JPH1145853A - 投影露光装置及び投影露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投影露光装置における投影レンズの調整作業
の煩雑さを低減し、また投影露光装置で形成される微細
パターンの「膜減り」を防止する。 【解決手段】 図１に示されるように、レチクル上のパ
ターンを感光性基板に投影し該感光性基板を露光する投
影露光装置において、パターンを投影する投影レンズ系
１１ａと、投影レンズ系の感光性基板側に設けられ、投
影レンズ系の収差を補正する収差補正手段１１ｂとを備
える投影露光装置。投影レンズ系の収差を補正する収差
補正手段が投影レンズ系の感光性基板側に設けられてい
るので、投影レンズ系を露光装置にとりつけたまま収差
の補正ができ、収差の調整作業の工数が低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光装置及び
投影露光方法に関し、特にレチクル上の微細パターンを
投影レンズを介して基板上に露光・転写する投影露光装
置及び投影露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の投影光学露光装置においては、図
７に示されるように、その投影レンズ系１は所定の曲率
半径をもったレンズ２ａ〜２ｇ（２ｃ〜２ｆは符号不図
示）を組み合わして構成されていた。図中、各レンズ２
ａ〜２ｇは、これらレンズを保持する枠３（以下、レン
ズ枠と呼ぶ）を介して投影レンズ鏡筒４内に、所定の順
序で各レンズの光軸を一致させて順次嵌入され、各レン
ズ間の空気間隔５ａ〜５ｆ（レンズ中心における相隣る
レンズの隔たり）を設計値又は指示値にしたがって加
工、調整しながら組み立てて完成されている。ここで、
５ａ、５ｆはそれぞれレンズ２ａとレンズ２ｂの間隔、
レンズ２ｆとレンズ２ｇの間隔を示す。

【０００３】前記レンズ間の空気間隔を調整する作業
は、前記投影レンズの諸収差を改善し解像度等の性能を
向上させる重要な工程の一つとなっている。

【０００４】さらに、前記投影レンズの性能向上の要請
により、レンズ枚数の増加、レンズの大口径化が余儀な
くされ、前記空気間隔調整のためのレンズ枠端面の加工
及びレンズ枠の投影レンズ鏡筒への嵌入・組立は、より
一層慎重且つ正確に行われている。

【０００５】大口径の投影レンズともなれば、完成重量
が１００ｋｇに達するものも珍しくない。こうして完成
された投影レンズ系１は投影露光装置本体の所定の場所
にフランジ６を介してボルト等で固定されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術において、投影露光装置から投影レンズ鏡筒４を
含む投影レンズ系１を取り外すことは勿論の事、投影レ
ンズ鏡筒４内に嵌入されたレンズ枠３を取り出すことも
非常に工数のかかる調整作業であるという問題があっ
た。また仮に投影レンズ系１を取り外し再調整後取り付
けたとしても、この種の投影レンズ系１の性能には、な
お僅かの非点収差や歪曲収差が残存するという問題と、
この投影露光装置で投影露光すべき基板上に塗布された
感光材の種類や厚さに応じて球面収差を最適化すること
が微細パターンの転写には望ましいという要請とがあっ
た。

【０００７】特に、非点収差はよく補正された前記投影
レンズ系１においても像面が投影レンズ側に放物面のよ
うに僅かの湾曲をもっており、この湾曲した像面はペッ
ツバール像面（数学者、Ｐetzvａlによって証明され、
非点収差が除かれているときのみ映像はぺッツバール面
上にある）と呼ばれている。ペッツバール像面は光軸に
垂直な平面ではないので、いかにして像面を平坦化し、
光軸に垂直な面とするかが課題であった。

【０００８】また前記基板上に露光・転写される微細パ
ターンでは、特開平２−２７８８１１に開示されている
ように前記基板上に塗布された感光材によっては露光現
像後に「膜減り」と言う現象が起こり、理想的には転写
された微細パターンの断面において矩形形状の所定の厚
さで未露光領域が残るべきところ、膜厚が小さくなると
いう露光による微細パターンの不完全さがあり、解像度
が低下していた。

【０００９】以上のように本発明は、投影露光装置にお
ける投影レンズの調整作業の煩雑さを低減し、また投影
露光装置で形成される微細パターンの「膜減り」を防止
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明による投影露光装置は、図１に
示されるように、レチクル上のパターンを感光性基板Ｗ
に投影し該感光性基板を露光する投影露光装置におい
て；前記パターンを投影する投影レンズ系１１ａと；該
投影レンズ系の前記感光性基板側に設けられ、前記投影
レンズ系の収差を補正する収差補正手段１１ｂとを備え
る。

【００１１】このように構成すると、投影レンズ系の収
差を補正する収差補正手段が投影レンズ系の感光性基板
側に設けられているので、投影レンズ系を露光装置にと
りつけたまま収差の補正ができ、収差の調整作業の工数
が低減できる。

【００１２】以上の発明においては、請求項２に記載の
投影露光装置のように、前記収差補正手段が、前記投影
レンズ系に取り付けられた、２つの平行な平面を有する
平行平面ガラス体であり、該平行平面ガラス体が、前記
平行な平面の少なくとも一方の面に所定の曲率を有して
おり、該所定の曲率が、前記投影レンズ系に前記平行平
面ガラス体を取り付けた際、光学的再現性が維持できる
範囲内にあることを特徴としてもよい。平行平面ガラス
体は、典型的には光学ガラスで形成された平行平面ガラ
ス板である。

【００１３】ここで、２つの平行な平面とは巨視的観点
から平行な平面であることを意味し、平面の概念からは
ずれることのない所望の球面曲率、例えば微視的にはニ
ュートンリングの数縞分の曲率の球面を有する面も平面
として扱う。また光学的再現性が維持できる範囲とは、
ニュートンリング１０縞分、望ましくは５縞分、さらに
望ましくは３縞分とする。１縞分の厚さは、使用する光
を例えばｇ線とすれば波長は４３６ｎｍなので、２１８
ｎｍである。

【００１４】このように構成すると、収差補正手段が、
前記投影レンズ系に取り付けられた、２つの平行な平面
を有する平行平面ガラス体であるので、投影レンズへの
着脱が容易に行える。また所定の曲率により、球面収差
を補正できる。

【００１５】以上の発明においては、請求項３に記載の
装置のように、前記収差補正手段が、感光性基板の特性
に応じて選定されて構成されてもよい。

【００１６】この場合、収差が感光性基板の特性に応じ
てなされるので、感光性基板の感光剤の性質によって生
じ得る膜減りを防止することができる。

【００１７】さらに以上の発明においては、請求項４に
記載の投影露光装置のように、前記収差補正手段が、前
記投影レンズ系に対して挿脱可能に構成されてもよい。

【００１８】この場合、収差補正手段が投影レンズ系に
対して挿脱可能に構成されているので、必要に応じて適
切な補正手段を選択し装着できる。

【００１９】請求項５に係る発明による投影露光方法
は、レチクル上のパターンを感光性基板に投影し該感光
性基板を露光する投影露光方法において；前記パターン
を投影する投影レンズ系の前記感光性基板側に、前記投
影レンズ系の収差を補正する収差補正手段を挿脱するこ
とによって、前記投影レンズ系の収差を補正する工程
と；前記投影レンズを用いて前記パターンを前記感光性
基板に投影し前記感光性基板を露光する工程とを備える
ことを特徴とする。

【００２０】このように構成すると、収差補正手段を投
影レンズ系の感光性基板側に挿脱するので、投影レンズ
系を投影露光装置にとりつけたまま収差の補正ができる
ので、投影露光の全体工数が低減できる。

【００２１】ここで、請求項６に記載の投影露光方法の
ように、前記投影レンズ系の解像度を調べる工程と；前
記解像度を調べる工程で得られた解像度テストデータに
基づいて前記収差補正手段の特性を定める工程とをさら
に備え；前記補正する工程で挿脱する収差補正手段を、
前記特性を定める工程で定められた特性を有する収差補
正手段とすることを特徴とする。

【００２２】このように構成すると、解像度を調べる工
程で得られた解像度テストデータに基づいて前記収差補
正手段の特性を定め、補正する工程で挿脱する収差補正
手段を、前記記特性を定める工程で定められた特性を有
する収差補正手段とするので、補正手段を投影レンズの
解像度に応じて投影レンズを装着したまま適切に補正で
きる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図６は、本発明による投影露光装
置の実施の形態を示す概略構成図である。図中、照明レ
ンズＬ、レチクルＲ、投影レンズ系ＰＬ、収差補正手段
１００がこの順番で、投影レンズ系ＰＬの光軸に沿って
配列されており、収差補正手段１００の先には、投影レ
ンズ系ＰＬについてレチクルＲと共役な位置にあるよう
に、基板であるウエハＷが、基板ステージＳＴの上に載
置されている。この実施の形態では、収差補正手段１０
０は投影レンズ系ＰＬの光軸に平行平面が直交するよう
に置かれた、光学ガラスで作られた２枚の平行平面ガラ
ス板から構成されている。

【００２４】ここで本発明の原理を説明する。一般に写
真レンズにおいて、特定波長透過、有害波長遮断等の波
長選択や減光の目的でフィルターが併用される。フィル
ターは一種の平行平面ガラスであって写真レンズの場
合、平行平面ガラスによって生ずる球面収差、非点収差
（像面湾曲）、歪曲収差が写真レンズ自身の性能を劣化
させる大きな収差とならないように、屈折率、厚さ、平
行度、研磨面精度、取り付け位置等が考慮されている。
このことは顕微鏡の対物レンズとカバーガラスの関係に
おいても同様である。

【００２５】しかしながら、本発明では前記平行平面ガ
ラスの前記諸収差を積極的に投影レンズの収差補正手段
として用いるところが、前記写真レンズ用フィルターや
顕微鏡のカバーガラスと異なる点である。

【００２６】例えば、２枚の平行平面ガラスを用いる場
合に、一方は平行平面ガラスの厚さの異なったもの、他
方は面に平面でなく所望の球面を与えたものを組み合わ
せて用いる。平行平面ガラスの厚さの選択は前記投影レ
ンズのペッツバール像面を光軸に垂直で平坦な像面を作
り、歪曲収差も小さくできる。また、平行平面ガラスの
球面化は前記基板上に塗布された感光剤に対する前記投
影レンズの球面収差を最適化するので「膜減り」を防ぐ
ことができる。

【００２７】図１〜図５の断面図を参照して、本発明に
用いる投影レンズ系組立体の実施例を説明する。なお、
各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一
符号を付し、重複した説明は省略する。

【００２８】図１に本発明の第１の実施例を示す。図
中、投影レンズ系組立体１１は、投影レンズ系１１ａ
と、その投影レンズ系１１ａの光軸方向に投影レンズ系
１１ａと組み合わされる収差補正手段１１ｂとを含む。

【００２９】投影レンズ系１１ａは、この例では、投影
レンズ鏡筒１１４に所定の曲率半径をもった７枚のレン
ズ１１２ａ〜１１２ｇ（１１２ｃ〜１１２ｆは符号不図
示）を組み合わせて構成されている。図中、各レンズ１
１２ａ〜１１２ｇは、これらレンズを保持する枠１１３
ａ〜１１３ｇ（以下、レンズ枠と呼ぶ）を介して投影レ
ンズ鏡筒１１４内に、所定の順序で各レンズの光軸を一
致させて順次嵌入され、各レンズ間の空気間隔１１５ａ
〜１１５ｆ（レンズ中心における相隣るレンズの隔た
り）を設計値又は指示値にしたがって加工、調整しなが
ら組み立てて完成されている。ここで、１１５ａ、１１
５ｆはそれぞれレンズ１１２ａとレンズ１１２ｂの間
隔、レンズ１１２ｆとレンズ１１２ｇの間隔を示す。他
の空気間隔１１５ｂ〜１１５ｅとレンズの関係も同様で
ある。

【００３０】各レンズ枠１１３ａ〜１１３ｇは、円環状
に形成され、その円環の内側にそれぞれレンズ１１２ａ
〜１１２ｇを保持する枠であり、外径は投影レンズ鏡筒
１１４の内径とほぼ同一で僅かに小さく作られている。
そのレンズ枠１１３ａ〜１１３ｇは所定の順序に従い、
それぞれ投影レンズ鏡筒１１４に嵌入され、押え環１１
７の軸力によって固定されている。レンズ枠１１３ａ〜
１１３ｇは、その軸方向の厚さにより各レンズ同士の間
隔である空気間隔を定めるスペーサとして作用する。

【００３１】押え環１１７は円環状に形成されており、
その内径はほぼレンズ枠１１３ａ〜１１３ｇの内径と同
一であり、外径には外ねじ１１７ａが切られている。

【００３２】投影レンズ鏡筒１１４の上端部内側には内
ねじ１１４ａが切られており、この内ネジ１１４ａに、
押さえ環１１７の外ねじ１１７ａがねじ込まれ、レンズ
枠１１３ａ〜１１３ｇを抑えて固定する軸力を発生す
る。

【００３３】投影レンズ鏡筒１１４には、その長手方向
（レンズ光軸方向）中間部外周部に投影レンズ鏡筒１１
４の一部をなすフランジ１１６が、その面が光軸に直交
するように形成されている。投影レンズ鏡筒１１４は、
このフランジ１１６を介して、投影露光装置（図６）本
体（不図示）にボルト（不図示）により取り付けられ
る。

【００３４】次に、レンズ鏡筒１１４の下端部、即ち押
さえ環１１７が取り付けられたのと反対側の端部に、２
枚の平行平面ガラス板１０１ａ、１０１ｂがそれぞれ保
持枠１０２ａ、１０２ｂに装着されて、取り付けられて
いる。該先端部が、図６に示される投影露光装置では、
基板Ｗ側となる。保持枠１０２ａ、１０２ｂは、円環状
に形成されており、外径はレンズ鏡筒１１４の外径とほ
ぼ同一であり、内径はレンズ枠１１３ａ〜１１３ｇの内
径とほぼ同一またはそれより大きく作られている。

【００３５】本実施例では、保持枠１０２ａ、１０２ｂ
が投影レンズ鏡筒１１４の基板側端面１１８に複数の小
ネジ１１９（図１には、各保持枠につき１本ずつのみ図
示）により取り付けられ、平行平面ガラス板１０１ａ、
１０１ｂは、レンズ１１２ａ〜１１２ｇと一体になって
投影レンズ系組立体１１を構成するように組み立てられ
る。

【００３６】基板Ｗに近い側の平行平面ガラス板１０１
ａが球面収差補正用、遠い方の平行平面ガラス板１０２
ｂが像面湾曲（ペッツバール像面）および歪曲収差補正
用である。両者の位置を互いに入れ替えてもよい。また
収差補正データが一義的に決定され、平行平面ガラス板
１０１ａ、１０１ｂの最終特性（形状、寸法、材質等）
が得られる場合は、平行平面ガラス板１０１ａ、１０１
ｂを保持枠 １０２ａ、１０２ｂを介して投影レンズ鏡
筒１１４の基板側端面１１８に接着等の永久固定をして
もよく、固定方法は問わない。

【００３７】ここで、平行平面ガラス板１０１ａの基板
側の平面には、僅かな曲率で球面に形成されている。そ
の曲率は、該投影レンズ系の光学的再現性が維持できる
範囲の値に作られている。曲率は、本実施例ではニュー
トンリングのほぼ１縞分であるが、その範囲は１０縞
分、望ましくは５縞分、さらに望ましくは３縞分以内と
する。１縞分の厚さは、使用する光を例えばｇ線とすれ
ば波長は４３６ｎｍなので、２１８ｎｍである。このよ
うな曲率が与えられている場合も、その面は非常に平面
に近いので、そのような収差補正手段をも平行平面ガラ
ス板と呼ぶことにする。

【００３８】本実施例では、平行平面ガラス板１０１ａ
の基板側の面に曲率が与えられているが、反対側の面で
あってもよいし、また例えば２縞分の曲率を与える場
合、両面に１縞分ずつ分けてもよい。球面は凸凸の組み
合わせの他、凹凹の組み合わせも用いる。

【００３９】図２に、本発明の第２の実施例を示す。本
実施例では、２個の保持枠１０３ａ、１０３ｂが、保持
枠１０３ａ、１０３ｂの外側に切られた外径細目ねじと
レンズ鏡筒１１４の内側に切られた内側細目ねじ１０４
により取り付けられている例である。このようにする
と、特殊な工具を用いずに保持枠１０３ａ、１０３ｂが
着脱できる。

【００４０】図３に、本発明の第３の実施例を示す。本
実施例は、バヨネット・カップリング１０５により着脱
する例である。レンズ鏡筒１１４の先端部にバヨネット
ソケットが形成されており、そこにレンズ保持枠に形成
されたバヨネットの突起がはまり込むようになってい
る。

【００４１】図４に、本発明の第４の実施例を示す。本
実施例は、保持枠１０６を旋回させてレンズ鏡筒１１４
に着脱する例である。図中、旋回中心となるピン１０８
は、レンズ鏡筒１１４の外周部、先端部近傍に形成され
た突起１０７ａの穴に、レンズ１１２ａ〜１１２ｇの光
軸に平行に固定されている。平行平面ガラス板１０２ａ
の保持枠１０６は、円環状でその外周部の一部に突出部
１０７ｂがあり、そこに平行平面ガラス板１０２ａの平
面に垂直な方向に穴があいており、その穴にピン１０８
が貫通し、保持枠１０６がレンズ鏡筒１１４に旋回自在
に取り付けられている。

【００４２】保持枠１０６は、ピン１０８を中心として
旋回し、レンズ１１２ａ〜１１２ｇの光路中に平行平面
ガラス板１０２ａを挿入し、あるいは光路から外すこと
ができる。

【００４３】図５に、本発明の第５の実施例を示す。本
実施例は、保持枠１０９をスライド機構により着脱する
例である。図中、平行平面ガラス板の保持枠１０９は、
スライド状の枠に形成されており、レンズ鏡筒１１４の
基板側先端部には、このスライドを出し入れできるスリ
ットが形成されている。スリットのスライドを受容し摺
動させる面はレンズ１１２ａ〜１１２ｇの光軸に直交す
るように形成されている。

【００４４】スライド状の枠１０９を、スリットに挿入
しあるいは引き抜くことによって平行平面ガラス板をレ
ンズ１１２ａ〜１１２ｇの光路中に挿入し、あるいは光
路から外すことができる。スライド状枠１０９は、スラ
イド駆動機構１１０により挿脱してもよい。

【００４５】以上のように、本発明によれば、投影レン
ズ鏡筒を投影露光装置本体に組み込んだままで、投影レ
ンズの収差補正を投影レンズ鏡筒の外部から基板側で行
うことができる。

【００４６】図６を参照して、本発明による投影露光方
法の実施の形態を説明する。図中、レチクルＲ上のパタ
ーン（不図示）を投影する投影レンズ系ＰＬの感光性基
板Ｗ側に、投影レンズ系ＰＬの収差を補正する、２枚の
平行平面ガラス板からなる収差補正手段１００を装着す
る。このとき、２枚の平行平面ガラス板の形状（平面を
僅かな球面とするか否か等）、寸法（曲率の値、平行平
面ガラス板の厚さ等）、材質（ガラスの屈折率等）を、
投影レンズ系の解像度を調べ、その値にしたがって定め
てもよい。このようにして、投影レンズ系の収差を補正
した投影露光装置により、感光性基板を露光する。

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、収差補正
手段が感光性基板側に設けられるので、投影露光装置を
製造している途中及び完成後において、投影レンズ径を
投影露光装置本体から取り外すことなく、また投影レン
ズ系を構成するレンズ間の空気間隔を再調整することも
なく、収差補正手段例えば平行平面ガラス体を装着する
ことにより、投影レンズ系の残存する像面湾曲（ペッツ
バール像面）および歪曲収差が補正可能となる。

【００４８】また、感光性基板の特性例えばその上に塗
布された感光剤の種類、厚さに応じて投影レンズ系の球
面収差を最適化でき、基板上に形成されるパターンの
「膜減り」を抑えた解像度の高い微細パターンを効率よ
く得ることができる。

【００４９】特に、解像度を調べる投影レンズの空間像
評価および焼き付け像評価の各工程で得られた解像度テ
ストデータから収差補正手段、例えば平行平面ガラスの
特性を定めることができるので、投影レンズ系を取り付
けたまま、またレンズ枠群を分解せずに容易に補正でき
るので、投影レンズ系の性能向上と共に投影露光装置の
製造において生産性を大きく向上するものである。

【００５０】また、本発明の投影露光方法によれば、投
影レンズ系の収差が容易に補正できるので、投影露光の
効率が向上する。

【００５１】更に、平行平面ガラスを投影レンズの前記
基板側の収斂光束の光路に設置することにより、レチク
ル側に配置するよりも比較的小径の部材となり、経済的
である他に研磨面の精度が得易い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に用いる投影レンズ系組
立体の断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例に用いる投影レンズ系組
立体の断面図である。

【図３】本発明の第３の実施例に用いる投影レンズ系組
立体の断面図である。

【図４】本発明の第４の実施例に用いる投影レンズ系組
立体の断面図である。

【図５】本発明の第５の実施例に用いる投影レンズ系組
立体の断面図である。

【図６】本発明による投影露光装置の実施の形態の概略
構成図である。

【図７】従来の投影露光装置に用いられる投影レンズ系
の組立断面図である。

【符号の説明】

１２、１３、１４、１５ 投影レンズ系組立体 １００ 収差補正手段 １０１ａ、１０１ｂ 平行平面ガラス板 １０２ａ、１０２ｂ 保持枠 １０３ａ、１０３ｂ 保持枠 １０４ 細目ねじ １０５ バヨネット １０６ 保持枠 １０７ 突出部 １０８ ピン １０９ スライド保持枠 １１０ スライド駆動機構 １１２ａ〜１１２ｇ 投影レンズ系を構成するレンズ １１３ａ〜１１３ｇ レンズ枠 １１４ レンズ鏡筒 １１５ａ〜１１５ｆ 空気間隔 １１６ フランジ １１７ 押え環 １１８ 基板側端面 １１９ 小ネジ ＰＬ 投影レンズ系 Ｒ レチクル Ｗ 基板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レチクル上のパターンを感光性基板に投
   影し該感光性基板を露光する投影露光装置において；前
   記パターンを投影する投影レンズ系と；該投影レンズ系
   の前記感光性基板側に設けられ、前記投影レンズ系の収
   差を補正する収差補正手段とを備えることを特徴とす
   る；投影露光装置。
2. 【請求項２】 前記収差補正手段が、前記投影レンズ系
   に取り付けられた、２つの平行な平面を有する平行平面
   ガラス体であり、該平行平面ガラス体が、前記平行な平
   面の少なくとも一方の面に所定の曲率を有しており、該
   所定の曲率が、前記投影レンズ系に前記平行平面ガラス
   体を取り付けた際、光学的再現性が維持できる範囲内に
   あることを特徴とする；請求項１に記載の投影露光装
   置。
3. 【請求項３】 前記収差補正手段が、前記感光性基板の
   特性に応じて選定されて構成される、請求項１または請
   求項２に記載の投影露光装置。
4. 【請求項４】 前記収差補正手段が、前記投影レンズ系
   に対して挿脱可能に構成された、請求項１乃至請求項３
   のいずれかに記載の投影露光装置。
5. 【請求項５】 レチクル上のパターンを感光性基板に投
   影し該感光性基板を露光する投影露光方法において；前
   記パターンを投影する投影レンズ系の前記感光性基板側
   に、前記投影レンズ系の収差を補正する収差補正手段を
   挿脱することによって、前記投影レンズ系の収差を補正
   する工程と；前記投影レンズを用いて前記パターンを前
   記感光性基板に投影し前記感光性基板を露光する工程と
   を備えることを特徴とする；投影露光方法。
6. 【請求項６】 投影レンズ系の解像度を調べる工程と；
   前記解像度を調べる工程で得られた解像度テストデータ
   に基づいて前記収差補正手段の特性を定める工程とをさ
   らに備え；前記補正する工程で挿脱する収差補正手段
   を、前記特性を定める工程で定められた特性を有する収
   差補正手段とすることを特徴とする；請求項５に記載の
   投影露光方法。