JP3812051B2 - 反射屈折投影光学系 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、または液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される投影光学系に関し、特に光学系の要素として屈折系のほかに反射系を用いることにより、紫外線波長域でクオーターミクロン単位の解像度を有する反射屈折投影光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子等を製造するためのフォトグラフィ工程において、フォトマスクまたはレチクル（以下、まとめて「レチクル」という）のパターン像を投影光学系を介して、フォトレジスト等が塗布されたウエハ（またはガラスプレート等）上に露光する投影露光装置が使用されている。半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影露光装置に使用されている投影光学系に要求される解像力は益々高まっている。この要求を満足するために、照明光の波長を短く且つ投影光学系の開口数（Ｎ．Ａ．）を大きくする必要が生じた。
しかし、照明光の波長が短くなると、光の吸収によって実用に耐える硝材の種類は限られ、波長が３００ｎｍ以下になると実用上使える硝材は合成石英と蛍石だけとなる。両者のアッベ数は、色収差を補正するのに十分な程は離れていないので、波長が３００ｎｍ以下になった場合には、屈折系だけで投影光学系を構成すると、色収差をはじめとする諸収差の補正が困難となる。
【０００３】
これに対して反射系は色収差がないため、反射系と屈折系とを組み合わせたいわゆる反射屈折光学系によって投影光学系を構成した種々の技術が提案されている。反射系に対する光束の入出力を行うための光路変換用ビームスプリッターを有する反射屈折縮小光学系としては、特公平７−１１７６４８号公報、特開平６−３００９７３号公報、特開平５−８８０８９号公報、特開平３−２８２５２７号公報及びＰＣＴ／ＥＰ９５／０１７１９等に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来の技術は、ビームスプリッターに入射する前の光路に配置したレンズと、ビームスプリッターから射出した後の光路に配置したレンズとは、光軸の方向が互いに平行ではなかった。近時、光学系の開口数及び露光領域の増加にともない、光学系を構成する各レンズや凹面反射鏡は大型化し、投影露光装置搭載時の重力による変形は、要求される解像力を考慮すると、無視することはできない大きな問題となった。このような状況の中、光軸の方向が同一でないレンズの採用は、光軸に対して非対称な変形を生じ、製造時に補正することのできない非対称収差を発生するため、十分な解像力を得ることは不可能である。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑み、紫外線波長域で大きな開口数を達成し、重力等によるレンズの非対称な変形を生じず、クオーターミクロン単位の解像度を有する反射屈折投影光学系を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を達成するために、本発明による投影光学系は、複数のレンズと少なくとも１つの凹面鏡とを含み、第１面の縮小像を第２面に結像させる反射屈折投影光学系において、すべてのレンズの光軸が互いに平行となるように構成している。この反射屈折光学系の構成としては、第１面から光線が通る順に、第１光学系と、平面鏡と、ビームスプリッターと、ビームスプリッターの透過光路と反射光路とのうちのいずれか一方の光路に配置した第２光学系と、ビームスプリッターの反射光路の反対側の光路に配置した第３光学系とから構成し、且つ第２光学系が凹面鏡を含むことにより、開口数が大きく、露光領域の広い投影光学系を実現できる。
この構成において、少なくとも偏向面を２面以上含むように構成することが好ましい。
上述の構成の如き本発明においては、反射屈折投影光学系を構成する全てのレンズの光軸を同一にし、重力等のレンズに変形を生じさせる力の作用する方向と一致させることにより非対称な変形を防ぐことができ、したがってクオーターミクロン以下の解像力をもつ投影光学系を実現できる。
この際、反射屈折投影光学系を構故するすべてのレンズの光軸と凹面鏡の光軸を、いずれも重力方向と平行とすることにより、凹面鏡の非対称変形も防ぐことができる。
また、第１面を含む平面と第２面を含む平面との間に、反射屈折投影光学系を構成する光学要素がすべて存在することにより、レチクル及びウエハが第１面を含む平面及び第２面を含む平面上を自由に走査できるため、大型ウエハの使用や走査型露光が可能となる。
【０００７】
またビームスプリッターを、一対の直角３角プリズムの貼り合わせ面に形成することで、板状のビームスプリッターを採用したときに発生する非点収差及びコマ収差の発生を防ぐことができる。
【０００８】
また第１光学系は正の屈折力を有し、第１光学系の結像倍率をβ₁としたとき、
−１．０＜１／β₁＜１．０ （１）
なる条件式を満足することが望ましい。
この条件式の上限を越えると、光路折り曲げ用の平面鏡とビームスプリッターとを続けて配置することが難しくなる。下限を越えると、第１光学系の大型化を招くばかりでなく、軸外収差の補正が困難となる。条件式（１）の下限は０とすることが望ましく、更に上限を０．７、下限を０．４とすることが一層望ましい。
【０００９】
更に、ビームスプリッターと第３光学系との間、又は第３光学系の内部に、可変開口絞りを有することで、露光パターンに最適となるように解像力と焦点深度を調節することができる。また第２面側にテレセントリックな光学系とすることで、第２面のたわみなどの光軸方向のずれによる像歪みを無視できる量にすることができる。
またフレアーの発生や光量損失を妨げるために、ビームスプリッターとして偏光状態によって光束を透過または反射する透過反射面を有する偏光ビームスプリッターを用い、この偏光ビームスプリッターと凹面鏡の間に１／４波長板を有することが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面によって説明する。図１は本発明による反射屈折投影光学系の第１実施例を示し、図３は第２実施例を示す。両実施例の投影光学系は、レチクルＲ上のパターンのうちの露光領域Ａの像を縮小倍率にてウエハＷ上に結像させ、レチクルＲとウエハＷとを互いに縮小倍率に対応した速度比にて同期して走査することにより、レチクルＲ上のパターンのすべての像をウエハＷに投影する光学系である。
この光学系は、レチクルＲ側から順に、第１光学系Ｇ₁と、ビームスプリッターＢＳと、ビームスプリッターＢＳの反射光路に配置した第２光学系Ｇ₂と、ビームスプリッターＢＳの反射光路の反対側の光路に配置した第３光学系Ｇ₃とから構成されている。第２光学系Ｇ₂には、１個の凹面鏡が含まれている。
第１光学系Ｇ₁とビームスプリッターＢＳとの間には、光路を９０°折り曲げる平面鏡Ｍが配置されており、ビームスプリッターＢＳも光路を９０°折り曲げるように配置されているから、第１〜第３光学系Ｇ₁〜Ｇ₃中のすべてのレンズと凹面鏡の光軸は、互いに平行となっている。本実施例では、この平行な方向を重力方向と一致させている。また、ビームスプリッターＢＳと第３光学系Ｇ₃との間には、可変開口絞りＡＳが配置されている。
【００１１】
上記両実施例の露光領域は、走査方向と直交する方向に長辺ａを有し、走査方向に短辺ｂを有する長方形スリット状であり、この長方形スリット状露光領域の中心位置は、投影光学系の光軸と一致している。
また上記両実施例では、一対の直角３角プリズムの貼り合わせ面にビームスプリッターＢＳを形成しているが、ビームスプリッターとしては、スプリット面の方向に広がる平板状のものを用いることもできる。
【００１２】
第１実施例と第２実施例の諸元をそれぞれ表１と表２に示す。各表の［主要諸元］中、露光領域はレチクルＲ上での値を示す。また［光学部材諸元］中、第１欄ＮｏはレチクルＲ側からの各光学面の番号、第２欄ｒは各光学面の曲率半径、第３欄ｄは各光学面の間隔、第４欄は各光学部材の硝材、第５欄は各光学部材又は光学面の属する群番号を表す。
曲率半径ｒは光線の進行方向側に曲率中心があるときを正とし、光線の進行方向の反対側に曲率中心があるときを負としている。但し、光線が反射面によって反射するたびに、正負を反転して表示している。各光学面の間隔ｄも、光線が反射面によって反射するたびに、正負を反転して表示している。
【００１３】
【表１】

【００１４】
【表２】

【００１５】
図２と図４にそれぞれ第１実施例と第２実施例の横収差を示す。横収差図中、Ｙは像高を表す。各収差図に示されるように、両実施例とも優れた結像性能を有することが解る。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、紫外線波長域で大きな開口数を達成し、重力等によるレンズの非対称な変形を生じず、クオーターミクロン単位の解像度を有する反射屈折投影光学系が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例を示す構成図
【図２】第１実施例の横収差図
【図３】第２実施例を示す構成図
【図４】第２実施例の横収差図
【符号の説明】
Ｇ₁…第１光学系 Ｇ₂…第２光学系
Ｇ₃…第３光学系 ＡＳ…開口絞り
Ｍ…平面鏡 ＢＳ…ビームスプリッター
Ｒ…レチクル Ｗ…ウエハ

Claims (12)

1. 複数のレンズと少なくとも１つの凹面鏡とを含み、第１面の縮小像を第２面に結像させる反射屈折投影光学系において、
   すべてのレンズの光軸が互いに平行であって、
   前記第１面から光線が通る順に、第１光学系と、平面鏡と、ビームスプリッターと、該ビームスプリッターの透過光路と反射光路とのうちのいずれか一方の光路に配置した第２光学系と、前記ビームスプリッターの反射光路の反対側の光路に配置した第３光学系とから構成され、
   前記第２光学系は前記凹面鏡を含むことを特徴とする反射屈折投影光学系。
2. 少なくとも偏向面を２面以上含むことを特徴とする請求項１記載の反射屈折投影光学系。
3. すべてのレンズの光軸と前記凹面鏡の光軸とがいずれも重力方向と平行であることを特徴とする請求項１又は２記載の反射屈折投影光学系。
4. 前記第１面を含む平面と前記第２面を含む平面との間に、反射屈折投影光学系を構成する光学要素がすべて存在することを特徴とする請求項１、２又は３記載の反射屈折投影光学系。
5. 前記ビームスプリッターは、一対の直角３角プリズムの貼り合わせ面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の反射屈折投影光学系。
6. 前記第１光学系は正の屈折力を有し、該第１光学系の結像倍率をβ1としたとき、
   −１．０＜１／β1＜１．０なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項記載の反射屈折投影光学系。
7. 前記ビームスプリッターと前記第３光学系との間、又は前記第３光学系の内部に、可変開口絞りを有し、
   前記第２面側にテレセントリックであることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項記載の反射屈折投影光学系。
8. 前記ビームスプリッターは偏光ビームスプリッターであり、該偏光ビームスプリッターと前記凹面鏡の間に１／４波長板を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項記載の反射屈折投影光学系。
9. 第１面上に配置されたレチクル上のパターンの縮小像を第２面上に配置されたウエハに投影する投影光学装置において、
   請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系を備え、
   前記レチクルと前記ウエハとを前記反射屈折投影光学系の縮小倍率に対応した速度比で同期して走査することを特徴とする投影光学装置。
10. 前記第１面の法線は重力方向と平行であり、前記第２面の法線は重力方向と平行であることを特徴とする請求項９記載の投影光学装置。
11. 第１面上に配置されたレチクル上のパターンの縮小像を第２面上に配置されたウエハに投影する投影露光方法において、
    請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系を用いて前記レチクル上の前記パターンの前記縮小像を前記ウエハ上に形成し、
    前記レチクルと前記ウエハとを前記反射屈折投影光学系の縮小倍率に対応した速度比で同期して走査することを特徴とする投影露光方法。
12. 前記第１面の法線は重力方向と平行であり、前記第２面の法線は重力方向と平行であることを特徴とする請求項１１記載の投影露光方法。

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