JP3728613B2 - 走査型露光装置の調整方法及び該方法を使用する走査型露光装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程でマスク上のパターンを感光基板上に転写するための走査型露光装置の調整方法、及びこの調整方法を使用する走査型露光装置に関し、特にその走査型露光装置の投影光学系の結像特性を調整する場合に使用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より半導体素子等を製造する際に、マスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）のパターンの像を投影光学系を介して感光性の基板としてのウエハ（又はガラスプレート等）上に転写露光するために主に一括露光型の投影露光装置（ステッパー等）が使用されていた。近年は、半導体素子等の１つのチップパターンの面積が拡大する傾向にあり、これらを製造するための投影露光装置には露光エリアの拡大が求められている。しかし、投影光学系の結像特性を維持したままで露光エリアを直接拡大することは技術的に困難であり、且つ可能であるとしても投影光学系が大型化すると共に、装置価格も上昇する。
【０００３】
このため、投影光学系の有効露光フィールドを拡大することなく露光エリアを実質的に拡大できるステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置が開発されている。この方式は、ウエハを走査開始位置までステッピングした後、レチクルを露光光で細長い矩形、又は円弧状等のスリット状に照明した状態で、レチクルとウエハとを投影光学系に対して同期して走査することで、ウエハ上の各ショット領域に逐次レチクルのパターン像を転写露光する方法である。
【０００４】
このステップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型の投影露光装置（走査型露光装置）を使用した場合には、ウエハ上に露光される回路パターンの大きさは、走査方向に関しては投影光学系の制約を受けない。また、走査方向に直交する方向に関しても、投影光学系の例えば円形の有効露光フィールド（結像可能領域）のほぼ直径に近い長さが利用できるため、従来の一括露光型の投影露光装置のように、投影光学系の有効露光フィールドに内接する正方形あるいは長方形等の限定された領域しか利用できない場合に比較して、広い幅のパターンを一度に露光することが可能になった。
【０００５】
更に、走査型露光装置では、投影光学系の有効露光フィールドの一部分しか使用しないため、投影光学系のディストーションや倍率誤差等の結像特性をスリット状の露光領域内では容易に所望のレベル内に収めることが期待でき、結果として各ショット領域（露光エリア）の全面で転写像の結像特性を高精度に目標範囲内に維持できることが期待されている。そして、従来は例えば走査型露光装置の組立調整時には、投影光学系のスリット状の露光領域内の各計測点で評価用パターンの像を投影して、投影像の位置やコントラスト等を計測し、これらの計測結果に基づいて投影光学系の結像特性を調整していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来の走査型露光装置においては、投影光学系の結像特性の内で光軸からの距離等に依存しないランダムな成分に関して言えば、調整する領域が狭い分だけ調整が容易である。しかしながら、その結像特性の内で例えば光軸からの距離に比例する成分等の規則的な成分に関しては、測定する領域が狭い分だけ調整のための情報が少なくなり、一括露光型の投影露光装置の場合と比較して却って高精度な調整が困難であるという不都合があった。
【０００７】
それでも従来はこのような調整誤差も許容範囲内にあったが、半導体素子等が益々微細化されるのに伴って、投影光学系の結像特性に対する要求も厳しくなっており、従来の調整方法では投影光学系の結像特性を要求されるレベル内に収めるのが困難になりつつある。
本発明は斯かる点に鑑み、投影光学系の結像特性を高精度に所望の状態に調整できる走査型露光装置の調整方法を提供することを目的とする。更に、本発明はその調整方法を使用できる走査型露光装置を提供することをも目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による走査型露光装置の調整方法は、照明光（ＩＬ）に対してマスク（Ｒ）と基板（Ｗ）とを同期走査することによりマスク（Ｒ）のパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に転写する走査型露光装置の調整方法において、照明光（ＩＬ）による照明領域を走査露光時と異なるように変更し（ステップ１０２）、この照明領域の変更後に、所定のマスクパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して投影することにより投影光学系（ＰＬ）の結像特性を測定し（ステップ１０３）、この測定結果に基づいて投影光学系（ＰＬ）を調整する（ステップ１０５）ものである。
【０００９】
斯かる本発明の調整方法によれば、走査露光時におけるマスク（Ｒ）の照明領域（以下、「第１の照明領域」という）と異なる領域（以下、「第２の照明領域」という）を投影光学系（ＰＬ）の結像特性を評価する際に用いることができる。その第１の照明領域は、マスク（Ｒ）上における限定された領域（例えばスリット状の領域）であり、その限定された領域のみで結像特性を測定しても、投影光学系の有効露光フィールドの全面で所定の傾向を有するような規則的な結像特性に関しては、結像特性の測定結果に誤差が生じ易い。そこで、その第２の照明領域としてその第１の照明領域外の領域を含む広い領域を設定すれば、投影光学系（ＰＬ）の特に規則的な結像特性（ディストーション、像面湾曲等）を２次元的に正確に把握することができ、それに基づいてその結像特性を所望の状態に高精度に調整できる。
【００１０】
この場合、その走査露光時における照明領域の一例は、その走査の方向を短辺方向とするスリット状（２２）であり、このとき投影光学系（ＰＬ）の結像特性を測定する際の照明領域はその走査の方向に関してそのスリット状の照明領域（２２）の外側を含む領域（２３）のように変更されることが望ましい。これにより、投影光学系（ＰＬ）の結像特性を計測する際の照明領域が走査方向に拡大され、特に光軸からの距離に依存するような規則的な結像特性が高精度に評価できる。
【００１１】
また、投影光学系（ＰＬ）の結像特性を調整した後に、照明光（ＩＬ）による照明領域を走査露光時の照明領域に戻して、投影光学系（ＰＬ）の結像特性を確認することが望ましい。これにより、最終的に実際の走査露光時の照明領域での結像特性が確認できるため、照明領域の変更に伴って投影光学系（ＰＬ）の結像特性が微妙に変動するような場合でも、その変動後の結像特性で露光を行うことが防止できる。
【００１２】
また、本発明による走査型露光装置は、光源（１）からの照明光（ＩＬ）に対してマスク（Ｒ）と基板（Ｗ）とを同期して移動することによりマスク（Ｒ）のパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に転写する走査型露光装置において、光源（１）からの照明光による照明領域を変更可能な照明光学系（３〜７，８Ａ，９，８Ｂ，１０，１１）と、投影光学系（ＰＬ）の結像特性を測定するときと走査露光を行うときとで、その照明光の照明領域が異なるようにその照明光学系の光学要素を制御する制御系（３２）と、その照明光の照明領域が走査露光を行うときとは異なる状態で求められた投影光学系（ＰＬ）の結像特性に応じて投影光学系（ＰＬ）を調整する調整系（１８）と、を備えたものである。
【００１３】
斯かる本発明の走査型露光装置によれば、投影光学系（ＰＬ）の結像特性を測定するときと走査露光を行うときとで、その照明光の照明領域が異なるようにその照明光学系の光学要素を制御することによって、本発明の走査型露光装置の調整方法が使用できる。
この場合、投影光学系（ＰＬ）を介して投影された所定のマスクパターンの像を検出するセンサ（１４，３７）と、このセンサの検出結果に基づいて投影光学系（ＰＬ）の結像特性を求める演算手段（１６）と、を更に備えることが望ましい。このとき、その所定のマスクパターンとして、例えば照明領域内に分布する複数の評価用パターンを使用し、これらの評価用パターンの投影像の位置やコントラスト等をそのセンサで検出することによって、テストプリントを行うことなく迅速に、投影光学系（ＰＬ）のディストーションや像面傾斜等が広い領域で高精度に計測できる。
【００１４】
また、その照明光学系は一例として、その照明光の照明領域を規定するための視野絞り（９）を有し、その制御系（３２）は、投影光学系（ＰＬ）の結像特性を測定するときと走査露光を行うときとでその照明光の照明領域が異なるようにその視野絞りを調整するようにしてもよい。これによって、照明領域の形状が正確に調整できる。
【００１５】
また、その照明光学系は一例として、その照明光の照度分布を均一化するためのオプティカル・インテグレータを切り換え可能に複数種類（６，６Ａ）有し、投影光学系（ＰＬ）の結像特性を測定するときと走査露光を行うときとでそのオプティカル・インテグレータの切り換えを行うことが望ましい。例えばオプティカル・インテグレータとしてフライアイレンズが使用される場合、このフライアイレンズの入射面とマスク面とがほぼ共役となるため、そのフライアイレンズの各レンズエレメントの断面形状がマスク上の照明領域とほぼ相似になるときに最も照明効率が高くなる。そこで、照明領域に応じた断面形状を有するフライアイレンズに交換することによって、走査露光時には高い照明効率が得られ、結像特性の計測時には広い照明領域の全面が照明できる。
【００１６】
また、その照明光学系内にオプティカル・インテグレータ用のリレーレンズや光路折り曲げ用のミラー等が備えられている場合、その照明領域の切り換え時にこれらのリレーレンズやミラー等も切り換えるようにしてもよい。
また、本発明の別の走査型露光装置の調整方法は、照明光（ＩＬ）に対してマスク（Ｒ）と基板（Ｗ）とを同期走査することによりそのマスクのパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介してその基板上に転写する走査型露光装置の調整方法において、走査露光時における第１の照明領域（２２）と異なる第２の照明領域（２３）を設定し、その第２の照明領域のもとで、その投影光学系の結像特性を測定し、この測定結果に基づいてその投影光学系を調整するものである。
本発明によれば、例えばその第２の照明領域としてその第１の照明領域外の領域を含む広い領域を設定すれば、その投影光学系の特に規則的な結像特性（ディストーション、像面湾曲等）を２次元的に正確に把握することができ、それに基づいてその結像特性を所望の状態に高精度に調整できる。
本発明において、その第２の照明領域は、その第１の照明領域外の領域を含むことができる。
また、その投影光学系の結像特性は、その第１の照明領域外における結像特性を含むことができる。
また、その投影光学系の結像特性は、ディストーション又は像面湾曲を含むことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例につき図面を参照して説明する。本例はステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置で結像特性の補正を行う場合に本発明を適用したものである。
図３は、本例で使用される投影露光装置の概略構成を一部を切り欠いた状態で示し、この図３において、露光光源１から射出された露光用の照明光ＩＬはミラー２で折り曲げられた後、レンズ系よりなるビーム整形部３によりその断面形状が所定の大きさ、及び形状に整形される。照明光ＩＬとしては、水銀ランプの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）、ＡｒＦエキシマレーザ光やＫｒＦエキシマレーザ光等のエキシマレーザ光、あるいは金属蒸気レーザ光やＹＡＧレーザの高調波等が使用される。ビーム整形部３を通過した照明光ＩＬはミラー４で再び折り曲げられて、第１のオプティカル・インテグレータとしての第１フライアイレンズ５に入射し、第１フライアイレンズ５からの照明光は不図示のリレーレンズを介して第２のオプティカル・インテグレータとしての第２フライアイレンズ６に入射する。これらのフライアイレンズ５，６は、それぞれ複数個のレンズエレメントを２次元的に配列して構成され、それぞれのレンズエレメントの射出面に形成される２次光源からの照明光が重畳的にレチクルを照明するため、レチクル上で均一な照度分布が得られる。
【００１８】
そして、第２フライアイレンズ６の射出面に開口絞り７が配置され、第２フライアイレンズ６から射出されて開口絞り７の開口を通過した照明光ＩＬは、リレーレンズ８Ａを介して開口形状が可変のレチクルブラインド（可変視野絞り）９を通過する。レチクルブラインド９を通過した照明光ＩＬは、リレーレンズ８Ｂ、光路折り曲げ用のミラー１０、及びコンデンサーレンズ１１を介してレチクルＲを落射照明する。以上のミラー２からコンデンサーレンズ１１までの光学部材より照明光学系が構成され、露光時には露光光源１、及びその照明光学系により生成された照明光ＩＬのもとで、レチクルＲ上のパターンの像が投影光学系ＰＬを介して、フォトレジスト等の感光材料が塗布されたウエハＷ上に投影倍率β（βは１／４又は１／５等）で投影される。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図３の紙面に平行にＸ軸を、図３の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。そのＹ軸に沿った方向（Ｙ方向）が走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向である。
【００１９】
この場合、本例のレチクルブラインド９は、一例として４枚の可動ブレードで矩形の開口を囲む構成であり、装置全体の動作を統轄制御する主制御系１６が駆動装置３２を介してそれら４枚の可動ブレードの位置を制御することによって、その開口の形状を変更できるように構成されている。レチクルブラインド９の配置面はレチクルＲのパターン形成面（レチクル面）と共役であり、レチクルブラインド９の開口形状によってレチクルＲ上の照明領域が最終的に決定される。また、本例の投影露光装置はステップ・アンド・スキャン方式であるため、ウエハ上の各ショット領域に対する走査露光時に各ショット領域（露光エリア）外に不要なパターンを露光してしまわないように、走査露光の開始時又は終了時にそれぞれレチクルＲ上の照明領域の幅を次第に開けたり、又は次第に閉じたりする必要がある。このために、主制御系１６は露光動作に同期して、駆動装置３２を介してレチクルブラインド９の開口の開閉動作を制御する。
【００２０】
更に本例では、投影光学系ＰＬの結像特性の計測時には、レチクルＲ上を一括露光型の投影露光装置の場合と同様な正方形の照明領域で照明できるように構成されている。レチクルＲ上の照明領域は、第２フライアイレンズ６の各レンズエレメントの断面形状によってほぼその外形が決定されるため、レチクルＲ上の照明領域を正方形にする場合には、後述のように第２フライアイレンズ６の交換を行うと共に、駆動装置３２を介してレチクルブラインド９の開口形状を大きく設定する必要がある。ここで、走査露光時及び結像特性の計測時におけるレチクル上の照明領域につき説明する。
【００２１】
図２は、本例のレチクルＲ上の２種類の照明領域を示し、この図２において、図３の軸対称な投影光学系ＰＬのウエハＷ上での円形の有効露光フィールドと共役な領域が円形の有効照明領域２１で表されている。本例では、通常の走査露光時には、レチクルＲ上での照明領域は、その有効照明領域２１に内接するＸ方向に細長い矩形（以下、「スリット状」と呼ぶ）の照明領域２２であり、この照明領域２２に対してレチクルＲを例えば＋Ｙ方向に走査し、これに同期してウエハＷを−Ｙ方向に走査することによって、レチクルＲ上のパターン領域２４内のパターン像が逐次ウエハＷ上に露光される。
【００２２】
一方、投影光学系ＰＬの結像特性の計測時には、レチクルＲ上の照明領域はその有効照明領域２１に内接する正方形の照明領域２３、即ち一括露光型の投影露光装置の場合と同じ照明領域に設定される。その照明領域２３は一括露光型の場合のパターン領域でもあり、このパターン領域に比べて走査露光方式で露光できるパターン領域２４は拡大されていることが分かる。
【００２３】
これに関して、図３の照明光学系中の光路折り曲げ用のミラー１０は、レチクルＲ上の正方形の照明領域２３を照明する際の照明光ＩＬを全て反射できる大きさに形成されている。このように本例では、結像特性の計測時には第２フライアイレンズ６を交換して、レチクルブラインド９の開口形状を大きくするのみでよいため、作業付加が少なくなっている。但し、その開口形状を大きく設定する代わりに、レチクルブラインド９を取り外してもよい。また、そのミラー１０の大きさを、レチクルＲ上のスリット状の照明領域２２が照明される場合の照明光ＩＬのみを反射できる大きさに形成し、例えば第２フライアイレンズ６を交換し、レチクルブラインド９の開口形状を切り換えて正方形の照明領域２３が選択された場合に、そのミラー１０をより大きな別のミラーと交換するようにしてもよい。これらの交換作業は、投影光学系ＰＬの調整のためだけに行われるものであるため、できるだけ作業付加を少なくすることが望ましい。
【００２４】
次に、レチクルＲ上の照明領域の大きさが変更される場合のフライアイレンズの交換について説明する。
図３の構成例では、第１フライアイレンズ５の各レンズエレメントからの照明光が重畳的に第２フライアイレンズ６の入射面を照明し、更に第２フライアイレンズ６の各レンズエレメントからの照明光が重畳的にレチクルＲを照明する、所謂ダブルフライアイ方式が採用されている。従って、レチクルＲ上での照度分布の均一性が極めて高くなっている。この場合、第２フライアイレンズ６の各レンズエレメントの入射面とレチクル面とが共役である。そこで、照明効率を高めるために、第２フライアイレンズ６の各レンズエレメントの断面形状は照明領域２２より僅かに広い領域とほぼ相似（より正確には共役）の細長い矩形に設定されている。
【００２５】
即ち、図４（ｂ）は第２フライアイレンズ６の射出面の形状を示し、図４（ｂ）に示すように、第２フライアイレンズ６は断面形状が細長い矩形の多数のレンズエレメント２６ａを２次元的に配列して形成されている。また、第２フライアイレンズ６の射出面は、図３の投影光学系ＰＬの瞳面（レチクル面に対する光学的フーリエ変換面）と共役であり、その瞳面を均一に照明するために、第２フライアイレンズ６の全体の断面形状は等方的な正方形に設定されている。
【００２６】
更に、図３において、第１フライアイレンズ５の各レンズエレメントの入射面と第２フライアイレンズ６の入射面とが共役で、第１フライアイレンズ５の射出面がレチクル面と共役である。そこで、照明効率を高めるためには、第１フライアイレンズ５の各レンズエレメントの断面形状が第２フライアイレンズ６の全体の断面形状と相似な正方形で、且つ第１フライアイレンズ５の全体の断面形状が、スリット状の照明領域２２と相似な細長い矩形に設定されることが望ましい。
【００２７】
図４（ａ）及び図５（ａ）は、共に第１フライアイレンズ５の射出面を示し、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、本例の第１フライアイレンズ５は断面形状が正方形の多数のレンズエレメント２５ａを２次元的に配列して形成され、且つ全体の断面形状が細長い矩形に形成されている。従って、第１フライアイレンズ５の全体の断面形状は、図２のスリット状の照明領域２２と相似で、レンズエレメント２５ａの断面形状は第２フライアイレンズ２６の全体の断面形状と相似であるため、高い照明効率が得られている。
【００２８】
また、本例では、投影光学系ＰＬの結像特性の計測時にはレチクルＲ上の照明領域を図２の正方形の照明領域２３に切り換えるようにしているため、その照明領域２３の全体を照明できるように、第２フライアイレンズ６は、例えば回転方式の交換装置３１により別の各レンズエレメントの断面形状が正方形の第２フライアイレンズ６Ａと切り換え自在に構成されている。
【００２９】
図５（ｂ）はその第２フライアイレンズ６Ａの射出面を示し、この図５（ｂ）に示すように、その第２フライアイレンズ６Ａは断面形状が正方形の多数のレンズエレメント２７ａを２次元的に配列して形成され、且つ全体の断面形状も正方形に形成されている。レンズエレメント２７ａの断面形状は、結像特性の計測時の正方形の照明領域２３より僅か広い領域と相似であり、これによって、結像特性の計測時にその照明領域２３の全体を照明できる。即ち、その結像特性の計測時には、交換装置３１を介して第２フライアイレンズ６の代わりに、第２フライアイレンズ６Ａが照明光ＩＬの光路上に配置される。
【００３０】
但し、そのフライアイレンズの交換は全自動である必要は必ずしもなく、最終的な位置決めは作業者が行う半自動でもよい。この際に、位置決めの再現性を保障するために、フライアイレンズ６，６Ａはそれぞれ当て駒等で正確に位置決めが行われている。更に、投影露光装置の製造コストを低減するために、その交換装置３１を省略して第２フライアイレンズ６と６Ａとを手動で交換するようにしてもよい。
【００３１】
また、フライアイレンズを交換した場合でも、図５（ａ）の第１フライアイレンズ５の射出面と、レチクル面とは共役であるため、第１フライアイレンズ５の全面から射出される照明光の内で、太線の正方形の枠内の領域２９内から射出される照明光しか正方形の照明領域２３に入射できない。このため、照明効率（照明光量）は大幅に低下しているが、これは露光時間を長くするか、又は後述の光電センサのゲインの変更等で容易に対処できる。
【００３２】
次に、本例の投影露光装置のステージ系等につき説明する。
図３において、レチクルＲはレチクルホルダＲＨを介して走査方向（Ｙ方向）に一定速度で移動自在で、且つＸ方向、Ｙ方向及び回転方向に微動可能なレチクルステージ１２上に載置されている。レチクルステージ１２の位置は不図示のレーザ干渉計により高精度に計測されて、その計測値は主制御系１６に供給されている。主制御系１６はその計測値に基づいて不図示の駆動系を介してレチクルステージ１２の走査速度や位置を制御する。一方、ウエハＷは不図示のウエハホルダ上に真空吸着されており、そのウエハホルダは、走査方向（Ｙ方向）に一定速度で移動すると共に、Ｘ方向、Ｙ方向へのステッピングも可能なウエハステージ１３上に固定されている。ウエハステージ１３の位置はその上端に固定された移動鏡１７ｍ及び外部のレーザ干渉計１７により高精度に計測され、その計測値は主制御系１６に供給され、主制御系１６はその計測値に基づいて不図示の駆動系を介してウエハステージ１３（ウエハＷ）の走査速度及び位置を制御する。
【００３３】
レチクルステージ１２、及びウエハステージ１３によって、ウエハＷ上の各ショット領域を走査開始位置にステッピング移動する動作と、レチクルＲ及びウエハＷを投影光学系ＰＬに対して同期走査する動作とがステップ・アンド・スキャン方式で繰り返されて、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターンの像が逐次転写される。
【００３４】
更に、不図示であるが投影光学系ＰＬの両側にはウエハＷの表面のＺ方向の位置（フォーカス位置）を検出するための送光光学系及び受光光学系からなる斜入射方式の焦点位置検出系が備えられている。この焦点位置検出系からのウエハＷのフォーカス位置の情報は主制御系１６に供給され、走査露光時には主制御系１６はその情報に基づいてウエハステージ１３を駆動して、オートフォーカス方式でウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込む。
【００３５】
また、ウエハステージ１３上のウエハＷの近傍には、ウエハＷの表面と同じ高さの表面を有する開口板１４が固定されている。開口板１４は照明光ＩＬを透過する基板より形成されている。
図７（ａ）はその開口板１４の周辺の拡大図を示し、この図７（ａ）において、ウエハステージ１３の上板１３ａに固定された開口板１４の表面の遮光膜中にはＹ方向に細長いスリット３６、及びＸ方向に細長いスリット（不図示）が形成され、これらのスリットの底部にフォトダイオード等からなる光電センサ３７が設置されている。開口板１４及び光電センサ３７は空間像センサとして、投影光学系ＰＬの結像特性の計測時に使用され、光電センサ３７の検出信号（光電変換信号）Ｓ１は、図３の主制御系１６内の信号処理系に供給されている。
【００３６】
また、本例の投影露光装置は、結像特性の補正機構を備えている。即ち、図３において、レチクルホルダＲＨとレチクルステージ１２との間に例えば３個のピエゾ素子等からなる伸縮自在のアクチュエータ１９が装着され、投影光学系ＰＬ内の最もレチクル側のレンズエレメント１５のレンズホルダと鏡筒本体との間にも例えば３個の伸縮自在のアクチュエータ２０が装着されている。そして、主制御系１６からの指令のもとに結像特性制御系１８がアクチュエータ１９の伸縮量を個々に制御することによって、レチクルホルダＲＨ（レチクルＲ）を光軸ＡＸ方向に微動できると共に所定範囲で傾斜させることができ、且つアクチュエータ２０の伸縮量を個々に制御することによって、レンズエレメント１５を光軸ＡＸ方向に微動できると共に所定範囲で傾斜させることができる。これらの動作によって、投影光学系ＰＬによるレチクルＲのパターンの投影像の結像特性の内で、ディストーション（倍率誤差を含む）、像面湾曲（像面傾斜を含む）、非点収差、及びコマ収差等を或る程度補正できるようになっている。また、像面傾斜の補正用に投影光学系ＰＬは或る程度傾斜できるように構成されている。
【００３７】
なお、レチクルＲやレンズエレメント１５を駆動する機構としては、ピエゾ素子等の他に、スピンドルを突没させる自動制御の駆動モータ、手動のマイクロメータ、又は手動で介装するワッシャの枚数を増減する機構等が使用できる。また、結像特性の補正機構としては、投影光学系ＰＬ内の所定の２枚のレンズエレメント間の密閉空間内の気体圧力を制御する機構や、投影光学系内の２枚以上のレンズエレメントを独立に駆動する機構等が使用できる。更に、これらの機構を組み合わせた機構を使用することによって、より多種類の結像特性を補正できる。
【００３８】
次に、本例の投影露光装置の投影光学系ＰＬの調整を行う場合の基本的な動作につき説明する。投影光学系ＰＬの調整に際しては、先ず照明光学系を調整して投影光学系ＰＬによる投影像が観察できる状態にした後、その投影像の結像特性の計測を行い、その計測値に基づいて結像特性の補正量を計算して補正を行い、補正後再び結像特性の計測を行うという工程を結像特性が予め定められた規格内に入るまで繰り返す。ステップ・アンド・スキャン方式においては、最終的な結像特性の規格は、走査露光後に得られる転写像に関するものであるため、投影光学系ＰＬだけでなく、レチクルＲとウエハＷとの同期精度、及びそれらの相対回転角等の条件も関係してくるが、先ず静止状態において投影光学系ＰＬの結像特性が所定の規格値を満たすことが前提である。本例では静止状態で投影光学系ＰＬの結像特性を計測する方法につき説明する。
【００３９】
投影光学系ＰＬの計測すべき結像特性としては、例えばディストーション、像面湾曲、非点収差、及びコマ収差等があるが、ここでは一例として、ディストーション及び像面湾曲の計測方法につき説明する。図２を参照して説明したように本例では、走査露光時にはレチクルをスリット状の照明領域２２で照明し、結像特性の計測時には基本的にレチクルを正方形の照明領域２３で照明する。このようにするのは以下の理由による。
【００４０】
即ち、図９は、投影光学系ＰＬのディストーション中の台形歪みの説明図であり、この図９において、投影光学系ＰＬに収差が無いものとすると、投影光学系ＰＬの円形の有効露光フィールド５１内の２点鎖線で囲まれたスリット状の露光領域５２が図２のスリット状の照明領域２２と共役であり、２点鎖線で囲まれた正方形の露光領域５３が図２の正方形の照明領域２３と共役である。これに対して、投影像に台形歪みがあると、露光領域５２は実線で囲まれた台形状の領域５２’に歪み、同様に露光領域５３も実線で囲まれた台形状の領域５３’に歪む。
【００４１】
この場合、スリット状の露光領域５２で結像特性を計測するとして、その領域５２から台形状の領域５２’への歪量は小さいために、測定誤差を考慮すると、明確に台形状に歪んでいるとは判定できないことがある。また、台形状に歪んでいることが分かるときでも、その歪みの量を高精度に計測するのは困難である。
これに対して、一括露光型の投影露光装置の場合と同等に正方形の露光領域５３で結像特性を計測する場合には、その領域５３から台形状の領域５３’への歪量はＹ方向の両端部で十分に大きくなっている。即ち、正方形の露光領域５３はスリット状の露光領域５２に比べて、走査方向に対して光軸から大きく離れているため、正方形の露光領域５３を使用することによって、台形歪のような光軸からの距離に依存する規則的なディストーションを定量的により正確に計測できることになる。言い換えると、ステップ・アンド・スキャン方式で、スリット状の露光領域５２内での結像特性の計測結果のみから補正を行うのでは、正方形の露光領域５３内での結像特性の計測結果から補正を行う一括露光型の投影露光装置と比べて補正精度が低くなってしまう恐れがある。そこで、本例では正方形の露光領域５３内で結像特性を計測する。なお、光軸からの距離に依存しないランダムなディストーション等の成分は、スリット状の露光領域５２でも正方形の露光領域５３でもほぼ同等に計測できる。同様な結果が像面湾曲についても生ずる。
【００４２】
図１０（ａ）は、投影光学系ＰＬの有効露光フィールド５１を示し、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の有効露光フィールド５１の光軸を通りＹ方向（走査方向）に平行な直線に沿った断面での像面湾曲（像面傾斜を含む）を表している。図１０（ｂ）において、横軸は光軸からＹ方向（走査方向）への位置ｙ、縦軸は位置ｙでの像面のＺ方向への変位Δｈを示す。図１０（ｂ）には、曲線５４で示す狭義の像面湾曲成分、及び直線５５で示す像面傾斜成分が併記されている。
【００４３】
この場合も、図１０（ａ）のスリット状の露光領域５２内で結像特性の計測を行うときには、その領域５２の走査方向の両端部Ａ１，Ａ２での像面の変位Δｈは、図１０（ｂ）に示すように曲線５４又は直線５５の何れに対しても小さく、計測誤差を考慮すると正確に像面湾曲か像面傾斜かを判定するのが困難であることがある。また、像面湾曲か像面傾斜かが判定できても、走査方向に対してこれらを定量的に正確に求めるのは困難である。
【００４４】
これに対して一括露光型の投影露光装置の場合と同等の正方形の露光領域５３内で結像特性を計測するときには、その十分広い領域５３の両端部Ｂ１，Ｂ２での像面の変位Δｈは、図１０（ｂ）に示すように、曲線５４又は直線５５の何れに対しても十分大きくなり、露光領域５３の全面での像面湾曲を比較的正確に計測できることが分かる。即ち、走査方向で大きく変位する像面湾曲についても、正方形の露光領域５３内で結像特性を計測することによって、スリット状の露光領域５２内で計測するよりも高精度にその量を計測できるという結果になる。
【００４５】
次に、図２に示すようにレチクルを正方形の照明領域２３で照明して結像特性を計測する場合の基本的な動作につき説明する。この場合、図３のレチクルＲの代わりに評価用マークの形成されたテストレチクルを載置する。
図６（ｂ）は、図３のレチクルホルダＲＨ上に保持されたテストレチクルＴＲの平面図を示し、この図６（ｂ）において、テストレチクルＴＲ上の正方形の照明領域２３内には、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ所定間隔で同一の多数の評価用マーク３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，…，３４Ｏが形成されている。評価用マーク３４Ａは、図６（ｃ）に示すように、遮光膜中でそれぞれＹ方向に細長い５本の開口パターンをＸ方向に所定ピッチで配列してなるＸ軸の評価用マーク３５Ｘと、この評価用マークを９０°回転した形状のＹ軸の評価用マーク３５Ｙとから構成されている。また、テストレチクルＴＲ上での評価用マーク３４Ａ，３４Ｂ，…，３４Ｏの位置関係は予め座標測定装置等によって高精度に計測されて、主制御系１６の記憶部に記憶されている。
【００４６】
なお、本例では後述のように図２の正方形の照明領域２３で照明して結像特性を計測した後、照明領域をスリット状の照明領域２２に戻して再び結像特性を確認するようにしている。そのため、図６（ａ）に示すように、テストレチクルＴＲをスリット状の照明領域２２で照明した場合に、その照明領域２２内にはＸ方向、Ｙ方向に所定ピッチで多数の同一の評価用マーク３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，…，３３Ｉが形成されている。評価用マーク３３Ａは、図６（ｃ）に示すように評価用マーク３４Ａと同一形状である。この場合、評価用マーク３３Ａ〜３３Ｉと評価用マーク３４Ａ〜３４Ｏとは一部が兼用されていてもよい。なお、通常の露光用のレチクル（例えば図３のレチクルＲ）上の転写用のパターンの一部に評価用マークを形成しておき、これらの評価用マークを用いて結像特性を計測してもよい。
【００４７】
そして、テストレチクルＴＲを図３のレチクルホルダＲＨ上に載置し、照明光ＩＬの照射を開始して図６（ｂ）に示すように正方形の照明領域２３でテストレチクルＴＲを照明すると、評価用マーク３４Ａ〜３４Ｏの像が投影光学系ＰＬを介してウエハステージ１３上に投影される。この際に、これらの像の位置を図７（ａ）の開口板１４及び光電センサ３７よりなる空間像センサで検出することによって、投影像のディストーションを計測する。
【００４８】
そのため、評価用マーク３４Ａ〜３４Ｏの既知の配列に投影光学系ＰＬの設計上の投影倍率β₀ を乗じて得られる配列に基づいてウエハステージ１３を駆動することによって、評価用マーク３４Ａ〜３４Ｏの像の投影位置の目標値の手前に図７（ａ）の開口板１４上のスリットを移動する。そして、評価用マーク３４Ａ〜３４Ｏ内のＸ軸の評価用マークの像の位置を検出するためには、ウエハステージ１３を駆動して開口板１４上のスリット３６でその像をＸ方向に走査して、光電センサ３７の検出信号Ｓ１を取り込む。
【００４９】
図７（ｂ）はこのように取り込まれた検出信号Ｓ１を示し、この図７（ｂ）において、主制御系１６内の信号処理系で検出信号Ｓ１を所定のスライスレベルで２値化して５個のパルスの平均的なＸ座標Ｘｎを求めることによって、そのＸ軸の評価用マークの像の位置が計測される。同様に、開口板１４上のＸ方向に長いスリットでＹ軸の評価用マークの像をＹ方向に走査することによって、その像のＹ座標を計測できる。この場合の評価用マークの像のＸ座標、Ｙ座標は図３のレーザ干渉計１７によって極めて高い分解能で高精度に計測される。その後主制御系１６で、計測された評価用マーク３４Ａ〜３４Ｏの投影像のＸ座標、Ｙ座標を、設計上の配列座標と比較することによって、図６（ｂ）の正方形の照明領域２３に対応する露光領域内での投影像の位置ずれ量の分布、即ちディストーションが定量的に高精度に計測できる。
【００５０】
また、空間像センサを用いて像面湾曲を計測する場合には、図６（ｂ）のようにテストレチクルＲを正方形の照明領域２３で照明した状態で、ウエハステージ１３のＺ方向の位置を次第に変えて開口板１４のフォーカス位置をずらしながら、評価用マーク３４Ａ〜３４Ｏの投影像のコントラストを検出すればよい。即ち、或る１つの評価用マークについて、開口板１４のフォーカス位置を例えばＺ１，Ｚ２，Ｚ３，…と変化させて、それぞれ開口板１４でその評価用マークの像をＸ方向（及びＹ方向）に走査して光電センサ３７の検出信号Ｓ１を取り込むと、得られる検出信号Ｓ１のコントラストはそれぞれ図８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように変化する。そこで、最もコントラストが高くなるフォーカス位置（ベストフォーカス位置）Ｚｉをその評価用マークの投影像の位置での像面位置とすることによって、正方形の照明領域２３と共役な露光領域内の各点での像面位置の分布、即ち像面湾曲が計測できる。この際に、Ｘ軸の評価用マークの像面位置とＹ軸の評価用マークの像面位置との差分から非点収差も計測できる。
【００５１】
なお、そのように空間像センサを使用する代わりに、そのテストレチクルＴＲのパターン像を評価用のウエハ上に露光（テストプリント）して、現像後に得られるレジストパターンの位置を別の座標測定装置、又は図３の投影露光装置で測定することによって投影像のディストーションを計測してもよい。また、そのテストレチクルＴＲを用いる代わりに、Ｘ方向、Ｙ方向に一定ピッチで所定の評価用マークが形成されたテストレチクルを使用し、このテストレチクルの像を評価用のウエハ上に露光した後、このウエハをその評価用マークのピッチに相当する分だけＸ方向、Ｙ方向に順次ずらして多重露光を行うようにしてもよい。この場合、現像後に得られたレジストパターンの各計測点で多重露光された像の位置ずれ量を次第に加算することによって、光軸から離れた位置でのディストーションが高精度に計測される。
【００５２】
また、テストプリントによって像面湾曲を計測する場合には、図６（ｂ）のテストレチクルＴＲの像を評価用のウエハの１番目のショット領域上に露光した後、ウエハをＸ方向、又はＹ方向にステッピングすると共に、そのウエハのフォーカス位置を僅かに変えてそのテストレチクルＴＲの像をウエハ上の２番目のショット領域に露光し、以下ウエハのフォーカス位置をずらしながら３番目以降のショット領域に順次そのテストレチクルＴＲの像を露光していけばよい。そして、現像後に、各評価用マークの像の内で最もコントラストが良好になるフォーカス位置を検出することによって像面位置の分布が計測できる。
【００５３】
次に、以上の方法で得られたディストーション、及び像面湾曲の補正方向につき説明する。先ず、ディストーションについては、通常ディストーションの成分毎に異なる補正機構が使用されるため、計測されたディストーションを成分毎に区分する。その成分としては、倍率誤差、台形歪み成分、糸巻歪成分、及び樽型歪み成分等がある。
【００５４】
図３の投影露光装置では、レチクルＲに近い投影光学系ＰＬのレンズエレメント１５を光軸ＡＸ方向に駆動することで倍率誤差の補正を行うことができる。また、レンズエレメント１５を光軸ＡＸに垂直な平面から傾斜させることで、ディストーションの台形歪み成分を補正できる。更に、レチクルホルダＲＨ（レチクルＲ）の光軸ＡＸ方向の位置を調整することで、ディストーションの糸巻、及び樽型歪み成分を補正できる。このように、補正機構で補正できる成分は、光軸ＡＸに対して軸対称成分かあるいは、光軸から傾斜した軸に対して対称な成分となる。そこで、これらを組み合わせて各点のディストーションの最大誤差が最も小さくなるようにディストーションの成分毎に補正値を計算し、この計算値に基づき各成分の補正を行う。
【００５５】
次に、像面湾曲の補正を行う場合、計測された像面位置のデータをディストーションと同様に成分毎に区分し、各成分を対応する補正機構による補正する。像面位置の成分には、図１０（ｂ）の直線５５で表されるような像面傾斜成分と、図１０（ｂ）の曲線５４で表されるような狭義の像面湾曲成分とがある。例えば像面傾斜成分に関しては投影光学系ＰＬを傾斜させる方法により補正でき、狭義の像面湾曲に関しては投影光学系ＰＬのレンズエレメント１５を光軸ＡＸ方向に駆動する方法により補正できる。但し、レンズエレメント１５を駆動するとディストーションも変化するので、例えば投影光学系ＰＬ内の複数枚のレンズエレメントを駆動可能にしておき、像面とディストーションとを独立に補正する方法を用いてもよい。
【００５６】
次に、本例の投影露光装置で投影光学系ＰＬによる投影像の結像特性を調整する場合の全体の動作の一例につき、図１のフローチャートを参照して説明する。先ず、図１のステップ１０１で、図３のレチクルホルダＲＨ上に図６（ｂ）のテストレチクルＴＲをロードして、照明光学系の調整を行う。具体的に、例えば照明光ＩＬのレチクル上での照度分布の均一性、あるいはレチクルへの入射角（テレセントリシティ）の調整が必要であり、これらはフライアイレンズ５，６、及びリレーレンズ８Ａ等を光軸方向に微動、あるいは傾斜させる方法等により調整される。また、第１フライアイレンズ５の射出面とレチクル面とが共役関係になるようにリレーレンズ８Ｂの調整等を行う。
【００５７】
次に、ステップ１０２で照明領域を変更する。即ち、本例はステップ・アンド・スキャン方式であるが、投影光学系ＰＬを調整するときのみ、図２に示す正方形の照明領域２３を使用して結像特性を計測し、その計測値に基づいて主に光軸からの距離に応じて定まる軸対称な、又は傾斜した軸に対して軸対称な成分の結像特性を補正しようというものである。ところが、図３の第２フライアイレンズ６を用いて照明できる領域は、照明効率を高めるためにレチクル上のスリット状の照明領域２２である。
【００５８】
そこで、照明光学系の構成を変更するために、先ず図３の第２フライアイレンズ６を交換装置３１を介して第２フライアイレンズ６Ａに交換する。この際に再現性のある方法で位置決めが行われる。第２フライアイレンズ６Ａは、図５（ｂ）で示したように断面形状が正方形のレンズエレメント２７ａを束ねたものであるため、これによってレチクル上の正方形の照明領域２３の全体が照明できるようになる。更に、駆動装置３２を介してレチクルブラインド９の開口をその照明領域２３に合わせて大きくする。但し、レチクルブラインド９を取り外すようにしてもよい。また、光路折り曲げ用のミラー１０については、本例では正方形の照明領域に対応できるように形成されているため特に交換等をする必要はない。但し、ミラー１０がスリット状の照明領域に対応しているときには、ミラー１０の交換も行う。第２フライアイレンズ６Ａ以降のリレーレンズ８Ａ，８Ｂ、及びコンデンサーレンズ１１は軸対称であるため、特に交換する必要はない。
【００５９】
但し、図５（ａ）を参照して説明したように、第１フライアイレンズ５から射出される照明光ＩＬの内、太線枠で示す領域２９内を通過する光束のみがその正方形の照明領域２３を照明する。このため、照明光量は大幅に低下するが、空間像センサを使用する場合にはその分だけ光電センサ３７のゲインを上げればよい。また、テストプリント方式で結像特性を計測する際には、露光時間を長くすればよい。なお、そのような光量低下を避けたいときには、ビーム整形部３及び第１フライアイレンズ５等も交換するようにしてもよい。
【００６０】
以上の調整により、一括露光型の場合と同様の正方形の照明領域２３のもとで、投影光学系ＰＬの投影像を観察することが可能になり、次のステップ１０３において、図７（ａ）の開口板１４及び光電センサ３７よりなる空間像センサを用いて、テストレチクルＴＲ上の評価用マーク３４Ａ〜３４Ｏの像の位置、及び開口板１４のフォーカス位置を変えた場合のそれらの像のベストフォーカス位置を計測する。そして、これらの計測結果より、投影光学系ＰＬのディストーション、及び像面湾曲等の結像特性を求める。測定が終了するとステップ１０４において、計測された結像特性が予め設定された結像特性の規格内に入っているかどうかが判定される。なお、この結像特性の規格の設定に際しては、照明領域を広げていることと、実際の回路パターンが形成されたレチクルの露光に使用される照明光学系ではないことを考慮して設定する必要がある。即ち、照明光学系を元に戻したときに手直しの必要がないように、その規格は実際の走査露光時と同程度、又はそれ以上に厳しく設定しておくのが望ましい。
【００６１】
ステップ１０４において結像特性が規格外であると判定された場合はステップ１０５に進み、図３の結像特性制御系１８を駆動して投影光学系ＰＬの結像特性を補正する。結像特性が規格内に入るまでステップ１０３〜１０５が繰り返され、ステップ１０４で結像特性が規格内に入ったことが確認され後、ステップ１０６に移行して、照明領域が元のスリット状の照明領域２２に戻される。即ち、第２フライアイレンズ６Ａを第２フライアイレンズ６に交換すると共に、レチクルブラインド９の開口形状をスリット状の照明領域２２に対応した形状にする。この際に、当て駒等を利用して第２フライアイレンズ６は再現性のある形で位置決めが行われる。
【００６２】
次に、ステップ１０７で最終的に照明光学系の照明特性（照度分布等）と投影光学系ＰＬの結像特性の確認を行う。前述のように第２フライアイレンズ６の位置は再現性があるため、通常の場合は照明光学系の照明特性の変化は無い。しかしながら、照明特性が変化しているときには、照明光学系の各光学部材の位置の調整等を行う。そして、照明特性が所定の規格内に入っている状態で、図６（ａ）に示すように、テストレチクルＴＲ上のスリット状の照明領域２２内の評価用マーク３３Ａ〜３３Ｉの像の位置、及びベストフォーカス位置を計測し、この計測結果より投影光学系ＰＬの結像特性を確認する。これは、照明領域の相違、及び照明光学系の変更された光学部材の位置の微妙な相違等で結像特性が若干変化している可能性があるためである。
【００６３】
それに続くステップ１０８においてその結像特性が予め定められた規格に入っているかどうかを判定する。結像特性がその規格に入らない場合は、ステップ１０９に進み、第２フライアイレンズ６Ａを使用して照明領域を変更しなければならない程の大幅な調整が必要なレベルか否かを判定する。この場合の判定は投影光学系ＰＬの結像特性によって判定される。即ち、ステップ１０９で結像特性が大幅にその規格を超えている場合には、ステップ１０２に戻って照明領域を正方形の照明領域２３に変更して、結像特性が規格を大きく外れないレベルになるまでステップ１０２〜１０９が繰り返される。
【００６４】
一方、ステップ１０９で結像特性が僅かに規格を超えている程度であるときには、ステップ１１０に進んで、図３の結像特性制御系１８を介して結像特性を僅かに補正してステップ１０７に戻る。そして、結像特性がその規格内に入るまでステップ１１０〜１０８が繰り返される。その後、ステップ１０８で結像特性が規格内に入ったときに、投影光学系ＰＬの調整作業は終了する。
【００６５】
以上のように、本例ではステップ・アンド・スキャン方式にも拘らず、ステップ１０２に示すように、第２フライアイレンズ６を第２フライアイレンズ６Ａで交換することにより、一括露光型と同様の正方形の照明領域２３に変更して結像特性を計測しているため、台形状のディストーション等のように光軸からの距離に依存する規則的な結像特性や、像面傾斜のように傾斜した軸に対して対称な規則的な結像特性が定量的に高精度に計測できる。従って、正確な結像特性の計測値に基づいて投影光学系ＰＬの結像特性を高精度に所望の規格内に補正できる利点がある。また、正方形の照明領域２３のもとでより正確に規則的な結像特性が計測できるため、ステップ１０５における結像特性の補正が高精度に行われる。従って、その後のステップ１０９では殆どの場合結像特性の小さい修正が必要になるだけであり、その修正の量も僅かであるため、結果として投影光学系ＰＬの調整に要する時間が短縮される利点もある。
【００６６】
なお、本例ではステップ１０５の投影光学系ＰＬの結像特性の補正が終了した後、ステップ１０６において、本来の照明領域２２に復帰しているが、この際の照明領域、及び照明特性は実際の露光時の状態とほぼ同一である必要がある。この意味からも、照明領域の変更時に動かす光学部材は少ない程好ましい。本例では第２フライアイレンズ６Ａを第２フライアイレンズ６に戻しているが、前述のように第２フライアイレンズ６の光軸方向の位置及び角度は照明光学系の性能を高精度に保つため厳密に再現される必要がある。本例では当て駒等によってその位置等が厳密に再現されている。
【００６７】
更に、調整用の第２フライアイレンズ６Ａに交換したときも基本的な照明光学系の性能が損なわれないように、第２フライアイレンズ６Ａの取り付け基準面と他の光学素子との位置関係が厳密に管理されている。
なお、照明領域を変更する際の各光学部材間の位置ずれ等を防止するために、照明光学系全体を調整用の照明光学系に交換する方法も考えられる。投影光学系ＰＬの調整が例えば投影露光装置の組立調整時に行われるものとすれば、共通の調整用の照明光学系を用いて多数の投影露光装置の投影光学系の調整を行うことができる。
【００６８】
また、本例では第２フライアイレンズ６を交換装置３１で自動的、又は半自動的に第２フライアイレンズ６Ａに交換しているが、上述のように製造コストを低減するため、及び投影露光装置の構成を簡素化するために、作業者が手動で第２フライアイレンズ６，６Ａの交換をするようにしてもよい。このように手動でフライアイレンズの交換を行う場合には、フライアイレンズを位置決めする面には基準面を有する部材を設けると共に、その基準面に各フライアイレンズを位置決めするための目盛り等を付して位置決めの再現性を保障するのが望ましい。
【００６９】
また、調整用の照明領域も図２の照明領域２３のような正方形の照明領域に限定されず、投影光学系ＰＬの有効露光フィールド２１をそのまま利用するようにしてもよい。また、スリット状の照明領域２２より走査方向に広い照明領域であれば何れの照明領域を使用してもよい。このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、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。
【００７０】
【発明の効果】
本発明の走査型露光装置の調整方法によれば、走査露光時におけるマスクの照明領域（以下、「第１の照明領域」という）と異なる領域（以下、「第２の照明領域」という）を投影光学系の結像特性を評価する際に用いることができる。走査型露光装置における第１の照明領域は、そのマスク上におけるその投影光学系の有効露光フィールドと共役な領域に対して限定された領域であり、その限定された領域における結像特性の測定値は誤差が生じ易い。そこで、例えば第２の領域としてその限定された領域外の領域を含む照明領域を設定すれば、例えば光軸からの距離に依存するような規則的な結像特性の測定誤差が小さくなり、その投影光学系の結像特性を所望の状態に高精度に調整できる利点がある。
【００７１】
また、その走査露光時における照明領域は、その走査の方向を短辺方向とするスリット状であり、その投影光学系の結像特性を測定する際の照明領域はその走査の方向に関してそのスリット状の照明領域の外側を含むように変更される場合には、特に規則的な結像特性が高精度に計測できる。
また、その投影光学系の結像特性を調整した後に、その照明光による照明領域を走査露光時の照明領域に戻して、その投影光学系の結像特性を確認する場合には、仮に照明領域を元に戻すこと等に伴う結像特性の変動があった場合でも、その変動を補正できる利点がある。
【００７２】
次に、本発明による走査型露光装置によれば、本発明の走査型露光装置の調整方法が使用できる。
このとき、投影光学系を介して投影された所定のマスクパターンの像を検出するセンサと、このセンサの検出結果に基づいてその投影光学系の結像特性を求める演算手段と、を更に備えた場合には、空間像センサを用いる方法でテストプリントを行うことなく迅速に結像特性を計測できる。
【００７３】
また、照明光学系は、その照明光の照明領域を規定するための視野絞りを有し、制御系は、その投影光学系の結像特性を測定するときと、走査露光を行うときとでその照明光の照明領域が異なるようにその視野絞りを調整する場合には、変更後の照明領域の形状が正確に所望の形状に設定できる。
また、その照明光学系は、その照明光の照度分布を均一化するためのオプティカル・インテグレータを切り換え可能に複数種類有し、その投影光学系の結像特性を測定するときと走査露光を行うときとでそのオプティカル・インテグレータの切り換えを行う場合には、通常の走査露光時に高い照明効率を得ることができると共に、結像特性の計測時には広い照明領域の全面を照明できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すフローチャートである。
【図２】その実施の形態において使用される２種類の照明領域の説明に供する図である。
【図３】その実施の形態において使用される投影露光装置を示す一部を切り欠いた概略構成図である。
【図４】図３の投影露光装置において使用される２つのフライアイレンズ５，６の射出面を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態において、投影光学系の調整時に使用される２つのフライアイレンズ５，６Ａの射出面を示す図である。
【図６】（ａ）は本発明の実施の形態で使用されるテストレチクルＴＲ上の評価用マークの配列を示す平面図、（ｂ）はそのテストレチクルＴＲ上の別の評価用マークの配列を示す平面図、（ｃ）は評価用マークを示す拡大平面図である。
【図７】（ａ）は図３のウエハステージ１３中に備えられた空間像センサを示す拡大断面図、（ｂ）はその空間像センサ中の光電センサから出力される検出信号の一例を示す図である。
【図８】空間像センサのＺ方向の位置を変えた場合に得られる光電センサからの検出信号の一例を示す図である。
【図９】投影光学系の有効露光フィールド内の２つの露光領域でのディストーションの相違を示す平面図である。
【図１０】（ａ）は投影光学系の有効露光フィールドを示す平面図、（ｂ）は図１０（ａ）の光軸を通る断面における像面位置を示す図である。
【符号の説明】
１ 露光光源
５ 第１フライアイレンズ
６，６Ａ 第２フライアイレンズ
９ レチクルブラインド
１１ コンデンサーレンズ
Ｒ レチクル
ＴＲ テストレチクル
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウエハ
１２ レチクルステージ
１３ ウエハステージ
１４ 開口板
１５ レンズエレメント
１６ 主制御系
１８ 結像特性制御系
２２ 照明領域（走査露光時）
２３ 照明領域（結像特性調整時）
３４Ａ〜３４Ｏ 評価用マーク
３７ 光電センサ

Claims (11)

1. 照明光に対してマスクと基板とを同期走査することにより前記マスクのパターンの像を投影光学系を介して前記基板上に転写する走査型露光装置の調整方法において、
   前記照明光による照明領域を走査露光時と異なるように変更し、
   該照明領域の変更後に、所定のマスクパターンの像を前記投影光学系を介して投影することにより前記投影光学系の結像特性を測定し、
   該測定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走査型露光装置の調整方法。
2. 前記走査露光時における照明領域は、前記走査の方向を短辺方向とするスリット状であり、前記投影光学系の結像特性を測定する際の照明領域は前記走査の方向に関して前記スリット状の照明領域の外側を含むように変更されることを特徴とする請求項１に記載の走査型露光装置の調整方法。
3. 前記投影光学系の結像特性を調整した後に、前記照明光による照明領域を走査露光時の照明領域に戻して、前記投影光学系の結像特性を確認することを特徴とする請求項１又は２に記載の走査型露光装置の調整方法。
4. 光源からの照明光に対してマスクと基板とを同期して移動することにより前記マスクのパターンの像を投影光学系を介して前記基板上に転写する走査型露光装置において、
   前記光源からの照明光による照明領域を変更可能な照明光学系と、
   前記投影光学系の結像特性を測定するときと走査露光を行うときとで、前記照明光の照明領域が異なるように前記照明光学系の光学要素を制御する制御系と、
   前記照明光の照明領域が走査露光を行うときとは異なる状態で測定された前記投影光学系の結像特性に応じて前記投影光学系を調整する調整系と、
   を備えたことを特徴とする走査型露光装置。
5. 前記投影光学系を介して投影された所定のマスクパターンの像を検出するセンサと、該センサの検出結果に基づいて前記投影光学系の結像特性を求める演算手段と、を更に備えたことを特徴とする請求項４に記載の走査型露光装置。
6. 前記照明光学系は、前記照明光の照明領域を規定するための視野絞りを有し、
   前記制御系は、前記投影光学系の結像特性を測定するときと走査露光を行うときとで前記照明光の照明領域が異なるように前記視野絞りを調整することを特徴とする請求項４又は５に記載の走査型露光装置。
7. 前記照明光学系は、前記照明光の照度分布を均一化するためのオプティカル・インテグレータを切り換え可能に複数種類有し、前記投影光学系の結像特性を測定するときと走査露光を行うときとで前記オプティカル・インテグレータの切り換えを行うことを特徴とする請求項４、５、又は６に記載の走査型露光装置。
8. 照明光に対してマスクと基板とを同期走査することにより前記マスクのパターンの像を投影光学系を介して前記基板上に転写する走査型露光装置の調整方法において、
   走査露光時における第１の照明領域と異なる第２の照明領域を設定し、
   前記第２の照明領域のもとで、前記投影光学系の結像特性を測定し、
   該測定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走査型露光装置の調整方法。
9. 前記第２の照明領域は、前記第１の照明領域外の領域を含むことを特徴とする請求項８に記載の走査型露光装置の調整方法。
10. 前記投影光学系の結像特性は、前記第１の照明領域外における結像特性を含むことを特徴とする請求項９に記載の走査型露光装置の調整方法。
11. 前記投影光学系の結像特性は、ディストーション又は像面湾曲を含むことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の走査型露光装置の調整方法。

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