JPH07147224A - Projection aligner - Google Patents

Projection aligner

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JPH07147224A
JPH07147224A JP5296425A JP29642593A JPH07147224A JP H07147224 A JPH07147224 A JP H07147224A JP 5296425 A JP5296425 A JP 5296425A JP 29642593 A JP29642593 A JP 29642593A JP H07147224 A JPH07147224 A JP H07147224A
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JP
Japan
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mask
optical system
wafer
amount
projection
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JP5296425A
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Tsuneo Miyai
恒夫 宮井
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70358Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To excellently correct the fluctuation amount of image formation characteristics which is generated by thermal deformation of a mask, in a projection allgner of, in particular, a scan exposure system. CONSTITUTION:A slit-shaped illumination region on a mask R is illuminated with an illumination light from a light source 1, a pattern image in the illumination region is projected and exposed on a wafer W through a projection optical system PL, and the wafer W is scanned in the X direction simultaneously with the scanning of the mask R in the X direction. The relative velocity between the mask R and atmospheric gas is approximately measured from the measured value of an interferometer 16, and the thermal deformation amount of the mask R is measured from the relative velocity, irradiation energy to the mask R, etc. Then the change amount of image formation characteristics caused by the thermal deformation amount is cancelled via an image formation characteristics control part 12.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子等を
フォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される結像
特性の補正機能を有する投影露光装置に関し、特に露光
する際にマスクと感光基板とを同期して走査しながらそ
のマスクのパターン像を逐次感光基板上に露光する所謂
スリット・スキャン露光方式又はステップ・アンド・ス
キャン方式の投影露光装置に適用して好適なものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus having a function of correcting an image forming characteristic used when manufacturing a semiconductor element or the like in a photolithography process, and more particularly, to a mask and a photosensitive substrate for exposure. Is suitable for application to a so-called slit scan exposure system or step-and-scan system projection exposure apparatus that sequentially exposes the pattern image of the mask onto the photosensitive substrate while scanning in parallel.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路等を製造するためのフォ
トリソグラフィ工程において、フォトマスク又はレチク
ル(以下、「マスク」と総称する)のパターン像をフォ
トレジスト等が塗布されたウエハ(又はガラスプレート
等)の上に露光する投影露光装置が使用されている。斯
かる投影露光装置では、転写対象の回路パターンが益々
微細化するのに応じて、投影光学系による投影像の結像
特性の変動量の許容範囲が狭くなっている。そこで、従
来、投影露光装置においては、投影光学系が照明光を吸
収することによって生じる結像特性(例えば、倍率、焦
点位置等)の変動量を補正するために、特開昭60−7
8455号公報又は特開昭63−58349号公報等に
開示されているように、投影光学系に入射する光量を検
出し、検出した光量に応じて投影光学系の結像特性の変
動量を補正する結像特性補正機構が備えられていた。
2. Description of the Related Art In a photolithography process for manufacturing a semiconductor integrated circuit or the like, a wafer (or a glass plate or the like) on which a pattern image of a photomask or a reticle (hereinafter referred to as "mask") is coated with a photoresist or the like. A) a projection exposure apparatus is used to expose the above. In such a projection exposure apparatus, as the circuit pattern to be transferred is further miniaturized, the allowable range of the variation amount of the image forming characteristic of the projection image by the projection optical system is narrowed. Therefore, in a conventional projection exposure apparatus, in order to correct a variation amount of image forming characteristics (for example, magnification, focal position, etc.) caused by absorption of illumination light by a projection optical system, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-7 has been proposed.
As disclosed in Japanese Patent No. 8455 or Japanese Patent Laid-Open No. 63-58349, the amount of light incident on the projection optical system is detected, and the fluctuation amount of the imaging characteristic of the projection optical system is corrected according to the detected light amount. The image forming characteristic correcting mechanism is provided.

【0003】例えば特開昭60−78455号公報に開
示された機構を簡単に説明すると、投影光学系の結像特
性の変動特性に対応するモデルを予め作っておき、ウエ
ハが載置されるウエハステージ上の光電センサ等により
所定時間間隔で投影光学系に入射する光エネルギーの量
を求め、この光エネルギーの量の積分値をそのモデルに
当てはめて結像特性の変動量を計算するものである。こ
の場合、投影光学系に入射する光エネルギーの積分値を
求めるための露光時間は、例えば照明光の開閉を行うた
めのシャッタが開状態にあることを示す信号を常時モニ
タすることにより算出されるため、そのモデルに従って
現在の投影光学系の結像特性の変動量を算出でき、この
変動量に基づいて補正を行うというものである。これに
より、投影光学系の照明光吸収による結像特性の変動の
問題は、一応解決されている。
The mechanism disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-78455 will be briefly described. A wafer corresponding to the variation characteristic of the image forming characteristic of the projection optical system is prepared in advance and the wafer is placed on the wafer. The amount of light energy incident on the projection optical system is calculated at a predetermined time interval by a photoelectric sensor on the stage, and the integrated value of this amount of light energy is applied to the model to calculate the amount of fluctuation of the imaging characteristics. . In this case, the exposure time for obtaining the integrated value of the light energy incident on the projection optical system is calculated, for example, by constantly monitoring the signal indicating that the shutter for opening and closing the illumination light is in the open state. Therefore, it is possible to calculate the current variation amount of the imaging characteristic of the projection optical system according to the model, and perform the correction based on this variation amount. As a result, the problem of the change in the image forming characteristic due to the absorption of the illumination light of the projection optical system has been solved.

【0004】しかしながら、照明光はマスクをも通過す
るため、マスクが照明光吸収によって熱変形し、これに
よっても結像特性が変化するという不都合がある。特
に、マスクは、クロム膜等の遮光膜によりパターンが描
かれているため、透過率の高いガラス基板部と異なり遮
光膜での熱吸収が大きい。更に、近年光学系のフレア防
止の目的でマスク上の遮光膜を低反射化する技術が採用
される傾向にあるが、これにより遮光膜での熱吸収は更
に増加する。
However, since the illumination light also passes through the mask, the mask is thermally deformed by the absorption of the illumination light, which also causes a problem that the image forming characteristic is changed. In particular, since the mask has a pattern formed by a light-shielding film such as a chrome film, the light-shielding film absorbs a large amount of heat unlike the glass substrate portion having a high transmittance. Further, in recent years, there is a tendency to adopt a technique of reducing the reflection of the light-shielding film on the mask for the purpose of preventing flare of the optical system, but this further increases heat absorption in the light-shielding film.

【0005】また、マスクの遮光膜による回路パターン
は、マスク全体に均一に分布しているとは限らず、偏っ
て分布していることもある。この場合、マスクは局所的
に温度が上昇し、非等方的な歪を発生する可能性があ
る。また、可変視野絞り(レチクルブラインド)等を用
いてマスクの一部のパターンのみを露光するような場合
にも、同様に非等方的な歪が生じ得る。このように発生
したマスクの歪により、投影される像にも非等方的な歪
が生じることとなる。この場合には、倍率成分のみの補
正では不十分である。
Further, the circuit pattern formed by the light-shielding film of the mask is not always uniformly distributed over the entire mask but may be distributed unevenly. In this case, the temperature of the mask locally rises and anisotropic strain may occur. Also, when exposing only a part of the pattern of the mask using a variable field stop (reticle blind) or the like, anisotropic distortion may similarly occur. The distortion of the mask thus generated causes anisotropic distortion in the projected image. In this case, it is not sufficient to correct only the magnification component.

【0006】また、マスクの熱変形に関して、使用して
いるマスクの種類により熱変形量、ひいては結像特性の
変化量が異なるために、一律に補正することは困難であ
る。つまり、例えば投影露光装置の出荷時の結像特性の
調整に用いたマスクの、熱変形による結像特性の変動量
は、その投影露光装置の結像特性の変動特性として認識
して、補正を行うことができるが、他のマスクを使用す
ると熱変形量が異なるために正確な補正ができなくな
る。
Further, regarding the thermal deformation of the mask, it is difficult to uniformly correct it because the amount of thermal deformation, and hence the amount of change in the imaging characteristics, differs depending on the type of mask used. That is, for example, the variation amount of the image formation characteristic of the mask used for adjusting the image formation characteristic of the projection exposure apparatus at the time of shipping is recognized as the variation characteristic of the image formation characteristic of the projection exposure apparatus and corrected. However, if other masks are used, the amount of thermal deformation will be different and accurate correction will not be possible.

【0007】特に、マスクを次々に交換して露光を行う
場合、各々のマスクの熱変形量を考慮しないと結像特性
の変動量が累積して大きな誤差となり得る。この対策と
して、例えばマスクを一定温度に冷却する方法が考えら
れるが、マスクのガラス表面の温度とクロム膜等の遮光
膜の温度とは等しくできないので、全体を一様に熱分布
無しに冷却することは極めて困難である。また、冷却は
熱伝導を伴う現象であるため応答性が悪く、照明光を開
閉するためのシャッタの開閉動作に追従できない等の問
題もあり、非現実的である。このようにマスクの熱変形
によって発生する光学特性の変化に対し良好に補正を行
い得る投影露光装置は特開平4−192317号公報に
開示されている。
In particular, when the masks are exchanged one after another and the exposure is performed, if the thermal deformation amount of each mask is not taken into consideration, the variation amount of the image forming characteristic may be accumulated and cause a large error. As a countermeasure against this, for example, a method of cooling the mask to a constant temperature can be considered, but since the temperature of the glass surface of the mask and the temperature of the light-shielding film such as a chrome film cannot be equal, the whole is cooled uniformly without heat distribution. Is extremely difficult. Further, since cooling is a phenomenon involving heat conduction, the response is poor, and there is a problem that it cannot follow the opening / closing operation of the shutter for opening / closing the illumination light, which is unrealistic. A projection exposure apparatus capable of satisfactorily correcting the change in the optical characteristics caused by the thermal deformation of the mask is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-192317.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
結像特性の補正方法は、一括露光方式(フル・フィール
ド方式)を前提として提案されたものである。ところ
が、近年、マスクのパターン領域をスリット状に照明
し、そのスリット状の照明領域に対してマスクを走査
し、マスクの走査と同期してそのスリット状の照明領域
と共役な露光領域に対してウエハを走査することによ
り、マスクのパターンを逐次ウエハの各ショット領域上
に投影露光する、所謂ステップ・アンド・スキャン露光
方式、又はスリット・スキャン露光方式(以下、「スキ
ャン露光方式」という)の投影露光装置が開発されてい
る。このスキャン露光方式では、走査方向に関しては投
影光学系のフィールドサイズの制限を受けずに大面積の
露光が行えるという利点がある。
However, the conventional method of correcting the image forming characteristic has been proposed on the premise of the collective exposure method (full field method). However, in recent years, the pattern area of the mask is illuminated in a slit shape, the mask is scanned with respect to the slit-shaped illumination area, and the exposure area conjugate with the slit-shaped illumination area is synchronized with the scanning of the mask. The so-called step-and-scan exposure method or slit-scan exposure method (hereinafter, referred to as "scan exposure method") projection in which the mask pattern is sequentially projected and exposed on each shot area of the wafer by scanning the wafer. Exposure equipment has been developed. This scan exposure method has an advantage that a large area can be exposed without being restricted by the field size of the projection optical system in the scanning direction.

【0009】このようなスキャン露光方式においては、
露光時にマスクが照明領域に対して走査されるため、マ
スクに関して考慮すべき要素(マスク走査に伴うマスク
の冷却効果等)が増加したことになり、マスクの熱変形
量の算出が一括露光方式の場合に比べて複雑になるとい
う不都合がある。本発明は斯かる点に鑑み、特にスキャ
ン露光方式の投影露光装置において、マスクの熱変形に
よって発生する結像特性の変動量を良好に補正できるよ
うにすることを目的とする。
In such a scan exposure system,
Since the mask is scanned with respect to the illumination area during exposure, the factors to be considered for the mask (such as the mask cooling effect accompanying mask scanning) have increased, and the calculation of the thermal deformation amount of the mask is performed by the batch exposure method. There is an inconvenience that it becomes more complicated than the case. The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to make it possible, particularly in a scan exposure type projection exposure apparatus, to satisfactorily correct the amount of variation in the imaging characteristics caused by thermal deformation of the mask.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明に係る投影露光装
置は、例えば図1に示すように、転写用のパターンが形
成されたマスク(R)上の所定の照明領域を照明する照
明光学系(1〜7)と、マスク(R)のパターン像を感
光基板(W)上に投影する投影光学系(PL)と、マス
ク(R)を保持してその照明領域に対してマスク(R)
を走査するマスクステージ(RST)と、感光基板
(W)を保持してその所定の照明領域と共役な領域に対
して感光基板(W)を走査する基板ステージ(WST)
とを有し、マスクステージ(RST)を介してマスク
(R)を所定速度で走査するのと同期して基板ステージ
(WST)を介して投影光学系(PL)の投影倍率に応
じた速度で感光基板(W)を走査することにより、マス
ク(R)のパターン像を逐次感光基板(W)上に投影露
光する投影露光装置において、投影光学系(PL)の結
像状態を補正する結像状態補正手段(12)を有する。
A projection exposure apparatus according to the present invention is, for example, as shown in FIG. 1, an illumination optical system for illuminating a predetermined illumination area on a mask (R) on which a transfer pattern is formed. (1 to 7), a projection optical system (PL) for projecting a pattern image of the mask (R) onto the photosensitive substrate (W), and a mask (R) for holding the mask (R) and illuminating the area.
Stage (RST) which scans the photosensitive substrate (W) and a substrate stage (WST) which holds the photosensitive substrate (W) and scans the photosensitive substrate (W) with respect to a region conjugate with the predetermined illumination region.
And scanning the mask (R) at a predetermined speed via the mask stage (RST), at a speed corresponding to the projection magnification of the projection optical system (PL) via the substrate stage (WST) in synchronization with the scanning. In a projection exposure apparatus that sequentially scans and exposes a pattern image of a mask (R) on a photosensitive substrate (W) by scanning the photosensitive substrate (W), image formation for correcting the image formation state of a projection optical system (PL) It has a state correction means (12).

【0011】更に、本発明は、マスク(R)とこのマス
クに接する気体との相対速度を測定する相対速度測定手
段と、この相対速度測定手段の測定結果及びマスク
(R)に対するその照明光学系からの照射エネルギーよ
り、マスク(R)の熱変形量を算出する変形量算出手段
(20)と、この熱変形量算出手段の算出結果に基づい
て結像状態補正手段(12)を介して投影光学系(P
L)の結像状態を補正する制御手段(20)とを設けた
ものである。
Further, according to the present invention, the relative velocity measuring means for measuring the relative velocity of the mask (R) and the gas in contact with the mask, the measurement result of the relative velocity measuring means and the illumination optical system for the mask (R). The amount of thermal deformation of the mask (R) is calculated from the irradiation energy from the deformation amount calculation means (20), and projection is performed via the imaging state correction means (12) based on the calculation result of this thermal deformation amount calculation means. Optical system (P
The control means (20) for correcting the image forming state of L) is provided.

【0012】この場合、マスクステージ(RST)の位
置を計測するマスク側位置計測手段(15,16)を設
け、このマスク側位置計測手段がその相対速度測定手段
を兼用するようにしてもよい。また、その相対速度測定
手段として、例えば図7に示す風速計(35)を使用し
てもよい。
In this case, mask side position measuring means (15, 16) for measuring the position of the mask stage (RST) may be provided, and the mask side position measuring means may also serve as the relative speed measuring means. Further, as the relative speed measuring means, for example, the anemometer (35) shown in FIG. 7 may be used.

【0013】[0013]

【作用】斯かる本発明においては、スキャン露光方式で
はマスク(R)の走査によりマスクが雰囲気気体により
冷却されると共に、その冷却作用が、マスクの走査速
度、より正確にはマスクと雰囲気気体との相対速度によ
り変化することを利用する。即ち、相対速度測定手段に
よりマスクと雰囲気気体との相対速度を測定し、この相
対速度と照明光学系によるマスクに対する照射エネルギ
ーとより、マスクの熱変形量を算出する。
In the present invention, in the scan exposure method, the mask is cooled by the atmospheric gas by the scanning of the mask (R), and the cooling action is the scanning speed of the mask, more accurately, the mask and the atmospheric gas. The fact that it changes depending on the relative speed of That is, the relative velocity between the mask and the atmospheric gas is measured by the relative velocity measuring means, and the thermal deformation amount of the mask is calculated from the relative velocity and the irradiation energy of the illumination optical system with respect to the mask.

【0014】マスク(R)の熱変形量を求める方法とし
ては、その相対速度、マスクに使用されているクロム膜
等の遮光膜の種類あるいは遮光膜の熱吸収率、マスク上
のパターンの密度分布、マスク上の照明光の照度、その
照明光の照射時間(シャッタを使用している場合には、
その開閉状態)、マスクが照明光の照明領域を通過する
速度(走査速度)等の情報に基づき、数値計算によって
マスク内の代表的な数点の熱変形量を求める方法があ
る。そのように求めたマスクの熱変形量から、理論的な
計算、あるいは実測結果を定式化した式に当てはめるこ
とによって結像状態の変化量を求める。この変化量を相
殺するように、結像状態補正手段(12)を介して投影
光学系(PL)の結像状態を補正する。結像状態補正手
段(12)としては、投影光学系(PL)内の所定のレ
ンズ間の圧力室の気圧を変化させる、投影光学系(P
L)内の所定のレンズエレメントの光軸方向の移動若し
くは傾斜、又はマスク(R)の光軸方向の移動若しくは
傾斜等を行うことにより、投影像の結像状態を変える周
知の手段が使用できる。
As a method for obtaining the thermal deformation amount of the mask (R), its relative speed, the kind of the light shielding film such as a chromium film used in the mask or the heat absorption rate of the light shielding film, and the density distribution of the pattern on the mask , Illumination intensity of the illumination light on the mask, irradiation time of the illumination light (when using a shutter,
There is a method of calculating a typical amount of thermal deformation at several points in the mask by numerical calculation based on information such as the open / closed state) and the speed (scanning speed) at which the mask passes through the illumination area of the illumination light. From the thermal deformation amount of the mask thus obtained, the amount of change in the image formation state is obtained by applying a theoretical calculation or a formula in which the actual measurement result is formulated. The image formation state of the projection optical system (PL) is corrected via the image formation state correction means (12) so as to cancel out this change amount. As the image formation state correction means (12), the projection optical system (P) that changes the atmospheric pressure of the pressure chamber between the predetermined lenses in the projection optical system (PL) is used.
Well-known means for changing the image formation state of the projected image can be used by moving or tilting a predetermined lens element in L) in the optical axis direction, or moving or tilting the mask (R) in the optical axis direction. .

【0015】これにより、スキャン露光方式において、
マスクの走査速度を変えたような場合でも、結像状態を
一定に維持するか、又は結像状態の変動による影響を最
小に抑えることができる。また、マスクステージ(RS
T)の位置を計測するマスク側位置計測手段(15,1
6)がその相対速度測定手段を兼用する場合には、マス
ク(R)の走査速度を近似的にマスク(R)と雰囲気気
体との相対速度として使用するものである。これは雰囲
気気体が静止しているとみなせるような場合には、簡便
な手法である。
As a result, in the scan exposure system,
Even when the scanning speed of the mask is changed, the image formation state can be maintained constant, or the influence of the change in the image formation state can be minimized. In addition, the mask stage (RS
Mask side position measuring means (15, 1) for measuring the position of (T)
When 6) also serves as the relative velocity measuring means, the scanning velocity of the mask (R) is approximately used as the relative velocity between the mask (R) and the atmospheric gas. This is a simple method when the atmospheric gas can be regarded as stationary.

【0016】一方、その相対速度測定手段として、例え
ば図7に示す風速計(35)を使用した場合には、マス
ク(R)に対して送風装置等から冷却用の空気を吹き付
けるような場合でも、正確に相対速度を計測できる。
On the other hand, when the anemometer (35) shown in FIG. 7 is used as the relative speed measuring means, even when air for cooling is blown from the air blower or the like to the mask (R). , The relative speed can be measured accurately.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明による投影露光装置の一実施例
につき図面を参照して説明する。図1は本実施例のスキ
ャン露光方式の投影露光装置の概略的な構成を示し、こ
の図1において、光源1で発生した照明光ILは不図示
のシャッタを通過した後、コリメータレンズ、及びフラ
イアイレンズ等からなる照度均一化光学系2により照度
分布がほぼ均一な光束に変換される。照明光ILとして
は、例えばKrFエキシマレーザ光やArFエキシマレ
ーザ光等のエキシマレーザ光、銅蒸気レーザやYAGレ
ーザの高調波、あるいは超高圧水銀ランプからの紫外域
の輝線(g線、i線等)等が用いられる。レーザ光源が
使用される場合には、シャッターの代わりにレーザ光源
の電源部で発光のオン/オフが切り換えられる場合もあ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the projection exposure apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a scan exposure type projection exposure apparatus of the present embodiment. In FIG. 1, the illumination light IL generated by a light source 1 passes through a shutter (not shown), and then a collimator lens and a fly are used. The illuminance homogenizing optical system 2 including an eye lens converts the illuminance distribution into a substantially uniform luminous flux. Examples of the illumination light IL include excimer laser light such as KrF excimer laser light and ArF excimer laser light, harmonics of copper vapor laser and YAG laser, or ultraviolet emission lines (g line, i line, etc.) from an ultrahigh pressure mercury lamp. ) Etc. are used. When a laser light source is used, light emission may be switched on / off by a power source unit of the laser light source instead of the shutter.

【0018】照度均一化光学系2を射出した照明光は、
リレーレンズ3を介して、ビームスプリッタ4Aに至
り、大部分はビームスプリッタ4Aを透過して可変視野
絞り5に達する。可変視野絞り5は、マスクRのパター
ン形成面及びウエハWの露光面と光学的に共役な面に配
置され、複数枚の可動遮光部(例えば2枚のL字型の可
動遮光板)を例えばモータにより開閉することにより開
口部の大きさ(スリット幅等)を調整する。その開口部
の大きさを調整することにより、マスクRを照明する照
明領域IARを所望の形状及び大きさに設定する。
The illumination light emitted from the illuminance homogenizing optical system 2 is
The beam reaches the beam splitter 4A via the relay lens 3, and most of the light passes through the beam splitter 4A to reach the variable field stop 5. The variable field stop 5 is arranged on a surface optically conjugate with the pattern formation surface of the mask R and the exposure surface of the wafer W, and includes a plurality of movable light shielding portions (for example, two L-shaped movable light shielding plates). The size of the opening (slit width, etc.) is adjusted by opening and closing with a motor. By adjusting the size of the opening, the illumination area IAR for illuminating the mask R is set to a desired shape and size.

【0019】一方、ビームスプリッタ4Aで反射された
照明光は、不図示の集光光学系を経て光電変換素子より
なるインテグレータセンサ4Bに受光され、インテグレ
ータセンサ4Bの出力信号が主制御系20に供給されて
いる。インテグレータセンサ4Bの出力信号を積分(又
はパルス発光の場合は積算)することにより、ウエハW
に対する積算露光量、及びマスクRに対する積算照射エ
ネルギーをモニタすることができる。可変視野絞り5を
通過した光束は、リレーレンズ6及びダイクロイックミ
ラー7を介して回路パターン等が描かれたマスクRを照
明する。マスクRはマスクステージRST上に真空吸着
され、このマスクステージRSTは、照明光学系の光軸
IXに垂直な平面内で2次元的に微動してマスクRを位
置決めする。
On the other hand, the illumination light reflected by the beam splitter 4A is received by an integrator sensor 4B composed of a photoelectric conversion element via a condensing optical system (not shown), and an output signal of the integrator sensor 4B is supplied to the main control system 20. Has been done. The wafer W is integrated by integrating (or integrating in the case of pulsed light emission) output signals of the integrator sensor 4B.
It is possible to monitor the cumulative exposure amount for the mask R and the cumulative irradiation energy for the mask R. The light flux that has passed through the variable field diaphragm 5 illuminates a mask R having a circuit pattern and the like drawn through a relay lens 6 and a dichroic mirror 7. The mask R is vacuum-sucked on the mask stage RST, and the mask stage RST finely moves two-dimensionally in a plane perpendicular to the optical axis IX of the illumination optical system to position the mask R.

【0020】また、マスクステージRSTはリニアモー
タ等で構成されたマスク駆動部(不図示)により、所定
の方向(走査方向)に指定された走査速度で移動可能と
なっている。マスクステージRSTは、マスクRの全面
が少なくとも照明光学系の光軸IX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。マスクステージ
RSTの端部には干渉計16からのレーザビームを反射
する移動鏡15が固定されており、マスクステージRS
Tの走査方向の位置は干渉計16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1
6からのマスクステージRSTの位置情報はステージ制
御系19に送られ、ステージ制御系19はマスクステー
ジRSTの位置情報に基づいてマスク駆動部(不図示)
を介して、マスクステージRSTを駆動する。不図示の
マスクアライメント系により所定の基準位置にマスクR
が精度良く位置決めされるように、マスクステージRS
Tの初期位置が決定されるため、移動鏡15の位置を干
渉計16で測定するだけでマスクRの位置を十分高精度
に測定したことになる。また、本実施例では、干渉計1
6の計測結果は主制御系20にも供給され、主制御系2
0は、この計測結果及びマスクRに対する照射エネルギ
ーからマスクRの熱変形量を算出する(後述)。
Further, the mask stage RST can be moved at a designated scanning speed in a predetermined direction (scanning direction) by a mask driving section (not shown) composed of a linear motor or the like. The mask stage RST has a moving stroke that allows the entire surface of the mask R to cross at least the optical axis IX of the illumination optical system. A movable mirror 15 that reflects the laser beam from the interferometer 16 is fixed to the end of the mask stage RST.
The position of T in the scanning direction is determined by the interferometer 16, for example, 0.
It is constantly detected with a resolution of about 01 μm. Interferometer 1
The position information of the mask stage RST from 6 is sent to the stage control system 19, and the stage control system 19 is based on the position information of the mask stage RST, and a mask drive part (not shown).
The mask stage RST is driven via. A mask R is set at a predetermined reference position by a mask alignment system (not shown).
The mask stage RS so that the
Since the initial position of T is determined, the position of the mask R can be measured with sufficiently high accuracy simply by measuring the position of the movable mirror 15 with the interferometer 16. Further, in this embodiment, the interferometer 1
The measurement result of 6 is also supplied to the main control system 20, and the main control system 2
0 calculates the thermal deformation amount of the mask R from the measurement result and the irradiation energy with respect to the mask R (described later).

【0021】さて、マスクRを通過した照明光ILは、
例えば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はマスクRの回路パターンを例えば
1/5あるいは1/4に縮小した投影像を、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。図2に示すように、本実施例の投影露光装置におい
ては、マスクRの走査方向(x方向)に対して垂直な方
向に長手方向を有する長方形(スリット状)の照明領域
IARによりマスクRが照明され、マスク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)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
露光領域IAが形成される。ウエハWはマスク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
反対方向のx方向(又は−x方向)にマスク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の全面が露光可能となっている。走査速度の比VW
/VR は正確に投影光学系PLの縮小倍率βに応じたも
のになっており、マスク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、マスク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、スキャン露光すること
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。
Now, the illumination light IL that has passed through the mask R is
For example, it is incident on a projection optical system PL that is telecentric on both sides, and the projection optical system PL has a projected image obtained by reducing the circuit pattern of the mask R by, for example, 1/5 or 1/4, and a photoresist (photosensitive material) is applied to the surface thereof. It is formed on the wafer W. As shown in FIG. 2, in the projection exposure apparatus of the present embodiment, the mask R is formed by the rectangular (slit-shaped) illumination area IAR having the longitudinal direction in the direction perpendicular to the scanning direction (x direction) of the mask R. is illuminated, the mask R is scanned at a velocity V R in the -x direction (or x direction) at the time of exposure.
The illumination area IAR (the center of which is substantially coincident with the optical axis IX) is projected onto the wafer W via the projection optical system PL to form a slit-shaped exposure area IA. Since the wafer W has an inverted imaging relationship with the mask R, the wafer W is scanned at the speed V W in synchronization with the mask R in the x direction (or −x direction) opposite to the direction of the speed V R , The entire surface of the shot area SA on the wafer W can be exposed. Scanning speed ratio V W
/ V R is made to those corresponding to the reduction magnification β of exactly the projection optical system PL, the pattern of the pattern area PA of the mask R is accurately reduced and transferred onto the shot area SA on the wafer W. The width of the illumination area IAR in the longitudinal direction is set to be wider than the pattern area PA on the mask R and smaller than the maximum width of the light shielding area ST, and the entire surface of the pattern area PA is illuminated by scan exposure. It has become.

【0022】再び図1の説明に戻って、ウエハWはウエ
ハホルダ9上に真空吸着され、ウエハホルダ9はウエハ
ステージWST上に保持されている。ウエハホルダ9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、かつ光軸IX方向(z方
向)に微動が可能であり、且つ光軸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
ット領域に任意に移動出来るように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をスキャン露光する動作と、次
のショット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)がウエハステージWST
をxy方向に駆動する。
Returning to the explanation of FIG. 1, the wafer W is vacuum-sucked on the wafer holder 9, and the wafer holder 9 is held on the wafer stage WST. The wafer holder 9 can be tilted in an arbitrary direction with respect to the best imaging plane of the projection optical system PL by a driving unit (not shown), can be finely moved in the optical axis IX direction (z direction), and can be moved in the optical axis IX. It is also possible to rotate around. On the other hand, wafer stage WST is configured not only to move in the scan direction (x direction) described above, but also to move in a direction (y direction) perpendicular to the scan direction so that it can be arbitrarily moved to a plurality of shot areas. , A step-and-scan operation in which the operation of scanning and exposing each shot area on the wafer W and the operation of moving to the next shot exposure start position are repeated. The wafer stage drive unit (not shown) such as a motor is mounted on the wafer stage WST.
Are driven in the xy directions.

【0023】ウエハステージWSTの端部には干渉計1
8からのレーザビームを反射する移動鏡17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18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19に送られ、ステ
ージ制御系19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WSTを制御する。
An interferometer 1 is provided at the end of wafer stage WST.
The movable mirror 17 that reflects the laser beam from the laser beam No. 8 is fixed, and the position of the wafer stage WST in the xy plane is constantly detected by the interferometer 18 with a resolution of, for example, about 0.01 μm. The position information (or speed information) of wafer stage WST is sent to stage control system 19, and stage control system 19 controls wafer stage WST based on this position information (or speed information).

【0024】更に、ウエハステージWST上のウエハホ
ルダ9の近傍には、受光面がウエハWの露光面と同じ高
さになるように光電変換素子よりなる照射量モニタ22
が設置され、照射量モニタ22の出力信号が主制御系2
0に供給されている。照射量モニタ22を投影光学系P
Lの露光フィールド内に移動することにより、ウエハW
の露光面での露光量(照射エネルギー)をモニタでき
る。本実施例では、後述のように、照射量モニタ22を
用いてマスクRの透過率分布(パターン存在率の分布)
を計測する。
Further, in the vicinity of the wafer holder 9 on the wafer stage WST, a dose monitor 22 composed of a photoelectric conversion element so that the light receiving surface is at the same height as the exposure surface of the wafer W.
Is installed and the output signal of the dose monitor 22 is the main control system 2
It is being supplied to 0. The dose monitor 22 is connected to the projection optical system P.
Wafer W by moving into the L exposure field
The exposure amount (irradiation energy) on the exposure surface of can be monitored. In this embodiment, as will be described later, the transmittance distribution of the mask R (distribution of pattern existence rate) is measured by using the dose monitor 22.
To measure.

【0025】また、図1において、ウエハW上の位置合
わせ用のアライメントマーク(ウエハマーク)の位置を
検出するためのTTL(スルー・ザ・レンズ)方式のウ
エハアライメント系が設けられ、そのアライメント系の
計測結果が、装置全体の動作を制御する主制御系20に
供給され、主制御系20では、ウエハマークの計測され
た位置よりウエハW上のショット領域の配列を算出す
る。
Further, in FIG. 1, a TTL (through the lens) type wafer alignment system for detecting the position of an alignment mark (wafer mark) for alignment on the wafer W is provided, and the alignment system thereof is provided. Is supplied to the main control system 20 that controls the operation of the entire apparatus, and the main control system 20 calculates the array of shot areas on the wafer W from the measured positions of the wafer marks.

【0026】そのウエハアライメント系において、光源
23としては、通常He−Neレーザ光等のようにフォ
トレジストを感光させない波長の光を発生する光源が使
用される。光源23で発生された光束はビームスプリッ
ター26に入射する。ビームスプリッター26で反射さ
れた光束は、ミラー25で反射された後、投影光学系P
Lを介してウエハW上のアライメント用のウエハマーク
を照明する。ウエハマークからの反射光あるいは回折光
は、再び投影光学系PL、ミラー25、ビームスプリッ
ター26を介して光電センサ24で受光される。この検
出信号が主制御系20に供給され、主制御系20はウエ
ハマークの計測された座標からウエハW上の各ショット
領域に既に形成されているチップパターンの配列座標を
求める。これにより、前回露光され処理されたウエハW
の各ショット領域のチップパターンに対して、マスクR
の投影像が正確に重ね合わせて露光されるようにウエハ
Wが位置合わせされる。ウエハWのアライメント方法は
種々提案されているが、他の方法でも同様に使用でき
る。
In the wafer alignment system, as the light source 23, a light source such as a He-Ne laser beam that emits light having a wavelength that does not expose the photoresist to light is usually used. The light flux generated by the light source 23 enters the beam splitter 26. The light beam reflected by the beam splitter 26 is reflected by the mirror 25 and then projected by the projection optical system P.
The wafer mark for alignment on the wafer W is illuminated via L. The reflected light or diffracted light from the wafer mark is again received by the photoelectric sensor 24 via the projection optical system PL, the mirror 25, and the beam splitter 26. This detection signal is supplied to the main control system 20, and the main control system 20 obtains the array coordinates of the chip patterns already formed in each shot area on the wafer W from the measured coordinates of the wafer mark. As a result, the wafer W that was previously exposed and processed
Mask R for the chip pattern of each shot area of
The wafer W is aligned so that the projected images of are accurately superimposed and exposed. Although various methods for aligning the wafer W have been proposed, other methods can be used as well.

【0027】また、図1の装置には、投影光学系PLの
最良結像面に向けてピンホール、あるいはスリット像を
形成するための結像光束を光軸IX方向に対して斜め方
向より供給する照射光学系13と、その結像光束のウエ
ハWの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14とから成る斜入射方式のウエハ位置検出系
(焦点検出系)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構成
等については、例えば特開昭60−168112号公報
に開示されており、ウエハ位置検出系13,14により
ウエハ表面の結像面に対する上下方向(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
隔を保つ様にウエハホルダ9がz方向に駆動される。ウ
エハ位置検出系からのウエハ位置情報は、主制御系20
を介してステージ制御系19に送られる。ステージ制御
系19はこのウエハ位置情報に基づいてウエハホルダ9
をz方向に駆動する。
Further, the apparatus shown in FIG. 1 supplies an image forming light beam for forming a pinhole or a slit image toward the best image forming plane of the projection optical system PL from an oblique direction with respect to the optical axis IX direction. The oblique incidence type wafer position detection system (focus detection system) including the irradiation optical system 13 and the light receiving optical system 14 that receives the reflected light flux of the imaged light flux on the surface of the wafer W through the slit is projected. It is fixed to a support portion (not shown) that supports the optical system PL. The configuration of the wafer position detection system is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-168112, and the position deviation of the wafer surface in the vertical direction (z direction) with respect to the image plane by the wafer position detection systems 13 and 14 is described. Is detected, the wafer holder 9 is driven in the z direction so that the wafer W and the projection optical system PL maintain a predetermined distance. Wafer position information from the wafer position detection system is transferred to the main control system 20.
To the stage control system 19 via. The stage control system 19 determines the wafer holder 9 based on the wafer position information.
Are driven in the z direction.

【0028】なお、本実施例では結像面が零点基準とな
るように、予め受光光学系14の内部に設けられた不図
示の平行平板ガラス(プレーンパラレル)の角度が調整
され、ウエハ位置検出系のキャリブレーションが行われ
るものとする。また、例えば特開昭58−113706
号公報に開示されているような水平位置検出系を用いた
り、あるいは投影光学系PLの露光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露光フ
ィールド内に形成する)ことによって、ウエハW上の所
定領域の結像面に対する傾きを検出可能に構成してもよ
い。
In the present embodiment, the angle of the parallel flat glass (plane parallel) (not shown) provided inside the light receiving optical system 14 is adjusted in advance so that the image plane becomes the zero point reference, and the wafer position is detected. The system shall be calibrated. Further, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 58-113706
The horizontal position detection system as disclosed in Japanese Patent Publication No. JP-A-2003-242242 is used, or the wafer position detection system is configured so as to be able to detect the focal positions at arbitrary plural positions within the exposure field of the projection optical system PL (for example, By forming a plurality of slit images in the exposure field), the inclination of a predetermined area on the wafer W with respect to the image plane may be detected.

【0029】更に、図1の装置には投影光学系PLの結
像特性を補正するための補正機構が設けられている。こ
の補正機構は、大気圧変化、照明光吸収等による投影光
学系PL自体の結像特性の変化を補正すると共に、マス
クRの熱変形による投影像の歪みを相殺するようにマス
クRのパターンの投影像を歪ませる働きをもつ。以下に
補正機構の説明を行う。投影光学系PLの結像特性とし
ては焦点位置、像面湾曲、ディストーション、倍率誤
差、非点収差等があり、それらを補正する機構はそれぞ
れ考えられるが、ここでは投影像のディストーション及
び倍率誤差に関する補正機構のみの説明を行う。
Further, the apparatus shown in FIG. 1 is provided with a correction mechanism for correcting the image forming characteristic of the projection optical system PL. This correction mechanism corrects changes in the image forming characteristics of the projection optical system PL itself due to atmospheric pressure changes, absorption of illumination light, and the like, and at the same time, the pattern of the mask R is adjusted so as to cancel the distortion of the projected image due to thermal deformation of the mask R. It works to distort the projected image. The correction mechanism will be described below. The imaging characteristics of the projection optical system PL include focal position, field curvature, distortion, magnification error, astigmatism, etc., and mechanisms for correcting them are conceivable, but here, the distortion and magnification error of the projection image are related. Only the correction mechanism will be described.

【0030】図1に示すように、本実施例では結像特性
制御部12によってマスクR又は投影光学系PL内のレ
ンズエレメント27を駆動することにより、結像特性の
補正を行う。投影光学系PL内において、マスクRに最
も近いレンズエレメント27は支持部材28に固定さ
れ、レンズエレメント27に続くレンズエレメント2
9,30,31,…は投影光学系PLの本体に固定され
ている。なお、本実施例において、投影光学系PLの光
軸IXはレンズエレメント29以下の投影光学系PL本
体の光軸を指すものとする。支持部材28は伸縮自在の
複数(少なくとも2つ以上で、図1中では2つを図示)
の駆動素子(例えばピエゾ素子)11を介して投影光学
系PLの本体と連結されている。
As shown in FIG. 1, in this embodiment, the imaging characteristic control unit 12 drives the mask R or the lens element 27 in the projection optical system PL to correct the imaging characteristic. In the projection optical system PL, the lens element 27 closest to the mask R is fixed to the support member 28, and the lens element 2 following the lens element 27 is fixed.
.. are fixed to the main body of the projection optical system PL. In the present embodiment, the optical axis IX of the projection optical system PL indicates the optical axis of the main body of the projection optical system PL below the lens element 29. A plurality of support members 28 are expandable and contractible (at least two or more, two are shown in FIG. 1)
Is connected to the main body of the projection optical system PL via the drive element (for example, piezo element) 11.

【0031】ここで、レンズエレメント27が光軸IX
の方向に平行移動した場合、その移動量に応じた変化率
で投影倍率(投影像の寸法の拡大縮小率)が変化する。
次に、レンズエレメント27が光軸IXに垂直な平面に
対して傾斜した場合には、本来矩形の投影像に台形状の
ディストーションが発生する。次にマスクRを駆動する
場合について説明する。マスクRは前記のようにマスク
ステージRST上に載置されている。マスクステージR
STは伸縮自在の複数(少なくとも2つ以上で、図1中
では2つを図示)の駆動素子(例えばピエゾ素子)10
により、不図示のマスクベースに連結されている。この
マスクベース及び投影光学系PLは投影露光装置の不図
示の本体に固定されているため、駆動素子10により投
影光学系PLとマスクRとの間隔を変化させることがで
きる。ここで、マスクRが光軸IXに沿って所定方向に
平行移動した場合には、所謂糸巻型ディストーションが
発生し、マスクRが逆方向に動いたときは、所謂樽型デ
ィストーションが発生する。
Here, the lens element 27 has the optical axis IX.
When the image is translated in the direction of, the projection magnification (enlargement / reduction rate of the size of the projected image) changes at a rate of change according to the amount of movement.
Next, when the lens element 27 is inclined with respect to the plane perpendicular to the optical axis IX, a trapezoidal distortion occurs in the originally rectangular projected image. Next, the case of driving the mask R will be described. The mask R is mounted on the mask stage RST as described above. Mask stage R
ST is a plurality of expandable and contractible (at least two, two in FIG. 1) drive elements (eg, piezo elements) 10
Is connected to a mask base (not shown). Since the mask base and the projection optical system PL are fixed to a main body (not shown) of the projection exposure apparatus, the distance between the projection optical system PL and the mask R can be changed by the drive element 10. Here, when the mask R moves in parallel in a predetermined direction along the optical axis IX, so-called pincushion distortion occurs, and when the mask R moves in the opposite direction, so-called barrel distortion occurs.

【0032】上記の様にマスクRあるいはレンズエレメ
ント27を駆動する場合、それに伴って焦点位置あるい
は像面が変化するが、その量は各駆動量から主制御系2
0が計算できる。そして、主制御系20がウエハ位置検
出系13,14の零点基準に対してその計算で求めた量
だけオフセットを加えることにより、ウエハWの露光面
が常に焦点位置に来るように制御する。これにより、マ
スクRあるいはレンズエレメント27の駆動により投影
光学系PLの焦点位置又は像面位置が変化しても、その
変化に追従して焦点位置又は像面位置が調整される。
When the mask R or the lens element 27 is driven as described above, the focus position or the image plane changes accordingly, but the amount varies from each drive amount to the main control system 2.
0 can be calculated. Then, the main control system 20 adds an offset to the zero reference of the wafer position detection systems 13 and 14 by the amount calculated, and controls so that the exposure surface of the wafer W is always at the focus position. Accordingly, even if the focus position or the image plane position of the projection optical system PL changes due to the driving of the mask R or the lens element 27, the focus position or the image plane position is adjusted according to the change.

【0033】一括露光方式の場合は上記の方法の組合せ
により、例えば正方形の投影像をある程度任意の形状に
変化させることで、マスクRの熱変形量の影響を相殺し
て露光を行うことができる。しかし、スキャン露光方式
で露光を行う場合は、マスクRが照明領域に対して走査
されるため、次のようにしてマスクRの熱変形量を正確
に求める。
In the case of the batch exposure method, the exposure can be performed by canceling the influence of the thermal deformation amount of the mask R by changing the projected image of, for example, a square into an arbitrary shape by a combination of the above methods. . However, when the exposure is performed by the scan exposure method, the mask R is scanned with respect to the illumination area, and thus the thermal deformation amount of the mask R is accurately obtained as follows.

【0034】先ず、例えば2物体間の熱量の移動を考え
る。この場合の熱量の移動は、基本的に2つの物体間の
温度差に比例すると考えられる。また、熱量の移動に伴
う温度変化の変化率は熱量の移動量に比例する。移動し
た熱量をΔQ、2つの物体の温度をそれぞれT1 及びT
2 、経過時間をt、K1 ,K2 ,K3 を比例定数とする
と、次のような関係がある。
First, let us consider the transfer of the amount of heat between two objects, for example. It is considered that the movement of the amount of heat in this case is basically proportional to the temperature difference between the two objects. Further, the rate of change of the temperature change due to the movement of the heat amount is proportional to the movement amount of the heat amount. The amount of heat transferred is ΔQ, the temperatures of two objects are T 1 and T, respectively.
2, the elapsed time t, when the the K 1, K 2, K 3 proportional constant, the following relation.

【0035】[0035]

【数1】ΔQ=K1 (T1 −T2 ),(T1 >T2 [Formula 1] ΔQ = K 1 (T 1 −T 2 ), (T 1 > T 2 ).

【0036】[0036]

【数2】dT1 /dt=−K2 ΔQ## EQU2 ## dT 1 / dt = -K 2 ΔQ

【0037】[0037]

【数3】dT2 /dt=K3 ΔQ (数1)〜(数3)より、係数K4 及びK5 を用いて次
式が成立する。
## EQU3 ## dT 2 / dt = K 3 ΔQ From (Equation 1) to (Equation 3), the following equation is established using the coefficients K 4 and K 5 .

【0038】[0038]

【数4】dT1 /dt=−K4 (T1 −T2 ## EQU4 ## dT 1 / dt = -K 4 (T 1 -T 2 )

【0039】[0039]

【数5】dT2 /dt=K5 (T1 −T2 ) これらは、よく知られているように、一次遅れ系であ
り、温度T1 及びT2 の間に温度差があるとき、両者は
エクスポネンシャルカーブを描いて一定の温度に達す
る。上式に基づいてマスクR上の熱分布の計算を行う。
## EQU5 ## dT 2 / dt = K 5 (T 1 −T 2 ) These are first-order lag systems, as is well known, and when there is a temperature difference between the temperatures T 1 and T 2 , Both draw an exponential curve and reach a certain temperature. The heat distribution on the mask R is calculated based on the above equation.

【0040】この場合、図3(a)に示すように、マス
クRを縦横に例えば4×4個のブロックB1〜B16に
分割する。ブロックB1〜B4のそれぞれの中心をP1
〜P4とする。先ず図3のブロックB1に注目する。ブ
ロックB1は隣接するブロックB5及びB2と熱の授受
(熱伝導)を行う。また、図1のマスクステージRST
及び空気とも熱の授受を行うが、ここでは簡単にするた
め空気の温度とマスクステージRSTの温度とは一定と
する。各ブロックB1〜B16の温度をそれぞれT1
16、マスクRに接する空気の温度をT0 、マスクステ
ージRSTの温度をTH とすると、ブロックB1の温度
1 に関して次式が成り立つ。
In this case, as shown in FIG. 3A, the mask R is vertically and horizontally divided into, for example, 4 × 4 blocks B1 to B16. P1 is the center of each of the blocks B1 to B4
~ P4. Attention is first focused on block B1 in FIG. The block B1 exchanges heat with the adjacent blocks B5 and B2 (heat conduction). In addition, the mask stage RST of FIG.
Also, heat is exchanged with the air, but here, for simplicity, the temperature of the air and the temperature of the mask stage RST are constant. The temperature of each block B1 to B16 is set to T 1 to
Assuming that T 16 is the temperature of the air contacting the mask R, T 0 is the temperature of the mask stage RST, and T H is the temperature of the mask stage RST, the following expression holds for the temperature T 1 of the block B1.

【0041】[0041]

【数6】 dT1 /dt=K12(T2 −T1 )+K15(T5 −T1 ) +K10(TH −T1 )+K0 (T0 −T1 )+KP η1 P ここで、dT1 /dtはT1 の時間微分、K12,K15
各々ブロックB1とブロックB2及びB5との間の熱の
授受の係数(熱拡散係数)、K10はマスクステージRS
TとブロックB1との間の熱拡散係数、K0 は各ブロッ
クと空気との間との熱拡散係数、η1 はブロックB1の
パターン存在率、Pは光源のパワーで照射量モニタ22
の出力に対応した値、KP は、照明光を各ブロックが吸
収した熱量と、η1 及びPとを関係づける係数である。
その熱拡散係数K0 は、マスクステージRSTの走査速
度VR の関数(K0 =F(VR ))で表され、マスクス
テージRSTの走査による冷却効果の様子を示してい
る。
[6] dT 1 / dt = K 12 ( T 2 -T 1) + K 15 (T 5 -T 1) + K 10 (T H -T 1) + K 0 (T 0 -T 1) + K P η 1 P Here, dT 1 / dt is the time derivative of T 1 , K 12 and K 15 are coefficients (heat diffusion coefficient) of heat transfer between the block B1 and the blocks B2 and B5, respectively, and K 10 is the mask stage RS.
The thermal diffusion coefficient between T and the block B1, K 0 is the thermal diffusion coefficient between each block and air, η 1 is the pattern existence rate of the block B1, P is the power of the light source, and the dose monitor 22
The value K P corresponding to the output of is a coefficient that correlates the amount of heat absorbed by each block of the illumination light with η 1 and P.
The thermal diffusion coefficient K 0 is represented by a function (K 0 = F (V R )) of the scanning speed V R of the mask stage RST, and shows the state of the cooling effect by the scanning of the mask stage RST.

【0042】(数6)の最後の項は、照明光から吸収す
る熱量を示しており、その他の項は吸収した熱が拡散し
ていく過程を示している。ここで、TH 、T0 は一定で
あり、TH =T0 とし、各ブロックの温度を(T0 +Δ
i )で表せること、及びマスクR上の各ブロックは全
て石英ガラスでできているとして、K12、K13、…等は
全て等しいことを考慮に入れると、(数6)は次式のよ
うになる。
The last term of (Equation 6) shows the amount of heat absorbed from the illumination light, and the other terms show the process in which the absorbed heat diffuses. Here, T H and T 0 are constant, T H = T 0, and the temperature of each block is (T 0 + Δ
T i ), and considering that all blocks on the mask R are made of quartz glass, K 12 , K 13 , ... Like

【0043】[0043]

【数7】 dΔT1 /dt=KR (ΔT2 −ΔT1 )+KR (ΔT5 −T1 ) +KH (−ΔT1 )+K0 (−ΔT1 )+KP η1 P =(−2KR −KH −K0 )ΔT1 +KR ΔT2 +KR ΔT5 +KP η1 P、(但し、KR =K12=K13=…) (数7)をブロックB1〜B16についてそれぞれ求
め、マトリックス表現すると、以下のようになる。
## EQU7 ## dΔT 1 / dt = K R (ΔT 2 −ΔT 1 ) + K R (ΔT 5 −T 1 ) + K H (−ΔT 1 ) + K 0 (−ΔT 1 ) + K P η 1 P = (− 2K R− K H −K 0 ) ΔT 1 + K R ΔT 2 + K R ΔT 5 + K P η 1 P, (K R = K 12 = K 13 = ...) (Equation 7) is obtained for each of the blocks B1 to B16. , Matrix expression is as follows.

【0044】[0044]

【数8】 [Equation 8]

【0045】これは、一階の微分方程式の16元連立方
程式であり、数値解法によって解くことが可能である。
あるいは、微分の形をある微小時間(主制御系20中の
コンピュータの計算周期)の差として、差分形式で表現
して解く方法、即ち差分法でも解くことができる。(数
8)では所謂外力の項は最終項であるので、単位時間毎
の各ブロックの値、即ち、η1 、P1 、η2 、P2 …の
値をコンピュータに入力すれば、各時間毎のΔT1 、Δ
2 …の値を求めることができる。パターン存在率
η1 、η2 …は、後述する方法により得られ、入射光量
1 、P2 …は図1のインテグレータセンサ4Bの出力
信号によって求められる。
This is a 16-dimensional system of simultaneous differential equations, and can be solved by a numerical method.
Alternatively, it is also possible to solve the problem by expressing the differential form as a difference of a certain minute time (calculation cycle of a computer in the main control system 20) in a difference form, that is, a difference method. In (Equation 8), the so-called external force term is the final term, so if the values of each block per unit time, that is, the values of η 1 , P 1 , η 2 , P 2 ... ΔT 1 , Δ for each
The value of T 2 can be obtained. The pattern existence ratios η 1 , η 2 ... Are obtained by the method described later, and the incident light amounts P 1 , P 2 ... Are obtained from the output signal of the integrator sensor 4B in FIG.

【0046】また、各係数KR 、K0 、KH 、KP は、
マスクR、空気の物性、空気の流速、マスクRの走査速
度VR 等から計算で求めることが可能である。更に、種
々のマスクRに関して実験を行い各係数が現実に最も合
うように決定することも可能である。次に、(数8)を
解くには、マスクRの各ブロックのパターン存在率η1
〜η 16が必要になるが、それらパターン存在率はマスク
Rの部分的な透過率を計測することにより求められる。
このように図1において、マスクRの部分的な透過率を
求めるためには、ウエハステージWST上にある照射量
モニタ22の受光面にマスクRの各ブロックの投影像よ
り小さい受光用の開口を設ける。そして、照射量モニタ
22を投影光学系PLの露光フィールド内に設定した状
態で、マスクRを走査して、その照射量モニタ22の出
力信号をマスクRの無い場合の出力信号で除算すればよ
い。
Further, each coefficient KR, K0 , KH, KPIs
Mask R, physical properties of air, flow velocity of air, scanning speed of mask R
Degree VRIt is possible to calculate from the above. Furthermore, the seed
Experiments were carried out for various masks R, and each coefficient was actually the best match.
It is also possible to decide so. Next, (Equation 8)
To solve, the pattern existence rate η of each block of the mask R is1
~ Η 16However, the pattern existence rate is a mask
It is obtained by measuring the partial transmittance of R.
Thus, in FIG. 1, the partial transmittance of the mask R is
To obtain, the irradiation amount on the wafer stage WST
A projected image of each block of the mask R on the light receiving surface of the monitor 22.
Provide a smaller light receiving opening. And the dose monitor
22 is set in the exposure field of the projection optical system PL.
In this state, the mask R is scanned and the irradiation amount monitor 22 outputs it.
Divide the force signal by the output signal without mask R
Yes.

【0047】但し、露光光源がエキシマレーザ光源のよ
うなパルス光源の場合、パルス発光毎の露光エネルギー
がばらつくので、インテグレータセンサ4Bの出力信号
を同時に検出し、インテグレータセンサ4Bの出力信号
を用いて照射量モニタ22で得られた出力信号を補正す
る必要がある。そして、そのように計測した透過率分布
からマスクRのパターン存在率の分布を求める方法に
は、次の2つの方法が考えられる。第1の方法は、最初
の1回目の走査中の照射量モニタ22(更にはインテグ
レータセンサ4B)の出力信号の平均値を用いて、マス
クRのパターン存在率を求める方法である。この方法
は、マスクR上でパターンが全面に亘って一様に分布し
ているときや、走査速度VRが速い場合等に有効であ
る。
However, when the exposure light source is a pulse light source such as an excimer laser light source, the exposure energy for each pulse emission varies, so that the output signals of the integrator sensor 4B are simultaneously detected and irradiation is performed using the output signal of the integrator sensor 4B. It is necessary to correct the output signal obtained by the quantity monitor 22. Then, the following two methods are conceivable as a method for obtaining the distribution of the pattern existence rate of the mask R from the transmittance distribution thus measured. The first method is a method of obtaining the pattern existence rate of the mask R using the average value of the output signals of the irradiation amount monitor 22 (further, the integrator sensor 4B) during the first first scanning. This method is effective when the pattern is uniformly distributed over the entire surface of the mask R or when the scanning speed V R is high.

【0048】これに対して、平均値を用いると実際の出
力信号とは大きな誤差が生じる場合には、第2の方法を
用いる。この第2の方法では、パターン存在率を求める
とき、マスクステージRSTの座標に対応して、マスク
Rの透過率を記憶しておき、マスクステージRSTの座
標に応じて読み出した透過率を使用する。この方法は、
マスクR上のパターンが或る部分に集中して存在してい
たり、走査速度VR が遅くて第1の方法のように平均値
を用いる方法では、誤差が大きくなる場合などで有効で
ある。
On the other hand, when the average value causes a large error from the actual output signal, the second method is used. In the second method, when obtaining the pattern existence rate, the transmittance of the mask R is stored in correspondence with the coordinates of the mask stage RST, and the read transmittance is used according to the coordinates of the mask stage RST. . This method
Or have the pattern on the mask R is present are concentrated in certain portions, in the method using the average value as in the first method slow scanning speed V R, if the error becomes large is effective like.

【0049】次に、マスクRを走査することで、マスク
R表面に風(空気の流れ)が当りマスクRが冷却される
効果が、照明光の照射エネルギーによる、マスクR上の
パターンの熱膨張に与える影響について説明する。マス
クRが走査されることで、マスクRの表面が冷却される
効果は、走査速度VR (より正確にはマスクRと雰囲気
気体との相対速度)と、マスクRの表面上の熱拡散係数
0 との間の図4のような相関関係を測定すればよい。
熱拡散係数K0 は、(数6)で導入されているように、
マスクRの各ブロックとこれに接触する空気との間との
熱の授受を表す係数である。
Next, by scanning the mask R, wind (air flow) hits the surface of the mask R to cool the mask R. The effect is that the irradiation energy of the illumination light causes thermal expansion of the pattern on the mask R. The effect on the The effect of cooling the surface of the mask R by scanning the mask R is that the scanning speed V R (more accurately, the relative speed between the mask R and the atmospheric gas) and the thermal diffusion coefficient on the surface of the mask R. The correlation with K 0 as shown in FIG. 4 may be measured.
The thermal diffusion coefficient K 0 is, as introduced in (Equation 6),
It is a coefficient representing the transfer of heat between each block of the mask R and the air in contact with it.

【0050】図5は、その熱拡散係数K0 の説明図であ
り、図5の横軸は露光開始からの経過時間t、縦軸はマ
スクRの時間tにおける平均の温度TR を示す。この場
合、曲線32A〜32Dは、それぞれ走査露光時のマス
クRの走査速度がVRA〜VRD(VRA<VRB<VRC
RD)と次第に高速化されたときの温度特性を示し、こ
の図5より、マスクRの走査速度が高速化されるに従っ
て、マスクRに蓄積された照射エネルギーが周囲の気体
(空気)に効率的に拡散され、マスクRの温度上昇が少
ないことが分かる。このように、マスクRの走査速度V
R が速くなるにつれて、マスクRからの熱拡散効率が高
まるため、図4の熱拡散係数K0 も走査速度VR が速く
なるにつれて大きくなっている。但し、その上昇の程度
は次第に小さくなっている。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the thermal diffusion coefficient K 0. The horizontal axis of FIG. 5 shows the elapsed time t from the start of exposure, and the vertical axis shows the average temperature T R of the mask R at time t. In this case, in the curves 32A to 32D, the scanning speeds of the mask R during scanning exposure are V RA to V RD (V RA <V RB <V RC <, respectively.
V RD ) and the temperature characteristics when the speed is gradually increased. From FIG. 5, as the scanning speed of the mask R is increased, the irradiation energy accumulated in the mask R becomes more efficient to the surrounding gas (air). It can be seen that the temperature rise of the mask R is small due to diffused diffusion. Thus, the scanning speed V of the mask R
Since the thermal diffusion efficiency from the mask R increases as R becomes faster, the thermal diffusion coefficient K 0 in FIG. 4 also becomes larger as the scanning speed V R becomes faster. However, the degree of increase is gradually decreasing.

【0051】従って、図5の特性から熱拡散係数K0
求められるが、そのためには先ずマスクの走査速度VR
(より正確にはマスクRと雰囲気気体との相対速度)を
正確に検出する必要がある。そのようにマスクRの走査
速度VR を検出する方法について説明する。マスクRが
載置されているマスクステージRSTは、マスク側の干
渉計16によって、常時走査方向の位置が計測されてい
る。従って、主制御系20では干渉計16からの出力信
号を微分する等の処理を施すことで、走査速度VR を求
めることができる。このようにマスクステージRSTの
位置は、常にマスク側の干渉計16により測定され、そ
の出力信号よりマスクRの走査速度VRが常時検出でき
る状態であるため、走査速度VR の違いや、マスクRが
走査中かあるいは停止中かの違い等により、マスクRの
熱膨張による結像状態の補正の程度を調整することがで
きる。
[0051] Therefore, although the thermal diffusivity K 0 from the characteristics of FIG. 5 is determined, the scanning speed V R of the first mask for the
It is necessary to accurately detect (more accurately, the relative velocity between the mask R and the atmospheric gas). A method of detecting the scanning speed V R of the mask R will be described. The position of the mask stage RST on which the mask R is placed is constantly measured in the scanning direction by the mask-side interferometer 16. Therefore, the main control system 20 can obtain the scanning speed V R by performing processing such as differentiating the output signal from the interferometer 16. Position of the thus mask stage RST is constantly measured by the interferometer 16 of the mask side, since the scanning speed V R of the mask R from the output signal is ready to constantly detected, differences and the scanning speed V R, the mask The degree of correction of the image formation state due to thermal expansion of the mask R can be adjusted by the difference such as whether R is scanning or stopped.

【0052】図6は、種々の場合での結像特性の変化量
を示し、この図6において、直線33A及び33Bはそ
れぞれ露光時で走査速度VR が大きい場合及び小さい場
合の結像特性の変化量の傾向、直線33C、33D及び
33Eはそれぞれ非露光時で走査速度VR が大きい場
合、小さい場合及び0の場合の結像特性の変化量の傾向
を示す。直線33A〜33Eの勾配は、結像特性の変化
率を示し、直線33C〜33Eの勾配が負なのは、非露
光時にはマスクRの温度が次第に低下することを表して
いる。直線33A及び33Bの勾配をそれぞれtan θ1
及びtan θ2 として、直線33C,33D及び33Bの
勾配をそれぞれ−tan θ3 、−tan θ4 及び−tan θ5
とすると、ほぼ次の関係が成立する。
FIG. 6 shows the amount of change in the image forming characteristics in various cases. In FIG. 6, straight lines 33A and 33B show the image forming characteristics when the scanning speed V R is high and low during exposure, respectively. The change amount trends, and the straight lines 33C, 33D, and 33E respectively show the change amount tendency of the imaging characteristics when the scanning speed V R is high, low, and 0 during non-exposure. The slopes of the straight lines 33A to 33E indicate the rate of change in the imaging characteristics, and the negative slopes of the straight lines 33C to 33E indicate that the temperature of the mask R gradually decreases during non-exposure. The slopes of the straight lines 33A and 33B are respectively tan θ 1
And tan θ 2 , the slopes of the straight lines 33C, 33D and 33B are −tan θ 3 , −tan θ 4 and −tan θ 5 respectively.
Then, the following relationship is established.

【0053】[0053]

【数9】θ1 <θ2 、且つ θ3 >θ4 >θ5 図6から分かるように、露光時、非露光時のどちらの場
合でも、走査速度VRが変わることで、結像特性の変化
率は異なる。そこで走査速度VR の関数である熱拡散係
数K0 をパラメータとして、(数8)の計算を行う必要
がある。
[Mathematical formula-see original document] θ 12 and θ 3 > θ 4 > θ 5 As can be seen from FIG. 6, the imaging speed changes due to the change in the scanning speed V R in both cases of exposure and non-exposure. Change rate is different. Therefore, it is necessary to calculate (Equation 8) using the thermal diffusion coefficient K 0 , which is a function of the scanning speed V R , as a parameter.

【0054】なお、上述の説明においては、マスクRの
走査速度VR と熱膨張率(又は熱拡散係数K0 )との関
係を求めているが、より正確には問題となるのは走査速
度V R ではなく、マスクRと雰囲気気体との相対速度で
あり、この相対速度に応じてマスクRの熱膨張量が変化
する。従って、マスク側の干渉計16により求めたマス
クRの走査速度VR は、その雰囲気気体との相対速度の
近似値として使用される。これに関して、実際にマスク
Rと雰囲気気体との相対速度を正確に計測するには、図
1のマスクステージRSTの一端に風速計を設置すれば
よい。この風速計での風速の計測結果を使用すれば、投
影露光装置が設置されている環境チャンバ内に空調装置
の送風口から送られて来る風の影響を考慮して正確な相
対速度を計測でき、より正確にマスクRの熱膨張補正を
行うことができる。
In the above description, the mask R
Scanning speed VRAnd coefficient of thermal expansion (or coefficient of thermal diffusion K0) Relationship
I am looking for a person in charge, but more accurately, the problem is the scanning speed
Degree V RNot by the relative velocity of the mask R and the atmosphere gas
Yes, the thermal expansion amount of the mask R changes according to this relative speed
To do. Therefore, the mass obtained by the interferometer 16 on the mask side
Scan speed V of RROf the relative velocity with the atmosphere gas
Used as an approximation. In this regard, actually a mask
To accurately measure the relative velocity between R and the atmosphere gas,
If you install an anemometer at one end of the 1st mask stage RST
Good. If you use the measurement result of the wind speed with this anemometer,
An air conditioner in the environmental chamber where the shadow exposure device is installed
Accurate phase considering the influence of the wind sent from
It can measure the velocity versus speed and correct the thermal expansion of the mask R more accurately.
It can be carried out.

【0055】以上のようにして走査速度VR (より正確
にはマスクRと雰囲気気体との相対速度)が計測される
と、図4から熱拡散係数K0 が求められる。このように
して求めた熱拡散係数K0 を(数8)に代入することに
より、マスクRの各ブロックの温度分布ΔT1 〜ΔT16
が求まる。これらとマスクRの材質である石英ガラスの
熱膨張係数とより図3(a)のマスクRの各ブロックB
1〜B16の中心点P 1 〜P16の相互の距離変化が求め
られ、マスクR上の各点の動きを決定することができ、
例えばマスクRは図3(b)のように変形する。このよ
うにマスクRの熱変形量が求められると、マスクRの像
を投影光学系PLを介してウエハW上に投影した際の投
影像の変動量、即ち結像特性の変化量が求められる。そ
こで、図1の主制御系20は、結像特性制御部12を介
してその結像特性の変化量を相殺するように結像特性の
補正を行う。これにより、同一のマスクRを用いてスキ
ャン露光を繰り返した場合でも、ウエハW上に投影され
るマスクRのパターン像は常に一定の状態に維持され
る。
As described above, the scanning speed VR(More accurate
, The relative velocity between the mask R and the atmospheric gas is measured.
And from FIG. 4, the thermal diffusion coefficient K0Is required. in this way
Thermal diffusion coefficient K obtained by0Substituting into (Equation 8)
From the temperature distribution ΔT of each block of the mask R1~ ΔT16
Is required. Of these and the quartz glass that is the material of the mask R
Based on the coefficient of thermal expansion, each block B of the mask R in FIG.
Center point P of 1 to B16 1~ P16The mutual distance change of
And the movement of each point on the mask R can be determined,
For example, the mask R is deformed as shown in FIG. This
When the amount of thermal deformation of the mask R is obtained, the image of the mask R
Projection when the wafer is projected onto the wafer W via the projection optical system PL.
The variation amount of the image, that is, the variation amount of the image forming characteristic is obtained. So
Here, the main control system 20 of FIG.
Then, the image formation characteristic is adjusted so as to cancel out the variation in the image formation characteristic.
Make a correction. This allows the same mask R to be used for scanning.
Even if the exposure is repeated, it is projected on the wafer W.
The pattern image of the mask R is always kept constant
It

【0056】次に、上述実施例の変形例につき説明す
る。先ず、上述実施例では、熱拡散係数K0 を求めてか
ら(数8)よりマスクRの温度分布を求めている。しか
しながら、マスクRのパターンの熱膨張率をも含めたマ
スクRの各ブロックの総合的な熱膨張率を直接計測する
ようにしてもよい。この方法によれば、熱拡散係数K0
を走査速度VR の関数として単独に求める場合と比べ
て、マスクRのパターン領域PAのパターンの材質、パ
ターン領域PA内のパターン存在率等の要因をも正確に
考慮することができる。マスクRの総合的な熱膨張率
と、走査速度VR との関係の求め方の一例は、マスクR
とマスクR上に描画されているパターン領域PAのパタ
ーン(遮光膜)の材質、パターン領域PAにおけるパタ
ーン存在率、照明光の照射エネルギー、マスクRの走査
速度VR 等に基づいて、理論的に総合的な熱膨張率を求
める方法である。また、別の求め方として、マスクRを
一定速度で走査しながら、マスクRを照明光で照射し続
けて、一定期間毎に、ウエハW上にマスクRのパターン
像を焼きつけて、パターン像のディストーション、及び
倍率を実際に計測することで、マスクRの熱膨張量を測
定し、これにより総合的な熱膨張率を求める方法もあ
る。
Next, a modification of the above embodiment will be described. First, in the above-described embodiment, the temperature distribution of the mask R is obtained from (Equation 8) after obtaining the thermal diffusion coefficient K 0 . However, the total coefficient of thermal expansion of each block of the mask R including the coefficient of thermal expansion of the pattern of the mask R may be directly measured. According to this method, the thermal diffusion coefficient K 0
As compared with the case where is independently calculated as a function of the scanning speed V R , factors such as the material of the pattern of the pattern area PA of the mask R and the pattern existence rate in the pattern area PA can be accurately considered. And the overall thermal expansion of the mask R, an example of obtaining the relationship between the scanning speed V R, the mask R
The material of the pattern of the pattern area PA that is drawn on a mask R (light shielding film), the pattern existence ratio in the pattern area PA, irradiation energy of the illumination light, based on the scanning speed V R of a mask or the like R, theoretically This is a method of obtaining the overall coefficient of thermal expansion. Further, as another way of obtaining, while scanning the mask R at a constant speed, the mask R is continuously irradiated with the illumination light, and the pattern image of the mask R is printed on the wafer W at regular intervals to obtain the pattern image. There is also a method in which the thermal expansion amount of the mask R is measured by actually measuring the distortion and the magnification, and thereby the total thermal expansion coefficient is obtained.

【0057】その他に、走査速度VR を様々な値に変え
てマスクRを走査して、それぞれ照明光をマスクRに照
射しているときに、マスクRの表面の温度分布を計測す
ることで、マスクRのパターン領域PA内の透過部と遮
光部との間での熱移動の様子やパターン領域PAの膨張
の様子等を調べ、この結果から走査速度VR に対するマ
スクRの総合的な熱膨張率を得る方法もある。
In addition, the scanning speed V R is changed to various values, the mask R is scanned, and the temperature distribution on the surface of the mask R is measured while the illumination light is being radiated to the mask R. , The state of heat transfer between the light-transmitting portion and the light-shielding portion in the pattern area PA of the mask R, the state of expansion of the pattern area PA, and the like are examined, and from these results, the overall heat of the mask R with respect to the scanning speed V R is examined. There is also a method of obtaining the expansion coefficient.

【0058】次に、上述実施例では、マスクRと雰囲気
気体との相対速度を計測して補正を行っているが、マス
クRの表面に常時一定の風速の空気が当たるようにし
て、マスクRの走査の有無、走査速度VR の差異による
結像特性の変化を無くし、常に結像特性に関して一定の
補正をかけるようにする方法もある。図7は、風速を一
定に保つためのシステム構成の要部を示し、この図7に
おいて、マスクRを保持するマスクステージRSTはマ
スクベース34上に駆動素子10を介してx方向に摺動
自在に載置され、マスクステージRSTのx方向の座標
は干渉計16により常時計測されている。マスクステー
ジRSTのx方向の側面方向に送風装置の送風口36が
配置され、送風口36からマスクステージRSTに対し
て風速可変の空気が吹き付けられている。また、送風口
36側のマスクステージRSTの一端に風速計35が固
定され、風速計35によりマスクステージRSTひいて
はマスクRと雰囲気気体(空気)との相対速度が計測さ
れている。従って、マスクステージRSTの走査速度V
R が変化した場合でも、風速計35により計測された風
速が一定になるように送風装置の風速又は風量を制御す
ることにより、マスクRと雰囲気気体との相対速度を一
定化できる。
Next, in the above-mentioned embodiment, the relative velocity between the mask R and the atmospheric gas is measured and corrected. However, the surface of the mask R is constantly exposed to the air of a constant wind velocity so that the mask R There is also a method of eliminating a change in the imaging characteristic due to the presence or absence of the scanning and the difference in the scanning speed V R and always applying a constant correction to the imaging characteristic. FIG. 7 shows a main part of a system configuration for keeping the wind speed constant. In FIG. 7, the mask stage RST holding the mask R is slidable in the x direction on the mask base 34 via the drive element 10. The coordinate of the mask stage RST in the x direction is constantly measured by the interferometer 16. The air blower 36 of the air blower is arranged in the side surface of the mask stage RST in the x direction, and the air whose velocity is variable is blown from the air blower 36 to the mask stage RST. Further, an anemometer 35 is fixed to one end of the mask stage RST on the side of the blower port 36, and the anemometer 35 measures the relative velocity of the mask stage RST and thus the mask R and the atmospheric gas (air). Therefore, the scanning speed V of the mask stage RST
Even if R changes, the relative speed between the mask R and the atmospheric gas can be made constant by controlling the wind speed or the air volume of the blower so that the wind speed measured by the anemometer 35 becomes constant.

【0059】但し、図7の配置とは異なり、図7の紙面
に垂直な方向(非走査方向)に送風装置からマスクRに
対して一定速度の空気を吹き付けてもよい。この場合で
も、マスクRの走査速度VR に比べてその空気の風速を
かなり大きく設定することにより、マスクRと雰囲気気
体との相対速度はほぼ一定とみなすことができる。ま
た、そのように風速計35を用いる他に、図7において
マスクRの表面の温度分布を温度センサ等で常にモニタ
し、マスクRの表面の温度が常に一定になるように、送
風口36からマスクRに対して吹き付ける風量を制御し
てもよい。この方法により、マスクRの状態(熱変形状
態)は常に一定に保たれ、結像状態を良好に維持するこ
とができる。
However, unlike the arrangement of FIG. 7, air may be blown to the mask R from the air blower at a constant speed in a direction (non-scanning direction) perpendicular to the paper surface of FIG. Even in this case, the relative velocity between the mask R and the atmospheric gas can be regarded as substantially constant by setting the wind velocity of the air to be considerably higher than the scanning velocity V R of the mask R. In addition to using the anemometer 35 as described above, the temperature distribution on the surface of the mask R in FIG. 7 is constantly monitored by a temperature sensor or the like so that the temperature of the surface of the mask R is always constant. The amount of air blown onto the mask R may be controlled. By this method, the state of the mask R (heat-deformed state) is always kept constant, and the image formation state can be kept excellent.

【0060】その他に、マスクRのパターンをウエハW
に露光していないときでも、マスクRを走査することで
マスクRを冷やし、極力、図1の結像特性制御部12を
用いた結像特性の補正を行わない状態に戻すようにして
もよい。この原理につき図8を参照して説明する。図8
は、結像特性制御部12による結像特性の補正量Cとそ
れに応じた結像状態の変化量Fとの関係を示し、この図
8において、直線37は結像特性の補正量Cとそれに応
じた結像状態の変化量Fとの理論的な関係を示す。とこ
ろが、実際には、結像特性制御部12による結像特性の
補正量Cには再現性のばらつきがある。この再現性のば
らつきをΔCとすると、直線37において、補正量Cが
ΔC以下になる範囲38では、結像特性の補正により却
って結像特性の変化量Fのばらつきが大きくなり過ぎる
場合が生じる。即ち、範囲38では結像特性の補正を行
わない方が、却って結像特性が良好に維持される場合が
あるため、範囲38では結像特性の補正を行わないよう
にする。
In addition, the pattern of the mask R is set on the wafer W.
Even when it is not exposed to light, the mask R may be scanned to cool the mask R and return to a state where the correction of the imaging characteristic using the imaging characteristic control unit 12 of FIG. 1 is not performed as much as possible. . This principle will be described with reference to FIG. Figure 8
Shows the relationship between the correction amount C of the image forming characteristic by the image forming characteristic control unit 12 and the corresponding change amount F of the image forming state. In FIG. 8, the straight line 37 represents the correction amount C of the image forming characteristic and The theoretical relationship with the corresponding change amount F of the image formation state is shown. However, in reality, the correction amount C of the image formation characteristic by the image formation characteristic control unit 12 has variations in reproducibility. Assuming that the variation in reproducibility is ΔC, in the range 38 where the correction amount C is equal to or less than ΔC in the straight line 37, the variation in the image formation characteristic variation F may become too large due to the image formation characteristic correction. In other words, if the image forming characteristic is not corrected in the range 38, the image forming characteristic may be better maintained. Therefore, the image forming characteristic is not corrected in the range 38.

【0061】また、直線37において、補正量CがΔC
を超える範囲39では、補正を行うことにより結像特性
の変化量Fが再現性のばらつきを超えて補正されるた
め、範囲39では結像特性制御部12を用いた補正を行
うことが望ましい。また、範囲39においても、結像特
性の補正により結像特性のばらつきが発生するので、マ
スクRの状態を範囲38に設定して補正を行わなくとも
済むようにするため、非露光時でもマスクRを走査し
て、できるだけ速くマスクRを冷却することがこの方法
である。
On the straight line 37, the correction amount C is ΔC.
In the range 39 exceeding the range, the amount of change F of the imaging characteristics is corrected by the correction by exceeding the variation of the reproducibility. Therefore, in the range 39, it is desirable to perform the correction using the imaging characteristic control unit 12. Further, in the range 39, since the image forming characteristic varies due to the correction of the image forming characteristic, the state of the mask R is set to the range 38 so that the correction is not required. It is this method to scan R and cool mask R as fast as possible.

【0062】また、図1においてマスクRのパターン領
域内に縦横に周期的に位置検出用のマークを形成してお
き、不図示の位置検出装置によりそれら位置検出用のマ
ークの位置を直接測定することによりマスクRの熱変形
量を求める方法も考えられる。次に、マスクRの両面
(片面の場合もある)に矩形の枠を介して異物付着防止
用の薄膜(所謂ペリクル)が張設されている場合があ
る。このようにマスクRにペリクルが張設されている
と、マスクRを走査しても、マスクRの表面には風は当
たらないため、マスクRの走査に伴う風による冷却効果
は期待できない。この場合には、マスクRの走査速度V
R (より正確には雰囲気気体との相対速度)を熱膨張の
補正式から外して、理論式、又は実際にマスクRを照射
して得た実験式より(数8)に対応する補正式を求め、
ペリクルの有無に応じて補正のかけ方を区別する必要が
ある。
Further, in FIG. 1, position detecting marks are periodically formed in the pattern area of the mask R vertically and horizontally, and the positions of these position detecting marks are directly measured by a position detecting device (not shown). Therefore, a method of obtaining the thermal deformation amount of the mask R can be considered. Next, a thin film (so-called pellicle) for preventing foreign matter adhesion may be stretched on both surfaces (may be one surface) of the mask R via a rectangular frame. When the pellicle is stretched on the mask R in this way, even if the mask R is scanned, the wind does not hit the surface of the mask R, so that the cooling effect due to the wind accompanying the scanning of the mask R cannot be expected. In this case, the scanning speed V of the mask R
R (more accurately, the relative velocity with the atmospheric gas) is removed from the correction formula for thermal expansion, and a correction formula corresponding to (Equation 8) is obtained from a theoretical formula or an empirical formula obtained by actually irradiating the mask R. Seeking,
It is necessary to distinguish the correction method depending on the presence or absence of the pellicle.

【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。
As described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

【0064】[0064]

【発明の効果】本発明によれば、マスクと雰囲気気体と
の相対速度を測定し、この測定結果及び照射エネルギー
に基づいてマスクの熱変形量を算出し、この熱変形量に
起因する投影像のディストーション等を相殺するように
投影光学系の結像特性を補正することにより、スキャン
露光方式の投影露光装置において、マスクの熱変形によ
って発生する結像特性の変動量を良好に補正できる利点
がある。これにより感光基板上に多数層のパターンを露
光する場合の重ね合わせ精度も向上する。
According to the present invention, the relative velocity between the mask and the atmospheric gas is measured, the thermal deformation amount of the mask is calculated based on the measurement result and the irradiation energy, and the projected image resulting from this thermal deformation amount is calculated. By correcting the image forming characteristic of the projection optical system so as to cancel out the distortion of the image forming apparatus, it is possible to favorably correct the variation amount of the image forming characteristic caused by the thermal deformation of the mask in the scan exposure type projection exposure apparatus. is there. This also improves the overlay accuracy when exposing a multi-layered pattern on the photosensitive substrate.

【0065】また、マスクのパターンを形成するための
遮光膜の材質として光吸収性のある材質をも使用できる
ため、その遮光膜として投影光学系等の光学系にフレア
等の悪影響を与えないものを選ぶことができる。また、
マスクステージの位置を計測するマスク側位置計測手段
を設け、このマスク側位置計測手段が相対速度測定手段
を兼用する場合には、特別に相対速度測定手段を設ける
ことなく、簡略な装置構成で相対速度を近似的に計測で
きる。
Further, since a light-absorbing material can be used as the material of the light-shielding film for forming the mask pattern, the light-shielding film does not adversely affect the optical system such as the projection optical system such as flare. You can choose. Also,
When the mask side position measuring means for measuring the position of the mask stage is provided, and this mask side position measuring means also serves as the relative speed measuring means, the relative speed measuring means is not particularly provided, and the relative position is measured by a simple device configuration. Velocity can be measured approximately.

【0066】また、その相対速度測定手段が風速計であ
る場合には、雰囲気気体が流れているような場合でも、
雰囲気気体とマスクとの相対速度をより高精度に計測で
きる。
When the relative velocity measuring means is an anemometer, even when the atmospheric gas is flowing,
The relative velocity between the atmospheric gas and the mask can be measured with higher accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による投影露光装置の一実施例を示す概
略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention.

【図2】スキャン露光方式の説明に供する斜視図であ
る。
FIG. 2 is a perspective view for explaining a scan exposure method.

【図3】(a)はマスク上を16のブロックに分割した
状態を示す平面図、(b)はマスクの各ブロックの中心
の変形例を示す図である。
FIG. 3A is a plan view showing a state in which the mask is divided into 16 blocks, and FIG. 3B is a view showing a modified example of the center of each block of the mask.

【図4】マスクの走査速度VR と熱拡散係数K0 との関
係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a mask scanning speed V R and a thermal diffusion coefficient K 0 .

【図5】マスクの走査速度VR が変化した場合のマスク
の温度TR の経時変化の一例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of changes over time in the temperature T R of the mask when the scanning speed V R of the mask changes.

【図6】露光時と非露光時とにおけるマスクの走査速度
R による結像特性の変化量の一例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the amount of change in the imaging characteristics depending on the scanning speed V R of the mask during exposure and during non-exposure.

【図7】実施例の変形例であってマスクステージRST
上に風速計35を設けた場合の要部を示す構成図であ
る。
FIG. 7 is a modification of the embodiment, which is a mask stage RST.
It is a block diagram which shows the principal part when the anemometer 35 is provided above.

【図8】結像特性の補正量と結像特性の変化量との関係
を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the correction amount of the image formation characteristic and the change amount of the image formation characteristic.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2 照度分布均一化光学系 3,6 リレーレンズ 4B インテグレータセンサ 5 可変視野絞り R マスク PL 投影光学系 W ウエハ RST マスクステージ WST ウエハステージ 10,11 駆動素子 12 結像特性制御部 16 マスク側の干渉計 18 ウエハ側の干渉計 19 ステージ制御系 20 主制御系 22 照射量モニタ 27 レンズエレメント DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 light source 2 illuminance distribution uniforming optical system 3, 6 relay lens 4B integrator sensor 5 variable field diaphragm R mask PL projection optical system W wafer RST mask stage WST wafer stage 10, 11 drive element 12 imaging characteristic control unit 16 mask side Interferometer 18 Interferometer on wafer side 19 Stage control system 20 Main control system 22 Irradiation amount monitor 27 Lens element

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 転写用のパターンが形成されたマスク上
の所定の照明領域を照明する照明光学系と、前記マスク
のパターン像を感光基板上に投影する投影光学系と、前
記マスクを保持して前記照明領域に対して前記マスクを
走査するマスクステージと、前記感光基板を保持して前
記所定の照明領域と共役な領域に対して前記感光基板を
走査する基板ステージと、を有し、 前記マスクステージを介して前記マスクを所定速度で走
査するのと同期して前記基板ステージを介して前記投影
光学系の投影倍率に応じた速度で前記感光基板を走査す
ることにより、前記マスクのパターン像を逐次前記感光
基板上に投影露光する投影露光装置において、 前記投影光学系の結像状態を補正する結像状態補正手段
と、 前記マスクと該マスクに接する気体との相対速度を測定
する相対速度測定手段と、 該相対速度測定手段の測定結果及び前記マスクに対する
前記照明光学系からの照射エネルギーより、前記マスク
の熱変形量を算出する変形量算出手段と、 該熱変形量算出手段の算出結果に基づいて前記結像状態
補正手段を介して前記投影光学系の結像状態を補正する
制御手段と、を設けたことを特徴とする投影露光装置。
1. An illumination optical system for illuminating a predetermined illumination area on a mask on which a transfer pattern is formed, a projection optical system for projecting a pattern image of the mask onto a photosensitive substrate, and a mask for holding the mask. A mask stage that scans the mask with respect to the illumination region, and a substrate stage that holds the photosensitive substrate and scans the photosensitive substrate with respect to a region conjugate with the predetermined illumination region, By scanning the photosensitive substrate through the substrate stage at a speed corresponding to the projection magnification of the projection optical system in synchronization with scanning the mask at a predetermined speed through the mask stage, a pattern image of the mask is obtained. In a projection exposure apparatus for sequentially projecting and exposing on the photosensitive substrate, an imaging state correction means for correcting the imaging state of the projection optical system, a phase of the mask and a gas in contact with the mask. Relative velocity measuring means for measuring the velocity, deformation amount calculating means for calculating the thermal deformation amount of the mask from the measurement result of the relative velocity measuring means and the irradiation energy from the illumination optical system to the mask, A projection exposure apparatus comprising: a control unit that corrects the image formation state of the projection optical system via the image formation state correction unit based on the calculation result of the deformation amount calculation unit.
【請求項2】 前記マスクステージの位置を計測するマ
スク側位置計測手段を設け、該マスク側位置計測手段が
前記相対速度測定手段を兼用することを特徴とする請求
項1記載の投影露光装置。
2. The projection exposure apparatus according to claim 1, further comprising mask-side position measuring means for measuring the position of the mask stage, wherein the mask-side position measuring means also serves as the relative speed measuring means.
【請求項3】 前記相対速度測定手段は、風速計である
ことを特徴とする請求項1記載の投影露光装置。
3. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the relative speed measuring means is an anemometer.
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