JP2000356741A - 投影光学系 - Google Patents

投影光学系

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Takashi Kato
隆志 加藤
Chiaki Terasawa
千明 寺沢
Hiroyuki Ishii
弘之 石井
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】構成レンズ枚数が少なくかつ高解像力と広い露
光領域を確保しつつ、非球面レンズの加工、調整も容易
で半導体デバイスの製造に好適な投影光学系及びそれを
用いた投影露光装置を得ること。 【解決手段】第１の物体の像を第２の物体上に投影する
投影光学系において、該投影光学系は一方の面が非球面
で、他方の面が平面の非球面レンズを有し、該非球面の
非球面量を△ＡＳＰＨ、物像間距離をＬとしたとき ｜△ＡＳＰＨ／Ｌ｜＞１０-6 を満足すること。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は投影光学系及びそれ
を用いた投影露光装置に関し、特にＩＣ，ＬＳＩ，磁気
ヘッド，液晶パネル，ＣＣＤ等の微細構造を有するデバ
イスを製造する際に好適なものであり、具体的にはデバ
イスの製造装置であるステップアンドリピート方式やス
テップアンドスキャン方式の、所謂ステッパーにおい
て、レチクル面上のパターンを感光基板上に高い解像力
で投影露光するのに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】最近の半導体素子等のデバイスの製造技
術の進展は目覚ましく、又それに伴う微細加工技術の進
展も著しい。
【０００３】特に光加工技術はサブミクロンの解像力を
有する縮小投影露光装置、通称ステッパーが主流であ
り、さらなる解像力向上に向けて投影光学系の開口数
（ＮＡ）の拡大や、露光波長の短波長化が計られてい
る。
【０００４】従来より投影露光装置を用い、ＩＣ，ＬＳ
Ｉ等の半導体素子のパターンをシリコン等のウエハに焼
き付けるための投影光学系には非常に高い解像力が要求
される。
【０００５】一般に投影光学系による投影像の解像力は
使用する波長が短くなる程良くなるために、できる限り
の短波長を放射する光源が用いられている。
【０００６】例えば短波長の光を放射する光源として
は、エキシマレーザーが注目されている。このエキシマ
レーザーはレーザー媒体として、ＡｒＦ，ＫｒＦ等が使
用されている。
【０００７】ところでこの光源の波長域においてはレン
ズ材料として、使用可能な硝材が石英と蛍石に限られて
くる。これは主に透過率の低下に起因するものであり、
この石英や蛍石に於いても従来のようにレンズの構成枚
数が多く全硝材厚が厚い光学系ではレンズの熱吸収によ
る焦点位置等の変動などの問題が生じることになる。
【０００８】そこで、光学系の構成レンズ枚数を大幅に
少なくし、レンズ系の硝材全肉厚が非常に少ない縮小型
の投影光学系が提案されている。
【０００９】具体的には、明るく高解像な投影像を得る
為の投影光学系が特公平７−４８０８９号公報、特開平
７−１２８５９２号公報等で提案されている。又、物体
側、像側両テレセントリック系にて構成した投影光学系
が、特開平５−３４５９３号公報、特開平１０−１９７
７９１号公報等で提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】特公平７−４８０８９
号公報、特開平７−１２８５９２号公報等における投影
光学系及び特開平５−３４５９３号公報、特開平１０−
１９７７９１号公報等に提案されている投影光学系にお
いて使われている非球面レンズはその一方のレンズ面が
非球面であり、又その反対側（裏面）の面は球面にて構
成されている。
【００１１】一般に非球面加工面の裏面が球面である、
非球面レンズは作製が難しいため、作製に時間を要する
とともに、非球面と球面の光軸を合わせることが難し
く、結果として、組み上げた後の投影光学系全体の結像
性能を悪化させてしまうことがあった。
【００１２】本発明は、構成レンズ枚数が少なくかつ高
解像力と広い露光領域を確保しつつ、非球面レンズの加
工、調整も容易な投影光学系及びそれを用いた投影露光
装置の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の投影光
学系は、第１の物体の像を第２の物体上に投影する投影
光学系において、該投影光学系は少なくとも１つの非球
面レンズを有し、該非球面レンズの全ては、一方の面が
非球面で、他方の面が平面であることを特徴としてい
る。
【００１４】請求項２の発明の投影光学系は、第１の物
体の像を第２の物体上に投影する投影光学系において、
該投影光学系は一方の面が非球面で、他方の面が平面の
非球面レンズを有し、該投影光学系の物像間距離をＬ、
該非球面の非球面量を△ＡＳＰＨとしたとき ｜△ＡＳＰＨ／Ｌ｜＞１×１０-6 ‥‥‥（１） を満足することを特徴としている。
【００１５】請求項３の発明は請求項２の発明におい
て、前記投影光学系が有する非球面レンズは全て一方の
面が非球面で他方の面が平面であることを特徴としてい
る。
【００１６】請求項４の発明は請求項１，２又は３の発
明において、前記投影光学系は正の屈折力のレンズ群と
負の屈折力のレンズ群から成る複数のレンズ群を有し、
該投影光学系の物像間距離をＬ、各負レンズ群のパワー
の総和をφｏとしたとき ｜Ｌ×φｏ｜＞１７ （φｏ＝Σφｏｉ φｏｉは第ｉ負群のパワー） ‥‥‥（２） を満足することを特徴としている。
【００１７】請求項５の発明は請求項１，２，３又は４
の発明において、前記非球面は軸上マージナル光線の高
さをｈ、最軸外主光線の高さをｈb としたとき、物体面
から順に ｜ｈb ／ｈ｜＞０．３５ ‥‥‥（３） を満足する面に設けられていることを特徴としている。
【００１８】請求項６の発明は請求項１，２，３，４又
は５の発明において、前記非球面は、投影光学系の最大
有効径をｈｍａｘ、各面の有効径をｈｅａとしたとき ｈｅａ／ｈｍａｘ＞０．７０ ‥‥‥（４） を満足する面に設けられていることを特徴としている。
【００１９】請求項７の発明は請求項２から６のいずれ
か１項の発明において、 ｜△ＡＳＰＨ／Ｌ｜＜１．０×０．０２ ‥‥‥（１ａ） を満足することを特徴としている。
【００２０】請求項８の発明は請求項３から７のいずれ
か１項の発明において、 ｜Ｌ×φｏ｜＜７０ ‥‥‥（２ａ） を満足することを特徴としている。
【００２１】請求項９の発明は請求項４から８のいずれ
か１項の発明において、 ｜ｈb ／ｈ｜＜１５ ‥‥‥（３ａ） を満足することを特徴としている。
【００２２】請求項１０の発明は請求項１から９のいず
れか１項の発明において、前記非球面は投影光学系の最
大有効径をｈｍａｘ、各面の有効径をｈｅａとしたとき ｈｅａ／ｈｍａｘ≦１．０ を満足する面に設けられていることを特徴としている。
【００２３】請求項１１の投影露光装置は請求項１から
１０のいずれか１項記載の投影光学系を用いてレチクル
面のパターンを感光基板にステップアンドリピート方式
又はステップアンドスキャン方式で投影していることを
特徴としている。
【００２４】請求項１２の発明のデバイスの製造方法
は、請求項１から１０のいずれか１項の投影光学系を用
いてレチクル面上のパターンをウエハ面上に投影露光し
た後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造
していることを特徴としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】図１は本発明の投影光学系の数値
実施例１のレンズ断面図、図２は本発明の投影光学系の
数値実施例１の諸収差図である。
【００２６】図３は本発明の投影光学系の数値実施例２
のレンズ断面図、図４は本発明の投影光学系の数値実施
例２の諸収差図である。
【００２７】図５は本発明の投影光学系の数値実施例３
のレンズ断面図、図６は本発明の投影光学系の数値実施
例３の諸収差図である。
【００２８】図７は本発明の投影光学系の数値実施例４
のレンズ断面図、図８は本発明の投影光学系の数値実施
例４の諸収差図である。
【００２９】図９は本発明の投影光学系の数値実施例５
のレンズ断面図、図１０は本発明の投影光学系の数値実
施例５の諸収差図である。
【００３０】図１１は本発明の投影光学系の数値実施例
６のレンズ断面図、図１２は本発明の投影光学系の数値
実施例６の諸収差図である。
【００３１】図１３は本発明の投影光学系の数値実施例
７のレンズ断面図、図１４は本発明の投影光学系の数値
実施例７の諸収差図である。
【００３２】レンズ断面図において、ＰＬは投影光学系
である。Ｌｉは物体側（距離の長い共役側）から数えた
第ｉレンズ群（第ｉ群）である。
【００３３】ＩＰは像面であり、投影露光装置に用いた
ときはウエハ面に相当している。ＳＰは絞りである。
【００３４】いずれの数値実施例も、物体側（レチクル
側）及び像面側（ウエハ側）においてほぼテレセントリ
ックになっている。又、投影倍率は１／４倍であり、像
側の開口数はＮＡ＝０．６５、物像間距離 物体面〜像
面はＬ＝１０００ｍｍである。又、基準波長は１９３ｎ
ｍ、画面範囲はウエハ上での露光領域の直径は、φ２
７．３ｍｍである。
【００３５】更に、数値実施例１〜７は少なくとも１枚
以上の非球面を有し、かつそのうち少なくとも１枚は、
一方の面が非球面加工され、その他方の面が平面である
非球面レンズである。
【００３６】リソグラフィ等に用いられる大口径レンズ
に対応した非球面レンズ加工方法としては、その一例と
して、例えば文献「Robert A.Jones;“Computer-control
ledpolishing of telescope mirror segments, ”OPTIC
AL ENGINEERING, Mar/Apr Vol.22, No.2, 1983」等に機
械加工による加工方法が報告されている。即ち、三次元
コンピュータ制御された研削機で非球面形状を形成した
後、コンピュータ制御された研磨機（ＣＣＰ）で研磨す
る方法で、形状精度として０．０２５λｒｍｓ（λ＝６
３３ｎｍ）が得られている。
【００３７】ここで、図１５は、非球面の機械加工によ
る加工方法を示す模式図である。図中、５０１は基板、
５０２は基板回転機構、５０３はステージ、５０４は球
面パッド、５０５は球面パッド回転機構、５０６は荷重
制御機構、５０７は研磨液供給ノズル、５０８は研磨液
である。移動可能なステージ５０３に回転自在に取り付
けられた基板５０１は基板回転機構５０２によって回転
する。
【００３８】回転する基板５０１の表面には、荷重制御
機構５０６によって接触圧力が制御され、球面パッド回
転機構５０５によって回転する球面パッド５０４が接触
し、研磨液供給ノズル５０７より接触面に供給された研
磨液５０８によって接触面を研磨する。
【００３９】ステージ５０３の位置や荷重制御機構５０
６によって加えられる球面パッド５０４の接触圧力はコ
ンピュータ（不図示）によって制御される。このような
加工方法を用いることにより、非球面レンズが作製可能
となる。尚、非球面の加工方法については、上記の方法
以外で行なっても構わない。
【００４０】非球面加工面の裏面が平面である場合の利
点は、その裏面が球面である場合に比べ、作製時に特別
な治具を必要とせず、また加工時の精度も高い点にあ
る。更に、非球面素子としてのレンズ単体の加工時間も
短くて済み、作製しやすい。又レンズ系に組み込む場
合、その軸出しや調整を容易に行なうことができる、等
々である。
【００４１】従って、光学系中に少なくとも１枚以上、
非球面加工面の裏面が平面である非球面素子を使用する
ことは、加工面、コスト及びレンズ系全体の組立時の調
整等の面でも非常に有利である。
【００４２】又、投影光学系の非球面素子全てをこのよ
うな加工面の裏面が平面である非球面素子で構成するこ
とも可能である。
【００４３】なお非球面の導入をより効果的に結像性能
に発揮させるには、非球面の非球面量をΔＡＳＰＨ、投
影光学系の物像間距離をＬとしたときに、 ｜△ＡＳＰＨ／Ｌ｜＞１×１０-6 ‥‥‥（１） の式を満足させるとなお良い。
【００４４】条件（１）式は非球面量に関して規定する
もので、この下限を越えると、良好な結像性能を得るた
めに非球面を用いたとしても非球面の効果が十分に発揮
されなくなる。例えば物像間距離を１０００ｍｍ、使用
波長を１９３ｎｍとすると条件式（１）から△ＡＳＰＨ
＝０．００１ｍｍとなりニュートンリング約１０本分に
相当する。
【００４５】これは投影露光系に用いる非球面としては
十分に大きな値である。さらに、より効果的に非球面を
使用するには、前述の条件式（１）は ｜△ＡＳＰＨ／Ｌ｜＞１×１０-5‥‥‥（１ｂ） として、非球面量を大きくするとよい。
【００４６】又、次の条件式のうち少なくとも１つを満
足させるのが良い。
【００４７】（イ−１）前記投影光学系は正の屈折力の
レンズ群と負の屈折力のレンズ群から成る複数のレンズ
群を有し、該投影光学系の物像間距離をＬ、各負レンズ
群のパワーの総和をφｏとしたとき ｜Ｌ×φｏ｜＞１７ ‥‥‥（２） を満足すること。
【００４８】（イ−２）前記非球面は軸上マージナル光
線の高さをｈ、最軸外主光線の高さをｈb としたとき、
物体面から順に ｜ｈb ／ｈ｜＞０．３５ ‥‥‥（３） を満足する面に設けられていること。
【００４９】（イ−３）前記非球面は、投影光学系の最
大有効径をｈｍａｘ、各面の有効径をｈｅａとしたとき ｈｅａ／ｈｍａｘ＞０．７０ ‥‥‥（４） を満足する面に設けられていること。
【００５０】 （イ−４） ｜△ＡＳＰＨ／Ｌ｜＜１．０×０．０２ ‥‥‥（１ａ） を満足することを特徴としている。
【００５１】（イ−５） ｜Ｌ×φｏ｜＜７０ ‥‥‥（２ａ） を満足すること。
【００５２】（イ−６） ｜ｈb ／ｈ｜＜１５ ‥‥‥（３ａ） を満足すること。
【００５３】（イ−７） 前記非球面は投影光学系の最
大有効径をｈｍａｘ、各面の有効径をｈｅａとしたとき ｈｅａ／ｈｍａｘ≦１．０ ‥‥‥（４ａ） を満足する面に設けられていること。
【００５４】本発明の投影光学系は光学系全体のパワー
分担を適切に設定する為に条件（２）式のように、レン
ズ系の物像間距離Ｌと各負レンズ群（凹レンズ群）のパ
ワーの総和φｏの積を規定している。
【００５５】一般的に物像間距離Ｌが長くなると各凹レ
ンズ群のパワーの総和φｏも小さくなり、逆に物像間距
離Ｌが短くなると各凹レンズ群のパワーの総和φｏは大
きくなる。
【００５６】本発明においてはそれらの積が１７以上と
することにより、凹レンズ群のパワーを大きく設定し、
主に像面湾曲、非点収差を良好に補正する手段としてい
る。
【００５７】条件（２）式の下限を越えると、ペッツバ
ール和が正の方向へ大きくなるため、像面湾曲、非点収
差を良好に補正することが困難になってくる。
【００５８】条件（３）式は、非球面を導入するに際
し、適切な面を規定している。従来から縮小投影光学系
においては、テレセントリック性を保ちつつも、歪曲収
差、像面湾曲、非点収差、加えて、メリディオナルとサ
ジタルの横収差を各々良好に補正するのは非常に困難で
あった。
【００５９】というのは、テレセントリック性、歪曲収
差、像面湾曲、非点収差はどれも光束中心を通る主光線
に関する収差量であり、それらの収差等はレンズ系全体
を通して主光線高が高い物体側のレンズ配置、レンズ形
状に依存しているが、物体上のすべての物点からの主光
線に対しテレセントリック性を維持しつつも、歪曲収
差、像面湾曲、非点収差を補正するように同じ主光線を
屈折させるというのが、相当な困難を伴っていたことに
よる。
【００６０】またレンズ面上でメリディオナルの下側光
線は、主光線よりもさらに高い位置で屈折されているた
め、メリディオナルの横収差とそれら主光線に関する収
差とのバランスが難しい。同時に通常は像高が高くなる
につれてアンダー傾向の像面湾曲を補正しようとする
と、凹レンズで強く屈折させることになるが、そうする
と今度は高い像高のサジタルの横収差の周辺部（サジタ
ルハロ）がさらにオーバーに変化してしまい、良好にバ
ランスさせることが難しくなってしまう。
【００６１】このような状況で高ＮＡ化、広い露光領域
の確保は、物体側光束と像高のさらなる拡大を意味し、
収差補正の困難さが増幅されてしまう。
【００６２】そこで本発明においては、条件（３）式を
満足するように軸外主光線に影響の大きな面を非球面と
することにより、上記の改善されるべき収差を重点的に
効果的に補正することにより、他の収差補正の負担を軽
減し、良好な光学性能を実現している。
【００６３】この条件（３）式の下限を越えると軸外主
光線よりも軸上マ−ジナル光線への影響が増大してくる
ため、上記の改善されるべき収差の補正効果が低減して
しまい、高ＮＡ化、広い露光領域の確保が難しくなって
しまう。
【００６４】条件（４）式は加工面の裏面が平面である
非球面を導入するのに有効な面を規定している。有効径
の大きいレンズに非球面を導入する場合、その加工が、
より困難であるとともに軸出しや調整も容易ではない。
従って（４）式を満足するように光学系の最大有効径と
の比が大きい面に、加工面の裏面が平面である非球面を
導入することにより非球面レンズの加工、調整等をより
容易にすることができる。この条件（４）式の加減を越
えると、加工面の裏面が平面である非球面が導入された
面の有効径は最大有効径に対してかなり小さくなるた
め、上述した効果は低減してしまう。
【００６５】尚、前述の条件式（１ａ）〜（４ａ）を満
足しないと、前述の条件式（１）〜（４）と同様に良好
なる収差補正が難しくなってくる。
【００６６】条件式（１ａ）の上限を越えると、負屈折
力を有する負レンズ群のパワーが大きくなりすぎる為ペ
ッツバール和が補正過剰となり主に像面湾曲、非点収差
を良好に補正することが困難になる。
【００６７】また、正屈折力を有する正レンズ群のレン
ズ径が大きくなったり、レンズ枚数が増加してしまう。
【００６８】条件式（２ａ）の上限を越えると、物体面
に対してレンズが近づきすぎて作動距離が確保できなく
なる。また、投影光学系の倍率が極端に小さい場合に
は、上記条件式を超えても作動距離は確保できる場合が
あるが、このように倍率が極端に小さくなる光学系はリ
ソグラフィ用としては実用的ではない。
【００６９】条件式（３ａ）の上限を超えると、非球面
量が大きくなりすぎる為レンズの加工時間が増大してし
まう。また、非球面にて発生する高次収差が大きくなり
収差補正を良好に行なうことが難しくなってしまう場合
がある。
【００７０】次に本発明の投影光学系の各数値実施例の
特徴について説明する。図１の数値実施例１は、物体側
より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、負の
屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力を有する
第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ
４により構成されている。
【００７１】第１レンズ群Ｌ１は物体側より順に、像側
に凹面を向けた平凹形状の非球面負レンズ、両凸形状の
正レンズ、物体側に凸面を向けた平凸形状の非球面正レ
ンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の２枚の正
レンズを配置している。最も物体側に負レンズを配置
し、その後４枚の正レンズを配置することで、レトロフ
ォーカスタイプとしている。
【００７２】そしてこのような配置を取ることにより、
物体面と第１レンズ群Ｌ１の第１面との間隔を効果的に
縮めることが可能となり、光学系をコンパクトに構成す
ることができるとともに、非点収差、像面湾曲の劣化を
補正している。
【００７３】又、第１レンズ群Ｌ１中の負レンズを配置
することで、第４レンズ群Ｌ４との対称性を良くし、歪
曲収差を良好に補正している。又、主に歪曲収差及び非
点収差をより良好に補正するために非球面を用いてい
る。
【００７４】第２レンズ群Ｌ２は、物体側より順に物体
側に凹面を向けた平凹形状の非球面負レンズ、両凹形状
の負レンズ、物体側に凹面を向けた平凹形状の非球面負
レンズ、の３枚の負レンズにより構成している。
【００７５】本実施例のように複数枚の負レンズを配置
することでペッツバール和を良好に補正するとともに、
非球面レンズを配置することで、強い負のパワーを有す
る第２レンズ群Ｌ２において主に非点収差や球面収差を
補正している。
【００７６】第３レンズ群Ｌ３は、第２レンズ群Ｌ２か
らの発散光束を収束光或いは平行光束に近い状況にする
ために正の屈折力を有する。物体側から順に両凸形状の
正レンズ、両凸形状の非球面正レンズ、両凸形状の正レ
ンズ、により構成している。
【００７７】この第３レンズ群Ｌ３の強い正の屈折力に
より、第４レンズ群Ｌ４への光線の入射高を抑えること
で、第４レンズ群Ｌ４における高次収差の発生を抑えて
いる。又、第２レンズ群Ｌ２の屈折力をも強くすること
ができ、第２レンズ群Ｌ２による像面湾曲の補正を良好
に行なうことができる。更に、この第３レンズ群Ｌ３の
強い屈折力により、強い負の球面収差が発生する。これ
を補正するために非球面を導入している。
【００７８】第４レンズ群Ｌ４は、像側においてテレセ
ントリック光学系を構成するために、正の屈折力を有し
ている。そして、物体側より順に、物体側に凸面を向け
た平凸形状の非球面正レンズ、物体側に凸面を向けたメ
ニスカス形状の正レンズ、像側に凹面を向けたメニスカ
ス形状の非球面正レンズ、物体側に凸面を向けたメニス
カス形状の正レンズ、及び、像側に凹面を向けた平凹形
状の非球面負レンズ、物体側に凸面を向けた平凸形状の
非球面正レンズ、により構成している。
【００７９】特に、ＮＡが０．６５である光束に対し
て、球面収差やコマ収差を十分に補正できるように非球
面レンズを配置している。又、像面付近に非球面を配置
することで、歪曲収差やコマ収差を良好に補正してい
る。
【００８０】尚、本実施例では、非球面レンズの非球面
加工面の裏面が平面であるレンズを７枚使用し、非球面
加工面の裏面が球面であるレンズを２枚使用している。
【００８１】図３に示す数値実施例２の具体的なレンズ
構成は、図１の数値実施例１に比べて、全ての非球面レ
ンズの非球面加工面の裏面が平面であること、及び、第
１レンズ群Ｌ１の構成が物体側より順に、像側に凹面を
向けた平凹形状の非球面負レンズ、物体側に凹面を向け
たメニスカス形状の正レンズ、両凸形状の正レンズ、物
体側に凸面を向けた平凸形状の非球面正レンズを配置し
ている点で異なる。
【００８２】又、第２レンズ群Ｌ２は、物体側より順
に、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズ、像
側に凹面を向けた平凹形状の非球面負レンズ、両凹形状
の負レンズ、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負
レンズ、の４枚の負レンズにより構成している。
【００８３】第２レンズ群Ｌ２の焦点距離がより短くな
るように構成されていて良好にペッツバール和の補正を
行なっている。又、第３レンズ群Ｌ３は、物体側から順
に像側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ、像側
に凸面を向けた平凸形状の非球面正レンズ、両凸形状の
正レンズにより構成している。
【００８４】更に、第４レンズ群Ｌ４は、物体側より順
に、物体側に凸面を向けた平凸形状の２枚の非球面正レ
ンズ、像側に凹面を向けたメニスカス形状の２枚の正レ
ンズ、像側に凹面を向けた負レンズ、物体側に凸面を向
けた平凸形状の非球面正レンズ、により構成している。
【００８５】図５に示す数値実施例３は物体側より順
に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力
を有する第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力を有する第３レ
ンズ群Ｌ３、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４、正
の屈折力を有する第５レンズ群Ｌ５、正の屈折力を有す
る第６レンズ群Ｌ６により構成されている。
【００８６】この数値実施例３のレンズ構成は、強い負
レンズ群を光学系中に２つ有している点で数値実施例
１，２とは異なる。
【００８７】第１レンズ群Ｌ１は、物体側より順に、像
側に凸面を向けた平凸形状の正レンズ、物体側に凸面を
向けた平凸形状の非球面正レンズ、により構成されてい
る。非球面を用いることで、主にテレセン性を確保しつ
つ歪曲収差等を良好に補正している。
【００８８】第２レンズ群Ｌ２は、物体側より順に、像
側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズ、像側に凹
面を向けた平凹形状の非球面負レンズ、両凹形状の負レ
ンズにより構成している。
【００８９】この第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４
は主にペッツバール和を補正している。
【００９０】第３レンズ群Ｌ３は、物体側より順に、像
側に凸面を向けた平凸形状の非球面正レンズ、及び２枚
の両凸形状の正レンズにより構成している。第４レンズ
群Ｌ４は、物体側より順に、像側に凹面を向けた平凹形
状の非球面負レンズ、両凹形状の負レンズ、より構成し
ている。この非球面により主にサジタルコマフレア等を
良好に補正している。第５レンズ群Ｌ５は、物体側より
順に、像側に凸面を向けた平凸形状の非球面正レンズ、
両凸形状の正レンズ、により構成している。
【００９１】このレンズ群で発生する強い負の球面収差
を非球面にて主に補正している。第６レンズ群Ｌ６は、
物体側より順に、物体側に凸面を向けた平凸形状の非球
面正レンズ、像側に凹面を向けたメニスカス形状の正レ
ンズ、像側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズ、及
び像側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面レンズ、
より構成している。最後の面の非球面は主にコマ収差と
歪曲収差とのバランスを良好に補正している。
【００９２】尚、本実施例では、非球面レンズの非球面
加工面の裏面が平面であるレンズを６枚使用し、非球面
加工面の裏面が球面であるレンズを１枚使用している。
【００９３】図７に示す数値実施例４は物体側より順
に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力
を有する第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力を有する第３レ
ンズ群Ｌ３、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４、正
の屈折力を有する第５レンズ群Ｌ５より構成している。
【００９４】この数値実施例４は、数値実施例３と同様
に、光学系中に強い負レンズを２つ有している点で、数
値実施例１，２とは異なる。そして、数値実施例３と比
較して、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離が長く、かつ第３
レンズ群Ｌ３の横倍率がより等倍（−１倍）に近いＰｏ
ｗｅｒ配置を有している点、等において異なる。
【００９５】具体的に第１レンズ群Ｌ１は、物体側より
順に、両凸形状の非球面正レンズ、像側に凹面を向けた
メニスカス形状の負レンズ、両凸形状の正レンズ、より
なる。又、第２レンズ群Ｌ２は、物体側より順に、像面
に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズ、像面に凹面
を向けた平凹形状の非球面負レンズ、両凹形状の負レン
ズ、よりなる。又、第３レンズ群Ｌ３は、物体側より順
に像側に凸面を向けた平凸形状の正レンズ、３枚の両凸
形状の正レンズ、より構成している。
【００９６】第４レンズ群Ｌ４は、両凹形状の負レン
ズ、両凹形状の非球面負レンズ、よりなる。更に、第５
レンズ群Ｌ５は、物体側より順に、像側に凸面を向けた
平凸形状の非球面正レンズ、両凸形状の正レンズ、物体
側に凸面を向けた平凸形状の非球面正レンズ、像側に凹
面を向けた２枚のメニスカス形状の正レンズ、像側に凹
面を向けたメニスカス形状の負レンズ、物体側に凸面を
向けた平凸形状の非球面正レンズ、より構成している。
【００９７】尚、本実施例では、非球面レンズの非球面
加工面の裏面が平面であるレンズを５枚使用し、非球面
加工面の裏面が球面であるレンズを２枚使用している。
【００９８】図９に示す数値実施例５は図５の数値実施
例３に比べて非球面レンズが、全て非球面加工面の裏面
が平面より成っている点が異なっているだけである。
又、群構成については数値実施例３と同様に６群構成で
あるが、具体的なレンズ構成が異なる。
【００９９】特に第２レンズ群Ｌ２は、物体側より順に
像側に凹面を向けた平凹形状の非球面負レンズ、両凹形
状の負レンズ、よりなる。又、第３レンズ群Ｌ３は、物
体側より順に像側に凸面を向けた平凸形状の非球面レン
ズ、両凸形状の２枚の正レンズ、像側に凹面を向けたメ
ニスカス正レンズよりなる。
【０１００】又、第６レンズ群Ｌ６は物体側に凸面を向
けた平凸形状の非球面正レンズ、両凸形状の正レンズ、
像側に凹面を向けたメニスカス凸レンズ、より構成して
いる。
【０１０１】図１１に示す数値実施例６は物体側より順
に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力
を有する第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力を有する第３レ
ンズ群Ｌ３、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４、正
の屈折力を有する第５レンズ群Ｌ５、負の屈折力を有す
る第６レンズ群Ｌ６、正の屈折力を有する第７レンズ群
Ｌ７、により構成している。
【０１０２】この数値実施例６のレンズ構成は、強い負
レンズ群を光学系中に３つ有している点で、数値実施例
１〜５とは異なる。このような配置により、負の屈折力
を有する群の屈折力を分散させることによって、ペッツ
バール和を良好に補正している。
【０１０３】第１レンズ群Ｌ１は、物体側より順に、像
側に凸面を向けた平凸形状の非球面正レンズ、両凸形状
の正レンズよりなる。又第２レンズ群は物体側より順に
両凹形状の負レンズ、凹面を像側に向けた平凹形状の非
球面負レンズ、よりなる。又、第３レンズ群Ｌ３は、物
体側より順に、像側に凸面を向けた平凸形状の非球面正
レンズ、両凸形状の正レンズ、よりなる。
【０１０４】更に第４レンズ群Ｌ４は、物体側より順
に、両凹形状の負レンズ、物体側に凹面を向けた平凹形
状の非球面負レンズ、よりなる。第５レンズ群Ｌ５は、
物体側より順に、像側に凸面を向けた平凸形状の非球面
正レンズ、両凸形状の２枚の正レンズ、よりなる。第６
レンズ群Ｌ６は、物体側より順に、両凹形状の負レン
ズ、物体側に凹面を向けた平凹形状の非球面負レンズ、
よりなる。
【０１０５】更には、第７レンズ群Ｌ７は、物体側より
順に、像側に凸面を向けた平凸形状の正レンズ、像側に
凸面を向けた平凸形状の非球面正レンズ、両凸形状の正
レンズ、物体側に凸面を向けた平凸形状の正レンズ、像
側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズ、両凹形状
の負レンズ、物体側に凸面を向けた平凸形状の非球面正
レンズ、より構成している。
【０１０６】尚、本実施例では、全ての非球面レンズの
非球面加工面の裏面を平面としている。
【０１０７】図１３に示す数値実施例７は数値実施例６
と同様にレンズ群の構成が同じ７群であるが。具体的な
レンズの構成が異なる。第２レンズ群Ｌ２は、物体側よ
り順に像側に凹面を向けた平凹形状の２枚の非球面負レ
ンズによりなる。
【０１０８】又、第４レンズ群Ｌ４は、物体側より順
に、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両
凹形状の負レンズ、物体側に凹面を向けた平凹形状の非
球面負レンズ、よりなる。又、第５レンズ群Ｌ５は、物
体側より順に、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の
正レンズ、両凸形状の正レンズ、物体側に凸面を向けた
平凸形状の非球面正レンズ、よりなる。
【０１０９】第６レンズ群Ｌ６は、両凹形状の２枚の負
レンズよりなる。更には、第７レンズ群Ｌ７は、物体側
より順に、像側に凸面を向けた平凸形状の非球面正レン
ズ、両凸形状の２枚の正レンズ、像側に凹面を向けたメ
ニスカス形状の正レンズ、物体側に凸面を向けた平凸形
状の非球面正レンズ、より構成している。
【０１１０】尚、数値実施例６，７において用いられて
いる非球面レンズの非球面加工面の裏面は全て平面にて
構成されているが、全てが平面でなくても構わない。
【０１１１】又、以上の数値実施例において、非球面形
状に関する円錐定数ｋをゼロとしたが、円錐定数を変数
にとって設計しても構わない。
【０１１２】更に、今回の実施例は、硝材としてすべて
石英レンズを用いたが、蛍石を用いても構わない。即
ち、蛍石と石英を両方とも用いることで、色収差を小さ
く補正することが可能になる。又、蛍石だけで構成して
も構わない。又は硝材に限定されない。
【０１１３】更に、今回は露光光源として１９３ｎｍの
ＡｒＦ波長を用いたが、ＫｒＦ波長或いは、Ｆ２レーザ
ー波長等の別の波長でも構わない。
【０１１４】又、以上のように色々な光学系のタイプを
実施例として示したが、非球面の加工面の裏面が平面で
ある非球面レンズを用いている光学系であれば、上述し
たタイプに限定されることない。
【０１１５】以上の様に、非球面を用いることによって
レンズ枚数を大幅に削減し、かつ高い開口数を有する光
学系が達成できるとともに、その非球面の加工面の裏面
を平面とすることで加工・調整も容易な非球面投影光学
系を得ることができる。
【０１１６】以下に、上記の数値実施形態の構成諸元を
示す。数値実施形態において、ｒｉは物体側より順に第
ｉ番目のレンズ面の曲率半径、ｄｉは物体側より順に第
ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、Ｎｉは物体側より順に
第ｉ番目のレンズの硝子の屈折率を示すものとする。
尚、露光波長１９３ｍｍに対する石英の屈折率は１．５
６０２とする。
【０１１７】また、非球面の形状は次式、
【０１１８】
【数１】
【０１１９】にて与えられるものとする。ここに、Ｘは
レンズ頂点から光軸方向への変位量、Ｈは光軸からの距
離、ｒｉは曲率半径、ｋは円錐定数、Ａ，．．．，Ｇは
非球面係数である。
【０１２０】又前述の各条件式と数値実施例との関係を
表１〜表７に示す。
【０１２１】
【外１】
【０１２２】
【外２】
【０１２３】
【外３】
【０１２４】
【外４】
【０１２５】
【外５】
【０１２６】
【外６】
【０１２７】
【外７】
【０１２８】
【表１】
【０１２９】
【表２】
【０１３０】
【表３】
【０１３１】
【表４】
【０１３２】
【表５】
【０１３３】
【表６】
【０１３４】
【表７】
【０１３５】図１６は本発明の投影光学系を用いた半導
体デバイスの製造システムの要部概略図である。本実施
形態はレチクルやフォトマスクなどに設けた回路パター
ンをウエハ（感光基板、第２物体）上に焼き付けて半導
体デバイスを製造するものである。システムは大まかに
投影露光装置、マスクの収納装置、原板の検査装置、コ
ントローラとを有し、これらはクリーンルームに配置さ
れている。
【０１３６】同図において、１は光源であるエキシマレ
ーザ、２はユニット化された照明光学系であり、これら
によって露光位置Ｅ．Ｐ．にセットされたレチクル（マ
スク、第１物体）３を上部から所定のＮＡ（開口数）で
照明している。９０９は例えば数値実施例１〜７の投影
光学系であり、レチクル３上に形成された回路パターン
（物体）をシリコン基板などのウエハ７上に投影して焼
き付けする。
【０１３７】９００はアライメント系であり、露光動作
に先立ってレチクル３とウエハ７とを位置合わせする。
アライメント系９００は少なくとも１つのレチクル観察
用顕微鏡系を有している。９１１はウエハステージであ
る。以上の各部材によって投影露光装置を構成してい
る。
【０１３８】９１４はマスクの収納装置であり、内部に
複数のマスクを収納している。９１３はマスク状の異物
の有無を検出する検査装置である。この検査装置９１３
は選択されたマスクが収納装置９１４から引き出されて
露光位置Ｅ．Ｐ．にセットされる前にマスク上の異物検
査を行っている。
【０１３９】コントローラ９１８はシステム全体のシー
ケンスを制御しており、収納装置９１４、検査装置９１
３の動作指令、並びに投影露光装置の基本動作であるア
ライメント・露光・ウエハのステップ送り等のシーケン
スを制御している。
【０１４０】以下、本システムを用いた半導体デバイス
の製造方法の実施形態を説明する。図１７は半導体デバ
イス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或いは液晶パネ
ルやＣＣＤ等）の製造フローを示す。
【０１４１】ステップ１（回路設計）では半導体デバイ
スの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）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。
【０１４２】一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
【０１４３】次のステップ５（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。
【０１４４】ステップ６（検査）ではステップ５で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
などの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【０１４５】図１８は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。
【０１４６】ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
ちこみ）ではウエハにイオンを打ちこむ。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼き付け露光する。
【０１４７】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）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。
【０１４８】本実施形態の製造方法を用いれば、従来は
製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製
造することができる。
【０１４９】尚、以上の実施形態の投影露光装置はレチ
クル３上の回路パターンを１度でウエハ上に露光する投
影露光装置であったが、これに代えてレーザー光源から
の光を照明光学系を介してレチクル３の一部分に照射
し、該レチクル３上の回路パターンを投影光学系でウエ
ハ７上にレチクル３とウエハ７の双方を投影光学系の光
軸と垂直方向に該投影光学系に対応させて走査して投影
・露光する所謂走査型の投影露光装置としても良い。
【０１５０】
【発明の効果】本発明によれば、構成レンズ枚数が少な
くかつ高解像力と広い露光領域を確保しつつ、非球面レ
ンズの加工、調整も容易な投影光学系及びそれを用いた
投影露光装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投影光学系の数値実施例１のレンズ断
面図
【図２】本発明の投影光学系の数値実施例１の諸収差図
【図３】本発明の投影光学系の数値実施例２のレンズ断
面図
【図４】本発明の投影光学系の数値実施例２の諸収差図
【図５】本発明の投影光学系の数値実施例３のレンズ断
面図
【図６】本発明の投影光学系の数値実施例３の諸収差図
【図７】本発明の投影光学系の数値実施例４のレンズ断
面図
【図８】本発明の投影光学系の数値実施例４の諸収差図
【図９】本発明の投影光学系の数値実施例５のレンズ断
面図
【図１０】本発明の投影光学系の数値実施例５の諸収差
図
【図１１】本発明の投影光学系の数値実施例６のレンズ
断面図
【図１２】本発明の投影光学系の数値実施例６の諸収差
図
【図１３】本発明の投影光学系の数値実施例７のレンズ
断面図
【図１４】本発明の投影光学系の数値実施例７の諸収差
図
【図１５】非球面の機械加工による加工方法を示す模式
図
【図１６】本発明の半導体デバイスの製造システムの要
部ブロック図
【図１７】本発明の半導体デバイスの製造方法のフロー
チャート
【図１８】本発明の半導体デバイスの製造方法のフロー
チャート
【符号の説明】
Ｌｉ 第ｉ群 ＩＰ 像面 ＳＰ 絞り Ｍ メリディオナル像面 Ｓ サジタル像面 Ｙ 像高 １ エキシマレーザ ２ 照明光学系 ３ レチクル（物体） ７ ウエハ ９０９ 投影光学系 ９００ アライメント光学系 ９１１ ウエハステージ ９１８ コントローラ ９１４ 収納装置 ９１３ 検査装置
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年６月１２日（２０００．６．１
２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の投影光
学系は、第１の物体の像を第２の物体上に投影する投影
光学系において、該投影光学系は少なくとも１つの非球
面レンズを有し、該非球面レンズは、一方の面が非球面
で、他方の面が平面であることを特徴としている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 弘之 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H087 KA21 LA01 NA02 NA04 PA15 PA17 PB15 PB16 PB17 PB19 PB20 QA01 QA02 QA05 QA06 QA13 QA14 QA18 QA21 QA22 QA25 QA26 QA32 QA33 QA41 QA42 QA45 RA05 RA12 RA13 RA32 UA03 UA04 5F046 BA04 CA04 CA08 CB12 CB25

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の物体の像を第２の物体上に投影す
    る投影光学系において、該投影光学系は少なくとも１つ
    の非球面レンズを有し、該非球面レンズの全ては、一方
    の面が非球面で、他方の面が平面であることを特徴とす
    る投影光学系。
  2. 【請求項２】 第１の物体の像を第２の物体上に投影す
    る投影光学系において、該投影光学系は一方の面が非球
    面で、他方の面が平面の非球面レンズを有し、該投影光
    学系の物像間距離をＬ、該非球面の非球面量を△ＡＳＰ
    Ｈとしたとき ｜△ＡＳＰＨ／Ｌ｜＞１×１０-6 を満足することを特徴とする投影光学系。
  3. 【請求項３】 前記投影光学系が有する非球面レンズは
    全て一方の面が非球面で他方の面が平面であることを特
    徴とする請求項２の投影光学系。
  4. 【請求項４】 前記投影光学系は正の屈折力のレンズ群
    と負の屈折力のレンズ群から成る複数のレンズ群を有
    し、該投影光学系の物像間距離をＬ、各負レンズ群のパ
    ワーの総和をφｏとしたとき ｜Ｌ×φｏ｜＞１７ （φｏ＝Σφｏｉ φｏｉは第ｉ負群のパワー） を満足することを特徴とする請求項１，２又は３の投影
    光学系。
  5. 【請求項５】 前記非球面は軸上マージナル光線の高さ
    をｈ、最軸外主光線の高さをｈb としたとき、物体面か
    ら順に ｜ｈb ／ｈ｜＞０．３５ を満足する面に設けられていることを特徴とする請求項
    １，２，３又は４の投影光学系。
  6. 【請求項６】 前記非球面は、投影光学系の最大有効径
    をｈｍａｘ、各面の有効径をｈｅａとしたとき ｈｅａ／ｈｍａｘ＞０．７０ を満足する面に設けられていることを特徴とする請求項
    １，２，３，４又は５の投影光学系。
  7. 【請求項７】｜△ＡＳＰＨ／Ｌ｜＜０．０２ を満足することを特徴とする請求項２から６のいずれか
    １項の投影光学系。
  8. 【請求項８】｜Ｌ×φｏ｜＜７０ を満足することを特徴とする請求項３から７のいずれか
    １項の投影光学系。
  9. 【請求項９】｜ｈb ／ｈ｜＜１５ を満足することを特徴とする請求項４から８のいずれか
    １項の投影光学系。
  10. 【請求項１０】 前記非球面は投影光学系の最大有効径
    をｈｍａｘ、各面の有効径をｈｅａとしたときｈｅａ／
    ｈｍａｘ≦１．０ を満足する面に設けられていることを特徴とする請求項
    １から９のいずれか１項の投影光学系。
  11. 【請求項１１】 請求項１から１０のいずれか１項記載
    の投影光学系を用いてレチクル面のパターンを感光基板
    にステップアンドリピート方式又はステップアンドスキ
    ャン方式で投影していることを特徴とする投影露光装
    置。
  12. 【請求項１２】 請求項１から１０のいずれか１項の投
    影光学系を用いてレチクル面上のパターンをウエハ面上
    に投影露光した後、該ウエハを現像処理工程を介してデ
    バイスを製造していることを特徴とするデバイスの製造
    方法。
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