JPH09159909A

JPH09159909A - 投影露光装置および回路パターン形成方法

Info

Publication number: JPH09159909A
Application number: JP7324147A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fujiwara; 浩志藤原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-12-13
Filing date: 1995-12-13
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】縮小率や拡大率の小さい投影レンズ系の等方
的な倍率や対称的な歪曲収差を任意に調整可能とする。【解決手段】投影レンズ系の物体面と絞り面との間に
配置された前群レンズ系内の一部の光学素子の諸元と、
投影レンズ系の結像面と絞り面との間に配置された後群
レンズ系内の一部の光学素子の諸元とを互いに独立に調
整する調整手段を設けることによって、投影レンズ系の
歪曲収差の傾向（糸巻き型か樽型）と量とを自由に変更
可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回路パターンを投影
光学系により感光基板上に所定の結像性能で投影露光す
る装置と、回路パターンの形成方法に関するものであ
り、特に結像倍率が等倍またはそれに近い値（２．５〜
０．４倍程度）の投影光学系や、絞り面に関してほぼ対
称的に構成されるレンズ群を含む投影光学系を使った露
光装置とパターン露光方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の露光装置は半導体デバイス、液
晶表示デバイス、プリント基板等を製造する過程のリソ
グラフィ工程で使われる。その露光装置には、回路パタ
ーンが形成されたマスクとレジスト層が塗布された感光
基板（半導体ウェハ、ガラス板、ＰＣＢ等）とを、密着
または近接させてマスク側から露光用の照明光（紫外
線）を一様に照射する一括露光方式、凹面鏡と凸面鏡と
を組合わせた反射投影光学系の物体面と結像面との各々
にマスクと感光基板を配置し、円弧状の照明光の照射の
もとでマスクと感光基板とを投影光学系に対して走査す
る走査露光方式、複数枚のレンズ素子が光軸に沿って配
置されて円形視野を有する投影光学系によってマスクの
パターンを感光基板上の複数のショット領域に順次露光
するステップ・アンド・リピート方式、又はステップ・
アンド・スキャン方式等の色々の形態が実用化されてい
る。

【０００３】そのうち、特に複数枚のレンズ素子のみで
構成された投影光学系を用いたステップ・アンド・リピ
ート方式のステッパーは、現在半導体デバイスの製造現
場で主流を成す露光装置として多用されている。このよ
うな半導体露光用のステッパーには、０．２５〜０．５
μｍ程度の最高の解像力を必要とする投影露光のために
１／１０倍や１／５倍（或いは１／４倍）程度の縮小投
影レンズ系を搭載したファィンレイヤー用ステッパー
と、０．８〜１．５μｍ程度と低解像力ではあるが大き
な投影視野を必要とする投影露光のために１／２．５倍
（或いは１／２倍）程度の縮小投影レンズ系を搭載した
ミドルレイヤー用ステッパーとがある。

【０００４】また、そのようなステッパーとして液晶表
示デバイス（液晶テレビ、ビューファインダー等）の製
造時の露光工程で使われるステッパーには、３〜４イン
チサイズの液晶表示パネル用の回路パターンを一度に投
影できるだけの投影面積、例えば直径で約１５０ｍｍ程
度の投影視野を有しつつ、１．５μｍ程度の解像力を達
成する等倍投影レンズ系が搭載されている。

【０００５】このような等倍投影レンズ系は、マスク基
板（レチクル）が配置される物体側の空間と感光基板が
配置される像面側の空間との両方で主光線（絞り面の中
心を通る光線）がレンズ系の光軸と平行になる両側テレ
セントリックとして構成されるとともに、物体面と絞り
面（理想的にはフーリエ変換面となる）の間の前群レン
ズ系と、絞り面と結像面の間の後群レンズ系とが絞り面
に関して対称に構成されている。このため、露光時に感
光基板上に投影されるパターン像に発生する各種の歪
み、特に糸巻き形状や樽形状等の対称的な歪曲収差（デ
ィストーション）が前群レンズ系と後群レンズ系との相
殺効果により極めて少なくなるといった特徴がある。

【０００６】この特徴は、投影光学系を構成する複数枚
のレンズ素子と複数の空気間隔（一種の空気レンズ）の
配置、枚数、パワー配分等の対称性がある程度保たれる
１／２．５倍（０．４倍）程度の縮小投影レンズ系や
２．５倍程度の拡大投影レンズ系でもほぼ同様に得られ
る。このため、従来の等倍〜０．４倍程度の投影レンズ
系では、特開昭６０−２８６１３号公報や特開昭６０−
７８４１６号公報に開示されているような結像特性調整
手法を適用しても、ほとんどディストーション性能を損
なうことなく、等方的な結像倍率や結像面の位置を微小
量だけ調整することが可能であった。

【０００７】このことは、特に無数の表示画素の配列の
直線性が重視される液晶表示パネル製造用の投影レンズ
系として、縮小率が１／１０や１／５のように比較的大
きな投影レンズ系に比べて一面において大変有利な特質
でもある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
低倍率で投影視野が比較的大きな投影レンズ系、例えば
結像倍率０．４、開口数（ＮＡ）０．３５、投影視野直
径６５ｍｍのミドルレイヤー用の縮小投影レンズ系や結
像倍率１．０、開口数０．３、投影視野直径１４２ｍｍ
の等倍投影レンズ系では、等方的な倍率調整の他に対称
的な歪曲収差もある程度自由に制御したいと言った要求
が生じてきた。

【０００９】これは、例えば１４インチサイズ（縦２１
４ｍｍ、横２８５ｍｍ）の大画面の液晶表示パネルを投
影視野直径１４２ｍｍの等倍投影レンズ系で作る場合、
６インチサイズのレチクル上の縦１０７ｍｍ、横９５ｍ
ｍの矩形領域内に描画された画素パターンの投影像が、
感光基板上に縦２個、横３個ずつ互いに接合して合成さ
れるようにステップ・アンド・リピート方式で露光する
必要があり、各接合部でのつなぎ精度を厳しく管理しな
ければならないからである。

【００１０】あるいは、複数台の同種の等倍投影露光装
置で構成された製造ラインで液晶表示パネルを製造する
場合、１枚の感光基板（ガラス板）上には複数台の露光
装置で異なるレイヤーが順次重ね合わせ露光されるため
に、各露光装置の投影レンズ系がもつ固有の歪曲収差の
差を極力小さく抑えることが要求されるからである。こ
のような要求に答える１つの解決法は、例えば特開昭６
２−７１２９号公報、特開昭６２−２４６２４号公報に
開示されている。

【００１１】さらに従来の技術として、特開昭６０−７
８４５４号公報には露光光が通ることで投影レンズ系に
蓄積される熱エネルギーに起因した各種の結像特性（倍
率や結像面位置）の変動を、露光光の照射状態に基づい
て逐次補正するために投影レンズ系内の一部の空気間隔
を密封して圧力制御することが開示されている。しかし
ながら、そこに開示された投影レンズ系は縮小率が１／
５、１／１０と大きいために、投影レンズ系を構成する
複数の光学素子（レンズ素子と空気間隔）のパワー配
分、素子配置、群構成等の絞り面に対する対称性が大き
く崩れている。

【００１２】このため、対称的な歪曲収差の傾向を糸巻
き型から樽型へ、逆に樽型から糸巻き型へと連続的に変
化させるとなると、制御すべき空気間隔内の圧力変化が
異常に大きくなったり、又は実用的な圧力変化範囲内で
所望の歪曲変化量を呈する空気間隔が選択できないと言
った問題点があった。以上のことから、製造ラインを構
成する露光装置に搭載されている投影光学系間の歪曲収
差の傾向を糸巻き型から樽型の間で精密に、かつ安定し
て自由に調整できるとともに、その歪曲収差の傾向を保
ったまま等方的な倍率を微調整できることが必要となっ
てきた。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そこで本発明では、マス
ク（レチクルＲ）に形成されたパターンを２．５〜０．
４倍程度の範囲の特定の結像倍率で感光基板（プレート
ＰＴ）上に投影露光する装置において、マスク（Ｒ）が
位置すべき物体面（ＯＰ）と感光基板（ＰＴ）が位置す
べき結像面（ＩＰ）との間に絞り面（ＡＰ）が形成され
るように、物体面と絞り面との間に複数のレンズ素子と
複数の空間素子とが光軸（Ａｘ）に沿って配列された前
群レンズ系（ＬＧａ）と、絞り面と結像面との間に複数
のレンズ素子と複数の空間素子とが光軸に沿って配列さ
れた後群レンズ系（ＬＧｂ）とを備えた投影光学系（Ｐ
Ｌ）が設けられる。

【００１４】そして本発明では、前群レンズ系（ＬＧ
ａ）を構成する一部の素子（例えば空気間隔による空気
レンズＳａ）の光学条件を変化させて投影光学系（Ｐ
Ｌ）に歪曲収差を発生させる第１の収差発生手段（加減
圧器２０２ａ）と、後群レンズ系（ＬＧｂ）を構成する
一部の素子（例えば空気間隔による空気レンズＳｂ）の
光学条件を変化させて投影光学系（ＰＬ）に歪曲収差を
発生させる第２の収差発生手段（加減圧器２０２ｂ）
と、投影光学系（ＰＬ）の等方的な結像倍率を変化させ
るように第１の収差発生手段（２０２ａ）と第２の収差
発生手段（２０２ｂ）とを連動制御する第１の制御モー
ドと、投影光学系（ＰＬ）の対称的な歪曲収差の傾向と
量とを変化させるように第１の収差発生手段（２０２
ａ）と第２の収差発生手段（２０２ｂ）とを連動制御す
る第２の制御モードとを有する制御手段（レンズコント
ロールユニット２０）とを設けるようにした。

【００１５】また、マスク（Ｒ）上に形成された回路パ
ターンの像を２．５〜０．４倍程度の結像倍率の投影光
学系（ＰＬ）を介して感光基板（ＰＴ）上に投影露光す
ることで感光基板（ＰＴ）上に回路パターンを形成する
方法においては、感光基板（ＰＴ）上に回路パターンの
像を投影する際に必要とされる投影光学系（ＰＬ）の歪
曲収差の傾向と等方的な倍率の変化量とに関する情報を
指定する段階と、投影光学系（ＰＬ）内の絞り面（Ａ
Ｐ）とマスク（Ｒ）との間に配置される投影光学系の前
群光学系（ＬＧａ）の光学諸元と、絞り面（ＡＰ）と感
光基板（ＰＴ）との間に配置される投影光学系の後群光
学系（ＬＧｂ）の光学諸元とを、指定された情報に基づ
いて互いに独立、又は連動して微小調整する段階と、微
小調整された状態で回路パターン像を感光基板（ＰＴ）
上に投影露光する段階とを実施するようにした。

【００１６】以上の本発明は、ステップアンドリピート
方式の投影露光装置だけでなく、同様に結像倍率の絶対
値が小さい投影レンズ系を搭載したステップアンドスキ
ャン方式の投影露光装置にも全く同様に適用可能であ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明では、投影倍率（縮小率、
拡大率）が小さい投影光学系を用い、その投影光学系の
結像特性の１つである対称的な歪曲収差を糸巻き型から
樽型の間で微小量調整できるに構成した。そこで、等倍
の投影レンズ系を用いた場合の歪曲収差の調整原理を図
１、図２を参照して説明する。その図１は、等倍投影レ
ンズ系を構成する複数の光学素子（ガラス硝材によるレ
ンズ素子と空気間隔によるレンズ素子）の配置例を模式
的に示したものであり、図２は図１の投影レンズ系の収
差特性の例を示すグラフである。

【００１８】図１の等倍投影レンズ系では、レチクルや
マスクのパターン形成面が位置する物体面ＯＰと絞り面
（フーリエ変換面）ＡＰとの間に設けられる前群レンズ
系ＬＧａと、ウェハやガラスプレート等の感光基板の表
面が位置する結像面ＩＰと絞り面ＡＰとの間に設けられ
る後群レンズ系ＬＧｂとが、絞り面ＡＰに関して完全に
対称的に構成される。前群レンズ系ＬＧａは、一例とし
て物体面ＯＰ側からレンズ系Ｇ１ａ、Ｇ２ａ、Ｇ３ａの
順で光軸Ａｘに沿って配列されて構成され、後群レンズ
系ＬＧｂは、これと対称的に結像面ＩＰ側からレンズ系
Ｇ１ｂ、Ｇ２ｂ、Ｇ３ｂの順で光軸Ａｘに沿って配列さ
れて構成される。

【００１９】また、前群レンズ系ＬＧａによる結像光路
には物体面ＯＰとレンズ系Ｇ１ａの間の空気間隔と、レ
ンズ系Ｇ３ａと絞り面ＩＰの間の空気間隔とが含まれ、
後群レンズ系ＬＧｂによる結像光路には結像面ＩＰとレ
ンズ系Ｇ１ｂの間の空気間隔と、レンズ系Ｇ３ｂと絞り
面ＩＰの間の空気間隔とが含まれ、これらの空気間隔も
投影レンズ系を構成する光学要素となる。さらに、物体
面ＯＰ側のレンズ系Ｇ１ａと結像面ＩＰ側のレンズ系Ｇ
１ｂは、投影レンズ系の物体側と像面側とで主光線ｋ
１、ｋ２を光軸Ａｘと平行にして、両側テレセントリッ
ク系にするためのテレセン部と呼ばれる。

【００２０】図１に示した各レンズ系Ｇ１ａ（Ｇ１
ｂ）、Ｇ２ａ（Ｇ２ｂ）、Ｇ３ａ（Ｇ３ｂ）のそれぞれ
は、実際はガラス硝材によるレンズ素子だけでなく空気
間隔による空気レンズ（単数または複数）との組合わせ
で構成される。そして、そのような空気間隔のうちレン
ズ系Ｇ２ａとＧ３ａとの間に配置された空気レンズ部Ｓ
ａと、レンズ系Ｇ２ｂとＧ３ｂとの間に配置された空気
レンズ部Ｓｂとは、例えば特開昭６０−７８４５４号公
報に開示されているように内部の気体圧力を基準圧力
（７６０ｍｍＨｇ）に対して例えば±１０ｍｍＨｇ程度
の範囲で独立に調整できるように構成される。ここで図
１からも明らかなように、各空気レンズ部Ｓａ、Ｓｂは
絞り面ＡＰに対して対称に配置される。

【００２１】また図１では、前群レンズ系ＬＧａ、後群
レンズ系ＬＧｂを構成する複数のレンズ素子の硝材は、
投影露光時に使用する照明光の中心波長と波長幅に依存
して決まる。例えば、水銀放電ランプからの紫外域の輝
線のうちｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｉ
線（３６５ｎｍ）のうちの１つ、若しくは隣合った２つ
の輝線を照明光とする場合は、複数種のレンズ硝材を部
分的に貼り合わせて波長幅に応じた色収差の補正が可能
である。さらに中心波長が３００ｎｍよりも短い遠紫外
線を照明光とする場合は、波長幅にもよるが、使用可能
な硝材として貼り合わせのない石英レンズのみ、あるい
は貼り合わせのない石英レンズと蛍石レンズとの組合わ
せが選択できる。

【００２２】さて、図１のような等倍投影レンズ系の場
合、前群レンズ系ＬＧａと後群レンズ系ＬＧｂとが絞り
面（瞳面とも呼ぶ）ＡＰに対して完全に対称に構成され
るために、前群レンズ系ＬＧａの持つ歪曲収差分と後群
レンズ系ＬＧｂの持つ歪曲収差分とが相殺されて極めて
良好な収差特性を呈する。ただし、前群レンズ系ＬＧａ
と後群レンズ系ＬＧｂとをレンズ素子、空気間隔の全て
に渡って完全に対称に製造すること難しく、多かれ少な
かれ製造誤差が存在する。このため理論（設計）上で無
収差にできたとしても、製造された投影レンズ系には僅
かな歪曲収差が残存する。

【００２３】図２（Ａ）は、図１のような等倍投影レン
ズ系の後群レンズ系ＬＧｂを理想光学系（無収差）と仮
定したときの全系の収差特性ＤＳａと、前群レンズ系Ｌ
Ｇａを理想光学系（無収差）と仮定したときの全系の収
差特性ＤＳｂとを模式的に表したものであり、従って収
差特性ＤＳａは前群レンズ系ＬＧａのみで生じる収差特
性を意味し、収差特性ＤＳｂは前群レンズ系ＬＧｂのみ
で生じる収差特性を意味する。尚、図２（Ａ）において
横軸は像高値（円形像視野の半径値）をｍｍ単位で表
し、縦軸は収差量をμｍ単位で表す。

【００２４】この図２（Ａ）の２つの収差特性ＤＳａ、
ＤＳｂから分かるように、その両者の特性はほぼ対称的
であり、設計上の特定条件のもとでは２つの収差特性Ｄ
Ｓａ、ＤＳｂが互いにほぼ相殺されることになるので、
投影レンズ系の全系で得られる収差特性は収差特性ＤＳ
ａ、ＤＳｂのいずれよりも十分に小さくなる。ここで、
図１に示した空気レンズ部Ｓａ、Ｓｂの各々の内圧を個
別に調整して屈折率を微小量変化させる場合を考えてみ
る。まず空気レンズ部Ｓａの内圧を基準圧力に対して一
定量だけ高くする（＋ΔＰ）と、収差特性ＤＳａの曲線
全体が原点を中心として右上がりに傾くように変化し、
逆に空気レンズ部Ｓａの内圧を基準圧力に対して一定量
だけ低くする（−ΔＰ）と、収差特性ＤＳａの曲線全体
が右下がりに傾くように変化する。

【００２５】一方、空気レンズ部Ｓｂの内圧を基準圧力
に対して一定量だけ高くする（＋ΔＰ）と、収差特性Ｄ
Ｓｂのカーブ全体が原点を中心として右下がりに傾くよ
うに変化し、逆に空気レンズ部Ｓｂの内圧を基準圧力に
対して一定量だけ低くする（−ΔＰ）と、収差特性ＤＳ
ｂのカーブ全体が右上がりに傾くように変化する。従っ
て、２つの空気レンズ部Ｓａ、Ｓｂの各内圧を基準値か
ら同量だけ変化させると、２つの収差特性ＤＳａ、ＤＳ
ｂの各カーブは、例えば図２（Ｂ）に示すように互いに
相反する方向に同量だけ変化するので、投影レンズ系の
全系としての収差特性はほとんど変化しないことにな
る。

【００２６】また図２（Ｂ）においては、収差特性ＤＳ
ａが直線Ｌａのように全体として右下がりに変化し、収
差特性Ｄｓｂが直線Ｌｂのように全体として左上がりに
変化した場合を示す。ここで、直線Ｌａ、Ｌｂの横軸か
らの傾き量は各空気レンズ部Ｓａ、Ｓｂの内圧の変化量
（ΔＰ）に対応した等方的な倍率変化分に相当してい
る。この図２（Ｂ）のような傾向は、例えば空気レンズ
部Ｓａ、Ｓｂの両方の内圧を基準値に対して共に、例え
ば−ΔＰ（又は＋ΔＰ）だけ変化させた場合に得られ
る。この図２（Ｂ）のような内圧変化と収差特性（ディ
ストーション特性）の変化傾向との関係については、例
えば特開昭６０−７１２９号公報、特開昭６０−２４６
２４号公報に開示されている。

【００２７】また、図２（Ｂ）中の収差特性ＤＳａが右
上がりに調整されるように、すなわち収差特性ＤＳａを
規定する直線Ｌａが図２（Ｂ）中の収差特性ＤＳｂを規
定する直線Ｌｂと一致するように、前群レンズ系ＬＧａ
の空気レンズ部Ｓａの内圧と後群レンズ系ＬＧｂの空気
レンズ部Ｓｂの内圧とを逆向きに同量だけ変化させる
と、投影レンズ系の全系の収差特性カーブは図２（Ｂ）
中の直線Ｌｂとほぼ同等の形状となり、投影レンズ系の
収差特性が等方的に調整、すなわち一律な倍率調整が行
われることになる。

【００２８】ところが収差特性は、図２（Ｂ）の直線Ｌ
ａ、Ｌｂのような傾きだけではなく、そのカーブの形自
体も変化し得る。図２（Ｃ）は、前群レンズ系ＬＧａ内
の空気レンズ部Ｓａの内圧を変化させたときに生じる前
群レンズ系ＬＧａのみの収差特性のカーブの変化を模式
的に誇張して示したものである。図２（Ｃ）の収差特性
ＤＳａは、先の図２（Ａ）で示したものと同一のもので
あり、収差特性ＤＳａ１、ＤＳａ２はそれぞれ空気レン
ズ部Ｓａの内圧を基準値に対して上昇させた場合と、降
下させた場合とを示す。尚、図（Ｃ）の場合でも図２
（Ｂ）中の直線Ｌａ、Ｌｂのように定義される直線が存
在するが、ここではそれらの直線を全て横軸に一致させ
てある。

【００２９】この図２（Ｃ）のように、空気レンズ部Ｓ
ａ（又はＳｂ）の内圧を変化させると収差特性ＤＳａは
ＤＳａ１、ＤＳａ２のように特性カーブ自体が微小変化
する傾向を呈する。このような収差特性ＤＳａ（ＤＳｂ
も同じ）の微小な傾向変化は、２つの空気レンズ部Ｓ
ａ、Ｓｂの両者の内圧を基準値に対して同一方向（正、
負のいずれか）に同量だけ変化させる場合は、前群レン
ズ系ＬＧａ単独の収差特性カーブと後群レンズ系ＬＧｂ
単独の収差特性カーブとの変化傾向が同一になるので、
投影レンズ系の全系としての収差特性は相殺効果が働い
てほとんど変化しないことになる。逆に２つの空気レン
ズ部Ｓａ、Ｓｂの両者の内圧を互いに異なる方向、ある
いは異なる量だけ変化させると、相殺効果が得られ難く
なって投影レンズ系の全系に特定の残留収差が発生する
ことを意味する。

【００３０】そこで本発明の実施形態では、先に説明し
たような等方的な倍率調整の他に、図２（Ｃ）で説明し
た収差特性カーブ自体のわずかな変化を利用して、前群
レンズ系ＬＧａ側の収差特性カーブと後群レンズ系ＬＧ
ｂ側の収差特性カーブとの対称性（相似性）を積極的に
崩すように調整することで残留収差を制御して、ディス
トーションの傾向を糸巻き型から樽型へ、あるいは樽型
から糸巻き型へ任意に変更できるようにした。以上のよ
うな原理を考慮して、本願発明の実施に好適な投影露光
装置の構成と動作とを以下に説明する。図３は第１の実
施形態による投影露光装置の全体的な構成を示し、光源
ユニット部１からの照明光（水銀ランプからの紫外輝
線、レーザ光源からの紫外線等）は、オプチカルインテ
グレータとしてのフライアイレンズ２、照明光の開口数
（σ値）を変更可能な絞り板３、ミラー４、及び集光レ
ンズ系５を介して照明視野制限用のレチクルブラインド
６に達し、ここでレチクルブラインド６のブレード面を
均一な照度分布で照射する。

【００３１】レチクルブラインド６の矩形開口を透過し
た照明光は、リレーレンズ系７、ミラー８、そしてコン
デンサーレンズ系９を介して、レチクルＲ上の回路パタ
ーン領域を均一な照度で照射する。そこにおいて、レチ
クルＲにはレチクルブラインド６の矩形開口の像が結像
されるように、リレーレンズ系７とコンデンサーレンズ
系９との合成系はブラインド６のブレード面とレチクル
Ｒのパターン面（図３中では下面）とを互いに共役にす
るように構成されている。

【００３２】そして、レチクルＲ上の回路パターンは、
先の図１に示したような等倍投影レンズ系ＰＬを通して
感光基板としてのプレートＰＴ上に結像投影される。ス
テージＳＴは、投影レンズ系ＰＬの結像面ＩＰ内にプレ
ートＰＴの表面が位置するようにプレートＰＴを保持す
るとともに、結像面ＩＰと平行な面に沿って２次元移動
するように構成される。このステージＳＴの移動や位置
決めはレーザ干渉系１０を含むステージ駆動系１１によ
ってサーボ制御される。

【００３３】ステージ駆動系１１は、露光装置の全体を
統括的に制御する主制御系（ミニコン）１２とインター
フェイスして、露光時に必要な各種の制御コマンドやパ
ラメータを主制御系１２から受け取るとともに、レーザ
干渉計１０で計測されるステージＳＴの座標位置情報等
を主制御系１２へ送出する。その主制御系１２は、ここ
では光源ユニット部１内に設けられたシャッターの開閉
指令、あるいはレーザ光源の発振トリガー指令等を光源
ユニット部１に送出するとともに、レチクルＲ上の回路
パターン領域のサイズに応じてレチクルブラインド６の
矩形開口の中心位置や大きさを変更するための指令をブ
ラインド６へ送出する。

【００３４】レンズ・コントロール・ユニット（以下、
ＬＣＵとする）２０は、先に図１で説明した通り、投影
レンズ系ＰＬの前群レンズ系ＬＧａ内の空気レンズ部Ｓ
ａと後群レンズ系ＬＧｂ内の空気レンズ部Ｓｂとの各内
圧を互いに独立に調整するために、投影レンズ系ＰＬの
鏡筒に接続される圧力調整用のパイプ２０ａ、２０ｂを
備えている。またＬＣＵ２０は、光源ユニット部１から
露光用の照明光がレチクルＲを照射しているか否かの照
射情報Ｆｓを生成し、その照射情報ＦｓをＬＣＵ２０に
送出する。

【００３５】この照射情報Ｆｓは、レチクルを透過した
結像光束のエネルギーの一部が投影レンズ系ＰＬの硝材
や鏡筒によって吸収されることで生じる倍率誤差、焦点
位置誤差、あるいは収差誤差を補正するために使われ
る。このような照射情報Ｆｓに基づいて投影レンズ系Ｐ
Ｌ内の空気間隔の内圧を調整して、エネルギーの一部吸
収による影響（以下、照射による影響と呼ぶ）を補正す
る手法は、例えば特開昭６０−７８４５４号公報に詳細
に開示されているので、ここではこれ以上の説明を省略
する。

【００３６】また、主制御系１２は、プレートＰＴの露
光動作時には光源ユニット部１内のシャッターの開閉
（又は発振トリガー）とステージＳＴのステップアンド
リピート（又はステップアンドスキャン）動作とを連携
するように制御し、これによってプレートＰＴ上には、
レチクルＲの回路パターン（表示画素パターン、駆動回
路パターン等）の像が繰り返し露光される。

【００３７】なお図３では省略したが、本実施例の装置
にはレチクルＲ上のマークを光電的に検出して所定位置
に位置決めするためのレチクルアライメント顕微鏡や、
プレートＰＴ上のマークを光電的に検出して所定位置に
位置決めするためのプレートアライメント系等も設けら
れている。これらのアライメントセンサーからのマーク
検出情報は主制御系１２によって収集、管理され、ステ
ージＳＴの移動制御に使われる。

【００３８】次に、図３中の投影レンズ系ＰＬとＬＣＵ
２０との具体的な構成の一例を図４を参照して説明す
る。図４において、投影レンズ系ＰＬを構成する複数の
レンズ硝材と空気間隔（空気レンズ）との配置は先の図
１と同様に模式的なものであり、実際の系とは若干異な
っている。また図４中の各部材のうち図１中の部材と同
じものには同一の符号をつけてある。

【００３９】まず、ＬＣＵ２０はハードウェア部２００
と電気制御回路を含むユニットＣＰＵ２０５とで構成さ
れる。そして供給パイプ２０１ａから供給される気体
（温度、湿度、清浄度が制御された空気、窒素等）は、
ＣＰＵ２０５からの指令で動作する加減圧器２０２ａに
よって所定の圧力に調整され、圧力センサー部２０３
ａ、パイプ２０ａを通って投影レンズ系ＰＬの前群レン
ズ系ＬＧａの空気レンズ部Ｓａ内に供給される。ＣＰＵ
２０５は、種々の補正ファクターに応じた演算を実行し
て空気レンズ部Ｓａ内で必要とされる内圧の目標値を求
め、圧力センサー部２０３ａで実測される圧力が目標値
に達するような指令を加減圧器２０２ａに出力する。

【００４０】同様に、供給パイプ２０１ｂから供給され
る気体は、ＣＰＵ２０５からの指令で動作する加減圧器
２０２ｂによって所定の圧力に調整され、圧力センサー
部２０３ｂ、パイプ２０ｂを通って投影レンズ系ＰＬの
後群レンズ系ＬＧｂの空気レンズ部Ｓｂ内に供給され
る。ＣＰＵ２０５は、種々の補正ファクターに応じた演
算を実行して空気レンズ部Ｓｂ内で必要とされる内圧の
目標値を求め、圧力センサー部２０３ｂで実測される圧
力が目標値に達するような指令を加減圧器２０２ｂに出
力する。

【００４１】またＣＰＵ２０５は、図３に示した主制御
系１２とインターフェースして、レンズコントロールユ
ニット２０の制御状況を表す情報、制御上のオフセット
を表す情報、制御モードの切換情報等をやり取りする。
さらにＣＰＵ２０５は照射情報Ｆｓも入力して、照射の
影響によって変動する投影レンズ系ＰＬの各種の結像特
性（倍率、焦点位置、像面湾曲、対称的な歪曲収差等）
を自動補正するための各空気レンズ部Ｓａ、Ｓｂの内圧
値を演算し、その演算結果を各加減圧器２０２ａ、２０
２ｂの圧力制御に加味する。

【００４２】またＣＰＵ２０５は、オペレータによって
主制御系１２に設定された歪曲収差の傾向と調整量とに
関する情報を入力し、その情報に基づいて２つの空気レ
ンズ部Ｓａ、Ｓｂの各内圧に適当なオフセットを加える
ように加減圧器２０２ａ、２０２ｂの各々を制御する。
本発明では、主にこの機能を利用して投影レンズ系ＰＬ
の固有のディストーション特性を、投影露光時の重ね合
せ精度、つなぎ精度を考慮して積極的に糸巻き型や樽型
に変更するようにした。

【００４３】その他に、図３で示した照明光学系内のσ
絞り３の開口サイズや形状等の照明条件、あるいは投影
レンズ系ＰＬの絞り面ＡＰに配置される可変開口絞り
（ＮＡ絞り）のサイズや形状等の投影条件を変更したと
きに投影レンズ系ＰＬの結像特性が変動し得る場合に
は、加減圧器２０２ａ、２０２ｂの各々で制御すべき各
空気レンズ部Ｓａ、Ｓｂの内圧を、それらの照明条件、
投影条件に応じて補正することも可能である。

【００４４】また、空気レンズ部Ｓａ、Ｓｂの各内圧の
変化によって副次的に焦点位置が変動する場合は、プレ
ートＰＴの光軸Ａｘ方向の位置を検出するために特開昭
６０−１０１５４０号公報のように設けられた斜入射光
式の焦点検出系の合焦検出面を、光学的または電気的に
オフセットさせることも必要となる。さてここで、図
１、４に示したような等倍投影レンズ系ＰＬを構成する
全ての空気間隔（空気レンズ）をａ１，ａ２，…，ａ
ｎ、それらの空気間隔の各内圧をＰ１，Ｐ２，…，Ｐ
ｎ、そして円形視野内の任意のｊ個の像高（光軸中心か
らの径方向の離散的な距離）での絶対倍率値（設計上は
１倍）をｍ１，ｍ２，…，ｍｊとすると、ある空気間隔
ａｉの圧力ＰｉをΔＰｉだけ変化させたときに生じるｊ
個の各像高での収差変化量、すなわち倍率変化量Δｍｋ
（ｋ＝１，２，…，ｊ）は、以下の式（１）のように表
される。

【００４５】

【数１】

【００４６】この式（１）において、Ｃｙｋｉは空気間
隔ａｉの内圧を単位圧力（例えば、１ｍｍＨｇ）だけ変
化させたときに生じるｋ番目の像高点での倍率変化量
（収差変化量）を表す係数である。またこの式（１）
は、投影レンズ系ＰＬ内の全ての空気間隔ａ１，ａ２，
…，ａｎに対して成り立つ。そこで、全ての空気間隔ａ
１，ａ２，…，ａｎを同時に変化させた場合を考えてみ
ると、ｋ番目の像高点での倍率変化量Δｍｋ（ｋ＝１，
２，…，ｊ）は、以下の式（２）のように表される。

【００４７】

【数２】

【００４８】この式（２）で得られる倍率変化量Δｍｋ
（ｋ＝１，２，…，ｊ）は、円形視野内の任意のｊ個の
像高点で成り立つから、以下の式（３）のような行列式
に変形できる。

【００４９】

【数３】

【００５０】実際の倍率（歪曲収差）制御では、変化さ
せたい像高での倍率変化量Δｍｋ（ｋ＝１，２，…，
ｊ）を得るのに必要な内圧変化量ΔＰｉ（ｉ＝１，２，
…，ｎ）を求めなければならないので、上記の式（３）
を以下のようなΔＰｉについての式（４）に変形する。

【００５１】

【数４】

【００５２】この式（４）中で逆行列が求まらない場合
には、ｎ≠ｊでｎ＞ｊのとき（考慮すべき空気間隔の数
ｎが倍率変化させたい像高点の個数ｊよりも多いとき）
は、考慮すべき空気間隔の数を減らし、ｎ≠ｊでｎ＜ｊ
のとき（考慮すべき空気間隔の数ｎが倍率変化させたい
像高点の個数ｊよりも少ないとき）は、倍率変化させた
い像高点の個数を減らす。また式（４）中の逆行列が正
則でないとき、すなわちある２つの行、ｐ行、ｑ行に現
れる係数が、Ｃｙｐｉ＝Ｃｙｑｉ（ｉ＝１，２，…，
ｎ）のときは、ｎ＜ｊのときと同様に倍率変化させたい
像高点の個数を減らすとともに、ΔＰｐ、ΔＰｑの各々
に対応した２つの空気間隔のうちの一方を用いる。

【００５３】さて、本発明の第１の実施形態では、図
１、４に示したように絞り面ＡＰに関して対称的に配置
された２つの空気レンズ部Ｓａ、Ｓｂの内圧を個別に調
整するようにしたので、先の式（３）、（４）で規定さ
れた空気間隔の数ｎは２となる。さらに倍率変化させた
い像高点としては、円形視野内に内包される正方形（理
想格子）の各頂点に対応した例えば像高６７．２ｍｍ
（謂所１００％像高点）と、その正方形の各辺の中点に
対応した像高４７．５ｍｍ（謂所７０％像高点）との２
点とする。そのため、先の式（３）、（４）で規定され
た着目像高点の個数ｊも２となる。

【００５４】従って、ｎ＝２，ｊ＝２のもとで先の式
（３）、（４）をまとめてみると、以下の式（５）、
（６）のようになる。ただし、ｎ＝１は空気レンズ部Ｓ
ａを意味し、ｎ＝２は空気レンズ部Ｓｂを意味する。

【００５５】

【数５】

【００５６】

【数６】

【００５７】この式（６）を用いると、７０％像高点の
倍率変化量Δｍ１と１００％像高点の倍率変化量Δｍ２
とを任意に調整するための圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２が
算出される。さらに、等方的な倍率変化を想定する場
合、１００％像高点に対する７０％像高点の比（正方形
の対角線の長さに対する辺の長さの比）は０．７０７で
あるから、倍率変化量Δｍ１、Δｍ２の間には以下の式
（７）の関係が成り立っていなければならない。

【００５８】

【数７】

【００５９】そこで式（７）を先の式（６）に代入する
と次の式（８）が得られる。

【００６０】

【数８】

【００６１】この式（８）から明らかなように、係数Ｃ
ｙ11は空気レンズ部Ｓａのみを単位圧力だけ変化させた
ときの７０％像高点での倍率変化量、係数Ｃｙ21は空気
レンズ部Ｓａのみを単位圧力だけ変化させたときの１０
０％像高点での倍率変化量、係数Ｃｙ12は空気レンズ部
Ｓｂのみを単位圧力だけ変化させたときの７０％像高点
での倍率変化量、そして係数Ｃｙ22は空気レンズ部Ｓｂ
のみを単位圧力だけ変化させたときの１００％像高点で
の倍率変化量を意味する。

【００６２】これらの４つの係数Ｃｙ11、Ｃｙ12、Ｃｙ
21、Ｃｙ22は、いずれも投影レンズ系ＰＬの設計段階で
のシミュレーション結果、又は対象となる投影レンズ系
ＰＬを実際の露光装置に組み込んで露光実験して得られ
るディストーション特性から予め決められる定数であ
る。そのため、式（８）中の右辺の係数部分は定数Ｆa
0、Ｆb0に置き換えることができ、式（８）は以下の式
（９）のように変形される。

【００６３】

【数９】

【００６４】以上のように等方的に倍率調整する場合
は、必要とされる７０％像高点での倍率変化量Δｍ１を
式（８）又は式（９）に代入して、２つの空気レンズ部
Ｓａ、Ｓｂの各々の内圧変化量ΔＰ１、ΔＰ２を算出す
る。そして算出された内圧変化量ΔＰ１、ΔＰ２が得ら
れるように図４中の加減圧器２０２ａ、２０２ｂを制御
する。

【００６５】次に、７０％像高点での倍率変化量Δｍ１
と１００％像高点での倍率変化量Δｍ２との比を０．７
０７以外にしてディストーション変化の傾向を糸巻き型
や樽型にする場合、例えば１００％像高点での倍率変化
量Δｍ２を変化させずに、７０％像高点での倍率変化量
Δｍ１を変化させる場合を考える。この場合、１００％
像高点での倍率変化量Δｍ２を変化させないので、Δｍ
２＝０としてこの条件を先の式（４）に代入すると、以
下の式（１０）が得られる。

【００６６】

【数１０】

【００６７】この式（１０）の右辺中の係数部分に現れ
る４つの係数Ｃｙ11、Ｃｙ12、Ｃｙ21、Ｃｙ22はいずれ
も定数であるため、先の式（９）と同様の考え方で定数
Ｆa1、Ｆb1に置き換えられ、式（１０）は以下の式（１
１）のように変形される。

【００６８】

【数１１】

【００６９】以上のように、対称的な歪曲収差を糸巻き
型や樽型に調整する場合は、必要とされる７０％像高点
での倍率変化量Δｍ１を式（１０）又は式（１１）に代
入して、２つの空気レンズ部Ｓａ、Ｓｂの各々の内圧変
化量ΔＰ１、ΔＰ２を算出する。そして算出された内圧
変化量ΔＰ１、ΔＰ２が得られるように図４中の加減圧
器２０２ａ、２０２ｂを制御すればよい。

【００７０】さらに、先の式（８）、（１０）の２つの
演算、または式（９）、（１１）の２つの演算を同時
に、又は順次実行することによって、ディストーション
特性の傾向とその量を任意のものに調整することが可能
となる。次に、以上の各式（８）〜（１１）を適用した
場合に実際の投影露光装置で得られた各種の実測データ
を例示する。その投影露光装置としては、液晶デバイス
露光用として株式会社ニコンより製造、販売されている
モデル名ＦＸ−５０１を使用し、この装置に搭載されて
いる等倍投影レンズ系を対象として実測データを例示す
るが、他のメーカーより提供されている同等の露光装置
であっても全く同じ手法で実測データが得られることは
云うまでもない。

【００７１】さて、実際の露光装置で得られた各空気レ
ンズ部Ｓａ、Ｓｂでの単位圧力（例えば１ｍｍＨｇ）当
たりの倍率変化量としての係数Ｃｙ11、Ｃｙ12、Ｃｙ2
1、Ｃｙ22（単位はμｍ／ｍｍＨｇ）の実測値は以下の
通りであった。Ｃｙ11＝−０．０２４８Ｃｙ12＝＋０．０３５６Ｃｙ21＝−０．０４９７Ｃｙ22＝＋０．０４１１さらにこれらの係数の値を使うと、先の式（９）、（１
１）で規定された係数Ｆa0、Ｆb0、Ｆa1、Ｆb1は以下の
ように求まる。

【００７２】Ｆa0＝＋０．３０５７Ｆb0＝＋０．６９４３Ｆa1＝−１．３５９Ｆb1＝＋２．３５９このような投影レンズ系の実測データのもとで、等方的
に倍率を変化させる条件として、７０％像高点での倍率
変化量Δｍ１を＋０．１μｍ、１００％像高点での倍率
変化量Δｍ２を＋０．１４μｍとする場合は、先の式
（８）、又は（９）にΔｍ１、Δｍ２を代入すること
で、各空気レンズ部Ｓａ、Ｓｂの内圧変化量ΔＰ１、Δ
Ｐ２が以下の表１のように算出される。

【００７３】

【表１】

【００７４】この表１から判るように、この投影レンズ
系の全系で得られる収差特性は、空気レンズ部Ｓａの内
圧のみを−１．２３ｍｍＨｇだけ変化させたときに７０
％像高点、１００％像高点の各々で生じる倍率変化量Δ
ｍ１＝０．０３０６μｍ、Δｍ２＝０．０６１１μｍ
と、空気レンズ部Ｓｂの内圧のみを＋１．９５ｍｍＨｇ
だけ変化させたときに７０％像高点、１００％像高点の
各々で生じる倍率変化量Δｍ１＝０．０６９４μｍ、Δ
ｍ２＝０．０８０２μｍとの合計となる。そこで表１の
ように、各空気レンズ部Ｓａ、Ｓｂを個別に圧力制御し
たときに得られる全系での収差特性を図５、図６に模式
的に示す。

【００７５】図５（Ａ）は横軸に像高（ｍｍ）を取り、
縦軸に倍率変化量としての収差量（μｍ）を取った収差
特性図であり、表１のように空気レンズ部Ｓａの内圧の
みを変化させたときの７０％像高点（４７．５ｍｍ）で
の収差量＋０．０３０６μｍと、１００％像高点（６
７．２ｍｍ）での収差量＋０．０６１１μｍとで表され
る。また図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のように得られた収
差特性で得られる糸巻き状のディストーション形状（実
線）を理想格子による正方形（破線）と比べて表したも
のである。尚、収差量が正のときは着目する像高で投影
される像点が理想位置から外側に膨らむことを意味し、
収差量が負のときは着目する像高で投影される像点が理
想位置から内側に縮むことを意味している。

【００７６】図６（Ａ）は、図５（Ａ）と同様の横軸と
縦軸とで表される収差特性図であり、表１のように空気
レンズ部Ｓｂの内圧のみを変化させたときの７０％像高
点（４７．５ｍｍ）での収差量＋０．０６９４μｍと、
１００％像高点（６７．２ｍｍ）での収差量＋０．０８
０２μｍとで表される。また図６（Ｂ）は、図６（Ａ）
に例示された収差特性で得られる樽状のディストーショ
ン形状（実線）を理想格子による正方形（破線）と比べ
て表したものである。

【００７７】そして投影レンズ系の全系としての収差特
性は、図５（Ａ）の収差カーブと図６（Ａ）の収差カー
ブとを合成したものとなり、それは図７のようになる。
図７（Ａ）は先の表１の合計値のように１００％像高点
（６７．２ｍｍ）での収差量（＋０．１４１４μｍ）に
対する７０％像高点（４７．５ｍｍ）での収差量（＋
０．１μｍ）の比を０．７０７に設定した場合の収差特
性図を表し、図７（Ｂ）は図７（Ａ）に例示された収差
特性で得られる等方的な倍率変化形状（実線）を理想格
子による正方形（破線）と比べて表したものである。

【００７８】次に上述のような投影レンズ系の実測デー
タのもとで、非等方な倍率変化、すなわち歪曲収差を発
生させる条件として、７０％像高点での倍率変化量Δｍ
１を＋０．１μｍ、１００％像高点での倍率変化量Δｍ
２を０μｍとする場合は、先の式（１０）、又は（１
１）にΔｍ１、Δｍ２を代入することで、各空気レンズ
部Ｓａ、Ｓｂの内圧変化量ΔＰ１、ΔＰ２が以下の表２
のように算出される。

【００７９】

【表２】

【００８０】この表２から判るように、この投影レンズ
系の全系で得られる収差特性は、空気レンズ部Ｓａの内
圧のみを＋５．４８ｍｍＨｇだけ変化させたときに７０
％像高点、１００％像高点の各々で生じる倍率変化量Δ
ｍ１＝−０．１３５９μｍ、Δｍ２＝−０．２７３２μ
ｍと、空気レンズ部Ｓｂの内圧のみを＋６．６３ｍｍＨ
ｇだけ変化させたときに７０％像高点、１００％像高点
の各々で生じる倍率変化量Δｍ１＝＋０．２３５９μ
ｍ、Δｍ２＝＋０．２７３２μｍとの各像高点毎の合計
となる。そこで表２のように、各空気レンズ部Ｓａ、Ｓ
ｂを個別に圧力制御したときに得られる全系での収差特
性を図８、図９に模式的に示す。

【００８１】図８（Ａ）は、表２のように空気レンズ部
Ｓａの内圧のみを変化させたときの７０％像高点（４
７．５ｍｍ）での収差量−０．１３５９μｍと、１００
％像高点（６７．２ｍｍ）での収差量−０．２７３２μ
ｍとで表される投影レンズ系ＰＬの全系での収差特性を
示す。また図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のように得られた
収差特性で得られる樽状のディストーション形状（実
線）を理想格子による正方形（破線）と比べて表したも
のである。

【００８２】図９（Ａ）は、図８（Ａ）と同様の横軸と
縦軸とで表される収差特性図であり、表２のように空気
レンズ部Ｓｂの内圧のみを変化させたときの７０％像高
点（４７．５ｍｍ）での収差量＋０．２３５９μｍと、
１００％像高点（６７．２ｍｍ）での収差量＋０．２７
３２μｍとで表される。また図９（Ｂ）は、図９（Ａ）
に例示された収差特性で得られる弱い樽状のディストー
ション形状（実線）を理想格子による正方形（破線）と
比べて表したものである。

【００８３】そして投影レンズ系の全系としての収差特
性は、図８（Ａ）の収差カーブと図９（Ａ）の収差カー
ブとを合成したものとなり、それは図１０のようにな
る。図１０（Ａ）は先の表２の合計値のように１００％
像高点（６７．２ｍｍ）での収差量０μｍに対して７０
％像高点（４７．５ｍｍ）での収差量を＋０．１μｍに
設定した場合の収差特性図を表し、図１０（Ｂ）は図１
０（Ａ）に例示された収差特性で得られる樽方のディス
トーション形状（実線）を理想格子による正方形（破
線）と比べて表したものである。

【００８４】以上の具体例の他に、投影レンズ系ＰＬの
全系で得られるディストーション特性の傾向を糸巻き型
にすることもいたって容易に可能であり、７０％像高点
と１００％像高点との各々で必要とされる倍率変化量Δ
ｍ１、Δｍ２の各値を先の式（１０）又は（１１）に代
入して、各空気レンズ部Ｓａ、Ｓｂの内圧変化量ΔＰ
１、ΔＰ２を算出すればよい。さらに、図５、図６、図
８、図９に示したように、２つの空気レンズ部Ｓａ、Ｓ
ｂのうちの一方の内圧を変化させずに他方の内圧を調整
するだけでも、全系のディストーション特性の傾向を糸
巻き型や樽型に変化させることができるので、重ね合わ
せ露光、つなぎ露光すべきプレートＰＴ上に既に形成さ
れているパターン領域の形状歪みによっては、２つの空
気レンズ部Ｓａ、Ｓｂのどちらか一方の内圧のみをディ
ストーション補正のために制御することもできる。

【００８５】ただし、２つの空気レンズ部Ｓａ、Ｓｂの
一方の内圧のみを変化さるときは、それによって等方的
な倍率変化も同時に起こり得るので、その等方的な倍率
変化分も許容されるか否かを見極めておく必要がある。
以上のように、等倍投影レンズ系の場合は独立に圧力制
御すべき少なくとも２つ（又は偶数）の空気間隔を、投
影レンズ系の絞り面ＡＰに関してほぼ対称的に配置する
ことによって、等方的な倍率調整の他に任意の２つの像
高点での倍率変化量、すなわち歪曲収差を式（１０）又
は（１１）のような簡単な演算式に基づいて自由に調整
することが可能となる。このような特質は、必ずしも等
倍投影レンズ系に限られるものではなく、複数のレンズ
硝材と空気間隔（空気レンズ）との配置の絞り面ＡＰに
関する対称性が大きく損なわれていない縮小率１／２．
５倍までの系や拡大率２．５倍までの系でも成り立つ。

【００８６】ところで以上の図１、図４で説明した投影
レンズ系ＰＬでは、圧力制御すべき２つの空気レンズ部
Ｓａ、Ｓｂの各々を単一の空気間隔として想定したが、
２個ないし３個の空気間隔を連通させて１つの圧力制御
室としてもよい。その場合は、例えば図１１に示すよう
に７つの空気間隔Ｓ１〜Ｓ７のうち、互いに少し離れた
２つの空気間隔Ｓ３、Ｓ５を鏡筒内の流路Ｐｓを通じて
パイプ２０ａと連通させてもよい。

【００８７】投影レンズ系の絞り面ＡＰの前後に配置さ
れる前群レンズ系ＬＧａ、後群レンズ系ＬＧｂの各々を
構成する複数の空気間隔のうち、どの空気間隔を圧力制
御用に選択するかの基準は、単位圧力変化に対する収差
変化量（倍率変化量）が過度に小さくないか否か、圧力
制御に伴って生じる結像面ＩＰの位置変動が少ないか否
か、あるいは圧力制御に伴って生じる他の光学特性（像
面湾曲、コマ・アス、球面収差等）の変化が少ないか否
かである。

【００８８】次に本発明の第２の実施形態について簡単
に説明する。第２の実施形態では、投影レンズ系を構成
する複数のレンズ素子のうち、物体面ＯＰ側に近いフィ
ールドレンズ部（図１中のレンズ系Ｇ１ａ）と結像面Ｉ
Ｐ側に近いフィールドレンズ部（図１中のレンズ系Ｇ１
ｂ）とを光軸Ａｘ方向に互いに独立に微動するように構
成する。これによって先の実施例と同様に、等方的な倍
率調整とともに対称的な歪曲収差（糸巻き型、樽型）も
調整できる。

【００８９】次に第３の実施形態について説明する。第
３の実施形態ではオペレータが露光装置上の操作用ディ
スプレーを見ながら、必要とする等方的な倍率変化量や
対称的な歪曲収差の変化量を図３中の主制御系１２に指
定し、その指定された変化量に応じた各空気レンズ部Ｓ
ａ、Ｓｂの内圧変化量を主制御系１２で算出してＬＣＵ
２０に送出するように構成する。

【００９０】この場合、オペレータは露光に使用するレ
チクルＲ上の回路パターン領域の頂点位置に対応した像
高点ｈ２と、それの７０％像高点ｈ１とを設定し、それ
らの２つの像高点ｈ１、ｈ２の各々での倍率変化量Δｍ
１、Δｍ２が自動的に最適化されることを望むであろ
う。そこで、２つの空気レンズ部Ｓａ、Ｓｂのそれぞれ
の内圧を単位圧力だけ変化させたときに生じる倍率変化
量、すなわち４つの係数Ｃｙ11、Ｃｙ12、Ｃｙ21、Ｃｙ
22を多数の像高点毎に予め求めておき、それをデータベ
ースとして主制御系１２内またはＬＣＵ２０のユニット
ＣＰＵ２０５内に記憶させておけばよい。このようにす
れば、オペレータがディストーション制御上で着目する
像高点とその点で必要とする収差変化量（倍率変化量）
を入力するだけで、その像高点でのディストーション特
性を所望のものに正確に調整することが可能となる。

【００９１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、投影光学
系の絞り面と物体面との間に配置される前群光学系内の
一部の光学素子の光学特性と、投影光学系の絞り面と結
像面との間に配置される後群光学系内の一部の光学素子
の光学特性とを個別に調整するように構成したので、投
影光学系の等方的な倍率、及び歪曲収差の傾向とその量
とを任意に変更することが可能となる。このため、短時
間のうちに精度よく投影像の結像特性を調整できるの
で、感光基板上に既に形成（露光）された回路パターン
に対して新たな回路パターン像を重ね合わせ露光する場
合や、つなぎ合わせ露光する場合の整合精度を容易に向
上させることが可能となる。

【００９２】また、前群光学系、後郡光学系の調整すべ
き光学素子の位置や数を適当に定めると、任意の複数の
像高点での倍率変化量（収差量）をある範囲内で比較的
に自由に調整することが可能となるので、投影露光すべ
き回路パターン領域のサイズに対応した最適な倍率と歪
曲収差とを確保することができ、製造される液晶表示デ
バイスの良品率を向上させることにも貢献する。

【００９３】また、露光装置の稼働状態（照明光の照射
条件、装置温度等）や装置の設置環境状態などによっ
て、投影光学系の歪曲収差が糸巻き型から樽型に、ある
いは樽型から糸巻き型に経時的に変動する場合でも、そ
れに対応して自動的に補正することも可能となるので、
露光装置の結像性能が長期間安定するといった効果も得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態で対象とする等倍投影レ
ンズ系のレンズ配置を模式的に示す図。

【図２】図１のような等倍投影レンズ系で得られる
収差特性の変化を説明するグラフ。

【図３】本発明の第１の実施形態による投影露光装
置の全体的な構成を示す図。

【図４】図３に示した投影レンズ系の構成とレンズ
コントローラユニットの構成とを示す図。

【図５】図４中の投影レンズ系を構成する第１の空
気間隔（空気レンズ部）の内圧を制御したときに得られ
る収差特性のグラフとその形状を示す図。

【図６】図４中の投影レンズ系を構成する第２の空
気間隔（空気レンズ部）の内圧を制御したときに得られ
る収差特性のグラフとその形状を示す図。

【図７】図５の収差特性カーブと図６の収差特性カ
ーブとを合成して得られる投影レンズ系の全系の収差特
性のグラフとその形状を示す図。

【図８】図４中の投影レンズ系を構成する第１の空
気間隔（空気レンズ部）の内圧を制御したときに得られ
る収差特性のグラフとその形状を示す図。

【図９】図４中の投影レンズ系を構成する第２の空
気間隔（空気レンズ部）の内圧を制御したときに得られ
る収差特性のグラフとその形状を示す図。

【図１０】図８の収差特性カーブと図９の収差特性カ
ーブとを合成して得られる投影レンズ系の全系の収差特
性のグラフとその形状を示す図。

【図１１】投影レンズ系内の圧力制御室の変形例を示
す部分断面図。

【符号の説明】

Ｒ・・・レチクルＰＴ・・・プレートＳＴ・・・ステージＰＬ・・・投影レンズ系ＯＰ・・・物体面ＩＰ・・・結像面ＬＧａ・・・前群レンズ系ＬＧｂ・・・後群レンズ系ＡＰ・・・絞り面Ｓａ・・・第１の空気レンズ部（空気間隔）Ｓｂ・・・第２の空気レンズ部（空気間隔）１・・・光源ユニット部１２・・・主制御系２０・・・レンズコントロールユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成されたパターンを２．５〜
０．４倍程度の範囲の特定の結像倍率で感光基板上に投
影露光する装置において、前記マスクが位置すべき物体面と前記感光基板が位置す
べき結像面との間に絞り面が形成されるように、前記物
体面と絞り面との間に複数のレンズ素子と複数の空間素
子とが光軸に沿って配列された前群レンズ系と、前記絞
り面と結像面との間に複数のレンズ素子と複数の空間素
子とが光軸に沿って配列された後群レンズ系とを備えた
投影光学系と；前記前群レンズ系を構成する一部の素子
の光学条件を変化させて前記投影光学系に歪曲収差を発
生させる第１の収差発生手段と；前記後群レンズ系を構
成する一部の素子の光学条件を変化させて前記投影光学
系に歪曲収差を発生させる第２の収差発生手段と；前記
投影光学系の等方的な結像倍率を変化させるように前記
第１の収差発生手段と前記第２の収差発生手段とを連動
制御する第１の制御モードと、前記投影光学系の対称的
な歪曲収差の傾向と量とを変化させるように前記第１の
収差発生手段と前記第２の収差発生手段とを連動制御す
る第２の制御モードとを有する制御手段とを備えたこと
を特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記前群レンズ系と後群レンズ系の各々
を構成する前記複数のレンズ素子と空間素子とは、前記
絞り面に関してほぼ対称的に配列されることを特徴とす
る請求項１に記載の装置。
【請求項３】前記第１の収差発生手段は前記前群レン
ズ系を構成する一部の空間素子の気体圧力を微小変化さ
せる第１の圧力調整器を含み、前記第２の収差発生手段
は前記後群レンズ系を構成する一部の空間素子の気体圧
力を微小変化させる第２の圧力調整器を含むことを特徴
とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】前記第１の圧力調整器で制御される前記
前群レンズ系内の一部の空間素子と前記第２の圧力調整
器で制御される前記後群レンズ系内の一部の空間素子と
は、前記絞り面に関してほぼ対称的に選ばれることを特
徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】前記制御手段は、前記感光基板上に投影
される矩形のパターン像の４隅での歪曲収差量が４辺の
各中央部の歪曲収差量よりも大きくなる糸巻き形状か
ら、前記矩形のパターン像の４隅での歪曲収差量が４辺
の各中央部の歪曲収差量よりも小さくなる樽形状までの
間でほぼ連続的に変更されるように、前記第１の収差発
生手段と第２の収差発生手段とを連動制御することを特
徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項６】前記第１の収差発生手段と前記第１の収
差発生手段の少なくとも一方は、前記投影光学系を構成
する一部の光学素子の位置または複数の光学素子の間の
間隔を前記光軸の方向に調整する駆動部材から成ること
を特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】マスク上に形成された回路パターンの像
を２．５〜０．４倍程度の結像倍率の投影光学系を介し
て感光基板上に投影露光することで該感光基板上に回路
パターンを形成する方法において、前記感光基板を投影露光する際に必要とされる前記投影
光学系の歪曲収差の傾向と等方的な倍率の変化量とに関
する情報を指定する段階と；前記投影光学系内の絞り面
と前記マスクとの間に配置される前記投影光学系の前群
光学系の光学諸元と、前記絞り面と前記感光基板との間
に配置される前記投影光学系の後群光学系の光学諸元と
を、前記指定された情報に基づいて互いに独立、又は連
動して微小調整する段階と；該微小調整された状態で前
記回路パターン像を前記感光基板上に投影露光する段階
とを含むことを特徴とする回路パターン形成方法。