JPH10125588A

JPH10125588A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH10125588A
Application number: JP8297656A
Authority: JP
Inventors: Eiji Yabuki; 英司矢吹
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-10-18
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】投影光学系の投影倍率を含む複数の諸収差を
随時独立に補正することのできる投影露光装置。【解決手段】投影光学系（ＰＬ）を構成するレンズの
うちの少なくとも１つのレンズ（Ｌ１、Ｌ２）を光軸に
沿って移動させるための移動手段（５、７）と、投影光
学系内において連続して配置された複数のレンズ（Ｌ16
〜Ｌ19）の間に形成される空間の気圧を変化させるため
の気圧制御手段（１３、１７）とを備えている。そし
て、移動手段によるレンズ移動と気圧制御手段による空
間の気圧変化との作用により、投影光学系の投影倍率を
含む複数の収差を独立に補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は投影露光装置に関
し、特に半導体素子や液晶素子や薄膜磁気ヘッドの製造
のための投影露光装置における投影光学系の収差補正に
関する。

【０００２】

【従来の技術】投影露光装置では、感光性基板であるウ
エハを逐次移動させながらウエハの各露光領域にマスク
パターン像を投影露光する方式（ステップアンドリピー
ト方式）を採用する装置（以下、「ステッパ」という）
が主流である。ステッパでは、１枚のウエハ上にマスク
パターンを重ねて露光する。この際、露光時に必要とす
る解像線幅の１／５〜１／１０程度の精度で、前工程に
よって既にウエハに形成されているパターン上に新たな
パターンを重ね合わせ露光しなければならない。

【０００３】なお、１つのＬＳＩを作成するには、重ね
合わせ露光、現像、キャリア注入などのリソグラフィ工
程を数十回程度繰り返す。また、１枚のウエハ上に焼き
付けるマスクパターンも１種類とは限らない。したがっ
て、生産性を向上させるために、１つの生産ライン上に
複数台のステッパを配置し、複数台のステッパを順次用
いて１枚のウエハ上にパターンを重ね合わせ露光するの
が一般的である。

【０００４】特に、上述の重ね合わせ精度を確保するに
は、同一生産ラインを構成するステッパに搭載された各
投影光学系の投影倍率がほぼ一致していなければならな
い。ところで、ステッパの生産段階においては、各投影
光学系の諸収差が一定基準以下になるように調整されて
いる。しかしながら、同一生産ラインに設置されるステ
ッパの投影光学系を、生産段階において所定の投影倍率
に合わせ込むことはできない。また、生産ラインに設置
された後においても、大気圧の変化や気温の変化などの
環境変化に起因して、各投影光学系の投影倍率を含む諸
収差が悪化することがある。

【０００５】そこで、ステッパでは、生産ラインに設置
された後に各投影光学系の投影倍率を所定の投影倍率に
合わせ込むための補正機構が種々提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来技術
では、生産ラインに設置された投影露光装置において投
影光学系の投影倍率だけを補正している。しかしなが
ら、上述したように高精度な投影露光を行う場合、投影
倍率だけを補正すると、球面収差やコマ収差のような他
の諸収差が悪化してしまうという不都合があった。

【０００７】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、投影光学系の投影倍率を含む複数の諸収差を
随時独立に補正することのできる投影露光装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、マスクに形成されたパターンの
像を感光性の基板上に投影するための投影光学系を備え
た投影露光装置において、前記投影光学系を構成するレ
ンズのうちの少なくとも１つのレンズを光軸に沿って移
動させるための移動手段と、前記投影光学系内において
連続して配置された複数のレンズの間に形成される空間
の気圧を変化させるための気圧制御手段とを備え、前記
移動手段によるレンズ移動と前記気圧制御手段による前
記空間の気圧変化との作用により、前記投影光学系の投
影倍率を含む複数の収差を独立に補正することを特徴と
する投影露光装置を提供する。

【０００９】本発明の好ましい態様によれば、前記移動
手段は、前記投影光学系においてマスク側に近接して配
置された正屈折力のレンズを移動させ、前記気圧制御手
段は、前記投影光学系内に設けられた開口絞りの近傍に
おいて連続して配置された複数のレンズの間に形成され
る空間の気圧を変化させる。

【００１０】また、前記投影光学系の焦点距離をＦＴと
し、前記連続して配置された複数のレンズの合成焦点距
離をＦとしたとき、｜Ｆ／Ｆｔ｜＜０．５の条件を満足
することが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明では、投影光学系を構成す
るレンズのうちの少なくとも１つのレンズを光軸に沿っ
て移動させるための移動手段と、投影光学系内において
連続して配置された複数のレンズの間に形成される空間
の気圧を変化させるための気圧制御手段とを備えてい
る。したがって、移動手段によるレンズ移動によって投
影倍率が変化し他の収差も変化する。一方、気圧制御手
段によるレンズ間の空間の気圧変化によって、同じく投
影倍率が変化し他の収差も変化する。その結果、レンズ
移動量および気圧変化量を適宜制御することにより、投
影光学系の投影倍率を含む複数の収差を独立に補正する
ことができる。

【００１２】なお、像高に対して各収差がある程度独立
に変化するように、投影光学系においてマスク側に近接
して配置された正屈折力のレンズを移動させることが望
ましい。さらに具体的には、各像高からの主光線が互い
にある程度離間しており、球面収差やコマ収差について
も像高に対してある程度独立に変化するように、斜光線
の広がりが小さくなければならない。したがって、光軸
に沿って移動可能なレンズでは、このレンズを通過する
最大像高からの主光線の高さが最大像高の６割以上であ
り、最大開口数の周辺光線と主光線との幅がレンズの最
大直径の１／４以下であることが好ましい。

【００１３】また、気圧変化を受ける連続した複数のレ
ンズは投影光学系内に設けられた開口絞りの近傍に配置
され、次の条件式（１）を満足することが好ましい。｜Ｆ／Ｆｔ｜＜０．５（１）ここで、ＦＴ：投影光学系の焦点距離Ｆ：連続して配置された複数のレンズの合成焦点距離条件式（１）の上限値を上回ると、気圧変化を受ける連
続した複数のレンズの合成屈折力が弱くなりすぎて、所
定の投影倍率変化を得るのに必要な圧力変化が大きくな
りすぎてしまう。

【００１４】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説
明する。図１は、本発明の実施例にかかる投影露光装置
の構成を概略的に示す図である。本実施例では、半導体
製造用のステッパに本発明を適用した例を示している。
図１において、２１個のレンズＬ１〜Ｌ21からなる投影
光学系ＰＬの物体面には所定の回路パターンが形成され
たマスクとしてのレチクルＲが配置されており、投影光
学系ＰＬの像面には感光性基板としてのウエハＷが配置
されている。ここで、レチクルＲはレチクルステージ
（不図示）上に保持されており、ウエハＷは投影光学系
ＰＬの光軸ＡＸに垂直な面内において２次元的に移動可
能に構成されたウエハステージ（不図示）上に保持され
ている。

【００１５】また、レチクルＲの上方には、レチクルＲ
を均一照明するための照明光学系ＩＳが配置されてい
る。照明光学系ＩＳから供給される光はレチクルＲを照
明し、投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳの位置）
には照明光学装置ＩＳ中の光源の像が形成される。すな
わち、照明光学装置ＩＳは、レチクルＲをケーラー照明
のもとで均一照明する。そして、投影光学系ＰＬによ
り、ケーラー照明されたレチクルＲのパターン像がウエ
ハＷ上に投影露光される。こうして、ウエハステージを
ひいてはウエハＷを２次元的に移動させながら露光を行
うことにより、ウエハＷ上の各露光領域にレチクルパタ
ーンを逐次転写することができる。

【００１６】投影光学系ＰＬは、物体側（レチクルＲ
側）から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレン
ズＬ１、両凸レンズＬ２、物体側に凸面を向けた負メニ
スカスレンズＬ３、両凹レンズＬ４、両凹レンズＬ５、
両凹レンズＬ６、両凸レンズＬ７、両凸レンズＬ８、両
凸レンズＬ９、両凸レンズＬ10、物体側に凸面を向けた
正メニスカスレンズＬ11、両凹レンズＬ12、両凹レンズ
Ｌ13、両凹レンズＬ14、物体側に凹面を向けた正メニス
カスレンズＬ15、物体側に凹面を向けた正メニスカスレ
ンズＬ16、両凸レンズＬ17、物体側に凸面を向けた正メ
ニスカスレンズＬ18、物体側に凸面を向けた正メニスカ
スレンズＬ19、物体側に凸面を向けた負メニスカスレン
ズＬ20、および物体側に凸面を向けた正メニスカスレン
ズＬ21から構成されている。なお、正メニスカスレンズ
Ｌ15と正メニスカスレンズＬ16との間には、開口絞りＡ
Ｓが配置されている。

【００１７】最も物体側に配置された正メニスカスレン
ズＬ１は、レンズ室４によって保持されている。また、
両凸レンズＬ２は、レンズ室６によって保持されてい
る。さらに、レンズ室４とレンズ室６との間には３つの
駆動素子５ａ〜５ｃ（ただし５ｃは不図示）が設けら
れ、レンズ室６は３つの駆動素子７ａ〜７ｃ（ただし７
ｃは不図示）によって支持されている。そして、３つの
駆動素子５ａ〜５ｃは制御装置１５によって、３つの駆
動素子７ａ〜７ｃは制御装置１６によってそれぞれ駆動
制御されるように構成されている。また、制御装置１５
および制御装置１６は、システム制御系１８によって統
御されるように構成されている。なお、駆動素子とし
て、たとえばピエゾ素子やマイクロメータなどを用いる
ことができる。

【００１８】したがって、３つの駆動素子５ａ〜５ｃの
作用により、レンズ室４をひいては正メニスカスレンズ
Ｌ１を光軸ＡＸに沿って所望量だけ移動させることがで
きる。また、３つの駆動素子７ａ〜７ｃの作用により、
レンズ室４とレンズ室６とをひいては正メニスカスレン
ズＬ１と両凸レンズＬ２とを一体的に光軸ＡＸに沿って
所望量だけ移動させることができる。すなわち、３つの
駆動素子５ａ〜５ｃと３つの駆動素子７ａ〜７ｃとの協
働作用により、正メニスカスレンズＬ１および両凸レン
ズＬ２をそれぞれ光軸ＡＸに沿って所望量だけ移動させ
ることができる。このように、３つの駆動素子５ａ〜５
ｃ、３つの駆動素子７ａ〜７ｃ、制御装置１５、制御装
置１６およびシステム制御系１８は、正メニスカスレン
ズＬ１および両凸レンズＬ２をそれぞれを光軸ＡＸに沿
って移動させるための移動手段を構成している。

【００１９】また、開口絞りＡＳよりも像側において連
続して配置された４つのレンズ、すなわち正メニスカス
レンズＬ16、両凸レンズＬ17、正メニスカスレンズＬ18
および正メニスカスレンズＬ19の間に形成される空間が
隔壁１３によって密封状態で包囲されている。隔壁１３
はたとえば加減圧ポンプのような圧力調整装置１７に接
続されており、圧力調整装置１７はシステム制御系１８
によって統御されるように構成されている。したがっ
て、圧力調整装置１７の作用により、正メニスカスレン
ズＬ16と両凸レンズＬ17との間、両凸レンズＬ17と正メ
ニスカスレンズＬ18との間、および正メニスカスレンズ
Ｌ18と正メニスカスレンズＬ19との間に形成される空間
の気圧を所望量だけ変化させることができる。このよう
に、隔壁１３、圧力調整装置１７およびシステム制御系
１８は、連続して配置された４つのレンズの間に形成さ
れる空間の気圧を変化させるための気圧制御手段を構成
している。

【００２０】次の表（１）に、本実施例における投影光
学系ＰＬの諸元の値を掲げる。表（１）において、左端
の数字は物体側（レチクルＲ側）からの各レンズ面の順
序を、ｒは各レンズ面の曲率半径を、ｄは各レンズ面間
隔を、ｎは露光波長（λ＝２４８．４ｎｍ）に対する屈
折率を示している。また、ｄ₀はレチクルＲから最も物
体側のレンズ面までの軸上距離を、βは投影光学系ＰＬ
の投影倍率を、ＮＡは投影光学系ＰＬの像側（ウエハＷ
側）における開口数を、Ｌは物体面（レチクルＲ面）か
ら像面（ウエハＷ面）までの軸上距離すなわち物像間距
離をそれぞれ表している。

【００２１】

【表１】ｄ₀＝111.4571 β ＝１／４ＮＡ＝ 0.57 Ｌ＝ 1000 ｒｄｎ 1 -737.785 27.48446 1.5084 （Ｌ１） 2 -235.289 0.91615 3 211.1786 36.64594 1.5084 （Ｌ２） 4 -461.399 0.91615 5 412.6778 21.07142 1.5084 （Ｌ３） 6 160.5391 16.19671 7 -604.128 7.214870 1.5084 （Ｌ４） 8 218.1877 23.94148 9 -3586.06 11.97760 1.5084 （Ｌ５） 10 251.8168 46.50644 11 -85.2817 11.96050 1.5084 （Ｌ６） 12 584.8597 9.96843 13 4074.801 35.29106 1.5084 （Ｌ７） 14 -162.019 0.92274 15 629.544 41.22669 1.5084 （Ｌ８） 16 -226.740 0.91615 17 522.2739 27.84209 1.5084 （Ｌ９） 18 -582.424 0.91615 19 423.7290 22.90371 1.5084 （Ｌ10） 20 -1385.36 0.91610 21 212.0390 33.64638 1.5084 （Ｌ11） 22 802.3695 55.30363 23 -776.570 8.703410 1.5084 （Ｌ12） 24 106.1728 24.08966 25 -200.683 11.45186 1.5084 （Ｌ13） 26 311.8264 59.53984 27 -77.2276 11.77233 1.5084 （Ｌ14） 28 2317.803 11.86173 29 -290.886 22.90371 1.5084 （Ｌ15） 30 -148.358 1.37269 31 -5658.50 41.22670 1.5084 （Ｌ16） 32 -151.986 0.91615 33 678.1005 32.98135 1.5084 （Ｌ17） 34 -358.554 0.91615 35 264.2734 32.81350 1.5084 （Ｌ18） 36 2309.688 0.91615 37 171.2681 29.01459 1.5084 （Ｌ19） 38 364.7765 0.91788 39 113.370 76.25934 1.5084 （Ｌ20） 40 78.69823 54.30392 41 49.54433 18.64972 1.5084 （Ｌ21） 42 109.8136 0.24723 （条件対応値）（１）｜Ｆ／Ｆｔ｜＜０．５＝０．２４４

【００２２】投影光学系ＰＬにおいて正メニスカスレン
ズＬ１だけを図中上方へ１００μｍすなわち＋１００μ
ｍ光軸ＡＸに沿って移動させて正メニスカスレンズＬ１
と両凸レンズＬ２との空気間隔を１００μｍ広げたとき
のウエハＷ上における各収差の変化量を次の表（２）に
示す。なお、表（２）および以下の表（３）および
（４）において、球面収差（最大開口数）は、最大開口
数に対する球面収差を表している。また、投影倍率（最
大像高）は、最大物体高からの主光線の像高を表してい
る。さらに、コマの和は、最大物体高からの上側光線と
主光線との像面における距離と最大物体高からの下側光
線と主光線との像面における距離との総和を表してい
る。したがって、コマの和の値が正である場合には外方
コマ収差が、コマの和の値が負である場合には内方コマ
収差が発生することになる。

【００２３】

【表２】

【００２４】また、正メニスカスレンズＬ１と両凸レン
ズＬ２とを図中上方へ１００μｍすなわち＋１００μｍ
光軸ＡＸに沿って移動させて両凸レンズＬ２と負メニス
カスレンズＬ３との空気間隔を１００μｍ広げたときの
ウエハＷ上における各収差の変化量を次の表（３）に示
す。

【００２５】

【表３】

【００２６】さらに、正メニスカスレンズＬ16〜正メニ
スカスレンズＬ19を密封包囲している隔壁１３内の空間
の気圧を１００ｍｍＨｇだけ増大させたときすなわち＋
１００ｍｍＨｇ変化させたときのウエハＷ上における各
収差の変化量を次の表（４）に示す。

【００２７】

【表４】

【００２８】ここで、たとえば投影倍率を＋１μｍだ
け、球面収差を＋０．１μｍだけ、コマの和を＋０．１
μｍだけそれぞれ同時に補正する場合について考える。
まず、たとえば正メニスカスレンズＬ１だけを光軸方向
に−７１．９μｍ移動させることによって、投影倍率を
＋１μｍだけ補正することは可能である。しかしなが
ら、この場合、球面収差が＋０．２６μｍだけ発生する
とともに、コマの和が−０．２８μｍだけ発生してしま
う。したがって、投影倍率を所望通り補正することがで
きるが、球面収差およびコマの和を補正することはでき
ない。

【００２９】また、たとえば正メニスカスレンズＬ１を
光軸方向に−１０９．２μｍだけ移動させるとともに正
メニスカスレンズＬ１と両凸レンズＬ２とを光軸方向に
＋３４．１μｍだけ移動させることによって、投影倍率
を＋１μｍだけ補正するとともに球面収差を＋０．１μ
ｍだけ補正することができる。しかしながら、この場
合、コマの和が−０．０９μｍだけ発生してしまい、投
影倍率と球面収差とコマの和とを同時に補正することは
できない。

【００３０】本実施例では、表（２）〜表（４）に示す
ように、正メニスカスレンズＬ１の移動、正メニスカス
レンズＬ１と両凸レンズＬ２との移動および４つのレン
ズ間の気圧変化により、投影倍率、球面収差およびコマ
収差がそれぞれ独立に変化する。したがって、正メニス
カスレンズＬ１の移動量、正メニスカスレンズＬ１と両
凸レンズＬ２との移動量および４つのレンズ間の気圧変
化量を、たとえば連立方程式の解法に倣って適宜選択す
ることにより、投影倍率と球面収差とコマ収差とを同時
に補正することが可能である。

【００３１】具体的には、本実施例の場合、正メニスカ
スレンズＬ１を光軸方向に−１３３．２μｍだけ移動さ
せ、正メニスカスレンズＬ１と両凸レンズＬ２とを光軸
方向に＋４９．９μｍだけ移動させるとともに、隔壁１
３内の空間の気圧を−２０．７ｍＨｇだけ変化させるこ
とによって、投影倍率を＋１μｍだけ補正し球面収差を
＋０．１μｍだけ補正するとともにコマの和を＋０．１
μｍだけ補正することができる。このように、本実施例
では、正メニスカスレンズＬ１の移動、正メニスカスレ
ンズＬ１と両凸レンズＬ２との移動、および４つのレン
ズ間の気圧変化により、投影光学系ＰＬ内に残存する投
影倍率と球面収差とコマ収差とを随時独立に補正するこ
とができる。

【００３２】上述の実施例では、２つのレンズの移動と
１つの空間の気圧変化とにより、投影倍率と球面収差と
コマ収差とを補正する例を示している。しかしながら、
１つのレンズの移動と１つの空間の気圧変化とにより、
投影倍率と他の適当な収差とを補正することもできる。
また、移動可能なレンズの数や気圧変化可能な空間の数
を適宜選択することにより、たとえばフォーカス変動量
や像面湾曲やディストーションなどの諸収差を投影倍率
とともに補正することもできる。また、上述の実施例で
は、２つのレンズを光軸方向に移動させているが、少な
くとも一方のレンズを光軸に対して傾斜させることによ
り回転非対称な収差を補正することも可能である。

【００３３】

【効果】以上説明したように、本発明では、レンズ移動
量および気圧変化量を適宜制御することにより、投影光
学系の投影倍率を含む複数の収差を独立に補正すること
ができる。したがって、生産ラインに設置した直後や様
々な環境変化が起こった後に、投影光学系の投影倍率な
どを随時調整することにより、常に高精度な投影露光を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる投影露光装置の構成を
概略的に示す図である。

【符号の説明】

ＩＳ照明光学系ＲレチクルＰＬ投影光学系ＡＳ開口絞りＷウエハ４、６レンズ室５、７駆動素子１３隔壁１５、１６制御装置１７圧力調整装置１８システム制御系

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の像を感光
性の基板上に投影するための投影光学系を備えた投影露
光装置において、前記投影光学系を構成するレンズのうちの少なくとも１
つのレンズを光軸に沿って移動させるための移動手段
と、前記投影光学系内において連続して配置された複数のレ
ンズの間に形成される空間の気圧を変化させるための気
圧制御手段とを備え、前記移動手段によるレンズ移動と前記気圧制御手段によ
る前記空間の気圧変化との作用により、前記投影光学系
の投影倍率を含む複数の収差を独立に補正することを特
徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記移動手段は、前記投影光学系におい
てマスク側に近接して配置された正屈折力のレンズを移
動させ、前記気圧制御手段は、前記投影光学系内に設けられた開
口絞りの近傍において連続して配置された複数のレンズ
の間に形成される空間の気圧を変化させることを特徴と
する請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項３】前記投影光学系の焦点距離をＦＴとし、
前記連続して配置された複数のレンズの合成焦点距離を
Ｆとしたとき、｜Ｆ／Ｆｔ｜＜０．５の条件を満足することを特徴とする請求項２に記載の投
影露光装置。