JP3374991B2

JP3374991B2 - 投影光学系の調整方法、露光方法、及び露光装置

Info

Publication number: JP3374991B2
Application number: JP14191493A
Authority: JP
Inventors: 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-06-14
Filing date: 1993-06-14
Publication date: 2003-02-10
Anticipated expiration: 2018-02-10
Also published as: JPH06349702A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所謂スリットスキャン
露光方式の投影露光方法及び装置、並びにその投影露光
装置に装着されている投影光学系の結像特性の調整方法
に関し、特に露光された像の歪曲収差が最小になるよう
にその投影光学系のレンズエレメントの回転角を設定す
る場合に使用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気
ヘッド等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、フ
ォトマスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称す
る）のパターンを感光材が塗布された基板（ウエハ、ガ
ラスプレート等）上に転写する投影露光装置が使用され
ている。従来の投影露光装置としては、ウエハの各ショ
ット領域を順次投影光学系の露光フィールド内に移動さ
せて、各ショット領域に順次レチクルのパターン像を一
括露光するというステップ・アンド・リピート方式の縮
小投影型露光装置（ステッパー）が多く使用されてい
た。

【０００３】一般に、半導体素子等は基板上に多数の回
路パターンを重ねて形成されるため、隣接する層（レイ
ア）間の重ね合わせ精度を高精度に維持する必要があ
る。また、異なるレイアの回路パターンがそれぞれ異な
る投影露光装置により焼き付けられる場合があるため、
重ね合わせ精度を高めるためには、異なる投影露光装置
間の結像特性のばらつきを小さくする必要がある。その
ため、結像特性として歪曲収差を例にとると、投影露光
装置では、投影光学系の歪曲収差をできるだけ小さくす
ることが求められている。

【０００４】従来のステッパーの場合には、先ず投影光
学系の歪曲収差を計測するために、２次元格子状に計測
用のマークが形成されたテストレチクルのパターン像を
その投影光学系を介してフォトレジストが塗布された基
板（ウエハ等）上に一括露光する。その後、現像処理を
施すことにより、ウエハ上に２次元格子状に計測用マー
ク像が形成される。この計測用マーク像と諸収差が無い
場合の計測用マーク像（理想格子）とを比較すること
で、形成された像の歪曲収差が求められる。

【０００５】図１９（ａ）は、ステッパー用の投影光学
系の円形の有効露光領域４１内の歪曲収差を示し、有効
露光領域４１に内接する矩形の露光フィールド４２内で
全体として歪曲収差を如何に小さくするかが問題であ
る。また、露光フィールド４２内で、理想格子点４４
Ａ，４４Ｂ，…がそれぞれ歪みベクトル４３Ａ，４３
Ｂ，…で示されるように歪んでいるものとし、最大の歪
みベクトルがその有効露光領域４１の近傍の理想格子点
４３Ｆの歪みベクトル４３Ｆであるとする。

【０００６】このディストーションを露光フィールド４
２全体で小さくする為には、投影光学系のレンズエレメ
ントを光軸の回りに角度φだけ回転させて、図１９
（ｂ）に示すように、最大の歪みベクトル４４Ｆを有す
る理想格子点４３Ｆを露光フィールド４２の外部（有効
露光領域４１内で）に移動させる。これにより、回転後
の露光フィールド４２内の理想格子点４５Ａ，４５Ｂ，
…での歪みベクトルの最大値は図１９（ａ）の場合より
小さくなる。その他に、投影光学系の結像面の直交座標
系をＸ軸及びＹ軸として、例えばＸ軸の方向に大きな歪
みをＸ軸方向及びＹ軸方向に振り分ける様にレンズエレ
メントを回転させる方法も使用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】半導体素子を例にとる
と、最近は、半導体素子の１個のチップパターンが大型
化する傾向にあり、投影露光装置においては、レチクル
上のより大きな面積のパターンをウエハ上に露光するた
めの大面積化が求められている。また、半導体素子のパ
ターンが微細化するのに応じて、投影光学系の解像度を
向上することも求められているが、投影光学系の解像度
を向上し、且つ投影光学系の露光フィールドを大きくす
ることは設計上及び製造上困難であるという問題があ
る。特に、投影光学系として、反射屈折系を使用するよ
うな場合には、無収差の露光フィールドの形状が円弧状
の領域となることもある。

【０００８】斯かる転写対象パターンの大面積化及び投
影光学系の露光フィールドの制限に応えるために、例え
ば細長い矩形、円弧状又は６角形等の照明領域（これを
「スリット状の照明領域」という）に対してレチクルを
走査し、その照明領域と共役な露光領域に対してレチク
ルに同期してウエハを走査することにより、レチクル上
のパターンの像を逐次ウエハ上に露光する所謂スリット
スキャン露光方式の投影露光装置が注目されている。

【０００９】この種の投影露光装置でも、従来の一括露
光方式の露光装置と同様に、歪曲収差を小さくすること
が求められている。しかしながら、スリットスキャン露
光方式用では投影光学系の結像面でウエハが走査される
という特殊性があるため、従来の一括露光方式用の投影
光学系で使用されていた調整方法では、歪曲収差があま
り小さくならないという不都合があった。また、スリッ
トスキャン露光方式では、ウエハの走査に起因する特有
の投影像の劣化がある。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑み、スリットスキャ
ン露光方式の投影露光装置用の投影光学系の歪曲収差を
できるだけ小さくできると共に、スリットスキャン露光
方式特有の走査による投影像の劣化を最小にできる投影
光学系の調整方法、及び露光方法を提供することを目的
とする。更に本発明は、その露光方法を実施できる露光
装置を提供することをも目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による投影光学系
の調整方法は、例えば図１〜図３に示すように、複数の
レンズエレメント（８ｂ）よりなり所定形状の照明領域
内のマスクのパターンの像を感光性の基板上に投影する
投影光学系（８）を有し、その照明領域に対してそのマ
スクを所定方向に走査し、その照明領域と共役な露光領
域（３１）に対して基板を所定方向に走査することによ
り、そのマスクのパターンの像を逐次その基板上に露光
する投影露光装置の投影光学系（８）の結像特性の調整
方法であって、投影光学系（８）の結像面上の２次元の
格子点（２８）での像の変形量を計測する第１工程を有
する。

【００１２】更に本発明は、所定形状の露光領域（３
１）及び２次元の格子点（２８）を投影光学系（８）の
光軸を中心に相対的に順次所定角度間隔で回転した後
の、その回転後の２次元の格子点（２８Ａ）での像の変
形量をその第１工程で計測された変形量から算出し、そ
の回転後の所定形状の露光領域（３１）内の回転後の２
次元の格子点（２８Ａ）での像の変形量をその回転後の
格子軸に沿った方向（ｘ方向）に積算し、その基板をそ
の回転後の露光領域（３１）に対して走査した後の投影
光学系（８）による像の変形量を予測する第２工程と、
その積算された格子点の像の分布を求める第３工程と、
それら第２工程及び第３工程で求められたその基板の走
査後のその基板上での像の変形量及び分布が最良になる
ときの所定形状の露光領域（３１）の回転角を求める第
４工程と、この第４工程で求められた回転角に基づい
て、投影光学系（８）を構成する複数のレンズエレメン
ト（８ｂ）の内の所定のレンズエレメントのその投影露
光装置に対する回転角を調整する第５工程とを有するも
のである。次に、本発明による第１の露光方法は、マス
ク（１２）のパターンの像を投影光学系（８）を介して
基板（５）上に投影すると共に、照明領域に対してその
マスクを所定方向に走査し、その照明領域に対応する所
定形状の露光領域に対してその基板を所定方向に走査す
ることにより、その基板を走査露光する露光方法であっ
て、その露光領域に対してその基板を所定方向に走査す
ることによってその基板上に形成されるパターン像の劣
化が小さくなるように、その投影光学系の全体又はその
一部を回転させてその投影光学系を調整するときに、そ
の走査露光によってその基板上に形成されるパターン像
の誤差とならない像歪みを許容するものである。また、
本発明による第２の露光方法は、所定形状の照明領域内
のパターンの像を投影光学系（８）を介してその照明領
域に対応する露光領域内に投影すると共に、この露光領
域に対して基板を所定方向に走査することによって、そ
の基板を走査露光する露光方法において、その露光領域
内のその所定方向と平行な直線上の複数点での像歪みを
求める第１工程と、この複数点の像歪みの積算値、この
複数点の像歪みの平均値、又はこの複数点の像歪みの分
布を求め、それぞれその積算値、その平均値、又はその
分布から走査露光によって形成される像の劣化を解析す
る第２工程とを含むものである。また、本発明による第
３の露光方法は、投影光学系（８）の有効露光領域内の
一部にスリット状の露光領域を規定し、このスリット状
の露光領域に対して基板（５）を所定方向に移動するこ
とによってその基板を走査露光する露光方法において、
その投影光学系の有効露光領域全体を照明できる照明光
学系を使って所定パターンを照明し、この照明によるそ
の所定パターンの像をその投影光学系を介して投影し、
この所定パターンの投影像の歪みを求め、その求められ
た投影像の歪みに基づき、その走査露光によってその基
板上に所望のパターンが形成されるようにして、その走
査露光を行うものである。また、本発明による第４の露
光方法は、マスク（１２）のパターンの像を投影光学系
（８）を介して基板（５）上に投影すると共に、照明領
域に対してそのマスクを所定方向に走査し、その照明領
域に対応する所定形状の露光領域に対してその基板を所
定方向に走査することにより、その基板を走査露光する
露光方法であって、所定パターンの像をその投影光学系
を介して基板上に静止状態で露光し、その静止状態で露
光された所定パターンの投影像の歪みを求め、その求め
られた所定パターンの投影像の歪みに基づき、その走査
露光によって所望のパターンがその基板上に形成される
ようにして、その走査露光を行うものである。また、本
発明による第５の露光方法は、マスク（１２）のパター
ンの像を投影光学系（８）を介して基板（５）上に投影
すると共に、照明領域に対してそのマスクを所定方向に
走査し、その照明領域に対応する所定形状の露光領域に
対してその基板を所定方向に走査することにより、その
基板を走査露光する露光方法であって、その基板を所定
方向に走査することによってその基板上に形成されるパ
ターン像に悪影響を及ぼさない誤差を許容するように、
又はその基板上に形成されるパターン像に悪影響を及ぼ
す誤差のみが取り除かれるように、その投影光学系の調
整を行うものである。次に、本発明の第１の露光装置
は、所定形状の照明領域内のパターンの像を投影光学系
（８）を介してその照明領域に対応する露光領域内に投
影すると共に、この露光領域に対して基板（５）を所定
方向に走査することによって、その基板を走査露光する
露光装置において、その投影光学系は、その露光領域内
のその所定方向と平行な直線上の複数点での像歪みの積
算結果、その像歪みの平均値、又はその像歪みの分布か
ら解析された、その走査露光によって形成される像の劣
化を考慮して調整されるものである。また、本発明の第
２の露光装置は、マスク（１２）のパターンの像を投影
光学系（８）を介して基板（５）上に投影すると共に、
照明領域に対してそのマスクを所定方向に走査し、その
照明領域に対応する所定形状の露光領域に対してその基
板を所定方向に走査することにより、その基板を走査露
光する露光装置であって、その投影光学系は、その基板
を所定方向に走査することによって、その基板上に形成
されるパターン像に悪影響を及ぼさない誤差を許容する
ように、又はその基板上に形成されるパターン像に悪影
響を及ぼす誤差のみが取り除かれるように調整されるも
のである。

【００１３】

【作用】斯かる本発明によれば、例えば図２（ａ）のよ
うに計測用マーク２７（ｉ，ｊ）が格子状に形成された
テスト用のマスクのパターン像を、調整対象とする投影
光学系（８）を介して感光材が塗布された基板上に露光
し、この基板を現像することにより、図２（ｂ）に示す
ように、それら計測用マーク２７（ｉ，ｊ）の像の集合
である格子パターン像２９Ａを形成する。その後、投影
光学系（８）に諸収差が無い場合の格子パターン像を理
想格子２８として、理想格子２８の各格子点とその格子
パターン像２９Ａの各格子点とのずれを示す歪みベクト
ル（例えば３０(1,1))を求める。但し、現像を行うこと
なく、潜像段階で計測を行って歪みベクトルを求めても
良い。

【００１４】次に、図２（ｂ）の理想格子２８の２次元
座標系をＸ軸及びＹ軸として、スリット状の露光領域
（３１）に対してＸ方向に基板が走査されるものとす
る。この場合、基板上では露光領域（３１）内でＸ方向
に画像が積算されるため、図２（ｃ）に示すように、そ
の露光領域（３１）内のＸ方向に平行な直線３３Ａ上
で、理想格子２８上の各格子点での歪みベクトルＶ₁₁〜
Ｖ₁₅を加算して、歪みベクトルの平均値を求める。この
加算動作を露光領域３１内の他のＸ方向に平行な直線３
３Ｂ，３３Ｃ，…でも行う。これらＹ方向に所定間隔で
並べられた直線に沿う歪みベクトルの平均値を配列する
と図２（ｄ）のようになる。但し、マスクの回転又は投
影光学系（８）の投影倍率の補正により解消できる歪み
ベクトルは除いてある。

【００１５】そして、図２（ｂ）の状態から、露光領域
（３１）と理想格子２８だけを角度θだけ回転して、図
３（ａ）に示すように、回転後の理想格子２８Ａの座標
系をｘ軸及びｙ軸で表す。但し、実際の格子パターン像
２９Ａを逆方向に同じ角度だけ回転しても良い。この場
合、回転後の露光領域（３１）に対してｘ方向に基板が
走査されるものとする。そこで、図３（ｂ）に示すよう
に、回転後の露光領域（３１）内のｘ方向に平行な直線
３７Ａ上で、理想格子２８Ａ上の各格子点での歪みベク
トルＶＡ₁₁〜ＶＡ₁₅を加算して、歪みベクトルの和（又
は平均値）及びその分布（標準偏差等）を求める。この
加算動作を露光領域３１内の他のｘ方向に平行な直線３
７Ｂ，３７Ｃ，…でも行う。

【００１６】これら一連の歪みベクトルの和及び分布が
全体として最良になるときの回転角θ_minを求め、図１
（ｂ）に示すように、投影光学系（８）内のレンズエレ
メント（８ｂ）を例えば全体として角度θ_minだけ光軸
を中心として回転して鏡筒（８ａ）に戻した後、この鏡
筒（８ａ）を投影露光装置に装着する。これにより、図
２（ｂ）のようにスリット状の露光領域（３１）の走査
方向をｘ方向としたときに、全体として最も歪みベクト
ルの和及び分布、即ち歪曲収差及び画質の劣化が最良の
状態になる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき図面を参照し
て説明する。本実施例は、スリットスキャン露光方式の
投影露光装置に装着される投影光学系を構成するレンズ
エレメントの回転角の調整方法に本発明を適用したもの
である。実施例の調整方法の説明の前に、先ず調整対象
とする投影光学系が装着される投影露光装置の一例につ
き説明する。

【００１８】図２０は本実施例の投影露光装置を示し、
この図２０において、図示省略された照明光学系からの
露光光ＥＬによる矩形の照明領域（以下、「スリット状
の照明領域」という）によりレチクル１２上のパターン
が照明され、そのパターンの像が投影光学系８を介して
フォトレジストが塗布されたウエハ５上に投影露光され
る。スリットスキャン露光方式で露光を行う際には、露
光光ＥＬのスリット状の照明領域に対して、レチクル１
２が図２０の紙面に対して前方向に一定速度Ｖで走査さ
れるのに同期して、ウエハ５は図２０の紙面に対して後
方向に一定速度Ｖ／Ｍ（１／Ｍは投影光学系８の縮小倍
率）で走査される。

【００１９】レチクル１２及びウエハ５の駆動系につい
て説明するに、レチクル支持台９上にＹ軸方向（図２０
の紙面に垂直な方向）に駆動されるレチクルＹ駆動ステ
ージ１０が載置され、このレチクルＹ駆動ステージ１０
上にレチクル微小駆動ステージ１１が載置され、レチク
ル微小駆動ステージ１１上にレチクル１２が真空チャッ
ク等により保持されている。レチクル微小駆動ステージ
１１は、投影光学系８の光軸に垂直な面内で図１の紙面
に平行なＸ方向、Ｙ方向及び回転方向（θ方向）にそれ
ぞれ微小量だけ且つ高精度にレチクル１２の位置制御を
行う。レチクル微小駆動ステージ１１上には移動鏡２１
が配置され、レチクル支持台９上に配置された干渉計１
４によって、常時レチクル微小駆動ステージ１１のＸ方
向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニターされている。干
渉計１４により得られた位置情報Ｓ１が主制御系２２Ａ
に供給されている。

【００２０】一方、ウエハ支持台１上には、Ｙ軸方向に
駆動されるウエハＹ軸駆動ステージ２が載置され、その
上にＸ軸方向に駆動されるウエハＸ軸駆動ステージ３が
載置され、その上にＺθ軸駆動ステージ４が設けられ、
このＺθ軸駆動ステージ４上にウエハ５が真空吸着によ
って保持されている。Ｚθ軸駆動ステージ４上にも移動
鏡７が固定され、外部に配置された干渉計１３により、
Ｚθ軸駆動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位
置がモニターされ、干渉計１３により得られた位置情報
も主制御系２２Ａに供給されている。主制御系２２Ａ
は、ウエハ駆動装置２２Ｂ等を介してウエハＹ軸駆動ス
テージ２〜Ｚθ軸駆動ステージ４の位置決め動作を制御
すると共に、装置全体の動作を制御する。

【００２１】また、ウエハ側の干渉計１３によって計測
される座標により規定されるウエハ座標系と、レチクル
側の干渉計１４によって計測される座標により規定され
るレチクル座標系の対応をとるために、Ｚθ軸駆動ステ
ージ４上のウエハ５の近傍に基準マーク板６が固定され
ている。この基準マーク板６上には各種基準マークが形
成されている。これらの基準マークの中にはＺθ軸駆動
ステージ４側に導かれた照明光により裏側から照明され
ている基準マーク、即ち発光性の基準マークがある。

【００２２】本例のレチクル１２の上方には、基準マー
ク板６上の基準マークとレチクル１２上のマークとを同
時に観察するためのレチクルアライメント顕微鏡１９及
び２０が装備されている。この場合、レチクル１２から
の検出光をそれぞれレチクルアライメント顕微鏡１９及
び２０に導くための偏向ミラー１５及び１６が移動自在
に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御系
２２Ａからの指令のもとで、ミラー駆動装置１７及び１
８によりそれぞれ偏向ミラー１５及び１６は待避され
る。更に、投影光学系８のＹ方向の側面部に、ウエハ５
上のアライメントマーク（ウエハマーク）を観察するた
めのオフ・アクシスのアライメント装置３４が配置され
ている。

【００２３】図２０のスリットスキャン露光方式の投影
露光装置の露光後のウエハ上での歪曲収差は、投影光学
系８によって決定されるため、その投影露光装置に搭載
する前に予め投影光学系８の単体で、走査及び露光をし
たときの歪曲収差が小さくなるように投影光学系８の調
整を行っておく必要がある。図１はその調整対象とする
投影光学系８の検査及び調整の様子を示し、先ず図１
（ａ）に示すように、投影光学系８は投影光学系８の有
効露光領域全体を照明できる照明光学系２５を有する投
影装置に装着される。また、投影光学系８上のレチクル
ステージ２３上にはテストレチクル１２Ａが保持され、
テストレチクル１２Ａと投影光学系８に関して共役にウ
エハステージ２４上にフォトレジストが塗布されたガラ
スプレート５Ａが保持されている。図２（ａ）は、その
テストレチクル１２Ａのパターンを示し、この図２
（ａ）に示すように、テストレチクル１２Ａ上には２次
元的な位置を計測できる十字型の計測用マーク２７(i,
j) （ｉ＝１，２，…；ｊ＝１，２，…）が２次元の格
子状に形成されている。計測用マーク２７(i,j) が形成
されている領域は、投影光学系８の有効露光領域と共役
な領域２６Ｒより広い領域である。

【００２４】図１（ａ）に戻り、テストレチクル１２Ａ
のパターン像を投影光学系８を介してガラスプレート５
Ａ上に投影露光した後、そのガラスプレート５Ａに現像
処理等を施して計測用マークの像のレジストパターンを
形成する。そして、ガラスプレート５Ａ上のレジストパ
ターンの座標を不図示のレジストレーション計測装置で
計測し、この計測結果より後述のように走査及び露光後
の歪曲収差の和及び分布が最良になるときのスリット状
の露光領域の回転角θ_minを求める。その後、図１
（ｂ）に示すように、不図示の調整装置で、投影光学系
８の鏡筒８ａからレンズエレメント群８ｂを取り出す。
レンズエレメント群８ｂは、レンズＬ１、レンズＬ２、
レンズＬ３、…を光軸ＡＸに沿って配列したものであ
る。そして、レンズエレメント群８ｂを全体として光軸
ＡＸの回りに角度θ_minだけ回転するか、又はレンズエ
レメント群８ｂの内の歪曲収差若しくは計測により判明
した画質の劣化に最も影響を与えるレンズを光軸ＡＸの
回りに角度θ_minだけ回転した後、レンズエレメント群
８ｂを鏡筒８ａ内に戻す。

【００２５】その後、そのように調整された投影光学系
８を図２０の投影露光装置に装着することにより、スリ
ットスキャン露光方式で露光を行った後のウエハ上の投
影像の歪曲収差が最良になり、且つ画質の劣化も最良に
なる。次に、ガラスプレート５Ａ上のレジストパターン
の座標を不図示のレジストレーション計測装置で計測
し、この計測結果より走査及び露光後の歪曲収差の和及
び分布が最小になるときの回転角θ_minを求める手順に
つき説明する。

【００２６】図２（ｂ）は、ガラスプレート５Ａ上に形
成されたレジストパターンよりなる格子パターン像２９
Ａを示し、投影光学系８の有効露光領域２６内で、格子
パターン像２９Ａと、投影光学系８に諸収差が無いとき
の計測用マーク２７(i,j) の投影像である理想格子２８
との比較を行うことにより、格子パターン像２９Ａの歪
曲収差を計測する。そのためには、ガラスプレート５Ａ
上に予め理想格子２８のパターンを刻設しておき、レジ
ストレーション計測装置で、そのガラスプレート５Ａ上
の理想格子２８のパターンと実際の格子パターン像２９
Ａとの位置を比較しても良く、又はレジストレーション
計測装置内の座標系上の理想格子座標を基準としてその
格子パターン像２９Ａの位置を直接計測しても良い。例
えば理想格子２８上の格子点２８(1,1) を基準とした、
対応する格子パターン像２９Ａの格子点２９Ａ(1,1) の
ずれ量は、格子点２８(1,1) から格子点２９Ａ(1,1) へ
向かう歪みベクトル３０(1,1) により表される。

【００２７】そして、理想格子２８上の全ての格子点を
基準として実際の格子パターン像２９Ａの各格子点の歪
みベクトルがデータ処理装置に供給される。この歪みベ
クトルは、投影露光装置に装着した場合の走査方向をＸ
軸、及びその走査方向に垂直な非走査方向をＹ軸とした
座標系上で計測されたものであり、座標系（Ｘ，Ｙ）の
原点は投影光学系８の光軸上にある。この場合、投影光
学系８の有効露光領域２６内で、レチクル上のスリット
状の照明領域と共役なスリット状の露光領域３１は、一
例としてＹ方向に長いＸ方向の幅がＤの矩形の領域とな
り、露光領域３１に対するウエハの走査方向はＸ方向で
ある。

【００２８】また、理想格子２８の内で露光領域３１に
属する格子点の（Ｘ，Ｙ）座標系での配列座標をそれぞ
れ（ＳＸ₁₁，ＳＹ₁₁），（ＳＸ₁₂，ＳＹ₁₂），…，（Ｓ
Ｘ_NM，ＳＹ_NM）として、配列座標（ＳＸ_ij，ＳＹ_ij）の
格子点での歪み量をそれぞれ歪みベクトルＶ_ij（Ｖ
Ｘ_ij，ＶＹ_ij）で表す。露光領域３１内のウエハ上の各
点はそれぞれＸ方向に積算され、歪み量はＸ方向に歪み
ベクトルを加算したものになる。格子パターン像２９Ａ
の内で露光領域３１内の像を図２（ｃ）の格子パターン
像３２Ａで表す。そこで、図２（ｃ）に示すように、露
光領域３１において、Ｙ方向に沿って所定ピッチで配列
された格子点に沿う直線３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，…上
で、次式によりそれぞれ格子パターン像３２Ａに対する
歪みベクトルＶ_ijの平均値Ｖｉを求める。

【００２９】Ｖｉ＝（Σ_jＶ_ij）／Ｄ_M （１）この（１）式において、和演算Σ_jは、Ｘ座標が−Ｄ／
２の格子点での歪みベクトルからＸ座標がＤ／２の格子
点での歪みベクトルまでの和を表し、Ｄ_Mは積算される
格子点の個数を表す。図２（ｃ）の例では、Ｄ_M＝５で
ある。具体的に図２（ｃ）の露光領域３１上の直線３３
Ａ上での歪みベクトルの平均値Ｖ１は、次のようにな
る。

【００３０】Ｖ１＝（Ｖ₁₁＋Ｖ₁₂＋…＋Ｖ₁₅）／５（２）図２（ｂ）の格子パターン像２９Ａに関する露光領域３
１内の歪みベクトルの平均値Ｖｉを、Ｙ方向に配列する
と、図２（ｃ）に示すように、一連のベクトル３５Ａ
(1),３５Ｂ(2),…が得られる。但し、レチクルの回転及
び投影光学系８の投影倍率に起因する線形の歪みは容易
に除去できるため、図２（ｃ）ではそれら線形の歪み成
分は除外してある。また、特にスリットスキャン露光方
式では、走査方向であるＸ方向の倍率誤差は、レチクル
とウエハとの相対走査速度を変えるだけでも調整するこ
とができる。

【００３１】また、この際に、直線３３Ａを１番目の直
線として第ｉ番目の直線に沿う歪みベクトルＶ
_ij（Ｖ_i1，Ｖ_i2，…，Ｖ_i5）の標準偏差Ｓｉを求める。
図２（ｃ）の例では標準偏差Ｓｉは次式より計算する。Ｓｉ＝｛Σ_j(Ｖ_ij−Ｖｉ)²｝／（５−１）（３）和演算Σ_jは、露光領域３１内での添字ｊに関する和を
表し、標準偏差Ｓｉは、露光後の画質の劣化を表す目安
となる。

【００３２】ここで、各格子点について積算された像の
分布につき、図２１を参照して詳細に説明する。図２１
（ａ）は、図２（ｃ）の露光領域３１内の各格子点の歪
みベクトルＶ_ijの分布の一例を示し、走査方向をｘ方
向、走査方向に垂直な方向（非走査方向）をｙ方向とし
ている。この場合、ｘ方向に平行な各直線上に沿ってそ
れぞれ歪みベクトルＶ_ijの平均値Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖ
ｎ，…ＶＮを求めると、これら一連の平均値は図２１
（ｂ）のようになる。また、ｘ方向に平行な直線上の格
子点に沿った１番目の歪みベクトルＶ₁₁〜Ｖ_N1のｘ成分
の分布は、図２１（ｃ）の分布Ｖ_n1のようになり、同様
にそれら直線上のｍ番目の歪みベクトルＶ_1m〜Ｖ_Nmのｘ
成分の分布は、図２１（ｃ）の分布Ｖ_nm（ｍ＝２〜５）
のようになり、図２（ｃ）の分布を加算した結果を図２
（ｄ）に示す。本実施例において、各格子点について積
算した像の分布とは、図２１（ｃ）の分布のことを言
う。

【００３３】次に、図２（ｂ）に戻り、投影光学系８
（格子パターン像２９Ａ）を順次所定角度ずつ回転した
場合の露光領域３１内でのＸ方向の歪みベクトルの平均
値の分布を求める。ここでは説明の便宜上、図３（ａ）
に示すように、スリット状の露光領域３１及び理想格子
２８を座標系（Ｘ，Ｙ）に対して角度θだけ回転し、露
光領域３１の長手方向をｙ軸、露光領域３１に対する走
査方向をｘ軸として、露光領域３１内での走査方向（ｘ
方向）の歪みベクトルの平均値の分布を求める。この場
合、図３（ａ）に示すように点Ｐの（Ｘ，Ｙ）座標系で
の座標値を（Ｘ_i,Ｙ_j)、図３（ｂ）に示すように点Ｐの
（ｘ，ｙ）座標系での座標値を（ｘ_i,ｙ_j)とすると、こ
れらの座標値の間には次の関係がある。

【００３４】ｘ_i ＝ｃｏｓθ・Ｘ_i+ｓｉｎθ・Ｙ_j （４Ａ）ｙ_j ＝−ｓｉｎθ・Ｘ_i+ｃｏｓθ・Ｙ_j （４Ｂ）そして、図３（ｂ）の回転後の露光領域３１上の（ｘ，
ｙ）座標系で求められた歪みベクトルＶ_ijの平均値Ｖｉ
及び標準偏差Ｓｉをそれぞれ比較していくことになる。
なお、歪みベクトルＶ_ijの平均値及び標準偏差を算出す
る際に該当する格子点が無い場合には、周辺の格子点の
歪みベクトルから補間して得られた歪みベクトルを使用
すれば良い。その歪みベクトルで定まる露光領域３１内
の実際の格子パターン像３６Ａは、図３（ｂ）のように
歪んでいる。

【００３５】即ち、図３（ｂ）に示すように、露光領域
３１において、ｙ方向に沿って所定ピッチで配列された
格子点に沿う直線３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ，…上で、
（１）式によりそれぞれ歪みベクトルＶ_ijの平均値Ｖｉ
を求める。具体的に図３（ｂ）の露光領域３１上の直線
３７Ａ上での歪みベクトルの平均値Ｖ１は、次のように
なる。

【００３６】Ｖ１＝（ＶＡ₁₁＋ＶＡ₁₂＋…＋ＶＡ₁₅）／５（５）図３（ｂ）の露光領域３１内の格子パターン像３６Ａの
歪みベクトルの平均値Ｖｉを、Ｙ方向に配列すると、図
２（ｄ）と同様な歪みベクトルの配列が得られる。そし
て、所定のステップ角Δθ（＝１８０°／整数）を用い
て、回転角θを順次Δθ、２・Δθ、…、（１８０°−
Δθ）に設定して、それぞれ図２（ｄ）と同様な歪みベ
クトルの平均値Ｖｉ及び標準偏差Ｓｉを求める。そし
て、回転角θを変化させたときの、図２（ｄ）のような
歪みベクトルの平均値の配列に基づいて、露光領域３１
に対してウエハを走査した場合に得られる投影像の歪曲
収差及び画質の劣化の程度を比較する。例えば、図２
（ｄ）に示す歪みベクトルの平均値Ｖｉの配列の内で、
絶対値の最大値が最小になるときの回転角θ₁を、最も
歪曲収差が小さいときの回転角であるとみなすことがで
き、それら歪みベクトルの標準偏差Ｓｉが最小になると
きの回転角θ₂を、最も画質の劣化が小さいときの回転
角であるとみなすことができる。

【００３７】そして、歪みベクトルの平均値Ｖｉの絶対
値及び標準偏差Ｓｉが共に小さくなるような回転角θを
求め、この回転角θを歪曲収差及び画質の劣化が平均と
して最も小さくなるときの回転角θ_minとみなす。その
後、図１（ｂ）において、投影光学系８を構成するレン
ズエレメント８ｂを全体として、又はレンズエレメント
８ｂ内の歪曲収差等に最も影響を与えるレンズを光軸Ａ
Ｘを中心として、回転角θ_minだけ図３（ａ）とは逆方
向に回転して、再び鏡筒８ａに収める。これにより、ス
リットスキャン露光方式で露光を行った後の歪曲収差及
び画質の劣化が共に最良になる。

【００３８】次に、歪曲収差を基本的な歪曲収差に分類
し、各基本的な歪曲収差についてそれぞれ上述の方法で
最も歪曲収差が小さくなるときの回転角を求めた結果を
以下に示す。先ず、図２（ｂ）の格子パターン像２９Ａ
は、理想格子２８に対して直交度の歪曲収差が発生した
場合を示し、この場合最も歪曲収差が小さくなるときの
露光領域３１の回転状態は、図２（ｃ）のように長手方
向がＹ軸と合致するときである。このときの露光領域３
１内の理想格子は格子パターン像３２Ａのように変形し
ており、露光領域３１の走査方向への歪みベクトルの平
均値の配列は図２（ｄ）のようになっている。また、参
考のため、通常のステッパーのように一括露光方式で露
光を行う際に、図２（ｂ）のような直交度の歪曲収差が
発生した場合に、回転及び投影倍率のみを補正したとき
の残留歪曲収差を図３（ｃ）の補正後の格子パターン像
３８Ａで示す。

【００３９】次に、図４（ａ）の格子パターン像２９Ｂ
は、理想格子２８に対して回転の歪曲収差が発生した場
合を示し、この場合最も歪曲収差が小さくなるときの露
光領域３１の回転状態は、図４（ｂ）のように長手方向
であるｙ軸が図４（ａ）のＹ軸と合致するときである。
このときの露光領域３１内の理想格子は格子パターン像
３２Ｂのように変形しており、露光領域３１の走査方向
への歪みベクトルの平均値の配列は、図４（ｃ）の一連
のベクトル３５Ｂ(1),３５Ｂ(2),…ようになっている。
また、参考のため、一括露光方式で露光を行う際に、図
４（ａ）のような回転の歪曲収差が発生した場合に、回
転及び投影倍率のみを補正したときの残留歪曲収差を図
４（ｄ）の補正後の格子パターン像３８Ｂで示す。

【００４０】次に、図５（ａ）の格子パターン像２９Ｃ
は、理想格子２８に対して等方的な倍率誤差による歪曲
収差が発生した場合を示し、この場合最も歪曲収差が小
さくなるときの露光領域３１の回転状態は、図５（ｂ）
のように長手方向であるｙ軸が図５（ａ）のＸ軸と合致
するときである。このときの露光領域３１内の理想格子
は格子パターン像３２Ｃのように変形しており、露光領
域３１の走査方向への歪みベクトルの平均値の配列は、
図５（ｃ）の一連のベクトル３５Ｃ(1),３５Ｃ(2),…よ
うになっている。また、参考のため、一括露光方式で露
光を行う際に、図５（ａ）のような歪曲収差が発生した
場合に、回転及び投影倍率のみを補正したときの残留歪
曲収差を図５（ｄ）の補正後の格子パターン像３８Ｃで
示す。

【００４１】同様に、図６（ａ）の格子パターン像２９
Ｄは、理想格子２８に対して非等方的な倍率誤差による
歪曲収差が発生した場合を示し、この場合最も歪曲収差
が小さくなるときの露光領域３１の回転状態は、図６
（ｂ）のように長手方向であるｙ軸が図６（ａ）のＸ軸
と合致するときである。このときの露光領域３１内の理
想格子は格子パターン像３２Ｄのように変形しており、
露光領域３１の走査方向への歪みベクトルの平均値の配
列は、図６（ｃ）の一連のベクトル３５Ｄ(1),３５Ｄ
(2),…ようになっている。また、参考のため、一括露光
方式で露光を行う際に、図６（ａ）のような歪曲収差が
発生した場合に、回転及び投影倍率のみを補正したとき
の残留歪曲収差を図６（ｄ）の補正後の格子パターン像
３８Ｄで示す。

【００４２】また、図７（ａ）の格子パターン像２９Ｅ
は、理想格子２８に対してＸ方向に台形状の歪曲収差が
発生した場合を示し、この場合最も歪曲収差が小さくな
るときの露光領域３１の回転状態は、図７（ｂ）のよう
に長手方向であるｙ軸が図７（ａ）のＸ軸と合致すると
きである。このときの露光領域３１内の理想格子は格子
パターン像３２Ｅのように変形しており、露光領域３１
の走査方向への歪みベクトルの平均値の配列は、図７
（ｃ）の一連のベクトル３５Ｅ(1),３５Ｅ(2),…ように
なっている。また、参考のため、一括露光方式で露光を
行う際に、図７（ａ）のような歪曲収差が発生した場合
に、回転及び投影倍率のみを補正したときの残留歪曲収
差を図７（ｄ）の補正後の格子パターン像３８Ｅで示
す。

【００４３】同様に、図８（ａ）の格子パターン像２９
Ｆは、理想格子２８に対してＸ方向及びＹ方向への台形
状の歪曲収差が発生した場合を示し、この場合最も歪曲
収差が小さくなるときの露光領域３１の回転状態は、図
８（ｂ）のように長手方向であるｙ方向が斜めになった
ときである。このときの露光領域３１内の理想格子は格
子パターン像３２Ｆのように変形しており、露光領域３
１の走査方向への歪みベクトルの平均値の配列は、図８
（ｃ）の一連のベクトル３５Ｆ(1),３５Ｆ(2),…ように
なっている。また、参考のため、一括露光方式で露光を
行う際に、図８（ａ）のような歪曲収差が発生した場合
に、回転及び投影倍率のみを補正したときの残留歪曲収
差を図８（ｄ）の補正後の格子パターン像３８Ｆで示
す。

【００４４】また、図９（ａ）の格子パターン像２９Ｇ
は、理想格子２８に対して３次の倍率誤差による歪曲収
差が発生した場合を示し、この場合最も歪曲収差が小さ
くなるときの露光領域３１の回転状態は、図９（ｂ）の
ように長手方向であるｙ方向が斜めになったときであ
る。このときの露光領域３１内の理想格子は格子パター
ン像３２Ｇのように変形しており、露光領域３１の走査
方向への歪みベクトルの平均値の配列は、図９（ｃ）の
一連のベクトル３５Ｇ(1),３５Ｇ(2),…ようになってい
る。また、参考のため、一括露光方式で露光を行う際
に、図９（ａ）のような歪曲収差が発生した場合に、回
転及び投影倍率のみを補正したときの残留歪曲収差を図
９（ｄ）の補正後の格子パターン像３８Ｇで示す。

【００４５】同様に、図１０（ａ）の格子パターン像２
９Ｈは、理想格子２８に対して５次の倍率誤差による歪
曲収差が発生した場合を示し、この場合最も歪曲収差が
小さくなるときの露光領域３１の回転状態は、図１０
（ｂ）のように長手方向であるｙ方向が斜めになったと
きである。このときの露光領域３１内の理想格子は格子
パターン像３２Ｈのように変形しており、露光領域３１
の走査方向への歪みベクトルの平均値の配列は、図１０
（ｃ）の一連のベクトル３５Ｈ(1),３５Ｈ(2),…ように
なっている。また、参考のため、一括露光方式で露光を
行う際に、図１０（ａ）のような歪曲収差が発生した場
合に、回転及び投影倍率のみを補正したときの残留歪曲
収差を図１０（ｄ）の補正後の格子パターン像３８Ｈで
示す。

【００４６】同様に、図１１（ａ）の格子パターン像２
９Ｉは、理想格子２８に対して７次の倍率誤差による歪
曲収差が発生した場合を示し、この場合最も歪曲収差が
小さくなるときの露光領域３１の回転状態は、図１１
（ｂ）のように長手方向であるｙ方向が斜めになったと
きである。このときの露光領域３１内の理想格子は格子
パターン像３２Ｉのように変形しており、露光領域３１
の走査方向への歪みベクトルの平均値の配列は、図１１
（ｃ）の一連のベクトル３５Ｉ(1),３５Ｉ(2),…ように
なっている。また、参考のため、一括露光方式で露光を
行う際に、図１１（ａ）のような歪曲収差が発生した場
合に、回転及び投影倍率のみを補正したときの残留歪曲
収差を図１１（ｄ）の補正後の格子パターン像３８Ｉで
示す。

【００４７】また、図１２（ａ）の格子パターン像２９
Ｊは、理想格子２８に対してＸ方向に２次曲線状の歪曲
収差が発生した場合を示し、この場合最も歪曲収差が小
さくなるときの露光領域３１の回転状態は、図１２
（ｂ）のように長手方向であるｙ方向が図１２（ａ）の
Ｘ軸に合致したときである。このときの露光領域３１内
の理想格子は格子パターン像３２Ｊのように変形してお
り、露光領域３１の走査方向への歪みベクトルの平均値
の配列は、図１２（ｃ）の一連のベクトル３５Ｊ(1),３
５Ｊ(2),…ようになっている。また、参考のため、一括
露光方式で露光を行う際に、図１２（ａ）のような歪曲
収差が発生した場合に、回転及び投影倍率のみを補正し
たときの残留歪曲収差を図１２（ｄ）の補正後の格子パ
ターン像３８Ｊで示す。

【００４８】同様に、図１３（ａ）の格子パターン像２
９Ｋは、理想格子２８に対してＸ方向及びＹ方向に２次
曲線状の歪曲収差が発生した場合を示し、この場合最も
歪曲収差が小さくなるときの露光領域３１の回転状態
は、図１３（ｂ）のように長手方向であるｙ方向が斜め
になったときである。このときの露光領域３１内の理想
格子は格子パターン像３２Ｋのように変形しており、露
光領域３１の走査方向への歪みベクトルの平均値の配列
は、図１３（ｃ）の一連のベクトル３５Ｋ(1),３５Ｋ
(2),…ようになっている。また、参考のため、一括露光
方式で露光を行う際に、図１３（ａ）のような歪曲収差
が発生した場合に、回転及び投影倍率のみを補正したと
きの残留歪曲収差を図１３（ｄ）の補正後の格子パター
ン像３８Ｋで示す。

【００４９】また、図１４（ａ）の格子パターン像２９
Ｌは、理想格子２８に対してＸ方向に３次曲線状の歪曲
収差が発生した場合を示し、この場合最も歪曲収差が小
さくなるときの露光領域３１の回転状態は、図１４
（ｂ）のように長手方向であるｙ方向が図１４（ａ）の
Ｘ軸に合致したときである。このときの露光領域３１内
の理想格子は格子パターン像３２Ｌのように変形してお
り、露光領域３１の走査方向への歪みベクトルの平均値
の配列は、図１４（ｃ）の一連のベクトル３５Ｌ(1),３
５Ｌ(2),…ようになっている。また、参考のため、一括
露光方式で露光を行う際に、図１４（ａ）のような歪曲
収差が発生した場合に、回転及び投影倍率のみを補正し
たときの残留歪曲収差を図１４（ｄ）の補正後の格子パ
ターン像３８Ｌで示す。

【００５０】同様に、図１５（ａ）の格子パターン像２
９Ｍは、理想格子２８に対してＸ方向及びＹ方向に３次
曲線状の歪曲収差が発生した場合を示し、この場合最も
歪曲収差が小さくなるときの露光領域３１の回転状態
は、図１５（ｂ）のように長手方向であるｙ方向が斜め
になったときである。このときの露光領域３１内の理想
格子は格子パターン像３２Ｍのように変形しており、露
光領域３１の走査方向への歪みベクトルの平均値の配列
は、図１５（ｃ）の一連のベクトル３５Ｍ(1),３５Ｍ
(2),…ようになっている。また、参考のため、一括露光
方式で露光を行う際に、図１５（ａ）のような歪曲収差
が発生した場合に、回転及び投影倍率のみを補正したと
きの残留歪曲収差を図１５（ｄ）の補正後の格子パター
ン像３８Ｍで示す。

【００５１】また、図１６（ａ）の格子パターン像２９
Ｎは、理想格子２８に対してＸ方向に非線形の１次の歪
曲収差が発生した場合を示し、この場合最も歪曲収差が
小さくなるときの露光領域３１の回転状態は、図１６
（ｂ）のように長手方向であるｙ方向が図１６（ａ）の
Ｙ軸に合致したときである。このときの露光領域３１内
の理想格子は格子パターン像３２Ｎのように変形してお
り、露光領域３１の走査方向への歪みベクトルの平均値
の配列は、図１６（ｃ）の一連のベクトル３５Ｎ(1),３
５Ｎ(2),…ようになっている。また、参考のため、一括
露光方式で露光を行う際に、図１６（ａ）のような歪曲
収差が発生した場合に、回転及び投影倍率のみを補正し
たときの残留歪曲収差を図１６（ｄ）の補正後の格子パ
ターン像３８Ｎで示す。

【００５２】同様に、図１７（ａ）の格子パターン像２
９Ｏは、理想格子２８に対してＸ方向及びＹ方向に非線
形の１次の歪曲収差が発生した場合を示し、この場合最
も歪曲収差が小さくなるときの露光領域３１の回転状態
は、図１７（ｂ）のように長手方向であるｙ方向が斜め
になったときである。このときの露光領域３１内の理想
格子は格子パターン像３２Ｏのように変形しており、露
光領域３１の走査方向への歪みベクトルの平均値の配列
は、図１７（ｃ）の一連のベクトル３５Ｏ(1),３５Ｏ
(2),…ようになっている。また、参考のため、一括露光
方式で露光を行う際に、図１７（ａ）のような歪曲収差
が発生した場合に、回転及び投影倍率のみを補正したと
きの残留歪曲収差を図１７（ｄ）の補正後の格子パター
ン像３８Ｏで示す。

【００５３】ここで注目すべきことは、図２（ｂ）の直
交度誤差、図４（ａ）の回転誤差、図５（ａ）及び図６
（ａ）の倍率誤差、並びに図７（ａ）及び図８（ａ）の
台形状の歪みによる誤差要因は、一括露光方式（静止型
露光方式）では歪曲収差を発生する場合があるが、スリ
ットスキャン露光方式では歪曲収差を生じないことであ
る。即ち、投影光学系８のレンズエレメント群８ｂの個
々のレンズの回転角の調整では、それらの誤差要因を無
視して調整を行っても良いことになる。また、歪曲収差
を表す歪みベクトルの計測点数が有限個であり、任意の
回転角θに対して走査方向に歪みベクトルを加算する処
理は困難である。そこで、座標系（Ｘ，Ｙ）において
（３Ａ）式及び（３Ｂ）式で求めた座標値での歪みベク
トルを求める際に、Ｘ方向の台形状の歪み、Ｙ方向の台
形状の歪み、Ｘ方向の倍率、Ｙ方向の倍率、回転、直交
度、Ｘ方向のオフセット、及びＹ方向のオフセットより
なる８個のパラメータによる誤差要因を除去して、大き
な歪みを取り除いた残留歪みベクトルに対して加算処理
を行うことにより、回転後の格子点に近い元の格子点の
位置での歪みベクトルを用いることにより演算誤差を軽
減している。

【００５４】次に、図１８を参照して、上述の誤差要因
が複数混じった場合の最適な回転角を上述の手法を用い
て算出した結果について説明する。先ず、図１８（ａ）
に示すように、理想格子２８に対して格子パターン像３
９Ａが歪んでいる場合には、最も歪曲収差が小さくなる
ときの露光領域３１の回転状態は、図１８（ａ）のよう
に長手方向が斜めになったときである。また、図１８
（ｂ）に示すように、理想格子２８に対して格子パター
ン像３９Ｂが歪んでいる場合には、最も歪曲収差が小さ
くなるときの露光領域３１の回転状態は、図１８（ｂ）
のように長手方向が斜めになったときである。同様に、
図１８（ｃ）に示すように、理想格子２８に対して格子
パターン像３９Ｃが歪んでいる場合には、最も歪曲収差
が小さくなるときの露光領域３１の回転状態は、図１８
（ｃ）のように長手方向が斜めになったときである。

【００５５】なお、上述実施例の調整方法の応用例とし
て、投影光学系の設計時に、スリットスキャン露光方式
で誤差とならない歪曲収差が生じることを許容して、そ
れと引き換えにスリットスキャン露光方式で誤差となる
歪曲収差の要因を小さくするような設計を行うことがで
きる。また、像面湾曲や非点収差等の誤差を小さくする
ことも可能である。また、投影光学系８の調整時でレン
ズエレメント群８ｂの部分的調整を行う際に、同様の方
法でスリットスキャン露光方式で悪影響を及ぼす誤差の
みを取り去ることも可能である。この場合、投影露光装
置に投影光学系８を搭載した後でも、例えば投影光学系
のディストーション特性が変化したとき、上述実施例の
手法を適用してレンズエレメント８ｂの内の所定のレン
ズの回転角を調整して、露光後の歪曲収差等を最小にし
ても良い。

【００５６】なお、投影光学系のディストーション特性
を計測する方法としては、上述実施例の如く試し焼きに
より求める方法以外にも、例えばウエハステージ上に形
成された基準マークを用いてレチクル上の各マークを光
学的に検出することで求める方法もある。例えば、特開
昭５９−９４０３２号公報では、ウエハステージ上の透
過型の基準マークの下に光電検出器を配し、レチクルに
露光光を照射してレチクル上の各マークの投影像をその
透過型の基準マークを介して順次光電検出することで投
影光学系のディストーション特性を求める手法が開示さ
れており、この手法が本発明の第１工程に適用できる。

【００５７】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。なお、上述実施例によれば、投影光学系単体を
用いて静止状態で露光した投影像の歪みを解折するのみ
で、実際にスリットスキャン露光方式で露光を行った際
の投影像の歪曲収差及び画質の劣化を最小にできる利点
がある。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、実際にスリットスキャ
ン露光方式で露光を行った際の投影像の歪曲収差及び画
質の劣化を最小にできる利点がある。また、本発明にお
いて、マスクのパターンの像が投影される露光領域内の
走査方向に沿った複数点での像歪みから、スリットスキ
ャン露光方式によって基板上に形成されるパターン像の
劣化を解析する場合には、その解析結果を用いることに
よって、スリットスキャン露光方式で露光を行った際の
投影像の歪曲収差及び画質の劣化を小さくすることがで
きる。また、本発明において、静止状態で露光した投影
像の歪みからスリットスキャン露光方式で露光を行った
際の投影像の劣化を解析する場合には、その解析結果か
ら、スリットスキャン露光方式で露光を行った際の投影
像の劣化を小さくすることができる。また、本発明にお
いて、スリットスキャン露光方式で露光を行った際に基
板上に形成されるパターン像に悪影響を与える誤差のみ
を除去するように、あるいはそのパターン像に悪影響を
与えない誤差を許容して投影光学系の調整を行う場合に
は、投影光学系の調整にかかる負担を軽減することがで
き、基板上に形成されるパターン像に悪影響を与える誤
差をより高精度に補正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施例で調整対象とする投
影光学系を装着した検査装置の要部を示す構成図、
（ｂ）はその投影光学系の調整方法の説明図である。

【図２】（ａ）はテストレチクルのパターンの一例を示
す平面図、（ｂ）はテストレチクルのパターンを投影光
学系を介して投影して得られた直交度誤差による歪曲収
差を含む格子パターン像２９Ａ及び理想格子２８を示す
図、（ｃ）は図２（ｂ）内のスリット状の露光領域３１
内の格子パターン像３２Ａを示す図、（ｄ）は図２
（ｃ）の露光領域３１に対してウエハを走査した場合の
歪みベクトルの平均値の配列を示す図である。

【図３】（ａ）は図２（ｂ）に対して露光領域３１を角
度θだけ回転した場合を示す図、（ｂ）は図３（ａ）内
の露光領域３１内の格子パターン像３６Ａを示す図、
（ｃ）は一括露光方式の場合に図２（ｂ）の格子パター
ン像２９Ａに対して、回転誤差及び倍率誤差を補正して
得られた格子パターン像３８Ａを示す図である。

【図４】（ａ）は回転による歪曲収差が生じている格子
パターン像２９Ｂ及び理想格子２８を示す図、（ｂ）は
図４（ａ）の格子パターン像２９Ｂに対して最も歪曲収
差が小さくなるときの露光領域３１の回転状態を示す
図、（ｃ）は図４（ｂ）の露光領域３１内で走査方向の
歪みベクトルの平均値の配列を示す図、（ｄ）は図４
（ａ）の格子パターン像２９Ｂに対して、一括露光方式
で回転誤差及び倍率誤差を補正して得られた格子パター
ン像３８Ｂ及び理想格子２８を示す図である。

【図５】図４に対応して等方的な倍率誤差による歪曲収
差が生じている場合を示す図である。

【図６】図４に対応して非等方的な倍率誤差による歪曲
収差が生じている場合を示す図である。

【図７】図４に対応してＸ方向に台形状の歪曲収差が生
じている場合を示す図である。

【図８】図４に対応してＸ方向及びＹ方向に台形状の歪
曲収差が生じている場合を示す図である。

【図９】図４に対応して３次の倍率誤差による歪曲収差
が生じている場合を示す図である。

【図１０】図４に対応して５次の倍率誤差による歪曲収
差が生じている場合を示す図である。

【図１１】図４に対応して７次の倍率誤差による歪曲収
差が生じている場合を示す図である。

【図１２】図４に対応してＸ方向に２次曲線状の歪曲収
差が生じている場合を示す図である。

【図１３】図４に対応してＸ方向及びＹ方向に２次曲線
状の歪曲収差が生じている場合を示す図である。

【図１４】図４に対応してＸ方向に３次曲線状の歪曲収
差が生じている場合を示す図である。

【図１５】図４に対応してＸ方向及びＹ方向に３次曲線
状の歪曲収差が生じている場合を示す図である。

【図１６】図４に対応してＸ方向の１次の非線形誤差に
よる歪曲収差が生じている場合を示す図である。

【図１７】図４に対応してＸ方向及びＹ方向の１次の非
線形誤差による歪曲収差が生じている場合を示す図であ
る。

【図１８】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ基本的な歪曲収差
が集まって生じた歪曲収差を含む格子パターン像に対し
て、走査した後の歪曲収差が最小になるときの露光領域
３１の回転状態を示す図である。

【図１９】（ａ）は従来のステッパーで得られる投影像
の歪みベクトルの分布を示す平面図、（ｂ）は図１９
（ａ）の投影像に対して回転補正を行った後の像の歪み
ベクトルの分布を示す平面図である。

【図２０】本発明の一実施例で調整対象とする投影光学
系が搭載された投影露光装置の要部を示す構成図であ
る。

【図２１】実施例における各格子点について積算された
像の分布の説明図である。

【符号の説明】

５ウエハ５Ａガラスプレート８投影光学系８ｂレンズエレメント群１２レチクル１２Ａテストレチクル２５照明光学系２３レチクルステージ２４ウエハステージ２８理想格子２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，… 格子パターン像３１スリット状の露光領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のレンズエレメントよりなり所定形
状の照明領域内のマスクのパターンの像を感光性の基板
上に投影する投影光学系を有し、前記照明領域に対して
前記マスクを所定方向に走査し、前記照明領域と共役な
所定形状の露光領域に対して前記基板を所定方向に走査
することにより、前記マスクのパターンの像を逐次前記
基板上に露光する投影露光装置の前記投影光学系の結像
特性の調整方法であって、前記投影光学系の結像面上の２次元の格子点での像の変
形量を計測する第１工程と、前記所定形状の露光領域及び前記２次元の格子点を前記
投影光学系の光軸を中心に相対的に順次所定角度間隔で
回転した後の、前記回転後の２次元の格子点での像の変
形量を前記第１工程で計測された変形量から算出し、前
記回転後の所定形状の露光領域内の前記回転後の２次元
の格子点での像の変形量を前記回転後の格子軸に沿った
方向に積算し、前記基板を前記回転後の露光領域に対し
て走査した後の前記投影光学系による像の変形量を予測
する第２工程と、前記積算された格子点の像の分布を求める第３工程と、前記第２工程及び第３工程で求められた前記基板の走査
後の前記基板上での像の変形量及び分布が最良になると
きの前記所定形状の露光領域の回転角を求める第４工程
と、該第４工程で求められた回転角に基づいて、前記投影光
学系を構成する前記複数のレンズエレメント内の所定の
レンズエレメントの前記投影露光装置に対する回転角を
調整する第５工程とを有することを特徴とする投影光学
系の調整方法。
【請求項２】マスクのパターンの像を投影光学系を介
して基板上に投影すると共に、照明領域に対して前記マ
スクを所定方向に走査し、前記照明領域に対応する所定
形状の露光領域に対して前記基板を所定方向に走査する
ことにより、前記基板を走査露光する露光方法であっ
て、前記露光領域に対して前記基板を所定方向に走査するこ
とによって前記基板上に形成されるパターン像の劣化が
小さくなるように、前記投影光学系の全体又はその一部
を回転させて前記投影光学系を調整するときに、前記走
査露光によって前記基板上に形成されるパターン像の誤
差とならない像歪みを許容することを特徴とする露光方
法。
【請求項３】前記投影光学系を介して所定パターンを
静止状態の基板上に露光し、該露光された所定パターンの像の像歪みを計測し、該計測結果に基づいて前記走査露光によって前記基板上
に形成される像の劣化を解析し、該解析結果に基づいて
前記投影光学系の調整を行うことを特徴とする請求項２
に記載の露光方法。
【請求項４】所定形状の照明領域内のパターンの像を
投影光学系を介して前記照明領域に対応する露光領域内
に投影すると共に、該露光領域に対して基板を所定方向
に走査することによって、前記基板を走査露光する露光
方法において、前記露光領域内の前記所定方向と平行な直線上の複数点
での像歪みを求める第１工程と、該複数点の像歪みを積算して、その積算結果から走査露
光によって形成される像の劣化を解析する第２工程とを
含むことを特徴とする露光方法。
【請求項５】所定形状の照明領域内のパターンの像を
投影光学系を介して前記照明領域に対応する露光領域内
に投影すると共に、該露光領域に対して基板を所定方向
に走査することによって、前記基板を走査露光する露光
方法において、前記露光領域内の前記所定方向と平行な直線上の複数点
での像歪みを求める第１工程と、該複数点の像歪みの平均値を求め、その平均値から走査
露光によって形成される像の劣化を解析する第２工程と
を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項６】所定形状の照明領域内のパターンの像を
投影光学系を介して前記照明領域に対応する露光領域内
に投影すると共に、該露光領域に対して基板を所定方向
に走査することによって、前記基板を走査露光する露光
方法において、前記露光領域内の前記所定方向と平行な直線上の複数点
での像歪みを求める第１工程と、該複数点の像歪みの分布を求め、その分布から走査露光
によって形成される像の劣化を解析する第２工程とを含
むことを特徴とする露光方法。
【請求項７】前記第１工程と前記第２工程とを、前記
所定方向と平行な複数の直線上で行うことを特徴とする
請求項４、５、又は６に記載の露光方法。
【請求項８】前記第２工程での解析結果に基づいて、
前記投影光学系を調整することを特徴とする請求項４〜
７のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項９】投影光学系の有効露光領域内の一部にス
リット状の露光領域を規定し、該スリット状の露光領域
に対して基板を所定方向に移動することによって前記基
板を走査露光する露光方法において、前記投影光学系の有効露光領域全体を照明できる照明光
学系を使って所定パターンを照明し、該照明による前記所定パターンの像を前記投影光学系を
介して投影し、該所定パターンの投影像の歪みを求め、前記求められた投影像の歪みに基づき、前記走査露光に
よって前記基板上に所望のパターンが形成されるように
して、前記走査露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項１０】前記所定パターンの投影像の歪みは、
前記投影像を光電検出することによって求められること
を特徴とする請求項９に記載の露光方法。
【請求項１１】前記所定パターンの投影像の歪みは、
前記所定パターンの投影像を基板上に露光し、該基板上
に露光された投影像を計測することによって求められる
ことを特徴とする請求項９に記載の露光方法。
【請求項１２】前記走査露光は、前記求められた投影
像の歪みに基づき、前記基板上の各点が前記露光領域を
通過する間に前記露光領域内の所定方向に沿った各点の
像歪みの影響を受けることによって生じる、前記基板上
に形成されるパターンの像歪みが小さくなるように行な
われることを特徴とする請求項９、１０、又は１１に記
載の露光方法。
【請求項１３】マスクのパターンの像を投影光学系を
介して基板上に投影すると共に、照明領域に対して前記
マスクを所定方向に走査し、前記照明領域に対応する所
定形状の露光領域に対して前記基板を所定方向に走査す
ることにより、前記基板を走査露光する露光方法であっ
て、所定パターンの像を前記投影光学系を介して基板上に静
止状態で露光し、前記静止状態で露光された所定パターンの投影像の歪み
を求め、前記求められた所定パターンの投影像の歪みに基づき、
前記走査露光によって所望のパターンが前記基板上に形
成されるようにして、前記走査露光を行うことを特徴と
する露光方法。
【請求項１４】前記走査露光は、前記求められた投影
像の歪みに基づき、前記基板上の各点が前記露光領域を
通過する間に前記露光領域内の所定方向に沿った各点の
像歪みの影響を受けることによって生じる、前記基板上
に形成されるパターンの像歪みが小さくなるように行な
われることを特徴とする請求項１３に記載の露光方法。
【請求項１５】マスクのパターンの像を投影光学系を
介して基板上に投影すると共に、照明領域に対して前記
マスクを所定方向に走査し、前記照明領域に対応する所
定形状の露光領域に対して前記基板を所定方向に走査す
ることにより、前記基板を走査露光する露光方法であっ
て、前記基板を所定方向に走査することによって前記基板上
に形成されるパターン像に悪影響を及ぼさない誤差を許
容するように前記投影光学系の調整を行うことを特徴と
する露光方法。
【請求項１６】マスクのパターンの像を投影光学系を
介して基板上に投影すると共に、照明領域に対して前記
マスクを所定方向に走査し、前記照明領域に対応する所
定形状の露光領域に対して前記基板を所定方向に走査す
ることにより、前記基板を走査露光する露光方法であっ
て、前記基板を所定方向に走査することによって前記基板上
に形成されるパターン像に悪影響を及ぼす誤差のみが取
り除かれるように前記投影光学系の調整を行うことを特
徴とする露光方法。
【請求項１７】所定形状の照明領域内のパターンの像
を投影光学系を介して前記照明領域に対応する露光領域
内に投影すると共に、該露光領域に対して基板を所定方
向に走査することによって、前記基板を走査露光する露
光装置において、前記投影光学系は、前記露光領域内の前記所定方向と平
行な直線上の複数点での像歪みの積算結果から解析され
た、前記走査露光によって形成される像の劣化を考慮し
て調整されることを特徴とする露光装置。
【請求項１８】所定形状の照明領域内のパターンの像
を投影光学系を介して前記照明領域に対応する露光領域
内に投影すると共に、該露光領域に対して基板を所定方
向に走査することによって、前記基板を走査露光する露
光装置において、前記投影光学系は、前記露光領域内の前記所定方向と平
行な直線上の複数点での像歪みの平均値から解析され
た、前記走査露光によって形成される像の劣化を考慮し
て調整されることを特徴とする露光装置。
【請求項１９】前記所定方向と垂直な非走査方向に関
する前記平均値の分布を求めることを特徴とする請求項
１８に記載の露光装置。
【請求項２０】所定形状の照明領域内のパターンの像
を投影光学系を介して前記照明領域に対応する露光領域
内に投影すると共に、該露光領域に対して基板を所定方
向に走査することによって、前記基板を走査露光する露
光装置において、前記投影光学系は、前記露光領域内の前記所定方向と平
行な直線上の複数点での像歪みの分布から解析された、
前記走査露光によって形成される像の劣化を考慮して調
整されることを特徴とする露光装置。
【請求項２１】マスクのパターンの像を投影光学系を
介して基板上に投影すると共に、照明領域に対して前記
マスクを所定方向に走査し、前記照明領域に対応する所
定形状の露光領域に対して前記基板を所定方向に走査す
ることにより、前記基板を走査露光する露光装置であっ
て、前記投影光学系は、前記基板を所定方向に走査すること
によって前記基板上に形成されるパターン像に悪影響を
及ぼさない誤差を許容するように調整されることを特徴
とする露光装置。
【請求項２２】マスクのパターンの像を投影光学系を
介して基板上に投影すると共に、照明領域に対して前記
マスクを所定方向に走査し、前記照明領域に対応する所
定形状の露光領域に対して前記基板を所定方向に走査す
ることにより、前記基板を走査露光する露光装置であっ
て、前記投影光学系は、前記基板を所定方向に走査すること
によって前記基板上に形成されるパターン像に悪影響を
及ぼす誤差のみが取り除かれるように調整されることを
特徴とする露光装置。
【請求項２３】前記投影光学系は円形の有効領域を有
し、前記走査露光は、前記有効領域内のスリット状の矩
形露光領域を使って行われることを特徴とする請求項１
７〜２２のいずれか一項に記載の露光装置。