JP2006078631A - 投影光学系及びそれを有する露光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 スリット幅を拡大することによりスループットを大幅に向上させることが可能な投影光学系及びこれを有する露光装置を提供する。
【解決手段】 物体側からの光路順に、正の第1反射面、負の第2反射面、正の第3反射面を有する投影光学系において、前記第1反射面から前記第2反射面までの光束中及び前記第2反射面から前記第3反射面までの光束中に少なくとも2枚以上のレンズ群Lmを有し、前記第n反射面の屈折力をφn、前記レンズ群Lmの屈折力をφLmとしたとき、|Σφn|<0.01、及び、|ΣφLm|<0.01を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。
【選択図】 図1
【解決手段】 物体側からの光路順に、正の第1反射面、負の第2反射面、正の第3反射面を有する投影光学系において、前記第1反射面から前記第2反射面までの光束中及び前記第2反射面から前記第3反射面までの光束中に少なくとも2枚以上のレンズ群Lmを有し、前記第n反射面の屈折力をφn、前記レンズ群Lmの屈折力をφLmとしたとき、|Σφn|<0.01、及び、|ΣφLm|<0.01を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、一般には投影光学系及びそれを有する露光装置に係り、特に、液晶ディスプレイ(以下、「LCD」と呼ぶ)用のガラス基板などの比較的大画面の被露光体を投影露光する反射型及び反射屈折型投影光学系に関する。
近年、TVやパーソナルコンピュータなどの表示素子としてLCDが多く使われるようになり、更なる大画面化が要求されてきている。LCDはフォトリソグラフィーの手法を用いてガラス基板上に透明薄膜電極をパターン形成して製造される。フォトリソグラフィーに用いられる投影光学系としては、特許文献1及び2に開示されているように、ミラーを用いた等倍光学系が知られており、収差補正されたスリット状の領域に対し物体面(マスク)と像面(ガラス基板)が走査することにより像が形成される。
特許文献1では、基本的にマスクパターンを凸と凹の2枚のミラーにより等倍結像させている。投影に寄与する領域は光軸外で同一像高の円弧状の領域である。投影光学系を色分解光学系に結像させるためのリレーレンズとして使用する場合に、特許文献3は色収差及び球面収差を補正している。特許文献2は、等倍の小型の光学系を複数個並べたマルチレンズ光学系を構成することにより露光領域を確保している。
特開昭52−5544号公報
特開平7−57986号公報
特開平10−31158号公報
しかし、特許文献1の光学系は、像面湾曲と非点収差を良好に補正できる像面幅がわずかであり、マスクを照明するときの円弧状のスリット幅(走査方向の長さ)を長くできない。従って、装置としての露光照度を上げられず、スループットを向上させることが困難であった。また、特許文献2の光学系は、隣接した光学系が形成する像のつなぎ目を二重に露光するように重ね合わせる必要があるが、つなぎ目が目立たないよう露光量や結像性能が同程度になるよう、使用される個々の光学系の光学性能、機構性能を同程度に作り込む必要があり、その調整の難易度が高いという問題点があった。更に、特許文献3の光学系は、色分解光学系で発生する色収差及び球面収差を補正するためにリレー光学系内にゼロパワーダブレットを使用しており、リレー光学系単体では色収差及び球面収差を発生させるためにダブレットの各レンズは分散の大きく異なる媒質を用いている。
そこで、本発明は、スリット幅を拡大することによりスループットを大幅に向上させることが可能な投影光学系及びこれを有する露光装置を提供することを例示的な目的とする。
本発明の一側面としての投影光学系は、物体側からの光路順に、少なくとも正の第1反射面、負の第2反射面、正の第3反射面で構成される投影光学系において、前記第1反射面から前記第2反射面までの光束中及び前記第2反射面から前記第3反射面までの光束中に少なくとも2枚以上のレンズ群Lmを有し、前記第n反射面の屈折力をφn、前記レンズ群Lmの屈折力をφLmとしたとき、|Σφn| < 0.01、及び、|ΣφLm| < 0.01を満足することを特徴とする。かかる投影光学系を有することを特徴とする露光装置も本発明の一側面を構成する。
本発明の別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、露光された前記被露光体を現像するステップとを有することを特徴とする。上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
本発明によれば、スリット幅を拡大することによりスループットを大幅に向上させることが可能な投影光学系及びこれを有する露光装置を提供することができる。
本発明の一実施形態としての投影光学系は、物体側からの光路順に、少なくとも正の第1反射面、負の第2反射面、正の第3反射面で構成される投影光学系において、前記第1反射面から前記第2反射面までの光束中及び前記第2反射面から前記第3反射面までの光束中に少なくとも2枚以上のレンズ群Lmを有し、前記第nミラーの屈折力をφn、前記レンズ群Lmの屈折力をφLmとしたとき、以下の式を満足する。
これらの式は、投影光学系の結像性能を良好にするための条件である。ペッツバール条件及び両テレセン条件を満たすことのできる最小限の系は、正の屈折力の第1群、負の屈折力の第2群、正の屈折力の第3群で構成された、いわゆるトリプレットである。全系のペッツバール和Pは以下の式で表される。
P=Σ(φn/Nn)
ここで反射系の場合、Nn=−1である。
また、タンジェンシャル像面湾曲△M、サジタル像面湾曲△Sは、非点収差係数をIII、画角をωとして、各々以下の式で表される。
ここで反射系の場合、Nn=−1である。
また、タンジェンシャル像面湾曲△M、サジタル像面湾曲△Sは、非点収差係数をIII、画角をωとして、各々以下の式で表される。
△M=−1/2・(3III+P)・tan2ω
△S=−1/2・(III+P)・tan2ω
したがって、|Σφn|が0に近づけば近づくほど像面がフラットになり、像面湾曲及び非点収差が減少する。数式1を満足することによりミラーのみでペッツバール条件を満たして像面湾曲及び非点収差を抑制することができる。また、第2ミラー近傍に補正レンズLmを配置することによりさらに広い像高範囲で像面湾曲及び非点収差を抑制することができる。数式2はレンズLm全体の屈折力を抑制して色収差の発生を抑制するための条件である。
△S=−1/2・(III+P)・tan2ω
したがって、|Σφn|が0に近づけば近づくほど像面がフラットになり、像面湾曲及び非点収差が減少する。数式1を満足することによりミラーのみでペッツバール条件を満たして像面湾曲及び非点収差を抑制することができる。また、第2ミラー近傍に補正レンズLmを配置することによりさらに広い像高範囲で像面湾曲及び非点収差を抑制することができる。数式2はレンズLm全体の屈折力を抑制して色収差の発生を抑制するための条件である。
前記レンズ群Lmの最も第1反射面側の軸上光線入射高をh1、軸外主光線入射高をhb1、前記レンズ群Lmの最も第2反射面側の軸上光線入射高をhm、軸外主光線入射高をhbmとしたとき次式を満足することが好ましい。
これらの式は、補正レンズLmの軸上光線入射高比と軸外主光線入射高比を規定することによって、広い像高範囲で像面湾曲及び非点収差を抑制するための条件である。像面湾曲及び非点収差といった軸外収差を補正するためには、軸外主光線入射高hbの高い部位に補正手段を配置することが効果的である。更に補正手段により発生した軸上収差を相対的にhbの低い部位で補正することにより、軸外収差のみを一層効果的に補正することが可能である。数式3は、補正レンズLm内の軸上光線入射高の比の上限を規定している。数式3の上限を越えると、軸上色収差及び球面収差といった軸上収差の補正が困難となってくる。数式4は、補正レンズLm内の軸外主光線入射高の比の下限を規定している。数式4の下限を越えると、像面湾曲及び非点収差の補正が困難となったり、各レンズの屈折力や非球面量が増大して製造難易度が高くなりすぎてしまう。
前記投影光学系の物体側の開口数をNAo、像側の開口数をNAiとしたとき、次式を満足することが好ましい。
数式5は、投影光学系のNAの上限を規定して、補正レンズLm内における軸上光線入射高の変化を低減し、像面湾曲及び非点収差補正に伴う軸上収差への影響を最小限とするための条件である。数式5の上限を越えると、第2反射面近傍での軸上光線換算傾角が増大する。数式5が数式3及び4を満足する環境で使用される場合、軸上光線換算傾角が増大すると数式3を満たすための間隔が十分にとれないために数式4式の値が小さくなり、像面湾曲及び非点収差の補正が困難となる。
前記レンズLmは少なくとも1面の非球面を有することが好ましい。これにより、更に広い像高範囲で像面湾曲及び非点収差を抑制することができる。また、前記レンズLmはすべて同一の材料であることが好ましい。補正レンズLmを全て同一素材とすることにより補正レンズの屈折力Lmを概略ゼロとしたときの二次スペクトルを微小とし、広い波長帯域で色収差補正を可能とすることができる。
前記投影光学系の結像倍率をβとしたとき、投影光学系はβ=1(等倍系)であり、第1反射面と第3反射面が兼用部材であることが好ましい。代替的に、投影光学系はβ>1.1(拡大系)で、少なくとも第1反射面と第3反射面が非球面であることが好ましい。また、第1反射面と第3反射面を非球面とすることにより、拡大系としてもコマ収差を良好に補正することができる。等倍系では第1反射面と第3反射面の曲率は同一に設定されてコマ収差をキャンセルしているが、拡大系では両者の曲率が異なるためにコマ収差をキャンセルするために非球面にしなければならない。
投影光学系の有効像面の半径をR、幅をW、長さをLとしたとき、次式を満足することが好ましい。
図1は本発明の数値実施例1の断面図を示している。図1において、M1は正の第1・第3反射面としての凹面ミラー、M2は負の第2反射面としての凸面ミラー、L1及びL2はレンズである。Oは物体面、Iは像面を表しており、光束はOから順にM1、L1、L2、M2、L2、L1、M1を通り、Iで結像する。従って、レンズL1及びL2は第1反射面から第2反射面への光束と、第2反射面から第3反射面への光束の両方が通ることとなる。有効像面の半径Rが300mmから数式6より、スリット長さLは600mm以下である。
図2に本数値実施例の縦収差図を、図3に本数値実施例の物高250mm、275mm、300mmにおける横収差図を示す。また、表2に、数値実施例1(表1)の各条件式に対応する数値を示す。表2から、数値実施例1は各条件式を満たしており、スリット幅が広くて光利用効率の高い、色収差の小さい反射屈折型投影光学系を達成している。なお、O〜M1間又はM1〜I間にメニスカスレンズ、非球面レンズ等を導入することにより、像面補正を更に良好とすることも可能である。
図4は本発明の数値実施例2の断面図を示している。図4において、M1は正の第1及び第3反射面としての凹面ミラー、M2は負の第2反射面としての凸面ミラー、L1乃至L5はレンズである。Oは物体面、Iは像面を表しており、光束はOから順にM1、L1、…、L5、M2、L5、…、L1、M1を通り、Iで結像する。従って、前記レンズL1乃至L5は第1反射面から第2反射面への光束と、第2反射面から第3反射面への光束の両方が通ることとなる。有効像面の半径Rが300mmから数式6より、スリット長さLは600mm以下である。
図5に本数値実施例の縦収差図を、図6に本数値実施例の物高260mm、280mm、300mmにおける横収差図を示す。また、表4に、数値実施例2(表3)の各条件式に対応する数値を示す。表4から、数値実施例2は各条件式を満たしており、スリット幅が広くて光利用効率の高い、色収差の小さい反射屈折型投影光学系を達成している。なお、O〜M1間又はM1〜I間にメニスカスレンズ、非球面レンズ等を導入することにより、像面補正を更に良好とすることも可能である。
図7は本発明の数値実施例3の断面図を示している。図7において、M1は正の第1反射面としての凹面ミラー、M2は負の第2反射面としての凸面ミラー、M3は正の第3反射面としての凹面ミラー、L1及びL2はレンズである。Oは物体面、Iは像面を表しており、光束はOから順にM1、L1、L2、M2、L2、L1、M3を通り、Iで結像する。従って、前記レンズL1及びL2は第1反射面から第2反射面への光束と、第2反射面から第3反射面への光束の両方が通ることとなる。有効像面の半径Rが300mmから数式6より、スリット長さLは600mm以下である。
図8に本数値実施例の縦収差図を、図9に本数値実施例の物高250mm、275mm、300mmにおける横収差図を示す。また、表6に、数値実施例3(表5)の各条件式に対応する数値を示す。表6から、数値実施例3は各条件式を満たしており、スリット幅が広くて光利用効率の高い、色収差の小さい反射屈折型投影光学系を達成している。なお、O〜M1間又はM1〜I間にメニスカスレンズ、非球面レンズ等を導入することにより、像面補正を更に良好とすることも可能である。
図10は本発明の数値実施例4の断面図を示している。図10において、M1は正の第1反射面としての凹面ミラー、M2は負の第2反射面としての凸面ミラー、M3は正の第3反射面としての凹面ミラー、L1及びL2はレンズである。Oは物体面、Iは像面を表しており、光束はOから順にM1、L1、L2、M2、L2、L1、M3を通り、Iで結像する。従って、前記レンズL1及びL2は第1反射面から第2反射面への光束と、第2反射面から第3反射面への光束の両方が通ることとなる。有効像面の半径Rが300mmから数式6より、スリット長さLは600mm以下である。
図11に本数値実施例の縦収差図を、図12に本数値実施例の物高250mm、275mm、300mmにおける横収差図を示す。また、表8に、数値実施例4(表7)の各条件式に対応する数値を示す。表8から、数値実施例4は各条件式を満たしており、スリット幅が広くて光利用効率の高い、色収差の小さい反射屈折型投影光学系を達成している。なお、O〜M1間又はM1〜I間にメニスカスレンズ、非球面レンズ等を導入することにより、像面補正を更に良好とすることも可能である。
図1、4、7及び10に示す構成を露光装置に適用した。物体面Oにマスクを配置し、像面Iに被露光体を配置した。被露光体はLCD用のガラスプレートからなる基板であり、基板面上には紫外光に反応するレジストが塗布されている。図1及び4では、投影光学系は光学部材M1乃至M3を含み、図4及び7では、これらに加えて光学部材L1及びL2を含む。マスクはマスクステージ(図示せず)に搭載され、マスクステージはステージ定盤(図示せず)に搭載されている。被露光体は基板ステージ(図示せず)に搭載され、基板ステージはステージ定盤(図示せず)に搭載されている。表2、4、6及び8に示すように、本実施例の投影光学系は倍率βとして2.0、1.1、1.5などを有するので、結像倍率を従来よりも増大してマスク製作コストを低減することができる。
露光装置は、更に図示しない照明系を有し、照明系からの円弧状の照明光束によってマスクを照明する。円弧状の照明光束はマスクの直前に円弧スリット状のアパーチャー(スリット開口)を設けるか、又は照明系中にマスクと光学的に共役な位置に同様のアパーチャー(スリット開口)を設けることにより得ることができる。露光装置は、マスクと被露光体とのアライメント機構(図示せず)や被露光体のフォーカス機構も(図示せず)備えている。
投影光学系は、円弧状の照明光束が照射されたマスクパターンを被露光体に投影する。マスクステージを所定の速度で走査すると同時に、この速度に投影光学系の結像倍率を乗じた速度で基板ステージを矢印の方向に走査することによって、マスク上の回路パターン全体を基板に転写している。制御系はマスクステージと基板ステージを同期させて走査を制御する。回路パターン全体の転写が終了すると、基板ステージを所定の量だけ移動、即ち、ステップして基板上の異なる多数の位置で上記と同様の方法でパターンの転写を繰り返す。
次に、上述の投影光学系を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。図13は液晶パネルの製造のフローチャートである。本実施形態においてステップ1(アレイ設計工程)では液晶アレイの回路設計を行なう。ステップ2(マスク製造工程)では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ3(基板製造工程)ではガラス基板を製造する。ステップ4(アレイ製造工程)は前工程とも呼ばれ、用意したマスクとガラス基板とを用いてリソグラフィ技術によってガラス基板上に実際のアレイ回路を形成する。ステップ5(パネル製造工程)は後工程とも呼ばれ、別途工程で製造されているカラーフィルタと張合わされた後周辺部が封止され、液晶が注入される。ステップ6(検査工程)ではステップ5の後でタブやバックライト組み立てがされ、エージングが加えられた液晶パネルモジュールの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て液晶パネルが完成し、これがステップ7(出荷)される。
図14はステップ4のアレイ製造工程の詳細なフローチャートである。まずステップ11(薄膜形成前洗浄)ではガラス基板表面に薄膜を形成する前処理としての洗浄工程を実行する。ステップ12(PCVD)ではガラス基板表面に薄膜を形成する。ステップ13(レジスト塗布工程)ではガラス基板表面に所望のレジストを塗布し、ベーキングする。ステップ14(露光工程)では前記説明した露光装置によってマスクのアレイ回路パターンを側ス基板上に焼付露光する。ステップ15(現像工程)では露光したガラス基板を現像する。ステップ16(エッチング工程)では現像したレジスト以外の部分を削り取る。ステップ17(レジスト剥離工程)ではエッチングがすんで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
以上示したように、物体側からの光路順に、少なくとも正の第1反射面、負の第2反射面、正の第3反射面で構成される投影光学系において、前記第1反射面から前記第2反射面までの光束中および前記第2反射面から前記第3反射面までの光束中に少なくとも2枚以上のレンズ群Lmを有し、所定の条件を満たすことにより、スリット幅を拡大してかつ、色収差の小さい反射屈折型投影光学系を達成することができる。
上述の実施例1〜4について簡単にまとめると、以下の表9ようになる。
また、ここで上記の結果より、前述の条件式を以下のように記載することができる。
さらに、|φLm|×(有効像面の半径)に関しても、以下のような条件式を記載することができる。
さらに、|Σφn/φLm|に関しても以下のような条件式を設定することができる。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
M1 第1反射面
M2 第2反射面
M3 第3反射面
L1 第1レンズ
L2 第2レンズ
L3 第3レンズ
L4 第2レンズ
L5 第3レンズ
O 物体面
I 像面
M2 第2反射面
M3 第3反射面
L1 第1レンズ
L2 第2レンズ
L3 第3レンズ
L4 第2レンズ
L5 第3レンズ
O 物体面
I 像面
Claims (13)
- 物体側からの光路順に、正の第1反射面、負の第2反射面、正の第3反射面を有する投影光学系において、
前記第1反射面から前記第2反射面までの光束中及び前記第2反射面から前記第3反射面までの光束中に少なくとも2枚以上のレンズ群Lmを有し、
前記第n反射面の屈折力をφn、前記レンズ群Lmの屈折力をφLmとしたとき、
|Σφn| < 0.01、及び、|ΣφLm| < 0.01
を満足することを特徴とする投影光学系。 - 前記レンズ群Lmの最も第1反射面側の軸上光線入射高をh1、軸外主光線入射高をhb1、前記レンズ群Lmの最も第2反射面側の軸上光線入射高をhm、軸外主光線入射高をhbmとしたとき、
h1/hm < 1.5、及び、hb1/hbm > 1.5
を満足することを特徴とする請求項1の投影光学系。 - 前記投影光学系の物体側の開口数をNAo、像側の開口数をNAiとしたとき、
MAX(NAo,NAi) < 0.3
であることを特徴とする請求項1又は2記載の投影光学系。 - 前記レンズLmは少なくとも1面の非球面を有することを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一項記載の投影光学系。
- 前記レンズLmはすべて同一の材料であることを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか一項記載の投影光学系。
- 前記投影光学系の結像倍率をβとしたとき、β=1で、かつ、第1反射面と第3反射面が兼用部材であることを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか一項記載の投影光学系。
- 前記投影光学系の結像倍率をβとしたとき、β>1.1で、かつ、少なくとも第1反射面と第3反射面が非球面であることを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか一項記載の投影光学系。
- 前記投影光学系の有効像面の半径をR、幅をW、長さをLとしたとき、
L/2R < 1、及び、0.1 < W/R < 0.3
を満足することを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか一項記載の投影光学系。 - 物体側からの光路順に、正の第1反射面、負の第2反射面、正の第3反射面を有する投影光学系において、
前記第1反射面から前記第2反射面までの光束中及び前記第2反射面から前記第3反射面までの光束中に少なくとも2枚以上のレンズ群Lmを有し、
前記第n反射面の屈折力をφn、前記レンズ群Lmの屈折力をφLmとしたとき、
0.005 < |Σφn/φLm| <20
を満足することを特徴とする投影光学系。 - 物体側からの光路順に、正の第1反射面、負の第2反射面、正の第3反射面を有する投影光学系において、
前記第1反射面から前記第2反射面までの光束中及び前記第2反射面から前記第3反射面までの光束中に少なくとも2枚以上のレンズ群Lmを有し、
前記第n反射面の屈折力をφn、有効像面の半径をRとしたとき、
|Σφn|×R<3
を満足することを特徴とする投影光学系。 - 物体側からの光路順に、正の第1反射面、負の第2反射面、正の第3反射面を有する投影光学系において、
前記第1反射面から前記第2反射面までの光束中及び前記第2反射面から前記第3反射面までの光束中に少なくとも2枚以上のレンズ群Lmを有し、
前記レンズ群Lmの屈折力をφLm、有効像面の半径をRとしたとき、
|φLm|×R<3
を満足することを特徴とする投影光学系。 - 請求項1乃至11のうちいずれか一項記載の投影光学系を有することを特徴とする露光装置。
- 請求項12記載の露光装置を用いて被処理体を投影露光するステップと、
前記投影露光された前記被処理体を現像するステップとを有するデバイス製造方法。
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