专利名称：投影光学系统，曝光装置以及设备的制造方法
技术领域：
本发明涉及的是将一个物体的图案的图像投影到第2物体上的投影光学系统和具有该投影光学系统、在制造半导体元件、液晶显示元件等的光刻工序中将掩模的图形在基片上复制时使用的曝光装置，以及使用该曝光装置的设备(半导体元件、摄像元件、液晶显示元件、薄膜磁头等)的制造方法。
因此，近年来，对于曝光的光，采用的是水银灯的从g线(436nm)到i线(365nm)，主要采用的是i线(365nm)。而在最近，则发展为采用波长更短的光用于曝光，开发了在短波长的曝光的光下能够使用的投影光学系统。
另外，在投影光学系统中，提高分辩力的同时，对于减低像畸变的要求也变得更加严格。这里所说的像畸变，除了起因于投影光学系统的畸变(弯曲像差)，还有起因于投影光学系统的成像侧残留的晶片的弯曲等，以及起因于在投影光学系统的物体侧、被刻上了电路图形等的初缩掩模板的弯曲。
近年随着日益发展的复制图形的微型化，对于减低像畸变的要求变得更加严格。因此，为了减少由于晶片的弯曲产生的像畸变所带来的影响，与原来相比，采用的是将投影光学系统的成像侧的射出光瞳的位置设置在较远处，即所谓的成像侧远心光学系统。另一方面，为了减轻由于初缩掩模板的弯曲引起的像畸变，也可以考虑将投影光学系统的入射光瞳位置设在距离物体面较远的位置处，即采用所谓的物体侧远心光学系统，另外，还出现了这样的将投影光学系统的入射光瞳位置设置在距离物体面较远位置处的方案。
本发明的课题是提供投影光学系统，它虽然是两侧远心型的，但能够抑制由于所使用的玻璃材料对于曝光的光的吸收所带来的成像性能的恶化，且能够保证充足够大的数值孔径和宽大的曝光区域，还能对于各个像差很好地进行补正。而且提供具有该投影光学系统的曝光装置以及设备的制造方法。
本发明提供的第1种投影光学系统是将第1物体的图形投影在第2物体上的投影光学系统，上述投影光学系统的特征是具有包括折射率在1.57以上的玻璃材料的多种玻璃材料，而构成上述投影光学系统的最靠近成像侧的负透镜，满足下列条件式其中，将该最靠近成像侧的负透镜的焦点距离设为f，将上述第1物体到第2物体的距离设为l，将上述最靠近成像侧的负透镜的折射率设为n，|f/l|＜0.25、n≤1.55上述投影光学系统内至少有一个非球面的面。这里的成像侧透镜，是位于曝光的光的能量密度高的地方的透镜。另外玻璃材料(光学玻璃)中，一般来说折射率越低，短波长光线的透射率越高，阿贝数越大。
如果采用第1种投影光学系统，由于投影系统包括折射率在1.57以上的高折射率的玻璃材料，对于各个像差能够进行良好的补正。另外最靠近成像侧负透镜，即位于曝光的光能量密度高的位置的负透镜，满足|f/l|＜0.25、n≤1.55的条件式。即由于最靠近成像侧的负透镜具有合适的负放大率，且折射率又低，既是位于曝光的光能量密度高的位置的透镜又能够保证高透射率，而且对由于颜色而产生的像面弯曲像差(波长发生变化时像面弯曲像差的变化)能够进行良好的补正。
另外，本发明提供的第2种投影光学系统的特征是上述最靠近成像侧负透镜满足下列条件式，其中vg为最靠近成像侧负透镜的阿贝数。
vg＞50如果采用第2种投影光学系统，最靠近成像侧负透镜满足条件式vg＞50。即由于最靠近成像侧负透镜的玻璃材料使用的是阿贝数高的玻璃材料，所以对于由于颜色引起的像面弯曲像差能够进行很好的补正。
另外，本发明提供第3种投影光学系统，其特征是上述最靠近成像侧负透镜的阿贝数设为vg时，该最靠近成像侧负透镜进而满足下列条件式vg＞60如果采用第3种投影光学系统，该最靠近成像侧负透镜满足条件式vg＞60。即由于最靠近成像侧负透镜采用了阿贝数更高的玻璃材料，所以对于由于颜色引起的像面弯曲像差能够进行更好的补正。
另外，本发明提供第4种投影光学系统，是将第1物体的图形在第2物体上进行投影的投影光学系统，其特征是该投影光学系统具有包括折射率在1.57以上的玻璃材料的多种玻璃材料，而构成上述投影光学系统的最靠近成像侧的负透镜，满足下列条件式其中，将这个最靠近成像侧的负透镜的焦点距离设为f，将上述第1物体到第2物体的距离设为l，将上述最靠近成像侧负透镜的阿贝数设为vg，|f/l|＜0.25、vg＞60如果采用上述第4种投影光学系统，由于该投影光学系统具有包括折射率在1.57以上的高折射率的玻璃材料，所以能够对于各个像差进行很好的补正。另外，最靠近成像侧负透镜，即位于曝光的光能量密度高的位置的负透镜满足条件式|f/l|＜0.25、vg＞60。即最靠近成像侧负透镜具有合适的负放大率，且由于阿贝数高，既是位于曝光的光能量密度高的位置的透镜又能够保证高透射率，而且对于颜色而产生像面弯曲像差能够进行良好的补正。
另外本发明提供第5种投影光学系统，其特征是上述投影光学系统内至少有一个非球面的面。如果采用第5种投影光学系统，由于投影光学系统内至少具有一个非球面的面，所以能够提高对颜色产生的像面弯曲像差进行补正时的自由度。
另外，本发明提供第6种投影光学系统，其特征是从上述第1物体侧开始，由包括1枚以上负透镜的正透镜组构成的第1透镜组，包括2枚以上负透镜的负透镜组构成的第2透镜组，包括3枚以上正透镜的正透镜组构成的第3透镜组，包括2枚以上负透镜的负透镜组构成的第4透镜组，包括2枚以上负透镜、且包括3枚以上正透镜的正透镜组构成的第5透镜组构成。
如果采用上述第6种投影光学系统，比较能够抑制畸变、高次的像面弯曲、高次的球面像差或慧形像差的发生，还能实现小型的投影光学系统。
另外，本发明提供第7种投影光学系统，其特征是上述第1透镜组、上述第2透镜组、上述第3透镜组、上述第4透镜组、上述第5透镜组的光聚度满足下列条件式，其中，将上述第1透镜组的焦点距离设为f1，将上述第2透镜组的焦点距离设为f2，将上述第3透镜组的焦点距离设为f3，将上述第4透镜组的焦点距离设为f4，将上述第5透镜组的焦点距离设为f5，将上述第1物体到第2物体的距离设为l，0.04＜f1/l＜0.40.015＜-f2/l0.150.02＜f3/l＜0.20.015＜-f4/l＜0.150.03＜f5/l＜0.3这里，0.04＜f1/l＜0.4的条件式规定了第1透镜组最佳的光聚度。由于第1透镜组满足0.04＜f1/l＜0.4的条件式，所以对于投影光学系统的畸变能够很好地进行补正。另外，0.015＜-f2/l＜0.15的条件式规定了第2透镜组最佳的光聚度。由于第2透镜组满0.015＜-f2/l＜0.15的条件式，所以对于投影光学系统的高次像面弯曲能够很好地进行补正。0.02＜f3/l＜0.2的条件式规定了第3透镜组最佳的光聚度。由于第3透镜组满足0.02＜f3/l＜0.2的条件式，所以不会导致投影光学系统的大型化、对高次球面像差、畸变能够很好地进行补正。
0.015＜-f4/l＜0.15的条件式规定了第4透镜组最佳的光聚度。由于第4透镜组满足0.015＜-f4/l＜0.15的条件式，所以使投影光学系统中不会出现高次球面像差、慧形像差，对高次像面弯曲能够很好地进行补正。进而，0.03＜f5/l＜0.3条件式规定了第5透镜组最佳的光聚度。由于第5透镜组满足0.03＜f5/l＜0.3的条件式，所以使投影光学系统中不会产生高次球面像差，能够实现小型化的投影光学系统。
另外，本发明还提供一种曝光装置，其特征是具有权利要求1～7所记载的任意一项投影光学系统和决定作为上述第1物体的掩模以及作为上述第2物体的基片的位置的载装台以及对上述掩模进行照明的照明光学系统，利用上述照明光学系统发出的曝光的光、通过上述投影光学系统将上述掩模的图形投影在上述基片上。
如果采用上述曝光装置，投影光学系统由于具有大的开孔数值孔径，且具有两侧远心的结构，在得到高分辩力的同时，能够防止掩模、基片上产生弯曲导致投影倍率发生的变化。另外，由于得到宽大的曝光区域，对于大的芯片图形能够进行一次曝光。而且，对于位于能量密度高的位置处的透镜，由于使用的折射率且透射率高的玻璃材料，能够抑制由于玻璃材料的吸收而产生的成像性能的恶化，获得到高成像性能。另外成像侧的负透镜中，由于使用的是折射率低的玻璃材料，对于宽大区域的投影光学系统中容易发生的、由颜色引起的像面弯曲像差能够进行补正，得到高成像性能。
另外，本发明另提供一种元件的制造方法，其特征是具有以下4道工序在基片上涂敷感光材料的第1工序，通过权利要求8记载的曝光装置中的上述投影光学系统、在上述基片上投影上述掩模的图形的图像的第2工序，将上述基片上的上述感光材料进行显像的第3工序，以及将该显像后的感光材料作为掩模、在上述基片上形成指定的电路图形的第4工序。如果采用该权利要求9记载的设备的制造方法，在基片上能够以高分辩力形成设备用的电路图形。
如
图1所示，在投影光学系统pl的物体面上设置了初缩掩模板r作为形成了指定的电路图形的投影底版，在投影光学系统pl的像面上，设置了涂敷了光致抗蚀膜的晶片w作为基片。初缩掩模板r被保持在初缩掩模板载装台rs上。晶片w被保持在晶片载装台ws上。初缩掩模板r的上方设置了用于对初缩掩模板r进行均匀照明的照明光学系统is。
投影光学系统pl，在光瞳位置附近具有可变的孔径光阑as，而且在初缩掩模板r以及晶片w侧，实质上形成为远心结构。照明光学系统is由用于将曝光的光的照度分布进行均一化的散光透镜、照明系统的数值孔径、可变场光阑(reticule blind)、以及聚光透镜系统等构成。由照明光学装置is供给的曝光的光对于初缩掩模板r进行照明，在投影光学系统pl的光瞳位置处形成照明光学装置is中光源的像，即进行所谓的科勒照明。因此，被科勒照明的初缩掩模板r的图形的图像通过投影光学系统pl、以一定的投影倍率被缩小、在晶片w上被曝光(复制)。(p9)图2是表示涉及本发明的第1实施例的投影光学系统的透镜的断面图。该投影光学系统pl从作为第1物体的初缩掩模板r起，由负透镜l101以及正透镜l102、l103、l104构成的正透镜组(第1透镜组)g1，由负透镜l201、l202、l203、l204构成的负透镜组(第2透镜组)g2，由正透镜l301、l302、l303、l304、l305、l306构成的正透镜组(第3透镜组)g3，由负透镜l401、l402、l403构成的负透镜组(第4透镜组)g4，由负透镜l505、l509、、l511以及由正透镜l501、l502、l503、l504、l506、l507、l508、l510、512构成的正透镜组(第3透镜组)g5这5组构成。因此，初缩掩模板(物体面)r侧以及作为第2物体的晶片(像面)w侧这两侧成为远心结构。
另外投射光学系统pl内形成的结构是具有非球面asp1～asp4。即，第1透镜组g1的正透镜l104的晶片w侧的透镜面作为非球面asp1形成，第2透镜组g2的负透镜l203的晶片w侧的透镜面作为非球面asp2形成，第4透镜组g4的的负透镜l402的初缩掩模板r侧的透镜面作为非球面asp3形成，第5透镜组g5的正透镜l508的晶片w侧的透镜面作为非球面asp4形成。
该投影光学系统pl，具有包括折射率在1.57以上的玻璃材料的多种玻璃材料。最靠近成像侧的负透镜l511满足下列条件式，其中，将这个最靠近成像侧的负透镜l511的焦点距离设为f，将从初缩掩模板r到晶片w的距离设为l，将最靠近成像侧的负透镜l511的折射率设为n|f/l|＜0.25......(1)n≤1.55......(2)满足该条件式(1)、(2)的最靠近成像侧的负透镜l511具有合适的负放大率。因此，玻璃材料(光学玻璃)中，一般来说折射率越低、短波长的光线中的透射率越高。另外，在最靠近成像侧的透镜附近，曝光的光的能量密度慧变高。而且在玻璃材料(光学玻璃)中，一般来说折射率越低、阿贝数越大。因此，通过满足条件式(1)、(2)的最靠近成像侧的负透镜l511，既是位于曝光的光能量密度高的位置的透镜又能够保证高透射率，而且对于颜色而产生像面弯曲像差能够进行良好的补正。即对于由颜色引起的像面弯曲的变形或者与颜色有关的高次像差能够进行很好的补正。
而且，最靠近成像侧的负透镜l511在形成时满足vg＞50......(3)的条件式，更为理想的是满足vg＞60......(4)的条件式。这里，vg是最靠近成像侧的负透镜l511的阿贝数，阿贝数是以下列数学式来定义的vg＝(nd-1)/(nd-ng)ndd线(587.6nm)的折射率ngg线(435.8nm)的折射率由于最靠近成像侧的负透镜l511满足条件式(3)、进而满足条件式(4)，所以能够很好地进行对由颜色引起的像面弯曲像差的补正。
如上述所述，该投影光学系统pl由第1透镜组g1～第5透镜组g5这5组构成。在形成时各个透镜组(第1透镜组g1～第5透镜组g5)的折射率满足下列条件式0.04＜f1/l＜0.4 -(5)0.015＜-f2/l＜0.15-(6)0.02＜f3/l＜0.2 -(7)0.015＜-f4/l＜0.15-(8)0.03＜f5/l＜0.3 -(9)其中f1为上述第1透镜组的焦点距离，f2为上述第2透镜组的焦点距离，f3为上述第3透镜组的焦点距离，f4为上述第4透镜组的焦点距离，f5为上述第5透镜组的焦点距离，l表示初缩掩模板r(第1物体)到晶片w(第2物体)的距离上述条件式(5)规定了第1透镜组g1的最佳光聚度。由于该第1透镜组满足条件式(5)，能够对于投影光学系统pl的畸变很好地进行补正。即，f1/l的值一旦超过了条件式(5)的上限，在第1透镜组g1产生的正畸变，由于不能完全对于第2透镜组g2、第4透镜组g4以及第5透镜组g5产生的负畸变进行补正，因此并不理想。另一方面，f1/l的值一旦超过了条件式(5)的下限，会成为产生高次的正畸变的主要原因，也不理想。第1透镜组g1中包含的非球面(正透镜l104的晶片w侧的透镜面)asp1对于投影光学系统pl的畸变具有很好的补正作用。
另外，上述条件式(6)规定了第2透镜组g2的最佳光聚度。由于该第2透镜组满足条件式(6)，能够对于投影光学系统pl的高次像面弯曲很好地进行补正。即，-f2/l的值一旦超过了条件式(6)的上限，由于高次像面弯曲的补正变得不完全，使像面难以达到平坦化，因此并不理想。另一方面，-f2/l的值一旦超过了条件式(6)的下限，会导致发生很大的负畸变，而对于第1透镜组g1、第3透镜组g3来说，对于这个大的负畸变进行良好的补正就变得非常困难，并不理想。第2透镜组g2中包含的非球面(正透镜l203的晶片w侧的透镜面)asp2对于投影光学系统pl的高次像面弯曲具有很好的补正作用。
另外，上述条件式(7)规定了第3透镜组g3的最佳光聚度。由于该第3透镜组满足条件式(7)，所以在不会导致投影光学系统pl大型化的情况下，能够对于投影光学系统pl的高次球面像差、畸变很好地进行补正。即，f3/l的值一旦超过了条件式(7)的上限，由第2透镜组g2和第3透镜组g3形成的摄远系统的摄远比(telehotoratio)变大，不仅导致了投影光学系统的大型化，而且使第3透镜组g3上产生的正畸变的量减少，对第2透镜组g2，第4透镜组g4以及第5透镜组g5上发生的负畸变不能进行很好的补正，因此并不理想。另一方面，f3/l的值一旦超过了条件式(7)的下限，会产生高次球面像差，在初缩掩模板r(第2物体)上不能得到良好的成像性能，并不理想。
另外，上述条件式(8)规定了第4透镜组g4的最佳光聚度。由于该第4透镜组满足条件式(8)，所以不会使投影光学系统pl产生高次球面像差、慧形像差，对高次像面弯曲能够很好地进行补正。即，-f4/l的值一旦超过了条件式(8)的上限，由于高次像面弯曲的补正变得不完全，会导致像面平坦度的恶化，因此并不理想。另一方面，-f4/l的值一旦超过了条件式(8)的下限，成为产生高次球面像差、慧形像差的主要原因，并不理想。第4透镜组g4中包含的非球面(正透镜l402的初缩掩模板r侧的透镜面)asp3对于投影光学系统pl高次像面弯曲具有很好的补正作用。
另外，上述条件式(9)规定了第5透镜组g5的最佳光聚度。由于该第5透镜组满足条件式(9)，所以不会使投影光学系统pl产生高次球面像差、能够实现小型的投影光学系统pl。即，f5/l的值一旦超过了条件式(9)的上限，由于第5透镜组g5整体的光聚度变得过弱，结果导致了投影光学系统pl的大型化，因此并不理想。另一方面，f5/l的值一旦超过了条件式(9)的下限，会产生高次球面像差、导致初缩掩模板r上的像的对比度的恶化，并不理想。第5透镜组g5中包含的非球面(正透镜l508的晶片w侧的透镜面)asp4对于投影光学系统pl中高次球面像差的发生具有良好的抑制作用。
下面，将涉及第1实施例的投影光学系统的数据用表1、表2、表3表示。表1中d0为光轴上从初缩掩模板r(第1物体)到第1透镜组g1中最靠近初缩掩模板r一侧的透镜表面的的距离；wd为从第5透镜组g5中最靠近晶片w一侧的透镜表面到晶片w(第2物体)的、在光轴上距离(工作距离)；β为投影光学系统的投影倍率，n.a.为投影光学系统的晶片w侧的数值孔径，φexp为投影光学系统的晶片w面上圆形曝光区域(投影区域)的直径，l为光轴上物体的像之间(初缩掩模板r与晶片w之间)的、在光轴上距离。
表1
另外，表2中的各个标记分别表示的是no.是从初缩掩模板r(第1物体)到透镜表面的顺序，r为相应的透镜面的曲率半径，d为光轴上从相应透镜面到下一个透镜面的距离，n为i线(λ＝365.015nm)中玻璃材料的折射率，vg为阿贝数。表2
另外，表3中表示的是表示非球面形状的系数。这里将非球面系数用以下所示的数学式1来表示数学式1z=h2/r1 (1-(1 k)h2/r2) ah4 bh6 ch8 dh10 eh12]]>z是sag量，h是从光轴起的距离，r为表面顶点的曲率半径，k是圆锥系数(k＝0时为球面)。
表3
另外，表4中，表示与涉及第1实施例的上述条件式(1)～(9)相对应的值(条件对应值)表4
图3表示的是涉及第1实施例的投影光学系统的纵向像差以及畸变(弯曲像差)，图4表示的是其在子午方向(切线方向)以及球缺方向(弧矢方向)上的横向像差(慧形像差)。各个像差图中，n.a.是投影光学系统pl的晶片w的数值孔径，field height表示的是晶片w侧的像高，像散性图中，虚线表示的是子午像面(切线像面)，实线表示的是球缺像面(弧矢像面)。球面像差中，实线表示的是作为标准波长的i线(365.015nm)的像差，虚线表示的是大于标准波长 3nm(368.015nm)线的像差，点划线表示的是比标准波长小-3nm(362.015nm)的线的像差。对于横向像差(慧形像差)同样用实线表示作为标准波长的i线(365.015nm)的像差，用虚线表示比标准波长大 3nm(368.015nm)的线的像差，用点划线表示比标准波长小-3nm(362.015nm)的线的像差。
通过涉及第1实施例的投影光学系统，就可以理解虽然采用的是两侧远心的结构，在宽大的曝光区域中，不仅特别是对于畸变能够很好的补正，对于包括由颜色引起的像差也能够均衡地进行补正。
下面，对于涉及第2实施例的投影光学系统的结构进行说明。图5是表示涉及本发明的第2实施例的投影光学系统的透镜的断面图。该投影光学系统pl从作为第1物体的初缩掩模板r起，由负透镜l101以及正透镜l102、l103、l104构成的正透镜组(第1透镜组)g1，由负透镜l201、l202、l203、l204构成的负透镜组(第2透镜组)g2，由正透镜l301、l302、l303、l304、l305、l306构成的正透镜组(第3透镜组)g3，由负透镜l401、l402、l403构成的负透镜组(第4透镜组)g4，由负透镜l504、l508、l510以及由正透镜l501、l502、l503、l505、l506、l507、l509、l511构成的正透镜组(第3透镜组)g5这5组构成。
另外，投射光学系统pl内形成具有非球面asp1～asp4的结构。即，第1透镜组g1的正透镜l104的晶片w侧的透镜面作为非球面asp1形成，第2透镜组g2的负透镜l203的晶片w侧的透镜面作为非球面asp2形成，第4透镜组g4的的负透镜l402的初缩掩模板r侧的透镜面作为非球面asp3形成，第5透镜组g5的正透镜l508的晶片w侧的透镜面作为非球面asp4形成。
该投影光学系统pl，具有包括折射率在1.57以上的玻璃材料的多种玻璃材料。最靠近成像侧的负透镜l510满足上述条件式(1)、(2)。因此，通过满足条件式(1)、(2)的最靠近成像侧的负透镜l510，它既是位于曝光的光的能量密度高处的透镜，又能够保证高透射率，且能够很好地对色像差进行补正。
而且，最靠近成像侧的负透镜l510，满足上述条件式(3)，较为理想的是满足条件式(4)而形成。满足上述条件式(3)，较为理想的满足条件式(4)的最靠近成像侧的负透镜l510，对于由于颜色引起的像面弯曲像差能够很好地进行补正。
如上述所述，该投影光学系统pl由第1透镜组g1～第5透镜组g5这5组构成，构成它的各透镜组(第1透镜组g1～第5透镜组g5)的光聚度均满足上述条件式(5)～(9)。
上述条件式(5)规定了第1透镜组g1的最佳光聚度。由于该第1透镜组满足条件式(5)，能够对于投影光学系统pl的畸变很好地进行补正。第1透镜组g1中包含的非球面(正透镜l104的晶片w侧的透镜面)asp1对于投影光学系统pl的畸变具有很好的补正作用。另外，上述条件式(6)规定了第2透镜组g2的最佳光聚度。由于该第2透镜组g2满足条件式(6)，能够对于投影光学系统pl的高次像面弯曲很好地进行补正。第2透镜组g2中包含的非球面(负透镜l203的晶片w侧的透镜面)asp2对于投影光学系统pl的高次像面弯曲具有很好的补正作用。另外，上述条件式(7)规定了第3透镜组g3的最佳光聚度。由于该第3透镜组g3满足条件式(7)，所以在不会导致投影光学系统pl大型化的情况下，能够对于投影光学系统pl的高次球面像差、畸变很好地进行补正。
另外，上述条件式(8)规定了第4透镜组g4的最佳光聚度。由于该第4透镜组g4满足条件式(8)，所以不会使投影光学系统pl产生高次球面像差、慧形像差，对高次像面弯曲能够很好地进行补正。第4透镜组g4中包含的非球面(负透镜l402的初缩掩模板r侧的透镜面)asp3对于投影光学系统pl高次像面弯曲具有很好的补正作用。
而且，上述条件式(9)规定了第5透镜组g5的最佳光聚度。由于该第5透镜组g5满足条件式(9)，所以不会使投影光学系统pl产生高次球面像差、就能够实现小型的投影光学系统pl。第5透镜组g5中包含的非球面(正透镜l508的晶片w侧的透镜面)asp4对于投影光学系统pl中高次球面像差的发生具有良好的抑制作用。
下面，将涉及第2实施例的投影光学系统的数据用表5、表6、表7表示。表5中d0为光轴上从初缩掩模板r(第1物体)到第1透镜组g1中最靠近初缩掩模板r一侧的透镜表面的的距离；wd为光轴上从第5透镜组g5中最靠近晶片w一侧的透镜表面到晶片w(第2物体)的距离(工作距离)；β为投影光学系统的投影倍率，n.a.为投影光学系统的晶片w侧的数值孔径，φexp为投影光学系统的晶片w面上圆形曝光区域(投影区域)的直径，l为光轴上物体的像之间(初缩掩模板r与晶片w之间)的距离。
表5
另外，表6中的各个标记分别表示的是no是初缩掩模板r(第1物体)一侧起到透镜表面的顺序，r为相应的透镜面的曲率半径，d为光轴上从相应透镜面到下一个透镜面的距离，n为i线(λ＝365.015nm)中玻璃材料的折射率，vg为阿贝数。表6
另外，表7中表示的是表示非球面形状的系数。定义非球面形状的数学式与涉及上述实施例1的定义非球面形状的数学式相同。
表7
另外，表8中，表示与涉及第2实施例的上述条件式(1)～(9)相对应的值(条件对应值)。
表8
图6表示的是涉及第2实施例的投影光学系统的纵向像差以及畸变(弯曲像差)，图7表示的是其在子午方向(切线方向)以及球缺方向(弧矢方向)上的横向像差(慧形像差)。各个像差图中，n.a.是投影光学系统pl的晶片w的数值孔径，field height表示的是晶片w侧的像高，像散性图中，虚线表示的是子午像面(切线像面)，实线表示的是球缺像面(弧矢像面)。球面像差中，实线表示的是作为标准波长的i线(365.015nm)的像差，虚线表示的是大于标准波长 3nm(368.015nm)线的像差，点划线表示的是比标准波长小-3nm(362.015nm)的线的像差。对于横向像差(慧形像差)同样用实线表示作为标准波长的i线(365.015nm)的像差，用虚线表示比标准波长大 3nm(368.015nm)的线的像差，用点划线表示比标准波长小-3nm(362.015nm)的线的像差。
通过涉及第2实施例的投影光学系统，可以理解虽然采用的是两侧远心的结构，在宽大的整个曝光区域中，不仅对于畸变特别能够很好的补正，而且对于包括颜色引起的像差也能够保持均衡、很好地进行补正。
下面，对于第3实施例涉及的投影光学系统的结构进行说明。图8是表示涉及本发明的第3实施例的投影光学系统的透镜的断面图。该投影光学系统pl从作为第1物体的初缩掩模板r起，由负透镜l101以及正透镜l102、l103、l104构成的正透镜组(第1透镜组)g1，由负透镜l201、l202、l203、l204构成的负透镜组(第2透镜组)g2，由正透镜l301、l302、l303、l304、l305构成的正透镜组(第3透镜组)g3，由负透镜l401、l402、l403构成的负透镜组(第4透镜组)g4，由负透镜l504、l508、l510以及由正透镜l501、l502、l503、l505、l506、l507、l509、l511构成的正透镜组(第3透镜组)g5这5组构成。因此，在初缩掩模板(物体面)r侧以及作为第2物体的晶片(像面)w侧两侧形成远心结构。
另外投射光学系统pl内形成为具有非球面asp1～asp5的结构。即，第1透镜组g1的正透镜l104的晶片w侧的透镜面作为非球面asp1形成，第2透镜组g2的负透镜l203的晶片w侧的透镜面作为非球面asp2形成，第3透镜组g3的的负透镜l305的初缩掩模板r侧的透镜面作为非球面asp3形成，第4透镜组g4的的负透镜l402的初缩掩模板r侧的透镜面作为非球面asp4形成，第5透镜组g5的正透镜l507的晶片w侧的透镜面作为非球面asp5形成。
该投影光学系统pl，具有包括折射率在1.57以上的玻璃材料的多种玻璃材料。最靠近成像侧的负透镜l510满足上述条件式(1)、(2)，因此，通过满足条件式(1)、(2)的最靠近成像侧的负透镜l510，就能做到它既是位于曝光的光能量密度高的位置的透镜又能够保证高透射率，而且对于颜色而产生像面弯曲像差能够进行良好的补正而且，最靠近成像侧的负透镜l510，在满足上述条件式(3)，较为理想的是满足条件式(4)的条件下形成。满足上述条件式(3)，较为理想的满足条件式(4)的最靠近成像侧的负透镜l510，对于由于颜色引起的像面弯曲像差能够很好地进行补正。
如上述所述，该投影光学系统pl由第1透镜组g1～第5透镜组g5这5组构成，构成它的各透镜组(第1透镜组g1～第5透镜组g5)的光聚度均满足上述条件式(5)～(9)。
上述条件式(5)规定了第1透镜组g1的最佳光聚度。由于该第1透镜组满足条件式(5)，能够对于投影光学系统pl的畸变很好地进行补正。第1透镜组g1中包含的非球面(正透镜l104的晶片w侧的透镜面)asp1对于投影光学系统pl的畸变具有很好的补正作用。另外，上述条件式(6)规定了第2透镜组g2的最佳光聚度。由于该第2透镜组满足条件式(6)，能够对于投影光学系统pl的高次像面弯曲很好地进行补正。第2透镜组g2中包含的非球面(负透镜l203的晶片w侧的透镜面)asp2对于投影光学系统pl的高次像面弯曲具有很好的补正作用。
另外，上述条件式(7)规定了第3透镜组g3的最佳光聚度。由于该第3透镜组满足条件式(7)，所以在不会导致投影光学系统pl大型化的情况下，能够对于投影光学系统pl的高次球面像差、畸变很好地进行补正。第3透镜组g3中包含的非球面(正透镜l305的晶片w侧的透镜面)asp3对于投影光学系统pl的高次球面像差、畸变具有很好的补正作用。
另外，上述条件式(8)规定了第4透镜组g4的最佳光聚度。由于该第4透镜组满足条件式(8)，所以不会使投影光学系统pl产生高次球面像差、慧形像差，对高次像面弯曲能够很好地进行补正。第4透镜组g4中包含的非球面(负透镜l402的初缩掩模板r的透镜面)asp4对于投影光学系统pl高次像面弯曲具有很好的补正作用。
而且，上述条件式(9)规定了第5透镜组g5的最佳光聚度。由于该第5透镜组满足条件式(9)，所以不会使投影光学系统pl产生高次球面像差、能够实现小型的投影光学系统pl。第5透镜组g5中包含的非球面(正透镜l507的晶片w侧的透镜面)asp5对于投影光学系统pl中高次球面像差的发生具有良好的抑制作用。
将涉及第3实施例的投影光学系统的数据用表9、表10、表11表示。表9中d0为光轴上从初缩掩模板r(第1物体)到第1透镜组g1中最靠近初缩掩模板r一侧的透镜表面的的距离；wd为光轴上从第5透镜组g5中最靠近晶片w一侧的透镜表面到晶片w(第2物体)的距离(工作距离)；β为投影光学系统的投影倍率，n.a.为投影光学系统的晶片w侧的数值孔径，φexp为投影光学系统的晶片w面上圆形曝光区域(投影区域)的直径，l为光轴上物体的像之间(初缩掩模板r与晶片w之间)的距离。
表9
另外，表10中的各个标记分别表示的是no.是从初缩掩模板r(第1物体)到透镜表面的顺序，r为相应的透镜面的曲率半径，d为光轴上从相应的透镜面到下一个透镜面的距离，n为i线(λ＝365.015nm)中玻璃材料的折射率，vg为阿贝数。
表10
另外，表11中表示的是表示非球面形状的系数。定义非球面形状的数学式与涉及上述实施例1的定义非球面形状的数学式相同。
表11
另外，表12中，表示与涉及第3实施例的上述条件式(1)～(9)相对应的值(条件对应值)。
表12
图9表示的是第3实施例涉及的投影光学系统的纵向像差以及畸变(弯曲像差)，图10表示的是其在子午方向(切线方向)以及球缺方向(弧矢方向)上的横向像差(慧形像差)。各个像差图中，n.a.是投影光学系统pl的晶片w的数值孔径，field height表示的是晶片w侧的像高，像散性图中，虚线表示的是子午像面(切线像面)，实线表示的是球缺像面(弧矢像面)。球面像差中，实线表示的是作为标准波长的i线(365.015nm)的像差，虚线表示的是大于标准波长 3nm(368.015nm)的线的像差，点划线表示的是比标准波长小-3nm(362.015nm)的线的像差。对于横向像差(慧形像差)同样用实线表示作为标准波长的i线(365.015nm)的像差，用虚线表示比标准波长大 3nm(368.015nm)的线的像差，用点划线表示比标准波长小-3nm(362.015nm)的线的像差。
通过涉及第3实施例的投影光学系统，可以理解虽然采用的是两侧远心的结构，在宽大的曝光区域中，不仅特别对于畸变能够很好的补正，对于包括颜色引起的像差也能够保持均衡、很好地进行补正。
上述实施形式中虽然表示的例子是使用i线(λ＝365nm)的光作为曝光时使用的光，本发明并不局限于此，使用激元激光器的光等极远紫外光或者水银灯的g线(波长为435.8nm)等，而且使用上述区域以外的紫外区域的光当然也是可以的。
下面，参照图11所示的流程图，对使用具有涉及上述实施例的投影光学系统的投影曝光装置在晶片上形成指定的电路图形时的动作进行说明。
首先，在图11的步骤s1中，在一组晶片w上蒸镀金属膜。在下一步步骤s2中，在该组晶片w上的金属膜上涂敷光致抗蚀膜。然后，在s3步骤中，使用具有上述实施例中的投影光学系统pl(图2、5或图8)的图1中的投影曝光装置，通过该投影光学系统pl将初缩掩模板r上的图形的像按顺序曝光、复制在该组晶片w上的各个反射区域中。在其后的步骤s4中，对该组晶片w上的光致抗蚀膜进行显像，而在步骤s5中通过将该组晶片w上的抗蚀剂图形作为掩模进行腐蚀蚀刻，在该组晶片w上的各个发射区域中形成与初缩掩模板r上的图形相对应的电路图形。然后，通过在上述各层上再形成一层电路图形制造初半导体元件等的设备。
这时，该投影光学系统虽然是两侧远心的结构，由于能够抑制因使用的玻璃材料的吸收引起的成像性能的恶化，数值孔径n.a.较大，即使初缩掩模板r、作为曝光对像的各个晶片w有弯曲现像发生，也能在各个晶片w上以高分辩力安定地形成微型电路图形。另外，由于投影光学系统pl的曝光区域很大，能够大批量地制造大型设备。
本发明并不限于上述实施形式，只要不脱离本发明的中心思想，采用各种各样的结构当然都是可以的。
如果采用本发明的投影光学系统，它虽然采用两侧远心的结构，但能够抑制由于使用的玻璃材料的吸收引起的成像性能的恶化，保证大数值孔径和宽大的曝光区域，而且，对于各像差，特别是对畸变能够极好地进行补正。另外，还能够得到小型且具有高性能的投影光学系统。
另外，如果使用本发明的曝光装置，由于它具备具有两侧远心的结构，由于具有能够抑制由于使用的玻璃材料的吸收引起的成像性能的恶化，能得到较大数值孔径和宽大的曝光区域的投影光学系统，即使掩模、基片有弯曲现像发生，也能在基片上以高分辩力复制微型电路图形。另外，由于投影光学系统pl的曝光区域很大，所以能够在基片上的宽大的曝光区域上形成极微小的电路图形。而且，如果采用本发明的设备制造方法，即使在掩模、基片有弯曲发生时，也能够高质量地制造大批量高性能设备。
权利要求
1.将第1物体的图形投影在第2物体上的投影光学系统，其特征是该投影光学系统至少具有一个面的非球面，具有多种玻璃材料，该多种玻璃材料包括折射率在1.57以上的玻璃材料，而构成上述投影光学系统的透镜中最靠近成像侧的负透镜，满足下列条件式|f/l|＜0.25n≤1.55其中，f为上述最靠近成像侧的负透镜的焦点距离，l为上述第1物体到第2物体的距离，n为上述最靠近成像侧的负透镜的折射率。
2.如权利要求1记载投影光学系统，其特征是上述最靠近成像侧负透镜还满足下列条件式，vg＞50其中vg为上述最靠近成像侧负透镜的阿贝数。
3.如权利要求1记载的投影光学系统，其特征是上述最靠近成像侧负透镜进而满足下列条件式vg＞60其中vg为上述最靠近成像侧负透镜的阿贝数。
4.将第1物体的图形投影在第2物体上的投影光学系统，其特征是上述投影光学系统具有多种玻璃材料，该多种玻璃材料包括折射率在1.57以上的玻璃材料，而构成上述投影光学系统的透镜中最靠近成像侧的负透镜，满足下列条件式|f/l|＜0.25vg＞60其中，f为上述最靠近成像侧的负透镜的焦点距离，l为上述第1物体到第2物体的距离，vg为上述最靠近成像侧负透镜的阿贝数。
5.如权利要求4记载的投影光学系统，其特征是上述投影光学系统至少有一个面的非球面。
6.如权利要求1～5任意一项记载的投影光学系统，其特征是具有从上述第1物体侧开始，按下列顺序包括1枚以上负透镜的光聚度为正的第透镜组，包括2枚以上负透镜的光聚度为负的第2透镜组，包括3枚以上正透镜的光聚度为正的第3透镜组，包括2枚以上负透镜的光聚度为负的第4透镜组，包括2枚以上负透镜、且包括3枚以上正透镜的光聚度为正的第5透镜组排列的透镜组。
7.权利要求6记载的投影光学系统，其特征是满足下列条件式，0.04＜f1/l＜0.40.015＜-f2/l＜0.150.02＜f3/l＜0.20.015＜-f4/l＜0.150.03＜f5/l＜0.3其中，f1为上述第1透镜组的焦点距离，f2为上述第2透镜组的焦点距离，f3为上述第3透镜组的焦点距离，f4为上述第4透镜组的焦点距离，f5为上述第5透镜组的焦点距离，l为上述第1物体到第2物体的距离。
8.一种曝光装置，其特征是具有权利要求1～7中任意一项记载的投影光学系统，具有决定作为上述第1物体的掩模以及作为上述第2物体的基片的位置的载装台以及对上述掩模进行照明的照明光学系统，借助从上述照明光学系统发出的曝光的光、通过上述投影光学系统将上述掩模的图形投影在上述基片上。
9.一种设备的制造方法，其特征是具有以下4道工序在基片上涂敷感光材料的第1工序，通过权利要求8记载的曝光装置中的上述投影光学系统、在上述基片上投影上述掩模的图形的图像的第2工序，对上述基片上的上述感光材料进行显像的第3工序，将该显像后的感光材料作为掩模、在上述基片上形成指定的电路图形的第4工序。
全文摘要
提供一种投影光学系统，它虽然采用两侧远心的结构，但能够抑制由于所使用的玻璃材料的吸收引起的成像性能的恶化，且保证大数值孔径和宽大的曝光区域，而且，对于各像差能够很好地进行补正。在将第1物体的图形投影在第2物体上的投影光学系统中，上述投影光学系统的特征是具有包括折射率在1.57以上的玻璃材料的多种玻璃材料，而构成上述投影光学系统中最靠近成像侧的负透镜，如果将该最靠近成像侧的负透镜的焦点距离设为f，将上述第1物体到第2物体的距离设为l，将上述最靠近成像侧的负透镜的折射率设为n，满足条件式|f/l|＜0.25、n≤1.55。上述投影光学系统内至少具有一个面的非球面(asp1～asp4)。
文档编号g03f7/20gk1417610sq02146669
公开日2003年5月14日 申请日期2002年11月1日 优先权日2001年11月5日
发明者重松幸二, 工藤慎太郎 申请人:尼康株式会社