JPH0533368B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、例えば投影型走査露光装置、特に
LSIなどの製造に使用されるアライナ用光学系な
どに適用して好適な反射光学系に関するものであ
る。 従来のこの種の反射光学系には、例えば同心又
は非同心の凹面鏡、凸面鏡を使用した反射光学系
や、凹面鏡、凸面鏡の外に更に負のメニスカスレ
ンズ及び色収差補正機構を加えたほぼ同心の反射
光学系など、種々の形式のものが知られている。 そして、これらの反射光学系は軸外のアーチ状
領域に良像域が形成されており、この良像域に対
応するマスクの部分像をウエハー上に形成し、マ
スク、ウエハーを一体として反射光学系に対して
相対的に走査してマスクの全体像をウエハー上に
形成するアライナが知られている。しかしなが
ら、従来の反射光学系の何れも非点収差、及び像
面弯曲が大きく、そのために良像域の幅は極めて
狭く例えば１mm程度であつて、アライナに適応し
た場合に多くの走査時間、即ち露光時間を必要と
し、時間当りのウエハー焼付処理量が比較的小さ
いという難点があつた。 本発明の目的は、このような従来例の欠点を改
善し、非球面レンズを導入して非点収差及び像面
弯曲を充分に補正しつつ、補正像高の良像域を拡
大し、更には時間当りのウエハー焼付量を増大す
る反射光学系を提供することにあり、その要旨は
次の通りである。 即ち、凹面鏡と凸面鏡をそれぞれの反射面同志
が対向するように配置し、光軸外の被写体からの
光を前記凹面鏡、凸面鏡、凹面鏡の順に反射する
ことにより像面に結像せしめる反射光学系におい
て、前記凹面鏡と前記被写体の間に第１の光学部
材を設け、前記凹面鏡と前記像面の間に第２の光
学部材を設け、前記被写体の各点から光軸に平行
に射出する光線を前記第１の光学部材を介して前
記凹面鏡で反射した後に前記凸面鏡の前記光軸と
の交点で反射させ、かつ前記凸面鏡の前記光軸と
の交点で反射した後に前記凹面鏡で反射して前記
第２の光学部材を介して光軸と平行に前記像面に
入射させるように、前記第１、第２の光学部材の
前記光線の通過面を下記の条件を満たす非球面と
したことを特徴とする反射光学系。 １／10⁴≦｜（ΔRH2−ΔRH1）／ΔH｜≦１／10 ここで、ΔHは前記被写体が存する前記光軸か
らの高さＨ１と高さＨ２とで囲まれる領域の幅、
ΔRH２とΔRH１は参照球面に対して負の屈折力
が増える方向を正として、高さＨ１と高さＨ２で
の前記通過面の参照球面からのずれ量である。 本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明す
る。 第１図に示す実施例では、凹面鏡Ｍ１とそれよ
りも半径の小さな凸面鏡Ｍ２とが、これらの光軸
Ｏが一致するように配置されると共に、これらの
曲率中心が同一方向になるようにして鏡面同志が
対向的に配置されている。そして、物体Ｓ１と凸
面鏡Ｍ２との間、及び物体Ｓ１と光軸Ｏの点Ｏ１
を中心に対称的な位置の像面Ｓ２と凸面鏡Ｍ２と
の間に、非球面レンズＬ１が光軸Ｏを中心として
対称的な形状で配置されている。 物体Ｓ１から出射された光束は、凹面鏡Ｍ１、
凸面鏡Ｍ２、凹面鏡Ｍ１の順に進行するため、物
体高Ｐ１はこれらの２つの鏡面Ｍ１，Ｍ２間で計
３回反射された後に、像面Ｓ２における点Ｐ２に
等倍結像されることになり、この反射光学系の絞
りの役割を凸面鏡Ｍ２が果している。この反射光
学系は凸面鏡Ｍ２の有効径の中心Ｏ２に関して対
称的に配置されているので、光束がこの中心Ｏ２
に入射するに際して非対称収差であるコマ収差や
歪曲収差が発生することはないが、非点収差と像
面弯曲の発生は免れ難い。 そこでこの反射光学系においては、非点収差と
像面弯曲は非球面レンズＬ１によつて補正するよ
うにされている。このために非球面レンズＬ１の
形状は、第２図の非点収差図で示す補正領域ｈ内
での各像高の光軸Ｏと平行な主光線の全てが凸面
鏡Ｍ２の中心Ｏ２へ入射し、また凸面鏡Ｍ２の中
心Ｏ２から反射した各主光線が像面に全て平行に
入射するように非球面レンズＬ１の形状が決めら
れている。なお、第２図の非点収差はａ，ｂ，
ｃ，ｄでそれぞれ非球面形状が異なる場合を示し
ている。 なお、収差が良好に補正できる範囲であれば、
主光線の全てが多少中心からずれていても、また
一部の主光線が中心からずれて入射するように、
また全ての主光線が像面に多少非平行に或いは一
部の主光線が多少非平行に入射するように非球面
レンズＬ１の形状を決めてもよい。このような場
合に、例えばレンズＬ１の物体Ｓ１側に非球面を
施し、像面Ｓ２側にメニスカスレンズ部材を用い
ることができる。しかしながら、一方だけに非球
面を施すよりも、双方に非球面を施す場合の方が
製作が容易であり、更には説明も容易であるた
め、以下は双方に非球面を施した場合について述
べる。 この場合に凹面鏡Ｍ１は凸レンズの作用をなす
から、補正領域ｈのアーチ状の各像高に対応した
凹面鏡Ｍ１の各入射高での凹面鏡Ｍ１で発生する
正の球面収差の値に応じて、非球面レンズＬ１の
対応入射光で負の球面収差を発生させる。従つ
て、正負の球面収差が補正領域ｈの各像高で互い
に打消し合うように非球面レンズＬ１の形状を選
択すれば、各像高の光軸Ｏに平行な主光線はこの
光学系の中心Ｏ２に入射することになる。つま
り、補正領域ｈ内での各像高の無限遠主光線が常
に光学系の中心Ｏ２へ集光するように補正された
とき、中心Ｏ２での対称性からこの反射光学系全
体の非点収差は補正されることになる。 第２図の補正領域ｈはサジタル像面ｓとメリデ
イオナル像面ｍの傾きと許容深度との関係で決定
されるから、非点収差の補正、即ちサジタル像面
ｓとメリデイオナル像面ｍの非点隔差を無くし、
補正領域ｈ内の各像面の像面弯曲を小さくするた
めに非球面レンズＬ１が採用され、これによつて
補正領域ｈの拡大、スリツト幅の増大を図ること
ができる。 第１図に示す第１の実施例では凹面鏡Ｍ１と凸
面鏡Ｍ２は非同心であり、非球面レンズＬ１は緩
い凸レンズで凹面鏡Ｍ１側の凸面を非球面とし、
補正領域ｈ内の各主光線が通過する非球面部分は
像高が高くなるにつれて、参照球面よりも負の成
分を形成するようになつている。なお、この非球
面レンズＬ１の数は１個ではなく、これを複数個
としても特に支障はない。 第３図及び第４図は第２の実施例の構成図及び
非点収差図を示すものであり、凹面鏡Ｍ１と凸面
鏡Ｍ２は同心であり、非球面レンズＬ２は緩い凸
レンズでその凸面を非球面としているが、凸面は
物体Ｓ１及び像面Ｓ２側に配置されている。補正
領域ｈ内での各像高の主光線が通過する非球面部
分は像高が高くなるにつれて、つまり凹面鏡Ｍ１
の屈折力が大きくなるに従つて、参照球面よりも
負の成分を持つように形成されている。 第５図及び第６図は第３の実施例を示し、凹面
鏡Ｍ１と凸面鏡Ｍ２とは非同心であり、非球面レ
ンズＬ３は平行平面板の両面が非球面化されてい
る。補正領域ｈ内での各像高の主光線が通過する
範囲では、この非球面レンズＬ３は負の屈折力を
持つように構成され、像高が高くなるにつれて、
より負の成分を持つようになつている。 第７図及び第８図は第４の実施例であり、凹面
鏡Ｍ１と凸面鏡Ｍ２は非同心であつて、凹面鏡Ｍ
１の正の作用を打消すために負のメニスカスレン
ズから成る非球面レンズＬ４が配置されている。
非球面レンズＬ４の凹面鏡Ｍ１側の面は非球面化
され、補正領域ｈ内の非点収差を略々零とするこ
とができる。この非球面レンズＬ４の非球面部分
の形状は各補正像高の主光像が通過する範囲で
は、負のメニスカスレンズが凹面鏡Ｍ１の屈折力
よりも強いため、非球面部はそれを補正するよう
に参照球面よりも正の成分で構成されている。 第９図は第７図における負のメニスカスレンズ
を非球面としない場合の非点収差図を示している
が、サジタル像面ｓとメリデイオナル像面ｍは、
メニスカスレンズがない場合よりも補正される
が、第８図の非点収差図と比較して明らかなよう
に補正領域ｈは極めて狭い幅しか得られない。 次に、第１、第２、第３、第４の各実施例にお
ける光学的構成の数値例をそれぞれ第１表、第２
表、第３表、第４表として記載する。また、第５
表は第９図において非球面を使用しない場合の数
値例である。なお、Riは第１図、第３図、第５
図、第７図において光の進行順序に従つて第ｉ番
目の光学部材面の曲率半径、Diは第ｉ番目の光
学部材の軸上厚又は空気間隔であり、正負の符号
は左から右に進行する場合を正としている。

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】 なおこれらの表において、非球面量ΔSはΔS＝
（ΔRH2−ΔRH1）／ΔHと定義する。ここで、
ΔHは第１０図ａに示すように非球面レンズＬで
Ｈ２−Ｈ１で与えられるアーチ状の良像域を示
し、ΔRH１，ΔRH２は第１０図ｂに示すように
高さＨ１，Ｈ２における参照球面からの非球面量
を表している。なお、ｂにおける実線Ａは点Ｏ３
を中心とする参照平面を、点線Ｂは非球面を示し
ている。 そして、これらの表から判るように非球面量
ΔSは１／10⁴と１／10との間にあり、ΔSが１／
10⁴よりも小となると非球面の変化量が少なくな
り、非球面の効果が薄れてきて広いスリツト巾が
得られなくなる。またΔSが１／10より大きくな
ると非球面の変化量が増大し、サジタル像面ｓと
メリデイオナル像面ｍが離れてゆき、広いスリツ
ト巾が得られなくなる。 またこれらの表から判るように、参照球面の大
きさによつて非球面量ΔSの許容値が変つてくる。
即ち、参照球面｜Ｒ｜が1000mmよりも大の場合に
ΔSは１／10³と１／10の間にあり、これらの下限
値及び上限値を越えると先に述べた場合と同様の
デメリツトを生ずる。更に、参照球面｜Ｒ｜が
200mm以下の場合にΔSは１／10⁴と１／10³との間
にあり、これらの下限値及び上限値を越えると同
様のデメリツトが生ずる。 更に、非球面レンズＬ１〜Ｌ４を構成するガラ
スのアツベ数をνとすると、 60＜ν＜100 なる条件を満足することが望ましい。アツベ数ν
が60よりも小さい場合は色収差の発生が増大し、
使用波長域が非常に狭く限定される。なお、アツ
ベ数νが100よりも大きな光学ガラスは現在のと
ころ存在しない。 このようにして本発明に係る反射光学系によれ
ば、非球面レンズの導入により補正領域の各像高
でのサジタル像面ｓ、メリデイオナル像面ｍを広
範囲に一致するように補正して補正像高の良像域
を拡大することが可能になる。また良像域の拡
大、即ちスリツト幅の拡大によつて露光時間を短
縮できるという効果が得られる。特に、凹面鏡Ｍ
１と凸面鏡Ｍ２との同心性に制限されず、球面系
のみのレンズ構成と異なつて配置する位置も制限
されずに非球面の補正のみに注目すればよいこと
になり、高性能の反射光学系が得られる。なお実
施例によれば、像高ｈが100〜90mm即ちスリツト
巾が約10mmまでに良像域が拡大されている。 次に、本発明に係る反射光学系を半導体焼付装
置に適応した例を第１１図、第１２図を使用して
説明する。第１１図は焼付装置の光学的配置を示
し、１はマスク照明用光学系であり、水平な光軸
に沿つて球面ミラー２、円弧状水銀ランプから成
る光源３、レンズ４、フイルタ５、45度ミラー
６、レンズ７が配置されている。なお、フイルタ
５はウエハーに対して感光性を有する光を除去
し、マスク・ウエハーのアライメント時に照明光
路中に挿入される。このマスク照明用光学系１は
マスクを円弧状に或いはアーチ状に照明すること
によつて、反射光学系の結像領域を円弧状或いは
アーチ状に制限している。８は上部水平面に配置
されたマスクであり、このマスク８は図示しない
公知のマスク保持具によつて保持されている。こ
のマスク８の下方には、マスク８の像をウエハー
９上に形成する本発明に係る反射光学系１０が配
置されている。なお、非球面レンズＬの光軸Ｏを
対称とする物体側Ｓ１と像面Ｓ２側とは先の実施
例と異なり分離されており、それぞれミラー１
１，１２によつて光束偏向して使用される。ウエ
ハー９は公知のウエハー保持具によつて保持され
ており、ウエハー保持具は通常の保持具と同様に
Ｘ、Ｙ、θ方向に微調整可能となつている。 照明用光学系としてマスク８との間には、アラ
イメント時に顕微鏡光学系１３が挿入され、マス
ク８、ウエハー９が所定の位置関係であるか否か
が判断される。マスク８、ウエハー９が所定の位
置関係にない場合は、先に述べたウエハー保持具
のＸ、Ｙ、θ調整部材により、マスク８に対して
ウエハー９を調節移動させて所定の関係にする。 次に、この焼付装置の外観が示された第１２図
を説明する。第１２図において２０はランプハウ
スであり、この中に第１１図の照明光学系１が内
蔵されている。２１はアライメント用顕微鏡光学
系１３が配置されているユニツトであり、このユ
ニツト２１は前後に移動可能に支持されている。
２２はマスク支持具、２３はウエハー支持具であ
り、これらの支持具２２，２３は結合部材２４に
よつて一体的に移動するように連結されている。
ここで、支持具２２，２３は一体的に移動する
が、ウエハー９は支持具２３に対して微小移動が
可能である。２５は結合部材２４に固定されたア
ームであり、このアーム２５はガイド２６によつ
て支持されている。そして、ガイド２６に含まれ
る水平移動機構によつて、支持具２２，２３は一
体的に水平にかつ直線的に移動される。２７は反
射結像光学系を収納する筒、２８は基台、２９は
ターンテーブル、３０はオートフイーダである。
このオートフイーダ３０によつてウエハー９はタ
ーンテーブル２９を介してウエハー支持具２３上
に自動的に供給される。 次にこの装置の動作を説明すると、先ずマスク
８とウエハー９の相互位置関係のアライメントが
行われる。このアライメント時には、前述したフ
イルタが照明用光学系１中に挿入され、マスク８
上にレンズ４，７によつてアーチ状光源像が非感
光性の光によつて形成される。この際に、顕微鏡
光学系１３もレンズ７とマスク８の間に挿入され
ている。この顕微鏡光学系１３によつて、マスク
８、ウエハー９のアライメントマークを観察し、
両アライメントマークの調整をウエハー支持具２
３を操作することによつて行う。マスク８、ウエ
ハー９のアライメント終了後に、前述のフイルタ
及び顕微鏡光学系１３は光路から退避する。同時
に、光源３は消灯或いは不図示のシヤツタ手段に
よつて遮光され、次いで光源３の点灯或いはシヤ
ツタの開放によつて、感光性のアーチ状光源像が
マスク８上に形成される。これと同時に、アーム
２５がガイド２６を水平方向に移動開始する。こ
の水平移動によつてマスク８全体の像がウエハー
９上に焼付けられることになる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る反射光学系に実施例を示
し、第１図は本発明の第１の実施例の構成図、第
２図はその非点収差図、第３図は第２の実施例の
構成図、第４図はその非点収差図、第５図は第３
の実施例の構成図、第６図はその非点収差図、第
７図は第４の実施例の構成図、第８図はその非点
収差図、第９図は第７図の構成において非球面を
使用しない場合の非点収差図、第１０図は非球面
量ΔSの説明図、第１１図、第１２図は本発明に
係る反射光学系を使用した焼付装置の構成図であ
る。 符号Ｍ１は凹面鏡、Ｍ２は凸面鏡、Ｌ１，Ｌ
２，Ｌ３，Ｌ４は非球面レンズ、ｈは補正領域、
Ｏ２は凸面鏡の中心、ΔHは良像域、ｓはサジタ
ル像面、ｍはメリデイオナル像面、１は照明用光
学系、８はマスク、９はウエハー、１０は反射光
学系、１３は顕微鏡光学系である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 凹面鏡と凸面鏡をそれぞれの反射面同志が対
   向するように配置し、光軸外の被写体からの光を
   前記凹面鏡、凸面鏡、凹面鏡の順に反射すること
   により像面に結像せしめる反射光学系において、
   前記凹面鏡と前記被写体の間に第１の光学部材を
   設け、前記凹面鏡と前記像面の間に第２の光学部
   材を設け、前記被写体の各点から光軸に平行に射
   出する光線を前記第１の光学部材を介して前記凹
   面鏡で反射した後に前記凸面鏡の前記光軸との交
   点で反射させ、かつ前記凸面鏡の前記光軸との交
   点で反射した後に前記凹面鏡で反射して前記第２
   の光学部材を介して光軸と平行に前記像面に入射
   させるように、前記第１、第２の光学部材の前記
   光線の通過面を下記の条件を満たす非球面とした
   ことを特徴とする反射光学系。 １／10⁴≦｜（ΔRH2−ΔRH1）／ΔH｜≦１／10 ここで、ΔHは前記被写体が存する前記光軸か
   らの高さＨ１と高さＨ２とで囲まれる領域の幅、
   ΔRH２とΔRH１は参照球面に対して負の屈折力
   が増える方向を正として、高さＨ１と高さＨ２で
   の前記通過面の参照球面からのずれ量である。 ２ 前記参照球面の曲率半径をＲとするとき、下
   記の条件を満たすようにした特許請求の範囲第１
   項に記載の反射光学系。 ｜Ｒ｜＞1000の場合、 １／10³＜｜（ΔRH2−ΔRH1）／ΔH｜＜１／10 ｜Ｒ｜＜200の場合、 １／10⁴＜｜（ΔRH2−ΔRH1）／ΔH｜＜１／10³