JPS60140310A - 投影レンズ - 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】 本発明は投影露光装置によってＩＣ，ＬＳＩ等の集積回
路を製造するときの投影レンズに関し、特に波長１５０
ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の短波長の輝線に近い発光ス
ペクトルを放射する光源を用いて集積回路のパターンを
シリコンウニノー−等に焼付けるときに有効な投影レン
ズに関するものである。

従来より投影露光装置ｔ　’ｚ用いＩＣ，ＬＳＩ等の集
積回路のパターン全シリコンウエハ−に焼付ける為の投
影レンズには非常に商い解像力が要求されてきている。

一般に投影レンズによる投影像の解像力は使用する波長
が短かくなればなる程良くなる為に、なるべく短波長を
放射する光源が用いられていた。例えば現在水銀灯によ
る波長４３６ｎｍ又は３６５ｎｍの光が投影露光装置に
多く用いられている。そして投影レンズには高い解像力
を得る為に収差を完全に補正した理論限界値に近い解像
力が傅らｎるような光学系が要求されてきている。特に
パターンを焼付ける為に解像力は画面中ノ１ノに限らず
全画面にわたり理論的な限界直までの解１縁力が得られ
るように収差補正がなされている。例えば集積回路の製
造においては集積回路のパターンの焼付工程を複数回行
う為に光学的な諸収着のうち歪曲」■差はほぼ完全に補
正された投影レンズが用いられている。

投影露光装置に用いられている水銀灯の波長３６５　ｎ
　ｍのフラウンホーファー砂の１線を中心とした僅かな
波長幅の光を利用する場合には色収差を冗♀に浦「する
為に短波長側で透過率の良い４〜５種類のガラス材料が
必要とされている０ 又これらのカラス材料については設計値で用いる屈折率
１分散等の数値と実際の数値との誤差反び同一ガラス材
料内での諸数値のバラツキは写真用レンズ、製版用レン
ズ、ＴＶ用レンズ。

等の一般の光学系に比べ１桁以上の厳しいものが請求さ
れている。

これは投影レンズを構成するガラス材料の僅かな屈折率
と分散の差を利用して色収差等の諸収差を波長の数分の
１の単位で補正しなければならない為である。

又投影レンズとしてはなるべく明るい光学系が好ましい
が、短波長側でのガラス材料の透過率は低く又多数のレ
ンズを用いている為に高い透過率を得ることが一般に困
難である。

例えば波長４３６ｎｍを対象とした投影レンズと波長３
６５ｎｍを対象とした投影レンズでは後者の透過率は前
者の透過率の％〜イ程度となっている。

この為短波長を対象とした投影露光装置ｆにおいては反
射系を利用したり、又短波長側での透過率の良い膚棟ガ
ラスを用いた投影レンズが用いられている。

本発明は波長１５Ｑｎｍ〜４００ｎｍ程度の範囲内での
比較的狭い発光スペクトル分布を有する光源を用いた投
影露光装置における高性能な投影レンズの提供を特徴と
する 特に本発明においては波長２４８．５ｎｍを主たる発光
スペクトルとするエキシマレーザーヲ用いインジェクシ
ョン、ロッキング等の手段によって波長幅を狭くした場
合に特有の効果を発揮する投影レンズの提供を目的とし
ている。

本発明の目的を達成する為の投影レンズの主たる特徴は
物体側より順に正、負そして正の屈折力のＭｌ、　第２
そして第３レンズ群の３つのレンズ群より構成し、前記
ｇＬ第２．第３レンズ群を各々単一のガラス材料の複数
のレンズより構成すると共に前記第１．第２そして第３
レンズ群の焦点距離を各々ｆ、　、　ｆ、、　ｆ、とす
るとき ０８　≦　ｌ　ｆｌ／ｆ２　１　≦　３．８　・・・・
・・・・　（１）１１　≦　ｌ　ｆＩ／　ｆ＊　ｌ　≦
　４　・・・・・・・・・　（２）なる条件を満足する
ことである。

単一のガラス材料で構成したのは使用する波長域がエキ
シマレーザ−の非常に狭い発光スペクトルの光を利用し
た為、色収差を考慮しなくても良すからであり、波長域
が多少広がれば複数のガラス材料を用いて色収差を補正
するのが好ましい。

後述する本発明の投影レンズの実施例はすべて溶融石英
のみの単一硝材で構成し７ており、使用波長は２４８．
５ｎｍを主体としている。ただし波長２４８．５ｎｍの
光が透過する材料であれば溶融石英でなくても例えばＣ
ａＦ、　、　ＭｇＰ、でも良い。

本発明の投影レンズは３つのレンズ群を有しておりレン
ズ中央部に負の屈折力の第２レンズ群とその両側に正の
屈折力の第１　、　第３レンズ群を配置した縮少系で構
成しており前述の条件式（１１，ｆ２＋を設定すること
により良好なる収差補正を達成している。

条件（１１，＜２１はレンズ性能の基本の１つとしての
各レンズ群の屈折力を適切に設定することにまり豫＋Ｉ
Ｎ彎曲を良好に補正するための条件で下限値を越えると
ペッツバール和が大となり像面が補正不足となり、上限
値を越えると像面彎曲が補正過剰となり全画面を良好に
収差補正するのが困難となる。

更に本発明においてより良好なる収差補正を達成する為
には前記第ルンズ群を物体側より順に負と正の屈折力の
２つのレンズ群Ｉ、　、　Ｉ、より構成し、前記レンズ
群■、は両レンズ面が凸面の両凸レンズ■２１と正の屈
折力のレンズＩｌｌ　の各々少なくとも１枚をＭするレ
ンズで構成し、前記レンズ群■、の焦点距離をｆ１２．
前記第２レンズ群を物体側と像面側に各々凸面を向けた
メニスカス状の負の屈折力のレンズを有するように構成
すると共に、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とした
とき なる条件全満足することである。

前記レンズＬ２　Ｆ：）：投影レンズの補少倍率がイ〜
、１７程度のときは物体１１１１１に凸面を向けたメニ
スカス状のレンズ、縮少倍率が１／７〜１／１２程度の
２きは両凸レンズであることが収差を良好に補正するの
に好ましい。

投影レンズとしての結像性能を全画面にわたり良好に保
つためＫｒ／ｉ、像面彎曲の条件のほかにコマ収差を全
画面にわたって殆んど零近く補ｉＥ　Ｌ、た上で更に球
面収差、軸外のハロー収差を補正しなけれはならない。

それには条件ｍ、　ｆ２１を満足する光学系に於いて第
２レンズ群の物体側と像面側にそれぞれ凸面を向けた負
の屈折力のメニスカス状のレンズで構成するのが好まし
い０ ｊ（７）ように本発明の投影レンズにおいては球面収差
の補正を主に第２レンズ群のレンズ面の曲率半径を適切
に設定して行なっている。このとき、球面収部と同時に
コマ収走も同時に補正しているがその為には第２レンズ
群を少なくとも２つの負の）ｆｆＡ折力のメニスカス状
のレンズＶＣよって構成するのが良い。１つは物体側に
凸面を向け、他の１つは像面に凸面を向けたレンズ形状
で構成することである。これは全レンズ系を正、負、正
の３つのレンズ群で構成し第２し／ズ群に第１．第３レ
ンズ群で発生する球面収差の補正不足分を補正する作用
をもたせる為である。そして第２レンズ群を更に、少な
くとも２つの狛の屈折力のメニスカス状のレンズを前述
の如く配置ｄすることにより、コマ収差の補正、即ち軸
外主光線より上の光束部分と下の光束部分とのバランス
をとっている。即ち下の光束部は物体側に配置された物
体側に凸面を向けたメニスカスレンズによって、上の光
束部は像側に配置された像面側に凸面を向けた負のメニ
スカス状のレンズによって、軸外光束の収差ｆ　バラン
ス良く補正することが出来て、軸外コマ収量の良好なる
補正が可能となる。しかも、軸外光束の主光線は第２レ
ンズ群の光軸近傍を通過するので、第２レンズ群の構成
（形状）そのものは歪曲収差、非点収差にそれ程影響を
あたえず屈折系を３部分系で条件（出（２）におさえる
ことによって第２レンズ群により球面収差、コマ収差の
補正を良好に行うことが出来る。特にコマ収差の補正は
前述の負のメニスカス状のレンズを適切に配置すること
により補正できる。そして更に軸外のメリデオナル、サ
ジタルハローを良好に補正するために条件（３）を満足
することが好ましい。３部分系で構成されるレンズ系に
於して物体側の第ルンズ群の両凸レンズ及び正レンズは
メニスカス状のレンズの合成の屈折力が第２部分系であ
る第２レンズ群の屈折力と比較して強すぎると、球面収
ん、コマ収差を補正したとき、第ルンズ群で高次のハロ
ー収差が発生し全画面にわたっての補正が、特に単一の
硝材の場合、僅かな屈折率差を利用（〜たり、高屈折率
と低屈折率の硝材を使っての収差補正を行うと面次収差
が発生し良好なる補正が困難となる。

従って条件（１）、（２）を満足し且つ条件（Ｘ（）の
範囲にあることが単一硝材から構成されるレンズ系のと
きは特に好４１−い。醍述する実施例（Ｉｌ、　＋３１
゜（６）　、　＋７１　、　（８）　、　＋９１はいず
れも条件（３）全満足１−１実施例１・４＋、　＋１１
はその限界に近い値であることを示す。条件ｆｌｊ、　
ｔ２＋、（３）は集積回路の焼付用の投影レンズとして
要求される結像性能（解像力、コントラスト比）を満足
させるための条件であったが、更に投影レンズとして要
求される重要な性能条件として歪曲収差がある。

ＩＣ，ＬＳＩの製債にあたって何回も焼付工程を行うた
め各を程毎にアライメントを行う必要があり、又これを
露光装置別に正確なアライメントするためには投影レン
ズの歪曲収差を殆んど苓におさえなければならない。

特に単一の鋼材を用いて歪曲収絨を殆んど零におさえる
縮小系の投影レンズ系に於いてはＩＥ。

負、ｌＥの屈折力の３つのレンズ群から構成し、更に前
記第ルンズ群を物体側よりＩＩＭ　Ｋ　＠とＩＥの屈折
力の２つのレンズｉｆ、、Ｉ、より構成し前記レンズ群
Ｉ、　、　Ｉ、の焦点距離を各々ｆＩＩ　＋　ｆｌ２　
＋前記４ルンズ群の焦点距離をｆｌとするときなる条件
をｉＳ！１尾するように構成するのが好ましい０ 本発明の投影レンズにおいて、特に＄１１ｆ小系として
使用する場合、第ルンズ群を、物体側か。

らみて負と正の屈折力の２つのレンズ群Ｉ、、Ｉ。

に分は歪曲収差の補正を主にレンズ群■１で補正してい
る。

特にレンズ群■１を少なくとも２つ以上の物体側に凸面
を向けた負の屈折力のメニスカス状のレンズで構成する
のが歪曲収差全良好に補正するのに好ましい。

面、３つ以上のレンズで構成すれば屈折力の分担が少な
くなり他の諸収冷の影響も少なくなり史に好ましくなる
。

又レンズ■、を正の屈折力とし、少なくとも２つ１試上
の正の屈折力のレンズで構成することにより軸外主光像
が通過する位置は光軸近傍であることからφ曲収差、非
点収差の補正金すると共に軸外コマ、ハローを良好に補
正している。

条件式（４）の上限値若しくは条件式（５）の下限値を
越えると負の歪曲収差が多く発生し好ましくなく、又条
件式（４）の下限値若しくは条件式（５）の上限値を越
えると正の歪曲収差が発生すると共に他の諸収差の発生
嘴も多くなり好ましくない。

次に本発明の数値実施例１〜１０の諸数値を示す。数値
実施例においてＲｉは物体側より順に第１番目のレンズ
而の曲率半径、ＤＩは物体側より１旧に第１４目のレン
ズ厚及び空気間隔、Ｎｉは物体側より順に第１番目のレ
ンズのガラスの屈折率である。

硝材の５ＩＯ２は溶融石英であり波長２４８．５ｎｍで
の屈折率は１．５２１１３０である。

数値実施しｌＪ１〜５は倍率％、ＮＡ＝０．３、画面サ
イズ１４Ｘ１４ｍｍ、数値実施例６〜１０は倍率局、Ｎ
Ａ＝０．３５．画面サイズｌ　ＯＸＩ　Ｏ第１図と第２
図に各々本発明の数値実施例１と数値実施例６のレンズ
断面図を示す。

又、数値実施例１−１０の収差図を各々第３図〜第１２
図に示す。

数値実施例１は第３図に示す如く良好に収差補正がなさ
れている。数値実施ｉ＋１１　（２＋は条件（１）。

（２）の下限値近傍の１直をとる場合の例で収差カーブ
を第４図で示すように実施例（Ｉ）と比較すると条件ｆ
ｉ１．　ｆ２）の上限値に近づくことにより負の屈折力
のレンズ群の屈折力が弱くなり、その為Ｐｅｔｚｖａｌ
和が正に犬きくなり条件式ｆｉ１．　ｆ２＋ノ’Ｆ限値
を越えると１Ｊ！面彎曲がアン、ダーとなり投影レンズ
の重要な用件である全画面一様な尚解像度という条件を
満足するのが困難となる。

条件ｔｌ）、　＋２１の下限値側の例として実施列（１
１゜（２）を比較したが、その中間に近い例として実施
例（３）を示す０実施例（３）の収差カーブを第５図で
示すが条件ｍ、　＋２１を満足しており像面彎曲は良好
である。

実施例（４）は実施例（２）の球面１１に差を補正１−
ｆｃ画である。

実施例（６）は倍率Ｉ≦の仕様をもつ縮小系の場合で収
差カーブケ紀８図で示す如く条件（１）、　ｆ２）を満
足することによって性能は良好となっている０実施例（
７）は条件ｍ、（２１の一ヒ限近傍にある例で第９図の
収差カーブの如〈実施列（６）と比較して条件（１）、
　＋２１のヒ１浪イ直（て打つくことにより第２レンズ
群の屈折力が弱くなり、そのためＰｅ　ｔ　ｚｖａ　ｌ
和が小になって像面・４曲が補正過剰となり投影レンズ
としての要求性ｉＬの全画面一様な高解像力をもつとい
う条件の限界に近づく。

条件ｉ１１．　＋２１の上限値として実施例＋６＋、　
ｆ／ｌを比較したが、その中間値として実施例１８）が
あり。

このときの収差カーブを第１０図に示す。条件（１）、
（２）を７１陶足し、像ｍｌ彎曲は良好に補正されてい
る。

実施例（９）は実施例（８）の球面収差がやや補正過剰
であるのを補正した例である。実施列５は前述の条件（
４）の上限値、及び条件（５）の下限値の近傍とのもの
であり第７図に示す９０〈歪曲収差が負（補１Ｅ不足）
となり限界値に近づき、実施例１Ｏは条件（４）の下限
値、及び条件（５）の上限値の近傍とのものでありΦ曲
収差がｉＥ＋補正過剰となり限界に近づく。

本発明の投影レンズに紗いて４１図、第２図に示すよう
に第ルンズ群を２つのレンズ群Ｌ＋■、に分けて考え各
々のレンズ群のレンズ購成ヲ特定することｌ／Ｃよって
所定の収差を補＋Ｅ　しているＯ 又、８１４２レンズ群は＠：１図、第２図の実鋤例に示
す如く中間に追の屈折力のレンズ＆配晴Ｌ、球面収邊全
良好に補正しているが、第２レンズ群の９勿体１則とイ
按１菫（ｆｕｌｌの負の屈折力のメニスカス状のレンズ
に球面収差の補正を分担させれば特に用いなくても良い
。

又、本発明の投影レンズにおいて１編３し／ズ群を′物
体側よりｊｌｏに像面側に凸ｍｌを向けたメニスカス状
のレンズ、両凸レンズ、物体側に凸面を向けた正の屈折
力のメニスカス状のレンズを２枚配置１−合計４枚のレ
ンズで構成するのが好ましい。これは全画面にわたり良
好なる収差補正を達成するのに有効であるが４枚以−ヒ
のレンズで例えは両凸レンズを２つに分けて合計５枚の
レンズで構成（７ても良い。

又、本帖明の実施例では単一のガラス材料で構成したが
峻数の種類のガラスで構成しても良いことは当然である
。ただ単一のガラスで構成すれば便利であり、Ｋコスト
ダウンにもなるので好捷しい。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図に本発明の数値実施例１．６のレンズ；
析面図、第３図〜第１２図は各々本発明のｌｉ！ｉ値夷
塵例１〜ｌＯの遁収燈図である。 図中Ｔ、［、用は谷々第１．第２．第３レンズ群、Ｙぽ
像画、Ｍはメリデイオナル像面、Ｓはサジタル像面であ
る。 ０許出願人　キャノン株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）物体側より順に正、負そして正の屈折力のＭｌ、
   　第２そして第３レンズ群の３つのレンズ群より構成し
   、前記第１．第２．第３レンズ群を各々単一のガラス材
   料の複数のレンズより構成すると共に前記第１．第２そ
   して第３レンズ群の焦点距離を各々ｆ、、　ｆ２．　ｆ
   、とするとき ０．８≦ｌ　ｆｌ／ｆｌ　＋≦３．８ １．１≦ｌ　ｆｔ／ｆ、　＋≦４ なる条件を満足することを特徴とする投影レンズ。
2. （２）前記ｇｌレンズ群は物体側より順に負と正の屈折
   力の２つのレンズ群Ｉ、　、　Ｉ、より成り、前記レン
   ズ＃Ｉｔは両レンズ面が凸面の両凸レンズＴ１１と正の
   屈折力のレンズ■ｔｔを各々少なくとも１枚ずつ有して
   おり、前記レンズ群■。 の焦点距離をｆ１７．前記第２レンズ群を物体側と像面
   側に各々凸面を向けたメニスカス状の負の屈折力のレン
   ズを有するように構成すると共に、前記第２レンズ群の
   焦点距離をｆｔとしたとき なる条件′ｆ：満足することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の投影レンズ。
3. （３）　前記レンズＩ２２は物体側に凸面を向けたメニ
   スカス状のレンズであることを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の投影レンズ。
4. （４）　前記第ルンズ群は物体側より順に負と正の屈折
   力の２つのレンズ群Ｉ、、Ｉ、より成り、前記レンズ＃
   　Ｉ、　、　Ｉ、の焦点距離を各々ｆＩＩ　＋　ｆＩ２
   前記第ルンズ群の焦点距離を特徴とする特許なる条件を
   満足することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   投影レンズ。