JP2000306829A - 投影露光装置、及び素子製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スキャン露光方式でも、マスクのパターンの像
を正確に基板上に形成する。 【解決手段】基板ステージ（ＷＳＴ）の位置情報を計測
可能な、スキャン方向に平行な２つの計測軸とそのスキ
ャン方向と直交する２つの計測軸とを含む５つの計測軸
を有する干渉計システム（１９ｘ₁，１９ｘ₂，１９
ｙ₁，１９ｙ₂，１９ｙ _a）を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は投影露光装置に関し、特
に半導体集積回路や液晶デバイス製造用のスキャン方式
の投影露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の装置においては、結像特性
を高度に維持する必要があるため、結像特性の補正機能
を有しているものが多い。結像特性が変動する要因とし
ては、大気圧、気温等の外部環境の変化と投影光学系が
露光光線をわずかながらも吸収することとによって発生
するものがある。環境の変化に対しては、例えば特開昭
６１−１８３９２８号公報に開示されているように大気
圧等をセンサーでモニターし、それに応じて補正を行っ
ている。また露光光の吸収に対しては例えば特開昭６０
−７８４５４号公報に開示されているように投影光学系
に入射する光エネルギーを測定し、その値に基づいて露
光光吸収によって発生する結像特性の変化を計算して補
正を行う方法が知られている。この場合、マスクを介し
て投影光学系に入射する光エネルギーは例えば、基板ス
テージ上に設けられた光電センサーにて検出される。さ
らに投影光学系にはマスク側から入射する投影露光用の
光エネルギーの他に、感光基板上で反射され再び投影光
学系に入射する光エネルギーも存在し、この光エネルギ
ーもその強度によっては投影光学系の結像特性を変化さ
せる原因となる。これに対しては、例えば特開昭６２−
１８３５２２号公報に開示されているように、感光基板
からの反射光を投影光学系、マスクを介して受光する光
電センサーを照明光学系内に設けることによって測定
し、この反射光エネルギーによる結像特性の変化分を考
慮してトータルの結像特性の変化を計算する方法があ
る。この場合、照明光学系内に光電センサーがあるた
め、光学部材やマスクパターン等からの反射光が基板か
らの反射光と同時に光電センサーに入射してしまう。そ
のため、この方法では、互いに異なる既知の反射率を持
った基準反射面の複数を基板ステージ上に設けておき、
これらの基準反射面に対する光電センサーの各出力比を
予め求めておき、この比に基づいて感光基板の反射率
（正確には反射強度）を求めることとしている。このよ
うに、マスクパターンからの反射光が感光基板からの反
射光に重畳してくることから、マスクを交換する毎に複
数の基準反射面のセンサー出力を求めるか、予め測定し
て登録する作業が必要となってくる。

【０００３】従来は以上の様な方法により、露光光の吸
収による結像特性の変化量を求め、補正を行ってきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の方式は、
マスク全体を一度に感光基板上に投影露光する方式（一
括露光方式、もしくはフル・フィールド方式と呼ばれ
る）を前提として開発されたものである。ところが、近
年マスク上のパターン領域の一部をスリット状に照明
し、マスクと感光基板を互いに移動しつつ露光する方
式、いわゆるスキャン露光方式が開発されている。この
方式では、マスクを照明する領域が一括露光方式に比べ
て小さいため像歪みの量、あるいは照度の不均一性が小
さいという利点があるのみならず、スキャン方向に関し
ては投影光学系のフィールドサイズの制限を受けずに大
面積露光できるという利点がある。

【０００５】しかしながら、スキャン露光方式の露光装
置では、マスクをスリット状照明光に対して走査してい
る間、投影光学系に入射するエネルギーが一定ではなく
変化する。これは例えば、マスクに設けられた遮光部
（パターン中のクロム層）の面積がマスク上のスリット
照明領域の位置に応じて異なるため、スキャン露光中に
投影光学系に入射するエネルギー量が異なることに起因
するものである。

【０００６】また、マスクパターンからの反射光もマス
クの位置に応じて異なることになり、必然的に感光基板
で反射して投影光学系に入射するエネルギー量の検出精
度も、従来のままでは悪化することになる。

【０００７】以上のようなことから、露光光吸収による
結像特性の変化量を正確に求めて補正を行うことができ
ないという問題点があった。

【０００８】本発明は、マスクのパターンの像を基板上
に良好に形成することができるスキャン露光方式の投影
露光装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】マスク（Ｒ）を第１方向
へ移動するとともに、基板（Ｗ）を第２方向へ移動する
ことによって、基板を走査露光する投影露光装置におい
て、マスクを保持して移動可能なマスクステージ（ＲＳ
Ｔ）と、基板を保持して移動可能な基板ステージ（ＷＳ
Ｔ）と、そのマスクステージの位置情報を計測可能な第
１干渉計システム（１４）と、その第２方向に平行な２
つの計測軸と前記第２方向とほぼ直交する２つの計測軸
とを含む５つの計測軸を用いて前記基板ステージの位置
情報を計測可能な第２干渉計システム（１９ｘ₁，１９
ｘ₂，１９ｙ₁，１９ｙ₂，１９ｙ_a）とを備えるようにし
たものである。

【００１０】

【作用】本発明は、スキャン方向（第２方向）の基板ス
テージの位置、およびそのスキャン方向と直交する非ス
キャン方向の基板ステージの位置の各々を複数の計測軸
を使って計測することができるばかりでなく、２対の計
測軸で基板ステージの回転情報を計測することができる
ので、基板ステージの移動を精度よく制御することがで
き、マスクのパターンの像を基板上に所望状態で形成す
ることが可能である。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は本発明の一実施に好適な投影露光装置の
概略的な構成を示す図である。光源１を発した照明光Ｉ
Ｌはシャッター２を通過してコリメータレンズ等からな
るレンズ系４により所定の光束径に調整された後、ミラ
ー５を介してフライアイレンズ６に入射する。照明光Ｉ
Ｌは、例えばＫｒＦやＡｒＦのエキシマレーザ光、銅蒸
気レーザやＹＡＧレーザの高調波、あるいは超高圧水銀
ランプの紫外域の輝線である。シャッター２はシャッタ
ー駆動部３により光路から挿脱可能であり、光路の開閉
を制御するが、光源１がエキシマレーザ等のパルス光源
であるときは、シャッター２を光量制御用に使うことは
不要である。

【００１２】フライアイレンズ６から射出した光線はリ
レーレンズ７ａ、７ｂ、レチクルブラインド８、ミラー
９、コンデンサーレンズ１０を介して半導体の回路パタ
ーン等が描かれたレチクル（マスク）Ｒに入射する。フ
ライアイレンズ６、リレーレンズ７ａ、７ｂ、ミラー
９、コンデンサーレンズ１０の合成系は、フライアイレ
ンズ６の夫々のレンズエレメントから射出した照明光Ｉ
ＬをレチクルＲ上で重畳させレチクルＲを均一な光強度
で照明する様に構成されている。またレチクルブライン
ド８の遮光面はレチクルＲのパターン領域と共役な関係
にあり、レチクルブラインド８を構成する複数枚の可動
遮光部（例えば２枚のＬ字型の可動遮光部）をモータ１
１により開閉することにより開口部の大きさ（スリット
幅等）を調整する。この開口部の大きさを調整すること
によりレチクルＲを照明する照明領域ＩＡを任意に設定
する。レチクルＲはベース１２上に設けられたレチクル
ステージＲＳＴに真空吸着され、このレチクルステージ
ＲＳＴは照明系の光軸ＩＸに垂直な平面内でレチクルＲ
を位置決めするために、ベース１２上をエアベアリング
等を介して２次元方向に微動可能である。また、レチク
ルステージＲＳＴはリニアモータ等で構成されたレチク
ル駆動部１３によりベース１２上を所定の方向（スキャ
ン方向）に移動可能となっている。レチクルステージＲ
ＳＴはレチクルＲの全面が少なくとも照明系の光軸ＩＸ
を横切ることができるだけの移動ストロークを有してい
る。レチクルステージＲＳＴの端部には干渉計１４から
のレーザビームを反射する移動鏡１５が固定されてお
り、レチクルステージＲＳＴのスキャン方向の位置は干
渉計１４によって、例えば０．０１μｍ程度の分解能で
常時検出される。干渉計１４からのレチクルステージＲ
ＳＴの位置情報はレチクルステージ制御系１６に送ら
れ、レチクルステージ制御系１６はレチクルステージＲ
ＳＴの位置情報に基づいてレチクル駆動部１３を制御
し、レチクルステージＲＳＴを移動する。レチクルＲは
不図示のレチクルアライメント系により所定の基準位置
に精度よく位置決めされるようにレチクルステージＲＳ
Ｔの初期位置が決定されるため、移動鏡１５の位置を干
渉計１４で測定するだけでレチクルＲの位置を十分高精
度に測定したことになる。

【００１３】さて、レチクルＲを通過した照明光ＩＬ
は、例えば両側テレセントリックな投影光学系ＰＬに入
射し、投影光学系ＰＬはレチクルＲの回路パターンを例
えば１／５あるいは１／４に縮小した投影像を、表面に
レジスト（感光剤）が塗布されたウェハＷ上に形成す
る。

【００１４】本実施例による露光装置においては、図２
に示されるようにレチクル側スキャン方向（＋ｘ方向）
に対して垂直方向に長手方向を有する長方形（スリット
状）の照明領域ＩＡでレチクルＲが照明され、レチクル
Ｒは露光時に矢印Ｖｒの大きさの速度でスキャンされ
る。照明領域ＩＡ（中心は光軸ＩＸとほぼ一致）は投影
光学系ＰＬを介してウェハＷ上に投影され、投影領域Ｉ
Ａ’が形成される。ウェハＷはレチクルＲとは倒立結像
関係にあるため矢印Ｖｒ方向とは反対方向（−ｘ方向）
にレチクルＲに同期して矢印Ｖｗの大きさの速度でスキ
ャンされ、ウェハのショット領域ＳＡの全面が露光可能
となる。スキャンの速度の比Ｖｗ／Ｖｒは正確に投影光
学系ＰＬの縮小倍率に応じたものになっており、レチク
ルＲのパターン領域ＰＡのパターンがウェハＷ上のショ
ット領域ＳＡ上に正確に縮小転写される。照明領域ＩＡ
の長手方向はレチクルＲ上のパターン領域ＰＡよりも大
きく、遮光領域ＳＴの最大幅よりも小さくなるように形
成されており、スキャンすることによりパターン領域Ｐ
Ａ全面の照明を可能としている。

【００１５】再び図１の説明に戻って、ウェハＷはウェ
ハホルダ１７に真空吸着され、ウェハホルダ１７を介し
てウェハステージＷＳＴ上に保持されている。ウェハホ
ルダ１７は不図示の駆動部により、投影光学系ＰＬの最
良結像面に対し、任意方向に傾斜可能で、かつ光軸ＩＸ
方向（Ｚ方向）に微動が可能である。また、ウェハステ
ージＷＳＴは前述のスキャン方向（Ｘ方向）の移動のみ
ならず、複数のショット領域に任意に移動できるように
スキャン方向に垂直な方向（Ｙ方向）にも移動可能に構
成されており、ウェハＷ上の各ショット領域をスキャン
露光する動作と、次のショット露光開始位置まで移動す
る動作とを繰り返すステップアンドスキャン動作を行
う。モータ等のウェハステージ駆動部１８はウェハステ
ージＷＳＴをＸＹ方向に移動する。ウェハステージＷＳ
Ｔの端部には干渉計１９からのレーザビームを反射する
移動鏡２０が固定されており、ウェハステージＷＳＴの
ＸＹ方向の位置は干渉計１９によって、例えば０．０１
μｍ程度の分解能で常時検出される。ウェハステージＷ
ＳＴの位置情報（又は速度情報）はウェハステージ制御
部２１に送られ、ウェハステージ制御部２１はこの位置
情報（又は速度情報）に基づいてウェハステージ駆動部
１８を制御する。

【００１６】また、詳しい説明は省略するが、不図示の
ウェハアライメント系により前回露光され、処理がされ
たウェハＷに対してはレチクルの投影像が正確に重ね合
わせ露光がされるようにウェハＷの位置合わせが行われ
るまた、図１の装置には投影光学系ＰＬの最良結像面に
向けてピンホール、あるいはスリット像を形成するため
の結像光束を光軸ＩＸ方向に対して斜め方向より供給す
る照射光学系２２と、その結像光束のウェハＷの表面で
の反射光束をスリットを介して受光する受光光学系２３
とから成る斜入射方式のウェハ位置検出系（焦点検出
系）が、投影光学系ＰＬを支える支持部（コラム）２４
に固定されている。このウェハ位置検出系の構成等につ
いては、例えば特開昭６０−１６８１１２号公報に開示
されており、ウェハ表面の結像面に対する上下方向（Ｚ
方向）の位置偏差を検出し、ウェハＷと投影光学系ＰＬ
が所定の間隔を保つ様にウェハホルダ１７をＺ方向に駆
動するために用いられる。ウェハ位置検出系からのウェ
ハ位置情報は焦点位置制御部２５に入力され、このウェ
ハ位置情報は主制御系１００を介してウェハステージ制
御部２１に送られる。ウェハステージ制御部２１はこの
ウェハ位置情報に基づいてウェハホルダ１７をＺ方向に
駆動する。

【００１７】なお、本実施例では結像面が零点基準とな
るように、予め受光光学系２２の内部に設けられた不図
示の平行平板ガラス（プレーンパラレル）の角度が調整
され、ウェハ位置検出系のキャリブレーションが行われ
るものとする。また、例えば特開昭５８−１１３７０６
号公報に開示されているような水平位置検出系を用いた
り、あるいは投影光学系ＰＬのイメージフィルード内の
任意の複数の位置での焦点位置を検出できるようにウェ
ハ位置検出系を構成する（例えば複数のスリット像をイ
メージフィールド内に形成する）ことによって、ウェハ
Ｗ上の所定領域の結像面に対する傾きを検出可能に構成
してもよい。

【００１８】また、ウェハステージＷＳＴ上には照射量
センサー４１がウェハＷの表面の高さとほぼ一致する高
さに設けられている。照射量センサー４１は少なくとも
投影領域ＩＡ’以上の受光面を有し、測定時には投影光
学系ＰＬの光軸ＩＸの真下まで移動されて、レチクルＲ
を通過してくる照明光全体の強度に対応した信号Ｓｃを
出力する。これは、後で詳述するように照明光の入射に
伴って変動する結像特性の補正時の初期設定に用いられ
る。

【００１９】ここで、干渉計１９の詳細な配置例につい
て図３を参照して説明する。図３はウェハステージＷＳ
Ｔ回りの詳細図である。本実施例の干渉計１９は、Ｘ方
向の位置を計測するＸ干渉計（干渉計１９ｘ₁ ，干渉計
１９ｘ₂ ）とＹ干渉計（干渉計１９ｙ₁ ，干渉計１９ｙ
₂ ）とオフアクシクのアライメント系（不図示）の観察
領域ＯＡの中心ＯＡｃを通りＹ方向に光軸をもつアライ
メント用の干渉計１９ｙａとの５つの干渉計から構成さ
れる。干渉計１９ｘ₁ 、１９ｘ₂ は投影光学系ＰＬの投
影視野ｉｆの中心Ｃｅを通りＸ軸に平行な直線Ｃｘに関
して対称に配置されている。移動鏡２０ｘは干渉計１９
ｘ₁ 、１９ｘ₂ からのレーザ光を反射するＸ方向の位置
検出用の移動鏡である。干渉計１９ｙ₁ 、１９ｙ₂ は投
影光学系ＰＬの投影視野ｉｆの中心Ｃｅを通りＹ軸に平
行な直線Ｃｙに関して対称に配置されている。移動鏡２
０ｙは干渉計１９ｙ₁ 、１９ｙ₂ からのレーザ光を反射
するＸ方向の位置検出用の移動鏡である。ウェハステー
ジ制御部２１内にはＸ方向の位置を算出する位置算出部
２１Ｘｅ、移動鏡２０ｘ（ステージＷＳＴ）のＹ軸から
のヨーイング量を求めるヨーイング算出部２１Ｘθ、Ｙ
方向の位置を算出する位置算出部２１Ｙｅ、移動鏡２０
ｙ（ステージＷＳＴ）のＸ軸からのヨーイング量を求め
るヨーイング算出部２１Ｙθ、及びオフアクシクのアラ
イメント系の中心ＯＡｃでのＹ方向の位置を算出する位
置算出部２１Ｙａとが設けられている。位置算出部２１
Ｘｅは干渉計１９ｘ₁ の計測値と干渉計１９ｘ₂ の計測
値との平均からウェハステージＷＳＴのＸ方向の位置測
定値Ｘｅを算出する。ヨーイング算出部２１Ｘθは干渉
計１９ｘ₁ の計測値と干渉計１９ｘ₂ の計測値との差か
らウェハステージＷＳＴのＸ方向の移動におけるヨーイ
ング量Ｘθを算出する。位置算出部２１Ｙｅは干渉計１
９ｙ₁ の計測値と干渉計１９ｙ₂ の計測値との平均から
ウェハステージＷＳＴのＹ方向の位置測定値Ｙｅを算出
する。ヨーイング算出部２１Ｙθは干渉計１９ｙ₁ の計
測値と干渉計１９ｙ₂ の計測値との差からのウェハステ
ージＷＳＴのＹ方向の移動におけるヨーイング量Ｙθを
算出する。

【００２０】位置算出部２１Ｙａはオフアクシスアライ
メント系でウェハＷ上のマークを検出するときに、ウェ
ハステージＷＳＴのＹ方向の位置Ｙａを計測するための
ものである。アライメント用の位置測定系（干渉計１９
ｙａ、位置検出部２１Ｙａ）を設けるのはオフアクシス
のアライメント系の観察中心ＯＡｃと投影光学系ＰＬの
投影視野ｉｆの中心Ｃｅとがｘ方向に離れていることに
よって発生するマーク検出時のアッベ誤差を防止するた
めである。また、ウェハステージＷＳＴには基準マーク
が形成された基準板ＦＭが設けられており、基準板ＦＭ
はオフアクシクのアライメント系の観察中心ＯＡｃと投
影光学系ＰＬの投影視野ｉｆの中心Ｃｅとの距離（ベー
スライン）を測定すること等に使用される。この基準板
ＦＭの表面は反射率ｒ₂ を有する反射面Ｒ₂ と反射率が
ほぼ零の反射面Ｒ₃ とを有し、照射量センサー４１の表
面は反射率ｒ₁ を有する反射面Ｒ₁ を有している。夫々
の反射面は後述するようにオフセット成分を求めたり、
ウェハの反射率計算用の基準反射面として使われる。

【００２１】ところで、図３のようにウェハステージＷ
ＳＴのヨーイング量は、ｘ軸用の移動鏡２０ｘとｙ軸用
の移動鏡２０ｙとの両方を用いて独立に計測されるが、
これはその両方で計測されたヨーイング量Ｘθ，Ｙθの
値を平均化回路２１ｋで平均するためである。このよう
にすると、Ｘ軸用の干渉計１９ｘ₁ ，１９ｘ₂ とＹ軸用
の干渉計１９ｙ₁ ，１９ｙ₂ の各レーザ光路内での空気
ゆらぎによる計測値のばらつきが平均化されるため、よ
り信頼性の高いヨーイング量が計測できる。

【００２２】また、図３のようなウェハ露光用のステー
ジＷＳＴの場合はあまり問題がないが液晶表示素子製造
用のガラスプレートを露光するステージの場合、その移
動ストロークがガラスプレート上の投影像の配置（パタ
ーン配列）によっては、ｘ方向とｙ方向のいずれか一方
で極端に大きくなることがある。この場合、移動ストロ
ークが極端に大きい側にあっては、そのストロークの終
点近傍で、ヨーイング計測用の１対の干渉計の一方のレ
ーザ光路が移動鏡からはみ出してしまうこともある。そ
こでガラスプレート上でのパターン配列（露光前に設計
上で予めわかる）によってＸ軸側、Ｙ軸側のどちらでレ
ーザ光路が移動鏡からはみ出すかを検定し、はみ出さな
い方の軸の干渉計で計測されたヨーイング量を使うよう
に切り換えてもよい。もちろん、両軸の干渉計のレーザ
光路ともはみ出さないときは、平均化回路２１ｋからの
平均ヨーイング量を使うのが望ましいことは言うまでも
ない。

【００２３】さて、図１の装置のフライアイレンズ６と
レチクルＲとの間の光路中には、照明光ＩＬの一部の光
（例えば５％の光）を反射し、残りの光を透過させるビ
ームスプリッタ２６が設置されており、レチクルＲから
の反射光を反射光センサー２７に導いている。反射光セ
ンサー２７はシリコン・フォト・ダイオードやフォトマ
ルチプライア等の光電センサーを用い、ウエハＷからの
反射光をレチクルＲを介して受光して信号Ｓｂを主制御
系１００に出力する。反射光センサー２７は照明領域Ｉ
Ａ（ＩＡ’）内全体の反射光を受光するのが望ましいた
め、レンズ等で集光するかウェハＷに対するフーリエ変
換面、すなわち投影レンズＰＬの瞳位置と共役な関係に
ある位置に設けることが望ましい。

【００２４】また、ビームスプリッタ２６は光源１から
の光束の光強度を検出する光電センサー２８に光源１か
らの照明光の一部を導く。光電センサー２８はビームス
プリッタ２６により反射された一部の照明光ＩＬを受光
して、その出力信号Ｓａを主制御系１００に出力する。
反射光センサー２７，光電センサー２８の役目は後で詳
述する。

【００２５】また、本装置にはキーボードやバーコード
リーダ等の入力手段１０１が設けられており、投影光学
系の熱的な時定数の情報、レチクルＲの透過率情報、照
明スリット幅の値、目標露光量、スキャン速度等の各種
情報を入力可能となっている。

【００２６】また、複数の２次光源像が形成されるフラ
イアイレンズ６の射出端面はレチクルＲのパターン領域
とフーリエ変換の関係にあり、この射出端面近傍には２
次光源の形状を変更する絞り２９が交換可能に設けられ
ている。絞り２９は２次光源像の形状を輪帯状に制限す
る輪帯絞りや、２次光源像の形状を光軸ＩＸから偏心し
た離散的な複数の領域に制限する絞りや、２次光源像の
大きさを中心を変えずに可変とする円形絞り等である。
輪帯状の絞りについては特開昭６１−９１６６２号公報
等に開示されており、２次光源像の形状を制限する絞り
としては、例えば４つの開口部が光軸ＩＸに対して点対
称に配置された絞りであり、特開平４−２２５５１４号
公報等に詳しく開示されている通りのものである。

【００２７】ところで、図１の装置には投影光学系ＰＬ
の結像特性を補正可能な補正機構が設けられており、以
下その結像特性の補正機構について説明する。

【００２８】図１に示すように、本実施例では結像特性
制御部３０によってレチクルＲ又はレンズエレメント３
４、３５の夫々を独立に駆動することにより、投影光学
系ＰＬ自体の光学特性や投影像の結像特性を補正するこ
とが可能となっている。レチクルステージＲＳＴは駆動
素子３１により光軸ＩＸ方向（上下方向）に微動が可能
である。駆動素子３１はピエゾ，電歪素子、エアダンパ
ー等が用いられ、レチクルステージＲＳＴ全体を駆動す
るために３ないし４個使用される。

【００２９】投影光学系ＰＬによる結像特性の諸言とし
ては、焦点位置（結像面位置）、投影倍率、ディストー
ション、像面湾曲、非点収差等があり、これらの値を個
々に補正することは可能である。しかしながら、本実施
例では説明を簡単にするため、特に両側テレセントリッ
クな投影光学系における焦点位置、投影倍率、及び像面
湾曲の補正を行う場合について投影光学系ＰＬのレンズ
エレメントを駆動する方法を例にして説明する。

【００３０】レチクルに最も近い第１群のレンズエレメ
ント３４は支持部材３６に固定され、第２群のレンズエ
レメント３５は支持部材３７に固定されている。レンズ
エレメント３８より下部のレンズエレメントは、投影光
学系ＰＬの鏡筒部３９に固定されている。なお、本実施
例において投影光学系ＰＬの光軸ＩＸとは、鏡筒部３９
に固定されているレンズエレメントの光軸を指すものと
する。

【００３１】支持部材３６は伸縮可能な複数（例えば３
つで、図１中では２つを図示）の駆動素子３２によっ支
持部材３７に連結され、支持部材３７は伸縮可能な複数
の駆動素子３３によって鏡筒部３９に連結されている。

【００３２】ここで、レンズエレメント３４、３５の夫
々を光軸方向に平行移動した場合、その移動量に対応し
た変化率で投影倍率（投影像の寸法の拡大，縮小量）
Ｍ、像面湾曲Ｃ及び焦点位置Ｆの夫々が微小量変化す
る。レンズエレメント３４の駆動量をｚ₁ 、レンズエレ
メント３５の駆動量をｚ₂ とすると、投影倍率Ｍ、像面
湾曲Ｃ及び焦点位置Ｆの変化量ΔＭ、ΔＣ、ΔＦの夫々
は、次式で表される。

【００３３】ΔＭ＝Ｃ_M1×ｚ₁ ＋Ｃ_M2×ｚ₂ …（１） ΔＣ＝Ｃ_C1×ｚ₁ ＋Ｃ_C2×ｚ₂ …（２） ΔＦ＝Ｃ_F1×ｚ₁ ＋Ｃ_F2×ｚ₂ …（３） なおＣ_M1，Ｃ_M2，Ｃ_C1，Ｃ_C2，Ｃ_F1，Ｃ_F2は各変化量の
レンズエレメントの駆動量に対する変化率を表す定数で
ある。

【００３４】ところで、上述した如くウェハ位置検出系
２２，２３は投影光学系ＰＬの最適焦点位置を零点基準
として、最適焦点位置に対するウェハ表面のずれ量を検
出するものである。従って、ウェハ位置検出系２２，２
３に対して電気的又は光学的に適当なオフセット量ｚ₃
を与えると、このウェハ位置検出系２２，２３を用いて
ウェハ表面の位置決めを行うことによって、レンズエレ
メント３４，３５の駆動に伴う焦点位置ずれを補正する
ことが可能となる。このとき、上記（３）式は次式のよ
うに表される。

【００３５】 ΔＦ＝Ｃ_F1×ｚ₁ ＋Ｃ_F2×ｚ₂ ＋ｚ₃ …（４） 以上のことから、（１）式，（２）式，（４）式におい
て駆動量ｚ₁ 〜ｚ₃ を設定することによって、変化量Δ
Ｍ，ΔＣ，ΔＦを任意に補正することができる。なお、
ここでは３種類の結像特性を同時に補正する場合につい
て述べたが、投影光学系の光学特性のうち照明光吸収に
よる結像特性の変化量が無視し得る程度のものであれ
ば、それを原因とした上記補正は行う必要がなく、また
本実施例で述べた３種類以外の結像特性が大きく変化す
る場合には、その結像特性についての補正を行う必要が
ある。また、本実施例では像面湾曲の変化量が零ないし
は許容値以下に補正されるので、非点収差の補正は特別
に行わないものとする。

【００３６】なお、本実施例では焦点位置の変化量ΔＦ
（（４）式）については、例えばウェハ位置検出系２
２，２３に対して、変化量ΔＦを電気的又は光学的（プ
レーンパラレルによる）にオフセットを与え、このウェ
ハ位置検出系２２，２３を用いてウェハＷをＺ方向に移
動することで、投影光学系ＰＬの最良結像面（ベストフ
ォーカス位置）にウェハＷの表面を設定するものとす
る。

【００３７】ここで、本実施例では結像特性制御部３０
によって、レチクルＲ及びレンズエレメント３４，３５
を光軸方向に移動可能としているが、特にレンズエレメ
ント３４，３５は倍率，ディストーション，及び像面湾
曲（非点収差）等の各特性に与える影響が他のレンズエ
レメントに比べて大きく制御し易くなっている。また、
本実施例では移動可能なレンズエレメントを２群構成と
したが、３群以上としてもよく、この場合には他の諸収
差の変動を抑えつつレンズエレメントの移動範囲を大き
くでき、しかも種々の形状歪み（台形，菱形のディスト
ーション）及び像面湾曲（非点収差）に対応可能とな
る。また、レチクルＲのＺ駆動によりディストーション
等を補正することができる。

【００３８】また、駆動量をモニタするための位置セン
サ、例えばエンコーダ，容量型センサー，光反射型セン
サー等と併用して、所定の制御目標位置にフィードバッ
ク制御を行っている。また、露光動作中（稼働中）にダ
イナミックな補正を行わない場合であっても、保守作業
のみに使用する時は、マイクロメータヘッド付の微動送
り機構、あるいはワッシャーによる半固定機構に置き換
えることもある。

【００３９】以上、結像特性補正機構としてレチクルＲ
及びエレメントの移動により補正する例を示したが、本
実施例で好適な補正機構は他のいかなる方式であっても
良く、例えば２つのレンズエレメントもしくは平行平板
ガラスに挟まれた空間を密封し、この密封空間の圧力を
調整する方法を採用してもよい。図１の装置にはこのよ
うにレンズエレメントに挟まれた密封空間の圧力を調整
して投影光学系ＰＬ自体の光学特性（特に倍率）を微小
量補正する圧力制御系４０が設けられている。圧力制御
系４０も結像特性制御部３０によって投影像に所望の結
像特性を与えるように制御されている。この圧力制御系
４０の詳細な構成については特開昭６０−７８４１６号
公報に開示されているので、ここではその説明を省略す
る。

【００４０】以上のように、レンズエレメントを駆動し
たり、エンズエレメント間の密封空間の圧力を調整する
構成の補正機構を採用することによって、露光光吸収に
よる投影光学系ＰＬの結像特性の変動に対しても充分対
応できる。

【００４１】次に、露光光吸収による結像特性の変動量
を算出する方式について説明するが、ここで算出された
結像特性の変動量に基づいて前述の結像特性補正機構を
最適駆動することになる。変動量の算出は厳密に言え
ば、前述の夫々の結像特性について個別に計算する必要
がある。それは、各結像特性への影響の度合いが投影光
学系ＰＬを構成するレンズエレメントにより微妙に異な
るため、同じエネルギーの照明光が投影光学系ＰＬに入
射しても変動の特性が異なるためである。しかし、基本
的な計算の方法については全く同じで、係数が若干異な
る程度であるので、簡略化のために以後の説明は投影倍
率の変化ΔＭを例にして説明を行う。

【００４２】まず、原理について説明を行う。投影倍率
の変化ΔＭは投影光学系ＰＬの内部のレンズエレメント
が照明光を僅かに吸収し温度が上昇するため、レンズエ
レメントの屈折率あるいは曲率が微妙に変化するために
生じる。今１つのレンズエレメントに着目すると、レン
ズエレメントには照明光によるエネルギーの入力、つま
り熱量の吸収と外部の鏡筒３９等へ逃げていく熱量の放
出とがあり、両者のバランスによりレンズエレメントの
温度が決定される。温度上昇と倍率変化ΔＭが比例関係
にあるとすれば倍率変化ΔＭがこの両者のバランスで決
まってくると考えられる。一般的にレンズエレメントの
温度上昇が低い時は熱量の吸収が放出に対し勝っていて
温度が次第に上昇していくが、レンズエレメントが周囲
温度に対して高くなると放出される熱量が勝ってきて両
者がつり合ったところで飽和レベルに対し平衡状態とな
る。またそれまで続いていた露光動作を中止すると熱量
は漸次放出され、レンズエレメントの温度は下がってく
るが、周囲温度との温度差が小さくなると放熱のスピー
ドは鈍る。この特性は一般に一次遅れと言われ、一次の
微分方程式で表せる。この様子を図４に示す。図４
（Ａ）は入射エネルギーを示し、図４（Ｂ）は一定時間
に一定エネルギー量の照明光が投影光学系ＰＬに照射さ
れるときの倍率変化特性を表している。図４（Ｂ）に示
す変化特性は照射エネルギーＥ₁ に対する最終的な投影
倍率の変化量ΔＭ₁ （飽和レベル）であり、変化率ΔＭ
₁ ／Ｅ₁ と時間的な変化を表す時定数Ｔの２つの値で決
定できる。図４において、時定数Ｔは最終的な変化量Δ
Ｍ₁ に対してΔＭ₁ ×（１−ｅ^-1）だけ変化する時間で
定義できる。ここで変化率ΔＭ₁ ／Ｅ₁ ，時定数Ｔを求
めれば、光電センサー２８の出力Ｓａによって投影光学
系ＰＬに入射するエネルギーＥの推定値より倍率変化量
ΔＭを計算することが可能である。具体的には常に入射
エネルギーＥをモニターし、変化率ΔＭ₁ ／Ｅ₁ 及び時
定数Ｔに基づいて主制御系１００内部でΔＭを逐次計算
することにより求まる。変化率ΔＭ₁ ／Ｅ₁ 及び時定数
Ｔは実験的に投影光学系ＰＬに照明光を照射しつづけて
図４（Ｂ）の様な特性を確かめることにより求められ
る。ただし実際には投影光学系ＰＬ内には複数のレンズ
エレメントが存在しているため、いくつかの一次遅れ特
性の和の形で全体的な倍率変動特性を表す。変化率ΔＭ
₁ ／Ｅ₁ 及び時定数Ｔは入力手段１０１により予め主制
御系１００に入力される。前記の様に変化率ΔＭ₁ ／Ｅ
₁ 及び時定数Ｔは一次の微分方程式の係数であり、この
微分方程式を通常デジタル計算等による数値解析により
順次解いていく。この時の計算同期を時定数Ｔよりも十
分に短い所定時間毎とし、投影光学系ＰＬに入射するエ
ネルギーＥの値をこの計算同期に応じて刻々と求めれば
（計算すれば）、主制御系１００により、その時点での
変化量ΔＭが計算できる。

【００４３】さて、次にレチクルの位置に応じて異なる
入射エネルギーＥを求め、１ショット露光中にエネルギ
ー量が異なる場合の結像特性の変動特性を求める方法に
ついて説明する。

【００４４】以下、投影光学系ＰＬに刻々と入射される
エネルギーＥを求める方法について説明する。投影光学
系ＰＬへの入射エネルギーを考えるとき、レチクルを介
して入射する光量の他にウェハで反射して再び投影光学
系に入射する光量を考慮しなければならない。スキャン
タイプの場合、レチクルＲをスリット状照明領域ＩＡに
対してスキャンすることになるので、照明領域ＩＡ内に
出現するレチクルＲの遮光部の総面積がレチクルＲのス
キャン位置に応じて逐次変化し、投影光学系ＰＬへの入
射エネルギーＥはレチクルのスキャン位置に応じて変化
する。そこで、スキャン露光中も含めて、例えば数ｍｓ
ｅｃの時間間隔Δｔのサンプリング時間毎にレチクルを
介して投影光学系ＰＬに入射する光量と、ウェハで反射
して再び投影光学系ＰＬに入射する光量との和を求め、
入射エネルギーＥを算出すればよい。

【００４５】その際、レチクルを介して投影光学系ＰＬ
に入射する光量は光電センサー２８の出力Ｓａに基づい
て求められ、ウェハで反射して再び入射する光量は反射
光センサーの出力Ｓｂに基づいて求められる。しかしな
がら、反射光センサー２７の出力ＳｂにはレチクルＲや
照明光学系中の光学部材で反射した反射光の光量情報を
含んでいる。そこで本実施例では互いに異なる既知の反
射率を有する基準反射板を使って、ウェハの反射強度を
求めるための基準反射データをレチクルのスキャン位置
に応じて求め、この基準反射データに基づいて実際のウ
ェハの反射率（反射強度）をレチクルのスキャン位置に
応じて求めることとした。そしてレチクルの透過率（透
過光量）についてもレチクルのスキャン位置に応じて求
め、これらの情報に基づいてエネルギーＥを求めるもの
である。

【００４６】そこで以下、基準反射データに基づいて求
めたウェハ反射率と、レチクルの透過率とを使って入射
エネルギーＥを求める方法を説明する。レチクルＲを介
して投影光学系ＰＬに入射する光量をＰ、ウェハＷの反
射率をｒとすれば、投影光学系ＰＬへの総入射光量はウ
ェハＷで反射して投影光学系ＰＬに入射する反射光量Ｐ
・ｒも含めて式（５）の様に表せる。

【００４７】Ｅ＝Ｐ×（１＋ｒ） …（５） 光量Ｐの求め方は、レチクルＲの被照射位置での透過率
をη、単位面積当たりの光源の照度をＩｐ、照射面積を
Ｓとすれば、次式で表せる。

【００４８】Ｐ＝Ｉｐ×Ｓ×η …（６） ここで、照度Ｉｐは便宜上ウェハＷ面上の単位面積当た
りの照度（レチクル無しの場合の照度）、ＳはウェハＷ
の照射領域ＩＡ’の面積とするが、要はΔＭとＥとの関
係が最終的に求まればよいので、光量ＰをレチクルＲ上
で定義しても、他の所で定義しても一向に差し支えな
い。

【００４９】スキャンタイプの露光を行う場合、レチク
ルＲの位置に応じてレチクルを介して投影光学系ＰＬに
入射する光量が異なるので、レチクル透過率ηをレチク
ルＲのスキャン位置毎に求めておく必要があり、以下レ
チクル透過率を求める方法について説明する。

【００５０】照射領域ＩＡ’内に照射量センサー４１が
位置するようにウェハステージＷＳＴを移動させた後、
ウェハステージＷＳＴを固定したまま、レチクルＲを載
置した状態でレチクルステージＲＳＴのみスキャンさ
せ、その時の照射量センサー４１の出力Ｓｃ₁ の大きさ
をレチクルステージＲＳＴの位置測定用のレチクル干渉
計１４の位置座標（ｘ_R ）に対応させて順次読み込み、
同時に光電センサー２８の出力Ｓａの大きさも読み込
む。そしてその比Ｓｃ₁ ／Ｓａを算出して主制御系１０
０内のメモリに座標位置に対応して格納する。メモリ内
への格納のタイミング（デジタルサンプリング）は例え
ばレチクル干渉計１４の分解能（例えば０．０１μｍ）
を基準として一定移動量毎（例えば０．０１μｍ〜１０
μｍ毎）に行うにようにすればよい。主制御系１００は
通常デジタルコンピュータで構成されるため、実際には
倍率変動量の算出精度上の誤差が問題とならない位置間
隔（もしくは時間間隔）毎に、干渉計１４の分解能程度
で逐次算出される比Ｓｃ₁ ／Ｓａのデジタル値のいくつ
かを平均してその値を記憶するようにしていってもよい
し、あるいは干渉計１４の分解能程度（もしくはそれよ
り粗い一定移動量）で逐次算出される比Ｓｃ₁ ／Ｓａを
そのまま記憶していってもよい。

【００５１】尚、出力Ｓｃ₁ の読み込むためにレチクル
ステージＲＳＴを移動を開始する位置を、読み込みの基
準位置として主制御系１００に記憶しておく。後述する
照射量センサー４１の出力Ｓｃ₂ 、レチクル透過率デー
タη（ｘ_R ）、反射光センサー２７の出力Ｓｂ、基準反
射率データｒｘ（ｘ_R ）、オフセット成分のデータのメ
モリへの格納は、全てこの位置を基準として計測を行
う。

【００５２】次にレチクルＲをレチクルステージＲＳＴ
に装着する前に予め同一のタイミングで検出された照射
量センサー４１の出力Ｓｃ₂ と光電センサー２８の出力
Ｓａ’との比Ｓｃ₂ ／Ｓａ’（走査位置によらない一定
値）を定め、この比Ｓｃ₂ ／Ｓａ’の値を分母として、
メモリに記憶された比Ｓｃ₁ ／Ｓａのデータ列（波形）
を規格化（割り算）する。これによってレチクルＲの有
無による照射量センサー４１の出力の比Ｓｃ₁ ・Ｓａ’
／Ｓｃ₂ ・Ｓａのデータ列が求まり、この比のデータ列
は出力Ｓｃ₁ のデジタルサンプリングの間隔と同一の間
隔でメモリに格納される。この出力比Ｓｃ₁ ・Ｓａ’／
Ｓｃ₂ ・Ｓａが照度Ｉｐのゆらぎによる検出誤差を補正
した真のレチクル透過率ηであり、透過率ηは位置ｘ_R
の関数であるからη（ｘ_R ）と表せ、一例として図５の
様な曲線で表せる。図５の横軸はレチクルのＸ方向（ス
キャン方向）の位置ｘ_R を示し、縦軸はレチクル透過率
をη示している。位置ｘ_R はスキャン中に時間ｔととも
に変わることから、スキャンが定速で行われるならば、
η（ｘ_R ）＝η（ｔ）と表される。照度Ｉｐは時間によ
り変動する要素であるので、実際のスキャン露光時に
は、先の式（６）を式（７）とし、スキャン露光中の照
度ＩＰを光電センサー２８の出力Ｓａから逐次求めて式
（７）に代入すればよい。

【００５３】 Ｐ（ｔ）＝Ｓ×η（ｔ）×Ｉｐ（ｔ） …（７） η（ｔ）＝η（ｘ_R ） 照度Ｉｐが時間により変動しない場合、例えば水銀放電
灯等を光源とすると、ウェハＷ上の１ショット領域の露
光中の照度Ｉｐの変動はほとんど無視できるため、照度
Ｉｐをスキャン露光開始の直前に光電センサー２８の出
力Ｓａにより検出して記憶し、式（７）の計算中はＩｐ
（ｔ）を定数として扱うこともできる。このときシャッ
ターＯＮ／ＯＦＦの信号でシャッターＯＮのときはＩｐ
を一定値とし、シャッターＯＦＦのときはＩｐ＝０とし
て扱うこともできる。また、照射量センサー４１の出力
はそのままＰ（ｔ）を表しているので、予めレチクル毎
にη（ｔ）を登録しておかなくても、露光の前に測定し
たＰ（ｔ）を使用することもできる。いずれにしろ、式
（７）中の時間ｔは、レチクル（又はウェハ）のスキャ
ン位置と一義的に対応しているので、レチクル干渉計１
４の計測位置ｘ_R に応じて透過率データη（ｘ_R ）をメ
モリから読み出してリアルタイムに入射光量Ｐ（ｔ）が
求まることになる。

【００５４】また、照射量センサー４１は、レチクル全
面を一括で照明する一括露光タイプに比べて受光面積が
小さくてもよいため、受光面内の照度ムラがほとんどな
い安価で均一性のよいセンサー（シリコン・フォトダイ
オード等）が使える。さらに光源１がパルス光源の場
合、照射量センサー４１はパルス光を受光することにな
るが、このときはレチクルＲの走査位置に対応してトリ
ガされた１パルス毎に強度を測定し、その出力Ｓｃを順
次照度Ｉｐとして取り込んでもよいし、短い一定時間、
例えば数〜数十ｍＳｅｃの間にトリガされたパルス光
（単一、又は複数パルス）の強度を積算して、その時間
内の平均照度Ｉｐとして順次取り込んでもよい。

【００５５】次に式（５）中の反射率ｒを求める方法を
説明する。

【００５６】反射光センサー２７には前述の様に、ウェ
ハＷ面からの反射光だけでなくレチクルＲ面、あるいは
投影光学系ＰＬの各レンズエレメントからの反射光が入
射してくる。そこで予めウェハステージＷＳＴ上の基準
反射面を用いて作成した基準反射データに従って実際の
ウェハ反射率を計算により求めることにする。ここでは
照射量センサー４１の表面を既知の反射率ｒ₁ の反射面
Ｒ₁ とし、基準板ＦＭの表面を既知の反射率ｒ₂ の反射
面Ｒ₂ とする。２ヶ所の基準反射面の露光用照明光に対
する反射率ｒ₁ 、ｒ₂ （ｒ₁ ＞０，ｒ₂ ＞０）は予め測
定した既知の値であって、その２つの反射率ｒ₁ ，ｒ₂
は大きく異なっているのが望ましい。まずレチクルＲが
セットされた状態で、投影された照射領域ＩＡ’内に反
射面Ｒ₁が位置するようにウェハステージＷＳＴを移動
させた後、ウェハステージＷＳＴを停止させたままレチ
クルステージＲＳＴを所定速度で移動させて反射光セン
サー２７の出力Ｉ₁ の大きさを、レチクルＲの走査位置
毎にデジタルサンプリングし主制御系１００のメモリに
走査位置と対応付けて順次格納する。デジタルサンプリ
ング及びメモリへの格納のタイミングは例えばレチクル
干渉計１４の分解能（例えば０．０１μｍ）を基準とし
て一定移動量毎に行うようにすればよい。この場合もデ
ジタルサンプリングの間隔は干渉計１４の分解能と一致
している必要はなく、例えば０．２μｍ毎〜１０μｍ毎
と粗くしてもよい。

【００５７】次に照射領域ＩＡ’内に反射率ｒ₂ の反射
面Ｒ₂ が位置するようにウェハステージＷＳＴを移動さ
せた後、ウェハステージＷＳＴを停止させたままレチク
ルステージＲＳＴを所定速度で移動させて反射光センサ
ー２７の出力Ｉ₂ の大きさを、レチクルＲの位置に応じ
て主制御系１００のメモリに順次格納（デジタルサンプ
リング）する。このときメモリ内への格納のタイミング
は出力Ｉ₁ のデジタルサンプリングの間隔と同一とし、
メモリ上のアドレスも、出力Ｉ₁ のサンプリング位置と
出力Ｉ₂ のサンプリング位置とが一義的に対応するよう
な関係に設定される。

【００５８】特に光源１がパルス光源である場合、出力
Ｉ₁ 、Ｉ₂ の値は光電センサー２８の出力Ｓａを使用し
て、パルス毎の強度ばらつきを補正するために規格化
（Ｉ₁／Ｓａ、Ｉ₂ ／Ｓａ）しておく必要がある。この
ことは水銀放電灯の輝線を照明光とする場合でも同様に
適用でき、規格化された値Ｉ₁ ／ＳａとＩ₂ ／Ｓａがメ
モリ上に記憶される。

【００５９】さて、基準反射面からの反射光の出力と反
射率との関係を図６に示す。図６はレチクルＲがある１
つの走査位置にきたときにサンプリングされた値Ｉ₁ ，
Ｉ₂（又はＩ₁ ／Ｓａ，Ｉ₂ ／Ｓａ）を縦軸にとり、横
軸に反射率をとったものである。図６のように座標（ｒ
₁ 、Ｉ₁ ），（ｒ₂ ，Ｉ₂ ）を通る直線をひくと、この
この走査位置で得られる反射光センサー２７の出力値か
らウェハの反射率（正確には反射強度）ｒｘが求まる。
つまり、実露光中にレチクルＲがその走査位置にきたと
きの反射光センサー２７の出力をＩｘとすると、この時
のウェハ反射率ｒｘは、その走査位置に対応したメモリ
内の基準反射データとしてのＩ₁ 、Ｉ₂を読み出して、
ｒｘ＝〔（ｒ₂ −ｒ₁ ）／（Ｉ₂ −Ｉ₁ ）〕×（Ｉｘ
−Ｉ₁ ）＋ｒ₁ …（８） の計算によって算出される。なお、互いに反射率の異な
る基準反射面を３つ利用して、図６の直線を３点の計測
点から最小二乗近似で求める等の方法をとってもよい。
この場合も基準反射面の面積は一括タイプに比べ少なく
てすむ。反射光センサー２７はパルス光を受光する場
合、１パルス毎に強度を測定してもよいし、短い一定時
間、例えば数〜数十ｍＳｅｃの間のパワーを積算して平
均パワーとして出力してもよい。いずれにしろ、実露光
前にメモリに記憶出力Ｉ₁ ，Ｉ₂ のデータ列、もしくは
式（８）を基準反射データとしてレチクルＲの装置位置
（サンプリング位置）毎に作成し、それをメモリ内に保
存する。尚、出力Ｉ₁ Ｉ₂ を出力Ｓａで規格化した場合
は、実際のウェハ反射率ｒｘをもとめるときの反射光セ
ンサー２７の出力Ｉｘも出力Ｓａで規格化してから式
（８）に代入することは言うまでもない。

【００６０】ここで、基準反射面からの反射光によるレ
チクルの走査位置毎の反射光センサー２７の出力Ｉ
₁ （ｘ_R ），Ｉ₂ （ｘ_R ）として作成された基準反射デ
ータと、実露光中のウェハＷからの反射光のレチクルの
位置毎の反射光センサー２７の出力Ｉｘ（ｘ_R ）の例を
図７（Ａ）に示す。図７（Ａ）の縦軸は反射光の強度Ｉ
ｘを示し、横軸はレチクルのＸ方向の位置ｘ_R を示し、
レチクルＲの走査は位置ｘ _R1からｘ_R2に渡って行われる
ものとする。そして、例えばウェハＷ上の１番目のショ
ット領域の実露光中に反射光センサー２７の出力Ｉｘ
（ｘ_R ）、及びあらかじめ記憶しておいたＩ
₁ （ｘ_R ），Ｉ₂ （ｘ_R ）のデータと固定定数ｒ₁ 、ｒ
₂に基づいて、レチクルの走査位置に応じた反射率デー
タｒｘ（ｘ_R ）が先の式（８）に基づいた式（９）によ
り算出される。反射率データｒｘ（ｘ_R ）は出力Ｉ
₁ （ｘ_R ），Ｉ₂ （ｘ_R ）のデジタルサンプリング間隔
と同一のサンプリング間隔で、かつ走査位置と一義的に
対応したアドレスでメモリに格納される。レチクルの位
置に応じた反射率データｒｘ（ｘ_R ）を図７（Ｂ）に示
す。図７（Ｂ）の縦軸はウェハ反射率を示し、横軸はレ
チクルのＸ方向の走査位置ｘ_R を示す。

【００６１】 ｒｘ（ｘ_R ）＝〔（ｒ₂ −ｒ₁ ）／（Ｉ₂ （ｘ_R ）−Ｉ₁ （ｘ_R ））〕× （Ｉｘ（ｘ_R ）−Ｉ₁ （ｘ_R ））＋ｒ₁ …（９） 位置ｘ_R は時間によって変わるため、実露光中のレチク
ルステージＲＳＴが定速移動しているものとすれば、反
射率データｒｘ（ｘ_R ）はｒｘ（ｔ）とおきかえられ、
式（７）と式（９）とを式（５）に代入して所定時間Δ
ｔ毎のエネルギー値Ｅ（ｔ）が主制御系１００により算
出される。

【００６２】次に投影光学系ＰＬへの入射エネルギーＥ
の算出と投影光学系ＰＬの結像特性の変化量の算出につ
いて図８を参照して説明する。ここでは説明を簡単にす
るため投影光学系ＰＬの倍率変動ΔＭについて説明す
る。図８（Ａ）は投影光学系ＰＬへの入射光量Ｅを表す
図である。図中Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃは投影光学系ＰＬに入
射するエネルギーを示している。図８（Ａ）では所定時
間間隔Δｔ（例えば数ｍｓｅｃ〜数十ｍｓｅｃ）毎のこ
の時間内でのレチクルステージＲＳＴの位置における入
射エネルギーの瞬間値もくしは平均値を入射エネルギー
Ｅとしている。図８（Ａ）では所定時間間隔Δｔ毎の所
定時刻（以下「サンプリング時刻」という）をｔ₁ 、ｔ
₂ 、ｔ₃ 、ｔ₄ 、ｔ₅ とし、これに対応するレチクルス
テージＲＳＴの位置をｘ₁ 、ｘ₂ 、ｘ₃ 、ｘ₄ 、ｘ₅ と
する。サンプリング時間の計測開始のタイミングはレチ
クルステージＲＳＴが前述の各種データの格納時の基準
位置に達したときから計測を始め、その位置ｘ₁ 〜ｘ₅
も、各種データをメモリに記憶したときの位置と極力一
致させるのが望ましい。もちろんこの基準位置に達する
までにレチクルステージＲＳＴは所定の速度になるよう
に制御されている。

【００６３】主制御系１００はサンプリング時刻ｔ₁ で
のレチクルステージＲＳＴの位置ｘ ₁ における透過率η
（ｘ₁ ）と反射率ｒｘ（ｘ₁ ）と照度Ｉｐ（ｔ₁ ）とウ
ェハＷの照射領域（レチクルブラインド８で決まる照射
領域）ＩＡ’と式（５）、（７）、（９）とに基づいて
サンプリング時間ｔ₁ における投影光学系ＰＬへの入射
エネルギーＥ（ｔ₁ ）＝Ｅａを推定値として算出する。
前述の如く光源が水銀放電灯等の光源である場合、シャ
ッター２の開閉情報（開いていれば１、閉じていれば０
の重み）とＩｐ＝一定値とでＩｐ（ｔ）を定数として扱
うことができる。尚、透過率η（ｘ₁ ）、反射率ｒｘ
（ｘ₁ ）とを記憶した位置ｘ₁ がサンプリング時刻ｔ₁
と対応していないときは、サンプリング時刻ｔ₁ 以後の
一番近い位置ｘに記憶された透過率η（ｘ_R ）、反射率
ｒｘ（ｘ_R ）を使うようにすればよい。また、シャッタ
ー２の開閉情報（１、又は０）は、サンプリング時刻に
おいてシャッター２が開いていれば、式（５）、
（７）、（９）による演算を実行してＥ（ｔ₁ ）＝Ｅａ
を求め、シャッター２が閉じているときは、式（５）、
（７）、（９）の演算を行うことなくＥ（ｔ₁ ）＝０と
するために使ってもよい。

【００６４】以下サンプリング時刻ｔ₂ 〜ｔ₅ について
も同様にして入射エネルギーを求める。ここではサンプ
リング時刻ｔ₁ 、ｔ₃ で算出された入射エネルギーをＥ
ａ、サンプリング時刻ｔ₂ 、ｔ₅ で算出された入射エネ
ルギーをＥｂ、サンプリング時刻ｔ₄ で算出された入射
エネルギーをＥｃで表している。

【００６５】尚、サンプリング時間間隔Δｔ（例えばサ
ンプリング時刻ｔ₁ とｔ₂ との間の時間間隔）での夫々
のデータの平均値を使って入射エネルギーを求めるよう
にしてもよい。具体的には、例えば前述の透過率データ
η（ｘ_R ）、反射率データｒｘ（ｘ_R ）のデジタルサン
プリングの間隔をレチクル上で２５μｍ毎とし、サンプ
リング時刻ｔ₁ とｔ₂ との間のサンプリング時間間隔Δ
ｔを５ｍｓｅｃ、スキャン速度Ｖを５０ｍｍ／ｓｅｃと
したとき、サンプリング時間間隔Δｔの間にレチクルス
テージが移動する距離ＬはＬ＝Ｖ×Δｔ＝２５０μｍと
なる。透過率データη（ｘ_R ）、反射率データｒｘ（ｘ
_R ）のデジタルサンプリング間隔は２５μｍ毎なので、
サンプリング時刻ｔ₁ とサンプリング時刻ｔ₂ との間の
サンプリング時間間隔Δｔ内で１０個のサンプリングデ
ータが透過率データη（ｘ_R ）と反射率データｒｘ（ｘ
_R ）との夫々について得られる。そこで、それら１０個
のサンプリングデータを透過率η（ｘ_R ）と反射率ｒｘ
（ｘ_R ）との夫々について平均化したデータをサンプリ
ング時刻ｔ₂ での平均透過率データη（ｘ₂ ）と平均反
射率ｒｘ（ｘ₂ ）として利用してもよい。そしてサンプ
リング時刻ｔ₂ での透過率η（ｘ₂ ）と反射率ｒｘ（ｘ
₂ ）と照度Ｉｐ（ｔ₂ ）、シャッター２の開閉情報（開
いていれば１、閉じていれば０の重み）とウェハＷの照
射領域（レチクルブラインド８で決まる照射領域）の面
積と式（５）、（７）、（９）とに基づいてサンプリン
グ時刻ｔ₂ における投影光学系ＰＬへの入射エネルギー
Ｅ（ｔ ₂ ）＝Ｅｂを推定値として算出する。このとき、
前述のように光源１がパルス光を射出する光源である場
合、サンプリング時刻ｔ₁ とサンプリング時刻ｔ₂ との
間のサンプリング時間間隔Δｔ内の単位時間のパワーを
積算してそれを単位時間内の平均パワーＩｐ（ｔ₂ ）と
してもよい。透過率η（ｘ_R ）と反射率ｒｘ（ｘ _R ）の
デジタルサンプリング間隔はサンプリング時間間隔Δｔ
の間にレチクルステージが移動する距離Ｌよりも小さな
分解能が必要であり、サンプリング時間間隔Δｔは距離
Ｌが照明領域ＩＡのスキャン方向の幅よりも小さくなる
ように定める。

【００６６】尚、１ショット以降は反射率ｒｘ（ｘ_R ）
を式（９）に基づいて求めることなく、１ショット露光
時にメモリに記憶された反射率データｒｘ（ｘ_R ）を使
って入射エネルギーＥを求めるようにしてもよい。

【００６７】次に単位時間毎の入射エネルギー光量に基
づく投影光学系ＰＬの光学特性の変化量の算出につい
て、さらに図８を参照して説明する。図８（Ｂ）のΔＭ
ｓは入射光量Ｅによる倍率変化特性を示すものである。
図８（Ｂ）に示すように入射エネルギーＥに対する倍率
変化特性は図４（Ｂ）に示すようにΔＭ／Ｅと時定数Ｔ
に依存した特性となる。従って、各時間（所定時間間隔
毎の時間）に対応する位置での入射エネルギーに対応す
る倍率変動量はΔＭ／Ｅと時定数Ｔで決まる図４（Ｂ）
のような倍率変動特性から求められる。

【００６８】図８（Ｂ）を参照して具体的に説明する。
エネルギーＥａによってサンプリング時刻ｔ₀ 〜ｔ₁ の
間に変化する倍率変動量ΔＭ₁ をΔＭ／Ｅの関係から求
める。ΔＭ／Ｅの関係は前述の如く実験等により予め求
められている。同様にエネルギーＥｂによってサンプリ
ング時刻ｔ₁ 〜ｔ₂ の間に変化する倍率変動量ΔＭ₂が
ΔＭ／Ｅの関係から求められる。サンプリング時刻ｔ₁
〜ｔ₂ の間の倍率の減衰率は熱的な時定数Ｔにより定め
られており、サンプリング時刻ｔ₁ 〜ｔ₂ の間での初期
値（この場合ΔＭ₁ ）から時定数Ｔに応じて時間ととも
に減衰する減衰量を求めることができる。従って、サン
プリング時刻ｔ₂ における倍率変動量はΔＭ₁ ＋ΔＭ₂
の合計値からサンプリング時刻ｔ₁ 〜ｔ₂ の間での減衰
量を引いた値となる。同様にしてエネルギーＥａによっ
てサンプリング時刻ｔ₂ 〜ｔ₃ の間に変化する倍率変動
量ΔＭ₃ 、エネルギーＥｃによってサンプリング時刻ｔ
₃〜ｔ₄ の間に変化する倍率変動量ΔＭ₄ 、エネルギー
Ｅｂによってサンプリング時刻ｔ₄ 〜ｔ₅ の間に変化す
る倍率変動量ΔＭ₅ をΔＭ／Ｅの関係から求められる。
そして同様にして各サンプリング時刻の間での減衰量を
求め、各サンプリング時刻における最終的な倍率変動量
を求めることができる。この各サンプリング時刻におけ
る値を結ぶ包絡線を倍率の変動特性として、図８（Ｂ）
に示すような倍率変動特性を得ることができる。このよ
うに離散的な倍率変動の値から逐次倍率変動特性を漸化
的に得る計算方法は特開昭６０−７８４５４号公報や特
開昭６２−１３６８２１号公報に開示されている。

【００６９】次に倍率を補正する方法について説明す
る。

【００７０】図８（Ｂ）に示す倍率変動特性に応じて倍
率を変化させるように結像特性制御部３０は圧力制御系
４０の制御量、あるいは駆動素子３１、３４、３５の駆
動量を決定し、倍率を補正する。ただし、結像特性制御
部３０は、専らスキャン方向と垂直な方向の投影倍率Ｍ
の調整に使われ、スキャン方向の倍率に関してはレチク
ルＲとウェハＷのスキャン時の相対速度を微小量変える
必要がある。従ってショット領域内の全面で等方的に投
影像の大きさを変えるには、結像特性制御部３０によっ
て補正される倍率調整量に応じて相対速度を微調しなけ
ればならない。

【００７１】以上は倍率変化を補正する方法について述
べたが他の結像特性についても同様にして補正すること
ができる。尚、ウェハＷ上にはレチクルＲのパターンが
複数順次露光されていくが、生産性を上げるため、ウェ
ハステージＷＳＴ（レチクルステージＲＳＴ）は常に一
方向にスキャンするのではなくウェハ上のショット列毎
に交互に逆方向にスキャンしながら露光を行う場合があ
る。つまり１つのショット列を露光した後は逆方向にス
キャンしながら他のショット列を露光する（往復しなが
ら露光する）場合がある。前述の透過率データη、基準
反射率データ等のサンプリングはレチクルを一方向（例
えば−ｘ方向）に移動させながらレチクルＲの位置に応
じて記憶または算出したものである。従って、ウェハの
ショット列毎に交互に逆方向にウェハステージＷＳＴの
スキャン方向が異なる場合（−ｘ方向と＋ｘ方向との交
互にレチクルステージＲＳＴのスキャン方向が異なる場
合）はスキャン方向に応じて透過率データηと反射率デ
ータ等の読出方向を切り換える。すなわち、透過率ηや
基準反射率データを記憶したレチクルステージＲＳＴの
スキャン方向と逆の方向にスキャンする場合は透過率
η、基準反射率データ等のメモリからの読出を逆方向か
ら行う。

【００７２】ここで、スキャン中の平均透過率、平均反
射率を求めて式（５）、（６）をそのまま使用すること
も可能である。この方法も１つの解決法であるが、１ス
キャン中の平均透過率や平均反射率を平均化された量で
しか扱えないことと、反射率は１スキャン後にしか計算
できないということで精度が悪化するという問題点があ
る。この方法による精度の悪化が許容範囲であるか否か
は倍率変動ΔＭの算出にあたって必要とされる精度と、
１スキャン中の倍率変動ΔＭの変化の量，あるいは１ス
キャンの時間と時定数Ｔの長さの比較、あるいは使用す
るレチクルＲの透過率ηのレチクルＲの位置による差、
ウェハＷの反射率ｒのレチクルＲの位置による差を考慮
して決まる。しかしながら、１スキャンの時間はレジス
トの感度により左右され、使用するレチクルの透過率の
均一性等も不確定な要素である。従って、本実施例では
マスクのスキャンの位置に応じて基準反射面からの反射
光強度に基づいて作成された基準反射率データに基づい
てウェハからの反射光の強度を求めることとし、露光動
作中にレチクルをスキャンすることによって、レチクル
の位置に応じて反射光強度が変化しても正しい反射率が
求まるようにしている。

【００７３】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。第２の実施例は、基準反射面を使った基準反射率デ
ータを求めることなく、レチクルＲや照明光学系中の光
学部材で反射した光量情報（以下「オフセット成分」と
いう）をレチクルＲの位置に応じてメモリに格納し、反
射光センサー２７の出力Ｓｂからオフセット成分を差し
引いた値をウェハで反射され再び投影光学系ＰＬに入射
する光量とする点で第１の実施例と異なる。第２実施例
において第１の実施例と同様の部材には同様の符号を付
している。また、本実施例ではレチクルを介して投影光
学系ＰＬに入射する光量（光エネルギー）を求めるため
の情報、すなわちレチクルの透過率（本実施例では実際
は照明領域ＩＡ内の光量とパターンの遮光部で遮光され
ずに透過した光量との比）に関する情報を照射量センサ
ー４１の出力と光源センサー２８からの出力とに基づい
て検出する。

【００７４】以下レチクルを介して投影光学系ＰＬに入
射する光量を求めることについて説明する。

【００７５】主制御系１００は光源センサー２８からの
出力Ｓａと照射量センサー４１の出力Ｓｃとの比Ｓｃ／
ＳａをレチクルＲを載置したレチクルステージＲＳＴの
１スキャン分の移動位置に同期して主制御系１００内の
メモリに格納する。すなわち、主制御系１００はレチク
ルステージＲＳＴを移動（ウェハステージＷＳＴは静
止）させ、レチクル干渉計１４で検出されるレチクルス
テージＲＳＴの位置に応じて光源センサー２８からの出
力Ｓａと照射量センサー４１の出力との比Ｓｃ／Ｓａを
時系列的なデジタル値に変換して、主制御系１００内の
メモリに格納する。この比のデータがレチクルのスキャ
ン時の透過率変化に対応した情報となり、以下この比を
Ｒｈとする。メモリ内への格納のタイミング（デジタル
サンプリング）は前述の如くレチクル干渉計１４の分解
能（例えば０．０１μｍ）を基準として一定移動量毎
（例えば０．０１μｍ〜１０μｍ毎）に行うようにすれ
ばよい。そして格納したレチクルステージＲＳＴの各位
置での変化し得る光源センサー２８からの出力Ｓａと照
射量センサー４１の出力Ｓｃとの比Ｒｈを、レチクルス
テージＲＳＴの位置に応じてメモリに格納する。実露光
の際は、例えば数ｍｓｅｃ程度の所定時間毎に対応する
レチクルステージＲＳＴの位置に対応して予めメモリに
記憶した比Ｒｈを読出し、その値を実露光時の光電セン
サー２８の出力値Ｓａ（所定時間毎の光電センサー２８
の出力値）に乗じたもの（Ｓａ・Ｒｈ）が、所定時間毎
にレチクルを介して投影光学系ＰＬへ入射する光量（エ
ネルギー）の推定値となる。主制御系１００は通常ディ
ジタルコンピュータで構成されるため、第１の実施例で
の各種のデータのデジタルサンプリグと同様に比Ｒｈ、
又は乗算結果Ｓａ・Ｒｈを平均化してその値を記憶して
いってもよいし、あるいは干渉計１４の分解能程度（も
しくはそれより粗い分解能）で逐次算出される比Ｒｈ、
又は乗算値Ｓａ・Ｒｈをそのまま記憶していってもよ
い。

【００７６】次にウェハ反射光量に関する情報の検出に
ついて説明する。

【００７７】投影光学系ＰＬへの入射エネルギーを考え
るとき、レチクルを介して入射する光量の他にウェハで
反射して再び投影光学系ＰＬに入射する光量を考慮しな
ければならない。そこで、ウェハから投影光学系ＰＬに
再び入射する光量を反射光センサー２７の出力Ｓｂに基
づいて検出する。主制御系１００はレチクルＲを載置し
た状態でレチクルステージＲＳＴを１スキャン分移動さ
せ、レチクル干渉計１４で検出されるレチクルステージ
ＲＳＴの位置に応じて反射光センサー２７からの時系列
的な光電信号Ｓｂ（光量情報）を主制御系１００内のメ
モリに格納（デジタルサンプリング）する。メモリ内へ
の格納のタイミングは例えばレチクル干渉計１４の分解
能（例えば０．０１μｍ）を基準として一定移動量毎に
行うようにすればよい。この場合も、デジタルサンプリ
ングの間隔は干渉計１４の分解能と一致している必要は
なく、例えば０．２μｍ毎〜１０μｍ毎と粗くしてもよ
い。

【００７８】このとき反射光センサー２７からの出力Ｓ
ｂにはレチクルＲや照明光学系中の光学部材で反射した
反射光の光量情報を含んでいる。そこで、反射率がほぼ
零である反射面を有する基準板ＦＭの基準反射面を投影
光学系ＰＬの投影領域ＩＡ’内に位置させた上で、レチ
クルのスキャンを行い、反射光を反射光センサー２７で
受光し、その出力Ｓｂの変化をレチクルステージＲＳＴ
の位置に応じてメモリに格納する。その記憶されたデー
タがレチクルＲや照明光学系中の光学部材で反射した反
射光の光量情報となり、以下これをオフセット成分とい
う。実露光時には、その記憶されたオフセット成分を反
射光センサー２７からの出力値Ｓｂから差し引くように
すればよい。

【００７９】尚、以上で光電センサー２８や照射量セン
サー４１、反射光センサー２７はパルス光を受光する場
合、１パルス毎に強度を測定してもよいし、短い一定時
間、例えば数〜数十ｍＳｅｃの単位時間内のパワーを積
算してそれを単位時間内の平均パワーとして出力しても
よい。

【００８０】次に図８を参照して投影光学系ＰＬへの入
射光量Ｅの算出について説明する。

【００８１】投影光学系ＰＬへの入射光量Ｅの算出方法
と投影光学系ＰＬの結像特性の変化量の算出は第１の実
施例と同様にして求められる。以下簡単に説明する。本
実施例においては図８（Ａ）中Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃはレチ
クルステージＲＳＴの位置を変数としたレチクル側から
投影光学系ＰＬに入射する光量とウェハ側から投影光学
系ＰＬに再入射する光量との和である。主制御系１００
はサンプリング時刻ｔ ₁ での光源センサー２８の出力Ｓ
ａと反射光センサー２７の出力Ｓｂを夫々検出する。主
制御系１００はサンプリング時刻ｔ₁ に対応する位置ｘ
₁ での光電センサー２８からの出力Ｓａと照射量センサ
ー４１の比Ｒｈとオフセット成分とをメモリから読み出
す。そして主制御系１００は光電センサー２８の出力Ｓ
ａと比Ｒｈとの乗算結果と、反射光センサー２７の出力
Ｓｂからその位置（又は時刻）でのオフセット成分を引
いた値とを加算する。そして主制御系１００はこの加算
値ととシャッター２の開閉情報（開いていれば１、閉じ
ていれば０の重み）とウェハＷの照射領域（レチクルブ
ラインド８で決まる照射領域）ＩＡ’とに基づいてサン
プリング時刻ｔ₁ における投影光学系ＰＬへの入射エネ
ルギーＥａを推定値として算出する。

【００８２】尚、比Ｒｈとオフセット成分とを記憶した
位置ｘ₁ がサンプリング時刻ｔ₁ と対応していないとき
は、サンプリング時刻ｔ₁ 以後の一番近い位置ｘに記憶
された比Ｒｈとオフセット成分を使うようにすればよ
い。

【００８３】以下サンプリング時刻ｔ₂ 〜ｔ₅ について
も同様にして入射エネルギーを求める。ここではサンプ
リング時刻ｔ₁ 、ｔ₃ に対応する入射エネルギーをＥ
ａ、サンプリング時刻ｔ₂ 、ｔ₅ に対応する入射エネル
ギーをＥｂ、サンプリング時刻ｔ₄ に対応する入射エネ
ルギーをＥｃで表している。

【００８４】尚、第１の実施例と同様にサンプリング時
間間隔Δｔ（例えばサンプリング時間ｔ₁ とｔ₂ との間
の時間間隔）での夫々のデータの平均値を使って入射エ
ネルギーを求めるようにしてもよい。具体的には、例え
ば前述の比Ｒｈとオフセット成分のデジタルサンプリン
グの間隔をレチクル上で２５μｍ毎とし、サンプリング
時刻ｔ₁ とｔ₂ との間のサンプリング時間間隔Δｔ＝５
ｍｓｅｃ、スキャン速度Ｖ＝５０ｍｍ／ｓｅｃとしたと
き、サンプリング時刻ｔ₁ とサンプリング時刻ｔ₂ との
間のサンプリング時間間隔Δｔ内で１０個のサンプリン
グデータが比Ｒｈとオフセット成分との夫々について得
られる。従って第１の実施例と同様に１０個のサンプリ
ングデータを比Ｒｈとオフセット成分との夫々について
平均化したデータに基づいて入射エネルギーＥｂを求め
ればよい。

【００８５】入射エネルギーが求まれば第１の実施例と
同様にして、サンプリング時刻における倍率変動量をΔ
Ｍ／Ｅから求め、各サンプリング時刻の間の減衰率を時
定数Ｔから求める。そして各サンプリング時刻における
値を結ぶ包絡線を倍率の変動特性と定め、図８（Ｂ）に
示す倍率変動特性を得ることができる。そして図８
（Ｂ）に示すような倍率変化特性に応じて倍率を変化さ
せるように結像特性制御部３０は圧力制御系４０の制御
量、あるいは駆動素子３１、３４、３５の駆動量を決定
し、倍率を補正する。

【００８６】本実施例においても、比Ｒｈとオフセット
成分の取り込みはレチクルステージＲＳＴを一方向に移
動させて行っている。このため、比Ｒｈとオフセット成
分の取り込み方向と異なる方向にレチクルステージＲＳ
Ｔをスキャンさせる場合には、比Ｒｈとオフセット成分
の読出しを逆方向から行う。

【００８７】前述の第１、第２の実施例ではレチクルの
透過率に関する情報やウェハの反射光に関する情報をレ
チクル座標に応じて記憶したが、ウェハステージＷＳＴ
側も同時にスキャンするためウェハステージの座標基準
あるいは時間基準で記憶しても同様の効果が得られる。
ウェハステージ座標基準の時はスキャンスタート時毎に
干渉計のカウントを０にリセットしたり、又はスキャン
開始点の座標を記憶する必要がある。また時間基準の場
合は、さらにレジスト感度等で露光時間が異なる時スキ
ャンスピードが異なるため時間軸スケールを変える必要
がある。尚、前述の実施例において多少精度を落ちる
が、レチクルを介して投影光学系ＰＬに入射する光量の
みに基づいて投影光学系ＰＬの結像特性の変化特性を求
めるようにしてもよい。

【００８８】また、絞り２９の交換による照明条件の変
更により、投影光学系ＰＬ内の光束の通過位置が異な
り、結像特性の変化特性が異なる。例えば倍率変化に関
する熱的な時定数等が異なる。従って、絞り２９により
変化する照明条件毎に結像特性の変化特性に関する情報
（例えば熱的な時定数）を記憶し直す必要がある。

【００８９】図９は、図１中のレチクルブラインド８の
平面形状、投影視野ｉｆ、及びレチクルＲのパターン領
域ＰＡの各配置関係を示し、レチクルブラインド８はこ
こでは２枚の遮光板８Ａ、８Ｂで構成される。遮光板８
Ｂはコの字形の平面形状を有し、スキャン方向（ｘ方
向）に関して照明領域を規定する直線エッジＥＧｘ
₂ と、スキャン方向と直交するｙ方向に関して照明領域
を規定する直線エッジＥＧｙ ₁ 、ＥＧｙ₂ とを有する。
一方、遮光板８Ａはスキャン方向に関して照明領域を規
定するために、遮光板８ＢのエッジＥＧｘ₂ と平行な直
線エッジＥＧｘ₁ を有し、遮光板８Ｂに対してｘ方向に
可動とされている。これによって、スリット状照明領域
ＩＡのスキャン方向の幅が可変となる。尚、遮光板８Ｂ
の方もｘ方向に平行移動可能として、スキャン方向を規
定するＥＧｘ₁ 、ＥＧｘ₂ を光軸ＩＸから対称的に設定
するようにしてもよい。図１０は、図９のレチクルブラ
インド８を通ってレチクルＲに達する照明光の強度分布
を立体的に示す斜視図であり、光軸ＩＸの方向を強度軸
Ｉとしてある。照明光として水銀放電灯等の連続発光光
源を用いる場合はあまり問題にならないが、パルス発光
光源を用いる場合、スキャン方向の照度分布がきれいな
矩形状になっていると照度分布のスキャン方向の両端部
での重ね合わせ量や重ね合わせ回数のばらつきによっ
て、ウェハＷ上の１つのショット領域内で露光量のムラ
が生じ易い。

【００９０】そこで図１０に示すように、照度分布の少
なくともスキャン方向の端部については、ほぼ一様な傾
き（幅ΔＸｓ）を持たせるようにする。図１０におい
て、照度分布のｙ方向の長さＹＳｐは、レチクルＲのパ
ターン領域ＰＡのｙ方向の長さをカバーするように定め
られ、照度分布のｘ方向の長さ（スリット幅）ＸＳｐ
は、ウェハＷ上のフォトレジストへの目標露光量，レチ
クルステージＲＳＴ，ウェハステージＷＳＴの走査速
度，パルス光源のときのパルス発振周波数，照明光の強
度等との兼ね合いで最適に定められる。図１０のよう
に、照度分布の両端に幅ΔＸｓで傾斜を持たせるために
は、図９中の遮光板８ＡのエッジＥＧｘ₁ と遮光板８Ｂ
のエッジＥＧｘ₂ とを、レチクルＲのパターン面と共役
な位置から光軸ＩＸの方向に一定量だけずらし、エッジ
ＥＧｘ₁ 、ＥＧｘ₂ のわずかなデフォーカス像をレチク
ルＲ上に投影するようにすればよい。ただし、非走査方
向のエッジＥＧｙ₁ 、ＥＧｙ₂ について、レチクルＲの
パターン面でシャープに結像させるときは、エッジＥＧ
ｙ₁ 、ＥＧｙ₂ はレチクルＲのパターン面と共役な位置
に正確に配置する必要がある。そのため、エッジＥＧｙ
₁ 、ＥＧｙ₂ は共役な面内に正確に配置し、エッジＥＧ
ｘ₁ 、ＥＧｘ₂ はエッジＥＧｙ₁ 、ＥＧｙ₂ の面位置よ
りも光源側にわずかにずれた面内に配置する。またスリ
ット状照明領域ＩＡの長手方向の寸法（長さＹＳｐ）を
可変とするためには、エッジＥＧｙ₁ 、ＥＧｙ ₂ もｙ方
向に可動にする必要がある。尚、図１０の照度分布のｙ
方向が想像線ＬＬｉのように一様に傾いたものになって
いると、図１０中のｙ方向の位置ｙａ₁で露光されるシ
ョット領域内の部分と、位置ｙａ₂ で露光されるショッ
ト領域内の部分とで露光量が異なってしまう。そこで位
置ｙａ₁ での強度Ｉ（ｙａ₁ ）と位置ｙａ₂ での強度Ｉ
（ｙａ₂ ）とを計測し、その比Ｉ（ｙａ₁ ）／Ｉ（ｙａ
₂）に応じて、スリット幅ＸＳｐをｙ方向に関して微調
するのがよい。すなわち、スリット状照明光ＩＡのｙ方
向の位置ｙａ₁ でのスキャン方向の幅をＸＳｐ（ｙ
ａ₁ ）、位置ｙａ₂ でのスキャン方向の幅をＸＳｐ（ｙ
ａ₂ ）とすると、Ｉ（ｙａ₁ ）／Ｉ（ｙａ₂ ）＝ＸＳｐ
（ｙａ₂ ）／ＸＳｐ（ｙａ₁ ）の関係になるように、エ
ッジＥＧｘ₁ とＥＧｘ₂ とをｘｙ面内で相対的に平行状
態から傾ける（回転させる）のである。要するに、図９
に示したスリット状のブラインド開口をわずかに台形状
にするのである。このようにすると、スリット状照明光
の非走査方向に関するわずかな照度ムラ（一様な傾き）
に対しても、ショット領域内の各点で正確な露光量が与
えられることになる。

【００９１】ところでパルス光源を用いるときは、レチ
クルＲとウェハＷとが相対走査される間に、ある特定の
位置関係でパルス発光を行う必要がある。図１１は、そ
の特定の位置関係でパルス発光するときのスキャン方向
の照度特性を模式的に表したものである。パルス光源の
場合、各パルス毎に尖頭強度値がばらつくので、その平
均値をＩｍとしたとき、その半分の強度Ｉｍ／２で規定
されるスリット状照明領域ＩＡのスキャン方向の幅（Ｘ
Ｐｓ＋ΔＸｓ）が所定の整数値Ｎｐ（１を除く）で丁度
割り切れるような距離間隔毎に、パルス発光（トリガ）
を行うのである。例えばスリット状照明領域ＩＡのレチ
クル上での幅（ＸＰｓ＋ΔＸｓ）が８ｍｍであるとき、
整数値Ｎｐを２０とすると、レチクルＲが０．４ｍｍ走
査移動する毎にパルス光源を発光させればよい。その整
数値Ｎｐは、ウェハＷ上の任意の１点について重畳され
るパルス数に他ならない。このため、各パルス毎の尖頭
強度値のばらつきを平均化して、ウェハ上で所望の露光
制度を達成するためには、整数値Ｎｐの最低値がパルス
毎の強度のばらつきに応じて自ずと決まってくる。現状
のパルス光源（エキシマレーザ等）の実力から類推し
て、整数値Ｎｐの最低値は２０前後である。

【００９２】さて、図１１ではＮｐを５として模的的に
表してあるので、１パルス目の照度分布のスキャン方向
の終端部の傾きは６パルス目の照度分布のスキャン方向
の先端部の傾きとオーバラップしている。また、スキャ
ン露光の開始時、又は終了時において、スリット状照明
領域ＩＡ全体（幅でＸＰｓ＋２ΔＸｓ）がレチクルＲの
パターン領域ＰＡの外側に位置した状態からパルス発振
を開始し、照明領域ＩＡ全体（幅でＸＰｓ＋２ΔＸｓ）
がパターン領域ＰＡの外側に達した状態でパルス発振を
停止させることになる。

【００９３】またパルス光源のトリガの方式としては２
通りが考えられ、１つはレチクルステージＲＳＴ（又は
ウェハステージＷＳＴ）のスキャン方向の位置を計測す
るレーザ干渉計１４（又は１９）の計測値に応答して所
定移動量毎にパルス光源にトリガ信号を送る位置同期ト
リガ方式である。もう１つは、レチクルステージＲＳ
Ｔ，ウェハステージＷＳＴの定速制御を信頼して、その
定速度に応答した一定の時間間隔（例えば２ｍｓｅｃ）
毎にクロック信号を発生させ、それをトリガ信号として
パルス光源に送る時間同期トリガ方式である。どちらの
方式にも一長一短があるため、適宜使い分けてもよい。
ただし、時間同期トリガ方式では、クロック信号の発生
開始タイミングと停止タイミングとを、レーザ干渉計１
４、又は１９の計測値に応答して決める必要がある。

【００９４】また、１ショット領域の露光処理時間を極
力短くすることを最優先に考えた場合は、目標露光量が
得られることを前提としてパルス光源が定格最高発振周
波数程度で発振するようにレチクルステージＲＳＴ、ウ
ェハステージＷＳＴの速度、スリット状照明領域ＩＡの
幅（ＸＰｓ）、及びパルスの尖頭強度を設定することが
望ましい。

【００９５】さらに、先の各実施例で述べたように、レ
チクルＲのみを走査して、光電センサー２８の出力Ｓａ
や反射光センサー２７の出力Ｓｂの各値をサンプリング
して各種データを作成する場合、あるいはスキャン露光
中の出力Ｓａ、又はＳｂのサンプリングはパルス光源を
時間同期トリガ方式で発振させているときは、トリガ用
のクロック信号に応答してサンプリングを行ってもよ
い。

【００９６】上述の実施例においては、基板ステージ側
でマスクを通過してくる照明光強度をマスクステージを
移動させるのと同期して順次記憶していく。つまり、マ
スクのスキャン位置に応じて照明光強度を記憶するた
め、露光動作中にマスクをスキャンすることよって投影
光学系に入射するエネルギーが変化しても露光光吸収に
よって発生する結像特性の変化の演算にマスクの位置に
応じた照明光強度を使用できるため不都合は発生しな
い。

【００９７】上述の実施例においては、感光基板からの
反射光に関する情報を加味して投影光学系に入射するエ
ネルギーを算出するため露光光吸収による結像特性の変
化を正確に求めることができる。

【００９８】さらにマスクの位置に応じて変化する投影
光学系への入射エネルギー量に基づいて結像特性変動量
を正確に算出することができるため、スキャンタイプの
露光装置においても、誤差なく結像特性を補正すること
ができる。

【００９９】

【発明の効果】本発明によれば、スキャンタイプの露光
装置においても、マスクのパターンの像を基板上に良好
に結像することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるスキャンタイプの露光
装置の概略構成を示す図である。

【図２】図１の装置でのスキャン露光を示す斜視図であ
る。

【図３】図１の装置のウェハステージ回りの詳細を示す
図である。

【図４】入射エネルギーと倍率変動との関係を示す図で
ある。

【図５】位置（時間）毎に入射エネルギーが異なる場合
の入射エネルギーと結像特性の変化量を示す図である。

【図６】反射率と基準反射率との関係を示す図である。

【図７】レチクルを移動させたときのレチクル透過率の
変化を示す図である。

【図８】基準反射面の反射光センサーの出力と反射率計
算法の原理を説明する図である。

【図９】レチクルブラインドの平面形状と投影視野との
関係を示す図である。

【図１０】照明光の照度分布を立体的に示す斜視図であ
る。

【図１１】スキャン方向の照度分布を模式的に示す図で
ある。

【符号の説明】

１…光源 １３…レチクルステージ駆動部 １８…ウェハステージ駆動部 ２２、２３…ウェハ位置検出系 ２５…焦点検出部 ２７…反射光センサー ２８…光源センサー ３０…結像特性制御部 ３１、３２、３３…駆動素子 ３６…照射量センサー ４０…圧力制御部 １００…主制御系 Ｒ…レチクル Ｗ…ウェハ ＦＭ…基準面 ＲＳＴ…レチクルステージ ＷＳＴ…ウェハステージ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マスクを第１方向へ移動するとともに、基
   板を第２方向へ移動することによって、前記基板を走査
   露光する投影露光装置において、 前記マスクを保持して移動可能なマスクステージと、 前記基板を保持して移動可能な基板ステージと、 前記マスクステージの位置情報を計測可能な第１干渉計
   システムと、 前記第２方向に平行な２つの計測軸と前記第２方向と直
   交する２つの計測軸とを含む５つの計測軸を有し前記基
   板ステージの位置情報を計測可能な第２干渉計システム
   と、 を備えたことを特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】前記５つの計測軸のうちの平行な２つの計
   測軸を用いた計測結果から前記基板ステージの回転情報
   を求める演算手段をさらに備えたことを特徴とする請求
   項１に記載の装置。
3. 【請求項３】前記第２方向に平行な２つの計測軸を用い
   て計測される前記基板ステージの回転情報と前記第２方
   向と直交する２つの計測軸を用いて計測される前記基板
   ステージの回転情報とを平均化して、前記基板ステージ
   の回転情報を求めることを特徴とする請求項２に記載の
   装置。
4. 【請求項４】前記第２方向に平行な２つの計測軸を用い
   て計測される計測値の平均値を前記基板ステージの前記
   第２方向の位置として算出することを特徴とする請求項
   １から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 【請求項５】前記第２方向に直交する２つの計測軸を用
   いて計測される計測値の平均値を前記基板ステージの前
   記第２方向と直交する方向の位置として算出することを
   特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 【請求項６】前記マスクのパターンの像を前記基板上に
   投影する投影系をさらに備え、 前記第２方向と平行な２つの計測軸は、前記投影系の投
   影視野の中心を通り前記第２方向と平行な直線に関して
   対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載
   の装置。
7. 【請求項７】前記マスクのパターンの像を前記基板上に
   投影する投影系をさらに備え、 前記第２方向に垂直な２つの計測軸は、前記投影系の投
   影視野の中心を通り前記第２方向に垂直な直線に関して
   対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載
   の装置。
8. 【請求項８】前記５つの計測軸のうちの１つは、前記基
   板上のマークを検出するアライメント系の検出中心を通
   ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 【請求項９】前記走査露光により前記基板上に転写され
   るパターンの前記第２方向と直交する方向の転写倍率を
   調整するために、前記基板上に投影される前記マスクの
   パターンの像の投影倍率を調整し、 前記走査露光により前記基板上に転写されるパターンの
   前記第２方向の転写倍率を調整するために、前記マスク
   と前記基板の相対速度を調整することを特徴とする請求
   項１に記載の装置。
10. 【請求項１０】請求項１から９のいずれか一項に記載の
    装置を用いる素子製造方法。