JP2006078592A

JP2006078592A - 投影光学系及びそれを有する露光装置

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Publication number: JP2006078592A
Application number: JP2004260056A
Authority: JP
Inventors: Takaharu Nurishi; 塗師　　隆治
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】結像倍率を増大してマスク製作コストを低減することが可能な、色収差の小さい投影光学系及びそれを有する露光装置を提供する。
【解決手段】物体側からの光路順に、少なくとも正の第１反射面、負の第２反射面、正の第３反射面で構成される投影光学系において、少なくとも前記第１反射面及び前記第３反射面は非球面であり、結像倍率をβとし、前記第ｎミラーの屈折力をφｎとしたとき、β＞１．０、及び、｜Σφｎ｜＜０．１を満たすことを特徴とする投影光学系を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般には投影光学系及びそれを有する露光装置に係り、特に、液晶ディスプレイ（以下、「ＬＣＤ」と呼ぶ）用のガラス基板などの比較的大画面の被露光体を投影露光する反射型及び反射屈折型投影光学系に関する。

近年、ＴＶやパーソナルコンピュータなどの表示素子としてＬＣＤが多く使われるようになり、更なる大画面化が要求されてきている。ＬＣＤはフォトリソグラフィーの手法を用いてガラス基板上に透明薄膜電極をパターン形成して製造される。フォトリソグラフィーに用いられる投影光学系としては、特許文献１及び２に開示されているように、ミラーを用いた等倍光学系が知られており、収差補正されたスリット状の領域に対し物体面（マスク）と像面（ガラス基板）が走査することにより像が形成される。

特許文献１では、基本的にマスクパターンを凸と凹の２枚のミラーにより等倍結像させている。投影に寄与する領域は光軸外で同一像高の円弧状の領域である。投影光学系を色分解光学系に結像させるためのリレーレンズとして使用する場合に、特許文献３は色収差及び球面収差を補正している。特許文献２は、等倍の小型の光学系を複数個並べたマルチレンズ光学系を構成することにより露光領域を確保している。
特開昭５２−５５４４号公報特開平７−５７９８６号公報特開平１０−３１１５８号公報

しかし、従来の投影光学系はいずれも等倍系であるために、焼き付けサイズと同じ大きさのマスクが必要であり、大画面化に伴ってマスク製作コストが著しく増大するという問題点があった。

そこで、本発明は、結像倍率を増大してマスク製作コストを低減することが可能な投影光学系及びそれを有する露光装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての投影光学系は、物体側からの光路順に、少なくとも正の第１反射面、負の第２反射面、正の第３反射面で構成される投影光学系において、少なくとも前記第１反射面及び前記第３反射面は非球面であり、結像倍率をβとし、前記第ｎミラーの屈折力をφｎとしたとき、β＞１．０、及び、｜Σφｎ｜＜０．０１を満たすことを特徴とする。かかる投影光学系を有することを特徴とする露光装置も本発明の一側面を構成する。

本発明の別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、露光された前記被露光体を現像するステップとを有することを特徴とする。上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは例えば、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、結像倍率を増大してマスク製作コストを低減することが可能な投影光学系及びそれを有する露光装置を提供することができる。

本発明の一実施形態としての投影光学系は、物体側からの光路順に、少なくとも正の第１反射面、負の第２反射面、正の第３反射面で構成され、少なくとも前記第１反射面及び前記第３反射面は非球面であり、結像倍率をβとし、前記第ｎミラーの屈折力をφｎとしたとき、β＞１．０、及び、｜Σφｎ｜＜０．１、好ましくは、｜Σφｎ｜＜０．０１を満足する。

かかる式は、投影光学系を拡大系とした上で結像性能を良好にするための条件である。ペッツバール条件及び両テレセン条件を満たすことのできる最小限の系は、正の屈折力の第１群、負の屈折力の第２群、正の屈折力の第３群で構成された、いわゆるトリプレットである。全系のペッツバール和Ｐは以下の式で表される。

ここで、反射系の場合、Ｎｎ＝−１である。
また、タンジェンシャル像面湾曲△Ｍ、サジタル像面湾曲△Ｓは、非点収差係数をIII、画角をωとして、各々以下の式で表される。

従って、｜Σφｎ｜が０に近づけば近づくほど像面がフラットになり、像面湾曲及び非点収差が減少する。上記条件式を満たすことによりミラーのみでペッツバール条件を満たして像面湾曲及び非点収差を抑制することができる。また、第１反射面と第３反射面を非球面とすることにより、拡大系としてもコマ収差を良好に補正することができる。等倍系では第１反射面と第３反射面の曲率は同一に設定されてコマ収差をキャンセルしているが、拡大系では両者の曲率が異なるためにコマ収差をキャンセルするために非球面にしなければならない。

また、軸外主光線入射高がゼロとなる光軸上の位置をＰとしたとき、Ｐは第１反射面から第２反射面間の光路中に存在することが好ましい。これは、瞳位置を適切に設定することにより光束分離を容易とし、かつ結像性能を良好とするための条件である。瞳位置を第２反射面として拡大系を構成した場合、像側に対し物体側のエレメントが近接して光束分離が困難となってくる。従って、瞳位置を第１反射面側に移動することにより物体側の光束分離を容易としている。また、第２反射面での軸外主光線入射高がゼロでなくなるので、非点収差・像面湾曲に対し補正効果を持たせて良像範囲を拡大することができる。

また、最大物高をＲとするとき、｜Σφｎ｜×Ｒの値は、次式を満足することが好ましい。

また、次式を満足すると更に好ましい。

図１は本発明の数値実施例１の断面図を示している。図１において、Ｍ１は正の第１反射面としての凹面ミラー、Ｍ２は負の第２反射面としての凸面ミラー、Ｍ３は正の第３反射面としての凹面ミラーである。Ｏは物体面、Ｉは像面を表しており、光束はＯから順にＭ１、Ｍ２、Ｍ３を通り、Ｉで結像する。図２に本数値実施例の縦収差図を、図３に本数値実施例の物高１９９．９８ｍｍ，２００ｍｍ，２００．０２ｍｍ（最大物高、以下Ｒと記す）における横収差図を示す。また、表１に、数値実施例１の各条件式に対応する数値を示す。表１から、数値実施例１は各条件式を満たしており、マスク製作コストを低減可能な反射型投影光学系を達成している。なお、Ｏ〜Ｍ１間、Ｍ１〜Ｍ２間、Ｍ３〜Ｉ間等にメニスカスレンズ、非球面レンズ等を導入することにより、像面補正を更に良好とすることも可能である。

非球面式は以下で与えられる。

光学系の結像倍率をβ、第ｎミラーの屈折力φｎは次の表で与えられる。

数値実施例１の各条件式の値

図４は本発明の数値実施例２の断面図を示している。図４において、Ｍ１は正の第１反射面としての凹面ミラー、Ｍ２は負の第２反射面としての凸面ミラー、Ｍ３は正の第３反射面としての凹面ミラーである。Ｏは物体面、Ｉは像面を表しており、光束はＯから順にＭ１、Ｍ２、Ｍ３を通り、Ｉで結像する。Ｐは瞳位置であり、本実施例では第１反射面と第２反射面の間にあって物体側の光束分離を容易として、かつ像面湾曲・非点収差の補正をより良好としている。図５に本数値実施例の縦収差図を、図６に本数値実施例の物高２００ｍｍ，２００．５ｍｍ，２０１ｍｍ（最大物高）における横収差図を示す。また、表４に、数値実施例２の各条件式に対応する数値を示す。表４から、数値実施例２は各条件式を満たしており、マスク製作コストを低減可能な反射型投影光学系を達成している。なお、Ｏ〜Ｍ１間、Ｍ１〜Ｍ２間、Ｍ３〜Ｉ間等にメニスカスレンズ、非球面レンズ等を導入することにより、像面補正を更に良好とすることも可能である。

非球面式は数６と同様である。光学系の結像倍率をβ、第ｎミラーの屈折力φｎは次の表で与えられる。

図７は本発明の数値実施例３の断面図を示している。図７において、Ｍ１は正の第１反射面としての凹面ミラー、Ｍ２は負の第２反射面としての凸面ミラー、Ｍ３は正の第３反射面としての凹面ミラー、Ｌ１〜Ｌ２はレンズである。Ｏは物体面、Ｉは像面を表しており、光束はＯから順にＭ１、Ｌ１、Ｌ２、Ｍ２、Ｌ２、Ｌ１、Ｍ３を通り、Ｉで結像する。したがって、前記レンズＬ１〜Ｌ２は第１反射面から第２反射面への光束と、第２反射面から第３反射面への光束の両方が通ることとなる。図８に本数値実施例の縦収差図を、図９に本数値実施例の物高２５０ｍｍ，２７５ｍｍ，３００ｍｍ（最大物高）における横収差図を示す。また、表６に、数値実施例３の各条件式に対応する数値を示す。表６から、数値実施例３は各条件式を満たしており、マスク製作コストが低減可能な、反射屈折型投影光学系を達成している。なお、Ｏ〜Ｍ１間またはＭ１〜Ｉ間にメニスカスレンズ、非球面レンズ等を導入することにより、像面補正を更に良好とすることも可能である。

非球面式は次式で与えられる。

図１０は本発明の数値実施例４の断面図を示している。図１０において、Ｍ１は正の第１反射面としての凹面ミラー、Ｍ２は負の第２反射面としての凸面ミラー、Ｍ３は正の第３反射面としての凹面ミラー、Ｌ１〜Ｌ２はレンズである。Ｏは物体面、Ｉは像面を表しており、光束はＯから順にＭ１、Ｌ１、Ｌ２、Ｍ２、Ｌ２、Ｌ１、Ｍ３を通り、Ｉで結像する。従って、前記レンズＬ１〜Ｌ２は第１反射面から第２反射面への光束と、第２反射面から第３反射面への光束の両方が通ることとなる。図１１に本数値実施例の縦収差図を、図１２に本数値実施例の物高２５０ｍｍ，２７５ｍｍ，３００ｍｍ（最大物高）における横収差図を示す。また、表８に、数値実施例４の各条件式に対応する数値を示す。表８から、数値実施例４は各条件式を満たしており、マスク製作コストが低減可能な、反射屈折型投影光学系を達成している。なお、Ｏ〜Ｍ１間またはＭ１〜Ｉ間にメニスカスレンズ、非球面レンズ等を導入することにより、像面補正を更に良好とすることも可能である。

非球面式は数式７と同様である。光学系の結像倍率をβ、第ｎミラーの屈折力φｎは次の表で与えられる。

図１、４、７及び１０に示す構成を露光装置に適用した。物体面Ｏにマスクを配置し、像面Ｉに被露光体を配置した。被露光体はＬＣＤ用のガラスプレートからなる基板であり、基板面上には紫外光に反応するレジストが塗布されている。図１及び４では、投影光学系は光学部材Ｍ１乃至Ｍ３を含み、図４及び７では、これらに加えて光学部材Ｌ１及びＬ２を含む。マスクはマスクステージ（図示せず）に搭載され、マスクステージはステージ定盤（図示せず）に搭載されている。被露光体は基板ステージ（図示せず）に搭載され、基板ステージはステージ定盤（図示せず）に搭載されている。表２、４、６及び８に示すように、本実施例の投影光学系は倍率βとして２．０、１．１、１．５などを有するので、結像倍率を従来よりも増大してマスク製作コストを低減することができる。

露光装置は、更に図示しない照明系を有し、照明系からの円弧状の照明光束によってマスクを照明する。円弧状の照明光束はマスクの直前に円弧スリット状のアパーチャー（スリット開口）を設けるか、又は照明系中にマスクと光学的に共役な位置に同様のアパーチャー（スリット開口）を設けることにより得ることができる。露光装置は、マスクと被露光体とのアライメント機構（図示せず）や被露光体のフォーカス機構も（図示せず）備えている。

投影光学系は、円弧状の照明光束が照射されたマスクパターンを被露光体に投影する。マスクステージを所定の速度で走査すると同時に、この速度に投影光学系の結像倍率を乗じた速度で基板ステージを矢印の方向に走査することによって、マスク上の回路パターン全体を基板に転写している。制御系はマスクステージと基板ステージを同期させて走査を制御する。回路パターン全体の転写が終了すると、基板ステージを所定の量だけ移動、即ち、ステップして基板上の異なる多数の位置で上記と同様の方法でパターンの転写を繰り返す。

次に、上述の投影光学系を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。図１３は液晶パネルの製造のフローチャートである。本実施形態においてステップ１（アレイ設計工程）では液晶アレイの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製造工程）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。ステップ３（基板製造工程）ではガラス基板を製造する。ステップ４（アレイ製造工程）は前工程とも呼ばれ、用意したマスクとガラス基板とを用いてリソグラフィ技術によってガラス基板上に実際のアレイ回路を形成する。ステップ５（パネル製造工程）は後工程とも呼ばれ、別途工程で製造されているカラーフィルタと張合わされた後周辺部が封止され、液晶が注入される。ステップ６（検査工程）ではステップ５の後でタブやバックライト組み立てがされ、エージングが加えられた液晶パネルモジュールの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て液晶パネルが完成し、これがステップ７（出荷）される。

図１４はステップ４のアレイ製造工程の詳細なフローチャートである。まずステップ１１（薄膜形成前洗浄）ではガラス基板表面に薄膜を形成する前処理としての洗浄工程を実行する。ステップ１２（ＰＣＶＤ）ではガラス基板表面に薄膜を形成する。ステップ１３（レジスト塗布工程）ではガラス基板表面に所望のレジストを塗布し、ベーキングする。ステップ１４（露光工程）では前記説明した露光装置によってマスクのアレイ回路パターンを側ス基板上に焼付露光する。ステップ１５（現像工程）では露光したガラス基板を現像する。ステップ１６（エッチング工程）では現像したレジスト以外の部分を削り取る。ステップ１７（レジスト剥離工程）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な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。

以上示したように、物体側からの光路順に、少なくとも正の第１反射面、負の第２反射面、正の第３反射面で構成される反射型及び反射屈折型投影光学系において、所定の条件を満たすことによりマスク製作コストを低減可能な反射型及び反射屈折型投影光学系を達成することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の数値実施例１の断面図である。本発明の数値実施例１の縦収差図である。本発明の数値実施例１の物高１９９．９８ｍｍ，２００ｍｍ，２００．０２ｍｍにおける横収差図である。本発明の数値実施例２の断面図である。本発明の数値実施例２の縦収差図である。本発明の数値実施例２の物高２００ｍｍ，２００．５ｍｍ，２０１ｍｍにおける横収差図である。本発明の数値実施例３の断面図である。本発明の数値実施例３の縦収差図である。本発明の数値実施例３の物高２５０ｍｍ，２７５ｍｍ，３００ｍｍにおける横収差図である。本発明の数値実施例４の断面図である。本発明の数値実施例４の縦収差図である。本発明の数値実施例４の物高２５０ｍｍ，２７５ｍｍ，３００ｍｍにおける横収差図である。本発明の投影光学系を使用したデバイスの製造方法のフローチャートである。図１３に示すステップ４の詳細なフローチャートである。

符号の説明

Ｍ１第１反射面
Ｍ２第２反射面
Ｍ３第３反射面
Ｌ１第１レンズ
Ｌ２第２レンズ
Ｏ物体面
Ｉ像面

Claims

物体側からの光路順に、正の第１反射面、負の第２反射面、正の第３反射面を有する投影光学系において、少なくとも前記第１反射面及び前記第３反射面は非球面であり、結像倍率をβとし、前記第ｎミラーの屈折力をφｎとしたとき、β＞１．０、及び、｜Σφｎ｜＜０．１を満たすことを特徴とする投影光学系。
物体側からの光路順に、正の第１反射面、負の第２反射面、正の第３反射面を有する投影光学系において、少なくとも前記第１反射面及び前記第３反射面は非球面であり、結像倍率をβとし、前記第ｎミラーの屈折力をφｎとし、前記物体の最大物高をＲをするとき、β＞１．０、及び、１．０×１０⁻³＜｜Σφｎ｜×Ｒ＜０．５を満たすことを特徴とする投影光学系。
｜Σφｎ｜＜０．０１を満たすことを特徴とする請求項１記載の投影光学系。
軸外主光線入射高がゼロとなる光軸上の位置をＰとしたとき、前記Ｐは第１反射面から第２反射面間の光路中に存在することを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項に記載の投影光学系。
前記第１反射面及び前記第３反射面の曲率は異なることを特徴とする請求項１乃至４いずれか一項に記載の投影光学系。
請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の投影光学系を有することを特徴とする露光装置。
請求項６記載の露光装置を用いて被処理体を投影露光するステップと、
前記投影露光された前記被処理体を現像するステップとを有するデバイス製造方法。