JPS6314113A - 微細パタ−ン投影光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体、ＬＳＩなどの微細なパターンを露光
するために用いる微細パターン投影光学系に関するもの
である。

従来の技術 従来の精密複写用投影光学系としては、例えば、特公昭
５５−１０８８３号公報に記載されているようにレンズ
のみによる屈折系から成るものが知られている。一方、
例えば特公昭２８−５７３５号公報に記載されているよ
うに反射系から成る反射顕微鏡用対物鏡が知られている
。

以下、図面を参照しながら従来の投影光学系について説
明する。

第５図は従来の屈折率を用いた投影光学系の断面図であ
る。第５図に示すように多数枚のレンズＧが用いられ、
被投影パターン１０１はコヒーレントな準単色光による
平行光束ＩＬにより照明されている。本光学系は再回析
光学系〔被投影物体の回析光が瞳面で一旦、回折次数毎
の輝点、Ｓｌ、Ｓｏ、Ｓ、　　スペクトルとなり、再度
、広がりを持つ光束となり、レンズＧより出射し、像面
にて０次回行光及び±１次回析光の重なりとして像形成
を行う光学系）となっており′、垂直斜線を施した光束
が０次回行光、右上りの斜線を施した光束が＋１次回析
光、左上りの斜線を施した光束が一１次回析光である。

回折角０は被投影物体の空間周波数をＵ（パターンピッ
チの逆数）とし、光源の波長をλとすると ５ｉｎＯ＝入 という関係となる。

被投影物体１０１から出た各回析光は絞りｓｐ上で輝点
スペクトルに分離し、後側のレンズ系を通過後、再び平
行光束となり、像面１０２上で重なり、干渉縞により投
影パターンの形成を行う。

第６図は従来の反射系を用いた反射顕微鏡用対物鏡の断
面図である。第６図に示すように被投影物体１０１から
出た光束が副鏡１０５、主鏡１０６の順に反射され、被
投影物体１０１と反対側の平面１０２上に縮小された像
工を形成するようになっている。

発明が解決しようとする問題点 投影光学系の解像限界りは、レーリーの式を用いて表現
すると、 ス Ｄ＝０．６１− ＮＡ 但し、ＮＡ：光学系の像側の開口数、λ：使用波長で与
えられ、解像力向上のためには、使用波長λを小さくす
るか、光学系の開口数ＮＡを太きくすれば良いが、開口
数ＮＡの向上は、レンズの光学設計を著しく困難とする
ため、使用波長λを小さくする方向での対応が主流とな
りつつある。

第５図に示した従来の屈折光学系においては、使用波長
λを紫外域まで短くすると、透過率が極端に低下する。

例えば、レンズＧにショット社製のＵＢＫ７のように特
に紫外域の波長用に調質されたガラスを用いても、波長
が２８０ｎｍでは透過率が２ａ％（ガラス厚５ｍｍの場
合）となる。

一方、光学結晶材の内、ＴｉＦ２、ＣａＦ２、Ｋｃ１合
成石晶のように２００　ｎｍ付近の波長においても約８
０％の透過率が得られるものがあるが、一般的に大型の
結晶材の入手が困難であり、加工性が非常に悪く、高精
度の加工が難しい。また種類が限られるため、設計の自
由度が小さくなり、紫外域、あるいは遠紫外域の波長に
おいて、限られた枚数で透過率を確保しながら開口数Ｎ
Ａの大きな再回析光学系を実現しようとすると、十分な
収差補正を行うことができず、屈折材料のみにより光学
系を構成するのは困難である。

一方、第６図に示した従来の反射光学系においては、反
射鏡のみで構成されているため、使用波長に対する制約
はない。しかし、本光学系を再回析光学系として見た場
合、副鏡１０６によってＯ次回行光が遮蔽されるため、
投影平面１０２上では±１次回析光のみの重なりとなり
、光学技術］ンタクトＶｏＬ　２３、Ａ３（１９８５）
において明記されているように、本来、再生すべき空間
周波数の２倍の周波数の干渉縞を形成してしまい、コヒ
ーレント照明下においては微細パターンの投影が不可能
であった。

そこで、本発明は、上記従来の問題点を解決するもので
、反射鏡を主としたレンズ構成とし、光の吸収量を小さ
く抑え、紫外域、あるいは遠紫外域への適用を可能とし
、高解像を得ることができ、またコヒーレント照明下に
おいても反射鏡による喰をなくし、０次及び±１次回折
折光重なりを得て像形成を行うことができ、従って微細
パターンの投影を行うことができるようにした微細パタ
ーン投影光学系を提供しようとするものである。

問題点を解決するための手段 そして上記問題点を解決するための本発明の技術的手段
は、基準軸を中心に回転対称に位相補正部材、中心に開
口を有する凸面鏡部材、中心に開口を有する凹面鏡部材
を有するカタジオプトリック光学系２対が共軸上で、か
つ位相補正部材に対して互いに相対するように結合され
、物点側のカタジオプトリック光学系においては、物点
から出た光束が凹面鏡部材の開口を通過した後、一部の
光束は凸面鏡部材の開口を通過し、残りの光束は凸面鏡
部材で物点側に反射された後、凹面鏡部材で反射され、
それぞれが位相補正部材を通過するように配置され、物
点側のカタジオプトリック光学系においては、入射光束
が位相補正部材を通過後、一部の光束は凸面鏡部材の開
口及び凹面鏡部材の開口を通過し、残りの光束は凹面境
部材により位相補正部材側に反射され、さらに凸面鏡部
材により位相補正部材とは反対側に反射されて凹面鏡部
材の開口を通過し、基準軸とは直角面内で、かつ凹面鏡
部材の後方で、すべての光束が重なり合い、像形成を行
うよう配置されている投影レンズと、パターンの空間周
波数が高く、コヒーレント光により照明した場合、回析
光を生じ、上記物点側のカタジオプトリック光学系の物
点側焦平面に置かれる被投影物体と、照明光束が入射瞳
中心に集光するように被投影物体に対して収れん照明を
行うコヒーレント照明光源とを備えたものである。

作　　用 上記技術的手段による作用は次のようになる。

すなわち、被投影物体を物点側のカタジオプトリック光
学系の無事面上に置き、入射瞳中心に集光するようにコ
ヒーレント光により被投影物体を収れん照明することに
より、入射瞳位置が物点側のカタジオプトリック光学系
の凸面鏡部材、凹面鏡部材の曲率中心で、かつ絞り位置
が、像点側のカタジオプトリック光学系の凸面鏡部材、
凹面鏡部材の曲率中心となるよう構成しであるため、被
投影物体を透過した照明光は、０次回行光、±１次回析
光に分離し、投影レンズに入射するが、いずれの回析光
に対しても光学収差の変化を与えず、喰も生じさせず、
０次回行光、±１次回析光の重なりとして像再生を行う
ことができ、微細パターンの投影が可能となる。また主
たる屈折力を反射系で得ているため、使用する屈折材料
は位相補正部材のみであり、紫外域、遠紫外域での透過
率を確保することができ、紫外域、遠紫外域への適用が
可能であり、高解像を得ることができる。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図は本発明の一実施例における微細パターン投影光
学系を示す全体断面図、第２図はその要部の拡大図であ
る。

中心に開口を有する凸面鏡２、中心に開口を有する凹面
鏡３及び片面が平面である位相補正板４により物点側の
カタジオプトリック光学系■が構成されており、被投影
物体１はカタジオプトリック光学系工の無事面Ｆ上に置
かれる。

このカタジオプトリック光学系■は被投影物体１に対し
て、凹面鏡３、凸面鏡２、位相補正板４の順で配置され
ており、凹面鏡３、凸面鏡２は入射瞳ＥＰ（絞りＡＰの
虚像として与えられる）に対して同心になるように置か
れている。

片面が平面である位相補正板４′、中心に開口を有する
凹面鏡５及び中心に開口を有する凸面鏡６により像点側
のカタジオプトリック光学系■が構成されている。この
カタジオプトリック光学系■は被投影物体１に対し、位
相補正板４′、凸面鏡６、凹面鏡５の順で配置されてお
り、凸面鏡６、凹面鏡５は絞りＡＰに対して同心となる
ように置かれている。

これらカタジオプトリック光学系■と■は基準軸を中心
に回転対称で、共軸上で、わずかに離れて置かれた位相
補正部材４．４′に対して互いに相対するよう結合され
ている。

本実施例における物点側の開口数は０．０７６、像点側
の開口数は０．３８　、倍率はＶ５である。

照明２０はコヒーレント光であり、被投影物体１全体を
照らし、カタジオプトリック光学系Ｉを通過後、入射瞳
ＥＰ中心に集光するよう収れん的に照明する。

而してコヒーレントで、かつ収れん的な照明２０により
照明された被投影物体１からは、０次回行光ＤＱ、　　
±１次回析光Ｄ＋１、Ｄ−ｊ、さらには高次の回析光が
生じ、投影レンズ（Ｉ＋ＩＩ　）へ入射する。本実施例
では、投影レンズ（Ｉ＋ｎ　）の物点側開口数（Ｎ　Ａ
　＝　Ｓ　ｉ　ｎθ。）で決定される入射角度と被投影
物体１からの一次回析光角θ。

とが一致するよう設計しである。そのため、２次回析光
以上の高次の回析光は投影レンズ（Ｉ＋ＩＩ　）へは入
射しない。

被投影物体１からの回析光の内、±１次回析光Ｄ＋１、
ＤＩは凹面鏡３の開口を通過して凸面鏡２により被投影
物体１側へ反射された後、再び凹面鏡３により反射され
、位相補正板４を通過し、この位相補正板４とわずかに
離して置かれた位相補正板４に入射し、絞りＡＰ上で輝
点スペクトルＳ＋１、Ｓ−１に集光し、分離する。その
後、凹面鏡５により被投影物体１側へ反射され、凸面鏡
６により再度、被投影物体１とは反対側へ反射され、凹
面鏡６の開口を通過する。

一方、０次回析光Ｄ０は凹面鏡３の開口及び凸面鏡２の
開口、位相補正板４．４′を入射瞳ＥＰ中心０に集光す
るように進み、絞りＡＰＪ＝（７）中心Ｃに集光し、輝
点スペクトルＳ０となり、その後、凸面鏡６の開口、凹
面鏡５の開口を通過する。

Ｏ次回析光り。については凹面鏡３、凸面鏡２、凹面鏡
５、凸面鏡６の反射を経ていないが、第３図に示すよう
に凹面鏡６及び凸面鏡７は０次回析光り。の集光点Ｃ（
すなわち絞りＡＰ上の０点）に対して同心となっており
、凹面鏡３、凸面鏡２は、絞りＡＰの虚像である入射瞳
ＥＰの中心０に対して同心となっているため、各々の面
、で０反射した場合と同様の光路を経ることとなるため
、光学収差は何らの変化もない。

投影像は０次回析光り。、±１次回析光Ｄ＋１、Ｄ−１
が同じ大きさで重なる像平面９上において、干渉縞とし
て形成される。

また本実施例において、屈折材料は位相補正板４．４′
に用いている溶融石英のみであるため、入＝２００ｎｍ
の遠紫外域の波長においても６０％以上の透過率が得ら
れる。

次に本発明の第２実施例について説明する。本実施例に
おいては、第４図に示すように上記第１実施例における
２つの位相補正板４．４′を互いの平面部で結合して一
体とし、若しくは予め一体に形成し、一つの位相補正部
材４ａにより２対のカタジオプトリック光学系１．ＩＩ
に共用するようにしたものであり、その他の構成は上記
第１実施例と同様である。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、開口を有する凹面鏡
部材、開口を有する凸面鏡部材及び位相補正部材から成
るカラジオプトリツク光学系２対を位相補正部材を中心
に共軸上で、互いに対向するよう結合して一つのカタジ
オプトリック光学系を構成し、被投影物体をコヒーレン
ト光により収れん照明しているため、再回析光学系とし
て反射光学系を用いた場合、通常問題となる口径喰がな
く、微細パターンの投影が可能となる。また主たる屈折
力を反射系で得ているため、使用する屈折材料は位相補
正部材のみであり、紫外域、遠紫外域での透過率を確保
することができ、紫外域、遠紫外域への適用が可能であ
り、高解像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及至第３図は本発明の第１実施例における微細パ
ターン投影光学系を示し、第１図は全体断面図、第２図
は要部の拡大図、第３図はＯ次回折先の通過状能を示す
説明図、第４図は本発明の第２実施例に用いる位相補正
部材の断面図、第５図は従来の屈折率を用いた投影光学
系の全体断面図、第６図は従来の反射系を用いた反射顕
微鏡用対物鏡の断面図である。 １・・・・・被投影物体、２・・・・・・凸面鏡、３・
・・・・・凹面鏡、４　、４’、　４　ａ・・・・・・
位相補正板、５・・・・・・凹面鏡、６・・・・・凸面
鏡、７・・・・・投影像、ＡＰ　　・・・絞り、ＥＰ・
・・入射瞳、Ａ・・・・・・光軸、Ｄ＋、・・・・・・
＋１次回析光、Ｄｏ−・−・０次回析光、９・・・・像
面、Ｄ、・・・・−１次回析光、■・・・・−・カタジ
オプトリック光学系、■・・・・・・カタジオプトリッ
ク光学系。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名Ｎ　
２　ロ 第　４Ｖ！！Ｊ 、／　４ａ位徊笥工叛

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基準軸を中心に回転対称に位相補正部材、中心に
   開口を有する凸面鏡部材、及び中心に開口を有する凹面
   鏡部材を有するカタジオプトリック光学系２対が共軸上
   で、かつ位相補正部材に対して互いに相対するように結
   合され、物点側のカタジオプトリック光学系においては
   、物点から出た光束が凹面鏡部材の開口を通過した後、
   一部の光束は凸面鏡部材の開口を通過し、残りの光束は
   凸面鏡部材で物点側に反射された後、凹面鏡部材で反射
   され、それぞれが位相補正部材を通過するように配置さ
   れ、物点側のカタジオプトリック光学系においては、入
   射光束が位相補正部材を通過後、一部の光束は凸面鏡部
   材の開口及び凹面鏡部材の開口を通過し、残りの光束は
   凹面鏡部材により位相補正部材側に反射され、さらに凸
   面鏡部材により位相補正部材とは反対側に反射されて凹
   面鏡部材の開口を通過し、基準軸とは直角面内で、かつ
   凹面鏡部材の後方で、すべての光束が重なり合い、像形
   成を行うよう配置されている投影レンズと、パターンの
   空間周波数が高く、コヒーレント光により照明した場合
   、回析光を生じ、上記物点側のカタジオプトリック光学
   系の物点側焦平面に置かれる被投影物体と、照明光束が
   入射瞳中心に集光するように被投影物体に対して収れん
   照明を行うコヒーレント照明光源とを備えたことを特徴
   とする微細パターン投影光学系。
2. （２）２対のカタジオプトリック光学系のそれぞれが位
   相補正部材を有し、これらの位相補正部材がわずかな間
   隔を存するように配置されている特許請求の範囲第１項
   記載の微細パターン投影光学系。
3. （３）２対のカタジオプトリック光学系が１個の位相補
   正部材で共用されている特許請求の範囲第１項記載の微
   細パターン投影光学系。