JPH0486668A

JPH0486668A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH0486668A
Application number: JP2200838A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Hasegawa; 康生長谷川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-07-27
Filing date: 1990-07-27
Publication date: 1992-03-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は投影露光装置に関し、特にＩＣ，ＬＳＩ等の半
導体素子を製造する際にレチクル面上の電子回路パター
ンをウェハ面上に投影光学系により投影するときの環境
変化、特に温度変化に伴う光学特性の変化を良好に補正
し、高鯖度な投影パターン像が得られる投影露光装置に
関するものである。

（従来の技術）従来よりＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子製造用の投影露光
装置（アライナ−）においては非常に高い組立精度と光
学性能が要求されている。

このうち電子回路パターンが形成されているレチクル面
上のパターンをウェハ面上に投影する投形光学系には特
に高い光学性能（結像性能）か要求されている。

般に投影光学系は温度変化かあると投影倍率やピント位
置等が変化し、光学性能が低下してくる。

この為、例えば特開昭１ｉ０−１３６７４６号公報では
レンズ間の空気圧を外部的手段を用いて変化させたり、
又はレンズ間に混合ガスを封入して空気の屈折力を変え
たりして温度変化に伴う光学性能の低下を防止した投影
露光装置を提案している。

（発明が解決しようとする問題点）投影露光装置においてレチクル面上のＩＣ。

ＬＳＩ等の電子回路の微細なパターンを投影光学系によ
りウェハ面上に投影露光する際には、そのパターン像が
所定の結像倍率でかつ所定形状で、即ち正規の結像倍率
及び結像状態で投影されることか要求される。

しかしながら良く調整された投影光学系でも環境状態か
変化したり、又長い間使用すると結像状態か変化してく
る為、常に一定の結像状態でパターン像をウェハ面上に
投影するのは大変能しい課題となっている。

例えば、長期間連続使用すると露光光の吸収によりレン
ズの材質の温度が変化し、材質の屈折率が変化してきて
諸収差やピント位置等の結像状態が変化してくるという
問題点が生じてくる。

本発明はレチクル面上のパターンを投影光学系によりウ
ェハ面上に投影する際、投影光学系を構成するレンズの
材質の温度が変化し材質の屈折率が変化しても、例えば
ピント位置や結像倍率等が変化せず一定となるように適
切に構成した投影光学系を有した高い光学性能が得られ
る投影露光装置の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明の投影露光装置は、照明系からの光束で照明され
た第１物体面上のパターンを投影光学系により可動ステ
ージ上に載置した第２物体面上に投影する投影露光装置
において、該投影光学系は屈−折率の温度係数ｄ　Ｎ／
ｄ　Ｔの符号が異なる少なくとも２つの材質より成る複
数のレンズを有し、各レンズの材質に温度変化があって
も該投影光学系のピント位置又は／及び結像倍率が略一
定となるように構成されていることを特徴としている。

特に本発明では、前記照明系から放射される光束の波長
入がＫｒＦレーザの入＝２４８ｎｍ近傍のときは前記２
つの材質は石英カラスと螢石であることを特徴としてい
る。

又本発明では、前記２つの材質は前記投影光学系を単一
種類のレンズより構成した場合に比べて温度変化による
ピント位置の変化量が１℃あたり±０．２５ｎｍ以下又
はバックフォーカスに対し５ｘｔｏ−４％以下又は／及
び結像倍率の変化量が１℃あたり０．２５％以下となる
ように設定されていることを特徴としている。

（実施例）第１図は本発明の投影露光装置の一実施例の要部概略図
である。図中１は光源で本実施例ではエキシマレーザ−
より成っている。Ｍは第１物体でありエキシマレーザ−
１からの光に対して透過性のある溶融石英カラス、螢石
等から成る平行平面カラス板上にエキシマレーザ−から
の光に対して非透過の例えばクロム等の金属より成る回
路パターンが形成されたマスク、レチクル等である。

２は照明系であり、第１物体Ｍを均一照明している。

この照明系２を構成するレンズはエキシマレーザ−から
の光に対して透過性及び屈折性を有するガラス材料で形
成されている。３は投影光学系であり、第１物体Ｍ面上
の回路パターンをウニへ等の第２物体Ｗ面上に縮少投影
している。

投影光学系３は後述するように屈折率Ｎの温度係数（ｆ
ｆ１度変化ｄＴに対する屈折率変化ｄＮの比ｄＮ／ｄＴ
）の符号が異なる少なくとも２つの材質より成る複数の
レンズより成っている。

後述する数値実施例では２つの材質として石英（Ｓ　ｉ
　０２　、　ｄＮ／　ｄＴ＝　１　、５ｘ　１０−５．
人＝０、　２１　μｍ）と螢石（Ｃａ　Ｆ　２　、　ｄ
　Ｎ　／　ｄ　Ｔ　＝−９，３Ｘ１０−６．人＝０．２
μｍ）を用いている。

又、投影光学系３は第１物体Ｍ面上のパターンの投影露
光を縁り返し行う為にレンズの材質の温度が変化して、
材質の屈折率が変化しても結像特性、特に結像倍率とピ
ント位置が変動せず、略定（後述するように従来例に比
べて±３５％以内）となるように各レンズを構成してい
る。

４は支持部材で第１物体Ｍを光路中で支持している。５
は可動ステージでｘ、ｙ、ｚ方向に移動可能であり第２
物体Ｗを載置している。６は駆動手段で可動ステージ５
を所定方向にステップ駆動させている。

本実施例においてはエキシマレーザ−１からの光束によ
り照明系２を介して第１物体Ｍを照明する。第１物体Ｍ
は投影光学系３によって第２物体Ｗの一部区域上に縮少
投影される。投影露光後、駆動手段６によって第２物体
Ｗを１ステツプ移動し、第２物体Ｗの他の一部区域が投
影光学系３により投影露光される。これを順次縁り返し
て第２物体Ｗの前面を投影露光している。

次に本発明に係る投影光学系３のレンズ構成の特徴につ
いて説明する。

第２図は本発明に係る投影光学系３の後述する数値実施
例１のレンズ断面図である。同図において斜線の、ない
レンズは屈折率の温度係数ｄＮ／ｄＴの符号か正の材質
（本実施例では石英）より成っている。又斜線で示すレ
ンズは屈折率の温度係数ｄＮ／ｄＴの符号が負の材質（
本実施例では螢石）より成フている。

■は正の屈折力の第１群で単一の正レンズＧ１より成っ
ている。■は負の屈折力の第２群で２枚のメニスカス状
の負レンズＧ２．Ｇ３より成っている。■は正の負の屈
折力の第３群で２枚の両レンズ面が凸面の正レンズＧ４
．、Ｇ５より成っている。■は負の屈折力の第４群でメ
ニスカス状の負レンズＧ６と両レンズ面が凹面の負レン
ズＧ７そしてメニスカス状の負レンズＧ８より成ってい
る。■は正の屈折力の第５群で４つのレンズ６９〜Ｇ１
２より成っている。

般に温度変化による結像性能の劣化を少なくする為には
、レンズの材質として屈折率の温度係数ｄＮ／ｄＴ（以
下［係数ｄＮ／ｄＴＪと称する。）の小さい材質を選択
して使用するのが良い。しかしながらエキシマレーザ−
等の゛短波長の光を用いた投影露光装置の投影光学系用
のレンズとして使用可能な材質は現在のところ材質の係
数ｄ　Ｎ／ｄ　Ｔが例えばｄ　Ｎ／ｄ　Ｔ　＝〜１０−
５／”Ｃのものしかなく、係数ｄＮ／ｄＴは比較的大き
い。この為係数ｄＮ／ｄＴの小さい材質を選択しても温
度変化に伴う結像性能の変化を少なくするのは大変難し
い課題となっている。

そこで本実施例では係数ｄＮ／ｄＴの符号が異なる少な
くとも２つの材質より成る複数のレンズを適切に組み合
せることにより、温度変化に伴う光学性能（結像性能）
の変動を良好に防止している。

本実施例では前述のように係数ｄＮ／ｄＴ＞０の材質と
して石英（Ｓｉ０２）を、係数ｄＮ／ｄＴ＜０の材質と
して螢石（ＣａＦ２）を用いている。

ｄ　Ｎ／ｄ　Ｔの符号を変えて光学性能の変動を補正す
るには光学系を構成する各レンズ群内で同様な光学的作
用をする所定の屈折力を有したレンズ間で各々行うのが
効果的である。

そこて本実施例では第２図に示すようにまず負の屈折力
の第２群を構成する２つの負レンズＧ２．Ｇ３を係数ｄ
Ｎ／ｄＴの符号が異なる２つの材質より構成している。

又、正の屈折力の第３群を構成する２つの正レンズＧ４
．Ｇ５も同様に係数ｄＮ／ｄＴの符号が異なる２つの材
質より構成している。第４群は全体として弱い負の屈折
力である為１種類の材質（石英、ＳｉＯ□）より構成し
ている。

そして正の屈折力の第５群の４つの正レンズのうち、２
つの正レンズＧＩＯ，Ｇ１２を係数ｄＮ／ｄＴの符号が
正の材質で、又他の２つの正レンズＧ９．Ｇｌｌを係数
ｄ　Ｎ／ｄ　Ｔの符号が負の材質より構成している。

以上のように投影光学系を係数ｄＮ／ｄＴの符号の異な
る少なくとも２つの材質の複数のレンズより構成するこ
とにより、温度変化に伴う光学性能、例えば後述するよ
うに結像倍率やピント位置の変動を良好に補正し、高い
光学性能を維持することかできる投影露光装置を達成し
ている。

尚、本実施例において好ましくは照明系から放射される
光束の波長λかλ＜３００ｎｍ特に、ＫｒＦエキシマレ
ーザ−が放射する光の波長λ＝２４８ｎｍ近傍のときは
少なくとも２つの材質を石英と螢石より構成するのか良
く、又波長λがλ＝３６５ｎｍあるいはλ＝４３６　ｎ
ｍ近傍のときは前記の２種類の材質に限らず、一般カラ
スの中からもｄＮ／ｄＴの符号か正負のものがあり、こ
れらの中からｄＮ／ｄＴの符号の異なるものを含む少な
くとも２つ以上の材質を選ぶことができる。

次に本発明に係る投影光学系の温度変化（レンズ全体が
２℃変化するような温度変化）による光学特性の変動と
本発明に係る投影光学系と同様の投影光学系を例えば係
数ｄＮ／ｄＴの符号が正の単一の材質（石英５ｉ０２）
より構成した第４図に示す従来例の投影光学系の温度変
化による光学特性の変動とを比較した結果を表−１に示
す。

表−１に示すように本実施例によれば、従来例に比べて
、例えばピント位置の変動は９（μｍ）→０（μｍ）と
改善率１００％となり、又球面収差は０．３（μｍ）→
０．０６（μｍ）と改善率９４％となる等、各光学性能
を大幅に改善することかできる。

特に本発明においては係数ｄ　Ｎ／ｄ　Ｔの異なる２つ
の材質は従来の投影光学系に比べて温度変化によるピン
ト位置の変化量が０．２５ｎｍ／ｄｅｇ−５Ｘ１０−４
％／　ｄ　ｅ　ｇ％以下、又は／及び結像倍率の変化量
か０．２５％／　ｄ　ｅ　ｇ％以下となるように各要素
を設定している。

このように本実施例によれば温度変化に対して従来のよ
うにレンズ間の空気厚調整等を行う外部的制御手段を用
いることなく、安定した光学性能を有した投影露光装置
を得ることができる。

本発明に係る投影光学系は前述のように係数ｄ　Ｎ／ｄ
　Ｔの符号の異なる少なくとも２つの材質より成る複数
のレンズを用いて構成し、温度変化による光学性能の変
動量を少なくしているか、係数ｄ　Ｎ／ｄ　Ｔの符号の
異なるレンズの数及びその配置はレンズ構成に応じて適
切に設定すれば前述と同様に本発明の目的を達成するこ
とかできる。

例えば後述する数値実施例２，３ては数値実施例１に比
べて係数ｄＮ／ｄＴの符号が正の材質（石英、５ｉ０２
）と係数ｄＮ／ｄＴの符号か負の材質（螢石、ＣａＦ２
　）のレンズの位置を種々と変えて構成し、数値実施例
１と同様の効果を得ている。

表−２は数値実施例２，３について表−１の部の光学性
能と同様の値を示している。表−２には数値実施例２．
３においても温度変化６丁による光学性能の変動量を従
来の投影光学系に比べて極めて良好に補正することがで
きることを示している。

尚、本発明において投影光学系を構成する各レンズとし
て石英と螢石の２種類の材質を用いた場合を示したが、
２種類以上の材質のレンズを用いて構成しても良いこと
は当然である。

表−１表−２数値実施例１次に本発明に係る投影光学系と従来として用いた投影光
学系の数値実施例を示す。数値実施例は第２図に示すよ
うに第１物体側から順にＲｉはレンズ面の曲率半径、Ｄ
ｉはレンズ厚又はレンズ間隔、ＧＬＡＳＳは材質を示し
ている。

２＋１．０６２３１７５．８９１３８０．７５０１１３．９２２７５７．０７８１１９．７８６２６０．４７７２０７．２０５＋７７．２５９５６２．２２０７７．８］０５６．４７７７４．３９６９６．９４２３６．５６５５３．３８８９５５．２］４８５．９９５３６６．４０９１８５．９３５１４１．８５４１５９６．３３０７２．５６５１４５．８８４１５．０００２０８．７８５７３．５１２２４．０００２０．０００３９．７８７２７．０００６２．６９４１２．０００２６．１７８２０．０００１．０００１８．０００１．０００１６．５００１．０００＋８．５００１．０００２０．０００Ｇ　ｍＡ　Ｓ　ＳＳ＋０２（、ＡＦ２ＡＦ２Ｓ＋０２ＡＦ２Ｓ＋０２ＡＦ２数値実施例２２］３．１８０３９３２．７８８３８３．０８５１１４．５９８７７３．６３０１２０．３８１２５５．６０３２１４．５０４１７６．６９６５９１．３８３７７．８６９５６．４５１ −７３．８０４９５．７７６ −．３６．５６９ −５３．４９６９５１．０４９８６．３４７３６４．８２８ −１８５．５０７１４１．４２９１５８０．８９４７１．８３８１４６．６８７＋５．０００２０４．０００８．０００８．０００７３．５１２２４．０００２０．０００３９．７８７２７．０００６２．５９４１２．０００２６．１７８２０．０００１．０００１８．０００１．０００１６．５００１．０００１８．５００］、０００２０．０００７８．９６０ＧＬＡＳＳＳ＋０２ＩＯ２ＡＦ２ＡＦ２ＡＦ２ＩＯ２Ｓ＋０２ＡＦ２数値実施例３１７８．３１５１４７１．４０３４９８．５５１１０９．７６９１０９３．８４５１０３．２１８２２５．５９７１８５．３５５１６２．１４９４７３．８４７５６．０２０４９．９４＋７５．５７９１０７．４１０３７．５９０５２．６１９５３４．８５４９３．６８１３０２．７００２１５．８９４１１４．５３１９４７．０２４６６．３＋３１１４．５６７＋５．０００２００．０００５．８５０６０．０００２４．０００２０．０００３０．０００２７．０００５５．０００１２．０００２９．９９９２０．０００１８．０００１．０００１６．５００１８．５００１．０００２０．０００７２．３５２Ｇ　ｍＡ　Ｓ　Ｓ５＋０２ＡＦ２Ｓ［０２ＡＦ２ＩＯ２Ｓ＋０２ＡＦ２従来例Ｒ２２３，６２＋３００２．３４７４４７．０９６１２０．４１２１３６１．１５３１１６．０３８２３３．１０２＋９４．７８２１８３．５４３５３９．４５９６８．３５］４９．４８４ −７４．３８１１２１．２０１ −３６．９４９５３．０５４Ｂ６４．３８９ −８９．１００３５８．３０５ −２１５．２０５１２２．３４８６０８．００２６８．１１０１０３．０７２＋５．０００１９８．５８４ｓ、ｏｏ。

６．８５０ｓ、ｏｏ。

６０．０００２４．０００１．０００２０．０００３０．０００２７．０００５５．０００１２．０００３０．０００２０．０００１．０００１Ｂ、０００１．０００１６．５００１．０００１８．５００１．０００２０．０００ＬＡＳＳＩＯ２ＩＯ２ｌ０２（発明の効果）本発明によれば投影露光装置で用いる投影光学系を前述
のように屈折率の温度係数ｄＮ／ｄＴの符号が異なる少
なくとも２つの材質の複数のレンズを適当に組合わせて
構成することにより、温度変化に伴う光学性能、特に結
像倍率とピント位置の変動を外部的な制御手段を用いず
に良好に補正した安定した高い光学性能を有した投影露
光装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部概略図、第２図、第３
図は本発明に係る投影光学系の数値実施例１のレンズ断
面図と収差図、第４図、第５図は従来の投影光学系のレ
ンズ断面図と収差図である。図中、１は光源、２は照明系、３は投影光学系、Ｍは第
１物体、Ｗは第２物体、５は可動ステージ、ｒ、ｎ、ｍ
、ｒｖ、ｖは各々第１〜第５レンズ群、０１〜Ｇ１２は
レンズ、ΔＳはサジタル像面、ΔＭはメリディオナル像
面である。第図秦４叉推

Claims

【特許請求の範囲】

（１）照明系からの光束で照明された第１物体面上のパ
ターンを投影光学系により可動ステージ上に載置した第
２物体面上に投影する投影露光装置において、該投影光
学系は屈折率の温度係数ｄＮ／ｄＴの符号が異なる少な
くとも２つの材質より成る複数のレンズを有し、各レン
ズの材質に温度変化があっても該投影光学系のピント位
置又は／及び結像倍率が略一定となるように構成されて
いることを特徴とする投影露光装置。
（２）前記照明系から放射される光束の波長入がＫｒＦ
レーザの入＝２４８ｎｍ近傍のときは前記２つの材質は
石英ガラスと螢石であることを特徴とする請求項１記載
の投影露光装置。
（３）前記２つの材質は前記投影光学系を単一種類のレ
ンズより構成した場合に比べて温度変化によるピント位
置の変化量が１℃あたり±０．２５ｎｍ以下又はバック
フォーカスに対し５×１０＾−＾４％以下又は／及び結
像倍率の変化量が１℃あたり０．２５％以下となるよう
に設定されていることを特徴とする請求項１記載の投影
露光装置。