JP5196869B2 - 投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばフラットパネルディスプレイ（以下ＦＰＤと呼ぶ）用の基板を投影露光する露光装置に関する。

近年、テレビジョンシステムのＨＤ（High Definition）化が進むと共に、表示素子として薄型ＦＰＤが多く使用されるようになってきた。それに伴い、更なる大画面化とコストダウンの要求が強くなってきた。ＦＰＤの製造には、集積回路産業界で使用されるのと同様のフォトリソグラフィーの手法を用いて、回路パターンを含むレチクル画像をフォトレジストコーティングされたガラス基板に投影し、パターン形成して製造される。

近年のガラス基板の大型化に対応するためには、結像系自体を大型化しなければならず、反射または屈折光学部材の大型化、それに伴う装置大型化、コストアップが顕著になってくるといった問題点がある。

このような問題点を解決する技術が特許文献１、２に開示されている。

特許文献１に開示される技術は、等倍の小型の光学系を複数個並べた、マルチレンズ光学系から構成され、各々の露光領域をガラス基板面上で重なり合わせるように露光することで、大型の露光領域を確保している。

特許文献２に開示される技術では、反射面を非球面化し、結像倍率を等倍よりも増大させることで、マスクコストを低減させている。
特開平７−５７９８６号公報 特開２００６−７８５９２号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術では、隣接する光学系が形成する像の繋ぎ目を重ね合わせるために、繋ぎ目を目立たせないように露光量、結像性能をコントロールする必要があり、調整難易度が高くなるという問題点があった。また、特許文献２に開示される技術では、反射面を用いた一括拡大光学系を用いることで、ガラス基板の大型化に伴うマスクサイズの大型化は抑制される。しかし、反射部材の大型化、光路確保のために反射部材の半割加工、収差補正のために反射面が非球面形状であるといった製造上の困難さがあった。

本発明は、高性能、高スループットと低コストを両立した露光装置を提供することを目的とする。

本発明は、物体面から像面に至る光路において、反射光学部材として第一凹反射面、凸反射面、第二凹反射面が順に配列された投影光学系において、投影光学系は、物体面と第一凹反射面との間、及び、第二凹反射面と像面との間に第１屈折光学部材を含み、第一凹反射面と凸反射面との間、及び、凸反射面と第二凹反射面との間に第１屈折光学部材とは異なる第２屈折光学部材を含み、かつ、投影光学系の軸外に輪帯状良像域を有し、反射光学部材の近軸パワーの総和をφ１とし、第１屈折光学部材及び第２屈折光学部材の近軸パワーの総和をφ２としたとき、φ１及びφ２が、０．００１≦｜φ２／φ１｜≦０．１を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、高性能、高スループットと低コストを両立した露光装置を提供することができる。

［露光装置の実施形態］
以下、本発明に係る露光装置の一例を説明する。この実施形態の露光装置は、投影光学系の軸外の輪帯状良像域を露光照明として用い、マスクに形成されたパターンをレジストが塗布された基板上に投影露光しつつ、マスクと基板を同期走査させることでパターンを基板上に転写する。以下の説明では、パターンが形成されたマスクを「物体」、レジストが塗布された基板表面を「像面」と呼ぶ。本実施形態の露光装置は、図１、３、５、７に示されるように、物体面Ｏから像面Ｉに至る光路において、第一凹反射面Ｍ１、凸反射面Ｍ２、第二凹反射面Ｍ３が順に配列された投影光学系を備える。投影光学系は、物体Ｏと第一凹反射面Ｍ１との間に屈折光学部材Ｌ１を含み、第一凹反射面Ｍ１と凸反射面Ｍ２との間に屈折光学部材Ｌ２を含む。また、投影光学系は、凸反射面Ｍ２と第二凹反射面Ｍ３との間に屈折光学部材Ｌ３を含み、第二凹反射面Ｍ３と像面Ｉとの間に屈折光学部材Ｌ４を含む。屈折光学部材Ｌ１〜Ｌ４はパワーを有する屈折光学部材である。投影光学系は、軸外に有限範囲の良像域を有する。投影光学系に含まれる反射光学部材Ｍ１〜Ｍ３の近軸パワーの総和をφ１とし、屈折光学部材Ｌ１〜Ｌ４の近軸パワーの総和をφ２としたとき、φ１及びφ２は以下の条件式（１）を満たしている。
０．００１≦｜φ２／φ１｜≦０．１・・・（１）
このφ１及びφ２の条件式は、投影光学系の結像性能は良好にしつつ、かつ光学系を小さくするための条件式である

ペッツバル条件式及び両テレセン条件を満たすことができる最小の光学系は、正の屈折力の第一群、負の屈折力の第二群、正の屈折力の第三群で構成されたトリプレット配置である。全系のペッツバル和Ｐは、P＝Σ（φｎ／Nｎ）で表される。ここで、反射面ではNｎ＝−１である。したがって、｜Σφ１｜がゼロに近づけば近づくほど、つまり、｜φ２／φ１｜が大きくなるほど像面がフラットになり、像面湾曲、非点隔差が減少し良好な光学性能が得られる。しかし、ミラー系のみでは、良像域が狭くスループットの向上が困難であるために、補正レンズを配置することで、良像域を拡大することが必要となる。この屈折光学部材のパワーを、小さくすればするほど、つまり｜φ２／φ１｜が小さくなればなるほど、色収差の発生を抑制することができる。また、一方この屈折光学部材のパワーを大きくすればするほど、凹面ミラーへの入射位置を低くすることができ、光学系全体の大きさを小さく抑えることができる。

よって、上記φ１及びφ２の条件式は、光学性能と光学系の大きさを両立させるための式である。｜φ２／φ１｜が０．００１未満であると良好な収差は得られるが、光学系が大きくなってしまう。｜φ２／φ１｜が０，１を超えると、光学系は小さくできるが、色収差等の諸収差を良好に補正することが困難となる。

第一凹反射面Ｍ１の近軸曲率半径をRとし、第一凹反射面Ｍ１の近軸曲率中心と凸反射面の近軸曲率中心との差をΔSとしたとき、ΔSは、以下の条件式（２）を満たすことが好ましい。
０．００２＜｜ΔS／R｜≦０．２・・・・（２）
｜ΔS／R｜が０．２以下であると、より広い画面領域で非点隔差を良好に補正することが可能となる。

以下に、本実施形態の露光装置で使用する投影光学系の数値実施例を４例挙げて、本実施形態の説明を補足する。

［数値実施例１］
図１は、数値実施例１に係る投影光学系の断面図を示している。図１において、M１は正のパワーを有する第一反射面としての凹面ミラー、M２は負のパワーを有する第二反射面としての凸面ミラー、M３は正のパワーを有する第三反射面としての凹面ミラーである。光束は、物体面Oから順にレンズL１、第一凹反射面M１、レンズL２、凸反射面M２、レンズL３、第二凹反射面M３、レンズL４を通り、像面Iで結像する。なお、本数値実施例１の投影光学系は等倍光学系であり、第１凹反射面M１と第２凹反射面M３とが単一の光学部材の各一部である。また、レンズL１とレンズL４、レンズL２とレンズL３もそれぞれ同一形状の光学素子である。物体面OとレンズL１との間、レンズL１と像面Iとの間等にノーパワーのレンズ等を導入することにより、像面収差等を更に良好に補正することも可能である。図２に本数値実施例１の縦収差図を示す。数値実施例１のレンズデータは表１のとおりである。

ここで、Rは近軸曲率半径、Dは光軸上の空気間隔又は硝材厚、Nは各３波長に対する硝材の屈折率である。また、面番号の横に記載されているA印は、非球面であることを示す。また、本明細書において、“E-XX、E+XX”の表記は、“×１０^ーxx、×１０^＋xx”を意味する。以下の数値実施例においても全て同様である。数値実施例１の非球面式は、ｚ＝ｒｈ^２／（１＋（１−（１＋ｋ）ｒ^２ｈ^２）^１／２）＋Ａｈ^４＋Ｂｈ^６＋Ｃｈ^８＋Ｄｈ^１０＋Ｅｈ^１２＋Ｆｈ^１４＋Ｇｈ^１６で与えられる。

数値実施例１は、等倍投影光学系を構成しており、瞳面である第二反射面としての凸面ミラーに対して対称系であるため、非対称性収差であるコマ収差、歪曲収差が発生しない。また、軸外の有限範囲の輪帯状像域を露光で用いるため、軸上球面収差の補正はあまり重要ではない。したがって、像面湾曲と非点収差を補正すればよい。図２の収差図より明らかなように、軸外輪帯像域において、像面湾曲、非点隔差ともに良好に補正できていることがわかる。また、第一反射面、第三反射面を非球面形状とし、パワーを大きく持たせることで、光学系全体をコンパクトにしつつ、また、物体面と第一反射面、第三反射面と像面の間に非球面レンズを配置することで、良好な収差補正が施された光学系が得られる。表２に、数値実施例１に対する各請求項の条件式に対する数値を示す。数値実施例１は、表２に示すように、各条件式（１）〜（３）を満たしている。

数値実施例１の投影光学系を露光装置に組み込み場合、レンズL１と第一凹反射面M１との間、第二凹反射面M３とレンズL４の間に折り曲げ反射鏡を光軸に対して４５度で配置して、物体面O、レンズL１、像面I、レンズL４を水平に配置しても良い。

［数値実施例２］
図３は、数値実施例２に係る投影光学系の断面図を示している。図３において、M１は正のパワーを有する第一反射面としての凹面ミラー、M２は負のパワーを有する第二反射面としての凸面ミラー、M３は正のパワーを有する第三反射面としての凹面ミラー、L１、L２、L３、L４はレンズである。光束は、物体面Oから順にレンズL１、第一凹反射面M１、レンズL２、凸反射面M２、レンズL３、第二凹反射面M３、レンズL４を通り、像面Iで結像する。なお、本数値実施例２の投影光学系は等倍光学系であり、第１凹反射面M１と第２凹反射面M３とが単一の光学部材の各一部である。また、レンズL１とレンズL４、レンズL２とレンズL３もそれぞれ同一形状の光学素子である。図４に本数値実施例２の縦収差図を示す。数値実施例２のレンズデータは表３のとおりである。

数値実施例２の非球面式は、ｚ＝ｒｈ^２／（１＋（１−（１＋ｋ）ｒ^２ｈ^２）^１／２）＋Ａｈ^４＋Ｂｈ^６＋Ｃｈ^８＋Ｄｈ^１０＋Ｅｈ^１２＋Ｆｈ^１４＋Ｇｈ^１６＋Ａ’ｈ^３＋Ｂ’ｈ^５＋Ｃ’ｈ^７＋Ｄ’ｈ^９＋Ｅ’ｈ^１１＋Ｆ’ｈ^１３＋Ｇ’ｈ^１５で与えられる。

数値実施例２は、等倍投影光学系を構成しており、瞳面である第二反射面Ｍ２としての凸面ミラーに対して対称系であるため、非対称性収差であるコマ収差、歪曲収差が発生しない。また、軸外の有限範囲の輪帯状像域を露光で用いるため、軸上球面収差の補正はあまり重要ではない。従って、像面湾曲と非点収差を補正すればよい。図４の収差図より明らかなように、軸外輪帯像域において、像面湾曲、非点隔差ともに良好に補正できていることがわかる。また、第一反射面、第三反射面を非球面形状であるが、数値実施例１の形態に対して微小非球面である。一方L１、L４は非球面レンズであり、そのパワーを大きく持たせることで、光学系全体をコンパクトにしつつ、良好な収差補正が施された光学系が得られる。

数値実施例２は、表４に示すように、各条件式（１）〜（３）を満たしている。

［数値実施例３］
図５は、数値実施例３に係る投影光学系の断面図を示している。図５において、M１は正のパワーを有する第一反射面としての凹面ミラー、M２は負のパワーを有する第二反射面としての凸面ミラー、M３は正のパワーを有する第三反射面としての凹面ミラー、L１、L２、L３。L４はレンズである。光束は、物体面Oから順にレンズL１、第一凹反射面M１、レンズL２、凸反射面M２、レンズL３、第二凹反射面M３、レンズL４を通り、像面Iで結像する。なお、本数値実施例３の投影光学系は等倍光学系であり、第１凹反射面M１と第２凹反射面M３とが単一の光学部材の各一部である。また、レンズL１とレンズL４、レンズL２とレンズL３もそれぞれ同一形状の光学素子である。物体面OとレンズL１との間、レンズL４と像面との間等にノーパワーのレンズ等を導入することにより、像面収差等を更に良好に補正することも可能である。図６に数値実施例３の縦収差図を示す。数値実施例３の非球面式は、数値実施例１の非球面式と同様である。数値実施例３のレンズデータは表５のとおりである。

数値実施例３は、等倍投影光学系を構成しており、瞳面である第二反射面としての凸面ミラーに対して対称系であるため、非対称性収差であるコマ収差、歪曲収差が発生しない。また、軸外の有限範囲の輪帯状像域を露光で用いるため、軸上球面収差の補正はあまり重要ではない。従って、像面湾曲と非点収差を補正すればよい。図６の収差図より明らかなように、軸外輪帯像域において、像面湾曲、非点隔差ともに良好に補正できていることがわかる。また、第一反射面、第三反射面は非球面形状であり、またL１、L４は、非球面レンズであり、前記数値実施例１の形態に対してさらにパワーを強くしたことを特徴としている。これにより、さらに光学系全体をコンパクトにしつつ、良好な収差補正が施された投影光学系が得られる。数値実施例３は、表６に示すように、各条件式（１）〜（３）を満たしている。

数値実施例１〜３の投影光学系では、第一凹反射面Ｍ１と第二凹反射面Ｍ３とが同一の光学部材であった。しかし、等倍光学系を構成するために、第一凹反射面Ｍ１と第二凹反射面Ｍ３とは、例えば単一の光学部材を分割することによって形成された、同一設計値および同一光学特性を有する別の光学部材であってもかまわない。

［数値実施例４］
図７は、数値実施例４に係る投影光学系の断面図を示している。図７において、M１は正のパワーを有する第一反射面としての凹面ミラー、M２は負のパワーを有する第二反射面としての凸面ミラー、M３は正のパワーを有する第三反射面としての凹面ミラー、L１、L２、L３、L４、L５はレンズである。光束は、物体面Oから順にレンズL１、レンズＬ２、第一凹反射面M１、レンズL３、第凸反射面M２、レンズL４、第二凹反射面M３、レンズL５を通り、像面Iで結像する。なお、本数値実施例４においては拡大光学系であるため、第一凹反射面Ｍ１と第二凹反射面Ｍ３とは互いに異なる拡大倍率又は縮小倍率を有している。レンズL３とレンズL４のみが同一形状の光学素子である。図８に数値実施例４の縦収差図を示す。数値実施例４の非球面式は、数値実施例１と同様である。数値実施例４のレンズデータは表７のとおりである。

数値実施例４は、拡大投影光学系を構成しており、瞳面である第二反射面としての凸面ミラーＭ２に対して対称系ではないため、数値実施例１〜３の等倍光学系と違って、非対称性収差であるコマ収差、歪曲収差が発生してしまう。しかし、第一凹面ミラー、第三凹面ミラーを非球面化することで、その発生量を小さく抑えることが可能となる。また、露光に用いる軸外像域内で一律な収差であれば、一律の露光倍率成分としてオフセットすることで補正することができる。また、軸外の有限範囲の輪帯状像域を露光で用いるため、軸上球面収差の補正はあまり重要ではない。従って、像面湾曲と非点収差を補正すればよい。図８の収差図より明らかなように、軸外輪帯像域において、像面湾曲、非点隔差ともに良好に補正できていることがわかる。拡大系にすることにより生じる収差を補正するため、反射面、屈折面殆ど全ての光学部材は非球面であり、それぞれパワーを大きく持たせることで、光学系全体をコンパクトにしつつ、広い像高領域で良好な収差補正が施された光学系が得られる。なお本数値実施例４では、拡大光学系を示しているが、光学系全体を光軸に対して上下反転させることで縮小光学系として構成することができ、本発明ではこの形態も含まれる。数値実施例４は、表８に示すように、各条件式（１）〜（３）を満たしている。

［デバイス製造の実施形態］
次に、図９及び図１０を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施形態を説明する。図９は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。

ステップＳ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップＳ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。ステップＳ３（基板製造）ではシリコン等の材料を用いて基板を製造する。ステップＳ４（基板プロセス）は前工程と呼ばれ、マスクと基板を用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用して基板上に実際の回路を形成する。ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４によって作製された基板を用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップＳ６（検査）では、ステップＳ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップＳ７）される。

図１０は、ステップ４の基板プロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）では、基板の表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、基板の表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１３（電極形成）では、基板上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、基板にイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、基板に感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、上記実施形態に示される露光装置によってマスクの回路パターンを基板に露光する。ステップＳ１７（現像）では、露光した基板を現像する。ステップＳ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップＳ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって基板上に多重に回路パターンが形成される。

数値実施例１に係る投影光学系の断面図である。 数値実施例１の縦収差図である。 数値実施例２に係る投影光学系の断面図である。 数値実施例２の縦収差図である。 数値実施例３に係る投影光学系の断面図である。 数値実施例３の縦収差図である。 数値実施例４に係る投影光学系の断面図である。 数値実施例４の縦収差図である。 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図９に示すフローチャートのステップＳ４におけるウェハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

M１：第１反射面、M２：第２反射面、M３：第３反射面、L１：第１レンズ、L２：第２レンズ、L３：第３レンズ、L４：第４レンズ、L５：第５レンズ、O：物体面、I：像面

Claims (10)

1. 物体面から像面に至る光路において、反射光学部材として第一凹反射面、凸反射面、第二凹反射面が順に配列された投影光学系において、
   前記投影光学系は、
   前記物体面と前記第一凹反射面との間、及び、前記第二凹反射面と前記像面との間に第１屈折光学部材を含み、
   前記第一凹反射面と前記凸反射面との間、及び、前記凸反射面と前記第二凹反射面との間に前記第１屈折光学部材とは異なる第２屈折光学部材を含み、かつ、
   前記投影光学系の軸外に輪帯状良像域を有し、
   前記反射光学部材の近軸パワーの総和をφ１とし、前記第１屈折光学部材及び前記第２屈折光学部材の近軸パワーの総和をφ２としたとき、φ１及びφ２が、
   ０．００１≦｜φ２／φ１｜≦０．１
   を満たすことを特徴とする投影光学系。
2. 前記第一凹反射面の近軸曲率半径をＲとし、前記第一凹反射面の近軸曲率中心と前記凸反射面の近軸曲率中心との差をΔＳとしたとき、ΔＳは、
   ０．００２＜｜ΔＳ／Ｒ｜≦０．２
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
3. 前記物体面と前記第一凹反射面との間に複数の第１屈折光学部材を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の投影光学系。
4. 前記第二凹反射面と前記像面との間に複数の第１屈折光学部材を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の投影光学系。
5. 前記物体面と前記第一凹反射面との間に配置されている第１屈折光学部材とは異なる第１屈折光学部材が前記第二凹反射面と前記像面との間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の投影光学系。
6. 前記凸反射面と前記第２屈折光学部材とは離れていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の投影光学系。
7. 前記第一凹反射面と前記第二凹反射面とは、同一光学特性を有する別の光学部材であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の投影光学系。
8. 前記第一凹反射面と前記第二凹反射面とは、互いに異なる倍率を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の投影光学系。
9. 前記物体はパターンが形成されたマスクであり、前記像面はレジストが塗布された基板の表面であり、
   前記マスクに形成されたパターンを前記基板上に投影露光する、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の前記投影光学系を有することを特徴とする露光装置。
10. 請求項９に記載の露光装置を用いて基板を投影露光する工程と、
    前記投影露光された基板を現像する工程と、
    を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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