(57)【要約】【課題】従来技術の１つまたは複数の問題および欠点を未然に防ぐ、拡大率および収差補正機能を有する、大型フラットパネルディスプレイ製造用大視野投影光学系を提供すること。【解決手段】フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用露光システムにおいて、このシステムが、レチクルを支持するレチクルステージと、基板を支持する基板ステージと、レチクルを基板にイメージングするための反射光学系とを有し、ここでこの反射光学系は、第１ミラーおよび第２ミラーを含む１次ミラーと、２次ミラーとを含んでおり、上記の第１ミラー、２次ミラーおよび第２ミラーによる反射ビームによって基板にレチクルの画像を投影する場合、上記の反射光学系が位置合わせおよび収差の補正の両方に対して十分な自由度を有するようにする。【選択図】図３
2008233932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用露光システムにおいて、
該システムは、
レチクルを支持するレチクルステージと、
基板を支持する基板ステージと、
前記のレチクルを基板にイメージングする反射光学系とを有し、
該反射光学系は、第１ミラーおよび第２ミラーを含む１次ミラーと、２次ミラーとを含んでおり、
前記の第１ミラー、２次ミラーおよび第２ミラーによる反射ビームによって基板にレチクルの画像を投影する場合、前記反射光学系は位置合わせおよび収差の補正の両方に対して十分な自由度を有することを特徴とする、
フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用露光システム。
【請求項２】
前記の反射形光学系は×１の倍率を有する、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項３】
前記反射形光学系は、×１〜×１０の倍率を有する、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項４】
第１ミラーは非球面である、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項５】
前記の第１および第２ミラーは凹形であり、かつ２次ミラーは凸形である、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項６】
前記第２ミラーは非球面である、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項７】
前記の第１，第２および２次ミラーは非球面である、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項８】
前記２次ミラーは非球面である、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項９】
前記反射形光学系は、少なくとも１４の自由度を有する、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項１０】
前記２次ミラーの曲率半径は、前記第１および第２ミラーの曲率半径の約半分である、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項１１】
前記２次ミラーおよび前記第１および第２ミラーの曲率中心は公称では一致する、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項１２】
前記露光システムは、４２インチのＦＰＤ製造に適合化されている、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項１３】
前記露光システムは、５４インチのＦＰＤ製造に適合化されている、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項１４】
前記露光システムは、６０インチのＦＰＤ製造に適合化されている、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項１５】
前記露光システムは、約４０〜６０インチ間のＦＰＤ製造に適合されている、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項１６】
前記の第１および第２ミラーの曲率中心は、倍率微調整のためにずらすことができる、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項１７】
前記の第１および第２ミラーの曲率中心は、倍率調整によって発生する収差を最小化するためにずらすことができる、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項１８】
前記の第１および第２ミラーの曲率中心は、光学的製造、コーティングおよび取り付けによって発生する残留のエラーのうちの任意のエラーを補正するためにずらすことができる、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項１９】
前記の第１および第２ミラーは、前記の実質的に同じ曲率を有する、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項２０】
前記レチクルと第１ミラーとの間に光学的に位置合わせされた平行なガラスプレートを含む、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項２１】
前記の平行なガラスプレートは、光学ガラス、溶融石英および光学結晶材料のうちの任意のものを含む、
請求項２０に記載の露光システム。
【請求項２２】
前記のガラスプレートは、球面のプロフィール、非球面のプロフィール、平坦な面および球面、２つの球面、球面および非球面、２つの非球面のうちの任意のものを有する、
請求項１８に記載の露光システム。
【請求項２３】
前記の球面および非球面のうちの任意のものは、凹形の曲率を有する、
請求項２２に記載の露光システム。
【請求項２４】
球面および非球面のうちの任意のものは、凸形の曲率を有する、
請求項２２に記載の露光システム。
【請求項２５】
前記基板と第２ミラーとの間に光学的に位置合わせされた平行なガラスプレートを含む、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項２６】
前記のガラスプレートは、球面のプロフィール、非球面のプロフィール、平坦な面および球面、２つの球面、球面および非球面、２つの非球面のうちの任意のものを有する、
請求項２５に記載の露光システム。
【請求項２７】
前記の平行なガラスプレートによって、残留の収差が補償される、
請求項２５に記載の露光システム。
【請求項２８】
前記のレチクルと第１ミラーとの間に光学的に位置合わせされた第１の平行なガラスプレートと、前記の基板と第２ミラーとの間に光学的に位置合わせされた第２の平行なガラスプレートとが含まれている、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項２９】
前記の第１および第２ガラスプレートは、球面のプロフィール、非球面のプロフィール、平坦な面および球面、２つの球面、球面および非球面、２つの非球面のうちの任意のものを有する、
請求項２８に記載の露光システム。
【請求項３０】
前記ガラスプレートの近くかつ該ガラスプレートと前記第１凹形ミラーとの間にメニスカスレンズを含む、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項３１】
前記メニスカスレンズは、その面の一方または両方に非球面のプロフィールを有する、
請求項３０に記載の露光システム。
【請求項３２】
前記レチクルに対して所定の角度でかつ該レチクルの近くに位置決めされ、非球面のプロフィールを有する公称上の平坦なミラーが含まれている、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項３３】
前記基板に対して所定の角度でかつ該基板の近くに位置決めされ、非球面のプロフィールを有する公称上の平坦なミラーが含まれている、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項３４】
前記の非球面のプロフィールは、垂直軸および水平軸が異なる、
請求項３３に記載の露光システム。
【請求項３５】
前記レチクルに対して所定の角度でかつ該レチクルの近くに位置決めされ、第１の非球面のプロフィールを有する第１の公称上の平坦なミラーと、前記基板に対して所定の角度でかつ該基板の近くに位置決めされ、第２の非球面のプロフィールを有する第２の公称上の平坦なミラーとが含まれている、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項３６】
前記レチクルに対して所定の角度でかつ該レチクルの近くに位置決めされ、非球面のプロフィールを有する、拡大力を備えたミラーが含まれている、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項３７】
前記基板に対して所定の角度でかつ該基板の近くに位置決めされた、非球面のプロフィールを有する、拡大力を備えたミラーが含まれている、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項３８】
前記レチクルに対して所定の角度でかつ該レチクルの近くに位置決めされ、第１の非球面のプロフィールを有する、拡大力を備えた第１のミラーと、前記基板に対して所定の角度でかつ該基板の近くに位置決めされ、第２の非球面のプロフィールを有する、拡大力を備えた第２ミラーとが含まれている、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項３９】
前記システムは、ユニット拡大環状光学系である、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項４０】
前記の第１および第２ミラーは、前記２次ミラーと実質的に一致する曲率中心を有する、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項４１】
前記の第１および第２ミラーは、前記２次ミラーの中心に関して実質的に対称に位置決めされている、
請求項１に記載の露光システム。
【請求項４２】
フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用露光システムにおいて、
該システムは、
ＦＰＤ基板を支持する基板ステージと、
レチクルを該ＦＰＤ基板にイメージングする反射光学系とを有し、
該反射光学系は、拡大力を有する反射素子としての第１ミラー、第２ミラーおよび第３ミラーを含み、
該反射光学系は、該第１ミラー、第２ミラーおよび第３ミラーによる反射ビームによってＦＰＤ基板にレチクルの画像を投影する場合、少なくとも１４の自由度を有することを特徴とする、
フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用露光システム。
【請求項４３】
前記反射光学系は×１の倍率を有する、
請求項４２に記載の露光システム。
【請求項４４】
前記第１ミラーは非球面である、
請求項４２に記載の露光システム。
【請求項４５】
前記第３ミラーは非球面である、
請求項４２に記載の露光システム。
【請求項４６】
前記の第１，第２および第３ミラーは非球面である、
請求項４２に記載の露光システム。
【請求項４７】
前記第２ミラーは非球面である、
請求項４２に記載の露光システム。
【請求項４８】
前記第２ミラーの曲率半径は、前記第１および第３ミラーの曲率半径の約半分である、
請求項４２に記載の露光システム。
【請求項４９】
前記反射形光学系は、位置合わせおよび３次の収差の補正の両方に対して十分な自由度を有する、
請求項４２に記載の露光システム。
【請求項５０】
前記反射形光学系は、位置合わせおよび収差の補正の両方に対して十分な自由度を有する、
請求項４２に記載の露光システム。
【請求項５１】
前記第１および第３ミラーの曲率中心は、倍率微調整を行うためおよび倍率調整によって発生する収差を最小化するためにずらすことができる、
請求項４２に記載の露光システム。
【請求項５２】
前記の第１および第３ミラーは実質的に同じ曲率を有する、
請求項４２に記載の露光システム。
【請求項５３】
前記のレチクルおよび基板の少なくとも１つの近くに平行なガラスプレートが含まれている、
請求項４２に記載の露光システム。
【請求項５４】
前記ガラスプレートは非球面のプロフィールを有する、
請求項４２に記載の露光システム。
【請求項５５】
前記のレチクルと第１ミラーとの間に光学的に位置合わせされた第１の平行なガラスプレートと、前記の基板と第３ミラーとの間に光学的に位置合わせされた第２の平行なガラスプレートとが含まれている、
請求項４２に記載の露光システム。
【請求項５６】
前記ガラスプレートの近くかつ該ガラスプレートと前記第１ミラーとの間にメニスカスレンズが含まれている、
請求項４２に記載の露光システム。
【請求項５７】
前記メニスカスレンズは非球面のプロフィールを有する、
請求項５６に記載の露光システム。
【請求項５８】
非球面なプロフィールを有する公称上の平坦なミラーが含まれており、
当該の平坦なミラーは、当該系の光軸を折り曲げるように位置決めされ、かつ前記のレチクルおよび基板のうちの少なくとも１つの近くに位置決めされる、
請求項４２に記載の露光システム。
【請求項５９】
非球面なプロフィールを有する、拡大力を備えたミラーが含まれており、
当該の拡大力を備えたミラーは、前記のレチクルおよび基板のうちの少なくとも１つの近くかつ当該系の光軸を折り曲げられるように位置決めされる、
請求項４２に記載の露光システム。
【請求項６０】
フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用ユニット拡大環状光学系において、
該システムは、
ＦＰＤ回路パターンを有するマスクと、
該マスクの画像を基板に投影する投影光学系とを有しており、
該投影光学系は、第１凹形ミラーと、第２凹形ミラーと、凸形ミラーとを含んでおり、
第１および第２凹形ミラーの曲率中心は、前記凸形ミラーの曲率中心と実質的に一致し、
第１および第２凹形ミラーは、前記凸形ミラーの中心に関して実質的に対称に位置決めされており、
前記凸形ミラーの曲率半径は、前記凹形ミラーの曲率半径の約半分であり、
前記第１凹形ミラー、凸形ミラーおよび第２凹形ミラーからの反射ビームによって前記マスクの画像が前記基板に投影されることを特徴とする、
フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用ユニット拡大環状光学系。
【請求項６１】
前記第１凹形ミラーは非球面である、
請求項６０に記載のシステム。
【請求項６２】
前記第２凹形ミラーは非球面である、
請求項６０に記載のシステム。
【請求項６３】
前記凸形ミラーは非球面である、
請求項６０に記載のシステム。
【請求項６４】
前記反射形光学系は少なくとも１４の自由度を有する、
請求項６０に記載のシステム。
【請求項６５】
前記の２次ミラーの曲率半径は、前記の第１および第２ミラーの曲率半径の約半分である、
請求項６０に記載のシステム。
【請求項６６】
前記のマスクと第１ミラーとの間に光学的に位置合わせされる平行なガラスプレートが含まれている、
請求項６０に記載のシステム。
【請求項６７】
前記ガラスプレートは非球面のプロフィールを有する、
請求項６６に記載のシステム。
【請求項６８】
前記の基板と第２ミラーとの間に光学的に位置合わせされるガラスプレートが含まれている、
請求項６０に記載のシステム。
【請求項６９】
前記ガラスプレートは非球面のプロフィールを有する、
請求項６８に記載のシステム。
【請求項７０】
前記のガラスプレートの近くかつ当該ガラスプレートと前記の第１凹形ミラーとの間にメニスカスレンズが含まれている、
請求項６０に記載のシステム。
【請求項７１】
前記メニスカスレンズは非球面のプロフィールを有する、
請求項７０に記載のシステム。
【請求項７２】
非球面なプロフィールを有する公称上の平坦なミラーが含まれており、
当該の平坦なミラーは、前記マスクの近くかつ当該系の光軸を折り曲げられるように位置決めされる、
請求項６０に記載の露光システム。
【請求項７３】
非球面なプロフィールを有する公称上の平坦なミラーが含まれており、
当該の平坦なミラーは、前記の基板の近くかつ当該系の光軸を折り曲げられるように位置決めされる、
請求項６０に記載の露光システム。
【請求項７４】
非球面なプロフィールを有する、拡大力を備えたミラーが含まれており、
当該の拡大力を備えたミラーは、前記マスクの近くかつ当該系の光軸を折り曲げられるように位置決めされる、
請求項６０に記載の露光システム。
【請求項７５】
非球面なプロフィールを有する、拡大力を備えたミラーが含まれており、
当該の拡大力を備えたミラーは、前記基板の近くかつ当該系の光軸を折り曲げられるように位置決めされる、
請求項６０に記載の露光システム。
【請求項７６】
フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用ユニット拡大環状光学系において、
該システムは、
前記ＦＰＤ用の回路パターンを有するマスクと、
該マスクの画像を基板に投影する投影光学系とを有しており、
該投影光学系は、第１凸形ミラーと、第２凸形ミラーと、凹形ミラーとを含んでおり、
第１および第２凸形ミラーの曲率中心は、前記凹形ミラーの曲率中心と実質的に一致し、
第１および第２凸形ミラーは、前記凹形ミラーの中心軸に関して実質的に対称に位置決めされており、
前記凹形ミラーの曲率半径は、前記凸形ミラーの曲率半径の約半分であり、
前記第１凹形ミラー、凸形ミラーおよび第２凹形ミラーからの反射ビームによって前記マスクの画像が前記基板に投影されることを特徴とする、
フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用ユニット拡大環状光学系。
【請求項７７】
フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用露光システムにおいて、
電磁放射源と、
レチクルステージと、
該レチクルステージに取り付けられるレチクルと、
基板ステージと、
前記基板ステージに取り付けられた基板に前記レチクルをイメージングする反射光学系とを有しており、
該反射光学系は、第１ミラー、第２ミラーと、２次ミラーとを含む拡大力を有する３つの反射面だけを含んでおり、
前記反射光学系は、前記の第１ミラー、第２ミラーおよび２次ミラーからの反射ビームによって前記レチクルの画像を基板に投影する場合、第３オーダの収差の補正および位置合わせの両方に対して十分な自由度を有することを特徴とする、
フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用露光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造中に回路パターンを印刷するために使用される投影形光学系に関し、さらに詳細には収差および拡大率補正を提供しかつ高いＦＰＤ生産速度を促進する、比較的コンパクトな光学設計フォーム（optical design form）に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイまたはフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造には、コンピュータチップを生産する集積回路（ＩＣ）産業界で使用されるのと類似した製造プロセスが必要である。ここでは露光システムを使用して、回路パターンを含むレチクルの画像を投影し、フォトレジストコーティング基板を露光する。実際の回路は、標準のマイクロリソグラフィプロセスを使用して、この露光した基板を処理した後に作製される。個々のＦＰＤ設計に依存して、この露光プロセスは、相異なる回路デザインを有するレチクルを使用して単一の基板上で何回も繰り返されることがある。すべての露光およびマイクロリソグラフィプロセスステップが完了して所望の回路パターンが作製されると、この基板は別のコンポーネントと組み合わされてフラットパネルディスプレイスクリーンが作製されるのである。
【０００３】
ＦＰＤは１９８０年代後期から生産されているが、現在サイズ要件は、４２インチまでのＦＰＤに対してあり、５４および６０インチは開発中である。このような状況は、投影光学系に使用される光学系に過酷な要求をつきつけている。殊に既存の多くの光学設計フォームは、４２インチ（およびより大きな）ＦＰＤ製造サイズにまで拡大されると、殊に光学的な製造およびパッケージングの観点からは不合理なまでに大きくなってしまう。
【０００４】
慣用では相異なる２つのイメージング処理が使用されて、フラットパネルディスプレイスクリーンに回路がリソグラフィ印刷される。米国特許第５，６２５，４３６号、米国特許第５，５３０，５１６号、米国特許第４，７６９，６８０号および米国特許第５，７１０，６１９号に記載されたリソグラフツールは、ＦＰＤ回路設計の小さなエリアの画像を綴じ合わせるないしは互いにスティッチ（stitch）することによって全体の回路を作製している。許容される品質およびコストを有する１８インチまでのＦＰＤスクリーンがこのスティッチングイメージング法を使用して生産されてきたが、スティッチングにつきもののエラーは、比較的大きなディスプレイの製造中の極めて低い生産歩留まりと、ぎりぎりで許容される品質とに結果的に結び付いてしまっている。歩留まりが低いため、大型ＦＰＤテレビジョンの製造コストは、ＦＰＤ製造業者のマーケッティングの観点から見ると、許容できないほどに高いレベルになっている。残留するスティッチングエラーの結果、ＦＰＤテレビジョンの品質レベルは、消費者がＦＰＤテレビジョンの高価格に見合うと思えるほど、慣用のテレビションよりも格段に上回ってはいないのである。
【０００５】
スティッチングにおいて発生する重大な問題は、全体のＦＰＤ回路パターンを作成する隣接の小さな画像が互いにそろっていないことである。光学的なイメージング構成においてパターン位置合わせエラーの原因は沢山ある。しかしながら、これらのエラーのほとんどは、複数のレンズシステムおよびマスクを使用しなければならないイメージング処理に関連する。位置合わせ誤りのエラーは結果的に、ＦＰＤ回路における電気接続の問題および／または視覚的に不快な不連続性を有するスクリーン上の画像に結び付いてしまう。スティッチングに関連する問題を完全に解消してしまう良好な解決手段は見つかっていない。この結果、ＦＰＤ製造業者は、スティッチングを使用するどの光学設計構成よりも、全体のフィールドをイメージングまたはスキャンニングするシステムの方を好むのである。
【０００６】
×１または別の倍率で行われ、４２インチの全体のフィールドを作成するスキャナに適合する光学設計には、極めて大きなレンズおよび／またはミラーが必要である。４２インチのＦＰＤを印刷するためには、リソグラフィツールは、約５２５ｍｍの最小スリット高を有しなければならない。（米国ではスクリーンサイズは通常、英国のシステムを使用して指定されるのに対して、光学設計およびツールのサイズ設定は通常メートル法で行われることに注意されたい）。光学設計フォームをテレセントリックとするという要件は結果的に、光学設計における少なくとも１つの素子の直径が５２５ｍｍ以上になることに結び付き、ＦＰＤ製造業者が好む光学設計フォームに対して通例、少なくとも１，２００ｍｍになることに結び付いてしまう。
【０００７】
×１の屈折および反射屈折形の設計フォームに対して、最小で１ダースまた数ダースのレンズおよびミラーが必要である。極めて困難でありかつコストが極めてかかるのは、屈折形素子による光学設計を使用して、４２インチＦＰＤおよびさらに大型のＦＰＤ回路を印刷するのに必要な光学性能を達成することである。それはこれらの屈折形素子における色収差と、レンズ材料における屈折率の均一性の問題とに起因するものである。光学設計が色収差を最小化するように最適化されているとしても、光源の使用可能なスペクトル帯域幅には実践的に限度がある。使用可能なスペクトル帯域幅が狭くなると結果的に、フォトレジストを露光するために利用できる光がほとんどなくなってしまう。この結果、屈折および反射屈折形の製造ツールは、色収差の欠点のない光学設計フォームよりも、１時間当たりに少ないＦＰＤしか生産できないことになってしまう。低い生産速度は、結果的にＦＰＤテレビジョンの高コストに結び付いてしまうのである。
【０００８】
コスト的な欠点に加えて屈折形の設計フォームおよびほとんどの反射屈折形の設計フォームの画質および歪みは、レンズ材料の均一性によって損なわれており、これは画像の品質を落とし、歪みを発生させてしまう。レンズ材料の不均一性によるエラーは、ガラスの生産中、またはレンズの光学的な作製プロセスにおいて部分的に補償することができるが、これらの２つの手段により、大きなコストが加算されてしまう。光学設計においてレンズの物理的サイズを最小化するように最適化されたシステムは、多くの素子を有し、これに対してわずかな素子だけを有するように最適化された設計は、極めて大きな素子tを有することになってしまう。しかしながら、これらのシナリオのいずれにおいても、これらの２つの設計に必要とされるガラスの合計の厚さは結果的に、不均一性に関連する許容できない問題に結び付いてしまうのである。この結果、屈折形の材料を大規模に使用する、約４２インチおよびさらに大型のＦＰＤを生産するためのツール用の光学設計は、製造業者にとって極めて高価になるか、または品質レベルを満たすガラスが容易に入手できないために作製できないことになってしまうのである。
【０００９】
×１の倍率で行われる屈折形光学設計フォームは、ＦＰＤの生産を含め、マイクロリソグラフィ業界で使用されて成功を収めている。米国特許第３，７４８，０１５号に最初に記載され、図１Ａに示したASML Micralign設計フォームは、３２インチＦＰＤを製造するのに使用されている。図１Ａのこの設計は、２つの球面ミラー、すなわち１次の凹形ミラー１０１と、２次の凸形ミラー１０２とを有している。図１Ａに示したように１次ミラーは、２回の反射が行われる反射器として使用されていることに注意されたい。所望のＦＰＤ回路パターンが描かれたレチクル１０３は、この光学系の光軸に関して軸を外れて位置決めされている。レチクル１０３の画像は、光軸に関してこのレチクルとは反対側に対称に配置された基板１０４に投影される。この設計フォームでは、２つの球面ミラーは、良好な画質を有しかつ環状フィールド（annular field）にわたって歪みが少ないように構
成されている（環状フィールド光学設計コンセプトは米国特許第３，８２１，７６３号に記載されている）。この設計における収差は、共軸の光学表面を使用し、面の曲率半径を特定の関係で選択し、またレチクルと、ＦＰＤ基板とをこの光学系に関して対称に配置することによって補正される。殊に上記の凸形ミラーの曲率半径は、凹形ミラーの曲率半径の半分である（２つの凹形ミラーおよび１つの凸形ミラーの代わりに２つの凸形ミラーおよび１つの凹形ミラーを使用することも可能であることに注意されたい。しかしながらこのような設計は、よりかなり複雑である。）。
【００１０】
この光学設計の原理を使用することにより、結果的に、この光学系は、球面収差、コマ収差およびディストーションに対して自然に補正されることになる。この設計フォームにはかなりの量の非点収差が存在することがあり、ここでこの量はレチクルサイズと、この系が動作している開口数とに依存する。非点収差を補正する能力は極めて重要である。それはこの光学設計フォームにとって非点収差は、使用可能なスリット幅を制限し、このスリット幅それ自体がＦＰＤ基板に対する生産速度を決定するものだからである。非点収差は、ある程度まで補正することができ、ここでこれは共軸状態から面をずらすことによって、または凸形ミラーの曲率半径をわずかに変更することによって行われる。
【００１１】
この設計フォームは、３２インチＦＰＤを印刷するための光学性能要求を満たすことができるが、４２インチディスプレイにふつう必要な分解能およびオーバレイの要求と照らし合わせた場合、画質および歪みは最善でもぎりぎりである。４２インチディスプレイをイメージングする場合に非点収差は著しく増大するため、使用可能なスリット幅は、製品生産速度の点からみて許容できないほど小さい。このことはつぎの節で述べる。また３２インチの設計をスケーリングして４２インチＦＰＤを印刷することにより、結果的にこの光学系における複数のミラーのうちの１つの直径が最小で１．２メールになってしまう。このサイズのミラーは、光学的製造における難題であり、その物理的サイズの面およびその約７００ｋｇの重量の両方からパッケージングが極めて困難な問題である。またこのサイズおよび重量を有する光学系は、取り付け、位置合わせおよび重量によって生じる歪みによって問題が一般的に発生する。比較のために示すと、３２インチＦＰＤを製造するのに使用されるツールにおける最大のミラーは、直径が８００ｍｍであり、重量は２００ｋｇのオーダである。
【００１２】
図１Ａの２ミラーアプローチでは、図１Ｂに示したように、レチクルにおける弓形領域がＦＰＤ基板に形成される。図１Ｂにおいて、Ａは、使用可能なスリット幅である。このスリット幅Ａ内の任意の点において光学性能は許容範囲である。Ｂはスリットの中心である。光学性能は、中心線Ｂの両側で劣化する。性能が低下する程度は、一般的にスリット中心線Ｂからの距離が増すのにつれて指数関数的に増大する。Ｃはスリットの高さである。ＦＰＤは４２〜６０インチの対角線サイズを有する。アスペクト比はふつう業界標準の１６：９である。ＦＰＤ対角線サイズが大きくなればなるほど結果的にスリット高が大きくなる。スリット高は、４２インチの対角線に対する５５０ｍｍから、６０インチの対角線に対する７７５ｍｍの範囲をとる。動作時、このスリットは左から右（またはその逆）にスキャンされて、ＦＰＤ回路パターンが印刷される。いずれの時点においてもこのスリットによって定められるエリアだけがＦＰＤにおいて露光されるのである。
【００１３】
ＦＰＤ基板の全体の回路パターンをイメージングするため、レチクルの幅全体にわたって弓形の視野がスキャンされる。これによって、フォトレジストコーティング基板に回路パターンの画像が作成される。弓形の高さはＦＰＤスクリーンの垂直軸と同じに設計され、これは４２インチスクリーンに対して約５２５ｍｍである。こうすることによって１回のスキャンで回路パターンを基板にイメージングすることができる。４２インチＦＰＤスクリーンに対してスクリーン幅は約９３０ｍｍである。
【００１４】
弓状領域の幅は、最適化された光学設計の残留収差に依存する。高い生産速度を達成するため、大きなスリット幅が望ましい。スリット幅が大きければ大きいほど、単位時間にフォトレジストに到達するフォトンも増えることになる。単位時間当たりのフォトンの数が多ければ、回路パターンを印刷する場合に露光時間を短くすることができ、１時間当たりに一層多くのＦＰＤ基板を印刷することができる。ＦＰＤツール光源システムの通常の出力レベルをベースにすると、少なくとも５ｍｍの弓形幅が望ましい。
【００１５】
ＦＰＤサイズが増大すると、どの×１光学系においても残留収差が増大するということに注意することは重要である。ＦＰＤサイズに伴って残留収差の大きさ（magnitude）が増大するだけでなく、サイズが小さいために以前には無視することができた収差もいまや、光学設計最適化処理において考慮しなければならない大きさに達するのである。この収差の増大はＦＰＤサイズに線形ではない。関連する収差は、ＦＰＤサイズの２乗、４乗および６乗で増大するのである。
【００１６】
ＦＰＤ回路パターンを印刷するために必要な画質および歪みに対する要件を満たすため、これらの収差の大きさを許容レベルに低減しなければならない。光学表面の曲率（optical surface curvature）、面形状、光学素子間隔、開口ストップ位置（aperture stop location）などの様々なパラメタを調整することによって、収差の大きさを制御することができる。光学設計の技術分野に明るい当業者によく知られている原理は、補正可能な相異なる収差の数は、調整に利用可能なパラメタの数、または自由度に直接関係することである。例えば、６の自由度により、６つの収差を補正することができる（「補正」とは収差の大きさを改善できるという意味である）。しかしながら、光学設計の別の面、例えば、倍率、焦点距離、後方作動距離（back working distance）などの１次の設計特性を制御するために同じ自由度が必要である。この結果、１次の設計特性の制御に必要な自由度を考慮した後、元々の６の自由度のうち１または２の自由度しか収差の補正に利用できないことになるのである。都合の悪いことに「自由度」と考えられる光学設計の変数には、収差の相対的な大きさにほとんど効果を及ぼさないものもある。光学系が６の自由度を有するとしても、これらの変数のうちの４つだけしか収差の大きさに実のある効果を及ぼし得ないのである。このような理由から、自由度の数は光学設計フォームにおいて重要なファクタなのである。収差の補正の観点からは見ると、多くの自由度を有する光学設計フォームは、わずかな自由度しか有しない設計フォームと比較して、優れた光学性能の達成を可能にするのである。
【００１７】
米国特許第３，７４８，０１５号に記載された慣用の２ミラーシステムを設計する際、存在するのは９つの自由度だけである。すなわち、物体面と凹形ミラー１０１との間の間隔、凹形ミラー１０１および凸形ミラー１０２の曲率半径、凹形ミラー１０１のｘおよびｙ傾斜、凹形ミラー１０１と画像面との間隔である。（球面ミラーに対して、横方向の変位ないしは偏心は、面を傾斜することと同等である）。光学設計処理中、これらの自由度のうちの６つは開口数、倍率、焦点距離および位置合わせに関連するエラーを制御するのに必要である。これによって３つの変数が残るが、これはすべての収差と、テレセントリシーのような任意の別の光学性能考慮事項とを制御するのには不十分である。
【００１８】
したがって、大型のＦＰＤの製造に対して、つぎのような光学設計フォームが望まれる。すなわち、比較的小さな光学系を設計に使用できるようにし、かつすべての重大な収差と、関連する光学性能考慮事項とを補正するために利用可能な十分な自由度を有する光学設計フォームが望まれるのである。
【特許文献１】米国特許第５，６２５，４３６号
【特許文献２】米国特許第５，５３０，５１６号
【特許文献３】米国特許第４，７６９，６８０号
【特許文献４】米国特許第５，７１０，６１９号
【特許文献５】米国特許第３，７４８，０１５号
【特許文献６】米国特許第３，８２１，７６３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、従来技術の１つまたは複数の問題および欠点を未然に防ぐ、拡大率および収差補正機能を有する、大型フラットパネルディスプレイ製造用の大視野投影光学系を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題は、本発明の請求項１により、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用露光システムにおいて、このシステムが、レチクルを支持するレチクルステージと、基板を支持する基板ステージと、上記のレチクルを基板にイメージングする反射光学系とを有し、この反射光学系は、第１ミラーおよび第２ミラーを含む１次ミラーと、２次ミラーとを含んでおり、上記の第１ミラー、２次ミラーおよび第２ミラーによる反射ビームによって基板にレチクルの画像を投影する場合、上記の反射光学系が位置合わせおよび収差の補正の両方に対して十分な自由度を有するようにすることによって解決される。
【００２１】
また上記課題は、本発明の請求項４２により、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用露光システムにおいて、このシステムは、ＦＰＤ基板を支持する基板ステージと、レチクルをこのＦＰＤ基板にイメージングするための反射光学系とを有し、この反射光学系は、拡大力を有する（powered）反射素子としての第１ミラー、第２ミラーおよび第３ミラーを含み、この反射光学系は、上記の第１ミラー、第２ミラーおよび第３ミラーからの反射ビームによってＦＰＤ基板にレチクルの画像を投影する場合、少なくとも１４の自由度を有するようにすることによって解決される。
【００２２】
また上記課題は、本発明の請求項６０により、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用ユニット拡大環状光学系において、このシステムが、ＦＰＤ回路パターンを有するマスクと、このマスクの画像を基板に投影する投影光学系とを有しており、この投影光学系は、第１凹形ミラーと、第２凹形ミラーと、凸形ミラーとを含んでおり、第１および第２凹形ミラーの曲率中心は、上記凸形ミラーの曲率中心と実質的に一致し、第１および第２凹形ミラーは、上記凸形ミラーの中心に関して実質的に対称に位置決めされており、上記凸形ミラーの曲率半径は、前記凹形ミラーの曲率半径の約半分であり、上記第１凹形ミラー、凸形ミラーおよび第２凹形ミラーからの反射ビームによって上記のマスクの画像が基板に投影されるようにすることによって解決される。この設計フォームでは、ミラーは非球面であり、それらの曲率中心は実質的に一致し、また凸形ミラーの曲率半径は、凹形ミラーのそれの半分である。この反射光学系フォームは、上記の２非球面ミラー設計よりも自由度が１０高い。これらの追加の自由度は、米国特許第３，７４８，０１５号（特許文献５）に記載された２球面ミラー設計に比較して、投影光学系性能を改善するために使用される。１つの凹形ミラーを２つのミラーに分割することによって利用可能になる追加の自由度は、この光学系を使用する際に物体および／または画像面位置と、倍率とに調整しなければならない場合には極めて重要である。物体および／または画像と、倍率とに対する任意の調整は結果的に同様に不所望の収差を発生させることになる。これらの収差は、凹形ミラーを分割することによって利用可能になる追加の自由度を１つまたは複数使用することによって補正することができる。
【００２３】
また上記課題は、本発明の請求項７６により、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用ユニット拡大環状光学系において、このシステムが、上記ＦＰＤ用の回路パターンを有するマスクと、このマスクの画像を基板に投影する投影光学系とを有しており、この投影光学系は、第１凸形ミラーと、第２凸形ミラーと、凹形ミラーとを含んでおり、第１および第２凸形ミラーの曲率中心は、上記凹形ミラーの曲率中心と実質的に一致し、第１および第２凸形ミラーは、上記凹形ミラーの中心軸に関して実質的に対称に位置決めされており、上記の凹形ミラーの曲率半径は、凸形ミラーの曲率半径の約半分であり、上記の第１凹形ミラー、凸形ミラーおよび第２凹形ミラーからの反射ビームによって上記マスクの画像が前記基板に投影されるようにすることによって解決される。
【００２４】
また上記課題は、本発明の請求項７７により、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用露光システムにおいて、電磁放射源と、レチクルステージと、このレチクルステージに取り付けられるレチクルと、基板ステージと、この基板ステージに取り付けられた基板に上記のレチクルをイメージングする反射光学系とを有しており、この反射光学系は、第１ミラー、第２ミラーと、２次ミラーとを含む拡大力を有する３つの反射面だけを含んでおり、この反射光学系は、上記の第１ミラー、第２ミラーおよび２次ミラーからの反射ビームによってレチクルの画像を基板に投影する場合、第３オーダの収差の補正および位置合わせの両方に対して十分な自由度を有するようにすることによって解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の付加的な機能および利点は、以下の説明に記載されている。本発明の利点は、以下の説明で特に指摘する構造によって実現されまた達成される。
【００２６】
本発明の露光システムの実施形態において、前記の反射形光学系は×１の倍率を有する。
【００２７】
本発明の露光システムの別の実施形態において、前記の反射形光学系は×１〜×１０の倍率を有する。
【００２８】
本発明の露光システムの実施形態において、この露光システムは、４２インチ、５４インチまたは６０インチのＦＰＤ製造に適合されている。
【実施例】
【００２９】
上記の一般的な説明および以下の詳細な説明はいずれも代表的ものおよび説明のためのものであり、また本発明をさらに詳しく説明しようするものであることを理解されたい。
【００３０】
本発明の実施形態を詳細に説明する。その実施例は添付の図面に示されている。可能な限り図が異なっても同じ参照符号を使用して同じ要素を示す。
【００３１】
図２は、図１の慣用の２ミラー投影系において、実際には１次ミラー１０１の小さな部分だけしか使用されない様子を示している。ミラー１０１の小さな部分だけしか使用されないという事実は、ミラー１０１を２つの別個のミラーに分割するための根拠になり、ここでこれらの２つのミラーの大きさは、２つに分割しない場合に単一の１次ミラーが有しなければならない大きさよりも小さい。本発明では、１次ミラーを２つにし分割することにより、物体の特性に影響を及ぼすことなく画像の特性を調整することができる。
【００３２】
ここでは×１リソグラフィツールに対する新たな光学設計フォームを説明する。ここでこれは現在の光学系、殊にサイズが４２インチおよびそれ以上、例えば５４または６０インチのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の印刷に使用される光学系と比較して大きな利点を有する。この新しい設計フォームは、慣用の設計に対してサイズ、重量、光学的な製造の容易さ、機械的な取り付け、光学系の位置合わせ、補償調整のオプション、パッケージングおよびコストの点で有利である。
【００３３】
この新しい設計フォームは光学非球面を使用する。この非球面によって可能になるのは、従来技術の球面光学設計フォームと比較して、優れた分解能、光学的な歪みおよびテレセントリシティである。この新しい設計は、３つのミラー、すなわち２つの凹形ミラーおよび１つの凸形ミラーとを使用し、ここでこれらは、曲率中心が公称上一致するように互いに位置合わせされる。レチクルおよび基板は公称上、光軸に垂直な平面に沿って、ミラーの曲率中心の位置に位置決めされる。ミラーの曲率中心を実質的に一致させることにより、この３ミラー設計は、環状視野にわたり、非点収差を除くすべての３次の収差に対して補正される。ここでこの非点収差は、上記の環状視野における１個所においてだけ補正される。所望の環状視野にわたる３次の非点収差、高次の収差およびテレセントリシティは、非球面を使用する場合に利用可能になる追加の自由度を使用して補正することができる。この技術分野に詳しい人は、Code5ＴＭまたはZemaxＴＭなどの市販の光学設計プログラムを使用し、非球面の項を計算することができ、これによって収差を補正し、許容されるレベルにすることができる。
【００３４】
ミラーに対する非球面の項の１セットだけが結果的に最善の光学性能になるのに対して、許容される光学性能が得られる非球面の項の組み合わせは複数存在する。
【００３５】
個々のミラーの曲率半径、ミラー間の間隔および曲率中心の共軸の条件は、非球面の項を計算する光学設計処理中にも調整することができる。これらの自由度を付け加えることによって、要求される光学性能を達成するために必要な非球面の項の数が低減される。非球面の項の数を低減することは結果的、さらに多くの光学製造業者がミラーを製造できることに結び付き、またミラーの価格を下げることに結び付くのである。
【００３６】
光学設計処理は繰り返されて、この素子によって利用できる設計上の変数が加えてられる。３つだけのミラーを使用して最適化された設計に補正器を加えることによって優れた性能を達成することができるが、この系は、同時に利用可能なすべての自由度を使用して最適化された設計が大きな利点を有するのと同程度の利点を有しない。
【００３７】
曲率中心の相対的な位置を１〜２ｍｍほど調整して収差を補正することができる。ここでも１〜２ｍｍ程度の調整ができ、付加的な収差が補正されるが、凹形ミラーは、凸形ミラーの中心軸に関して対称に位置決めされている。
【００３８】
これに加えて凹形ミラーの１つの曲率半径をわずかに変更することによって、５次の非点収差を補正することができる。これに対して、所望の視野にわたって分解能の要求条件を達成することのできるペェツヴァル曲率（Petzval curvature）のレベルを有する系がある。
【００３９】
上記の新しい光学設計フォームは、全体のフィールドのスキャンニングに対し、慣用の設計フォームと比較して、少なくとも１０個の追加の自由度を有する。この追加の自由度は、この系の別のエラー、例えば、コーティングエラー、重量によって発生する光学系の歪み、光学系の取り付けによって発生する歪みなどを補償するために使用可能である。必要であれば、これらの追加の自由度を使用して、この光学系におけるコンポーネントのいくつかの光学的な仕様を緩めることも可能である。
【００４０】
非球面は数学的の表すことの可能な任意の曲面の形状をとることができるが、偶数または奇数の高次の多項式が通例、使用される。つぎの式は非球面を表すのに使用される偶数の高次の多項式の例である。すなわち、
【００４１】
【数１】
2008233932.tif 000003
である。
【００４２】
ここでｚは、ベースのサジタル球面（spherical surface sagittal）からの非球面のずれであり；Ｃは、球面の曲率半径の逆数であり；ｙは曲面における位置であり；Ｋは、ふつう円錐定数（conic constant）と称される非球面のずれの項（aspheric departure term）であり；Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは一般に、この多項式に対するそれぞれの高次の項の係数である。
【００４３】
上記の式は「偶数」の高次の多項式の例である。ミラー面の曲率半径が、光学設計処理中の設計上の変数の自由度であるのに加えて、偶数次の多項式によって表される各曲面は、Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ等の追加された自由度を有することができる。これらの追加の自由度を有することの結果として、米国特許第3,748,015号（特許文献５参照）に記載された１×光学設計フォームよりも多くの収差を補正することができる。
【００４４】
この設計に使用される非球面の項の数は、許容される残留光学設計（optical design residual）に依存する。円錐定数Ｋと、４つの非球面の高次の係数Ａ，Ｂ，ＣおよびＤとにより、所望の物体および画像位置、倍率および弓形スリット幅に加えて、４２インチＦＰＤ回路の印刷に使用される投影光学系に対して、許容される性能が結果的に得られる。
【００４５】
２つの凹形ミラーは独立して移動することができるため、従来技術では不可能であった系の倍率の調整を行うことが可能である。
【００４６】
この設計フォームで凹形および凸形ミラーの曲率中心は実質的に一致し、凸形ミラーの曲率半径は公称では凹形ミラーの半分である。投影光学系の光学設計において、米国特許第３，７４８，０１５号（特許文献５参照）の２ミラー設計と同様に、各ミラーの曲率半径が可変であるのに加えて、非球面のコンポーネントが凹形ミラーに付加される。非球面性の別個の形態およびタイプを各面に加えることができる。各反射面に加えられるそれぞれの非球面の項は、別の光学設計上の変数である。この結果、有利にも光学設計処理において凹形面に５つの付加的な変数を加えることができる。この設計において使用される非球面の項の数は、許容される残留光学設計に依存する。上記の円錐定数と、比較的高次の４つの非球面係数とにより、結果的に４２インチＦＰＤ回路の印刷に使用される投影光学系に対して、許容される性能が得られる。ミラーの曲率半径と、非球面と、間隔と、傾斜とを組み合わせることにより、所望の物体および画像位置、倍率および収差の補正を、許容されるレベルにすることができる。
【００４７】
慣用では３２インチＦＰＤは、直径８００ｍｍの球面ミラーを有するリソグラフィツールを使用して印刷される。上記の新しい光学設計フォームでは４２インチＦＰＤを直径８００ｍｍのミラーによって印刷することができる。
【００４８】
この新しいベースライン設計は、３２インチディスプレイを作製するために現在使用されている２ミラー設計と同じ光学性能を有するが、格段に小さいミラーを有する。４２インチＦＰＤを印刷するためのリソグラフィツールにおいて、ミラーサイズは重要な問題である。２ミラー設計では系における複数のミラーのうちの１つが１．１メートルより大でなければならないが、本発明の３ミラー設計は、約７５０ｍｍの最大ミラーサイズを有している（５４および６０インチのＦＰＤに対して大まかに線形でスケーリングされる）。
【００４９】
これにしたがい、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）を製造するための公称×１のリソグラフィ露光システムは、レチクルを支持するレチクルステージを有する。基板ステージは、ＦＰＤ回路パターンが印刷される基板を保持する。多くの自由度を有する反射形光学系により、レチクルが基板にイメージングされる。この反射形光学系には、凹形の１次ミラーと、凸形の２次ミラーと、凹形の３次ミラーが含まれ、これらのミラーのうちの１つまたは複数が非球面を有する。
【００５０】
このベースライン設計フォームでは、２つの凹形ミラーは、公称では等しい非球面プロフィールおよび曲率半径を有し、凸形ミラーの曲率半径は、公称では凹形ミラーの半分であり、これらのすべてのミラーの曲率中心は実質的に一致する。図３にはこの光学設計フォームが示されている。精確な曲率半径およびミラー面の非球面のタイプは、ＦＰＤレチクルサイズと、動作時のスリット幅にわたる光学性能とに依存する。光学設計に非球面を加えることの利点は、光学設計処理中に利用可能な自由度の数が増えることである。
【００５１】
本発明は、慣用の光学設計において単一の凹形ミラーであったものを２つのミラーに分割することによって動作する。図３にはこれがどのようにしてなされるか、また結果的に慣用の設計の場合よりも小さいミラーになる様子が示されている。この設計において単一の大きな凹形ミラーを２つのミラー３０１ａ，３０１ｂに分割することによって、この光学設計におけるミラー３０１ａ，３０１ｂのサイズが格段に低減される。単一の光学面を２つに分割し、素子のサイズを小さくすることにより、光学的な製造上の利点、リソグラフィツールサイズ上の利点が得られ、また光学系位置合わせエラーの補正についてフレキシビリティが増す。
【００５２】
図３からわかるように本発明の投影光学系は、１次の凹形ミラー３０１ａと、２次の（凸形）ミラー３０２と、３次の凹形ミラー３０１ｂとを含む。レチクル３０３は、軸から外されて（すなわち軸３０６から外されて）位置決めされている。レチクル３０３の画像は、基板３０４に投影される。
【００５３】
図３に示した系では、凹形ミラー３０１ａ，３０１ｂは非球面であり、２次ミラー３０２の中心に関して対称に位置決めされている。凹形ミラー３０１ａ，３０１ｂは（つねにそうでなければならないということはないが）通例、同じ曲率半径を有する。２次ミラー３０２の曲率半径は、凹形ミラー３０１ａ，３０１ｂの曲率半径の約半分である。
【００５４】
図３の構成によって可能になるのは、同等のユニット拡大系の場合よりも小さなミラーを使用することであり、これにより、２つのミラー３０１ａ，３０１ｂにより、単一の大きな凹形ミラーが置き換えられる。凹形ミラー３０１ａ，３０１ｂの曲率中心はずらすことができ、これによって任意の倍率調整、残留した光学的な製造上のエラー、コーティングエラー、または取り付けに起因するエラーから発生する収差が補正される。言い換えると、付加的な自由度が利用できることよって、付加的な収差が補償できるのである。
【００５５】
図１Ａの設計フォームに比べて優れた光学性能を発揮する、上記の非球面の式に基づく設計上の構成に加えて、図３の設計フォームはつぎのような付加的な利点を有する。すなわち、２つの凹形ミラーは、図１Ａの凹形ミラーとくらべてサイズおよび重量が小さいのである。小さなサイズのミラーの利点に含まれるのは、光学上の作製コスト、重量によって発生するミラー面形状の不所望の歪みが小さいこと、およびリソグラフィツールにおける取り付けが容易なことである。
【００５６】
図４に示されているのは、凹形ミラーにおいて使用される実際のエリアであり、２つの凹形ミラー３０１ａ，３０１ｂが単一の凹形ミラーを置き換えることのできる理由が説明されている。
【００５７】
自由度毎に１収差を補正することができる。この設計において非球面を表すのに使用される非球面の項の数またはミラーの数を増やすことは、光学設計および位置合わせ中に利用可能な自由度数に直接関係することに注意されたい。
【００５８】
またミラー３０１ａ，３０１ｂの非球面化は同じである必要はない。凸形ミラー３０２は、これが研磨される場合、ある程度の非点収差を有する。凹形ミラー３０１ａ，３０１ｂを成形して、相反する量の非点収差を発生させて全体的な非点収差を打ち消すことができる。択一的には凹形ミラー３０１ａ，３０１ｂの１つだけを故意に調整をずらして、製造エラーによる非点収差を打ち消すことも可能である。また図３の３ミラー設計を使用することによって可能になるのは、重量によって発生する歪みの補正であり、これは２ミラー設計によって行うのは困難である。
【００５９】
ミラー３０１ａ，３０１ｂに加えて、２次ミラー３０２も非球面にすることが可能である。
【００６０】
光学的な製造の観点からいうと、小さいなミラー３０１ａ，３０１ｂは、図１Ａの大きな単一のミラーに比べて以下の重要な利点を有する。すなわち、
基板の価格は、全体的な体積および基板のサイズによって影響を受ける（取り扱い、装備および製造時間に起因して）；
生成、グラインディングおよび研磨時間が少ない。比較的小さな基板により、全体的な面積エリアが小さいからである；および
ミラーのサイズおよび重量は、標準の市販の光学製造装置と互換性がある。
【００６１】
リソグラフィツールでは、低減されたミラーサイズおよび正方形の形状によって結果的に、取り付けが簡単になり、重量によって発生する歪みが少なくなり、調整機構を余り必要としなくなる。
【００６２】
凹形ミラーを２つのミラー３０１ａ，３０１ｂに分割することによって、また非球面の曲面を有することによって得られる付加的な利点には、３つのミラー間の間隔を調整できることが含まれる。この調整により、この系の焦点距離を変更することができる。２ミラー設計では焦点距離を調整すると、球面収差が発生する。しかしながら、３ミラー設計では、焦点距離の変更を行った後、２つのミラーの間隔を調整することにより、ほとんどの球面収差を取り除くことができる。
【００６３】
光学コーティング処理により、球面収差および／または非点収差が発生する場合、ミラー３０１ａまたは３０１ｂの間隔を再調整して傾けることにより、これらのエラーを補正することができる。
【００６４】
いずれかのミラーに対する熱負荷により、低次の収差を伴ってミラー面が歪む場合、間隔および／または傾きの変更によってこのエラーを補正することができる。
【００６５】
２ミラー系における倍率は、レチクル間隔を変更することによって調整される。しかしながらこれによって収差が発生する。ミラーの間隔を再調整することによってほとんどの波面収差（wavefront aberration）が補正される。
【００６６】
ミラーの取り付けによって発生する面像エラー（surface figure error）は、これらが低次の収差の場合、ほとんどが補正される。
【００６７】
結果的にミラーに対する曲率半径エラー誤りに結び付く光学製造エラーは、３つのミラー間の間隔を変更することによってほとんどを補正することができる。
【００６８】
大きなスリット幅に対する要求のため、屈折形または反射形補正器が必要であると決定される場合、この技術分野の通常の知識を有する者には明らかなように市販の光学設計プログラムを使用して、光学的な処方（prescription）を計算することができる。ここでも、許容される光学性能に結び付く、補正器に対する曲率半径および非球面係数の数多くの組み合わせがある。屈折形補正器レンズを、マスクと１次ミラーとの間および／または３次ミラーとフォトレジストコーディング基板との間のどちらか一方または両方に付け加えることができる。これらの補正器は結果的に、この技術分野の通常の知識を有する者には明らかなように、２非球面ミラー設計と比較して、より良好な画質と、歪みと、動作時のスリット幅がより広くなることとに結び付く。
【００６９】
これらの補正器は、口径食（画像のエッジに向かって徐々に画像がフェーディングすること）を発生させなければ、レチクルと、１次ミラーまたは３次ミラーと、基板との間の任意の間隔に位置するように設計することができる。しかしながら補正器に対する最善の位置はレチクルおよび基板の近くであり、これによってこの光学系の機械的なパッケージングが実践的に考慮される。ベースラインの設計フォームでは、２つの凹形ミラーは、公称では等しい曲率半径および非球面プロフィールを有し、また凸形ミラーの曲率半径は、公称では凹形ミラーの２分の１であり、すべてのミラーの曲率中心は実質的に一致する。屈折形補正器レンズは、平坦で平行な面の形態、一方の面が平坦であり、他方の面がこの平坦な面に付け加えられた非球面のプロフィールを有する形態、２つとも非球面、メニスカスレンズを有する形態、一方または両方の面に非球面を有するメニスカスレンズの形態をとることができる。レチクルおよび基板側の補正器素子は、公称では同じ光学設計処方を有する。この補正器素子に対する精確な光学的処方は、レチクルサイズと、動作波長と、光学的分解能と、歪みの要求とに依存する。
【００７０】
図５には図３の系の変形が示されている。図５からわかるように、比較的薄く平坦なガラスプレート５０５，５０６をレチクル３０３の近くか、または基板３０４の近く、またはこの両方に加えることができる。ガラスプレート５０５，５０６の厚さは、４２インチＦＰＤ製造システムに対して通例５〜１０ｍｍのオーダである（ＦＰＤサイズに大まかに線形にスケーリングされる）。ガラスプレート５０５，５０６は、当業者にはあきらかなように、この光学系における様々な収差に対する補償のために使用可能である。ガラスプレート５０５，５０６の厚さは全体的な系の設計と、補正すべき収差の大きさおよびタイプとに依存する。ガラスプレートは、光学ガラス、溶融石英および光学結晶材料のうちの任意のものを含む。またガラスプレートは、球面のプロフィール、非球面のプロフィール、平坦な面および球面、２つの球面、球面および非球面、２つの非球面のうちの任意のものを有する。この球面および非球面のうちの任意のものは、凹形の曲率を有する。これはまた凸形の曲率を有することも可能である。
【００７１】
図５に示したように付加的にはメニスカスレンズ５０８または５０７を使用してさらに収差を補正することができる。１つまたは２つのメニスカスレンズ５０８，５０７を使用可能である（またガラスプレート５０５，５０６と一緒に使用可能である）。メニスカスレンズ５０８，５０７は，４２インチＦＰＤ製造システム（すなわち約５２５ｍｍの直径）に対して約１〜２ｃｍのオーダである。このメニスカスレンズは、その面の一方または両方に非球面のプロフィールを有することも可能である。
【００７２】
反射形補正器ミラーも、マスクと１次ミラーとの間および／または３次ミラーとフォトレジストコーティング基板との間の一方または両方に付け加えることができる。この補正器は、これが口径食を発生しなければ、レチクルと１次ミラーとの間または３次ミラーと基板との間の任意の間隔に位置するように設計することができる。しかしながら、補正器に対する最善の位置は、レチクルおよび基板の近くであり、これによってこの光学系の機械的なパッケージングを実践的に考慮される。これらの補正器は、３ミラー設計と比較してより良好な画質と、歪みと、動作時のスリット幅がより広くなることとに結び付く。
【００７３】
図６にはこのような光学設計フォームが示されている。ベースラインの設計フォームでは、２つの凹形ミラーは公称では等しい非球面プロフィールおよび曲率半径を有し、凸形ミラーの曲率半径は公称では凹形ミラーの半分であり、すべてのミラーの曲率中心は実質的に一致する。反射形補正器は平坦な面を有しており、これに所望の非球面処方が付加される。レチクルおよび基板側の補正器素子は、公称では同じ光学設計処方を有する。補正器素子に対する精確な光学的処方は、レチクルサイズ、動作波長と、光学的分解能と、歪みの要求とに依存する。
【００７４】
図６に示したように、公称では平坦なミラー６１０，６０９を反射形補正器として使用することができる。ミラー６０９，６１０は非球面性を有することができ、その非球面性に整合して４５度または別の角度で配向される。ミラー６０９またはミラー６１０のいずれか一方またはその両方を使用することができる。択一的にはミラー６０９またはミラー６１０のいずれか一方または両方を拡大力を有するミラーとすることができる。またこの平坦なミラーは、この系の光軸を折り曲げように位置決めすることができる。
【００７５】
光学系の長所となる機能をどのように定めるかによって無数の例を生成することができることがわかるが、２つの例を使用して本発明を説明する。この技術分野の通常の知識を有する者には、以下の光学的処方に制限されていないことがわかるはずであり、ここでこれはコンピュータと既知の光学設計ソフトウェアを使用して生成可能である。
【００７６】
例１
以下の表は例１に対する例示的な光学的処方を示す。
【００７７】
【表１】
2008233932.tif 000004
【００７８】
図７はレイトレーシング図を示しており、また図８は例１の光学系の光学性能をグラフ形式で示している。
【００７９】
例２
以下の表は、屈折形補正器素子を使用する例２に対する例示的な光学的処方を示す。
【００８０】
【表２】
2008233932.tif 000005
【００８１】
図９はレイトレーシング図を示しており、また図１０は例２の光学系の光学性能をグラフ形式で示している。
【００８２】
【表３】
2008233932.tif 000006
【００８３】
つぎの表は、非球面によって達成される光学性能の改善を示す。
【００８４】
【表４】
2008233932.tif 000007
【００８５】
精確な光学設計はＦＰＤサイズに伴って変化することに注意されたい。言い換えると、２倍の大きさのＦＰＤが所望される場合、必ずしも元々の設計パラメタがすべて単純に２倍されるのでないのである。
【００８６】
当業者には、添付の請求項に定義された本発明の精神および範囲を逸脱することなく、形態および詳細においてさまざまな変更を行うことができることが理解されよう。したがって本発明の範囲は上記の例示的な実施形態によって制限されるべきでなく、以下の請求項およびその同等のものによってのみ定義されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】ＦＰＤ製造に使用される慣用の２ミラー投影光学系を示す図（Ａ）と、ＦＰＤ基板に形成される、レチクルにおける弓形領域を示す図（Ｂ）である。
【図２】図１の環状フィールド光学設計フォームの弓状スリット形の特性を示す図である。
【図３】本発明の投影光学系を示す図である。
【図４】凹形ミラーにおいて使用される実際のエリアを示す図である。
【図５】ガラスプレートおよびメニスカスレンズを有する本発明の投影光学系を示す図である。
【図６】補正器ミラーを有する本発明の投影光学系を示す図である。
【図７】本発明の光学系の１実施例のレイトレーシングを示す図である。
【図８】図７の光学系の光学性能を示すグラフである。
【図９】本発明の光学系の別の１実施例のレイトレーシングを示す図である。
【図１０】図９の光学系の光学性能を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８８】
１０１  凹形球面１次ミラー
１０２  凸形球面２次ミラー
１０３  レチクル
１０４  基板
Ａ  スリット幅
Ｂ  スリット中心線
Ｃ  スリット高
３０１ａ  １次の凹形ミラー
３０１ｂ  ３次の凸形ミラー
３０２  ２次の凸形ミラー
３０３  レチクル
３０４  基板
３０６  軸
４０１ａ，４０１ｂ  凹形ミラーにおいて使用される実際のエリア
５０５，５０６  ガラスプレート
５０７，５０８  メニスカスレンズ
６０９，６１０  ミラー
【図１】
2008233932.tif 000008
【図２】
2008233932.tif 000009
【図３】
2008233932.tif 000010
【図４】
2008233932.tif 000011
【図５】
2008233932.tif 000012
【図６】
2008233932.tif 000013
【図７】
2008233932.tif 000014
【図８】
2008233932.tif 000015
【図９】
2008233932.tif 000016
【図１０】
2008233932.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月4日(2008.7.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その上にパターンを有するレチクルと、
基板と、
第１ミラーおよび第２ミラーを含む１次ミラーと、２次ミラーとを含み、前記レチクル上のパターンを前記基板にイメージングする反射光学系と、
を備え、
前記レチクル上のパターンのイメージを前記第１ミラー、前記２次ミラー、前記第２ミラーで反射させて基板に投影し、かつ
追加の光学面を組み込むことなく、アライメントおよび収差の補正のための少なくとも１０の自由度を実現することを目的として、前記１次ミラーおよび前記２次ミラーの相対的な位置は、組み立て後に調節可能であることを特徴とする露光システム。
【請求項２】
前記第１、第２ミラーは凹形であり、かつ２次ミラーは凸形であることを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
【請求項３】
前記第１、第２ミラーおよび前記２次ミラーは非球面であることを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
【請求項４】
前記２次ミラーの曲率半径は、前記第１、第２ミラーの曲率半径の約半分であることを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
【請求項５】
前記２次ミラーおよび前記第１、第２ミラーの曲率中心は公称では一致することを特徴とする請求項１に記載の露光システム。  
【請求項６】
前記第１、第２ミラーの曲率中心は、倍率微調整のためにずらすことができることを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
【請求項７】
前記第１、第２ミラーの曲率中心は、倍率調整によって発生する収差を最小化するためにずらすことができることを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
【請求項８】
前記第１、第２ミラーの曲率中心は、光学的製造、コーティングおよび取り付けによって発生する残留のエラーのうちの任意のエラーを補正するためにずらすことができることを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
【請求項９】
前記第１、第２ミラーは、前記実質的に同じ曲率を有することを特徴とする請求項１に記載の露光システム。  
【請求項１０】
前記レチクルと前記第１ミラーとの間に光学的に位置合わせされた第１の平行なガラスプレートと、
前記基板と前記第２ミラーとの間に光学的に位置合わせされた第２の平行なガラスプレートと、
の少なくともひとつをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
【請求項１１】
前記第１、第２の平行なガラスプレートのいずれかは、球面のプロフィール、非球面のプロフィール、平坦な面および球面、２つの球面、球面および非球面、２つの非球面のうちの任意のものを有することを特徴とする請求項１０に記載の露光システム。
【請求項１２】
前記球面および非球面のうちの任意のものは、凹形または凸型の曲率を有することを特徴とする請求項１１に記載の露光システム。
【請求項１３】
前記第１、第２の平行なガラスプレートのいずれかは、残留の収差を補償することを特徴とする請求項１０に記載の露光システム。
【請求項１４】
前記第１の平行なガラスプレートの近傍であって、前記第１のガラスプレートと第１のコンケーブミラーの間に設けられたメニスカスレンズをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
【請求項１５】
前記メニスカスレンズは、その面の一方または両方に非球面のプロフィールを有することを特徴とする請求項１４に記載の露光システム。  
【請求項１６】
前記レチクルの近傍に前記レチクルに対して所定の角度で位置決めされ、非球面のプロフィールを有する公称上の平坦なミラーと、
前記基板の近傍に前記基板に対して所定の角度で位置決めされ、非球面のプロフィールを有する公称上の平坦なミラーと、
の少なくともひとつをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
【請求項１７】
前記非球面のプロフィールは、垂直軸および水平軸とで異なることを特徴とする請求項１６に記載の露光システム。
【請求項１８】
前記レチクルの近傍に前記レチクルに対して所定の角度で位置決めされ、非球面のプロフィールを有する、拡大力を備えたミラーと、
前記基板の近傍に前記基板に対して所定の角度で位置決めされ、非球面のプロフィールを有する、拡大力を備えたミラーと、
の少なくともひとつをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
【請求項１９】
前記第１、第２ミラーは、前記２次ミラーと実質的に一致する曲率中心を有することを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
【請求項２０】
前記第１、第２ミラーは、前記２次ミラーの中心に関して実質的に対称に位置決めされていることを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
【請求項２１】
リソグラフィ装置に使用されることを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
【請求項２２】
フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造に適合化されていることを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
【請求項２３】
テレセントリシーを制御するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
【請求項２４】
使用可能なスリット幅を増加させるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
【請求項２５】
前記反射光学系の構成要素の相対的な位置は、露光システムの動作前もしくは動作中に調節可能であることを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
【請求項２６】
レチクル上のパターンを、１次ミラーの第１ミラー部、２次ミラー、前記１次ミラーの第２ミラー部で反射させて基板に投影するステップと、
追加の光学面を組み込むことなく、前記１次ミラーおよび前記２次ミラーの相対的な位置を組み立て後に調節して、アライメントおよび収差の補正のために少なくとも１０の自由度を実現するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２７】
放射ビームをパターニングするためのレチクルを支持するレチクルステージと、
基板を支持する基板ステージと、
第１ミラーおよび第２ミラーを含む１次ミラーと、２次ミラーとを含み、パターニングされたビームを前記基板にイメージングする反射光学系と、
前記レチクルステージと前記１次ミラーとの間に設けられた、平行なガラスプレートおよびメニスカスレンズのペアを含む第１光学デバイスと、
前記基板ステージと前記１次ミラーとの間に設けられた、平行なガラスプレートおよびメニスカスレンズのペアを含む第２光学デバイスと、
を備えることを特徴とする露光システム。
【請求項２８】
ＦＰＤ基板を支持する基板ステージと、
拡大力を有する反射素子としての第１ミラー、第２ミラーおよび第３ミラーを含み、レチクルによりパターニングされたビームを該ＦＰＤ基板にイメージングする反射光学系と、
前記レチクルと前記第１ミラーとの間に設けられた、平行なガラスプレートおよびメニスカスレンズのペアを含む第１光学デバイスと、
前記基板ステージと前記第３ミラーとの間に設けられた、平行なガラスプレートおよびメニスカスレンズのペアを含む第２光学デバイスと、
を備えることを特徴とするフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用露光システム。
【請求項２９】
放射ビームをパターニングするためのマスクと、
第１凹形ミラーと、第２凹形ミラーと、凸形ミラーとを含み、パターニングされたビームを基板に投影する投影光学系と、
前記マスクと前記投影光学系との間に設けられた、平行なガラスプレートおよびメニスカスレンズのペアを含む第１光学デバイスと、
前記基板と前記投影光学系との間に設けられた、平行なガラスプレートおよびメニスカスレンズのペアを含む第２光学デバイスと、
を備えることを特徴とするシステム。