JP3975492B2 - 反射光学系およびそれを用いたプロキシミティ露光装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに直交する断面上での倍率が異なる反射光学系に関する。また、本発明は、互いに直交する断面上での倍率が異なる反射光学系を用いたプロキシミティ露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、互いに直交する断面上での倍率が異なる光学系(以下、アナモフィック光学系と称する)としては、シリンドリカルレンズから構成されるアナモフィック光学系が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シリンドリカルレンズは、1方向にのみ曲率を持つ円筒面であるレンズ面を有しているため、そのレンズ面の加工が困難であるという問題点がある。また、シリンドリカルレンズは、屈折光学系であるため色収差が発生するという問題点がある。
【0004】
そこで、本発明は、製造が容易でかつ色収差を発生させないアナモフィック光学系を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明にかかる反射光学系は、例えば図1に示す通り、第1の球面鏡M1と第2の球面鏡M2とからなり、第1の球面鏡M1は、物点Oからの光束のうちのメリジオナル光束を集光して物点Oの共役点I1を形成し、かつ物点Oからの光束のうちのサジタル光束を略平行光束にコリメートするように位置決めされ、第2の球面鏡M2は、共役点I1からの光束のうちのメリジオナル光束を集光しかつ略コリメートされたサジタル光束を集光するように位置決めされ、第1および第2の球面鏡M1,M2を介したメリジオナル光束に関する像点と、第1および第2の球面鏡M1,M2を介したサジタル光束に関する像点とが一致するように構成される。
【0006】
更に、第1の球面鏡M1の第1の球心C1と第2の球面鏡M2の第2の球心C2とを結ぶ直線を光軸Axとするとき、第1の球心C1を通り光軸に垂直な平面内に物点Oがほぼ存在するように位置決めされ、第1の球心C1と第2の球心C2との距離Lが,第1の球面鏡M1の曲率半径R1とし、第2の球面鏡M2の曲率半径をR2とするとき、実質的に |R1−R2|/√2となるように構成され、かつ|R1|≠|R2|を満たすように構成することにより前記サジタル光束による結像倍率を前記メリジオナル光束による結像倍率とは異なる値とするものである。なお、曲率半径R1、R2の符号はC1側に凸のときに正とする。
【0007】
なお、本発明においては、第1の球面鏡M1の球心C1と第2の球面鏡M2の球心C2とを結ぶ直線と物点Oとを含む面内の光束をメリジオナル光束とし、このメリジオナル光束と直交する方向の光束をサジタル光束としている。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明による反射光学系のメリジオナル面内における光路図であり、図2は、このメリジオナル面とは直交するサジタル面内を進行する光線を示す光路図である。
図1において、第1の球面鏡M1は、第1の球心C1を有し曲率半径R1(負)である球面の一部からなる反射面を有しており、第2の球面鏡M2は、第2の球心C2を有し曲率半径R2(正)である球面の一部からなる反射面を有している。ここで、第1の球面鏡M1の第1の球心C1と第2の球面鏡M2の球心C2とを結ぶ直線を光軸Axとするとき、第1および第2の球心C1,C2間の距離Lが、
【0009】
【数1】
(1) 0.8L<|R1−R2|/√2<1.2L
の関係を実質的に満足するように、第1および第2の球面鏡M1,M2は配置されている。
そして、上述のように配置された第1および第2の球面鏡M1,M2の組み合わせからなる反射光学系は、第1の球心C1を含み光軸Axに垂直な面内に物点O(物体面)が位置するように配置される。
【0010】
上記式(1)は、第1および第2の球面鏡M1,M2の好適な配置について規定したものであり、この式(1)を満足しない場合には、収差発生量が大きくなり良好な結像関係が得られないため好ましくない。
次に、光軸Axと物点Oとを含む面(以下においてはメリジオナル面と称する)内における光路を図1を参照して、そのメリジオナル面とは直交する面(以下においてはサジタル面と称する)における光路を図2を参照して説明する。
【0011】
図1において、物点Oからの光束のうちメリジオナル面内の光束は、所定の開口数で第1の球面鏡M1に入射し、この第1の球面鏡M1によって反射されることで、その光路を略90°偏向させ、かつ光軸Ax上で集光する収斂光束となる。このように、第1の球面鏡M1は、メリジオナル面内において物点Oの像I1を形成する。
【0012】
ここで、物点Oの位置が第1の球心C1を含み光軸Axに垂直な面内に位置しており、かつ物点Oと光軸Axとの距離が略|R1|/√2であるため、メリジオナル面内においては、物点Oの像I1はほぼ光軸Ax上に形成され、その結像倍率が等倍となる。
図2において、物点Oからの光束のうちサジタル面内の光束は、所定の開口数で第1の球面鏡M1に入射し、この第1の球面鏡M1によって光路が略90°偏向される。このとき、第1の球面鏡M1に対して物点Oの位置が第1の球心C1を含み光軸Axに垂直な面内に位置し、かつ物点Oと光軸Axとの距離が略|R1|/√2であるため、サジタル面内における物点Oからの発散光束は、サジタル面内において略平行光束となる。
【0013】
従って、物点Oと第1の球心C1とを結ぶ直線に垂直で光軸Axを含む面内において、物点Oの像I1は球心C1側に凹の円弧形状に引き延ばされる。
さて、図1に戻って、第1の球面鏡M1が形成する像I1からの光束のうち、メリジオナル面内に沿って進行する光束は、物点Oから第1の球面鏡M1へ向かう光束と同じ開口数で、第2の球面鏡M2へ入射する。この光束は、第2の球面鏡M2によって反射されてその光路が略90°偏向され、かつ光軸Axに垂直な面上で集光する収斂光束となる。このように、第2の球面鏡M2は、メリジオナル面内における物点Oの2次像I2を形成する。
【0014】
ここで、メリジオナル面において、第2の球面鏡M2における物点は像I1であり、この像I1の位置を第2の球心を含み第2の球心C2と2次像I2とを結ぶ直線に垂直な平面内に概略位置させており、かつ像I1と第2の球心C2との距離を略|R2|/√2としているため、メリジオナル面内においては、像I1の像である2次像I2は等倍となり、第2の球面鏡M2から2次像I2へ向かう光束の開口数は、物点Oから第1の球面鏡M1へ向かう光束の開口数と等しくなる。
【0015】
次に、図2において、像I1からの光は、サジタル面内において平行光束の状態で第2の球面鏡M2へ向かう。この光束は、第2の球面鏡M2によって光路が略90°偏向されて、第2の球心C2を含み光軸Axに垂直な面内に集光する。それゆえ、サジタル面内での光路の結像倍率は曲率半径R1とR2との比|R2/R1|に一致する。
【0016】
このように、第1および第2の球面鏡M1,M2からなる反射光学系は、メリジオナル面内においては等倍結像を行い、かつサジタル面内においては、第1の球面鏡M1の曲率半径R1と第2の球面鏡M2の曲率半径との比に応じた倍率関係になる。従って、第1および第2の球面鏡M1,M2の曲率半径R1,R2の比を変更することにより、互いに直交する断面上(メリジオナル面・サジタル面)において所望の倍率比を得ることが可能である。そして、この実施の形態による反射光学系では、色収差の発生要因となる屈折光学部材を要しないため色収差の発生は原理的に生じない。さらに、この実施の形態による反射光学系では、反射光学部材が球面系であるため、その加工が困難にならない利点がある。
【0017】
次に、図3乃至図6を参照して、本発明による反射光学系をプロキシミティ露光装置の照明光学系に適用した例である第2の実施の形態を説明する。ここで、図3は、全体構成を説明するためのXYZ斜視図、図4(a),(c)はXY平面図、図4(b)はXZ平面図、図5はYZ平面図である。
図3乃至図6に示す第2の実施の形態は、本発明にかかる反射光学系を、マスクとワークとを相対的に移動させつつ露光を行う走査型プロキシミティ露光装置の照明光学系に適用したものである。
【0018】
図3において、照明光学系10はマスクMaに対して照明光を照射し、このマスクMaには、図中Z方向に延びたパターンが形成されている。また、ワークWは、レジストなどの感光性樹脂が塗布されたフィルムであって、図中Z方向に沿って所定の速度で搬送される。これにより、フィルム上の感光性樹脂には、図中Z方向に延びた形状のパターンが転写される。ここで、転写されるパターンはZ方向に延びたパターンであるためYZ面内でのマスク上の照明光のNAが大きくてもパターン転写精度を悪化させない。
【0019】
以下、照明光学系の構成について詳述する。
図4及び図5において、例えば高圧水銀ランプからなる光源11からの光は、光源11の位置に第1焦点が配置される楕円鏡12によって集光されて、その第2焦点位置に光源像を形成する。この光源像からの光は、YZ平面内のみに屈折力(パワー)を持つコリメータレンズ13a及びXY平面内のみに屈折力(パワー)を持つコリメータレンズ13bから構成されるコリメータ光学系により略コリメートされてフライアイレンズ14に入射する。ここで、コリメータレンズ13a及びコリメータレンズ13bは共に、楕円鏡12による光源像位置にその前側焦点位置が位置するように設けられている。このとき、フライアイレンズ14に入射する光束は、その(XZ平面内の)断面形状が略楕円形状の略平行光束となる。
【0020】
このフライアイレンズ14は、図6に示すように、矩形状の断面を有する複数のレンズ素子の集積体で構成されており、本実施の形態では、X方向の長さL14x、Z方向の高さL14z(L14x≠L14z)のレンズ素子14aを積み重ねており、全体としてX方向の長さD14x、Z方向の高さD14z(D14x≠D14z)の矩形状断面を有している。
【0021】
図4及び図5に戻って、フライアイレンズ14の射出側には、略楕円形状の開口部を持つ絞りSが配置されており、この絞りSの開口部には、フライアイレンズ14の各々のレンズ素子14aによって形成される複数の光源像が位置する。これら複数の光源像からの光は、コンデンサレンズ15に入射する。ここで、コンデンサレンズ15は、その前側焦点位置が複数の光源像の位置になるように設けられている。従って、視野絞りFSは、これら複数の光源像からの光によって重畳的に照明される。この視野絞りFSは、Z方向に長手方向を持つ略矩形状の開口部を有している。
【0022】
図5において、この視野絞りFSからの光は、第1および第2の球面鏡M1,M2からなるリレー光学系を経てマスクMa上に達する。このリレー光学系の作用を以下に説明する。
まず、図5を参照して、メリジオナル面内におけるリレー光学系の構成及び光路を説明する。
【0023】
図5において、第1の球面鏡M1は、第1の球心C1を有し曲率半径R1(負)である球面の一部からなる反射面を有しており、第2の球面鏡M2は、第2の球心C2を有し曲率半径R2(正)である球面の一部からなる反射面を有している。ここで、第1の球面鏡M1の第1の球心C1と第2の球面鏡M2の球心C2とを結ぶ直線を光軸Axとするとき、第1および第2の球心C1,C2間の距離Lが概略|R1−R2|/√2であるように配置されている。このとき、視野絞りFSが球心C1を含み光軸Axに垂直な面内に位置するように各球面鏡M1,M2は位置決めされている。
【0024】
この構成により、視野絞りFSからの光束のうち、メリジオナル面内の光束は、第1の球面鏡により集光されて、光軸Ax上で視野絞りFSと共役な第1の共役点を形成し、この第1の共役点からの光は第2の球面鏡M2により集光されて第1の共役点と共役な第2の共役点をマスクMa上に形成する。このとき、視野絞りFSと第1の共役点とは、メリジオナル面内の光束に関して等倍結像の関係にあり、第1の共役点と第2の共役点とは、メリジオナル面内の光束に関して等倍結像の関係にある。すなわち、この光束に関して視野絞りFSはマスクMa上で等倍結像している。
【0025】
図4(a)〜(c)に戻って、サジタル面内におけるリレー光学系の構成及び光路を説明する。サジタル面内において、第1の球面鏡M1の球心C1と第2の球面鏡M2の球心C2とを結ぶ直線である光軸Axは、光源11〜コンデンサレンズ15で構成される照明系の光軸と重なるように配置される。
ここで、視野絞りFS上の一点からの光束のうちサジタル面内に射出した光束は、サジタル面内において発散するように−Y方向に向けて進行して第1の球面鏡M1に達する。
【0026】
この光束は、第1の球面鏡M1によって−Z方向へ向けて偏向され、略コリメートされる。この略コリメートされた光束は、−Z方向へ向けて進行して第2の球面鏡M2へ達する。この光束は、第2の球面鏡M2によって−Y方向に偏向され、かつマスクMa上に集光する。このため、サジタル面内の光束による結像倍率は|R2/R1|となる。
【0027】
さて、本実施の形態では、複数の光源像を形成するフライアイレンズ14の全体形状をZ方向に長手方向を持つ矩形状に構成して、視野絞りFSを重畳的に照明する光束のうちサジタル光束の開口数よりもメリジオナル光束の開口数を大きくしている。そして、第1および第2の球面鏡M1,M2からなるリレー光学系は、メリジオナル面内においては等倍結像を行うため、メリジオナル光束の開口数は保存される。また、サジタル光束の開口数は第1の球面鏡M1の曲率半径R1と第2の球面鏡M2の曲率半径との比に応じて決定され、本実施の形態では|R1|<|R2|となるように構成して、マスクMa上において、サジタル光束の開口数NA2をさらに小さくしている。ここで、メリジオナル光束の開口数をNA1をし、サジタル光束の開口数をNA2とするとき、
【0028】
【数2】
(2) NA1>NA2
を満足させている。
ここで、開口数NA2はパターンのピッチ方向の解像度により定まる開口数であり、従来のプロキシミティ露光装置と同程度となるように設定している。一方、開口数NA1は大きくしてあるので、ワークW上での照度Eは、光源11の輝度をBとするとき、
【0029】
【数3】
(3) E=π・B・NA1・NA2
で表され、NA1/NA2だけ高くなる。
このように、本実施の形態においては、所定の方向に延びたパターンに対して、該所定の方向の開口数NA1を、所定の方向と直交する方向の開口数NA2よりも大きくなるように構成しているため、パターンを転写する際の解像力を低下させることなく、ワーク上での照度を高めることができ、スループットの向上を図ることができる。
【0030】
さて、図1および図2の第1の実施の形態のような構成の場合には、物点Oからの光は、第1の球面鏡M1によって像I1を含むサジタル面内で円弧状となる。図2の構成では、第2の球面鏡M2によって円弧形状がさらに拡大されるため、2次像I2へ達する光束は収差を持つことになる。しかしながら、図7に示すように、第1の球面鏡M1と第2の球面鏡M2とを結ぶ線分を挟んで第1の球面鏡M1の球心C1と第2の球面鏡M2の球心C2とを同じ側に位置させれば(曲率半径R1と曲率半径R2との符号を等しくすれば)、第1の球面鏡M1による光束の変形と第2の球面鏡M2による光束の変形とが互いに打ち消し合うことになり、像点I2に集まる光束の収差を低減させることが可能になる。
【0031】
なお、第1の実施の形態では、照明光学系を構成する光学部材は全て光軸に関して回転対称な光学素子で構成することができるため、製造が簡易になる利点がある。また、第2の実施の形態においても、フライアイレンズ14よりもマスクMa側の光学部材は、回転対称であり製造が容易である。
本実施の形態では、走査しつつ露光を行う構成であるため、マスクMa上に形成される照明領域が円弧形状であっても問題はないが、マスクMa上において矩形照明が必要な場合には視野絞りFSの形状を変更すればよい。
【0032】
さて、第2の実施の形態では、マスクMaと共役な位置に視野絞りFSを設ける構成としているが、この視野絞りFSとしては、図8に示すように、露光量調整をするために、開口部のZ方向の幅を可変に構成してもよい。
図8において、視野絞りFSは枠部材FSaと可動部材FSbとから構成されている。この可動部材FSbは、Z方向に可動の複数の部材から構成されており、視野絞りFSの開口部のZ方向の幅をX座標によって変えるように、その形状を可変にする。
【0033】
ここで、マスクMa上で走査直交方向において照度ムラがある場合には、走査方向における照明領域の幅を変化させて、ワークW上での積算露光量を一定にすれば良い。なお、この構成において、互いに開口部の形状が異なる複数の視野絞りを用意しておき、そのうちの一つを選択する構成であっても良い。
上述の第2の実施の形態において、走査方向(パターン長手方向)に沿った方向の開口数NA1と、走査直交方向(パターン短手方向)に沿った開口数NA2とは、以下の式(4)を満足するように構成されることが好ましい。
【0034】
【数4】
(4) 0.01<NA2/NA1<1.0
この式(4)は、マスクMa上における開口数の適切な比を規定するものであり、この上限を越える場合には、マスクMa上における照度を十分に高めることができず、スループットが低下するため好ましくない。
【0035】
一方、式(4)の下限を下回る場合には、マスクMa上における照度は十分に高めることができるが、直交する方向において開口数の差を大きくつけるために、照明光学系を構成する要素間で大きな焦点距離の差をつけるように構成することが必要となり、照明光学系の構成の複雑化を招くため好ましくない。
【0036】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、製造が容易でかつ色収差を発生させないアナモフィック光学系を提供することができる。また、本発明による反射光学系をプロキシミティ露光装置に適用すれば、その簡易な構成のもとで高スループットを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による反射屈折光学系の第1の実施の形態のメリジオナル面内の光路図である。
【図2】本発明による反射屈折光学系の第1の実施の形態のサジタル面内を進行する光線の光路を示す図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態によるプロキシミティ露光装置の全体構成を示す図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態によるプロキシミティ露光装置の照明光学系のサジタル面内の光路を示す図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態によるプロキシミティ露光装置の照明光学系のメリジオナル面内の光路を示す図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態によるプロキシミティ露光装置におけるオプティカルインテグレータの断面を示す平面図である。
【図7】本発明による反射屈折光学系の変形例である。
【図8】本発明の第2の実施の形態によるプロキシミティ露光装置における視野絞りの変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
M1:第1の球面鏡、
M2:第2の球面鏡、
C1:第1の球心、
C2:第2の球心、
O :物点、
Claims (4)
- 第1の球面鏡と第2の球面鏡とからなり、
前記第1の球面鏡の第1の球心と前記第2の球面鏡の第2の球心とを結ぶ直線を光軸と
するとき、
前記第1の球心を通り前記光軸に垂直な平面内に物点が概略存在するように位置決めさ
れ、
前記第1の球面鏡は、前記物点からの光束のうちのメリジオナル光束を集光して前記物 点の共役点を形成し、かつ前記物点からの光束のうちのサジタル光束を実質的にコリメ ートするように位置決めされ、
前記第2の球面鏡は、前記共役点からの光束のうちの前記メリジオナル光束を集光しか つ前記実質的にコリメートされた前記サジタル光束を集光するように位置決めされ、
前記第1および第2の球面鏡を介した前記メリジオナル光束に関する像点と、前記第1 および第2の球面鏡を介した前記サジタル光束に関する像点とが一致するように構成さ れたアナモフィック反射光学系において、
前記第1の球心と前記第2の球心との距離が、前記第1の球面鏡の曲率半径をR1とし 、前記第2の球面鏡の曲率半径をR2とし、前記第1および第2の球面鏡の曲率半径の 正負をその球心が曲面より物体側にあるときを負と定義するとき、
|R1−R2|/√2 を実質的に満足し、
かつ|R1|≠|R2|を満たすことを特徴とするアナモフィック反射光学系。 - 前記第1の球心と前記第2の球心との距離をLとするとき、
0.8L < |R1−R2|/√2 <1.2L
を満足することを特徴とする請求項1記載のアナモフィック反射光学系。 - 所定のパターンを有するマスクを照明し、
前記マスクと所定の間隙をもって位置するワークに前記所定のパターンを転写する
プロキシミティ露光装置において、
前記マスクと共役な面内を照明するための照明光学系と、該照明光学系によって照明
された領域を前記マスク上に再結像させるアナモフィックリレー光学系とを備え、
該リレー光学系は、第1の球心と曲率半径R1とを有する第1の球面鏡と、第2の球 心と曲率半径R2を有する第2の球面鏡とを備え、
前記第1の球心と前記第2の球心とを結ぶ直線を光軸とするとき、前記第1の球心 を通り前記光軸に垂直な平面内に前記照明された領域が存在するように位置決めされ、
前記第1の球心と前記第2の球心との距離が、|R1−R2|/√2 を満足し、更に |R1|<|R2|の関係を満足することを特徴とするプロキシミティ露光装置。 - 前記マスクと前記ワークとは走査方向に沿って相対的に移動可能に支持 され、
前記アナモフィックリレー光学系は、走査方向におけるワーク側開口数と走査直交方 向におけるワーク側開口数とが異なるように構成されることを特徴とする請求項3記載 のプロキシミティ露光装置。
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