TW448307B - Optical projection system - Google Patents

Description

448307 五、發明說明（1) 本發明一般來說是關於一包括一光源，一光罩夾持 器，一投影透鏡系統的一光學投影系統。此投影系統特定 的說是關於一被使用在生產微結構元件例如積體電路或是 其他的半導體元件的微影。於此等元件之製作過程中微影 係由一微影光罩中將一影像轉移成於一半導體晶圓上的— 合成圖案。此微影一般來說包括了一光線曝光過程，其中 一半導體晶圓係被曝曬於一具有一光罩圖案訊息的光線 中。光學投影系統便被用來執行此光線的曝光製程。 —般來說，此等被轉移的光罩圖案係非常的精緻，使 得此光學投影系統被要求須具有一高解析度。而此高解析 度則需要一大的數值孔徑以及此光學投影系統於光線的曝 光區域中的一良好的像差修正。 被使用在微影的投影透鏡系統係由許多的透鏡所组 成，其申此等透鏡的材料是非常的昂貴。而為了要減少此 等所需之透鏡的數量，所以使用了具有非球狀表面的 鏡。 例如某些在德國專利應用DE 198 18 444 A1或吾DF 1 99 02 336 A1中所提及的投影系統。此等被提出—的投影 透鏡系統係由6或5組透鏡群所組成。此第一， ίίϊίΓί的折射放大率。若此投影透鏡系統：由六個 Ϊ : ϊ ,Γΐ第六個透鏡群也具有正的折射放大 獲仔—南解析纟’所有展示的範例中之此第四及第」： 群係包括了具有非球狀表面的透鏡。&此投影透鏡系統的

4483 Ο 7 五、發明說明（2) 此等透鏡前的一光罩及此投影透鏡系統的此等透鏡之後的 一晶圓間的距離係於1 200mm以及1 5 00mm之間。但是僅有在 某些系統中為此投影透鏡系統提供了此一大軌跡長度。此 處所提出的投影透鏡系統顯示出了三個凸起。一凸起的直 徑係藉由此傳播射線的最大高度來界定，它係與所用的透 鏡之直徑相近。在所示的具體實施例中’此第一凸起的直 徑係小於此第二凸起的直徑而此第二凸起的直徑則是小於 此第三凸起的直徑。若此投影透鏡系統係由六個透鏡群所 組成，只有一個凸起係藉由此第五及第六透鏡群所建立。 藉由增加此等所需之透鏡的直徑，此投影透鏡系統的 價格則會跟者增加。

更多的包括了非球狀表面之投影透鏡系統則於專利應用D E 199 422 81 A1之部份中所示。 口本發明的目的是要在執跡長度及成本效應方面為微影 提供一具有高數值孔徑以及一良好光學性能之更優越的光 學投影透鏡系統β 本發明的一投影透鏡系統包括了具有一非球狀表面的 一透鏡。它是由第一及第二凸起所組成，苴中一第—細窄 處係被安排於此等凸起之間。尚有―投影系統其包括一小 於此第一凸起的一第二凸起，具有—大直徑之所需的透鏡 數目則被減少。要得到具有一小的第二凸起的設計至少需 要具有一非球狀表面的透鏡。 另外，藉由採用由三透鏡’特別是由三個負透鏡所組 成的一第二透鏡群可以讓所f的透鏡數目被減少。

4483 0 7 五'發明說明（3) 另外，就擁有 鏡所組成之小的第 統來說將是有助益 本發明的一光 上的一具有正的折 射放大率的第二透 束細窄處。具有正 射率的一第四透鏡 窄處之 透鏡群 stop〕 包括了此兩特徵也就是就由此三個透 此第一細窄處的投影透鏡系 於此第二細 群。此第五 (aperture 兩個負 鏡之後，其 一透鏡自由 群之轨跡長 度的4 %。 至少兩 之後。 另外，就具 所有其他群 來說將會有 藉由採 中此凸起的 有一高數值 二凸起以及 的。 學投影系統包括了於此傳播光線的方向 射放大率的第一透鏡群及一具有負的折 鏡群並建立了最小光束高度的一第—光 的折射率的 鮮，且建立 後則是具有 一第三透鏡 了一第二光 一正折射率 可以被分割成包括有一 的一第一副群及一第」 群及具有負的折 束細窄處。接續 的一第五透鏡 孔徑光圈 副群。 透鏡被安排在此孔鏡光圈附近。於此第一正透 係接續的被安排在此孔徑光圈之後，其後再有 距離。此透鏡自由距離延伸超過了此第五透鏡 度的1 0%或是超過了此投影透鏡系統的轨跡長 個透鏡被安排在此包括有一非球狀表面的孔徑 有-高數值孔徑的此—投影透鏡系統而言，在 括有非球狀表面的透鏡’就色差的修正 所幫助。 用具有一第三凸起的 ,R _ ^ 士 y γ ,丄 &的—投影透鏡系統來說，其 直徑至少大於此第-几如β 士/ 々一凸起之直徑的10%，此具 孔徑之投影透鏡系铋沾Λ1 τ '‘死的成本可以被減少，因為

4483 Ο 7 五、發明說明 ；4) 此最 後 凸 起 的較 大直徑就獲得此高數 值孔徑來說是必須 的， 但 是 藉 由採 用具有一小直徑的一 第二凸起來說，如此 可以 減 少 所 需之 具有一較大直徑且非 常昂貴的透鏡之數 目。 如 此 便 是一 較好之在一減低的成 本下去提供一優良投 影透 鏡 的 方 法。 第 — 圖 :此 乃根據本發明的一具 體實施例的一投影透 鏡系 統 之 範 例的 一斷面視圖。 此 光 學 投影 透鏡系統，誠如第一 圖所示，包括了 2 9個 透鏡 它 們 被 分割 成五個透鏡群G1〜G5 ，其中此最後透鏡群 G5可 以 再 被 分割 成第一副群G5a及第： 二副群G5b。 於 此 所 示的 投影透鏡系統是被用 在晶圓製作。就照射 被放 置 在0的光罩3而言，其中具有一 窄頻寬的光源被使 用。 於 此 一 投影 系統的範例中，一準 分子雷射，其未示於 此圖 中 則 被使 用。被展示於此的投 影透鏡系統係可以被 操作 在 1 93_ 3ntn 且具有一 0_725的尚 數值孔徑。此投影透 鏡系 統 也 可 被採 用於操作在其他的波 長好比λ =248mn或是 入=15 7mn 0 藉 由 使 用包 括了此投影透鏡系統 的一投影系統’使得 被落 影 於 晶圓 上的此光罩3之結構的尺寸被減少’其中 此晶 圓 係 被 定位 在0，。0到0’之距離是1 0 5 0nm而其衰減因 子則 是4 。 此一被照射的影像範圍是矩形的，也就是’ 7 X 20 到15 X 30 mm2，而特定的是26 X 1 3 mm2。 於 傳 播 的照 射的方向上此投影系 統包括了 5的透鏡群 G1' G 5 〇 此第五透鏡群係再被次分成- -第一副群G5a及一第

448307 五、發明說明（5) ' -- 二副群G 5 b。 一第—透鏡群G1其具有正的折射放大率且包括了透鏡 L1到L6。一第一凸起則是藉由此透鏡群G1來建立。此第: 透鏡群G1起始於一分散的副群l 1 2。 此等接續的負透鏡L7是一第二透鏡群G2的第一透鏡其 在成像側上並具有一凹形的形狀透鏡表面第一細^處 是藉由此透鏡群G2來建立。此第二透鏡群G2具有負的^射 放大率並包括了僅僅三個透鏡L7到L9。此三個透鏡L7~L9 具有負的折射放大率其中兩個空氣透鏡係位在此等透鏡之 間。一第一細窄處7係藉由此三透鏡來建立。 此第二個透鏡群G 3則具有正折射放大率其並包括有透 鏡U0到L13。這些透鏡係雙凸透鏡。一凸起係藉由這四個 凸透鏡L1 0到L1 3所建立。此凸起的直徑係小於由此第一透 鏡群G1或是透鏡配置所建立的此等凸起的直徑。此透鏡群 G 3的軌跡長度則是非常小。 於此之後的負透鏡L14則是一第四透鏡群G4的第一透 鏡U4其在成像側並具有一凹形的形狀透鏡表面。此第四 個透鏡群具有貞折射放大率並包括有透鏡U4到⑴。一 & 起係藉由此透鏡群G4來^。兩個相近並等㈣空氣透鏡 則藉由此三個透鏡L1 4〜U 6來建立。 —這兩個細窄處僅包括了三個透鏡，其中於任一情況下 此第一透鏡L7，L14是一新月形透鏡。一凹透鏡u，U5係 被安排在此等透鏡群G2，G4的中間、。這些透鏡群G2，⑷勺 此最後透鏡L9 ’L16也是凹透鏡。

$ 8頁 mm 4483 Ο / 五、發明說明（6) 接續於此之後的正透鏡117是此連續透鏡群G5的第一 透鏡。此一透鏡群具有正折射放大率。此透鏡群包括了透 鏡L17到L29，其中此透鏡群被分割成一第一副群G5a及一 第二副群G 5 b。此第一副群G 5 a係由透鏡l 1 7〜L 2 3所組成而 此第二副群G5b則是由透鏡L24〜L29所組成。此等副群的結 構及透鏡群的分割係相似於Μ〗98 1 8 444 A1中所選定的 透鏡群結構。 此透鏡群G 5包括了係為一孔徑光圈形式的一孔徑光圈 5。此孔徑光圈係被設置在具有負折射放大率的兩個透鏡 L20，L22 之間。 此投影透鏡系統包括了不同材料的透鏡。透鏡L1 7到 L1 9，L2 2，L2 7及L2 8皆是CaF2透鏡，而其他的則是石英玻 璃。於此孔徑光圈5之前的此CaF2透鏡L18及L19是雙凸透 鏡。接續於此孔徑光圈5之後的此CaF2透鏡L22是一新月型 透鏡，它是一消色差透鏡的一部分。此CaF2的應用使得此 簡潔的具體實施例造就了色差的良好修正。在投影透鏡系 統末端的這兩個CaF2透鏡L28及L29則是由於為求簡潔性所 面對的阻力而被置入。其他的材料，也就是水晶或是具有 或是不具有石英玻璃的較佳之氟化物，在某些條件下是有 其優點。 此副群G5a包括了鄰近於孔徑光圈5的兩個成對物di及 D2且並包括了具有正折射放大率的—透鏡及具有負折射放 大率的一透鏡。此第一成對物1)丨係被直接的配置在此孔徑 光圈5之刚而此第二成對物d 2則被直接的設置到此孔徑光

4483 Ο 7 五、發明說明（7) 圈5之後。 於此成對物D2之後，其係被安排在此孔徑光圈5之後 則是一透鏡自由距離9。在所示的此一具體實施例中此透 鏡自由距離9延伸超過此整個投影透鏡系統的執跡長度的 4. 7%且/或超過此第五透鏡群G5的10%。 此兩個透鏡L24及L29 ’其係被配置在此透鏡自由距離 3之後，其係包括有一非球狀表面。此兩個非球狀表面則 被設置在成像侧。此非球狀表面就減少此軌跡長度，所需 的透鏡數目及所需的透鏡材料而言是有用的。 此系統的透鏡資料則誠如第一表所示。 此非球狀表面則由如下的數學式所描述：

Sxh2

+Λ Ο2，1·2 ’其中R是此旁軸曲 垂度。此具體實施例具有t而/則是以半徑h為函數的下 就熟習此光學投影ί:°·725的孔徑數目。 領會而對上述設計中做出技藝的人士而言將可輕易的 不脫本案之精神以及本發夕=代，修改及增添，然而卻 此等替代，修改及増添皆的範圍。可以了解的是所有的 範圍之内。 在本發明之申請專利中所定義的

第10頁 4 4 8 3 0 7 五、發明說明（8) 表 一 議. 半徑 厚度 材質 L1 -111,14 12,00 Si02 102,11 3.47 L2 -99,94 8,00 Si02 775,47 19,10 L3 1169,68 26,61 Si02 、190,31 0J5 L4 *7538,92 28J8 Si02 -242,35 0t75 L5 453,73 31,04 Si02 «497.77 0,75 L6 225,79 34,83 Si02 -2018f96 0J5 L7 160,01 41,42 Si02 90,15 37,29 L8 351.08 9,00 Si02 107,55 35,72 L8 -141,02 9,00 Si02 490,20 12,18 L10 1155,98 22,67 Si02 209,81 0,75 L11 651,99 21,87 Si02 -373,78 0,75 L12 330,61 22,98 Si02 •847,96 0,75 L13 305,08 23,38 Si02 551,50 0,75 L14 347,08 29,51 Si〇2 101,2 36,61 L15 -144,92 9T00 Si02 155t79 36,69 L16 -100,51 10,00 SI02 -1179,35 3,68 L17 -662,63 26Γ9Θ CaF2 -144,04 0,75 L18 456,34 34,51 CsF j -310,08 0,75 L19 416,57 40,87 CaF2 -292,52 18,06 L20 -242,77 13,00 Si02 -524,81 OJS L21 385,10 13.00 Sl〇2 220,24 13,94 L22 364,81 35,58 CaFz

第11頁 五、發明說明（9) •480t53 52,96 L23 219,93 30,56 Si02 1283,35 0,75 L24 155,03 36,96 Si02 879,47 16r64 非求狀 L25 -545,45 11,00 Si02 -3729,8Θ ◦，75. L26 128,68 79,53 Si02 47,35 0,75 L27 43,00 12,98 CqF2 102,23 0,75 L28 04,41 5,ae CaF2 181.53 3,04 非求狀 L29 - 2.00 CaFj 12,00 U4非求狀 EX = 〇 C1 = 1r093201 θ-08 C2 =-9.763422 e-13 03=^1,292451 θ-17 C4 = 6r3870O9e-22 L28非求狀i EX = 〇 C1 =7,093201 θ -08 C2 = 8,638494 6-12 C3 = -Br726737 e-14 C4 = 2,510662θ-17

第12頁 4 4 S 3 Ο 7

第13頁

Claims (1)

1. 448307 六、申請專利範圍 1. 一光學投影透鏡系統其包括了具有一非球狀表面的一 透鏡且包括了 一第一凸起其後有 一第一細窄處其後再有 一第二凸起， 其中該第二凸起的直徑稍小於該第一凸起之直徑。 2. 一光學投影透鏡系統其包括了具有一非球狀表面的一 透鏡且包括了 一第一凸起其後有 一第一細窄處其後再有 一第二凸起其後再有 一第三凸起， 其中該第三凸起的直徑至少大過該第二凸起之直徑的10 % ，特定的則是1 5 % 。 3. 一光學投影透鏡系統在各射線的方向上包括了 具有正折射放大率的一第一透鏡群 具有負折射放大率的一第二透鏡群 具有正折射放大率的一第三透鏡群 具有負折射放大率的一第四透鏡群以及 具有正折射放大率的一第五透鏡群， 其中該第二透鏡群係由三個透鏡組成。 4. —光學投影透鏡系統包括了具有一非球狀表面的一透 鏡以及在各射線的方向上包括了 具有正折射放大率的一第一透鏡群

   第14頁 __ 具有負折射放* $ 具有正折放大率的一第二透鏡群 具有負折：的一第三透鏡群 具有 敌大率的一第四透鏡群以及 其中診=射放大率的一第五透鏡群， 5, 一先‘ 透知*群係由三個透鏡組成。 遷鏡且包學括Υ透鏡系統其包括了具有—非球狀表面的一 :第—凸起其後有 細窄處其後再有 卑二凸起， 其中今笛_ 的是超過ίο「的直徑稍小於該第一凸起之直徑，較佳 6 · 如中由 其中訪楚 範圍第3或4項所述的光學投影透鏡系統， 7.如X寺二個透鏡具有負的折射放大率。 鏡系；申請Λ利範圍第1〜4項其中之一所述的光學投影透 及〜曰’、中至少—個非球狀表面係被配置在一孔徑光圈 ^日日圓之間。 其中％申:奮專利範圍第3或4項所述的光學投影透鏡系統， 其中=笛五透鏡群係由一第—副群及一第二副群所組成， 9. 士 Λ第二副群之至少一透鏡包括了一非球狀表面。 鏡系請專利範圍仏4 1 貞其中之-所述的光學投影透 違第五透鏡群包括了—孔鏡光圈 、〜逯鏡的自由距離，係被_接般地安排到被串接配置

   第15頁 448307 六、申請專利範圍 於該孔徑光圈的一第一正透鏡上。 10. 如申請專利範圍第9項所述的光學投影透鏡系統，其 中該透鏡自由距離延伸並超過此投影透鏡系統之轨跡+唐 的 4.5%。 、 11. 如申請專利範圍第9項所述的光學投影透鏡系統，其 中該透鏡自由距離延伸並超過此第五透鏡群的執跡長度的 1 0 % 〇 12. 如申請專利範圍第8項所述的光學投影透鏡系統，其 中至少兩個透鏡係被配置於該第二副群，並包括了非球狀 的表面。 13. 如申請專利範圍第1〜4項其中之一所述的光學投影透 鏡系統，其中一數值孔徑係大於〇. 6 5，較佳的是〇. 7或是 更多。 14，如申請專到範圍第卜4項其中之一所述的光學投影透 鏡系統，其中該第一透鏡群係以一分布的副群（L1 2 )為 開始。 15. 一光學投影透鏡系統其包括了申請專利範圍第卜4項 之一 ’其中不同的兩種鏡片材料被用來當作色彩的修正。 16. 如申請專利範圍第卜4項其中之一所述的光學投影透 鏡系統，其中一氟化物’特別是一CaF2係被用於〗93nm的 透鏡材料的一種。 1 7 _如申請專利範圍第卜4項其中之一所述的光學投影透 鏡系統’其中該第五透鏡群中最少該兩個最後透鏡之—是 一CaF2透鏡。

   第16頁 4 4 8 3 0 7 六、申請專利範圍 18. 如申請專利範圍第1 ~4項其中之一所述的光學投影透 鏡系統，其中該光學投影系統係由29個透鏡組成，而該數 值孔徑係等於或大於0, 7 2 5。 19. 一用來生產微結構元件的製程，其中具有一光敏感層 的晶圓係使用如申請專利範圍第1到1 4項之一的一光學投 影透鏡系統並以用來定義該元件結構的一光罩而藉UV光 (深紫外光）來曝光，其中該光敏感層係被顯影而來獲得 該微結構元件D

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