JP4951063B2 - 大視野等倍投影光学系 - Google Patents

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Description

本発明は光学投影系に関するものであり、特に大視野等倍(large-field unit-magnification)投影光学系に関する。
現在、フォトリソグラフィはサブミクロン解像度の集積回路(ＩＣ)の製造で広く用いられている。金バンプ及び他のウェハレベルＩＣパッケージング技術が発展するに従って、広い焦点深度、高スループット及び比較的低い(例えば数ミクロン)解像度を有する投影光学系の要求が増大している。投影フォトリソグラフィは徐々に発展と応用がされている。
以下の本発明の記述は、２００５年４月１２日にメルカド(Mercado)に対して発行され、Ultratech社に譲渡された米国特許第６,８７９,３８３(以下、“３８３特許”)に記述された光学系に関係している(特許文献１)。
米国特許第６,８７９,３８３号明細書
図１は３８３特許に従った一例の光学系１００の断面図である。
３８３特許に記述された発明は大視野、ブロードスペクトルバンド(broad spectral band)、色補正、アナスチグマチック(anastigmatic)な投影光学系であり、レチクル上に形成されたパターンの像を基板の上に投影する。
用語“大視野”は、約４４ｍｍ×４４ｍｍ又はそれより大きい長方形寸法を有する視野を意味する。また、用語“ブロードスペクトルバンド”は、ｇ、ｈ、ｉの水銀スペクトル線（すなわち、４３６ｎｍ、４０５ｎｍ、３６５ｎｍ）を含むスペクトルバンドである。
光学系１００は軸Ａ１に沿って、開口絞りＡＳ２と関連させた凹球面ミラーＭを含む。ミラーＭは光軸上に開口ＡＰを含む。開口ＡＰは例えば、物体(例えばマスク)をその像と一直線にするために又は物体を検査する目的で、光学系に光を導入するのに使われる。光学系１００は開口絞りＡＳ２に対して対称が本質なので、光学系１００はコマ、歪曲収差及び倍率色収差が最初に補正される。光学系１００の全ての球面はほぼ同心である。
光学系１００はさらに軸Ａ１に沿って、ミラーＭから距離を離して隣接して配置された正の屈折力の視野補正レンズ群Ｇを含む。レンズ群Ｇは面Ｓ３と面Ｓ４を有する正のレンズ要素Ｌ１を含む。正レンズＬ１は凸の面Ｓ４と平らな面Ｓ３を有する平凸レンズである。レンズ群Ｇは、レンズ要素Ｌ１に隣接しかつミラーＭの方に少なくとも二つの、負レンズＬ２と負レンズＬ３をさらに含む。レンズＬ２は面Ｓ５と面Ｓ６を有しており、レンズＬ３は面Ｓ７と面Ｃ８を有している。負レンズＬ２と負レンズＬ３は、面Ｓ６と面Ｓ８が凸であるメニスカスタイプである。
レンズ群Ｇの隣には、面Ｓ１Ａと面Ｓ２Ａを有する第１のプリズムＰＡ及び面Ｓ１Ｂと面Ｓ２Ｂを有する第２のプリズムＰＢがある。面Ｓ１Ａは物平面ＯＰ２の方へ向いており、面Ｓ１Ｂは像平面ＩＰ２の方へ向いている。物平面ＯＰ２と像平面ＩＰ２は、作動距離を表すギャップＷＤＡとギャップＷＤＢのそれぞれだけ、平面Ｓ１Ａと平面Ｓ１Ｂからそれぞれ距離が離れている。開口絞りＡＳ２に対して完全に対称であり、ＷＤＡ＝ＷＤＢである。プリズムＰＡとプリズムＰＢは視野補正レンズ群Ｇに含まれていないが、これらのプリズムは色収差補正を含む収差補正の役割をする。
しかしながら、物平面と像平面の間に一定の角度がある。物平面は像平面と平行でないので、フォトリソグラフィ機の設計にいくつかの困難がある。
本発明の目的は物平面が像平面と平行である、大視野、ブロードスペクトルバンド、色補正、アナスチグマチックな投影光学系を提供することである。
前述の目的を達成するために、本発明は次の通りである。光学系は光軸、凹球面反射ミラー、空間を設けて前記ミラーに隣接して配置されている正の屈折力のレンズ群を含む。前記レンズ群は、前記ミラーの方へ向いている凸面と前記ミラーから離れる方へ向いている平面を有する第１の平凸レンズ、前記平凸レンズに隣接しており、前記ミラーの方へ向いている凸面と前記第１の平凸レンズの方へ向いている凹面を有する負のメニスカスレンズ、前記負のメニスカスレンズに隣接しており、前記負のメニスカスレンズの方へ向いている凹面と前記ミラーの方へ向いている凸面を有する正のレンズ、前記正のレンズから遠く距離を離れており、前記正のレンズの方へ向いている凹面と前記ミラーの方へ向いている凹面を有する負の両凸レンズ、及び前記負の両凹レンズの方へ向いている平面と前記ミラーの方へ向いている凸面を有する第２の平凸レンズを含む。
前記光学系は、それぞれが第１及び第２の面を有している一対のプリズムをさらに含む。前記第２の面はそれぞれ前記光軸の反対側で前記平凸レンズ要素の前記平面に隣接して配置されており、前記第１の面はそれぞれ物平面と像平面に隣接して配置されている。前記レンズ群のそれぞれのレンズと前記一対のプリズムは、少なくともｇ、ｈ及びｉ線波長を含むスペクトル領域で色収差補正を提供する。
前記光学系は、サイズが少なくとも４４ｍｍ×４４ｍｍで、開口数が０．１８以上である少なくとも一つの四角の視野を有する。
前記レンズ群のレンズ要素は球面である。
前記物平面は前記像平面と平行である。
本発明の光学系において、大視野とブロードスペクトルスペクトラムの条件下で、投影光学系は大変良い結像性能を持っており、それにより比較的低い解像度と広い焦点深度を望める。加えて、物平面は像平面と平行であり、フォトリソグラフィ機の設計のリスクを効果的に下げている。
本発明を図面及び最良の実施形態を参照することによって詳細に説明する。
図２は本発明の大視野等倍投影光学系２００の一実施例の概略図である。光学系２００は軸Ａ２、開口絞りＡＳ１と関連させた凹球面ミラーＭ１を含む。凹球面ミラーＭ１は凹面１２を有する。
光学系２００はさらに正の屈折力のレンズ群を含んでおり、このレンズ群はミラーＭ１から距離を離して隣接するレンズＥ５、レンズＥ５に隣接する負レンズＥ４、負レンズＥ４から距離を離した正レンズＥ３、及び正レンズＥ３から隣接する負レンズＥ２を含む。
レンズＥ５は凸の面１１と平らな面１０を有する平凸レンズである。
レンズＥ４はミラーＭ１の方へ向いている面９と面８を有する負の両凹レンズである。
正レンズＥ３は凹の面６と凸の面７を有する。凸面７は負の両凹レンズＥ４の方へ向いている。
負レンズＥ２は凹の面４と凸の面５を有するメニスカスタイプである。凸面５は正レンズＥ３の方へ向いている。負レンズＥ２と正レンズＥ３の間に小さい空間がある。
平凸レンズＥ１は平らな面２と凸の面３を有する。凸面３は負レンズＥ２の方へ向いている。
光学系２００は面Ａ１と面Ａ２を有する第１のプリズムＰ１及び面Ｂ１と面Ｂ２を有する第２のプリズムＰ２をさらに含む。
第１のプリズムＰ１の面Ａ２と第２のプリズムＰ２の面Ｂ２は、平凸レンズＥ１の面２に密接している。第１のプリズムＰ１の面Ａ１は物平面ＯＰの方へ向いており、作動距離を表すギャップＷＤ１だけ物平面ＯＰから距離を離している。第２のプリズムＰ２の面Ｂ１は像平面ＩＰの方へ向いており、作動距離を表すギャップＷＤ２だけ像平面ＩＰから距離を離している。
実施例では開口絞りＡＳ１に対して完全に対称であり、ＷＤ１＝ＷＤ２である。
正の屈折力のレンズ群、第１のプリズムＰ１及び第２のプリズムＰ２は、ｇ、ｈ、ｉスペクトル線の色収差補正を含む収差補正の役割をする。物平面は像平面と平行である。
本発明の光学系２００は大変良い結像性能を持っている。単色の波面誤差(波長３６５ｎｍ)は４４ｎｍより小さい。従って、光学系２００は、バンプリソグラフィのような解像度が最高レベルを必要としない、ウェハレベルＩＣパッケージングアプリケーションに有効である。
光学系２００はDyson-Wynneカタディオプトリック(catadioptric)構造を用いているので、光学系２００はコマ、歪曲収差及び倍率色収差が最初に補正される。光学系２００の面の全ては球面である。
本発明の特徴の説明は以下の通りである。
１）大視野
用語“大視野”は、約４４ｍｍ×４４ｍｍ又はそれより大きい長方形寸法を有する視野を意味する。
２）ブロードスペクトルバンド
光源は、ｇ、ｈ、ｉの水銀スペクトル線（すなわち、それぞれ４３６ｎｍ、４０５ｎｍ、３６５ｎｍ）である。
３）１×倍率
物平面ＯＰのサイズは像平面ＩＰのサイズと等しい。
４）物平面は像平面ＩＰと平行であり、それはリソグラフィ機の設計をより容易にする。
５）Ｄｙｓｏｎ−Ｗｙｎｎｅカタディオプトリック光学系
投影光学系２００のさらなる実施例を表１で与える。光学系２００の対称性のために、表１で述べる列挙は物平面ＯＰから凹面ミラーＭ１までの値だけを含む。
表１において、正半径は曲率中心が面の右側にあることを示し、負半径は曲率中心が面の左側にあることを示している。要素の厚み又は要素間の間隔は、次の面までの軸距離である。全ての大きさはｍｍである。
さらに、“Ｓ♯”面番号を表し、“ＳＴＯＰ”は開口絞りＡＳを表し、そして“ＲＥＦＬ”は反射面を表している。“型”の項目において、平面は“ＦＬＴ”で、球面は“ＳＰＨ”で、凹面は“ＣＣ”で、凸面は“ＣＸ”で示されている。“半径”の項目において、“ＩＮＦ”は半径の値が無限を示している。
Figure 0004951063
表１において、光学系２００で使用される材料は溶融石英であり、全ての光学面は球面である。視野の高さは７２ｍｍであり、開口数は０．１８であり、光源は水銀ランプのｇ、ｈ、ｉ線(すなわち、それぞれ４３６ｎｍ、４０５ｎｍ、３６５ｎｍ)である。
３８３特許に従った従来技術の等倍投影光学系の概略図である。 本発明の大視野等倍投影光学系の一実施例の概略図である。 本発明の大視野等倍投影光学系の視野領域の概略図である。
符号の説明
２００・・・光学系、Ｍ１・・・凹球面ミラー、ＡＳ１・・・開口絞り、Ｅ１・・・平凸レンズ、Ｅ２・・・負レンズ(メニスカスタイプ)、Ｅ３・・・正レンズ、Ｅ４・・・負の両凹レンズ、Ｅ５・・・平凸レンズ、Ｐ１・・・第１のプリズム、Ｐ２・・・第２のプリズム、ＯＰ・・・物平面、ＩＰ・・・像平面、ＷＤ１，ＷＤ２・・・ギャップ

Claims (4)

  1. 以下の（１）から（４）を含む光学系であって、正の屈折力のレンズ群のそれぞれのレンズ要素と一対のプリズムは、溶融石英を材料とするものであって、かつ、少なくともｇ、ｈ及びｉ線波長を含むスペクトル領域で色収差を補正することを特徴とする光学系。
    （１）光軸
    （２）凹球面反射ミラーＭ１
    （３）空間を設けて前記凹球面反射ミラーＭ１に対向して順に配置される正の屈折力のレンズ群であって、以下の要素を含む。
    前記凹球面反射ミラーＭ１側の凸面と前記凹球面反射ミラーＭ１と反対側の平面を有する第１の平凸レンズ要素Ｅ５、
    前記平凸レンズ要素Ｅ５に隣り合い、前記凹球面反射ミラーＭ１側の凹面と前記第１の平凸レンズ要素Ｅ５と反対側の凹面を有する負の両凹レンズ要素Ｅ４、
    前記負の両凹レンズ要素Ｅ４に隣り合い、前記負の両凹レンズ要素Ｅ４側の凸面７と前記凹球面反射ミラーＭ１と反対側の凹面を有する正のレンズ要素Ｅ３、
    前記正のレンズ要素Ｅ３に隣り合い、前記正のレンズ要素Ｅ３側の凸面と前記凹球面反射ミラーＭ１と反対側の凹面を有する負のメニスカスレンズ要素Ｅ２、
    前記負のメニスカスレンズ要素Ｅ２に隣り合い、前記負の両凹レンズ要素Ｅ４側の凸面と前記凹球面反射ミラーＭ１と反対側の平面を有する第２の平凸レンズ要素Ｅ１、
    （４）それぞれが第１及び第２の面を有しており、前記第２の面Ａ２・Ｂ２はそれぞれ前記光軸の反対側で前記第２の平凸レンズ要素Ｅ１の前記平面に隣接して配置されており、一方のプリズムＰ１の前記第１の面Ａ１は物平面ＯＰに、他方のプリズムＰ２の前記第１の面Ｂ１は像平面ＩＰに対向して配置されている一対のプリズム
  2. サイズが少なくとも４４ｍｍ×４４ｍｍ以上であり、開口数が０．１８である少なくとも一つの四角の視野を有する、
    ことを特徴とする請求項１に記載された光学系。
  3. 前記レンズ群のレンズ要素は球面である、
    ことを特徴とする請求項１に記載された光学系。
  4. 前記物平面ＯＰは前記像平面ＩＰと平行である
    ことを特徴とする請求項１に記載された光学系。
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