JP2016218299A - 単一非球面共通光学素子露光機レンズセット - Google Patents

Abstract

【課題】光学システムの調律因子が簡素化され、露光レンズの機能が容易に実現され、また、製造コストを低下でき、少ない素子数で光部材の作製が容易になり、校正が簡単でありながら、耐収差や優れた開口数比及びコストダウンが実現される単一非球面共通光学素子露光機レンズセットを提供する。【解決手段】順に、第一から第三レンズ１１〜１３が配列される共通光学素子セットと、第三レンズ１３の下方に配置される球面反射鏡２０と、それぞれ、斜めに、第一レンズ１１の上方に配置される第一と第二平面反射鏡３１、３２を有する平面反射レンズセット３０とが、含有され、各光学レンズセットにより、等倍率の露光機レンズセットが形成され、機器１上のパターンが、各光学レンズセットによってフォーカスされた後、感光面（ウエハー）２に映射される。【選択図】図１

Description

本発明は、単一非球面共通光学素子露光機レンズセットに関し、特に、単一非球面と重ね合い式組合せで、単一非球面の三つのレンズと球面反射鏡及び二つの平面反射鏡を重ね合わせてなり、特に、単一非球面の三つのレンズと二種類の光学材料を合わせて、単一非球面共通光学素子露光機レンズセットが構成されるものに関する。

露光レンズセットは、電子素子で、露光機を作製する時の重要な子システムであり、今日において、電子素子製造メーカの使用している露光機が、全屈折式と伸長式を有し、前者は体積が大きくて、後者は素子数が低減されるが、多数面を利用するため、作製や組合せが極めて困難になる。

伸長式露光機は、例えば、ドイツZEISS会社-ASML式（ドイツ特許DE19355198、DE19922209）と日本NIKON会社が、総計25枚の重ね合い式漸近曲率方式（JP-2004-252119）で、露光の機能（例えば、図５と図６を参照）を達成し、また、材料節約のため、フランスSAGEMは、DYSON反射屈折式（中華人民共和國特許CN101171546）で、光経路を低減させ、光が、レンズセット４０、５０内において、往復することにより、レンズの数を低減させるが、レンズセット４０、５０と反射面２１、２２に、二つの非球面（例えば、図７を参照）を使用しなければならなく、上海微機電会社によって提案された露光機（米国特許US7746571 B2）も、類似した方式（或いは、伸長式とも称される）を利用して、露光の機能が実現されるが、レンズの数も多すぎる（例えば、図８を参照）。

上記のように、当該特許発明には、多すぎるレンズが使用されるため、機能が重複して作製コストが高くなるだけでなく、作製も困難になり、更に、複数の非球面鏡を利用するから、作製や組合せの困難性が高くなり、組合せの時、機構の精密度に対する要請も高くなり、その製造コストが高くなる。そのため、一般の従来のものは、実用的とは言えない。

本発明者は、上記欠点を解消するため、慎重に研究し、また、学理を活用して、有効に上記欠点を解消でき、設計が合理である本発明を提案する。

ドイツ特許DE19355198 ドイツ特許DE19922209 特開2004-252119 中華人民共和國特許CN101171546 米国特許US7746571 B2

本発明の主な目的は、従来技術の上記諸問題を解消でき、単一非球面や重ね合い式組合せを利用して、単一非球面の三つのレンズと一つの球面反射鏡及び二つの平面反射鏡を重ね合うことで、二種類の光学材料を合わせて、等倍率の単一非球面共通光学素子露光機レンズセットを提供する。

本発明の他の目的は、単一非球面光軸で、光が各光学レンズセットの間を行進することにより、光学システムの調律因子が簡素化され、露光レンズの機能が容易に実現され、また、製造コストを低下でき、少ない素子数で光部材の作製が容易になり（レンズの作製経験公式に満足できる）、校正が簡単でありながら、耐収差や優れた開口数比（F/#）及びコストダウンが実現される単一非球面共通光学素子露光機レンズセットを提供する。

上記の目的を達成するため、本発明に係る単一非球面共通光学素子露光機レンズセットは、順に、第一レンズと第二レンズ及び第三レンズが配列されて、三つのレンズからなる組合せレンズが形成、上記第一レンズが非球面で、上記第一と第三レンズが正曲率で、上記第二レンズが負曲率であり、また、上記第一と第三レンズとの曲率比が3〜4の範囲内にあって、上記第三と上記第二レンズとの曲率比が-1〜-2.5の範囲内にあり、各レンズの間隙が第三レンズと反射レンズセットとの間隙よりも小さい共通光学素子セットと、上記第三レンズの下方に配置され、光経路を反射して、開口率を制御する球面反射鏡と、第一平面反射鏡と第二平面反射鏡とを有し、それぞれが、斜めに上記第一レンズの上方に設置されて、光経路を引導する平面反射レンズセットと、が含有され、上記らの各光学レンズセットにより、等倍率の露光機レンズセットが形成されて、それぞれの機器のパターンが、各光学レンズセットによって、フォーカスされて、感光面に映射される。

本発明に係る実施例によれば、上記共通光学素子セットは、単一非球面の第一レンズで光行差校正を行う。

本発明に係る実施例によれば、上記機器は露光マスクや書き込み光源である。

本発明に係る実施例によれば、上記機器のパターンは、順に、上記第一平面反射鏡や上記共通光学素子セット、上記球面反射鏡及び上記第二平面反射鏡を通し、その中、光が、上記第一平面反射鏡によって、上記共通光学素子セットの一面が非球面である第一レンズと第二レンズ及び第三レンズに導入された後、上記球面反射鏡によって、逆方向に、上記共通光学素子の第三レンズと第二レンズ及び第一レンズを通ってから、上記第二平面反射鏡によって、パターンが上記感光面に映射される。

本発明に係る実施例によれば、上記単一非球面共通光学素子露光機レンズセットは、画像コリメーティング投影装置に適用される。

本発明に係る実施例によれば、上記平面反射レンズセットは、プリズム或いは遅延レンズセットによって取り替えられる。

本発明に係る実施例によれば、上記第一レンズと第二レンズ及び第三レンズが、鏡筒によって取り替えられて、一つの子システムの光学システムが形成される。

以下、図面を参照しながら、本発明の特徴や技術内容について、詳しく説明するが、それらの図面等は、参考や説明のためであり、本発明は、それによって制限されることが無い。

本発明の第一のより良い実施例の単一非球面共通光学素子露光機レンズセットの断面概念図である。 本発明の第一のより良い実施例の露光機レンズセットの回折変調伝達関数曲線図である。 本発明の第二のより良い実施例の単一非球面共通光学素子露光機レンズセットの断面概念図である。 本発明の第二のより良い実施例の露光機レンズセットの回折変調伝達関数曲線図である。 従来の露光機レンズセットの断面概念図である。 他の従来の露光機レンズセットの断面概念図である。 更に他の従来の露光機レンズセットの断面概念図である。 更に他の従来の露光機レンズセットの断面概念図である。

図１〜図４は、それぞれ、本発明の第一のより良い実施例の単一非球面共通光学素子露光機レンズセットの断面概念図と本発明の第一のより良い実施例の露光機レンズセットの回折変調伝達関数曲線図であり、本発明の第二のより良い実施例の単一非球面共通光学素子露光機レンズセットの断面概念図及び本発明の第二のより良い実施例の露光機レンズセットの回折変調伝達関数曲線図である。図のように、本発明は、単一非球面共通光学素子露光機レンズセットであり、主として、単一非球面の共通光学素子（Common Optical Componets）を利用して、素子の数を低減させ、共通光学素子セット１０と球面反射鏡２０及び平面反射レンズセット３０から構成される。

上記の共通光学素子セット１０は、順に、第一レンズ１１と第二レンズ１２及び第三レンズ１３が配列されて、三つのレンズからなる組合せレンズが形成され、単一非球面で、光行差校正を行い、また、上記第一レンズ１１が非球面であり、上記第一レンズ１１と上記第三レンズ１３とが正曲率で、そして、上記第二レンズ１２が負曲率であり、また、上記第一レンズ１１と上記第三レンズ１３との曲率比が3〜4の範囲内にあり、上記第三レンズ１３と上記第二レンズ１２との曲率比が-1〜-2.5の範囲内にあり、各レンズの間隙が第三と反射レンズセットとの間隙よりも小さい。

上記球面反射鏡２０は、上記第三レンズ１３の下方に配置されて、光経路を反射し、開口率の大きさを制御する。

上記平面反射レンズセット３０は、光経路を引導する第一平面反射鏡３１と第二平面反射鏡３２とを有し、それぞれ、斜めに上記第一レンズ１１の上方に設置され、これにより、上記各光学レンズセットによって、等倍率の露光機レンズセットが形成され、機器１上のパターンが各光学レンズセットによってフォーカスされた後、それをウェハー２の感光面に映射される。以上のように、上記の構造により、新規の単一非球面共通光学素子露光機レンズセットが形成される。

上記第一レンズ１１と第二レンズ１２及び第三レンズ１３は鏡筒によって形成されてもよく、これにより、一つの子システムの光学システムが組合せられ、また、上記平面反射レンズセットはプリズムや遅延レンズセットによって取り替えられてもよい。

本発明に係る単一非球面共通光学素子露光機レンズセットは画像コリメーティング投影装置に適用され、上記の機器は露光マスクや他の書き込み光源であり、本発明によれば、上記機器１のパターンは、順に、上記平面反射レンズセット３０や上記共通光学素子セット１０、上記球面反射鏡２０及び上記平面反射レンズセット３０を通し、その中、光が、上記平面反射レンズセット３０の第一平面反射鏡３１によって、上記共通光学素子セット１０の一面の非球面の第一レンズ１１と第二レンズ１２及び第三レンズ１３に案内された後、上記球面反射鏡２０によって、逆方向に、上記共通光学素子１０の第三レンズ１３と第二レンズ１２及び第一レンズ１１を走行し、最後に、上記平面反射レンズセット３０の第二平面反射鏡３２を介して、パターンが上記ウェハー２の感光面に映射される。

露光機台の主な組立の一つは露光機レンズセットであり、露光機レンズセットの機能は、投影の対象であるマスクに対して、レンズを介して、そのマスクの構造を感光面に映射し、その光学レンズの規格の分析能力について、回折極限までに養成され、歪曲値が最大画角0.01%以下である。これに対して、本発明に係る複数の実施例があり、各実施例について、回折変調伝達関数（Modulation Transfer Function, MTF）の性質を調べた。図１と図２は、それぞれ、共通光学素子セットの焦点距離が249/-656/1565mmである単一非球面共通光学素子露光機レンズセットの断面図とその回折変調伝達関数曲線図であり、また、図３と図４は、それぞれ、共通光学素子セットの焦点距離が979/-640/586mmである単一非球面共通光学素子露光機レンズセットの断面図とその回折変調伝達関数曲線図である。上記各図から、本発明の各実施例である露光機レンズセットによれば、各種類の収差が、ともに、有効的に校正され、その分析能力が回折極限に達成でき、そのため、行動画像分析能力が実現される。

以上のように、本発明は、単一非球面と重ね合い式組合せで、単一3in1レンズセットで、二組の3in1レンズセットが取り替えられ、単一非球面の三つのレンズと一つの球面反射鏡及び二つの平面反射鏡を重ね合い、また、二種類の光学材料を合わせて、等倍率の単一非球面共通光学素子露光機レンズセットが実現され、単一非球面光軸で、光が各光学レンズセットの間を行進することにより、光学システムの調律因子が簡素化され、露光レンズの機能が、容易に実現され、また、製造コストを低下でき、少ない素子数で光部材の作製が容易になり（レンズの作製経験公式に満足できる）、校正が簡単でありながら耐収差や優れた開口数比（F/#）及びコストダウンが実現される。

以上のように、本発明に係る単一非球面共通光学素子露光機レンズセットは、有効的に従来の諸欠点を解消でき、単一非球面の三つのレンズと一つの球面反射鏡及び二つの平面反射鏡を重ね合わせて組み立て、二種類の光学材料を合わせて、等倍率の単一非球面共通光学素子露光機レンズセットが実現され、単一非球面光軸で、光が各光学レンズセットの間を行進することにより、光学システムの調律因子が簡素化され、露光レンズの機能が容易に実現され、また、製造コストを低下でき、少ない素子数で光部材の作製が容易になり（レンズの作製経験公式に満足できる）、校正が簡単でありながら、耐収差や優れた開口数比（F/#）及びコストダウンが実現され、そのため、本発明はより進歩的かつより実用的で法に従って特許出願する。

以上は、ただ、本発明のより良い実施例であり、本発明は、それによって制限されることが無く、本発明に係わる特許請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが、本発明の特許請求の範囲内に含まれる。

（本発明）
１ 機器
２ ウェハー
１０ 共通光学素子セット
１１ 第一レンズ
１２ 第二レンズ
１３ 第三レンズ
２０ 球面反射鏡
３０ 平面反射レンズセット
３１ 第一平面反射鏡
３２ 第二平面反射鏡
（従来）
２１、２２ 反射面
４０、５０ レンズセット

上記の目的を達成するため、本発明に係る単一非球面共通光学素子露光機レンズセットは、順に、第一レンズと第二レンズ及び第三レンズが配列されて、三つのレンズからなる組合せレンズが形成、上記第一レンズが非球面で、上記第一と第三レンズが凸面(positive curvature)レンズで、上記第二レンズが凹面(negative curvature)レンズであり、また、上記第一と第三レンズとの湾曲比率(curvature ratio)が3〜4の範囲内にあって、上記第三と上記第二レンズとの湾曲比率(curvature ratio)が-1〜-2.5の範囲内にあり、各レンズの間隙が第三レンズと反射レンズセットとの間隙よりも小さい共通光学素子セットと、上記第三レンズの下方に配置され、光経路を反射して、開口率を制御する球面反射鏡と、第一平面反射鏡と第二平面反射鏡とを有し、それぞれが、斜めに上記第一レンズの上方に設置されて、光経路を引導する平面反射レンズセットと、が含有され、上記らの各光学レンズセットにより、等倍率の露光機レンズセットが形成されて、それぞれの機器のパターンが、各光学レンズセットによって、フォーカスされて、感光面に映射される。

本発明に係る実施例によれば、上記共通光学素子セットは、単一非球面の第一レンズで光収差(aberration of light)校正(calibration)を行う。

本発明に係る実施例によれば、上記単一非球面共通光学素子露光機レンズセットは、画像コリメーティング投影装置（a collimated image projector）に適用される。

本発明に係る実施例によれば、上記平面反射レンズセットは、プリズム或いは拡大レンズセット（an extended image lens set）によって取り替えられる。

上記の共通光学素子セット１０は、順に、第一レンズ１１と第二レンズ１２及び第三レンズ１３が配列されて、三つのレンズからなる組合せレンズが形成され、単一非球面で、光収差校正を行い、また、上記第一レンズ１１が非球面であり、上記第一レンズ１１と上記第三レンズ１３とが正の屈折力で、そして、上記第二レンズ１２が負の屈折力であり、また、上記第一レンズ１１と上記第三レンズ１３との屈折力の比が3〜4の範囲内にあり、上記第三レンズ１３と上記第二レンズ１２との屈折力の比が-1〜-2.5の範囲内にあり、各レンズの間隙が第三と反射レンズセットとの間隙よりも小さい。

Claims (7)

1. 順に、第一レンズと第二レンズ及び第三レンズが配列されて、三つのレンズからなる組合せレンズが形成され、上記第一レンズが非球面で、上記第一と第三レンズが正曲率で、上記第二レンズが負曲率であり、また、上記第一と第三レンズとの曲率比が3〜4の範囲内にあって、上記第三と上記第二レンズとの曲率比が-1〜-2.5の範囲内にあり、各レンズの間隙が第三レンズと反射レンズセットとの間隙よりも小さい共通光学素子セットと、
   上記第三レンズの下方に配置され、光経路を反射して開口率を制御する球面反射鏡と、
   第一平面反射鏡と第二平面反射鏡とを有し、それぞれが、斜めに上記第一レンズの上方に設置されて、光経路を引導する平面反射レンズセットと、
   が含有される、
   ことを特徴とする単一非球面共通光学素子露光機レンズセット。
2. 上記共通光学素子セットは、単一非球面の第一レンズで、光行差校正を行うことを特徴とする請求項１に記載の光学素子露光機レンズセット。
3. 上記機器物件は、露光マスクや書き込み光源であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子露光機レンズセット。
4. 上記機器のパターンは、順に、上記第一平面反射鏡や上記共通光学素子セット、上記球面反射鏡及び上記第二平面反射鏡を通し、その中、光が、上記第一平面反射鏡によって、上記共通光学素子セットの一面が非球面である第一レンズと第二レンズ及び第三レンズに導入された後、上記球面反射鏡によって、逆方向に、上記共通光学素子の第三レンズと第二レンズ及び第一レンズを通してから、上記第二平面反射鏡によって、パターンが、上記感光面に映射されることを特徴とする請求項１に記載の光学素子露光機レンズセット。
5. 画像コリメーティング投影装置に適用されることを特徴とする請求項１に記載の光学素子露光機レンズセット。
6. 上記平面反射レンズセットは、プリズム或いは遅延レンズセットによって取り替えられることを特徴とする請求項１に記載の光学素子露光機レンズセット。
7. 上記第一レンズと第二レンズ及び第三レンズが、鏡筒によって、取り替えられて、一つの子システムの光学システムが形成されることを特徴とする請求項１に記載の光学素子露光機レンズセット。