JPH02185016A - 投影光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば半導体集積回路の製造に使用される露
光装置のうち、所定のパターン像の結像を行う投影光学
装置に関するものであり、特にその結像特性の維持に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の投影光学装置（ステッパー、フォトリピ
ータ）は、温度が±０．１″Ｃに保たれたチャンバ内に
設置されており、外部の温度変化を受けないようになっ
ていた。チャンバ内に設置された装置でも、投影光学系
の付近若しくは投影光学系内部に温度センサを設置し、
そのセンサ出力に応じて投影光学系の結像特性の補正を
行う装置もある。また、照明光の入射に基づく温度変化
による結像特性の補正については、例えば特開昭６０、
−７８４５４号公報に示されているように、投影光学系
へ入射するエネルギーを計算して、それに基づき結像特
性の変化を補正する方法が知られている。

〔発明が解決しようとする課題］ 近年、半導体の集積度の増加に従い投影パターンが微細
化しており、チャンバの温度調整性能内であっても投影
光学系の結像特性の変動量（倍率、焦点変動量等）が微
細な投影パターン像に対して相対的に大きくなり、結像
性能が悪化するという問題点があった。また、温度セン
サを用いて補正を行う装置においても、はとんどの場合
測定された温度変化に対して比例した量で補正を行って
いるのが普通である。ところが厳密にはチャンバの温度
がまず変化し、投影光学系の保持部材（鏡筒等の金物）
、投影光学系（レンズエレメント）へと徐々に熱が移動
していくため、前記の比例した補正量では正確な補正は
できないという問題点がある。さらに、投影光学系は照
明光を吸収して熱変化を起こし、結像特性の変化が発生
する。チャンバ温度変化と、照明光の吸収による温度変
化を温度センサにより補正を行おうとすると、同し温度
変化であってもチャンバ温度変化に対して投影光学系の
各レンズエレメントは各々の熱容量により温度差を生じ
、一方照明光の吸収による温度変化は各レンズエレメン
トの照明光の吸収特性により温度差を生じるため、結像
特性の変動量は異なり正確な補正はできない、また、前
記従来技術の照明光吸収に対してエネルギー計算を行い
結像特性を補正する方法と温度センサとの組み合わせで
補正を行うと、上記のように照明光吸収に関しては温度
センサにも鏡筒温度上昇として検出されるため、二重に
補正を行ってしまうという不都合もある。

〔課題を解決する為の手段〕

かかる問題点を解決する為本発明においては、温度セン
サにより投影光学系の保持部材の温度を測定し、投影光
学系内部の温度は温度センサの出力に基づいて投影光学
系の熱伝達特性を考慮した演算式を用いて求め、補正す
ることにした。さらに、投影光学系の照明光の吸収によ
る温度変化に対しては光電センサ等により入射エネルギ
ーを求め、投影光学系へのエネルギー蓄積を演算し、結
像特性の変化を求め補正する方式とするが、エネルギー
蓄積の演算についても上記投影光学系の熱伝達特性を考
慮に入れて行うことにより両者（投影光学系の鏡筒温度
変化によるレンズエレメントの温度変化と、照明光の吸
収によるレンズエレメントの温度変化）を分離して汲い
、二重制御をかけないようにした。

〔作　用］ 本発明においては、投影光学系保持部材の温度は直接温
度センサにより測定し、投影光学系へ入射する照明光の
エネルギーは光電センサ等で測定し、両者の測定結果を
基に両者が作用した時の投影光学系内部（特にレンズエ
レメント）の温度を推定し、それに基づき結像特性の補
正を行うため、チャンバ内の温度変化に基づく結像特性
の変化と、照明光の吸収による結像特性の変化を精度よ
く補正することができる。照明光の吸収による投影光学
系内部の温度上昇は、レンズエレメントが吸収した熱が
投影光学系保持部材を通って外部へ逃げていく現象を計
算することにより求められるが、チャンバ温度が変化し
、投影光学系保持部材の温度が変化して熱がレンズエレ
メントへ伝達する過程も、やはり投影光学系保持部材と
レンズエレメント間の熱のやりとりのため、照明光の吸
収についても外部の温度変化も同じ式で表せ計算できる
。

このため、投影光学系内のレンズエレメントのうち、結
像特性への影響が大きないくつかのレンズエレメントに
ついて上記計算を行い、それに対応した結像特性の変化
を求めて補正を行えば、従来のような問題がなく補正が
可能である。

〔実　施　例〕

第１図は、本発明の第１の実施例によるステッパーの主
要な構成を示したものである。以下、第１図を参照しな
がら本実施例の構成を説明する。

装置の主要部分は、内部の空気温度と湿度がほぼ一定に
保たれたチャンバ１の内部に設置されている。通常、こ
のチャンバ１はチャンバ空調装置Ｉ　Ｂ、、ＨＥ　Ｐ　
Ａ　（Ｈｉｇｈ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　Ｐａｒｔｉｃｌ
ｅ　Ａｉｒ）フィルターＩＣにより、チャンバ内の空気
温度を設定値に対して±０．１℃、湿度を設定値に対し
て±１５％程度に保つことができる０発熱源である光源
２は通常チャンバｌの外部に設置されており、光源２か
らの照明光はチャンバ１と隔離される窓（グイクロイッ
クミラー、ガラス板、又はレンズ等の光学部材等）ＩＡ
を介して入射し、シャッタ３Ａを通って照明光の強度を
露光エリア全域で均一にするための光強度−様化照明系
４を通り、ミラー５で反射された後、さらにコンデンサ
レンズ６を通りレチクルＲを照射する。レチクルＲは回
路パターン等が描かれたマスクで、レチクルＲを通過し
た照明光は、投影レンズ系７を介してウェハＷ上にレチ
クルＲ上のパターンを結像、転写する。ウェハＷはウェ
ハステージ部材（８，９Ｘ、９Ｙ）上に真空吸着されて
おり、順次移動しながらステップ・アンド・リピート方
式で露光されるようになっている。ウェハステージ部は
不図示の防振台上の定盤の上に設置されており、下から
順にＹ方向に１次元移動するＹステージ９Ｙ、Ｘ方向に
１次元移動するＸステージ９Ｘ、さらにウェハＷを載置
して上下（Ｚ）方向に微動するＺステージ（ウェハ・ホ
ルダを含む）８によって構成されている。

続いて、この種の装置に搭載されている結像特性の補正
機構の例を説明する。本実施例では、投影レンズ系７の
結像特性のうち、倍率と焦点位置の補正の場合を示して
いる。まず、倍率の補正機構としては投影レンズ系７の
内部の適当な１ケ所若しくは複数のレンズ間隔を密封し
た空気室１６を設けている。空気室１６の内部の空気圧
力をベローズポンプ、弁等で構成された圧力調整器１５
でコントローラｌＯより指示された所定の値に保つこと
により倍率コントロールを行う。一方、焦点位置の補正
は投影レンズ系７とウェハＷの距離を焦点検出系で計測
し、その計測値が一定値になるようにＺステージ８を駆
動する焦点合わせ機構にオフセットを持たせる方法で行
う、その焦点検出系は、ＬＥＤ、集光レンズ等から成る
投光器１７と、ＳＰＤ、集光レンズ等から成る受光器１
８とで構成されている。投光器１７は第１図に示してい
るように、ウェハＷに斜め上方から光線を入射し、その
反射光を受光器１８で受ける。ウェハＷが所定位置から
光軸方向にずれている場合、反射光がシフトしずれ量を
検出することができる。

ずれ量の信号はコントローラｌＯに送られ、コントロー
ラ１０はウェハＷが所定の位置に来るまで、ウェハステ
ージ部のＺステージ８を光軸方向へ駆動する駆動系１９
に信号を送り、常に投影レンズ系７とウェハＷの間隔を
一定に保つ、オフセットを持たせるのは反射光の光路を
光学素子（（ＩＩ斜可能な平行平板ガラス）によりシフ
トさせるか、ずれ量の信号に電気的にオフセットを持た
せる方法による０本実施例では、結像特性として倍率、
焦点位置を取り上げたが、補正すべき結像特性としては
デイスト−ジョン、像面湾曲等を考えることもできる。

また、補正手段としても本実施例の他に、投影レンズ系
７内の一部のレンズエレメントを光軸方向へ駆動する方
法、レチクルＲと投影レンズ系７の間隔を変える方法、
投影レンズ系７の上方又は下方空間に２枚の密封された
平行平板ガラスを設置し、その内部の圧力を変える方法
、或いはこれら各方法を適宜組み合わせた方法等が考え
られており、これらの方法を用いても同様である。

次に、本実施例の主要部分である投影光学系の保持部材
（以下、鏡筒と呼ぶ）の温度変化と、照明光の投影光学
系への吸収による温度変化とにより生じる結像特性の変
化を求める方法の原理の説明を行うが、その前に、従来
がらの技術として知られている照明光吸収のみによる結
像特性の変化を求める方法を簡単に説明する。

まず、簡略化して考えるためレンズエレメント１個の場
合について第２図に従って説明する。照明光の吸収によ
る結像特性の変化は主に吸収の大きいレンズ中心部と周
辺部との温度勾配により発生する０周辺部（鏡筒７Ａ）
の温度が一定と考えれば、温度勾配はレンズエレメント
２１の平均的な温度ＴＬの温度変化分ΔＴＬに比例する
と考えられる。つまり、結像特性の変化はΔＴＬと比例
関係にある。レンズエレメント２１は第２図の上方から
下方へ通過する照明光より熱ＩＱＩを吸収する。同時に
レンズエレメント２１は真鍮等の金属でできている鏡筒
７Ａに熱量ＱＯを放出している。レンズエレメント２１
に接している空気は熱伝導性が悪いので、空気への熱伝
導量はここでは無視する。レンズエレメント２１の温度
ＴＬは（Ｑｌ−ＱＯ）の熱量に比例して変化する。つま
り、ｔが成り立つ０以上と（１）、（２）弐より、ｔ が導ける。（３）式は、−階の微分方程式であるため、
時間毎の入力熱量Ｑ４の値が知れれば、（３）式を解く
ご七によりΔＴＬの値が求まる。（３）式の時刻【にお
ける一般解は、 ΔＴＬ（ｔ）＝ｅｘｌｌ（−ｔ／ＫＩＫ２）ΔＴ　Ｌ（
０）ｄ　【 が成り立つ、ここで、ｄＴＬ／ｄｔは、ＴＬの時間微分
を表しており、Ｋｌは比例定数である。また、レンズエ
レメント２１から鏡筒７Ａへ放出される熱ＩＱＯは両者
の温度差に比例する。つまり、ＱＯ＝に２・（ＴＬ　−
ＴＯ）　　　　　　　・・・・・・（２）が成り立つ、
、ここでに２は比例定数、ＴＯは鏡筒７Ａの温度である
。しかし、ここでは鏡筒７Ａの温度は一定と過程してい
るため、ＴＬ　−Ｔｏ　＝ΔＴＬとなる。また、ｄＴＬ
／ｄｔ＝ｄΔＴＬ／ｄとなる。ここでΔＴＬ（０）は積
分の初期値に相当して、τにはそのときの時刻ｔが代入
される。この（４）式は外部から熱ＮＱＩがレンズエレ
メント２１に入った時に生じる平均温度変化量ΔＴＬを
表している０時間毎の熱ＩＱＩの値は、例えば照明光の
強度を５ＰＤ（シリコン・ホトダイオード）等で測定す
ることで求めることができ、（３）式は良（知られてい
る数値解法により解くことができ、（４）式に相当する
解が得られる０以上説明した方法はレンズエレメントの
平均的な温度変化量ΔＴＬをレンズニレメン）２１の内
部の温度が一定温度ＴＬとして計算したものであるが、
厳密に熱の拡散を計算して温度勾配を求める方法がより
正確であり、この方法も可能ではあるが、非常に複雑で
あり、また上記の方法で十分精度が得られるため、本方
法で十分である。

次に、（４）式を実際の投影レンズ系７に適用する場合
の説明を以下に行う、まず、（４）式の定数に！、Ｋ２
を求めなければならない、これにはΔＴＬとＱＴの関係
を知る必要があるが、実際にはΔＴＬに比例した結像特
性の変化量を直接測定し、Ｑｌとの関係からＫｌ　、Ｋ
２を決定する。つまり、（４）式のΔＴＬにあたる量が
実際には結像特性の変化量と考えて良い、ここでも、厳
密には投影レンズ系内部の各レンズエレメント全てに（
４）式を用意してその合計で結像特性の変化量を求めな
ければならないが、結像特性に影響を及ぼすレンズエレ
メントは投影レンズ系の一部であり、複数のレンズエレ
メントをひとまとめの式と考えることもできるため、１
個〜３個程度の（４）式の組を用意し、その和を求める
だけで十分である０以上のようにして結像特性の変化量
を算出し、倍率については、倍率変動をキャンセルする
方向にコントローラ１０から圧力調整器１５に圧力信号
を送り、焦点位置変化に対しては追従する方向に受光器
１８にオフセット信号を送り、補正を行う。

次に、上記照明光吸収による結像特性変化を求める原理
的な方法を基に、鏡筒温度の変化を含めた本実施例の場
合を説明する。上記の方法は鏡筒温度一定としたが、鏡
筒温度をＴＣとし、基準となる温度をＴＯとすると、（
２）式は、ＱＯ＝に２・（ＴＬ　−ＴＣ）　　　　　　
・・・・・・（５）となる。ここで、レンズエレメント
２１の平均温度の変化量ΔＴＬ、鏡筒温度の変化量ΔＴ
Ｃはそれぞれ、 ΔＴＬ　＝ＴＬ　−ＴＯ・・・・・・（６）ΔＴＣ＝Ｔ
Ｃ−Ｔｏ　　　　　　　　・・・・・・（７）とする、
これより、（５）式は、 ＱＯ＝に２・（ΔＴＬ−ΔＴＣ）　　　　・・・・・・
（８）となる、また前記のようにｄＴＬ／ｄＬ＝ｄΔＴ
Ｌ　／ｄ　ｔより、前記の（３）式にあたる式は、ｄｔ ＋　　（Ｋ２・　Ｑｌ　　　＋に１・　Ｋ２・Δ　ＴＣ
ン　　　　　　・・・・・・【９）となる、同様に（９
）式の時刻ｔにおける一般解は、ＡＴＣ（ｔ　）　＝ｅ
ｘｐ（−ｔ／ＫＩＫ２）ΔＴ　Ｌ　（０）・・・・・・
ＯＩ となる、００式は外部から熱量（照明エネルギー量）Ｑ
Ｉと、温度変化量ΔＴＣとがレンズエレメント２１に入
った時に生じる平均温度変化量ΔＴＬを表しており、本
発明の第１演算手段に対応する。（９）式も（３）式と
同様に数値計算で解くことができ、ＯＩ式に相当する解
が得られる。ところで、温度変化による結像特性の変化
の主な原因としては、レンズエレメントの温度上昇によ
る屈折率の変化が考えられる。この現象に基づく結像特
性の変化量をΔＸＴとすると、この量はレンズエレメン
ト２１の平均的な温度変化蓋ΔＴＬに比例すると考えて
良い。一方、前記のように照明光の吸収による結像特性
の変化は温度勾配によるもののため、レンズエレメント
の平均的な温度ＴＬとａｍ温度ＴＣとの差と考えて良い
。照明光吸収による結像特性の変化量をΔＸＬとすると
、変化量ΔＸＬは温度差（ＴＬ　−ＴＣ）に比例する。

つまり、（ΔＴＬ−Δ’ｒＣ）に比例する０以上のこと
がらに３、Ｋ４を係数とすると、 ΔＸＴ＝に３・ＡＴＣ・・・・・・００ＡＸＬ　−に４
−　（ＡＴＬ　−ＡＴＣ）　　　・−・・０２１と表せ
る。ＡＴＣは００１式（又は（４）式）により求められ
、ＡＴＣは温度測定器１３により直接求まるため、ΔＸ
Ｔ、ΔＸＬは一義的に決定される。

ところで実際の投影レンズ系７全体での結像特性の変化
は、レンズエレメントのいくつか（ｎ個）の和で表わせ
る。投影レンズ系７全体での２つの原因による変化量を
それぞれΔＸＴ、ΔＸＬとすると、総合結像特性変化量
ΔＭは、以下のように表わせる。

ｋｌ　　　　　　ｉ−１ ・・・・・・０３１ この０式において、ｎは理論的には投影レンズ系７内の
レンズエレメントの数だけ必要であるが、実用上の精度
等を考慮すると１〜４個程度で十分である。ここで（１
３１式は本発明の第２演算手段での計算式に相当する。

サテ、ＡＸＴｉ、　ΔＴＬｉはＱｌ）、　０２１式から
次のように表わされる。

ΔＸＴｉ＝に３ｉ・ΔＴＬｉ　　　　　　　・旧・・０
４ΔＸＬｉ＝に４ｉ　（ΔＴＬｉ−ΔＴＣｉ　）　　・
・・・・・いまだ００式は、 ΔＴＬｉ（ｔ）　＝ｅｘｐ（ｔ／Ｋ１１−に２ｉ）ΔＴ
Ｌｉ（０）二の側、０５１．　ａｓ式において未知の係
数はＫｌｉ、Ｋ２ｉ、　Ｋ３ｉ％に４ｉであり、これは
予め実験や測定等で求めておく必要がある。

またΔＴＣｉは鏡筒７Ａの温度センサがｎ個必要なこと
を意味する。この場合、００式、又は０６）式で特定し
たレンズエレメントを保持する鏡筒部分近傍に各温度セ
ンサを取り付ければよい、００式、又は００式は投影レ
ンズ系７内のレンズエレメントのうち温度変化に対して
比較的大きく光学特性が変動するエレメント（又はエレ
メント群）のｎ個を選んで設定しである。

さて、次に００式の係数（パラメータ）　Ｋｌｉ、　Ｋ
２ｉ、　Ｋ３ｉ、　Ｋ４ｉを求める手順を簡単に説明す
る。

これらパラメータの求め方は、まず照射（露光）を行わ
ずチャンバの設定温度を変えてΔＴＣｉとΔＸＴｉの関
係を調べる。この時、０６１式のに２しＱｌ（τ）の項
及び０９式の ・・・・・・Ｏω と表わせる。

ΣＸＬｉの項は無視でき、変動量よりパラメータｉた１ Ｋｌｌ、　Ｋ２ｉ、　Ｋ３ｉを求めることができる。具
体的には照射を行わずに投影レンズ系７全体の温度が十
分に安定した状態からスタートし、チャンバの設定温度
を一定量（例えば０．２°Ｃ）変更し、変更後の結像特
性変化の過渡特性をみるために、適当な時間毎にテスト
レチクル上の複数点に形成された解像力や倍率、デイス
ト−ジョンチエツク用のマークパターンの投影像位置を
、例えば特開昭６３−８１８１８号公報に開示された方
法で計測する。この場合、レチクルＲ（テストレチクル
）を介した照射は全く行なわれていないので、０ω式の
（ΔＴＬｉ−ΔＴＣｉ）は零になり、０６１式中のＱｌ
（τ）も零の状態が続いているため０４式はΔＸＴｉ（
Ｏ）＝ΔＴＬｉ（０）・Ｋ３ｉとして次のように表わさ
れる。

Ａ　ＸＴｉ＝ｅｘｐ（−ｔ／Ｋ１１−に２ｉ）　ΔＸＴ
ｉ（０）・・・・・・Ｇ′Ｉ） （ただしΔＸＴｉ（０）は変動量の初期値）さ、らにテ
ストレチクルを用いた計測により、総合結像特性変動量
ΔＭが求まっているから、０９式となり、ΔＴＣｉに対
する各経過時間毎のΔＸＴの各測定データ値に基づいて
、例えば最小二乗誤差近似で、３つのパラメータＫｌｉ
、　Ｋ２ｉ、　Ｋ３ｉを決定する。パラメータＫＮ、に
２ｉ、に３ｉが決まったところで照明光を照射し、総合
結像特性変動量（ΔＸＴ　−１４ＸＬ　）とΔＴＣ、Ｑ
ｌ　ノ関係より、残りに４ｉを求める。始めから（ΔＸ
Ｔ＋ΔＸＬ）とΔＴＣ、Ｑｌの関係を調べることにより
パラメータＫｌｉ、、に２ｉ、　Ｋ３ｉ、　Ｋ４ｉを求
めることができるが、先の方法の方が一度に求めるパラ
メータの数が少なく精度良く求められる。

以上は、−船釣な場合の説明であるが、通常温度変化に
より屈折率が変化し易いレンズエレメントと、照明光を
吸収し易いレンズエレメントとは異なる場合が多く、よ
り簡単な形の演算式で補正を行うことができる。つまり
、温度変化による屈折率の変化のみが問題となるレンズ
エレメントについては照明光の吸収はないと考え、ＱＺ
式は無視して良く、また０ｍ式のに２・ＱＨτ）も無視
できる。

このため、対応するレンズエレメントのΔＸＴｉはａ″
ｒ）式のように表わされ、対応するレンズエレメントの
みの変動量はΔＸＴとなる。また、照明光吸収のみが問
題となるレンズエレメントについては００式が無視でき
る。より簡略化するために、照明光吸収による温度上昇
が鏡筒温度変化に比べて十分大きく、鏡筒温度変化を無
視できる場合は、６０式の代りに（４）弐を使えば良い
、この場合、パラメータの求め方も簡単となり、まず照
射を行わずチャンバの設定温度の変更を行い、０式のパ
ラメータＫｌｉ、　Ｋ２ｉ、　Ｋ３ｉ、の決定を行う、
その後、０り、０式に基づいてΔＭを算出し、このΔＭ
が補正されるように圧力調整器１５を作動させつつ照射
を行えば、残りの照明光吸収分のみに対応した変動が表
われるので、照明光吸収による結像特性変化のパラメー
タに４ｉが決定できる。

次に、第１図、第２図を参照しなから鏡筒温度の測定法
と、照明光のエネルギーＱ１を求める方法の説明を行う
。温度センサ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃは直接鏡筒の金属
に張りつけられている。鏡筒７Ａの温度勾配が問題とな
る場合は、温度センサ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを鏡筒の
内側に直接設置しても良い。温度センサの内部の構造は
第２図に示しであるように測温体２２が鏡筒７Ａに接し
て取りつけられる。測温体は例えば白金抵抗体、サーミ
スタ、熱電対等を用いることができる。測温体２２は熱
伝導性の良いサーマルコンパウンド２３により覆われて
おり、測温体２２が鏡筒７Ａと同じ温度になるようにし
である。これらは温度センサカバー２５により保護され
ている。さらに、外部の温度変化を遮断するため、温度
センサカバ−２５内部の空間２４に断熱材を充填しても
良い。

温度センサ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの取り付は位置は、
温度変化による屈折率変化の大きいレンズエレメントの
保持部分近傍が望ましく、個数は００式の数、すなわち
、００式のｉ（１〜４）の数だけ用いるのが望ましいが
、精度が保証できる範囲で減らすことも可能である。温
度センサ１４Ａ、１４Ｂ、１４ｃからの各測定信号は、
温度測定器１３により所定の基準温度Ｔｏからの温度変
化量ΔＴＣ４に変換され、温度変化量ΔＴＣｉの各情報
はコントローラｌＯへ送られる。

一方、照明光のエネルギーＱｌ（ｔ）についてはレチク
ルＲの交換毎、或いはレチクルＲのパターン転写領域を
制限するレチクルブラインドの位置変更毎に、ステージ
９Ｘ、９Ｙに設けられた照度センサ１１を投影レンズ系
７の下へ移動させ、レチクルＲのパターン転写領域を通
って投影像面に達する照明光のエネルギーＥを求め、こ
のＥをＱｌの測定に用いる。０［０式又は０６１式に用
いる時間関数としてのＱＴ（ｔ　）は、シャッタ３Ａの
開閉状態によりＱｌ（ｔ）萬０、またはＱｌ（ｔ）＝Ｑ
Ｉとなるため、コントローラ１０はシャッタ制御回路３
Ｂからシャツタ開閉状態に関する情報を入力する。

上記のようにコントローラｌＯは、照度センサ１１及び
シャッタ制御回路３Ｂより信号を得てＱ４（１）を計算
する。コントローラｌＯは、ΔＴＣｉ及びＱｌ（ｔ）よ
り総合結像特性変動量ΔＭを計算する０通常、コントロ
ーラ１０は温度変化、照明光吸収以外の原因についても
補正を行っている。

大気圧力、チャンバ空気温度（鎖部温度ではない空気の
温度）、湿度等の環境条件を測定器１２で測定し、この
信号をコントローラ１０に送る。これらの計測値は略リ
アルタイムで結像特性に影響を及ぼすので、環境条件変
動に比例した結像特性の変動を示すため、予め実験若し
くはシミュレーション等で求めた比例定数に５に従い結
像特性の総合変化量をに５・ΔＭの演算で計算する。

次に、コントローラ１０内に設けられた各種演算式によ
る代表的な制御の流れを第３図を参照してさらに説明す
る。第３図はコントローラ１０内の演算プロセッサーが
実行するプログラムにも相当している。

まずステップ１００において照明光のエネルギーＱｌを
測定する。ステップ１００は通常レチクルＲの交換のた
びに実行されるが、光源がエキシマレーザのようにパル
ス毎に強度変化するものは、あらかじめ測定しておくこ
とができないため、露光光の一部をレチクルの手前で分
岐させて、常に光量モニターしておく必要がある。

ステップ１０４ではシャッター３Ａの開閉状態の情報が
作られる。ここで光源２が連続発光する場合、開閉情報
の作り方と、しては２通りの方法が考えられる。その１
つは特開昭６０−７８４５４号公報にも開示されている
ように、一定のサンプリング時間Ｔｓ（５〜１０秒間）
内のシャッター開時間のデエーティ比Ｄｕ（０〜１．０
）を作り出す方法であり、もう１つは特開昭６３−５８
３４９号公報に開示されたように、シャッターの最低量
時間よりもさらに短い一定間隔（１〜５−ｓｅｃ　）毎
に、シャッター３Ａが開いているときは論理値「１」、
閉じているときは論理値［ＯＪをサンプリング値Ｄｓと
して作り出す方法である０本実施例では後者の方法を採
用して、はぼリアルタイムな演算が可能である。

尚、その他シャッター３Ａの開閉情報の作り方としては
、シャッター３Ａの開時間の値Ｔｏをシャッター閉成時
に出力し、シャッター３Ａの閉時間の値Ｔｃをシャッタ
ー開放時に出力する方法もある。

次のステップ１０６では、入力したシャッタ開閉Ｗ報Ｄ
ｓ、エネルギー已に基づいて、サンプリング時における
入力エネルギー量、すなわち入力熱量Ｑｌ（ｔ）を算出
する。ここでＤｓ＝ｒｌ」のときはＱｌ（Ｌ）＝ＱＩ　
＝Ａ−Ｅ　（ここでＡは係数）となり、Ｄｓ＝ｒＱ」の
ときはＱｌ（ｔ）＝０となる。尚、他の開閉情報の作り
方を採用する場合、デエーティ比Ｄｕを用いるときは各
サンプリング時間Ｔｓ毎にＱｌ　＝Ａ’Ｅ−Ｄｏ　　（
ただしＡｏは係数）を計算し、シャッター開時間Ｔｏ、
閉時間Ｔｃを用いるときは、Ｔｏが出力された時点でＱ
ｌ　＝Ａ−Ｅ−Ｔｏ　　（ただしＡ８は係数）を計算し
、Ｔｃが出力された時点でＱｌ−０を出力するようにす
る。またパルス光の場合は、一定のサンプリング時間（
３〜５秒）Ｔｓ毎に以上のステップ１００〜１０６は、
本発明の入力手段を構成する。

さて、次のステップ１０８では、その時点で温度センサ
により計測（ステップ１１０）された温度変化量ΔＴＣ
ｉと、ステップ１０６で計算されたＱｌ（ｔ）とを０６
１式に代入（実際には微分方程式を数値計算することに
より演算）し、各レンズエレメントに対応したｎ個（＋
＝１．２・・・ｎ）の式を計算して、各エレメント毎の
平均的な温度変化量ΔＴＬｉ（ｔ）を求める。

引き続きコントローラ１０の計算器は、ステップ１１２
で０４式、０５）式の計算を行なう、この際、先にも説
明した通り、特定したレンズエレメントによっては０９
式が無視できるものもあるが、それば計算器内で予め設
定しておけばよい０以上のステップ１０８は本発明の第
１演算手段に対応し、ステップ１１２以降は第２演算手
段に対応する。

次のステップ１１４では、０式に基づいて総合結像特性
変化量ΔＭを計算し、その他の環境条件による変動も同
時に補正する場合は、ステップ１１６で環境測定値に応
じて変化する係数に５を取り込んで、最終的な変化量に
５・ΔＭを圧力調整器１５、焦点検出系１８へ出力する
。圧力調整器１５は、その変化ＩＫ５・ΔＭに対応した
倍率誤差を打ち消す方向に圧力値を補正し、焦点検出系
１８は、その変化ｌＫ５・ΔＭに対応した焦点誤差を打
ち消す方向にオフセットを働かせる。

以上の実施例では、温度変化による結像特性変化をレン
ズエレメントの屈折率変化と考えていたが、他にレンズ
エレメントの形状変化、鏡筒の熱膨張、装置の熱膨張に
よるレチクルとレンズ間隔或いはウェハとレンズ間隔の
変化、または鏡筒内部の空気温度の変化等が考えられる
。しかしながら、本実施例による方法では、結像特性の
変化と温度変化を熱伝達の式である００式又は００式に
より対応付けて（０ω、０６）式中の各パラメータは実
際の結像特性変化と温度変化により求めて）いるため、
原因が何であれ熱変化に起因するものは全て含まれてい
る。この場合、温度センサを熱膨張が問題となる装置部
分に貼り付けて、結像特性の変動と温度変化との対応を
付けて（予め実験等で対応付けた式を用いて）補正を行
うこともできる。このことより、上述のレンズエレメン
トの屈折率変化以外の原因に対しても十分対応できる。

また、投影レンズ系７のみを他の装置とは別に温度調整
を行う方法も提案されているが、完全に温度ｍ整を行う
ことは困難であるため、本実施例の方法と併用すると良
い。

以上、本発明の実施例では、照明光による温度上昇と、
周囲温度変化に基づく鏡筒温度変化とは、温度現象であ
るために単純な加法計算が成り立たず、両者を同時に計
算式中に取り込んで演算する手法をとった。しかし互い
の変化が微小で単純な加法計算が成り立つ場合は、照明
光の吸収で生じる温度上昇に起因した結像特性変化と、
周囲温度変化、鏡筒温度変化に基づ（結像特性変化とを
別々に求め、単純に加え合わせてもよく、この方法の方
が簡単である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、外部温度による投影光学
系の結像特性変化を熱伝達の式により求めて結像特性の
補正をしているため、従来提案された外部温度と比例し
た単純な補正方法に比べ精度良く補正が行える。また、
照明光吸収による温度上昇と外部温度変化による温度変
化とは同じ熱現象のため、温度測定のみによる補正では
不都合が生じるが、本発明においては照明光のエネルギ
ーと鏡筒（保持部材）の温度とをそれぞれ測定し、その
両者より熱伝達特性に基づいた演算により投影光学系内
部（レンズエレメント）の温度を推定して結像の変動量
を補正するため、かかる不都合が全くなく、しかも２重
の補正にならないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による縮小投影型露光装置（ス
テッパー）の構成を示す概略図、第２図は実施例による
投影光学系の一部の構造を示す断面図、第３図は補正制
御の代表的な演算シーケンスを示すフローチャート図で
ある。 〔主要部分の符号の説明〕 ７・・・投影光学系、 １０・・・コントローラ、 １１・・・照度センサ、 １３・・・温度測定器、 １４Ａ〜１４Ｃ・・・温度センサ、 １５・・・圧力調整器、 １６・・・空気室、 １８・・・受光器（ウェハ位置検出器）、Ｒ・・・レチ
クル、 Ｗ・・・ウェハ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定のパターンが形成されたマスクを照明手段により照
   明し、該パターンの像を投影光学系を介して感光基板上
   に所定の結像状態で投影する装置において、前記投影光
   学系に入射する照明エネルギーの量に対応した値を入力
   する入力手段と；前記投影光学系内の光学部材を保持す
   る部材の少なくとも１ヶ所の温度変化を測定する測定手
   段と； 前記入力手段により入力された値と前記測定手段により
   測定された温度変化とに基づいて、前記投影光学系内の
   光学素子の温度変化を前記投影光学系の熱伝達特性に基
   づいて算出する第１演算手段と； 該算出された前記光学素子の温度変化に基づいて、前記
   投影光学系の結像特性の変動量を算出する第２演算手段
   と； 該算出された結像特性の変動量に基づいて前記感光基板
   上のパターン像の結像状態を補正する補正手段とを備え
   たことを特徴とする投影光学装置。