JPS6235620A - 光学倍率補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光学倍率補正装置、特に投影光学系の結像光
学系の倍率特性の補正装置に関し、更に詳細には、半導
体焼付装置（マスクアライナ）等で使用される投影光学
系において、原板（例えばマスク、レクチル）の像を対
象物（例えばウェハ）に投影露光するに際し、より正確
な結像関係を得るための付加光学系としての倍率補正装
置に関する。

［従来の技術］ 半導体装置は、幾種類もの異なるパターンを有する原板
（マスク又はレクチル）をシリコンウェハ上に重ね焼き
しながら、各焼付は工程の合い間に所要の工程、例えば
不純物拡散、エツチング、酸化処理などを組み入れて製
造される。集積回路という名が示す通り、ウェハ上の単
位面積当りにいかに多くの機能素子（トランジスタ、キ
ャパシタンスその他）を作り込めるかということが重要
で、このような集積度を上げるためにはマスクアライナ
の解懺性能の向上のみならず、光学系の像の重ね合せ精
度の向上が不可欠である。

マスクアライナにおける重ね合せ誤差は、第２図に示す
ようにアライメント誤差Ａと、像歪（ディストーション
）誤差Ｂと、倍率誤差Ｃとの各要素の一部ないし全部の
組み合せ結果りとして発生する。このうち、アライメン
ト誤差はマスクとウェハの相対位置調整（アライメント
）で解消され得るが、像歪誤差Ｂと倍率誤差Ｃはアライ
メント調整では解消できず、装置に対してこの様な結像
誤差の減少が強く要求されている。

前）ホのような像歪誤差と倍率誤差の評価について、投
影光学系の光軸に対称で光軸から放射方向への距離Ｒに
一次比例した成分を倍率誤差と定義し、倍率誤差成分を
除いたその他の成分を像歪誤差と定義しているが、最近
のレンズ投影光学系の場合、両成分を含めて誤差δを約
０．２μｍ程度以内にまで抑制されている。しかしなが
らこれは、ＩＣの製造過程において複数本の投影レンズ
を使用することを考えたとき、最大０．４μｍの重ね合
せ誤差を生じることを意味する。

ところで、仮に倍率と像歪のいずれか一方を単独にコン
トロールできるならば像面内での基準としての絶対格子
に対する像のずれが最小となるように調整できる可能性
がある。

一方、このオーダーの精度を問題にする場合、投影レン
ズを大気−中に配置すると大気圧の変動による空気の屈
折率の変化の影響が無視できなくなり、これによる主に
倍率の変化が問題となる。

これに対する対策はいくつか提案されており、例えば、
投影レンズの中で倍率のみに効果のある部分の硝子部材
くレンズを含む）を相対変位させたり、或いは投影レン
ズとマスクを相対変位させる手法がある。しかしながら
、このような方法は、高性能レンズ中の各単レンズの位
置精度を考えると、メカニカルな動きによって生じる平
行偏心誤差や傾斜誤差により収差等を発生させる危険性
が大きすぎ、実際問題として採用は極めて困難である。

また別の対策法として、特定の二枚の単レンズと保持金
物とで囲まれた閉空間の圧力を調整して屈折率の変化に
より倍率を変化させる方法も提案されているが、この方
法の場合、圧力が単レンズに直接作用して、超精密加工
されたレンズ表面を変形させてしまう恐れが充分にあり
、その結果、倍率変化以上の悪影響が生じるものと考え
られる。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、前述のようなレンズ投影系のもつ倍率
ディストーションによる像歪誤差を減少し、気圧変化等
による倍率変化に対してメインレンズ系の構成と機構に
一切影響を与えることなく、従って投影レンズ系の他の
性能に対して何等悪影響を及ぼすことなく、倍率を修正
することのできる光学倍率補正装置を提供することであ
る。

［問題点の解決手段］ 本発明によれば、前述の目的を達成するために、原板の
像を投影レンズを介して対象物に投影する投影光学系内
の光軸上に微弱なパワーをもつ倍率調整レンズを前記投
影光学系の光軸方向に変位可能に配置した光学倍率補正
装置が提供される。

この場合、倍率調整レンズは像面側有効半径Ｒに対して
その曲率半径ｒｔＪ＜ｒ／Ｒ≧１００００であるような
微弱パワーのものを用いるのがよく、また例えば投影レ
ンズの像面側がテレセントリックな系の場合、倍率調整
レンズを投影レンズと像面間に配置するのがよい。

倍率調整レンズは、投影レンズが像面側でテレセントリ
ックな場合、投影レンズ側が平面で像面側が球面の凸レ
ンズであってよく、或いは相補関係を有する凹レンズと
凸レンズの二枚のレンズを倍率調整レンズとして投影レ
ンズと像面との間に配置して、二枚のレンズの互いに向
い合う面をそれぞれ凹凸の各球面にし他の面をそれぞれ
平面にし、両レンズを相対的に変位させるようにして投
影レンズの主光線の方向を像面まで維持させるようにし
てもよい。

［作用］ 本発明の光学倍率補正装置では、投影光学系内に独立し
た倍率調整レンズを配置してその変位を調整することに
より像面上での倍率を可変とするものであり、倍率調整
レンズのパワーを微弱に保つ限り、実際上問題となるほ
どの収差は生じない。

従って投影レンズ系の構成・機能と独立して倍′＄変化
を付与することかでき、重ね合せ誤差の解決策のひとつ
として応用可能である。

［実施例］ 第１図は本発明の基本的な実施例を示す光路説明図で、
投影レンズ系の像面側端レンズ１と結像面２との間に倍
率調整レンズ３が一枚配置されており、該レンズ３が投
影レンズ光軸４上を第１の位置５から第２の位置６へ変
位したときの倍率の変化による像の半径方向の大きさの
変化が図示されている。

本発明の基本原理は単純であり、これを第１図と共に説
明すれば以下の通りである。

尚、第１図において投影レンズ１の像面側はその主光線
の向きが光軸４と平行になるテレセン１〜リンクに構成
されているが、アライナ−に用いられる投影レンズでも
フォーカス位置の変動によって倍率が変化しないように
、このようなテレセンドリンク構成になっているのが一
般的である。

今、倍率調整レンズ３が無い場合、一本の主光線７が光
軸４からＲＯの距離で結像面２と交差する。

この系に、片面が平面で他面が極めて大きな曲率半径ｒ
を持った倍率調整レンズ３を位置５に挿入した場合、主
光線７はレンズ３の球面のＰ点で微小角θ０屈折し、結
像面２とＲＡの半径で交差する。この倍率調整レンズ３
を光軸４に沿ってΔＺだけ平行移動して位置６に置くと
、主光線７は結像面２と半径ＲＢで交差するようになり
、この場合の交差位置の変化儂ΔＲは、 ΔＲ＝ＲＢ−ＲＡ ＝ΔＺ　ｔａｎθ０キΔＺθｏ（ｒａｄ）となる。

すなわち、倍率調整レンズ３を光＠４に沿って△Ｚだけ
変位させると、倍率変化Δβとして、Δβ−ΔＲ／ＲＡ
−ΔＺθｏ／ＲＡ を生じることになる。

以上が基本原理であるが、第１Ａ図に示すＡ部拡大図か
ら明らなかように、投影光学系への独立した倍率調整光
学系の付加は、倍率だけでなく結像位置についても変化
をもたらし、その意味で主投影レンズ系の設計時に付加
光学系を配慮しておくことは重要なことである。尚、第
１図において倍率調整レンズ３が無いときの結像面位置
を符号８で示してあり、また第１図ではレンズ３の曲率
や屈折角を説明のために誇張して描いていることは述べ
るまでもない。また図示の如き倍率調整レンズであれば
倍率のみならず収差も発生し、その位置保持精度（姿勢
精度）も問題となるので、レンズ３の構成および変位支
持機構には充分な考慮が必要である。具体的な数値を挙
げて説明すれば、現在の投影露光装置に用いられている
投影レンズ系の有効像面開口径は約２０１１１ｉｎであ
るから、倍率調整レンズ３の像面側有効半径ＲをＲ＝１
０ｍｍとし、また倍率調整の必要レンジは大きく見積っ
てもΔＲ＝１．０μｍであるとする。倍率調整レンズ３
の変位但が最大でΔＺ＝２０ｍｍとれるとすると、屈折
角θ０としては、 θ０＝ΔＲ／ΔＺ−０，００１／２０ ＝０．００００５　（ｒａｄ　）（−１０秒）となる。

第１Ａ図でレンズ３の硝子の屈折率を１．５とすると、
レンズ３の半径ＯＰと主光線７のなす入射角αＯと出射
角α１の関係は、１　、０／ｓｉｎ　ａｏ　＝　１　、
５／ｓｉｎ　ａｔここでαＯとα１は微小であるので、
上式から１．５αＯＲαＩ またθ０＝αｌ−α０であるから、 θ０　＝０．５α０ つまりα０＝２θＯ−０，０００１（ｒａｄ　）従って
レンズ３の球面の曲率半径ｒは、α０が微小であるから
１ 、ｒ　＝Ｒ／αｏ　＝１０１０．０００１＝１００００
０ｍｍ（＝１００ｍ　　）となる。

このレンズ３の必要な有効径を５０ｍｍとすると、レン
ズ中心と周辺との高低差（厚みの差）は３．２ｕｒｎ程
度となり、Ｈｅ　Ｎｅ　　（６３２８人）の干渉縞で１
０本程度の極めて平面に近い球面となる。

従って上述の程度の曲率より大きな曲率の球面を持った
レンズは、投影露光装置に使用されるような高精度高解
像力の投影光学系内に付加しても問題となるほどの収差
を生じることもなく、はぼ平行平面硝子として扱うこと
ができる。従ってその姿勢精度や上下駆動位置精度も現
有技術の範囲内で達成可能であり、高性能レンズに要求
されるものよりも低いレベルの精度でよい。

第３図は本発明の光学倍率補正装置を組み込んだ投影露
光装置の投影光学系の概略を示している。

第３図において、３１は光源ランプ、３２は反射凹面鏡
、３３はレンズ、３４は反射ミラー、３５はコンデンサ
レンズ、３６は原板としてのレクチル、３７は投影レン
ズ、３８は対象物としてのウェハであり、投影レンズ３
７とウェハ３８との間に本発明に係る倍率調整レンズ３
が配置されている。

本発明において、倍率調整レンズ３を挿入する位置につ
いてはレクチルとウェハ間であれば特に規定しないが、
主投影レンズに対して影響度が少ないという意味でレク
チルと投影レンズの間、或いは投影レンズとウェハの間
に配置するのがよい。

第４図に本発明の変形例を示ず。この例では投影レンズ
４１と結像面４２との間に二枚の倍率調整レンズ４３と
４４が平行に配置されている。一方のレンズ４３は投影
レンズ側が平面で池面が凹球面の凹レンズであり、他方
゛のレンズ４４は像面側が平面で他面が凸球面の凸レン
ズであり、両レンズ４３．４４は互いに相補的な関係と
なるように、互いに向い合う凹凸球面の曲率を適当に選
んで同等パワーとなるように構成されている。このよう
にして両レンズ４３．４４の相対距離を変化させること
により、投影レンズ４１のもつ主光線４５の光軸４６に
対する平行性を結果的に保った状態で結像面４２に主光
線を交差させ、倍率を可変としたものである。

［発明の効果］ 以上に述べたように、本発明ににれば、投影レンズ系の
機能と性能に悪影響を与えることなしに独立の付加レン
ズによって結像倍率の補正が可能であり、収差を与えず
に倍率ディストーションによる誤差補正が可能となるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す光路説明図、第１Ａ図
は第１図Ａ部の拡大図、 第２図は重ね合せ誤差の説明図、 第３図は投影露光装置への適用例を示す光学系統図、 第４図は本発明の変形例を示す光学系系統図である。 １：投影レンズ（端レンズ）、２：結像面、３：倍率調
整レンズ、４：光軸、７：主光線、４３：倍率調整用凹
レンズ、４４：倍率調整用凸レンズ。 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原板の像を投影レンズを介して対象物に投影する投
   影光学系における光学倍率補正装置において、前記投影
   光学系内の光軸上に微弱なパワーをもつ倍率調整レンズ
   を前記投影光学系の光軸方向に変位可能に配置してなる
   ことを特徴とする光学倍率補正装置。 ２、倍率調整レンズの曲率半径ｒと像面側有効半径Ｒと
   の関係がｒ／Ｒ≧１００００である特許請求の範囲第１
   項に記載の光学倍率補正装置。 ３、投影光学系の投影レンズの像面側がテレセントリッ
   ク光学系を構成し、倍率調整レンズが前記投影レンズと
   像面との間に配置されている特許請求の範囲第１項に記
   載の光学倍率補正装置。 ４、倍率調整レンズとして、投影レンズ側が平面で像面
   側が曲率半径ｒの球面からなる凸レンズを配置した特許
   請求の範囲第３項に記載の光学倍率補正装置。 ５、倍率調整レンズとして、相補関係を有する凹レンズ
   と凸レンズからなる二枚のレンズを相対変位可能に配置
   し、これら二枚のレンズの互いに向い合う面を球面にし
   て他の面を平面とした特許請求の範囲第３項に記載の光
   学倍率補正装置。