JP2013044969A - 投影光学系、露光装置及びデバイス製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 良好な結像性能と小型化を両立する投影光学系を提供する。
【解決手段】 投影光学系は、物体面に配置された物体の中間像を形成する第１の反射光学系と前記中間像を像面に投影する第２の反射光学系とを含む。前記第１の反射光学系は、前記物体面から出射され前記物体面に直交する第１方向に沿って入射した光を反射する第１の平面鏡と、前記第１の平面鏡からの光を反射する第１の光学系と、前記第１の光学系からの光を反射して前記中間像の形成位置に向け前記第１方向に沿って出射する第２の平面鏡とを有する。前記第２の平面鏡における光の反射位置と前記中間像の形成位置との間の前記第１方向における距離は前記第１の平面鏡における光の反射位置と前記物体面との間の前記第１方向における距離よりも短い。
【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装置に関する。

ＦＰＤ(フラットパネルディスプレイ)などの表示用デバイスとして液晶表示パネルが多用されるようになった。液晶表示パネルは露光装置を用いたフォトリソグラフィーの手法を用いて製造される。さらに近年テレビ等の大型化に伴い、特許文献１に示すような複数の投影光学系を用いて大型化に対応した露光装置が提案されている。

特開２００１−２９０２７９号公報

複数の投影光学系を用いた露光装置では正立像にするために投影光学系を上下に２段積む方法が提案されている。しかし、２段積むことにより投影光学系の高さが高くなり、その結果露光装置の高さが高くなり露光装置が大型化するという問題がある。本発明は、良好な結像性能と小型化を両立する投影光学系を提供することを目的とする。

本発明は、所定の平面に平行な物体面に配置された物体の中間像を形成する第１の反射光学系と前記中間像を前記平面に平行な像面に投影する第２の反射光学系とを含む投影光学系であって、前記第１の反射光学系は、前記物体面から出射され前記平面に直交する第１方向に沿って入射した光を反射する第１の平面鏡と、前記第１の平面鏡からの光を反射する第１の光学系と、前記第１の光学系からの光を反射して前記中間像の形成位置に向け前記第１方向に沿って出射する第２の平面鏡とを有し、前記第２の反射光学系は、前記中間像の形成位置から出射され前記第１方向に沿って入射した光を反射する第３の平面鏡と、前記第３の平面鏡からの光を反射する第２の光学系と、前記第２の光学系からの光を反射して前記像面に向け前記第１方向に沿って出射する第４の平面鏡とを有し、前記第２の平面鏡における光の反射位置と前記中間像の形成位置との間の前記第１方向における距離は前記第１の平面鏡における光の反射位置と前記物体面との間の前記第１方向における距離よりも短いこと、及び、前記第３の平面鏡における光の反射位置と前記中間像の形成位置との間の前記第１方向における距離は前記第４の平面鏡における光の反射位置と前記像面との間の前記第１方向における距離よりも短いことの少なくともいずれかを満たすように、前記第１乃至第４の平面鏡並びに前記第１及び第２の光学系が配置されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、良好な結像性能と小型化を両立する投影光学系を提供することができる。

第１実施形態の露光装置を示した図である。 第２実施形態の露光装置を示した図である。 第３実施形態の露光装置を示した図である。 第３実施形態の露光装置の変形例を示した図である。 従来の露光装置を示した図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１は第１実施形態のマスク（原版）の等倍正立像を基板上に投影して基板を露光する露光装置の図である。本実施形態の露光装置は、図１に示すように、照明光学系IL,投影光学系PO、所定のパターンが描画されたマスク1、マスク1を保持するためのマスクステージ2、基板3と基板3を保持する基板ステージ4を備える。マスクステージ2と基板ステージ4は同期してｙ方向に走査することにより、より広い領域を露光することが可能となる。投影光学系POはマスク1の中間像を形成する第１の反射光学系PO1と、第１の反射光学系PO１により形成された中間像を基板3に結像する第２の反射光学系PO2を含む。第１の反射光学系PO1は、所定の平面に平行な物体面に配置された物体であるマスク1の中間像を形成し、第２の反射光学系PO2は、中間像を前記平面に平行な像面に投影する。

照明光学系ILに含まれる光源は生産されるデバイスによりエキシマレーザーや高圧水銀ランプなどから最適なものが選択可能である。例えば、光源として、液晶表示素子の生産においては高圧水銀ランプを用いてg線(４３６nm)、h線(４０５nm)、i線(３６５nm)が使用されうる。マスク1にはデバイス製造のための所望のパターンが描画されており、投影光学系POにより基板3上にパターンが投影される。基板3上には照明光学系ILで使用される光源波長に感度のある感光材が塗布してあり、現像プロセスを経ることにより基板３上に所望のパターンが形成される。

第１の反射光学系PO1は、第１の平面鏡5と第１の光学系と第２の平面鏡7とを有する。第１の平面鏡5は、マスクステージ2上の物体面から出射され物体面に直交する第１方向（ｚ方向）に沿って入射した光を反射する。第１の光学系は、第１の平面鏡5により反射された光を第２の平面鏡7に向けて反射する。第１の光学系は、第１の平面鏡5と第２の平面鏡7との間の光路に、第１の凹面鏡と第1の凸面鏡11と第２の凹面鏡とを含むオフナー系を配置する。第１実施形態では、第１の凹面鏡及び第２の凹面鏡の組は一体の凹面鏡10として構成されている。第２の平面鏡7は、第１の光学系からの光を反射して中間像の形成位置6に向けＺ方向に出射する。中間像の形成位置6は、マスク1と光学的に共役な位置である。第１の光学系は等倍の光学系である。

第２の反射光学系PO2は、第３の平面鏡21と第２の光学系と第４の平面鏡24とを有する。第３の平面鏡21は、中間像の形成位置6から出射されｚ方向に沿って入射した光を反射する。第２の光学系は、第３の平面鏡21により反射された光を第４の平面鏡24に向けて反射する。第２の光学系は、第３の凹面鏡と第２の凸面鏡23と第４の凹面鏡とを含むオフナー系が利用可能である。第1実施形態では、第３の凹面鏡及び第４の凹面鏡の組は一体の凹面鏡22として構成されている。第４の平面鏡24は、第２の光学系からの光を反射して基板ステージ4上の像面に向けｚ方向に出射する。第２の光学系は等倍の光学系である。

図１に示されている軸101−102は第１の光学系に含まれる凸面鏡11と凹面鏡10の曲率中心を結ぶ第１の光学系の光軸である。同様に軸103−104は第２の光学系に含まれる凸面鏡23と凹面鏡22の曲率中心を結ぶ第２の光学系の光軸である。図１に示す走査型の露光装置ではマスクステージ2がｙ方向に走査する。そのため、マスクステージ2と第１の凹面鏡との干渉を防ぐためにマスクステージ2と第１の平面鏡5とのｚ方向における距離は所定値以上に保つ必要がある。同様に第２の反射光学系PO2に含まれる凹面鏡22と基板3及び基板ステージ4との干渉を防ぐために、第２の反射光学系PO2に含まれる第４の平面鏡24と基板3のｚ方向における距離を所定値以上に保つ必要がある。

一方、第２の平面鏡７と第３の平面鏡21との間には走査ステージが存在しない。そのため中間像の形成位置6と第２の平面鏡７における光の反射位置とのｚ方向の距離及び中間像の形成位置6と第３の平面鏡21における光の反射位置とのｚ方向の距離を短くすることが可能である。そのようにするために、第２の平面鏡７における反射位置と第1の光学系とのｙ方向における距離を第１の平面鏡5における反射位置と第1の光学系とのｙ方向における距離よりも長くする。そのようにするために、第２の平面鏡７における反射位置と第1の光学系とのｙ方向における距離を第１の平面鏡5における反射位置と第１の光学系とのｙ方向における距離よりも長くする。また、第３の平面鏡７における反射位置と第２の光学系とのｙ方向における距離を第４の平面鏡5における反射位置と第２の光学系とのｙ方向における距離よりも長くする。その結果、マスクステージ2と第１の平面鏡５とのｚ方向の距離を保ったまま、第２の平面鏡７と中間像の形成位置6とのｚ方向の距離を短くすることが可能となる。その結果、第１の光学系の光軸101−102とマスク1の距離に比べ光軸101−102と中間像の形成位置6との距離を短くすることが可能となる。同様なことが第２の反射光学系PO2についても成立し第３の平面鏡21を第４の平面鏡24に比べ−ｙ方向に配置する。そうすることにより、第４の平面鏡24と基板3のｙ方向の距離を保ったまま、中間像と第３の平面鏡21とのy方向の距離を短くすることが可能となる。その結果中間像と第２の光学系の光軸103−104との距離を光軸103−104と基板3との距離に比べ短くすることが可能となる。図１では第２の平面鏡7と第３の平面鏡21の両方を−ｙ方向へ移動させ配置する例を示している。

しかしながら、第２の平面鏡７と第３の平面鏡21の少なくとも一方を−ｙ方向に移動させ配置することによりマスク1と基板3とのｚ方向の距離を短くすることが可能であり、投影光学系POひいては露光装置を小型化することが可能である。前述の関係は図１においてマスク1から第１の平面鏡5における光の反射位置までの距離をＡ、第３の平面鏡7における光の反射位置から中間像までの距離をＢとする。また中間像から第３の平面鏡21における光の反射位置までの距離をＣ、第４の平面鏡24における光の反射位置から基板3までの距離をＤとする。マスク1と基板3とのｚ方向の距離を短くするための条件は、Ａ＞Ｂ及びＤ＞Ｃの少なくともいずれかを満たすように第１乃至第４の平面鏡並びに前記第１及び第２の光学系が配置されていることである。平面鏡の配置位置は投影光学系POの光学性能へ影響を及ぼすものではない。したがって、投影光学系POの性能に影響を与えることなく投影光学系POの高さを低くすることが可能であり、その結果として装置を小型化することが可能である。
〔第２実施形態〕
図２に基づいて第２実施形態の露光装置について説明する。本実施形態の露光装置は、照明光学系ILから出た照明光はマスク201を通り第１の平面鏡203を通り第１の凹面鏡204により反射され、第１の凸面鏡205、第２の凹面鏡206を通る。その後、光は、第２の平面鏡207により反射され、マスク201に対して共役な位置221に中間像を結ぶ。第1の平面鏡203と第２の平面鏡207はプリズム状で一体的に構成されて互いに直角なしている。中間像を結んだ後、第２の反射光学系PO2に含まれる第３の平面鏡208により反射された光は第３の凹面鏡209、第２の凸面鏡210、第４の凹面鏡211を通り、第４の平面鏡212により反射され基板213上に結像する。第２の反射光学系PO2に含まれる第３の平面鏡208と第４の平面鏡212はプリズム状で一体的に構成され互いに直角をなしている。マスク201にはデバイスを製造するための所定のパターンが描画されており基板213上にパターンを形成することができる。マスク201は駆動可能なマスクステージ202に固定されている。また基板213は駆動可能な基板ステージ214に固定されている。マスクステージ202と基板ステージ214は同期してｙ方向に走査することにより広い領域を露光可能である。

第１の光学系に含まれる第１の凸面鏡205と第１及び第２の凹面鏡204，206の曲率中心を結ぶ直線215−216は第１の光学系の光軸である。同様に第２の光学系に含まれる第２の凸面鏡210と第３及び第４の凹面鏡209,211の曲率中心を結ぶ直線217−218は第２の光学系の光軸である。第１実施形態では中間像に近い第２の平面鏡のみを−ｙ方向に移動させ光軸と中間像の距離を短くした。しかしながら本実施形態では第１及び第２の２つの平面鏡203,207がプリズム状で一体的に構成されているため中間像に近い第２の平面鏡207のみを移動させることが不可能である。そこで図２に示すように、第１の反射光学系PO1に含まれるプリズム状の第１及び第２の平面鏡の頂点219を光軸215−216に対してｚ方向及びｙ方向に移動させる。そうすることで、反射光学系の光学性能に影響を及ぼすことなくマスクステージ202と第１の凹面鏡204の距離を保ったまま、第２の平面鏡207から中間像までの距離を短くすることが可能である。なお、従来技術における露光装置の第１の反射光学系に含まれるプリズム状の第１及び第２の平面鏡の頂点219は、図５に示されるように、第１の光学系の光軸215−216上に位置する。

同様に第２の反射光学系PO2においてもプリズム状の第３及び第４の平面鏡208,212のプリズム状の頂点220が第２の光学系の光軸217-218に対しての−ｙ及び−ｚ方向へ移動させ配置する。そうすることで、反射光学系の性能、基板ステージ214の走査に影響を与えることなく、中間像と第３の平面鏡２０８とのｚ方向における距離を短くすることが可能である。マスク201から第１の平面鏡203の反射位置までの距離をＡ２、第２の平面鏡207の反射位置から中間像までの距離をＢ２とする。また中間像から第３の平面鏡208の反射位置までの距離をＣ２、第４の平面鏡212の反射位置から基板213までの距離をＤ２とする。マスク201と基板213とのｚ方向の距離を短くするための条件は、Ａ２＞Ｂ２またはＤ２＞Ｃ２を満たすことである。したがって、投影光学系POの性能に影響を与えることなく投影光学系POの高さを低くすることが可能であり、その結果として装置を小型化することが可能である。
〔第３実施形態〕
図３に基づいて第３実施形態の露光装置について説明する。不図示の照明光学系から出た照明光はマスク301を通り第１の反射光学系PO1によりマスク301に対して共役な位置314に中間像を形成しその後第２の反射光学系PO2により基板303上にマスクパターンが形成される。マスク301はマスクステージに302に保持されており、基板303は基板ステージ304に保持されている。マスクステージ302と基板ステージ304は同期してｙ方向に走査することにより広い範囲を露光可能となる。第１の反射光学系PO1は第１の平面鏡305、第１の凹面鏡306、第１の凸面鏡307、第２の凹面鏡308、第２の平面鏡311を有している。第３実施形態の第１の光学系は、第２の凹面鏡308と第２の平面鏡311との間に配置された一対の平面鏡309，310をさらに含んでいる。一対の平面鏡309，310は、互いに平行に配置され、第２の凹面鏡308で反射され第２の平面鏡311に入射する光のｚ方向（第２方向）における位置を物体面の側にシフトさせる。

ｘ軸＋に右ねじが進む向きをωｘ周りに右ねじが進む向きを+ωｘとした場合、平面鏡309はｘ−ｚ平面をωｘに−４５°傾けたよう配置され、平面鏡310はｘ−ｚ平面をωｘに−４５°傾けたように配置されている。また平面鏡310は平面鏡309に対して並行つまりｘ−ｚ平面をωｘに−４５°傾けたよう配置されている。第２の平面鏡311は第１の平面鏡305と直角を成すように配置されている。第１の凸面鏡307の曲率中心と第１及び第３の凹面鏡306,308の曲率中心を結ぶ直線312−313は第１の光学系の光軸である。一対の平面鏡309，310を配置することにより、光軸312−313からマスク301までの距離に比べ光軸312−313から中間像までの距離を短くすることが可能となる。図３においてマスク301から第１の平面鏡305の反射位置までの距離をＡ３、第２の平面鏡311の反射位置から中間像までの距離をＢ３とする。マスク301と基板303とのｚ方向の距離を短くするための条件は、Ａ３＞Ｂ３を満たすことである。

以上の実施形態で述べた方法は図４に示すようにそれぞれを組み合わせることが可能である。また、第１の反射光学系PO1または第２の反射光学系PO2どちらに適応しても結像性能に影響を与えることなく投影光学系POの小型化が可能となる。本実施形態において第１、第２の光学系としてオフナー系を取り上げたが、ダイソン光学系と組み合わせて使用することも可能である。またオフナー系はマスクと凹面鏡の間や凹面鏡と凸面鏡の間に屈折光学部材を含むことも可能である。以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

［デバイス製造方法］
本発明の好適な実施形態のデバイス製造方法は、例えば、半導体デバイス、ＦＰＤのデバイスの製造に好適である。前記方法は、感光剤が塗布された基板を、上記の露光装置を用いて露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程とを含みうる。さらに、前記デバイス製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含みうる。

Claims (8)

1. 所定の平面に平行な物体面に配置された物体の中間像を形成する第１の反射光学系と前記中間像を前記平面に平行な像面に投影する第２の反射光学系とを含む投影光学系であって、
   前記第１の反射光学系は、前記物体面から出射され前記平面に直交する第１方向に沿って入射した光を反射する第１の平面鏡と、前記第１の平面鏡からの光を反射する第１の光学系と、前記第１の光学系からの光を反射して前記中間像の形成位置に向け前記第１方向に沿って出射する第２の平面鏡とを有し、
   前記第２の反射光学系は、前記中間像の形成位置から出射され前記第１方向に沿って入射した光を反射する第３の平面鏡と、前記第３の平面鏡からの光を反射する第２の光学系と、前記第２の光学系からの光を反射して前記像面に向け前記第１方向に沿って出射する第４の平面鏡とを有し、
   前記第２の平面鏡における光の反射位置と前記中間像の形成位置との間の前記第１方向における距離は前記第１の平面鏡における光の反射位置と前記物体面との間の前記第１方向における距離よりも短いこと、及び、前記第３の平面鏡における光の反射位置と前記中間像の形成位置との間の前記第１方向における距離は前記第４の平面鏡における光の反射位置と前記像面との間の前記第１方向における距離よりも短いことの少なくともいずれかを満たすように、前記第１乃至第４の平面鏡並びに前記第１及び第２の光学系が配置されている、
   ことを特徴とする投影光学系。
2. 前記第１の光学系は、前記第１の平面鏡と前記第２の平面鏡との間の光路に、第１の凹面鏡と第１の凸面鏡と第２の凹面鏡とを含み、
   前記第２の光学系は、前記第３の平面鏡と前記第４の平面鏡との間の光路に、第３の凹面鏡と第２の凸面鏡と第４の凹面鏡とを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
3. 前記第１及び第２の平面鏡の組と前記第３及び第４の平面鏡の組との少なくとも一方の組が一体に形成されている、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の投影光学系。
4. 前記第２の平面鏡における光の反射位置と前記第１の光学系との間の前記第１方向に直交する第２方向における距離は前記第１の平面鏡における光の反射位置と前記第１の光学系との間の前記第２方向における距離よりも長いこと、及び、前記第３の平面鏡における光の反射位置と前記第２の光学系との間の前記第２方向における距離は前記第４の平面鏡における光の反射位置と前記第２の光学系との間の前記第２方向における距離よりも長いことの少なくともいずれかを満たすように、前記第１乃至第４の平面鏡並びに前記第１及び第２の光学系が配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の投影光学系。
5. 前記第１の光学系は、前記第２の平面鏡に入射する光の前記第１方向における位置を前記物体面の側にシフトさせる互いに平行に配置された一対の平面鏡をさらに含むこと、及び、前記第２の光学系は、前記第３の平面鏡に入射する光の前記第１方向における位置を前記像面の側にシフトさせる互いに平行に配置された一対の平面鏡をさらに含むこと、の少なくともいずれかを満たす、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の投影光学系。
6. 前記第１の光学系及び前記第２の光学系は等倍の光学系であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の投影光学系。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の投影光学系を用いて前記物体面に配置された原版のパターンを前記像面に配置された基板に投影して前記基板を露光する露光装置。
8. 請求項７に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記工程で露光された基板を現像する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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