JP7226499B2 - 描画装置 - Google Patents
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Description
可動偏向部材で第1方向に偏向されるビームを、走査用光学系によって被照射体上に投射しつつ前記被照射体上で前記第1方向に沿って1次元走査して前記被照射体にパターンを描画する描画装置であって、
非等方的な屈折力を有する第1レンズ部材を含み、前記可動偏向部材に投射される前記ビームを前記第1方向と直交した第2方向に関して収斂させる第1調整光学系と、
非等方的な屈折力を有する第2レンズ部材を含み、前記走査用光学系から前記被照射体に向かう前記ビームを前記第2方向に関して収斂させる第2調整光学系と、
を備え、
前記第1調整光学系は、前記第1レンズ部材を通った前記ビームを前記可動偏向部材に向けて投射する等方的な屈折力を有する第3レンズ部材を含み、
前記第1レンズ部材は、前記第1方向に屈折力を有する第1シリンドリカルレンズであり、
前記第2レンズ部材は、前記第2方向に屈折力を有する第2シリンドリカルレンズであり、
前記ビームの波長をλ、前記被照射体に投射される前記ビームの前記第1方向に関する開口数をNAy、前記第2方向に関する開口数をNAx、前記被照射体に投射される前記ビームの前記第1方向に関する球面収差をS1、前記第2方向に関する球面収差をS2 、前記第1レンズ部材単体で生じる前記第1方向に関する球面収差をS C1 、前記第2レンズ部材単体で生じる前記第2方向に関する球面収差をS C2 、前記走査用光学系の焦点距離をfθ、前記第3レンズ部材の焦点距離をf G としたとき、前記第1レンズ部材と前記第2レンズ部材は、
S1<λ/NAy 2、且つ、S2<λ/NAx 2、となる条件と、
|S1-S2|<λ/NAy 2、且つ、|S1-S2|<λ/NAx 2、となる条件と、
|S 1 -S 2 |<S C1 ×fθ 2 /f G 2 -S C2 、となる条件と、
S 1 <S C1 ×fθ 2 /f G 2 、且つ、S 2 <S C2 、となる条件と、
のいずれか1つの条件を満たすように設定される。
被照射体上の主走査方向に沿ってパターン描画用のビームを1次元走査すると共に、前記主走査方向と直交した副走査方向に前記被照射体と前記ビームとを相対移動させて、前記被照射体にパターンを描画する描画装置であって、
前記ビームを発生するビーム生成装置と、
前記ビーム生成装置からの前記ビームを、ビーム径を拡大させた平行光束に変換するビームエキスパンダーと、
前記ビームエキスパンダーからの前記ビームを前記主走査方向に対応した方向に1次元偏向するビーム偏向部材と、
前記1次元偏向された前記ビームを前記被照射体上に投射する走査用光学系と、
前記ビームエキスパンダーと前記ビーム偏向部材との間に設けられ、非等方的な屈折力を有する第1レンズ部材を含み、前記ビーム偏向部材上に投射される前記ビームを前記副走査方向に収斂させる第1調整光学系と、
非等方的な屈折力を有する第2レンズ部材を含み、前記走査用光学系から前記被照射体に向かう前記ビームを前記副走査方向に収斂させる第2調整光学系と、
前記ビームエキスパンダーの光路中に設けられ、前記ビームの光路を前記副走査方向に対応した方向にシフトさせるシフト用光学部材と、
を備え、
前記第1レンズ部材は、前記主走査方向に屈折力を有する第1シリンドリカルレンズであり、
前記第2レンズ部材は、前記副走査方向に屈折力を有する第2シリンドリカルレンズであり、
前記第1調整光学系は、前記第1シリンドリカルレンズを通った前記ビームを、前記ビーム偏向部材に向けて出射する球面レンズを含み、
前記ビームの波長をλ、前記被照射体に投射される前記ビームの前記主走査方向に関する開口数をNA y 、前記副走査方向に関する開口数をNA x 、前記被照射体に投射される前記ビームの前記主走査方向に関する球面収差をS 1 、前記副走査方向に関する球面収差をS 2 、前記第1レンズ部材単体で生じる前記主走査方向に関する球面収差をS C1 、前記第2レンズ部材単体で生じる前記副走査方向に関する球面収差をS C2 、前記走査用光学系の焦点距離をfθ、前記球面レンズの焦点距離をf G としたとき、前記第1レンズ部材と前記第2レンズ部材は、
S 1 <λ/NA y 2 、且つ、S 2 <λ/NA x 2 、となる条件と、
|S 1 -S 2 |<λ/NA y 2 、且つ、|S 1 -S 2 |<λ/NA x 2 、となる条件と、
|S 1 -S 2 |<S C1 ×fθ 2 /f G 2 -S C2 、となる条件と、
S 1 <S C1 ×fθ 2 /f G 2 、且つ、S 2 <S C2 、となる条件と、
のいずれか1つの条件を満たすように設定される。
図1は、第1の実施の形態の基板(被照射体)Pに露光処理を施す露光装置EXを含むデバイス製造システム10の概略構成を示す図である。なお、以下の説明においては、特に断わりのない限り、重力方向をZ方向とするXYZ直交座標系を設定し、図に示す矢印にしたがって、X方向、Y方向、およびZ方向を説明する。
fG 2/fc1=fθ2/fc2 ・・・ (1)
φa=2×NA(fθ×fc1/fG)=2×NA×(fG×fc2/fθ)・・・(2)
|S1-S2|<SC1×fθ2/fG 2-SC2 ・・・(3)
S1<SC1×fθ2/fG 2、且つ、S2<SC2 ・・・(4)
|S1-S2|<λ/NAy 2、且つ、|S1-S1|<λ/NAx 2 ・・・(5)
S1<λ/NAy 2、且つ、S2<λ/NAx 2 ・・・(6)
但し、|S1-S2|は球面収差S1と球面収差S2との差の絶対値を表し、SC1は第1シリンドリカルレンズCY1単体にて生じる球面収差を表し、SC2は第2シリンドリカルレンズCY2単体にて生じる球面収差を表し、λはビームLBnの波長を表すものとする。なお、球面収差S1と球面収差S2との差の絶対値|S1-S2|は|S2-S1|であっても同じである。また、走査ユニットU1を例に挙げて説明したが、他の走査ユニットU2~U6に関しても同様に光学設計されることは言うまでもない。
fC1×fC2=fθ2 ・・・(7)
φa=2×NA×fθ=2×NA×(fC1×fC2/fθ) ・・・(8)
比較例1では、第1シリンドリカルレンズCY1および第2シリンドリカルレンズCY2の母線をともに主走査方向(Y方向)に設定し、レンズ系G10は設けられていない。比較例1におけるビームエキスパンダーBEから第2シリンドリカルレンズCY2までの光学設計例によるレンズデータを図6に示す。図7は、比較例1におけるビームエキスパンダーBEから基板(像面)PまでのビームLBnの状態を、ビームLBnの偏向方向(スポット光SPの走査方向)を含む平面と平行な面内で示す概略図である。図8は、図7に示すビームエキスパンダーBEからポリゴンミラーPMの反射面RPまでのビームLBnの状態を、ビームLBnの偏向方向(主走査方向)と直交する平面(副走査方向を含む面)からみた概略図である。図9は、図7に示すポリゴンミラーPMの反射面RPから基板(像面)PまでのビームLBnの状態を、ビームLBnの偏向方向(主走査方向)と直交する平面からみた概略図である。なお、図6においては、ポリゴンミラーPMの反射後は、面間隔と曲率半径の正負の符号を逆転して表してある。図7~図9は、比較例1におけるビームエキスパンダーBE~基板Pまでの各光学部材(第1シリンドリカルレンズCY1および第2シリンドリカルレンズCY2など)を、図6の数値例に則った縮尺で配置した様子を示す図である。
実施例1では、上述したように、第1シリンドリカルレンズCY1の母線の延長方向を副走査方向(X方向)とし、第2シリンドリカルレンズCY2の母線の延長方向を主走査方向(Y方向)とし、第1シリンドリカルレンズCY1とポリゴンミラーPMとの間にレンズ系G10が設けられている。実施例1におけるビームエキスパンダーBEから第2シリンドリカルレンズCY2までの光学設計用のレンズデータを図14に示す。また、図15は、実施例1におけるビームエキスパンダーBEから基板(像面)PまでのビームLBnの状態を、ビームLBnの偏向方向(スポット光SPの走査方向)を含む平面と平行な面内でみた概略図である。図16は、図15に示すビームエキスパンダーBEからポリゴンミラーPMの反射面RPまでのビームLBnの状態を、ビームLBnの偏向方向(主走査方向)と直交する面内(副走査方向を含む面内)でみた概略図である。図17は、図15に示すポリゴンミラーPMの反射面RPから基板(像面)PまでのビームLBnを、ビームLBnの偏向方向(主走査方向)と直交する面内(副走査方向を含む面内)でみた概略図である。なお、図14においては、ポリゴンミラーPMの反射後は、面間隔と曲率半径の正負の符号を逆転して表してある。図15~図17は、実施例1におけるビームエキスパンダーBE~基板Pまでの各光学部材(第1シリンドリカルレンズCY1および第2シリンドリカルレンズCY2など)を、図14の数値例に則った実際の縮尺で配置した様子を示す。
本第1の実施の形態によれば、第1シリンドリカルレンズCY1および第2シリンドリカルレンズCY2の各々は、実施例1(図14)に示したように、ビーム入射側の面が副走査方向に関して一定の曲率半径を有する円筒面に形成され、ビーム射出側の面が平面に形成されレンズで構成される。しかしながら、第1シリンドリカルレンズCY1および第2シリンドリカルレンズCY2の各々の円筒面は、曲率半径が僅かに異なる複数の面を滑らかにつなげた湾曲面(母線と垂直な断面形状では非球面)としてもよい。また、第1シリンドリカルレンズCY1および第2シリンドリカルレンズCY2の各々の平面側を、主走査方向、或いは副走査方向に所定の曲率半径(∞以外の有限値)を有する円筒面状に加工してもよい。また走査ユニットUnの各々に入射するビームLBn(光源装置14の射出ビーム)の波長λは、実施例1や比較例1で設定した紫外域の波長354.7nmに限られず、他の波長(可視域、赤外域の光)でもよい。また、レンズ系G10にて色消しを行えば、波長が異なる複数のビームを同軸(または平行)にポリゴンミラーPMに入射させて、波長が異なる複数のスポット光SPで基板Pの表面を走査することができる。或いは、レンズ系G10の色消しによって、ビームLBnを中心波長に対して一定の波長幅内に強度が分布する広波長帯光とすることもできる。また、ビームLBnは非偏光ではなく偏光成分を持っていてもよいし、ビーム断面内の強度分布がガウス分布でなく均一な強度分布(ほぼ矩形または台形の分布)であってもよい。
上記第1の実施の形態では、ポリゴンミラーPMを用いて、ビームLBnを偏向させたが、揺動可能なガルバノミラー(可動偏向部材、揺動反射鏡)を用いてビームLBnを偏向させてもよい。この場合も、ガルバノミラーで反射されたビームLBnはfθレンズ系FTを介して基板P(被照射面)に投射されるので、ガルバノミラーの反射面の面倒れによる補正が必要な場合は、ガルバノミラーの手前に、第1シリンドリカルレンズCY1とレンズ系G10を同様に設け、fθレンズ系FTの後に第2シリンドリカルレンズCY2を設ければよい。また、レンズ系G10は、2枚の球面レンズG10a、G10bで構成したが単一のレンズ、或いは3枚以上のレンズで構成してもよい。また、レンズ系G10を構成する球面レンズG10a、G10bは、非球面レンズで構成してもよい。さらに、第1光学部材CY1および第2光学部材CY2として、シリンドリカルレンズを用いたが、1方向の屈折力が、その方向と直交する方向の屈折力に対して相対的に大きくなるレンズであればよい。例えば、第1光学部材CY1および第2光学部材CY2として、トーリックレンズまたはアナモフィックレンズを採用してもよい。
本第1の実施の形態によれば、第1シリンドリカルレンズCY1および第2シリンドリカルレンズCY2の各々は単レンズで構成される。これによって、第1シリンドリカルレンズCY1および第2シリンドリカルレンズCY2の製作や組込み(調整)が簡単となり、コストを抑えることができる。しかしながら、ビームLBnの球面収差の補正のために、特に第2シリンドリカルレンズCY2を複数枚のレンズで構成することも可能である。第2シリンドリカルレンズCY2を複数枚(例えば2枚)のレンズで構成する場合、複数枚のレンズ間の母線同士の回転方位を高精度に合致させるための調整作業が必要となる。なお、第2シリンドリカルレンズCY2を複数枚(例えば2枚)のレンズで構成する場合、第1シリンドリカルレンズCY1の母線が延びる方向を、比較例1のように主走査方向と平行にして、レンズ系G10を省略しても、基板Pに投射されるビームLBnの球面収差を良好に補正することが可能になる。但し、その場合、比較例1で示したように第1シリンドリカルレンズCY1の焦点距離fC1をfθレンズ系FTの焦点距離fθよりも長くする必要が生じるため、走査ユニットUnの光路の全長は長くなる。しかしながら、fθレンズ系FTの焦点距離fθに対して第2シリンドリカルレンズCY2の焦点距離fC2を小さく設定することもあって、球面収差を小さく抑えることができる。
先の図4でも簡単に説明したが、走査ユニットUn内のビームエキスパンダーBEを構成するレンズ系Be1、Be2の間の光路中には、描画ラインSLnを副走査方向(X方向)に微小シフトさせるために、ソフト用光学部材としての傾斜可能な平行平板HVPが設けられている。図20A、図20Bは、平行平板HVPの傾斜によって描画ラインSLnがシフトする様子を説明するもので、図20Aは、平行平板HVPの互いに平行な入射面と射出面がビームLBnの中心線(主光線)に対して90度になっている状態を示す図であり、すなわち平行平板HVPがXZ面内で傾斜していない状態を示す図である。図20Bは、平行平板HVPの互いに平行な入射面と射出面がビームLBnの中心線(主光線)に対して90度から傾いている場合、すなわち平行平板HVPがYZ面に対して角度ηだけ傾斜している状態を示す図である。
14…光源装置 16…描画ヘッド
18…制御装置
AOMn(AOM1~AOM6)…選択用光学素子
BE…ビームエキスパンダー CY1…第1シリンドリカルレンズ
CY2…第2シリンドリカルレンズ DR…回転ドラム
EX…露光装置 FT…fθレンズ系
G10…レンズ系 IMn(IM1~IM6)…入射ミラー
LB、LBn(LB1~LB6)…ビーム P…基板
PA…開口絞り PM…ポリゴンミラー
RP…反射面 SLn(SL1~SL6)…描画ライン
SP…スポット光 Un(U1~U6)…走査ユニット
Claims (9)
- 可動偏向部材で第1方向に偏向されるビームを、走査用光学系によって被照射体上に投射しつつ前記被照射体上で前記第1方向に沿って1次元走査して前記被照射体にパターンを描画する描画装置であって、
非等方的な屈折力を有する第1レンズ部材を含み、前記可動偏向部材に投射される前記ビームを前記第1方向と直交した第2方向に関して収斂させる第1調整光学系と、
非等方的な屈折力を有する第2レンズ部材を含み、前記走査用光学系から前記被照射体に向かう前記ビームを前記第2方向に関して収斂させる第2調整光学系と、
を備え、
前記第1調整光学系は、前記第1レンズ部材を通った前記ビームを前記可動偏向部材に向けて投射する等方的な屈折力を有する第3レンズ部材を含み、
前記第1レンズ部材は、前記第1方向に屈折力を有する第1シリンドリカルレンズであり、
前記第2レンズ部材は、前記第2方向に屈折力を有する第2シリンドリカルレンズであり、
前記ビームの波長をλ、前記被照射体に投射される前記ビームの前記第1方向に関する開口数をNAy、前記第2方向に関する開口数をNAx、前記被照射体に投射される前記ビームの前記第1方向に関する球面収差をS1、前記第2方向に関する球面収差をS2 、前記第1レンズ部材単体で生じる前記第1方向に関する球面収差をS C1 、前記第2レンズ部材単体で生じる前記第2方向に関する球面収差をS C2 、前記走査用光学系の焦点距離をfθ、前記第3レンズ部材の焦点距離をf G としたとき、前記第1レンズ部材と前記第2レンズ部材は、
S1<λ/NAy 2、且つ、S2<λ/NAx 2、となる条件と、
|S1-S2|<λ/NAy 2、且つ、|S1-S2|<λ/NAx 2、となる条件と、
|S 1 -S 2 |<S C1 ×fθ 2 /f G 2 -S C2 、となる条件と、
S 1 <S C1 ×fθ 2 /f G 2 、且つ、S 2 <S C2 、となる条件と、
のいずれか1つの条件を満たすように設定される、描画装置。 - 請求項1に記載の描画装置であって、
前記第1レンズ部材は、前記第1レンズ部材と前記第3レンズ部材との間で前記ビームを前記第1方向に関して収斂するように配置される、描画装置。 - 請求項2に記載の描画装置であって、
前記ビームを発生する光源装置をさらに備え、
前記第1調整光学系は、前記光源装置から射出される前記ビームの直径を拡大するビームエキスパンダー系をさらに含む、描画装置。 - 請求項3に記載の描画装置であって、
前記第1方向に関する前記球面収差S1は、前記ビームエキスパンダー系、前記第1レンズ部材、前記第3レンズ部材、および前記走査用光学系によって発生し、
前記第2方向に関する前記球面収差S2は、前記ビームエキスパンダー系、前記第3レンズ部材、前記走査用光学系、および前記第2レンズ部材によって発生する、描画装置。 - 被照射体上の主走査方向に沿ってパターン描画用のビームを1次元走査すると共に、前記主走査方向と直交した副走査方向に前記被照射体と前記ビームとを相対移動させて、前記被照射体にパターンを描画する描画装置であって、
前記ビームを発生するビーム生成装置と、
前記ビーム生成装置からの前記ビームを、ビーム径を拡大させた平行光束に変換するビームエキスパンダーと、
前記ビームエキスパンダーからの前記ビームを前記主走査方向に対応した方向に1次元偏向するビーム偏向部材と、
前記1次元偏向された前記ビームを前記被照射体上に投射する走査用光学系と、
前記ビームエキスパンダーと前記ビーム偏向部材との間に設けられ、非等方的な屈折力を有する第1レンズ部材を含み、前記ビーム偏向部材上に投射される前記ビームを前記副走査方向に収斂させる第1調整光学系と、
非等方的な屈折力を有する第2レンズ部材を含み、前記走査用光学系から前記被照射体に向かう前記ビームを前記副走査方向に収斂させる第2調整光学系と、
前記ビームエキスパンダーの光路中に設けられ、前記ビームの光路を前記副走査方向に対応した方向にシフトさせるシフト用光学部材と、
を備え、
前記第1レンズ部材は、前記主走査方向に屈折力を有する第1シリンドリカルレンズであり、
前記第2レンズ部材は、前記副走査方向に屈折力を有する第2シリンドリカルレンズであり、
前記第1調整光学系は、前記第1シリンドリカルレンズを通った前記ビームを、前記ビーム偏向部材に向けて出射する球面レンズを含み、
前記ビームの波長をλ、前記被照射体に投射される前記ビームの前記主走査方向に関する開口数をNA y 、前記副走査方向に関する開口数をNA x 、前記被照射体に投射される前記ビームの前記主走査方向に関する球面収差をS 1 、前記副走査方向に関する球面収差をS 2 、前記第1レンズ部材単体で生じる前記主走査方向に関する球面収差をS C1 、前記第2レンズ部材単体で生じる前記副走査方向に関する球面収差をS C2 、前記走査用光学系の焦点距離をfθ、前記球面レンズの焦点距離をf G としたとき、前記第1レンズ部材と前記第2レンズ部材は、
S 1 <λ/NA y 2 、且つ、S 2 <λ/NA x 2 、となる条件と、
|S 1 -S 2 |<λ/NA y 2 、且つ、|S 1 -S 2 |<λ/NA x 2 、となる条件と、
|S 1 -S 2 |<S C1 ×fθ 2 /f G 2 -S C2 、となる条件と、
S 1 <S C1 ×fθ 2 /f G 2 、且つ、S 2 <S C2 、となる条件と、
のいずれか1つの条件を満たすように設定される、描画装置。 - 請求項5に記載の描画装置であって、
前記ビームエキスパンダーは、前記ビーム生成装置からの前記ビームが入射する第1レンズ系と、該第1レンズ系を通った前記ビームを平行光束に変換する第2レンズ系と含み、
前記シフト用光学部材は、前記第1レンズ系と前記第2レンズ系との間に傾斜角可変に配置される平行平板である、描画装置。 - 請求項6に記載の描画装置であって、
前記ビームエキスパンダーの前記第2レンズ系の後側焦点の位置に配置され、前記ビームエキスパンダーで拡大された前記ビームの強度分布上の裾野の強度をカットする開口絞りを、更に備える、描画装置。 - 請求項7に記載の描画装置であって、
前記ビーム偏向部材は、前記ビームエキスパンダーからの前記ビームを前記走査用光学系に向けて反射させると共に、前記主走査方向に対応した方向に角度が変化する反射面を有し、
前記ビーム偏向部材の前記反射面は、前記副走査方向に対応した方向については、前記走査用光学系と前記第2調整光学系とによって、前記被照射体と光学的に共役になるように配置され、前記主走査方向に対応した方向については、前記走査用光学系の前側焦点の位置に配置される、描画装置。 - 請求項8に記載の描画装置であって、
前記開口絞りの位置は、前記ビーム偏向部材の前記反射面からみたとき、前記副走査方向に対応した方向については、前記第1調整光学系のほぼ瞳の位置に設定され、前記主走査方向に対応した方向については、前記第1調整光学系によって前記ビーム偏向部材の前記反射面の位置又は前記走査用光学系の前側焦点の位置と光学的に共役になるように設定される、描画装置。
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