面） の近 傍に配置する構成を採用している。 このように、 リ レー結像光学系がたとえば第 1 レンズ群と第 2レンズ群と第 3 レンズ群とで構成されている場合に、 物体面に 近い第 1 レンズ群または像面に近い第 3レンズ群に非球面を導入することにより、 1 0枚以下のレンズ枚数で簡素な構成であるにもかかわらず、 投影光学系の瞳の 球面収差を無理なく補償することができる。 また、 リ レー結像光学系の結像倍率 が 3倍未満であるため、 リ レー結像光学系自体の球面収差を小さくすることがで きるため、 レンズ枚数をさらに減らすことが容易となる。
この場合、 第 1レンズ群および第 3レンズ群にそれぞれ非球面を導入すること により、 さらに簡素な構成で投影光学系の瞳の球面収差をさらに無理なく補償す ることができる。 なお、 本発明の典型的な態様によれば、 第 1 レンズ群は、 その 像平面が有限距離に位置するように構成される。 また、 第 2レンズ群は、 実質的 に倍率を有するように、 たとえば 1 / 1 0 0倍から 1 0 0倍の倍率を有するよう に構成される。 第 1 レンズ群の像平面が有限距離に位置するため、 また第 2 レン ズ群が倍率を有するため、 設計自由度が広がりレンズ枚数を減らすことが容易と なり、 またレンズの最大径を小さくすることができる。
また、 本発明では、 第 2 レンズ群にも非球面を導入することにより、 光学系の 結像特性としての球面収差を良好に補正することができる。 さらに、 本発明では、 光学系の瞳面の近傍に、 すなわち第 2レンズ群の近傍に開口絞りを配置して不要 光束を遮ることにより、 フレアーなどの発生を回避することができる。 ところで、 本発明の典型的な態様によれば、 第 1 レンズ群は、 物体側に凹面を向けたメニス カスレンズ L 1 と、 少なく とも 2つの正レンズとを有する。 また、 第 2 レンズ群 および第 3 レンズ群は、 少なく とも 1つの正レンズをそれぞれ有する。
この場合、 投影光学系の瞳の球面収差の補償を補助するとともにペッツバール 和を低減するために、 次の条件式 （1 ) を満足することが望ましい。
0 . 1 < I ί 1 / R 1 I < 1 0 ( 1 )
ここで、 R 1は、 メニスカスレンズ L 1の物体側の凹面の曲率半径である。 ま た、 f 1は、 第 1 レンズ群 G 1の焦点距離である。 条件式 （1 ) の上限値を上回ると、 正の高次球面収差が大きく発生して補正し 切れなくなるので好ましくない。 また、 条件式 （1 ) の下限値を下回ると、 ぺッ ッパール和が大きくなり、 像面 （マスク面） に形成される物体面の像 （照明視野 絞りの開口部の像） のボケが大きくなるので好ましくない。 さらに、 投影光学系 の瞳の球面収差も捕償しに'くくなり、 結果的にレンズ枚数の増加につながるので 好ましくない。
以上のように、 本発明のリ レー結像光学系では、 所要の光学特性を確保しつつ、 少ないレンズ枚数で小型化および軽量化を実現することができる。 したがって、 本発明のリレー結像光学系を組み込んだ照明光学装置および露光装置では、 たと えばエキシマレーザ一光源を用いた場合にも、 有害ガスによるレンズ表面の曇り の影響を受けにく く、 レンズの光透過率の低下の影響も受けにくい。
また、 本発明のリ レー結像光学系を組み込んだ露光装置では、 リ レー結像光学 系の小型化および軽量化により、 露光装置が振動の影響を受けにくい構造になる。 その結果、 本発明の露光装置を用いて良好な露光条件のもとで投影露光を行うこ とにより、 良好なマイクロデバイスを高精度に製造することができる。
次いで、 本発明の実施例を、 添付図面に基づいて説明する。
図 1は、 本発明の実施例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、 感光性基板であるゥヱハ Wの法線方向に沿って Z軸を、 ウェハ面内 において図 1の紙面に平行な方向に Y軸を、 ウェハ面内において図 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の露光装置は、 露光光 （照明光-) を供給するための光源 1 として、 たとえば 2 4 8 n m ( K r F ) または 1 9 3 η m ( A r F ) の波長の光を供給するエキシマレーザー光源を備えている。
光源 1から Y方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、 X方向に沿って細長 く延びた矩形状の断面を有している。 この光束は、 一対のレンズ 2 aおよび 2 b からなるビームエキスパンダー 2に入射する。 各レンズ 2 aおよび 2 bは、 図 1 において負の屈折力おょぴ正の屈折力をそれぞれ有する。 また、 一対のレンズ 2 aおよび 2 bのうちの少なくとも一方が、 光軸 A Xに沿って移動可能に構成され ている。 したがって、 ビームエキスパンダー 2に入射した光束は、 一対のレンズ 2 aと 2 bとの間隔に応じて図 1の紙面内において拡大され、 所望の矩形状の断 面を有する光束に整形される。
整形光学系としてのビームエキスパンダー 2を介したほぼ平行な光束は、 折り 曲げミラーで Z方向に偏向された後、 マイクロフライアイ 3に入射する。 マイク 口フライアイ 3は、 稠密に且つ縦横に配列された多数の正六角形状の正屈折力を 有する微小レンズからなる光学素子である。 一般に、 マイクロフライアイは、 た とえば平行平面ガラス板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成すること によって構成される。
ここで、 マイクロフライアイを構成する各微小レンズは、 フライアイレンズを 構成する各レンズエレメントよりも微小である。 また、 マイクロフライアイは、 互いに隔絶されたレンズェレメントからなるフライアイレンズとは異なり、 多数 の微小レンズが互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。 しかしなが ら、 正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライア ィはフライアイレンズと同じである。 なお、 図 1では、 図面の明瞭化のために、 マイクロフライアイ 3を構成する微小レンズの数を実際よりも非常に少なく表し ている。
したがって、 マイクロフライアイ 3に入射した光束は、 多数の微小レンズによ り二次元的に分割され、 各微小レンズの後側焦点面にはそれぞれ 1つの光源 （集 光点） が形成される。 マイクロフライアイ 3の後側焦点面に形成された多数の光 源からの光束は、 ァフォーカルズームレンズ 4を介して、 輪帯照明用の回折光学 素子 （D O E ) 5に入射する。
ァフォーカルズームレンズ 4は、 ァフォーカル系 （無焦点光学系） を維持しな がら所定の範囲で倍率を連続的に変化させることができるように構成されている また、 ァフォーカルズームレンズ 4は、 マイクロフライアイ 3の後側焦点面と回 折光学素子 5の回折面とを光学的に共役に連結している。 そして、 回折光学素子 5の回折面上の一点に集光する光束の開口数は、 ァフォーカルズームレンズ 4の 倍率に依存して変化する。
一般に、 回折光学素子は、 ガラス基板に露光光 （照明光） の波長程度のピッチ を有する段差を形成することによって構成され、 入射ビームを所望の角度に回折 する作用を有する。 具体的には、 輪帯照明用の回折光学素子 5は、 入射した矩形 状の光束を輪帯状 （円環状） の光束に変換する。 回折光学素子 5を介した光束は、 ズームレンズ 6を介して、 オプティカルィンテグレータと してのフライアイレン ズ 7に入射する。
ここで、 ズームレンズ 6の後側焦点面の近傍に、 フライアイレンズ 7の入射面 が位置決めされている。 したがって、 回折光学素子 5を介した光束は、 ズームレ ンズ 6の後側焦点面に、 ひいてはフライアイレンズ 7の入射面に、 光軸 A Xを中 心とした輪帯状の照野を形成する。 この輪帯状の照野の大きさは、 ズームレンズ 6の焦点距離に依存して変化する。 このように、 ズームレンズ 6は、 回折光学素 子 5とフライアイレンズ 7の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に結んでい る。
フライアイ レンズ 7は、 正の屈折力を有する多数のレンズエレメントを稠密に 且つ縦横に配列することによって構成きれている。 なお、 フライアイレンズ 7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 てはウェハ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。 また、 フライアイレンズ 7を構成する各レンズエレメントの入射側の面は入 射側に凸面を向けた球面状に形成され、 射出側の面は射出側に凸面を向けた球面 状に形成されている。
したがって、 フライアイレンズ 7に入射した光束は多数のレンズエレメントに より二次元的に分割され、 光束が入射した各レンズエレメントの後側焦点面には 多数の光源がそれぞれ形成される。 こうして、 フライアイレンズ 7の後側焦点面 には、 フライアイレンズ 7への入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強 度分布を有する輪帯状の面光源 （以下、 「二次光源」 という） が形成される。 フ レンズ 7の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、 そ の近傍に配置された開口絞り 8に入射する。
輪帯状の開口部 （光透過部） を有する開口絞り 8を介した二次光源からの光は、 コンデンサー光学系 9の集光作用を受けた後、 その後側焦点面を重畳的に照明す る。 こう して、 コンデンサー光学系 9の後側焦点面には、 フライアイレンズ 7を 構成する各レンズエレメントの形状と相似な矩形状の照野が形成される。 このよ うに、 マイクロフライアイ 3からコンデンサー光学系 9は、 光源 1からの光束に 基づいて所定面 （コンデンサー光学系 9の後側焦点面） に照野を形成するための 照野形成手段を構成している。
上述の矩形状の照野が形成される所定面には、 照明視野絞りとしてのマスクブ ラインド 1 0が配置されている。 マスクブラインド 1 0の矩形状の開口部 （光透 過部） を介した光束は、 リレー結像光学系 1 1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、 リ レー結像光学系 1 1は、 マスクブラインド 1 0の矩形状の開口部の像をマスク M上に形成するこ とになる。 なお、 リ レー結像光学系 1 1の詳細については、 4つの実施例を参照 して後述する。
マスク Mのパターンを透過した光束は、 投影光学系 P Lを介して、 感光性基板 であるウェハ W上にマスクパターンの像を形成する。 そして、 投影光学系 P Lの 光軸 A Xと直交する平面 （X Y平面） 内においてウェハ Wを二次元的に駆動制御 しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、 ウェハ Wの各露光領域 に、 マスク Mのパターンが逐次露光される。
なお、 一括露光では、 いわゆるステップ ' アンド ' リピート方式にしたがって、 ウェハの各露光領域に対してマスクパターンを一括的に露光する。 この場合、 マ スク M上における照明領域の形状は正方形に近い矩形状であり、 フライアイレン ズ 7の各レンズエレメントの断面形状も正方形に近い矩形状となる。 一方、 スキ ヤン露光では、 いわゆるステップ . アンド ' スキャン方式にしたがって、 マスク およびウェハを投影光学系に対して相対移動させながらウェハの各露光領域に対 してマスクパターンをスキャン露光する。 この場合、 マスク M上での照明領域の 形状は、 短辺と長辺との比がたとえば 1 ： 3の矩形状であり、 フライアイレンズ 7の各レンズエレメントの断面形状もこれと相似な矩形状となる。 なお、 本実施例では、 ァフォーカルズームレンズ 4の倍率を変化させることに より、 輪帯状をなす二次光源の外径 （大きさ） および輪帯比 （形状） をともに変 更することができる。 また、 ズームレンズ 6の焦点距離を変化させることにより、 輪帯状の二次光源の輪帯比を変更することなく、 その外径を変更することができ る。 その結果、 ァフォーカルズームレンズ 4の倍率とズームレンズ 6の焦点距離 とを適宜変化させることにより、 輪帯状の二次光源の外径を変化させることなく、 その輪帯比だけを変更することができる。
また、 本実施例では、 輪帯照明用の回折光学素子 5を、 たとえば 4極照明用の 回折光学素子や 8極照明用の回折光学素子と切り換えることにより、 4極照明や 8極照明のような変形照明を行うことができる。 この場合、 回折光学素子 5の切 換えに連動して、 輪帯開口絞り 8を、 たとえば 4極開口絞りや 8極開口絞りと切 り換えることになる。 また、 マイクロフライアイ 3を照明光路から退避させると ともに輪帯照明用の回折光学素子 5を、 通常の円形照明用の回折光学素子と切り 換えることにより、 通常の円形照明を行うこともできる。 この場合、 回折光学素 子 5の切換えに連動して、 輪帯開口絞り 8を、 円形開口絞りと切り換えることに なる。
〔第 1実施例〕
図 2は、 本発明の第 1実施例にかかるリレー結像光学系のレンズ構成を示す図 である。 また、 図 3は、 上記第 1実施例にかかるリ レー結像光学系を 1つの直線 状の光軸に沿って展開した図である。 第 1実施例のリレー結像光学系は、 物体側 (マスクブラインド 1 0側） から順に、 カバーガラス （平行平面板） C Pと、 第 1 レンズ群 G 1 と、 開口絞り Sと、 第 2レンズ群 G 2と、 第 3 レンズ群 G 3とか ら構成されている。
第 1 レンズ群 G 1は、 物体側から順に、 物体側に凹面を向け且つ像側の面が非 球面状に形成された負メニスカスレンズ L 1と、 物体側に凹面を向けた正メニス カスレンズと、 物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと、 両凸レンズとから 構成されている。 また、 第 2レンズ群 G 2は、 像側の面が非球面状に形成された、 両凸レンズから構成されている。 さらに、 第 3レンズ群 G 3は、 非球面状に形成 された凸面を物体側に向けた正メニスカスレンズから構成されている。 なお、 第 1実施例のリレー結像光学系を構成する 6枚のレンズおょぴカパーガラス C Pと、 マスク Mとは、 すべて石英から形成されている。
なお、 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つた 距離 （サグ量） を Xとし、 頂点曲率半径を rとし、 円錐係数を/ 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。
X = (y2/r ) / [1 + { 1 - (1 + κ ) · y2/r 2} 1/2〕
+ C4 - y4+C6 - y 6+ C8 · y 8+ C10 · y 10+ C12 - y 12 (a) なお、 各実施例において、 非球面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。
次の表 （1) に、 第 1実施例のリ レー結像光学系の諸元の値を掲げる。 表 （1) において、 3はリ レー結像光学系の結像倍率を、 ]3 2は第 2レンズ群 G 2の倍率 を、 f 1は第 1 レンズ群 G 1の焦点距離をそれぞれ示している。 また、 面番号は 光線の進行する方向に沿った面の順序を、 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) をそれ ぞれ示している。 表 1
(主要諸元）
Figure imgf000013_0001
3 2 = 1. 5 3 8 2
(光学部材諸元）
面番号 r d
(物体面） 25.000000 (マスクブラインド 1 0)
1 oo 3.000000 (カバーガラス C P)
2 ∞ 29.375557
3 -63.87177 31.110200 (第 1 レンズ群 G 1 ： レンズし 1 ) 4* -160.61224 12.657986
5 -175.00000 55.000000
6 -152.07942 1.000000
7 -430.32581 55.000000
8 -222.28946 2.000000
9 1712.61401 51.000000
10 -350.00000 801.571030
11 550.00000 46.000000 (第 2レンズ群 G 2)
12* -2983.73036 282.830771
13 oo 262.454464 (開口絞り S)
14* 317.73900 47.000000 (第 3レンズ群 G 3)
15 + 2257.23160 365.000000
16 oo 10.000000 (マスク M)
17 (像面）
(非球面データ）
第 4面
r =- 1 60. 6 1 224
κ = 0
C4= 0. 270 9 2 7 X 1 0 -7
C6= 0. 443 27 8 X 1 0 -11
C8=- 0, 34 3 3 54 X 1 0 -15
C10= 0. 346 93 2 X 10 -19
第 1 2面
r =- 298 3. 730 3 6
κ = 0
C4= 0. 14309 5 X 1 0 -8
C6=- 0. 33 9 5 3 5 X 1 0 -14
C8= 0. 27 1 042 X 1 0 -18
C10=- 0. 7 8496 0 X 1 0 -23 第 14面
r = 3 1 7. 7 3 9 00
κ = 0
C4=- 0. 2474 9 3 X 10 -8
C6=- 0. 30 7 1 73 X 1 0 -13
C8= 0. 3 75 79 2 X 1 0 -18
C 10= - 0. 1 6444 3 X 1 0 -22
(条件式対応値）
f 1 = 373. 6 6 0mm
R 1 =- 6 3. 8 7 2 mm
( 1 ) I f 1 /R 1 I = 5. 8 50
〔第 2実施例〕
図 4は、 第 2実施例にかかるリレー結像光学系を 1つの直線状の光軸に沿って 展開した図である。 第 2実施例のリ レー結像光学系は、 物体側 （マスクブライン ド 1 0側） から順に、 カバーガラス CPと、 第 1レンズ群 G 1 と、 第 2レンズ群 G 2と、 第 3レンズ群 G 3とから構成されている。 図 4では、 開口絞り Sの図示 を省略しているが、 第 2レンズ群 G 2中に開口絞り Sを配置することができる。 なお、 第 1 レンズ群 G 1は、 物体側から順に、 物体側に凹面を向け且つ像側の 面が非球面状に形成された負メニスカスレンズ L 1と、 物体側に凹面を向けた正 メニスカスレンズと、 物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと、 物体側に凹 面を向けた正メニスカスレンズとから構成されている。 また、 第 2レンズ群 G 2 は、 物体側から順に、 両凸レンズと、 非球面状に形成された凹面を物体側に向け た負メエスカスレンズとから構成されている。 さらに、 第 3レンズ群 G 3は、 物 体側から順に、 物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、 非球面状に形成さ れた凸面を像側に向け、 平凸レンズとから構成されている。 なお、 第 2実施例の リ レー結像光学系を構成する 8枚のレンズおょぴカバーガラス C Pと、 マスク M とは、 すべて石英から形成されている。
次の表 （2) に、 第 2実施例のリ レー結像光学系の諸元の値を掲げる。 表 （2) において、 ]3はリ レー結像光学系の結像倍率を、 j3 2は第 2レンズ群 G 2の倍率 を、 f 1は第 1 レンズ群 G 1の焦点距離をそれぞれ示している。 また、 面番号は 光線の進行する方向に沿った面の順序を、 rは各面の曲率半径 （非球面の場合に は頂点曲率半径： m m) を、 dは各面の軸上間隔すなわち面間隔 （m m) をそれ ぞれ示している。 表 2
(主要諸元）
β = 1 . 6 5
；8 2 = 0 . 9 6 8 5
(光学部材諸元）
面番号 r d
(物体面） 29. 000000 (マスクプラインド 1
1 oo 3. 000000 (カバーガラス C P )
2 oo 21. 114186
3 -59. 96455 55. 894461 (第 1 レンズ群 G 1 ： レンズし 1 )
4* -200. 00000 0. 100000
5 -271. 64694 72. 376371
6 -162. 27854 0. 100000
7 -1660. 39217 68. 798551
8 -260. 00000 20. 000000
9 -1834. 57325 50. 000000
10 -372. 31842 749. 248818
11 1769. 86775 43. 951905 (第 2レンズ群 G 2 )
12 -456. 85638 161. 545765
13* -257. 43460 67. 144322
14 -335. 18262 329. 920123
15 375. 00000 47. 091327 (第 3 レンズ群 G 3 )
16 2334. 56712 280. 000000 17 ∞ 24.068901
18* -847.61554 170.000000
19 ∞ 6.645109 (マスク M)
20 (像面）
(非球面データ）
第 4面
r = - 200. 00000
Ιν = 0
C4= 0. 44 5803 X 1 0 -7
C6= 0. 1 1 7442 X 1 0 -11
C8= 0. 1 1 1 309 X 10 -15
C 10=一 0. 908 996 X 1 0 -20
第 1 3面
r =- 2 5 7. 4 3460
t = 0
C4=- 0. 5 36 867 X 1 0 -9
C6=— 0. 9 6 1 1 3 3 X 1 0 -14
C8= 0. 2 9 02 8 7 X 1 0 -17
C10=- 0. 7 5 7484 X 1 0 -22
第 1 8面
r = - 847. 6 1 5 54
κ = 0
C4= 0. 6 8 2 1 76 X 10 -8
C6=- 0. 1 9 94 73 X 1 0 -12
C8= 0. 6 1 14 7 7 X 1 0 -16
C10=- 0. 297 9 5 1 X 1 0 -20
(条件式対応値）
f 1 = 3 7 9. 8 3 8 mm
R 1 =- 5 9. 9645 5 mm ( 1 ) I f 1 /R 1 | = 6. 3 3 4
〔第 3実施例〕
図 5は、 第 3実施例にかかるリ レー結像光学系を 1つの直線状の光軸に沿って 展開した図である。 第 3実施例のリ レー結像光学系は、 物体側 （マスクブライン ド 1 0側） から順に、 カバーガラス C Pと、 第 1 レンズ群 G 1と、 第 2 レンズ群 G 2と、 第 3 レンズ群 G 3とから構成されている。 図 5では、 開口絞り Sの図示 を省略しているが、 第 2 レンズ群 G 2の物体側に近接して開口絞り Sを配置する ことができる。
なお、 第 1 レンズ群 G 1は、 物体側から順に、 物体側に凹面を向け且つ像側の 面が非球面状に形成された負メニスカスレンズ L 1 と、 物体側に凹面を向けた正 メニスカスレンズと、 物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと、 物体側に凹 面を向けた正メニスカスレンズとから構成されている。 また、 第 2 レンズ群 G 2 は、 物体側から順に、 像側の面が非球面状に形成された両凸レンズと、 物体側に 凸面を向けた正メニスカスレンズとから構成されている。 さらに、 第 3レンズ群 G 3は、 非球面状に形成された凸面を像側に向けた平凸レンズから構成されてい る。 なお、 第 3実施例のリ レー結像光学系を構成する 7¾のレンズおょぴカバー ガラス C Pと、 マスク Mとは、 すべて石英から形成されている。
次の表 （3) に、 第 3実施例のリ レー結像光学系の諸元の値を掲げる。 表 （3) において、 はリ レー結像光学系の結像倍率を、 0 2は第 2 レンズ群 G 2の倍率 を、 f 1は第 1 レンズ群 G 1の焦点距離をそれぞれ示している。 また、 面番号は 光線の進行する方向に沿った面の順序を、 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) をそれ ぞれ示している。 表 3
(主要諸元）
β = 1. 6 5
β 2 = 0. 3 8 4 8 (光学部材諸元）
而 上 d
\ *WJ Yr- LflJノ 29.000000 (マスクブラインド 1 0 ) 上 oo 3.000000 (力パーガラス C P)
9 oo 21.124917
50.810073 (第 1 レンズ群 G 1 ：
*± 00 OOOCiO 1.856500
Figure imgf000019_0001
a u -丄； 3 ί , νθ ( ΟΌ 2.026166
7 1 -丄 リリ. uuuuu 59. 25234
o 20.000000
Q Ο^ΠΠ πππππ 50.000000
丄 U Δ 9171Q y¾ 806.350295
11 97 1 7070
丄丄 43.951905 (第 2レンズ群 G 2)
1
ι 519.354282
丄 ύ o ί 0. uuuuu 47.091327
14 1738.57272 280.000000
15 00 24.068901 (第 3レンズ群 G 3)
16* -862.97805 170.000000
17 6.645109 (マスク M)
18 (像面）
(非球面データ）
第 4面
r =- 200. 00000
κ =
C4= 0. 4 738 02 X 1 0 -7
C6= 0. 2 9 54 60 X 1 0 -11
C8=- 0. 1 1 6 6 2 1 X 1 0 -15
C10= 0. 4 346 8 7 X 1 0 -21 第 1 2面
r =- 56 3. 58 8 1 1
κ = 0
C4= 0. 143890 X 1 0 -8
C6= 0. 28 3 6 6 3 X 1 0 -13
C8=- 0. 1 80 1 1 2 X 1 0 -17
C10= 0. 45 245 6 X 1 0 -22
C12=- 0. 1 7 1 3 6 0 X 1 0 -27
第 1 6面
r =- 8 6 2. 9 7805
f = 0
C4= 0. 5 24949 X 1 0 -8
C6= 0. 1 6 993 7 X 1 0.-12
C8=— 0. 1 6 3 3 1 5 X 1 0 -17
C10= 0. 5 5 5 39 7 X 1 0 -23
(条件式対応値）
f 1 = 385. 0 36 mm
R 1 =- 5 9. 943 3 mm
(1) I f 1 /R 1 | = 6. 423
〔第 4実施例〕
図 6は、 第 4実施例にかかるリ レー結像光学系を 1つの直線状の光軸に沿って 展開した図である。 第 4実施例のリ レー結像光学系は、 物体側 （マスクブライン ド 1 0側） から順に、 カバーガラス CPと、 第 1レンズ群 G 1 と、 第 2レンズ群 G 2と、 第 3レンズ群 G 3とから構成されている。 図 6では、 開口絞り Sの図示 を省略しているが、 第 2レンズ群 G 2と第 3レンズ群 G 3との間の光路中に開口 絞り Sを配置することができる。
なお、 第 1 レンズ群 G 1は、 物体側から順に、 像側の面が非球面状に形成され た両凹レンズと、 物体側に凹面を向け且つ像側の面が非球面状に形成された負メ ニスカスレンズ L Iと、 物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと、 両凸レン ズとから構成されている。 また、 第 2 レンズ群 G 2は、 像側の面が非球面状に形 成された両凸レンズから構成されている。 さらに、 第 3 レンズ群 G 3は、 物体側 に凸面を向けた正メニスカスレンズから構成されている。 なお、 第 4実施例のリ レー結像光学系を構成する 6枚のレンズおょぴカバーガラス C Pと、 マスク Mと は、 すべて石英から形成されている。
次の表 （'4 ) に、 第 4実施例のリレー結像光学系の諸元の値を掲げる。 表 （4 ) において、 はリ レー結像光学系の結像倍率を、 j3 2は第 2 レンズ群 G 2の倍率 を、 f 1は第 1 レンズ群 G 1の焦点距離をそれぞれ示している。 また、 面番号は 光線の進行する方向に沿った面の順序を、 rは各面の曲率半径 （非球面の場合に は頂点曲率半径： m m) を、 dは各面の軸上間隔すなわち面間隔 （mm) をそれ ぞれ示している。 表 4
(主要諸元）
β = 1 . 5
Figure imgf000021_0001
(光学部材諸元）
面番号 r d
(物体面） 24. 000000 (マスクブラインド 1 0 )
1 ∞ 3. 000000 (カバーガラス C P )
2 ∞ 5. 312634
3 -236. 97636 13. 000000 (第 1 レンズ群 G 1 )
230. 60587 28. 427249
5 -128. 33718 41. 000000 (メニスカスレンズし 1 )
6* -144. 30322 38. 671058
7 -835. 56243 49. 000000
8 -244. 65574 2. 000000
9 600. 00000 50. 000000 10 -655.08071 622.894601
11 1612.55882 46.000000 (第 2レンズ群 G 2) 12* -549.24551 734.694480
13 335.88422 47.000000 (第 3レンズ群 G 3) 14 7562.75817 365.000000
15 oo 10.000000 (マスク M)
16 (像面）
(非球面データ）
第 4面
r = 230. 6 0 5 8 7
/ = 0
C4=- 0. 3 2 1 1 39 X 1 0 -6
C6= 0. 1 70 5 6 8 X 1 0 -10
C8=- 0. 5 7 5 6 70 X 1 0 -14
C10= 0. 3 60 508 X 1 0 -18
第 6面
r =- 1 44. 30 3 22
/c = 0
C4= 0. 1 6 5 944 X 1 0 -7
C6= 0. 2 9 28 3 6 X 1 0 -11
C8= 0. 48 8 7 1 5 X 1 0 -16
C10= 0. 7 9 1 3 54 X 1 0 -19
第 1 2面
r =- 549. 245 5 1
K = 0
C4= 0. 23 0 1 8 9 X 1 0 -8
C6=- 0. 6 2 3 76 5 X 1 0 -14'
C8= 0. 5 2 5 1 44 X 1 0 -18
C10=— 0. 1 1 436 3 X 1 0 -22 (条件式対応値）
f 1 = 5 8 2 . 3 7 6 m m
R 1 = - 1 2 8 . 3 3 7 mm
( 1 ) I f 1 / R 1 | = 4 . 5 3 8 なお、 上述の各実施例においては、 所要の結像特性 （光学特性） が確保されて いることが確認されている。 良好な結像特性が確保されている一例として、 第 1 実施例の球面収差図 （横収差表示） を図 7に示す。 各実施例のリレー結像光学系 の結像倍率は 3倍未満であるため、 各実施例ともリレー結像光学系自体の球面収 差を容易に小さくすることができる。 また、 第 1 レンズ群の像平面が有限距離に 位置し、 第 2レンズ群が倍率を有する。 このことは、 リレー結像光学系の設計自 由度の幅を広げるとともに、 レンズの最大径を小さくすることができる。 以上の ように、 本実施例のリ レー結像光学系では、 所要の光学特性を確保しつつ、 少な いレンズ枚数で小型化および軽量化を実現することができる。 したがって、 本実 施例の照明光学装置および露光装置では、 エキシマレーザー光源を用いているに もかかわらず、 有害ガスによるレンズ表面の曇りの影響を受けにくく、 レンズの 光透過率の低下の影響も受けにくい。 また、 本実施例の露光装置では、 リ レー結 像光学系の小型化および軽量化により、 露光装置が振動の影響を受けにくい構造 になっている。
上述の実施例にかかる露光装置では、 照明光学装置によってマスクを照明し (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 性基板に走查露光する （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、 図 1に示す実施例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。
先ず、 図 8のステップ 3 0 1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 3 0 2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 3 0 3において、 図 1に示す本実施 例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 （投影光学モ ジュール） 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 3 0 4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 3 0 5において、 その 1ロットのゥヱハ上 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 微細な回路パタ一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。
また、 図 1に示す本実施例の露光装置では、 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 口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のフ口一チヤ 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 4 0 1では、 各実施例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、 レチクル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 4 0 2へ移行 する。
次に、 カラーフィルター形成工程 4 0 2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ツ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 4 0 2の後に、 セル組み立て工程 4 0 3が実行される。 セル組み立て工程 4 0 3では、 パターン形成工程 4 0 1にて得られた所定パターンを有する基板、 およびカラー フィルタ一形成工程 4 0 2にて得られたカラーフィルタ一等を用レ、て液晶パネル (液晶セル） を組み立てる。 セル組み立て工程 4 0 3では、 例えば、 パターン形 成工程4 0 1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ェ 程 4 0 2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 4 0 4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、 パックライ 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。 '
なお、 上述の各実施例では、 波面分割型の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 7を用いているが、 これに限定されることなく、 内面反射型 のロッド状オプティカルィンテグレータを用いることもできる。 口ッド状ォプテ ィカルインテグレータは、 石英ガラスや蛍石のような硝子材料からなる内面反射 型のガラスロッ ドであり、 内部と外部との境界面すなわち内面での全反射を利用 して集光点を通りロッド入射面に平行な面に沿って内面反射数に応じた数の光源 像を形成する。 ここで、 形成される光源像のほとんどは虚像であるが、 中心 （集 光点） の光源像のみが実像となる。 すなわち、 口ッ ド状オプティカルィンテグレ ータに入射した光束は内面反射により角度方向に分割され、 集光点を通りその入 射面に平行な面に沿つて多数の光源像からなる二次光源が形成される。
図 1に示す実施例において、 フライアイレンズ 7に代えて口ッド状ォプティカ ルインテグレータを用いる場合、 ズームレンズ 6とロッド状オプティカルィンテ グレータの間の光路中に第 1光学系を付設するとともに、 コンデンサー光学系 9 に代えて第 2光学系を設置する。 ここで、 第 1光学系は、 ズームレンズ 6の入射 瞳とロッド状オプティカルインテグレータの入射面とを光学的に共役に配置する とともに、 ズームレンズ 6の後側焦点面と口ッド状オプティカルィンテグレータ の射出面とを光学的に共役に配置する。 また、 第 2光学系は、 ロッ ド状ォプティ カルインテグレータの射出面とマスクブラインド 1 0とを光学的に共役に配置す る。
また、 上述の実施例では、 露光装置における照明光学装置中のリ レー結像光学 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本発明の範囲内 において様々な適用例が可能であることはいうまでもない。 - 以上説明したように、 本発明のリ レー結像光学系では、 所要の光学特性を確保 しつつ'、 少ないレンズ枚数で小型化および軽量化を実現することができる。 した がって、 本発明のリ レー結像光学系を組み込んだ照明光学装置および露光装置で は、 たとえばエキシマレーザー光源を用いた場合にも、 有害ガスによるレンズ表 面の曇りの影響を受けにく く、 レンズの光透過率の低下の影響も受けにくい。 また、 本発明のリ レー結像光学系を組み込んだ露光装置では、 リ レー結像光学 系の小型化および軽量化により、 露光装置が振動の影響を受けにくい構造になる c その結果、 本発明の露光装置を用いて良好な露光条件のもとで投影露光を行うこ とにより、 良好なマイクロデバイスを高精度に製造することができる。

Claims

請求の範囲 1 - 第 1面の像を第 2面に形成するリレー結像光学系において、 前記光学系は 3倍未満の結像倍率を有し、 前記光学系を構成するレンズの総数が 1 0以下であり、 前記光学系は少なく とも 2つの非球面を有し、 該少なくとも 2つの非球面のう ちの一方の非球面は前記第 1面の近傍または前記第 2面の近傍に配置されている リレー結像光学系。 2 . 前記光学系は、 前記第 1面側から順に、 第 1 レンズ群と、 第 2 レンズ群と、 第 3 レンズ群とを備え、 前記第 1レンズ群おょぴ前記第 3レンズ群は、 少なく とも 1つの非球面をそれ ぞれ有する請求項 1に記載のリレー結像光学系。 3 . 前記第 2 レンズ群は、 少なくとも 1つの非球面を有する請求項 2に記載の リレー結像光学系。 4 . 前記第 1 レンズ群は、 前記第 1面側に凹面を向けたメニスカスレンズ L 1 と、 少なくとも 2つの正レンズとを有し、 前記第 2レンズ群および前記第 3 レンズ群は、 少なく とも 1つの正レンズをそ れぞれ有する請求項 2に記載のリ レー結像光学系。 5 . 前記メニスカスレンズ L 1の前記第 1面側の凹面の曲率半径を R 1 とし、 前記第 1 レンズ群 G 1の焦点距離を f 1とするとき、 0 . 1 < I f 1 / R 1 I く 1 0 の条件を満足する請求項 4に記載のリレー結像光学系。 6 . 前記第 1 レンズ群は、 その像平面が有限距離に位置するように構成されて いる請求項 2に記載のリ レー結像光学系。 7 . 第 1面の像を第 2面に形成するリレー結像光学系において、 前記光学系 は、 前記第 1面側から順に、 像平面が有限距離に位置するように構成された第 1 レンズ群.と、 第 2 レンズ群と、 第 3 レンズ群とを備え、 前記第 1 レンズ群ないし前記第 3 レンズ群のうちの少なく とも 2つのレンズ群 は、 少なくとも 1つの非球面をそれぞれ有し、 前記光学系を構成するレンズの総数が 1 0以下であるリレー結像光学系。 8 . 前記第 1 レンズ群および前記第 3 レンズ群は、 少なくとも 1つの非球面を それぞれ有する請求項 7に記載のリ レー結像光学系。 9 . 前記第 2 レンズ群の近傍には、 不要な光束を遮るための開口絞りが配置さ れている請求項 7に記載のリ レー結像光学系。 1 0 . 前記第 2 レンズ群は、 1 1 0 0倍から 1 0 0倍の倍率を有する請求項 7に記載のリ レー結像光学系。 1 1 . 前記第 2 レンズ群は、 少なく とも 1つの非球面を有する請求項 7に記載 のリレー結像光学系。 1 2 . 第 1面の像を第 2面に形成するリレー結像光学系において、 前記光学系は、 前記第 1面側から順に、 第 1 レンズ群と、 実質的に倍率を有す る第 2 レンズ群と、 第 3 レンズ群とを備え、 前記第 1 レンズ群ないし前記第 3レンズ群のうちの少なく とも 2つのレンズ群 は、 少なくとも 1つの非球面をそれぞれ有し、 前記光学系を構成するレンズの総数が 1 0以下であるリレー結像光学系。 1 3 . 前記第 2 レンズ群は、 1 / 1 0 0倍から 1 0 0倍の倍率を有する請求項 1 2に記載のリ レー結像光学系。 1 4 . 前記第 1 レンズ群および前記第 3 レンズ群は、 少なく とも 1つの非球面 をそれぞれ有する請求項 1 2に記載のリレー結像光学系。 1 5 . 前記第 2 レンズ群は、 少なく とも 1つの非球面を有する請求項 1 2に記 載のリ レー結像光学系。 1 6 . 被照射面を照明する照明光学装置において、 光束を供給するための光源と、 前記光源からの光束に基づいて所定面に照野を形成するための照野形成手段と、 前記所定面としての第 1面に形成された前記照野の像を、 前記被照射面として の第 2面に形成するための請求項 1に記載のリ レー結像光学系とを備えている照 明光学装置。 1 7 . 前記所定面には、 前記被照射面における照明領域を変更するための視野 絞りが配置されている請求項 1 6に記載の照明光学装置。 1 8 . 請求項 1 6に記載の照明光学装置と、 前記被照射面に設定されたマスク のパターンを感光性基板上へ投影露光するための投影光学系とを備えている露光 1 9 - 請求項 1 8に記載の露光装置により前記マスクのパターンを前記感光性 基板上に露光する露光工程と、 前記露光工程により露光された前記感光性基板を 現像する現像工程とを含むマイクロデバイスの製造方法。 補正書の請求の範囲 [2002年 1月 11日 （11. 01. 02) 国際事務局受理：出願当初の請求の範囲 1，7,12は 補正された；他の請求の範囲は変更なし。 （3頁） ]
1 . (補正後） 第 1面の像を第 2面に形成するリレー結像光学系において、 前記光学系は 3倍未満の結像倍率を有し、
前記光学系を構成するレンズの総数が 1 0以下であり、
前記光学系は少なくとも 1つの負のパワーのレンズを有し、 該レンズのうちの 1つは前記第 1面の近傍に配置されるとともに、 前記光学系は少なくとも 2つの 非球面を有し、 該少なくとも 2つの非球面のうちの一方の非球面は前記第 1面の 近傍または前記第 2面の近傍に配置されているリレ一結像光学系。
2 . 前記光学系は、 前記第 1面側から順に、 第 1レンズ群と、 第 2レンズ群と、 第 3レンズ群とを備え、
前記第 1レンズ群および前記第 3レンズ群は、 少なくとも 1つの非球面をそれ ぞれ有する請求項 1に記載のリレー結像光学系。
3 . 前記第 2レンズ群は、 少なくとも 1つの非球面を有する請求項 2に記載の リレ一結像光学系。
4 . 前記第 1レンズ群は、 前記第 1面側に凹面を向けたメニスカスレンズ L 1 と、 少なくとも 2つの正レンズとを有し、
前記第 2レンズ群おょぴ前記第 3レンズ群は、 少なくとも 1つの正レンズをそ れぞれ有する請求項 2に記載のリレー結像光学系。
5 . 前記メニスカスレンズ L 1の前記第 1面側の凹面の曲率半径を R 1とし、 前記第 1レンズ群 G 1の焦点距離を f 1とするとき、
0 . 1 < I f 1 / R 1 I < 1 0
の条件を満足する請求項 4に記載のリレー結像光学系。
6 . 前記第 1レンズ群は、 その像平面が有限距離に位置するように構成されて いる請求項 2に記載のリレー結像光学系。
7 . (補正後） 第 1面の像を第 2面に形成するリレー結像光学系において、 前記光学系は、 前記第 1面側から順に、 像平面が有限距離に位置するように構成 された第 1レンズ群と、 第 2レンズ群と、 第 3レンズ群とを備え、
前記第 1レンズ群は、 負のパワーのレンズを有し、 捕正された用紙 (条約第 19汆 前記第 1レンズ群ないし前記第 3レンズ群のうちの少なくとも 2つのレンズ群 は、 少なくとも 1つの非球面をそれぞれ有し、
前記光学系を構成するレンズの総数が 1 0以下であるリレー結像光学系。
8 . 前記第 1レンズ群および前記第 3レンズ群は、 少なくとも 1つの非球面を それぞれ有する請求項 7に記載のリレー結像光学系。
9 . 前記第 2レンズ群の近傍には、 不要な光束を遮るための開口絞りが配置さ れている請求項 7に記載のリレー結像光学系。
1 0 . 前記第 2レンズ群は、 1 / 1 0 0倍から 1 0 0倍の倍率を有する請求項 7に記載のリレー結像光学系。
1 1 . 前記第 2レンズ群は、 少なくとも 1つの非球面を有する請求項 7に記載 のリレー結像光学系。
1 2 . (補正後） 第 1面の像を第 2面に形成するリレー結像光学系において、 前記光学系は、 前記第 1面側から順に、 第 1レンズ群と、 実質的に倍率を有す る第 2レンズ群と、 第 3レンズ群とを備え、
前記第 1レンズ群は、 負のパワーのレンズを有し、
前記第 1レンズ群ないし前記第 3レンズ群のうちの少なくとも 2つのレンズ群 は、 少なくとも 1つの非球面をそれぞれ有し、
前記光学系を構成するレンズの総数が 1 0以下であるリレ一結像光学系。
1 3 . 前記第 2レンズ群は、 1 / 1 0 0倍から 1 0 0倍の倍率を有する請求項 1 2に記載のリレ一結像光学系。
1 4 . 前記第 1レンズ群および前記第 3レンズ群は、 少なくとも 1つの非球面 をそれぞれ有する請求項 1 2に記載のリレー結像光学系。
1 5 . 前記第 2レンズ群は、 少なくとも 1つの非球面を有する請求項 1 2に記 載のリレー結像光学系。
1 6 . 被照射面を照明する照明光学装置において、
光束を供給するための光源と、
前記光源からの光束に基づいて所定面に照野を形成するための照野形成手段と, 前記所定面としての第 1面に形成された前記照野の像を、 前記被照射面として の第 2面に形成するための請求項 1に記載のリレー結像光学系とを備えている照 補正された用紙 （条約第 W染 j 明光学装置。
1 7 . 前記所定面には、 前記被照射面における照明領域を変更するための視野 絞りが配置されている請求項 1 6に記載の照明光学装置。
1 8 . 請求項 1 6に記載の照明光学装置と、 前記被照射面に設定されたマスク のバタ一ンを感光性基板上へ投影露光するための投影光学系とを備えている露光
1 9 . 請求項 1 8に記載の露光装置により前記マスクのパターンを前記感光性 基板上に露光する露光工程と、 前記露光工程により露光された前記感光性基板を 現像する現像工程とを含むマイクロデバイスの製造方法。
樯正された用紙 （条約第 19籴 / 条約第 1 9条 （1 ) に基づく説明書 請求の範囲第 1項では、 リレー結像光学系が少なくとも 1つの負のパワーのレ ンズを有し、 該レンズのうちの 1つが第 1面の近傍に配置されることを明確にし た。 請求の範囲第 7項及び第 1 2項では、 リレ一結像光学系の第 1のレンズ群が 負のパワーのレンズを有していることを明確にした。
また、 請求の範囲第 1項では、 リレー結像光学系に非球面レンズを使用し、 リ レー結像光学系の結像倍率が 3倍未満である。 請求の範囲第 7項では、 第 1のレ ンズ群の像平面が有限距離に位置するよう構成されている。 請求の範囲第 1 2項 では、 第 2のレンズ群が実質的に倍率を有している。
引用例 （US4906080A及び JP2000-98226A ) では、 第 1のレンズ群が正のパヮ 一のレンズからなっている。 引用例 （EP783137A2) では、 対物レンズに球面レ ンズのみを用いている。 引用例 （EP940722A2) では、 リレー結像光学系の第 1 の倍率が 4 . 4 4 4であり、 第 1のレンズ群の像平面が無限遠に存在し、 第 2の レンズ群が無倍率である。 また、 引用例 （EP744664A2、 JP9-8263 K 及び EP500 393A2) では、 リレー結像光学系の構成が具体的に開示されていない。
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