JP2018092116A - カタディオプトリック光学系、照明光学系、露光装置および物品製造方法 - Google Patents

カタディオプトリック光学系、照明光学系、露光装置および物品製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】小型で、収差の低減に有利な構成を有するカタディオプトリック光学系を提供する。【解決手段】物体面および像面でテレセントリックであるカタディオプトリック光学系は、第1反射面、第2反射面、第3反射面および第4反射面と、前記物体面と前記第1反射面との間に配置された正のパワーを有する屈折面と、を含み、前記物体面から出た光が前記屈折面、前記第1反射面、前記屈折面、前記第2反射面、前記屈折面、前記第3反射面、前記第4反射面を順に経由して前記像面に至る。【選択図】図4A

Description

本発明は、カタディオプトリック光学系、照明光学系、露光装置および物品製造方法に関する。
露光装置は、半導体装置や表示装置等の物品を製造するためのリソグラフィ工程において、投影光学系を介して原版のパターンを感光性の基板(表面にフォトレジスト層が形成された基板)に転写する装置である。例えば、表示装置を製造するための露光装置には、より大面積の基板に高解像度でパターンを転写可能な性能が求められている。このような要求に対応するためには、高解像力が得られ、かつ、大画面を露光可能な走査露光装置が有用である。走査露光装置は、原版と基板とを走査しながら円弧形状に整形された光で基板を露光する。この際に、円弧形状に整形された光で原版が照明され、円弧形状に整形された光によって原版のパターンが基板に投影される。
特許文献1には、円弧形状に整形された光で原版を照明する照明光学系が記載されている。ところで、物体を所望の形状で均一なエネルギーで照明するためには、照明光学系に設けられた視野絞りの開口部を物体に結像させる結像光学系が必要である。一般的に、このような結像光学系は、マスキング結像系と呼ばれる。大画面を照明する場合、視野絞り周辺の光学素子の大きさをできるだけ小さくするために、マスキング結像系は、ミラー系で構成され、拡大倍率をもつことが望ましい。
特許文献2には、収差を良好に抑えた結像光学系が記載されている。特許文献2に記載されたような結像光学系は、オフナー光学系と呼ばれており、3枚の曲率鏡で光を曲げて結像させる。オフナー光学系は、1回結像の等倍系であるが、特許文献3に記載されているように、3枚の曲率鏡の位置により拡大倍率を持たせることが可能である。また、特許文献4に記載されているように、複数回の結像によって収差を補正した光学系もある。
特公平04−078002号公報 特開2010−20017号公報 特開平07−146442号公報 特開昭61−203419号公報
しかし、特許文献2、3に記載されたような結像光学系は、光学系のバックフォーカスが長いため、例えば、露光装置に搭載された場合、露光装置を大型化させうる。また、特許文献4に記載された光学系は、複数回結像のために、全長が長くなり、装置の大型化を招く。
本発明は、小型で、収差の低減に有利な構成を有するカタディオプトリック光学系およびそれを含む装置を提供することを目的とする。
本発明の1つの側面は、物体面および像面でテレセントリックであるカタディオプトリック光学系に係り、該光学系は、第1反射面、第2反射面、第3反射面および第4反射面と、前記物体面と前記第1反射面との間に配置された正のパワーを有する屈折面と、を含み、前記物体面から出た光が前記屈折面、前記第1反射面、前記屈折面、前記第2反射面、前記屈折面、前記第3反射面、前記第4反射面を順に経由して前記像面に至る。
本発明によれば、小型で、収差の低減に有利な構成を有するカタディオプトリック光学系およびそれを含む装置が提供される。
本発明の1つの実施形態の照明光学系の構成を示す図。 フライアイ光学系の概略構成を示す図。 視野絞りの概略構成を示す図。 設計例1のカタディオプトリック光学系の構成を示す図。 設計例1のカタディオプトリック光学系の展開図。 設計例1のカタディオプトリック光学系のペッツバール和の分担度を示す図。 円弧形状に整形された照明光を示す図。 設計例2のカタディオプトリック光学系の構成を示す図。 設計例2のカタディオプトリック光学系の展開図。 設計例2のカタディオプトリック光学系のペッツバール和の分担度を示す図。 設計例3のカタディオプトリック光学系の構成を示す図。 設計例3のカタディオプトリック光学系の展開図。 設計例3のカタディオプトリック光学系のペッツバール和の分担度を示す図。 設計例4のカタディオプトリック光学系の構成を示す図。 設計例4のカタディオプトリック光学系の展開図。 設計例4のカタディオプトリック光学系のペッツバール和の分担度を示す図。 設計例5のカタディオプトリック光学系の構成を示す図。 設計例5のカタディオプトリック光学系の展開図。 設計例5のカタディオプトリック光学系のペッツバール和の分担度を示す図。 設計例6のカタディオプトリック光学系の構成を示す図。 設計例6のカタディオプトリック光学系の展開図。 設計例6のカタディオプトリック光学系のペッツバール和の分担度を示す図。 本発明の1つの実施形態に係る露光装置の構成を示す図。 照度計測を説明する図。 照度ムラ補正を説明する図。 設計例7のカタディオプトリック光学系の構成を示す図。 設計例7のカタディオプトリック光学系の展開図。 設計例7のカタディオプトリック光学系のペッツバール和の分担度を示す図。 光束の有効領域を表す図 光学膜設計例1または2を付ける領域を表す図 光学膜設計例3と4を付ける領域を表す図 光学膜設計例1の光学特性を表す図 光学膜設計例2の光学特性を表す図 光学膜設計例3の光学特性を表す図 光学膜設計例4の光学特性を表す図
以下、図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。
図1、図2および図3を参照しながら本発明の1つの実施形態のカタディオプトリック光学系の構成について説明する。カタディオプトリック光学系は、例えば、露光装置の照明光学系100に組み込まれうる。図1には、照明光学系100の構成例が示されている。照明光学系100は、光源部120、波長フィルタ104、第1光学系105、偏向ミラー107、第2光学系140、フライアイ光学系109、開口絞り110、第3光学系150、視野絞り111、第4光学系160を含みうる。照明光学系100は、被照明面にある原版Mを照明するように構成される。光源部120は、光源101と、楕円ミラー102とを含みうる。
光源101は、例えば、高圧水銀ランプ、キセノンランプまたはエキシマレーザーでありうる。楕円ミラー102は、光源101から出た光を集光するための集光光学系であり、楕円形状の一部を用いた形状をしている。光源101は、楕円ミラー102の2つの焦点のうちの一方(第1焦点)に配置されうる。
光源101から出て、楕円ミラー102で反射した光は、楕円ミラー102のもう一方の焦点(第2焦点)の近傍に配置された波長フィルタ104に集光する。波長フィルタ104は、光のスペクトル分布を変更する。波長フィルタ104を通った光は、第1光学系105により偏向ミラー107に導かれ、偏向ミラー107で反射される。図1に示された例では、2つの光源部120が設けられているが、光源部120は、1つでもよいし、3つ以上でもよい。
第1光学系105は、面108が、楕円ミラー102の第2焦点から出た光に対して実質的にフーリエ変換の位置となるように構成されている。フーリエ変換面108からの光は、第2光学系140によりフライアイ光学系109に導かれる。第2光学系140は、フライアイ光学系109の入射面が面108に対して実質的にフーリエ変換位置となるように構成されている。
図2には、フライアイ光学系109が示されている。図2に示されるように、フライアイ光学系109は、2つのレンズ群131、132で構成されうる。各レンズ群は、複数の平凸レンズを平面上に配列して構成されうる。レンズ群131を構成する平凸レンズの焦点位置に、レンズ群132を構成する平凸レンズが配置されている。また、レンズ群131を構成する平凸レンズの凸面とレンズ群132を構成する平凸レンズの凸面と向かい合うように配置されている。このようなフライアイ光学系109の射出面側には二次光源分布(有効光源分布)が形成される。
フライアイ光学系109の射出面から射出した光束は、開口絞り110を介して、第3光学系150により視野絞り111に導かれる。開口絞り110は開口形状により被照明面の入射角度分布形状(有効光源)を決定する。第3光学系150は、視野絞り111の位置が開口絞り110に対して実質的にフーリエ変換面となるように構成されている。フライアイ光学系109の射出面側には、二次光源分布が形成されているので、視野絞り111上で一様な光強度分布となる。
図3には、視野絞り111の形状が例示されている。視野絞り111は、円弧形状の透過部23以外の光を遮断する。視野絞り111を通過して円弧形状に整形された光は、第4光学系160を介して原版Mを均一に照明する。視野絞り111の開口部の形状は、円弧形状に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。視野絞り111の開口部は、例えば、円弧形状に内接する矩形形状を有してもよい。第4光学系160は、カタディオプトリック光学系である。以下では、第4光学系160をカタディオプトリック光学系160として説明する。
以下、図4A、図5A、図6A、図7A、図8A、図9Aを参照しながら、本発明の例示的な実施形態のカタディオプトリック光学系160について説明する。カタディオプトリック光学系160は、物体面OBJおよび像面IMGでテレセントリックである。カタディオプトリック光学系160は、第1ミラー(第1反射面)M1、第2ミラー(第2反射面)M2、第3ミラー(第3反射面)M3および第4ミラー(第4反射面)M4を含みうる。カタディオプトリック光学系160はまた、物体面OBJと第1ミラーM1との間に配置された正のパワーを有する屈折面を含みうる。該屈折面は、レンズL1によって構成されうる。物体面OBJから出た光は、該屈折面、第1ミラーM1、該屈折面、第2ミラーM2、該屈折面、第3ミラーM3、第4ミラーM4を順に経由して像面IMGに至る。
前記屈折面は、1つのレンズL1によって構成されてもよいし、少なくとも2つのレンズによって構成されてもよい。後者においては、少なくとも2つのレンズのそれぞれの面が前記屈折面における互いに異なる領域を構成しうる。レンズL1は、2つの屈折面を有しうる。前記屈折面は、非球面形状を有しうる。前記屈折面は、3次のペッツバール項をP(L1)、前記カタディオプトリック光学系の全体の3次のペッツバール和をP(sum)としたときに、|P(sum)|<|P(L1)|を満たすように構成されうる。
第1ミラーM1、第2ミラーM2、第3ミラーM3および第4ミラーM4の少なくとも1つは、非球面形状を有しうる。
カタディオプトリック光学系160は、物体面OBJと像面IMGとの間に結像面を有しないように構成されうる。換言すると、カタディオプトリック光学系160は、像面IMGにのみ結像面を有する1回結像の光学系でありうる。
カタディオプトリック光学系160は、カタディオプトリック光学系160の全長をTTとし、物体面OBJと物体面OBJに最も近いパワー面との距離をS1としたときに、S1/TT>0.1を満たすように構成されうる。カタディオプトリック光学系160は、物体面OBJから物体面OBJに最も近いパワー面までの距離をS1とし、最終パワー面から像面IMGまでの距離をSkとしたときに、Sk/S1<3.0を満たすように構成されうる。
カタディオプトリック光学系160は、物体面OBJから射出する光の進行方向と像面IMGに入射するおける光の進行方向が同じであるように構成されうる。カタディオプトリック光学系160は、カタディオプトリック光学系160の瞳位置が第1ミラーM1と第2ミラーM2との間に位置するように構成されうる。カタディオプトリック光学系160は、物体面OBJの近傍および像面IMGの近傍の少なくとも一方に、テレセントリック性を補正するための非球面レンズを含みうる。
以下、カタディオプトリック光学系160の設計例を説明する。
(設計例1)
表1Aには、設計例1の光学仕様が示されている。
Figure 2018092116
光の波長は、365nm〜435nmであり、NAilは、カタディオプトリック光学系160の像面IMGにおける開口数であり、設計例1では、0.09である。露光幅、スリット幅、円弧Rは、第4光学系160の像面IMGにおける照明光の形状を規定するパタメータであり、図4Dに示されている。倍率は、カタディオプトリック光学系160の結像倍率である。
表1Bには、設計例1のカタディオプトリック光学系160の構成が示されている。
Figure 2018092116
r(mm)は面の曲率半径、d(mm)は面間隔、nは硝材である。ただし、空気の屈折率を1とし、−1となっている面は反射面を表す。SiOは合成石英を表す。なお、各面の曲率中心は光軸上に位置している。
図4Aには、設計例1のカタディオプトリック光学系160の断面図が示されている。ここで、カタディオプトリック光学系160の物体面OBJは、円弧形状を有し、図4Aには、円弧形状の中心から出た光と端から出た光とが示されている。図4Aは、円弧形状の中心を通る断面を示している。したがって、図4Aでは、円弧形状の端から出た光が反射面に当たっていないように見えるが、当該光は、図4Aからずれた断面において反射面に当たっている。この点は、図5A、図6A、図7A、図8A、図9Aにも共通する。
図4Aにおいて、OBJは物体面、IMGは像面を表している。L1は正のパワーを有するレンズであり、2つの屈折面を有する。該2つの屈折面のパワーの合計が正のパワーを有する。よって、少なくとも1つの屈折面は、正のパワーを有する。M1は第1ミラー(第1反射面)、M2は第2ミラー(第2反射面)、M3は第3ミラー(第3反射面)、M4は第4ミラー(第4反射面)である。M1およびM4は正のパワーを有するミラー(反射面)、M2およびM3は負のパワーを有するミラー(反射面)である。
物体面OBJから所定のNAで出た光束は、OBJから順番に、L1(面番号1、2)、M1(面番号3)、L1(面番号4、5)、M2(面番号6)、L1(面番号7、8)、M3(面番号9)、M4(面番号10)を通り、IMGで結像する。カタディオプトリック光学系160の瞳は、M1とL1の間に位置し、瞳位置に開口絞りがあってもよい。
図4Bには、設計例1のカタディオプトリック光学系160の展開図が示されている。カタディオプトリック光学系160の全長TT、およびS1、SKは、図4Bに示されるように定義される。展開図は、カタディオプトリック光学系160の全体のパワー配置の理解を容易にするための参考図であり、実際のカタディオプトリック光学系160は、ミラーを有する。図4Bにおいて、ミラーは、それと等価な薄肉のレンズで示されている。この点は、図5B、図6B、図7B、図8B、図9Bにも共通する。
図4Cには、L1、M1、M2、M3、M4の3次のペッツバール項、および、カタディオプトリック光学系160の全体の3次のペッツバール和(SUM)が示されている。ここで、ペッツバール項は、レンズL1およびミラーM1、M2、M3、M4のパワーを屈折率で割った値である。ペッツバール和(SUM)は、L1、M1、M2、M3、M4の3次のペッツバール項の総和である。
表1Cには、設計例1のカタディオプトリック光学系160の全長TT、S1、Skが示されている。
Figure 2018092116
カタディオプトリック光学系160の全長TTは、カタディオプトリック光学系160の物体面OBJから像面IMGまでの複数の面の間隔の単純和である。つまり、全長TTは、表1Bのdの絶対値を積算した値である。S1は、物体面OBJから第1パワー面(物体面OBJに最も近いパワー面、つまり面番号1の面)までの距離、Skは、最終パワー面(像面IMGに最も近いパワー面、つまり面番号10の面)から像面IMGまでの距離である。
S1/TTは、TTに対するS1の比率であり、この値が大きいと、例えば、物体面OBJの近傍に複数の視野絞りを配置させたりでき、設計の自由度が増す。Sk/S1は、S1に対するSkの比率であり、カタディオプトリック光学系160が拡大系の場合、この値が小さければ小さいほどコンパクトな光学系であると言うことができる。
表1Dには、設計例1のカタディオプトリック光学系160の光学性能が示されている。
Figure 2018092116
P(sum)はカタディオプトリック光学系160のペッツバール和(SUM)、P(L1)はL1のペッツバール項を表している。また、スポットRMSは、有効領域内のRMSスポット径の最悪値、distは歪曲、テレセン(range)はスリット幅方向のテレセントリック性のばらつきを表している。
設計例1のように、物体面OBJから出た光束は、レンズL1を3度にわたって透過する。光束が1度目にレンズL1を透過する領域と、光束が2度目にレンズL1を透過する領域とが重なっていなければ、必ずしも同じレンズL1を用いる必要はない。しかし、像面IMGのNAが大きい場合や、拡大倍率が小さい場合など、光束が透過する領域の分離が困難な場合は、同じレンズL1を用いる必要がある。
(設計例2)
表2Aには、設計例2の光学仕様が示されている。
Figure 2018092116
光の波長は365nm〜435nmであり、NAilは0.09である。表2B1、表2B2には、設計例2のカタディオプトリック光学系160の構成が示されている。
Figure 2018092116
Figure 2018092116
面番号1のASPは非球面を表し、その形状は、表2B2に記載された数値を用いて、式(1)のように、hの関数として表される。式(1)において、hは光軸からの距離、Zは光軸方向の位置である。
Figure 2018092116
・・・式(1)
図5Aには、設計例2のカタディオプトリック光学系160の断面図が示されている。OBJは物体面、IMGは像面を表している。L2は負のパワーを有する非球面レンズである。L1は正のパワーを有するレンズであり、2つの屈折面を有する。該2つの屈折面のパワーの合計が正のパワーを有する。よって、少なくとも1つの屈折面は、正のパワーを有する。M1は第1ミラー(第1反射面)、M2は第2ミラー(第2反射面)、M3は第3ミラー(第3反射面)、M4は第4ミラー(第4反射面)である。M1およびM4は正のパワーを有するミラー(反射面)、M2およびM3は負のパワーを有するミラー(反射面)である。
物体面OBJから所定のNAで出た光束は、OBJから順番にL2(面番号1、2)、L1(面番号3、4)、M1(面番号5)、L1(面番号6、7)、M2(面番号8)、L1(面番号9、10)、M3(面番号11)、M4(面番号12)を通る。該光束は、その後に、IMGで結像する。カタディオプトリック光学系160の瞳は、M1とL1の間に位置し、瞳位置に開口絞りがあってもよい。
図5Bには、設計例2のカタディオプトリック光学系160の展開図が示されている。図5Cには、L1、L2、M1、M2、M3、M4の3次のペッツバール項、および、カタディオプトリック光学系160の全体の3次のペッツバール和(SUM)が示されている。
表2Cには、設計例2のカタディオプトリック光学系160の全長TT、S1、Sk、S1/TT、Sk/S1が示されている。
Figure 2018092116
表2Dには、設計例2のカタディオプトリック光学系160の光学性能が示されている。
Figure 2018092116
設計例2のカタディオプトリック光学系160は、設計例1のカタディオプトリック光学系160に比べて、テレセン(range)の値が小さくなっている。これは負パワーを持つ非球面レンズL2により、テレセン(range)が補正されているためである。
設計例2では、非球面レンズL2が物体面OBJの近傍に配置されているが、非球面レンズL2は、像面IMGの近傍に配置されうる。即ち、非球面レンズは、物体面OBJの近傍および像面IMGの近傍の少なくとも一方に配置されうる。ただし、拡大系の場合、像面IMGの近傍の光学素子の有効径は大きくなるので、できれば物体面OBJの近傍に配置されることが好ましい。
(設計例3)
表3Aには、設計例3の光学仕様が示されている。
Figure 2018092116
光の波長は335nm〜405nm、NAilは0.126である。表3B1、表3B2には、設計例3のカタディオプトリック光学系160の構成が示されている。
Figure 2018092116
Figure 2018092116
面番号2、4、8のASPは非球面を表しており、その形状は、前述の式(1)によって定義される。図6Aには、設計例3のカタディオプトリック光学系160の断面図が示されている。OBJは物体面、IMGは像面を表している。L1は正のパワーを有するレンズであり、2つの屈折面を有する。該2つの屈折面のパワーの合計が正のパワーを有する。よって、少なくとも1つの屈折面は、正のパワーを有する。M1は第1ミラー(第1反射面)、M2は第2ミラー(第2反射面)、M3は第3ミラー(第3反射面)、M4は第4ミラー(第4反射面)である。M1およびM4は正のパワーを有するミラー(反射面)、M2は負のパワーを有するミラー(反射面)、M3は平面ミラーである。
物体面OBJから所定のNAで出た光束は、OBJから順番に、L1(面番号1、2)、M1(面番号3)、L1(面番号4、5)、M2(面番号6)、L1(面番号7、8)、M3(面番号9)、M4(面番号10)を通り、IMGで結像する。カタディオプトリック光学系160の瞳は、M2の近傍に位置し、瞳位置に開口絞りがあってもよい。
図6Bには、設計例3のカタディオプトリック光学系160の展開図が示されている。図6Cには、L1、M1、M2、M3、M4の3次のペッツバール項、および、カタディオプトリック光学系160の全体の3次のペッツバール和(SUM)が示されている。
表3Cには、設計例3のカタディオプトリック光学系160の全長TT、S1、Sk、S1/TT、Sk/S1が示されている。
Figure 2018092116
表3Dには、設計例3のカタディオプトリック光学系160の光学性能が示されている。
Figure 2018092116
設計例3のカタディオプトリック光学系160は、設計例1、2のカタディオプトリック光学系160に比べて、S1/TTの値が大きい。非球面レンズL2により光学系の収差およびテレセンが良好に補正されており、それによってS1が大きくなるようなパワー配置が可能となっている。
(設計例4)
表4Aには、設計例4の光学仕様が示されている。
Figure 2018092116
光の波長は365nm〜435nm、NAilは0.09である。表4B1、表4B2には、設計例4のカタディオプトリック光学系160の構成が示されている。
Figure 2018092116
Figure 2018092116
面番号2、4、8、9のASPは非球面を表し、その形状は、前述の式(1)によって定義される。図7Aは、設計例4のカタディオプトリック光学系160の断面図が示されている。OBJは物体面、IMGは像面を表している。L1は正のパワーを有するレンズであり、2つの屈折面を有する。該2つの屈折面のパワーの合計が正のパワーを有する。よって、少なくとも1つの屈折面は、正のパワーを有する。M1は第1ミラー(第1反射面)、M2は第2ミラー(第2反射面)、M3は第3ミラー(第3反射面)、M4は第4ミラー(第4反射面)である。M1、M3およびM4は正のパワーを有するミラー(反射面)、M2は負のパワーを有するミラー(反射面)である。
物体面OBJから所定のNAで出た光束は、OBJから順番に、L1(面番号1、2)、M1(面番号3)、L1(面番号4、5)、M2(面番号6)、L1(面番号7、8)、M3(面番号9)、M4(面番号10)を通る。そして、該光束は、その後にIMGで結像する。カタディオプトリック光学系160の瞳は、L1の近傍に位置し、瞳位置に開口絞りがあってもよい。
図7Bには、設計例4のカタディオプトリック光学系160の展開図が示されている。図7Cには、L1、M1、M2、M3、M4の3次のペッツバール項、および、カタディオプトリック光学系160の全体の3次のペッツバール和(SUM)が示されている。表4Cには、設計例4のカタディオプトリック光学系160の全長TT、S1、Sk、S1/TT、Sk/S1が示されている。
Figure 2018092116
表4Dには、設計例4のカタディオプトリック光学系160の光学性能が示されている。
Figure 2018092116
設計例4のカタディオプトリック光学系160は、設計例1のカタディオプトリック光学系160に比べて、全長TTが短い。非球面レンズL1および非球面ミラーM3によりカタディオプトリック光学系160の収差およびテレセン性が良好に補正されており、それにより全体的にコンパクトなパワー配置が可能となっている。
(設計例5)
表5Aには、設計例5の光学仕様が示されている。
Figure 2018092116
光の波長は335nm〜405nm、NAilは0.108である。表5B1、表5B2には、設計例5のカタディオプトリック光学系160の構成が示されている。
Figure 2018092116
Figure 2018092116
面番号2、4、8、9のASPは非球面を表しており、その形状は、前述の式(1)によって定義される。図8Aには、設計例5のカタディオプトリック光学系160の断面図が示されている。光学系の断面図を表している。OBJは物体面、IMGは像面を表している。L1は正のパワーを有するレンズであり、2つの屈折面を有する。該2つの屈折面のパワーの合計が正のパワーを有する。よって、少なくとも1つの屈折面は、正のパワーを有する。M1は第1ミラー(第1反射面)、M2は第2ミラー(第2反射面)、M3は第3ミラー(第3反射面)、M4は第4ミラー(第4反射面)である。M1およびM4は正のパワーを有するミラー(反射面)、M2およびM3は負のパワーを有するミラー(反射面)である。
物体面OBJから所定のNAで出た光束は、OBJから順番に、L1(面番号1、2)、M1(面番号3)、L1(面番号4、5)、M2(面番号6)、L1(面番号7、8)、M3(面番号9)、M4(面番号10)を通り、IMGで結像する。カタディオプトリック光学系160の瞳は、L1の近傍に位置し、瞳位置に開口絞りがあってもよい。
図8Bには、設計例5のカタディオプトリック光学系160の展開図が示されている。図8Cには、L1、M1、M2、M3、M4の3次のペッツバール項、および、カタディオプトリック光学系160の全体の3次のペッツバール和(SUM)が示されている。図8Bには、設計例5のカタディオプトリック光学系160の展開図が示されている。図8Cには、L1、M1、M2、M3、M4の3次のペッツバール項、および、カタディオプトリック光学系160の全体の3次のペッツバール和(SUM)が示されている。
表5Cには、設計例5のカタディオプトリック光学系160の全長TT、S1、Sk、S1/TT、Sk/S1が示されている。
Figure 2018092116
表5Dには、設計例5のカタディオプトリック光学系160の光学性能が示されている。
Figure 2018092116
設計例5のカタディオプトリック光学系160は、設計例4のカタディオプトリック光学系160に比べて、Sk/S1の値が小さい。これは設計値4に比べて、NAilの値が大きいため、M3で反射する光とM4から像面IMGに向かう光との分離のために、M4を像面IMGの側に移動させたためである。
(設計例6)
表6Aには、設計例6の光学仕様が示されている。
Figure 2018092116
光波長は335nm〜405nm、NAilは0.126である。表6B1、表6B2には、設計例6のカタディオプトリック光学系160の構成が示されている。
Figure 2018092116
Figure 2018092116
面番号2、4、8、9のASPは非球面を表しており、その形状は、前述の式(1)によって定義される。図9Aには、設計例6のカタディオプトリック光学系160の断面図が示されている。OBJは物体面、IMGは像面を表している。L1は正のパワーを有するレンズであり、2つの屈折面を有する。該2つの屈折面のパワーの合計が正のパワーを有する。よって、少なくとも1つの屈折面は、正のパワーを有する。M1は第1ミラー(第1反射面)、M2は第2ミラー(第2反射面)、M3は第3ミラー(第3反射面)、M4は第4ミラー(第4反射面)である。M1およびM4は正のパワーを有するミラー(反射面)、M2およびM3は負のパワーを有するミラー(反射面)である。
物体面OBJから所定のNAで出た光束は、OBJから順番に、L1(面番号1、2)、M1(面番号3)、L1(面番号4、5)、M2(面番号6)、L1(面番号7、8)、M3(面番号9)、M4(面番号10)を通り、IMGで結像する。カタディオプトリック光学系160の瞳は、L1の近傍に位置し、瞳位置に開口絞りがあってもよい。
図9Bには、設計例6のカタディオプトリック光学系160の展開図が示されている。図9Cには、L1、M1、M2、M3、M4の3次のペッツバール項、および、カタディオプトリック光学系160の全体の3次のペッツバール和(SUM)が示されている。
表6Cには、設計例6のカタディオプトリック光学系160の全長TT、S1、Sk、S1/TT、Sk/S1が示されている。
Figure 2018092116
表6Dには、設計例6のカタディオプトリック光学系160の光学性能が示されている。
Figure 2018092116
設計例6のカタディオプトリック光学系160は、設計例4のカタディオプトリック光学系160に比べて、Sk/S1の値が小さい。これは設計値4に比べて、NAilの値が大きいため、M3で反射する光とM4から像面IMGに向かう光との分離のために、M4をより像面近傍に位置させたためである。
(露光装置)
図10には、本発明の1つの実施形態に係る露光装置400の構成が示されている。露光装置400は、照明光学系100を含み、照明光学系100からのスリット光により基板を走査露光する。照明光学系100は、開口部の形状を調整可能なスリット機構181を備えている。
露光装置400は、原版を保持する原版ステージ300と、基板を保持する基板ステージ302と、原版のパターンを基板に投影する投影光学系301とを有する。投影光学系301は、例えば、物体面から像面に至る光路において、第1凹反射面71、凸反射面72、第2凹反射面73が順に配列された投影光学系である。
露光装置400は、更に、基板ステージ302に到達した光の照度分布を計測することで基板の露光領域における照度ムラを計測する計測部304を備えうる。また、基板ステージ302と計測部304との間には、スリット板303が介在している。スリット板303は、制御部(不図示)により制御の下、駆動部(不図示)によって、図4Dの露光幅方向にスキャン駆動されうる。
計測部304は、図10に示されるように、センサ305と、スリット板303を通過した光をセンサ305に導くための光学系とを含みうる。計測部304の動作は、概ね以下のようなものである。
図11に示されるように、基板ステージ302に結像する光の領域401に対し、スリット板303をX方向にスキャンさせる。このとき、領域401に結像する光のうち、スリット板303の開口部306に結像した光のみが、計測部304内に入射する。計測部304内に入射した光は、光学系を介してセンサ305に導かれる。スリット板303をX方向にスキャンさせながら、センサ305に到達する光のエネルギーを読み取ることで、領域401内の位置ごとの照度を計測する。これにより照度ムラを算出することができる。
上述したように、照明光学系100が有するスリット機構181の開口幅を調節することにより、照度ムラを低減することができる。例えば、計測部304により、図12(A)に示されるような照度ムラが計測されたとする。この場合、照度が低下している部分のスリット機構181の幅を局所的に拡げ、照度が上昇している部分のスリット機構181の幅を局所的に狭くすることで、図12(B)のように照度分布を均一にすることができる。
本発明の1つの実施形態の物品製造方法は、露光装置400によって基板を露光する露光工程と、前記基板を現像する現像工程と、を含みうる。露光工程で露光される基板は、表面にフォトレジストを有し、露光工程において、該フォトレジストに原版のパターンの潜像が形成されうる。現像工程では、該潜像が現像されてレジストパターンが形成されうる。現像工程の後に、例えば、該レジストパターンを介して基板がエッチングされ、又は、基板にイオンが注入されうる。このようにして形成されうる物品は、例えば、表示装置(表示パネル)、半導体装置(半導体チップ)等を含みうる。(設計例7)
表7Aには、設計例7の光学仕様が示されている。
Figure 2018092116
光波長は335nm〜405nm、NAilは0.09である。表7Bには、設計例7のカタディオプトリック光学系160の構成が示されている。
Figure 2018092116
図13Aには、設計例7のカタディオプトリック光学系160の断面図が示されている。OBJは物体面、IMGは像面を表している。L1、L2は、それぞれ正のパワーを有するレンズであり、2つの屈折面を有する。該2つの屈折面のパワーの合計が正のパワーを有する。よって、少なくとも1つの屈折面は、正のパワーを有する。M1は第1ミラー(第1反射面)、M2は第2ミラー(第2反射面)、M3は第3ミラー(第3反射面)、M4は第4ミラー(第4反射面)である。M1およびM4は正のパワーを有するミラー(反射面)、M2およびM3は負のパワーを有するミラー(反射面)である。
物体面OBJから所定のNAで出た光束は、OBJから順番に、L1(面番号1、2)、M1(面番号3)、L2(面番号4、5)、M2(面番号6)、L2(面番号7、8)、M3(面番号9)、M4(面番号10)を通り、IMGで結像する。カタディオプトリック光学系160の瞳は、L2の近傍に位置し、瞳位置に開口絞りがあってもよい。
図13Bには、設計例6のカタディオプトリック光学系160の展開図が示されている。図13Cには、L1、L2、M1、M2、M3、M4の3次のペッツバール項、および、カタディオプトリック光学系160の全体の3次のペッツバール和(SUM)が示されている。
設計例7のL1、L2は、一例であって、それぞれが、正のパワーを有するレンズであればこれに限定されない。
表7Cには、設計例7のカタディオプトリック光学系160の全長TT、S1、Sk、S1/TT、Sk/S1が示されている。
Figure 2018092116
表7Dには、設計例7のカタディオプトリック光学系160の光学性能が示されている。
Figure 2018092116
設計例7のL1、L2は、一例であって、それぞれが、正のパワーを有するレンズであればこれに限定されない。
(反射防止膜1)
設計例4のカタディオプトリック光学系160に構成されている、レンズL1の反射防止膜について説明する。
図7Aのように、物体面OBJから所定のNAで出た光束は、OBJから順番に、L1(面番号1、2)、M1(面番号3)、L1(面番号4、5)、M2(面番号6)、L1(面番号7、8)、M3(面番号9)、M4(面番号10)を通る。そして、該光束は、その後にIMGで結像する。
図14Aは、レンズL1のR1面(OBJ側に近い面)をOBJ側から見た図である。図14Aの鎖線に囲われた領域500は、OBJからでた光束が最初にL1のR1面に入射するときの有効領域であり、表4B1の面1に相当する。領域500を通過する光の面入射角度は5°〜20°である。また、図14(A)の一点鎖線で囲われた領域501は、2度目にL1のR1面に入射するときの有効領域であり、表4B1の面5に相当する。領域501を通過する光の面入射角度は35°〜50°である。図14Aに記す二点鎖線で囲われた領域502は、3度目にレンズL1のR1面に入射するときの有効領域である。表4B1の、面7に相当する。領域502を通過する光の面入射角度は35°〜50°である。図14Bの実線で囲われた領域503は、領域500、501および502を含む領域である。領域503に表8Aのような光学膜設計例1の光学膜が設けられうる。
Figure 2018092116
光学膜設計例1は、誘電体材料を用いた3層構成の反射防止膜である。基板層であるSiO2の上に順にAl2O5、ZrO2、MgF2の薄層を積む。各層の膜厚は、表に記載されている値とする。ただし、膜種の屈折率nと膜の物理的な厚みdの積ndで表している。
図15Aに光学膜設計例1の反射率特性を示す。波長350〜450nm、入射角度5°〜20°および35°〜50°において反射率2%以下の特性を持つ。(反射防止膜2)
領域503には、表8Bに示すような光学膜設計例2の光学膜が設けられてもよい。
Figure 2018092116
光学膜設計例2は、誘電体材料を用いた7層構成の反射防止膜である。図15Bに光学膜設計例2の反射率特性を示す。波長350〜450nm、入射角度5°〜20°および35°〜50°において反射率1%以下の特性を持つ。光学膜設計例2は、膜の層数を増やした効果で、3層構造の光学膜設計例1よりも反射率が抑えられている。
(反射防止膜3および4)
図14Cに記す実線で囲われた領域505は、領域500を含む領域である。また、図14Cの実線で囲われた領域506は、領域501および領域502を含む領域である。領域505に表8C1のような光学膜設計例3、領域505に表8C2のような光学膜設計例4を付ける。
Figure 2018092116
Figure 2018092116
光学膜設計例3、4はそれぞれ、誘電体材料を用いた3層構成の反射防止膜である。図15C1に光学膜設計例3、図15C2に光学膜設計例4の反射率特性を示す。
光学膜設計例3は、波長350〜450nm、入射角度5°〜20°において反射率1%以下の特性を持つ。また、光学膜設計例4は波長350〜450nm、入射角度35°〜50°において反射率1%以下の特性を持つ。
このように、レンズL1のR1面には、領域によって種類の異なる光学膜が付けられている。反射防止膜1〜4は一例であって、膜の材料、層数、膜厚等はこれに限定されない。
本明細書に記載の反射防止膜は、レンズL1のR1面にスポットを当てて説明したが、本来、反射防止膜は光学素子の入射面もしくは射出面に施されるべきである。よって、光学素子が複数ある場合は、それぞれの面で所望の光学特性が満たされるように、膜の構成を最適化するのが望ましい。また、光学反射部材については、反射防止膜ではなく、反射膜(所望の波長で反射率が高くなるような膜)を構成するのが望ましい。
160:カタディオプトリック光学系、OBJ:物体面、IMG:像面、L1、L2:レンズ、M1〜M4:ミラー

Claims (17)

  1. 物体面および像面でテレセントリックであるカタディオプトリック光学系であって、
    第1反射面、第2反射面、第3反射面および第4反射面と、
    前記物体面と前記第1反射面との間に配置された正のパワーを有する屈折面と、を含み、
    前記物体面から出た光が前記屈折面、前記第1反射面、前記屈折面、前記第2反射面、前記屈折面、前記第3反射面、前記第4反射面を順に経由して前記像面に至る、
    ことを特徴とするカタディオプトリック光学系。
  2. 前記屈折面が1つのレンズによって構成されている、
    ことを特徴とする請求項1に記載のカタディオプトリック光学系。
  3. 前記屈折面が少なくとも2つのレンズによって構成されている、
    ことを特徴とする請求項1に記載のカタディオプトリック光学系。
  4. 前記物体面と前記第1反射面との間に、前記屈折面を含む2つの屈折面が配置されている、
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のカタディオプトリック光学系。
  5. 前記物体面と前記像面との間に結像面を有しない、
    ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のカタディオプトリック光学系。
  6. 前記正のパワーを有する屈折面は、非球面形状を有する、
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のカタディオプトリック光学系。
  7. 前記第1反射面、前記第2反射面、前記第3反射面および前記第4反射面の少なくとも1つは、非球面形状を有する、
    ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のカタディオプトリック光学系。
  8. 前記正のパワーを有する屈折面は、3次のペッツバール項をP(L1)、前記カタディオプトリック光学系の全体の3次のペッツバール和をP(sum)としたときに、
    |P(sum)|<|P(L1)|
    を満たすことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のカタディオプトリック光学系。
  9. 前記カタディオプトリック光学系の全長をTTとし、前記物体面と前記物体面に最も近いパワー面との距離をS1としたときに、
    S1/TT>0.1
    を満たすことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載のカタディオプトリック光学系。
  10. 前記物体面から前記物体面に最も近いパワー面までの距離をS1とし、最終パワー面から前記像面までの距離をSkとしたときに、
    Sk/S1<3.0
    を満たすことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のカタディオプトリック光学系。
  11. 前記物体面から射出する光の進行方向と前記像面に入射するおける光の進行方向が同じである、
    ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載のカタディオプトリック光学系。
  12. 前記カタディオプトリック光学系の瞳位置が前記第1反射面と前記第2反射面との間に位置する、
    ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載のカタディオプトリック光学系。
  13. 前記物体面の近傍および前記像面の近傍の少なくとも一方に、テレセントリック性を補正するための非球面レンズを更に含む、
    ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載のカタディオプトリック光学系。
  14. 前記物体面と前記第1反射面との間に配置された屈折面に形成されている光学膜と、前記第2反射面と前記第3反射面との間に配置された屈折面に形成されている光学膜とは、互いに種類が異なることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載のカタディオプトリック光学系。
  15. 請求項1乃至14のいずれか1項に記載のカタディオプトリック光学系を有することを特徴とする照明光学系。
  16. 請求項1乃至14のいずれか1項に記載のカタディオプトリック光学系を有する露光装置。
  17. 請求項16に記載の露光装置によって基板を露光する工程と、
    前記基板を現像する工程と、
    を含むことを特徴とする物品製造方法。
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