JP2000056218A - 投影光学系およびそれを備えた露光装置ならびに半導体デバイス製造方法 - Google Patents
投影光学系およびそれを備えた露光装置ならびに半導体デバイス製造方法Info
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- JP2000056218A JP2000056218A JP10238036A JP23803698A JP2000056218A JP 2000056218 A JP2000056218 A JP 2000056218A JP 10238036 A JP10238036 A JP 10238036A JP 23803698 A JP23803698 A JP 23803698A JP 2000056218 A JP2000056218 A JP 2000056218A
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Lenses (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】広い露光範囲を有しつつ大きな開口数を持ち、
しかもレンズ径が小さい投影光学系、及び気圧変化に対
する収差変動の小さい投影光学系を提供する。 【解決手段】第１面Ｒの像を第２面Ｗ上に形成する投影
光学系において、第１面Ｒ側から順に、正のパワーを有
する第１レンズ群Ｇ1、負のパワーを有する第２レンズ
群Ｇ2、正のパワーを有する第３レンズ群Ｇ3、負のパワ
ーを有する第４レンズ群Ｇ4、及び正のパワーを有する
第５レンズ群Ｇ5より構成され、第２面Ｗ側の最大開口
数をＮＡとするとき、ＮＡ＞０．５の関係を満足し、さ
らに、α≡Ｅφ／［Ｈｉ＋０．０２５×ＴＴ×ｔａｎ
（ｓｉｎ-1（ＮＡ））］、Ｅφ：投影光学系を構成する
各レンズの最大有効径、Ｈｉ：第２面Ｗ上の最大像高、
ＴＴ：第１面Ｒから第２面Ｗまでの距離とするとき、
５．７＜α＜６．０なる条件を満足する。
しかもレンズ径が小さい投影光学系、及び気圧変化に対
する収差変動の小さい投影光学系を提供する。 【解決手段】第１面Ｒの像を第２面Ｗ上に形成する投影
光学系において、第１面Ｒ側から順に、正のパワーを有
する第１レンズ群Ｇ1、負のパワーを有する第２レンズ
群Ｇ2、正のパワーを有する第３レンズ群Ｇ3、負のパワ
ーを有する第４レンズ群Ｇ4、及び正のパワーを有する
第５レンズ群Ｇ5より構成され、第２面Ｗ側の最大開口
数をＮＡとするとき、ＮＡ＞０．５の関係を満足し、さ
らに、α≡Ｅφ／［Ｈｉ＋０．０２５×ＴＴ×ｔａｎ
（ｓｉｎ-1（ＮＡ））］、Ｅφ：投影光学系を構成する
各レンズの最大有効径、Ｈｉ：第２面Ｗ上の最大像高、
ＴＴ：第１面Ｒから第２面Ｗまでの距離とするとき、
５．７＜α＜６．０なる条件を満足する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マスク上の回路パ
ターンを感光基板上に投影転写するために好適な投影光
学系と、この投影光学系を備えた露光装置ならびに半導
体デバイスの製造方法に関するものである。
ターンを感光基板上に投影転写するために好適な投影光
学系と、この投影光学系を備えた露光装置ならびに半導
体デバイスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】従来より、半導体デバ
イスの製造には投影露光装置が用いられており、同装置
に使用される投影光学系としては、物体側、像側の両側
が実質的にテレセントリックな光学系が提案されてい
る。半導体デバイスの製造分野では、大量の情報を回路
パターンに書き込むために、より広い露光範囲と、より
細かいパターンを転写することができる高解像な投影光
学系が求められている。このうち後者、すなわち投影光
学系の解像力を高めるためには、使用波長を短波長化す
るか、あるいは像側開口数を大きくする必要がある。し
かしながら半導体デバイスの製造分野では、より高解像
な投影光学系が常に求められているために、例えばＫｒ
Ｆレーザーなどの短波長の光源を用いる露光装置におい
ても、より大きな開口数を有する投影光学系が必要とな
っている。
イスの製造には投影露光装置が用いられており、同装置
に使用される投影光学系としては、物体側、像側の両側
が実質的にテレセントリックな光学系が提案されてい
る。半導体デバイスの製造分野では、大量の情報を回路
パターンに書き込むために、より広い露光範囲と、より
細かいパターンを転写することができる高解像な投影光
学系が求められている。このうち後者、すなわち投影光
学系の解像力を高めるためには、使用波長を短波長化す
るか、あるいは像側開口数を大きくする必要がある。し
かしながら半導体デバイスの製造分野では、より高解像
な投影光学系が常に求められているために、例えばＫｒ
Ｆレーザーなどの短波長の光源を用いる露光装置におい
ても、より大きな開口数を有する投影光学系が必要とな
っている。
【０００３】ここで、従来より提案されている開口数が
比較的大きい投影光学系では、レンズ径も比較的大きく
なっており、したがって小型軽量かつ安価な投影光学系
とはいえなかった。また従来より提案されている開口数
が比較的大きい投影光学系は、使用環境、特に気圧の変
化を必ずしも十分に考慮した設計とはいえなかった。そ
こで本発明は、広い露光範囲を有しつつ大きな開口数を
持ち、しかもレンズ径が小さい投影光学系、及び気圧変
化に対する収差変動の小さい投影光学系と、これを備え
た露光装置ならびに半導体デバイスの製造方法を提供す
ることを課題とする。
比較的大きい投影光学系では、レンズ径も比較的大きく
なっており、したがって小型軽量かつ安価な投影光学系
とはいえなかった。また従来より提案されている開口数
が比較的大きい投影光学系は、使用環境、特に気圧の変
化を必ずしも十分に考慮した設計とはいえなかった。そ
こで本発明は、広い露光範囲を有しつつ大きな開口数を
持ち、しかもレンズ径が小さい投影光学系、及び気圧変
化に対する収差変動の小さい投影光学系と、これを備え
た露光装置ならびに半導体デバイスの製造方法を提供す
ることを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するためになされたものであり、すなわち、第１面の
像を第２面上に形成する投影光学系において、第１面側
から順に、正のパワーを有する第１レンズ群、負のパワ
ーを有する第２レンズ群、正のパワーを有する第３レン
ズ群、負のパワーを有する第４レンズ群、及び正のパワ
ーを有する第５レンズ群より構成され、第２面側の最大
開口数をＮＡとするとき、ＮＡ＞０．５の関係を満足
し、さらに、 α≡Ｅφ／［Ｈｉ＋０．０２５×ＴＴ×ｔａｎ（ｓｉｎ
-1（ＮＡ））］ Ｅφ：投影光学系を構成する各レンズの最大有効径 Ｈｉ：第２面上の最大像高 ＴＴ：第１面から第２面までの距離 とするとき、 ５．７＜α＜６．０ ‥‥（１） なる条件を満足することを特徴とする投影光学系であ
る。
決するためになされたものであり、すなわち、第１面の
像を第２面上に形成する投影光学系において、第１面側
から順に、正のパワーを有する第１レンズ群、負のパワ
ーを有する第２レンズ群、正のパワーを有する第３レン
ズ群、負のパワーを有する第４レンズ群、及び正のパワ
ーを有する第５レンズ群より構成され、第２面側の最大
開口数をＮＡとするとき、ＮＡ＞０．５の関係を満足
し、さらに、 α≡Ｅφ／［Ｈｉ＋０．０２５×ＴＴ×ｔａｎ（ｓｉｎ
-1（ＮＡ））］ Ｅφ：投影光学系を構成する各レンズの最大有効径 Ｈｉ：第２面上の最大像高 ＴＴ：第１面から第２面までの距離 とするとき、 ５．７＜α＜６．０ ‥‥（１） なる条件を満足することを特徴とする投影光学系であ
る。
【０００５】本発明はまた、第１面の像を第２面上に形
成する投影光学系において、第１面側から順に、正のパ
ワーを有する第１レンズ群、負のパワーを有する第２レ
ンズ群、正のパワーを有する第３レンズ群、負のパワー
を有する第４レンズ群、及び正のパワーを有する第５レ
ンズ群より構成され、第２面側の最大開口数をＮＡとす
るとき、ＮＡ＞０．５の関係を満足し、さらに、 β≡｜（ＴC3h−ＴC3）／［Ｈｉ・ｔａｎ（ｓｉｎ
-1（ＮＡ））］｜ ＴC3：投影光学系の３次のコマ収差係数の合計 ＴC3h：硝材のまわりの気体の屈折率が１．０×１０-5
だけ変化した場合の、投影光学系の３次のコマ収差係数
の合計 とするとき、 β＜１．０×１０-4 ‥‥（２） なる条件を満足することを特徴とする投影光学系であ
る。
成する投影光学系において、第１面側から順に、正のパ
ワーを有する第１レンズ群、負のパワーを有する第２レ
ンズ群、正のパワーを有する第３レンズ群、負のパワー
を有する第４レンズ群、及び正のパワーを有する第５レ
ンズ群より構成され、第２面側の最大開口数をＮＡとす
るとき、ＮＡ＞０．５の関係を満足し、さらに、 β≡｜（ＴC3h−ＴC3）／［Ｈｉ・ｔａｎ（ｓｉｎ
-1（ＮＡ））］｜ ＴC3：投影光学系の３次のコマ収差係数の合計 ＴC3h：硝材のまわりの気体の屈折率が１．０×１０-5
だけ変化した場合の、投影光学系の３次のコマ収差係数
の合計 とするとき、 β＜１．０×１０-4 ‥‥（２） なる条件を満足することを特徴とする投影光学系であ
る。
【０００６】本発明の投影光学系において、正の屈折力
を有する第１レンズ群は、第１面からテレセントリック
に出射した光束を開口絞りへと導くために必要な光学系
であると同時に、第２、第４、第５レンズ群で発生する
負の歪曲収差を補償する働きをする。負の屈折力を有す
る第２レンズ群は、第４レンズ群とともにペッツバール
和を負の方向に補正する働きを持つ。第３レンズ群は、
第５レンズ群とともに物体の実像を形成させるための正
の屈折力を有している。第４レンズ群は、上述のように
負のペッツバール和を発生させるとともに、第３および
第５レンズ群によって発生する負の球面収差を補正する
働きを持つ。第５レンズ群は上述のように正の屈折力を
持ち、第４レンズ群との組み合わせによって大きな開口
数の光束を良好な収差状態で結像させている。
を有する第１レンズ群は、第１面からテレセントリック
に出射した光束を開口絞りへと導くために必要な光学系
であると同時に、第２、第４、第５レンズ群で発生する
負の歪曲収差を補償する働きをする。負の屈折力を有す
る第２レンズ群は、第４レンズ群とともにペッツバール
和を負の方向に補正する働きを持つ。第３レンズ群は、
第５レンズ群とともに物体の実像を形成させるための正
の屈折力を有している。第４レンズ群は、上述のように
負のペッツバール和を発生させるとともに、第３および
第５レンズ群によって発生する負の球面収差を補正する
働きを持つ。第５レンズ群は上述のように正の屈折力を
持ち、第４レンズ群との組み合わせによって大きな開口
数の光束を良好な収差状態で結像させている。
【０００７】（１）式は、本発明の投影光学系におい
て、十分な光学性能を実現する上で、光軸と垂直方向の
必要なスケールファクターを規定するものである。
（１）式の上限を越える場合には、全長に対して、レン
ズ径が大きくなり、正レンズ群である第１レンズ群、第
３レンズ群、あるいは第５レンズ群が大きくなり、他の
レンズ群のスペースが小さくなり、結果として収差補正
に十分なレンズ配置を実現できなくなり、十分な光学性
能を達成できなくなるので好ましくない。逆に下限を越
えると、負のパワーのレンズ群に対して、正レンズ群で
ある第１レンズ群、第３レンズ群、あるいは第５レンズ
群のパワーが大きくなり、高次の球面収差、コマや歪曲
収差が特に悪化し、十分な光学性能を達成できなくなる
ので好ましくない。
て、十分な光学性能を実現する上で、光軸と垂直方向の
必要なスケールファクターを規定するものである。
（１）式の上限を越える場合には、全長に対して、レン
ズ径が大きくなり、正レンズ群である第１レンズ群、第
３レンズ群、あるいは第５レンズ群が大きくなり、他の
レンズ群のスペースが小さくなり、結果として収差補正
に十分なレンズ配置を実現できなくなり、十分な光学性
能を達成できなくなるので好ましくない。逆に下限を越
えると、負のパワーのレンズ群に対して、正レンズ群で
ある第１レンズ群、第３レンズ群、あるいは第５レンズ
群のパワーが大きくなり、高次の球面収差、コマや歪曲
収差が特に悪化し、十分な光学性能を達成できなくなる
ので好ましくない。
【０００８】（２）式は、多少の大気圧変化に対しても
光学性能が余り変化しない、いわゆるロバストネス設計
を実現するための１つの条件となるものである。具体的
には、大気圧変化時のコマの変化が小さいことを意味す
る。本発明のように、高ＮＡ、広フィールドのレンズに
おいても３次収差の領域で、（２）式の上限を越えない
ことが好ましい。また、７．０×１０-5よりも小さいこ
とがさらに望ましい。硝材のまわりの気体の屈折率変化
が１．０×１０-5というのは、空気の場合、３４．３８
ｈｐａの変化に相当する。なお、本発明による効果を一
層享受するためには、（１）式の場合も（２）式の場合
も、ＮＡ＞０．５５であることが好ましい。
光学性能が余り変化しない、いわゆるロバストネス設計
を実現するための１つの条件となるものである。具体的
には、大気圧変化時のコマの変化が小さいことを意味す
る。本発明のように、高ＮＡ、広フィールドのレンズに
おいても３次収差の領域で、（２）式の上限を越えない
ことが好ましい。また、７．０×１０-5よりも小さいこ
とがさらに望ましい。硝材のまわりの気体の屈折率変化
が１．０×１０-5というのは、空気の場合、３４．３８
ｈｐａの変化に相当する。なお、本発明による効果を一
層享受するためには、（１）式の場合も（２）式の場合
も、ＮＡ＞０．５５であることが好ましい。
【０００９】次に、本発明の第１〜第５レンズ群は、そ
れぞれ正・負・正・負・正の屈折力を持つが、より具体
的なレンズ構成としては、第１レンズ群は少なくとも２
枚の正レンズを含み、第２レンズ群は少なくとも３枚の
負レンズを含み、第３レンズ群は少なくとも３枚の正レ
ンズを含み、第４レンズ群は少なくとも３枚の負レンズ
を含み、第５レンズ群は少なくとも５枚の正レンズを含
むことが好ましい。また、負のパワーを有するメニスカ
ス形状の空気レンズを、第１レンズ群に少なくとも１
つ、第２レンズ群に少なくとも１つ有することが好まし
い。この２つの空気レンズによって、高次の歪曲収差を
補正することが可能となり、解像力向上にともなう位置
ずれ誤差を良好に補正することが可能となる。また、上
記空気レンズを、第３レンズ群に少なくとも１つ、さら
に第５レンズ群に少なくとも２つ有することが好まし
い。これらの空気レンズによって、大きな開口数を達成
するときに生じる高次の球面収差を補正することがで
き、同時に、ペッツバール和の補正とサジタル方向のコ
マ収差を補正することができる。更に、空気間隔を隔て
て互いに向かい合う１対の凹面（すなわち、両凸形状の
空気レンズ）を、第２レンズ群に少なくとも１組、及び
第４レンズ群に少なくとも１組有することが好ましい。
両凸形状の空気レンズは負のパワーを持つから、これに
よって、より効果的にペッツバール和の補正を行うこと
が可能となる。
れぞれ正・負・正・負・正の屈折力を持つが、より具体
的なレンズ構成としては、第１レンズ群は少なくとも２
枚の正レンズを含み、第２レンズ群は少なくとも３枚の
負レンズを含み、第３レンズ群は少なくとも３枚の正レ
ンズを含み、第４レンズ群は少なくとも３枚の負レンズ
を含み、第５レンズ群は少なくとも５枚の正レンズを含
むことが好ましい。また、負のパワーを有するメニスカ
ス形状の空気レンズを、第１レンズ群に少なくとも１
つ、第２レンズ群に少なくとも１つ有することが好まし
い。この２つの空気レンズによって、高次の歪曲収差を
補正することが可能となり、解像力向上にともなう位置
ずれ誤差を良好に補正することが可能となる。また、上
記空気レンズを、第３レンズ群に少なくとも１つ、さら
に第５レンズ群に少なくとも２つ有することが好まし
い。これらの空気レンズによって、大きな開口数を達成
するときに生じる高次の球面収差を補正することがで
き、同時に、ペッツバール和の補正とサジタル方向のコ
マ収差を補正することができる。更に、空気間隔を隔て
て互いに向かい合う１対の凹面（すなわち、両凸形状の
空気レンズ）を、第２レンズ群に少なくとも１組、及び
第４レンズ群に少なくとも１組有することが好ましい。
両凸形状の空気レンズは負のパワーを持つから、これに
よって、より効果的にペッツバール和の補正を行うこと
が可能となる。
【００１０】次に、本発明においては、 Ｆi：第ｉレンズ群の焦点距離（ｉ＝１〜５） Ｆ45：第４レンズ群と第５レンズ群との合成の焦点距離 ＰEN：レンズ第１面から近軸入射瞳位置までの距離の絶
対値 ＰEX：レンズ最終面から近軸射出瞳位置までの距離の絶
対値 とするとき、 ０．３＜−Ｆ2／Ｆ3＜０．６ ‥‥（３） ０．０２＜Ｆ45／ＴＴ＜０．１５ ‥‥（４） ＰEN／ＴＴ＞３ ‥‥（５） ０．１０＜Ｆ1／ＴＴ＜０．２０ ‥‥（６） ０．０１＜−Ｆ2／ＴＴ＜０．１０ ‥‥（７） ０．０５＜Ｆ3／ＴＴ＜０．２０ ‥‥（８） ０．０２＜−Ｆ4／ＴＴ＜０．１５ ‥‥（９） ０．０５＜Ｆ5／ＴＴ＜０．２０ ‥‥（１０） なる各条件を満たすことが好ましい。
対値 ＰEX：レンズ最終面から近軸射出瞳位置までの距離の絶
対値 とするとき、 ０．３＜−Ｆ2／Ｆ3＜０．６ ‥‥（３） ０．０２＜Ｆ45／ＴＴ＜０．１５ ‥‥（４） ＰEN／ＴＴ＞３ ‥‥（５） ０．１０＜Ｆ1／ＴＴ＜０．２０ ‥‥（６） ０．０１＜−Ｆ2／ＴＴ＜０．１０ ‥‥（７） ０．０５＜Ｆ3／ＴＴ＜０．２０ ‥‥（８） ０．０２＜−Ｆ4／ＴＴ＜０．１５ ‥‥（９） ０．０５＜Ｆ5／ＴＴ＜０．２０ ‥‥（１０） なる各条件を満たすことが好ましい。
【００１１】（３）式は、第２レンズ群と第３レンズ群
との屈折力比を示している。第２レンズ群は負のパワー
を有し、第３レンズ群は正のパワーを有するから、両レ
ンズ群は、いわゆる逆望遠系の構成となっている。そし
て（３）式は、縮小投影するために第１面の広い範囲に
描かれたパターンを、像面湾曲と歪曲収差の良好に補正
された像として結像するための条件となる。（３）式の
上限を越えると、相対的に第３レンズ群のパワーが強く
なることを意味しており、ペッツバール和が正となりす
ぎて像面を良好に補正することが難しくなるとともに、
正の歪曲収差と外コマが大きく発生してそれらを良好に
補正することが難しくなるため好ましくない。逆に下限
を越えると、相対的に第２レンズ群の負のパワーが強く
なることを意味しており、負の歪曲収差が発生してこれ
を良好に補正することが難しくなるため好ましくない。
との屈折力比を示している。第２レンズ群は負のパワー
を有し、第３レンズ群は正のパワーを有するから、両レ
ンズ群は、いわゆる逆望遠系の構成となっている。そし
て（３）式は、縮小投影するために第１面の広い範囲に
描かれたパターンを、像面湾曲と歪曲収差の良好に補正
された像として結像するための条件となる。（３）式の
上限を越えると、相対的に第３レンズ群のパワーが強く
なることを意味しており、ペッツバール和が正となりす
ぎて像面を良好に補正することが難しくなるとともに、
正の歪曲収差と外コマが大きく発生してそれらを良好に
補正することが難しくなるため好ましくない。逆に下限
を越えると、相対的に第２レンズ群の負のパワーが強く
なることを意味しており、負の歪曲収差が発生してこれ
を良好に補正することが難しくなるため好ましくない。
【００１２】（４）式は、第１面から第３レンズ群まで
導いた光束を大きな開口数で結像するための条件式であ
る。（４）式の上限を越えると、第４レンズ群と第５レ
ンズ群の合成の正のパワーが小さいことを意味してお
り、全体の系に対する第４、５レンズ群の相対的な寸法
が大きくなる。従って、レンズ径が大きくなりコストの
増大を招くため好ましくない。逆に下限を越えると、第
４、５レンズ群の合成の正のパワーが強くなり、高次の
球面収差およびコマ収差が大きく発生して、その修正が
困難となるため好ましくない。（５）式は、物体側に実
質的にテレセントリックな光学系となるための条件であ
り、（５）式の下限を越えると、物体側のテレセントリ
シティーが悪くなってしまうため好ましくない。
導いた光束を大きな開口数で結像するための条件式であ
る。（４）式の上限を越えると、第４レンズ群と第５レ
ンズ群の合成の正のパワーが小さいことを意味してお
り、全体の系に対する第４、５レンズ群の相対的な寸法
が大きくなる。従って、レンズ径が大きくなりコストの
増大を招くため好ましくない。逆に下限を越えると、第
４、５レンズ群の合成の正のパワーが強くなり、高次の
球面収差およびコマ収差が大きく発生して、その修正が
困難となるため好ましくない。（５）式は、物体側に実
質的にテレセントリックな光学系となるための条件であ
り、（５）式の下限を越えると、物体側のテレセントリ
シティーが悪くなってしまうため好ましくない。
【００１３】（６）〜（１０）式は、各レンズ群の適正
なパワーを規定した条件式である。先ず、（６）式の上
限を越える場合には、第２、第４、第５レンズ群で発生
する負の歪曲収差を、第１レンズ群で補正しきれないた
め好ましくない。逆に下限を越えると、高次の正の歪曲
収差の発生する原因となるため好ましくない。（７）式
の上限を越える場合には、ペッツバール和の補正が不十
分となり、像の平坦性の悪化を招く。逆に下限を越える
と、正の歪曲収差の発生が大きくなり、良好な補正が困
難となる。
なパワーを規定した条件式である。先ず、（６）式の上
限を越える場合には、第２、第４、第５レンズ群で発生
する負の歪曲収差を、第１レンズ群で補正しきれないた
め好ましくない。逆に下限を越えると、高次の正の歪曲
収差の発生する原因となるため好ましくない。（７）式
の上限を越える場合には、ペッツバール和の補正が不十
分となり、像の平坦性の悪化を招く。逆に下限を越える
と、正の歪曲収差の発生が大きくなり、良好な補正が困
難となる。
【００１４】（８）式の上限を越える場合には、第３レ
ンズ群が第２レンズ群との間で形成する逆望遠系のテレ
比が大くなって全系の長大化を招き、第３レンズ群での
正の歪曲収差の発生量が小さくなり、第２、第４および
第５レンズ群で発生する負の歪曲収差の補正が難しくな
るため好ましくない。逆に下限を越えると、高次の球面
収差およびコマが発生し、像の悪化を招き好ましくな
い。（９）式の上限を越える場合には、ペッツバール和
の補正が不十分となり、像の平坦性の悪化を招くため好
ましくない。逆に下限を越えると、高次の球面収差の発
生原因となり、コントラストの悪化を招くため好ましく
ない。（１０）式の上限を越える場合には、全系の長大
化およびレンズ径の拡大を招き好ましくない。逆に下限
を越えると、高次の球面収差およびコマが発生し、像の
悪化を招き好ましくない。
ンズ群が第２レンズ群との間で形成する逆望遠系のテレ
比が大くなって全系の長大化を招き、第３レンズ群での
正の歪曲収差の発生量が小さくなり、第２、第４および
第５レンズ群で発生する負の歪曲収差の補正が難しくな
るため好ましくない。逆に下限を越えると、高次の球面
収差およびコマが発生し、像の悪化を招き好ましくな
い。（９）式の上限を越える場合には、ペッツバール和
の補正が不十分となり、像の平坦性の悪化を招くため好
ましくない。逆に下限を越えると、高次の球面収差の発
生原因となり、コントラストの悪化を招くため好ましく
ない。（１０）式の上限を越える場合には、全系の長大
化およびレンズ径の拡大を招き好ましくない。逆に下限
を越えると、高次の球面収差およびコマが発生し、像の
悪化を招き好ましくない。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、本発明を図面を参照して
詳細に説明する。図１は本発明による投影光学系の一実
施例を示し、この投影光学系は、光源としてＫｒＦエキ
シマレーザーを用い、レチクルＲのパターン面（第１
面）の像をウエハＷの感光面（第２面）上に投影して露
光するものである。像側最大開口数ＮＡと最大像高Ｈｉ
は、 ＮＡ＝０．６、 Ｈｉ＝１５．６ である。すべてのレンズは単一の硝材、すなわち合成石
英（ＳｉＯ2）によって形成されており、レチクルＲ側
から順に、正のパワーを有する第１レンズ群Ｇ1、負の
パワーを有する第２レンズ群Ｇ2、正のパワーを有する
第３レンズ群Ｇ3、負のパワーを有する第４レンズ群
Ｇ4、及び正のパワーを有する第５レンズ群Ｇ5より構成
されている。開口絞りＡＳは、第５レンズ群Ｇ5の内部
に配置されている。
詳細に説明する。図１は本発明による投影光学系の一実
施例を示し、この投影光学系は、光源としてＫｒＦエキ
シマレーザーを用い、レチクルＲのパターン面（第１
面）の像をウエハＷの感光面（第２面）上に投影して露
光するものである。像側最大開口数ＮＡと最大像高Ｈｉ
は、 ＮＡ＝０．６、 Ｈｉ＝１５．６ である。すべてのレンズは単一の硝材、すなわち合成石
英（ＳｉＯ2）によって形成されており、レチクルＲ側
から順に、正のパワーを有する第１レンズ群Ｇ1、負の
パワーを有する第２レンズ群Ｇ2、正のパワーを有する
第３レンズ群Ｇ3、負のパワーを有する第４レンズ群
Ｇ4、及び正のパワーを有する第５レンズ群Ｇ5より構成
されている。開口絞りＡＳは、第５レンズ群Ｇ5の内部
に配置されている。
【００１６】第１レンズ群Ｇ1は、レチクル側に凸の負
メニスカスレンズＬ11、２枚の両凸レンズＬ12、Ｌ13、
レチクル側に凸の正メニスカスレンズＬ14からなる。第
２レンズ群Ｇ2は、レチクル側に凸の負メニスカスレン
ズＬ21、両凸レンズＬ22、３枚の両凹レンズＬ23、
Ｌ24、Ｌ25からなる。第３レンズ群Ｇ3は、ウエハ側に
凸の正メニスカスレンズＬ31、ウエハ側に凸の負メニス
カスレンズＬ32、ウエハ側に凸の正メニスカスレンズＬ
33、２枚の両凸レンズＬ34、Ｌ35、レチクル側に凸の正
メニスカスレンズＬ36からなる。第４レンズ群Ｇ4は、
レチクル側に凸の２枚の負メニスカスレンズＬ41、
Ｌ42、２枚の両凹レンズＬ43、Ｌ44からなる。第５レン
ズ群Ｇ5は、両凸レンズＬ51、ウエハ側に凸の正メニス
カスレンズＬ52、両凸レンズＬ53、ウエハ側に凸の負メ
ニスカスレンズＬ54、両凸レンズＬ55、レチクル側に凸
の３枚の正メニスカスレンズＬ56、Ｌ57、Ｌ58、レチク
ル側に凸の負メニスカスレンズＬ59、レチクル側に凸の
正メニスカスレンズＬ510からなる。
メニスカスレンズＬ11、２枚の両凸レンズＬ12、Ｌ13、
レチクル側に凸の正メニスカスレンズＬ14からなる。第
２レンズ群Ｇ2は、レチクル側に凸の負メニスカスレン
ズＬ21、両凸レンズＬ22、３枚の両凹レンズＬ23、
Ｌ24、Ｌ25からなる。第３レンズ群Ｇ3は、ウエハ側に
凸の正メニスカスレンズＬ31、ウエハ側に凸の負メニス
カスレンズＬ32、ウエハ側に凸の正メニスカスレンズＬ
33、２枚の両凸レンズＬ34、Ｌ35、レチクル側に凸の正
メニスカスレンズＬ36からなる。第４レンズ群Ｇ4は、
レチクル側に凸の２枚の負メニスカスレンズＬ41、
Ｌ42、２枚の両凹レンズＬ43、Ｌ44からなる。第５レン
ズ群Ｇ5は、両凸レンズＬ51、ウエハ側に凸の正メニス
カスレンズＬ52、両凸レンズＬ53、ウエハ側に凸の負メ
ニスカスレンズＬ54、両凸レンズＬ55、レチクル側に凸
の３枚の正メニスカスレンズＬ56、Ｌ57、Ｌ58、レチク
ル側に凸の負メニスカスレンズＬ59、レチクル側に凸の
正メニスカスレンズＬ510からなる。
【００１７】第１レンズ群Ｇ1のレンズＬ11とＬ12の間
と、第２レンズ群Ｇ2のレンズＬ21とＬ22の間と、第３
レンズ群Ｇ3のレンズＬ31とＬ32の間と、第５レンズ群
Ｇ5のレンズＬ53とＬ54の間、レンズＬ58とＬ59の間、
及びレンズＬ59とＬ510の間には、それぞれ負のパワー
を有するメニスカス形状の空気レンズが形成されてい
る。また、第２レンズ群Ｇ2のレンズＬ23とＬ24の間、
及びレンズＬ24とＬ25の間と、第４レンズ群Ｇ4のレン
ズＬ42とＬ43の間、及びレンズＬ43とＬ44の間には、そ
れぞれ両凸形状の空気レンズが形成されている。
と、第２レンズ群Ｇ2のレンズＬ21とＬ22の間と、第３
レンズ群Ｇ3のレンズＬ31とＬ32の間と、第５レンズ群
Ｇ5のレンズＬ53とＬ54の間、レンズＬ58とＬ59の間、
及びレンズＬ59とＬ510の間には、それぞれ負のパワー
を有するメニスカス形状の空気レンズが形成されてい
る。また、第２レンズ群Ｇ2のレンズＬ23とＬ24の間、
及びレンズＬ24とＬ25の間と、第４レンズ群Ｇ4のレン
ズＬ42とＬ43の間、及びレンズＬ43とＬ44の間には、そ
れぞれ両凸形状の空気レンズが形成されている。
【００１８】以下の表１に、本実施例の諸元を示す。同
表の［レンズ諸元］中、第１欄ＮｏはレチクルＲ側から
の各レンズ面の番号、第２欄ｒは各レンズ面の曲率半
径、第３欄ｄは各レンズ面から次のレンズ面までの光軸
上の距離、第４欄は各レンズ面から次のレンズ面までを
満たすレンズ（空欄は空気）の番号を表わす。すべての
レンズの硝材は合成石英（ＳｉＯ2）であり、使用波長
（２４８ｎｍ）での合成石英の屈折率ｎは、 ｎ＝１．５０８３９ である。また同表の［条件式対応値］に、前記各条件式
（１）〜（１０）中のパラメータの値を示す。
表の［レンズ諸元］中、第１欄ＮｏはレチクルＲ側から
の各レンズ面の番号、第２欄ｒは各レンズ面の曲率半
径、第３欄ｄは各レンズ面から次のレンズ面までの光軸
上の距離、第４欄は各レンズ面から次のレンズ面までを
満たすレンズ（空欄は空気）の番号を表わす。すべての
レンズの硝材は合成石英（ＳｉＯ2）であり、使用波長
（２４８ｎｍ）での合成石英の屈折率ｎは、 ｎ＝１．５０８３９ である。また同表の［条件式対応値］に、前記各条件式
（１）〜（１０）中のパラメータの値を示す。
【００１９】
【表１】［レンズ諸元］ Ｎｏ ｒ ｄ 0 ∞ 94.501 Ｒ 1 438.073 14.953 Ｌ11 2 290.853 40.476 3 515.350 27.925 Ｌ12 4 -533.779 1.000 5 305.875 27.353 Ｌ13 6 -2348.928 1.000 7 291.146 23.686 Ｌ14 8 5262.567 1.000 9 230.426 23.306 Ｌ21 10 112.011 23.631 11 551.356 31.189 Ｌ22 12 -374.157 1.000 13 -1904.480 13.000 Ｌ23 14 143.197 28.445 15 -193.810 13.146 Ｌ24 16 213.435 25.837 17 -148.749 22.250 Ｌ25 18 1930.957 12.771 19 -329.954 25.363 Ｌ31 20 -160.613 4.353 21 -148.096 36.175 Ｌ32 22 -200.524 1.000 23 -1144.407 24.036 Ｌ33 24 -277.849 1.000 25 913.713 27.552 Ｌ34 26 -479.834 1.000 27 317.375 30.233 Ｌ35 28 -2536.708 4.954 29 253.380 23.626 Ｌ36 30 733.176 1.611 31 200.343 38.616 Ｌ41 32 135.503 16.352 33 256.300 15.507 Ｌ42 34 141.036 39.855 35 -205.055 14.048 Ｌ43 36 277.857 41.804 37 -131.839 20.061 Ｌ44 38 15879.623 2.553 39 4924.264 44.809 Ｌ51 40 -189.817 4.227 41 − 10.507 ＡＳ 42 -724.632 21.780 Ｌ52 43 -284.121 1.000 44 396.251 38.791 Ｌ53 45 -415.739 9.179 46 -284.360 23.359 Ｌ54 47 -429.489 1.000 48 376.707 28.828 Ｌ55 49 -2838.854 1.000 50 210.569 31.094 Ｌ56 51 638.916 1.000 52 176.158 25.161 Ｌ57 53 297.003 1.000 54 139.276 35.532 Ｌ58 55 341.229 7.148 56 799.317 16.377 Ｌ59 57 80.997 31.519 58 85.368 51.298 Ｌ510 59 718.626 19.200 60 ∞ Ｗ ［条件式対応値］ （１）α＝5.964 （２）β＝4.64×10-5 （３）−Ｆ2／Ｆ3＝0.460 （４）Ｆ45／ＴＴ＝0.066 （５）ＰEN／ＴＴ＝3.213 （６）Ｆ1／ＴＴ＝0.173 （７）−Ｆ2／ＴＴ＝0.055 （８）Ｆ3／ＴＴ＝0.120 （９）−Ｆ4／ＴＴ＝0.067 （１０）Ｆ5／ＴＴ＝0.111
【００２０】図２に、本実施例の横収差を示す。同図
中、（Ａ）はメリジオナル面内の光線の横収差を表し、
（Ｂ）はサジタル面内の光線のサジタル方向の横収差を
表す。また、Ｙは像高を表わす。図２に示すように、本
実施例の投影光学系は、所要のレンズ構成と前記各条件
（１）〜（１１）を満たすことにより、優れた結像性能
を有することが分かる。
中、（Ａ）はメリジオナル面内の光線の横収差を表し、
（Ｂ）はサジタル面内の光線のサジタル方向の横収差を
表す。また、Ｙは像高を表わす。図２に示すように、本
実施例の投影光学系は、所要のレンズ構成と前記各条件
（１）〜（１１）を満たすことにより、優れた結像性能
を有することが分かる。
【００２１】半導体デバイスは、シリコンウエハに対し
て、薄膜形成、酸化、ドーピング、アニール、レジスト
処理、露光、エッチング、洗浄等の各工程を繰り返し行
い、その後、ダイシング、ボンディング、パッケージン
グ等の諸工程を経て製造される。図３は、このうちの露
光工程に使用される露光装置の一実施例を示す。狭帯化
素子を備えたＫｒＦエキシマレーザー光源１から発した
光束は、照明光学系２を経て、レチクルステージ３上に
載置されたレチクルＲのパターン面Ｒａを、均一に照明
する。レチクルＲのパターン面Ｒａから発した露光光
は、投影光学系４を介して、ウエハステージ５上に載置
されたウエハＷの感光面Ｗａに、パターン面Ｒａの像を
結像する。投影光学系４は、上記実施例のように構成さ
れている。したがってこの露光装置を用いることによ
り、高性能の半導体デバイスを製造することができる。
て、薄膜形成、酸化、ドーピング、アニール、レジスト
処理、露光、エッチング、洗浄等の各工程を繰り返し行
い、その後、ダイシング、ボンディング、パッケージン
グ等の諸工程を経て製造される。図３は、このうちの露
光工程に使用される露光装置の一実施例を示す。狭帯化
素子を備えたＫｒＦエキシマレーザー光源１から発した
光束は、照明光学系２を経て、レチクルステージ３上に
載置されたレチクルＲのパターン面Ｒａを、均一に照明
する。レチクルＲのパターン面Ｒａから発した露光光
は、投影光学系４を介して、ウエハステージ５上に載置
されたウエハＷの感光面Ｗａに、パターン面Ｒａの像を
結像する。投影光学系４は、上記実施例のように構成さ
れている。したがってこの露光装置を用いることによ
り、高性能の半導体デバイスを製造することができる。
【００２２】
【発明の効果】以上のように本発明により、広い露光範
囲を有しつつ大きな開口数を持ち、しかもレンズ径が小
さい投影光学系、及び気圧変化に対する収差変動の小さ
い投影光学系が得られる。
囲を有しつつ大きな開口数を持ち、しかもレンズ径が小
さい投影光学系、及び気圧変化に対する収差変動の小さ
い投影光学系が得られる。
【図１】本発明の一実施例による投影光学系を示す断面
図
図
【図２】投影光学系の横収差を示す図
【図３】露光装置の一例を示す概略図
１…光源 ２…照明光学系 ３…レチクルステージ ４…投影光学系 ５…ウエハステージ Ｒ…レチクル Ｒａ…パターン面 Ｗ…ウエハ Ｗａ…感光面 Ｇ1〜Ｇ5…レンズ群 Ｌ11〜Ｌ510…レン
ズ ＡＳ…開口絞り
ズ ＡＳ…開口絞り
Claims (6)
- 【請求項１】第１面の像を第２面上に形成する投影光学
系において、 前記第１面側から順に、正のパワーを有する第１レンズ
群、負のパワーを有する第２レンズ群、正のパワーを有
する第３レンズ群、負のパワーを有する第４レンズ群、
及び正のパワーを有する第５レンズ群より構成され、前
記第２面側の最大開口数をＮＡとするとき、ＮＡ＞０．
５の関係を満足し、さらに、 α≡Ｅφ／［Ｈｉ＋０．０２５×ＴＴ×ｔａｎ（ｓｉｎ
-1（ＮＡ））］ Ｅφ：投影光学系を構成する各レンズの最大有効径 Ｈｉ：前記第２面上の最大像高 ＴＴ：前記第１面から第２面までの距離 とするとき、 ５．７＜α＜６．０ ‥‥（１） なる条件を満足することを特徴とする投影光学系。 - 【請求項２】第１面の像を第２面上に形成する投影光学
系において、 前記第１面側から順に、正のパワーを有する第１レンズ
群、負のパワーを有する第２レンズ群、正のパワーを有
する第３レンズ群、負のパワーを有する第４レンズ群、
及び正のパワーを有する第５レンズ群より構成され、前
記第２面側の最大開口数をＮＡとするとき、ＮＡ＞０．
５の関係を満足し、さらに、 β≡｜（ＴC3h−ＴC3）／［Ｈｉ・ｔａｎ（ｓｉｎ
-1（ＮＡ））］｜ ＴC3：投影光学系の３次のコマ収差係数の合計 ＴC3h：硝材のまわりの気体の屈折率が１．０×１０-5
だけ変化した場合の、投影光学系の３次のコマ収差係数
の合計 Ｈｉ：前記第２面上の最大像高とするとき、 β＜１．０×１０-4 ‥‥（２） なる条件を満足することを特徴とする投影光学系。 - 【請求項３】前記第１レンズ群は少なくとも２枚の正レ
ンズを含み、前記第２レンズ群は少なくとも３枚の負レ
ンズを含み、前記第３レンズ群は少なくとも３枚の正レ
ンズを含み、前記第４レンズ群は少なくとも３枚の負レ
ンズを含み、前記第５レンズ群は少なくとも５枚の正レ
ンズを含み、 負のパワーを有するメニスカス形状の空気レンズを、前
記第１レンズ群に少なくとも１つ、前記第２レンズ群に
少なくとも１つ、前記第３レンズ群に少なくとも１つ、
及び前記第５レンズ群に少なくとも２つ有し、 空気間隔を隔てて互いに向かい合う１対の凹面を、前記
第２レンズ群に少なくとも１組、及び前記第４レンズ群
に少なくとも１組有することを特徴とする請求項１又は
２記載の投影光学系。 - 【請求項４】以下の条件を満足することを特徴とする請
求項１、２又は３記載の投影光学系。 ０．３＜−Ｆ2／Ｆ3＜０．６ ‥‥（３） ０．０２＜Ｆ45／ＴＴ＜０．１５ ‥‥（４） ＰEN／ＴＴ＞３ ‥‥（５） ０．１０＜Ｆ1／ＴＴ＜０．２０ ‥‥（６） ０．０１＜−Ｆ2／ＴＴ＜０．１０ ‥‥（７） ０．０５＜Ｆ3／ＴＴ＜０．２０ ‥‥（８） ０．０２＜−Ｆ4／ＴＴ＜０．１５ ‥‥（９） ０．０５＜Ｆ5／ＴＴ＜０．２０ ‥‥（１０） 但し、Ｆi：前記第ｉレンズ群の焦点距離（ｉ＝１〜
５） Ｆ45：前記第４レンズ群と第５レンズ群との合成の焦点
距離 ＰEN：像面側から光軸に平行な近軸光束を入射させた場
合に全光学系によって作られる焦点位置と物体側レンズ
第１面との距離である。 - 【請求項５】狭帯化された紫外域の光源と、該光源から
の光によって前記第１面を照明する照明光学系と、請求
項１〜４のいずれか１項記載の投影光学系とを備えるこ
とを特徴とする投影露光装置。 - 【請求項６】前記第１面に投影原版上のパターン面を配
置し、前記第２面に半導体デバイス基板の感光面を配置
し、請求項５記載の投影露光装置を用いて前記パターン
を前記感光面に転写する工程を含むことを特徴とする半
導体デバイスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10238036A JP2000056218A (ja) | 1998-08-10 | 1998-08-10 | 投影光学系およびそれを備えた露光装置ならびに半導体デバイス製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10238036A JP2000056218A (ja) | 1998-08-10 | 1998-08-10 | 投影光学系およびそれを備えた露光装置ならびに半導体デバイス製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000056218A true JP2000056218A (ja) | 2000-02-25 |
Family
ID=17024228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10238036A Withdrawn JP2000056218A (ja) | 1998-08-10 | 1998-08-10 | 投影光学系およびそれを備えた露光装置ならびに半導体デバイス製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000056218A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002031870A1 (fr) * | 2000-10-11 | 2002-04-18 | Nikon Corporation | Systeme optique de projection, aligneur comportant ledit systeme et procede de fabrication d'un appareil comportant ledit aligneur |
| US6556353B2 (en) | 2001-02-23 | 2003-04-29 | Nikon Corporation | Projection optical system, projection exposure apparatus, and projection exposure method |
| US6862078B2 (en) | 2001-02-21 | 2005-03-01 | Nikon Corporation | Projection optical system and exposure apparatus with the same |
| CN102540416A (zh) * | 2010-12-10 | 2012-07-04 | 上海微电子装备有限公司 | 大视场大工作距投影光刻物镜 |
| WO2023198096A1 (zh) * | 2022-04-12 | 2023-10-19 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 光刻投影物镜及光刻机 |
-
1998
- 1998-08-10 JP JP10238036A patent/JP2000056218A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002031870A1 (fr) * | 2000-10-11 | 2002-04-18 | Nikon Corporation | Systeme optique de projection, aligneur comportant ledit systeme et procede de fabrication d'un appareil comportant ledit aligneur |
| US6862078B2 (en) | 2001-02-21 | 2005-03-01 | Nikon Corporation | Projection optical system and exposure apparatus with the same |
| US6556353B2 (en) | 2001-02-23 | 2003-04-29 | Nikon Corporation | Projection optical system, projection exposure apparatus, and projection exposure method |
| CN102540416A (zh) * | 2010-12-10 | 2012-07-04 | 上海微电子装备有限公司 | 大视场大工作距投影光刻物镜 |
| WO2023198096A1 (zh) * | 2022-04-12 | 2023-10-19 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 光刻投影物镜及光刻机 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20061201 |