JPH1054932A - 投影光学装置及びそれを装着した投影露光装置 - Google Patents

投影光学装置及びそれを装着した投影露光装置

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JPH1054932A
JPH1054932A JP8225872A JP22587296A JPH1054932A JP H1054932 A JPH1054932 A JP H1054932A JP 8225872 A JP8225872 A JP 8225872A JP 22587296 A JP22587296 A JP 22587296A JP H1054932 A JPH1054932 A JP H1054932A
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lens
projection optical
lens barrel
projection
optical device
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Masato Hatazawa
正人 畑沢
Masatoshi Ikeda
正俊 池田
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Nikon Corp
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    • G03F7/70858—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature
    • G03F7/70883—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of optical system

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投影露光装置の投影光学装置で現れる基本的
な収差であるザイデルの５収差を投影光学装置を分解す
ることなく調整する機構を提供する。 【解決手段】 投影光学装置１０は３つのレンズ素子２
ａ，２ｂ，２ｃをそれぞれ収容するように分割された３
つの鏡筒部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃを有する分割型鏡
筒３０を備える。互いに隣接する鏡筒部材間に交換可能
に挿入される厚み調整部材であるコマワッシャー４２ａ
ｂ，４２ｂｃ，４２ｃｄを交換することによってレンズ
素子２を光軸方向に移動させ、それによって歪曲、非点
収差及びコマ収差を修正する。像面湾曲及び球面収差
は、投影光学装置１０の光軸ＡＸ上の像側端部に配置さ
れたガラス板５２の厚み及び曲率半径を変更することに
よって調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体回路パター
ン等を感光基板上に転写する投影露光装置に用いられる
投影光学装置及びそれを含む投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造のためのリソグラフィー工程
で使用される投影露光装置は、多数のレンズ素子を鏡筒
内に収容した投影光学装置を備えている。図７に、従
来、投影露光装置で用いられていた投影光学装置の構造
を示す。投影光学装置８０は複数のレンズ素子８２を鏡
筒８１内に備える。複数のレンズ素子８２は、一体構造
の鏡筒８１内でそれぞれレンズ枠８４により保持され
て、共通の光軸ＡＸ上に配列されている。鏡筒８１内に
位置する一部のレンズ群（図７中、鏡筒の上端から４番
目までのレンズ素子）の光軸ＡＸ方向の位置調整のため
に、それらのレンズ枠８４間にレンズ間隔修正ワッシャ
８６が挿入されている。鏡筒８１の頂部に押さえ環８５
を螺合して最も上方に位置するレンズ枠８４ａを下方に
押さえ付けることによって各レンズ枠８４は鏡筒８１内
に固定される。
【０００３】投影露光装置ではその使用環境の変化等に
応じて投影光学装置の諸収差を補正する必要があり、か
かる補正のためにいずれかのレンズ素子間の間隔を変更
しなければならない。図７に示した従来の投影光学装置
８０は、その構造上、投影光学装置８０を組み立てた後
に鏡筒８１の外側からレンズ素子８２間の間隔を変更す
ることができず、レンズ素子８２間隔を変更するには、
投影光学装置８０を分解しなければならなかった。すな
わち、押さえ環８５を鏡筒８１から外して、調整すべき
特定のレンズ素子８２まで各レンズ枠８２を抜き取り、
間隔修正ワッシャ８６を変更または挿入してレンズ間隔
を変更する必要があった。このため、これらの分解及び
再組立に、かなりの手間を要し、さらに、投影露光装置
中の投影光学装置の位置設定やアライメントを再度行わ
なければならなかった。
【０００４】特開平４−１２７５１４号には、異なる投
影露光装置でパターンを重ね合わせて露光する際に、像
歪みによる重ね合わせ誤差を補正するために、投影光学
系のレンズ素子間の間隔を変更する技術が開示されてい
る。この投影露光装置の投影光学系では、レチクルに近
い位置にあるレンズの支持体の間にピエゾ素子が配置さ
れており、ピエゾ素子をレンズ光軸方向に駆動すること
でレンズ素子間隔を調整している。
【０００５】近年、半導体等の回路パターンが一層微細
化してきているために、投影光学系の諸収差を、一層高
精度に調整して理想的な結像を得ることが要求されてい
る。また、用いられるレチクルパターンや露光条件によ
っても投影光学系の諸収差の調整量は異なってくるため
に、高精度な重ね合わせ露光を実行する際に投影光学系
を分解することなく、露光条件等に合わせて投影光学系
の外部から容易にレンズ間隔等の光路長を調整できる機
構が要望されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、投影
光学装置で現れる基本的な収差であるザイデルの５収差
を投影光学装置を分解することなく調整することができ
る投影光学装置及びそれを備えた投影露光装置を提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様に従
えば、投影露光装置用の投影光学装置であって、少なく
とも３つのレンズ素子と、上記少なくとも３つのレンズ
素子を収容する鏡筒と、上記投影光学装置内部の少なく
とも５か所の光路長を独立して変更することができる少
なくとも５つの光路長変更手段とを有することによって
ザイデルの５収差を調整可能な上記投影光学装置が提供
される。
【０００８】本発明の投影光学装置は、投影光学装置内
部の５か所の光路長をそれぞれ独立して変更することが
できる５つの光路長変更手段を備えるため、投影光学装
置を分解することなく、ザイデルの５収差を迅速且つ容
易に調整することができる。
【０００９】上記少なくとも５か所の光路長変更手段
は、それぞれ、投影光学装置内の上記少なくとも３つの
レンズ素子を光軸方向に移動する少なくとも３つのレン
ズ素子移動手段と、投影光学装置の光軸上の像側端部に
配置され且つ曲率半径及び厚みを変更可能な光学素子と
から構成することができる。かかる構成を採用したこと
により、歪曲、非点収差、コマ収差、像面湾曲及び球面
収差からなるザイデルの５収差を有効に同時調整するこ
とができる。
【００１０】上記少なくとも３つのレンズ素子移動手段
により、歪曲、非点収差及びコマ収差を調整し、上記曲
率半径及び厚みを変更可能な光学素子により球面収差及
び像面湾曲を調整することが好ましい。ザイデルの５収
差のうち歪曲、非点収差及びコマ収差は投影光学装置内
の所定位置のレンズ素子間の光学長を変更することによ
り調整するのが有効であり、球面収差は投影光学装置に
おいて光束が密となる部分、すなわち、瞳近傍あるいは
像面に近い部分で調整するのが有利であり、また、像面
湾曲については投影光学装置を構成するいずれかのレン
ズ素子の曲率半径を変更することによって調整可能だか
らである。また、上記のような構成によれば、ザイデル
の５収差の補正機構を投影光学装置に取り付けるため
に、装置自体の構造を大幅に変更しなくてもよい。
【００１１】上記少なくとも３つのレンズ素子移動手段
に対応する少なくとも３つのレンズ素子を、投影光学装
置において物体側に最も近い位置から順に投影光学装置
の光軸上に配列させることができる。物体側に近い側の
レンズ素子間隔を調整することが歪曲、非点収差及びコ
マ収差の調整に有利だからである。理想的には投影光学
装置の物体側に最も近いレンズ素子は歪曲の調整に、物
体側に２番目に近いレンズ素子は非点収差の調整に、物
体側に３番目に近いレンズ素子はコマ収差の調整に使用
することが望ましい。しかしながら、現実的には完全に
一つのレンズ素子の移動だけで特定の収差を調整するこ
とは困難であるために、３つ以上のレンズ素子の光軸上
の位置を互いに調整しながら各収差が最も小さくなるよ
うにするのが好ましい。
【００１２】本発明の投影光学装置において、上記レン
ズ素子移動手段が、上記少なくとも３つのレンズ素子を
それぞれ収容するように分割された少なくとも３つの鏡
筒部材と、互いに隣接する鏡筒部材間に交換可能に挿入
された厚み調整部材を含み、上記厚み調整部材を交換す
ることによってレンズ素子を光軸方向に移動させること
ができる。ここで、上記分割された３つの鏡筒部材の隣
接する鏡筒部材同士が螺子部材で互いに結合される構造
とし、上記厚み調整部材が、該螺子部材に側方から装着
可能な切り欠き部が形成されたコマワッシャーにするこ
とが好ましい。上記交換可能に鏡筒部材間に挿入される
厚み調整部材を用いることにより、鏡筒を分解すること
なく短時間にレンズ素子間の光路長を調整することがで
きる。
【００１３】また、上記レンズ素子移動手段が、上記少
なくとも３つのレンズ素子をそれぞれ収容するように分
割された少なくとも３つの鏡筒部材と、各鏡筒部材に固
定されたシリンダ装置と、長尺部材であってその一端が
互いに隣接する鏡筒部材の一方の鏡筒部材の固定点に枢
動可能に支持され、長尺部材の中間部が他方の鏡筒部材
の固定点に支持され、長尺部材の他端が一方の鏡筒部材
に固定されたシリンダ装置のピストンにより支持されて
いる上記長尺部材とから構成することもできる。シリン
ダ装置を駆動させて長尺部材を枢動させることによりテ
コの原理で鏡筒部材間の間隔、すなわち、レンズ素子間
の光学長を微調整することができる。
【００１４】また、上記レンズ素子移動手段は、上記少
なくとも３つのレンズ素子をそれぞれ収容するように分
割された少なくとも３つの鏡筒部材と、互いに隣接する
該鏡筒部材間に配置された圧電素子及びその駆動装置と
から構成することができる。圧電素子を用いることによ
って分割された鏡筒間距離を調整する機構が簡単にな
り、圧電素子に出力する電圧を一括して制御することに
より、歪曲、非点収差及びコマ収差の調整が容易とな
る。
【００１５】上記レンズ素子移動手段は、上記少なくと
も３つのレンズ素子をそれぞれ収容するように分割され
た少なくとも３つの鏡筒部材と、該鏡筒部材に取り付け
られ且つ互いに隣接する鏡筒部材間隔を変更可能なボー
ル螺子とその駆動装置とから構成してもよい。
【００１６】本発明の投影光学装置において、上下方向
に互いに隣接する鏡筒部材間に挿入された光軸と同心状
の環状の板バネであって、該板バネの上面が上側の鏡筒
部材で支持され且つ板バネの下面がその周方向において
上側の鏡筒部材の支持位置とは異なる位置で下側の鏡筒
部材に支持されたレンズ素子偏心防止用板バネをさらに
備えることが好ましい。かかる板バネをさらに鏡筒部材
間に装着することにより投影光学装置の光軸上でのレン
ズ素子の移動及びチルトを可能とし、レンズ素子間の偏
心を防止することができる。
【００１７】本発明の第２の態様に従えば、マスクを照
明する照明光学系と、複数のレンズ素子を有する投影光
学系とを含み、該照明光学系からの光束をマスクに照射
してマスクのパターンを被露光部材に投影露光する投影
露光装置であって、上記投影光学系が、投影光学系内部
の５か所の光路長をそれぞれ変更する５つの光路長変更
手段を含むことによって投影光学系のザイデルの５収差
を調整することができる上記投影露光装置が提供され
る。従って、投影露光装置を使用場所に搬入後、あるい
は、複数のレチクルパターンを重ね合わせて感光基板上
に露光する際に、ザイデルの５収差による像の変形を容
易且つ迅速に調整することが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照しながら説明するが、本発明はそらに限定されな
い。
【００１９】図１に、本発明の投影光学装置１０を装着
した投影露光装置１２の構成を概略的に示す。図１に示
した投影露光装置１２は、レチクルＲに描かれた回路パ
ターン像を投影光学装置１０を介してウエハＷのショッ
ト領域に投影するステップアンドリピート方式の投影露
光装置である。この装置１２は、主に、照明光学系１
４、レチクルＲを走査方向に移動させるレチクルステー
ジ１６、投影光学装置１０、ウエハＷを投影光学装置の
光軸ＡＸ（Ｚ方向）と直交する方向（ＸＹ方向）に移動
させるウエハステージ１８及び制御系２０から構成され
ている。投影光学装置１０はその説明の都合上、断面構
造を示した。
【００２０】照明光学系１４は図示しないリレーレン
ズ、フライアイレンズ、インテグレータセンサー、スペ
ックル低減装置等で構成されている。光源であるエキシ
マレーザ等のレーザ装置２６からの入射光は、照明光学
系１４を通過することによって均一照明となる。照明光
学系１４の下方に設置されたレチクルステージ１６は、
図示しないレチクルホルダを介してレチクルＲを保持す
る。レチクルステージ１６は、レチクルＲを所定位置に
位置付けるためにレチクルステージ制御装置２２からの
信号を受けてレチクルＲ面内（ＸＹ）方向に移動可能で
ある。具体的には、レチクルＲはそのパターンの中心点
が投影光学装置１０の光軸ＡＸ上に位置するように位置
決めされる。照明光学系１４により均一に照明されたレ
チクルＲのパターンは、投影光学装置１０を介してウエ
ハＷ上に投影される。
【００２１】投影光学装置１０は、後述するように複数
のレンズ素子２が鏡筒３０内で共通の光軸ＡＸを有する
ように同軸上に配列された構造を有し、レチクルＲのパ
ターン面とウエハＷの表面とがそれらのレンズ素子２か
らなる光学系に関して共役になるようにレチクルＲとウ
エハＷとの間に配置されている。投影光学装置１０の縮
小倍率はレンズ素子２からなる光学系の倍率により決定
される。鏡筒３０の外周部上であってＺ方向の中央位置
には、投影光学装置１０を投影露光装置１２内の架台
（図示しない）に装着させるための環状凸部２７が形成
されている。
【００２２】ウエハＷはウエハステージ１８上により保
持されている。ウエハステージ１８はＸＹ方向に移動可
能なＸＹステージ（図示しない）とその上に設置された
Ｚ方向及びチルトステージ（図示しない）とから主に構
成されている。ウエハＷは、Ｚ方向及びチルトステージ
上に載置されて固定される。ウェハＷの位置は、Ｚ方向
及びチルトステージ上に設置された移動鏡２９と固定鏡
（図示しない）とからの反射光をレーザ干渉計２８によ
ってモニターすることによって検出される。ウエハステ
ージ制御系２４はかかる検出信号を受けて、ウエハＷを
任意の位置に移動できるようにＸ，Ｙ，Ｚ，チルト駆動
機構を制御する。ウエハＷの表面にはフォトレジストが
予め塗布されており、かかるフォトレジストの露光及び
現像を通じてレチクルパターンに対応する凹凸パターン
がウエハＷ上に形成される。
【００２３】レーザ光源２６のパワー及びパルス照射タ
イミングの制御、レチクルステージ１６の微動制御及び
ウエハステージ１８の移動制御は制御系２０により一括
して管理される。上記構成により、レチクルＲが照明光
学系１４により均一に照明されると、レチクルＲのパタ
ーンが投影光学装置１０の縮小倍率に応じて縮小されて
ウエハＷ上のショット領域に転写される。一つのショッ
ト領域の露光処理が終了すると、次のショット領域が投
影光学装置１０を介してレチクルＲのパターン面と共役
な位置に位置するようにウエハステージ１８がＸＹ方向
にステップ移動し、前記と同様の露光動作を行う。
【００２４】次に、投影光学装置１０の構造を説明す
る。レンズ素子２は、それぞれ、その外周部分において
環状のレンズ枠２により保持され、レンズ枠２は鏡筒３
０内で光軸ＡＸに沿って配列している。レンズ枠２によ
り保持された各レンズ素子２の光軸は投影光学装置の光
軸ＡＸと同軸となるように配置されている。鏡筒３０
は、分割型の鏡筒であり、鏡筒３０内のレチクルＲ側に
配置された４つのレンズ素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを
それぞれ収容する鏡筒部分３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３
０ｄと、それより下方（ウエハ側）に位置するレンズ素
子群を収容する鏡筒部分３０ｅとに分割されている。
【００２５】図２に、分割された鏡筒部分３０ａ，３０
ｂ及び３０ｃの拡大上面図（ａ）及び拡大断面図（ｂ）
を示す。分割された鏡筒部分３０ａは、上下端が開放さ
れた筒状であり、下端はその開口直径がレンズ枠４の外
径よりも小さくなるように内側に張出した内側張出部３
２ａを有する。レンズ枠４は鏡筒部分３０ａの内側張出
部３２ａ及び側壁３４ａによって鏡筒部分３０ａ内に支
持されている。さらに側壁３４ａの上方内側には螺子部
が形成されており、この螺子部に、外周に螺子部が形成
された押さえ環５を螺合してレンズ枠４を下方に押さえ
付けることによってレンズ枠４を鏡筒部分３０ａ内で固
定させる。このように押さえ環５を用いてレンズ枠４を
鏡筒部分内で固定する構造は、鏡筒部分３０ｂ，鏡筒部
分３０ｃ，鏡筒部分３０ｄ及び鏡筒部分３０ｅにおいて
も同様である。
【００２６】鏡筒部分３０ａは、その側壁３４ａが外側
に張り出した外側張出部３６ａを有する。外側張出部３
６ａは、図２（ａ）に示したように、鏡筒部分３０ａを
周回するように形成されており、外側張出部３６ａには
周方向１２０°おきにボルト孔３８ａが形成されてい
る。ボルト４０をボルト孔３８ａを介して鏡筒部分３０
ｂの外側張出部３６ｂの螺子孔に螺子込むことにより、
鏡筒部分３０ａと鏡筒部分３０ｂが結合される。ここ
で、ボルト４０は、鏡筒部分３０ａの外側張出部３６ａ
と鏡筒部分３０ｂの外側張出部３６ｂとの間で、所定の
厚さの馬蹄型のコマワッシャー４２ａｂを介して螺子込
まれる。従って、鏡筒部分３０ａと鏡筒部分３０ｂとの
間隔、あるいは、鏡筒部分３０ａ内のレンズ素子２ａと
鏡筒部分３０ｂ内のレンズ素子２ｂとの光学長はコマワ
ッシャー４２ａｂの厚さによって調整される。コマワッ
シャー４２ａｂは馬蹄型であるので、ボルト４０を緩め
るだけで容易にボルト４０の側方から外すことができ、
異なる厚さのコマワッシャー４２ａｂを、鏡筒部分３０
ａと鏡筒部分３０ｂとの間に露呈しているボルト４０側
部に容易に装着することができる。かかるコマワッシャ
ー４２ａｂを使用することにより、鏡筒部分３０ａと鏡
筒部分３０ｂとを分離することなくレンズ素子２ａとレ
ンズ素子２ｂの光学長を鏡筒３０の外側から容易に調整
することができる。外側張出部３６ａ及び外側張出部３
６ｂ間に装着される３つのコマワッシャー４２ａｂは、
互いに同一の厚さにすることもできるが、それぞれ異な
る厚さにしてもよい。互いに異なる厚さの３つのワッシ
ャー４２ａｂを用いることにより、レンズ素子２ａをレ
ンズ素子２ｂに対して傾斜させることができ、像面の台
形の歪曲を調整することに有効である。
【００２７】図２（ｂ）中、鏡筒部分３０ｂは、基本的
に鏡筒部分３０ａと同様の構造を有する。但し、鏡筒部
分３０ｂの外側張出部分３６ｂは鏡筒部分３０ａの外側
張出部分３６ａに向かって上方に延在し、外側張出部分
３６ｂの内側が鏡筒部分３０ａの底部と嵌合するような
構造を有する。このような嵌合構造を採用することによ
って鏡筒間の偏心を防止することができる。鏡筒部分３
０ｃ及び３０ｄについても同様の偏心防止構造を有す
る。その他の構造は鏡筒部分３０ａと同様であり、鏡筒
部分３０ｂと鏡筒部分３０ｃ、鏡筒部分３０ｃと鏡筒部
分３０ｄ、鏡筒部分３０ｄと鏡筒部分３０ｅは、それぞ
れ、３つのコマワッシャー４２ｂｃ、４２ｃｄ、４２ｄ
ｅを介して周方向に１２０°おきに挿入される３本のボ
ルト４０により結合され、それらの鏡筒部分に収容され
たレンズ素子間隔はそれらのコマワッシャー４２ｂｃ、
４２ｃｄ、４２ｄｅの厚みを変更することにより容易に
調整することができる。なお、ボルト４０間の干渉を回
避するために、鏡筒部分３０ａと鏡筒部分３０ｂとのボ
ルト４０による連結位置と鏡筒部分３０ｂと鏡筒部分３
０ｃとのボルト４０による連結位置とは周方向で互いに
６０°ずれている。例えば、鏡筒部分３０ａと鏡筒部分
３０ｂが０°、１２０°、２４０°の周方向位置で連結
されているならば、鏡筒部分３０ｂと鏡筒部分３０ｃと
は６０°、１８０°、３００°の周方向位置で連結さ
れ、鏡筒部分３０ｃと鏡筒部分３０ｄが０°、１２０
°、２４０°の周方向位置で連結されている。
【００２８】図１に戻って、投影光学装置１２の下端部
には、光学素子としてのガラス枠５０が螺合されてお
り、ガラス枠５０内には曲面を有するガラス板５２が装
着されている。このガラス板５２の厚さを変更すること
により投影光学装置１０の下端からウエハＷまでの光学
長を変更して球面収差を調整することができる。また、
このガラス板５２の曲率半径を変更することで投影光学
装置１０の像面湾曲を調整することができる。このため
には、種々の厚み及び曲率半径を有するガラス板５２が
装着された複数のガラス枠５０を予め容易しておき、後
述する球面収差及び像面収差を調整する際にガラス枠５
０ごと交換するのが便利である。かかるガラス板５２に
よる収差の調整の際にはガラス枠５０だけ交換すればよ
いので、投影光学装置を分解する必要はない。
【００２９】図１及び図２に示した分割型の鏡筒３０を
用いて、ザイデルの５収差を調整する方法を以下に説明
する。ザイデルの５収差は、投影光学装置１０における
光学系の歪曲、像面湾曲、非点収差、コマ収差及び球面
収差であり、これらの収差のうち、歪曲、非点収差及び
コマ収差の３収差を鏡筒部分３０ａと３０ｂとの間隔、
鏡筒部分３０ｂと３０ｃとの間隔、鏡筒部分３０ｃと３
０ｄとの間隔、すなわち、レンズ素子２ａと２ｂの光学
長、レンズ素子２ｂと２ｃの光学長、レンズ素子２ｃと
２ｄの光学長を変更することによって調整し、球面収差
をガラス板５２の厚み、像面湾曲をガラス板５２の曲面
の曲率半径をそれぞれ変更することによって調整する。
【００３０】レンズ素子２ａと２ｂ間の間隔Ｌabの変化
量（レンズ素子２ａの光軸方向の移動量）をｄ1 、レン
ズ素子２ｂと２ｃ間の間隔Ｌbcの変化量をｄ2 （レンズ
素子２ｂの光軸方向の移動量）、レンズ素子２ｃと２ｄ
間の間隔Ｌcdの変化量（レンズ素子２ｃの光軸方向の移
動量）をｄ3 とする。この場合、これらのレンズ素子間
隔の変化量に対する投影光学装置の歪曲Ｙ、非点収差Ｍ
Ｓ、コマ収差ＣＯは以下の行列式により表すことができ
る。
【００３１】
【数１】
【００３２】式中、Ｙ1 ，Ｙ2 ，Ｙ3 は、それぞれ、レ
ンズ素子２ａの単位移動量当たりの歪曲調整係数、レン
ズ素子２ｂの単位移動量当たりの歪曲調整係数、レンズ
素子２ｃの単位移動量当たりの歪曲調整係数を示す。ま
た、ＭＳ1 ，ＭＳ2 ，ＭＳ3は、それぞれ、レンズ素子
２ａの単位移動量当たりの非点収差調整係数、レンズ素
子２ｂの単位移動量当たりの非点収差調整係数、レンズ
素子２ｃの単位移動量当たりの非点収差調整係数を示
す。また、ＣＯ1 ，ＣＯ2 ，ＣＯ3 は、それぞれ、レン
ズ素子２ａの単位移動量当たりのコマ収差調整係数、レ
ンズ素子２ｂの単位移動量当たりのコマ収差調整係数、
レンズ素子２ｃの単位移動量当たりのコマ収差調整係数
を示す。
【００３３】ここでは、歪曲Ｙ、非点収差ＭＳ及びコマ
収差ＣＯのそれぞれが、上記の３つのレンズ素子間隔Ｌ
ab、Ｌbc及びＬcdに応じて変化し、その変化の割合は調
整する各レンズ素子２ａ，２ｂ，２ｃによって異なるこ
とを前提としている。上記行列式中の要素Ｙ1 ，Ｙ2 ，
Ｙ3 ，ＭＳ1 ，ＭＳ2 ，ＭＳ3 ，ＣＯ1 ，ＣＯ2 ，ＣＯ
3 は各レンズ素子２の光学設計時に計算で求めることが
できる。また、投影光学装置の実際の歪曲、非点収差及
びコマ収差は所定のテストパターンを投影露光装置によ
り試し露光して得られたパターンの像位置や形状を観測
することで求めることができる。かかる観測から求めら
れた補正されるべき歪曲Ｙ、非点収差ＭＳ及びコマ収差
ＣＯの値と、前記計算から求められた行列要素Ｙ1 ，Ｙ
2 ，Ｙ3，ＭＳ1 ，ＭＳ2 ，ＭＳ3 ，ＣＯ1 ，ＣＯ2 ，
ＣＯ3 とを上記行列式に代入することによって調整すべ
きレンズ素子間隔の変化量（各レンズ素子の光軸方向の
移動量）ｄ1 、ｄ2 及びｄ3 を求めることができる。
【００３４】次に、図１及び２に示した投影光学装置１
０における球面収差及び像面湾曲の調整法を説明する。
前述のように投影光学装置１０の下端に螺着するガラス
枠５０を複数個用意しておく。各ガラス枠５０にはそれ
ぞれ異なる厚さ及び曲率半径を有するガラス板（レンズ
素子）を装着させておく。そして、例えば、特定の厚さ
及び曲率半径のガラス板５２を有するガラス枠５０を装
着した投影光学装置１０で所定のテストパターンをウエ
ハＷ上に試し露光し、得られたパターンを観測すること
で球面収差及び像面湾曲をそれぞれ観測する。かかる観
測から調整すべき球面収差及び像面湾曲の量に応じて好
適なガラス板の厚み及び曲率半径を有するガラス板５２
が装着されたガラス枠５０を選択し、それを先に投影光
学装置１０に装着した特定のガラス枠５０と交換する。
前述のように、ガラス板の厚みは球面収差を調整し、ガ
ラス板５２の曲率半径は像面湾曲を調整する。
【００３５】上記例では、投影光学装置の歪曲、非点収
差及びコマ収差を、図１及び図２の投影光学装置１０の
鏡筒部分３０ａ〜３０ｄまでのレンズ素子間隔ｄ1 、ｄ
2 及びｄ3 を変更することによって調整したが、さらに
レンズ素子２ｄとレンズ素子２ｅとの間隔ｄ4 を加えて
４つのレンズ素子間隔ｄ1 、ｄ2 、ｄ3 及びｄ4 をパラ
メータとして上記３つの収差を求めてもよい。この場
合、例えば、歪曲を２種類の像高位置で検出される歪曲
に分類してよく、計算で得られる４行４列の行列要素
と、試し露光により得られた２種類の歪曲、非点収差及
びコマ収差から上記４つのレンズ素子間隔ｄ1 、ｄ2 、
ｄ3 及びｄ4 を調整することができる。さらに、上記３
種類の収差を、５つ以上に分割した鏡筒部分を用いてそ
れらの５つ以上のレンズ素子間隔を変更することによっ
て調整することもできる。
【００３６】上記例では、種々の厚みのコマワッシャー
４２を用いてレンズ素子２間の光学長を調整する機構を
説明したが、レンズ素子２間の光学長を調整する別の機
構としてマイクロメータを利用してレンズ素子２間の光
学長を微調整する例を示す。図３は、図２（ｂ）に示し
た鏡筒３０ａと鏡筒３０ｂの外側張出部３６ａ及び３６
ｂの拡大図（図２（ｂ）の鏡筒の右上部分）である。図
３中、外側張出部３６ａ及び３６ｂ間に、それらの間隔
を微調整する機構として、コマワッシャー４２及びボル
ト４０の代わりに可動長尺部材５０及び固定長尺部材５
２が配置される。
【００３７】固定長尺部材５２の一端の裏面は鏡筒３０
ｂの外側張出部３６ｂの上面に固着されている。固定長
尺部材５２の一端の上面にはベアリング５８を支持する
ベアリング支持部５４が設けられている。固定長尺部材
５２の他端にはピストン５６ｂ及びシリンダ部５６ａか
らなるマイクロメータ５６のシリンダ部５６ａが埋設さ
れている。マイクロメータ５６のピストン５６ｂはシリ
ンダ部５６ａに装着されたダイヤル（図示しない）を回
動させることによって可動長尺部材５０に向かって伸縮
可能である。
【００３８】図３に示すように、可動長尺部材５０の一
端にベアリング支持部５０ａが形成されており、ベアリ
ング５８は固定長尺部材５２及び可動長尺部材５０のベ
アリング支持部５４，５０ａにより支持される。また、
ベアリング支持部５０ａの近傍にはコ字状の軸受け５０
ｂが設けられている。軸受け５０ｂは、鏡筒３０ａの外
側張出部３６ａの下面に形成された固定突起部５９を支
点として鏡筒３０ａを支持している。可動長尺部材５０
の他端側は固定長尺部材５２に埋設されたマイクロメー
タ５６のピストン５６ｂの先端により上方に付勢されて
いる。上記のような構造において、マイクロメータ５６
のダイヤルを回動してピストン部５６ｂをシリンダ部５
６ａからさらに延出させると、可動長尺部材５０はベア
リング５８を起点として上方に枢動する。この際、可動
長尺部材５０の軸受け５０ｂは外側張出部３６ａの固定
突起部５９を支持しているために、鏡筒部分３０ａを上
方に移動させることができる。この移動量は、図３に示
したように、軸受け５０ｂと接触する固定突起部５９か
らベアリング４８までの距離と、固定突起部５９から可
動長尺部材５０のピストン部５６ｂとの接触部までの距
離との比が１：１０であるため、ピストン５６ａの突出
量の１／１０となる。この可動長尺部材５０はテコとし
て機能し、その減速機構によりマイクロメータ５６にか
かる荷重は軸受け５０ｂにかかる荷重の１／１０とな
る。例えば、分解能１μｍ、耐荷重２kgf のマイクロメ
ータ５６を利用した場合、分解能０．１μｍ、耐荷重２
０kgf の微動機構となる。
【００３９】可動長尺部材５０、固定長尺部材５２、マ
イクロメータ５６、ベアリング４８及び固定突出部５９
は、鏡筒部分３０ａ及び鏡筒部分３０ｂの外側張出部３
６ａ及び３６ｂの周回方向に１２０°おきに全部で３か
所形成されている。このため、それらの３か所でマイク
ロメータ５６を調整することによって鏡筒部分３０ａに
収容されたレンズ素子２ａと鏡筒部分３０ｂに収容され
たレンズ素子２ｂとの光学長を微調整することができ
る。同様にして、可動長尺部材５０、固定長尺部材５
２、マイクロメータ５６、ベアリング４８及び固定突出
部５９は、鏡筒部分３０ａと鏡筒部分３０ｂとの間のみ
ならず、鏡筒部分３０ｂと鏡筒部分３０ｃ、鏡筒部分３
０ｃと鏡筒部分３０ｄ、鏡筒部分３０ｄと鏡筒部分３０
ｅとの外側張出部の周回方向に１２０°おきに設けられ
ている。各鏡筒部分間に設けられた可動長尺部材５０、
固定長尺部材５２、マイクロメータ５６、ベアリング４
８及び固定突出部５９が、レンズ素子移動手段を構成す
る。このように図３に示したようなレンズ素子２の間隔
を調整する機構を用いて、前記と同様にして、試し露光
から得られた像の歪曲Ｙ、非点収差ＭＳ及びコマ収差Ｃ
Ｏの値と、前記計算から求められた行列要素Ｙ1 ，
Ｙ2 ，Ｙ3 ，ＭＳ1 ，ＭＳ2 ，ＭＳ3 ，ＣＯ1 ，Ｃ
Ｏ2 ，ＣＯ3 とを上記行列式に代入することによって、
レンズ素子２ａと２ｂ間の間隔Ｌabの変化量ｄ1 、レン
ズ素子２ｂと２ｃ間の間隔Ｌbcの変化量ｄ2 、レンズ素
子２ｃと２ｄ間の間隔Ｌcdの変化量ｄ3 を求め、それに
応じてレンズ素子２ａ、２ｂ，２ｃを光軸方向に移動す
ることによって歪曲、非点収差及びコマ収差を修正する
ことができる。
【００４０】レンズ素子間の光学長を調整するさらに別
の機構を図４を用いて説明する。なお、図４にはこの機
構の説明の都合上、図１に示した投影露光装置１２のう
ち投影光学装置１０部分（断面図）だけを示した。この
投影光学装置１０では、鏡筒部分３０ａ及び鏡筒部分３
０ｂのレンズ素子間光学長並びに鏡筒部分３０ｂ及び鏡
筒部分３０ｃのレンズ素子間光学長を調整するために、
図１及び図２に示したコマワッシャー４２の代わりに、
アクチュエータ６０ｂ，６０ｃを装着している。鏡筒部
分３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、それぞれ、図１及び図２
(b) に示した構造と同様に外側張出部３６ａ、３６ｂ、
３６ｃを備えるが、それらはアクチュエータ６０ｂ，６
０ｃ及び変位検出器６４ａ，６４ｂを装着するために、
周回方向１２０°おきの外側張出部３６ａ及び３６ｂ
に、図１及び図２(b) に示した外側張出部より長く部分
的に張り出している。アクチュエータ６０ｂの本体部は
鏡筒部分３０ｂの外側張出部３６ｂに埋設され、アクチ
ュエータ６０ｂの本体部から突出するピストンの突出量
によって、鏡筒部分３０ａの外側張出部３６ａと鏡筒部
分３０ｂの外側張出部３６ｂとの間隔が調整される。ア
クチュエータ６０ｂと対向する外側張出部３６ａの上面
には変位検出器６４ａが設けられており、ピストン突出
量の変化を計測することができる。
【００４１】アクチュエータ６０ｂ及び変位検出器６４
ａは、それぞれ、鏡筒部分３０ａ及び鏡筒部分３０ｂの
周回方向１２０°おきの外側張出部３６ａ及び３６ｂの
３ケ所に形成されている。このため、それらの３か所で
アクチュエータ６０ｂを調整することによって鏡筒部分
３０ａに収容されたレンズ素子２ａと鏡筒部分３０ｂに
収容されたレンズ素子２ｂとの光学長を微調整すること
ができる。同様にして、アクチュエータ６０ｂ及び変位
検出器６４ａは、鏡筒部分３０ａ及び鏡筒部分３０ｂと
の間のみならず、図４に示したように鏡筒部分３０ｂ及
び鏡筒部分３０ｃの外側張出部３６ｂ，３６ｃの周回方
向にも１２０°おきに設けられている。但し、図４の投
影光学装置１０を上方から見た図５に示したように、鏡
筒部分３０ｂの外側張出部３６ｂに設置したアクチュエ
ータ６０ｂと、鏡筒部分３０ｃの外側張出部３６ｃに設
置したアクチュエータ６０ｃとが干渉しないように、互
いに周方向に６０°ずれて位置している。図５に示すよ
うに、投影光学装置１２は、アクチュエータ６０ｂ，６
０ｃ（図中、破線で示す）を制御してレンズ素子間の光
学長を調整するための制御器６６を備える。制御器６６
は、変位検出器６４ａ，６４ｂにより検出されたアクチ
ュエータ６０ｂ，６０ｃの変位量に相当する信号を受
け、レンズ素子間（２ａ−２ｂまたは２ｂ−２ｃ）の間
隔を調整するためにアクチュエータ６０ｂ，６０ｃに駆
動信号を送る。
【００４２】図４及び図５に示したようなレンズ素子２
の間隔を調整する機構を用いて、前記と同様にして、試
し露光から得られた像の歪曲Ｙ、非点収差ＭＳ及びコマ
収差ＣＯの値と、前記計算から求められた行列要素
Ｙ1 ，Ｙ2 ，Ｙ3 ，ＭＳ1 ，ＭＳ2 ，ＭＳ3 ，ＣＯ1 ，
ＣＯ2 ，ＣＯ3 とを上記行列式に代入することによっ
て、レンズ素子２ａと２ｂ間の間隔Ｌabの変化量ｄ1 、
レンズ素子２ｂと２ｃ間の間隔Ｌbcの変化量ｄ2 、レン
ズ素子２ｃと２ｄ間の間隔Ｌcdの変化量ｄ3 を求め、そ
れに応じてレンズ素子２ａ、２ｂ，２ｃを光軸方向に移
動することによって歪曲、非点収差及びコマ収差を有効
に修正することができる。
【００４３】図４及び図５に示した投影光学装置１０に
おいて、アクチュエータ６０ｂ，６０ｃ及び変位検出器
６４ａ，６４ｂとしては、例えば、エンコーダ付のモー
タとボール螺子を組合せて使用することができる。精度
を一層良くするにはさらに変位センサを設けてもよい。
変位検出器６４ａ，６４ｂとして、ポテンショメータ、
オプティカルエンコーダ、静電容量センサ、レーザ干渉
計等を要求する精度に応じて用いることができる。静電
容量センサ、レーザ干渉計を用いれば非接触で間隔変化
を測定することができる。
【００４４】図４及び図５に示した投影光学装置１０に
おいて、アクチュエータ６０ｂ，６０ｃの代わりにピエ
ゾ素子を鏡筒部分の外側張出部間３６ａ−３６ｂ，３６
ｃ−３６ｄに挿入することもできる。ピエゾ素子を用い
ることによって変位検出器６４ａ，６４ｂを省略するこ
ともできる。ピエゾ素子をアクチュエータ６０ａ，６０
ｂの代わりに用いる場合には、図５における制御器６６
はピエゾ素子を駆動する駆動電圧を各ピエゾ素子に出力
する。
【００４５】図４に示したアクチュエータ６０ｂ，６０
ｃ及び変位検出器６４ａ，６４ｂを用いたレンズ素子間
の光学長の変更機構を備えた分割型鏡筒３０において、
さらに鏡筒部分３０ａと３０ｂ、鏡筒部分３０ｂと３０
ｃをそれぞれ円周板バネ７０ａ，７０ｂでつないだ構造
を図６に示す。この円周板バネ７０ａ，７０ｂは、レン
ズ素子枠２よりも大きな内径を有する。円周板バネ７０
ａは、その上面において、変位検出器６４ａと円周方向
において同じ位置で、１２０°おきに鏡筒部分３０ａの
外側張出部３６ａの下面の一部に固着されている。一
方、円周板バネ７０ｂの下面は、変位検出器６４ｂと円
周方向において同じ位置で１２０°おきに鏡筒部分３０
ｂの外側張出部３６ｂの上面の一部に固着されている。
従って、円周板バネ７０ａは、例えば、０°，１２０
°，２４０°の位置でその上面が上方の鏡筒部分３０ａ
と連結され、６０°，１８０°，３００°の位置でその
下面が下方の鏡筒部分３０ｂと連結されており、鏡筒部
分３０ａ，３０ｂは円周板バネ７０ａを介して結合され
ていることになる。同様にして、円周板バネ７０ｂは、
例えば、０°，１２０°，２４０°の位置でその上面が
上方の鏡筒部分３０ｂと連結され、６０°，１８０°，
３００°の位置でその下面が下方の鏡筒部分３０ｃと連
結されており、鏡筒部分３０ｂ，３０ｃは円周板バネ７
０ｂを介して結合されている。
【００４６】上記のように円周板バネ７０ａ，７０ｂを
用いて分割された鏡筒部分を連結することにより、各鏡
筒部分間では光軸ＡＸ方向のみの移動に自由度を持た
せ、光軸ＡＸから鏡筒部分が偏心する移動を拘束するこ
とができる。また、円周板バネ７０ａ，７０ｂを上記の
ように用いることによって、各レンズ素子の中心を光軸
ＡＸから外すことなくチルトさせることができる。
【００４７】上記実施例では、ステップアンドリピート
方式の投影露光装置を例に挙げて説明したが、本発明の
投影光学装置はステップアンドリピート方式以外にも、
例えば、ステップアンドスキャン方式、ミラープロジェ
クション方式、コンタクト方式等の種々の露光方式の投
影露光装置に適用することができる。
【００４８】また、ザイデルの５収差を調整するための
レンズ素子間の間隔として、物体面に近い側の３つのレ
ンズ素子間の光学長を調整したが、これは一例にすぎ
ず、用いるレンズ素子の種類やレンズの枚数等によって
種々の位置で調整することが可能である。さらに、レン
ズ素子の移動手段に加えて一つまたは複数のレンズ素子
が収容され密封され且つその内部の気体の圧力を変更す
ることができるＬＣ室を投影光学装置内に設けることも
できる。かかるＬＣ室によりレンズ素子間の気体の屈折
率を変更して投影光学装置の倍率の調整が可能となる。
【００４９】
【発明の効果】本発明の投影光学装置は、投影光学装置
内部の５つの光学長を変更する手段を設けたために、投
影光学装置を分解することなくザイデルの５収差を迅速
且つ容易に調整することが可能となる。特に、少なくと
も３つのレンズ素子移動手段により、歪曲、非点収差及
びコマ収差を調整し、投影光学装置の像面側端部に配設
した曲率半径及び厚みを変更可能な光学素子により球面
収差及び像面湾曲を調整することによって一層容易且つ
迅速にザイデルの５収差を同時に補正することができ、
装置構成に簡単になる。
【００５０】本発明の投影光学装置において、鏡筒とし
て分割型鏡筒を用い、各鏡筒に収容されたレンズ素子間
隔を、鏡筒部材間に挿入される厚み調整部材、圧電素子
等を使用すること調整することによってザイデルの５収
差のうち歪曲、非点収差、コマ収差を有効に調整するこ
とができる。
【００５１】本発明の投影露光装置は、その投影光学装
置のザイデルの５収差を容易且つ迅速に調整することが
できるため、微細パターンの露光及び重ね合わせ露光を
正確に実行することができる。従って、本発明の投影露
光装置を用いれば、半導体回路を製造するためのスルー
プットを向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投影光学装置を含む投影露光装置の一
具体例の概略構造を示す図である。
【図２】図１の投影光学装置の分割型鏡筒の構造を示す
図であり、図２(a) は分割された鏡筒部分の上面図であ
り、図２(b) は断面図である。
【図３】レンズ素子間の間隔を調整するための機構を概
略的に示す図である。
【図４】レンズ素子間の間隔を調整するための別の機構
を概略的に示す図である。
【図５】変位検出器、アクチュエータ及びその制御器を
含む分割型鏡筒の上面図である。
【図６】円周板バネを鏡筒部分間に組み込んだ、レンズ
素子間の間隔を調整するための機構を概略的に示す図で
ある。
【図７】従来の投影露光装置に使用されていた投影光学
装置の構造を概略的に示す図である。
【符号の説明】
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ レンズ素子 ４ レンズ枠 １０ 投影光学装置 １２ 投影露光装置 ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ 鏡筒部分 ４２ａｂ，４２ｂｃ，４２ｃｄ，４２ｅｄ コマワッシ
ャー ４０ ボルト ３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３０ｄ 外側張出部分 ６０ｂ，６０ｃ アクチュエータ ６４ａ，６４ｂ 変位検出器 ８２，８２ａ レンズ素子 Ｒ レチクル Ｗ ウエハ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 投影露光装置用の投影光学装置であっ
    て、 少なくとも３つのレンズ素子と、 上記少なくとも３つのレンズ素子を収容する鏡筒と、 上記投影光学装置内部の少なくとも５か所の光路長を独
    立して変更することができる少なくとも５つの光路長変
    更手段とを有することによってザイデルの５収差を調整
    可能な上記投影光学装置。
  2. 【請求項２】 上記少なくとも５か所の光路長変更手段
    が、投影光学装置内の上記少なくとも３つのレンズ素子
    をそれぞれ光軸方向に移動する少なくとも３つのレンズ
    素子移動手段と、投影光学装置の光軸上の像側端部に配
    置され且つ曲率半径及び厚みを変更可能な光学素子とか
    ら構成されることを特徴とする請求項１記載の投影光学
    装置。
  3. 【請求項３】 上記少なくとも３つのレンズ素子移動手
    段により歪曲、非点収差及びコマ収差を調整し、上記投
    影光学装置の光軸上の像側端部に配置され且つ曲率半径
    及び厚みを変更可能な光学素子により球面収差及び像面
    湾曲を調整することを特徴とする請求項２記載の投影光
    学装置。
  4. 【請求項４】 上記少なくとも３つのレンズ素子移動手
    段に対応する少なくとも３つのレンズ素子が、上記投影
    光学装置の物体側に最も近い位置から順に投影光学装置
    の光軸上に配列されていることを特徴とする請求項３記
    載の投影光学装置。
  5. 【請求項５】 上記レンズ素子移動手段が、上記少なく
    とも３つのレンズ素子をそれぞれ収容するように分割さ
    れた少なくとも３つの鏡筒部材と、互いに隣接する鏡筒
    部材間に交換可能に挿入された厚み調整部材とから構成
    され、上記厚み調整部材を交換することによってレンズ
    素子を光軸方向に移動させることを特徴とする請求項２
    〜４のいずれか一項に記載の投影光学装置。
  6. 【請求項６】 上記分割された３つの鏡筒部材の隣接す
    る鏡筒部材同士が螺子部材で互いに結合され、上記厚み
    調整部材が、該螺子部材に側方から装着可能な切り欠き
    部が形成されたコマワッシャーであることを特徴とする
    請求項５に記載の投影光学装置。
  7. 【請求項７】 上記レンズ素子移動手段が、上記少なく
    とも３つのレンズ素子をそれぞれ収容するように分割さ
    れた少なくとも３つの鏡筒部材と、各鏡筒部材に固定さ
    れたシリンダ装置と、長尺部材であってその一端が互い
    に隣接する鏡筒部材の一方の鏡筒部材の固定点に枢動可
    能に支持され、長尺部材の中間部が他方の鏡筒部材の固
    定点に支持され、長尺部材の他端が該一方の鏡筒部材に
    固定されたシリンダ装置のピストンにより支持されてい
    る上記長尺部材とから構成されることを特徴とする請求
    項２〜４のいずれか一項に記載の投影光学装置。
  8. 【請求項８】 上記レンズ素子移動手段が、上記少なく
    とも３つのレンズ素子をそれぞれ収容するように分割さ
    れた少なくとも３つの鏡筒部材と、互いに隣接する該鏡
    筒部材間に配置された圧電素子及びその駆動装置とから
    構成されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一
    項に記載の投影光学装置。
  9. 【請求項９】 上記レンズ素子移動手段が、上記少なく
    とも３つのレンズ素子をそれぞれ収容するように分割さ
    れた少なくとも３つの鏡筒部材と、該鏡筒部材に取り付
    けられ且つ互いに隣接する鏡筒部材間隔を変更可能なボ
    ール螺子とその駆動装置とから構成される請求項２〜４
    のいずれか一項に記載の投影光学装置。
  10. 【請求項１０】 上記投影光学装置の光軸上の像側端部
    に配置され且つ曲率半径及び厚みを変更可能な光学素子
    が、種々の厚み及び曲率半径を有する交換可能なガラス
    板を含むことを特徴する請求項２〜９のいずれか一項に
    記載の投影光学装置。
  11. 【請求項１１】 上下方向に隣接する鏡筒部材間に挿入
    された光軸と同心状の環状の板バネであって、該板バネ
    の上面が上側の鏡筒部材で支持され且つ板バネの下面が
    その周方向において上側の鏡筒部材の支持位置とは異な
    る位置で下側の鏡筒部材に支持されたレンズ素子偏心防
    止用板バネをさらに備える請求項５〜１０のいずれか一
    項に記載の投影光学装置。
  12. 【請求項１２】 マスクを照明する照明光学系と、複数
    のレンズ素子を有する投影光学系とを含み、該照明光学
    系からの光束をマスクに照射してマスクのパターンを被
    露光部材に投影露光する投影露光装置であって、 上記投影光学系が、投影光学系内部の５か所の光路長を
    それぞれ変更する５つの光路長変更手段を含むことによ
    って投影光学系のザイデルの５収差を調整することがで
    きる上記投影露光装置。
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