JP2017003783A - Exposure apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この出願の発明は、オフナー光学系を使用した露光装置に関するものである。 The invention of this application relates to an exposure apparatus using an Offner optical system.
各種半導体集積回路の製造プロセスや各種FPD(Flat Panel Display)の製造プロセスでは、フォトリソグラフィの技術が採用されている。フォトリソグラフィに使用される主要な装置の一つが、露光装置である。露光装置は、マスクのパターンで対象物を露光し、パターンの像を対象物に転写する装置を広く意味する。従って、露光装置の性能を示す重要な指標は、解像力と重ね合わせ精度である。 Photolithography technology is employed in various semiconductor integrated circuit manufacturing processes and various FPD (Flat Panel Display) manufacturing processes. One of the main apparatuses used for photolithography is an exposure apparatus. An exposure apparatus broadly means an apparatus that exposes an object with a mask pattern and transfers an image of the pattern onto the object. Therefore, the important indexes indicating the performance of the exposure apparatus are the resolution and the overlay accuracy.
周知のように、回路の微細化に伴い、解像力及び重ね合わせ精度に対する要求はより厳しいものとなっている。このうち、解像力を決定する大きな要素は、当然ながら光学系の性能である。より微細な回路を得るには、収差が十分に抑え込まれた高解像の光学系が必要になる。サブミクロン以下の解像力を得るため、ステッパーのようなレンズ系を採用した露光装置は、数十枚のレンズを組み合わせて光学系を構成しており、非常に複雑な構造となっている。 As is well known, with the miniaturization of circuits, the requirements for resolving power and overlay accuracy are becoming stricter. Of these, the major factor that determines the resolving power is, of course, the performance of the optical system. In order to obtain a finer circuit, a high-resolution optical system in which aberrations are sufficiently suppressed is required. An exposure apparatus employing a lens system such as a stepper in order to obtain submicron resolution is composed of several tens of lenses to form an optical system and has a very complicated structure.
一方、このようなレンズ系を使用した露光装置の他に、ミラー系のみで光学系を構成した露光装置として、オフナー光学系を使用した露光装置が従来から知られている。図10及び図11は、オフナー光学系を使用した従来の露光装置の概略図であり、図10は斜視概略図、図11は正面断面概略図である。
オフナー光学系は、二つの球面ミラーによってマスクの像を等倍で投影する光学系である。図10及び図11に示すように、二つの球面ミラー11,12は、同軸上即ち球面の中心が同一直線上に位置する状態で配置されている。以下、この直線を、オフナー中心軸と呼び、図中にCで示す。二つの球面ミラー11,12のうち、一方は大きく、他方は小さい。以下、大きい方11を第一の球面ミラーと呼び、小さい方12を第二の球面ミラーと呼ぶ。
On the other hand, in addition to an exposure apparatus using such a lens system, an exposure apparatus using an Offner optical system is conventionally known as an exposure apparatus having an optical system composed of only a mirror system. 10 and 11 are schematic views of a conventional exposure apparatus using an Offner optical system. FIG. 10 is a schematic perspective view, and FIG. 11 is a schematic front sectional view.
The Offner optical system is an optical system that projects an image of a mask at an equal magnification using two spherical mirrors. As shown in FIGS. 10 and 11, the two
第一の球面ミラー11は凹面ミラーとなっており、第二の球面ミラー12は凸面ミラーとなっている。オフナー中心軸Cに対して、マスクMは一方の側に配置され、露光の対象物であるワークWは他方の側に配置される。説明の都合上、オフナー中心軸Cを含む仮想的な平面を基準面と呼び、図10にSで示す。
図10に示すように、マスクMは、基準面Sに対して垂直な姿勢で配置され、ワークWも、反対側において基準面Sに対して垂直な姿勢で配置される。マスクMの配置面上の基準点及びワークWの配置面上の基準点は、オフナー中心軸Cに対して垂直な同一直線上にあり、オフナー中心軸Cから等距離の位置に位置している。以下、マスクMの配置面上の基準点を物側基準点と呼び、図10にM0で示す。ワークWの配置面上の基準点を像側基準点と呼び、図10にW0で示す。物側基準点M0及び像側基準点W0は、基準面S上にある。
The first
As shown in FIG. 10, the mask M is arranged in a posture perpendicular to the reference surface S, and the workpiece W is also arranged in a posture perpendicular to the reference surface S on the opposite side. The reference point on the arrangement surface of the mask M and the reference point on the arrangement surface of the workpiece W are on the same straight line perpendicular to the Offner center axis C and are located at the same distance from the Offner center axis C. . Hereinafter, a reference point on the placement surface of the mask M called the object side reference point, indicated by M 0 in FIG. 10. A reference point on the arrangement surface of the workpiece W is called an image-side reference point, and is indicated by W 0 in FIG. The object side reference point M 0 and the image side reference point W 0 are on the reference plane S.
図10及び図11に示された光学系1において、光軸Aは、物側基準点M0から像側基準点W0に至る軸として設定されており、基準面Sに含まれる。即ち、物側基準点M0は、光軸A上の物原点であり、像側基準点W0は光軸A上の像原点である。
第二の球面ミラー12の背後には、台形ミラー体4が配置されている。台形ミラー体4は、断面台形の部材であり、台形の斜辺に相当する各面が反射面となっている。説明の都合上、台形ミラー体4の一方の反射面41を第一の平面ミラーと呼び、他方の反射面42を第二の平面ミラーと呼ぶ。各平面ミラー41,42の角度は、光軸Aに対して45°である。
In the
A
図11に示すように、光軸Aは、物側基準点M0から出て第一の平面ミラー41に達し、第一の平面ミラー41で直角に曲がって第一の球面ミラー11に達する。そして、光軸Aは、第一の球面ミラー11で折り返して第二の球面ミラー12に達し、第二の球面ミラー12で折り返して再び第一の球面ミラー11に達する。その後、光軸Aは、第一の球面ミラー11で折り返し、第二の平面ミラー42で直角に曲がり、像側基準点W0に達する。
As shown in FIG. 11, the optical axis A exits from the object side reference point M 0 , reaches the
図10及び図11に示す露光装置において、マスクMから出た光は、第一第二の球面ミラー11,12の作用によりワークW上に結び、マスクMの像がワークWに投影される。この際、レンズを使用していないので、色収差等のレンズに起因した収差は生じない。また、オフナー光学系1では、二つの球面ミラー11,12により収差が自動補正され、ある像高さにおいて良質な像が得られる。良質な像が得られる領域は、オフナー中心軸Cを中心とする円弧状の領域である。
このため、図10に示すように、オフナー光学系1を使用した露光装置は、マスクMに対して円弧状パターンの光Lを照射し、ワークWに対して円弧状パターンの像Iを等倍で形成する。そして、静止した光学系1に対して、マスクM及びワークWを一体に移動(スキャン)する機構が設けられる。マスクM及びワークWを一体に移動させることで、マスクM全体の像をワークWに転写するよう露光が行われる。
In the exposure apparatus shown in FIGS. 10 and 11, the light emitted from the mask M is coupled onto the workpiece W by the action of the first and second
For this reason, as shown in FIG. 10, the exposure apparatus using the Offner
上述したように、オフナー光学系は収差のない良質な像投影が行えるので、古くから露光装置への応用が試みられており、一部に実用化がされている。しかしながら、オフナー光学系は、基本的に等倍で像を投影するものであるため、ナノオーダーにまで微細化の進んだ半導体集積回路の製造用には、実用化されていない。それでも、集積度が比較的低い工程、例えば半導体集積回路製造プロセスにおける後工程や液晶ディスプレイの製造プロセスにおいて、オフナー光学系を採用した露光装置は実用化されており、現在も使用されている。 As described above, since the Offner optical system can perform high-quality image projection without aberration, application to an exposure apparatus has been tried for a long time, and some of them have been put into practical use. However, since the Offner optical system basically projects an image at an equal magnification, it has not been put to practical use for manufacturing a semiconductor integrated circuit that has been miniaturized to the nano order. Nevertheless, an exposure apparatus that employs an Offner optical system has been put into practical use in a process with a relatively low degree of integration, such as a post-process in a semiconductor integrated circuit manufacturing process or a liquid crystal display manufacturing process, and is still in use.
オフナー光学系を採用した露光装置の実用化が一部にとどまっている理由の一つに、生産性の問題がある。前述したように、オフナー光学系を採用した露光装置において、収差無しに像投影できる領域は、オフナー中心軸を中心とする円弧状の領域に限られる。この際、十分に高い解像力で像投影しようとすると、円弧状領域の幅は非常に狭くなり(例えば1mm程度)、線状とも言い得る領域になる。この点は、非点収差の問題が関係している。 One of the reasons that the practical use of the exposure apparatus adopting the Offner optical system is limited is the problem of productivity. As described above, in an exposure apparatus that employs an Offner optical system, an area where an image can be projected without aberration is limited to an arc-shaped area centered on the Offner center axis. At this time, if an image is projected with a sufficiently high resolution, the width of the arc-shaped region becomes very narrow (for example, about 1 mm), and the region can be called a linear shape. This is related to the problem of astigmatism.
非点収差も無く像投影ができる領域が非常に狭いため、オフナー光学系を使用した露光装置では、一回の露光に要する時間が長くなってしまう欠点がある。ワークに投影される円弧状パターンの幅が狭いために、必要とされる積算露光量を得るにはマスク及びワークの同期移動をゆっくりとしたスピードで行う必要がある。このため、どうしても生産性を高くすることができない。この欠点が解消されれば、収差がないというオフナー光学系の長所がもっと活かされ、このタイプの露光装置がより広範に実用化されることになると考えられる。
この出願の発明は、上記のような課題を考慮して為されたものであり、オフナー光学系を採用した露光装置の長所を活かし、より広範な用途での実用化を可能にすることを目的としている。
Since an area where an image can be projected without astigmatism is very narrow, an exposure apparatus using an Offner optical system has a drawback that the time required for one exposure becomes long. Since the arc-shaped pattern projected onto the work is narrow, it is necessary to perform the synchronous movement of the mask and the work at a slow speed in order to obtain the required integrated exposure amount. For this reason, productivity cannot be increased. If this drawback is eliminated, it is considered that the advantage of the Offner optical system that there is no aberration will be utilized more and this type of exposure apparatus will be put into practical use more widely.
The invention of this application has been made in consideration of the above-described problems, and aims to enable practical use in a wider range of applications by taking advantage of the exposure apparatus employing the Offner optical system. It is said.
上記課題を解決するため、この出願の請求項1記載の発明は、凹面ミラーである第一の球面ミラーと、第一の球面ミラーより小さい凸面ミラーである第二の球面ミラーとが向かい合わせて設けられ、各球面ミラーの曲率の中心がオフナー中心軸上に位置しているオフナー光学系を備えた露光装置であって、
物点から第一の球面ミラーへの光路上又は第一の球面ミラーから像点への光路上には、少なくとも一枚のレンズが存在しており、当該レンズは、当該レンズがない場合に比べて、光軸からオフナー中心軸を中心とする半径方向に離れた位置の非点収差を小さくするものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項2記載の発明は、凹面ミラーである第一の球面ミラーと、第一の球面ミラーより小さい凸面ミラーである第二の球面ミラーとが向かい合わせて設けられ、各球面ミラーの曲率の中心がオフナー中心軸上に位置しているオフナー光学系を備えた露光装置であって、
物点から第一の球面ミラーへの光路上及び第一の球面ミラーから像点への光路上には、少なくとも一枚のレンズが存在しており、当該レンズの曲面がオフナー中心軸に対して対称に配置されており、当該レンズは、当該レンズがない場合に比べて、光軸から光学系オフナー中心軸を中心とする半径方向に離れた位置の非点収差を小さくするものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項3記載の発明は、前記請求項2の構成において、前記レンズは、前記物点から第一の球面ミラーへの光路上に位置する第一のレンズと、前記第一の球面ミラーから像点への光路上に配置された第二のレンズであり、これらレンズが前記オフナー中心軸に対して対称に配置されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項4記載の発明は、前記請求項3の構成において、前記第一第二の少なくとも一方のレンズには、移動機構が設けられており、移動機構は、当該レンズの光軸に沿った方向での位置を調節することが可能なものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項5記載の発明は、前記請求項1又は2の構成において、前記レンズは、色消しレンズを構成する二枚のレンズであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項6記載の発明は、前記請求項3又は4の構成において、前記第一第二の各レンズは、色消しレンズを構成する二枚のレンズであるこという構成を有する。
In order to solve the above-mentioned problem, in the invention according to
There is at least one lens on the optical path from the object point to the first spherical mirror or on the optical path from the first spherical mirror to the image point, and the lens is compared to the case without the lens. Thus, the astigmatism at a position away from the optical axis in the radial direction around the Offner central axis is reduced.
In order to solve the above problem, the invention according to
There is at least one lens on the optical path from the object point to the first spherical mirror and on the optical path from the first spherical mirror to the image point, and the curved surface of the lens is in relation to the Offner central axis. Arranged symmetrically, the lens is configured to reduce astigmatism at a position away from the optical axis in the radial direction around the central axis of the optical system Offner as compared to the case without the lens. Have
In order to solve the above problem, the invention according to
In order to solve the above-mentioned problem, in the invention according to
In order to solve the above problem, the invention according to
In order to solve the above problem, the invention according to claim 6 is that in the configuration of
以下に説明する通り、この出願の請求項1記載の発明によれば、レンズにより、非点収差が小さく抑え込まれた露光領域が、オフナー中心軸を中心とする半径方向に拡大するので、マスクに照射する円弧状パターンの幅を幅広にしても解像力は低下しない。このため、解像力を維持しつつ幅広パターンでの露光によって生産性を飛躍的に向上させることができる。
また、請求項2記載の発明によれば、曲面がオフナー中心軸に対して対称に配置されたレンズにより、非点収差が小さく抑え込まれた露光領域が、オフナー中心軸を中心とする半径方向に拡大するので、マスクに照射する円弧状パターンの幅を幅広にしても解像力は低下しない。このため、解像力を維持しつつ幅広パターンでの露光によって生産性を飛躍的に向上させることができる。このため、露光精度も高くしつつ生産性の向上を図ることができる。
また、請求項3記載の発明によれば、上記効果に加え、レンズは、第一の球面ミラーの入射側と出射側とに設けられた第一第二のレンズであるので、光学系全体の精度を確保する際の微調整を容易に行うことができる。
また、請求項4記載の発明によれば、上記効果に加え、投影像の倍率調整を簡易な構成により行うことができる。
また、請求項5記載の発明によれば、レンズを採用したことによる欠点(色収差発生)を解消することができ、オフナー光学系の長所を損なうことなく上記各効果を得ることができる。
また、請求項6記載の発明によれば、レンズを採用したことによる欠点(色収差発生)を解消することができ、オフナー光学系の長所を損なうことなく上記各効果を得ることができる。
As described below, according to the invention of
According to the second aspect of the present invention, the exposure region in which the astigmatism is suppressed to be small by the lens having the curved surface arranged symmetrically with respect to the Offner center axis is a radial direction centered on the Offner center axis. Therefore, even if the width of the arc-shaped pattern irradiated to the mask is widened, the resolving power does not decrease. For this reason, productivity can be drastically improved by exposure with a wide pattern while maintaining resolution. For this reason, productivity can be improved while increasing exposure accuracy.
According to the invention described in
According to the invention described in
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to eliminate the defects (occurrence of chromatic aberration) caused by the use of the lens, and to obtain the above-mentioned effects without impairing the advantages of the Offner optical system.
According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to eliminate the drawbacks (occurrence of chromatic aberration) caused by the use of the lens, and to obtain the above-mentioned effects without impairing the advantages of the Offner optical system.
次に、この出願の発明を実施するための形態(以下、実施形態)について説明する。
図1は、第一の実施形態の露光装置の正面断面概略図である。実施形態の露光装置は、オフナー光学系1を備えた露光装置である。具体的には、この露光装置は、オフナー光学系1と、オフナー光学系1の物焦点の位置を含む平面上にマスクMを保持するマスクホルダー(図1中不図示)と、オフナー光学系1の像焦点の位置を含む平面上にワークWを保持するワークステージ(図1中不図示)とを備えている。尚、図1では、図示の簡略化のため、台形ミラー体を省略している。実際には、図10と同様の台形ミラー体が設けられ、光軸Aは各々90°曲げられている。
Next, modes for carrying out the invention of the present application (hereinafter referred to as embodiments) will be described.
FIG. 1 is a schematic front sectional view of the exposure apparatus of the first embodiment. The exposure apparatus according to the embodiment is an exposure apparatus including an Offner
マスクホルダーは、ワークWへの像の投影位置(像の重ね合わせ位置)との関係で正しい位置にマスクMが位置するようマスクMを保持するものである。マスクMには、ワークWに転写すべきパターンが予め形成されている。
ワークステージは、同様にオフナー光学系1による像投影位置との関係で正しい位置にワークWが位置するようワークWを保持するものである。マスクホルダー及びワークステージには、不図示の移動機構が従来と同様に設けられている。
The mask holder holds the mask M so that the mask M is positioned at a correct position in relation to the projection position of the image on the workpiece W (image superposition position). A pattern to be transferred to the workpiece W is formed in advance on the mask M.
Similarly, the work stage holds the work W so that the work W is positioned at a correct position in relation to the image projection position by the Offner
マスクホルダーの入射側には、不図示の光源及び照明光学系が設けられている。光源としては、超高圧水銀ランプのような紫外線ランプが使用される。照明光学系は、インテグレーターレンズやコリメーターレンズを含んでおり、マスクMを均一に照射するよう構成される。
照明光学系は、マスクMに照射される光を所定の円弧状パターンとするためのアパーチャ(不図示)を含んでいる。アパーチャによるマスクM上の円弧状パターンの投影位置は、円弧状パターンの中心が物側基準点M0に一致する位置である。
A light source and illumination optical system (not shown) are provided on the incident side of the mask holder. As the light source, an ultraviolet lamp such as an ultra high pressure mercury lamp is used. The illumination optical system includes an integrator lens and a collimator lens, and is configured to irradiate the mask M uniformly.
The illumination optical system includes an aperture (not shown) for making the light applied to the mask M a predetermined arc-shaped pattern. The projection position of the arc-shaped pattern on the mask M by the aperture is a position where the center of the arc-shaped pattern coincides with the object side reference point M 0 .
このような実施形態の露光装置の大きな特徴点は、アパーチャによる円弧状パターンの幅を大きくすることが可能な特別の光学素子を備えていることである。「円弧状パターンの幅を大きくすることが可能」とは、幅を大きくしても、露光の解像力が低下しないということであり、言い換えれば、高い解像力で像投影できる領域の幅を大きくするということである。以下、この点について説明する。 A major feature of the exposure apparatus of such an embodiment is that a special optical element capable of increasing the width of the arc-shaped pattern by the aperture is provided. “It is possible to increase the width of the arc-shaped pattern” means that even if the width is increased, the resolving power of the exposure does not decrease. In other words, the width of the region where the image can be projected with a high resolving power is increased. That is. Hereinafter, this point will be described.
図1に示すように、第一の実施形態の露光装置は、その曲面がオフナー中心軸Cに対して対称に配置された1枚のレンズ5を備えている。レンズ5は、球面レンズであり、第一の球面ミラー11側のレンズ面501が凸、これとは反対側のレンズ面502が凹のレンズである。図1に示すように、レンズ5の中心軸は、オフナー中心軸Cに一致しており、従って、各レンズ面501,502の曲率の中心はオフナー中心軸C上にある。但し、第一の球面ミラー11側のレンズ面501の中心と、反対側のレンズ面502の中心は、オフナー中心軸C上の同じ位置(同心)である場合もあるし、オフナー中心軸C上の異なる位置の場合もある。いずれにしても、このレンズ5は、高い解像力を維持して像投影できる領域を広げる作用を有する。以下、このレンズ5を、領域拡大レンズと言い換える。
As shown in FIG. 1, the exposure apparatus of the first embodiment includes a
周知のように、投影光学系において透明な平行平板を光軸に垂直に挿入すると、焦点距離が若干長くなる。この際、平行平板を光軸に対して斜めに傾けて挿入すると、本来、非点収差が発生しない筈の光軸上の物点から出た光についても、傾きの軸に沿った面以外については非点収差が発生するようになる。
実施形態の領域拡大レンズ5は、この作用を逆に利用したものである。即ち、光路上に光透過部材を配置することで非点収差を小さく抑え込むようにする。この際、半径(タンジェンシャル)方向に広い範囲で収差が少なくなるようレンズ5の曲率を選定する。尚、図1の光線図は、タンジェンシャル面での光線を示している。
As is well known, when a transparent parallel plate is inserted perpendicularly to the optical axis in the projection optical system, the focal length becomes slightly longer. At this time, if the parallel plate is inserted obliquely with respect to the optical axis, the light emitted from the object point on the optical axis of the eyelid that does not naturally generate astigmatism is also other than the plane along the axis of inclination. Causes astigmatism.
The
そして、半径方向に拡大した非点収差のない領域を、円周(サジタル)方向に延長するために、レンズ5の曲面がオフナー中心軸Cに対して対称となるような配置としている。半径方向や円周方向とは、オフナー中心軸Cを中心とする半径方向、円周方向ということである。
The curved surface of the
次に、上記のような技術思想によって非点収差が小さく抑え込まれた領域を拡大させる実際の設計例(実施例)について説明する。
まず、この設計例の具体的光学条件について説明すると、第一の球面ミラー11の曲率半径R(以下、単に曲率という)は−750.7mm、第二の球面ミラー12の曲率は−361.3mm、オフナー中心軸C上で見た第一の球面ミラー11と第二の球面ミラー12の離間距離(図1にDで示す)は389.8mm、領域拡大レンズ5の第一の球面ミラー11側のレンズ面501の曲率は−260.5mm、反対側のレンズ面502の曲率は−239.1mmである。尚、オフナー中心軸Cと光軸Aとの距離(図1にrで示す)はオフナー距離と呼ばれるが、この例ではrは115mmである。
Next, an actual design example (example) for enlarging a region where astigmatism is suppressed to a small extent by the above technical idea will be described.
First, specific optical conditions of this design example will be described. The curvature radius R (hereinafter simply referred to as curvature) of the first
このような実施形態において非点収差が小さく抑え込まれる領域が領域拡大レンズ5によりどの程度拡大するかを、計算によりシミュレーションした。図2は、このシミュレーションの結果を示す図である。シミュレーションには、光学計算ソフトウェアであるLambda Research社製のOSLO PREMIUM EDITION REVISION 6.4.1又は6.2が使用された。
図2(A)は、領域拡大レンズを配置しない場合のシミュレーション結果、図2(B)は、上記領域拡大レンズを配置した場合のシミュレーション結果である。図2(A)(B)において、縦軸は、焦点位置即ち焦点深度方向(光軸A方向)での位置を示し、横軸は、像面(ワークWの表面)における像パターンの幅方向(図1にdで示す)の位置を示す。原点は、幅方向の中央位置(像側基準点W0)である。つまり、図2(A)(B)の横軸は、光軸Aからオフナー中心軸を中心とする半径方向にどの程度離れたかを示している。尚、図2の(A)と(B)とで、横軸はスケールが異なっている。
In such an embodiment, the extent to which the region where astigmatism is suppressed to be small is expanded by the
FIG. 2A shows a simulation result when the area magnifying lens is not arranged, and FIG. 2B shows a simulation result when the area magnifying lens is arranged. 2A and 2B, the vertical axis indicates the focal position, that is, the position in the focal depth direction (optical axis A direction), and the horizontal axis indicates the width direction of the image pattern on the image plane (the surface of the workpiece W). The position (indicated by d in FIG. 1) is shown. The origin is the center position (image side reference point W 0 ) in the width direction. That is, the horizontal axis in FIGS. 2A and 2B indicates how far from the optical axis A in the radial direction centered on the Offner central axis. In FIGS. 2A and 2B, the horizontal axis is different in scale.
図2(A)に示すように、領域拡大レンズがない場合、像側基準点W0即ち像面のうち光軸A上の点(図2(A)の横軸0の位置)ではタンジェンシャル面とサジタル面では焦点の乖離はないが、像側基準点W0からパターン幅方向に少しでも外れると焦点のずれ(非点収差)が発生する。例えば、図2(A)によれば、光軸A上の点からわずか0.5mm離れるだけで、タンジェンシャル面の焦点位置とサジタル面の焦点とは約8μm乖離する。
一方、領域拡大レンズを設けた場合、レンズの効果で光軸A上の点(図2(B)の横軸0の位置)におけるタンジェンシャル面とサジタル面の焦点位置は約5μm乖離しているが、光軸A上の点から離れるにつれて両者の焦点位置の乖離は減少し、前後10mm(合計20mm)離れた範囲内で最大約3μm程度の乖離しか生じない。即ち、タンジェンシャル面の焦点位置とサジタル面の焦点に位置の乖離が8μm未満の領域を「非点収差が小さく抑え込まれた領域」とすると、領域拡大レンズを設けることにより、「非点収差が小さく抑え込まれた領域」が1mmから少なくとも20mmに拡大することが判る。
As shown in FIG. 2A, when there is no area magnifying lens, the image side reference point W 0, that is, a point on the optical axis A in the image plane (position on the
On the other hand, when the area enlarging lens is provided, the focal position of the tangential surface and the sagittal surface at a point on the optical axis A (position of the
上記のような非点収差の改善(減少)が、必要な解像力や生産性との関係でどのような効果をもたらすかについて、図3〜図5を使用して説明する。図3及び図4は、領域拡大レンズ5による非点収差の減少の効果について評価したシミュレーションの結果を示す図である。図5は、図3(1)(2)及び図4の各シミュレーション結果の説明用の図である。横軸は空間周波数、縦軸はMTF(コントラスト)である。
The effect of the improvement (reduction) of astigmatism as described above in relation to the necessary resolving power and productivity will be described with reference to FIGS. 3 and 4 are diagrams showing the results of a simulation for evaluating the effect of reducing astigmatism by the
図3(1)(2)は、領域拡大レンズ5がない場合(従来例)のシミュレーション結果を示し、図4は領域拡大レンズがある場合(実施形態)のシミュレーション結果を示す。図3(1)(2)及び図4において、各横軸は空間周波数であり、各縦軸は算出されたMTFの値である。図4の場合、図2(B)の場合と同様、領域拡大レンズ5の第一の球面ミラー11側のレンズ面501はR=−260.5mm、反対側のレンズ面502はR=−239.1mmである。尚、シミュレーションには、同様にLambda Research社製のOSLO PREMIUM EDITION REVISION 6.4.1又は6.2が使用された。
3 (1) and 3 (2) show the simulation results when there is no area expansion lens 5 (conventional example), and FIG. 4 shows the simulation results when there is an area expansion lens (embodiment). 3A, 3B, and 4, each horizontal axis represents a spatial frequency, and each vertical axis represents a calculated MTF value. In the case of FIG. 4, as in the case of FIG. 2B, the
図3(1)(2)及び図4には、円弧状パターンの像の幅方向の各位置でのMTFの各グラフが示されている。各グラフは、図5に示す円弧状パターンの像Iの幅dの各点でのデータである。即ち、像面の光軸A上の点を±0とし、幅dの半分の距離まで幅dの方向にずれた各点でのMTFの算出結果である。図3(1)では、幅の全長が1mmであるため、±0.125mm、±0.25mm、±0.375mm、±0.5mmの位置でのデータである。図3(2)では、幅dの全長は20mmであるため、±2.5mm、±5mm、±7.5mm、±10mmの位置でのデータとなっている。尚、+は、図1においてオフナー中心軸Cから遠ざかる向き、−の方向はオフナー中心軸Cに近づく向きである。図3(1)や図4では、各位置でMTFに大差がないため、各グラフが重なっているが、図3(2)では各位置でMTFに大きな違いが出ている。各グラフと幅方向の位置との対応関係を図3(2)中に示す。 FIGS. 3A, 3B, and 4 show graphs of MTFs at respective positions in the width direction of the arc-shaped pattern image. Each graph is data at each point of the width d of the image I of the arc-shaped pattern shown in FIG. In other words, the MTF is calculated at each point shifted in the direction of the width d up to a distance half the width d, with the point on the optical axis A of the image plane being ± 0. In FIG. 3 (1), since the total length of the width is 1 mm, the data is at the positions of ± 0.125 mm, ± 0.25 mm, ± 0.375 mm, and ± 0.5 mm. In FIG. 3 (2), since the total length of the width d is 20 mm, the data is at positions of ± 2.5 mm, ± 5 mm, ± 7.5 mm, and ± 10 mm. In addition, + is a direction away from the Offner center axis C in FIG. 1, and a-direction is a direction approaching the Offner center axis C. In FIGS. 3A and 4, the MTFs do not differ greatly at each position, so the graphs overlap. However, in FIG. 3B, the MTFs differ greatly at each position. The correspondence between each graph and the position in the width direction is shown in FIG.
尚、波長条件については、355nm〜380nmの波長の光で露光することを前提とした。この際、屈折率が異なるので、365nmの波長を基本とし、他の波長の重み付けを行った。尚、波長拡大レンズ5の材質は石英ガラスであることを前提にした。
図3(1)は、前述したように、領域拡大レンズが無い場合であって円弧状パターンの幅dが1mmの場合を示している。空間周波数が高くなるに従ってMTF(解像力)が低下しているが、これは一般的傾向である。そして、図3(1)の場合、各グラフはほぼ一つの線に重なっており、幅dの全域(光軸Aから±0.5mmの範囲)に亘って解像力はほぼ一定である。つまり、幅1mmの範囲では実質的に収差のない高品質の露光ができることを示している。
The wavelength condition was premised on exposure with light having a wavelength of 355 nm to 380 nm. At this time, since the refractive indexes are different, the wavelength of 365 nm is basically used, and the other wavelengths are weighted. It is assumed that the
FIG. 3A shows the case where there is no area magnifying lens and the width d of the arc-shaped pattern is 1 mm as described above. The MTF (resolution) decreases as the spatial frequency increases, which is a general tendency. In the case of FIG. 3 (1), each graph almost overlaps one line, and the resolving power is almost constant over the entire width d (range of ± 0.5 mm from the optical axis A). That is, it is shown that high-quality exposure with substantially no aberration can be performed within a width of 1 mm.
図3(2)は、図3(1)と全く同じ光学条件であるが、円弧状パターンの幅dを20mmに拡大した場合のシミュレーション結果である。幅方向でのMTFのばらつきを確認し易くするため、横軸の空間周波数のスケールは、図3(1)と異なり、0〜100としている。図3(2)に示すように、20mmという幅広のパターンとした場合、MTFは光軸A上では0.8〜1程度と良好な値であるが、光軸Aからずれに従ってMTFは大きく低下することが判る。つまり、光軸Aから外れた位置では収差の影響が大きく、十分なパターン精度の露光が行えない。 FIG. 3 (2) shows a simulation result when the width d of the arc-shaped pattern is enlarged to 20 mm under the same optical conditions as in FIG. 3 (1). In order to make it easy to confirm the variation of the MTF in the width direction, the scale of the spatial frequency on the horizontal axis is set to 0 to 100 unlike FIG. As shown in FIG. 3 (2), when the pattern is as wide as 20 mm, the MTF is a good value of about 0.8 to 1 on the optical axis A, but the MTF greatly decreases with the deviation from the optical axis A. I know that That is, the influence of aberration is large at a position off the optical axis A, and exposure with sufficient pattern accuracy cannot be performed.
一方、図4に示すように、領域拡大レンズ5を採用した場合、各グラフはほぼ重なっており、幅20mmの範囲において収差なく像投影が行えることを示している。尚、露光装置の場合、投影光学系のMTFは最低でも0.3〜0.4は必要であるとされている。図4にシミュレーション結果を示す実施形態の場合、300本/mm程度の空間周波数で0.4程度のMTFが得られている。333本/mmは、線幅1.5μmの回路の露光に相当しており、上記結果は、1.5μm程度までの露光に実施形態の装置が使用可能であることを示している。
On the other hand, as shown in FIG. 4, when the
このように、実施形態の露光装置によれば、領域拡大レンズ5が設けられているので、マスクMに照射する円弧状パターンの幅を幅広にしても解像力は低下しない。このため、解像力を維持しつつ幅広パターンでの露光によって生産性を飛躍的に向上させることができる。
即ち、露光装置は、光源からの光をアパーチャで整形して円弧状パターンの光をマスクMに照射しており、幅広の像を投影した場合でもワークW上の各点の照度は同じである。したがって、幅広にすると、必要なドーズ量の露光を行うのにより高速にスキャンを行うことができる。上記の例では、従来1mm幅であったのが20mmに拡大されるから、計算上は生産性は20倍になる。勿論、送り精度や停止精度のような機構系の精度(アライメント精度)の改善も同時に必要になるから単純に20倍になる訳ではないが、少なく見積もっても数倍程度以上の改善は見込める。
Thus, according to the exposure apparatus of the embodiment, since the
That is, the exposure apparatus shapes the light from the light source with the aperture and irradiates the mask M with the arc-shaped pattern light, and the illuminance at each point on the workpiece W is the same even when a wide image is projected. . Therefore, when the width is increased, scanning can be performed at a higher speed by performing exposure with a necessary dose. In the above example, since the conventional 1 mm width is expanded to 20 mm, the productivity is 20 times in terms of calculation. Of course, since it is also necessary to improve the accuracy (alignment accuracy) of the mechanical system such as feed accuracy and stop accuracy, it is not simply 20 times, but even if it is estimated to be small, improvement of several times or more can be expected.
次に、第二の実施形態について説明する。図6は、第二の実施形態の露光装置の正面断面概略図である。第二の実施形態では、領域拡大レンズとしてその曲面がオフナー中心軸に対して対称に配置された二つのレンズ51,52が設けられている。二つの領域拡大レンズ51,52は、オフナー中心軸Cと同軸に配置された球面レンズである。二つの領域拡大レンズ51、52のうち、第一の球面ミラー11から遠い位置のレンズ51を第一の領域拡大レンズ、近い位置のレンズ52を第二の領域拡大レンズとする。第一の領域拡大レンズ51は、第一の実施形態と同様、第一球面ミラー11に近い側の面511が凸レンズ面、反対側の面512が凹レンズ面となっている。第二の領域拡大レンズ5も、曲率は大きくなっているが、同様に第一の球面ミラー11に近い側の面521が凸レンズ面、反対側の面522が凹レンズ面となっている。
Next, a second embodiment will be described. FIG. 6 is a schematic front sectional view of the exposure apparatus of the second embodiment. In the second embodiment, two
第二の実施形態において、第一第二の領域拡大レンズ51,52は、いわゆる色消しレンズの構成となっており、色収差補正を行うものとなっている。前述したように、オフナー光学系の長所は、レンズを使用しないので色収差とは無縁な点である。この点、実施形態のようにレンズを使用してしまうと、オフナー光学系の長所を毀損してしまうとも考えられる。それでも、前述したような355nm〜380nm程度の狭い波長域であれば、1.5μm程度までの線幅の露光において問題となることは少ない。
In the second embodiment, the first and second
しかし、これよりも高解像力の露光を行う場合や、より広い波長範囲の光で露光を行う場合、色収差補正も併せてされる光学系の方が好ましい。第二の実施形態は、この点を考慮したものとなっている。曲率の一例を示すと、第一の領域拡大レンズ51の第一の球面ミラー11側のレンズ面511の曲率は−230.2mm程度、反対側のレンズ面512の曲率は−211.2mm程度である。また、第二の領域拡大レンズ52の第一の球面ミラー11側のレンズ面521の曲率は−1235mm程度、反対側のレンズ面522の曲率は−8564mm程度である。
第二の実施形態によれば、レンズを採用することのデメリットが解消され、より好解像力の露光が可能になったり、広い波長域の光で露光を行う場合にも高解像力で高生産性の露光処理が行えるようになったりする。
However, when exposure with higher resolution than this is performed, or when exposure is performed with light in a wider wavelength range, an optical system that also corrects chromatic aberration is preferable. The second embodiment takes this point into consideration. As an example of the curvature, the curvature of the
According to the second embodiment, the disadvantages of using a lens are eliminated, exposure with higher resolution becomes possible, and even when exposure is performed with light in a wide wavelength range, high resolution and high productivity are achieved. The exposure process can be performed.
次に、第三の実施形態について説明する。図7は、第三の実施形態の露光装置の正面断面概略図である。図7に示す第三の実施形態では、領域拡大レンズとしてその曲面がオフナー中心軸に対して対称に配置されたレンズを分割した二つのレンズ53,54が設けられている。図8は、図7に示す第三の実施形態における領域拡大レンズ53,54の形状を示した側面概略図である。
第三の実施形態では、各領域拡大レンズ53,54は、図8に示すように半円環状となっている。二つの領域拡大レンズ53,54は、同じ形状寸法のものであり、その曲面がオフナー中心軸Cに対して対称に配置されている。即ち、各領域拡大レンズ53,54の半円環状の輪郭の中心はオフナー中心軸C上にある。
Next, a third embodiment will be described. FIG. 7 is a schematic front sectional view of the exposure apparatus of the third embodiment. In the third embodiment shown in FIG. 7, two
In the third embodiment, the
二つの領域拡大レンズ53,54において、第一の球面ミラー11側のレンズ面531,541の曲率の中心は、オフナー中心軸C上の同じ位置にある。また、各反対側のレンズ面532,542の中心も、オフナー中心軸C上にある。同様に、第一の球面ミラー11側の各レンズ面531,541の曲率の中心と、反対側の各レンズ面532,542の曲率の中心は、オフナー中心軸C上の同じ位置の場合もあるし、オフナー中心軸C上のずれた位置の場合もある。尚、各領域拡大レンズ53,54の半円環状の形状における円弧の角度は、180°未満ではあるものの、投影する円弧状パターンの円弧の角度より大きい角度とされる。
In the two
このように領域拡大レンズを二つのレンズ53,54で構成することは、幾つかのメリットを有する。まず、一つのレンズをオフナー中心軸Cと同軸に配置する場合に比べ、各レンズ53,54はサイズを小さくできるので、レンズの保持や位置調節が容易となる。また、実施形態のような露光装置では、球面ミラー11,12やマスクホルダー等の部品を搭載した後、光学系全体の精度を要求されたものにするため、各部品の位置や姿勢を微調整する作業が必要になる。この際、領域拡大レンズが二つのレンズ53,54で構成されていた方が、微調整がキメ細かくできバランスも取り易い。
In this way, configuring the area enlarging lens with the two
また、この実施形態では、図7に示すように、各領域拡大レンズ53,54には移動機構61,62が付設されている。各移動機構61,62は、光軸Aに沿った方向に領域拡大レンズ53,54を独立して移動させる機構である。「独立して」とは、一方の領域拡大レンズを他方の領域拡大レンズから独立して移動させるという意味である。
各移動機構61,62は、上述した光学系全体の精度を確保する際の微調整をより容易にする意義がある。加えて、各移動機構61,62は、ワークWに投影される像の倍率の微調整を可能にする意義がある。二つの領域拡大レンズ53,54について一方の位置を固定した状態で他方を移動させたり、互いに異なった向き又は距離で移動させたりすると、倍率が変化する。ここでの倍率の変更は、数十PPM(例えば20PPM)程度の非常に小さな変更である。移動距離は、例えば0.05〜0.2mm程度である。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 7, moving
Each moving
このような倍率の微調整が必要になる要因は、幾つか考えられる。一つには、前述した光学系全体の精度確保のための微調整として倍率調整が行われる場合がある。この際、各移動機構61,62は好適に利用される。また、アライメント精度を確保する際にも各移動機構は好適に利用され得る。露光装置において、アライメント精度に対する要求は解像力よりも厳しく、一般的には解像力の1/4程度である。例えば、1.5μmの線幅の露光を行う場合、0.3μm程度のアライメント精度が要求される。この場合、要求精度近くまでアライメント機構の性能により実現した後、最後の微調整を像の倍率変更によって行う場合があり得る。このような場合、各移動機構61,62は好適に利用される。倍率の微調整は、例えばワークWの温度制御によって行うことがあるが、これに比べると、この実施形態の構成は、調整が容易であり、精度も確保し易い。尚、移動機構61,62としては、例えばピエゾ素子とリニアガイドと組み合わせた機構(ピエゾ直動機構)等が採用できる。
There are several factors that require such fine adjustment of the magnification. For example, magnification adjustment may be performed as fine adjustment for ensuring the accuracy of the entire optical system described above. At this time, the moving
尚、この第三の実施形態において、第二の実施形態のように色収差を除去した構成とすることも可能である。即ち、各領域拡大レンズ53,54を各々色消しレンズを構成する二枚のレンズとすることも可能である。この場合は、二枚一組のレンズ(色消しレンズ)が二組設けられることになる。移動機構61,62は、一方の組の二枚のレンズを一体に他方の組の二枚のレンズに対して独立して移動させる機構とされる。
In the third embodiment, the chromatic aberration can be removed as in the second embodiment. In other words, each of the
図9は、第三の実施形態における領域拡大レンズ53,54の変形例を示した側面概略図である。第三の実施形態において二つの領域拡大レンズ53,54は半円環状であったが、その曲面がオフナー中心軸Cに対して対称に配置されていれば足り、必ずしも半円環状でなくとも良い。半円環状ではない対称配置の一例が、図9に示されている。
FIG. 9 is a schematic side view showing a modification of the
以上説明した各実施形態の他、第一の球面ミラー11に対して一方の側のみに領域拡大レンズを配置した構成も採用し得る。即ち、第一の球面ミラー11の入射側にのみ領域拡大レンズを配置したり、第一の球面ミラー11の出射側にのみ領域拡大レンズを配置したりしても、非点収差の無い像投影ができる領域を拡大することができる。第三の実施形態において二つの領域拡大レンズ53,54のいずれか一方を無くした構成がこれに相当する。この場合、光軸Aから見てオフナー中心軸Cに近い側の部分の像と遠い側の部分の像とでバランスを取るため、領域拡大レンズは、肉厚が均一でない(偏在した)ものとされる。但し、そのようにしても像の歪みは上記各実施形態に比べると大きくなる。これと比較すると、像の歪みも小さく抑えられる点で、前記各実施形態の構成は好ましい。
尚、各実施形態の露光装置の用途としては、半導体集積回路製造プロセスの後工程での利用の他、液晶ディスプレイ製造プロセスやプリント基板製造プロセス、各種MEMSの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィに利用できる。
In addition to the embodiments described above, a configuration in which an area expansion lens is disposed only on one side with respect to the first
In addition, as an application of the exposure apparatus of each embodiment, it can be used for a photolithography in a manufacturing process of a liquid crystal display manufacturing process, a printed circuit board manufacturing process, and various MEMS in addition to a use in a post process of a semiconductor integrated circuit manufacturing process.
1 オフナー光学系
11 第一の球面ミラー
12 第二の球面ミラー
2 マスクホルダー
3 ワークステージ
4 台形ミラー体
5 領域拡大レンズ
51 領域拡大レンズ
52 領域拡大レンズ
53 領域拡大レンズ
54 領域拡大レンズ
61 移動機構
62 移動機構
C オフナー中心軸
A 光軸
d 円弧状パターンの幅
DESCRIPTION OF
Claims (6)
物点から第一の球面ミラーへの光路上又は第一の球面ミラーから像点への光路上には、少なくとも一枚のレンズが存在しており、当該レンズは、当該レンズがない場合に比べて、光軸からオフナー中心軸を中心とする半径方向に離れた位置の非点収差を小さくするものであることを特徴とする露光装置。 A first spherical mirror that is a concave mirror and a second spherical mirror that is a convex mirror smaller than the first spherical mirror are provided facing each other, and the center of curvature of each spherical mirror is located on the Offner center axis. An exposure apparatus having an Offner optical system,
There is at least one lens on the optical path from the object point to the first spherical mirror or on the optical path from the first spherical mirror to the image point, and the lens is compared to the case without the lens. An astigmatism at a position away from the optical axis in the radial direction about the Offner central axis is reduced.
物点から第一の球面ミラーへの光路上及び第一の球面ミラーから像点への光路上には、少なくとも一枚のレンズが存在しており、当該レンズの曲面がオフナー中心軸に対して対称に配置されており、当該レンズは、当該レンズがない場合に比べて、光軸から光学系オフナー中心軸を中心とする半径方向に離れた位置の非点収差を小さくするものであることを特徴とする露光装置。 A first spherical mirror that is a concave mirror and a second spherical mirror that is a convex mirror smaller than the first spherical mirror are provided facing each other, and the center of curvature of each spherical mirror is located on the Offner center axis. An exposure apparatus having an Offner optical system,
There is at least one lens on the optical path from the object point to the first spherical mirror and on the optical path from the first spherical mirror to the image point, and the curved surface of the lens is in relation to the Offner central axis. It is arranged symmetrically, and the lens reduces astigmatism at a position away from the optical axis in the radial direction around the central axis of the optical system Offner as compared to the case without the lens. A featured exposure apparatus.
5. The exposure apparatus according to claim 3, wherein the first and second lenses are two lenses constituting an achromatic lens.
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