JPH1197347A - 投影露光装置、及び該装置を用いたパターン転写方法 - Google Patents
投影露光装置、及び該装置を用いたパターン転写方法Info
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Abstract
するか、広い面積の露光視野での高水準の収差補正へ到
達すること 【解決手段】 投影原版上のパターンを基板へ転写する
ための投影露光装置は、投影原版を保持する第1の保持
部材と;基板を保持する第2の保持部材と;投影原版上
のパターンを照明するための照明光学系と;投影原版上
のパターンを基板へ投影するための投影光学系と;を備
える。投影光学系は、前記投影原版側から順に、正屈折
力を有する第1レンズ群と;負屈折力を有する第2レン
ズ群と;正屈折力を有する第3レンズ群と;負屈折力を
有する第4レンズ群と;正屈折力を有する第5レンズ群
と;を備える。第5レンズ群は少なくとも1面の非球面
レンズ面を含む。
Description
クル上に形成したパターンを半導体ウエハないしガラス
プレート上に転写するための投影露光装置に関する。ま
た、本発明は、該投影露光装置を用いたパターン転写方
法に関する。
回路(LSI)がレチクルやマスク等の投影原版からパ
ターンを転写される例のように、投影光学系を用いて集
積回路(IC)のパターンをウエハや半導体基板などの
基板へ転写し、その上に半導体デバイスを形成させてい
る。
ても知られている合成半導体チップとの相対的な大きさ
に差があるため、この投影光学系は縮小投影光学系でな
ければならない。最近の集積回路は一層集積化が進み、
ますます機能が回路に集積されて単一チップに包含され
ようとしている。けれども同時に大変な努力を払ってチ
ップ寸法の増大を許さないようにして、製造する半導体
デバイスの性能や速度を維持、改良することに努めてい
る。チップの寸法を変えないか縮小させるため、縮小投
影光学系は一層広い露光面積と一層高い解像度とを持つ
必要がある。
路装置の密度を一層高めなければならないため、より微
細な解像度のパターンをさらに高い生産速度で製造する
さまざまな高解像リソグラフィ技術に関心が高まってい
る。リソグラフィレンズ系の解像度は、露光波長と投影
レンズ系の開口数の性能に基づく。この解像度または最
小解像可能パターン寸法は、波長に直接比例し開口数に
逆比例し、(解像度の値が低ければ低いほど解像度がそ
れだけ高いことを表わす)次式の通りに表される: 解像度=kλ/NA ここにkは比例定数、λは露光波長、NAは開口数であ
る。一層高い解像度の光学系に達する方法はレチクルを
一層短い波長の照明光で照射するか、さもなければ高い
開口数を有する投影レンズ系を用いることである。原理
的には波長がますます短くなることと投影レンズ系の開
口数がますます高くなることとの双方またはいずれか一
方であれば解像度はより高くなる。より短い波長の照明
光源を調査した結果、波長248nmのKrFエキシマ
レ−ザと波長193nmのArFエキシマレ−ザとを含
む幾種類かのエキシマレ−ザが、半導体光リソグラフィ
の照明光源として使えることが分った。これらエキシマ
レ−ザは重水素放電管やキセノン水銀ア−クランプのよ
うに半導体製造工業に使われてきた伝統的な照明光源に
代るものである。キセノン水銀ランプは波長436nm
のg線と波長365nmのI線とを供給する。これらふ
たつの紫外線の輝線は半導体ウエハ製造で使われる照明
光線の主柱であった。
点のひとつは、エキシマレ−ザが数多くの波長で数ワッ
トもの平均出力を発生できることである。エキシマレ−
ザ光源は高輝度であるため超高速露光に用いられ、そう
でなければ著しく低い開口数を投影レンズ系に用いても
なお妥当な露光時間が得られる。開口数が比較的低けれ
ば、開口数の逆数とともにその二乗の形で増加する比較
的深い被写界深度が生じる。被写界深度が比較的深いこ
との利点のひとつは、ウエハのひずみに比較的大きな許
容範囲と、一層良好なリソグラフィパターンをもたらす
焦点合わせが得られる点である。
一の種類のガスでよく、いずれの場合も出力は単一エキ
シマガスの特性である波長の出力である。用いるエキシ
マガスの選び方は、半導体製造工程で用いられているフ
ォトレジストの特性など幾つかの因子に左右される。た
とえばKrFエキシマレ−ザガスは248nmで照明出
力を発生するが、この波長はジアゾケトンで感光性を与
えたノボラック樹脂のようなフォトレジストを露光する
のに適している。
るため、エキシマレ−ザの利用に伴う別の重要な利点
は、光学部品が単一波長について設計できるので収差の
補正が簡単になることである。単一波長を決まったレン
ズ系装置に使えるのであるから、その色収差なぞ極端に
小さくなるのにきまっている。
層精緻になったので、その回路パターンを半導体ウエハ
ないし他の(硝子板などのような)受光可能な基板に転
写するのに用いる投影光学系は、ますます高水準の性能
に達することが必要になっている。これらのより高水準
の性能とは、一層高い解像度および高水準の収差補正を
維持することか、さもなければ広い面積の露光視野での
高水準の収差補正へ到達することを含んでいる。
紫外領域で得るために開口数と露光視野とを増すこと
は、レンズ径を一層大きくし、当該投影レンズ系のレン
ズ素子を製造、製作するのに必要な材料の容積を増すこ
とにつながるため、投影光学レンズ系は極めて高価にな
った。代表的な開口数0.5〜0.54を有する先行技
術の投影レンズ系の価格が高いのは、部分的には要求さ
れる回折限界性能の水準に到達するのに必要な幾つかの
レンズ素子とレンズ寸法とに帰着する。費用の高いの
は、これらレンズ素子が非常に高価な材料からできてい
るのが原因だった。電磁波の分光分布のうち水晶紫外領
域で有効に光線を投影するため、レンズ素子に例えば石
英のような高価な材料を用いる必要があった。
層短い波長を用いるのに伴う重要な問題のひとつは、エ
キシマレ−ザ照明の波長領域で用いられる適当な光学材
料の入手が限られていることである。在来の光学材料が
適していない主な理由は、在来の大部分の光学材料の透
過率が余りに限られていてこれら短波長では使えない点
である。ふつう石英と呼ぶ紫外線級の溶融シリカ(Si
O2)と、屈折率が極めて高い均一性を有する紫外線級
の蛍石(CaF2 )とが、短波長系で使えると一般に看
做されている数少ない光学材料である。
ズ径がより小さく、小型またはレチクル対ウエハの共役
点間距離が短く、かつ必要な高水準の性能が維持もしく
は向上できる投影レンズ系の需要が存在する。そこで、
本発明の目的は、在来の投影光学系に随伴する前述の問
題とその他の問題を、現存する光学レンズ系に比べてよ
り少ないレンズ素子、より小さいレンズ径およびより短
い共役点間距離を有し、同じ水準の性能を維持した投影
レンズ系を用いた投影露光装置の提供にある。
に、本発明にかかる投影露光装置は、投影原版上のパタ
ーンを基板へ転写するための投影露光装置であって、前
記投影原版を保持する第1の保持部材と;前記基板を保
持する第2の保持部材と;前記投影原版上のパターンを
照明するための照明光学系と;前記投影原版上のパター
ンを前記基板へ投影するための投影光学系と;を備え
る。ここで、前記投影光学系は、前記投影原版側から順
に、正屈折力を有する第1レンズ群と;負屈折力を有す
る第2レンズ群と;正屈折力を有する第3レンズ群と;
負屈折力を有する第4レンズ群と;正屈折力を有する第
5レンズ群と;を備え、前記第5レンズ群は少なくとも
1面の非球面レンズ面を含む。
づいて、以下の条件式(1)〜(3)のうち少なくとも
1つの条件式を満足するものである。 (1) 0.50<TG5/LG5<0.85 (2) 0.5<TG1-G5/LG1-G5<0.64, (3) 0.50<TG1-G5/L<0.70 但し、 TG5:前記第5レンズ群中の各レンズ素子の軸上厚の総
和、 LG5:前記第5レンズ群中の最も投影原版側に位置する
レンズ面から前記第5レンズ群中の最も基板側に位置す
るレンズ面までの光軸上の距離(第5レンズ群の全
厚)、 TG1-G5:前記第1乃至第5レンズ群中の各レンズ素子
の軸上厚の総和、 LG1-G5:前記第1レンズ群中の最も投影原版側に位置
するレンズ面から前記第5レンズ群中の最も基板側に位
置するレンズ面までの光軸上の距離(投影光学系の軸上
厚)、 L :前記投影光学系の物像間距離(物体面(投影原
版)から、像面(基板)までの距離)、 である。
件式:0.50<TG5/LG5<0.85の代りに、条件
式:0.59<TG5/LG5<0.78を満足することで
ある。また、開口絞りは第4レンズ群と第5レンズ群と
の間に設置されることが望ましい。
線の軌跡は、第5レンズ群内で光軸から最遠点に在るこ
とが好ましい。このとき、第5レンズ群は条件式(4)
を満足することが好ましい。 (4) 0.21<hasp/hmax<1 ただし、hmaxは、光軸と、レチクル上の軸上位置から
出発する周辺光線の軌跡との間の最大距離であり、has
pは、この軌跡が第5レンズ群内の非球面レンズ面を通
過する高さである。
は、第1レンズ群を含む第1主レンズ群、第2、第3お
よび第4レンズ群と第5レンズ群中の第1レンズ素子と
を含む第2主レンズ群、および第5レンズ群中の第1レ
ンズ素子を除く第5レンズ群の全レンズ素子を含む第3
主レンズ群とを含んでいる。このとき、 第2主レンズ
群を射出する周辺光線の高さroと第2主レンズ群に入
射する周辺光線の高さriとの比ro/riは、以下の条
件式(5)を満足することが好ましい。 (5) ro/ri≦4.34 また、第3主レンズ群の焦点距離fIIIと第1主レンズ
群の焦点距離fIとの比fIII/fIは、以下の条件式
(6)を満足することが好ましい。 (6) 0.93≦fIII/fI≦1.1 を満足する。
説明で補足してある図面と併せて考察すれば、以下の望
ましい実施形の詳細な説明を読み進まれるにつれて一層
明らかになるであろう。この図面は本発明の現行の望ま
しい実施形の単なる図示であって、この発明は例示され
た実施形になんら限定されないことは明らかである。本
発明は本明細書に添付された特許請求の範囲によって最
も正確に定義してある。
する望ましい実施例のそれである。この詳細な説明は簡
単に前述した図面を利用して行われるけれども、この発
明が図示した実施例に限定されないことを理解された
い。この詳細な説明で同一の参照番号は同一の素子を指
す。
かの実施例がここで説明されることになる。光学技術に
おける標準作業によれば図面中に示してあるような光学
レンズ系の図面は、物体に直面する光学レンズ系の第1
素子ないし第1面から物体を超える図の左側の全空間と
して定義された物空間と、同じく像に直面する光学レン
ズ系の最終素子ないし最終面から像を超える図中の右側
の全空間として定義された像空間とを有する。
露光装置の第1の実施例が示してある。一般には図1に
示した投影露光装置は、照明系(IS)100、物体面
またはレチクル面103に存在するレチクル102、投
影レンズ系104、および像面またはウエハ面105に
存在しウエハステ−ジ108上に取り付けられたウエハ
106を含む。
解できるとおり、上記の構成要素は、この図面にもこれ
からあとのどの図面にも描示されていない安定した安全
な構造で取り付けられている。取り付けるための構造は
半導体製造技術では公知であってとくに今後論じること
はない。照明系100は、248.4nm(ナノメ−タ
−)の波長λで照明光を放出するKrFエキシマレ−ザ
や、193nmの波長λで照明光を放出するArFエキ
シマレ−ザのような照明光源を含む。以下の詳細な説明
は、248.4nmの波長で照明光を放出するKrFエ
キシマレ−ザを用いる露光装置の議論に限定することと
する。例えば157nmの波長λで照明光を放出するF
2エキシマレーザなどの他のエキシマレ−ザも当業者に
は公知であり、投影レンズ系を最小限修正することによ
って、KrFエキシマレ−ザの代りに用いることができ
る。照明系はたとえば、米国特許第 4,619,508号、第
4,851,978号、第 4,939,630号、第 5,237,367号、第 5,
307,207号および第 5,392,094号に見られる。これらの
特許は纏めて参考文献として本出願に含めてある。
例はたとえば、米国特許第 4,952,945号中に見られる。
この特許は纏めて参考文献として本出願に含めてある。
エキシマレ−ザの出力を用いてレチクルのパターンを半
導体ウエハに転写する投影露光装置は、米国特許第 4,4
58,994号から知られる。この特許も纏めて参考文献とし
て本出願に含めてある。
して並ぶ順序に見た投影レンズ系104は、正の屈折力
を有する第1のレンズ群G1と、負の屈折力を有する第
2のレンズ群G2と、正の屈折力を有する第3のレンズ
群G3と、負の屈折力を有する第4のレンズ群G4と、
正の屈折力を有する第5のレンズ群とを含む。開口絞り
20は第4のレンズ群G4と第5のレンズ群G5との間
に設置してある。“レンズ群”なる用語は単一レンズ素
子を含む群も含むことを注意されたい。
面35および39を有する。図1とそれに続く図面中の
各レンズ面は、レンズ系の物体側から像側へ順次番号付
けされていることに注意されたい。図1を参照すれば、
レチクル上の軸外点Aが、点Aから出発する光線を表わ
す軌跡A1およびA2を伴って示してある。点Aを出発
して開口絞り29によって画定された瞳を通過する光線
の軌跡は、ウエハ面上の点A’に点像を形成することに
なる。瞳内の光軸上の中心点Cを通過する光線A1 は、
主要な光線つまり主光線と呼ばれる。両側がテレセント
リックな投影光学系の場合、主光線は物体面側と像面側
との空間内で光軸AXと平行である。レチクル上の軸上
物点A0 からの主光線は瞳ないし開口絞りをちょうど通
過する光線は周辺光線と呼ばれる。像面A0'で周辺光線
と光軸との間の角度θの正弦はこのような投影光学系の
ウエハ側の開口数NAw に相当し、したがってこの光学
系の開口数はNA=Nsinθで表わされ、ここにNは像
空間の媒質の屈折率であって空気であれば1に等しい。
この種の投影光学系の開口数は一般にはウエハ側の値で
表わされる。
って条件式の説明をする。なお、条件式に関する説明
は、図4、図7、図10、図13、および図16に示さ
れる別の投影光学系と共通である。図1の投影レンズ系
において、第5レンズ群G5は (1) 0.50<TG5/LG5<0.85 を満足している。
ンズ素子の軸上厚の総和であり、LG5は、第5レンズ群
の最初のレンズ面から第5レンズ群の最終レンズ面まで
の光軸に沿った全軸上距離である。上記条件式(1)が
下限以下であれば、開口数0.60およびウエハ面で1
8.7×18.7mmの露光視野寸法または26.45
mmの直径を有する露光視野を伴う光学収差を適切に補
正することは困難である。上記の条件式(1)が上限以
上であれば、この投影レンズ系は嵩ばり過ぎ、必要以上
に高価なレンズ素子を含むことになるため高価にもな
る。一層望ましいのは、投影レンズ系が条件式 (1):0.50<TG5/LG5<0.85の代りに、条
件式(1A):0.59<TG5/LG5<0.78を満足
することである。光学投影露光系技術の通常の当業者な
らば理解し得るように、システムの寸法とシステムの光
学性能との間には相関関係が在る。
から第5レンズ群G5までの中の各レンズ素子の軸上厚
の総和であり、LG1-G5 は、第1レンズ群G1内の最初
のレンズ面から第5レンズ群G5内の最終レンズ面まで
の光軸に沿った全軸上距離である。
限以下であれば、その光学収差は補正するのが困難であ
り、この投影レンズ系が上記条件式(2)の上限以上で
あれば、この投影レンズ系は極めて嵩ばるし極めて高価
にもなるはずである。投影レンズ系104は (3) 0.50<TG1-G5 /L<0.70 も満足している。
第5レンズ群G5までの中の各レンズ素子の軸上厚の総
和であり、Lは、レチクル(物体面)からウエハ(像
面)までの光軸に沿った軸上距離である。図1に示した
投影レンズ系104は光線の軌跡116(図4では21
6、図7では316、図10では416、図13では5
16、図16では616)を有し、この軌跡は118
(図4では218、図7では318、図10では41
8、図13では518、図16では618)で教示され
るレチクル上の軸上点を出発して、この投影レンズ系の
光軸120(図4では220、図7では320、図10
では420、図13では520、図20では620)か
らの軌跡の最遠点に達するが、そのとき軌跡は第5レン
ズ素子G5内に在る。この最遠点はレンズ面31上に在
る点122(図4ではレンズ面28上の点222、図7
ではレンズ面29上の点322、図10ではレンズ面2
8上の点422、図13ではレンズ面32上の点52
2、図17ではレンズ面31上の点622)で教示して
ある。
ル102上の軸上位置118から出発する周辺光線の軌
跡116との間の最大距離である。haspは、この軌跡
が第5レンズ群内の非球面レンズ面を通過する高さであ
る。最大距離hmaxは123で教示してある(図4では
223、図7では323、図10では423、図13で
は523、図20では623)。数値haspは、軌跡1
16が第5レンズ群内の非球面レンズ面39を通過する
光軸からの距離である。数値haspは125で教示して
ある(図4では225、図7では325、図10では4
25、図13では525、図20では625)。
a≦1の値は第5レンズ群内の非球面レンズ面の最適位
置を決定する。この非球面レンズ面が上記条件式で定義
された位置に無ければ、光学収差の補正は本質的に一層
困難になろう。投影レンズ系104はまた、第1レンズ
群G1を含む第1主レンズ群GI、第2レンズ群G2、
第3レンズ群G3および第4レンズ群G4と第5レンズ
群G5中の第1レンズ素子とを含む第2主レンズ群GI
I、および第5レンズ群内の第1レンズ素子を除く第5
レンズ群の全レンズ素子を含む第3主レンズ群GIII と
を含んでいる。
7、図10では427、図13では527、図20では
627)で教示してあり第2主レンズ群GIIを射出する
周辺光線の高さro と、129(図4では229、図7
では329、図10では429、図13では529、図
20では629)で教示してあり第2主レンズ群GIIに
入射する周辺光線の高さriとの比は、 (5) ro/ri≦4.34 を満足する。比ro/riが限界を超えれば、第3主レン
ズ群の直径またはグル−プ内のレンズ素子は拡大して一
層大きい拡張光束を収容しなければならない。このこと
は費用を増やすとともに光学収差の補正を一層困難にす
るはずである。
IIと、第1主レンズ群GIの焦点距離fI との比は、 (6) 0.93≦fIII/fI≦1.1 を満足する。比fIII/fIが上記の上限と下限との外側
に在れば、第1主レンズ群と第3主レンズ群とのどちら
かの軸上長さが増大して、今度は投影レンズ系の全長の
増大を惹起することになろう。
球面収差、非点収差・像面湾曲曲線およびディスト−シ
ョンを示す。なお、非点収差・像面湾曲曲線において
は、破線はメリジオナル像面、実線はサジタル像面を表
す。図3は、波長248.4nmでのさまざまな相対視
野高に対する第1の実施例の投影レンズ系の諸光線収差
を示す。
を示してある。左端列内の数値は物体(レチクル)側か
ら像(ウエハ)側までの光学表面の順序を教示し、rは
レンズ面の曲率半径(mm)であり(正の半径は曲率中
心が右側ないし像側向きにあることを教示し、負の半径
は曲率中心が左側ないしレチクル側向きであることを教
示する)、dはつぎのレンズ面までの軸上距離(mm)
であり、非球面定数は非球面の表面形状を定義する以下
のような方程式:
4+A2h6+A3h8+A4h10 内の定数であり、ここにzはz軸と平行な面のサグであ
り、z軸は光軸であり、h2=x2+y2であり、x軸と
y軸とはz軸および光軸と直交する方向にあり、Rは近
軸曲率半径であり、非球面係数はA1、A2、A3およ
びA4であり、kは円すい定数である。
溶融シリカ(SiO2)である。レンズ素子は全て24
8.4nmの波長で屈折率1.508379を有する。
通常の当業者であれば理解できる通り、この屈折率はレ
ンズ素子を製造するシリカの等級に左右され、またレン
ズ材料の製造業者の能力にも左右されて、僅かながら変
動する可能性がある。
り、fG2は第2レンズ群G2の焦点距離であり、fG3は
第3レンズ群G3の焦点距離であり、fG4は第4レンズ
群G4の焦点距離であり、fG5は第5レンズ群G5の焦
点距離である。Fは投影レンズ系全体の焦点距離であ
り、Lは投影レンズ系の全長(レチクル面からウエハ面
まで)である。TG1-G5は、第1レンズ群G1から第5
レンズ群G5までの中の各レンズ素子の軸上厚の総和で
ある。TG5は、第5レンズ群G5内の各レンズ素子の軸
上厚の総和である。LG1-G5 は、第1レンズ群G1内の
最初のレンズ面から第5レンズ群G5内の最終レンズ面
までの光軸に沿った軸上の全長である。LG5は、第5レ
ンズ群の最初のレンズ面から第5レンズ群の最終レンズ
面までの光軸に沿った軸上の全長である。fIは第1主
レンズ群の焦点距離であり、fIIIは第3主レンズ群の
焦点距離である。riは第2主レンズ群に入射する周辺
光線の高さであり、roは第2主レンズ群を射出する周
辺光線の高さである。図4を参照すれば、本発明に合致
する投影レンズ系の第2の実施例が示してある。物体側
から相前後して並ぶ順序に見たこの投影レンズ系200
は、正の屈折力を有する第1のレンズ群G1と、負の屈
折力を有する第2のレンズ群G2と、正の屈折力を有す
る第3のレンズ群G3と、負の屈折力を有する第4のレ
ンズ群G4と、正の屈折力を有する第5のレンズ群とを
含む。開口絞り27は第4のレンズ群G4と第5のレン
ズ群G5との間に設置してある。第5レンズ群G5は、
2個の非球面レンズ面32および35を有する。
軌跡216を有し、この軌跡は218で教示されるレチ
クル上の軸上点を出発して、この投影レンズ系の光軸2
20からの最遠点に達し、そのとき軌跡は第5レンズ素
子G5内に在る。この最遠点はレンズ面28上に在る点
222で教示してある。投影レンズ系200はまた、第
1レンズ群G1を含む第1主レンズ群GI、第2レンズ
群G2、第3レンズ群G3および第4レンズ群G4と第
5レンズ群G5中の第1レンズ素子とを含む第2主レン
ズ群GII、および第5レンズ群内の第1レンズ素子を除
く第5レンズ群の全レンズ素子を含む第3主レンズ群G
IIIとを含んでいる。
上球面収差、非点収差・像面湾曲曲線およびディスト−
ションを示す。なお、非点収差・像面湾曲曲線において
は、破線はメリジオナル像面、実線はサジタル像面を表
す。図6は、波長248.4nmでのさまざまな相対視
野高に対する第1の実施例の投影レンズ系の諸光線収差
を示す。
示してある。パラメ−タは表1について先に説明したの
と同一である。表2内の全レンズ素子に用いる光学材料
は溶融シリカ(SiO2)である。レンズ素子は全て2
48.4nmの波長で屈折率1.508379を有す
る。通常の当業者であれば理解できるとうり、この屈折
率はレンズ素子を製造するシリカの等級に左右され、ま
たレンズ材料の製造業者の能力にも左右されて、僅かな
がら変動する可能性がある。
たのと同一である。
レンズ系の第3の実施例が示してある。物体側から相前
後して並ぶ順序に見たこの投影レンズ系300は、どれ
もが正の屈折力を有する第1のレンズ群G1と、どれも
が負の屈折力を有する第2のレンズ群G2と、どれもが
正の屈折力を有する第3のレンズ群G3と、どれもが負
の屈折力を有する第4のレンズ群G4と、どれもが正の
屈折力を有する第5のレンズ群とを含む。開口絞り27
は第4のレンズ群G4と第5のレンズ群G5との間に設
置してある。第5レンズ群G5は、3個の非球面レンズ
面28、32および37を有する。
軌跡316を有し、この軌跡は318で教示されるレチ
クル102上の軸上点を出発して、この投影レンズ系の
光軸320からの最遠点に達し、そのとき軌跡は第5レ
ンズ素子G5内に在る。この最遠点はレンズ面29上に
在る点322で教示してある。投影レンズ系300はま
た、第1レンズ群G1を含む第1主レンズ群GI、第2
レンズ群G2、第3レンズ群G3および第4レンズ素子
群G4と第5レンズ群G5中の第1レンズ素子とを含む
第2主レンズ群GII、および第5レンズ群内の第1レン
ズ素子を除く第5レンズ群の全レンズ素子を含む第3主
レンズ群GIIIとを含んでいる。
上球面収差、非点収差・像面湾曲曲線およびディスト−
ションを示す。なお、非点収差・像面湾曲曲線において
は、破線はメリジオナル像面、実線はサジタル像面を表
す。図9は、波長248.4nmでのさまざまな相対視
野高に対する第1の実施例の投影レンズ系の諸光線収差
を示す。
示してある。パラメ−タは表1について先に説明したの
と同一である。表3内の全レンズ素子に用いる光学材料
は溶融シリカ(SiO2)である。レンズ素子は全て2
48.4nmの波長で屈折率1.508379を有す
る。通常の当業者であれば理解できるとうり、この屈折
率はレンズ素子を製造するシリカの等級に左右され、ま
たレンズ材料の製造業者の能力にも左右されて、僅かな
がら変動する可能性がある。
たのと同一である。
影レンズ系の第4の実施例が示してある。物体側から相
前後して並ぶ順序に見たこの投影レンズ系400は、ど
れもが正の屈折力を有する第1のレンズ群G1と、どれ
もが負の屈折力を有する第2のレンズ群G2と、どれも
が正の屈折力を有する第3のレンズ群G3と、どれもが
負の屈折力を有する第4のレンズ群G4と、どれもが正
の屈折力を有する第5のレンズ群とを含む。開口絞り2
7は第4のレンズ群G4と第5のレンズ群G5との間に
設置してある。第5レンズ群G5は、2個の非球面レン
ズ面32および35を有する。
の軌跡416を有し、この軌跡は418で教示されるレ
チクル102上の軸上点を出発して、この投影レンズ系
の光軸420からの最遠点に達し、そのとき軌跡は第5
レンズ素子G5内に在る。この最遠点はレンズ面28上
に在る点422で教示してある。投影レンズ系400は
また、第1レンズ群G1を含む第1主レンズ群GI、第
2レンズ群G2、第3レンズ群G3および第4レンズ素
子グル−プG4と第5レンズ群G5中の第1レンズ素子
とを含む第2主レンズ群GII、および第5レンズ群内の
第1レンズ素子を除く第5レンズ群の全レンズ素子を含
む第3主レンズ群GIIIとを含んでいる。
軸上球面収差、非点収差・像面湾曲曲線およびディスト
−ションを示す。なお、非点収差・像面湾曲曲線におい
ては、破線はメリジオナル像面、実線はサジタル像面を
表す。図12は、波長248.4nmでのさまざまな相
対視野高に対する第1の実施例の投影レンズ系の諸光線
収差を示す。
示してある。パラメ−タは表1について先に説明したの
と同一である。表4内の全レンズ素子に用いる光学材料
は溶融シリカ(SiO2)である。レンズ素子は全て2
48.4nmの波長で屈折率1.508379を有す
る。通常の当業者であれば理解できるとうり、この屈折
率はレンズ素子を製造するシリカの等級に左右され、ま
たレンズ材料の製造業者の能力にも左右されて、僅かな
がら変動する可能性がある。
たのと同一である。
影レンズ系の第5の実施例が示してある。物体側から相
前後して並ぶ順序に見たこの投影レンズ系500は、ど
れもが正の屈折力を有する第1のレンズ群G1と、どれ
もが負の屈折力を有する第2のレンズ群G2と、どれも
が正の屈折力を有する第3のレンズ群G3と、どれもが
負の屈折力を有する第4のレンズ群G4と、どれもが正
の屈折力を有する第5のレンズ群とを含む。開口絞り2
9は第4のレンズ群G4と第5のレンズ群G5との間に
設置してある。第5レンズ群G5は、1個の非球面レン
ズ面35を有する。
の軌跡516を有し、この軌跡は518で教示されるレ
チクル上の軸上点を出発して、この投影レンズ系の光軸
520からの最遠点に達し、そのとき軌跡は第5レンズ
素子G5内に在る。この最遠点はレンズ面32上に在る
点522で教示してある。投影レンズ系500はまた、
第1レンズ群G1を含む第1主レンズ群GI、第2レン
ズ群G2、第3レンズ群G3および第4レンズ素子グル
−プG4と第5レンズ群G5中の第1レンズ素子とを含
む第2主レンズ群GII、および第5レンズ群内の第1レ
ンズ素子を除く第5レンズ群の全レンズ素子を含む第3
主レンズ群GIIIとを含んでいる。
軸上球面収差、非点収差・像面湾曲曲線およびディスト
−ションを示す。なお、非点収差・像面湾曲曲線におい
ては、破線はメリジオナル像面、実線はサジタル像面を
表す。図15は、波長248.4nmでのさまざまな相
対視野高に対する第1の実施例の投影レンズ系の諸光線
収差を示す。
示してある。パラメ−タは表1について先に説明したの
と同一である。表5内の全レンズ素子に用いる光学材料
は溶融シリカ(SiO2)である。レンズ素子は全て2
48.4nmの波長で屈折率1.508379を有す
る。通常の当業者であれば理解できるとうり、この屈折
率はレンズ素子を製造するシリカの等級に左右され、ま
たレンズ材料の製造業者の能力にも左右されて、僅かな
がら変動する可能性がある。
たのと同一である。図16を参照すれば、本発明に合致
する投影レンズ系の第6の実施例が示してある。物体側
から相前後して並ぶ順序に見たこの投影レンズ系600
は、どれもが正の屈折力を有する第1のレンズ群G1
と、どれもが負の屈折力を有する第2のレンズ群G2
と、どれもが正の屈折力を有する第3のレンズ群G3
と、どれもが負の屈折力を有する第4のレンズ群G4
と、どれもが正の屈折力を有する第5のレンズ群とを含
む。開口絞り29は第4のレンズ群G4と第5のレンズ
群G5との間に設置してある。第5レンズ群G5は、1
個の非球面レンズ面30を有する。
の軌跡616を有し、この軌跡は618で教示されるレ
チクル上の軸上点を出発して、この投影レンズ系の光軸
620からの最遠点に達し、そのとき軌跡は第5レンズ
素子G5内に在る。この最遠点はレンズ面31上に在る
点622で教示してある。投影レンズ系600はまた、
第1レンズ群G1を含む第1主レンズ群GI、第2レン
ズ群G2、第3レンズ群G3および第4レンズ群G4と
第5レンズ群G5中の第1レンズ素子とを含む第2主レ
ンズ群GII、および第5レンズ群内の第1レンズ素子を
除く第5レンズ群の全レンズ素子を含む第3主レンズ群
GIIIとを含んでいる。
軸上球面収差、非点収差・像面湾曲曲線およびディスト
−ションを示す。なお、非点収差・像面湾曲曲線におい
ては、破線はメリジオナル像面、実線はサジタル像面を
表す。図18は、波長248.4nmでのさまざまな相
対視野高に対する第1の実施例の投影レンズ系の諸光線
収差を示す。
示してある。パラメ−タは表1について先に説明したの
と同一である。表6内の全レンズ素子に用いる光学材料
は溶融シリカ(SiO2)である。レンズ素子は全て2
48.4nmの波長で屈折率1.508379を有す
る。通常の当業者であれば理解できるとうり、この屈折
率はレンズ素子を製造するシリカの等級に左右され、ま
たレンズ材料の製造業者の能力にも左右されて、僅かな
がら変動する可能性がある。
たのと同一である。
光学材料は溶融シリカ(SiO2)であるが、この溶融
シリカで構成されるレンズ素子のうちの少なくとも1つ
を(蛍石(CaF2)などの紫外線を透過させる材料で
構成しても良い。投影光学系技術の当業者には容易に理
解されるとおり、本発明の思想と範囲を外れることなく
置換、修正および追加を幾種類も上記設計に加えること
が可能であろう。この種の置換、修正および追加は、特
許請求の範囲によって最善を尽くして定義された本発明
の分野内に含まれるのである。
学レンズ系に比べてより少ないレンズ素子、より小さい
レンズ径およびより短い共役点間距離を有し、同じ水準
の性能を維持した投影レンズ系を用いて、一層高い解像
度および高水準の収差補正を維持することか、さもなけ
れば広い面積の露光視野での高水準の収差補正へ到達す
ることができる。
式図を示す。
点収差およびディスト−ションを示す。
全てに対する図1に示した投影レンズ系の諸光線収差を
示す。
式図を示す。
点収差およびディスト−ションを示す。
全てに対する図4に示した投影レンズ系の諸光線収差を
示す。
式図を示す。
点収差およびディスト−ションを示す。
全てに対する図7に示した投影レンズ系の諸光線収差を
示す。
模式図を示す。
差、非点収差およびディスト−ションを示す。
高全てに対する図10に示した投影レンズ系の諸光線収
差を示す。
模式図を示す。
差、非点収差およびディスト−ションを示す。
高全てに対する図13に示した投影レンズ系の諸光線収
差を示す。
模式図を示す。
差、非点収差およびディスト−ションを示す。
高全てに対する図16に示した投影レンズ系の諸光線収
差を示す。
Claims (16)
- 【請求項1】投影原版上のパターンを基板へ転写するた
めの投影露光装置において、 前記投影原版を保持する第1の保持部材と;前記基板を
保持する第2の保持部材と;前記投影原版上のパターン
を照明するための照明光学系と;前記投影原版上のパタ
ーンを前記基板へ投影するための投影光学系と;を備
え、 前記投影光学系は、前記投影原版側から順に、 正屈折力を有する第1レンズ群と;負屈折力を有する第
2レンズ群と;正屈折力を有する第3レンズ群と;負屈
折力を有する第4レンズ群と;正屈折力を有する第5レ
ンズ群と;を備え、 前記第5レンズ群は少なくとも1面の非球面レンズ面を
含み、 以下の条件を満足することを特徴とする投影露光装置。 0.5<TG5/LG5<0.85 但し、 TG5:前記第5レンズ群中の各レンズ素子の軸上厚の総
和、 LG5:前記第5レンズ群中の最も投影原版側に位置する
レンズ面から前記第5レンズ群中の最も基板側に位置す
るレンズ面までの光軸上の距離、 である。 - 【請求項2】前記第4レンズ群と前記第5レンズ群との
間には開口絞りが配置され、 以下の条件を満足することを特徴とする請求項1記載の
投影露光装置。 0.5<TG1-G5/LG1-G5<0.64 但し、 TG1-G5:前記第1乃至第5レンズ群中の各レンズ素子
の軸上厚の総和、 LG1-G5:前記第1レンズ群中の最も投影原版側に位置
するレンズ面から前記第5レンズ群中の最も基板側に位
置するレンズ面までの光軸上の距離、 である。 - 【請求項3】以下の条件を満足することを特徴とする請
求項2記載の投影露光装置。 0.5<TG1-G5/L<0.64 但し、 TG1-G5:前記第1乃至第5レンズ群中の各レンズ素子
の軸上厚の総和、 L :前記投影光学系の物像間距離、 である。 - 【請求項4】前記第4レンズ群と前記第5レンズ群との
間には開口絞りが配置され、以下の条件を満足すること
を特徴とする請求項1記載の投影露光装置。 0.5<TG1-G5/L<0.64 但し、 TG1-G5:前記第1乃至第5レンズ群中の各レンズ素子
の軸上厚の総和、 L :前記投影光学系の物像間距離、 である。 - 【請求項5】投影原版上のパターンを基板へ転写するた
めの投影露光装置において、 前記投影原版を保持する第1の保持部材と;前記基板を
保持する第2の保持部材と;前記投影原版上のパターン
を照明するための照明光学系と;前記投影原版上のパタ
ーンを前記基板へ投影するための投影光学系と;を備
え、 前記投影光学系は、前記投影原版側から順に、 正屈折力を有する第1レンズ群と;負屈折力を有する第
2レンズ群と;正屈折力を有する第3レンズ群と;負屈
折力を有する第4レンズ群と;正屈折力を有する第5レ
ンズ群と;を備え、 前記第5レンズ群は少なくとも1面の非球面レンズ面を
含み、 以下の条件を満足することを特徴とする投影露光装置。 0.5<TG1-G5/LG1-G5<0.64 但し、 TG1-G5:前記第1乃至第5レンズ群中の各レンズ素子
の軸上厚の総和、 LG1-G5:前記第1レンズ群中の最も投影原版側に位置
するレンズ面から前記第 5レンズ群中の最も基板側に位置するレンズ面までの光
軸上の距離、 である。 - 【請求項6】以下の条件を満足することを特徴とする請
求項5記載の投影露光装置。 0.5<TG1-G5/L<0.64 但し、 TG1-G5:前記第1乃至第5レンズ群中の各レンズ素子
の軸上厚の総和、 L :前記投影光学系の物像間距離、 である。 - 【請求項7】投影原版上のパターンを基板へ転写するた
めの投影露光装置において、 前記投影原版を保持する第1の保持部材と;前記基板を
保持する第2の保持部材と;前記投影原版上のパターン
を照明するための照明光学系と;前記投影原版上のパタ
ーンを前記基板へ投影するための投影光学系と;を備
え、 前記投影光学系は、前記投影原版側から順に、 正屈折力を有する第1レンズ群と;負屈折力を有する第
2レンズ群と;正屈折力を有する第3レンズ群と;負屈
折力を有する第4レンズ群と;正屈折力を有する第5レ
ンズ群と;を備え、 前記第5レンズ群は少なくとも1面の非球面レンズ面を
含み、 以下の条件を満足することを特徴とする投影露光装置。 0.5<TG1-G5/L<0.64 但し、 TG1-G5:前記第1乃至第5レンズ群中の各レンズ素子
の軸上厚の総和、 L :前記投影光学系の物像間距離、 である。 - 【請求項8】前記投影原版上の光軸上の一点からの光線
を前記投影光学系へ入射させた際に前記第5レンズ群中
において前記光軸から最も離れ、 開口絞りは前記第4レンズ群と前記第5レンズ群との間
に配置されることを特徴とする請求項1,5または7記
載の投影露光装置。 - 【請求項9】前記投影光学系の像側開口数は0.6以上
であることを特徴とする請求項1,5または8記載の投
影露光装置。 - 【請求項10】前記照明光学系はエキシマレーザ光源を
含み、 開口絞りは前記第4レンズ群と前記第5レンズ群との間
に配置されることを特徴とする請求項1,5または7記
載の投影露光装置。 - 【請求項11】前記投影原版上の光軸上の一点からの光
線を前記投影光学系へ入射させた際に前記第5レンズ群
中において前記光軸から最も離れることを特徴とする請
求項2,3,4または6記載の投影露光装置。 - 【請求項12】以下の条件を満足することを特徴とする
請求項11記載の投影露光装置。 0.21<hasp/hmax<1 但し、 hasp:前記投影原版上の光軸上の一点からの最周縁光
線が前記第5レンズ群中の前記非球面に到達した点と光
軸との距離、 hmax:前記投影原版上の光軸上の一点からの最周縁光
線と光軸との距離のうちの最大値、 である。 - 【請求項13】前記投影光学系の露光領域の直径は前記
基板上で24.65mm以上であることを特徴とする請
求項9記載の投影露光装置。 - 【請求項14】前記投影光学系は全体として、 前記第1レンズ群を含んでいる第1主レンズ群と;前記
第2レンズ群、前記第3レンズ群、前記第4レンズ群、
及び前記第5レンズ群中の最も投影原版側に位置するレ
ンズを含んでいる第2主レンズ群と;前記第5レンズ群
中の前記最も投影原版側に位置するレンズを除いた前記
第5レンズ群を含んでいる第3主レンズ群と;を含み、 以下の条件を満足することを特徴とする請求項2または
4記載の投影露光装置。 ro/ri ≦4.34 但し、 ro:前記第2主レンズ群から射出される軸上最周縁光
線の高さ、 ri:前記第2主レンズ群へ入射する軸上最周縁光線の
高さ、 である。 - 【請求項15】以下の条件を満足することを特徴とする
請求項14記載の投影露光装置。 0.93≦fIII/fI ≦1.1 但し、 fIII:前記第3主レンズ群の焦点距離、 fI :前記第1主レンズ群の焦点距離、 である。 - 【請求項16】請求項1乃至15の何れか一項記載の投
影露光装置を用いてレチクル上のパターンをウエハ上へ
転写する方法であって、 前記投影原版としての前記レチクルを照明すること;及
び前記投影光学系を通して前記基板としての前記ウエハ
上へ前記パターンを転写すること;を含むことを特徴と
するパターン転写方法。
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