DE69629277T2

DE69629277T2 - Optisches Projektionssystem und damit ausgerüstetes Belichtungsgerät

Info

Publication number: DE69629277T2
Application number: DE69629277T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Chiyoda-ku Matsuzawa; Yutaka Chiyoda-ku Suenaga; Misako Chiyoda-ku Kobayashi
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-04-25
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2016-06-01
Also published as: EP0803755A2; KR970071147A; DE69629277D1; KR100446130B1; EP0803755B1; EP0803755A3; US5781278A; JPH09292568A; JP3750123B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Projektionssystem zum Projizieren eines Abbildes eines Musters in einem ersten Objekt auf ein Substrat oder dergleichen als ein zweites Objekt. Genauer befasst sich die Erfindung mit einem optischen Projektionssystem, das für eine Projektion/ Belichtung eines Musters für einen Halbleiter oder für einen flüssigen Kristall, der in einem Retikel (oder Maske) ausgebildet ist, als ein erstes Objekt auf ein Substrat (Siliziumwafer, Glasplatte oder dergleichen) als ein zweites Objekt geeignet anwendbar ist.
Stand der Technik
Da Muster von integrierten Schaltungen immer feiner werden, wird für das optische Projektionssystem, das zum Drucken auf den Wafer verwendet wird, höheres Leistungsverhalten gefordert. Unter derartigen Umständen kann eine Auflösungsleistung eines optischen Projektionssystems durch Verwendung einer kürzeren Belichtungswellenlänge Λ oder Erhöhung der numerischen Apertur (NA) eines optischen Projektionssystems absehbar verbessert werden.
Um die Anforderungen zu erfüllen, um Übertragungsmuster feiner zu machen, wurde in letzter Zeit eine Lichtquelle zur Belichtung von einer zum Emittieren von Licht einer Belichtungswellenlänge der g-Linie (436 nm) zu einer zum Emittieren von Licht einer Belichtungswellenlänge der i-Linie (365 nm) geändert, die in diesen Jahren hauptsächlich verwendet wird. Ferner werden Lichtquellen zum Emittieren von Licht von noch kürzeren Wellenlängen, z. B. Excimer-Laser (248 nm, 193 nm) als eine Lichtquelle für eine Belichtung verwendet.
Es gibt vorgeschlagene optische Projektionssysteme für eine Projektion/Druck von Mustern in dem Retikel auf den Wafer mit Licht der obigen verschiedenen Belichtungswellenlängen.
Von den optischen Projektionssystemen wird gefordert, eine Verzerrung des Abbildes zu verringern ebenso wie die Auflösungsleistung zu verbessern. Hier wird die Verzerrung des Abbildes durch eine Verzerrung wegen dem optischen Projektionssystem, Verzug des Wafers, der auf der Abbildseite eines optischen Projektionssystems zu bedrucken ist, Verzug des Retikels mit Schaltungsmustern oder dergleichen, die darauf auf der Objektseite eines optischen Projektionssystems geschrieben werden oder dergleichen verursacht.
Jüngster weiterer Fortschritt bei der Verkleinerung der Übertragungsmuster macht die Anforderung stärker, die Abbildverzerrung zu verringern.
Um einen Einfluss des Verzugs eines Wafers auf die Abbildverzerrung zu verringern, wurde bisher ein sogenanntes abbildseitiges telezentrisches optisches System verwendet, welches das abbildseitige Ausgangssehloch eines optischen Projektionssystems weit entfernt von der Abbildebene (auf dem Wafer) anordnet.
Um andererseits die Abbildverzerrung wegen dem Retikelverzug zu verringern, wird erwogen, ein sogenanntes objektseitiges telezentrisches optisches System zu verwenden, welches das Eingangssehloch eines optischen Projektionssystems weit entfernt von der Objektebene (auf dem Retikel) anordnet. Der Stand der Technik zum Anordnen des Eingangssehlochs eines optischen Projektionssystems relativ weit entfernt von der Abbildebene wird z. B. in den japanischen offengelegten Patentanmeldungen Nr. 63-118115, Nr. 4-157412 und Nr. 5-173065 offengelegt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Unter den oben erwähnten optischen Systemen werden sogenannte beidseitige telezentrische optische Projektionssysteme, in denen sowohl die Objektseite (Retikelseite) als auch die Abbildseite (Substratseite) telezentrisch sind, offengelegt. Durch eine Untersuchung dieser konventionellen beidseitigen telezentrischen optischen Projektionssysteme haben die Erfinder jedoch herausgefunden, dass die Eigenschaften der optischen Systeme zur Befriedigung der oben erwähnten Anforderung nach feiner integrierten Schaltungen und dergleichen im Sinne ihrer numerischen Apertur- (N. A.) Größe, die zur Auflösung und Funktion zum Korrigieren verschiedener Arten einer Abweichung, wie etwa insbesondere einer Verzerrung, beiträgt, unzureichend sind.
Entsprechend ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein beidseitiges telezentrisches optisches Projektionssystem hoher Leistung, das eine kompakte Struktur hat, während ein breiter Belichtungsbereich und eine große numerische Apertur sichergestellt wird, ebenso wie eine Belichtungsvorrichtung, die mit einem derartigen optischen Projektionssystem ausgerüstet ist, vorzusehen. Dieses optische Projektionssystem hat hier eine Struktur, die verschiedene Arten einer Abweichung, wie etwa insbesondere eine Verzerrung, recht günstig korrigieren kann. Auch war im allgemeinen als eine Belichtungsvorrichtung, auf die dieses optische Projektionssystem anwendbar ist, eine Belichtungsvorrichtung eines Ein-Schusstyps oder eine Belichtungsvorrichtung eines Abtasttyps bekannt, in der eine Maske und ein Substrat in Bezug auf das optische Projektionssystem relativ beweglich sind.
Um das oben erwähnte Ziel zu erreichen, umfasst die Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens eine erste Stufe, die einer Maske (erstes Objekt) mit einem vorbestimmten Muster, wie etwa einer integrierten Schaltung, erlaubt, auf einer Hauptoberfläche davon gehalten zu werden; eine zweite Stufe, die auf ihrer Hauptoberfläche fähig ist, ein fotosensitives Substrat (zweites Objekt), auf dem das Muster der Maske zu drucken ist, zu halten; ein optisches Beleuchtungssystem zum Beleuchten der Maske mit Belichtungslicht mit einer vorbestimmten Wellenlänge; und ein optisches Projektionssystem, das zwischen den ersten und zweiten Stufen vorgesehen ist und zum Projizieren des vorbestimmten Musters auf der Maske auf das Substrat verwendet wird. In dieser Beschreibung bezieht sich "fotosensitives Substrat" auf ein Substrat, wie etwa einen Siliziumwafer oder eine Glasplatte, dessen Oberfläche mit einem Material beschichtet ist, wie etwa einem Resist mit einer Fotosensitivität in Bezug auf das Belichtungslicht.
Wie in 1 gezeigt, umfasst insbesondere die Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine erste Linsengruppe G₁ mit einer positiven Brechkraft, die zwischen dem oben erwähnten ersten Objekt R und zweiten Objekt W vorgesehen ist, eine zweite Linsengruppe G₂ mit einer negativen Brechkraft, die zwischen der ersten Linsengruppe G₁ und dem zweiten Objekt W vorgesehen ist, eine dritte Linsengruppe G₃ mit einer positiven Brechkraft, die zwischen der zweiten Linsengruppe G₂ und dem zweiten Objekt W vorgesehen ist, eine vierte Linsengruppe G₄ mit einer negativen Brechkraft, die zwischen der dritten Linsengruppe G₃ und dem zweiten Objekt W vorgesehen ist, eine fünfte Linsengruppe G₅ mit einer positiven Brechkraft, die zwischen der vierten Linsengruppe G₄ und dem zweiten Objekt W vorgesehen ist, und eine sechste Linsengruppe G₆ mit einer positiven Brechkraft, die zwischen der fünften Linsengruppe G₅ und dem zweiten Objekt W vorgesehen ist.
Die erste Linsengruppe G₁ mit einer positiven Brechkraft trägt hauptsächlich zu einer Korrektur einer Verzerrung bei, während Telezentrizität aufrechterhalten wird. Speziell generiert die erste Linsengruppe G₁ eine positive Verzerrung derart, um in einer gut ausgewogenen Art und Weise negative Verzerrung zu korrigieren, die durch eine Vielzahl der Linsengruppen generiert wird, die zwischen der ersten Linsengruppe G₁ und dem zweiten Objekt W platziert sind. Die zweite Linsengruppe G₂ mit einer negativen Brechkraft und die vierte Linsengruppe G₄ mit einer negativen Brechkraft tragen hauptsächlich zu einer Korrektur einer Petzval-Summe bei, um die Abbildoberfläche zu glätten. Die zweite Linsengruppe G₂ mit einer negativen Brechkraft und die dritte Linsengruppe G₃ mit einer positiven Brechkraft bilden ein invertiertes teleskopisches System. Dieses invertierte teleskopische System beteiligt sich an einer Sicherung eines Rückfokus des optischen Projektionssystems (Abstand von der optischen Oberfläche, wie etwa einer Linsenoberfläche, die dem zweiten Objekt in dem optischen Projektionssystem am nächsten ist, zu dem zweiten Objekt W). Die fünfte Linsengruppe G₅ mit einer positiven Brechkraft und die sechste Linsengruppe G₆ mit einer ähnlich positiven Brechkraft nehmen an einer Unterdrückung von Generierung einer Verzerrung teil. Insbesondere funktionieren diese Linsengruppen G₅ und G₆, um Generierung einer sphäri schen Abweichung zu minimieren, um auf eine höhere N. A. auf der zweiten Objektseite ausreichend zu reagieren.
Ferner umfasst die oben erwähnte zweite Linsengruppe G₂ eine Frontlinse L_2F mit einer negativen Brechkraft, die sich am nächsten zu dem ersten Objekt R befindet und mit einer konkaven Oberfläche zu dem zweiten Objekt W ausgeformt ist, eine rückwärtige Linse L_2R mit einer negativen Brechkraft, die sich am nächsten zu dem zweiten Objekt W befindet und mit einer konkaven Oberfläche zu dem ersten Objekt R ausgeformt ist, und eine Zwischenlinsengruppe G_2M, die zwischen der Frontlinse L_2F und der rückwärtigen Linse L_2R platziert ist.
Gemäß der oben erwähnten Konfiguration trägt die Frontlinse L_2F mit einer negativen Brechkraft, die sich am nächsten zu dem ersten Objekt R befindet und mit einer konkaven Oberfläche zu dem zweiten Objekt W ausgeformt ist, zu einer Korrektur einer Krümmung eines Feldes und Koma bei, während die rückwärtige Linse L_2R mit einer negativen Brechkraft, die sich am nächsten zu dem zweiten Objekt W befindet und mit einer konkaven Oberfläche zu dem ersten Objekt R ausgeformt ist, hauptsächlich zur Korrektur von Koma beiträgt. Hier trägt die rückwärtige L_2R Linse auch zu einer Korrektur einer Krümmung eines Feldes bei.
Ferner umfasst die oben beschriebene Zwischenlinsengruppe G_2M eine erste Zwischenlinse L_M1 mit einer positiven Brechkraft, die zwischen der Frontlinse L_2F und der rückwärtigen Linse L_2R platziert ist, eine zweite Zwischenlinse L_M2 mit einer negativen Brechkraft, die zwischen der ersten Zwischenlinse L_M1 und der rückwärtigen Linse L_2R platziert ist, und eine dritte Zwischenlinse L_M3 mit einer negativen Brechkraft, die zwischen der zweiten Zwischenlinse L_M2 und der rückwärtigen Linse L_2R platziert ist. In der Zwischenlinsengruppe G_2M nimmt die erste Zwischenlinse L_M1 mit einer positiven Brech kraft an einer Korrektur einer negativen Verzerrung teil, die durch die zweiten und dritten Zwischenlinsen L_M2 und L_M3 generiert wird, die außerordentlich zu einer Korrektur einer Krümmung eines Feldes beitragen.
Wenn die Brennweite der ersten Linsengruppe G₁ f₁ ist, die Brennweite der zweiten Linsengruppe G₂ f₂ ist, die Brennweite der dritte Linsengruppe G₃ f₃ ist, die Brennweite der vierten Linsengruppe G₄ f₄ ist, die Brennweite der fünften Linsengruppe G₅ f₅ ist, die Brennweite der sechsten Linsengruppe G₆ f₆ ist, der Abstand von dem ersten Objekt R zu dem zweiten Objekt W L ist, der Radius einer Krümmung der Oberfläche der Frontlinse L_2F auf der Seite des ersten Objekts r_2Ff ist, der Radius einer Krümmung der Oberfläche der Frontlinse L_2F auf der Seite des zweiten Objekts r_2Fr ist, der Radius einer Krümmung der Oberfläche der rückwärtigen Linse L_2R auf der Seite des ersten Objekts r_2Rf und der Radius einer Krümmung der Oberfläche der rückwärtigen Linse L_2R auf der Seite des zweiten Objekts r_2Rr ist, erfüllt das optische Projektionssystem der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die folgenden Bedingungen (1) bis (8): (1) f1/L < 0,8 (2) –0,10 < f2/L (3) 0,01 < f3/L < 1,0 (4) f4/L < –0,005 (5) 0,01 < f5/L < 0,9 (6) 0,02 < f6/L < 1,6 (7) 1,00 ≤ (r2Ff – r2Fr)/(r2Ff + r2Fr) < 5,0 (8) –10,0 < (r2Rf – r2Rr)/(r2Rf + r2Rr) ≤ –1,00.
Die Bedingung (1) definiert ein optimales Verhältnis der Brennweite f₁ der ersten Linsengruppe G₁ mit einer positiven Brechkraft zu dem Abstand (Objekt-zu-Abbild-Abstand) L von dem ersten Objekt R (Retikel oder dergleichen) zu dem zweiten Objekt W (Wafer oder dergleichen). Dies ist eine Bedingung hauptsächlich zum Korrigieren einer Verzerrung auf eine gut ausgeglichene Art und Weise.
Oberhalb der oberen Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (1) definiert wird, wird zu viel negative Verzerrung generiert. Um eine kompakte Größe zu erreichen, während eine Reduzierung einer Verstärkung und ein breiter Belichtungsbereich sichergestellt werden, und um ferner eine Verzerrung effektiv zu korrigieren, wird vorzugsweise die obere Grenze des Verhältnisses in der Bedingung (1) auf 0,14 eingestellt, derart, um eine Bedingung von f₁/L < 0,14 zu definieren. Um eine Generierung einer sphärischen Abweichung an Sehlöchern zu unterdrücken, wird hier die untere Grenze des Verhältnisses in der Bedingung (1) auf 0,02 eingestellt, derart, um eine Bedingung von 0,02 < f₁/L zu definieren.
Die Bedingung (2) definiert ein optimales Verhältnis der Brennweite f₂ der zweiten Linsengruppe G₂ mit einer negativen Brechkraft zu dem Abstand (Objekt-zu-Abbild-Abstand) L von dem ersten Objekt R (Retikel oder dergleichen) zu dem zweiten Objekt W (Wafer oder dergleichen). Dies ist eine Bedingung zum Erreichen einer kompakten Größe, während ein breiter Belichtungsbereich gesichert und eine Petzval-Summe effektiv korrigiert werden.
Unterhalb der unteren Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (2) definiert wird, wird es hier schwierig, eine kompakte Größe zu erreichen, während ein breiter Belichtungsbereich gesichert wird. Unter diesen Umständen kann auch unglücklicherweise eine positive Petzval-Summe generiert werden. Um eine weitere kompakte Größe zu erreichen oder um ferner eine Petzval-Summe effektiv zu korrigieren, wird vorzugsweise die untere Grenze des Verhältnisses in der Bedingung (2) auf –0,032 eingestellt, derart, um eine Bedingung von – 0,032 < f₂/L zu definieren. Um andererseits eine Generierung einer negativen Verzerrung zu unterdrücken, wird vorzugsweise die obere Grenze des Verhältnisses in der Bedingung (2) auf – 0,005 eingestellt, derart, um eine Bedingung von f₂/L < –0,005 zu definieren.
Die Bedingung (3) definiert ein optimales Verhältnis der Brennweite f₃ der dritten Linsengruppe G₃ mit einer positiven Brechkraft zu dem Abstand (Objekt-zu-Abbild-Abstand) L von dem ersten Objekt R (Retikel oder dergleichen) zu dem zweiten Objekt W (Wafer oder dergleichen). Hier wird unterhalb der unteren Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (3) definiert wird, die Brechkraft der zweiten Linsengruppe G₂ oder vierten Linsengruppe G₄ zu stark. Als ein Ergebnis können negative Verzerrung und Koma in der zweiten Linsengruppe G₂ auftreten, während in der vierten Linsengruppe G₄ Koma auftreten kann. Oberhalb der oberen Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (3) definiert wird, wird andererseits die Brechkraft der zweiten Linsengruppe G₂ oder vierten Linsengruppe G₄ so schwach, dass eine Petzval-Summe nicht effektiv korrigiert werden kann.
Die Bedingung (4) definiert ein optimales Verhältnis der Brennweite f₄ der vierten Linsengruppe G₄ mit einer negativen Brechkraft zu dem Abstand (Objekt-zu-Rbbild-Abstand) L von dem ersten Objekt R (Retikel oder dergleichen) zu dem zweiten Objekt W (Wafer oder dergleichen).
Hier kann unglücklicherweise oberhalb der oberen Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (4) definiert wird, Koma generiert werden. Um weiter die Generierung von Koma zu unterdrücken, wird die obere Grenze des Verhältnisses in der Bedingung (4) vorzugsweise auf –0,047 eingestellt, derart, um eine Bedingung von f₄/L < –0,047 zu definieren. Um eine sphärische Abweichung effektiv zu korrigieren, wird hier vorzugsweise die untere Grenze des Verhältnisses in der Bedingung (4) auf –0,098 eingestellt, derart, um eine Bedingung von –0,098 < f₄/L zu definieren.
Die Bedingung (5) definiert ein optimales Verhältnis der Brennweite f₅ der fünften Linsengruppe G₅ mit einer positiven Brechkraft zu dem Abstand (Objekt-zu-Abbild-Abstand) L von dem ersten Objekt R (Retikel oder dergleichen) zu dem zweiten Objekt W (Wafer oder dergleichen). Dies ist eine Bedingung zum Korrigieren einer sphärischen Abweichung, Verzerrung und Petzval-Summe auf eine gut ausgewogene Art und Weise, während eine große numerische Apertur aufrechterhalten wird. Unterhalb der unteren Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (5) definiert wird, wird die Brechkraft der fünften Linsengruppe G₅ zu stark. Als ein Ergebnis kann nicht nur negative Verzerrung, sondern auch ein enormer Betrag einer negativen sphärischen Abweichung in der fünften Linsengruppe G₅ generiert werden. Oberhalb der oberen Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (5) definiert wird, wird die Brechkraft der fünften Linsengruppe G₅ so schwach, dass sich die Brechkraft der vierten Linsengruppe G₄ unvermeidlich verringert. Als ein Ergebnis kann eine Petzval-Summe nicht effektiv korrigiert werden.
Die Bedingung (6) definiert ein optimales Verhältnis der Brennweite f₆ der sechsten Linsengruppe G₆ mit einer positiven Brechkraft zu dem Abstand (Objekt-zu-Abbild-Abstand) L von dem ersten Objekt R (Retikel oder dergleichen) zu dem zweiten Objekt W (Wafer oder dergleichen). Dies ist eine Bedingung zum Unterdrücken von Generierung einer sphärischen Abweichung hoher Ordnung und negativen Verzerrung, während eine große numerische Apertur aufrechterhalten wird. Unterhalb der unteren Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (6) definiert wird, kann die sechste Linsengruppe G₆ selbst einen großen Betrag einer negativen Verzerrung generieren. Oberhalb der oberen Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (6) definiert wird, kann andererseits sphärische Abweichung hoher Ordnung auftreten.
Die Bedingung (7) definiert einen sogenannten Formfaktor, um eine geeignete Form der Frontlinse L_2F in der zweiten Linsengruppe G₂ zu erhalten, wenn der Radius einer Krümmung der Oberfläche der Frontlinse L_2F auf der Seite des ersten Objekts r_2Ff ist und der Radius einer Krümmung der Oberfläche der Frontlinse L_2F auf der Seite des zweiten Objekts r_2Fr ist. Unterhalb der unteren Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (7) definiert wird, ist es unerwünscht, indem sphärische Abweichung an Sehlöchern nicht ausreichend korrigiert werden kann. Oberhalb der oberen Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (7) definiert wird, kann andererseits unglücklicherweise Koma generiert werden.
Die Bedingung (8) definiert einen sogenannten Formfaktor, um eine geeignete Form der rückwärtigen Linse L_2R in der zweiten Linsengruppe G₂ zu erhalten, wenn der Radius einer Krümmung der Oberfläche der rückwärtigen Linse L_2R auf der Seite des ersten Objekts r_2Rf ist und der Radius einer Krümmung der Oberfläche der rückwärtigen Linse L_2R auf der Seite des zweiten Objekts r_2Rr ist. Unterhalb der unteren Grenze oder oberhalb der oberen Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (8) definiert wird, können unglücklicherweise sphärische Abweichung hoher Ordnung und Koma hoher Ordnung auftreten, während eine Krümmung eines Feldes generiert wird.
Um sphärische Abweichung hoher Ordnung und Koma hoher Ordnung auf eine gut ausgewogene Art und Weise zu korrigieren, wird vorzugsweise die untere Grenze des Verhältnisses in der Bedingung (8) auf –5,0 eingestellt, derart, um eine Bedingung von –5,0 < (r_2Rf– r_2Rr)/(r_2Rf+ r_2Rr) zu definieren. Um eine Krümmung eines Feldes auf eine gut ausgewogene Art und Weise zu korrigieren, während ferner sphärische Abweichung hoher Ordnung und Koma hoher Ordnung effektiv korrigiert werden, wird die untere Grenze des Verhältnisses in der Bedingung (8) vorzugsweise auch auf –2,0 eingestellt, derart, um eine Bedingung von –2,0 < (r_2Rf– r_2Rr)/(r_2Rf+ r_2Rr) zu definieren.
Wenn der axiale Abstand von dem ersten Objekt R zu dem auf der Seite des ersten Objekts liegenden Fokuspunkt des gesamten optischen Projektionssystems I ist und der Abstand von dem ersten Objekt R zu dem zweiten Objekt W L ist, erfüllt das optische Projektionssystem vorzugsweise die folgende Bedingung (9): (9) 1,0 < I/L.
Die Bedingung (9) definiert ein optimales Verhältnis des axialen Abstands I von dem ersten Objekt R zu dem auf der Seite des ersten Objekts liegenden Fokuspunkt des gesamten optischen Projektionssystems zu dem Abstand (Objekt-zu-Abbild-Abstand) L von dem ersten Objekt R (Retikel oder dergleichen) zu dem zweiten Objekt W (Wafer oder dergleichen). Hier bezieht sich "auf der Seite des ersten Objekts liegender Fokuspunkt des gesamten optischen Projektionssystems" auf einen Schnittpunkt von auftauchendem Licht mit einer optischen Achse des optischen Projektionssystems, wenn paralleles Licht in der achsenparallelen Region in Bezug auf die optische Achse des optischen Projektionssystems veranlasst wird, von der Seite des zweiten Objekts des optischen Projektionssys tems einzufallen und das Licht in der achsenparallelen Region von dem optischen Projektionssystems auftaucht.
Unterhalb der unteren Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (9) definiert wird, wird so viel Telezentrizität des optischen Projektionssystems auf der Seite des ersten Objekts verloren, dass eine Schwankung in einer Verstärkung wegen einer Abweichung des ersten Objekts R in der Richtung der optischen Achse und eine Schwankung in einer Verzerrung groß werden können. Als ein Ergebnis wird es schwierig, ein Abbild des ersten Objekts R auf das zweite Objekt W unter einer gewünschten Verstärkung getreu zu projizieren. Um die Schwankung in einer Verstärkung wegen Abweichung des ersten Objekts R in der Richtung einer optischen Achse und Schwankung in einer Verzerrung ausreichender zu unterdrücken, wird die untere Grenze des Verhältnisses in der Bedingung (9) vorzugsweise auf 1,7 eingestellt, derart, um eine Bedingung von 1,7 < I/L zu definieren. Um sowohl sphärische Abweichung an Sehlöchern als auch Verzerrung auf eine gut ausgewogene Art und Weise zu korrigieren, während eine kompakte Größe des optischen Projektionssystems aufrechterhalten wird, wird ferner die obere Grenze des Verhältnisses in der Bedingung (9) vorzugsweise auf 6,8 eingestellt, derart, um eine Bedingung von I/L < 6,8 zu definieren.
Auch inkludiert die oben erwähnte fünfte Linsengruppe G₅ mindestens sieben positive Linsen. Vorzugsweise inkludiert in diesem Fall die fünfte Linsengruppe G₅ ferner mindestens eine negative Linse.
Wenn nämlich die fünfte Linsengruppe G₅ mindestens sieben positive Linsen aufweist, kann die Brechkraft, die durch die fünfte Linsengruppe G₅ selbst ausgeübt wird, auf die getrennten positiven Linsen auf eine gut ausgewogene Art und Weise verteilt werden. Entsprechend kann eine negative sphärische Abweichung, die wahrscheinlich in der fünften Linsengruppe G₅ auftritt, da sich ihre numerische Apertur (N. A.) erhöht, effektiv unterdrückt werden. Wenn die fünfte Linsengruppe G₅ mindestens sieben positive Linsen aufweist, wird ferner eine hohe Auflösung des optischen Projektionssystems sichergestellt.
Um ausreichend Funktionen zu erhalten, um negative Verzerrung und Petzval-Summe zu korrigieren, hat die fünfte Linsengruppe G₅ in diesem Fall vorzugsweise mindestens eine negative Linse zusätzlich zu mindestens sieben positiven Linsen.
Wenn die Brennweite der zweiten Zwischenlinse L_M2 f₂₂ ist und die Brennweite der dritten Zwischenlinse L_M3 f₂₃ ist, erfüllt das optische Projektionssystem vorzugsweise die folgende Bedingung (10): (10) 0,1 < f22/f23 < 10.
Unterhalb der unteren Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (10) definiert wird, wird die Brechkraft der zweiten Zwischenlinse L_M2 stärker als die der dritten Zwischenlinse L_M3. Als ein Ergebnis wird ein großer Betrag von Koma und negativer Verzerrung in der zweiten Zwischenlinse L_M2 generiert. Um ferner negative Verzerrung auf eine gut ausgewogene Art und Weise zu korrigieren, wird die untere Grenze des Verhältnisses in der Bedingung (10) auf 0,7 eingestellt, derart, um eine Bedingung von 0,7 < f₂₂/f₂₃ zu definieren. Oberhalb der oberen Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (10) definiert wird, wird die Brechkraft der dritten Zwischenlinse L_M3 stärker als die der zweiten Zwischenlinse L_M2. Entsprechend wird ein großer Betrag von Koma und negativer Verzerrung in der dritten Zwischenlinse L_M3 generiert. Um ferner negative Verzerrung auf eine gut ausgewogene Art und Weise zu korrigieren, während Koma effektiv korrigiert wird, wird die obere Grenze des Verhältnisses in der Bedingung (10) vorzugsweise auf 1,5 eingestellt, derart, um eine Bedingung von f₂₂/f₂₃ < 1,5 zu definieren.
Auch hat die oben erwähnte fünfte Linsengruppe G₅ eine negative Linse L₅₉, die sich am nächsten zu dem zweiten Objekt W befindet und mit einer konkaven Oberfläche zu dem zweiten Objekt W ausgeformt ist. Entsprechend kann die negative Linse L₅₉, die sich am nächsten zu dem zweiten Objekt W in der fünften Linsengruppe G₅ befindet, positive Verzerrung und negative Petzval-Summe generieren. Dies bedeutet, dass die negative Verzerrung und positive Petzval-Summe, die durch die positiven Linsen in der fünften Linsengruppe G₅ generiert werden, dadurch ausgeglichen werden können.
Um negative Verzerrung ohne Generierung sphärischer Abweichung hoher Ordnung zu unterdrücken, hat in diesem Fall eine Linse L₆₁, die am nächsten zu dem ersten Objekt R in der sechsten Linsengruppe G₆ positioniert ist, vorzugsweise eine derartige Form, dass ihre Linsenoberfläche auf der Seite des ersten Objekts eine konvexe Oberfläche ist, die dem ersten Objekt R gegenüberliegt. Wenn der Radius einer Krümmung der oben erwähnten negativen Linse L₅₉ in der fünften Linsengruppe G₅ auf der Seite des zweiten Objekts r_5R ist und der Radius einer Krümmung der oben erwähnten Linse L₆₁ in der sechsten Linsengruppe G₆ auf der Seite des ersten Objekts r_6F ist, erfüllt das optische Projektionssystem insbesondere vorzugsweise die folgende Bedingung (11): (11) –0,90 < (r5R – r6F)/(r5R + r6F) < –0,001.
Die Bedingung (11) definiert eine optische Form einer Gaslinse, die zwischen der fünften Linsengruppe G₅ und der sechsten Linse G₆ ausgebildet ist. Unterhalb der unteren Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (11) definiert wird, wird die Krümmung der konkaven Oberfläche auf der Seite des zweiten Objekts der negativen Linse L₅₉, die zu dem zweiten Objekt W in der fünften Linsengruppe G₅ am nächsten positioniert ist, zu stark. Unter diesen Umständen kann Koma hoher Ordnung auftreten. Oberhalb der oberen Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (11) definiert wird, wird die inhärente Brechkraft der Gaslinse, die zwischen der fünften Linsengruppe G₅ und der sechsten Linse G₆ ausgebildet ist, zu schwach. Als ein Ergebnis wird der Betrag einer positiven Verzerrung, die in dieser Gaslinse generiert wird, so klein, dass es schwierig wird, negative Verzerrung, die in den positiven Linsen in der fünften Linsengruppe G₅ generiert wird, effektiv zu korrigieren. Um Generierung von Koma hoher Ordnung ausreichender zu unterdrücken, wird hier die untere Grenze des Verhältnisses in der Bedingung (11) vorzugsweise auf –0,30 eingestellt, derart, um eine Bedingung von –0,30 < (r_5R– r_6F)/(r_5R+ r_6F) zu definieren.
Wenn der Linsengruppenabstand zwischen der fünften Linsengruppe G₅ und der sechsten Linsengruppe G₆ d₅₆ ist und der Abstand von dem ersten Objekt R zu dem zweiten Objekt W L ist, erfüllt das optische Projektionssystem vorzugsweise auch die folgende Bedingung (12): (12) d56/L < 0,017.
Oberhalb der oberen Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (12) definiert wird, wird der Linsengruppenabstand zwischen der fünften Linsengruppe G₅ und der sechsten Linsengruppe G₆ so groß, dass der Betrag einer positiven Verzerrung, die dadurch generiert wird, zu klein sein kann. Als ein Ergebnis wird es schwierig, auf eine gut ausgewogene Art und Weise negative Verzerrung zu korrigieren, die in den positiven Linsen in der fünften Linsengruppe G₅ generiert wird.
Wenn der Radius einer Krümmung der Linsenoberfläche, die in der sechsten Linsengruppe G₆ inkludiert ist und zu dem ersten Objekt R am nächsten positioniert ist, r_6F ist und der axiale Abstand von dieser Linsenoberfläche der sechsten Linsengruppe G₆ zu dem zweiten Objekt W d₆ ist, erfüllt das optische Projektionssystem vorzugsweise auch die folgende Bedingung (13) : (13) 0,50 < d6/r6F < 1,50.
Unterhalb der unteren Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (13) definiert wird, wird die positive Brechkraft der Linsenoberfläche, die dem ersten Objekt R in der sechsten Linsengruppe G₆ am nächsten positioniert ist, zu stark. Folglich kann ein großer Betrag von negativer Verzerrung und Koma auftreten. Oberhalb der oberen Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (13) definiert wird, wird die positive Brechkraft der Linsenoberfläche, die dem ersten Objekt R in der sechsten Linsengruppe G₆ am nächsten positioniert ist, zu schwach. Als ein Ergebnis kann ein großer Betrag von Koma auftreten. Um weitere Generierung von Koma zu unterdrücken, wird wünschenswert die untere Grenze des Verhältnisses in der Bedingung (13) auf 0,84 eingestellt, derart, um eine Bedingung von 0,84 < d₆/r_6F zu definieren.
Wie oben erwähnt, hat die oben erwähnte fünfte Linsengruppe G₅ die negative Linse L₅₉, die sich zu dem zweiten Objekt W am nächsten befindet und mit einer konkaven Oberfläche zu dem zweiten Objekt W ausgeformt ist. Wenn in diesem Fall der Radius einer Krümmung der negativen Linse L₅₉ in der fünften Linsengruppe G₅ auf der Seite des ersten Objekts r_5F ist und der Radius einer Krümmung der negativen Linse L₅₉ in der fünften Linsengruppe G₅ auf der Seite des zweiten Objekts r_5R ist, erfüllt das optische Projektionssystem vorzugsweise ferner die folgende Bedingung (14): (14) 0,30 < (r5F – r5R)/(r5F + r5R) < 1,28.
Unterhalb der unteren Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (14) definiert wird, wird es schwierig, gleichzeitig sowohl Petzval-Summe als auch Koma zu korrigieren. Oberhalb der oberen Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (14) definiert wird, kann andererseits ungünstiger Weise ein großer Betrag von Koma hoher Ordnung auftreten. Um ein Auftreten von Koma höherer Ordnung zu verhindern, wird vorzugsweise die obere Grenze des Verhältnisses in der Bedingung (14) auf 0,93 eingestellt, derart, um eine Bedingung von (r_5F– r_5R)/(r_5F+ r_5R) < 0,93 zu definieren.
Wenn die Brennweite der ersten Zwischenlinse L_M1 in der Zwischenlinsengruppe G_2M f₂₁ ist und der Abstand von dem ersten Objekt R zu dem zweiten Objekt W L ist, erfüllt das optische Projektionssystem vorzugsweise auch die folgende Bedingung (15): (15) 0,230 < f21/L < 0,40.
Unterhalb der unteren Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (15) definiert wird, kann positive Verzerrung auftreten. Oberhalb der oberen Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (14) definiert wird, kann andererseits ungünstiger Weise negative Verzerrung auftreten. Um negative Verzerrung weiter zu korrigieren, hat vorzugsweise die Linsenoberfläche der ersten Zwischenlinse L_M1 auf der Seite des zweiten Objekts eine derartige Linsenform, dass eine konvexe Oberfläche davon dem zweiten Objekt W gegenüberliegt.
Wenn die Brennweite der Frontlinse L_2F in der zweiten Linsengruppe G₂ f_2F ist und die Brennweite der rückwärtigen Linse L_2R in der zweiten Linsengruppe G₂ f_2R ist, erfüllt das opti sche Projektionssystem vorzugsweise auch die folgende Bedingung (16): (16) 0 ≤ f2F/f2R < 18.
Die Bedingung (16) definiert ein optimales Verhältnis der Brennweite f_2F der Frontlinse L_2F in der zweiten Linsengruppe G₂ zu der Brennweite f_2R der rückwärtigen Linse L_2R in der zweiten Linsengruppe G₂. Unterhalb der unteren Grenze oder oberhalb der oberen Grenze des Verhältnisses, das durch die Bedingung (16) definiert wird, kann die Brechkraft der ersten Linsengruppe G₁ oder dritten Linsengruppe G₃ ihre Balance verlieren. Als ein Ergebnis wird es schwierig, Verzerrung effektiv zu korrigieren oder sowohl Petzval-Summe als auch Astigmatismus zur gleichen Zeit effektiv zu korrigieren.
Um weiter eine Petzval-Summe effektiv zu korrigieren, hat hier die Zwischenlinsengruppe G_2M in der zweiten Linsengruppe G₂ vorzugsweise eine negative Brechkraft.
Um ausreichende Funktionen zum Korrigieren einer Abweichung zu erreichen, haben auch die oben erwähnten jeweiligen Linsengruppen vorzugsweise speziell die folgenden Konfigurationen.
Um Generierung von Verzerrung hoher Ordnung und sphärische Abweichung eines Sehlochs zu unterdrücken, hat nämlich die erste Linsengruppe G₁ mindestens zwei positive Linsen. Um Verschlechterung von sphärischer Abweichung und Petzval-Summe zu verhindern, hat die dritte Linsengruppe G₃ mindestens drei positive Linsen. Um Generierung von Koma zu unterdrücken, während eine Petzval-Summe korrigiert wird, hat die vierte Linsengruppe G₄ mindestens drei negative Linsen. Um Licht auf das zweite Objekt W zu konvergieren, ohne einen großen Betrag einer sphärischen Abweichung zu generieren, hat die sechste Linsengruppe G₆ mindestens eine positive Linse.
Um auch eine kompakte Größe zu erreichen, wird die Anzahl der negativen Linsen, die Zwischenlinsengruppe G_2M in der zweiten Linsengruppe G₂ bilden, vorzugsweise auf zwei begrenzt.
Um Generierung negativer Verzerrung weiter zu unterdrücken, wird die oben erwähnte sechste Linsengruppe G₆ vorzugsweise durch nicht mehr als drei Linsen gebildet, wobei jede eine Linsenoberfläche aufweist, die mindestens die folgende Bedingung (17) erfüllt: (17) 1/|ΦL| < 20,wobei
Φ: die Brechkraft von jeder Linsenoberfläche ist und
L: der Objekt-zu-Abbild-Abstand von dem ersten Objekt R zu dem zweiten Objekt W ist.
Hier wird die Brechkraft einer Linsenoberfläche durch die folgende Gleichung angegeben: Φ = (n2 – n1)/rwobei
r: der Radius einer Krümmung der Linsenoberfläche ist,
n₁: die Brechzahl des Mediums auf der Seite des ersten Objekts der Linsenoberfläche ist, und
n₂: die Brechzahl des Mediums auf der Seite des zweiten Objekts der Linsenoberfläche ist.
Wenn es vier oder mehr Linsen gibt, jede mit mindestens einer Linsenoberfläche, die Bedingung (17) erfüllt, erhöht sich hier ungünstiger Weise die Anzahl der Linsenoberflächen mit einem bestimmten Grad einer Krümmung, die nahe dem zweiten Objekt W positioniert sind, wobei dadurch ein Auftreten einer Verzerrung verursacht wird.
Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der hierin nachstehend gegebenen detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen verstanden, die nur als Veranschaulichung angegeben werden und somit nicht als die vorliegende Erfindung begrenzend zu betrachten sind.
Ferner wird der Bereich einer Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung aus der hierin nachstehend gegebenen Beschreibung offensichtlich. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die detaillierte Beschreibung und speziellen Beispiele, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anzeigen, nur zur Veranschaulichung gegeben werden, da verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Geists und Bereichs der Erfindung einem Durchschnittsfachmann aus dieser detaillierten Beschreibung offensichtlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht zum Erläutern jeder Sektion, die Linsenkonfigurationen des optischen Projektionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung gemeinsam ist;
2 ist eine Ansicht, die eine schematische Konfiguration einer Belichtungsvorrichtung eines Abtasttyps zeigt, auf die das optische Projektionssystem gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar ist;
3 ist eine Ansicht, die eine Querschnittskonfiguration eines fotosensitiven Substrats entlang Linie A-A von 2 zeigt;
4 ist eine Ansicht, die eine Linsenanordnung der ersten Ausführungsform des optischen Projektionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist eine Ansicht, die eine Linsenanordnung der zweiten Ausführungsform des optischen Projektionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine Ansicht, die eine Linsenanordnung der dritten Ausführungsform des optischen Projektionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 bis 10 sind Abweichungsdiagramme, die verschiedene Arten einer Abweichung in der ersten Ausführungsform zeigen, die in 4 gezeigt wird, wobei 7, 8, 9 und 10 jeweils sphärische Abweichung, Astigmatismus, Verzerrung (%) und Koma in der ersten Ausführungsform zeigen;
11 bis 14 sind Abweichungsdiagramme, die verschiedene Arten einer Abweichung in der zweiten Ausführungsform zeigen, die in 5 gezeigt wird, wobei 11, 12, 13 und 14 jeweils sphärische Abweichung, Astigmatismus, Verzerrung (%) und Koma in der zweiten Ausführungsform zeigen;
15 bis 18 sind Abweichungsdiagramme, die verschiedene Arten einer Abweichung in der dritten Ausführungsform zeigen, die in 6 gezeigt wird, wobei 15, 16, 17 und 18 je weils sphärische Abweichung, Astigmatismus, Verzerrung (%) und Koma in der dritten Ausführungsform zeigen; und
19 ist eine Ansicht, die eine schematische Konfiguration einer Belichtungsvorrichtung eines Ein-Schuss-Belichtungstyps zeigt, auf die das optische Projektionssystem gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das optische Projektionssystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird erläutert, während auf 2 bis 19 Bezug genommen wird. Auf 1 wird Bezug genommen, wenn es notwendig ist.
2 ist eine Zeichnung, um den schematischen Aufbau einer Abtastbelichtungsvorrichtung zu zeigen, auf die das optische Projektionssystem gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann.
2 wird kurz erläutert. In der in 2 gezeigten Belichtungsvorrichtung ist das Retikel R (erstes Objekt) als eine Fotomaske, auf der vorbestimmte Schaltungsmuster ausgebildet sind, auf der Objektebene P1 des optischen Projektionssystems PL angeordnet, und der Wafer W (zweites Objekt) als ein fotosensitives Substrat ist auf der Abbildebene P2 des optischen Projektionssystems PL angeordnet. Das Retikel R wird auf einem Retikelgestell RS gehalten, das angeordnet ist, sich bei Belichtung in der X-Richtung (entsprechend dem Pfeil D1 in 2) zu bewegen, und der Wafer W wird auf einem Wafergestell WS gehalten, das angeordnet ist, sich in der X-Richtung (entsprechend dem Pfeil D2 in 2) entgegengesetzt zu der Bewegung des Retikelgestells RS zu bewegen. Wie in 2 gezeigt, ist ein Schlitz- (rechteckiger) Beleuch tungsbereich IF₁, der sich in der Y-Richtung erstreckt, auf dem Retikel R ausgebildet, und ein optisches Beleuchtungssystem IS zum gleichförmigen Beleuchten des Belichtungsbereichs IF₁ ist oberhalb des Retikels R angeordnet. Belichtungslicht wird von einer Lichtquelle LS emittiert, die in dem Beleuchtungssystem vorgesehen ist.
In der obigen Anordnung beleuchtet das Licht, das von der Lichtquelle LS in dem optischen Beleuchtungssystem IS bereitgestellt wird, das Retikel R in einem Schlitzmuster. Ein Abbild der Lichtquelle LS in dem optischen Beleuchtungssystem IS wird an der Position des Sehlochs (die Position eines Aperturstopps AS) des optischen Projektionssystems PL ausgebildet, wobei somit eine sogenannte Köhler-Beleuchtung realisiert wird. Dann wird ein Abbild des Musters von Retikel R, das nach Köhler beleuchtet (oder übertragen) wird, auf den Wafer W durch das optische Projektionssystem PL projiziert.
Das fotosensitive Substrat, das auf dem obigen Wafergestell WS platziert ist, ist eines, das durch Beschichtung der gesamten Oberfläche eines belichteten Objekts 100, wie etwa eines Siliziumwafers, einer Glasplatte oder dergleichen, mit einem fotosensitiven Material 200, wie etwa einem Fotoresist, wie in 3 gezeigt, erhalten wird.
Bei dieser Gelegenheit ist ein Bereich EF₁ des Musterabbilds von Retikel R, der auf dem Wafer W belichtet wird, ein Schlitzmuster (rechteckige Form), das sich in der Y-Richtung erstreckt, wie in 2 gezeigt wird. Wenn ein Projektionsverstärkungsfaktor des optischen Projektionssystems PL 1/M ist, werden somit das Retikelgestell RS und Wafergestell WS in gegenseitig entgegenliegenden Richtungen (entsprechend den Pfeilen D1 bzw. D2) entlang der X-Richtung mit dem Geschwindigkeitsverhältnis von M : 1 bewegt, wobei dadurch das Muster abbild der gesamten Oberfläche von Retikel R auf den Wafer W übertragen wird.
Die Technik in Bezug auf verschiedene wie oben beschriebene Belichtungsvorrichtungen wird zum Beispiel in US-Patentanmeldungen Nr. 08/255,927, Nr. 08/260,398 und Nr. 08/299,305 und US-Patenten Nr. 4,497,015, Nr. 4,666,273, Nr. 5,194,893, Nr. 5,253,110, Nr. 5,333,035 und Nr. 5,379,091 offengelegt. Das optische Projektionssystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf eine beliebige Belichtungsvorrichtung angewendet werden, die in den aufgeführten Verweisen offengelegt werden.
Die obige US-Patentanmeldung Nr. 08/255,927 beschreibt das optische Beleuchtungssystem (unter Verwendung einer Laserlichtquelle), das auf die Abtastbelichtungsvorrichtung anwendbar ist. Die obige US-Patentanmeldung Nr. 08/260,398 beschreibt das optische Beleuchtungssystem (unter Verwendung einer Lampenlichtquelle), das auf die Abtastbelichtungsvorrichtung anwendbar ist. Die US-Patentanmeldung Nr. 08/299,305 legt einen Ausrichtungsmechanismus offen, der auf die Abtastbelichtungsvorrichtung anwendbar ist. Das US-Patent Nr. 4,497,015 beschreibt ein optisches Beleuchtungssystem (unter Verwendung einer Lampenlichtquelle), das auf weit verbreitete Belichtungsvorrichtungen anwendbar ist. Das US-Patent Nr. 4,666,273 legt ein Beispiel einer Belichtungsvorrichtung eines Schritt-und-Wiederholungs-Typs offen. Das US-Patent Nr. 5,194,893 legt die Abtastbelichtungsvorrichtung offen, insbesondere das optische Beleuchtungssystem, Beleuchtungsbereich, maskenseitige und retikelseitige Interferenzsysteme, einen automatischen Fokussiermechanismus und ein optisches Ausrichtungssystem. Das US-Patent Nr. 5,253,110 beschreibt das optische Beleuchtungssystem (unter Verwendung einer Laserlichtquelle), das auf die Belichtungsvorrichtung eines Schritt- und-Wiederholungs-Typs anwendbar ist. Das in dieser Litera turstelle offengelegte optische Beleuchtungssystem kann jedoch auch auf die Abtastbelichtungsvorrichtung angewendet werden. Das US-Patent Nr. 5,333,035 legt ein modifiziertes optisches Beleuchtungssystem offen, das auf weit verbreitete Belichtungsvorrichtungen anwendbar ist. Das US-Patent Nr. 5,379,091 legt das optische Beleuchtungssystem (unter Verwendung einer Laserlichtquelle) offen, das auf die Abtastbelichtungsvorrichtung anwendbar ist. Außerdem zeigt US-Patent Nr. 5,245,384 auch das optische Beleuchtungssystem unter Verwendung einer Quecksilberlampe, das auf eine gewöhnliche Belichtungsvorrichtung (Stepper) anwendbar ist.
Nun zeigen die folgenden Ausführungsformen Beispiele des optischen Projektionssystems, auf das eine Hochdruck-Quecksilberlampe zum Zuführen von Licht mit der Belichtungswellenlänge Λ der i-Linie (365 nm) als eine Lichtquelle LS anwendbar ist, die innerhalb des optischen Beleuchtungssystems IS angeordnet ist. 4 bis 6 zeigen Linsenausführungen der ersten bis dritten Ausführungsformen des optischen Projektionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 4 bis 6 gezeigt, besteht das optische Projektionssystem in jeder Linsenausführung in einer Reihenfolge von der Seite von Retikel R als ein erstes Objekt aus der ersten Linsengruppe G₁ mit einer positiven Brechkraft, der zweiten Linsengruppe G₂ mit einer negativen Brechkraft, der dritten Linsengruppe G₃ mit einer positiven Brechkraft, der vierten Linsengruppe G₄ mit einer negativen Brechkraft, der fünften Linsengruppe G₅ mit einer positiven Brechkraft und der sechsten Linsengruppe G₆ mit der positiven Brechkraft. Diese Beispiele des optischen Projektionssystems sind auf der Objektseite (auf der Retikelseite) und auf der Abbildseite (auf der Waferseite) davon ungefähr telezentrisch und haben Verkleinerungsfaktoren.
In jedem der in 4 bis 6 gezeigten optischen Projektionssysteme ist der Objekt-zu-Abbild-Abstand L (Abstand von einer Objektoberfläche P1 zu einer Abbildoberfläche P2 oder der Abstand von dem Retikel R zu dem Wafer W) 1.000, eine abbildseitige numerische Apertur NA ist 0,6, eine Projektionsverstärkung B ist 1/4 und ein Durchmesser des Belichtungsbereichs auf dem Wafer W oder diagonale Länge des schlitzartigen Belichtungsbereichs auf dem Wafer W des optischen Projektionssystems PL ist 26,7.
In dem folgenden wird eine spezielle Linsenanordnung der ersten Ausführungsform mit Bezug auf 4 erläutert. Zuerst hat die erste Linsengruppe G₁ in einer Reihenfolge von dem Retikel R zu dem Wafer W eine negative Meniskuslinse L₁₁, deren konkave Oberfläche der Abbildoberfläche P2 gegenüberliegt, eine positive Linse (positive Linse mit einer bikonvexen Form) L₁₂, deren stärkere konvexe Oberfläche der Abbildoberfläche P2 gegenüberliegt, und zwei positive Linsen (positive Linsen jede mit einer bikonvexen Form) L₁₃ und L₁₄, deren jeweilige stärkere konvexe Oberflächen der Objektoberfläche P1 gegenüberliegen.
Die zweite Linsengruppe G₂ hat eine negative Linse (bikonkave negative Linse: Frontlinse) L_2F, die am nächsten zu dem Objekt R (Retikel) angeordnet ist und deren stärkere konkave Oberfläche der Abbildoberfläche P2 gegenüberliegt, eine negative Linse (plankonkave negative Linse: rückwärtige Linse) L_2R, die am nächsten zu dem Abbild W (Wafer) angeordnet ist und deren konkave Oberfläche der Objektoberfläche P1 gegenüberliegt, und eine Zwischenlinsengruppe G_2M, die zwischen diesen negativen Linsen L_2F und L_2R angeordnet ist und eine negative Brechkraft hat. Die Zwischenlinsengruppe G_2M hat in einer Reihenfolge von dem Retikel R zu dem Wafer W eine positive Linse (positive bikonvexe Linse: erste Linse) L_M1, deren stärkere konvexe Oberfläche der Abbildoberfläche P2 gegen überliegt, eine negative Linse (negative Meniskuslinse: zweite Linse) L_M2, deren konkave Oberfläche der Abbildoberfläche P2 gegenüberliegt, und eine negative Linse (negative bikonkave Linse: dritte Linse) L_M3, deren stärkere konkave Oberfläche der Objektoberfläche P1 gegenüberliegt.
Die dritte Linsengruppe G₃ hat in einer Reihenfolge von dem Retikel R zu dem Wafer W zwei positive Linsen (positive Meniskuslinsen) L₃₁ und L₃₂, deren jeweilige konvexe Oberflächen der Abbildoberfläche P2 gegenüberliegen, eine positive Linse (positive bikonvexe Linse) L₃₃, deren stärkere konvexe Oberfläche der Abbildoberfläche P2 ähnlich gegenüberliegt, und eine positive Linse (positive bikonvexe Linse) L₃₄, deren stärkere konvexe Oberfläche der Objektoberfläche P1 gegenüberliegt, und eine positive Linse (positive Meniskuslinse) L₃₅, deren konvexe Oberfläche ähnlich der Objektoberfläche P1 gegenüberliegt.
Die vierte Linsengruppe G₄ hat in einer Reihenfolge von dem Retikel R zu dem Wafer W eine negative Linse (negative Meniskuslinse) L₄₁, deren konkave Oberfläche der Abbildoberfläche P2 gegenüberliegt, eine negative bikonkave Linse L₄₂ und eine negative Linse (negative bikonkave Linse) L₄₃, deren stärkere konkave Oberfläche der Objektoberfläche P1 gegenüberliegt.
Die fünfte Linsengruppe G₅ hat in einer Reihenfolge von dem Retikel R zu dem Wafer W eine positive Linse (positive bikonvexe Linse) L₅₁, deren stärkere konvexe Oberfläche der Objektoberfläche P1 gegenüberliegt, eine positive Linse (positive Meniskuslinse) L₅₂, deren konvexe Oberfläche der Abbildoberfläche P2 gegenüberliegt, zwei positive Linsen (positive bikonvexe Linsen) L₅₃ und L₅₄, deren jeweilige stärkere konvexe Oberflächen ähnlich der Abbildoberfläche P2 gegenüberliegen, eine negative Linse (negative Meniskuslinse) L₅₅, deren konkave Oberfläche der Objektoberfläche P1 gegenüber liegt, drei positive Linsen (positive Meniskuslinsen) L₅₆, L₅₇ und L₅₈, deren jeweilige konvexe Oberflächen der Objektoberfläche P1 gegenüberliegen, und eine negative Linse (negative Meniskuslinse) L₅₉, deren konkave Oberfläche der Abbildoberfläche P2 gegenüberliegt.
Schließlich hat die sechste Linsengruppe G₆ in einer Reihenfolge von dem Retikel R zu dem Wafer W eine positive Linse (positive bikonvexe Linse) L₆₁, deren stärkere konvexe Oberfläche der Objektoberfläche P1 gegenüberliegt, eine negative Linse (negative Meniskuslinse) L₆₂, deren konkave Oberfläche der Abbildoberfläche P2 gegenüberliegt, und eine positive Linse (positive Meniskuslinse) L₆₃, deren konvexe Oberfläche der Objektoberfläche P1 gegenüberliegt.
In der ersten Linsengruppe G₁ in der ersten Ausführungsform korrigieren, da die abbildseitige Linsenoberfläche der negativen Linse (negative Meniskuslinse) L₁₁, deren konkave Oberfläche der Abbildoberfläche P2 gegenüberliegt, und die objektseitige Linsenoberfläche der positiven bikonvexen Linse L₁₂ ähnliche Grade einer Krümmung aufweisen und einander relativ nahe sind, diese beiden Linsenoberflächen hier Verzerrung hoher Ordnung.
In der Zwischenlinsengruppe G_2M in der ersten Ausführungsform hat die erste Linse L_M1 eine bikonvexe Form mit nicht nur einer konvexen Oberfläche, die der Abbildoberfläche P2 gegenüberliegt, sondern auch einer konvexen Oberfläche, die der Objektoberfläche P1 gegenüberliegt. Entsprechend kann Generierung sphärischer Abweichung an Sehlöchern unterdrückt werden.
In der vierten Linsengruppe G₄ in der ersten Ausführungsform befindet sich die negative Meniskuslinse L₄₁, deren konkave Oberfläche der Abbildoberfläche P2 gegenüberliegt, an der Ob jektseite der negativen Linse (negative bikonkave Linse) L₄₂, während sich die negative Linse L₄₃, deren stärkere konkave Oberfläche der Objektoberfläche P1 gegenüberliegt, an der Abbildseite der negativen Linse L₄₂ befindet. Entsprechend kann eine Petzval-Summe korrigiert werden, während Generierung von Koma unterdrückt wird.
Auch hat die positive Linse L₅₄ in der fünften Linsengruppe G₅ eine konvexe Oberfläche, die der negativen Meniskuslinse L₅₅ gegenüberliegt, während die Oberfläche der positiven Linse L₅₄ auf der Seite entgegengesetzt zu der negativen Meniskuslinse L₅₅ auch als eine konvexe Form ausgebildet ist. Wegen einer derartigen bikonvexen Form kann die positive Linse L₅₄ Generierung sphärischer Abweichung hoher Ordnung, die aus höherer NA resultiert, unterdrücken.
In dem folgenden wird eine Linsenanordnung der zweiten Ausführungsform des optischen Projektionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 5 erläutert. Die in 5 gezeigte zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der in 4 gezeigten ersten Ausführungsform in den Linsenanordnungen der ersten Linsengruppe G₁, zweiten Linsengruppe G₂, dritten Linsengruppe G₃ und vierten Linsengruppe G₄.
Während in der ersten Linsengruppe G₁ jede der beiden positiven Linsen (L₁₃ und L₁₄), die jeweils als die dritten und vierten Linsen von der Objekt- (Retikel-) Seite angeordnet sind, in der ersten Ausführungsform aus einer positiven bikonvexen Linse besteht, besteht in der zweiten Ausführungsform jede dieser beiden positiven Linsen (L₁₃ und L₁₄) aus einer positiven Meniskuslinse, deren konvexe Oberfläche der Objektoberfläche P1 gegenüberliegt.
Während in der ersten Ausführungsform die negative Linse L_M2, die als die zweite Linse von der Objektseite angeordnet ist, aus einer negativen Meniskuslinse besteht, besteht sie in der Zwischenlinsengruppe G_2M in der zweiten Linsengruppe G₂ in der zweiten Ausführungsform aus einer bikonkaven Linse. Während in der ersten Ausführungsform die rückwärtige Linse L_2R in der zweiten Linsengruppe G₂ aus einer negativen plankonkaven Linse besteht, besteht sie in der zweiten Ausführungsform auch aus einer bikonkaven Linse.
Während in der dritten Linsengruppe G₃ jede der positiven Linsen (L₃₁ und L₃₅), die jeweils als die ersten und fünften Linsen von der Objektseite angeordnet sind, in der ersten Ausführungsform aus einer positiven Meniskuslinse besteht, besteht in der zweiten Ausführungsform jede dieser positiven Linsen (L₃₁ und L₃₅) aus einer bikonvexen Linse. Während in der dritten Linsengruppe G₃ die positive Linse L₃₃, die als die dritte Linse von der Objektseite angeordnet ist, in der ersten Ausführungsform aus einer bikonvexen Linse besteht, besteht sie in der zweiten Ausführungsform aus einer positiven Meniskuslinse.
Die vierte Linsengruppe G₄ in der zweiten Ausführungsform inkludiert eine zusätzliche negative Linse im Vergleich zu der ersten Ausführungsform, wobei sie dadurch vier negative Linsen umfasst. Speziell umfasst sie in einer Reihenfolge von dem Retikel R zu dem Wafer W zwei negative Linsen (zwei negative Meniskuslinsen) L₄₁ und L₄₂, deren jeweilige konkave Oberflächen der Abbildoberfläche P2 gegenüberliegen, eine negative bikonkave Linse L₄₃ und eine negative Linse (negative bikonkave Linse) L₄₄, deren stärkere konkave Oberfläche der Objektoberfläche P1 gegenüberliegt.
In dem folgenden wird eine Linsenanordnung der dritten Ausführungsform des optischen Projektionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 6 erläutert.
Die Linsenanordnung der dritten Ausführungsform, die in 6 gezeigt wird, unterscheidet sich von der der ersten Ausführungsform, die in 4 gezeigt wird, in der Linsenanordnung von jeder Linsengruppe.
Während in der ersten Linsengruppe G₁ die positive Linse L₁₄, die als die vierte Linse von der Objektseite (Retikelseite) angeordnet ist, in der ersten Ausführungsform aus einer positiven bikonvexen Linse besteht, besteht sie in der dritten Ausführungsform aus einer plankonvexen Linse, deren konvexe Oberfläche der Objektoberfläche P1 gegenüberliegt.
Während in der zweiten Linsengruppe G₂ die rückwärtige Linse L_2R in der ersten Ausführungsform aus einer negativen plankonkaven Linse besteht, besteht sie in der dritten Ausführungsform aus einer bikonkaven Linse.
Während in der dritten Gruppe G₃ die positive Linse L₃₁, die als die erste Linse von der Objektseite angeordnet ist, in der ersten Ausführungsform aus einer positiven Meniskuslinse besteht, besteht sie in der dritten Ausführungsform aus einer bikonvexen Linse. Während in der dritten Gruppe G₃ die positive Linse L₃₃, die als die dritte Linse von der Objektseite angeordnet ist, in der ersten Ausführungsform aus einer bikonvexen Linse besteht, besteht sie in der dritten Ausführungsform auch aus einer positiven Meniskuslinse, deren konvexe Oberfläche der Abbildoberfläche P2 gegenüberliegt.
Die vierte Linsengruppe G₄ in der dritten Ausführungsform inkludiert eine zusätzliche negative Linse im Vergleich zu der ersten Ausführungsform, wobei sie dadurch vier negative Linsen umfasst. Speziell umfasst sie aufeinanderfolgend von dem Retikel R zu dem Wafer W zwei negative Linsen (zwei negative Meniskuslinsen) L₄₁ und L₄₂, deren jeweilige konkave Oberflächen der Abbildoberfläche P2 gegenüberliegen, eine negative bikonkave Linse L₄₃ und eine negative Linse (negative bikonkave Linse) L₄₄, deren stärkere konkave Oberfläche der Objektoberfläche P1 gegenüberliegt.
Während in der fünften Linsengruppe G₅ die positive Linse L₅₆, die als die sechste Linse von der Objektseite angeordnet ist, in der ersten Ausführungsform aus einer positiven Meniskuslinse besteht, besteht sie in der dritten Ausführungsform aus einer bikonvexen Linse.
Während in der sechsten Linsengruppe G₆ die positive Linse L₆₁, die als die erste Linse von der Objektseite angeordnet ist, in der ersten Ausführungsform aus einer positiven Meniskuslinse besteht, besteht sie in der dritten Ausführungsform aus einer bikonvexen Linse.
In jeder der oben erwähnten Ausführungsformen ist hier der Aperturstopp AS zwischen der positiven ersten Linse L₅₁ und der positiven zweiten Linse L₅₂ in der fünften Linsengruppe G₅ angeordnet.
Während dieser Aperturstopp AS in diesen Ausführungsformen zwischen zwei positiven Linsen (L₅₁ und L₅₂) angeordnet ist, die an der Objektseite der fünften Linsengruppe G₅ positioniert sind, kann er, ohne auf eine derartige Anordnung beschränkt zu sein, grundsätzlich auf eine beliebige Art und Weise angeordnet sein, solange wie er zwischen der positiven Linse L₅₁, die am nächsten zu dem Objekt R (Retikel) in der fünften Linsengruppe G₅ positioniert ist, und dem Abbild W (Wafer) angeordnet ist. Gemäß einer derartigen Anordnung des Aperturstopps AS kann sphärische Abweichung hoher Ordnung, die wahrscheinlich in der fünften Linsengruppe G₅ auftritt, da sich NA erhöht, unterdrückt werden.
Die folgenden Tabellen 1-1, 1-2, 2-1, 2-2, 3-1 und 3-2 zeigen Werte von Elementen und Werte entsprechend Bedingungen in den Linsenanordnungen der ersten bis dritten Ausführungsformen.
In diesen Tabellen zeigt die Zahl an dem linken Ende an, dass von der Objekt- (Retikel-) Seite gezählt wird, r ist der Radius einer Krümmung der Linsenoberfläche, d ist der Linsenoberflächenabstand, n ist die Brechzahl des Glasmaterials bei einer Belichtungswellenlänge Λ von 365 nm, d₀ ist der Abstand von dem ersten Objekt (Retikel R) zu der Linsenoberfläche (erste Linsenoberfläche) am nächsten zu dem Objekt R (Retikel) in der ersten Linsengruppe G₁ entlang der optischen Achse, β ist die Projektionsverstärkung des optischen Projektionssystems, Bf ist der Abstand von der Linsenoberfläche am nächsten zu dem zweiten Objekt (Wafer W) in der sechsten Linsengruppe G₆ zu der Abbildoberfläche P2 entlang der optischen Achse, NA ist die numerische Apertur des optischen Projektionssystems auf der Abbildseite (Waferseite) und L ist der Objekt-zu-Abbild-Abstand von der Objektoberfläche P1 zu der Abbildoberfläche P2. Auch ist in den Tabellen f₁ die Brennweite der ersten Linsengruppe G₁, f₂ ist die Brennweite der zweiten Linsengruppe G₂, f₃ ist die Brennweite der dritten Linsengruppe G₃, f₄ ist die Brennweite der vierten Linsengruppe G₄, f₅ ist die Brennweite der fünften Linsengruppe G₅, f₆ ist die Brennweite der sechsten Linsengruppe G₆, L ist der Abstand (Objekt-zu-Abbild-Abstand) von der Objektoberfläche P1 zu der Abbildoberfläche P2, I ist der axiale Abstand von dem ersten Objekt (Retikel R) zu dem auf der Seite des ersten Objekt liegenden Fokuspunkt des optischen Projektionssystems als Ganzes (wobei "auf der Seite des ersten Objekt liegender Fokuspunkt des ganzen optischen Projektionssystems" einen Schnittpunkt von auftauchendem Licht mit der optischen Achse des optischen Projektionssystems bedeutet, wenn paralleles Licht (entsprechend den gesammelten Lichtstrahlen in 2) in der achsenparallelen Region mit Bezug auf die op tische Achse des optischen Projektionssystems veranlasst wird, von der Seite des zweiten Objekts des optischen Produktionssystems einzufallen und das Licht in der achsenparallelen Region von dem optischen Projektionssystem auftaucht), r_2Ff ist der Radius einer Krümmung der Linsenoberfläche der Frontlinse L_2F in der zweiten Linsengruppe G₂ auf der Seite des ersten Objekts, r_2Fr ist der Radius einer Krümmung der Linsenoberfläche der Frontlinse L_2F in der zweiten Linsengruppe G₂ auf der Seite des zweiten Objekts, r_2Rf ist der Radius einer Krümmung der Linsenoberfläche der rückwärtigen Linse L_2R in der zweiten Linsengruppe G₂ auf der Seite des ersten Objekts, r_2Rr ist der Radius einer Krümmung der Linsenoberfläche der rückwärtigen Linse L_2R in der zweiten Linsengruppe G₂ auf der Seite des zweiten Objekts, f₂₂ ist die Brennweite der zweiten Zwischenlinse L_M2 mit einer negativen Brechkraft in der zweiten Linsengruppe G₂, f₂₃ ist die Brennweite der dritten Zwischenlinse L_M3 mit einer negativen Brechkraft in der zweiten Linsengruppe G₂, r_5R ist der Radius einer Krümmung der negativen Linse L₅₉, die am nächsten zu dem zweiten Objekt in der fünften Linsengruppe G₅ auf der Seite des zweiten Objekts angeordnet ist, r_6F ist der Radius einer Krümmung der Linse L₆₁, die am nächsten zu dem ersten Objekt in der sechsten Linsengruppe G₆ auf der Seite des ersten Objekts angeordnet ist, d₅₆ ist der Linsengruppenabstand zwischen der fünften Linsengruppe G₅ und der sechsten Linsengruppe G₆, d₆ ist der axiale Abstand von der Linsenoberfläche, die dem ersten Objekt in der sechsten Linsengruppe G₆ am nächsten ist, zu dem zweiten Objekt, r_5F ist der Radius einer Krümmung der negativen Linse L₅₉, die als nächste zu dem zweiten Objekt in der fünften Linsengruppe G₅ auf der Seite des ersten Objekts angeordnet ist, f₂₁ ist die Brennweite der ersten Zwischenlinse L_M1 mit einer positiven Brechkraft in der Zwischenlinsengruppe G_M2 in der zweiten Linsengruppe G₂, f_2F ist die Brennweite der Frontlinse L_2F, die eine negative Brechkraft hat und am nächsten zu dem ersten Objekt in der zweiten Linsengruppe G₂ angeordnet ist, wobei eine konkave Oberfläche davon dem zweiten Objekt gegenüberliegt, und f_2R ist die Brennweite der rückwärtigen Linse L_2R, die eine negativen Brechkraft hat und am nächsten zu dem zweiten Objekt in der zweiten Linsengruppe G₂ angeordnet ist, wobei eine konkave Oberfläche davon dem ersten Objekt gegenüberliegt.
Tabelle 1-1 Erste Ausführungsform
Tabelle 1-2 Werte entsprechend den Bedingungen in der ersten Ausführungsform
Tabelle 2-1 Zweite Ausführungsform
Tabelle 2-2 Werte entsprechend den Bedingungen in der zweiten Ausführungsform
Tabelle 3-1 Dritte Ausführungsform
Tabelle 3-2 Werte entsprechend den Bedingungen in der dritten Ausführungsform
Wenn hier L der Abstand (Objekt-Abbild-Abstand) von der Objektoberfläche (Retikeloberfläche) P1 zu der Abbildoberfläche (Waferoberfläche) P2 ist und Φ die Brechkraft einer Linsenoberfläche in der sechsten Linsengruppe G₆ ist, sind in der oben erwähnten ersten Ausführungsform 1/|Φ/L| = 0,196 an der objektseitigen Linsenoberfläche der positiven Linse L₆₁, 1/|Φ/L| = 0,239 an der objektseitigen Linsenoberfläche der negativen Linse L₆₂ und 1/|Φ/L| = 0,139 an der objektseitigen Linsenoberfläche der positiven Linse L₆₃. Somit erfüllt in der ersten Ausführungsform jede Linsenoberfläche die oben erwähnte Bedingung (17). In der zweiten Ausführungsform sind 1/|Φ/L| = 0,193 an der objektseitigen Linsenoberfläche der positiven Linse L₆₁, 1/|Φ/L| = 0,402 an der objektseitigen Linsenoberfläche der negativen Linse L₆₂ und 1/|Φ/L| = 0,150 an der objektseitigen Linsenoberfläche der positiven Linse L₆₃. Somit erfüllt in der zweiten Ausführungsform jede Linsenoberfläche die oben erwähnte Bedingung (17). In der dritten Ausführungsform sind 1/|Φ/L| = 0,179 an der objektseitigen Linsenoberfläche der positiven Linse L₆₁, 1/|Φ/L| = 0,849 an der objektseitigen Linsenoberfläche der negativen Linse L₆₂ und 1/|Φ/L| = 0,129 an der objektseitigen Linsenoberfläche der positiven Linse L₆₃. Somit erfüllt in der dritten Ausführungsform jede Linsenoberfläche die Bedingung (17).
Wie oben erwähnt besteht die sechste Linsengruppe G₆ in dieser Ausführungsform aus drei oder weniger Linsen, jede mit mindestens einer Linsenoberfläche, die die Bedingung (17) erfüllt.
Es ist aus den obigen Werten von Elementen in jeder Ausführungsform zu verstehen, dass jede Ausführungsform vorzugsweise Telezentrizität in einer Objektseite (Retikelseite) und Abbildseite (Waferseite) realisiert, während eine große numerische Apertur und ein breiter Belichtungsbereich sichergestellt werden.
Als nächstes sind 7 bis 10 Zeichnungen, um verschiedene Abweichungen der ersten Ausführungsform des optischen Projektionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen, mit der in 4 gezeigten Linsenanordnung. Insbesondere ist
7 eine Zeichnung, um sphärische Abweichung der ersten Ausführungsform zu zeigen, 8 ein Diagramm, um Astigmatismus der ersten Ausführungsform zu zeigen, 9 ein Diagramm, um Verzerrung der ersten Ausführungsform zu zeigen und 10 ein Diagramm, um Koma der ersten Ausführungsform zu zeigen. In diesen Abweichungsdiagrammen von 7 bis 10 stellt NA die numerische Apertur des optischen Projektionssystems und Y die Abbildhöhe dar. Um in 8 Astigmatismus zu zeigen, zeigt die gestrichelte Linie die meridionale Abbildoberfläche und die durchgehende Linie die sagittale Abbildoberfläche an.
Ähnlich sind 11 bis 14 Zeichnungen, um verschiedene Abweichungen der zweiten Ausführungsform des optischen Projektionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung mit der in 5 gezeigten Linsenanordnung zu zeigen. Insbesondere ist 11 ein Diagramm, um sphärische Abweichung der zweiten Ausführungsform zu zeigen, 12 ein Diagramm, um Astigmatismus der zweiten Ausführungsform zu zeigen, 13 ein Diagramm, um Verzerrung der zweiten Ausführungsform zu zeigen und 14 ein Diagramm, um Koma der zweiten Ausführungsform zu zei gen. 15 bis 18 sind Zeichnungen, um verschiedene Abweichungen der dritten Ausführungsform des optischen Projektionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung mit der in 6 gezeigten Linsenanordnung zu zeigen. Insbesondere ist 15 ein Diagramm, um sphärische Abweichung der dritten Ausführungsform zu zeigen, 16 ein Diagramm, um Astigmatismus der dritten Ausführungsform zu zeigen, 17 ein Diagramm, um Verzerrung der dritten Ausführungsform zu zeigen und 18 ein Diagramm, um Koma der dritten Ausführungsform zu zeigen. Auch stellt in diesen Abweichungsdiagrammen von 11 bis 18 NA die numerische Apertur des optischen Projektionssystems und Y die Abbildhöhe dar. Ferner zeigt auch in den in 12 und 16 gezeigten Abweichungsdiagrammen die gestrichelte Linie die meridionale Abbildoberfläche und die durchgehende Linie die sagittale Abbildoberfläche an.
Wie verstanden werden kann, wenn die Abweichungsdiagramme miteinander verglichen werden, werden, während es eine große numerische Apertur und einen großen Belichtungsbereich (Abbildhöhe) gibt, verschiedene Arten einer Abweichung in jeder Ausführungsform auf eine gut ausgewogene Art und Weise korrigiert. Insbesondere wird Verzerrung effektiv korrigiert, derart, um sich null in dem ganzen Abbild anzunähern, wobei dadurch ein optisches Projektionssystem mit einer hohen Auflösung in einem weiten Belichtungsbereich erzielt wird.
Hier zeigt jede der oben beschriebenen Ausführungsformen Beispiel, in denen eine Quecksilberlampe, die Belichtungslicht in der i-Linie (365 nm) zuführt, als eine Lichtquelle verwendet wird. Beispiele der Lichtquelle, die auf jede Ausführungsform anwendbar ist, inkludieren eine Quecksilberlampe, die Belichtungslicht in der g-Linie (435 nm) zuführt, und extreme Ultraviolettstrahl-Lichtquellen, wie etwa Excimer-Laser, die Licht von 193 nm und 248 nm zuführen.
Da Linsen, die das optische Projektionssystem bilden, nicht miteinander gebondet sind, kann in den vorangehenden Ausführungsformen auch ein Problem vermieden werden, dass sich die Bonding-Oberflächen mit der Zeit ändern. Während die Linsen, die das optische Projektionssystem bilden, jeweils durch eine Vielzahl von Arten von optischen Materialien gebildet werden, können sie aus einem einzelnen Glasmaterial gebildet werden, wie etwa Quarz (SiO₂), wenn die Wellenlängenregion der Lichtquelle nicht von einem weiten Band ist.
Ferner werden die optischen Projektionssysteme der ersten bis dritten Ausführungsformen in der in 2 gezeigten Belichtungsvorrichtung eines Abtasttyps verwendet. Das optische Projektionssystem der vorliegenden Erfindung ist jedoch auch auf eine Belichtungsvorrichtung eines gemeinsamen Belichtungstyps anwendbar, in der Muster eines Retikels R gemeinsam auf einen Wafer W projiziert werden (siehe 19). In 19 zeigen IF₂ und EF₂ den Beleuchtungsbereich in dem Retikel R bzw. den Belichtungsbereich in dem Wafer W an.
Wie in dem vorangehenden erläutert, werden gemäß der vorliegenden Erfindung verschiedene Arten einer Abweichung auf eine gut ausgewogene Art und Weise korrigiert, und insbesondere wird Verzerrung ziemlich effektiv korrigiert, während ein relativ großer Belichtungsbereich sichergestellt wird und ein beidseitiges telezentrisches optisches System erreicht wird. Da sphärische Abweichung hoher Ordnung und Koma hoher Ordnung ausreichend korrigiert werden, während eine große numerische Apertur für das optische Projektionssystem erbracht wird, kann ferner das optische Projektionssystem mit einer ziemlich günstigen Auflösung erreicht werden.
Aus der somit beschriebenen Erfindung wird offensichtlich, dass die Erfindung auf vielen Wegen variiert werden kann. Derartige Variationen sind nicht als eine Abweichung von dem Bereich der Erfindung zu betrachten, und alle derartigen Modifikationen, wie sie einem Durchschnittsfachmann offensichtlich sein würden, sind gedacht, innerhalb des Bereichs der folgenden Ansprüche inkludiert zu sein.

Claims

Ein optisches Projektionssystem zur Projektion eines Abbildes eines ersten Objektes auf ein zweites Objekt, wobei das optische Projektionssystem umfasst: Eine erste Linsengruppe mit einer positiven Brechkraft, zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt angeordnet; Eine zweite Linsengruppe mit einer negativen Brechkraft, zwischen der ersten Linsengruppe und dem zweiten Objekt angeordnet, wobei die zweite Linsengruppe enthält: Eine Frontlinse mit einer negativen Brechkraft, am nächsten zu dem ersten Objekt angeordnet, und mit einer konkaven Oberfläche zu dem zweiten Objekt ausgeformt, wobei dann, wenn r_2Ff ein Biegeradius der Oberfläche der Frontlinse auf der Seite des ersten Objekts und r_2Fr ein Biegeradius der Oberfläche der Frontlinse auf der Seite des zweiten Objekts ist, die Frontlinse eine Form aufweist, die durch die folgende Bedingung bestimmt ist: 1,00 ≤ (r2Ff – r2Fr)/(r2Ff + r2Fr) < 5,0;eine rückwärtige Linse mit einer negativen Brechkraft, die am nächsten an dem zweiten Objekt angeordnet ist, und mit einer konkaven Oberfläche zu dem erste Objekt geformt ist, wobei dann, wenn zwei r_2Rf ein Biegeradius der Oberfläche der rückwärtigen Linse auf der Seite des ersten Objektes und r_2Rr ein Biegeradius der Oberfläche der rückwärtigen Linse auf der Seite des zweiten Objektes ist, die rückwärtige Linse eine durch die folgende Bedingung definierte Form aufweist: –10,0 < (r2Rf – r2Rr)/(r2Rf + r2Rr) ≤ –1,00; undeine zwischengelagerte Linsengruppe, die zwischen der Frontlinse und der rückwärtigen Linse angeordnet ist, wobei die zwischengelagerte Linsengruppe umfasst: eine erste Zwischenlinse mit positiver Brechkraft, die zwischen der Frontlinse und der rückwärtigen Linse angeordnet ist, eine zweite Zwischenlinse mit einer negativen Brechkraft, die zwischen der ersten Zwischenlinse und der rückwärtigen Linse angeordnet ist, und eine dritte Zwischenlinse mit einer negativen Brechkraft, die zwischen der zweiten Zwischenlinse und der rückwärtigen Linse angeordnet ist; eine dritte Linsengruppe mit einer positiven Brechkraft, die zwischen der zweiten Linsengruppe und dem zweiten Objekt angeordnet ist; eine vierte Linsengruppe mit einer negativen Brechkraft, die zwischen der dritten Linsengruppe und dem zweiten Objekt angeordnet ist; eine fünfte Linsengruppe mit einer positiven Brechkraft, die zwischen der vierten Linsengruppe und dem zweiten Objekt angeordnet ist; und eine sechste Linsengruppe mit einer positiven Brechkraft, die zwischen der fünften Linsengruppe und dem zweiten Objekt angeordnet ist.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 1, wobei die zwischengelagerte Linsengruppe in der zweiten Linsengruppe eine negative Brechkraft aufweist.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 1, wobei die fünfte Linsengruppe mindestens sieben positive Linsen enthält.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 3, wobei die fünfte Linsengruppe weiter mindestens eine negative Linse enthält.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 1, wobei die fünfte Linsengruppe eine negative Linse aufweist, angeordnet am nächsten zu dem zweiten Objekt, und mit einer konkaven Oberfläche zu dem zweiten Objekt geformt und wobei die sechste Linsengruppe eine Linse aufweist, die am nächsten zu dem ersten Objekt angeordnet ist, und mit einer konvexen Oberfläche zu dem ersten Objekt ausgebildet ist.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 1, wobei die erste Linsengruppe mindestens zwei positive Linsen aufweist, die dritte Linsengruppe mindestens drei positive Linsen aufweist, die vierte Linsengruppe mindestens drei negative Linsen aufweist, und die sechste Linsengruppe mindestens eine positive Linse aufweist.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 1, wobei f₁ eine Brennweite der ersten Linsengruppe ist, f₂ eine Brennweite der zweite Linsengruppe, f₃ eine Brennweite der dritten Linsengruppe, f₄ eine Brennweite der vierten Linsengruppe, f₅ eine Brennweite der fünften Linsengruppe, f₆ eine Brennweite der sechsten Linsengruppe und L ein Abstand von dem ersten Objekt zu dem zweiten Objekt ist, wobei das optische Projektionssystem die folgenden Bedingungen erfüllt: f1/L < 0,8 –0,10 < f2/L 0,01 < f3/L < 1,10 f4/L < –0,005 0,01 < f5/L < 0,9 0,02 < f6/L < 1,6.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 7, wobei dann, wenn I ein axialer Abstand von dem ersten Objekt zu einem auf der Seite des ersten Objekts liegenden Fokuspunkts des gesamten optischen Projektionssystems ist, und L der Abstand von dem ersten Objekt zu dem zweiten Objekt ist, das optische Projektionssystem die folgende Bedingung erfüllt: 1,0 < I/L.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 7, wobei die fünfte Linsengruppe mindestens sieben positive Linsen enthält.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 9, wobei die fünfte Linsengruppe weiter mindestens eine negative Linse enthält.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 7, wobei dann, wenn f₂₂ eine Brennweite der zweiten Zwischenlinse ist, und f₂₃ eine Brennweite der dritten Zwischenlinse ist, das optische Projektionssystem die folgende Bedingung erfüllt: 0,1 < f22/f23 < 10.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 7, wobei die fünfte Linsengruppe eine negative Linse aufweist, die am nächsten zum zweiten Objekt angeordnet ist, wobei eine konkave Oberfläche der negativen Linse dem zweiten Objekt gegenüberliegt; und wobei die sechste Linsengruppe eine Linse aufweist, die am nächsten zum ersten Objekt angeordnet ist, und die mit einer konvexen Oberfläche zum ersten Objekt ausgebildet ist.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 12, wobei dann, wenn r_5R ein Biegeradius der negativen Linse in der fünften Linsengruppe auf der Seite des zweiten Objekts ist, und r_6F ein Biegeradius der Linse in der sechsten Linsengruppe auf der Seite des ersten Objekts ist, das optische Projektionssystem die folgende Bedingung erfüllt: –0,90 < (r5R – r6F)/r5R + r6F) < –0,001.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 7, wobei dann, wenn d₅₆ ein axialer Abstand zwischen der fünften Linsengruppe und der sechsten Linsengruppe ist, und L der Abstand von dem ersten Objekt zum zweiten Objekt ist, das optische Projektionssystem die folgende Bedingung erfüllt: d56/L < 0,017.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 7, wobei dann, wenn r_6F ein Biegeradius der Linsenoberfläche ist, die in der sechsten Linsengruppe enthalten ist und am nächsten zum zweiten Objekt angeordnet ist, und d₆ ein axialer Abstand von der Linsenoberfläche der sechsten Linsengruppe zu dem zweiten Objekt ist, das optische Projektionssystem die folgende Bedingung erfüllt: 0,50 < d6/r6F < 1,50.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 7, wobei die fünfte Linsengruppe eine negative Linse aufweist, die am nächsten zu dem zweiten Objekt angeordnet ist, und mit einer konkaven Oberfläche zu dem zweiten Objekt ausgebildet ist, und wobei dann, wenn r_5F ein Biegeradius der negativen Linse in der fünften Linsengruppe auf der Seite des ersten Objekts ist, und r_5R ein Biegeradius der negativen Linse in der fünften Linsengruppe auf der Seite des zweiten Objekts ist, das optische Projektionssystem die folgende Bedingung erfüllt: 0,30 < (r5F – r5R)/r5F + r5R) < 1,28.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 7, wobei dann, wenn f₂₁ eine Brennweite der ersten Zwischenlinse in der zwischengelagerten Linsengruppe ist, und L der Abstand von dem ersten Objekt zu dem zweiten Objekt ist, das optische Projektionssystem die folgende Bedingung erfüllt: 0,230 < f21/L < 0,40.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 7, wobei dann, wenn f_2F eine Brennweite der Frontlinse in der zweiten Linsengruppe ist, und f_2R eine Brennweite der rückwärtigen Linse in der zweiten Linsengruppe ist, das optische Projektionssystem die folgende Bedingung erfüllt: 0 ≤ f2F/f2R < 18.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 7, wobei die zwischengelagerte Linsengruppe in der zweiten Linsengruppe eine negative Brechkraft aufweist.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 7, wobei die erste Linsengruppe mindestens zwei positive Linsen aufweist, die dritte Linsengruppe mindestens drei positive Linsen aufweist, die vierte Linsengruppe mindestens drei positive Linsen aufweist, die vierte Linsengruppe mindestens drei negative Linsen aufweist, und die sechste Linsengruppe mindestens eine positive Linse aufweist.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 7, wobei die sechste Linsengruppe drei oder weniger Linsen aufweist, von denen jede mindestens eine Linsenoberfläche aufweist, die die folgende Bedingung erfüllt: 1/|L| < 20wobei : eine Brechkraft der Linsenoberfläche, und L : der Objekt-zu-Abbildabstand von dem ersten Objekt zu dem zweiten Objekt ist.
Ein optisches Projektionssystem nach Anspruch 7, wobei das optische Projektionssystem eine Verstärkung von 1/4 aufweist.
Eine Belichtungsvorrichtung, umfassend: eine erste Stufe, die es ermöglicht, dass eine Maske mit einem vorgegebenen Muster auf einer Hauptoberfläche davon gehalten wird; eine zweite Stufe, die es ermöglicht, dass ein lichtempfindliches Substrat auf einer Hauptoberfläche davon gehalten wird; ein optisches Belichtungssystem zum Emittieren von Belichtungslicht mit einer vorgegebenen Wellenlänge, und zum Übertragen eines vorgegebenen Musters der Maske auf das Substrat; und ein optisches Projektionssystem, das zwischen der ersten Stufe und der zweiten Stufe angeordnet ist, wobei das optische Projektionssystem umfasst: eine erste Linsengruppe mit einer positiven Brechkraft, die zwischen der Maske und dem Substrat angeordnet ist; eine zweite Linsengruppe mit einer negativen Brechkraft, die zwischen der ersten Linsengruppe und dem Substrat angeordnet ist, wobei die zweite Linsengruppe umfasst: eine Frontlinse mit einer negativen Brechkraft, die am nächsten an der Maske angeordnet ist, und mit einer konkaven Oberfläche zu dem Substrat geformt ist, wobei dann, wenn r_2Ff ein Biegeradius der Hauptfläche der Frontlinse auf der Maskenseite ist, und r_2Fr ein Biegeradius der Oberfläche der Frontlinse auf der Substratseite ist, die Frontlinse eine Form aufweist, die durch die folgende Bedingung definiert ist: 1,00 ≤ (r2Ff – r2Fr)/(r2Ff + r2Fr) < 5,0;eine rückwärtige Linse mit einer negativen Brechkraft, die am nächsten zu dem Substrat angeordnet ist, und mit einer konkaven Oberfläche zu der Maske ausgebildet ist, wobei dann, wenn r_2Rf ein Biegeradius der Oberfläche der rückwärtigen Linse auf der Maskenseite ist, und r_2Rr ein Biegeradius der Oberfläche der rückwärtigen Linse auf der Substratseite ist, die rückwärtige Linse eine Form aufweist, die durch die folgende Bedingungen definiert ist: –10,0 < (r2Rf – r2Rr)/(r2Rf + r2Rr) ≤ –1,00; undeine zwischengelagerte Linsengruppe, die zwischen der Frontlinse und der rückwärtigen Linse angeordnet ist, wobei die zwischengelagerte Linsengruppe umfasst: eine erste Zwischenlinse mit positiver Brechkraft, die zwischen der Frontlinse und der rückwärtigen Linse angeordnet ist, eine zweite Zwischenlinse mit einer negativen Brechkraft, die zwischen der ersten Zwischenlinse und der rückwärtigen Linse angeordnet ist, und eine dritte Zwischenlinse mit einer negativen Brechkraft, die zwischen der zweiten Zwischenlinse und der rückwärtigen Linse angeordnet ist; eine dritte Linsengruppe mit einer positiven Brechkraft, die zwischen der zweiten Linsengruppe und dem Substrat angeordnet ist; eine vierte Linsengruppe mit einer negativen Brechkraft, die zwischen der dritten Linsengruppe und dem Substrat angeordnet ist; eine fünfte Linsengruppe mit einer positiven Brechkraft, die zwischen der vierten Linsengruppe und dem Substrat angeordnet ist; und eine sechste Linsengruppe mit einer positiven Brechkraft, die zwischen der fünften Linsengruppe und dem Substrat angeordnet ist.
Eine Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 23, wobei in dem optischen Projektsystem die zwischengelagerte Linsengruppe in der zweiten Linsengruppe eine negative Brechkraft aufweist.
Eine Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 23, wobei in dem optischen Projektionssystem die fünfte Linsengruppe mindestens sieben positive Linsen umfasst.
Eine Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 25, wobei in dem optischen Projektionssystem die fünfte Linsengruppe weiter mindestens eine negative Linse umfasst.
Eine Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 23, wobei in dem optischen Projektionssystem die fünfte Linsengruppe eine negative Linse aufweist, die am nächsten zu dem Substrat angeordnet ist, und mit einer konkaven Oberfläche zu dem Substrat ausgebildet ist, und wobei die sechste Linsengruppe eine Linse aufweist, die am nächsten zu der Maske angeordnet ist, und mit einer konvexen Oberfläche zu der Maske ausgebildet ist.
Eine Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 23, wobei in dem optischen Projektionssystem die erste Linsengruppe mindestens zwei positive Linsen aufweist, die dritte Linsengruppe mindestens drei positive Linsen aufweist, die vierte Linsengruppe mindestens drei negative Linsen aufweist, und die sechste Linsengruppe mindestens eine positive Linse aufweist.
Eine Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 23, wobei in dem optischen Projektionssystem, wenn f₁ eine Brennweite der ersten Linsengruppe, f₂ eine Brennweite der zweiten Linsengruppe, f₃ eine Brennweite der dritten Linsengruppe, f₄ eine Brennweite der vierten Linsengruppe, f₅ eine Brennweite der fünften Linsengruppe, f₅ eine Brennweite der sechsten Linsengruppe und L ein Abstand von dem ersten Objekt zu dem zweiten Objekt dass optische Projektionssystem die folgenden Bedingungen erfüllt: f1/L < 0,8 –0,10 < f2/L 0,01 < f3/L < 1,0 f4/L < –0,005 0,01 < f5/L < 0,9 0,02 < f5/L < 1,6.