JP3282222B2

JP3282222B2 - 投影光学装置、及び該装置を用いる素子製造方法

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Publication number: JP3282222B2
Application number: JP20307592A
Authority: JP
Inventors: 哲夫谷口
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Priority date: 1992-07-07
Filing date: 1992-07-07
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Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体集積回路
や液晶デバイス製造用の高精度な結像性能が要求される
投影露光装置に適用して好適な投影光学装置に関し、特
に投影光学系の結像性能の維持に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等の回路パターンを形成する
ためのフォトリソグラフィ工程においては、通常フォト
マスク又はレチクル等（以下「レチクル」と総称する）
に形成されたパターンを基板（半導体ウエハやガラスプ
レート等）上に転写する方法が使用されている。基板上
にはフォトレジスト等の感光材が塗布されており、照射
光像、即ちレチクルパターンの光透過性の部分の形状に
応じて、感光材に回路パターンが転写される。投影露光
装置（例えばステッパー等）では、レチクルパターンの
像が投影光学系を介してウエハ上に結像投影される。

【０００３】この種の装置においては、レチクル上のパ
ターンが存在する面のフーリエ変換面となる照明光学系
の面（以後、「照明光学系の瞳面」と称する）又はその
近傍の面内において、照明光束を照明光学系の光軸を中
心としたほぼ円形（又は矩形）の領域に制限してレチク
ルを照明する構成を採っていた。このため、照明光束は
レチクルに対してほぼ垂直に近い角度で入射していた。
また、この装置に使用されるレチクル（石英等のガラス
基板）上には、照明光束に対する透過率がほぼ１００％
である透過部（レチクル裸面部）と、透過率がほぼ０％
である遮光部（クロム等）とで構成された回路パターン
が描かれていた。

【０００４】さて、上記のようにレチクルに照射された
照明光束はレチクルパターンにより回折され、パターン
からは０次回折光と±１次回折光とが発生する。これら
の回折光は投影光学系により集光され、ウエハ上に干渉
縞、即ちレチクルパターンの像が形成される。このと
き、０次回折光と±１次回折光とのなす角度θ（レチク
ル側）は、露光光の波長をλ（μｍ）、投影光学系のレ
チクル側開口数をＮＡとすると、ｓｉｎθ＝λ／Ｐによ
り定まる。

【０００５】ところで、パターンピッチが微細化すると
ｓｉｎθが大きくなり、更にｓｉｎθが投影光学系のレ
チクル側開口数（ＮＡ）よりも大きくなると、±１次回
折光はレチクルパターンのフーリエ変換面となる投影光
学系の面（以後、「投影光学系の瞳面」と称する）の有
効径で制限され、投影光学系を透過できなくなる。つま
り、ウエハ上には０次回折光のみしか到達せず、干渉縞
（パターンの像）は生じないことになる。従って、上記
の如き従来の露光方法において、前述の透過部と遮光部
のみからなるレチクル（以後、「通常レチクル」と称す
る）を使用する場合、ウエハ上で解像できるレチクルパ
ターンの微細度（最小パターンピッチ）Ｐは、ｓｉｎθ
＝ＮＡより、Ｐ≒λ／ＮＡなる関係式で与えられる。

【０００６】この関係式及び最小パターンサイズがピッ
チＰの半分であることから、最小パターンサイズは０．
５×λ／ＮＡ程度となるが、実際のフォトリソグラフィ
工程ではウエハの湾曲、プロセスによるウエハの段差等
の影響又はフォトレジスト自体の厚さのために、ある程
度の焦点深度が必要となる。このため、実用的な最小解
像パターンサイズは、ｋ×λ／ＮＡとして表される。こ
こで、ｋはプロセス係数と呼ばれ、通常０．６〜０．８
程度である。

【０００７】以上のことから、従来の露光方法において
より微細なパターンを露光転写するためには、より短い
波長の露光光源を使用するか、あるいはより開口数の大
きな投影光学系を使用する必要があった。しかしなが
ら、露光光源を現在より短波長化（例えば２００ｎｍ以
下に）することは、透過光学部材として使用可能な適当
な光学部材が存在しないこと、及び大光量の得られる安
定した光源がないこと等の理由により現時点では困難で
ある。また、投影光学系の開口数は現状でも既に理論的
限界に近く、これ以上の大開口化はほぼ絶望的である。
仮に現状以上の大開口化が可能であるとしても、±λ／
ＮＡ² で定まる焦点深度は開口数の増加に伴って急激に
減少するため、実使用に必要な焦点深度がより小さくな
り、実用的な露光装置となり得ないといった問題があ
る。

【０００８】そこで、レチクルの回路パターンの透過部
分のうち、特定の部分からの透過光の位相を、他の透過
部からの透過光に対してπ（ｒａｄ）だけずらす、位相
シフター（誘電体薄膜等）を備えた位相シフトレチクル
を使用することも提案されている。位相シフトレチクル
については、例えば特公昭６２−５０８１１号公報に開
示されており、この位相シフトレチクルを使用すると、
通常レチクルを使用する場合に比べてより微細なパター
ンの転写が可能となる。即ち、解像力を向上させる効果
がある。この位相シフトレチクルを使用する場合には、
照明光学系の開口数（コヒーレンスファクターσ）の最
適化が必要となる。なお、位相シフトレチクルについて
はこれまでに種々の方式が提案されているが、代表的な
ものは空間周波数変調型、シフター遮光型、エッジ強調
型である。

【０００９】また、最近では照明条件の最適化、あるい
は露光方法の工夫等によって微細パターンの転写を可能
とする試みがなされており、例えば特定線幅のパターン
に対して最適な照明光学系の開口数（σ値）と投影光学
系の開口数（Ｎ．Ａ．）との組み合わせをパターン線幅
毎に選択することによって、解像度や焦点深度を向上さ
せる方法が提案されている。更に、照明光学系の瞳面又
はその近傍の面内における照明光束の光量分布を輪帯状
に規定し、レチクルパターンに照明光束を照射する輪帯
照明法、あるいはレチクルパターンの周期性に対応して
特定方向から照明光束を所定角度だけ傾斜させて照射す
る傾斜照明法等も提案されている。しかしながら、以上
の何れの方法においても、全てのレチクルパターン、即
ちその線幅や形状に対して有効であるのではなく、レチ
クル又はそのパターン毎に最適な照明方法や条件を選択
する必要があり、投影露光装置としては照明光学系にお
ける照明条件（σ値等）を可変とする構造が必要とな
る。

【００１０】ところで投影露光装置においては、近年ま
すます投影光学系の結像特性（投影倍率、フォーカス位
置等）を高精度に一定値に維持することが要求されるよ
うになってきており、このため様々な結像特性の補正方
法が提案され実用化されている。この中でも特に投影光
学系の露光光吸収による結像特性の変動を補正する方法
については、例えば特開昭６０−７８４５４号公報に開
示されている。この開示された方法では、投影光学系へ
の露光光（ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ等）の入射に伴
って投影光学系に蓄積されるエネルギー量（熱量）を逐
次計算し、この蓄積エネルギー量による結像特性の変化
量を求め、所定の補正機構により結像特性を微調整して
いる。この補正機構としては、例えば投影光学系を構成
する複数のレンズエレメントのうち２つのレンズエレメ
ントに挟まれた空間を密封し、この密封空間の圧力を調
整する方式等がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来技術において、前述の如く照明光学系の照明条
件を変更する場合、あるいは位相シフトレチクルを使用
する場合、投影光学系の瞳面近傍のレンズエレメントで
はその透過光量の分布が変化し得る。瞳面近傍ではもと
もと照明光が集中して通過するため、ここでの光量分布
が変化すると、投影光学系の照明光吸収による結像特性
の変動に大きな影響を及ぼすことになる。そこで、例え
ば特開昭６２−２２９８３８号公報に開示されているよ
うに、照明光吸収による投影光学系の結像特性の変化量
を計算するのに用いられる演算パラメータを照明条件毎
に修正し、この修正パラメータを用いて照明条件の変更
に伴う結像特性の変化を正確に求めて補正を行うことが
考えられる。

【００１２】しかしながら、前記の様に装置によっては
種々の照明条件が可変となる構成になっており、照明光
学系の構成、レチクルの種類、投影光学系の開口数及び
コヒーレンスファクター（σ値）の各々の組み合わせは
膨大な数になるため、全ての組み合せに対する演算パラ
メータを前もって用意しておくためには非常に複雑で且
つ長時間の作業が必要である。特に、レチクルの種類に
関しては、レチクルのパターン（例えば微細度、周期方
向等）が微妙に変わっていても、回折光の出方が異なる
ために、予め全てのレチクルの種類に関して演算パラメ
ータを求めておくことは事実上極めて困難である。

【００１３】また、上述の如く結像特性の補正を行う場
合、長期的な立場で見れば何等問題はない。ところが、
投影光学系の熱蓄積という現象は過去の履歴を持ってい
る。このため、レチクルやそのパターンに対応して照明
条件を変更したとき、直ちに新たな照明条件のもとで修
正された演算パラメータで結像特性の変化量の算出、補
正を行うと、前の照明条件に応じた履歴が投影光学系に
残っているため、この履歴が残っている間は結像特性を
補正する上で不都合が生じる。

【００１４】つまり、照明条件の変更直後は、投影光学
系の瞳面近傍のレンズエレメントにおいて、前の照明条
件のもとでの熱分布状態と新たな照明条件のもとでの熱
分布状態とが重なり合ってどちらの熱分布でもない状態
となっており、何れの照明条件のもとでの演算パラメー
タで結像特性の変化量の計算を行っても、その計算結果
は実際の結像特性の変化量と一致しない。このような過
渡的状態での結像特性（即ち、投影光学系の熱分布状
態）は、単純に両者の和として表すことができず、この
過渡的状態における結像特性の変化量を正確に計算して
補正することは非常に困難である。従って、上記の如き
過渡的状態のもとでウエハへのパターン露光を実行して
も、所期の特性を満足する回路パターンを得ることはで
きない。

【００１５】本発明は斯かる点に鑑み、レチクルやレチ
クルパターン（の種類、周期性、微細度等）に対応して
照明条件（照明光学系の開口数（σ値）、投影光学系の
開口数又は輪帯照明若しくは傾斜照明等の照明光学系の
構成）を変更しても、常に高精度の結像特性のもとで感
光基板に対するパターン露光を行うことができる投影光
学装置を提供することを目的とする。また本発明は、そ
のような投影光学装置を用いた素子製造方法を提供する
ことをも目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の投影
光学装置は、例えば図１に示す如く、光源からの照明光
をほぼ均一な強度分布にしてマスクＲに照射する照明光
学系（７Ａ，８，９，１１，１２）と、そのマスクＲの
バターンの像を感光基板Ｗに結像する投影光学系ＰＬ
と、予測制御用の演算パラメータに基づいてその投影光
学系ＰＬの結像特性を補正する結像特性補正手段（５
８）とを有する投影光学装置において、そのマスクＲに
対応してそのマスクＲに対する照明条件を変更する照明
条件変更手段（５０）と、その投影光学系ＰＬの結像特
性を測定する結像特性測定手段（１５）と、この結像特
性測定手段の測定結果に基づきその結像特性補正手段
（５３）の補正誤差を補正する誤差補正手段（５０）
と、その結像特性測定手段の測定結果に基づきその予測
制御用の演算パラメータの誤差を補正するパラメータ補
正手段（５０）とを備え、その照明条件変更手段による
照明条件の変更後、変更前の照明条件の影響が無くなっ
た後にそのパラメータ補正手段による演算パラメータの
誤差の補正を行い、それ以後はそのパラメータ補正手段
により補正された後のその予測制御用の演算パラメータ
に基づいてその投影光学系ＰＬの結像特性の補正を行う
ものである。

【００１７】この場合、その照明条件変更手段（５０）
による照明条件の変更には、その投影光学系ＰＬの瞳面
又はその近傍の面内におけるその照明光の照度分布の状
態の変更が含まれる。更に、その照明条件変更手段（５
０）による照明条件の変更には、そのマスクＲのパター
ンの構成そのものの変更が含まれる。また、本発明によ
る第２の投影光学装置は、例えば図１に示す如く、光源
１からの照明光をマスクＲに照射する照明光学系（５，
６，７，８，９，１１，１２，１３）と、そのマスクＲ
のパターンの像を基板に投影する投影光学系ＰＬと、予
測制御用の演算パラメータに基づいて投影光学系ＰＬの
結像特性を補正する結像特性補正手段（５３）とを有す
る投影光学装置において、投影光学系ＰＬの結像特性を
測定する結像特性測定手段（１５）と、マスクＲに対応
して、その照明光学系のマスクＲに対する照明条件を変
更する照明条件変更手段（５０，５２，５４）と、その
照明条件変更手段によって変更された照明条件とマスク
Ｒとに最適な予測制御用の演算パラメータが登録されて
いない場合に、その照明条件変更手段によって変更され
た照明条件とマスクＲとに応じた標準的な予測制御用の
演算パラメータと、その結像特性測定手段の測定結果と
を使って補正計算を行い、その計算結果に基づきその結
像特性補正手段を制御して、投影光学系ＰＬの結像特性
を補正する制御手段（５０）とを有することとした。ま
た、本発明による素子製造方法は、本発明による投影光
学装置を用いるものである。

【００１８】

【作用】斯かる本発明によれば、照明条件等の変更によ
り投影光学系の照明光の吸収状態が変化して、ひいては
投影光学系ＰＬの結像特性の変化特性が変化しても、適
宜結像特性の変化量を実測して補正を行うために、その
結像特性補正手段（５３）による結像特性の補正の際の
補正誤差を減少させることができる。更に本発明におい
ては、その補正誤差のデータより変化後の結像特性の変
化特性を表すパラメータ、即ち予測制御用の演算パラメ
ータを求め、このように演算パラメータの修正を行った
後は、修正後の演算パラメータを用いて補正を行う。従
って、演算パラメータの修正を行った後は、投影光学系
ＰＬの結像特性の測定及び補正を行う必要がなく、感光
基板Ｗに対するマスクパターンの露光の生産性（スルー
プット）が低下することがない。

【００１９】また、その照明条件変更手段（５０）によ
る照明条件の変更が、その投影光学系ＰＬの瞳面又はそ
の近傍の面内における照明光の照度分布の状態の変更で
ある場合とは、照明光学系として、通常の照明光学系、
所謂複数傾斜照明の光学系又は輪帯照明の光学系等を切
り換えて使用すること（更には投影光学系の開口数やコ
ヒーレンスファクター（所謂σ値）を変更すること）を
意味する。更に、その照明条件変更手段（５０）による
照明条件の変更が、そのマスクＲのパターンの構成その
ものの変更である場合とは、そのマスクＲとして通常の
マスクと位相シフト型のマスク（例えば特開平４−１６
２０３９号公報に開示された、所謂ハーフトーン型位相
シフトマスクをも含む）等とを切り換えて使用すること
（更にはマスクパターンの微細度（ピッチ、デューティ
等）や周期方向等が変化すること）を意味する。また、
更に上述の本発明によれば、マスクと照明条件とに最適
な予測制御用の演算パラメータが登録されていない場合
にも、そのマスクと照明条件とに応じた標準的なパラメ
ータを読み出し、その標準的なパラメータと投影光学系
の結像特性の測定結果とを使って補正計算を行い、その
計算結果に基づいて投影光学系の結像特性を補正するよ
うにしているので、マスクの交換や照明条件の変更があ
っても、投影光学系の結像特性の誤差を抑えて、基板に
対する露光を行うことができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明による投影光学装置の一実施例
につき図面を参照して説明する。本例は例えば半導体素
子等の製造に使用される投影露光装置に本発明を適用し
たものである。

【００２１】図１は本実施例の投影露光装置の概略的な
構成を示し、この図１において、超高圧水銀ランプ１は
レジスト層を感光するような波長域の照明光（ｉ線等）
ＩＬを発生する。露光用照明光としては、超高圧水銀ラ
ンプ１等の輝線の他に、ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ
等のレーザ光、あるいは金属蒸気レーザやＹＡＧレーザ
の高調波等を用いてもよい。照明光ＩＬは楕円鏡２で反
射されてその第２焦点ｆ₀ に集光された後、コールドミ
ラー５及びコリメータレンズ等を含む集光光学系６を介
してオプティカルインテグレータとしてのフライアイレ
ンズ群７Ａに入射する。但し、フライアイレンズ群７Ａ
は１個のフライアイレンズよりなる。フライアイレンズ
群７Ａの射出面（レチクル側焦点面）近傍には、照明光
学系の開口数ＮＡ_ILを可変とするための可変開口絞り８
が配置されている。ここで、フライアイレンズ群７Ａ
は、そのレチクル側焦点面がレチクルパターンのフーリ
エ変換面（瞳共役面）とほぼ一致するように、光軸ＡＸ
と垂直な面内方向に配置されている。また、第２焦点ｆ
₀ の近傍には、モータ４によって照明光ＩＬの光路の閉
鎖、開放を行うシャッター（例えば４枚羽根のロータリ
ーシャッター）３が配置されている。

【００２２】なお、本実施例においてはフライアイレン
ズ群７Ａを含む複数のフライアイレンズ群（図２参照）
が保持部材（例えば回転ターレット板よりなる）７に設
けられており、駆動系５４によって任意のフライアイレ
ンズ群が交換可能に照明光路中に配置されるように構成
されている。このように可変開口絞り８と共に、複数の
フライアイレンズ群を交換可能に構成することによっ
て、レチクルの種類やパターンの周期性等に応じて照明
条件を変更することが可能となっている（詳細後述）。

【００２３】フライアイレンズ群７Ａを射出した照明光
ＩＬは、ほぼ１００％透過する半透過鏡３７、リレーレ
ンズ９，１１、可変ブラインド１０及びメインコンデン
サーレンズ１２を通過してミラー１３に至り、ここでほ
ぼ垂直に下方に反射された後、レチクルＲのパターン領
域ＰＡをほぼ均一な照度で照明する。可変ブラインド１
０の面はレチクルＲと共役関係にあるので、モータ（不
図示）により可変ブラインド１０を構成する複数枚の可
動ブレードを開閉させて開口部の大きさ、形状を変える
ことによって、レチクルＲの照明視野を任意に設定する
ことができる。レチクルＲはレチクルホルダ１４に保持
され、レチクルホルダ１４は伸縮可能な複数（図１では
２つのみ図示）の駆動素子２９を介して、水平面内で２
次元移動可能なレチクルステージＲＳ上に載置されてい
る。従って、駆動素子制御部５３によって駆動素子２９
の各伸縮量を制御することによって、レチクルＲを光軸
方向に平行移動させるとともに、光軸と垂直な面に対し
て任意方向に傾斜させることが可能となっている。詳し
くは後で述べるが、上記構成によって投影光学系の結像
特性、特に糸巻型や樽型のディストーションを補正する
ことができる。なお、レチクルＲはパターン領域ＰＡの
中心点が光軸ＡＸと一致するように位置決めされる。ま
た、半透鏡３７で分離された投影光学系側からの光線は
光電変換素子３８で検出される（詳細後述）。

【００２４】さて、図１において、レチクルＲのパター
ン領域ＰＡを通過した照明光ＩＬは、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の回路パターンの投影像を、表面にレジスト層が
形成されその表面が最良結像面とほぼ一致するように保
持されたウエハＷ上の１つのショット領域に重ね合わせ
て投影（結像）する。なお、本実施例では投影光学系Ｐ
Ｌを構成する一部のレンズエレメント、即ち図１中では
レンズエレメント２０及びレンズエレメント２１，２２
の各々を、駆動素子制御部５３により独立に駆動するこ
とが可能となっており、投影光学系ＰＬの結像特性、例
えば投影倍率、ディストーション等を補正することがで
きる（詳細後述）。また、投影光学系ＰＬの瞳面Ｅｐ又
はその近傍の面内には可変開口絞り３２が設けられてお
り、これによって投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを変更で
きるように構成されている。

【００２５】ウエハＷはウエハホルダ（θテーブル）１
６に真空吸着され、このウエハホルダ１６を介してウエ
ハステージＷＳ上に保持されている。ウエハステージＷ
Ｓは、モータ１７により投影光学系ＰＬの最良結像面に
対して任意方向に傾斜可能で、且つ光軸方向（Ｚ方向）
に微動可能であると共に、ステップ・アンド・リピート
方式で２次元移動可能に構成されており、ウエハＷ上の
１つのショット領域に対するレチクルＲの転写露光が終
了すると、次のショット位置までステッピングされる。
なお、ウエハステージＷＳの構成等については、例えば
特開昭６２−２７４２０１号公報に開示されている。ウ
エハステージＷＳの端部には干渉計１８からのレーザビ
ームを反射する移動鏡１９が固定されており、ウエハス
テージＷＳの２次元的な位置は干渉計１８によって、例
えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出される。

【００２６】また、ウエハステージＷＳ上には照射量モ
ニタとしての光電センサ３３がウエハＷの表面の高さと
ほぼ一致する高さに設けられている。光電センサ３３
は、例えば投影光学系ＰＬのイメージフィールド、また
はレチクルパターンの投影領域とほぼ同じ面積の受光面
を備えた光電変換素子で構成され、この照射量に関する
光情報を主制御装置５０に出力する。この光情報は、照
明光の入射に伴って投影光学系ＰＬに蓄積されるエネル
ギー量に対応した結像特性の変化量（収差量）を求める
ための基礎データとなる。

【００２７】更に、図１中には投影光学系ＰＬの最良結
像面に向けてピンホール、あるいはスリットの像を形成
するための結像光束を光軸ＡＸに対して斜め方向より供
給する照射光学系３０と、その結像光束のウエハＷの表
面での反射光束をビームを介して受光する受光光学系３
１とから成る斜入射方式のウエハ位置検出系が設けられ
ている。このウエ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、ウエハ表面の結像面に対する上下方向（Ｚ方向）の
位置を検出し、ウエハＷと投影光学系ＰＬが所定の間隔
を保つ様にウエハステージＷＳをＺ方向に駆動するとき
に用いられる。

【００２８】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３１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、ウエ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
る、あるいは投影光学系ＰＬのイメージフーィルド内の
任意の複数の位置での焦点位置を検出できるようにウエ
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、ウエハ
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
しているものとする。

【００２９】ところで、図１には装置全体を総括制御す
る主制御装置５０と、レチクルＲが投影光学系ＰＬの直
上に搬送される途中でレチクルパターンの脇に形成され
た名称を表すバーコードＢＣを読み取るバーコードリー
ダ５２と、オペレータからのコマンドやデータを入力す
るキーボード５１と、フライアイレンズ群７Ａを含む複
数のフライアイレンズ群が固定された保持部材（例えば
回転ターレット板よりなる）７を駆動するためのモー
タ、ギヤトレイン等よりなる駆動系５４とが設けられて
いる。主制御装置５０内には、この投影露光装置（例え
ばステッパー）で扱うべき複数枚のレチクルの名称と、
各名称に対応したステッパーの動作パラメータとが予め
登録されている。そして、主制御装置５０はバーコード
リーダ５２がレチクルＲのバーコードＢＣを読み取る
と、その名称に対応した動作パラメータの１つとして、
予め登録されている照明条件（レチクルの種類やレチク
ルパターンの周期性等に対応）に最も見合ったフライア
イレンズ群を保持部材７の中から１つ選択して、所定の
駆動指令を駆動系５４に出力する。

【００３０】更に、上記名称に対応した動作パラメータ
として、先に選択されたフライアイレンズ群のもとでの
可変開口絞り８，３２及び可変ブラインド１０の最適な
設定条件、及び投影光学系ＰＬの結像特性を後述の補正
機構によって補正するために用いられる演算パラメータ
（詳細後述）も登録されており、これらの条件設定もフ
ライアイレンズ群の設定と同時に行われる。これによっ
て、レチクルステージＲＳ上に載置されたレチクルＲに
対して最適な照明条件が設定されることになる。以上の
動作は、キーボード５１からオペレータがコマンドとデ
ータを主制御装置５０へ直接入力することによっても実
行できる。

【００３１】次に、投影光学系ＰＬの結像特性の補正機
構について説明する。図１に示すように、本実施例では
駆動素子制御部５３によってレチクルＲ及びレンズエレ
メント２０、レンズエレメント２１，２２の各々を独立
に駆動することにより、投影光学系ＰＬの結像特性を補
正することが可能となっている。投影光学系ＰＬの結像
特性としては、焦点位置、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が、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、ディストーション及び像面
湾曲の補正を行う場合について説明する。なお、本実施
例ではレチクルＲの移動により樽型または糸巻型のディ
ステトーションを補正する。

【００３２】さて、レチクルＲに最も近い第１群のレン
ズエレメント２０は支持部材２４に固定され、第２群の
レンズエレメント２１，２２は支持部材２６に固定され
ている。レンズエレメント２３より下部のレンズエレメ
ントは、投影光学系ＰＬの鏡筒部２８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ＡＸ
とは、鏡筒部２８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。

【００３３】支持部材２４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２５によって
支持部材２６に連結され、支持部材２６は伸縮可能な複
数の駆動素子２７によって鏡筒部２８に連結されてい
る。駆動素子２５，２７，２９としては、例えば電歪素
子又は磁歪素子等が用いられ、駆動素子に与える電圧又
は磁界に応じた駆動素子の変位量を予め求めておく。こ
こでは図示していないが、駆動素子のヒステリシス性を
考慮し、容量型変位センサ、差動トランス等の位置検出
器を駆動素子に設け、駆動素子に与える電圧又は磁界に
対応した駆動素子の位置をモニタして高精度な駆動を可
能としている。

【００３４】ここで、レンズエレメント２０、レンズエ
レメント２１，２２の各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Ｍ、像面湾
曲Ｃ及び焦点位置Ｆの各々が変化する。レンズエレメン
ト２０の駆動量をｘ₁ 、レンズエレメント２１，２２の
駆動量をｘ₂ 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の各々は、次式で表
される。

【００３５】 ΔＭ＝Ｃ_M1×ｘ₁ ＋Ｃ_M2×ｘ₂ （１） ΔＣ＝Ｃ_C1×ｘ₁ ＋Ｃ_C2×ｘ₂ （２） ΔＦ＝Ｃ_F1×ｘ₁ ＋Ｃ_F2×ｘ₂ （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。

【００３６】ところで、上述した如くウエハ位置検出系
３０，３１は投影光学系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エハ表面のずれ量を検出す
るものである。従って、ウエハ位置検出系３０，３１に
対して電気的又は光学的に適当なオフセット量ｘ₃ を与
えると、このウエハ位置検出系３０，３１を用いてウエ
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２０、レンズエレメント２１，２２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。

【００３７】 ΔＦ＝Ｃ_F1×ｘ₁ ＋Ｃ_F2×ｘ₂ ＋ｘ₃ （４）同様に、レチクルＲ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ディストーションＤ及び焦
点位置Ｆの各々が変化する。レチクルＲの駆動量をｘ₄
とすると、ディストーションＤ及び焦点位置Ｆの変化量
ΔＤ及びΔＦの各々は、次式のように表される。

【００３８】 ΔＤ＝Ｃ_D4×ｘ₄ （５） ΔＦ＝Ｃ_F1×ｘ₁ ＋Ｃ_F2×ｘ₂ ＋ｘ₃ ＋Ｃ_F4×ｘ₄ （６）なお、Ｃ_D4、Ｃ_F4は各変化量のレチクルＲの駆動量に対
する変化率を表す定数である。

【００３９】以上のことから、（１）式、（２）式、
（５）式、（６）式において駆動量ｘ₁ 〜ｘ₄ を設定す
ることによって、変化量ΔＭ、ΔＣ、ΔＤ、ΔＦを任意
に補正することができる。なお、ここでは４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
系の結像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、上記補正を行う必要
がなく、また本実施例で述べた４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、像面湾曲の変化量を零ないし
は許容値以下に補正すると、これに伴って非点収差の変
化量も零ないしは許容値以下に補正されるので、本実施
例では特別に非点収差の補正を行わないものとする。

【００４０】なお、本実施例では焦点位置の変化量ΔＦ
（（６）式）については、例えばウエハ位置検出系３
０，３１に対して変化量ΔＦを電気的又は光学的にオフ
セットとして与え、このウエハ位置検出系３０，３１を
用いてウエハ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）にウエハＷ
の表面を設定するものとする。また、本実施例では結像
特性補正機構としてレチクルＲ及びレンズエレメントの
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構わない。

【００４１】ここで、本実施例では駆動素子制御部５３
によって、レチクルＲ及びレンズエレメント２０、レン
ズエレメント２１，２２を移動可能としているが、特に
レンズエレメント２０、レンズエレメント２１，２２は
投影倍率、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、菱形等のディストーショ
ン）及び像面湾曲（非点収差）に対応可能となる。上記
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十分対
応できる。

【００４２】以上の構成によって、駆動素子制御部５３
は主制御装置５０から与えられる駆動指令に対応した量
だけ２群のレンズエレメント２０、レンズエレメント２
１，２２及びレチクルＲの周縁３点乃至４点を独立して
光軸方向に移動できる。この結果、２群のレンズエレメ
ント２０、レンズエレメント２１，２２及びレチクルＲ
の各々を光軸方向に平行移動させるとともに、光軸ＡＸ
と垂直な面に対して任意方向に傾斜させることが可能と
なっている。

【００４３】次に、図３を参照して本実施例による投影
露光装置に採用される照明方法の１つについて簡単に説
明する。本実施例で採用する照明方法の一例としては、
例えば特開平４−１０１１４８号公報に開示されている
ように、照明光学系の瞳面若しくはその共役面又はその
近傍の面内を通る照明光束を、照明光学系の光軸ＡＸか
ら所定量だけ偏心した位置に中心を有する少なくとも２
つの局所領域に規定することによって、レチクルＲに照
射される複数の照明光束を所定の方向にレチクルパター
ンの微細度に応じた角度だけ光軸ＡＸに対して対称的に
傾けたものである（以下、簡単に「複数傾斜照明法」又
は「変形光源法」と呼ぶ）。

【００４４】図３は、複数傾斜照明法（変形光源法）を
用いてレチクルＲの照明を行ったときの回路パターンか
らの回折光の発生及び結像の様子を示す線図である。レ
チクルＲの下面（投影光学系ＰＬ側）には、回路パター
ンとして透過部Ｒａと遮光部Ｒｂから成る１次元のライ
ンアンドスペースパターンが描画されている。本実施例
で使用する投影露光装置（図１）では、後述するように
照明光束の通過する局所領域は、照明光学系の瞳面内に
おいて光軸から偏心した位置に中心を有する構成となっ
ている。従って、レチクルＲを照明する照射光束Ｌ０
は、レチクルＲの回路パターンが描画されている方向
（周期方向）に対してほぼ垂直な方向（Ｚ方向）から、
レチクルＲに対して所定の入射角φを以て入射する。な
お、入射角φ及び入射方向は、レチクルＲ上のパターン
で生じる回折光の投影光学系ＰＬの瞳面内での位置によ
って一義的に決まるものである。

【００４５】レチクルＲ上のパターンからはパターンの
微細度（幅、ピッチ）に応じた回折角の方向に０次回折
光Ｄ０、＋１次回折光Ｄｐ、−１次回折光Ｄｍが発生す
る。図３では、投影光学系ＰＬを透過してウエハＷに到
達するものは、上記３光束のうち０次回折光Ｄ０と＋１
次回折光Ｄｐの２光束であり、これら２光束によりウエ
ハＷ上で干渉縞、即ち回路パターンの像が形成される。
なお、従来の照明方法によるパターンの解像限界は、±
１次回折光が投影光学系を透過することが可能か否かで
決定される。即ち、従来ではパターンピッチをＰとした
ときにＰ＞λ／ＮＡ程度で与えられるパターンサイズの
下限が解像限界となっていた。これに対して、本実施例
における複数傾斜照明法では、ほぼＰ＞λ／（２・Ｎ
Ａ）の下限が解像限界となる。

【００４６】また、図３中において０次回折光Ｄ０と＋
１次回折光Ｄｐは光軸ＡＸに対してほぼ対称な光路を通
るものとした。これは、０次回折光Ｄ０と＋１次回折光
Ｄｐとの間の角度をθとして、照明光束Ｌ０の入射角φ
をｓｉｎφ＝ｓｉｎ（θ／２）＝λ／（２Ｐ）とするこ
とにより実現できる。このときウエハＷのデフォーカス
時において、０次回折光Ｄ０と＋１次回折光Ｄｐとはほ
ぼ同量の波面収差（デフォーカスによる）を生じる。こ
れはデフォーカス量ΔＦに対する波面収差は１／２×Δ
Ｆｓｉｎ² ｔ（但し、ｔは各回折光のウエハへの入射
角）であり、ここでは０次回折光と＋１次回折光とでウ
エハへの入射角ｔがほぼ等しいためである。

【００４７】ところで、ウエハ上でのパターン像を崩す
（ボケさせる）原因は、各光束間の波面収差の差であ
る。しかしながら、本実施例で使用する装置（例えば図
１）では、ウエハ上に照射される０次回折光Ｄ０と＋１
次回折光Ｄｐの波面収差がほぼ等しくなるため、同等の
デフォーカス量ΔＦであっても、従来の露光装置に比べ
てボケの程度が少ない、即ち焦点深度が深いことにな
る。更に２次元方向に描かれたパターンを照明する場
合、照明光束の方向も各パターンの方向に合わせて２方
向から照明すると良い。また、照明光束は２方向、即ち
２本であるよりも、その２光束に対して夫々投影光学系
の光軸について対称（等距離）となる２光束を加えた計
４光束（例えば図２中に示すフライアイレンズ７Ｄ１〜
７Ｄ４に相当）を用いると良い。その場合、これらの光
束の光量重心方向は投影光学系ＰＬの光軸と一致するた
め、ウエハＷが微小にデフォーカスした際に生じる像の
横方向の位置ずれ（テレセンずれ）を防止することがで
きる。

【００４８】次に、図２を参照して照明条件の変更、特
に通常照明と複数傾斜照明とを切り替えるために用いら
れるフライアイレンズ群の交換機構について説明する。
図２に示すように、本実施例ではレチクルパターンの周
期性の違いに応じて光軸ＡＸに対する偏心状態を互いに
異ならせて固定された４種類のフライアイレンズ群７Ａ
〜７Ｄが保持部材７に一体に設けられており、図１の駆
動系５４により保持部材７を駆動（回転）させることに
よって、複数のフライアイレンズ群７Ａ〜７Ｄの各々を
交換可能に照明光学系の光路中に配置できるようになっ
ている。ここではフライアイレンズ群７Ｂ〜７Ｄの各々
が照明光路中に配置されたときに、各フライアイレンズ
群が光軸ＡＸに関してほぼ対称に配置されている。な
お、図１では通常照明時に用いられる１個のフライアイ
レンズよりなるフライアイレンズ群７Ａが照明光路中に
配置されている様子を示している。

【００４９】図２において、例えば２個のフライアイレ
ンズ７Ｂ１，７Ｂ２を照明光路中に配置したとき、それ
ぞれの中心（換言すれば、フライアイレンズ７Ｂ１，７
Ｂ２の各々における２次光源像が作る各光量分布の重
心）がレチクルパターンの周期性に応じて決まる量だ
け、光軸ＡＸに対して偏心した離散的な位置に設定され
るように、フライアイレンズ７Ｂ１，７Ｂ２は一体的に
保持部材（例えば回転ターレット板よりなる）７に保持
されている。なお、フライアイレンズ群７Ｂ〜７Ｄの各
々において、各フライアイレンズはその位置がレチクル
パターンの周期性に対応して移動できるようになってい
ることが望ましい。

【００５０】さて、図２は保持部材の具体的な構成を示
し、ここでは４種類のフライアイレンズ群７Ａ〜７Ｄが
約９０゜間隔で、回転軸７ａを中心として回転可能な保
持部材（例えばターレット板よりなる）７上に配置され
ている。４種類のフライアイレンズ群７Ａ〜７Ｄの各々
は、レチクルパターンの周期性の違いに応じて各フライ
アイレンズが、光軸ＡＸ（保持部材の中心）に対する偏
心状態（即ち、光軸ＡＸとほぼ垂直な面内での位置）を
互いに異ならせて保持されている。フライアイレンズ群
７Ｂ，７Ｃはそれぞれ、２つのフライアイレンズ７Ｂ
１，７Ｂ２及びフライアイレンズ７Ｃ１，７Ｃ２を有し
ており、これらフライアイレンズ群は照明光学系中に配
置されたときに、その配列方向が互いにほぼ直交するよ
うに固定されている。フライアイレンズ群７Ｄは、４個
のフライアイレンズ７Ｄ１〜７Ｄ４をその中心７ｄ（光
軸ＡＸ）からほぼ等距離に配置して固定することにより
構成される。フライアイレンズ群７Ａは１個のフライア
イレンズよりなり、このフライアイレンズ７Ａは照明光
学系中に配置されたときにその中心が光軸ＡＸとほぼ一
致するように固定され、従来方式の露光を行う場合に用
いられる。

【００５１】図２から明らかなように、前述の如き図１
のレチクルバーコードＢＣの情報に従って、モータ及び
ギア等から成る駆動素子５５により保持部材７を回転さ
せることによって、４種類のフライアイレンズ群７Ａ〜
７Ｄの各々を交換でき、レチクルパターンの周期性（ピ
ッチ、配列方向等）に応じた所望のフライアイレンズ群
を照明光学系中に配置することが可能となる。このと
き、駆動素子５５は位置決め用としても使用されるの
で、例えばロータリーエンコーダ等の回転角度測定部材
を設けておくことが望ましい。なお、照明条件を変更す
る、即ち照明光学系の瞳面での光量分布を変化させるた
めの構成は図２に限られるものではなく任意で良い。

【００５２】次に、本実施例による装置の主要な動作で
ある照明条件の変更の一例と、各照明条件のもとでの投
影光学系の瞳面近傍における光量分布について説明す
る。ここで、投影光学系ＰＬの露光フィールドの全域に
対応するレチクルＲ上にパターンがほぼ均一に形成され
ている場合、投影光学系ＰＬを構成する複数のレンズエ
レメントのうち、レチクルＲあるいはウエハＷの近くの
レンズエレメントでは、照明条件に関係なく照明光がそ
の全面にわたってほぼ均一に通過することになる。これ
に対して、投影光学系ＰＬの瞳面Ｅｐの付近では照明条
件に応じてその照度分布が異なる。このため、瞳面近傍
のレンズエレメントで生じる温度分布も照明条件毎に異
なる。特に瞳面近傍では照明光束が集中して通過するた
め、照明条件毎に異なる照度（温度）分布が結像特性に
与える影響も大きいと言える。そこで、図４を参照して
照明条件として照明光学系のσ値を変更する場合につい
て説明する。なお、図４では図１と同じ作用、機能の部
材には同一の符号を付してある。

【００５３】さて、照明光学系のコヒーレンスファクタ
ーである所謂σ値は、照明光学系の開口数ＮＡ_ILと投影
光学系の開口数ＮＡ_R （レチクル側）との比であり、σ
＝ＮＡ_IL／ＮＡ_R ＝ｓｉｎθ₁ ／ｓｉｎθ₂ で表され
る。ここで、図４（ａ）に示すように角度θ₁ はレチク
ルＲを照射する照明光の角度、角度θ₂ は投影光学系Ｐ
Ｌの開口絞り３２を通過できる照明光の角度である。図
４では投影光学系ＰＬの開口数ＮＡ_R を一定として照明
光学系の開口数ＮＡ_ILを変えた場合を示しており、図４
（ａ）はσ値が大きいとき、図４（ｂ）はσ値が小さい
ときを示している。図４から明らかなように、本実施例
ではフライアイレンズ群７Ａの射出面（即ち照明光学系
の瞳面）近傍に配置された可変開口絞り８によってσ値
を任意に設定することができる。なお、本実施例（図
１、図４）ではσ値を変更する手段として可変開口絞り
を用いた例を示したが、例えば集光光学系６（図１）を
ズームレンズ系としても、あるいは照明光学系（フライ
アイレンズ群等）を交換可能に構成しても、上記と同様
にσ値を可変とすることができる。

【００５４】図４（ａ）及び（ｂ）に示すようにレチク
ルＲを通過した照明光束のうち０次回折光は、照明光の
入射角と同じ角度θ₁ で投影光学系ＰＬに入射し、図４
（ａ）中に実線で示すように進んでウエハＷ上に達す
る。図示していないが、１次以上の回折光は０次回折光
の外側を進んでウエハＷ上に到達する。投影光学系ＰＬ
の瞳面Ｅｐには可変開口絞り３２が設けられており、投
影光学系ＰＬの開口数ＮＡ_W （ウエハ側）はＮＡ_W ＝ｓ
ｉｎθ₃ で表される。ここで、投影光学系ＰＬの瞳面で
の光量分布をみてみると、開口絞り３２で規定された面
内で０次回折光は瞳面のほぼ中央（斜線部）を通過し、
１次以上の回折光はその外側を通過することになる。一
般に、１次以上の回折光に比べて０次回折光の強度は強
いため、特に瞳面近傍のレンズエレメントは、σ値が小
さい場合（図４（ｂ））より大きい場合（図４（ａ））
の方が照明光束が瞳中心に集中して温度が上昇するもの
と考えられる。実際にパターン露光を行うときは、レチ
クルの種類（例えば通常レチクルや位相シフトレチク
ル）やパターン線幅、パターン形状及びパターンの周期
性等に対応して、これらに見合った最適な照明条件、即
ちσ値や開口数ＮＡ_W （更にはフライアイレンズ群）
を、可変開口絞り８，３２（又は保持部材７）を駆動す
ることにより設定することになる。

【００５５】次に、投影光学系ＰＬの結像特性の変化量
の計算方法について簡単に説明する。なお、本実施例で
は４種類の結像特性、即ち投影倍率、像面湾曲、ディス
トーション及び焦点位置を扱うものとしたが、これらの
結像特性は発生メカニズムが異なり、その変動特性が互
いに異なる可能性があるため、個々の結像特性を独立に
計算する必要がある。しかしながら、これらの結像特性
の計算方法は同一であるため、ここでは投影倍率を例に
挙げて説明を行うものとする。また、本実施例では照明
条件として照明光学系のσ値を変更する場合について説
明するものとする。

【００５６】一般に、物体に熱が吸収されるときの物体
温度は、物体に吸収される熱量と物体から放出される熱
量とのつりあいで求められる。これは、一般に１次遅れ
系と呼ばれるもので、投影倍率の変化特性も同様の振る
舞いをすると考えられる。１次遅れ系の変化特性を図５
に示す。図５は一定時間に一定量の照明光が投影光学系
ＰＬに照射されるときの投影倍率の変化特性を表してい
る。図５に示す変化特性は、照射エネルギーＥに対する
最終的な投影倍率の変化量ΔＭの割合ΔＭ／Ｅ、及び時
間的な変化を表す時定数Ｔの２つの値で決定できる。図
５において、時定数Ｔは最終的な変化量ΔＭに対してΔ
Ｍ×（１−ｅ^-1）だけ変化するまでの時間で表せる。つ
まり、時定数Ｔが小さい程、速い変化となる。割合ΔＭ
／Ｅ及び時定数Ｔは、実際に投影光学系ＰＬに照明光を
照射しつつ投影倍率を測定することによって、図５のよ
うな変化特性を求めれば良い。実際には、投影光学系Ｐ
Ｌの構造が複雑であるため、図５に示すような単純な変
化特性を示すことはなく、いくつかの１次遅れ系の和と
して表される場合もあるが、本実施例では説明を簡単に
するため、単純な変化特性を示す場合について説明す
る。

【００５７】さて、図１においてレチクルＲの交換時に
ウエハステージＷＳを駆動して光電センサ３３を投影光
学系ＰＬの光軸位置まで移動し、投影光学系ＰＬに入射
する照明光の光量を測定する。これで投影光学系ＰＬに
上方から入射する照明光のエネルギーが求められるが、
投影光学系ＰＬには下方即ちウエハＷからの反射光も入
射する。このため光電センサ３８でウエハＷからの反射
光を受光する。これに関しては、特開昭６２−１８３５
２２号公報に開示されている。以上より光電センサ３３
の出力をＰ、光電センサ３８で求められたウエハＷの反
射率をｒとすれば、投影光学系ＰＬに入射する総エネル
ギーＥはＥ＝Ｐ×（１＋ｒ）で求められる。

【００５８】次に、主制御装置５０は予め求めておいた
割合ΔＭ／Ｅ、時定数Ｔ、光電センサ３３にて検出され
る照射エネルギー及びシャッター３の開閉時間に基づい
て、逐次投影倍率の変化量を演算にて算出する。本来１
次遅れ系は、一次の微分方程式の解として与えられるこ
とより、計算機においてその微分方程式を入力を時間毎
のエネルギーとして解いて、出力ΔＭの時間的変化を解
として求めることになる。線形の一次微分方程式である
から解法は一般によく知られたものでよく、例えば漸化
式の形態で与えられる。

【００５９】ここで、上述した如く照明光学系のσ値が
変化すると、投影光学系ＰＬの瞳面Ｅｐの近傍のレンズ
エレメントにおける光量分布、即ち温度分布が変化す
る。例えばσ値が小さいとき、照射エネルギーが瞳中心
に集中して中央部の温度が高くなり（図４（ｂ））、レ
ンズエレメントは中央部付近で大きく熱変形すると考え
られる。一方、σ値が大きいとき（図４（ａ））は、全
体にレンズエレメントの温度が上がり、特に大きな熱変
形は生じないと考えられる。このため、総照射エネルギ
ー量が同じであっても、σ値が大きいときと比較してσ
値が小さいときの方が投影倍率の変化が大きい、即ち割
合ΔＭ／Ｅが大きいと考えられる。

【００６０】一方、σ値が小さいときは周辺部の温度が
あまり上昇していないため、照明光の照射が中断する
と、レンズ温度は急に下がると考えられる。これに対し
てσ値が大きいときは、全体的にレンズ温度が上昇して
いるため、温度はゆっくり下がっる。従って、σ値が小
さいときは、σ値が大きいときに比べて時間的変化も大
きい、即ち時定数Ｔが小さいと考えられる。以上のこと
から、σ値を変化させることによりΔＭ／Ｅ、Ｔが共に
変化することがわかる。

【００６１】以上の説明ではσ値を変化する場合を例に
挙げていたが、他の照明条件（輪帯照明、複数傾斜照明
等）についても全く同様に考えることができる。また、
位相シフトレチクルを用いる場合においても、レチクル
パターンからの回折光が投影光学系に対して入射する角
度が通常のレチクルと異なるため、同様に結像特性が変
化するものと考えることができる。例えば、特公昭６２
−５０８１１号公報に開示されたような空間周波数変調
型の位相シフトレチクルを用いるときは、本来の０次回
折光成分は打ち消されほぼ０となって回折光成分だけと
なり、複数傾斜照明法を採用したときと同様な光量分布
が瞳面に生じる。特に位相シフトレチクルを使用する場
合は位相シフトの効果を増すため照明光のコヒーレンシ
ーを高める様にσ値を絞って（例えば０．１〜０．４程
度で）使用することが多い。

【００６２】このため、上記の様に、レチクル面上すべ
てが位相シフトパターン（特開平４−１６５３５２号公
報に開示されている）のときは、瞳面では中心からはず
れた所を光束が通り、レチクル面上の一部のみが位相シ
フトパターンの時は位相シフト部以外を通った光は瞳面
で中心部を集中して通過する。つまり、同一の照明条件
でもレチクルの構成により瞳面での光量分布が大きく変
化し、結像特性の変化特性（例えばΔＭ／Ｅ、Ｔ）が大
きく変化する。この場合、装置側の照明条件の変更とは
異なり、レチクルの構成は投影露光装置側では判別する
のは困難であり、従来技術である特開昭６２−２２９８
３８号公報で開示されている様に演算パラメータを予め
記憶して修正することは難しい。本実施例は特にこの様
な場合に有効なものである。但し、位相シフトレチクル
でないレチクルであっても、位相シフトレチクルほどの
効果はなくとも、パターンの構成（ピッチ、デューテ
ィ、周期方向等）により回折光の出方が異なるために或
る程度の有効性はある。

【００６３】次に、結像特性測定手段の例をいくつか示
す。結像特性の測定法としては、ウエハにパターンを露
光して現像した後にその像をチェックする方法もある
が、本実施例の場合、結像特性の変化を刻々と測定する
ためそのように時間と手間のかかる方法はなじまない。
そこで、結像特性を直接にリアルタイムで測定する方法
が必要である。具体的には補正を行う結像特性として
は、前記の様に焦点位置、像面湾曲、倍率及びディスト
ーションが代表的であり、以下の説明では焦点位置と像
面湾曲との測定法及び倍率の測定法の例を示す。勿論、
本発明は以下に示した例だけに限定されず、上記の様
に、露光動作の間にリアルタイムで測定できる測定法が
全て含まれることは言うまでもない。

【００６４】先ず、焦点位置及び像面湾曲の測定法の例
を図１、図６及び図７を中心に説明する。図１におい
て、ウエハステージＷＳ上のウエハＷの近傍には焦点位
置検出用のパターン板１５が取り付けられ、このパター
ン板１５の上面には図６（ａ）に示すように遮光部６１
と光透過部６２とよりなる開口パターンが形成されてい
る。この開口パターンは、所定ピッチのラインアンドス
ペースパターンよりなる振幅型の回折格子を順次９０゜
ずつ回転してなる４個の回折格子より構成されている。
図１に戻り、パターン板１５は、ウエハステージＷＳ上
にその開口パターンの形成面がウエハＷの露光面とＺ方
向にほぼ同じ高さになるように固定されており、パター
ン板１５の底面側には検出用照明光学系の入出力部３４
が設けられている。仮に或るウエハＷにレチクルＲのパ
ターンを露光している場合でも、ウエハステージＷＳを
投影光学系ＰＬの光軸に垂直なＸＹ面内で移動させるこ
とにより、投影光学系ＰＬのイメージサークルの中央部
又は任意の像高の位置にそのパターン板１５を移動させ
ることができる。

【００６５】その検出用照明光学系において、３５は２
分岐されたファイバー束を示し、このファイバー束３５
の一方の分岐端３５ａよりレチクルＲを照明する照明光
ＩＬと同一又は近傍の波長帯の照明光ＥＬを入射する。
照明光ＥＬは、例えば照明光ＩＬの一部をビームスプリ
ッター等で分岐したものを使用する。照明光ＥＬはファ
イバー束３５の分岐端３５ａから合同端３５ｂを経てウ
エハステージＷＳの内部の入出力部３４に入射する。内
部に送られた照明光ＥＬは、リレーレンズ、視野絞り、
ミラー、コンデンサーレンズ等より構成される入出力部
３４を介してパターン板１５の開口パターンを下方より
照明する。パターン板１５を通過した光線は投影光学系
ＰＬを経てレチクルＲの下面のパターン面にパターン板
１５の開口パターンの像を結像する。そのレチクルＲの
パターン面から反射された反射光は再び投影光学系ＰＬ
及びパターン板１５を介してウエハステージＷＳの内部
に戻り、入射時と逆の光路を経て再びファイバー束３５
の合同端３５ｂに入射する。この反射光はファイバー束
３５の他方の分岐端３５ｃより光電センサ３６に入射
し、この光電センサ３６より出力される焦点信号ＦＳが
レチクルＲのパターン面からの反射光をパターン板１５
の開口パターンで制限した光量に対応する。その焦点信
号ＦＳは主制御装置５０に供給される。

【００６６】この方式ではその光電センサ３６から出力
される焦点信号ＦＳが最大になるとき、即ちレチクルＲ
からの反射光をパターン板１５で制限して得られた光量
が最大になるときのＺ座標を焦点位置として検出する。
焦点位置でその光量が最大となる原理を図７を参照して
説明する。先ず、パターン板１５の開口パターン形成面
とレチクルＲのパターン面とが投影光学系ＰＬに関して
共役位置にあるとき、即ちパターン板１５が投影光学系
ＰＬの焦点位置ＢＳにあるときの光路図を図７（ａ）に
示す。この場合、パターン板１５の光透過部を投影光学
系ＰＬ側に透過した光線はレチクルＲの下面のパターン
面に開口パターンの像を結び、その反射光は再びパター
ン板１５上で像を結ぶ。従って、パターン板１５の開口
パターンとその再結像された開口パターンの像とは正確
に重なるので、この開口パターンの像の明部の光はパタ
ーン板１５をそのまま透過して最終的に光電センサ３６
に入射する。

【００６７】一方、パターン板１５の開口パターン形成
面が投影光学系ＰＬの焦点位置ＢＳにないときの光路図
を図７（ｂ）に示す。この場合、レチクルＲの下面から
の反射光の全てがパターン板１５の開口パターンを通過
することはできず、反射光の一部はその開口パターンの
非透過部に反射されるので、光電センサ３６への入射光
量は減少する。実際には各光束間での干渉現象があるた
め、レチクルＲからの反射光をパターン板１５で制限し
た光量に対応する焦点信号ＦＳは図６（ｂ）に示すよう
な波形となる。この図６（ｂ）において、横軸は前述の
間接方式のウエハ位置検出系で検出した信号（これを
「オートフォーカス信号」という）ＡＦＳであり、この
信号ＡＦＳはウエハステージＷＳのＺ座標に対応する。

【００６８】以上の方法により、焦点位置が検出でき
る。更に、投影光学系ＰＬの露光領域内で位置を変えて
それぞれ焦点位置を検出することにより投影光学系ＰＬ
の像面湾曲が測定できる。

【００６９】次に投影光学系ＰＬの倍率の測定法の例を
示す。これはよく知られている方法であるため、図８を
参照して簡単に説明する。図８（ａ）は、倍率又はディ
ストーション測定用の計測マークｍ１〜ｍ８がパターン
領域ＰＡの周囲に形成されたレチクルＲの平面図であ
り、この図８（ａ）において、計測マークｍ１〜ｍ８は
予め決められた間隔で正確に描画されている。計測マー
クｍ１〜ｍ８としては、専用マークではなくレチクルＲ
の位置決め用のマークを使用してもよい。一方、図１の
ウエハステージＷＳ上には図示省略してあるが、パター
ン板１５と同様に、ウエハＷの露光面とＺ方向にほぼ同
じ高さとなるようにパターン板８１が設置されている。

【００７０】図８（ｂ）に示すように、パターン板８１
の上面には遮光部を背景として十字型の開口部（光透過
部）が形成されており、この開口部の下方に光電センサ
が配置されている。その十字型の開口部の幅は、ウエハ
ステージＷＳ上に投影されたレチクルＲ上の計測マーク
ｍ１〜ｍ８の投影像の幅とほぼ一致している。図１の干
渉計１８によるＸ座標及びＹ座標の計測値に従ってウエ
ハステージＷＳを駆動することにより、計測マークｍ１
〜ｍ８が投影されるべき位置ＭＰ′までパターン板８１
を移動させ、位置ＭＰ′を中心にウエハステージＷＳを
Ｘ方向又はＹ方向に走査する。例えば計測マークｍ１，
ｍ２の投影位置ではＸ方向に走査し、計測マークｍ３，
ｍ４の投影位置ではＹ方向に走査してそれぞれの方向の
倍率誤差を求める。

【００７１】そして、ウエハステージＷＳを走査したと
きに、図１のシャッター３が開いていると、パターン板
８１の直下の光電センサの出力信号Ｐは図８（ｃ）の様
になり、レチクルマークｍ１〜ｍ８の投影像とパターン
板８１の中心とが重なった位置ＭＰで出力信号Ｐが極小
となる。レチクルマークｍ１〜ｍ８の投影像の設計上の
位置ＭＰ′と計測された位置ＭＰとの差より投影光学系
ＰＬの倍率誤差ΔＭが求められる。また、図８（ａ）の
像高が異なる２つの組の計測マークｍ１〜４ｍ及び計測
マークｍ５〜ｍ８の倍率誤差のズレより、投影光学系Ｐ
Ｌのディストーションの誤差成分ΔＤを知ることができ
る。なお、上記の例ではパターン板８１の下に光電セン
サを置いているが、逆に図１のシャッター３を閉じてパ
ターン板８１の下方から照明し、レチクルＲの上方、例
えば図１の光電センサ３８で受光しても図８（ｃ）と同
様の信号波形が得られる。

【００７２】次に本実施例の主要部である補正誤差の補
正及び演算パラメータの補正の手順について説明を行
う。説明を簡単にするため結像特性としては、倍率（Δ
Ｍ）のみを例とするが、他の結像特性（湾曲、焦点位
置、ディストーション）に関しても全く同様の手法を用
いることができる。また、変動特性も簡単な１次遅れ系
として説明するが、複数の１次遅れの組み合わせでも計
算が複雑になるだけで原理は同様のものであるため、同
じ手法を用いることができる。

【００７３】先ず、倍率変化特性が未知の新しいレチク
ルによる露光動作を考える。簡単に考えるため投影光学
系ＰＬは前回の使用時から十分に時間が経っており温度
的に安定状態にあるとする。これで、時刻ｔ＝０で露光
動作を開始すると図５の如く投影倍率の変化量ΔＭが変
化していく。これを改めて図９に示す。ここでは、新し
いレチクルに対する倍率変化特性パラメータ（割合ΔＭ
／Ｅ、時定数Ｔ）が不明のため、予め求めておいた標準
的パラメータによる補正計算を行う。標準的パラメータ
は全く１通りのものでもよいし、照明光学系の条件毎に
標準的レチクルについて求めておいて照明光学系の変更
に応じて呼び出してきて使用してもよい。勿論、後者の
方が高精度の補正が可能である。

【００７４】図９において、曲線Ｃ１は計算による倍率
の変化量ΔＭ′の変化を示し、曲線Ｃ２は実測された正
しい倍率の変化量ΔＭ^* の変化を示し、計算による倍率
の変化量ΔＭ′の変化と実測された倍率の変化量ΔＭ^*
の変化とがずれている例を示す。このとき、図９の太線
に示す通り、倍率補正機構は計算による倍率の変化量Δ
Ｍ′で投影光学系ＰＬの倍率が変化しているとして補正
を行う。本実施例では一定時間Δｔ毎に結像特性のチェ
ックを行い、結像特性のキャリブレーションを行うとす
ると、図９の如く一定時間後に倍率測定が行われ正しい
倍率に戻される。このキャリブレーション間隔は計算に
よる倍率ΔＭで補正を行う。図９に対応させると、倍率
の変化量ΔＭの曲線Ｃ２をキャリブレーション毎に曲線
Ｃ３に沿って平行移動させる様に補正を行う。つまり計
算による倍率の変化量ΔＭ′の算出はキャリブレーショ
ンとは独立に休まず続け、キャリブレーションではその
計算とは独立にその都度誤差分を直していく。

【００７５】この方法により、計算による倍率の変化量
ΔＭ′と正しい倍率の変化量ΔＭ^*との誤差による倍率
補正誤差を小さく抑えることができると同時に、図９の
丸印のように、正しい倍率の変化量ΔＭ^* の時間変化特
性も分かり、正しい変化特性パラメータ（ΔＭ／Ｅ、
Ｔ）を求めることができる。一度正しいパラメータが求
められれば、もはやキャリブレーションを定期的に行う
必要はなく、正しいパラメータによる計算値に基づき補
正を行えばよい。これにより、キャリブレーションによ
る時間ロスが無くなり、生産性（スループット）が向上
する。また、多数の測定結果から求めたパラメータであ
るため、測定誤差が平均化されることにより、一度の測
定結果に基づくキャリブレーションに比べて誤差が小さ
く、より高精度の補正が可能である。なお、図９は倍率
変化に追従して補正している様に描いてあるが、実際は
倍率変化を打ち消す様に逆方向に補正を行っている。

【００７６】次に正しいパラメータの求め方を簡単に説
明する。図９の例では簡単のため同一エネルギーが与え
られた例を示したが、実際はウエハ交換又はアライメン
ト動作等により一様ではない。このため厳密に計算する
には、時間毎のエネルギー履歴を図１の主制御装置５０
が記憶しておく必要がある。エネルギー履歴と倍率測定
値との関係が最も良く一致するパラメータの計算を行
う。例えば最小二乗法等により計算を行う。エネルギー
履歴と倍率測定値との関係は前記の様に線形関数ではな
いため、解折的に計算ができず通常パラメータを逐次最
適化する手法を取ることになる。従って計算時間がかか
るため、ロットの入れ替え時間等に最適パラメータを求
めるのが現実的である。

【００７７】あるいは、ウエハ交換、アライメント等の
時間では平均化したエネルギーの照明光が均一に照射さ
れたとして簡単に計算する方法も考えられる。但し、精
度が悪くなるため、とりあえず平均化したエネルギーで
計算しておいて、ロットの入れ替え時間等で厳密に計算
することも考えられる。また、時間パラメータの時定数
Ｔを求めるのは上記のようにエネルギー履歴等を使った
複雑な計算が必要なため、時定数Ｔは一定と仮定し変化
率ΔＭ／Ｅのみを計算で求めてもよい。実際には時定数
Ｔの誤差よりも変化率ΔＭ／Ｅの誤差の方が補正精度に
対する効きが大きいため、この方法でもある程度の精度
が得られると考えられる。

【００７８】次に計算に使用するデータ点数に関して
は、データ点数が多い方が精度よく求まるが、計算時間
がかかるという欠点があるため、両者を考慮したデータ
点数を選ぶことが望ましい。例えば最小二乗法で計算す
る場合、１データ点あたりの二乗誤差が一定値以下とな
るまで点数を増す方法等が考えられる。上記の実施例の
他に、パラメータの最適化計算を行っている余裕がない
場合、あるいは十分短い時間に計測ができるためスルー
プットの劣化を気にしなくともよい場合は、パラメータ
の最適化は行わず、常に補正計算による補正と測定後の
補正とを組み合わせた方法で補正を行うことも考えられ
る。上記の実施例の他に、時間間隔Δｔを十分短くと
り、補正計算による補正は全く行わず、測定結果のみに
よる補正を行うことも可能である。この際に、補正後に
特性を一定に保ち階段状に補正を行う方法又は一次補間
若しくは二次補間等といった補間法を用いてもよい。

【００７９】また、本実施例により新しいパラメータを
求めた場合、照明条件、レチクルの種類及び遮光ブライ
ンド等の条件が一定であれば、そのパラメータは再び使
用できる。そこで、これらの条件と共にそのパラメータ
を登録しておき、同一条件のときには呼び出して使用す
れば、再度パラメータを計算する手間を省くことができ
る。また、種々の条件で露光を行い、パラメータの登録
数が十分増えた場合、条件を指定すると、類似の条件に
より補間を行って最適なパラメータを推定することも可
能である。

【００８０】また、上記までの実施例では、図９の測定
間隔Δｔを一定としていたが、図９でも分かるように露
光開始直後は変化が大きく、時間と共に変化が小さくな
っていく。このため、露光開始直後は測定間隔Δｔを小
さくし、次第に測定時間Δｔを大きくしていった方が誤
差が小さくなり効果的であり、また、パラメータの計算
精度も良くなる。これを実現するためには、例えば補正
計算による変化量が一定値を超える毎に測定を行う方
法、又は前回の測定値の差分に応じて次回の測定時間を
決める方法等が考えられる。

【００８１】上記の実施例は、レチクル交換又は照明系
変更後十分な時間が経過し、前の条件の照射の影響が消
えていることを前提としているが、現実には十分な時間
が経過しない内に次の条件での露光動作が行われること
が考えられる。この場合、２つの条件の倍率変化特性が
重なり合い、補正計算で厳密に求めることは非常に困難
である。このような場合でも、本例の実測との組み合せ
による補正を行えば問題はない。つまり、条件が変更さ
れると、補正パラメータを直ちに新条件の標準的なパラ
メータに変更して補正計算を行う。このとき、実際には
前の条件と新しい条件とが重なり合い、計算値と実測値
とがずれるが、実測によるその差は逐次補正されていく
ので、大きな誤差とはならない。

【００８２】しかし、この重なり合った状態のときの測
定値は新パラメータ決定の計算には使用できないため、
前の条件の影響が無くなったと考えられた以後の測定値
を使用して新パラメータの計算を行わなければならな
い。前記のように、十分に冷却された後に露光動作を開
始した直後の倍率変化量が大のため、パラメータ計算と
いう立場から考えると、十分に冷却された直後のデータ
を使用するのが望ましい。このため、実際には条件を変
更した場合、前の条件の影響が無くなるまで待つことが
本例でも望ましいと言える。

【００８３】以上、実施例の露光方法及びその変形例を
種々説明したが、以下に図１０のフローチャートを参照
してその代表的な場合の実使用時のシーケンスの例を説
明する。先ず図１０のステップ１０１で露光シーケンス
を開始する。次にステップ１０２で、レチクル交換が行
なわれ、照明光学系の照明条件の設定が行われる。この
ときに図１の主制御装置５０は、レチクルの種類をバー
コードリーダ５２を介して読み取り、照明光学系の照明
条件を各部の信号から読み込む。次にステップ１０３に
おいて、補正計算に用いる最適パラメータが以前既に露
光に使用されてメモリに登録されているか否かを判断す
る。登録されていない場合には動作はステップ１０４に
進み、その照明条件とレチクルでの標準的な補正計算用
パラメータを読み込む。ステップ１０３でパラメータが
既に登録されている場合には、ステップ１０５に移行し
てその登録されている最適なパラメータを読み込む。

【００８４】ステップ１０４でパラメータを読み込んだ
後は、ステップ１０６に進み、補正計算を行いつつ結像
特性の実測を行って補正を行う方法で露光動作を行う。
同様に、ステップ１０５でパラメータを読み込んだ後に
は、ステップ１０８に進み、補正計算を行いつつ結像特
性の実測を行って補正を行う方法で露光動作を行う。そ
して、ステップ１０８に続いてステップ１０９に移行し
て前の条件の照射による影響が残存しているときにはス
テップ１０８に戻り、前の条件の照射による影響が残っ
ていないときにはステップ１１３に進む。

【００８５】このステップ１１３では最適パラメータに
よる補正計算のみによる補正を行いつつ露光動作を行
う。そして、１枚のウエハの露光が終わる毎にステップ
１１４に移行してそのロットの全ウエハへの露光が終了
したか否かを判断し、終了していないときにはステップ
１１３に戻って露光を行い、そのロットの前記ウエハへ
の露光が終了したときにはステップ１１５に進んで他の
処理を行う。

【００８６】また、ステップ１０６の次にはステップ１
０７に移行して、前の条件の照射による影響が残存して
いるときにはステップ１０６に戻り、前の条件の照射に
よる影響が残っていないときにはステップ１１０に進
む。ステップ１１０では、補正計算による補正と実測値
に基づく補正との組み合せで補正を行いつつ露光を行っ
て、測定結果及び照射履歴をメモリに記憶しておく。そ
の後、ステップ１１１において測定結果のデータ点数が
十分か否かを判断し、データ点数が十分でない場合はス
テップ１１０に戻り、データ点数が十分になった場合に
はステップ１１２に移行して、それらのデータより新し
い最適パラメータを計算し、この計算されたパラメータ
をメモリに登録する。これで予めパラメータが登録され
ている場合と条件が等しくなったので、動作はステップ
１１３に移行して最適パラメータによる補正計算のみに
よる補正により露光動作を行う。

【００８７】なお、図１０のフローチャートには記載し
てないが、新たなパラメータの算出後に、それが正確に
結像特性の変動を表すかどうかしばらくの間結像特性の
測定を行って、そのパラメータのチェックを行うシーケ
ンスを入れてもよい。このように、本発明は上述実施例
に限定されず本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構
成を取り得る。

【００８８】

【発明の効果】本発明によれば、従来の補正計算による
補正に加えて、結像特性の実測結果に基づく補正誤差の
補正を行っているので、照明光学系の照明条件の変更又
は位相シフトレチクルを使用した場合の位相シフターの
影響等による補正計算の誤差を小さくできる。従って、
常に高精度の結像特性のもとで感光基板に対する露光を
行うことができる利点がある。更に、実測結果を用いて
正しい補正計算に用いる演算パラメータを算出して、以
後はその演算パラメータを使用して予測制御することに
より、逐次実測する場合の時間的ロスを省くことができ
る。

【００８９】また、照明条件変更手段による照明条件の
変更が、投影光学系の瞳面又はその近傍の面内における
照明光の照度分布の状態の変更である場合には、照明光
学系として所謂複数傾斜照明法と通常の照明法とを切り
換えて使用するような場合でも、常に高精度の結像特性
のもとで感光基板に対する露光を行うことができる。ま
た、照明条件変更手段による照明条件の変更が、マスク
のパターンの構成そのものの変更である場合には、マス
クとして所謂位相シフトレチクルと通常のレチクルとを
切り換えて使用するような場合でも、常に高精度の結像
特性のもとで感光基板に対する露光を行うことができ
る。またさらに、マスクの交換や照明条件の変更がある
場合に、その変更後のマスクと照明条件に最適なパラメ
ータが登録されていなくても、その変更後のマスクと照
明条件とに応じた標準的なパラメータを使用するように
しているので、投影光学系の結像特性の誤差を抑えて、
基板に対する露光を行うことができる。この場合、投影
光学系の結像特性を測定し、その結果に基づいて、標準
的なパラメータを用いて行なわれた結像特性の補正誤差
の較正や、その標準的なパラメータの修正を適用するこ
とによって、投影光学系の結像特性の誤差をさらに小さ
く抑えて、基板に対する露光を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の投影露光装置の概略構成を
示す一部断面図を含む構成図である。

【図２】図１の保持部材７の構成を示す正面図である。

【図３】複数傾斜照明法の原理の説明に供する線図であ
る。

【図４】（ａ）は照明光学系のコヒーレンシィを表すσ
値が比較的大きい場合のフライアイレンズ群からウエハ
までの光路及び投影光学系の瞳近傍での光量分布を示す
線図、（ｂ）はσ値が比較的小さい場合のフライアイレ
ンズ群からウエハまでの光路及び投影光学系の瞳近傍で
の光量分布を示す線図である。

【図５】照明光吸収による投影光学系の結像特性（投影
倍率）の変化特性の説明に供する線図である。

【図６】（ａ）は焦点位置検出手段のパターン板１５の
開口パターンの一例を示す線図、（ｂ）は焦点位置検出
手段で得られる焦点信号を示す波形図である。

【図７】焦点位置検出手段の原理説明図であり、（ａ）
はパターン板１５が投影光学系ＰＬの最良結像面にある
状態を示す線図、（ｂ）はパターン板１５がその最良結
像面から外れた状態を示す線図である。

【図８】倍率（ディストーション）検出手段の動作の説
明に供する線図であり、（ａ）はレチクル上の計測マー
クを示す平面図、（ｂ）はウエハステージ上の測定パタ
ーンを示す拡大平面図、（ｃ）は得られる検出信号を示
す波形図である。

【図９】実施例における結像特性（投影倍率）の補正の
様子を示す線図である。

【図１０】実施例の露光シーケンスの一例を示すフロー
チャートである。

【符号の説明】

ＲレチクルＷウエハＰＬ投影光学系ＷＳウエハステージ１超高圧水銀ランプ７保持部材７Ａ〜７Ｄフライアイレンズ群８可変開口絞り９，１１リレーレンズ１０可変ブラインド１２メインコンデンサーレンズ１５パターン板２０，２１，２２レンズエレメント２５，２７，２９駆動素子３３，３６，３８光電センサ３４入出力部３５光ファイバー束３７半透鏡５０主制御系５３駆動素子制御部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの照明光をほぼ均一な強度分布
にしてマスクに照射する照明光学系と、前記マスクのパ
ターンの像を感光基板に結像する投影光学系と、予測制
御用の演算パラメータに基づいて前記投影光学系の結像
特性を補正する結像特性補正手段とを有する投影光学装
置において、前記マスクに対応して前記マスクに対する照明条件を変
更する照明条件変更手段と、前記投影光学系の結像特性を測定する結像特性測定手段
と、該結像特性測定手段の測定結果に基づき前記結像特性補
正手段の補正誤差を補正する誤差補正手段と、前記結像特性測定手段の測定結果に基づき前記予測制御
用の演算パラメータの誤差を補正するパラメータ補正手
段とを備え、前記照明条件変更手段による照明条件の変更後、変更前
の照明条件の影響が無くなった後に前記パラメータ補正
手段による演算パラメータの誤差の補正を行い、それ以
後は前記パラメータ補正手段により補正された後の前記
予測制御用の演算パラメータに基づいて前記投影光学系
の結像特性の補正を行うことを特徴とする投影光学装
置。
【請求項２】前記照明条件変更手段による照明条件の
変更は、前記投影光学系の瞳面又はその近傍の面内にお
ける前記照明光の照度分布の状態の変更であることを特
徴とする請求項１記載の投影光学装置。
【請求項３】前記照明条件変更手段による照明条件の
変更は、前記マスクのパターンの構成そのものの変更で
あることを特徴とする請求項１記載の投影光学装置。
【請求項４】光源からの照明光をマスクに照射する照
明光学系と、前記マスクのパターンの像を基板に投影す
る投影光学系と、予測制御用の演算パラメータに基づい
て前記投影光学系の結像特性を補正する結像特性補正手
段とを有する投影光学装置において、前記投影光学系の結像特性を測定する結像特性測定手段
と、前記マスクに対応して、前記照明光学系の前記マスクに
対する照明条件を変更する照明条件変更手段と、前記照明条件変更手段によって変更された照明条件と前
記マスクとに最適な予測制御用の演算パラメータが登録
されていない場合に、前記照明条件変更手段によって変
更された照明条件と前記マスクとに応じた標準的な予測
制御用の演算パラメータと、前記結像特性測定手段の測
定結果とを使って補正計算を行い、該計算結果に基づき
前記結像特性補正手段を制御して、前記結像特性を補正
する制御手段と、を備えたことを特徴とする投影光学装置。
【請求項５】前記制御手段は、前記結像特性測定手段
の測定結果に基づき前記結像特性補正手段を制御して、
前記標準的な予測制御用の演算パラメータを用いた計算
結果に基づいて行われた前記結像特性の補正の誤差を較
正することを特徴とする請求項４記載の投影光学装置。
【請求項６】前記結像特性測定手段の測定結果に基づ
いて、前記標準的な予測制御用の演算パラメータを補正
するパラメータ補正手段を更に備えることを特徴とする
請求項４記載の投影光学装置。
【請求項７】前記標準的な予測制御用の演算パラメー
タは、前記照明条件変更手段により変更される照明条件
毎に、予め登録されていることを特徴とする請求項４〜
６の何れか一項記載の投影光学装置。
【請求項８】前記標準的な予測制御用の演算パラメー
タは、標準的なマスクについて予め登録されていること
を特徴とする請求項４〜７の何れか一項記載の投影光学
装置。
【請求項９】請求項１〜８の何れか一項記載の投影光
学装置を用いることを特徴とする素子製造方法。