JP2000164489A - Scanning projection aligner - Google Patents

Scanning projection aligner

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JP2000164489A
JP2000164489A JP10335089A JP33508998A JP2000164489A JP 2000164489 A JP2000164489 A JP 2000164489A JP 10335089 A JP10335089 A JP 10335089A JP 33508998 A JP33508998 A JP 33508998A JP 2000164489 A JP2000164489 A JP 2000164489A
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JP
Japan
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projection
optical system
optical
lens
projection optical
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JP10335089A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Suzuki
健司 鈴木
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Original Assignee
Nikon Corp
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70358Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve throughput under improved image-forming state, especially under state where longitudinal astigmatic aberration and non-isotropic distortion are corrected appropriately. SOLUTION: In a scanning projection aligner, a pattern image provided on a projection original is formed on a substrate using a projection optical system and the position relationship between a substrate (W) and a projection optical system (PL) is changed along a scanning direction and at the same time projection exposure is made. In the projection aligner, the projection optical system forms an image in a region in a nonisotropic shape, at least two surfaces G1R2 and G17R2 out of the optical surfaces of optical members G1-G30 for composing the projection optical system are in a shape with different power between a specific meridian direction and a direction that orthogonally crosses it, and the optical surfaces of at least two surfaces are in a shape for correcting at least non-isotropic distortion and axial astigmatic difference.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素子
や液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッドなどのデバ
イスをフォトグラフィ工程で製造する際に使用される露
光装置に関し、特に投影原版と基板とを同期して走査す
ることにより、投影原版上のパターンを基板上に投影露
光する、いわゆるスリットスキャン方式或いはステップ
アンドスキャン方式の走査型投影露光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus used for manufacturing a device such as a semiconductor device, a liquid crystal display device, an image pickup device, and a thin film magnetic head by a photographic process. And a scanning projection exposure apparatus of a so-called slit scan type or a step-and-scan type in which a pattern on a projection original is projected and exposed on a substrate by synchronously scanning.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子や液晶表示素子、撮像素子、
薄膜磁気ヘッドなどのデバイスをフォトリソグラフィ工
程で製造する際に、レチクルやマスクなどの投影原版の
パターン像を投影光学系を介してフォトレジストなどの
感光性材料が塗布された基板上へ投影露光する投影露光
装置が知られている。このような投影露光装置において
は、投影光学系が持つ高い解像力を損なうことなく、微
細なパターンを転写することが要求されている。
2. Description of the Related Art Semiconductor devices, liquid crystal display devices, imaging devices,
When a device such as a thin-film magnetic head is manufactured by a photolithography process, a pattern image of a projection original such as a reticle and a mask is projected and exposed through a projection optical system onto a substrate coated with a photosensitive material such as a photoresist. Projection exposure apparatuses are known. Such a projection exposure apparatus is required to transfer a fine pattern without impairing the high resolving power of the projection optical system.

【0003】従来の投影露光装置としては、基板上の露
光フィールド(ショット領域)全体に投影原版のパター
ンを一括して投影する一括露光方式(フル・フィールド
方式)の投影露光装置(ステッパ−)が一般的であっ
た。近年においては、投影原版上のパターンを逐次基板
上へ投影露光する方式であるスリットスキャン方式、ま
たはステップ・アンド・スキャン方式などの走査型投影
露光装置が開発されている。この走査型投影露光装置に
おいては、投影原版上のパターン領域を例えばスリット
状に照明し、このスリット状の照明領域に対して投影原
版を走査し、投影原版の走査に同期させて投影光学系の
投影倍率と同じ速度比で基板を走査することにより走査
露光を行っている。また、この走査型投影露光装置にお
いては、投影原版上のパターン領域をスリット状に照明
するのではなく、例えば投影光学系中の視野絞りにより
基板上の露光領域をスリット状に制限するものもある。
As a conventional projection exposure apparatus, there is a projection exposure apparatus (stepper) of a batch exposure system (full field system) for simultaneously projecting a pattern of a projection original onto an entire exposure field (shot area) on a substrate. Was common. In recent years, a scanning projection exposure apparatus such as a slit scan method or a step-and-scan method that sequentially projects and exposes a pattern on a projection original onto a substrate has been developed. In this scanning projection exposure apparatus, a pattern area on a projection original is illuminated, for example, in a slit shape, and the projection original is scanned with respect to the slit-shaped illumination area, and a projection optical system is synchronized with the scanning of the projection original. Scanning exposure is performed by scanning the substrate at the same speed ratio as the projection magnification. Further, in this scanning projection exposure apparatus, there is a scanning projection exposure apparatus which does not illuminate a pattern area on a projection original in a slit shape, but limits an exposure area on a substrate to a slit shape by, for example, a field stop in a projection optical system. .

【0004】この走査型投影露光装置では、レチクル上
の照明領域が一括露光方式に比べて小さいため、投影像
の歪みの量、像面湾曲、及び非点収差等の露光フィール
ド内でのフォーカス位置の不均一性、並びに照度の不均
一性が小さく抑えられるという利点がある。更に、走査
型投影露光装置では、走査方向に関しては投影光学系の
フィールドサイズの制限を受けずに大面積の露光が行え
るという利点がある。
In this scanning projection exposure apparatus, the illumination area on the reticle is smaller than that of the batch exposure method, and therefore the focus position in the exposure field such as the amount of distortion of the projected image, the curvature of field, and astigmatism. And the illuminance non-uniformity can be kept small. Further, the scanning projection exposure apparatus has an advantage that a large area exposure can be performed without being limited by the field size of the projection optical system in the scanning direction.

【0005】しかしながら、走査型投影露光装置におい
ては、単位時間当りに露光することができる面積が一括
型投影露光装置に比べて小さくなるため、スループット
(単位時間当りに焼き付け可能な基板の枚数)の点で一
括露光型投影露光装置に比べて劣るとされている。
However, in a scanning projection exposure apparatus, the area that can be exposed per unit time is smaller than that in a batch projection exposure apparatus, so that the throughput (the number of substrates that can be printed per unit time) is reduced. It is said that the method is inferior to the one-shot exposure type projection exposure apparatus.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ここで、走査型投影露
光装置において、スループットを向上させるためには光
源の出力を向上させることが考えられるが、この場合に
は以下のような問題が生じる。図8は、投影光学系の像
面上での露光領域を示した図であり、図8(a)は走査
型投影露光装置の場合を示し、図8(b)は一括露光型
投影露光装置の場合を示す。図8(a)に示す走査型投
影露光装置の露光領域EAの形状は、図8(b)の一括
露光型投影露光装置のそれとは異なり、等方的ではな
い。従って、投影光学系内を通過する露光光を吸収する
ことによるレンズの熱分布の偏りがあり、図中矢印で示
す如く、レンズは所定の方向とこれに直交する方向とで
異なる量の熱膨張を起こすことになる。このとき、図9
に示すように、レンズ10のレンズ面10aの曲率半径
は、所定の方向(X方向)とこれに直交する方向(Y方
向)とで異なるように変化する。
Here, in the scanning projection exposure apparatus, it is conceivable to improve the output of the light source in order to improve the throughput. However, in this case, the following problems occur. 8A and 8B are views showing an exposure area on the image plane of the projection optical system. FIG. 8A shows the case of a scanning projection exposure apparatus, and FIG. The case of is shown. The shape of the exposure area EA of the scanning projection exposure apparatus shown in FIG. 8A is different from that of the collective exposure projection exposure apparatus of FIG. 8B and is not isotropic. Accordingly, there is a bias in the heat distribution of the lens due to the absorption of the exposure light passing through the projection optical system. As shown by the arrows in the figure, the lens has different amounts of thermal expansion in a predetermined direction and a direction perpendicular thereto. Will be caused. At this time, FIG.
As shown in (1), the radius of curvature of the lens surface 10a of the lens 10 changes differently in a predetermined direction (X direction) and in a direction orthogonal to the predetermined direction (Y direction).

【0007】ここで、X方向の曲率半径10Rxがきつ
く変化し、Y方向の曲率半径10Ryがゆるく変化した
場合を考える。この場合には、図10に示すように、所
定の子午面(YZ平面)内での軸上物点Oaxの結像位置
と、これと直交する子午面(XZ平面)内での結像位置
が光軸Axに沿った方向において異なり、投影光学系P
L全体においては光軸上での非点収差が発生する。ま
た、この場合、図11に示すように所定の子午面(YZ
平面)内での軸外物点Oofの結像位置と、これと直交す
る子午面(XZ平面)内での軸外物点Oofの結像位置と
が光軸Axと直交する方向で異なり、投影光学系全体に
おいては、非等方的なディストーションが発生する。
Here, consider a case where the radius of curvature 10Rx in the X direction changes sharply and the radius of curvature 10Ry in the Y direction changes slowly. In this case, as shown in FIG. 10, the image forming position of the on-axis object point Oax in a predetermined meridional plane (YZ plane) and the image forming position in a meridional plane (XZ plane) orthogonal thereto. Differ in a direction along the optical axis Ax, and the projection optical system P
In the entire L, astigmatism occurs on the optical axis. Further, in this case, as shown in FIG.
The imaging position of the off-axis object point Oof in the plane (plane) differs from the imaging position of the off-axis object point Oof in the meridional plane (XZ plane) perpendicular to the optical axis Ax, Anisotropic distortion occurs in the entire projection optical system.

【0008】そこで、本発明は、良好な結像状態のもと
で、特に軸上非点収差及び非等方的ディストーションを
良好に補正した状態のもとで、スループットの向上を図
ることを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to improve the throughput under a good imaging state, particularly under a state in which axial astigmatism and anisotropic distortion are well corrected. And

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の請求項1にかかる投影露光装置は、投影
原版上に設けられたパターンの像を投影光学系を用いて
基板上に形成し、相対的に該基板と前記投影光学系との
位置関係を走査方向に沿って変化させつつ投影露光露光
を行う走査型投影露光装置であって、前記投影光学系
は、非等方的な形状の領域内に像を形成し、前記投影光
学系を構成する光学部材の光学面のうちの少なくとも2
面は、所定の子午方向と該子午方向と直交する方向とで
パワーが異なる形状を有し、前記少なくとも2面の光学
面は、少なくとも非等方的ディストーションと光軸上の
非点隔差とを補正できる形状を有するものである。
In order to achieve the above object, a projection exposure apparatus according to a first aspect of the present invention uses a projection optical system to project an image of a pattern provided on a projection original onto a substrate. A scanning type projection exposure apparatus that performs projection exposure and exposure while relatively changing the positional relationship between the substrate and the projection optical system along the scanning direction, wherein the projection optical system is anisotropic. Forming an image in a region having a general shape, and forming at least two of the optical surfaces of optical members constituting the projection optical system.
The surface has a shape having different powers in a predetermined meridian direction and a direction perpendicular to the meridian direction, and the at least two optical surfaces have at least anisotropic distortion and astigmatic difference on the optical axis. It has a shape that can be corrected.

【0010】また、本発明の請求項2にかかる投影露光
装置は、請求項1において、前記投影光学系を構成する
光学部材の光学面のうちの少なくとも4面は、所定の子
午方向と該子午方向と直交する方向とでパワーが異なる
形状を有し、該少なくとも4面の光学面は、前記投影光
学系の光軸を中心として回転可能に構成されるものであ
る。
According to a second aspect of the present invention, in the projection exposure apparatus according to the first aspect, at least four of the optical surfaces of the optical members constituting the projection optical system have a predetermined meridian direction and the meridian direction. The power has a shape different from that in a direction perpendicular to the direction, and the at least four optical surfaces are configured to be rotatable around the optical axis of the projection optical system.

【0011】また、本発明の請求項3にかかる投影露光
装置は、請求項2において、前記少なくとも4面の光学
面のうち2面の光学面の形状は、該光学面を回転させる
ことにより少なくとも非等方的ディストーションの発生
量を調整できる形状であり、前記少なくとも4面の光学
面のうち前記2面の光学面とは異なる2面の光学面は、
該光学面を回転させることにより少なくとも光軸上の非
点隔差の発生量を調整できる形状を有する。
According to a third aspect of the present invention, in the projection exposure apparatus according to the second aspect, the shape of two optical surfaces among the at least four optical surfaces is at least determined by rotating the optical surfaces. It is a shape capable of adjusting the amount of anisotropic distortion, and two optical surfaces different from the two optical surfaces out of the at least four optical surfaces,
By rotating the optical surface, at least the amount of astigmatism on the optical axis can be adjusted.

【0012】なお、本発明でいう光軸上の非点収差(軸
上非点収差)とは、光軸上の像点におけるメリジオナル
像面とサジタル像面との光軸方向の差を指し、非等方的
ディストーションとは、所定の像高でのディストーショ
ン量が所定の子午方向とこれに直交する子午方向とで異
なるような収差を指す。
The astigmatism on the optical axis (on-axis astigmatism) in the present invention refers to the difference in the optical axis direction between the meridional image plane and the sagittal image plane at the image point on the optical axis. Anisotropic distortion refers to aberration in which the amount of distortion at a predetermined image height differs between a predetermined meridian direction and a meridional direction orthogonal thereto.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1及び図2は、本発明の原理を
説明するための図である。図1において、図中破線で示
すように、所定の子午面(YZ平面)内での軸上物点の
結像位置と、これと直交する子午面(XZ平面)内での
結像位置が光軸Axに沿った方向において異なり、投影
光学系PL全体において光軸上での非点収差が発生して
いる場合、投影光学系PLを構成する光学部材(レンズ
素子、反射鏡等)のうち、少なくとも1つの光学部材1
1に対して、YZ方向とXZ方向とで異なるパワーとな
る表面形状を与える。
1 and 2 are views for explaining the principle of the present invention. In FIG. 1, as indicated by a broken line in the figure, the image forming position of an on-axis object point in a predetermined meridional plane (YZ plane) and the image forming position in a meridional plane (XZ plane) orthogonal to this are shown. When the astigmatism on the optical axis occurs in the entire projection optical system PL, which differs in the direction along the optical axis Ax, of the optical members (lens elements, reflecting mirrors, etc.) constituting the projection optical system PL , At least one optical member 1
1 is given a surface shape having different powers in the YZ direction and the XZ direction.

【0014】図1の例では、光学部材11は、YZ平面
内でのパワー(屈折力)が無であり、XZ平面内で所定
のパワー(屈折力)を有する形状である。このとき、物
体面O上の光軸上の物点Oaxからの光が光学部材11を
通過する際に、XZ断面内のみで屈折作用を受け、図中
実線で示すように、YZ断面内の光束の結像位置と光軸
方向において同じ位置に結像する。これにより、光軸A
x上の非点収差を補正できる。
In the example of FIG. 1, the optical member 11 has a shape having no power (refractive power) in the YZ plane and a predetermined power (refractive power) in the XZ plane. At this time, when the light from the object point Oax on the optical axis on the object plane O passes through the optical member 11, the light is refracted only in the XZ section, and as shown by the solid line in the figure, An image is formed at the same position in the optical axis direction as the image forming position of the light beam. Thereby, the optical axis A
Astigmatism on x can be corrected.

【0015】また、図2において、所定の子午面(YZ
平面)内での軸外物点の結像位置と、これと直交する子
午面(XZ平面)内での軸外物点の結像位置とが光軸A
xと直交する方向で異なり、投影光学系PL全体におい
て非等方的なディストーションが発生している場合、投
影光学系を構成する光学部材のうち、少なくとも1つの
光学部材12に対して、YZ方向とXZ方向とで異なる
パワーとなる表面形状を与える。
In FIG. 2, a predetermined meridian plane (YZ)
The imaging position of the off-axis object point in the plane (plane) and the imaging position of the off-axis object point in the meridional plane (XZ plane) orthogonal to the axis are the optical axis A.
When anisotropic distortion occurs in the entire projection optical system PL, which differs in a direction orthogonal to x, at least one of the optical members 12 constituting the projection optical system is in the YZ direction. And a surface shape having different power in the XZ direction.

【0016】図2の例では、光学部材12は、YZ平面
内でのパワー(屈折力)が無であり、XZ平面内で所定
のパワー(屈折力)を有する形状である。このとき、物
体面O上の軸外物点Oofからの光が光学部材12を通過
する際に、XZ断面内のみで屈折作用を受け、図中実線
で示すように、YZ断面内の光束の結像位置と光軸直交
面内(XY平面)において同じ位置に結像する。これに
より、像面I上での非等方的なディストーションを補正
できる。
In the example of FIG. 2, the optical member 12 has a shape having no power (refractive power) in the YZ plane and a predetermined power (refractive power) in the XZ plane. At this time, when the light from the off-axis object point Oof on the object plane O passes through the optical member 12, it undergoes a refraction action only in the XZ section, and as shown by a solid line in the drawing, the light flux in the YZ section An image is formed at the same position in the plane orthogonal to the optical axis (XY plane) as the image formation position. Thereby, anisotropic distortion on the image plane I can be corrected.

【0017】このように、投影光学系PL内の光学部材
の光学面(レンズ面、反射面)のうちの少なくとも2面
を、所定の子午方向とこの子午方向と直交する方向とで
異なるパワーを有する形状とすれば、投影光学系PLの
非等方的ディストーションと光軸上の非点隔差とを少な
くとも補正することができる。従って、投影光学系の使
用時に発生する軸上非点収差及び非等方的ディストーシ
ョンを打ち消すことができるように、これら少なくとも
2面の光学面で軸上非点収差及び非等方的ディストーシ
ョンをオフセットとして発生させておけば、光源の出力
を上げてスループットの向上を図った際にも、結像性能
の劣化を招くことがない。
As described above, at least two of the optical surfaces (lens surfaces and reflection surfaces) of the optical members in the projection optical system PL have different powers in a predetermined meridian direction and a direction orthogonal to the meridian direction. With such a shape, at least the anisotropic distortion of the projection optical system PL and the astigmatic difference on the optical axis can be corrected. Therefore, the axial astigmatism and the anisotropic distortion are offset by at least two optical surfaces so that the axial astigmatism and the anisotropic distortion generated when the projection optical system is used can be canceled. In this case, even when the output of the light source is increased to improve the throughput, the imaging performance is not deteriorated.

【0018】このとき、軸上非点収差を補正するための
光学面は、投影光学系の瞳近傍に設けることが好まし
く、非等方的ディストーションを補正するための光学面
は、物体面または像面近傍に設けることが好ましい。さ
て、投影光学系PL内の光学部材(レンズ、反射鏡)の
うち、少なくとも2つの光学部材の光学面を、所定の子
午方向とこの子午方向と直交する方向とで異なるパワー
を有する形状とし、かつ光軸を中心として相対的に回転
可能とすれば、軸上非点収差または非等方的ディストー
ションのうちの一方の発生量を調整することができる。
At this time, it is preferable that an optical surface for correcting axial astigmatism is provided near the pupil of the projection optical system, and the optical surface for correcting anisotropic distortion is an object surface or an image surface. Preferably, it is provided near the surface. Now, among the optical members (lenses, reflecting mirrors) in the projection optical system PL, the optical surfaces of at least two optical members have shapes having different powers in a predetermined meridian direction and a direction orthogonal to the meridian direction, In addition, if it is relatively rotatable about the optical axis, it is possible to adjust the amount of one of axial astigmatism and anisotropic distortion.

【0019】以下、図3(a),(b)を参照して説明
する。図3(a),(b)において、光学部材13,1
4は、投影光学系PLを構成する光学部材中の一部の光
学部材である。これらの光学部材13,14のうちの少
なくとも一方は、は光軸Axを中心として回転可能に設
けられている。そして、光学部材13,14は、それぞ
れ曲率半径の最も強い方向13A,14Aと、これら方
向13A,14Aと直交した方向であってそれぞれ曲率
半径の最も弱い方向13B,14Bとを有している。こ
こで、図中実線で示す方向13A,14Aでは光学部材
13,14の屈折力が最も強くなり、図中破線で示す方
向13B,14Bでは光学部材の屈折力が最も弱くな
る。なお、以下においては、曲率半径(屈折力)が最も
強くなる方向13A,14Bを強主経線と呼び、曲率半
径(屈折力)が最も弱くなる方向13B,14Bを弱主
経線と呼ぶ。
Hereinafter, description will be made with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). 3A and 3B, the optical members 13, 1
Reference numeral 4 denotes a part of the optical members constituting the projection optical system PL. At least one of these optical members 13 and 14 is provided so as to be rotatable about an optical axis Ax. The optical members 13 and 14 have directions 13A and 14A having the strongest radii of curvature, respectively, and directions 13B and 14B orthogonal to the directions 13A and 14A and having the weakest radii of curvature. Here, in the directions 13A and 14A indicated by solid lines in the figure, the refractive power of the optical members 13 and 14 is the strongest, and in the directions 13B and 14B indicated by broken lines in the figure, the refractive power of the optical members is the weakest. In the following, the directions 13A and 14B in which the radius of curvature (refractive power) is the strongest are referred to as strong principal meridians, and the directions 13B and 14B in which the radius of curvature (refractive power) is the weakest are referred to as weak main meridians.

【0020】図3(a)に示すように、2つの光学部材
13,14において強主経線13A,14Aが互いに9
0度をなす場合には、これら2つの光学部材13,14
からは、軸上非点収差または非等方的ディストーション
は発生しない。また、図3(b)に示すように、2つの
光学部材13,14において、強主経線13A,14A
のなす角度を90度から外した場合には、これらのなす
角度に応じた量の軸上非点収差または非等方的ディスト
ーションが発生する。
As shown in FIG. 3A, the strong principal lines 13A and 14A of the two optical members 13 and 14 are 9
When the angle is 0 degree, these two optical members 13 and 14
No axial astigmatism or anisotropic distortion occurs. Further, as shown in FIG. 3B, the strong optical meridians 13A and 14A
If the angle is made different from 90 degrees, an amount of axial astigmatism or anisotropic distortion occurs in accordance with the angle made.

【0021】従って、例えば、投影光学系PLを構成す
る光学部材のうち、2つの光学部材の光学面を、所定の
子午方向とこの子午方向と直交する方向とで異なるパワ
ーを有する形状とし、かつ光軸を中心として相対的に回
転可能とすれば、軸上非点収差または非等方的ディスト
ーションの一方を補正することができる。さらに、上記
2つの光学部材とは異なる2つの光学部材の光学面を、
所定の子午方向とこの子午方向と直交する方向とで異な
るパワーを有する形状とし、かつ光軸を中心として相対
的に回転可能とすれば、軸上非点収差および非等方的デ
ィストーションの双方を補正することができる。
Therefore, for example, of the optical members constituting the projection optical system PL, the optical surfaces of two optical members are shaped to have different powers in a predetermined meridian direction and a direction orthogonal to the meridian direction, and If it is relatively rotatable about the optical axis, one of axial astigmatism and anisotropic distortion can be corrected. Further, the optical surfaces of two optical members different from the two optical members are
If it has a shape having different powers in a predetermined meridian direction and a direction orthogonal to the meridian direction, and is relatively rotatable about the optical axis, both axial astigmatism and anisotropic distortion are reduced. Can be corrected.

【0022】従って、投影光学系の使用時に発生する軸
上非点収差及び非等方的ディストーションを打ち消すこ
とができるように、これら少なくとも4面の光学面で軸
上非点収差及び非等方的ディストーションをオフセット
として発生させておけば、光源の出力を上げてスループ
ットの向上を図った際にも、結像性能の劣化を招くこと
がなく、さらには異なる出力の複数種類の光源に対応さ
せることができる。
Therefore, in order to cancel the axial astigmatism and the anisotropic distortion generated when the projection optical system is used, the at least four optical surfaces have the axial astigmatism and the anisotropic distortion. If the distortion is generated as an offset, even if the output of the light source is increased to improve the throughput, the imaging performance will not be degraded, and it is possible to cope with a plurality of types of light sources having different outputs. Can be.

【0023】なお、軸上非点収差の発生量を調整するた
めの光学面は、投影光学系の瞳近傍に設けることが好ま
しく、非等方的ディストーションの発生量を調整するた
めの光学面は、物体面または像面近傍に設けることが好
ましい。以下、図面を参照して本発明の実施形態につい
て説明する。図4は、本発明の実施形態による投影露光
装置の概略図である。図4の投影露光装置は、レチクル
Rを照明するための照明光学装置IS、レチクルRを保
持するためのレチクルステージRS、レチクルRの縮小
像を形成する投影光学系PL、およびフォトレジスト等
の感光性樹脂が塗布されたウエハWをウエハテーブルW
Tを介して保持するウエハステージWSを備える。ここ
で、照明光学装置ISは、水銀ランプのi線(波長36
5nm)を供給する光源部、この光源部からの照明光に
基づいて複数の光源像または複数の光源の虚像を形成す
るためのオプティカルインテグレータ、レチクルブライ
ンド、コンデンサレンズ系などを含む。この照明光学装
置ISは、投影光学系PLの瞳位置(開口絞りASの位
置)に複数の光源像を形成する、すなわち照明光学装置
ISはいわゆるケーラー照明を行う。
The optical surface for adjusting the amount of on-axis astigmatism is preferably provided near the pupil of the projection optical system. The optical surface for adjusting the amount of anisotropic distortion is preferably , Near the object plane or the image plane. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic diagram of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. The projection exposure apparatus shown in FIG. 4 includes an illumination optical device IS for illuminating the reticle R, a reticle stage RS for holding the reticle R, a projection optical system PL for forming a reduced image of the reticle R, and photosensitive elements such as photoresist. Wafer W coated with a conductive resin
A wafer stage WS held via T is provided. Here, the illumination optical device IS is an i-line (wavelength 36) of a mercury lamp.
5 nm), an optical integrator for forming a plurality of light source images or virtual images of the plurality of light sources based on illumination light from the light source unit, a reticle blind, a condenser lens system, and the like. The illumination optical device IS forms a plurality of light source images at the pupil position (position of the aperture stop AS) of the projection optical system PL, that is, the illumination optical device IS performs so-called Koehler illumination.

【0024】照明光学装置ISにより照明されたレチク
ルR上のパターン像は、所定の縮小倍率βを有する投影
光学系PLによりウエハW上に形成される。さて、露光
動作に先だって、レチクルRとウエハWとの位置合わせ
動作が行われる。ここで、投影光学系PLの光軸AXに
平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内で図4の紙面に
平行にX軸を取り、図4の紙面に垂直にY軸を取って説
明すると、レチクルステージRSは、X方向、Y方向、
回転方向にレチクルRの位置決めを行い、ウエハステー
ジWSは、ウエハWの表面を投影光学系PLの像面に合
わせ込むと共に、X方向、Y方向へのウエハWの位置決
めを行う。
The pattern image on the reticle R illuminated by the illumination optical device IS is formed on the wafer W by the projection optical system PL having a predetermined reduction magnification β. By the way, prior to the exposure operation, a positioning operation between the reticle R and the wafer W is performed. Here, the Z axis is taken parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, the X axis is taken parallel to the plane of FIG. 4 in a plane perpendicular to the Z axis, and the Y axis is taken perpendicular to the plane of FIG. To explain, the reticle stage RS has an X direction, a Y direction,
The reticle R is positioned in the rotation direction, and the wafer stage WS aligns the surface of the wafer W with the image plane of the projection optical system PL and positions the wafer W in the X and Y directions.

【0025】その後、露光動作を開始する。このとき、
ウエハW上の1つのショット領域を露光する際に、レチ
クルRとウエハWとを投影光学系PLに対して投影倍率
βを速度比として同期走査してレチクルRのパターン像
の露光を行った後、ウエハステージWSをステッピング
駆動することによって、ウエハW上の次のショット領域
を投影光学系PLの露光領域に移動して露光を行うとい
う動作が、ステップ・アンド・スキャン方式で繰り返さ
れる。
Thereafter, an exposure operation is started. At this time,
When exposing one shot area on the wafer W, the reticle R and the wafer W are synchronously scanned with respect to the projection optical system PL with a projection magnification β as a speed ratio to expose a pattern image of the reticle R. The operation of moving the next shot area on wafer W to the exposure area of projection optical system PL and performing exposure by stepping drive of wafer stage WS is repeated in a step-and-scan manner.

【0026】本実施形態の投影光学系PLは、複数のレ
ンズ素子を有し、これら複数のレンズ素子は、光軸Ax
上に沿って配列されている。本実施形態では、これら複
数のレンズ素子のうち、互いに近接した2つのレンズ素
子が、所定の子午方向とこの子午方向と直交する方向と
で異なるパワーを有する形状のレンズ面をそれぞれ有す
る。また、上記2つのレンズ素子とは異なるレンズ素子
であって、互いに近接した2つのレンズ素子が、所定の
子午方向とこの子午方向と直交する方向とで異なるパワ
ーを有する形状のレンズ面をそれぞれ有する。
The projection optical system PL of the present embodiment has a plurality of lens elements, and the plurality of lens elements have an optical axis Ax
They are arranged along the top. In the present embodiment, among these plurality of lens elements, two lens elements that are close to each other have respective lens surfaces having different powers in a predetermined meridian direction and a direction orthogonal to the meridian direction. Further, two lens elements different from the two lens elements, and two lens elements close to each other have lens surfaces having shapes different in power in a predetermined meridian direction and a direction orthogonal to the meridian direction. .

【0027】これら4つのレンズ面の作用により、所望
の量の軸上非点収差および非等方的ディストーションを
発生することができ、これら所望量を投影光学系の使用
時に発生する軸上非点収差及び非等方的ディストーショ
ンを打ち消すことができるように設定すれば、光源の出
力を上げてスループットの向上を図った際にも、結像性
能の劣化を招くことがない。
By the action of these four lens surfaces, a desired amount of axial astigmatism and anisotropic distortion can be generated. These desired amounts can be generated by using the axial astigmatism generated when the projection optical system is used. If the aberration and the anisotropic distortion are set so as to be able to cancel each other, even when the output of the light source is increased to improve the throughput, the imaging performance is not deteriorated.

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明の数値実施例について説明す
る。図5は、第1実施例の投影光学系PLのレンズ断面
図であり、図7は第2実施例の投影光学系PLのレンズ
断面図である。 [第1実施例]図5において、投影光学系PLは光軸A
xに沿って配列された複数のレンズ素子G1〜G30を
備える。これら複数のレンズ素子G1〜G30のうち、
最もレチクルR側(物体側)に配置されたレンズ素子G
1のウエハW側のレンズ面G1R2が所定の子午方向と
この子午方向と直交する方向とで異なるパワーを有する
形状に形成されている。このレンズ面は、非等方的ディ
ストーションを補正する機能を有する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, numerical embodiments of the present invention will be described. FIG. 5 is a lens sectional view of the projection optical system PL of the first embodiment, and FIG. 7 is a lens sectional view of the projection optical system PL of the second embodiment. [First Embodiment] In FIG. 5, a projection optical system PL has an optical axis A
It has a plurality of lens elements G1 to G30 arranged along x. Among the plurality of lens elements G1 to G30,
Lens element G closest to reticle R side (object side)
One lens surface G1R2 on the side of the wafer W is formed in a shape having different powers in a predetermined meridian direction and a direction orthogonal to the meridian direction. This lens surface has a function of correcting anisotropic distortion.

【0029】また、複数のレンズ素子G1〜G30のう
ち、開口絞りASの位置(瞳位置)近傍に配置されたレ
ンズ素子G17のウエハW側のレンズ面G17R2は、
所定の子午方向とこの子午方向と直交する方向とで異な
るパワーを有する形状に形成されている。このレンズ面
は、軸上非点収差を補正する機能を有する。なお、第1
実施例の投影光学系PLにおいては、レンズ素子G2お
よびレンズ素子G4〜G6は、それぞれ独立に光軸方向
に沿って移動可能に配置されており、これらのレンズ素
子G2、G4〜G6は、それぞれピエゾ素子駆動部PD
1,PD2により光軸方向の位置が制御される。また、
レンズ素子G11とレンズ素子G15とに挟まれた空間
は、外気から密閉された気密室AM1となっており、こ
の気密室AM1内の圧力は、図示無き圧力制御部により
制御される。そして、レンズ素子G20とレンズ素子G
26とに挟まれた空間は、外気から密閉された気密室A
M2となっており、この気密室AM2内の圧力も図示無
き圧力制御部により制御される。
The lens surface G17R2 on the wafer W side of the lens element G17 arranged near the position (pupil position) of the aperture stop AS among the plurality of lens elements G1 to G30 is
It is formed in a shape having different powers in a predetermined meridian direction and a direction orthogonal to the meridian direction. This lens surface has a function of correcting axial astigmatism. The first
In the projection optical system PL of the embodiment, the lens element G2 and the lens elements G4 to G6 are arranged so as to be independently movable along the optical axis direction, and these lens elements G2 and G4 to G6 are respectively Piezo element driver PD
1, the position in the optical axis direction is controlled by PD2. Also,
The space between the lens element G11 and the lens element G15 is an airtight chamber AM1 sealed from the outside air, and the pressure in the airtight chamber AM1 is controlled by a pressure control unit (not shown). Then, the lens element G20 and the lens element G
26 is an airtight room A sealed from outside air.
The pressure in the airtight chamber AM2 is also controlled by a pressure control unit (not shown).

【0030】ここで、上記レンズ素子G2,G4〜G6
の光軸方向への移動、および気密室AM1,AM2内の
圧力の加減圧を行うことにより、投影光学系PLの等方
的な収差を補正することが可能である。これにより、ラ
ンプの強度を変更した時に生じる収差のうち、等方的な
成分が補正できるため、上記レンズ面G1R2、G17
R2において補正する非等方的な成分(軸上非点収差、
非等方的ディストーション)の補正量を極力減らすこと
ができる。
Here, the lens elements G2, G4 to G6
Is moved in the direction of the optical axis, and the pressure in the airtight chambers AM1 and AM2 is increased / decreased, whereby the isotropic aberration of the projection optical system PL can be corrected. This makes it possible to correct the isotropic component of the aberration generated when the intensity of the lamp is changed, so that the lens surfaces G1R2 and G17 can be corrected.
Anisotropic components to be corrected in R2 (on-axis astigmatism,
The correction amount of anisotropic distortion can be reduced as much as possible.

【0031】さて、第1実施例の投影光学系PLにおけ
るレンズ面G1R2は、非等方的ディストーションを発
生する機能を有し、この非等方的ディストーションの発
生量は、ランプの強度を変更した際に生じる収差のうち
の非等方的ディストーションをキャンセルすることがで
きる量となっている。また、第1実施例の投影光学系P
Lにおけるレンズ面G17R2は、軸上非点収差を発生
する機能を有し、この軸上非点収差の発生量は、ランプ
の強度を変更した際に生じる収差のうちの軸上非点収差
をキャンセルすることができる量となっている。
The lens surface G1R2 in the projection optical system PL of the first embodiment has a function of generating anisotropic distortion, and the amount of the anisotropic distortion is changed by changing the intensity of the lamp. The amount is such that the anisotropic distortion among the aberrations generated at the time can be canceled. Further, the projection optical system P of the first embodiment
The lens surface G17R2 at L has a function of generating on-axis astigmatism. The amount of on-axis astigmatism is determined by the amount of on-axis astigmatism among the aberrations generated when the lamp intensity is changed. It is the amount that can be canceled.

【0032】以下の表1にレンズデータを示す。D0は
レチクルRから最もレチクルR側に配置されたレンズ素
子G1のレチクルR側のレンズ面までの光軸上の距離、
WDは最もウエハW側に配置されたレンズ素子G30の
レチクル側のレンズ面から像面(ウエハW)までの光軸
上の距離(作動距離)、βは投影光学系の投影倍率であ
り、距離、又は長さの単位は一例としてmmである。更
に、表1の下欄において、左端の数字はレチクルR(第
1物体)側からのレンズ面の順序、rは当該レンズ面の
所定の子午方向(メリジオナル方向)における曲率半
径、dは当該レンズ面から次のレンズ面までの間隔、n
は波長365nmにおける硝材の屈折率、右端の符号は
レンズ素子の符号をそれぞれ表している。
Table 1 below shows the lens data. D0 is the distance on the optical axis from the reticle R to the lens surface on the reticle R side of the lens element G1 disposed closest to the reticle R;
WD is the distance (working distance) on the optical axis from the reticle-side lens surface of the lens element G30 disposed closest to the wafer W to the image plane (wafer W), β is the projection magnification of the projection optical system, Or the unit of the length is mm as an example. Further, in the lower column of Table 1, the leftmost numeral is the order of the lens surfaces from the reticle R (first object) side, r is the radius of curvature of the lens surface in a predetermined meridional direction (meridional direction), and d is the lens. The distance from one surface to the next lens surface, n
Represents the refractive index of the glass material at a wavelength of 365 nm, and the right-most reference numeral represents the reference numeral of the lens element.

【0033】[0033]

【表1】 D0= 96.34151 WD= 15.53333 β=-0.25 r d n 1 671.10239 14.80316 1.612980 G1 2 304.17256 17.70195 1.000000 3 1800.12100 28.76018 1.615360 G2 4 -294.83934 0.99243 1.000000 5 162.33651 29.85004 1.615360 G3 6 -3248.93694 0.99283 1.000000 7 190.06023 23.21387 1.615360 G4 8 0.00000 3.23585 1.000000 9 -1436.07051 9.37482 1.612980 G5 10 91.78283 17.48596 1.000000 11 303.34614 20.93839 1.487340 G6 12 -241.49834 0.98586 1.000000 13 3300.03300 18.37237 1.615360 G7 14 106.51217 27.11385 1.000000 15 -130.67101 15.31283 1.615360 G8 16 425.96496 25.99590 1.000000 17 -94.98422 16.58339 1.615340 G9 18 1620.65000 0.99258 1.000000 19 1423.87400 34.58149 1.487340 G10 20 -144.20178 0.49987 1.000000 21 -316.64628 22.81938 1.615360 G11 22 -181.74714 0.49251 1.000000 23 -1968.32502 29.12495 1.615360 G12 24 -312.76216 0.67202 1.000000 25 450.72547 31.72687 1.615360 G13 26 -707.93501 0.70068 1.000000 27 199.06702 37.40341 1.615360 G14 28 1974.73900 0.68874 1.000000 29 227.54939 23.28514 1.615360 G15 30 135.86704 0.69245 1.000000 31 -133.10047 21.15282 1.612980 G16 32 114.68598 37.81791 1.000000 33 -295.57745 15.50758 1.612980 G17 34 216.44577 28.77678 1.000000 35 -126.36874 11.76513 1.612980 G18 36 877.19184 0.98514 1.000000 37 632.59599 18.82255 1.487340 G19 38 -522.30541 6.27044 1.000000 39 0.00000 15.52604 1.000000 AS 40 -440.07720 26.39718 1.487340 G20 41 -170.25552 0.71318 1.000000 42 540.79980 39.39782 1.487340 G21 43 -308.61251 0.49137 1.000000 44 695.18515 31.56281 1.615360 G22 45 -968.92869 28.33692 1.000000 46 -200.81587 25.72931 1.612980 G23 47 -333.02921 0.48859 1.000000 48 681.31343 30.56490 1.615360 G24 49 -582.01710 0.49028 1.000000 50 171.39265 41.11481 1.487340 G25 51 1078.39500 0.48082 1.000000 52 124.36057 41.35491 1.487340 G26 53 553.54147 4.70728 1.000000 54 1355.45200 18.40138 1.612980 G27 55 84.11263 5.24338 1.000000 56 95.82394 36.19782 1.487340 G28 57 -1172.64608 0.96729 1.000000 58 572.67338 16.40858 1.612980 G29 59 93.23125 0.97305 1.000000 60 69.00901 26.08456 1.487340 G30 61 296.67188 (WD) 1.000000 次の表2にレンズ面G1R2およびレンズ面G17R2
の面形状データを示す。なお、以下の表2においては、
Rxを所定の子午方向におけるレンズ面の曲率半径と
し、Ryを該子午方向と直交する方向におけるレンズ面
の曲率半径とする。
D0 = 96.34151 WD = 15.53333 β = -0.25 rdn 1 671.10239 14.80316 1.612980 G1 2 304.17256 17.70195 1.000000 3 1800.12100 28.76018 1.615360 G2 4 -294.83934 0.99243 1.000000 5 162.33651 29.85004 1.615360 7900 61.6324. G4 8 0.00000 3.23585 1.000000 9 -1436.07051 9.37482 1.612980 G5 10 91.78283 17.48596 1.000000 11 303.34614 20.93839 1.487340 G6 12 -241.49834 0.98586 1.000000 13 3300.03300 18.37237 1.615360 G7 14 106.51217 27.11385 1.000000 15 -130.360101 15.961 358 316 316 316. 18 1620.65000 0.99258 1.000000 19 1423.87400 34.58149 1.487340 G10 20 -144.20178 0.49987 1.000000 21 -316.64628 22.81938 1.615360 G11 22 -181.74714 0.49251 1.000000 23 -1968.32502 29.12495 1.615360 G12 24 -312.76216 0.67202 1.000000 25 450.72537 31.726. 1.615360 G14 28 1974.73900 0.68874 1.000000 29 227.54939 23.28514 1.615360 G15 30 135.86704 0.69245 1.000000 31 -133.10047 21.15282 1.612980 G16 32 114.68598 37.81791 1.000000 33 -295.57745 15.50758 1.612980 G17 34 216.44577 28.77678 1.000000 37.18.1.636.1361. 38 -522.30541 6.27044 1.000000 39 0.00000 15.52604 1.000000 AS 40 -440.07720 26.39718 1.487340 G20 41 -170.25552 0.71318 1.000000 42 540.79980 39.39782 1.487340 G21 43 -308.61251 0.49137 1.000000 44 695.18515 31.56281 1.615360 29. 0.48859 1.000000 48 681.31343 30.56490 1.615360 G24 49 -582.01710 0.49028 1.000000 50 171.39265 41.11481 1.487340 G25 51 1078.39500 0.48082 1.000000 52 124.36057 41.35491 1.487340 G26 53 553.54147 4.70728 1.000000 54 1355.45200 18.40138 1.612980 G55 4.11263 5.24338 1.000000 56 95.82394 36.19782 1.487340 G28 57 -1172.64608 0.96729 1.000000 58 572.67338 16.40858 1.612980 G29 59 93.23125 0.97305 1.000000 60 69.00901 26.08456 1.487340 G30 61 296.67188 (WD) 1.000000 Lens surfaces G1R2 and G1R2 in Table 2 below
3 shows the surface shape data of FIG. In Table 2 below,
Rx is the radius of curvature of the lens surface in a predetermined meridian direction, and Ry is the radius of curvature of the lens surface in a direction orthogonal to the meridian direction.

【0034】[0034]

【表2】[第1実施例] G1R1(第2面) Rx= 304.17256(所定の子午方向) Ry= 304.17907(該子午方向と直交する方向) G17R2(第34面) Rx= 216.44577(所定の子午方向) Ry= 216.44399(該子午方向と直交する方向) レンズ面G1R2を上記のようにアス面(所定の子午方
向Mxと該子午方向に直交する方向Myで曲率半径が異
なる面)化することにより、投影光学系PLの像面にお
いては、図6に矢印で示すように、所定の子午方向Mx
に対して該子午方向と直交する方向Myでは、最大像高
Ymax=13.2mmの位置で+0.005μmの非等
方的ディストーションが発生する。
[First Example] G1R1 (second surface) Rx = 304.17256 (predetermined meridian direction) Ry = 304.17907 (direction orthogonal to the meridian direction) G17R2 (34th surface) Rx = 216.5777 (predetermined meridian) Direction) Ry = 216.44399 (direction orthogonal to the meridian direction) By converting the lens surface G1R2 into an as-surface (a surface having a different radius of curvature between the predetermined meridian direction Mx and the direction My orthogonal to the meridian direction) as described above. In the image plane of the projection optical system PL, as shown by an arrow in FIG.
On the other hand, in the direction My perpendicular to the meridian direction, anisotropic distortion of +0.005 μm occurs at the position of the maximum image height Ymax = 13.2 mm.

【0035】また、レンズ面G17R2を上記のように
アス面化することにより、投影光学系PLの像面におけ
る光軸上の像点においては、+0.23μmの軸上非点
収差(所定の子午方向Mxの像面と該子午方向と直交す
る方向Myでの像面との光軸に沿った間隔)が発生す
る。なお、これら値は、表1および表2の曲率半径およ
び面間隔の単位をmmとしたときのものである。
Further, by forming the lens surface G17R2 as as above as described above, at the image point on the optical axis on the image plane of the projection optical system PL, +0.23 μm axial astigmatism (predetermined meridian) (An interval along the optical axis between the image plane in the direction Mx and the image plane in the direction My orthogonal to the meridian direction). These values are obtained when the units of the radius of curvature and the surface interval in Tables 1 and 2 are mm.

【0036】このように第1実施例においては、投影光
学系PLを構成する複数のレンズ素子G1〜G30のう
ちの2つのレンズ面(G1R2,G17R2)をアス面
化することにより、光源出力を変更したときに生ずる軸
上非点収差および非等方的ディストーションを打ち消す
ことのできる量の軸上非点収差および非等方的ディスト
ーションを予め発生させることができる。 [第2実施例]図7に示す第2実施例にかかる投影光学
系PLは、上記表1に示されたレンズデータを持つ投影
光学系PLを構成する複数のレンズ素子G1〜G30の
うちの4つのレンズ素子(G1,G2,G17,G1
8)の4面のレンズ面(G1R2,G2R1,G17R
2,G18R1)を所定の子午方向とこの子午方向と直
交する方向とで異なるパワーを有する形状とし、レンズ
素子G17とレンズ素子G18とを光軸を中心として相
対的に回転可能として、軸上非点収差の発生量を調整可
能とすると共に、レンズ素子G1とレンズ素子G2とを
光軸を中心として相対的に回転可能として、非等方的デ
ィストーションの発生量を調整可能としたものである。
As described above, in the first embodiment, the two lens surfaces (G1R2, G17R2) of the plurality of lens elements G1 to G30 constituting the projection optical system PL are made to be as-surfaced, so that the light source output is reduced. An amount of on-axis astigmatism and anisotropic distortion that can cancel out the on-axis astigmatism and anisotropic distortion caused by the change can be generated in advance. [Second Embodiment] A projection optical system PL according to a second embodiment shown in FIG. 7 includes a plurality of lens elements G1 to G30 constituting the projection optical system PL having the lens data shown in Table 1 above. Four lens elements (G1, G2, G17, G1
8) Four lens surfaces (G1R2, G2R1, G17R)
, G18R1) has a shape having different powers in a predetermined meridian direction and a direction orthogonal to the meridian direction, and the lens element G17 and the lens element G18 are relatively rotatable about the optical axis, so that the on-axis non-axial The amount of astigmatism can be adjusted, and the lens element G1 and the lens element G2 can be relatively rotated about the optical axis to adjust the amount of anisotropic distortion.

【0037】この第2実施例においても、上述の第1実
施例と同様に、レンズ素子G2およびレンズ素子G4〜
G6は、ピエゾ素子駆動部PD1,PD2により制御さ
れてそれぞれ独立に光軸方向に沿って移動し、レンズ素
子G11とレンズ素子G15とに挟まれた空間とレンズ
素子G20とレンズ素子G26とに挟まれた空間とは、
それぞれ外気から密閉された気密室AM1,AM2とな
っており、それらの内部の圧力は、図示無き圧力制御部
により制御される。
In the second embodiment, similarly to the first embodiment, the lens elements G2 and G4 to
G6 is controlled by the piezo element driving units PD1 and PD2 and moves independently along the optical axis direction, and is interposed between the lens element G11 and the lens element G15 and between the lens element G20 and the lens element G26. Space
The airtight chambers AM1 and AM2 are sealed from the outside air, and the pressure inside them is controlled by a pressure control unit (not shown).

【0038】さて、図7の投影光学系PLにおいて、複
数のレンズ素子G1〜G30のうち、最もレチクル側に
配置された1対のレンズ素子G1,G2は、所定の子午
方向と該子午方向と直交する方向とで異なるパワーを有
する形状のレンズ面G1R2,G2R1を有する。ここ
で、レンズ面G1R2はレンズ素子G1のウエハ側のレ
ンズ面であり、レンズ面G2R1はレンズ素子G2のレ
チクル側のレンズ面である。このように、アス面化され
た1組のレンズ面(所定の子午方向と該子午方向と直交
する方向とで異なるパワーを有する形状のレンズ面)が
互いに対向して配置されている。
In the projection optical system PL shown in FIG. 7, a pair of lens elements G1 and G2 arranged closest to the reticle among the plurality of lens elements G1 to G30 are arranged in a predetermined meridian direction and the meridian direction. It has lens surfaces G1R2 and G2R1 having shapes having different powers in orthogonal directions. Here, the lens surface G1R2 is the lens surface of the lens element G1 on the wafer side, and the lens surface G2R1 is the lens surface of the lens element G2 on the reticle side. In this way, a set of lens surfaces which are astigmatically formed (lens surfaces having different powers in a predetermined meridian direction and a direction orthogonal to the meridian direction) are arranged to face each other.

【0039】これらのレンズ面G1R2,G2R1はそ
れぞれ曲率半径(屈折力)が最も強くなる方向である強
主経線と、曲率半径(屈折力)が最も弱くなる方向であ
る弱主経線とを有し、これらの強主経線と弱主経線とは
互いに直交している。これらのレンズ素子G1,G2に
おいて、それぞれの強主経線(弱主経線)のなす角度を
変更することにより、非等方的ディストーションの発生
量を調整することができる。ここで、それぞれの強主経
線(弱主経線)同士が互いに直交している際には、非等
方的ディストーションの発生量は最小となり、それぞれ
の強主経線(弱主経線)同士が平行である際には、非等
方的ディストーションの発生量が最大となる。なお、本
実施例においては、それぞれの強主経線(弱主経線)同
士が互いに直交している場合、非等方的ディストーショ
ンは発生しない。
Each of these lens surfaces G1R2 and G2R1 has a strong principal meridian in which the radius of curvature (refractive power) becomes the strongest and a weak principal meridian in which the radius of curvature (refractive power) becomes the weakest. The strong and weak main meridians are orthogonal to each other. In these lens elements G1 and G2, the amount of anisotropic distortion can be adjusted by changing the angle between the strong main meridians (weak main meridians). Here, when the strong main meridians (weak main meridians) are orthogonal to each other, the amount of anisotropic distortion is minimized, and the strong main meridians (weak main meridians) are parallel to each other. In some cases, the amount of anisotropic distortion is maximized. In this embodiment, when the strong main meridians (weak main meridians) are orthogonal to each other, no anisotropic distortion occurs.

【0040】また、図7の投影光学系PLにおいて、複
数のレンズ素子G1〜G30のうち、開口絞りASの近
傍(瞳面近傍)に配置された1対のレンズ素子G17,
G18は、所定の子午方向と該子午方向と直交する方向
とで異なるパワーを有する形状のレンズ面G17R2,
G18R1を有する。ここで、レンズ面G17R2はレ
ンズ素子G17のウエハW側のレンズ面であり、レンズ
面G18R1はレンズ素子G18のレチクル側のレンズ
面である。このように、上記1組のアス面化されたレン
ズ面とは別の組のアス面化された1組のレンズ面が互い
に対向して配置されている。
In the projection optical system PL of FIG. 7, a pair of lens elements G17, G17, which are arranged near the aperture stop AS (near the pupil plane) among the plurality of lens elements G1 to G30.
G18 has a lens surface G17R2 having a different power in a predetermined meridian direction and a direction orthogonal to the meridian direction.
G18R1. Here, the lens surface G17R2 is the lens surface of the lens element G17 on the wafer W side, and the lens surface G18R1 is the lens surface of the lens element G18 on the reticle side. As described above, another set of lens surfaces that are formed into a different surface from the set of lens surfaces that are formed into a different surface is disposed so as to face each other.

【0041】これらのレンズ面G17R2,G18R1
はそれぞれ曲率半径(屈折力)が最も強くなる方向であ
る強主経線と、曲率半径(屈折力)が最も弱くなる方向
である弱主経線とを有し、これらの強主経線と弱主経線
とは互いに直交している。これらのレンズ素子G17,
G18において、それぞれの強主経線(弱主経線)のな
す角度を変更することにより、軸上非点収差の発生量を
調整することができる。ここで、それぞれの強主経線
(弱主経線)同士が互いに直交している際には、軸上非
点収差の発生量は最小となり、それぞれの強主経線(弱
主経線)同士が平行である際には、軸上非点収差の発生
量が最大となる。なお、本実施例においては、それぞれ
の強主経線(弱主経線)同士が互いに直交している場
合、軸上非点収差は発生しない。
These lens surfaces G17R2, G18R1
Has a strong principal meridian in which the radius of curvature (refractive power) is the strongest, and a weak principal meridian in which the radius of curvature (refractive power) is the weakest. Are orthogonal to each other. These lens elements G17,
In G18, by changing the angle between the strong main meridians (weak main meridians), the amount of on-axis astigmatism can be adjusted. Here, when the strong main meridians (weak main meridians) are orthogonal to each other, the amount of on-axis astigmatism is minimized, and the strong main meridians (weak main meridians) are parallel to each other. In some cases, the amount of on-axis astigmatism is maximized. In this embodiment, when the strong main meridians (weak main meridians) are orthogonal to each other, no axial astigmatism occurs.

【0042】第2実施例の投影光学系PLにおいて、ラ
ンプの強度を変更した際に生じる収差のうち、等方的な
収差成分は、レンズ素子G2,G4〜G6の光軸方向へ
の移動、および気密室AM1,AM2内の圧力の加減圧
を行うことにより補正し、非等方的な収差成分(軸上非
点収差、非等方的ディストーション)は、レンズ素子G
1,G2の少なくとも一方の光軸周りの回転、およびレ
ンズ素子G17,G18の少なくとも一方の光軸周りの
回転により補正することができる。なお、第2実施例に
おいても、等方的な収差成分を別の手法により補正可能
としているため、上記レンズ面G1R2,G2R1,G
17R2,G18R1により補正する非等方的な成分
(軸上非点収差、非等方的ディストーション)の補正量
を極力減らすことができる。
In the projection optical system PL of the second embodiment, of the aberrations generated when the intensity of the lamp is changed, the isotropic aberration components include the movement of the lens elements G2, G4 to G6 in the optical axis direction, The pressure in the airtight chambers AM1 and AM2 is corrected by increasing or decreasing the pressure, and the anisotropic aberration components (on-axis astigmatism and anisotropic distortion) are corrected by the lens element G.
The rotation can be corrected by the rotation of at least one of the optical axes of the lens elements G1 and G2 and the rotation of the lens elements G17 and G18 about at least one of the optical axes. In the second embodiment as well, since the isotropic aberration component can be corrected by another method, the lens surfaces G1R2, G2R1, G
The correction amount of anisotropic components (axial astigmatism, anisotropic distortion) corrected by 17R2 and G18R1 can be reduced as much as possible.

【0043】第2実施例の投影光学系PLにおいて、所
定の子午断面のレンズデータは、上述の表1の通りであ
り、以下の表3にレンズ面G1R2,G2R1,G17
R2およびG18R1の面形状データを示す。なお、以
下の表2においては、Rxを所定の子午方向(強主経
線)におけるレンズ面の曲率半径とし、Ryを該子午方
向と直交する方向(弱主経線)におけるレンズ面の曲率
半径とする。
In the projection optical system PL of the second embodiment, the lens data of the predetermined meridional section is as shown in Table 1 above, and Table 3 below shows the lens surfaces G1R2, G2R1, and G17.
9 shows surface shape data of R2 and G18R1. In Table 2 below, Rx is the radius of curvature of the lens surface in a predetermined meridian direction (strong principal meridian), and Ry is the radius of curvature of the lens surface in a direction orthogonal to the meridian direction (weak principal meridian). .

【0044】[0044]

【表3】[第2実施例] G1R1(第2面) Rx= 304.17256(強主経線) Ry= 304.17907(弱主経線) G2R1(第3面) Rx= 1800.12100(強主経線) Ry= 1799.90090(弱主経線) G17R2(第34面) Rx= 216.44577(強主経線) Ry= 216.44399(弱主経線) G18R1(第35面) Rx=-126.36825(強主経線) Ry=-126.36874(弱主経線) 第2実施例において、レンズ面G1R2の強主経線とレ
ンズ面G2R1の強主経線とを互いに90度となるよう
にレンズ素子G1,G2を配置する場合には、像面上に
おいて非等方的ディストーションは発生しない。また、
レンズ面G1R2の強主経線とレンズ面G2R1の強主
経線とを互いに平行とした場合には、像面上の最大像高
Y=13.2mmの位置において、強主経線の方向と弱
主経線の方向との間で+0.010μm(−0.010
μm)の非等方的ディストーションが発生する。
Table 3 [Second embodiment] G1R1 (second surface) Rx = 304.17256 (strong main meridian) Ry = 304.17907 (weak main meridian) G2R1 (third surface) Rx = 1800.12100 (strong main meridian) Ry = 1799.90090 ( Weak main meridian) G17R2 (34th plane) Rx = 216.44577 (strong main meridian) Ry = 216.44399 (weak main meridian) G18R1 (35th plane) Rx = -126.36825 (strong main meridian) Ry = -126.36874 (weak main meridian) In the second embodiment, when the lens elements G1 and G2 are arranged such that the strong principal meridian of the lens surface G1R2 and the strong principal meridian of the lens surface G2R1 are at 90 degrees to each other, anisotropically on the image plane No distortion occurs. Also,
When the strong principal meridian of the lens surface G1R2 and the strong principal meridian of the lens surface G2R1 are parallel to each other, the direction of the strong principal meridian and the weak principal meridian at the position of the maximum image height Y = 13.2 mm on the image plane. +0.010 μm (−0.010 μm)
μm) of anisotropic distortion.

【0045】また、第2実施例において、レンズ面G1
7R2の強主経線とレンズ面G18R1の強主経線とを
互いに90度となるようにレンズ素子G17,G18を
配置する場合には、像面における光軸上で軸上非点収差
は発生しない。また、レンズ面G17R2の強主経線と
レンズ面G18R1の強主経線とを互いに平行とした場
合には、像面における光軸上の点において、強主経線の
方向に沿った像面と弱主経線の方向に沿った像面との間
で0.46μmの軸上非点収差が発生する。
In the second embodiment, the lens surface G1
When the lens elements G17 and G18 are arranged such that the strong principal meridian of 7R2 and the strong principal meridian of the lens surface G18R1 are at 90 degrees to each other, no axial astigmatism occurs on the optical axis on the image plane. When the strong principal meridian of the lens surface G17R2 and the strong principal meridian of the lens surface G18R1 are parallel to each other, at a point on the optical axis on the image plane, the image plane along the direction of the strong principal meridian and the weak principal meridian. On-axis astigmatism of 0.46 μm occurs between the image plane along the meridian direction.

【0046】なお、これら値は、表1および表3の曲率
半径および面間隔の単位をmmとしたときのものであ
る。このように第2実施例においては、投影光学系PL
を構成する複数のレンズ素子G1〜G30のうちの4つ
のレンズ面(G1R2,G2R1,G17R2,G18
R1)をアス面化し、それぞれの組(G1R2,G2R
1の組、およびG17R2,G18R1の組)において
光軸を中心として相対的に回転可能に設けることによ
り、光源出力を変更したときに生ずる軸上非点収差およ
び非等方的ディストーションを打ち消すことのできる量
の軸上非点収差および非等方的ディストーションを発生
させることができる。さらに、第2実施例においては、
軸上非点収差および非等方的ディストーションの発生量
を調整できるため、複数種類の光源出力に投影光学系P
Lを対応させることができる。
These values are obtained when the units of the radius of curvature and the surface spacing in Tables 1 and 3 are mm. Thus, in the second embodiment, the projection optical system PL
Of the plurality of lens elements G1 to G30 (G1R2, G2R1, G17R2, G18
R1) is assimilated and each set (G1R2, G2R)
1 and the set of G17R2 and G18R1) so as to be relatively rotatable about the optical axis to cancel axial astigmatism and anisotropic distortion caused when the light source output is changed. A possible amount of axial astigmatism and anisotropic distortion can be generated. Further, in the second embodiment,
Since the amount of on-axis astigmatism and anisotropic distortion can be adjusted, the projection optical system P
L can correspond.

【0047】なお、以上の実施例では、投影光学系PL
を構成する光学素子が全てレンズ素子である屈折型の投
影光学系を例にとって説明したが、本発明は屈折型投影
光学系のみならず、反射屈折型投影光学系や反射型投影
光学系にも適用できる。さらに、上記実施例ではアス面
化されているのはレンズ素子であったが、その代わりに
反射素子であっても良い。
In the above embodiment, the projection optical system PL
Although the description has been made by taking as an example a refractive projection optical system in which all the optical elements constituting the lens element are lens elements, the present invention is applicable not only to a refractive projection optical system but also to a catadioptric projection optical system and a reflective projection optical system. Applicable. Further, in the above-described embodiment, the lens element is made to be aspered, but a reflective element may be used instead.

【0048】また、上記第2実施例において、投影光学
系PLの熱吸収などにより軸上非点収差および非等方的
ディストーションの発生量が経時的に変化する場合にお
いても、軸上非点収差および非等方的ディストーション
の発生量をコントロールすることが可能であるため、こ
れらを効果的に補正することが可能である。このとき、
実際に投影光学系PLの収差を測定し、その測定結果に
応じて各レンズ素子G1,G2,G17,G18の回転
調整を行う手法や、投影光学系PL中を露光光が通過す
る時間などを測定して、この時間と各レンズ素子G1,
G2,G17,G18の回転量との関係が記憶されたマ
ップを参照する手法などが考えられる。
In the second embodiment, even when the amount of axial astigmatism and the amount of anisotropic distortion changes with time due to heat absorption of the projection optical system PL, the axial astigmatism does not change. Since the amount of anisotropic distortion and the amount of anisotropic distortion can be controlled, these can be effectively corrected. At this time,
A method of actually measuring the aberration of the projection optical system PL and adjusting the rotation of each of the lens elements G1, G2, G17, and G18 according to the measurement result, and the time required for the exposure light to pass through the projection optical system PL. By measuring, this time and each lens element G1,
A method of referring to a map in which the relationship between the rotation amounts of G2, G17, and G18 is stored can be considered.

【0049】また、上述の実施形態では、光源として水
銀ランプのi線を使用したが、光源は水銀ランプには限
られない。
In the above-described embodiment, the i-line of the mercury lamp is used as the light source, but the light source is not limited to the mercury lamp.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、良好な結
像状態のもとで−特に軸上非点収差及び非等方的ディス
トーションを良好に補正した状態のもとで−スループッ
トの向上を図ることができる。
As described above, according to the present invention, the throughput is improved under a good imaging condition, particularly under a condition in which axial astigmatism and anisotropic distortion are well corrected. Improvement can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の原理を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention.

【図2】本発明の原理を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the present invention.

【図3】本発明の原理を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of the present invention.

【図4】本発明による実施形態にかかる露光装置の概略
構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明による第1実施例の投影光学系のレンズ
断面図である。
FIG. 5 is a sectional view of a lens of a projection optical system according to a first embodiment of the present invention.

【図6】非等方的ディストーションを説明するための図
である。
FIG. 6 is a diagram for explaining anisotropic distortion.

【図7】本発明による第2実施例の投影光学系のレンズ
断面図である。
FIG. 7 is a lens sectional view of a projection optical system according to a second embodiment of the present invention.

【図8】投影光学系の露光領域を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an exposure area of the projection optical system.

【図9】本発明の問題点を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a problem of the present invention.

【図10】本発明の問題点を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a problem of the present invention.

【図11】本発明の問題点を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a problem of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

PL:投影光学系 R:レチクル(マスク) W:ウエハ(基板) PL: projection optical system R: reticle (mask) W: wafer (substrate)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】投影原版上に設けられたパターンの像を投
影光学系を用いて基板上に形成し、相対的に該基板と前
記投影光学系との位置関係を走査方向に沿って変化させ
つつ投影露光露光を行う走査型投影露光装置において、 前記投影光学系は、非等方的な形状の領域内に像を形成
し、 前記投影光学系を構成する光学部材の光学面のうちの少
なくとも2面は、所定の子午方向と該子午方向と直交す
る方向とでパワーが異なる形状を有し、 前記少なくとも2面の光学面の形状は、少なくとも非等
方的ディストーションと光軸上の非点隔差とを補正でき
る形状であることを特徴とする走査型投影露光装置。
An image of a pattern provided on a projection original is formed on a substrate by using a projection optical system, and a positional relationship between the substrate and the projection optical system is relatively changed along a scanning direction. In a scanning projection exposure apparatus that performs projection exposure while performing projection, the projection optical system forms an image in a region having an anisotropic shape, and at least one of optical surfaces of optical members constituting the projection optical system The two surfaces have different powers in a predetermined meridian direction and a direction orthogonal to the meridian direction, and the shapes of the at least two optical surfaces are at least anisotropic distortion and astigmatism on the optical axis. A scanning projection exposure apparatus having a shape capable of correcting a gap.
【請求項2】前記投影光学系を構成する光学部材の光学
面のうちの少なくとも4面は、所定の子午方向と該子午
方向と直交する方向とでパワーが異なる形状を有し、 該少なくとも4面の光学面は、前記投影光学系の光軸を
中心として回転可能に構成されることを特徴とする請求
項1の走査型投影露光装置。
2. The optical system according to claim 1, wherein at least four of the optical surfaces of the optical member constituting the projection optical system have different powers in a predetermined meridian direction and a direction orthogonal to the meridian direction. 2. The scanning projection exposure apparatus according to claim 1, wherein an optical surface of the surface is rotatable about an optical axis of the projection optical system.
【請求項3】前記少なくとも4面の光学面のうち2面の
光学面の形状は、該光学面を回転させることにより少な
くとも非等方的ディストーションの発生量を調整できる
形状であり、 前記少なくとも4面の光学面のうち前記2面の光学面と
は異なる2面の光学面の形状は、該光学面を回転させる
ことにより少なくとも光軸上の非点隔差の発生量を調整
できる形状であることを特徴とする請求項2記載の走査
型投影露光装置。
3. The shape of two optical surfaces of the at least four optical surfaces is a shape that can adjust at least the amount of anisotropic distortion generated by rotating the optical surfaces. The two optical surfaces different from the two optical surfaces out of the two optical surfaces have a shape that can adjust at least the amount of astigmatic difference on the optical axis by rotating the optical surfaces. The scanning projection exposure apparatus according to claim 2, wherein:
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