JP3555233B2 - 投影露光装置 - Google Patents
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Description
【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等をフォトリソグラフィー工程で製造する際に使用される投影露光装置に関し、特に投影光学系による投影像のディストーション等の結像特性を補正する機構を備えた投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりこの種の投影露光装置では、レチクル（又はフォトマスク等）の微細なパターンを高い解像度でフォトレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に投影するため、更には既にウエハ上に形成されているパターン上に高い重ね合わせ精度でレチクルのパターンを投影するために、投影光学系による投影像の結像特性を常に高精度に維持することが求められている。この場合投影光学系の周囲の大気圧、気温等の環境変化、レチクル若しくは投影光学系の照明光吸収による形状変化、レチクルの照明方法の切り換え、又は所謂位相シフトマスク等を使用する場合のようなレチクル上のパターンの変化等により、その結像特性が次第に変化してしまうことがある。なおここで、そのレチクルの照明方法の切り換えとは、通常の照明方法から、例えば輪帯照明法又は変形光源法等に切り換えることを言う。
【０００３】
そこで、従来は、これらの環境変化の量等を測定し、この測定結果から結像特性の変化量を予測し、この予測された変化量を相殺するように結像特性を補正するようにしていた。また、従来の結像特性の補正対象は主に投影像のデフォーカスと投影倍率との２種類であった。これらを補正するため、例えばデフォーカスに関しては、投影光学系とウエハとの間隔を一定に保つ機構（オートフォーカス機構）においてフォーカス位置の目標値を補正していた。また、投影倍率の補正に関しては、投影光学系の内部のレンズ間を密封してその内部圧力を変える手法、又は投影光学系の一部のレンズを光軸方向に移動させる手法等が提案されている。
【０００４】
これに関して、近年では半導体集積回路のパターン等が益々微細化するのに伴ってデフォーカス、投影倍率だけでなく等方的像歪（所謂糸巻型、樽型のディストーション）の変化も無視できなくなりつつある。そして、その等方的像歪の補正手段としては、レチクルを投影光学系の光軸方向へ移動させる機構、投影光学系の一部のレンズを光軸方向に移動させる機構、露光用光源（レーザ光源等）の発光波長を変化させる機構、又は投影光学系の内部のレンズ間を密閉してその内部圧力を変える機構等が提案されている。
【０００５】
上記の如き従来の等方的像歪の補正手段には以下のような不都合がある。先ず、等方的像歪は投影倍率とは異なり、高次の収差であるため、前記の補正手段のうち、投影光学系の一部のレンズを光軸方向に移動させる機構、露光用光源の発光波長を変化させる機構、又は投影光学系の内部の所定のレンズ間の圧力を変化させる機構を用いて補正を行うと、他の収差が変化し独立に等方的像歪のみを修正できないという不都合がある。この場合新たに発生した収差を別の機構で補正するものとすると、全体の補正機構が複雑化する。また、他の収差変化を許容範囲内として等方的像歪を補正しようとしても補正できる量が僅かになってしまい、所望の補正量が得られない。これに対して、レチクルを光軸方向に移動する手法によれば、他の収差に影響を与えることなく、等方的像歪のみを補正することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、等方的像歪を補正するためには、レチクルを光軸方向に移動する手法が簡便な手法と言える。
しかし、最近になって結像特性を維持したまま、より広フィールドの領域を露光する要求が高まり、これに応えるべくレチクルとウエハとを投影光学系に対して相対的にスキャンして露光する走査露光型の投影露光装置（スリットスキャン方式、又はステップ・アンド・スキャン方式等の投影露光装置）が提案されている。この方式では、レチクルをスリット状に照明することで投影光学系の有効露光フィールドの最大直径を使用でき、且つスキャンすることによりスキャン方向には光学系の制限を受けることなく露光フィールドを拡大できるという利点がある。また、投影光学系の一部しか使用しないので、照度均一性、ディストーション等の精度を出し易いという利点がある。しかしながら、この走査露光型の投影露光装置ではレチクルとウエハとを高精度に同期させてスキャンしなければならないため、レチクル用のステージは高い剛性が要求される。このようにレチクル側のステージの剛性を高めるためには、レチクルを光軸方向に移動させる機構は無いことが望ましい。また、ステッパーのような一括露光型の装置でも、レチクル側のステージの剛性は高いことが望ましい。
【０００７】
また、直接レチクルを駆動するため、その駆動誤差は直接結像特性あるいは重ね合わせ精度に影響する。つまり、レチクルが光軸に垂直な平面から傾くと、像面が傾斜し、またディストーションが変化する。また、レチクルが横シフトすると、アライメントセンサと像の位置関係がずれて、重ね合わせ誤差が発生するという不都合がある。あるいは、これらの誤差を防ぐためレチクルの駆動系は非常に高度な制御技術、あるいは位置測定技術が必要となるため、製造コストがアップするという不都合がある。
【０００８】
本発明は斯かる点に鑑み、他の収差に悪影響を与えることなく、且つレチクルを移動させることなく等方的像歪を補正できる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】
本発明による投影露光装置は、例えば図１に示すように、露光用の照明光（ＩＬ）のもとで、マスク（Ｒ）に形成された転写用のパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して感光性の基板（Ｗ）上に投影する投影露光装置において、そのマスク（Ｒ）とその基板（Ｗ）との間に配置された厚さの変更自在な光透過性基板（１２，１３）と、この光透過性基板の厚さを切り換えることによりその照明光の光路長を変える光路長切換手段（１４）と、を設け、その光路長切換手段（１４）を介してその光透過性基板（１２，１３）の厚さを変更して投影像の像歪みを調整し、その光透過性基板としての光学くさびの一方の面は、非等方的な不規則ディストーションを補正するために不規則な波状に研磨されているものである。
【００１０】
この場合、その光透過性基板の一例は、それぞれ厚さが連続的に変化する１枚又は複数枚の光学くさび（１２，１３）であり、この場合、その光路長切換手段はその光学くさび（１２，１３）を全体として又は相対的に移動する移動手段（１４）であることが好ましい。
また、その投影露光装置が、そのマスク（Ｒ）を所定の走査方向（Ｘ方向）に走査するのと同期してその基板をその所定の走査方向に対応する方向（−Ｘ方向）に走査することによりそのマスク（Ｒ）のパターンを逐次その基板（Ｗ）上に露光する走査型露光装置である場合、その光路長切換手段（１４）はその光学くさび（１２，１３）をその所定の走査方向に沿って移動することが好ましい。
【００１１】
また、その光透過性基板の他の例は、例えば図１０に示すように、厚さの異なる複数の光透過性基板（１０１〜１０３）であり、この場合、その光路長切換手段はその複数の光透過性基板（１０１〜１０３）を交換する交換手段（１４Ａ）である。
また、本発明による別の投影露光装置は、例えば図８に示すように、露光用の照明光（ＩＬ）のもとで、マスク（Ｒ）に形成された転写用のパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して感光性の基板（Ｗ）上に投影する投影露光装置において、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）との間に配置された光学くさび（８２）を備え、該光学くさびの上面を、非等方的な不規則ディストーションを補正するために不規則な波状に研磨するようにしたものである。
また、上記の本発明において、そのマスクの傍らに設けられたマーク板（ＭＫＰ）と、その投影光学系を介して形成されるその像の歪みを測定するために、そのマーク板に設けられたマーク（ＭＫＡ）の像をその投影光学系を介して検出する光電センサとをさらに備えてもよい。
【００１２】
【作用】
斯かる本発明の投影露光装置によれば、厚さの変更可能な光透過性基板（１２，１３）の厚さを変えることで、マスク（Ｒ）と投影光学系（ＰＬ）との間の光路長を変化させ、マスク（Ｒ）や投影光学系（ＰＬ）を移動することなく等方的像歪を補正することができる。また、レンズ等の光学部材を介さず、マスク（Ｒ）と感光性の基板（Ｗ）との間に配置した光透過性基板（１２，１３）だけにより像歪を補正するので、レンズ等の光学部材を介することにより発生する諸収差が発生しない。従って、光透過性基板（１２，１３）を使用することにより等方的像歪（所謂糸巻型、樽型のディストーション）を他の収差から独立に変化させることができる。
【００１３】
また、光透過性基板が光学くさび（１２，１３）よりなり、光路長切換手段が移動手段（１４）である場合には、移動手段（１４）により光学くさび（１２，１３）をその厚さが連続的に変化する方向に移動することにより光路長を連続的に変化させることができる。従って、連続的に像歪を補正できる。また、その厚さの変化を緩やかにしておけば、その光学部材の位置決めは厳密に行わなくても光路長を厳密に制御できる。
【００１４】
特に、光透過性基板（１２，１３）の内最もレチクル（Ｒ）に近い光透過性基板（１２）の上面と、基板（Ｗ）に近い光透過性基板（１３）の下面とが共に平行平面に近い場合、光透過性基板（１２，１３）の位置決めは３次元的に緩やかでよく、マスク（Ｒ）や投影光学系（ＰＬ）そのものを駆動するときの位置決め精度に対し比較にならないぐらい緩やかでよい。
【００１５】
また、投影露光装置が走査型の投影露光装置であり、光学くさび（１２，１３）を走査方向に沿って移動する場合には、走査方向に短いスリット状の照明領域を用いるため、光学くさび（１２，１３）の駆動量が少なくて済む。また、等方的像歪みを補正するために、マスク（Ｒ）あるいは投影光学系（ＰＬ）自体を物理的に駆動しなくてもよいため、特に装置全体として高い剛性が要求される走査型の投影露光装置に対して効果的である。
【００１６】
また、光透過性基板が複数の光透過性基板（１０１〜１０３）からなり、光路長切換手段（１４）が交換手段（１４Ａ）である場合には、補正は不連続となるが装置構成は簡単になる。この場合も、入れ換える光透過性基板（１０１〜１０３）が平行平面であれば、前述のように光透過性基板（１０１〜１０３）の位置決め精度は粗くてもよい。従って、更に装置の構成を単純にできる。
また、図８に示すように、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）との間に配置された光学くさび（８２）の上面を不規則な波状に研磨することによって、非等方的な不規則ディストーションを補正することができる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明による投影露光装置の一実施例について図１〜図７を参照して説明する。本発明は、一括露光型（ステップ・アンド・リピート方式等）及び走査露光型（ステップ・アンド・スキャン方式等）の何れにも適用できる。以下では本発明の効果がより発揮される走査露光型に適用した場合につき説明する。但し、一括露光型への適用もほぼ同様である。なお、図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＩＸに平行にＺ軸を取り、その光軸ＩＸに垂直な平面内で図１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取る。
【００１８】
図１は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図１において、光源１としては、例えばＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザ等のエキシマレーザ光源、銅蒸気レーザやＹＡＧレーザの高波波発生装置、あるいは超高圧水銀ランプ等が使用される。光源１が超高圧水銀ランプの場合、光源１からは紫外の輝線（ｇ線、ｉ線等）よりなる照明光ＩＬが射出される。照明光ＩＬはコリメータレンズ、フライアイレンズ等よりなる照度均一化光学系２に入射し、照度分布がほぼ均一な光束に変換された後、照明条件切り換え用のターレット３に導かれる。
【００１９】
図２は、図１のターレット３の正面図であり、この図２においてターレット３には９０°間隔で絞り４１〜４４が配置されており、ターレット３を回転させて絞り４１〜４４を切り換えることにより、投影光学系ＰＬのフーリエ変換面（瞳面）の光強度分布を変更することができる。この方法は、投影光学系の解像力を向上させる技術の一つであり、露光すべきパターンにより、これらの絞り４１〜４４の中から最適なものが選択される。
【００２０】
図２の例では、円形の絞り４１が通常の開口絞り（σ絞り）で、輪帯状の絞り４２は輪帯照明を行うための絞りである。また、小さい円形の絞り４３は光束の角度を絞るためのものであり、通常の照明系において、コヒーレンスファクタ（σ値）が小さい（例えばσ値が０．１〜０．４程度の）場合に相当する。４個の偏心した円形（又は十字型遮光部を有する）開口よりなる絞り４４は、複数傾斜照明（変形光源）用の絞りで、一般にライン・アンド・スペースパターンを高解像度で露光するために使用されるものである。ターレット３はレチクルＲのパターンに応じて、逐次最適なものに変更しながら使用される。
【００２１】
さて、ターレット３の所定の絞りを通過した照明光ＩＬは、その両側に光電センサ２４，２５を備えたビームスプリッタ４に達する。ビームスプリッタ４は、ほぼ全ての光束を通過させるが、一部の光束を反射するものであり、ターレット３側から来てビームスプリッタ４で反射された光束は光電センサ２４へ入射し、ウエハＷ側から来てビームスプリッタ４で反射された光は光電センサ２５に入射する。光電センサ２４，２５の検出信号は、後述するように投影光学系ＰＬの収差変化を計算するのに用いられる。照明光ＩＬは更にリレーレンズ、視野絞り、コンデンサレンズ等からなる照明光学系５を経て、ダイクロイックミラー６により反射され、半導体の回路パターン等が描かれたレチクルＲを照明する。レチクルＲはレチクルステージＲＳＴ上に真空吸着され、このレチクルステージＲＳＴは照明光学系５のダイクロイックミラー６により折り曲げられた光軸（投影光学系ＰＬの光軸と一致している）ＩＸに垂直な平面（ＸＹ平面）内で２次元的に微動してレチクルＲを位置決めする。
【００２２】
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（不図示）により、Ｘ方向（走査方向）に所定の走査速度で移動可能となっている。レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲの全面が少なくとも照明光学系の光軸ＩＬ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９からのレーザビームを反射する移動鏡８が固定されており、レチクルステージＲＳＴの走査方向の位置は干渉計９によって、例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出されている。干渉計９からのレチクルステージＲＳＴの位置情報はステージ制御系３０Ａに送られ、ステージ制御系３０ＡはレチクルステージＲＳＴの位置情報に基づき、レチクル駆動部（不図示）を介して、レチクルステージＲＳＴを駆動する。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レチクルＲが精度良く位置決めされるように、レチクルステージＲＳＴの初期位置が決定されるため、移動鏡８の位置を干渉計９で測定するだけで、レチクルＲの位置が十分高精度に測定される。
【００２３】
さて、レチクルＲを通過した照明光ＩＬは、一対の同形の光学くさび１２，１３からなる像歪補正体３１に入射する。光学くさび１２，１３は共にレチクルＲと同じような大きさで形成され、レチクルＲを透過する照明光ＩＬはすべて像歪補正体３１の透過領域内を通過できるように構成されている。この像歪補正体３１の光学くさび１２，１３を走査方向（Ｘ方向）にそれぞれ駆動することによりディストーションを補正する。この像歪補正体３１については後で詳しく説明する。
【００２４】
像歪補正体３１を透過した照明光ＩＬは、次に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の回路パターンを縮小倍率β（例えば１／５あるいは１／４）で縮小した投影像を、その表面にフォトレジスト（感光材）が塗布されたウエハＷ上に形成する。
また、投影光学系ＰＬの瞳面（レチクルＲに対するフーリエ変換面）付近には光軸ＩＸ付近の光束を遮光する光学的フィルタ、即ち中心遮光型の瞳フィルタＰＦが着脱自在に設置されている。瞳フィルタＰＦは、特にコンタクトホールパターンを露光する際に解像度及び焦点深度を改善するものである。主制御系３０が着脱装置３０Ｂを介して瞳フィルタＰＦの着脱を制御する。更に本実施例の投影光学系ＰＬには、結像特性の補正のための機構（１５〜２２）が取り付けられているが、これらの機構については後述する。
【００２５】
図３は、図１のレチクルＲ及びウエハＷの走査の状態を示す斜視図である。なお、図３では投影光学系ＰＬは非テレセントリックであるかのように便宜上表現されているが、実際には投影光学系ＰＬは両側（又は少なくともウエハ側）にテレセントリックである。本実施例の投影露光装置においては、図３に示すようにレチクルＲの走査方向（Ｘ方向）に対して垂直な方向（Ｙ方向）に長手方向を有する長方形（スリット状）の照明領域ＩＡＲでレチクルＲが照明され、レチクルＲは露光時に−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に速度ＶＲ でスキャンされる。照明領域ＩＡＲ（中心は光軸ＩＸ とほぼ一致）内のパターンは、投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に投影され、スリット状の投影領域ＩＡが形成される。
【００２６】
ウエハＷはレチクルＲとは倒立結像関係にあるため、ウエハＷは速度ＶＲ の方向とは反対の＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）に、レチクルＲに同期して、速度ＶＷ でスキャンされ、ウエハＷ上のショット領域ＳＡの全面にレチクルＲのパターンが逐次露光される。走査速度の比（ＶＷ ／ＶＲ ）は投影光学系ＰＬの縮小倍率βに正確に一致したものになっており、レチクルＲのパターン領域ＰＡのパターンがウエハ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ＩＡＲの長手方向の幅は、レチクルＲ上のパターン領域ＰＡよりも広く、遮光領域ＳＴの最大幅よりも狭くなるように設定され、レチクルＲをスキャンすることによりパターン領域ＰＡ全面が照明されるようになっている。
【００２７】
再び図１の説明に戻って、ウエハＷはウエハホルダ７上に真空吸着され、ウエハホルダ７はウエハステージＷＳＴ上に保持されている。ウエハホルダ７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、且つ光軸ＩＸ方向（Ｚ方向）に微動できる。また、ウエハホルダ７は光軸ＩＸの回りの回転動作も可能である。一方、ウエハステージ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内の任意のショット領域に随時移動できるよう、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、ウエハＷ上の各ショット領域へスキャン露光する動作と、次のショット領域の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。モータ等のウエハステージ駆動部（不図示）はウエハステージＷＳＴをＸ及びＹ方向に駆動する。ウエハステージＷＳＴの端部には干渉計１１からのレーザビームを反射する移動鏡１０が固定され、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置は干渉計１１によって、例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）はステージ制御系３０Ａに送られ、ステージ制御系３０Ａはこの位置情報（又は速度情報）に基づいてウエハステージ駆動部を制御する。
【００２８】
また、図１の装置にはウエハＷの露光面に向けてピンホール像、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に対して斜め方向に供給する照射光学系２６と、その結像光束のウエハＷの露光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２７とからなる斜入射方式のウエハ位置検出系（焦点位置検出系）が、投影光学系ＰＬを支える支持部（不図示）に固定されている。このウエハ位置検出系のより詳細な構成については、例えば特開昭６０−１６８１１２号公報に開示されている。ウエハ位置検出系はウエハの露光面の投影光学系ＰＬの最良結像面に対するＺ方向の位置偏差を検出し、ウエハＷと投影光学系ＰＬとが所定の間隔を保つようにウエハホルダ７をＺ方向に駆動するために用いられる。ウエハ位置検出系からのウエハ位置情報は、主制御系３０を介してステージ制御系３０Ａに送られる。ステージ制御系３０Ａはこのウエハ位置情報に基づいてウエハホルダ７をＺ方向に駆動する。
【００２９】
なお、本実施例では投影光学系ＰＬの最良結像面（結像面）が零点基準となるように、予め受光光学系２７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、被検面に平行光束を照射し、反射光の集光点の横ずれ量を検出する水平位置検出系を用いたり、あるいは投影光学系ＰＬのイメージフィー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投影する）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してもよい。この場合、ウエハホルダ７の傾斜角の調整によりレベリングが行われる。
【００３０】
また、ウエハステージＷＳＴ上には光電センサ２８が設置され、投影光学系ＰＬの付近には大気圧、気温、湿度等の測定を行う環境センサ２９が設けられて、各々の検出信号が投影光学系ＰＬの結像特性の変化を計算するのに用いられる。詳しくは後述する。
次に、本実施例における等方的像歪の補正機構を含めた結像特性補正機構について説明を行う。前記のように補正すべき結像特性の種類は、露光する線幅が小さくなるにつれより多くなる傾向にある。このため本実施例でも、（イ）等方的像歪（以下「ディストーション」ともいう）に加えて、（ロ）投影倍率、（ハ）デフォーカス、及び（ニ）像面湾曲の４種類を補正する場合の例を示す。
【００３１】
先ず、（イ）のディストーションは、レチクルＲと投影光学系ＰＬとの間に配置された像歪補正体３１を駆動して、レチクルＲと投影光学系ＰＬとの間の光路長を変更することにより行う。本実施例では、投影光学系はマスク側がテレセントリックか、又はテレセントリックでなくとも、光路長の変更に伴い倍率成分の変化しない光学系であるとする。
【００３２】
像歪補正体３１は、レチクルＲに近い光学くさび１２と、光学くさび１２の下部に重ねられるように配置された光学くさび１３とから構成されている。光学くさび１２，１３は共に両端の厚さが異なるほぼ同じ大きさのくさび状の平板ガラスからなり、光学くさび１２の上面と光学くさび１３の下面は共に光軸ＩＸに対し垂直な平面で構成されている。また、光学くさび１２の下面と光学くさび１３の上面は互いに平行で、図１のように光軸ＩＸに垂直な平面に対して傾斜している。このような構成を取ることにより、像歪補正体３１のレチクルＲ及び投影光学系ＰＬに対する間隔がそれほど厳密に要求されないという利点がある。つまり、像歪補正体３１は平行平面板と等価であるため、大きく傾斜すること等がなければ殆ど投影像に対して影響がない。
【００３３】
光学くさび１２，１３は各々不図示の駆動ガイドに固定されており、図１の矢印で示す走査方向（Ｘ方向）に駆動が可能となっている。従って、光学くさび１２の上面と光学くさび１３の下面は共に光軸ＩＸに対し垂直なままＸ方向に駆動され、Ｘ方向以外へはガイドにより移動できないようになっている。光学くさび１２，１３のそれぞれの位置は、例えばリニアエンコーダ、ポテンショメータ等の位置センサにより計測され、主制御系３０で設定された目標値に従い、光学部材制御系１４のモータ等よりなる駆動機構により位置決めされる。
【００３４】
なお、光学くさび１２，１３の大きさ、光学くさび１２，１３同士の間隔、並びに光学くさび１２，１３のレチクルＲと投影光学系ＰＬとの間の配置については特に制限はないが、光学くさび１２，１３の大きさについては撓むことのない厚さで且つ重量的に容易に駆動できる程度の大きさで形成すればよい。但し、光学くさび１２，１３の配置については、ディストーション以外の収差への影響を小さくするためには、レチクルＲの近くに配置することが好ましい。
【００３５】
次に、像歪補正体３１により等方的像歪を制御する原理につき図４〜図６を参照して詳しく説明する。
図４は、本例における等方的像歪の補正原理を模式的に説明する図を示し、図４（ａ）は光学くさび１２，１３がＸ方向に関し同位置にある状態、図４（ｂ）は光学くさび１２，１３をそれぞれ−Ｘ方向及びＸ方向にずらした状態を示している。また、図５は本例における等方的像歪の一例を示し、図６は実際の像歪の補正結果の一例を示している。
【００３６】
投影光学系ＰＬを両側テレセントリックであるとすると、本来はレチクルＲから投影光学系ＰＬへ向かう主光線は全て光軸ＩＸに平行であるはずであるが、実際は除去できない収差（瞳収差等）により、レチクルＲと投影光学系ＰＬとの間の主光線は一部の像高では僅かに傾斜している。投影光学系の中には厳密な意味での両側テレセントリック（開口絞りが像空間焦点にある）ではないが、倍率変化成分がうまく相殺されるように設計された投影光学系もある。しかしながら、ディストーションの変化という面に関しては同等であり、このような投影光学系に対しても全く同一の効果が得られる。
【００３７】
これらの投影光学系では通常、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、レチクルＲのパターン面の有効照明領域（投影光学系の有効露光フィールドと共役な領域）の中央部及び周辺を通過する主光線ＮＬ０，ＮＬ１，ＮＬ２はほぼ光軸ＩＸ（図３参照）に平行になるように調整されるため、有効照明領域の左右の中間での主光線ＩＬ１，ＩＬ２は通常光軸ＩＸに対して傾いている。このため、光学くさび１２，１３を通過した主光線ＩＬ１，ＩＬ２の投影光学系ＰＬの最上部レンズ１５に入射する位置が外側にそれぞれΔａ１ ，Δａ２ だけシフトする。この場合、光軸ＩＸに平行な主光線ＮＬ０，ＮＬ１，ＮＬ２もＸ方向に少しシフトする。具体的に、光学くさび１２，１３のそれぞれ下面及び上面の水平面に対する傾斜角Δθと、光学くさび１２の下面から光学くさび１３の上面までの間隔（これをｇ（ｘ）とする）の変化量とに応じて主光線ＮＬ０，ＮＬ１，ＮＬ２が初期状態よりＸ方向に同じ量だけ横シフトするが、傾斜角Δθ及び間隔ｇ（ｘ）の変化量が小さいときにはそのシフト量はわずかである。但し、このシフト量によって、例えばオフ・アクシス方式のアライメント系を用いた場合の検出中心と露光フィールドの中心とのオフセット量である所謂ベースラインが変化して、アライメント精度が悪化する。そこで、光学くさび１２，１３のＸ方向への駆動量から間隔ｇ（ｘ）を求め、この間隔ｇ（ｘ）の変化量及び傾斜角Δθより主光線ＮＬ０，ＮＬ１，ＮＬ２の初期状態からのシフト量を求め、このシフト量でそのベースラインを補正することが望ましい。次に、近似的に投影光学系ＰＬの最上部レンズ１５に入射する主光線の位置が中間像高のみＸ方向にシフトするものとし、以下、主光線ＩＬ１，ＩＬ２のみについて説明する。
【００３８】
なお、図３より明らかなように実際の照明領域ＩＡＲは走査方向（Ｘ方向）に短いため、照明領域ＩＡＲ内のＸ方向でのディストーションの発生量及び補正量は僅かでよい。それに対して、照明領域ＩＡＲは非走査方向（Ｙ方向）に長いため、本例のように等方的な歪みの補正機構は非走査方向（Ｙ方向）へのディストーションの補正に特に有効である。また、以下の説明はＸ方向について行うが、効果は等方的であるため、Ｙ方向のディストーションも同様である。
【００３９】
図４（ａ）において、光学くさび１２，１３の屈折率をｎとして、光学くさび１２，１３の間隔をｇ０ とすると、光学くさび１２の上面から光学くさび１３の下面までの光路長は次のようになる。
光路長の初期値＝（Ｌ０ −ｇ０ ）ｎ＋ｇ０
次に、光学くさび１２，１３をそれぞれ左右に移動させて、図４（ａ）の点Ｐ及び点ＱがそれぞれＸ方向に−ｘ及びｘだけ移動した状態を図４（ｂ）とする。この図４（ｂ）において、光学くさび１２，１３の間隔をｇ（ｘ）とすると、傾斜角Δθが小さいとしてほぼ次の関係が成立する。
【００４０】
ｇ（ｘ）＝ｇ０ ＋２ｘ・Δθ
従って、光学くさび１２の上面から光学くさび１３の下面までの光路長は次のようになる。
【００４１】
ここで、光学くさび１２，１３の屈折率ｎは１より大きい（例えば１．５程度）ため、上記の式より図４（ｂ）の状態では、主光線ＩＬ１，ＩＬ２は図４（ａ）の状態に比較して通過する光路長が短くなる。このため、投影光学系ＰＬの最上部レンズ１５に入射する主光線ＩＬ１，ＩＬ２のシフト量Δａ３ ，Δａ４ はそれぞれ図４（ａ）のシフト量Δａ１ ，Δａ２ に比較して小さくなる。上述の光路長の式はＸＹ平面内で同一であるため、光軸ＩＸに関して非走査方向（Ｙ方向）に離れている光束のシフト量も同じように変化する。
【００４２】
ここで、図４（ａ）及び図４（ｂ）の状態でのディストーション曲線をそれぞれ図５の曲線ａ及び曲線ｂとする。図５において、縦軸はＹ方向への像高ｈ、即ちレチクル側での照明光の通過位置（光軸からのＹ方向への距離）に対応する変数であり、横軸はその像高ｈでのＹ方向へのディストーションΔＹを示す。なお、ディストーションは等方的であるため、Ｘ方向への像高がｈの位置でのＸ方向へのディストーションΔＸも図５と同様である。このような場合には、ディストーション曲線が図５の曲線ａと曲線ｂとの中間程度となるように、即ち光学くさび１２，１３の位置を図４（ａ）と図４（ｂ）とのほぼ中間の状態に設定することにより、投影像のＹ方向及びＸ方向のディストーションをほぼ０にすることができる。但し、通常ディストーションのみ変動することはなく、倍率成分も変化するため、図５の曲線ａと曲線ｂとの中間の状態に調整すると、ディストーション曲線は図６の曲線ｃのように変化する。即ち、或る程度の倍率誤差が残ってしまうことがある。しかし、本実施例では倍率成分とディストーション成分とはそれぞれ独立の補正機構で補正するため、良好に補正が行える。
【００４３】
次に、他の補正項目（（ロ）投影倍率、（ハ）デフォーカス、及び（ニ）像面湾曲）の補正機構について簡単に説明する。（ロ）の投影倍率及び（ニ）の像面湾曲の補正については、投影光学系ＰＬを構成するレンズのうち最上部レンズ１５、及び次のレンズ１６を光軸方向へ駆動させる方式を本実施例では採用する。図１において、最上部レンズ１５はホルダ１８に固定され、またレンズ１６はホルダ１９に固定されている。ホルダ１８とホルダ１９とは伸縮自在な駆動素子２０を介して接続されている。駆動素子２０としては例えばピエゾ素子が用いられ、駆動素子２０は円周上に約２〜４個配置される。また、ホルダ１９は、投影光学系ＰＬの鏡筒本体と駆動素子２１を介して接続されている。駆動コントローラ２２は主制御系３０からの指令に応じて、駆動素子２０及び２１を駆動する。通常、駆動素子２０，２１の伸縮量は位置センサ（不図示）によりフィードバック制御される。最上部レンズ１５及び次のレンズ１６の光軸方向への移動により、各々投影倍率と像面湾曲とが変化する。所望の投影倍率、像面湾曲の特性を得たいときは、これらの特性に関する２元連立方程式を解くことにより、最上部レンズ１５、レンズ１６各々の駆動量を決定する。また、（ハ）のデフォーカスの補正に関しては、前記のウエハ位置検出系の受光光学系２７内の平行平板ガラスの角度を調整し、所望の位置にウエハＷを位置合わせすればよい。
【００４４】
以上の通り（イ）のディストーションの補正は光学くさび１２，１３の位置により、（ロ）の投影倍率及び（ニ）の像面湾曲の補正は最上部レンズ１５、次のレンズ１６の駆動により、そして（ハ）のデフォーカスの補正は受光光学系２７のオフセット調整で行うことができる。（イ）、（ロ）、及び（ニ）を補正したことにより発生するデフォーカスも合わせて（ハ）の受光光学系２７で補正すれば全てを補正できる。（ロ）〜（ニ）の補正法に関しては本実施例の他に種々考案されており、何れの方法を用いてもよいし、必要がなければ用いなくてもよい。他の方法としては、投影光学系ＰＬの所定のレンズ間隔内部の空気圧を変化させる方法、又は光源１の波長を変化させる方法等がある。
【００４５】
次に、前記の補正手段に対する目標値の決め方、つまり補正対象の変化量の検知手段について説明を行う。各補正対象に対する検知手段は殆ど同じであるので、（イ）のディストーションを一例として説明を行う。ディストーションは、代表的には（ホ）大気圧変化、（ヘ）照明条件の変化、（ト）投影光学系の照明光吸収、及び（チ）レチクルの照明光吸収により変化する。この他にも複数の露光装置をミックスして使用する場合、ウエハの前層への露光に使用した露光装置のディストーションに合わせるようにこれから使用する露光装置のディストーションを変化させる場合もある。
【００４６】
先ず、（ホ）の大気圧変化に対しては、環境センサ２９により大気圧の変化が測定され、測定結果が主制御系３０に送られる。通常、大気圧変化とディストーション変化とは比例関係にあるため、予め光学シミュレーション、実験等で求めた比例定数より、大気圧変化からディストーションの変化分が計算できる。この他気温、湿度等に関しても同様にディストーションの変化分が計算できる。
【００４７】
次に、（ヘ）の照明条件の変化に関して、照明条件によりレチクルＲからの光束の投影光学系ＰＬ内部での光路が異なってくるため、投影光学系ＰＬに残存する収差の影響を受けることによりディストーションが発生する。これに対しては、ターレット３の位置を主制御系３０に知らせることにより照明条件が分かるため、これも予め実験等で求めておいたディストーションの変化量から求まる。投影光学系ＰＬ内部の光路が変化する条件としては、他にレチクルＲのパターンの微細度、あるいは位相シフターの有無による回折光の角度の差、あるいは投影光学系ＰＬの瞳面の絞り（ＮＡ絞り）の大きさ、あるいは瞳面での瞳フィルターＰＦの有無がある。これらに関しても同様に予めディストーション変化との関係を求めておけばよい。また他の方法として、投影光学系ＰＬの瞳面の光強度分布を直接測定するという方法も考えられる。これは予め瞳面光強度分布とディストーション変化との関係を求めておき、この求めておいた関係を実測値と比較することによりディストーションを求める方法である。瞳面での光強度分布の測定方法としては、瞳面にセンサを挿入する方法や、像面上のセンサで光量を測定しながら瞳面の絞りを開閉する方法等が考えられる。
【００４８】
次に、（ト）の投影光学系の照明光吸収の補正を行う際には、ウエハステージＷＳＴ上の光電センサ２８でレチクルＲの透過率を求め、光電センサ２４で光源１の光強度を求めることにより、投影光学系ＰＬに入射する光エネルギー量を求める。更に、ウエハＷから反射し再び投影光学系ＰＬに入射する光エネルギーも光電センサ２５により測定できる。そして、入射する光エネルギーとディストーションとの変化特性も予め実験等で求め、微分方程式等の形で記憶しておけば、計算により照明光吸収によるディストーション量を求めることができる。
【００４９】
次に、（チ）のレチクルの照明光吸収に関しては、（ト）と同様にウエハステージＷＳＴ上の光電センサ２８によりレチクルＲの透過率、つまりレチクルＲのパターン密度を求めることができ、光電センサ２４よりレチクルＲに入射する光強度が求まる。レチクルＲの照明光吸収が起こるのは透過部でなくパターン部であるため、パターン密度とパターンの光吸収率とが分かれば、レチクルＲが吸収する熱量が求まる。パターンの光吸収率はパターンの材質で決まるため、予め入力しておけばよい。また、（ト）と同様に吸収した光エネルギーに対するディストーションの変化特性は予め実験等で求めておき、微分方程式等の形で記憶しておけばよい。以上のように（ホ）、（ヘ）、（ト）、及び（チ）により発生するディストーション量が求まる。よって補正しなければならないディストーション量は（ホ）〜（チ）の和で求まる。
【００５０】
上記の方法では、ディストーションを変化させる要因を測定して、ディストーション変化量を計算で求めたが、直接ディストーションを測定する方法も考えられる。それにつき図７を参照して説明する。
図７（ａ）は、像歪を測定する場合のレチクルＲ上のマークを示し、この図７（ａ）において、ディストーションを直接測定するためにレチクルＲのパターン領域ＰＡの外に位置測定用のマークＭＫを複数描いておき、照明領域ＩＡＲでマークＭＫのみを照明し、そのマークの像の位置をウエハステージＷＳＴ上に設けた光電センサで測定して求める。ウエハステージＷＳＴ上の光電センサとしては、例えばＣＣＤ等の２次元あるいは１次元の撮像素子が使用でき、この場合はこの撮像素子でマークＭＫの像の位置を画像処理で測定する。また、その光電センサとして、スリットとこのスリットを介してマークＭＫの像を受光する受光素子とを用い、この受光素子の信号よりスリットの位置とマークの位置との相対位置を求める方法等も知られている。なお、図７（ａ）のマークＭＫで計測できるのはＹ方向へのディストーションであるが、Ｘ方向へのディストーションも同じである。これらの方法は、測定に時間がかかることもあり頻繁に実施できないため、前記の計算による方法と併用し計算誤差を補正していく方法とすればより効果がある。
【００５１】
図７（ｂ）には、レチクルＲのマークＭＫを使用しない方法の例を示している。レチクルＲのマークＭＫには描画時の位置誤差があり、それはレチクル毎に異なるため正確なディストーションの計測ができない。そのため、図７（ｂ）の例ではレチクルＲのそばにマーク板ＭＫＰを設け、そのマーク板ＭＫＰ上の複数のマークＭＫＡを形成しておく。複数のマークＭＫＡ同士の間隔は予め厳密に位置を測定しておけばよく、またマーク板ＭＫＰはレチクルＲを露光時に等速でスキャンするための助走エリアに設ければ特に新たな場所は必要としない。
【００５２】
以上によりディストーションの変化量が求まるため、このディストーションの変化量を打ち消すように光学くさび１２，１３の位置を変えてやればよい。
なお、本例では（イ）ディストーションと（ロ）投影倍率とを独立に補正したが、投影光学系ＰＬが完全にレチクルＲ側でテレセントリックでない場合、光学くさび１２，１３の移動により倍率成分とディストーション成分とが同時に変化する。また、投影光学系ＰＬのレンズ１５，１６の駆動によっても倍率成分とディストーション成分とが同時に変化するが、これらの成分比が異なれば、連立方程式で最適な駆動量を求めることにより独立に補正することが可能である。従って、本例の方法は両側テレセントリックでない投影光学系にも適用することができる。
【００５３】
以上、本例の投影露光装置によれば、光軸ＩＸ方向に厚さが連続的に変化する像歪補正体３１の光学くさび１２，１３を光軸ＩＸ方向に垂直な方向に移動することにより主光線が通過する像歪補正体３１の厚さが変化し、レチクルＲと投影光学系ＰＬとの間の光路長を変化させることができる。また、像歪補正体３１がレチクルＲと投影光学系ＰＬとの間に配置されており、他の光学部材（レンズ）等を介していないため、これらを介することによる諸収差が発生しない。従って、像歪補正体３１の使用に伴う光路長の変化により発生する収差は、他の光学部材の間隔を変更する場合の収差より小さい。これにより、等方的像歪（所謂、糸巻型、樽型のディストーション）を他の収差から独立に変化させることができる。また、本例では光学くさび１２，１３を走査方向（Ｘ方向）に移動していると共に、レチクルＲの照明領域ＩＡＲは走査方向に短いため、光学くさび１２，１３を小型化できる利点がある。また、通常光学くさび１２，１３の厚さの走査方向への変化により像の走査方向への横ずれが発生するが、本例のような走査型露光装置では走査方向に短いスリット状の照明領域を用いるため、光学くさび１２，１３の走査方向の厚さの変化による影響を小さくすることができる。
【００５４】
更に、本例の方法によればレチクルＲ及び投影光学系ＰＬ自体を物理的に駆動しなくてよいため、本例のような走査型露光装置でも、装置の剛性が低下するといった不都合も発生しない。
また、像歪補正体３１は厚さが連続的に変化する光学くさび１２，１３を使用しているため、その厚さが変化する走査方向に移動することにより照明光が通過する部分の厚さを連続的に変化させることができる。従って、連続的に像歪を補正できる。また、その厚さの変化（傾斜角Δθ）を緩やかにしておけば、光学くさび１２，１３の位置決めは厳密に行わなくても像歪補正体３１の厚さを厳密に制御できる。特に、像歪補正体３１として、厚さが連続的に変化する２枚の光学くさび１２，１３を使用し、光学くさび１２のレチクルＲに対向する上面と、光学くさび１３の投影光学系ＰＬに対向する下面とが共に平行平面であるために、光学くさび１２，１３の位置決めは３次元的にそれほどの精度を必要としない。従って、レチクルＲや投影光学系ＰＬそのものを駆動するときの位置決め精度に比較してはるかに緩やかでよく、低コストで且つ光学性能への影響を心配することなく像歪補正が実現できる。
【００５５】
なお、光学くさび１２，１３の傾斜角Δθが大きく、走査方向への移動距離が大きい場合、その移動に伴って照明光ＩＬの通過する厚さが大きく変化し、球面収差が発生する。従って、光学くさび１２，１３の傾斜角Δθ及び移動距離は、球面収差が発生しない範囲で設定する必要がある。この場合、投影光学系ＰＬとウエハＷとの間に球面収差補正用の光学くさびを設けて球面収差を補正するようにしてもよい。
【００５６】
また、本例では光学くさび１２，１３を光軸ＩＸに垂直な方向（Ｘ方向）に移動するようにしたが、この場合光学くさび１２，１３の間のギャップ（隙間）が変化する。傾斜角Δθが大きく、且つこのギャップが大きく変化すると、上述のように像の横ずれが許容値を超えて大きくなる。そのため、例えば光学くさび１２，１３の間のギャップを一定にして移動させる（即ち、光学くさび１２，１３をその斜面にほぼ沿って相対移動させる）移動機構を設けることが望ましい。又は、前述したように像の横ずれ量を計算で求めて、アライメントにあたってはその横ずれ量をオフセットとしてベースラインに加えるようにしてもよい。
【００５７】
次に、本発明の投影露光装置に使用される像歪補正体の変形例について図８〜図１０を参照して説明する。先ず、第１の変形例について図８を参照して説明する。本例は、図１の光学くさび１２，１３に相当する光学部材のうち駆動するものをどちらか一方に限ったものである。
図８（ａ）は、本例の像歪補正体の構成を示し、この図８（ａ）において、像歪補正体８１は、レチクルＲに近い光学くさび８２及び投影光学系ＰＬに近い光学くさび８３から構成され、固定された光学くさび８２に対して光学くさび８３を相対的に移動する。本例の場合は、両方の光学くさび８２，８３は同一の大きさではなく、光軸ＩＸから対称に離れた主光線に対して図１の実施例と同様の光路長の変化を与えるために、光学くさび８３は大きく形成されている。また、図１の実施例と同様に光学くさび８２の上面と光学くさび８３の下面とは光軸ＩＸに垂直な平面で形成されており、光学くさび８３を主制御系３０により光学部材制御系１４を介して走査方向（Ｘ方向）に駆動することにより光学くさび８２，８３の間隔ｇ１ を変化させ、結果として光路長を変化させてディストーションを補正する。その他の構成は図１の実施例と同様である。
【００５８】
なお、光学くさび８２の上面は光軸ＩＸに垂直な平面であるが、図８（ａ）の点線に示すように上面を不規則な波状に研磨することにより、非等方的な不規則ディストーションの補正部材として使用することができる。
また、図８（ｂ）に示すように、一方の光学くさびの投影光学系に対向する表面を曲率をもつレンズで構成してもよい。この図８（ｂ）において、像歪補正体８４はレチクルＲに対向する光学くさび８５及び投影光学系に対向する光学部材８６から構成されている。光学部材８６は、上表面は光学くさび８５の下面と平行な傾斜した面を有しているが、投影光学系ＰＬに対向する下面は曲率をもたせたレンズとして形成したものである。この場合、像歪補正体８４を通過する主光線の光路長を同一にする必要があり、光学くさび８５の上表面と光学部材８６の下表面の左右の端部との間隔ｄ１ ，ｄ２ は同一になるように形成されている。本例では、光学くさび８５を固定した光学部材８６に対して相対的に移動して間隔ｇ２ ひいては光路長を変えることにより、ディストーションを補正する。
【００５９】
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す像歪補正体は、図１の実施例に対し駆動する光学くさび８３，８５の長さ及び駆動量は大きくなるが、駆動部が１つで済み、位置決め精度も半分でよい利点と、駆動しない光学くさび又は光学部材を他の用途に使用できる利点がある。
次に、像歪補正体の第２の変形例について図９を参照して説明する。本例は、像歪補正体を１個の光学くさびだけで構成したものである。
【００６０】
図９は、本例の像歪補正体の構成を示し、この図９において像歪補正体９１は走査方向（Ｘ方向）に１つの長い光学くさびから構成されている。この像歪補正体９１の投影光学系ＰＬに対向する面は光軸ＩＸに垂直に形成され、レチクルＲに対向する反対側の面は傾斜角をもたせて形成されている。この傾斜角度は図３の照明領域ＩＡＲ内での走査方向での厚さの差が無視でき、且つ傾斜面が結像特性等に悪影響を及ぼさない程度であることが必要である。この方法によれば像歪補正体９１の駆動距離が長くなるが、駆動部が１つで済むという利点がある。
【００６１】
次に、像歪補正体の第３の変形例について図１０を参照して説明する。本例は、像歪補正体として光学くさびを用いず、厚さの異なる複数の平行平板を用いてディストーションを補正するものである。
図１０は、本例の像歪補正体を説明するための図を示し、この図１０において、像歪補正体１０４はそれぞれ厚さの異なる平行平板ガラスからなる３個の光学部材１０１〜１０３から構成されている。これらの光学部材１０１〜１０３を必要に応じ光学部材制御系１４Ａにより交換して光路長を変えることによりディストーションを補正する。本例の方法によれば、連続的な補正が行えず、光学部材の数は増えるが、光学部材を傾斜面に加工しなくてよいと共に、位置決め精度も粗くてよいため、トータルコストが抑えられる利点がある。
【００６２】
なお、上述実施例は本発明を走査露光型の投影露光装置に適用したものであるが、本発明はステッパーのような一括露光型の投影露光装置で等方的像歪を補正する場合にも適用できる。このように、一括露光型に図１の１対の光学くさび１２，１３を適用する場合、レチクル上の矩形のパターン領域の短辺方向に沿ってその光学くさび１２，１３の相対移動方向を設定することが望ましい。これによって、光学くさび１２，１３が小型化できるからである。
【００６３】
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。
【００６４】
【発明の効果】
本発明の投影露光装置によれば、マスクと基板との間に光軸方向の厚さ可変の光透過性基板を配置し、その厚さを変更する光路長切換手段を設けているため、基板とマスクとの間の光路長を、マスクを移動することなく変化させることができる。そのため、マスクを保持するステージの剛性を下げることなく、主に等方的像歪のみを補正できるという利点がある。更に、マスクを移動するときのような高精度な位置決めを必要とせず、単純な装置構成で等方的像歪を補正できる。
【００６５】
また、光透過性基板が１枚又は複数枚の光学くさびよりなり、光路長切換手段が光学くさびの移動手段である場合には、単純な移動動作で連続的に像歪を補正できる利点がある。
また、投影露光装置が走査型の投影露光装置であり、且つ光学くさびの移動方向が走査方向である場合には、等方的像歪みを補正するためにマスク自体を物理的に駆動しなくてもよいため、特に装置全体として高い剛性が要求される走査型の投影露光装置に対して効果的である。また、走査方向に対しては照明領域又は露光領域の幅が狭いため、駆動量も含めて光学くさびの形状を小型化できる利点がある。
【００６６】
また、光透過性基板が複数の光透過性基板からなり、光路長切換手段が交換手段である場合には、補正は不連続となるが装置構成は簡単になる利点がある。
また、マスクと基板との間に配置された光学くさびの上面を不規則な波状に研磨することによって、非等方的な不規則ディストーションの補正が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による投影露光装置の一実施例を示す一部を切り欠いた概略構成図である。
【図２】図１の照明条件切り換え用のターレット３の説明図である。
【図３】図１の投影露光装置におけるレチクルＲ及びウエハＷの走査状態を示す斜視図である。
【図４】図１の実施例における等方的像歪の補正原理の模式的な説明図である。
【図５】図４の各状態に対応するディストーションの状態を示す図である。
【図６】図４の中間状態に設定した場合のディストーション（倍率誤差を含む）の状態を示す図である。
【図７】（ａ）は像歪を測定するためのレチクル上のマークを示す図、（ｂ）は像歪を測定するためのレチクルとは別のパターン板上のマークを示す図である。
【図８】実施例の像歪補正体の第１の変形例を示す図である。
【図９】実施例の像歪補正体の第２の変形例を示す図である。
【図１０】実施例の像歪補正体の第３の変形例を示す図である。
【符号の説明】
Ｒ レチクル
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウエハ
ＩＬ 照明光
ＩＸ 光軸
９ レーザ干渉計（レチクル用）
１１ レーザ干渉計（ウエハ用）
３１，８１，８４，９１，１０４ 像歪補正体
１２，１３，８２，８３，８５，８６ 光学くさび
８６，１０１〜１０３ 光学部材
１４ 光学部材制御系
３０ 主制御系
３０Ａ ステージ制御系
２４，２５，２８ 光電センサ
２９ 環境センサ
【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等をフォトリソグラフィー工程で製造する際に使用される投影露光装置に関し、特に投影光学系による投影像のディストーション等の結像特性を補正する機構を備えた投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりこの種の投影露光装置では、レチクル（又はフォトマスク等）の微細なパターンを高い解像度でフォトレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に投影するため、更には既にウエハ上に形成されているパターン上に高い重ね合わせ精度でレチクルのパターンを投影するために、投影光学系による投影像の結像特性を常に高精度に維持することが求められている。この場合投影光学系の周囲の大気圧、気温等の環境変化、レチクル若しくは投影光学系の照明光吸収による形状変化、レチクルの照明方法の切り換え、又は所謂位相シフトマスク等を使用する場合のようなレチクル上のパターンの変化等により、その結像特性が次第に変化してしまうことがある。なおここで、そのレチクルの照明方法の切り換えとは、通常の照明方法から、例えば輪帯照明法又は変形光源法等に切り換えることを言う。
【０００３】
そこで、従来は、これらの環境変化の量等を測定し、この測定結果から結像特性の変化量を予測し、この予測された変化量を相殺するように結像特性を補正するようにしていた。また、従来の結像特性の補正対象は主に投影像のデフォーカスと投影倍率との２種類であった。これらを補正するため、例えばデフォーカスに関しては、投影光学系とウエハとの間隔を一定に保つ機構（オートフォーカス機構）においてフォーカス位置の目標値を補正していた。また、投影倍率の補正に関しては、投影光学系の内部のレンズ間を密封してその内部圧力を変える手法、又は投影光学系の一部のレンズを光軸方向に移動させる手法等が提案されている。
【０００４】
これに関して、近年では半導体集積回路のパターン等が益々微細化するのに伴ってデフォーカス、投影倍率だけでなく等方的像歪（所謂糸巻型、樽型のディストーション）の変化も無視できなくなりつつある。そして、その等方的像歪の補正手段としては、レチクルを投影光学系の光軸方向へ移動させる機構、投影光学系の一部のレンズを光軸方向に移動させる機構、露光用光源（レーザ光源等）の発光波長を変化させる機構、又は投影光学系の内部のレンズ間を密閉してその内部圧力を変える機構等が提案されている。
【０００５】
上記の如き従来の等方的像歪の補正手段には以下のような不都合がある。先ず、等方的像歪は投影倍率とは異なり、高次の収差であるため、前記の補正手段のうち、投影光学系の一部のレンズを光軸方向に移動させる機構、露光用光源の発光波長を変化させる機構、又は投影光学系の内部の所定のレンズ間の圧力を変化させる機構を用いて補正を行うと、他の収差が変化し独立に等方的像歪のみを修正できないという不都合がある。この場合新たに発生した収差を別の機構で補正するものとすると、全体の補正機構が複雑化する。また、他の収差変化を許容範囲内として等方的像歪を補正しようとしても補正できる量が僅かになってしまい、所望の補正量が得られない。これに対して、レチクルを光軸方向に移動する手法によれば、他の収差に影響を与えることなく、等方的像歪のみを補正することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、等方的像歪を補正するためには、レチクルを光軸方向に移動する手法が簡便な手法と言える。
しかし、最近になって結像特性を維持したまま、より広フィールドの領域を露光する要求が高まり、これに応えるべくレチクルとウエハとを投影光学系に対して相対的にスキャンして露光する走査露光型の投影露光装置（スリットスキャン方式、又はステップ・アンド・スキャン方式等の投影露光装置）が提案されている。この方式では、レチクルをスリット状に照明することで投影光学系の有効露光フィールドの最大直径を使用でき、且つスキャンすることによりスキャン方向には光学系の制限を受けることなく露光フィールドを拡大できるという利点がある。また、投影光学系の一部しか使用しないので、照度均一性、ディストーション等の精度を出し易いという利点がある。しかしながら、この走査露光型の投影露光装置ではレチクルとウエハとを高精度に同期させてスキャンしなければならないため、レチクル用のステージは高い剛性が要求される。このようにレチクル側のステージの剛性を高めるためには、レチクルを光軸方向に移動させる機構は無いことが望ましい。また、ステッパーのような一括露光型の装置でも、レチクル側のステージの剛性は高いことが望ましい。
【０００７】
また、直接レチクルを駆動するため、その駆動誤差は直接結像特性あるいは重ね合わせ精度に影響する。つまり、レチクルが光軸に垂直な平面から傾くと、像面が傾斜し、またディストーションが変化する。また、レチクルが横シフトすると、アライメントセンサと像の位置関係がずれて、重ね合わせ誤差が発生するという不都合がある。あるいは、これらの誤差を防ぐためレチクルの駆動系は非常に高度な制御技術、あるいは位置測定技術が必要となるため、製造コストがアップするという不都合がある。
【０００８】
本発明は斯かる点に鑑み、他の収差に悪影響を与えることなく、且つレチクルを移動させることなく等方的像歪を補正できる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】
本発明による投影露光装置は、例えば図１に示すように、露光用の照明光（ＩＬ）のもとで、マスク（Ｒ）に形成された転写用のパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して感光性の基板（Ｗ）上に投影する投影露光装置において、そのマスク（Ｒ）とその基板（Ｗ）との間に配置された厚さの変更自在な光透過性基板（１２，１３）と、この光透過性基板の厚さを切り換えることによりその照明光の光路長を変える光路長切換手段（１４）と、を設け、その光路長切換手段（１４）を介してその光透過性基板（１２，１３）の厚さを変更して投影像の像歪みを調整し、その光透過性基板としての光学くさびの一方の面は、非等方的な不規則ディストーションを補正するために不規則な波状に研磨されているものである。
【００１０】
この場合、その光透過性基板の一例は、それぞれ厚さが連続的に変化する１枚又は複数枚の光学くさび（１２，１３）であり、この場合、その光路長切換手段はその光学くさび（１２，１３）を全体として又は相対的に移動する移動手段（１４）であることが好ましい。
また、その投影露光装置が、そのマスク（Ｒ）を所定の走査方向（Ｘ方向）に走査するのと同期してその基板をその所定の走査方向に対応する方向（−Ｘ方向）に走査することによりそのマスク（Ｒ）のパターンを逐次その基板（Ｗ）上に露光する走査型露光装置である場合、その光路長切換手段（１４）はその光学くさび（１２，１３）をその所定の走査方向に沿って移動することが好ましい。
【００１１】
また、その光透過性基板の他の例は、例えば図１０に示すように、厚さの異なる複数の光透過性基板（１０１〜１０３）であり、この場合、その光路長切換手段はその複数の光透過性基板（１０１〜１０３）を交換する交換手段（１４Ａ）である。
また、本発明による別の投影露光装置は、例えば図８に示すように、露光用の照明光（ＩＬ）のもとで、マスク（Ｒ）に形成された転写用のパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して感光性の基板（Ｗ）上に投影する投影露光装置において、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）との間に配置された光学くさび（８２）を備え、該光学くさびの上面を、非等方的な不規則ディストーションを補正するために不規則な波状に研磨するようにしたものである。
また、上記の本発明において、そのマスクの傍らに設けられたマーク板（ＭＫＰ）と、その投影光学系を介して形成されるその像の歪みを測定するために、そのマーク板に設けられたマーク（ＭＫＡ）の像をその投影光学系を介して検出する光電センサとをさらに備えてもよい。
【００１２】
【作用】
斯かる本発明の投影露光装置によれば、厚さの変更可能な光透過性基板（１２，１３）の厚さを変えることで、マスク（Ｒ）と投影光学系（ＰＬ）との間の光路長を変化させ、マスク（Ｒ）や投影光学系（ＰＬ）を移動することなく等方的像歪を補正することができる。また、レンズ等の光学部材を介さず、マスク（Ｒ）と感光性の基板（Ｗ）との間に配置した光透過性基板（１２，１３）だけにより像歪を補正するので、レンズ等の光学部材を介することにより発生する諸収差が発生しない。従って、光透過性基板（１２，１３）を使用することにより等方的像歪（所謂糸巻型、樽型のディストーション）を他の収差から独立に変化させることができる。
【００１３】
また、光透過性基板が光学くさび（１２，１３）よりなり、光路長切換手段が移動手段（１４）である場合には、移動手段（１４）により光学くさび（１２，１３）をその厚さが連続的に変化する方向に移動することにより光路長を連続的に変化させることができる。従って、連続的に像歪を補正できる。また、その厚さの変化を緩やかにしておけば、その光学部材の位置決めは厳密に行わなくても光路長を厳密に制御できる。
【００１４】
特に、光透過性基板（１２，１３）の内最もレチクル（Ｒ）に近い光透過性基板（１２）の上面と、基板（Ｗ）に近い光透過性基板（１３）の下面とが共に平行平面に近い場合、光透過性基板（１２，１３）の位置決めは３次元的に緩やかでよく、マスク（Ｒ）や投影光学系（ＰＬ）そのものを駆動するときの位置決め精度に対し比較にならないぐらい緩やかでよい。
【００１５】
また、投影露光装置が走査型の投影露光装置であり、光学くさび（１２，１３）を走査方向に沿って移動する場合には、走査方向に短いスリット状の照明領域を用いるため、光学くさび（１２，１３）の駆動量が少なくて済む。また、等方的像歪みを補正するために、マスク（Ｒ）あるいは投影光学系（ＰＬ）自体を物理的に駆動しなくてもよいため、特に装置全体として高い剛性が要求される走査型の投影露光装置に対して効果的である。
【００１６】
また、光透過性基板が複数の光透過性基板（１０１〜１０３）からなり、光路長切換手段（１４）が交換手段（１４Ａ）である場合には、補正は不連続となるが装置構成は簡単になる。この場合も、入れ換える光透過性基板（１０１〜１０３）が平行平面であれば、前述のように光透過性基板（１０１〜１０３）の位置決め精度は粗くてもよい。従って、更に装置の構成を単純にできる。
また、図８に示すように、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）との間に配置された光学くさび（８２）の上面を不規則な波状に研磨することによって、非等方的な不規則ディストーションを補正することができる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明による投影露光装置の一実施例について図１〜図７を参照して説明する。本発明は、一括露光型（ステップ・アンド・リピート方式等）及び走査露光型（ステップ・アンド・スキャン方式等）の何れにも適用できる。以下では本発明の効果がより発揮される走査露光型に適用した場合につき説明する。但し、一括露光型への適用もほぼ同様である。なお、図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＩＸに平行にＺ軸を取り、その光軸ＩＸに垂直な平面内で図１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取る。
【００１８】
図１は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図１において、光源１としては、例えばＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザ等のエキシマレーザ光源、銅蒸気レーザやＹＡＧレーザの高波波発生装置、あるいは超高圧水銀ランプ等が使用される。光源１が超高圧水銀ランプの場合、光源１からは紫外の輝線（ｇ線、ｉ線等）よりなる照明光ＩＬが射出される。照明光ＩＬはコリメータレンズ、フライアイレンズ等よりなる照度均一化光学系２に入射し、照度分布がほぼ均一な光束に変換された後、照明条件切り換え用のターレット３に導かれる。
【００１９】
図２は、図１のターレット３の正面図であり、この図２においてターレット３には９０°間隔で絞り４１〜４４が配置されており、ターレット３を回転させて絞り４１〜４４を切り換えることにより、投影光学系ＰＬのフーリエ変換面（瞳面）の光強度分布を変更することができる。この方法は、投影光学系の解像力を向上させる技術の一つであり、露光すべきパターンにより、これらの絞り４１〜４４の中から最適なものが選択される。
【００２０】
図２の例では、円形の絞り４１が通常の開口絞り（σ絞り）で、輪帯状の絞り４２は輪帯照明を行うための絞りである。また、小さい円形の絞り４３は光束の角度を絞るためのものであり、通常の照明系において、コヒーレンスファクタ（σ値）が小さい（例えばσ値が０．１〜０．４程度の）場合に相当する。４個の偏心した円形（又は十字型遮光部を有する）開口よりなる絞り４４は、複数傾斜照明（変形光源）用の絞りで、一般にライン・アンド・スペースパターンを高解像度で露光するために使用されるものである。ターレット３はレチクルＲのパターンに応じて、逐次最適なものに変更しながら使用される。
【００２１】
さて、ターレット３の所定の絞りを通過した照明光ＩＬは、その両側に光電センサ２４，２５を備えたビームスプリッタ４に達する。ビームスプリッタ４は、ほぼ全ての光束を通過させるが、一部の光束を反射するものであり、ターレット３側から来てビームスプリッタ４で反射された光束は光電センサ２４へ入射し、ウエハＷ側から来てビームスプリッタ４で反射された光は光電センサ２５に入射する。光電センサ２４，２５の検出信号は、後述するように投影光学系ＰＬの収差変化を計算するのに用いられる。照明光ＩＬは更にリレーレンズ、視野絞り、コンデンサレンズ等からなる照明光学系５を経て、ダイクロイックミラー６により反射され、半導体の回路パターン等が描かれたレチクルＲを照明する。レチクルＲはレチクルステージＲＳＴ上に真空吸着され、このレチクルステージＲＳＴは照明光学系５のダイクロイックミラー６により折り曲げられた光軸（投影光学系ＰＬの光軸と一致している）ＩＸに垂直な平面（ＸＹ平面）内で２次元的に微動してレチクルＲを位置決めする。
【００２２】
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（不図示）により、Ｘ方向（走査方向）に所定の走査速度で移動可能となっている。レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲの全面が少なくとも照明光学系の光軸ＩＬ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９からのレーザビームを反射する移動鏡８が固定されており、レチクルステージＲＳＴの走査方向の位置は干渉計９によって、例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出されている。干渉計９からのレチクルステージＲＳＴの位置情報はステージ制御系３０Ａに送られ、ステージ制御系３０ＡはレチクルステージＲＳＴの位置情報に基づき、レチクル駆動部（不図示）を介して、レチクルステージＲＳＴを駆動する。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レチクルＲが精度良く位置決めされるように、レチクルステージＲＳＴの初期位置が決定されるため、移動鏡８の位置を干渉計９で測定するだけで、レチクルＲの位置が十分高精度に測定される。
【００２３】
さて、レチクルＲを通過した照明光ＩＬは、一対の同形の光学くさび１２，１３からなる像歪補正体３１に入射する。光学くさび１２，１３は共にレチクルＲと同じような大きさで形成され、レチクルＲを透過する照明光ＩＬはすべて像歪補正体３１の透過領域内を通過できるように構成されている。この像歪補正体３１の光学くさび１２，１３を走査方向（Ｘ方向）にそれぞれ駆動することによりディストーションを補正する。この像歪補正体３１については後で詳しく説明する。
【００２４】
像歪補正体３１を透過した照明光ＩＬは、次に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の回路パターンを縮小倍率β（例えば１／５あるいは１／４）で縮小した投影像を、その表面にフォトレジスト（感光材）が塗布されたウエハＷ上に形成する。
また、投影光学系ＰＬの瞳面（レチクルＲに対するフーリエ変換面）付近には光軸ＩＸ付近の光束を遮光する光学的フィルタ、即ち中心遮光型の瞳フィルタＰＦが着脱自在に設置されている。瞳フィルタＰＦは、特にコンタクトホールパターンを露光する際に解像度及び焦点深度を改善するものである。主制御系３０が着脱装置３０Ｂを介して瞳フィルタＰＦの着脱を制御する。更に本実施例の投影光学系ＰＬには、結像特性の補正のための機構（１５〜２２）が取り付けられているが、これらの機構については後述する。
【００２５】
図３は、図１のレチクルＲ及びウエハＷの走査の状態を示す斜視図である。なお、図３では投影光学系ＰＬは非テレセントリックであるかのように便宜上表現されているが、実際には投影光学系ＰＬは両側（又は少なくともウエハ側）にテレセントリックである。本実施例の投影露光装置においては、図３に示すようにレチクルＲの走査方向（Ｘ方向）に対して垂直な方向（Ｙ方向）に長手方向を有する長方形（スリット状）の照明領域ＩＡＲでレチクルＲが照明され、レチクルＲは露光時に−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に速度ＶＲ でスキャンされる。照明領域ＩＡＲ（中心は光軸ＩＸ とほぼ一致）内のパターンは、投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に投影され、スリット状の投影領域ＩＡが形成される。
【００２６】
ウエハＷはレチクルＲとは倒立結像関係にあるため、ウエハＷは速度ＶＲ の方向とは反対の＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）に、レチクルＲに同期して、速度ＶＷ でスキャンされ、ウエハＷ上のショット領域ＳＡの全面にレチクルＲのパターンが逐次露光される。走査速度の比（ＶＷ ／ＶＲ ）は投影光学系ＰＬの縮小倍率βに正確に一致したものになっており、レチクルＲのパターン領域ＰＡのパターンがウエハ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ＩＡＲの長手方向の幅は、レチクルＲ上のパターン領域ＰＡよりも広く、遮光領域ＳＴの最大幅よりも狭くなるように設定され、レチクルＲをスキャンすることによりパターン領域ＰＡ全面が照明されるようになっている。
【００２７】
再び図１の説明に戻って、ウエハＷはウエハホルダ７上に真空吸着され、ウエハホルダ７はウエハステージＷＳＴ上に保持されている。ウエハホルダ７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、且つ光軸ＩＸ方向（Ｚ方向）に微動できる。また、ウエハホルダ７は光軸ＩＸの回りの回転動作も可能である。一方、ウエハステージ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内の任意のショット領域に随時移動できるよう、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、ウエハＷ上の各ショット領域へスキャン露光する動作と、次のショット領域の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。モータ等のウエハステージ駆動部（不図示）はウエハステージＷＳＴをＸ及びＹ方向に駆動する。ウエハステージＷＳＴの端部には干渉計１１からのレーザビームを反射する移動鏡１０が固定され、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置は干渉計１１によって、例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）はステージ制御系３０Ａに送られ、ステージ制御系３０Ａはこの位置情報（又は速度情報）に基づいてウエハステージ駆動部を制御する。
【００２８】
また、図１の装置にはウエハＷの露光面に向けてピンホール像、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に対して斜め方向に供給する照射光学系２６と、その結像光束のウエハＷの露光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２７とからなる斜入射方式のウエハ位置検出系（焦点位置検出系）が、投影光学系ＰＬを支える支持部（不図示）に固定されている。このウエハ位置検出系のより詳細な構成については、例えば特開昭６０−１６８１１２号公報に開示されている。ウエハ位置検出系はウエハの露光面の投影光学系ＰＬの最良結像面に対するＺ方向の位置偏差を検出し、ウエハＷと投影光学系ＰＬとが所定の間隔を保つようにウエハホルダ７をＺ方向に駆動するために用いられる。ウエハ位置検出系からのウエハ位置情報は、主制御系３０を介してステージ制御系３０Ａに送られる。ステージ制御系３０Ａはこのウエハ位置情報に基づいてウエハホルダ７をＺ方向に駆動する。
【００２９】
なお、本実施例では投影光学系ＰＬの最良結像面（結像面）が零点基準となるように、予め受光光学系２７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、被検面に平行光束を照射し、反射光の集光点の横ずれ量を検出する水平位置検出系を用いたり、あるいは投影光学系ＰＬのイメージフィー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投影する）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してもよい。この場合、ウエハホルダ７の傾斜角の調整によりレベリングが行われる。
【００３０】
また、ウエハステージＷＳＴ上には光電センサ２８が設置され、投影光学系ＰＬの付近には大気圧、気温、湿度等の測定を行う環境センサ２９が設けられて、各々の検出信号が投影光学系ＰＬの結像特性の変化を計算するのに用いられる。詳しくは後述する。
次に、本実施例における等方的像歪の補正機構を含めた結像特性補正機構について説明を行う。前記のように補正すべき結像特性の種類は、露光する線幅が小さくなるにつれより多くなる傾向にある。このため本実施例でも、（イ）等方的像歪（以下「ディストーション」ともいう）に加えて、（ロ）投影倍率、（ハ）デフォーカス、及び（ニ）像面湾曲の４種類を補正する場合の例を示す。
【００３１】
先ず、（イ）のディストーションは、レチクルＲと投影光学系ＰＬとの間に配置された像歪補正体３１を駆動して、レチクルＲと投影光学系ＰＬとの間の光路長を変更することにより行う。本実施例では、投影光学系はマスク側がテレセントリックか、又はテレセントリックでなくとも、光路長の変更に伴い倍率成分の変化しない光学系であるとする。
【００３２】
像歪補正体３１は、レチクルＲに近い光学くさび１２と、光学くさび１２の下部に重ねられるように配置された光学くさび１３とから構成されている。光学くさび１２，１３は共に両端の厚さが異なるほぼ同じ大きさのくさび状の平板ガラスからなり、光学くさび１２の上面と光学くさび１３の下面は共に光軸ＩＸに対し垂直な平面で構成されている。また、光学くさび１２の下面と光学くさび１３の上面は互いに平行で、図１のように光軸ＩＸに垂直な平面に対して傾斜している。このような構成を取ることにより、像歪補正体３１のレチクルＲ及び投影光学系ＰＬに対する間隔がそれほど厳密に要求されないという利点がある。つまり、像歪補正体３１は平行平面板と等価であるため、大きく傾斜すること等がなければ殆ど投影像に対して影響がない。
【００３３】
光学くさび１２，１３は各々不図示の駆動ガイドに固定されており、図１の矢印で示す走査方向（Ｘ方向）に駆動が可能となっている。従って、光学くさび１２の上面と光学くさび１３の下面は共に光軸ＩＸに対し垂直なままＸ方向に駆動され、Ｘ方向以外へはガイドにより移動できないようになっている。光学くさび１２，１３のそれぞれの位置は、例えばリニアエンコーダ、ポテンショメータ等の位置センサにより計測され、主制御系３０で設定された目標値に従い、光学部材制御系１４のモータ等よりなる駆動機構により位置決めされる。
【００３４】
なお、光学くさび１２，１３の大きさ、光学くさび１２，１３同士の間隔、並びに光学くさび１２，１３のレチクルＲと投影光学系ＰＬとの間の配置については特に制限はないが、光学くさび１２，１３の大きさについては撓むことのない厚さで且つ重量的に容易に駆動できる程度の大きさで形成すればよい。但し、光学くさび１２，１３の配置については、ディストーション以外の収差への影響を小さくするためには、レチクルＲの近くに配置することが好ましい。
【００３５】
次に、像歪補正体３１により等方的像歪を制御する原理につき図４〜図６を参照して詳しく説明する。
図４は、本例における等方的像歪の補正原理を模式的に説明する図を示し、図４（ａ）は光学くさび１２，１３がＸ方向に関し同位置にある状態、図４（ｂ）は光学くさび１２，１３をそれぞれ−Ｘ方向及びＸ方向にずらした状態を示している。また、図５は本例における等方的像歪の一例を示し、図６は実際の像歪の補正結果の一例を示している。
【００３６】
投影光学系ＰＬを両側テレセントリックであるとすると、本来はレチクルＲから投影光学系ＰＬへ向かう主光線は全て光軸ＩＸに平行であるはずであるが、実際は除去できない収差（瞳収差等）により、レチクルＲと投影光学系ＰＬとの間の主光線は一部の像高では僅かに傾斜している。投影光学系の中には厳密な意味での両側テレセントリック（開口絞りが像空間焦点にある）ではないが、倍率変化成分がうまく相殺されるように設計された投影光学系もある。しかしながら、ディストーションの変化という面に関しては同等であり、このような投影光学系に対しても全く同一の効果が得られる。
【００３７】
これらの投影光学系では通常、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、レチクルＲのパターン面の有効照明領域（投影光学系の有効露光フィールドと共役な領域）の中央部及び周辺を通過する主光線ＮＬ０，ＮＬ１，ＮＬ２はほぼ光軸ＩＸ（図３参照）に平行になるように調整されるため、有効照明領域の左右の中間での主光線ＩＬ１，ＩＬ２は通常光軸ＩＸに対して傾いている。このため、光学くさび１２，１３を通過した主光線ＩＬ１，ＩＬ２の投影光学系ＰＬの最上部レンズ１５に入射する位置が外側にそれぞれΔａ１ ，Δａ２ だけシフトする。この場合、光軸ＩＸに平行な主光線ＮＬ０，ＮＬ１，ＮＬ２もＸ方向に少しシフトする。具体的に、光学くさび１２，１３のそれぞれ下面及び上面の水平面に対する傾斜角Δθと、光学くさび１２の下面から光学くさび１３の上面までの間隔（これをｇ（ｘ）とする）の変化量とに応じて主光線ＮＬ０，ＮＬ１，ＮＬ２が初期状態よりＸ方向に同じ量だけ横シフトするが、傾斜角Δθ及び間隔ｇ（ｘ）の変化量が小さいときにはそのシフト量はわずかである。但し、このシフト量によって、例えばオフ・アクシス方式のアライメント系を用いた場合の検出中心と露光フィールドの中心とのオフセット量である所謂ベースラインが変化して、アライメント精度が悪化する。そこで、光学くさび１２，１３のＸ方向への駆動量から間隔ｇ（ｘ）を求め、この間隔ｇ（ｘ）の変化量及び傾斜角Δθより主光線ＮＬ０，ＮＬ１，ＮＬ２の初期状態からのシフト量を求め、このシフト量でそのベースラインを補正することが望ましい。次に、近似的に投影光学系ＰＬの最上部レンズ１５に入射する主光線の位置が中間像高のみＸ方向にシフトするものとし、以下、主光線ＩＬ１，ＩＬ２のみについて説明する。
【００３８】
なお、図３より明らかなように実際の照明領域ＩＡＲは走査方向（Ｘ方向）に短いため、照明領域ＩＡＲ内のＸ方向でのディストーションの発生量及び補正量は僅かでよい。それに対して、照明領域ＩＡＲは非走査方向（Ｙ方向）に長いため、本例のように等方的な歪みの補正機構は非走査方向（Ｙ方向）へのディストーションの補正に特に有効である。また、以下の説明はＸ方向について行うが、効果は等方的であるため、Ｙ方向のディストーションも同様である。
【００３９】
図４（ａ）において、光学くさび１２，１３の屈折率をｎとして、光学くさび１２，１３の間隔をｇ０ とすると、光学くさび１２の上面から光学くさび１３の下面までの光路長は次のようになる。
光路長の初期値＝（Ｌ０ −ｇ０ ）ｎ＋ｇ０
次に、光学くさび１２，１３をそれぞれ左右に移動させて、図４（ａ）の点Ｐ及び点ＱがそれぞれＸ方向に−ｘ及びｘだけ移動した状態を図４（ｂ）とする。この図４（ｂ）において、光学くさび１２，１３の間隔をｇ（ｘ）とすると、傾斜角Δθが小さいとしてほぼ次の関係が成立する。
【００４０】
ｇ（ｘ）＝ｇ０ ＋２ｘ・Δθ
従って、光学くさび１２の上面から光学くさび１３の下面までの光路長は次のようになる。
ここで、光学くさび１２，１３の屈折率ｎは１より大きい（例えば１．５程度）ため、上記の式より図４（ｂ）の状態では、主光線ＩＬ１，ＩＬ２は図４（ａ）の状態に比較して通過する光路長が短くなる。このため、投影光学系ＰＬの最上部レンズ１５に入射する主光線ＩＬ１，ＩＬ２のシフト量Δａ３ ，Δａ４ はそれぞれ図４（ａ）のシフト量Δａ１ ，Δａ２ に比較して小さくなる。上述の光路長の式はＸＹ平面内で同一であるため、光軸ＩＸに関して非走査方向（Ｙ方向）に離れている光束のシフト量も同じように変化する。
【００４２】
ここで、図４（ａ）及び図４（ｂ）の状態でのディストーション曲線をそれぞれ図５の曲線ａ及び曲線ｂとする。図５において、縦軸はＹ方向への像高ｈ、即ちレチクル側での照明光の通過位置（光軸からのＹ方向への距離）に対応する変数であり、横軸はその像高ｈでのＹ方向へのディストーションΔＹを示す。なお、ディストーションは等方的であるため、Ｘ方向への像高がｈの位置でのＸ方向へのディストーションΔＸも図５と同様である。このような場合には、ディストーション曲線が図５の曲線ａと曲線ｂとの中間程度となるように、即ち光学くさび１２，１３の位置を図４（ａ）と図４（ｂ）とのほぼ中間の状態に設定することにより、投影像のＹ方向及びＸ方向のディストーションをほぼ０にすることができる。但し、通常ディストーションのみ変動することはなく、倍率成分も変化するため、図５の曲線ａと曲線ｂとの中間の状態に調整すると、ディストーション曲線は図６の曲線ｃのように変化する。即ち、或る程度の倍率誤差が残ってしまうことがある。しかし、本実施例では倍率成分とディストーション成分とはそれぞれ独立の補正機構で補正するため、良好に補正が行える。
【００４３】
次に、他の補正項目（（ロ）投影倍率、（ハ）デフォーカス、及び（ニ）像面湾曲）の補正機構について簡単に説明する。（ロ）の投影倍率及び（ニ）の像面湾曲の補正については、投影光学系ＰＬを構成するレンズのうち最上部レンズ１５、及び次のレンズ１６を光軸方向へ駆動させる方式を本実施例では採用する。図１において、最上部レンズ１５はホルダ１８に固定され、またレンズ１６はホルダ１９に固定されている。ホルダ１８とホルダ１９とは伸縮自在な駆動素子２０を介して接続されている。駆動素子２０としては例えばピエゾ素子が用いられ、駆動素子２０は円周上に約２〜４個配置される。また、ホルダ１９は、投影光学系ＰＬの鏡筒本体と駆動素子２１を介して接続されている。駆動コントローラ２２は主制御系３０からの指令に応じて、駆動素子２０及び２１を駆動する。通常、駆動素子２０，２１の伸縮量は位置センサ（不図示）によりフィードバック制御される。最上部レンズ１５及び次のレンズ１６の光軸方向への移動により、各々投影倍率と像面湾曲とが変化する。所望の投影倍率、像面湾曲の特性を得たいときは、これらの特性に関する２元連立方程式を解くことにより、最上部レンズ１５、レンズ１６各々の駆動量を決定する。また、（ハ）のデフォーカスの補正に関しては、前記のウエハ位置検出系の受光光学系２７内の平行平板ガラスの角度を調整し、所望の位置にウエハＷを位置合わせすればよい。
【００４４】
以上の通り（イ）のディストーションの補正は光学くさび１２，１３の位置により、（ロ）の投影倍率及び（ニ）の像面湾曲の補正は最上部レンズ１５、次のレンズ１６の駆動により、そして（ハ）のデフォーカスの補正は受光光学系２７のオフセット調整で行うことができる。（イ）、（ロ）、及び（ニ）を補正したことにより発生するデフォーカスも合わせて（ハ）の受光光学系２７で補正すれば全てを補正できる。（ロ）〜（ニ）の補正法に関しては本実施例の他に種々考案されており、何れの方法を用いてもよいし、必要がなければ用いなくてもよい。他の方法としては、投影光学系ＰＬの所定のレンズ間隔内部の空気圧を変化させる方法、又は光源１の波長を変化させる方法等がある。
【００４５】
次に、前記の補正手段に対する目標値の決め方、つまり補正対象の変化量の検知手段について説明を行う。各補正対象に対する検知手段は殆ど同じであるので、（イ）のディストーションを一例として説明を行う。ディストーションは、代表的には（ホ）大気圧変化、（ヘ）照明条件の変化、（ト）投影光学系の照明光吸収、及び（チ）レチクルの照明光吸収により変化する。この他にも複数の露光装置をミックスして使用する場合、ウエハの前層への露光に使用した露光装置のディストーションに合わせるようにこれから使用する露光装置のディストーションを変化させる場合もある。
【００４６】
先ず、（ホ）の大気圧変化に対しては、環境センサ２９により大気圧の変化が測定され、測定結果が主制御系３０に送られる。通常、大気圧変化とディストーション変化とは比例関係にあるため、予め光学シミュレーション、実験等で求めた比例定数より、大気圧変化からディストーションの変化分が計算できる。この他気温、湿度等に関しても同様にディストーションの変化分が計算できる。
【００４７】
次に、（ヘ）の照明条件の変化に関して、照明条件によりレチクルＲからの光束の投影光学系ＰＬ内部での光路が異なってくるため、投影光学系ＰＬに残存する収差の影響を受けることによりディストーションが発生する。これに対しては、ターレット３の位置を主制御系３０に知らせることにより照明条件が分かるため、これも予め実験等で求めておいたディストーションの変化量から求まる。投影光学系ＰＬ内部の光路が変化する条件としては、他にレチクルＲのパターンの微細度、あるいは位相シフターの有無による回折光の角度の差、あるいは投影光学系ＰＬの瞳面の絞り（ＮＡ絞り）の大きさ、あるいは瞳面での瞳フィルターＰＦの有無がある。これらに関しても同様に予めディストーション変化との関係を求めておけばよい。また他の方法として、投影光学系ＰＬの瞳面の光強度分布を直接測定するという方法も考えられる。これは予め瞳面光強度分布とディストーション変化との関係を求めておき、この求めておいた関係を実測値と比較することによりディストーションを求める方法である。瞳面での光強度分布の測定方法としては、瞳面にセンサを挿入する方法や、像面上のセンサで光量を測定しながら瞳面の絞りを開閉する方法等が考えられる。
【００４８】
次に、（ト）の投影光学系の照明光吸収の補正を行う際には、ウエハステージＷＳＴ上の光電センサ２８でレチクルＲの透過率を求め、光電センサ２４で光源１の光強度を求めることにより、投影光学系ＰＬに入射する光エネルギー量を求める。更に、ウエハＷから反射し再び投影光学系ＰＬに入射する光エネルギーも光電センサ２５により測定できる。そして、入射する光エネルギーとディストーションとの変化特性も予め実験等で求め、微分方程式等の形で記憶しておけば、計算により照明光吸収によるディストーション量を求めることができる。
【００４９】
次に、（チ）のレチクルの照明光吸収に関しては、（ト）と同様にウエハステージＷＳＴ上の光電センサ２８によりレチクルＲの透過率、つまりレチクルＲのパターン密度を求めることができ、光電センサ２４よりレチクルＲに入射する光強度が求まる。レチクルＲの照明光吸収が起こるのは透過部でなくパターン部であるため、パターン密度とパターンの光吸収率とが分かれば、レチクルＲが吸収する熱量が求まる。パターンの光吸収率はパターンの材質で決まるため、予め入力しておけばよい。また、（ト）と同様に吸収した光エネルギーに対するディストーションの変化特性は予め実験等で求めておき、微分方程式等の形で記憶しておけばよい。以上のように（ホ）、（ヘ）、（ト）、及び（チ）により発生するディストーション量が求まる。よって補正しなければならないディストーション量は（ホ）〜（チ）の和で求まる。
【００５０】
上記の方法では、ディストーションを変化させる要因を測定して、ディストーション変化量を計算で求めたが、直接ディストーションを測定する方法も考えられる。それにつき図７を参照して説明する。
図７（ａ）は、像歪を測定する場合のレチクルＲ上のマークを示し、この図７（ａ）において、ディストーションを直接測定するためにレチクルＲのパターン領域ＰＡの外に位置測定用のマークＭＫを複数描いておき、照明領域ＩＡＲでマークＭＫのみを照明し、そのマークの像の位置をウエハステージＷＳＴ上に設けた光電センサで測定して求める。ウエハステージＷＳＴ上の光電センサとしては、例えばＣＣＤ等の２次元あるいは１次元の撮像素子が使用でき、この場合はこの撮像素子でマークＭＫの像の位置を画像処理で測定する。また、その光電センサとして、スリットとこのスリットを介してマークＭＫの像を受光する受光素子とを用い、この受光素子の信号よりスリットの位置とマークの位置との相対位置を求める方法等も知られている。なお、図７（ａ）のマークＭＫで計測できるのはＹ方向へのディストーションであるが、Ｘ方向へのディストーションも同じである。これらの方法は、測定に時間がかかることもあり頻繁に実施できないため、前記の計算による方法と併用し計算誤差を補正していく方法とすればより効果がある。
【００５１】
図７（ｂ）には、レチクルＲのマークＭＫを使用しない方法の例を示している。レチクルＲのマークＭＫには描画時の位置誤差があり、それはレチクル毎に異なるため正確なディストーションの計測ができない。そのため、図７（ｂ）の例ではレチクルＲのそばにマーク板ＭＫＰを設け、そのマーク板ＭＫＰ上の複数のマークＭＫＡを形成しておく。複数のマークＭＫＡ同士の間隔は予め厳密に位置を測定しておけばよく、またマーク板ＭＫＰはレチクルＲを露光時に等速でスキャンするための助走エリアに設ければ特に新たな場所は必要としない。
【００５２】
以上によりディストーションの変化量が求まるため、このディストーションの変化量を打ち消すように光学くさび１２，１３の位置を変えてやればよい。
なお、本例では（イ）ディストーションと（ロ）投影倍率とを独立に補正したが、投影光学系ＰＬが完全にレチクルＲ側でテレセントリックでない場合、光学くさび１２，１３の移動により倍率成分とディストーション成分とが同時に変化する。また、投影光学系ＰＬのレンズ１５，１６の駆動によっても倍率成分とディストーション成分とが同時に変化するが、これらの成分比が異なれば、連立方程式で最適な駆動量を求めることにより独立に補正することが可能である。従って、本例の方法は両側テレセントリックでない投影光学系にも適用することができる。
【００５３】
以上、本例の投影露光装置によれば、光軸ＩＸ方向に厚さが連続的に変化する像歪補正体３１の光学くさび１２，１３を光軸ＩＸ方向に垂直な方向に移動することにより主光線が通過する像歪補正体３１の厚さが変化し、レチクルＲと投影光学系ＰＬとの間の光路長を変化させることができる。また、像歪補正体３１がレチクルＲと投影光学系ＰＬとの間に配置されており、他の光学部材（レンズ）等を介していないため、これらを介することによる諸収差が発生しない。従って、像歪補正体３１の使用に伴う光路長の変化により発生する収差は、他の光学部材の間隔を変更する場合の収差より小さい。これにより、等方的像歪（所謂、糸巻型、樽型のディストーション）を他の収差から独立に変化させることができる。また、本例では光学くさび１２，１３を走査方向（Ｘ方向）に移動していると共に、レチクルＲの照明領域ＩＡＲは走査方向に短いため、光学くさび１２，１３を小型化できる利点がある。また、通常光学くさび１２，１３の厚さの走査方向への変化により像の走査方向への横ずれが発生するが、本例のような走査型露光装置では走査方向に短いスリット状の照明領域を用いるため、光学くさび１２，１３の走査方向の厚さの変化による影響を小さくすることができる。
【００５４】
更に、本例の方法によればレチクルＲ及び投影光学系ＰＬ自体を物理的に駆動しなくてよいため、本例のような走査型露光装置でも、装置の剛性が低下するといった不都合も発生しない。
また、像歪補正体３１は厚さが連続的に変化する光学くさび１２，１３を使用しているため、その厚さが変化する走査方向に移動することにより照明光が通過する部分の厚さを連続的に変化させることができる。従って、連続的に像歪を補正できる。また、その厚さの変化（傾斜角Δθ）を緩やかにしておけば、光学くさび１２，１３の位置決めは厳密に行わなくても像歪補正体３１の厚さを厳密に制御できる。特に、像歪補正体３１として、厚さが連続的に変化する２枚の光学くさび１２，１３を使用し、光学くさび１２のレチクルＲに対向する上面と、光学くさび１３の投影光学系ＰＬに対向する下面とが共に平行平面であるために、光学くさび１２，１３の位置決めは３次元的にそれほどの精度を必要としない。従って、レチクルＲや投影光学系ＰＬそのものを駆動するときの位置決め精度に比較してはるかに緩やかでよく、低コストで且つ光学性能への影響を心配することなく像歪補正が実現できる。
【００５５】
なお、光学くさび１２，１３の傾斜角Δθが大きく、走査方向への移動距離が大きい場合、その移動に伴って照明光ＩＬの通過する厚さが大きく変化し、球面収差が発生する。従って、光学くさび１２，１３の傾斜角Δθ及び移動距離は、球面収差が発生しない範囲で設定する必要がある。この場合、投影光学系ＰＬとウエハＷとの間に球面収差補正用の光学くさびを設けて球面収差を補正するようにしてもよい。
【００５６】
また、本例では光学くさび１２，１３を光軸ＩＸに垂直な方向（Ｘ方向）に移動するようにしたが、この場合光学くさび１２，１３の間のギャップ（隙間）が変化する。傾斜角Δθが大きく、且つこのギャップが大きく変化すると、上述のように像の横ずれが許容値を超えて大きくなる。そのため、例えば光学くさび１２，１３の間のギャップを一定にして移動させる（即ち、光学くさび１２，１３をその斜面にほぼ沿って相対移動させる）移動機構を設けることが望ましい。又は、前述したように像の横ずれ量を計算で求めて、アライメントにあたってはその横ずれ量をオフセットとしてベースラインに加えるようにしてもよい。
【００５７】
次に、本発明の投影露光装置に使用される像歪補正体の変形例について図８〜図１０を参照して説明する。先ず、第１の変形例について図８を参照して説明する。本例は、図１の光学くさび１２，１３に相当する光学部材のうち駆動するものをどちらか一方に限ったものである。
図８（ａ）は、本例の像歪補正体の構成を示し、この図８（ａ）において、像歪補正体８１は、レチクルＲに近い光学くさび８２及び投影光学系ＰＬに近い光学くさび８３から構成され、固定された光学くさび８２に対して光学くさび８３を相対的に移動する。本例の場合は、両方の光学くさび８２，８３は同一の大きさではなく、光軸ＩＸから対称に離れた主光線に対して図１の実施例と同様の光路長の変化を与えるために、光学くさび８３は大きく形成されている。また、図１の実施例と同様に光学くさび８２の上面と光学くさび８３の下面とは光軸ＩＸに垂直な平面で形成されており、光学くさび８３を主制御系３０により光学部材制御系１４を介して走査方向（Ｘ方向）に駆動することにより光学くさび８２，８３の間隔ｇ１ を変化させ、結果として光路長を変化させてディストーションを補正する。その他の構成は図１の実施例と同様である。
【００５８】
なお、光学くさび８２の上面は光軸ＩＸに垂直な平面であるが、図８（ａ）の点線に示すように上面を不規則な波状に研磨することにより、非等方的な不規則ディストーションの補正部材として使用することができる。
また、図８（ｂ）に示すように、一方の光学くさびの投影光学系に対向する表面を曲率をもつレンズで構成してもよい。この図８（ｂ）において、像歪補正体８４はレチクルＲに対向する光学くさび８５及び投影光学系に対向する光学部材８６から構成されている。光学部材８６は、上表面は光学くさび８５の下面と平行な傾斜した面を有しているが、投影光学系ＰＬに対向する下面は曲率をもたせたレンズとして形成したものである。この場合、像歪補正体８４を通過する主光線の光路長を同一にする必要があり、光学くさび８５の上表面と光学部材８６の下表面の左右の端部との間隔ｄ１ ，ｄ２ は同一になるように形成されている。本例では、光学くさび８５を固定した光学部材８６に対して相対的に移動して間隔ｇ２ ひいては光路長を変えることにより、ディストーションを補正する。
【００５９】
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す像歪補正体は、図１の実施例に対し駆動する光学くさび８３，８５の長さ及び駆動量は大きくなるが、駆動部が１つで済み、位置決め精度も半分でよい利点と、駆動しない光学くさび又は光学部材を他の用途に使用できる利点がある。
次に、像歪補正体の第２の変形例について図９を参照して説明する。本例は、像歪補正体を１個の光学くさびだけで構成したものである。
【００６０】
図９は、本例の像歪補正体の構成を示し、この図９において像歪補正体９１は走査方向（Ｘ方向）に１つの長い光学くさびから構成されている。この像歪補正体９１の投影光学系ＰＬに対向する面は光軸ＩＸに垂直に形成され、レチクルＲに対向する反対側の面は傾斜角をもたせて形成されている。この傾斜角度は図３の照明領域ＩＡＲ内での走査方向での厚さの差が無視でき、且つ傾斜面が結像特性等に悪影響を及ぼさない程度であることが必要である。この方法によれば像歪補正体９１の駆動距離が長くなるが、駆動部が１つで済むという利点がある。
【００６１】
次に、像歪補正体の第３の変形例について図１０を参照して説明する。本例は、像歪補正体として光学くさびを用いず、厚さの異なる複数の平行平板を用いてディストーションを補正するものである。
図１０は、本例の像歪補正体を説明するための図を示し、この図１０において、像歪補正体１０４はそれぞれ厚さの異なる平行平板ガラスからなる３個の光学部材１０１〜１０３から構成されている。これらの光学部材１０１〜１０３を必要に応じ光学部材制御系１４Ａにより交換して光路長を変えることによりディストーションを補正する。本例の方法によれば、連続的な補正が行えず、光学部材の数は増えるが、光学部材を傾斜面に加工しなくてよいと共に、位置決め精度も粗くてよいため、トータルコストが抑えられる利点がある。
【００６２】
なお、上述実施例は本発明を走査露光型の投影露光装置に適用したものであるが、本発明はステッパーのような一括露光型の投影露光装置で等方的像歪を補正する場合にも適用できる。このように、一括露光型に図１の１対の光学くさび１２，１３を適用する場合、レチクル上の矩形のパターン領域の短辺方向に沿ってその光学くさび１２，１３の相対移動方向を設定することが望ましい。これによって、光学くさび１２，１３が小型化できるからである。
【００６３】
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。
【００６４】
【発明の効果】
本発明の投影露光装置によれば、マスクと基板との間に光軸方向の厚さ可変の光透過性基板を配置し、その厚さを変更する光路長切換手段を設けているため、基板とマスクとの間の光路長を、マスクを移動することなく変化させることができる。そのため、マスクを保持するステージの剛性を下げることなく、主に等方的像歪のみを補正できるという利点がある。更に、マスクを移動するときのような高精度な位置決めを必要とせず、単純な装置構成で等方的像歪を補正できる。
【００６５】
また、光透過性基板が１枚又は複数枚の光学くさびよりなり、光路長切換手段が光学くさびの移動手段である場合には、単純な移動動作で連続的に像歪を補正できる利点がある。
また、投影露光装置が走査型の投影露光装置であり、且つ光学くさびの移動方向が走査方向である場合には、等方的像歪みを補正するためにマスク自体を物理的に駆動しなくてもよいため、特に装置全体として高い剛性が要求される走査型の投影露光装置に対して効果的である。また、走査方向に対しては照明領域又は露光領域の幅が狭いため、駆動量も含めて光学くさびの形状を小型化できる利点がある。
【００６６】
また、光透過性基板が複数の光透過性基板からなり、光路長切換手段が交換手段である場合には、補正は不連続となるが装置構成は簡単になる利点がある。
また、マスクと基板との間に配置された光学くさびの上面を不規則な波状に研磨することによって、非等方的な不規則ディストーションの補正が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による投影露光装置の一実施例を示す一部を切り欠いた概略構成図である。
【図２】図１の照明条件切り換え用のターレット３の説明図である。
【図３】図１の投影露光装置におけるレチクルＲ及びウエハＷの走査状態を示す斜視図である。
【図４】図１の実施例における等方的像歪の補正原理の模式的な説明図である。
【図５】図４の各状態に対応するディストーションの状態を示す図である。
【図６】図４の中間状態に設定した場合のディストーション（倍率誤差を含む）の状態を示す図である。
【図７】（ａ）は像歪を測定するためのレチクル上のマークを示す図、（ｂ）は像歪を測定するためのレチクルとは別のパターン板上のマークを示す図である。
【図８】実施例の像歪補正体の第１の変形例を示す図である。
【図９】実施例の像歪補正体の第２の変形例を示す図である。
【図１０】実施例の像歪補正体の第３の変形例を示す図である。
【符号の説明】
Ｒ レチクル
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウエハ
ＩＬ 照明光
ＩＸ 光軸
９ レーザ干渉計（レチクル用）
１１ レーザ干渉計（ウエハ用）
３１，８１，８４，９１，１０４ 像歪補正体
１２，１３，８２，８３，８５，８６ 光学くさび
８６，１０１〜１０３ 光学部材
１４ 光学部材制御系
３０ 主制御系
３０Ａ ステージ制御系
２４，２５，２８ 光電センサ
２９ 環境センサ
Claims (3)
- 露光用の照明光のもとで、マスクに形成された転写用のパターンの像を投影光学系を介して感光性の基板上に投影する投影露光装置において、
前記マスクと前記基板との間に配置された厚さの変更自在な光透過性基板と、
該光透過性基板の厚さを切り換えることにより前記照明光の光路長を変える光路長切換手段と、を設け、
前記光路長切換手段を介して前記光透過性基板の厚さを変更して投影像の像歪みを調整し、
前記光透過性基板としての光学くさびの一方の面は、非等方的な不規則ディストーションを補正するために不規則な波状に研磨されていることを特徴とする投影露光装置。 - 露光用の照明光のもとで、マスクに形成された転写用のパターンの像を投影光学系を介して感光性の基板上に投影する投影露光装置において、
前記マスクと前記基板との間に配置された光学くさびを備え、該光学くさびの一方の面は、非等方的な不規則ディストーションを補正するために不規則な波状に研磨されていることを特徴とする投影露光装置。 - 前記マスクの傍らに設けられたマーク板と、
前記投影光学系を介して形成される前記像の歪みを測定するために、前記マーク板に設けられたマークの像を前記投影光学系を介して検出する光電センサとをさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の投影露光装置。
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