JP6511701B2

JP6511701B2 - 投影光学系、投影露光装置、及びデバイス製造方法

Info

Publication number: JP6511701B2
Application number: JP2014009285A
Authority: JP
Inventors: 鵬劉
Original assignee: リソテック株式会社
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2034-01-22
Also published as: JP2015138124A

Description

本発明は、物体側及び像側ともに主光線が光軸と概ね平行な両テレセントリックの縮小投影光学系に関するものである。

両テレセントリック光学系は、物体面や像面に対して光軸方向にずれが生じてもその倍率が殆ど変わらず、投影光学系に適用した場合には、焦点のずれによる悪影響を抑えることができ、検査光学系に適用した場合は、位置決め誤差による悪影響を抑えることができるので、ＭＥＭＳ、半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなどのマイクロデバイスを製造するためのリソグラフィ工程でマスクパターンをワーク上に縮小転写するのに使用される露光装置等に適用されている。

特開２００２−１４２８１号公報特開２００４−３５４８０５号公報特表２００６−５１２７７７号公報

ところで、露光装置に関しては、近年は、一括的に露光すべき露光領域の大面積化が進んでおり、光源からの光エネルギーを効率良く利用して小型化を図るために、露光光として複数のスペクトル光を同時に利用することが望まれている。
但し、その場合には、複数のスペクトル光に対して色消しされた光学系を実現する必要がある。

従来技術では、２色色消し光学系や３色色消し光学系が種々提案されており、２色色消しに対しては十分な性能を有しているが、光エネルギーをより効率良く利用できる３色色消しに対しては実際に採用するのはやや難がある。
大面積の露光領域に対応させる場合には、そのスケールに応じて焦点距離が長くなり、焦点距離に比例して軸上色収差の２次スペクトルが大きくなるので、特許文献１、２及び３に記載されたように、屈折タイプでは補正し切れず、一方、色収差の補正が比較的容易だとされた反射屈折タイプでは装置が大型化するので取扱いし難くなるからである。

本発明は、上記した課題を解決するものであり、大面積の有効視野を確保しつつ、ｉ線の光とｈ線の光とｇ線の光とに対して良好に３色色消しされて、コントラストの高い解像度を有する、ほぼ両側テレセントリックな屈折型の縮小投影光学系を提供することを、その目的とする。

上記課題を達成するために、本発明は、
物体側および像側の両側にほぼテレセントリックな屈折タイプの縮小投影光学系において、
物体側より順に、光軸に沿って、正の屈折力を有する第１レンズ群と、第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、前記第１レンズ群と前記第３レンズ群との間に配置された、系の開口数（ＮＡ）を決定する可変開口絞りとで構成され、
前記第２レンズ群は、νｄ＝(ｎｄ−1)/(ｎＦ−ｎＣ)の条件式で、
νｄ＞６５を満たす正レンズを少なくとも２枚含み、且つ
νｄ＜５０を満たす負レンズを少なくとも２枚含み、
さらに、各レンズ群が
０．０５＜ｆ１／Ｌ＜１．３
｜ｆ２｜／Ｌ＞０．８
０．０３＜ｆ３／Ｌ＜０．８
の条件式を満足することを特徴とする投影光学系；
但し
νｄ：逆分散率、光学ガラスの分散程度を表現する定数
ｎＦ：Ｆ線(波長486nm)に対する屈折率
ｎｄ：ｄ線(波長587nm)に対する屈折率
ｎＣ：Ｃ線(波長656nm)に対する屈折率
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
Ｌ：物体から結像までの距離
である。

本発明の物体側および像側の両側にほぼテレセントリックな屈折タイプの縮小投影光学系では、軸上色収差、特に二次スペクトルを含めて、諸収差がバランス良く補正できている。
細かく言えば、
中央の第２レンズ群が、νｄ＝(ｎｄ−1)/(ｎＦ−ｎＣ)の条件式で、
νｄ＞６５を満たす正レンズを少なくとも２枚含み、且つ
νｄ＜５０を満たす負レンズを少なくとも２枚含むことで、
色収差のうち、軸上色収差を十分に小さく抑えつつ、二次スペクトルを補正できる。

物体側の正の屈折力を有する第１レンズ群を、
０．０５＜ｆ１／Ｌ＜１．３
と設定することで、
テレセントリック性を確保しながら、倍率色収差の劣化を抑えることができる。この下限を下回ると、光線が発散し易くなって、所望の投影倍率で投影したときに、テレセントリック性が確保し難くなる。一方、この上限を上回ると、逆に光線が収束し易くなって、同様に、テレセントリック性が確保し難くなる。

中央の第２レンズ群を、
｜ｆ２｜／Ｌ＞０．８
と設定することで、
上記したνｄの条件式と併用することで、軸上色収差、特に二次スペクトルを効果的に補正できる。
また、球面収差を抑え、ペッツバール和を小さくして像面湾曲を抑えることで、他の収差とのバランスを維持できる。

像側の第３レンズ群を、
０．０３＜ｆ３／Ｌ＜０．８
と設定することで、
テレセントリック性を確保しながら、倍率色収差の劣化を抑えることができる。この下限を下回ると、光線が収束し易くなって、所望の投影倍率で投影したときに、テレセントリック性が確保し難くなる。一方、この上限を上回ると、逆に光線が発散し易くなって、同様に、テレセントリック性が確保し難くなる。
また、この下限を下回ると、内向きコマ収差が発生し、且つ、ペッツバール和が小さくなりすぎて、像面湾曲の補正が不足する。一方、この上限を上回ると、外向きコマ収差が発生し、且つ、ペッツバール和が大きくなりすぎて、像面湾曲が過剰補正される。

また、解像度を大きくするのに対応して、投影光学系の開口数（ＮＡ）を可変とすると、瞳収差によって像側でテレセントリックが悪化し易いが、その悪化が抑えられている。

本発明の第１の実施の形態に係るテレセントリックな屈折タイプの縮小投影光学系の構成図である。本発明の第１の実施の形態に係るテレセントリックな屈折タイプの縮小投影光学系の構成図である。実施例１の収差図である。実施例２の収差図である。

物体側および像側の両側にほぼテレセントリックな屈折タイプの縮小投影光学系において、
物体側より順に、光軸に沿って、正の屈折力を有する第１レンズ群と、第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、前記第１レンズ群と前記第３レンズ群との間に配置された、系の開口数（ＮＡ）を決定する可変開口絞りとで構成され、
前記第２レンズ群は、νｄ＝(ｎｄ−1)/(ｎＦ−ｎＣ)の条件式で、
νｄ＞６５を満たす正レンズを少なくとも２枚含み、且つ
νｄ＜５０を満たす負レンズを少なくとも２枚含み、
さらに、各レンズ群が
０．０５＜ｆ１／Ｌ＜１．３
｜ｆ２｜／Ｌ＞０．８
０．０３＜ｆ３／Ｌ＜０．８
の条件式を満足することを特徴とする投影光学系；
但し
νｄ：逆分散率、光学ガラスの分散程度を表現する定数
ｎＦ：Ｆ線(波長486nm)に対する屈折率
ｎｄ：ｄ線(波長587nm)に対する屈折率
ｎＣ：Ｃ線(波長656nm)に対する屈折率
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
Ｌ：物体から結像までの距離
である。

好ましくは、
第２レンズ群は、
ｎｄ＜１．６５を満たす正レンズを少なくとも２枚含み、且つ
ｎｄ＞１．５０を満たす負レンズを少なくとも２枚含む。
このように設定することで、中央の第２レンズ群の球面収差、特に高次球面収差を抑えると共に、ペッツバール和を確実に小さくして像面湾曲を抑えることで、他の諸収差とのバランスを高いレベルで維持できる。

好ましくは、
第３レンズ群は、
結像面に最も近いレンズが、結像面側に凹面を持つ負レンズであり、
ｎｄ＞１．５０
νｄ＞４０
０．６＜ｒｉ／ｔｉ＜５．０
の条件式を満足する；
但し、
ｒｉ：像面に向けたレンズ曲面の曲率半径
ｔｉ：像面に向けたレンズ曲面から結像面までの距離
である。
このように設定することで、コマ収差の劣化を抑えながら、倍率色収差の劣化を抑えることができる。この下限を下回ると、内向きコマ収差が発生し、且つ、倍率色収差が過剰補正される。一方、この上限を上回ると、外向きコマ収差が発生し、且つ、倍率色収差の補正が不足する。

好ましくは、
第３レンズ群は、
νｄ＜６０を満たす正レンズを少なくとも１枚含む。
このように設定することで、倍率色収差と軸上の色収差および２次スペクトルの劣化を効果的に抑えることができる。

好ましくは、
第１レンズ群は、
νｄ＜６０を満たす正レンズを少なくとも１枚含む。
このように設定することで、軸上色収差、特に二次スペクトルを効果的に補正できる。

好ましくは、
絞りを第１レンズ群と第２レンズ群との間に配置した。
このように設定することで、オリジナルのコマ収差を抑えて、テレセントリック性を確保できる。

好ましくは、
系の構成レンズの総枚数が、１０枚以上２４枚以下である。
上記総枚数で、広い露光領域において、収差を良好に補正することができるので、コストと収差補正のバランスを取れる。

図１は、第１の実施の形態のレンズ構成を説明する。
この実施の形態では、レティクル（物体）と基板（像）の間に、レティクル側から第１レンズ群（Ｇ１）、絞り（ＡＳ）、第２レンズ群（Ｇ２）、第３レンズ群（Ｇ３）の順に配置した。構成レンズの総枚数は、１６枚である。
第１レンズ群（Ｇ１）は、正の屈折力を有し、３枚のレンズＬ１〜Ｌ３で構成されている。レンズＬ１は像側に凸面を向けた正レンズ、レンズＬ２は物体側に凸面を向けた正レンズ、レンズＬ３は物体側に凹面を向けた負レンズで構成されている。
第２レンズ群（Ｇ２）は、８枚のレンズＬ４〜Ｌ１１で構成されている。レンズＬ４は像側に凹面を向けた負レンズ、レンズＬ５は両凸レンズ、レンズＬ６は物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ、レンズＬ７は像側に凸面を向けた正レンズ、レンズＬ８は物体側に凹面を向けた負レンズ、レンズＬ９は両凸レンズ、レンズＬ１０は両凹レンズ、レンズＬ１１は両凸レンズで構成されている。
第３レンズ群（Ｇ３）は、５枚のレンズＬ１２〜Ｌ１６で構成されている。レンズＬ１２は両凸レンズ、レンズＬ１３は物体側に凸面を向けた正レンズ、レンズＬ１４は物体側に凸面を向けた正レンズ、レンズＬ１５は像側に凹面を向けた負レンズ、レンズＬ１６は像側に凹面を向けた負レンズで構成されている。

図２は、第２の実施の形態のレンズ構成を説明する。
この実施の形態では、レティクル（物体）と基板（像）の間に、レティクル側から第１レンズ群（Ｇ１）、絞り（ＡＳ）、第２レンズ群（Ｇ２）、第３レンズ群（Ｇ３）の順に配置した。構成レンズの総枚数は、１５枚である。
第１レンズ群（Ｇ１）は、正の屈折力を有し、３枚のレンズＬ１〜Ｌ３で構成されている。レンズＬ１は両凸レンズ、レンズＬ２は両凸レンズ、レンズＬ３は両凹レンズで構成されている。
第２レンズ群（Ｇ２）は、７枚のレンズＬ４〜Ｌ１０で構成されている。レンズＬ４は像側に凸面を向けた正レンズ、レンズＬ５は両凸レンズ、レンズＬ６は物体側に凹面を向けた負レンズ、レンズＬ７は両凹レンズ、レンズＬ８は両凸レンズ、レンズＬ９は両凹レンズ、レンズＬ１０は像側に凸面を向けた正レンズで構成されている。
第３レンズ群（Ｇ３）は、５枚のレンズＬ１１〜Ｌ１５で構成されている。レンズＬ１１は両凸レンズ、レンズＬ１２は物体側に凸面を向けた正レンズ、レンズＬ１３は物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ、レンズＬ１４は物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ、レンズＬ１５は像側に凹面を向けた負レンズで構成されている。

半導体デバイス、液晶表示素子、プラズマディスプレイパネル、プラズマアドレス液晶ディスプレイ等の表示デバイス、薄膜磁気ヘッド等のデバイス、およびプリント配線基板などの製造において、フォトリソグラフィー工程で投影露光装置を用いる。
投影露光装置は、マスク上のパターンを投影光学系を介してワーク上に投影露光するものであり、この投影光学系に、本発明の投影光学系を使用できる。
レンズ駆動部を介して投影光学系のレンズの位置を調整して投影倍率を適切なものとした上で、マスクを照明して、マスク上のパターンをワーク上に転写することになる。

大面積の露光領域に対応させる場合には、そのスケールに応じて焦点距離が長くなるが、本発明の投影光学系によれば、ｉ線の光とｈ線の光とｇ線の光とに対して良好にバランス良く３色色消しされる。
従って、光源からのエネルギーを効率良く利用でき、光源の小型化が実現できる。

投影露光装置は、集積回路素子等のデバイスの回路パターンを形成する際の露光工程にも用いられる。マスクを保持するマスクステージと、ワークであるプレートを保持するプレートステージとが露光中に互いに逆方向に走査する。投影光学系は、マスク側とプレート側において、実質的にテレセントリックで、縮小倍率が確保されている。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の具体的構成は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨から外れない範囲での設計変更があっても本発明に含まれる。
いずれにしても、特許請求されている事項を除いては、従来からあるまたは将来案出される光学系を任意に組み合わせることができる。

[実施例１]
表１に、第１の実施の形態に対応した投影光学系の諸元の値を掲げる。

[実施例２]
表２に、第１の実施の形態に対応した投影光学系の諸元の値を掲げる。

図３、図４は、ぞれぞれ、実施例１、実施例２において、物体側から像側に光線追跡することにより得られた投影光学系の諸収差図である。ｈ線の光とｉ線の光とｇ線の光とに対して３色色消しする投影光学系に適用している。非点収差のＭはメリディオナル面を通る光線で、ＳはＭに直角な面を通るサジタル面を通る光線である。
いずれも３色の色消しがバランスよく為されている。

Claims

物体側および像側の両側にほぼテレセントリックな屈折タイプの縮小投影光学系において、
物体側より順に、光軸に沿って、正の屈折力を有する第１レンズ群と、第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、系の開口数（ＮＡ）を決定する可変開口絞りとで構成され、前記開口絞りを第１レンズ群と第２レンズ群との間に配置され、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群は、開口絞りよりも像側であって最も大きい空気間隔により区分され、
前記第２レンズ群は、νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）の条件式で、
νｄ＞６５を満たす正レンズを少なくとも２枚含み、且つ
νｄ＜５０を満たす負レンズを少なくとも２枚含み、
さらに、各レンズ群が
０．０５＜ｆ１／Ｌ＜１．３
｜ｆ２｜／Ｌ＞０．８
０．０３＜ｆ３／Ｌ＜０．８
の条件式を満足することを特徴とする投影光学系；
但し
νｄ：逆分散率、光学ガラスの分散程度を表現する定数
ｎＦ：Ｆ線（波長４８６ｎｍ）に対する屈折率
ｎｄ：ｄ線（波長５８７ｎｍ）に対する屈折率
ｎＣ：Ｃ線（波長６５６ｎｍ）に対する屈折率
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
Ｌ：物体から結像までの距離。
前記第３レンズ群は、５枚のレンズで構成されることを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
第２レンズ群は、
ｎｄ＜１．６５を満たす正レンズを少なくとも２枚含み、且つ
ｎｄ＞１．５０を満たす負レンズを少なくとも２枚含むことを特徴とする請求項１または２に記載の投影光学系。
第３レンズ群は、結像面に最も近いレンズが、結像面側に凹面を持つ負レンズであり、
ｎｄ＞１．５０
νｄ＞４０
０．６＜ｒｉ／ｔｉ＜５．０
の条件式を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の投影光学系；
但し、
ｒｉ：像面に向けたレンズ曲面の曲率半径
ｔｉ：像面に向けたレンズ曲面から結像面までの距離。
第３レンズ群は、νｄ＜６０を満たす正レンズを少なくとも１枚含むことを特徴とする請求項４に記載の投影光学系。
第１レンズ群は、νｄ＜６０を満たす正レンズを少なくとも１枚含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の投影光学系。
系の構成レンズの総枚数が、１０枚以上２４枚以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の投影光学系。
マスク上のパターンを、請求項１から７のいずれかに記載の投影光学系を介してワーク上に投影露光するものであることを特徴とする投影露光装置。
デバイスの回路パターンを投影光学系を介して基板上へ投影露光するデバイス製造方法において、
前記投影光学系として請求項１から７のいずれかに記載のものを使用することを特徴とするデバイス製造方法。