JP2010210760A - 投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】収差を抑えた投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法を提供する。
【解決手段】投影光学系４は、光軸ＡＸに対して回転非対称な非球面形状を有する移動部材１と、移動部材１を光軸ＡＸと垂直な方向に移動する移動機構６と、光軸ＡＸ上に固定され、移動部材１の非球面によって生じる光路長差を低減し、移動部材１の非球面形状と相補的な非球面形状を有しない補正部材２と、を有する。
【選択図】図１
【解決手段】投影光学系４は、光軸ＡＸに対して回転非対称な非球面形状を有する移動部材１と、移動部材１を光軸ＡＸと垂直な方向に移動する移動機構６と、光軸ＡＸ上に固定され、移動部材１の非球面によって生じる光路長差を低減し、移動部材１の非球面形状と相補的な非球面形状を有しない補正部材２と、を有する。
【選択図】図１
Description
本発明は、投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法に関する。
露光装置において、特許文献１は、互いに相補的な非球面を微小距離だけ離して対向して配置した一対の光学素子（アルバレツレンズ）のそれぞれを光軸と垂直する方向にずらして投影光学系の収差を制御する方法を提案している。
しかし、特許文献１では、一対の光学素子が微小距離だけ離れていることに起因して収差が発生する。例えば、一対の光学素子間の間隔が１００μｍであると、無視できない量のディストーションや非点収差が発生するが、両者の間隔をそれよりも小さくすることは困難である。即ち、従来の露光装置は、このような一対の光学素子を挿入することにより収差が発生し、重ね合わせ精度が低下するという問題がある。
本発明は、収差を抑えた投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法を提供する。
本発明の一側面としての投影光学系は、物体面の像を像面に投影する投影光学系であって、光軸に対して回転非対称な非球面形状を有する第１光学素子と、当該第１光学素子を前記光軸と垂直な方向に移動する移動手段と、前記光軸上に固定され、第１光学素子の非球面によって生じる光路長差を低減し、前記第１光学素子の非球面形状と相補的な非球面形状を有しない第２光学素子と、を有することを特徴とする。かかる投影光学系を有する露光装置及びそれを利用したデバイス製造方法も本発明の別の側面を構成する。
本発明は、収差を抑えた投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法を提供することができる。
図１は、本実施例の露光装置の部分断面図である。露光装置は、不図示の光源からの光と照明光学系を利用して、原版（マスク又はレチクル）３のパターンの像を基板（ウエハ又は液晶基板）５に露光する。露光装置は、原版３を支持及び駆動する原版ステージ３１と、物体面にある原版３のパターンの像を像面にある基板５に投影する投影光学系４と、基板５を支持及び駆動する基板ステージ５１と、を有する。
投影光学系４は、光軸ＡＸを有し、複数の光学素子を鏡筒に収納している。複数の光学素子は、移動部材（第１光学素子）１と、補正部材（第２光学素子）２と、を含む。図１では、投影光学系４は屈折光学系として示されているが、カタディオプトリック光学系などこれに限定されない。
投影光学系４は、移動部材１と補正部材２を有して初期状態における静的収差を抑え、移動部材１を光軸ＡＸと垂直に移動させることにより、少なくとも１つの光学性能を変更可能としている。
移動部材１は、移動機構（移動手段）６により保持されて投影光学系の光軸ＡＸと垂直な方向（ｘ方向及びｙ方向）に移動可能なように構成されている。移動機構６は制御部７によって制御され、制御部７は、周囲の環境情報、露光負荷情報、光学性能の測定値、ユーザ入力情報などに基づいて移動部材１の適正な移動量を演算し、移動部材１を移動する。
移動部材１は、実質的に光学的パワーを持たない平行平板に対して、第１面に光軸ＡＸに関して回転非対称な形状の非球面が付加された形状を有する。但し、非球面を付加するのは第２面でも両面でもよい。移動部材１は、本実施例では、透過型光学素子であるが、これに限定されない。
移動部材１は、例えば、以下の式で表現される非球面形状を有する。但し、Ｃは定数である。このため、移動部材１をｙ軸に平行に移動したときに、非等方的な倍率、即ち、ｙ軸に平行な方向にのみ拡大又は縮小するような倍率成分を変更することができる。また、その倍率成分の変更量は移動部材１の移動量に比例する。即ち、非等方的な倍率成分の変更量を移動部材１の移動量に応じて連続的に可変とすることができる。もちろん、非球面形状は数式１には限定されない。
図１に示すように、光軸ＡＸと平行にｚ軸を設定し、ｚ軸と直交するようにｘ軸、ｙ軸を設定する。このとき、移動部材１の厚さはｄ（ｘ，ｙ）で示すように、ｘとｙの関数として表現することができる。移動部材１の屈折率をｎとすると、非球面量がそれ程大きくなく屈折効果が無視できる場合には、移動部材１を垂直に通過した光線の光路長差は（ｎ−１）・ｄと表すことができる。このように、移動部材１は、垂直に入射する平面波に対してｄ（ｘ，ｙ）に比例した光路長差を生ぜしめるような位相物体として振る舞う。
移動部材１をｘ方向にΔｘ、ｙ方向にΔｙだけ移動した場合、座標（ｘ，ｙ）における移動後の移動部材１の厚さｄ´は次式で表すことができる。
数式２をテイラー展開してΔｘ，Δｙの２次以上の項は小さいとして無視すると次式が得られる。なお、ｄｘ（ｘ，ｙ）はｄ（ｘ，ｙ）のｘでの偏微分を表し、ｄｙ（ｘ，ｙ）はｄ（ｘ，ｙ）のｙでの偏微分を表す。
移動前後の厚さの差分Δｄは、次式で表すことができる。
移動部材１を光軸と垂直方向に移動させることにより、移動前後で数式４に比例した光路長差を生じさせることができる。移動部材１の厚さｄ（ｘ，ｙ）によって様々な種類の光学性能を変更可能とすることができる。非球面形状を目的に応じた形状とすることによって、望ましい収差可変効果を得ることができる。
移動部材１の位置によって制御する光学性能の種類を調節することができる。例えば、縮小倍率の投影光学系の場合、原版付近に移動部材１を設置すれば、倍率やディストーションを可変にして、かつ、その他の収差をあまり動かないようにすることができる。また、基板付近に移動部材１を設置すれば、倍率やディストーションと共に、球面収差や非点収差なども可変とすることができる。また、投影光学系の瞳付近に移動部材を設置すれば、倍率やディストーションはあまり変化させることなく、画面内一律な波面収差成分を可変とすることができる。このとき、波面収差の可変成分の形は移動部材の非球面形状に依存するので、例えば球面収差や非点収差など、任意に設定することができる。その他、像面湾曲や非点収差などの制御に適した設置位置も存在するので、可変としたい光学性能に応じて、移動部材１の位置を決定することができる。本実施例は、移動部材１を、原版３に近いテレセントリック光路中に配置している。
補正部材（第２光学素子）２は、光軸上に固定され、移動部材１の非球面により発生する光路長差を低減する。補正部材２は、移動部材１に非球面を付加したことにより生じる近似的な光路長差（ｎ−１）・ｄに表れない高次の項を補正してもよい。本実施例の補正部材２は透過型光学素子であるが、これに限定されない。
補正部材２の数は限定されないが、一般には、複数の補正部材２の方が単一の補正部材２よりも収差補正能力が高い。また、補正部材２の位置も限定されないが、一般には、補正部材２は移動部材１に近い方が収差補正が容易であるため、本実施例は補正部材２を移動部材１に隣接して配置している。なお、補正部材２を、移動部材１よりも基板５に近い側に配置してもよい。
補正部材２は、非球面形状を有する光学素子、回折光学素子、屈折率分布を有する光学素子によって構成されて光路長差をつけることができる。また、補正部材２は、パワーを持った光学素子であってもよく、その平行偏心、傾き偏心などによって光路長差を補正してもよい。本実施例では、補正部材２は、第１面、第２面又は両面に非球面を有する透過型光学素子であり、その非球面形状は移動部材１の非球面形状とは相補的ではなく（非相補的であり）、従って、移動部材１と補正部材２はアルバレツレンズを構成しない。
補正部材２の非球面形状を決定する際には、まず、可変としたい光学性能の情報と、移動部材の移動量の情報から、数式４に基づいて移動部材１の非球面形状を決定する。その後、移動部材１の非球面によって発生した収差を最小にするように、補正部材２の非球面係数を最適化計算などによって求める。このとき、スポットダイアグラム、ディストーション、波面収差などを最適化計算の目標にとると効果的である。また、最適化計算の変数として使用する補正部材２の非球面係数としては、非球面形状をＺｅｒｎｉｋｅ多項式で展開した各項の係数や、ｘ、ｙのべき多項式で展開した各項の係数など、回転非対称な成分を用いると効果的である。最適化計算は、一般的な光学設計ソフトウエアに組み込まれている自動設計機能などによって行うことができる。
本実施例は、移動部材１と補正部材２を、投影光学系４の鏡筒に組み込んでいるが、両者及び移動機構６を原版ステージ３１に組み込んでもよい。その場合、移動部材１を移動した際の倍率やディストーション以外の収差成分の変動を更に抑制することができる。
露光において、光源からの光で不図示の照明光学系が原版を均一に照明し、原版パターンを反映した回折光は投影光学系により基板に投影される。投影光学系は収差が良好に補正されているので高品位な露光を提供することができる。
デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、上述の露光装置を使用して感光剤を塗布した基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される（デバイス製造方法）。
図２は、投影光学系４に含まれる複数の光学素子の具体的構成（実施例１）を示す断面図である。実施例１の投影光学系４は、光源が波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザに使用され、ＮＡ０．６５と投影倍率−１／４倍を有する。基板５は、２６×３３ｍｍの長方形の露光領域を有する。投影光学系４の各面の有効径、曲率半径、面間隔、硝種を表Ａに示す。
（表Ａ）
面番号 有効径 曲率半径 面間隔 硝種
1 168.4 ∞ 20.000
2 175.1 ∞ 10.000 SiO2
3 XY 177.3 ∞ 0.100
4 XY 177.3 ∞ 10.000 SiO2
5 179.6 ∞ 49.900
6 201.1 360.35595 24.239 SiO2
7 201.2 -2626.12645 1.000
8 ASP 200.9 194.69048 31.899 SiO2
9 197.6 1033.39423 1.000
10 190.2 263.76738 24.000 SiO2
11 185.3 2469.14371 1.000
12 169.8 213.75001 13.000 SiO2
13 145.8 100.99769 40.816
14 145.0 -345.07487 13.000 SiO2
15 141.6 380.61350 19.072
16 141.6 -245.45695 13.000 SiO2
17 149.7 177.13312 42.407
18 151.6 -132.64449 13.000 SiO2
19 ASP 187.3 -614.48492 14.667
20 214.1 -1097.46560 30.000 SiO2
21 223.4 -242.75498 1.000
22 238.5 -453.28991 30.000 SiO2
23 246.3 -218.70337 1.000
24 275.8 -4951.35296 57.003 SiO2
25 280.0 -217.90659 1.000
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27 277.1 -1907.93638 1.000
28 254.9 304.90243 30.000 SiO2
29 249.0 1313.36200 1.000
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31 ASP 208.0 361.75424 2.705
32 204.2 419.23175 13.000 SiO2
33 172.2 148.21569 46.136
34 170.2 -226.97976 13.000 SiO2
35 ASP 155.1 134.52001 46.932
36 155.6 -160.05070 13.000 SiO2
37 175.8 1096.12398 27.414
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39 198.3 -181.92265 -0.234
40 STOP 221.3 ∞ 1.234
41 ASP 242.6 738.67490 46.969 SiO2
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57 95.7 76.35234 45.000 SiO2
58 66.6 760.08315 15.000
表Ａにおいて、ＳｉＯ２は合成石英であり、合成石英の波長２４８ｎｍに対する屈折率は１．５０８３９である。また、ＡＳＰは回転対称非球面であり、次式で定義される面形状を有する。ここで、ｚはｚ軸方向の変位、ｈは√（ｘ２＋ｙ２）で表される変数、Ｒは面頂点における曲率半径、ｋはコーニック係数、Ａ〜Ｄは非球面係数である。
（表Ａ）
面番号 有効径 曲率半径 面間隔 硝種
1 168.4 ∞ 20.000
2 175.1 ∞ 10.000 SiO2
3 XY 177.3 ∞ 0.100
4 XY 177.3 ∞ 10.000 SiO2
5 179.6 ∞ 49.900
6 201.1 360.35595 24.239 SiO2
7 201.2 -2626.12645 1.000
8 ASP 200.9 194.69048 31.899 SiO2
9 197.6 1033.39423 1.000
10 190.2 263.76738 24.000 SiO2
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32 204.2 419.23175 13.000 SiO2
33 172.2 148.21569 46.136
34 170.2 -226.97976 13.000 SiO2
35 ASP 155.1 134.52001 46.932
36 155.6 -160.05070 13.000 SiO2
37 175.8 1096.12398 27.414
38 181.3 -233.42897 29.001 SiO2
39 198.3 -181.92265 -0.234
40 STOP 221.3 ∞ 1.234
41 ASP 242.6 738.67490 46.969 SiO2
42 247.4 -296.57723 1.000
43 270.3 403.01957 57.460 SiO2
44 270.7 -391.65876 39.834
45 265.8 -203.71190 19.000 SiO2
46 278.2 -303.46148 8.949
47 280.0 560.59801 30.000 SiO2
48 278.0 10237.73553 1.000
49 271.2 308.20031 30.000 SiO2
50 267.4 953.67033 1.000
51 249.4 211.61929 29.160 SiO2
52 242.3 375.54148 1.000
53 222.7 173.49076 44.672 SiO2
54 213.5 1516.75806 50.000
55 ASP 125.3 -3574.40593 13.000 SiO2
56 98.2 91.30479 1.000
57 95.7 76.35234 45.000 SiO2
58 66.6 760.08315 15.000
表Ａにおいて、ＳｉＯ２は合成石英であり、合成石英の波長２４８ｎｍに対する屈折率は１．５０８３９である。また、ＡＳＰは回転対称非球面であり、次式で定義される面形状を有する。ここで、ｚはｚ軸方向の変位、ｈは√（ｘ２＋ｙ２）で表される変数、Ｒは面頂点における曲率半径、ｋはコーニック係数、Ａ〜Ｄは非球面係数である。
表１は、回転対称非球面のコーニック係数ｋと非球面係数Ａ〜Ｄを示す。
表ＡのＸＹは回転非対称な非球面を示し、これらはｘ、ｙのべき多項式で表現される面形状を有する。表ＡのＳＴＯＰは絞り面を示している。
移動部材１は、原版側に非球面を有し、その非球面形状ｆは次式で与えられる。
移動部材１の有効径はφ１７７．３ｍｍであるから、ベース平面に対する非球面の変位量は３５０μｍ程度である。移動部材１をｙ軸と平行な方向に平行移動することにより、ｘ方向は変わらず、ｙ方向にのみ倍率成分が生じるような回転非対称なディストーションが発生する。
本実施例は、露光光の吸収によって起こる回転非対称のディストーションの発生量が小さいことに着目し、小さな非球面量しか持たない光学手段を利用して効果のある補正を行っている。本実施例の移動部材１は非球面量の変位量が小さいため、ディストーションの補正のみを行い、他の光学特性に与える影響が小さい。
補正部材２は、移動部材１から１００μｍだけ隔てて設けられ、光軸上に固定され、基板側に非球面を有し、その非球面形状ｇは次式で与えられる。
これにより、移動部材１の非球面に起因する収差を良好に補正することができる。この補正部材２の収差補正効果を以下に説明する。
図３は、移動部材と補正部材が相補的な非球面形状を有する比較例１（即ち、アルバレツレンズ）において発生するディストーション変化を示す図である。移動部材１の非球面形状は本実施例と同一である。「ディストーション変化」とは、移動部材１にも補正部材にも非球面をつけなかった場合と、両者に非球面を付加した場合のディストーションの差である。点線で示された格子は理想格子であり、実線で示された格子がディストーションを含んだ格子である。形状をよく見るため歪みを２００００倍に拡大している。２６ｍｍ×３３ｍｍの長方形の露光領域に９点×１１点の格子状の評価点をとって評価した。
図３では、ディストーションが画面内の最大値で８５．１ｎｍ発生する。しかも、回転非対称なディストーション形状であり、レンズの偏心などによって発生する成分とは異なるため、投影光学系の偏心調整などでは除去しづらい。ディストーションがこれだけ存在すると重ね合わせ精度が低下する。
図４は、数式６で表現される非球面形状を有する移動部材１と数式７で表現される非球面形状を有する補正部材２を有する、図２に示す投影光学系４のディストーションの変化を示す図である。評価点や歪みのプロット倍率は図３と同様である。図４では、ディストーションの発生量は画面内の最大値で０．４５ｎｍであり、図３と比べて２桁小さく良好に抑えられている。
図５は、図４の投影光学系４において、移動部材１をｙ軸に平行に＋１００μｍ移動した場合のディストーション変化を示す図である。「ディストーション変化」とは、移動部材１を移動する前後のディストーションの差である。評価点や歪みのプロット倍率は図３と同様である。
図５によると、ｙ方向にのみ格子が縮み、ｘ方向はそのままとなっており、回転非対称な倍率成分が発生している。この格子を成分分解することによって、回転対称な倍率成分が−２．０６ｐｐｍ、縦横倍率差成分２．０６ｐｐｍが含まれていることが分かる。また、それらの成分以外の残差成分は１．１ｎｍと小さい。
投影光学系４が露光光を吸収することにより発生する縦横倍率差成分のオーダーは、露光波長や照明モードにもよるが、ほぼ数ｐｐｍであるから、移動部材１を±数百μｍ程度移動することにより、熱収差補正に必要な収差補正ストロークが得られる。また、残差成分も十分に小さく重ね合わせ精度への影響も小さい。
図６は、図３の比較例１のフォーカス変化を示す図である。「フォーカス変化」とは、移動部材にも補正部材にも非球面をつけなかった場合と、両者に非球面を付加した場合のフォーカスの差である。
図６において、矢印の向きは、レチクル上のパターンによって生じる回折光の飛ぶ方向を表し、矢印の大きさはフォーカスシフトの大きさを表す。例えば、縦方向に向いた矢印は水平方向パターン（ホリゾンタルパターン）に対するフォーカスシフトを示し、横方向に向いた矢印は垂直方向パターン（バーティカルパターン）に対するフォーカスシフトを示す。また、濃い矢印は正方向にフォーカスがシフトしていることを示し、薄い矢印は負方向にフォーカスがシフトしていることを示す。評価点の取り方はディストーションと同じである。図６では、画面内のＰＶで６９．９ｎｍのフォーカスシフト、即ち、像面幅が発生し、プロセス余裕度を著しく減少させてしまう。
図７は、図４の投影光学系に対応するフォーカス変化を示す図である。評価点や歪みのプロット倍率は図６と同様である。図７では、像面幅の発生量は画面内のＰＶで２２．９ｎｍであり、図６の約１／３に減少しており、プロセス余裕度への影響が低減している。
図８は、投影光学系４に含まれる複数の光学素子の具体的構成（実施例２）を示す断面図である。本実施例は、２つの補正部材２１及び２２を設けている。実施例２の投影光学系４は、光源が波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザに使用され、ＮＡ０．６０と投影倍率−１／４倍を有する。基板５は、２６×３３ｍｍの長方形の露光領域を有する。投影光学系４の各面の有効径、曲率半径、面間隔、硝種を表Ｂに示す。
（表Ｂ）
面番号 有効径 曲率半径 面間隔 硝種
1 168.4 ∞ 20.000
2 XY 174.6 ∞ 8.000 SiO2
3 176.2 ∞ 51.900
4 192.3 ∞ 10.000 SiO2
5 XY 194.3 ∞ 0.100
6 XY 194.3 ∞ 24.000 SiO2
7 196.1 -317.74375 1.000
8 ASP 195.0 128.82373 47.208 SiO2
9 189.9 1321.21173 1.000
10 172.0 180.93016 13.000 SiO2
11 146.9 95.53455 39.689
12 146.1 -823.63969 13.000 SiO2
13 138.2 126.92359 42.560
14 138.9 -129.87630 13.000 SiO2
15 ASP 165.5 430.92363 53.786
16 229.6 -4569.07475 34.601 SiO2
17 236.6 -263.60528 1.000
18 251.9 -770.76064 44.163 SiO2
19 257.0 -200.73376 1.000
20 267.7 1012.66170 30.000 SiO2
21 268.0 -691.18493 1.000
22 262.5 397.75217 38.700 SiO2
23 259.9 -1007.78240 1.000
24 232.5 229.67477 30.000 SiO2
25 225.3 619.90604 1.000
26 204.4 198.24797 34.502 SiO2
27 ASP 157.4 105.09593 51.378
28 154.1 -265.65699 13.000 SiO2
29 ASP 144.2 125.79300 63.614
30 153.0 -239.33555 13.000 SiO2
31 165.1 1195.59834 50.868
32 193.6 -364.86223 18.472 SiO2
33 202.4 -229.11292 -17.624
34 STOP 203.7 ∞ 18.624
35 ASP 242.6 832.43292 38.675 SiO2
36 246.8 -389.09720 1.000
37 265.1 452.24289 51.780 SiO2
38 265.8 -413.86377 50.112
39 258.5 -221.49348 19.000 SiO2
40 268.0 -307.14415 8.547
41 268.0 490.94417 30.000 SiO2
42 265.8 32409.69300 1.000
43 257.7 313.61137 30.000 SiO2
44 251.4 737.52560 1.000
45 237.5 220.30779 29.160 SiO2
46 225.6 316.96456 1.000
47 211.3 166.42979 42.603 SiO2
48 202.9 1595.28264 50.000
49 ASP 122.8 21215.62844 18.539 SiO2
50 93.9 88.40230 1.000
51 91.6 73.90385 45.044 SiO2
52 62.8 401.14620 15.000
表Ｂにおいて表Ａにおける記号と同一の記号は同一の部材を表している。表２はＡＳＰのコーニック係数ｋと非球面係数Ａ〜Ｄを示す。
（表Ｂ）
面番号 有効径 曲率半径 面間隔 硝種
1 168.4 ∞ 20.000
2 XY 174.6 ∞ 8.000 SiO2
3 176.2 ∞ 51.900
4 192.3 ∞ 10.000 SiO2
5 XY 194.3 ∞ 0.100
6 XY 194.3 ∞ 24.000 SiO2
7 196.1 -317.74375 1.000
8 ASP 195.0 128.82373 47.208 SiO2
9 189.9 1321.21173 1.000
10 172.0 180.93016 13.000 SiO2
11 146.9 95.53455 39.689
12 146.1 -823.63969 13.000 SiO2
13 138.2 126.92359 42.560
14 138.9 -129.87630 13.000 SiO2
15 ASP 165.5 430.92363 53.786
16 229.6 -4569.07475 34.601 SiO2
17 236.6 -263.60528 1.000
18 251.9 -770.76064 44.163 SiO2
19 257.0 -200.73376 1.000
20 267.7 1012.66170 30.000 SiO2
21 268.0 -691.18493 1.000
22 262.5 397.75217 38.700 SiO2
23 259.9 -1007.78240 1.000
24 232.5 229.67477 30.000 SiO2
25 225.3 619.90604 1.000
26 204.4 198.24797 34.502 SiO2
27 ASP 157.4 105.09593 51.378
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29 ASP 144.2 125.79300 63.614
30 153.0 -239.33555 13.000 SiO2
31 165.1 1195.59834 50.868
32 193.6 -364.86223 18.472 SiO2
33 202.4 -229.11292 -17.624
34 STOP 203.7 ∞ 18.624
35 ASP 242.6 832.43292 38.675 SiO2
36 246.8 -389.09720 1.000
37 265.1 452.24289 51.780 SiO2
38 265.8 -413.86377 50.112
39 258.5 -221.49348 19.000 SiO2
40 268.0 -307.14415 8.547
41 268.0 490.94417 30.000 SiO2
42 265.8 32409.69300 1.000
43 257.7 313.61137 30.000 SiO2
44 251.4 737.52560 1.000
45 237.5 220.30779 29.160 SiO2
46 225.6 316.96456 1.000
47 211.3 166.42979 42.603 SiO2
48 202.9 1595.28264 50.000
49 ASP 122.8 21215.62844 18.539 SiO2
50 93.9 88.40230 1.000
51 91.6 73.90385 45.044 SiO2
52 62.8 401.14620 15.000
表Ｂにおいて表Ａにおける記号と同一の記号は同一の部材を表している。表２はＡＳＰのコーニック係数ｋと非球面係数Ａ〜Ｄを示す。
移動部材１は、基板側に非球面を有し、その非球面形状ｆは次式で与えられる。
移動部材１の有効径はφ１９４．３ｍｍであるから、ベース平面に対する非球面の変位量は３２１μｍ程度である。移動部材１をｘ軸と平行な方向に平行移動することにより、ｙ方向は変わらず、ｘ方向にのみ倍率成分が生じるような回転非対称なディストーションが発生する。また、移動部材１をｙ軸と平行な方向に平行移動することにより、ｘ方向は変わらず、ｙ方向にのみ像高の３次に比例するような回転非対称なディストーションが発生する。ｘ軸方向の平行移動とｙ軸方向の平行移動とを組み合わせることによって、回転非対称な倍率と回転非対称なディストーションを任意の比率で発生させることができ、修正できるディストーションの自由度が高くなる。
本実施例も、露光光の吸収によって起こる回転非対称のディストーションの発生量が小さいことに着目し、小さな非球面量しか持たない光学手段を利用して効果のある補正を行っている。本実施例の移動部材１は非球面量の変位量が小さいため、ディストーションの補正のみを行い、他の光学特性に与える影響が小さい。
補正部材２１は、移動部材１から５１．９ｍｍだけ隔てて設けられ、光軸上に固定され、原版側に非球面を有する。その非球面形状ｇは次式で与えられる。
補正部材２２は、移動部材から１００μｍだけ隔てて隣接して配置され、光軸上に固定され、原版側に非球面を有する。その非球面形状ｈは次式で与えられる。
補正部材２２のように、パワーのついた部材を補正部材として使用してもよい。
補正部材２１、２２の非球面により、移動部材１の非球面に起因する収差を良好に補正することができる。これらの補正部材２１、２２の収差補正効果を以下に説明する。
図９は、補正部材２１を平行平板とし、移動部材１と補正部材２２が相補的な非球面形状を有する比較例２（即ち、アルバレツレンズ）において発生するディストーション変化を示した図である。移動部材１の非球面形状は本実施例と同一である。ディストーション変化の定義は図３の場合と同じである。
点線で示された格子は理想格子であり、実線で示された格子がディストーションを含んだ格子である。形状をよく見るため歪みを２００００倍に拡大している。２６ｍｍ×３３ｍｍの長方形の露光領域に９点×１１点の格子状の評価点をとって評価した。
図９では、ディストーションが画面内の最大値で３８．３ｎｍ発生する。しかも、回転非対称なディストーション形状であり、レンズの偏心などによって発生する成分とは異なるため、投影光学系の偏心調整などでは除去しづらい。ディストーションがこれだけ存在すると重ね合わせ精度が低下する。
図１０は、数式８で表現される非球面形状を有する移動部材１と数式９で表現される非球面形状を有する補正部材２１と数式１０で表現される非球面形状を有する補正部材２２を有する、図８に示す投影光学系４のディストーションの変化を示した図である。評価点や歪みのプロット倍率は図９と同様である。図１０では、ディストーションの発生量は画面内の最大値で１．９ｎｍであり、図９と比べて１桁小さく良好に抑えられている。
図１１は、図１０の投影光学系４において、移動部材１をｘ軸に平行に＋１００μｍ移動した場合のディストーション変化を示す図である。図１２は、図１０の投影光学系４において、移動部材１をｙ軸に平行に＋１００μｍ移動した場合のディストーション変化を示す図である。ディストーション変化の定義は図５と同じである。評価点や歪みのプロット倍率は図９と同様である。
図１１によると、ｘ方向にのみ格子が縮み、ｙ方向はそのままとなっており、回転非対称な倍率成分が発生している。この格子を成分分解することによって、回転対称な倍率成分が−４．５０ｐｐｍ、縦横倍率差成分４．５１ｐｐｍが含まれていることが分かる。また、それらの成分以外の残差成分は１．３ｎｍと小さい。
図１２によると、ｙ方向にのみ格子が像高の３次に比例して伸び、ｘ方向はそのままとなっており、回転非対称なディストーション成分が発生していることが分かる。この格子を成分分解することによって、ｙ方向３次ディストーションが、像高１６．５ｍｍにおける値で９３．６ｎｍ含まれていることが分かる。また、その成分以外の残差成分は１．４ｎｍと小さい。
投影光学系４が露光光を吸収することにより発生する縦横倍率差成分のオーダーは数ｐｐｍであり、ｙ方向３次ディストーション成分のオーダーは数十ｎｍである。このため、移動部材１を±数百μｍ程度ｘ方向とｙ方向に移動することにより、熱収差補正に必要な収差補正ストロークが得られる。また、残差成分も十分に小さく重ね合わせ精度への影響も小さい。
図１３は、図９の比較例２のフォーカス変化を示した図である。フォーカス変化の定義、矢印の方向や大きさや矢印の色などの意味、評価点の取り方などは図６と同じである。図１３では、画面内のＰＶで１２０．７ｎｍのフォーカスシフト、即ち、像面幅が発生し、プロセス余裕度を著しく減少させてしまう。
図１４は、図１０の投影光学系に対応するフォーカス変化を示す。評価点や歪みのプロット倍率は図１３と同様である。図１４では、像面幅の発生量は画面内のＰＶで１３．７ｎｍであり、図１３よりも改善し、プロセス余裕度への影響が低減している。
投影光学系は、物体面の像を像面に投影する用途に適用することができる。露光装置は、デバイスを製造する用途に適用することができる。
１ 移動部材（第１光学素子）
２、２１、２２ 補正部材（第２光学素子）
３ 原版
４ 投影光学系
５ 基板
６ 移動機構（移動手段）
２、２１、２２ 補正部材（第２光学素子）
３ 原版
４ 投影光学系
５ 基板
６ 移動機構（移動手段）
Claims (4)
- 物体面の像を像面に投影する投影光学系であって、
光軸に対して回転非対称な非球面形状を有する第１光学素子と、
当該第１光学素子を前記光軸と垂直な方向に移動する移動手段と、
前記光軸上に固定され、第１光学素子の非球面によって生じる光路長差を低減し、前記第１光学素子の非球面形状と相補的な非球面形状を有しない第２光学素子と、
を有することを特徴とする投影光学系。 - 前記第１光学素子と前記第２光学素子は隣接して配置されることを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
- 請求項１又は２に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３に記載の露光装置を使用して基板を露光するステップと、
露光された前記基板を現像するステップと、
を有することを特徴とするデバイス製造方法。
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| JP5312058B2 (ja) * | 2009-01-19 | 2013-10-09 | キヤノン株式会社 | 投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法 |
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