JPH07183190A - 投影露光装置 - Google Patents

投影露光装置

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JPH07183190A
JPH07183190A JP5323721A JP32372193A JPH07183190A JP H07183190 A JPH07183190 A JP H07183190A JP 5323721 A JP5323721 A JP 5323721A JP 32372193 A JP32372193 A JP 32372193A JP H07183190 A JPH07183190 A JP H07183190A
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俊博 笹谷
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Abstract

(57)【要約】 【目的】個々の部品の精度や組立の精度を非常に厳しく
抑えることなしに、投影光学系内に残存する投影光学系
の光軸に対して回転非対称な光学特性を調整可能としな
がら、耐久性、再現性に優れた高性能な投影露光装置の
提供にある。 【構成】本発明は、第１物体を照明する照明光学系と、
該照明光学系によって照明された前記第１物体の像を所
定の縮小倍率のもとで第２物体に投影する投影光学系と
を有する投影露光装置において、前記第１物体と前記第
２物体との間に、前記投影光学系の光軸に対して回転非
対称なパワーを持つ光学手段を配置し、前記光学手段
は、前記投影光学系に残存する前記投影光学系の光軸に
対して回転非対称な光学特性を補正するために、前記投
影光学系の光軸を中心に回転可能または前記投影光学系
の光軸に沿って移動可能に設けられる構成としたもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、第１物体に光を照明
し、照明された第１物体のパターンを第２物体としての
基板等に縮小投影するため投影露光装置に関するもので
あり、特に、第１物体としてのレチクル（マスク）上に
形成された回路パターンを第２物体としての基板（ウェ
ハ）上に投影露光するのに好適な投影露光装置に係わる
ものである。
【０００２】
【従来の技術】近年においては、集積回路のパターンが
微細になるに従って、ウェハの焼き付けに用いられる投
影露光装置に対して要求される性能もますます厳しくな
ってきている。この様な状況の中で投影光学系について
は高い解像力、像面の平坦性、少ないディストーション
（以下、歪曲収差と称する。）等が要求されている。そ
れらのために、露光波長λを短くする他に、投影光学系
の開口数ＮＡを大きくしたり、像面湾曲を小さくし、歪
曲収差を軽減する事が行われてきた。この様な例として
は、特開平４−１５７４１２号、特開平５−１７３０６
５号等のものがある。
【０００３】また、倍率誤差だけを調整する方法とし
て、特開昭５９−１４４１２７号、特開昭６２−３５６
２０号がある。前者では、非常に薄く像性能に影響を与
えない膜、例えばペリクルを湾曲させて光路中に配置す
ることが提案されており、後者では回転対称な平凸レン
ズ、あるいは回転対称な平凸レンズと平凹レンズの組
を、光軸方向に動かしてウエハ面での全体の倍率を等方
的に調整することが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
４−１５７４１２号及び特開平５−１７３０６５号の各
特許公報にて提案されている高性能な投影光学系は、レ
ンズの構成枚数が１５〜２４枚で、特に、開口数ＮＡが
０．４以上の高解像の投影光学系になると、構成枚数が
２０枚以上と非常に多くなっている。このように、要求
性能が厳しくなってくるにしたがって、ますます投影光
学系は構成枚数も増えて非常に複雑な構成になってきて
いる。そのため、これらの投影光学系を実際に製造し、
投影露光装置に搭載して、像面湾曲、非点収差、歪曲収
差等の収差を設計値どおりにおさえ、高性能を発揮させ
るには、個々のレンズ部品の精度や組立の精度を非常に
厳しくおさえる必要があり、そのため歩留まりが悪かっ
たり、製造する日程が非常にかかったり、あるいは、十
分な性能が発揮できない等の問題があった。
【０００５】また、特開昭５９−１４４１２７号にて提
案されている倍率誤差の補正方法では、光学系の結像性
能に影響を与えないような極めて薄い膜等を湾曲させて
そのプリズム作用によって倍率誤差を補正しているもの
の、投影光学系内に残存する方向性のある非対称な倍率
誤差成分の補正量や補正方向に対する微調整はできな
い。しかも、薄い膜を用いているために、ミラープロジ
ェクション方式のように露光領域が細長い場合には、金
枠等に貼って２次元的に保持可能であるが、露光領域が
長方形や正方形の場合には、そのような薄い膜を３次元
的に保持し、良い再現性を発揮させるのは非常に困難で
ある。また、形状を保持するために薄い膜の代わりにガ
ラス等を使用するとしても、結像性能に影響を与えない
ように薄くかつ均一にそれらを作成するのはやはり困難
であり、さらに、それらの膜等を実際に使用したときの
露光光の熱吸収等による破損事故を含めての膜等の耐久
性、露光光の熱吸収や環境変化に伴う光学性能の変化に
対して非常に問題がある。
【０００６】また、特開昭６２−３５６２０号では回転
対称なレンズを使用して倍率誤差を調整することが提案
されているが、回転対称なレンズを光軸方向に動すだけ
では、ウエハ面での全体の倍率だけを等方的しか調整で
きず、投影光学系内に残存する方向性のある非対称な倍
率誤差成分は調整できない。さらに、特開昭５９−１４
４１２７号及び特開昭６２−３５６２０号にて提案され
ている倍率誤差の補正方法では、倍率誤差のみが基本的
に補正可能であり、軸外収差としての非点収差等に対す
る補正は出来きず、さらには、投影光学系内にて回転非
対称で局所的にランダムに残存する倍率誤差成分や歪曲
収差成分に対する対応も困難であった。
【０００７】本発明は、以上の問題点に鑑みてなされた
ものであり、個々の部品の精度や組立の精度を非常に厳
しく抑えることなしに、投影光学系内に残存する投影光
学系の光軸に対して回転非対称な光学特性、例えば回転
非対称な軸外収差成分（非点収差、像面湾曲等）、回転
非対称な倍率誤差成分等を調整可能としながら、耐久
性、再現性に優れた高性能な投影露光装置を提供するこ
とを主たる目的としている。さらには、投影光学系内に
て回転非対称で局所的にランダムに残存する回転非対称
な歪曲収差等の補正に対しても十分に対応し得る投影露
光装置を提供することを副次的な目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、第１物体を照明する照明光学系と、該
照明光学系によって照明された前記第１物体の像を所定
の縮小倍率のもとで第２物体に投影する投影光学系とを
有する投影露光装置において、前記第１物体と前記第２
物体との間に、前記投影光学系の光軸に対して回転非対
称なパワーを持つ光学手段を配置し、前記光学手段は、
前記投影光学系に残存する前記投影光学系の光軸に対し
て回転非対称な光学特性を補正するために、前記投影光
学系の光軸を中心に回転可能または前記投影光学系の光
軸に沿って移動可能に設けられる構成としたものであ
る。
【０００９】そして、上記の副次的な目的を達成するに
は、以上の基本構成に基づいて、前記光学手段は、前記
投影光学系の結像性能に寄与し、前記投影光学系の光軸
に対して回転対称なパワーを持つ面を有し、前記回転対
称なパワーを持つ面は前記投影光学系の光軸に対して回
転非対称なパワーを持つ回転非対称領域を持つ構成とす
ることが好ましい。
【００１０】
【作 用】図１に示すように、直交した方向で異なるパ
ワーを持つトーリックレンズの１種である負の屈折力を
持つ円柱レンズ１のメリジオナル方向（ｙｙ’平面方
向）の焦点距離をｆ１、円柱レンズ１から第１物体とし
てのレチクル面４（ｘｙ平面）までの距離をｄ１１、レ
チクル面４の中心位置（レチクル面と光軸Ａｘとが交わ
る位置）を物点とする時に円柱レンズ１によって物点
（レチクル面４）と円柱レンズ１との間に形成される像
点（虚像）位置をｄ１２としたとき、この円柱レンズ１
によるｙ軸よりθ回転したＹ方向（光軸ＡｘとＹ軸とを
含む平面方向）の結像倍率β１及び円柱レンズ１から像
点位置までの距離ｄ１２（以下、単に結像位置と称す
る。）は以下に示す如くなる。なお、図１では不図示で
あるが円柱レンズに対してレチクル面４の反対側には、
レチクルのパターンをウエハに投影するための投影光学
系が配置されており、後述する図２〜図４に関しても同
様である。
【００１１】 β１＝ｆ１／（ｄ１１・ｃｏｓ2 θ＋ｆ１） （１） ｄ１２＝ｄ１１・ｆ１／（ｄ１１・ｃｏｓ2 θ＋ｆ１） （２） 同様に、Ｙ方向と直交するＸ方向（光軸ＡｘとＸ軸とを
含む平面方向）の結像倍率β１' と結像倍率ｄ１２' は
以下に示す如くなる。
【００１２】 β１' ＝ｆ１／（ｄ１１・ｓｉｎ2 θ＋ｆ１） （３） ｄ１２' ＝ｄ１１・ｆ１／（ｄ１１・ｓｉｎ2 θ＋ｆ１） （４） 従って、非点収差量ＡＳ１は ＡＳ１＝ｄ１２−ｄ１２' （５） で与えられる。
【００１３】よって、円柱レンズ１を移動させれば、
（１）式〜（４）式中のｄ１１が変化するため、（５）
式より非点収差量が変化するとともに、（１）式及び
（３）式の倍率が変化することが理解できる。一方、円
柱レンズ１を回転させれば、（１）式〜（４）式中のθ
が変化するため、（５）式より非点収差量が変化すると
ともに、（１）式及び（３）式の倍率が変化することが
理解できる。
【００１４】また、図２に示すように、トーリックレン
ズの１種である正の屈折力を持つ円柱レンズ２のメリジ
オナル方向（ｙｙ’平面方向）の焦点距離をｆ２，円柱
レンズ２から第１物体としてのレチクル面４（ｘｙ平
面）までの距離をｄ２１、レチクル面４の中心位置（レ
チクル面と光軸Ａｘとが交わる位置）を物点とする時に
円柱レンズ２によって形成される像点位置をｄ２２とし
たとき、この円柱レンズ２によるｙ軸よりθ回転したＹ
方向（光軸ＡｘとＹ軸とを含む平面方向）の結像倍率β
２及び円柱レンズ２から像点位置ｄ２２までの距離（以
下、単に結像位置と称する。）は以下に示す如くなる。
【００１５】 β２＝ｆ２／（ｄ２１・ｃｏｓ2 θ＋ｆ２） （６） ｄ２２＝ｄ２１・ｆ２／（ｄ２１・ｃｏｓ2 θ＋ｆ２） （７） 同様に、Ｙ方向と直交するＸ方向（光軸ＡｘとＸ軸とを
含む平面方向）の結像倍率β２' と結像倍率ｄ２２' は
以下に示す如くなる。 β２' ＝ｆ２／（ｄ２１・ｓｉｎ2 θ＋ｆ２） （８） ｄ２２' ＝ｄ２１・ｆ２／（ｄ２１・ｓｉｎ2 θ＋ｆ２） （９） よって、非点収差量ＡＳ２は ＡＳ２＝ｄ２２−ｄ２２' （１０） で与えられる。よって、円柱レンズ２を移動させれば、
（６）式〜（１０）式中のｄ２１が変化するため、（１
０）式より非点収差量が変化するとともに、（６）式及
び（８）式の倍率が変化することが理解できる。
【００１６】一方、円柱レンズ２を回転させれば、
（６）式〜（９）式中のθが変化するため、（１０）式
より非点収差量が変化するとともに、（６）式及び
（８）式の倍率が変化することが理解できる。さて、上
記（５）式及び（１０）式にて示したＡＳ１、ＡＳ２
は、それぞれの円柱レンズ（１，２）によって補正でき
る非点収差量になる。
【００１７】そのときの最良像面はそれぞれ、 （ｄ１２＋ｄ１２' ）／２ （１１） （ｄ２２＋ｄ２２' ）／２ （１２） で与えられ、その最良像面は、ｄ１１、ｄ２１、θによ
って変化するため、よって、像面湾曲の量も変化するこ
とが分かる。
【００１８】以上の如く、結像倍率、非点収差、像面湾
曲に対する量並びに方向を調整するためには、円柱レン
ズ等のトーリックレンズを光軸方向に移動させるか、あ
るいは円柱レンズ等のトーリックレンズ自体を回転させ
れば良いことが理解される。なお、上記の調整手法以外
にトーリックレンズ自体の焦点距離を変ても良い。さ
て、図２に示した円柱レンズ２を用いる場合において最
大の非点収差の補正量を見積もるためにθ＝０とする
と、そのときの最大の非点収差は以下の如くなる。
【００１９】 ＡＳ２max ＝−（ｄ２１）2 ／（ｄ２１＋ｆ２） （１３） 今、第１物体としてのレチクルから第２物体としてのウ
エハまでの距離をＬとしたとき、１０ミクロン以下の線
幅を焼き付ける投影露光装置に関し、試し焼付けを行っ
て検討を重ねていった結果、補正すべき最大の非点収差
量ＡＳ２max は、１０-5Ｌ以下とすることが良い事が判
明した。
【００２０】従って、ｄ２１≦１０-2Ｌとすると、（１
３）式より、 ｜ｆ２｜≧１０Ｌ （１４） となり、正の円柱レンズ２の焦点距離は上記（１４）式
の範囲を満足することが望ましい。なお、図１及び図２
に示した如き２つ以上の円柱レンズ等のトーリックレン
ズを組み合わせる場合や、他の光学素子と組み合わせる
場合には、レチクル４の物点が、第１のトーリックレン
ズや他の光学素子によってできた、着目している方向で
の結像位置を新たな物点として、この新たな物点から次
のトーリックレンズや他の光学素子までの距離を求め直
して、その距離をｄ１１やｄ２１にしてやれば良い。
【００２１】ところで、図１にて示した負の円柱レンズ
１と図２にて示した正の円柱レンズ２とを光軸方向に沿
って直列的に配置した場合について検討する。今、２つ
の円柱レンズ（１，２）の母線方向が互いに一致すると
ともに、２つの円柱レンズの結像倍率の積が１、即ち｜
β１・β２｜＝１である場合、各方向での２つの円柱レ
ンズ（１，２）の合成のパワーはほぼ零となり、倍率及
び軸外収差（非点収差、像面湾曲等）等の光学特性は何
ら変化しない。
【００２２】一方、２つの円柱レンズ（１，２）の母線
方向が互いに直交した場合には、最大の倍率並びに最大
の軸外収差を発生させることができる。従って、２つの
円柱レンズ（１，２）とを相対的に回転させれば、投影
光学系内に残存する方向性のある非対称な倍率誤差成分
及び軸外収差成分の補正量や補正方向に対する調整が実
現できることが分かる。
【００２３】なお、図１に示した負の円柱レンズ１を光
軸方向に沿って２つ直列的に配置した場合、あるいは図
２に示した正の円柱レンズ２を光軸方向に沿って２つ直
列的に配置した場合には、それぞれの円柱レンズの母線
方向が互いに一致すると、最大の倍率並びに最大の軸外
収差を発生させることができ、また、それぞれの円柱レ
ンズの母線方向が互いに直交すると、ほぼ１枚の回転対
称な球面レンズと同じレンズ作用を持たせることができ
る。
【００２４】このように、トーリックレンズの１種であ
る円柱レンズを少なくとも２枚用いて、少なくとも一方
の円柱レンズを回転可能にしてやる事により、倍率及び
軸外収差（非点収差、像面湾曲等）等の光学特性の量と
方向を任意に調整する事が出来る。以上においては、非
点収差及び像面湾曲に関する調整について主に述べてき
たが、次に、図１にて示した負の円柱レンズ１または図
２に示した正の円柱レンズ２を光軸Ａｘを中心に回転さ
せた時の倍率誤差の調整に関して図３〜図７を参照しな
がら詳述する。
【００２５】図３は図１に示した負の円柱レンズ１に対
し光軸Ａｘを中心とした半径Ｒの平行光束を入射させた
時の様子を示している。ここで、図３において、光軸Ａ
ｘを中心とした半径Ｒの平行光束がレチクル面４（ｘｙ
平面）を通過した時の軌跡を円１３として示し、光軸Ａ
ｘを中心とした半径Ｒの平行光束が円柱レンズ１によっ
て発散作用を受けた光束が仮想平面（ｘ' ｙ' 平面）を
通過するときの軌跡を楕円１１として示している。ま
た、図５は、図３に示した仮想平面（ｘ' ｙ' 平面）上
での光束径の様子を示している。
【００２６】一方、図４は図２に示した正の円柱レンズ
２に対し光軸Ａｘを中心とした半径Ｒの平行光束を入射
させた時の様子を示している。ここで、図４において、
光軸Ａｘを中心とした半径Ｒの平行光束がレチクル面４
（ｘｙ平面）を通過した時の軌跡を円１３として示し、
光軸Ａｘを中心とした半径Ｒの平行光束が円柱レンズ２
によって収斂作用を受けた光束が仮想平面（ｘ' ｙ' 平
面）を通過するときの軌跡を楕円１２として示してい
る。また、図６は、図４に示した仮想平面（ｘ'ｙ' 平
面）上での光束径の様子を示している。
【００２７】なお、図３中の楕円１１及び図４中の楕円
１２は、円柱レンズ（１，２）を光軸中心に回転させれ
ば、それに伴って回転する。図７に示すように、負の円
柱レンズ１による仮想平面（ｘ' ｙ' 平面）上のメリジ
オナル方向であるｙ' 方向（光軸Ａｘとｙ' 軸とを含む
平面方向）の光束径の変化量をΔＲ１としたとき、負の
円柱レンズ１より仮想平面（ｘ' ｙ' 平面）までの距離
をｅ１とすると以下の関係が成立する。
【００２８】 ΔＲ１＝−Ｒ・ｅ１／ｆ１ （１５） 同様に、図８に示すように、正の円柱レンズ２による仮
想平面（ｘ' ｙ' 平面）上のメリジオナル方向である
ｙ' 方向（光軸Ａｘとｙ' 軸とを含む平面方向）の光束
径の変化量をΔＲ２としたとき、正の円柱レンズ２より
仮想平面（ｘ' ｙ' 平面）までの距離をｅ２とすると以
下の関係が成立する。
【００２９】 ΔＲ２＝−Ｒ・ｅ２／ｆ２ （１６） よって、図５及び図６に示される如く、仮想平面（ｘ'
ｙ' 平面）上での実線で示すｙ' 方向の径（図５では長
径の半分、図６では短径の半分）は、それぞれ ｙ' ＝Ｒ（１−ｅ１／ｆ１） （１７） ｙ' ＝Ｒ（１−ｅ２／ｆ２） （１８） となり、円の式、すなわち ｙ＝±〔Ｒ2 ＋（ｘ' ）2 〕0.5 （１９） を代入して、ｘ' ｙ' 座標をｘｙ座標に変換すると、図
５及び図６の実線で示す楕円１１、楕円１２は、それぞ
れ以下の如く表現できる。
【００３０】 ｘ2 ／Ｒ2 ＋ｙ2 ／〔（１−ｅ１／ｆ１）・Ｒ〕2 ＝１ （２０） ｘ2 ／Ｒ2 ＋ｙ2 ／〔（１−ｅ２／ｆ２）・Ｒ〕2 ＝１ （２１） となる。このように、投影光学系内部に例えば図６に示
す如き非対称な倍率誤差を有している場合には、図５の
如き光学特性を有する図３の円柱レンズ１を回転させる
事によって、図６に示す如き光束径は楕円から円にわた
り任意に変化させることができるため、非対称な倍率誤
差を調整することができる。逆に、投影光学系内部に例
えば図５に示す如き非対称な倍率誤差を有している場合
には、図６の如き光学特性を有する図４の円柱レンズ２
を回転させる事によって、図５に示す如き光束径は楕円
から円にわたり任意に変化させることができるため、非
対称な倍率誤差を調整することができる。
【００３１】ここで、図１に示す如き負の円柱レンズ１
を用いる場合、第１物体としてのレチクルから第２物体
としてのウエハまでの距離をＬとしたとき、１０ミクロ
ン以下の線幅を焼き付ける投影露光装置に関し、試し焼
付けを行って検討を重ねていった結果、最大の倍率誤差
の補正量は、１０-4（＝100ppm) 以下とすることが良い
事が判明した。
【００３２】また、円柱レンズ１の焦点距離ｆ１と円柱
レンズ１の倍率β１との関係を示す上記（１）式を変形
すると、次式が得られる。 ｆ１＝（−ｄ１１・β１）／（β１−１） （２３） 従って、上記最大の倍率誤差の補正量１０-4（＝100pp
m) をβ１に換算すると、β１＝ 0.9999 （又は1.000
1）となり、ｄ１１≦１０-2Ｌとすると、（２３）式よ
り、 ｜ｆ２｜≧１０2 Ｌ （２４） となり、正の円柱レンズ２の焦点距離は上記（２４）式
の範囲を満足することが望ましい。
【００３３】なお、以上では、１つのトーリックレンズ
（円柱レンズ）を光軸方向を中心として回転させて倍率
誤差を補正する例を述べたが、１つのトーリックレンズ
（円柱レンズ）を光軸方向に移動させて、倍率誤差を補
正できることは、上記（１）、（３）式、（６）及び
（８）式から明らかである。この場合には、上記（２
４）式を満足することがより好ましい。
【００３４】ところで、以上においては、１つのトーリ
ックレンズ（円柱レンズ）を用いて倍率誤差を補正でき
る事について述べたが、トーリックレンズの１種である
円柱レンズを少なくとも２枚用いて、少なくとも一方の
円柱レンズを回転可能にしてやる事により、倍率誤差等
の光学特性の量と方向を任意に調整する事が出来る。こ
のため、図１に示した負の円柱レンズ１と図２に示した
正の円柱レンズ２とを投影光学系の光軸方向に沿って直
列的に配置し、これらを相対的に回転させても良い。こ
の場合、負の円柱レンズ１は図５に示す如き光学特性を
有し、正の円柱レンズ１は図６に示す如き光学特性を有
していため、これらの円柱レンズ（１，２）によって形
成される光束径は、図５及び図６に示す光束径の合成と
なり、これらを相対的に回転させれば、光束径は楕円か
ら円にわたり任意に変化させることができ、非対称な倍
率誤差を補正できることが理解できる。
【００３５】さらに、投影光学系内部に例えば図５又は
図６に示す如き非対称な倍率誤差を有している場合に
は、少なくとも２つ以上の円柱レンズを光軸方向に沿っ
て直列的に配置し、それらの円柱レンズの内の少なくと
も１つを回転可能に設ければ、図５または図６に示す如
き光束径は楕円から円にわたり任意に変化させることが
できるため、非対称な倍率誤差を調整することができ
る。
【００３６】なお、２つ以上のトーリックレンズ（円柱
レンズ）を組み合わせる場合や、他の光学素子と組み合
わせる場合には、着目している光束が、第１のトーリッ
クレンズ（円柱レンズ）や他の光学素子を通過して出来
る光束を新たな光束として、次のトーリックレンズ（円
柱レンズ）等に入射してきたとして追跡を行ってやれば
良い。
【００３７】２つのトーリックレンズ（円柱レンズ）の
組み合わせで、図１のような負の円柱レンズ１と図２の
ような正の円柱レンズを近接して設置した場合、それぞ
れのレンズの母線方向が一致したときには、各方向のト
ータルなレンズパワーはほぼ０となり、光束形状は変わ
らないが、それぞれのレンズの母線方向が直交した場合
には、最大の形状変化となる。
【００３８】また、図１に示した負の円柱レンズ１を光
軸方向に沿って２つ直列的に配置した場合、あるいは図
２に示した正の円柱レンズ２を光軸方向に沿って２つ直
列的に配置した場合には、それぞれの円柱レンズの母線
方向が互いに一致すると、最大の倍率並びに最大の軸外
収差を発生させることができ、また、それぞれの円柱レ
ンズの母線方向が互いに直交すると、ほぼ１枚の回転対
称な球面レンズと同じレンズ作用を持たせることができ
る。
【００３９】このように、トーリックレンズの１種であ
る円柱レンズを少なくとも２枚用いて、少なくとも一方
の円柱レンズを回転可能にしてやる事により、倍率及び
軸外収差（非点収差、像面湾曲等）等の光学特性の量と
方向を任意に調整する事が出来る。なお、上述した（１
４）式並びに（２４）式を一般的な形で表現すれば、非
点収差の補正に有効に作用させ得る円柱レンズの焦点距
離をｆA 、倍率誤差の補正に有効に作用させ得る円柱レ
ンズの焦点距離をｆD とすると、 ｜ｆA ｜≧１０Ｌ （２５） ｜ｆD ｜≧１０2 Ｌ （２６） となり、非点収差の有効に補正するには上記（２５）式
を満足することが望ましく、また倍率誤差の有効に補正
するには上記（２６）式を満足することが望ましい。但
し、この場合の円柱レンズの焦点距離（ｆA ，ｆD ）
は、単一の円柱レンズに限らず、複数の円柱レンズ等の
トーリックレンズやトーリック型の反射部材を組み合わ
せた場合にも適用できる。すなわち、この円柱レンズの
焦点距離（ｆA ，ｆD ）は複数のトーリック型光学部材
を組み合わせた場合での複数の円柱レンズの合成焦点距
離となる。
【００４０】（２５）式または（２６）式の関係から外
れると、トーリックの成分が強すぎて、それぞれ他の収
差への影響が出て問題となる。例えば、非点収差の補正
では、像面湾曲、倍率誤差が悪くなったり、倍率誤差の
補正ではテレセン性、非点収差が悪くなったりする。こ
のため、上記範囲内であれば、有効に非対称収差の補正
が行うことが出来る。
【００４１】ところで、上記（２５）式、（２６）式で
はトーリック型光学部材の最適な焦点距離の範囲を示し
たが、次に別の観点よりトーリック型光学部材の最適な
焦点距離の範囲について検討する。まず、図９には、投
影光学系が開口絞りＳを挟んでレチクル４側を前群ＧF
、ウエハ５側を後群ＧR を持つ構成を示しており、こ
こでは、前群ＧF はｆGFの焦点距離を有し、後群ＧR は
ｆGRの焦点距離を有しており、投影光学系はレチクル側
並びにウエハ５側でテレセントリックである。
【００４２】図１０は図９に示した投影光学系の前群Ｇ
F とレチクル４との間にトーリック型光学部材としての
正のパワーを持つ円柱レンズを配置した時の様子を示し
ており、この円柱レンズ２のパワーは図１０の紙面方向
（メリジオナル方向）である。ここで、図１０に示す如
く、円柱レンズ２の焦点距離をｆ２とし、円柱レンズ２
と前群ＧF との間の距離（双方の光学系の主点間隔の距
離）をＤ1 とすると、円柱レンズ２と前群ＧF との合成
焦点距離Ｆ1 は、以下の関係が成立する。
【００４３】 Ｆ1 ＝（ｆ２・ｆGF）／（ｆ２＋ｆGF−Ｄ1 ） （２７） また、投影光学系（ＧF ，ＧR ）の結像倍率Ｂ1 とし、
円柱レンズ２と投影光学系（ＧF ，ＧR ）との合成系で
の結像倍率Ｂ1'とすると、以下の関係が成立する。 Ｂ1 ＝−ｆGR／ｆGF （２８） Ｂ1'＝−ｆGR／Ｆ1 ＝Ｂ1 〔１＋（ｆGF−Ｄ1 ）／ｆ２〕 （２９） 従って、投影光学系のサジタル方向とメリジオナル方向
での倍率差ΔＢ1 は、以下の如くなる。
【００４４】 ΔＢ1 ＝Ｂ1'−Ｂ1 ＝Ｂ1 （ｆGF−Ｄ1 ）／ｆ２ （３０） 一方、円柱レンズ２と前群ＧF との合成系によるレチク
ル側の主点をＨ1 、円柱レンズ２と前群ＧF との合成系
によるレチクル側での焦点位置をＰ1 、その焦点位置Ｐ
1 とレチクル４までの距離をΔｓ1 、円柱レンズ２と投
影光学系（ＧF，ＧR ）との合成系によるレチクル４の
結像位置Ｑ1 からウエハ５までの距離をΔｓ1'とする
と、以下の関係が成立する。
【００４５】 Δｓ1 ＝（ｆGF−Ｄ1 ）2 ／（ｆ２＋ｆGF−Ｄ1 ） （３１） Δｓ1'＝（Ｂ1'）2 ・Δｓ1 （３２） ここで、Δｓ1'は投影光学系のサジタル方向とメリジオ
ナル方向での結像位置の差、すなわち非点収差量（非点
隔差）を意味する。また、投影光学系のレチクル側の開
口数をＮＡR 、露光光の波長をλとすると、投影光学系
のレチクル側での焦点深度ＤＯＦR は以下の如くなる。
【００４６】 ＤＯＦR ＝λ／（ＮＡR ） 2 （３３） そこで、非点収差量を投影光学系のレチクル側での焦点
深度以内に抑えるためには、上式（３１）式及び（３
３）式より、次式が導出される。 ｆ２≧−（ｆGF−Ｄ1 ）＋〔（ＮＡR )2（ｆGF−Ｄ1 ）2 〕／λ （３４） 従って、（３４）式を満足するように円柱レンズ２を構
成することが好ましく、これにより、非点収差量を焦点
深度以内に抑えることが可能となる。
【００４７】この（３４）式を一般的に表現すれば、ト
ーリック型光学部材の直交した方向でのパワー差をΔｆ
とすると、以下の如くなる。 Δｆ≧｜−（ｆGF−Ｄ1 ）＋〔（ＮＡR )2（ｆGF−Ｄ1 ）2 〕／λ｜ （３５） この様に、トーリック型光学部材を用いた場合、この部
材による非点収差量を投影光学系のレチクル側での焦点
深度以内に抑えるためには、上式（３５）を満足するこ
とが好ましいことが理解される。なお、上式（３４）及
び（３５）の関係は、投影光学系が等倍、縮小または拡
大の倍率を有する場合にも成立する事は言うまでもな
い。
【００４８】一例として、投影光学系のレチクル側の開
口数ＮＡR を０．１、露光光の波長をλを４３６ｎｍ、
ｆGF＝２５０ｍｍ、ｆGR＝２５０ｍｍ、Ｄ1 ＝２００ｍ
ｍとすると、上記（３４）式より、円柱レンズのメリジ
オナル方向での焦点距離ｆ２、一般的に言うと上記（３
５）式より、トーリック型光学部材の直交した方向での
パワー差Δｆは、５．７×１０4 ｍｍ以上となり、この
時の可変にし得る倍率補正量（倍率差ΔＢ1 ）は、８７
０ｐｐｍ（＝８．７×１０-4）以下となる。
【００４９】なお、以上においては、トーリック型光学
部材をレチクルと投影光学系との間に配置した場合を前
提として、（３５）式を導出したが、トーリック型光学
部材を投影光学系とウエハとの間に配置した場合にも同
様な関係が成立するため、この場合には、以下の関係を
満足することが望ましい。 Δｆ≧｜−（ｆGR−Ｄ1'）＋〔（ＮＡW )2（ｆGR−Ｄ1'）2 〕／λ｜ （３６） 但し、ＮＡW は投影光学系のウエハ側の開口数であり、
Ｄ1'はトーリック型光学部材と後群ＧR との間の距離
（双方の光学系の主点間隔の距離）である。
【００５０】次に、図１１を参照しながら、投影光学系
中の前群ＧF と後群ＧR との間、換言すれば、開口絞り
Ｓの近傍に正の円柱レンズ２を配置した時のその円柱レ
ンズ２の最適な焦点距離範囲について検討する。図１１
は図９に示した投影光学系の前群ＧF と後群ＧR との間
にトーリック型光学部材としての正のパワーを持つ円柱
レンズ２を配置した時の様子を示しており、この円柱レ
ンズ２のパワーは図１１の紙面方向（メリジオナル方
向）である。
【００５１】ここで、図１１に示す如く、円柱レンズ２
の焦点距離をｆ２とし、前群ＧF と円柱レンズ２との間
の距離（双方の光学系の主点間隔の距離）をＤ2 とする
と、前群ＧF と円柱レンズ２との合成焦点距離Ｆ2 は、
以下の関係が成立する。 Ｆ2 ＝（ｆ２・ｆGF）／（ｆ２＋ｆGF−Ｄ2 ） （３７） また、投影光学系（ＧF ，ＧR ）の結像倍率Ｂ2 とし、
円柱レンズ２と投影光学系（ＧF ，ＧR ）との合成系で
の結像倍率Ｂ2'とすると、以下の関係が成立する。
【００５２】 Ｂ2 ＝−ｆGR／ｆGF （３８） Ｂ2'＝−ｆGR／Ｆ2 ＝Ｂ2 〔１＋（ｆGF−Ｄ2 ）／ｆ２〕 （３９） 従って、投影光学系のサジタル方向とメリジオナル方向
での倍率差ΔＢ2 は、以下の如くなる。 ΔＢ2 ＝Ｂ2'−Ｂ2 ＝Ｂ2 （ｆGF−Ｄ2 ）／ｆ２ （４０） 一方、前群ＧF と円柱レンズ２との合成系によるレチク
ル側の主点をＨ2 、前群ＧF と円柱レンズ２との合成系
によるレチクル側での焦点位置をＰ2 、その焦点位置Ｐ
2 とレチクル４までの距離をΔｓ2 、投影光学系（ＧF
，ＧR ）と円柱レンズ２との合成系によるレチクル４
の結像位置Ｑ2 からウエハ５までの距離をΔｓ2 ’とす
ると、以下の関係が成立する。
【００５３】 Δｓ2 ＝（ｆGF）2 ／（ｆ２＋ｆGF−Ｄ2 ） （４１） Δｓ2'＝（Ｂ2'）2 ・Δｓ2 （４２） ここで、Δｓ2'は投影光学系のサジタル方向とメリジオ
ナル方向での結像位置の差、すなわち非点収差量（非点
隔差）を意味する。そこで、非点収差量を投影光学系の
レチクル側での焦点深度以内に抑えるためには、上式
（３３）式及び（４１）式より、次式が導出される。
【００５４】 ｆ２≧−（ｆGF−Ｄ2 ）＋〔（ＮＡR )2（ｆGF）2 〕／λ （４３） 従って、（４３）式を満足するように円柱レンズ２を構
成することが好ましく、これにより、非点収差量を焦点
深度以内に抑えることが可能となる。この（４３）式を
一般的に表現すれば、トーリック型光学部材の直交した
方向でのパワー差をΔｆとすると、以下の如くなる。 Δｆ≧｜−（ｆGF−Ｄ2 ）＋〔（ＮＡR )2（ｆGF）2 〕／λ｜ （４４） この様に、トーリック型光学部材を用いた場合、この部
材による非点収差量を投影光学系のレチクル側での焦点
深度以内に抑えるためには、上式（４４）を満足するこ
とが好ましいことが理解される。なお、上式（４３）及
び（４４）の関係は、投影光学系が等倍、縮小または拡
大の倍率を有する場合にも成立する事は言うまでもな
い。
【００５５】一例として、投影光学系のレチクル側の開
口数ＮＡR を０．１、露光光の波長をλを４３６ｎｍ、
ｆGF＝２５０ｍｍ、ｆGR＝２５０ｍｍ、Ｄ2 ＝２００ｍ
ｍとすると、上記（４３）式より、円柱レンズのメリジ
オナル方向での焦点距離ｆ２、一般的に言うと上記（４
４）式より、トーリック型光学部材の直交した方向での
パワー差Δｆは、１．４３×１０6 ｍｍ以上となり、こ
の時の可変にし得る倍率補正量（倍率差ΔＢ1 ）は、３
５ｐｐｍ（＝３．５×１０-5）以下となる。
【００５６】以上の図９〜図１１にて解析の結果より、
レチクルと投影光学系との間または投影光学系とウエハ
との間にトーリック型光学部材を配置した場合には、非
点収差に対する補正の寄与を小さく抑えつつ、倍率誤差
に対する補正の寄与を大きくすることが可能となり、一
方、投影光学系の瞳もしくはその近傍にトーリック型光
学部材を配置した場合には、倍率誤差に対する補正の寄
与を小さく抑えつつ、非点収差に対する補正の寄与を大
きくすることが可能となることが理解できる。
【００５７】なお、本発明で言うトーリック光学部材と
は、回転対称な球面の１方向に対して研磨を施し、直交
した方向で異なるパワーを持たせたトーリックレンズで
も良いし、あるいは直交した方向で異なるパワーを持つ
反射鏡でも良く、さらには、直交した方向で異なるパワ
ーを持つ屈折率分布型のレンズでも良い。ところで、こ
れまでの説明は、投影光学系の光軸に対して回転非対称
なる非球面として、直交した方向で異なるパワーのある
トーリック光学部材を用いて回転非対称に発生する非点
収差、像面湾曲、倍率誤差等を補正することについて述
べたが、回転非対称に発生するこれらの収差や倍率誤差
に加えて、投影光学系内にて回転非対称で局所的にラン
ダムに残存する倍率誤差成分や歪曲収差成分が発生する
場合には、光軸方向に沿って移動可能または光軸を中心
に回転可能なトーリック光学部材の１種としての円柱レ
ンズのレンズ面に局所的に研磨等の加工を施し、その加
工が施された円柱レンズをレチクルとウエハとの間に配
置すれば、回転非対称に発生する非点収差、像面湾曲、
倍率誤差の補正に加えて、ランダムに発生する倍率誤差
成分や歪曲収差成分を補正することが可能である。
【００５８】さらに、投影光学系が回転非対称で局所的
にランダムに残存する倍率誤差成分や歪曲収差成分のみ
を有している場合には、投影光学系を構成する光学素子
（レンズ、反射鏡）自体に局所的に研磨等の加工を施せ
ば、ランダムに発生する倍率誤差成分や歪曲収差成分を
補正することも可能である。また、投影光学系が回転非
対称で局所的にランダムに残存する倍率誤差成分や歪曲
収差成分のみを有している場合において、ランダムに発
生する倍率誤差成分や歪曲収差成分を補正するために、
所定の厚みを持つ平行平面板に局所的に研磨等の加工を
施し、その加工が施された平行平面板を、レチクルと投
影光学系の間、投影光学系の内部または投影光学系とウ
エハとの間に配置しても良い。但し、この場合、平行平
面板は所定の厚みを持っているため、球面収差が発生す
るが、その球面収差を補正し得るように投影光学系を予
め構成すれば良い。
【００５９】
【実施例】次に、図１２を参照しながら本発明の実施例
について詳述する。図１２は、本発明の実施例による投
影露光装置の構成を示している。図１２に示す如く、両
側（又は片側）テレセントリックな投影レンズ３６の上
方には、不図示のレチクルステージに保持されたレチク
ル３５が配置され、レチクル３５と投影レンズ３６との
間には、その投影レンズ３６の光軸に対して回転非対称
なパワーを持つ光学手段として直交した方向に異なるパ
ワーを有するトーリック型光学部材が配置されている。
このトーリック型光学部材は、レチクル側から順に、投
影レンズ側に凹面を向け紙面方向に負のパワーを持つ負
の円柱レンズ１と、レチクル側に凸面を向け紙面方向に
正のパワーを持つ正の円柱レンズ２とを有し、円柱レン
ズ１と円柱レンズ２とは投影レンズ３６の光軸を中心に
それぞれ回転可能に設けられている。
【００６０】また、投影レンズ３６に関してレチクル３
５と共役な位置には、ウエハステージ３７上に載置され
たウエハ３８が配置されており、このウエハステージ３
７は、２次元的に移動可能なＸＹステージ及び投影レン
ズ３６の光軸方向に移動可能なＺステージより構成され
ている。一方、レチクル３５の上方には、レチクル３５
を均一にケーラー照明するための照明光学系（２１，２
２，２３，２４，２５，３２，３３，３４）が設けられ
ており、照明光学系中には投影レンズの光学特性を計測
するための計測系４２と、後述する露光光ＩＬとは異な
る波長の光によってレチクル３５とウエハ３８との相対
的な位置検出を光学的に行う第１アライメント系４７と
がそれぞれ設けられている。
【００６１】また、投影レンズ３６の外側には、オフ・
アクシス型の第２アライメント系４８が設けられてお
り、この第２アライメント系４８は、後述する露光光Ｉ
Ｌとは異なる波長の光によってウエハ３８の位置を光学
的に検出する。図１２に示した実施例を具体的に説明す
ると、水銀灯等の光源２１から放射される露光光ＩＬ
は、楕円鏡２２によって集光され、反射ミラー２３によ
って反射された後、コリメータレンズ２４によりほぼ平
行光束に変換され、フライアイレンズよりなるオプティ
カルインテグレータ２５に入射する。楕円鏡２２の第２
焦点近傍にはシャッター２６が配置され、このシャッタ
ー２６をモータ等の駆動部２７を介して回転することに
より、その露光光ＩＬを随時遮断することができる。
【００６２】シャッター２６で露光光ＩＬを遮断してい
る時にはそのシャッター２６により反射された露光光Ｉ
Ｌが楕円鏡２２の光軸にほぼ垂直な方向に射出されるの
で、この様に射出された露光光ＩＬは集光レンズ２８に
よりライトガイド２９の一端に入射させる。従って、光
源２１から放射される露光光ＩＬはオプティカルインテ
グレータ２５またはライトガイド２９の何れかに入射す
る。
【００６３】オプティカルインテグレータ２５に露光光
ＩＬが入射すると、オプティカルインテグレータ２５の
レチクル側の焦点面には多数の２次光源像（以下、単に
２次光源と称する。）が形成され、この２次光源形成面
に可変開口絞り３０が配置されている。それら２次光源
から射出された露光光ＩＬは光軸に対し４５度傾斜して
配置されたハーフミラー３１を透過した後に、第１のコ
ンデンサーレンズ３２，ダイクロイックミラー３３及び
第２コンデンサーレンズ３４を経てレチクル３５の下面
側のパターン領域を均一な照度で照明する。
【００６４】露光時には、トーリック型光学部材（１，
２）及び投影レンズ３６によりレチクル３５のパターン
の像がウエハ３８上に結像される。この場合、オプティ
カルインテグレータ２５の２次光源形成面は投影レンズ
３６の瞳面と共役であり、その２次光源形成面に配置さ
れた可変開口絞り３０の口径を調整することにより、レ
チクル３５を照明する照明光学系のコヒーレンシィを表
すσ値を変更することができる。レチクル３５を照明す
る露光光ＩＬの最大入射角をθIL、投影レンズ３６のレ
チクル３５側の開口半角をθPLとすると、σ値はｓｉｎ
θIL／ｓｉｎθ PLで表すことかできる。ここで、σ値は
０．３〜０．７程度に設定される。
【００６５】なお、投影レンズ３６の瞳位置には不図示
であるが開口絞りが設けられており、この開口絞りの開
口を可変となるように構成しても良い。また、ウエハス
テージ３７のウエハホルダー近傍には、例えばガラス板
よりなる調整板３９が固設されており、この調整板３９
の投影レンズ３６側の面には、基準パターンが形成され
ている。これに対応して、投影レンズ３６のイメージフ
ィールド内でかつレチクル３５のパターン領域近傍に
は、その調整板３９上の基準パターンと投影レンズ３６
に関して共役な位置にレチクルマークＲＭが形成されて
いる。一例として、調整板３９側の基準パターンは遮光
部の中に形成された十字型の開口パターンよりなり、ウ
エハ３５側のレチクルマークＲＭはその基準パターンに
トーリック型光学部材（１，２）及び投影レンズ３６に
よる投影倍率を乗じて得られたパターンの明暗を反転し
て得られるパターンよりなる。
【００６６】ウエハステージ３７の調整板３９の下面に
はコンデンサーレンズ４１及び反射ミラー４０が配置さ
れ、コンデンサーレンズ４１の後側焦点面にライトガイ
ド２９の射出端が固定されている。このライトガイド２
９の射出端の面は投影レンズ３６の瞳面と共役なので可
変開口絞り３０とも共役である。また、このライトガイ
ド２９の射出端の発光面は、可変開口絞り３０上への投
影像の大きさを可変開口絞り３０の口径にほぼ等しく取
ってあり、これによって調整板３９上の基準パターンは
露光光ＩＬ用の照明σ値にほぼ等しい照明σ値で照明さ
れる。さらに、露光光ＩＬの照明光学系中において、ハ
ーフミラー３１に関して可変開口絞り３０と共役な位置
にフォトマルチプライアー４２の受光部が配置されてい
る。即ち、フォトマルチプライアー４２の受光部は投影
レンズ３６の瞳面及びライトガイド２９の射出端面と共
役となるうよに配置されている。その受光部の検出面
は、その上に投影されるライトガイド３９の射出端の発
光面の像よりも大きく取って光量ロスを防いでいる。従
って、調整板３９の基準パターンを下面側から照明した
場合には、調整板３９が投影レンズ３６のイメージフィ
ールドのどの位置に存在しても調整板３９の基準パター
ンから射出した光の大部分は投影レンズ３６及びトーリ
ック型光学部材（１，２）に入射し、レチクル３５のレ
チクルマークＲＭを経てフォトマルチプライアー４２の
受光面に入射する。
【００６７】中央処理ユニット４３（以下、ＣＰＵと称
する。）は、フォトマルチプライアー４２と電気的に接
続されており、このフォトマルチプライアー４２から出
力される光電変換信号がＣＰＵ４３に供給される。ま
た、ウエハステージ３７の上面にはＸ方向用ミラー及び
不図示のＹ方向用ミラーが固定され、レーザ干渉系４４
及びそれら２個のミラーを用いることにより、ウエハス
テージ３７上の位置の座標を常時モニターすることがで
きる。レーザ干渉系４４からＣＰＵ４３に対してそのウ
エハステージ３７からの座標情報が供給され、ＣＰＵ４
３はステージ駆動部４５を介してそのウエハステージ３
７の位置を所望の座標位置まで移動させることかでき
る。
【００６８】さて、次に、本実施例の動作について説明
する。組み立て誤差等により投影レンズ３６及びトーリ
ック型光学部材（１，２）内にて残存する投影光学系の
光軸に対して回転非対称な光学特性（非点収差、像面湾
曲、倍率誤差、歪曲収差）を計測するために、まず、不
図示のレチクルステージには、図１３に示す如き予め基
準レチクル３５’が配置されている。この基準レチクル
３５’のパターン領域には、図１３に示す如く、十字状
のクロム等の遮光パターンが２次元的に所定の間隔で配
列されている。
【００６９】ＣＰＵ４３は、駆動部２７を介してシャッ
ター２６で露光光ＩＬを遮断した後に、ステージ駆動部
４５を介してウエハステージ３７上の調整板３９を投影
レンズ３６のイメージフィールド内に移動させる。これ
により、シャッター２６から反射された露光光ＩＬ（以
下、単に照明光と称する。）が集光レンズ２８及びライ
トガイド２９を介してウエハステージ３７の内部へ射出
される。この照明光は反射ミラー４０で反射された後
に、コンデンサーレンズ４１でほぼ平行光束に変換され
て、調整板３９に形成された基準パターンを下面側から
照明する。この調整板３９の基準パターンは、投影レン
ズ３６及びトーリック型光学部材（１，２）により、基
準レチクル３５’の遮光パターン上に投影され、この２
つのパターン同志の整合状態は、第２のコンデンサーレ
ンズ３４、ダイクロイックミラー３３、第１のコンデン
サーレンズ３３及びハーフミラー３１を介してフォトマ
ルチプライアー４２にて光電的に検出される。そして、
ＣＰＵ４３は、基準レチクル３５’内で２次元的に配列
された複数の遮光パターンの位置の座標をフォトマルチ
プライアー４２を介して順次検出するために、レーザ干
渉系４４を介してウエハステージ３７の座標位置を常時
モニターしながら、ステージ駆動部４５を介してウエハ
ステージ３７を順次移動させる。これによって、フォト
マルチプライアー４２は基準レチクル３５’内で２次元
的に配列された複数の遮光パターンと調整板３９の基準
パターンとの整合状態をそれぞれ光電的に検出し、ＣＰ
Ｕ４３はそれぞれの整合状態となる座標位置をレーザ干
渉系４４を介して、ＣＰＵ４３内部の第１メモリー部に
て順次格納する。さらにＣＰＵ４３の内部には不図示の
第２メモリー部及び第１補正量算出部を有しており、こ
の第２メモリー部には、投影光学系の光軸に対して回転
非対称な光学特性（非点収差、像面湾曲、倍率誤差、歪
曲収差）とトーリック型光学部材（１，２）の相対的な
回転量とに関する相関的な情報が予め格納されている。
従って、第１補正量算出部は、第１及び第２メモリー部
からの情報に基づいて、トーリック型光学部材（１，
２）の補正すべき最適な相対的な回転量を算出する。そ
して、この第１補正量算出部からの補正情報に基づいて
ＣＰＵ４３は駆動信号をモータ等の駆動部４６へ出力
し、駆動部４６は所定の補正量（回転量）だけトーリッ
ク型光学部材（１，２）の相対的に回転させる。
【００７０】以上の動作が完了した後、実際のプロセス
に用いる通常のレチクル３５を不図示のレチクルステー
ジ上に設定し、ＣＰＵ４３は駆動部２７を介してシャッ
ター２６を切り換える。これによって、露光光ＩＬは照
明光学系を介してレチクル３５を照明して、レチクル３
５のパターン像はトーリック型光学部材（１，２）及び
投影レンズ３６を介してウエハ３８上に忠実に転写され
る。この様に、投影露光装置による露光転写を連続的に
行うと、投影レンズ３６には露光光ＩＬによる熱エネル
ギーが蓄えられ、投影レンズ３６の光学特性の変動が生
じる恐れがあるため、露光転写の動作の途中で定期的
に、以上にて述べた如く、投影レンズ３６による光学特
性を計測し、その計測した結果に基づいてトーリック型
光学部材（１，２）を回転させれば良い。この時、投影
レンズ３６を構成するレンズ間での圧力を制御して、投
影レンズ３６自体の倍率を調整するという周知の技術と
併用することがより望ましい。
【００７１】なお、トーリック型光学部材（１，２）の
相対的な回転量によって、投影レンズ３６に残存する回
転非対称な光学特性（非点収差、像面湾曲、倍率誤差、
歪曲収差）が完全に最適化された状態で補正されている
かを確認する事が望ましく、この場合には、以上の述べ
た動作を繰り返せば、より完全なる補正が達成できる。
【００７２】また、投影レンズ３６内に残存する倍率誤
差、歪曲収差を計測する際には、ウエハステージ３７を
２次元的に移動させて基準レチクル３５’内の各遮光パ
ターンの座標位置を求めれば良いが、投影レンズ３６内
に残存する非点収差、像面湾曲をより正確に計測する際
には、ウエハステージ３７を投影レンズ３６の光軸方向
へ移動させながら、フォトマルチプライアー４２からの
出力信号のコントラストが最大となるような基準レチク
ル３５’内の各遮光パターンの座標位置を求めれば良
い。
【００７３】さて、本実施例の投影露光装置は、半導体
製造プロセス等によりウエハ３８の非線型な伸縮、複数
の投影露光装置によって半導体を製造する場合での投影
露光装置間の倍率誤差及び歪曲収差の差が生じる際にも
十分に対応することができる。具体的には、まず、ＣＰ
Ｕ４３は、ウエハ上に形成されている複数のウエハマー
クの座標位置を、投影レンズ３６の外側に設けられてい
る第２アライメント４８を介して順次、光学的に検出す
るために、レーザ干渉系４４を介してウエハステージ３
７の座標位置を常時モニターしながら、ステージ駆動部
４５を介してウエハステージ３７を順次移動させる。こ
れによって、ＣＰＵ４３は第２アライメント４８及びレ
ーザ干渉系４４から得られるウエハ上に形成された各ウ
エハマークの座標位置をＣＰＵ４３の内部の第３メモリ
ー部にて順次格納する。さらにＣＰＵ４３の内部には不
図示の第４メモリー部及び第２補正量算出部を有してお
り、この第４メモリー部には、投影光学系の光軸に対し
て回転非対称な光学特性（非点収差、像面湾曲、倍率誤
差、歪曲収差）とトーリック型光学部材（１，２）の相
対的な回転量とに関する相関的な情報が予め格納されて
いる。従って、第２補正量算出部は、第３及び第４メモ
リー部からの情報に基づいて、トーリック型光学部材
（１，２）の補正すべき最適な相対的な回転量を算出す
る。そして、この補正量算出部からの補正情報に基づい
てＣＰＵ４３は駆動信号をモータ等の駆動部４６へ出力
し、駆動部４６は所定の補正量（回転量）だけトーリッ
ク型光学部材（１，２）の相対的に回転させる。
【００７４】以上の図１２に示した実施例ではトーリッ
ク型光学部材（１，２）の相対的な回転量によって投影
レンズ３６に残存する回転非対称な光学特性（非点収
差、像面湾曲、倍率誤差、歪曲収差）を補正する例を述
べたが、トーリック型光学部材（１，２）を相対的に投
影レンズ３６の光軸方向へ移動させても良いことは言う
までもない。また、図１２の実施例では投影レンズ３６
に残存する回転非対称な光学特性（非点収差、像面湾
曲、倍率誤差、歪曲収差）を自動補正する例を示した
が、トーリック型光学部材（１，２）の回転または移動
をマニュアル的に行うことも可能である。
【００７５】また、本実施例中の光源２１、楕円鏡２２
及びコリメータレンズ２４の代わりに平行光束を供給す
るエキシマレーザ等のレーザ光源を用いても良く、さら
にはこのレーザ、及びこのレーザ光を所定の光束断面の
光に変換するビームエキスパンダとを組み合わせても良
い。さて、図１２に示した実施例では、レチクルと投影
レンズとの間にトーリック型光学部材（１，２）を配置
した例を述べたがこの配置に限ることはなく、図１４に
示す如き構成としても良い。
【００７６】図１４の（ａ）は、投影レンズ３６とウエ
ハ３８との間にトーリック型光学部材（１，２）を配置
した例を示している。図示の如く、トーリック型光学部
材（１，２）は、ウエハ３８側から順に、レチクル３５
側に凹面を向けた負の円柱レンズ１と、ウエハ３８側に
凸面を向けた正の円柱レンズ２とを有している。この構
成によれば、図１２に示した実施例と同様に、非点収差
に対して余り影響を及ばさずに、倍率誤差の補正に対し
て大きく寄与させることができる。従って、投影レンズ
３６内にて倍率誤差が大きく残存している場合において
有効（図１２に示した実施例と同様に有効）である。
【００７７】図１４の（ｂ）は、前群３６Ａと後群３６
Ｂとからなる投影レンズ３６において、前群３６Ａと後
群３６Ｂとの間、即ち投影レンズ３６の瞳位置もしくは
その近傍にトーリック型光学部材（１，２）を配置した
例を示している。図示の如く、トーリック型光学部材
（１，２）は、レチクル３５側から順に、ウエハ３８側
に凹面を向けた負の円柱レンズ１と、レチクル３５側に
凸面を向けた正の円柱レンズ２とを有している。この構
成によれば、倍率誤差に対して余り影響を及ばさずに、
非点収差の補正に対して大きく寄与させることができ
る。従って、投影レンズ３６内にて非点収差が大きく残
存している場合において有効である。
【００７８】図１４の（ｃ）は、投影レンズ３６を挟ん
でレチクル３５側とウエハ３８側とにそれぞれトーリッ
ク型光学部材（２Ａ，２Ｂ）を配置した例を示してい
る。図示の如く、レチクル３５と投影レンズ３６との間
には、ウエハ３８側に凸面を向けた第１の正の円柱レン
ズ２Ａが設けられており、投影レンズ３６とウエハ３８
との間にはレチクル３５側に凸面を向けた第２の正の円
柱レンズ２Ｂが設けられている。この構成によれば、図
１２及び図１４（ａ）に示した例と同様に、非点収差に
対して余り影響を及ばさずに、倍率誤差の補正に対して
大きく寄与させることができる。
【００７９】図１４の（ｄ）は図１４の（ｃ）をさらに
応用した例を示しており、投影レンズ３６を挟んでレチ
クル３５側とウエハ３８側とにそれぞれ配置された正の
円柱レンズ（２Ａ，２Ｂ）の各々に負の円柱レンズ（１
Ａ，１Ｂ）を組み合わせた例を示している。この構成に
よれば、非点収差に対して余り影響を及ばさずに、倍率
誤差の補正に対して大きく寄与させることができる。こ
の場合、第１のトーリック型光学部材（１Ａ，２Ａ）と
第２のトーリック型光学部材（１Ｂ，２Ｂ）との内の一
方によって投影レンズ３６に残存する倍率誤差を主に補
正し、他方によってウエハ３８の伸縮に対する倍率誤差
の補正を行っても良い。さらには、この構成に基づい
て、第１のトーリック型光学部材（１Ａ，２Ａ）と第２
のトーリック型光学部材（１Ｂ，２Ｂ）との内の一方の
パワーを強くし、他方を弱くなるように構成すれば、一
方のパワー強いトーリック型光学部材では、非点収差に
対して余り影響を及ばさずに倍率誤差の粗調整が行え、
他方のパワーの弱いトーリック型光学部材では、非点収
差に対して余り影響を及ばさずに倍率誤差の微調整が行
える。
【００８０】図１４の（ｅ）は図１４の（ａ）と図１４
の（ｂ）とを組み合わせてさらに応用した例を示してお
り、図示の如く、レチクル３５と投影レンズ（前群３６
Ａ）との間には、負の円柱レンズ１Ａと正の円柱レンズ
２Ａとで構成される第１のトーリック型光学部材（１
Ａ，２Ａ）が設けられており、投影レンズ３６中におけ
る前群３６Ａと後群３６Ｂとの間（投影レンズ３６の瞳
位置もしくはその近傍）には、負の円柱レンズ１Ｂと正
の円柱レンズ２Ｂとで構成される第２のトーリック型光
学部材（１Ｂ，２Ｂ）が設けられている。この構成によ
れば、第１のトーリック型光学部材（１Ａ，２Ａ）では
非点収差に対して余り影響を及ばさずに倍率誤差の調整
が行え、第２のトーリック型光学部材（１Ｂ，２Ｂ）で
は倍率誤差に対して余り影響を及ばさずに非点収差の調
整が行え、すなわち、倍率誤差と非点収差とを独立に補
正することができる。
【００８１】図１４の（ｆ）は図１４の（ｄ）と図１４
の（ｅ）とを組み合わせた例を示しており、倍率誤差と
非点収差との独立補正に加えて、倍率誤差と非点収差と
の各々の粗調整と微調整とを行うことができる。
【００８２】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
製造誤差による投影光学系の性能低下を防止して、設計
値どうりの高性能な投影光学系を得る事が可能となり、
製造上では歩留まりの向上につながる。また、これらの
機能を積極的に利用して、投影光学系に悪影響を与える
事無しに、ウェハープロセスに起因する非線形なウェー
ハの伸縮や、投影露光装置間の回転不対称な倍率誤差を
補正してやる事により、マッチング精度の低下を防止で
きる。また、何らかの原因で発生した光学系自身による
非点収差、ディストーションを補正する事もできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トーリックレンズを負の円柱レンズとした時の
原理図である。
【図２】トーリックレンズを正の円柱レンズとした時の
原理図である。
【図３】図１の負の円柱レンズによる作用を示す図であ
る。
【図４】図２の正の円柱レンズによる作用を示す図であ
る。
【図５】図３に示した仮想平面での光束断面の様子を示
す平面図である。
【図６】図４に示した仮想平面での光束断面の様子を示
す平面図である。
【図７】図３に示した負の円柱レンズの幾何光学的な関
係を示す図である。
【図８】図４に示した正の円柱レンズの幾何光学的な関
係を示す図である。
【図９】投影光学系の幾何光学的な関係を示す図であ
る。
【図１０】図９に示した投影光学系とレチクルとの間に
トーリックレンズとしての円柱レンズを配置した時の幾
何光学的な関係を示す図である。
【図１１】図９に示した投影光学系の瞳近傍にトーリッ
クレンズとしての円柱レンズを配置した時の幾何光学的
な関係を示す図である。
【図１２】本発明による実施例の構成を示す図である。
【図１３】基準レチクルの様子を示す平面図である。
【図１４】（ａ）はレチクルと投影レンズとの間にトー
リックレンズとしての正の円柱レンズと負の円柱レンズ
とを配置した時の様子を示す図、（ｂ）は投影レンズの
瞳位置またはその近傍にトーリックレンズとしての正の
円柱レンズと負の円柱レンズとを配置した時の様子を示
す図、（ｃ）はレチクルと投影レンズとの間及び投影レ
ンズとウエハとの間の各々にトーリックレンズとしての
正の円柱レンズを配置した時の様子を示す図、（ｄ）は
レチクルと投影レンズとの間及び投影レンズとウエハと
の間の各々にトーリックレンズとしての正の円柱レンズ
と負の円柱レンズとを配置した時の様子を示す図、
（ｅ）はレチクルと投影レンズとの間及び投影レンズの
瞳位置またはその近傍の各々にトーリックレンズとして
の正の円柱レンズと負の円柱レンズとを配置した時の様
子を示す図、（ｆ）はレチクルと投影レンズとの間、及
び投影レンズの瞳位置またはその近傍及び投影レンズと
ウエハとの間の各々にトーリックレンズとしての正の円
柱レンズと負の円柱レンズとを配置した時の様子を示す
図である。
【主要部分の符号の説明】
１・・・・・・・ 負の円柱レンズ ２・・・・・・・ 正の円柱レンズ ２１・・・・・・・ 光源 ２２・・・・・・・ 楕円鏡 ２３・・・・・・・ 反射ミラー ２４・・・・・・・ コリメータレンズ ２５・・・・・・・ オプティカルインテグレータ ３２・・・・・・・ 第１のコンデンサーレンズ ３４・・・・・・・ 第２コンデンサーレンズ ３６・・・・・・・ 投影レンズ ３７・・・・・・・ ウエハステージ ３８・・・・・・・ ウエハ ４２・・・・・・・ フォトマルチプライアー ４８・・・・・・・ 第２アライメント系

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１物体を照明する照明光学系と、該照明
    光学系によって照明された前記第１物体の像を所定の倍
    率のもとで第２物体に投影する投影光学系とを有する投
    影露光装置において、 前記第１物体と前記第２物体との間に、前記投影光学系
    の光軸に対して回転非対称なパワーを持つ光学手段を配
    置し、 前記光学手段は、前記投影光学系に残存する前記投影光
    学系の光軸に対して回転非対称な光学特性を補正するた
    めに、前記投影光学系の光軸を中心に回転可能または前
    記投影光学系の光軸に沿って移動可能に設けられること
    を特徴とする投影露光装置。
  2. 【請求項２】前記光学手段は、直交した方向でのパワー
    が異なるトーリック型光学部材を有することを特徴とす
    る請求項１記載の投影露光装置。
  3. 【請求項３】前記トーリック型光学部材は、直交した方
    向でのパワーが異なる第１及び第２トーリック型光学素
    子を有し、 該第１及び第２トーリック型光学素子は、前記投影光学
    系の光軸を中心に相対的に回転可能または前記投影光学
    系の光軸に沿って相対的に移動可能に設けられことを特
    徴とする請求項２記載の投影露光装置。
  4. 【請求項４】前記光学手段は、前記第１物体と前記投影
    光学系との間、前記投影光学系の内部及び前記投影光学
    系と前記第２物体との間の内の少なくとも一方に配置さ
    れることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の投影
    露光装置。
  5. 【請求項５】前記光学手段は、前記投影光学系の瞳面も
    しくはその近傍に配置されることを特徴とする請求項１
    乃至請求項４記載の投影露光装置。
  6. 【請求項６】前記光学手段は、前記投影光学系の結像性
    能に寄与し、前記投影光学系の光軸に対して回転対称な
    パワーを持つ面を有し、 前記回転対称なパワーを持つ面は前記投影光学系の光軸
    に対して回転非対称なパワーを持つ回転非対称領域を持
    つことを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
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