JPH075365A - オフアクシス反射屈折型投影光学系 - Google Patents

オフアクシス反射屈折型投影光学系

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JPH075365A
JPH075365A JP5336469A JP33646993A JPH075365A JP H075365 A JPH075365 A JP H075365A JP 5336469 A JP5336469 A JP 5336469A JP 33646993 A JP33646993 A JP 33646993A JP H075365 A JPH075365 A JP H075365A
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JP5336469A
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Pii Shieenmeikaazu Uijiyunando
ピー． シェーンメイカーズ ウイジュナンド
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】本光学系は、第１レンズ群２０と、第１ダブル
パス成分群３０と、第１凹面ミラー４０と、第２レンズ
群５０と、第２ダブルパス成分群６０と、第２凹面ミラ
ー７０と、第３レンズ群８０とを具備する。光は、第１
凹面ミラーを通る前と後の夫々で、第１ダブルパス成分
群を通る。同様に、光は、第２凹面ミラーを通る前と後
の夫々で、第２ダブルパス成分群を通る。第１レンズ群
２０と第１ダブルパス成分群３０と第１凹面ミラー４０
と第２レンズ群５０とは、協働して中間像平面９０に物
体の中間縮小像を形成する。第２ダブルパス成分群６０
と第２凹面ミラー７０と第３レンズ群８０とは、像平面
１５に更に縮小された像を形成する。 【効果】設計上の自由度が高まり、大きな開口数と大き
な視野が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に投影光学系に係わ
り、特にマイクロリソグラフィー用に有用であろう軸外
（オフ・アクシス）の反射屈折型（即ち、レンズとミラ
ーとを含む）縮小光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路素子の大きさは益々小さくなっ
ているので、マイクロリソグラフィー・システムの光学
系に対する要求は益々大きくなって来ている。この光学
系に対する将来の要求に適った解像力特性を達成するに
は、開口数は、現在の公知の光学系の開口数を越える必
要がある。解像力が０．３５μｍよりも小さい場合に
は、開口数は０．５０を越える必要がある。例えば米国
特許第４，６８５，７７７号及び第４，７０１，０３５
号のような公知技術では、曲面ミラーが光学パワーの大
部分を作り出し、レンズが収差を補正するのに使用され
ている。これらの特許に開示された光学系は夫々、開口
数が０．２５及び０．１８である。
【０００３】或る程度の小型化を図る為に、光路中に曲
面ミラー又は折曲げ用の平面ミラーを導入して、光路を
折曲げることがしばしば行われる。公知の光学系の多く
は、反射後の光路をケルことのないように、光学要素の
一部を欠損し、場合によっては偏心させる必要がある。
このような欠損レンズ要素を使用する場合の問題は、そ
の欠損レンズ要素を光軸にアライメントすることが極め
て難しくなり、かつ偏心等によって大きな収差や誤差が
生ずることである。更に、光学系の製造工程では、欠損
光学系はその表面の精度を維持する為に、非欠損光学要
素に比べて、かなりコストアップを招来する。また、欠
損光学要素の別の問題は、大パワー・レーザーの使用に
よって、光学要素が温度上昇して欠損光学要素に半径方
向に非対称な温度勾配が発生することであり、これによ
って光学系の性能がかなり低下する。
【０００４】このような種々の設計上の問題は、光学系
の大開口数化の必要性が高まるにつれて、尚一層解決し
なければならない事項になって来ている。この為には大
径の反射光学要素が必要となり、これはコスト上昇及び
大型化を招来する。更に、大開口数と充分な作動距離
（バック焦点距離）との間での二者択一の対立が存在す
る。また、一般的に、視野絞り又は開口絞り用の空間を
作ることが難しい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は大開口数（望ま
しくは０．４５を越える開口数）の縮小投影光学系を提
供するもので、この光学系は欠損レンズ要素を必要とす
ることなく、ケラレのない光路を有し、かつ視野絞りや
開口絞りや迷光遮断板をアクセス可能な場所に設置する
ことができる。この光学系は複数のモジュールの形で構
成される。
【０００６】要約すると、本発明による光学系は、第１
及び第２の縮小段を具備する。この第１の縮小段は、第
１のレンズ群と、第１のダブルパス成分群と、第１の凹
面ミラーと、第２のレンズ群とを有し、第２の縮小段
は、第２のダブルパス成分群と、第２の凹面ミラーと、
第３のレンズ群とを有する。光は、第１の凹面ミラーに
入射する前と入射した後に、第１ダブルパス成分群に夫
々入射する。同様に、光は、第２の凹面ミラーに入射す
る前と入射した後に、第２ダブルパス成分群に夫々入射
する。第１レンズ群と第１ダブルパス成分群と第１凹面
ミラーと第２レンズ群とは協働して、物体の中間縮小像
を中間像平面に形成する。また、第２ダブルパス成分群
と第２凹面ミラーと第３レンズ群は、更に縮小された像
を像平面に形成する。
【０００７】いくつかの光学要素は、光路中の他の光学
要素の一部を切欠く、即ち欠損する必要性なく、折曲げ
用平面ミラーを光路中に導入できるように、構成されか
つ互いに協働している。欠損のない、即ち完全直径の光
学要素を使用すれば、アライメントが容易となり、これ
によって、偏心に起因する収差をできるだけ低減するこ
とができる。特定の実施例にあっては、第１の折曲げミ
ラーが第１レンズ群と第１ダブルパス成分群との間に導
入され、第２の折曲げミラーが第２のレンズ群と第２ダ
ブルパス成分群との間に導入される。
【０００８】この実施例では第２レンズ群に関連する可
変開口絞りと、中間像近傍に視野絞りとを夫々光路中に
挿入する為の充分な間隙が存在する。この絞りの挿入に
よって、光強度を制御し、迷光を抑制することとができ
ると共に、開口数を上手に調整することができる。第１
のダブルパス成分群は特定の実施例では単一の正光学要
素であり、好ましくは第１凹面ミラーから離間され、こ
れによって第１ダブルパス成分群と第１凹面ミラーとの
組合せは、そのミラーの曲率を強くする必要性なしに、
その焦点距離をかなり短くすることができる。これによ
って、中間像までの光路を短くすることができる。本発
明は、比較的小径の光学要素を使用する実施例の構成に
適し、これによりコスト低減及び小型化を図ることがで
きる。本発明の本質及び種々の利点は、以下の説明及び
図面から更に明らかになるであろう。
【０００９】
【実施例】図１は本発明による軸外の反射屈折型の縮小
光学系１０の特定な実施例を示した光学図であり、この
縮小光学系の特徴は一本の共通の光軸を有する点であ
る。光学系１０の基本的な機能は、物体平面１２の軸外
のリング形状視野の縮小像を像平面１５に形成すること
である。通常は、上述の物体平面にはレチクルが配置さ
れ、像平面には、ウエハ上のフォトレジスト層が位置
し、このフォトレジスト層にレチクルのパターンが転写
される。この光学系１０は、光学要素２０ａ〜２０ｄを
有する第１のレンズ群２０と、第１のダブルパス（複
路）成分群３０（図示の実施例では単一光学要素）と、
第１の凹面ミラー４０と、光学要素５０ａ〜５０ｆを有
する第２のレンズ群５０と、光学要素６０ａ〜６０ｃを
有する第２のダブルパス成分群６０と、第２の凹面ミラ
ー７０と、光学要素８０ａ〜８０ｄを有する第３のレン
ズ群８０とを含む。この実施例にあっては、、上述のす
べての要素は、その中心が光軸上にあり、また上述の凹
面ミラーは表面ミラーである。表１は本光学系の構成パ
ラメータを示している。
【００１０】本明細書で使用されている用語「ミラー」
は、一枚以上の完全な又は部分的な反射性表面を有する
任意の光学要素を含むものである。また、本明細書で使
用されている用語「レンズ」は、広く使用されている屈
折作用に基づく光学要素に加えて、回折作用に基づく光
学要素を含むものである。ダブルパス成分群の各々は、
上述のミラーの一方に関連し、光はそのダブルパス成分
群を二度通過する。即ち、一度目はその関連するミラー
に向う途中で通過し、二度目はその関連するミラーから
離れる途中で通過する。第１のレンズ群２０と第１のダ
ブルパス成分群３０との間の光路中には、第１の折曲げ
用平面ミラー８５が介在されている。また、第２レンズ
群５０と第２ダブルパス成分群６０との間の光路中には
第２の折曲げ用平面ミラー８７が介在されている。これ
らの折曲げ用ミラー８５，８７は、光学系を小型化した
い場合に必要であり、本発明の重要な利点の一つは、レ
ンズ要素の端部を欠損する必要なしに、折曲げ用のミラ
ーを配置できることである。
【００１１】次に作用を述べると、物体平面１２の一点
からの光は、第１レンズ群２０及び第１ダブルパス成分
群３０を通って、第１凹面ミラー４０に入射し、再び第
１ダブルパス成分群３０を通って、第２レンズ群５０に
入射する。これらの系２０，３０，４０，５０は、第１
の縮小段として互いに協働して像領域９０に中間縮小像
（これは必ずしも充分に合焦されていない）を形成す
る。この像領域９０には視野絞り９２を配置することが
好ましい。像領域９０からの光は、第２ダブルパス成分
群６０を通って第２凹面ミラー７０に入射し、再び第２
ダブルパス成分群６０を通って第３レンズ群８０に入射
する。これらの系６０，７０，８０は、第２の縮小段と
して互いに協働し、更に縮小された像を像平面１５に形
成する。
【００１２】第１レンズ群２０は、パワーの弱い群（本
実施例では正である）であり、光線の発散を低減して、
これによって、第１凹面ミラー４０を一層小型化する。
第１レンズ群２０はまた、第１凹面ミラー４０から物体
平面までの見かけ上の距離を増加させ、これにより第１
凹面ミラー４０から中間像までの距離を低減させる。ま
た、第１レンズ群２０は、一様照明を充分に実現するよ
うに物体側空間のテレセントリック性を制御する。第１
レンズ群２０は更に、光線を光軸からずらし、これは、
光線が第１ダブルパス成分群３０を最初に通過する時の
光路と２度目に通過する時の光路とをはっきりと分離す
るのに寄与する。こうして、第１凹面ミラー４０からの
反射光を妨げることなく、第１折曲げ用ミラー８５を光
路中に導入することが可能となり、また第２レンズ群５
０の所に開口絞り９５用の設置空間を形成することがで
きる。最新の研究によると、開口数はレチクル内のター
ゲットの大きさに応じて変更することが望ましいことが
判明した。公知の光学系では、開口絞りは大径のミラー
の所又はその近傍位置に配置されるので、複雑かつ大き
な機構となっていた。これに対して、本発明は、開口絞
りを比較的小型化でき、かつその開口絞りを外部から容
易にアクセス可能な場所に設置することができる利点を
有する。
【００１３】第１ダブルパス成分群３０は、中位の正の
パワーを有しているが、凹面ミラー４０から離間してい
るので、凹面ミラー４０のパワーを小さくすることがで
きる。これによって、凹面ミラー４０のアライメントの
重要性は低下する。即ち、ミラーはそのパワーが大きい
程、そのアライメント誤差によって収差が大きくなるの
で、凹面ミラー４０パワーの低減はアライメント精度の
重要性を低下させる。また、二つの正の光学要素３０，
４０は分離しているので、その焦点距離は、両者が互い
に近接している場合よりも短くなる。このような両光学
要素３０，４０の焦点距離の減小によって、中間像まで
の距離が短くなる。ダブルパス成分群３０はまた、ミラ
ー４０に入射する光線の入射高さを低減するので、ミラ
ー４０を小径化することができる。ダブルパス成分群３
０として、正のものを使用することによって上述した種
々の利点が得られるが、負の群を使用することもでき
る。この場合、上述の種々の利点のうちのいくつかは失
われるが、しかしながら開口数が小さい光学系にあって
はそれは重大な問題とはならないであろう。
【００１４】第２レンズ群５０は、第２ダブルパス成分
群６０によってその下流側に生ずる収差をバランス、又
は相殺する。第２レンズ群５０の中の最後の要素（５０
ｆ）、は、両表面が強くカーブした低パワー要素である
ので、光線を光軸から離れる方向に曲げる。これは、光
線が第２ダブルパス成分群６０を最初に通過する時の光
路と２度目に通過する時の光路とをはっきりと分離する
のに寄与する。このような分離によって、第２の折曲げ
用ミラー８７を光路中に導入することが可能となる。レ
ンズ群５０は本実施例では正であるが、負の群（多分、
強い凹面ミラーと組合わされる）を使用した場合にも、
大きな開口数を除き、上述の利点のすべて又はその大部
分を得ることができる。
【００１５】第２ダブルパス成分群６０は、第２凹面ミ
ラー７０への光線入射高さを低減するので、第２凹面ミ
ラー７０として小径のものを使用することができる。更
に、上記正群は、ミラー７０から離間しているので、そ
のミラーのパワーを低減することができ、これにより、
上述の第１ダブルパス成分群及び凹面ミラーの場合と同
一の利点が得られる。
【００１６】第３レンズ群８０は、最終的な結合作用を
行い、像平面１５に縮小像を作る。この目的の為に、第
３レンズ群８０は、高次の収差を導入することなく、高
パワーを発生する為にアプラナティック面で作られてい
る。もちろん、第２ダブルパス成分群６０の要素６０ａ
及び６０ｂは、レンズ群８０と協働して、最終結合作用
を行い、全体のパワーに寄与し、こうして第３レンズ群
８０の強い曲率に対する要求を緩和する。このように、
要素６０ａ及び６０ｂは、第３レンズ群８０に必要とさ
れるパワーを低減するものであるが、更にバック焦点距
離を増大して要素８０ｄとウエハ表面との間の作動距離
を増大するといった有益な効果を奏する。この作動距離
は、アライメント装置や焦点検出装置などの検査装置を
設置できるように、できるだけ大きい（例えば、２０mm
のオーダー）方が好ましい。第２ダブルパス成分群と組
合わせて用いられる第３レンズ群の構成は像平面でテレ
セントリック性を呈するように選択される。これの主な
利点は、像平面の位置が変化してもディストーションが
変化しないことである。
【００１７】図２Ａ及びＢは、開口絞り９５における光
線直径の関数として２５mmのリング直径での光線収差
（ｒａｙ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）をプロットで示した
ものである。ここにおいて、リング直径は像平面での直
径である。実線は単色収差を示し、破線は色収差（△λ
＝０．４nm）を示している。図２Ａはタンジェンシャル
（又はメリジオナル）像平面の収差を示し、他方、図２
Ｂはサジタル像平面の収差を示している。図から分かる
ように、単色収差はもちろんのこと、色収差も充分に補
正されている。
【００１８】図３は像平面での光軸からの半径方向距離
の関数として焦点位置をプロットしたもので、物体平面
の光軸上の点からの光は、像平面内の焦点位置ゼロの光
軸上に焦点を結ぶものとする。実線はサジタル・像面湾
曲（ｓａｇｉｔｔａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒ
ｅ）を表し、破線はタンジェンシャル像面湾曲を表して
いる。重要な領域は、光軸から約２５mmの環状の領域で
あり、図から分かるように焦点のずれは両方向に対して
本質的に同一であり、上述の重要領域において、本質的
に一定である。図４は像平面において光軸からの半径方
向距離の関数としてディストーションをプロットしたも
ので、図から分かるように、ディストーションは光軸上
でゼロであり、非ゼロ、即ちゼロ以外の半径で最大値を
とり、重要領域でゼロに近づく。
【００１９】本発明の光学系は、性能上の利点に加え
て、互いに分離したサブ・アッセンブリとして組立て
て、テストすることができるという利点を有する。詳述
すると、第１レンズ群２０は第１モジュールとして組立
てることができ、また平面ミラー８５と第１ダブルパス
成分群３０と第１凹面ミラー４０と第２レンズ群５０と
は、第２モジュールとして組立てることができ、平面ミ
ラー８７と第２ダブルパス成分群６０と第２凹面ミラー
７０と第３レンズ群８０とは、第３モジュールとして組
立てることができる。各モジュールは個々にアライメン
トされてテストされた後に、これらの三つのモジュール
が組立てられ、アライメントされてテストされる。以上
の説明から分かるように、本発明は、構成を複雑化する
ことなく、高性能を達成するという設計思想を提供し、
それを実施するものである。二つのダブルパス成分群を
他の成分に組合わせることによって、設計上の自由度が
高まり、大きな開口数と大きな視野が得られる。以上で
は本発明の特定の実施例を詳細に説明したが、種々の代
替構成や変更例や均等物が使用できるであろう。例えば
上述の特別の光学系は縮小比が４倍（倍率＝０．２５で
あり、マイクロリソグラフィーの分野に適した値である
が、本発明の設計思想はその他の縮小比であってもよ
い。
【００２０】同様に、本発明は非常に大きな開口数（特
定の実施例では０．５２）を達成することができるが、
このような大きな値を必要としない分野も存在するであ
ろう。このような場合には、高開口数の要求を緩和する
ことによって、視野をもっと大きくし、かつ性能を高め
ることができるであろう。換言すると、本発明の特徴で
ある入射光線と出射光線との間のクリアランス、即ち間
隙によって開口数と視野サイズとの間のトレード・オフ
が解決される。
【００２１】更に、凹面ミラー４０及び７０は上述の実
施例では表面ミラーであったが、これらの凹面ミラー４
０及び７０の一方又は両方を裏面ミラーとして構成する
こともでき、この場合には夫々のダブルパス成分群３
０，６０の一部と一体化することもできる。この一体化
の場合、光学要素を互いに離間したときの利点の代り
に、アライメントしなければならない光学要素の数が減
少するといった利点が生まれる。
【００２２】更に、上述の実施例は、波長が１９３ｎｍ
の時に、最適化されるものであったが、本発明は他の波
長にも適用することができる。また、波長が異なると、
硝材の屈折率も多少異なることは言うまでもないが、し
かし、幾何学的パラメータはこれに対応して容易に変更
することができるであろう。従って、上述の説明は、特
許請求の範囲によって規定される本発明の範囲を何ら限
定するものではない。
【表１】 半径 間隔 ガラス １２ １５３．００ ２０ａ −１７３．４６ ３４．９４ 融解石英 −５８３．８３ １．３２ ２０ｂ −６１２．３７ ３３．８１ 融解石英 ９３４８．４４ ５２．６７ ２０ｃ −４２８．３０ ４０．９３ フッ化カルシウム −２７２．３１ ０．０７ ２０ｄ −４４６３．５９ ８４．９８ フッ化カルシウム −３０７．４７ ３６６．９３ ８５ −６０．００ ミラー ３０ １５６４．９５ −３５．０９ 融解石英 ７６３．７３ −３４９．２１ ４０ １０６８．８０ ３４９．２１ ミラー ３０ ７６３．７３ ３５．０９ 融解石英 １５６４．９５ ５．５０ ９５ １０．０３ 開口絞り ５０ａ −１６６．４８ ２２．０１ 融解石英 １２３．５８ ６．６７ ５０ｂ ４３３．２７ １６．７７ フッ化カルシウム −１９４．８２ ０．５３ ５０ｃ １３０．１６ ４２．２４ フッ化カルシウム −１４７．５４ ２．９０ ５０ｄ −１２３．８６ １３．９０ 融解石英 １２６．７１ ０．０６ ５０ｅ １２６．８０ ４２．９２ フッ化カルシウム −１２２．０３ ５．９５ ５０ｆ １５２．２７ ３９．６６ 融解石英 ９３．１０ ２４８．９６ ８７ ０．００ ミラー ６０ａ １６９７．３１ −４２．９８ フッ化カルシウム ２３４．６４ −０．０３ ６０ｂ −９７７．４１ −３２．１３ フッ化カルシウム ７１２．２１ −２９９．７７ ６０ｃ ２９２．３８ −２２．４６ フッ化カルシウム −４１４５２．４５ −１５９．７５ ７０ ５４５．９８ １５９．７５ ミラー ６０ｃ −４１４５２．４５ ２２．４６ フッ化カルシウム ２９２．３８ ２９９．７７ ６０ｂ ７１２．２１ ３２．１３ フッ化カルシウム −９７７．４１ ０．０３ ６０ａ ２３４．６４ ４２．９８ フッ化カルシウム １６９７．３１ ３５．００ ８０ａ ８９．９４ ３０．３８ 融解石英 ６４．７９ １．９４ ８０ｂ ６７．５８ ４１．８１ フッ化カルシウム ２３８．０６ ０．０６ ８０ｃ １１９．０３ ７．０３ 融解石英 ４９．９７ １．９７ ８０ｄ ４８．６０ ２４．１９ フッ化カルシウム ３７１．１７ １５ ２０．５９ 像 ＮＡ＝０．５２ 縮小率＝０．２５×
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による投影光学系を示した光学的概略図
【図２】Ａは図１の平面での光線収差曲線を示す収差図
Ｂは図１の平面に垂直な光線収差曲線を示す収差図
【図３】像直径の全体におけるアスティグマティック補
正のプロット曲線を示した図
【図４】像直径の全体におけるディストーションのプロ
ット曲線を示した図
【符号の説明】
１２ 物体平面 １５ 像平面 ２０ 第１のレンズ群 ３０ 第１のダブルパス成分群 ４０ 第１の凹面ミラー ５０ 第２のレンズ群 ６０ 第２のダブルパス成分群 ７０ 第２の凹面ミラー ８０ 第３のレンズ群 ９０ 中間像平面

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】物体の縮小像を作る反射屈折型の縮小投影
    光学系において、 第１のレンズ群と、 第１のダブルパス成分群と、 第１の凹面ミラーと、 第２のレンズ群と、 第２のダブルパス成分群と、 第２の凹面ミラーと、 第３のレンズ群と、 を前記物体側からの光路順に具備し、 前記第１ダブルパス成分群は、前記第１凹面ミラーに入
    射した後の光が自身に再度入射するように配置され、 前記第１レンズ群と前記第１ダブルパス成分群と前記第
    １凹面ミラーと前記第２レンズ群とは、縮小された大き
    さの中間像を中間像平面に形成し、 前記第２ダブルパス成分群は、前記第２凹面ミラーに入
    射した後の光が自身に再度入射するように配置され、 前記第２ダブルパス成分群と前記第２凹面ミラーと前記
    第３レンズ群とは、更に縮小された大きさの像を像平面
    に形成することを特徴とする光学系。
  2. 【請求項２】前記第２レンズ群の近傍にて光軸を中心と
    して配置された可変開口絞りを更に具備することを特徴
    とする請求項１に記載の光学系。
  3. 【請求項３】前記第１レンズ群と前記第１ダブルパス成
    分群との間に配置された折曲げ用ミラーを更に具備する
    ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
  4. 【請求項４】前記第２レンズ群と前記第２ダブルパス成
    分群との間に配置された折曲げ用ミラーを更に具備する
    ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
  5. 【請求項５】前記中間像平面の近傍に配置された視野絞
    りを更に具備することを特徴とする請求項１に記載の光
    学系。
  6. 【請求項６】前記第１ダブルパス成分群は正であり、前
    記第１凹面ミラーは前記第１ダブルパス成分群から空間
    的に分離されていることを特徴とする請求項１に記載の
    光学系。
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