JPH07335516A

JPH07335516A - 走査型露光装置

Info

Publication number: JPH07335516A
Application number: JP6122128A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1994-06-03
Publication date: 1995-12-22
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: JP3448819B2

Abstract

(57)【要約】【目的】投影光学系の結像性能の調整（又は計測）を
走査露光方式に適した機構で行う。【構成】スリット状の照明領域７内のレチクル６のパ
ターン像を投影光学系１４を介してウエハ１７上の露光
領域１８内に投影し、照明領域７に対してレチクル６を
Ｂ１方向に走査するのと同期して露光領域１８に対して
ウエハ１７をＣ１方向に走査して露光を行う。投影光学
系１４とレチクル６との間で、照明光が通過しない非照
明領域２７Ｒ，２８Ｒにおいて、投影光学系１４のレチ
クル側のレンズ１５の表面に温度計測用のサーミスタ３
０Ａ，３０Ｂを被着し、計測結果に基づいて送風ユニッ
ト３２Ａ，３２Ｂからレンズ１５に気体を吹き付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子等を
製造する際に使用される投影露光装置に関し、特に感光
基板上の各ショット領域への露光に際してマスクと感光
基板とを同期して走査する、所謂ステップ・アンド・ス
キャン方式等の走査型露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、又は液晶表示素
子等をフォトリソグラフィ−技術を用いて製造する場合
に、レチクル（又はフォトマスク等）上に形成されたパ
ターンを、投影光学系を介して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）上に転写露光す
る投影露光装置が使用されている。従来の投影露光装置
としては、ステッパーのように、ウエハステージをステ
ッピング駆動してウエハ上の各ショット領域を露光位置
に設定した後、レチクルとウエハとを静止させた状態で
露光を行うステップ・アンド・リピート方式（一括露光
方式）の投影露光装置が多用されていた。

【０００３】一般に投影露光装置においては、露光中に
投影光学系の結像性能（露光光吸収によるレンズの熱変
形に起因する収差、デフォーカス等）を所定の許容範囲
内に維持することが求められているため、その結像性能
を調整（計測も含む）するための機構が設けられてい
る。例えば、露光光吸収によるレンズの熱変形に起因す
る投影光学系の収差を補正するために、露光量に応じて
投影光学系を構成するレンズ群の間の所定の密閉空間の
気体の圧力を調整する機構、又は投影光学系を構成する
所定のレンズの位置若しくは傾斜角を調整する機構等か
らなる結像特性調整装置が使用されていた。また、デフ
ォーカスの程度を計測するために、ウエハの露光面に対
して斜めにスリットパターン像等を投影し、反射光の結
像位置に基づいてウエハのフォーカス位置を計測する斜
入射方式の焦点位置検出装置等も使用されていた。

【０００４】ところで、最近、半導体素子の１個のチッ
プパターンが益々大型化する傾向にあるため、より大き
な面積のレチクルのパターンをウエハ上に露光する投影
露光装置が求められている。そこで、矩形状、又は円弧
状等の照明領域（以下、「スリット状の照明領域」と呼
ぶ）でレチクルを照明し、レチクル及びウエハを投影光
学系に対して同期して走査して露光を行う、所謂ステッ
プ・アンド・スキャン方式、又はスリットスキャン方式
等の走査露光方式の投影露光装置（走査型露光装置）が
注目されている。

【０００５】このような走査露光方式の投影露光装置で
も、投影光学系の結像性能を所定の許容範囲内に維持す
ることが求められているが、その結像性能を調整するた
めの機構としては従来の一括露光方式の投影露光装置用
の機構がそのまま転用されていた。また、走査露光方式
においても、レチクルとウエハの各ショット領域との位
置合わせを行うアライメント装置が必要であるが、この
アライメント装置としても一括露光方式用の装置が転用
されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の走
査露光方式の投影露光装置においては、投影露光装置の
結像性能を調整（計測を含む）するための機構として、
一括露光方式用の機構が転用されており、また、走査露
光方式の投影露光装置用のアライメント装置としても、
一括露光方式用の装置が転用されていた。しかしなが
ら、走査露光方式では、露光中にレチクルとウエハとが
同期して走査されるため、静止状態での投影光学系の結
像性能に対する許容範囲はより狭くなる傾向にある。そ
のため、結像性能の調整を行う機構としても、より高精
度な機構の開発が望まれている。

【０００７】同様にアライメント機構についても、走査
露光方式に適した機構の開発が望まれている。本明細書
では、アライメント機構を広義に考え、投影光学系の結
像性能の調整機構の一種であるものとして扱う。また、
投影光学系のディストーション又は像面湾曲等の結像特
性もその結像性能の一種であるものとして扱う。本発明
は斯かる点に鑑み、投影光学系の結像性能の調整（又は
計測）を走査露光方式に適した機構で行うことができる
走査型露光装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の走査
型露光装置は、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（６）上の所定形状の照明領域
を露光光で照明し、この所定形状の照明領域内のマスク
（６）のパターンを投影光学系（１４）を介して感光性
の基板（１７）上に投影し、マスク（６）をその投影光
学系に対して所定の方向に走査するのと同期して基板
（１７）をその投影光学系に対して走査することによ
り、マスク（６）上のパターンを逐次基板（１７）上に
露光する走査型露光装置において、投影光学系（１４）
のそのマスク側のレンズ（１５）とそのマスクとの間の
空間、及び基板（１７）側のレンズ（１６）とその基板
との間の空間の内、マスク（６）上の所定形状の照明領
域（７）から投影光学系（１４）を介して基板（１７）
に入射する露光光が通過しない領域（２７Ｒ，２８Ｒ，
２７Ｗ，２８Ｗ）に、投影光学系（１４）の結像性能を
調整（又は計測）するための結像性能調整手段（３０
Ａ，３２Ａ）を設けたものである。

【０００９】この場合、結像性能調整手段の一例は、そ
の投影光学系のレンズ（１５）の温度を計測する温度計
測手段（３０Ａ）と、その投影光学系のレンズの温度を
調整する空調手段（３２Ａの先端部）とを有するもので
ある。また、結像性能調整手段の他の例として、例えば
図７に示すように、投影光学系（１４）とマスク（６）
との間に配置された光路折り曲げ用のミラー（６２）が
ある。この場合更に、投影光学系の側方から光路折り曲
げ用のミラー（６２）、及び投影光学系（１４）を介し
て基板（１７）上の位置合わせ用のマーク（６４）上に
位置検出用の光を照射する送光系（５９）と、その基板
上の位置合わせ用のマーク（６４）により反射された
後、その投影光学系、及び光路折り曲げ用のミラー（６
２）を経て戻された位置検出用の光を受光する受光系
（６５）と、投影光学系（１４）の瞳面付近に配置さ
れ、光路折り曲げ用のミラー（６２）と基板（１７）と
の間を往復する位置検出用の光の光路を偏向させる光路
偏向部材（６３）と、を設け、受光系（６５）の検出信
号に基づいてその基板上の位置合わせ用のマーク（６
４）の位置を検出することが望ましい。

【００１０】また、結像性能調整手段の更に他の例とし
て、例えば図６に示すように、投影光学系（１４）とマ
スク（６）との間に配置された第１及び第２の光路折り
曲げ用のミラー（５３，５６）がある。この場合、投影
光学系の側方から第１の光路折り曲げ用のミラー（５
３）、及び投影光学系（１４）を介して基板（１７）上
に斜めに位置検出用の光を照射する送光系（５０〜５
２）と、基板（１７）から斜めに反射された後、その投
影光学系、及び第２の光路折り曲げ用のミラー（５６）
を経て戻された位置検出用の光を受光する受光系（５
７，５８）と、を設け、この受光系の検出信号に基づい
て基板（１７）の投影光学系（１４）の光軸方向の位置
を検出することが望ましい。

【００１１】また、本発明の第２の走査型露光装置は、
例えば図４に示すように、転写用のパターンが形成され
たマスク（６）上の所定形状の照明領域を露光光で照明
し、この所定形状の照明領域内のマスク（６）のパター
ンを投影光学系（１４）を介して感光性の基板（１７）
上に投影し、マスク（６）を投影光学系（１４）に対し
て所定の方向に走査するのと同期して基板（１７）を投
影光学系（１４）に対して所定の走査方向に走査するこ
とにより、マスク（６）上のパターンを逐次基板（１
７）上に露光する走査型露光装置において、投影光学系
（１４）のマスク（６）側のレンズとそのマスクとの間
の空間、及び基板（１７）側のレンズとその基板との間
の空間の少なくとも一方に、投影光学系（１４）の結像
特性（ディストーション、像面湾曲等）を補正するため
の互いに異なる特性を有する複数の光学特性補正部材
（４８Ａ〜４８Ｃ）を並べて配置し、投影光学系（１
４）の結像特性に応じてそれら複数の光学特性補正部材
の内の１つの光学特性補正部材を設定する切り換え手段
（４５〜４７）を設けたものである。

【００１２】

【作用】斯かる本発明の走査露光型の投影露光装置で
は、例えば図３に示すように、マスク（Ｒ）上の走査方
向（Ｘ方向）に狭いスリット状の照明領域（７）が照明
され、その照明領域（７）を通過した露光光は、投影光
学系（１４）のマスク（６）側のレンズにおいてもスリ
ット状の領域（２９Ｒ）を通過し、スリット状の領域
（２９Ｒ）の走査方向の前後に露光光が通過しない領域
が存在する。

【００１３】図３をＹ方向に見た図が図１であり、この
図１に示すように、投影光学系（１４）のマスク（６）
側のレンズ（１５）の上方、及び基板（１７）側のレン
ズ（１６）の下方にはそれぞれ走査方向の前後に露光光
が通過しない非照明領域（２７Ｒ，２８Ｒ，２７Ｗ，２
８Ｗ）が形成される。そこで、本発明ではこの非照明領
域（２７Ｒ，２８Ｒ，２７Ｗ，２８Ｗ）を有効に活用す
る。

【００１４】即ち、本発明の第１の走査型露光装置で
は、その非照明領域（２７Ｒ，２８Ｒ，２７Ｗ，２８
Ｗ）に投影光学系（１４）用の結像性能調整手段を配置
する。先ず、その結像性能調整手段が、温度計測手段
（３０Ａ）と空調手段（３２Ａの先端）である場合に
は、温度計測手段（３０Ａ）により投影光学系（１４）
内の実際の照明領域又は露光フィールドに最も近く一般
に肉厚のレンズの温度を実測し、空調手段（３２Ａの先
端）から供給される気体により、そのレンズの温度を常
に所望の温度に維持することができる。これにより、露
光光吸収によるレンズの熱変形が少なくなり、発生する
収差も少なくなる。

【００１５】また、その結像性能調整手段が、図７に示
すように、光路折り曲げ用のミラー（６２）である場
合、送光系（５９）と受光系（６５）とを設けることに
より、基板（１７）上の位置合わせ用のマーク（６４）
の位置を検出するためのＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）
方式のアライメント系が構成される。但し、一般に位置
合わせ用のマーク（６４）は回路パターン等が露光され
る領域の外側に配置されている。更に、位置検出用の光
の波長帯は露光用の照明光の波長帯と異なり、投影光学
系（１４）においてはその位置検出用の光に対して縦及
び横の色収差が存在するため、投影光学系（１４）の瞳
面付近に位置検出用の光の光路を偏向させる光路偏向部
材（６３）を配置する必要がある。

【００１６】次に、その結像性能調整手段が、図６に示
すように、光路折り曲げ用の２枚のミラー（５３，５
６）である場合、送光系（５０〜５２）と受光系（５
７，５８）とを設けることにより、基板（１７）のフォ
ーカス位置を検出するためのＴＴＬ方式のフォーカス位
置検出系が構成される。ＴＴＬ方式であるため、投影光
学系（１４）の結像特性が変化したような場合でも、正
確に基板（１７）のデフォーカス量が検出される。

【００１７】なお、以上の結像性能調整手段に関して、
従来の一括露光方式用の調整手段では、投影光学系（１
４）のレンズ径に対する照明フィールドの比が大きかっ
たため、露光用の照明光の波長帯と異なる波長帯の光を
用いた光学系を利用することは、収差を良好に補正する
光学系を入れる余地がなく困難であった。また、本発明
の第２の走査型露光装置では、その非照明領域（２７
Ｒ，２８Ｒ，２７Ｗ，２８Ｗ）を含む領域に投影光学系
（１４）の投影像のディストーション、又は像面湾曲等
の結像特性を補正するための複数の光学特性補正部材
（４８Ａ〜４８Ｃ）を配置している。この場合、照明領
域がスリット状であるため、容易に投影光学系（１４）
とマスク（６）との間の空間、若しくは投影光学系（１
４）と基板（１７）との間の空間に複数種類の光学特性
補正部材を配置できる。

【００１８】これに関して、各光学特性補正部材として
は、例えば図５（ａ）に示すように、平行平板ガラスを
研磨し各場所で部分的にその平板を傾けることで、ハー
ビング作用（光束偏向作用）を持たせた第１補正ガラス
板（４８Ｂ₁）と、更に非点収差等を補正するために、
その第１補正ガラス板（４８Ｂ₁）と反対方向に傾いた
第２補正ガラス板（４８Ｂ₂）との組合せを使用でき
る。

【００１９】また、近年照明光学系中の開口絞りの形状
を例えば光軸から偏心した複数の開口より形成する変形
光源法等が開発されているため、通常の照明法とその変
形光源法との切り換えにより、ディストーション特性等
が変わることがある。そこで、そのディストーション等
を各照明条件で補正するために、非照明領域（２７Ｒ，
２８Ｒ，２７Ｗ，２８Ｗ）に退避している光学特性補正
部材中の適当なものを露光領域に設定する。

【００２０】また、光学特性補正部材は、投影光学系
（１４）と基板（１７）との間にも設置でき、ここでは
例えば各場所で平行平板ガラスの肉厚を多少変えること
等で、像面湾曲や非点収差の補正を行うことが可能であ
る。但し、照明条件、照明光の照射量、大気圧変化等で
その基板（１７）側でのディストーションの必要な補正
量も変化することがある。この場合には、基板（１７）
側の光学特性補正部材も切り換えることで、各条件に対
する像面湾曲や非点収差による誤差が軽減される。

【００２１】

【実施例】以下、本発明による走査型露光装置の第１実
施例につき図１〜図６を参照して説明する。本実施例
は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に
本発明を適用したものである。図１は、本実施例の投影
露光装置の概略構成を示し、この図１において、照明光
学系中の図示省略されたオプティカル・インテグレータ
からの例えば水銀ランプからのｉ線（波長３６５ｎｍ）
よりなる照明光（露光光）ＩＬが、第１リレーレンズ１
を介して視野絞り２を照明する。但し、照明光ＩＬとし
ては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等も
使用できる。

【００２２】視野絞り２のスリット状の開口を通過した
照明光が、第２リレーレンズ３、光路折り曲げ用のミラ
ー４、及び照明コンデンサーレンズ５を介して、レチク
ル６上のスリット状の照明領域７を均一な照度で照明す
る。その視野絞り２の配置面とレチクル６のパターン形
成面とは共役であり、視野絞り２に形成された短辺方向
の幅ｄ_Sの矩形開口の投影像が、スリット状の照明領域
７となっている。

【００２３】レチクル６は、可動式のレチクルステージ
８を介してレチクルベース９上に設置され、レチクルス
テージ８上の端部に固定された移動鏡１０及び外部に設
置されたレーザ干渉計１１により計測されたレチクルス
テージ８の走査方向の座標が主制御系１２に供給されて
いる。主制御系１２は、レチクル駆動装置１３を介して
レチクルステージ８の走査速度及び位置の制御を行う。
レチクルステージ８の駆動機構はリニアモータである
が、ねじ式の駆動機構も使用できる。

【００２４】レチクル６上のスリット状の照明領域７内
のパターン像が、両側テレセントリック（又は片側テレ
セントリック）の投影光学系１４を介してフォトレジス
トが塗布されたウエハ１７上のスリット状の露光領域１
８内に結像投影される。即ち、露光領域１８は、照明領
域７、ひいては視野絞り２の開口部と共役である。ま
た、投影光学系１４は、レチクル６側のレンズ１５〜ウ
エハ１７側のレンズ１６を鏡筒内に収納して構成されて
いる。投影光学系１４の光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸
に垂直な平面内で図１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙
面に垂直にＹ軸を取る。そのＸ軸に平行な方向がレチク
ル６及びウエハ１７の走査方向である。

【００２５】図２は、図１におけるウエハ１７上のスリ
ット状の露光領域１８を示し、この図２において、投影
光学系による直径ｄ_PLの円形の有効露光フィールド２４
にほぼ内接するようにスリット状の露光領域１８が設定
されている。従って、ウエハの露光面でのスリット状の
露光領域１８の長辺の幅ｄ_Lは、有効露光フィールド２
４の直径ｄ_PLにほぼ等しい。また、図１の投影光学系１
４の投影倍率をβとして、視野絞り２からレチクル６へ
の投影倍率を１とすると、視野絞り２の矩形開口の短辺
方向の幅ｄ_Sを用いて、図２の露光領域１８の短辺方向
の幅はほぼβ・ｄ_Sで表される。

【００２６】露光する際には、ウエハ上の短辺方向の幅
がｄ_FS（≒ｄ_L)の露光フィールド（ショット領域）２５
を露光領域１８の短辺方向に沿って例えばＣ１方向（−
Ｘ方向）に走査し、レチクルを逆方向（＋Ｘ方向）に走
査することにより、露光フィールド２５上にレチクル６
のパターン像が投影露光される。この場合、スリット状
の露光領域１８の長辺方向の幅ｄ_Lが、露光フィールド
２５の短辺方向の幅ｄ _FSとなるので、露光フィールドの
大きさが投影光学系の有効露光フィールドの直径ｄ_PLで
決まってしまう一括露光方式と較べ、同じ大きさの投影
光学系を用いてより大きな露光フィールドが得られるこ
とが分かる。

【００２７】図１に戻り、ウエハ１７は、ウエハホルダ
ー１９を介して可動式のウエハステージ２０上に載置さ
れ、ウエハステージ２０上に固定された移動鏡２１及び
外部に設置されたレーザ干渉計２２により計測されたウ
エハステージ２０の２次元座標が主制御系１２に供給さ
れている。主制御系１２は、ウエハ駆動装置２３を介し
てウエハステージ２０の位置決め動作及び走査動作を制
御する。ウエハステージ２０の走査方向への駆動機構と
してはリニアモータが使用されるが、ねじ式の駆動機構
を使用してもよい。走査露光時には主制御系１２の制御
のもとで、例えばレチクルステージ８をＢ１方向に速度
Ｖ_Rで走査するのと同期して、ウエハステージ２０をＣ
１方向に速度Ｖ_W(＝β・Ｖ_R)で走査することにより、レ
チクル６のパターン像が逐次ウエハ１７上の投影露光さ
れる。

【００２８】図３はその同期走査の様子を示す斜視図で
あり、この図３において、斜線を施したスリット状の照
明領域７に対してＢ１方向（−Ｘ方向）にレチクル６の
パターン領域２６を走査するのと同期して、斜線を施し
た露光領域１８に対してＣ１方向（＋Ｘ方向）にウエハ
１７の露光フィールド２５が走査される。但し、レチク
ル６を＋Ｘ方向に走査するのと同期して、ウエハ１７を
−Ｘ方向に走査してもよい。これにより、露光フィール
ド２５上にレチクル６のパターン領域２６内のパターン
像が逐次投影露光される。

【００２９】さて、図１に戻り、本実施例の投影露光装
置では、レチクルＲ上の照明領域７は走査方向（Ｘ方
向）に短辺方向を有するスリット状である。そのため、
その照明領域７を通過した照明光ＩＬが投影光学系１４
に達するまでに通過する領域は、走査方向（Ｘ方向）に
おいて斜線を施した領域（以下、「非照明領域」と呼
ぶ）２７Ｒ及び２８Ｒの内側の領域であり、投影光学系
１４の最もレチクル側のレンズ１５のかなり肉厚の厚い
部分の表面１５ａまでがその非照明領域２７Ｒ，２８Ｒ
に接している。

【００３０】同様に、投影光学系１４からウエハ１７に
達する照明光の通過領域も、走査方向において斜線を施
した非照明領域２７Ｗ，２８Ｗの内側の領域であり、投
影光学系１４の最もウエハ側のレンズ１６のかなり肉厚
の厚い部分の表面１６ａまでがその非照明領域２７Ｗ，
２８Ｗに接している。なお、図１では投影光学系１４の
両端のレンズのみを図示しているが、それらレンズの間
には多数のレンズが配置され、レチクル６又はウエハ１
７に近いレンズ程非照明領域が大きく、投影光学系１４
の瞳面（レチクル６に対するフーリエ変換面）に近いレ
ンズ程照明光は広い範囲に拡がっている。

【００３１】そこで、本実施例ではその投影光学系１４
とレチクル６との間の非照明領域２７Ｒ，２８Ｒを有効
に活用するため、先ず非照明領域２７Ｒ及び２８Ｒに接
するレンズ１５の表面１５ａ上にそれぞれ温度計測用の
サーミスタ３０Ａ及び３０Ｂを被着する。そして、これ
らサーミスタ３０Ａ及び３０Ｂを結像特性補正系３１内
の温度計測部に接続し、この温度計測部ではレンズ１５
の実際の温度を検出し、検出した温度を結像特性補正系
３１内の制御部に供給する。なお、サーミスタ３０Ａ及
び３０Ｂの代わりに、熱電対、又は白金電極等の他の温
度計測センサを使用することができる。

【００３２】図３に示すように、それらサーミスタ３０
Ａ及び３０Ｂは、投影光学系１４のレチクル６側のレン
ズの表面１５ａ上で、照明領域７を通過した照明光の照
射領域２９Ｒに対して走査方向に外側に固定されてい
る。従って、それらサーミスタ３０Ａ及び３０Ｂによ
り、正確にそのレチクル７側のレンズの実際の温度を計
測できると共に、それらサーミスタ３０Ａ及び３０Ｂが
照明光を遮ることがないため、レチクル７のパターン像
は正確にウエハ１７上に露光される。

【００３３】更に、図１に戻り、レチクルベース９の底
面側に走査方向に沿って対向するように送風ユニット３
２Ａ及び３２Ｂを配置し、一方の送風ユニット３２Ａの
吹き出し口３２Ａａ、及び他方の送風ユニット３２Ｂの
吹き出し口３２Ｂａをそれぞれ非照明領域２７Ｒ、及び
２８Ｒ内に設置する。送風ユニット３２Ａ及び３２Ｂと
しては、例えば本例の投影露光装置が設置されているチ
ャンバ用の空調機構から分岐された温度調節（例えば所
定温度まで冷却）された気体の流量を調整する装置が使
用され、吹き出し口３２Ａａ、及び３２Ｂａからそれぞ
れレンズ１５の表面に対して温度調節された気体が吹き
付けられるようになっている。それら送風ユニット３２
Ａ及び３２Ｂにおける気体の流量の制御は、結像特性補
正系３１内の制御部により実行される。

【００３４】即ち、結像特性補正系３１の制御部は、サ
ーミスタ３０Ａ及び３０Ｂにより計測されたレンズ１５
の温度が、予め設定されている温度範囲内に収まるよう
に、送風ユニット３２Ａ及び３２Ｂからそれぞれ吹き出
し口３２Ａａ、及び３２Ｂａを介してレンズ１５の表面
に吹き付けられる気体の流量を制御する。これにより、
長時間露光を行う場合でも、照明光による露光エネルギ
ーがレンズ１５に蓄積されることがなく、レンズ１５の
熱変形が小さいため、投影光学系１４による結像特性が
良好に維持される。

【００３５】なお、図１において、ウエハ１７側の非照
明領域２７Ｗ，２８Ｗにウエハ１７側のレンズ１６を冷
却する機構を設けてもよい。次に、本発明の第２実施例
につき図４及び図５を参照して説明する。本実施例で使
用される投影露光装置のステージ系及び投影光学系の機
構は図１の投影露光装置と同様であるため、以下ではス
テージ系は省略し、且つ投影光学系も簡略化して説明す
る。

【００３６】図４は、本実施例のレチクル６からウエハ
１７までの光学系、及び関連する機構の構成を示し、こ
の図４において、レチクル６と投影光学系１４との間に
ステージ４５が配置され、ステージ４５は駆動軸４６を
介して駆動装置４７により走査方向（Ｘ方向）に移動で
きるように支持されている。また、ステージ４５上に走
査方向に沿って３種類のディストーション補正部材４８
Ａ〜４８Ｃが載置されている。これらディストーション
補正部材４８Ａ〜４８Ｃは、それぞれ投影光学系１４に
よる投影像の異なるディストーションを補正する部材で
ある。

【００３７】また、ディストーション補正部材４８Ａ〜
４８Ｃのそれぞれがレチクル７上のスリット状の照明領
域７からの照明光の全てを受光できる広さを有し、且つ
ステージ４５を介して３段切り替えで、それらディスト
ーション補正部材４８Ａ〜４８Ｃの何れかをその照明領
域７の底部に設置できるようになっている。図４の状態
では中央のディストーション補正部材４８Ｂがレチクル
６のスリット状の照明領域の底部に配置され、他のディ
ストーション補正部材４８Ａ及び４８Ｃはそれぞれ非照
明領域２８Ｒ及び２７Ｒの中に退避している。

【００３８】最近は、照明光学系中の開口絞りとして、
光軸から偏心した複数の開口からなる絞りを使用する変
形光源法や、輪帯照明法等が使用される場合があるた
め、照明条件が大きく変化してディストーション特性も
変化することがある。そこで、そのように照明条件が大
きく変化したような場合には、駆動装置４７を介してス
テージ４５を移動させることにより、ディストーション
補正部材４８Ａ〜４８Ｃ中のディストーション誤差を最
小にするディストーション補正部材を照明領域７の底部
に設定する。この場合、照明領域７の走査方向（Ｘ方
向）の幅は狭く、非照明領域２７Ｒ及び２８Ｒを活用し
てディストーション補正部材を退避させることができる
ため、装置が特に大型化することはない。

【００３９】また、ウエハ１７と投影光学系１４との間
にステージ４０が配置され、ステージ４０は駆動軸４１
を介して駆動装置４２により走査方向（Ｘ方向）に移動
できるように支持されている。また、ステージ４０上に
走査方向に沿って３種類の像面湾曲補正部材４３Ａ〜４
３Ｃが載置されている。これら像面湾曲補正部材４３Ａ
〜４３Ｃは、それぞれ投影光学系１４による投影像の異
なる像面湾曲を補正する部材である。

【００４０】また、像面湾曲補正部材４３Ａ〜４３Ｃの
それぞれがウエハ１７上のスリット状の露光領域１８へ
達する照明光の全てを受光できる広さを有し、且つステ
ージ４０を介して３段切り替えで、それら像面湾曲補正
部材４３Ａ〜４３Ｃの何れかをその露光領域１８の上部
に設置できるようになっている。図４の状態では中央の
像面湾曲補正部材４３Ｂがスリット状の露光領域１８の
上部に配置され、他の像面湾曲補正部材４３Ａ及び４３
Ｃはそれぞれ非照明領域２８Ｗ及び２７Ｗの中に退避し
ている。

【００４１】上述の照明条件の変更、大気圧変動、又は
照明光の吸収による投影光学系１４の熱変形等があった
場合には、それに応じて像面湾曲特性も変化することが
ある。そこで、そのように各種条件等が大きく変化した
ような場合には、駆動装置４２を介してステージ４０を
移動させることにより、像面湾曲補正部材４３Ａ〜４３
Ｃ中の像面湾曲誤差を最小にする像面湾曲補正部材を露
光領域１８の上部に設定する。この場合、非照明領域２
７Ｗ及び２８Ｗを活用して他の像面湾曲補正部材を退避
させることができるため、装置が特に大型化することは
ない。

【００４２】次に、図５（ａ）は、図４のディストーシ
ョン補正部材４８Ｂの構成例を示し、この図５（ａ）に
おいて、レチクル６側の厚く且つ湾曲した第１平行平板
ガラス４８Ｂ₁と、この平行平板ガラス４８Ｂ₁に対向
するように配置され、且つ反対側に湾曲した薄い第２平
行平板ガラス４８Ｂ₂とより、ディストーション補正部
材４８が構成されている。

【００４３】一般に、投影光学系１４においては、設計
上での残留誤差として、又は製造誤差として所定のディ
ストーションが生ずる。また、このディストーションは
照明条件等に応じて変化する。そこで、各照明条件等に
おいて、そのディストーション特性を計測した後、平行
平板ガラスを研磨して厚さが均一で各位置での湾曲（傾
き）が異なる第１平行平板ガラス４８Ｂ₁を形成し、各
位置で照明光の主光線に対してそれぞれｄ₀，ｄ₁，ｄ
₂，…だけの横シフトを与える。これにより、ウエハ上
での像が対応する量だけ横シフトするため、ディストー
ションが補正される。

【００４４】更にその第１平行平板ガラス４８Ｂ₁で生
じた非点収差は、厚さが薄く且つその平行平板ガラスと
逆の湾曲特性を有する第２平行平板ガラス４８Ｂ₂によ
って補正される。これによって、ディストーションのみ
が補正される。また、図５（ｂ）は、図４の像面湾曲補
正部材４３Ｂの構成例を示し、この図５（ｂ）におい
て、像面湾曲補正部材４３Ｂは、場所によって厚さの異
なるガラス板より形成されている。投影光学系１４の像
面湾曲も、製造誤差や照明条件の切り替え等により発生
するが、この場合も投影光学系１４の像面湾曲特性を計
測した後、平行平板ガラスを研磨して、場所によって厚
さが異なる像面湾曲補正部材４３Ｂを形成する。

【００４５】そして、例えば像面湾曲補正部材４３Ｂが
無い場合の結像面４９がウエハ１７に対して凸に湾曲し
ている場合には、像面湾曲補正部材４３Ｂを中央部で薄
くなるようにする。この結果、像面湾曲補正部材４３Ｂ
は空気層より屈折率が大きいので、その各位置での厚さ
分布に応じて補正後の結像面の位置が補正前の結像面４
９に対してそれぞれｔ₀，ｔ₁，ｔ₂，…だけ遠くな
る。これにより、像面湾曲が補正される。また、基本的
に投影光学系１４の開口数が小さい場合、ディストーシ
ョン補正部材４８Ａ〜４８Ｃを用いて良好にディストー
ションを補正でき、逆に投影光学系１４の開口数が大き
い場合には、像面湾曲補正部材４３Ａ〜４３Ｃを用いて
良好に像面湾曲を補正できる。即ち、図４の構成によ
り、ディストーション及び像面湾曲の両方を良好に補正
できる。

【００４６】次に、本発明の第３実施例につき図６を参
照して説明する。本実施例は、投影露光装置の焦点位置
検出系に本発明を適用したものである。また、本実施例
で使用される投影露光装置のステージ系及び投影光学系
の機構は図１の投影露光装置と同様であるため、以下で
はステージ系は省略し、且つ投影光学系も簡略化して説
明する。

【００４７】図６は、本実施例のレチクル６からウエハ
１７までの光学系、及び焦点位置検出系を簡略化して示
し、この図６において、レチクル６と投影光学系１４と
の間の空間において、走査方向（Ｘ方向）に対して対向
するように非照明領域２７Ｒ及び２８Ｒ内にそれぞれ偏
向ミラー５３及び５６が設置されている。また、簡単の
ため主光線で示すように、焦点検出用の光源５０から射
出された検出光ＦＬは、集光レンズ５１によりスリット
板５２上に集光され、スリット板５２のスリットを通過
した検出光ＦＬが、偏向ミラー５３に反射されて投影光
学系１４に向かう。

【００４８】この場合、検出光ＦＬとしては、ウエハ１
７上のフォトレジストに対する感光性の弱い波長帯の
光、例えばＨｅ−Ｎｅレーザビーム等が使用される。そ
のため、投影光学系１４は、一般に検出光ＦＬに対して
縦及び横の色収差を有すると共に、その検出光ＦＬを照
射したいウエハ１７上の計測点は、スリット状の露光領
域１８内にある。従って、その検出光ＦＬの光路を偏向
させる機構が必要となるため、本実施例では、投影光学
系１４の瞳面（レチクル６に対するフーリエ変換面）Ｆ
ＴＰ付近で、検出光ＦＬの光路上に位相型の回折格子よ
りなる偏向部材５４及び５５を配置する。

【００４９】これにより、投影光学系１４に入射した検
出光ＦＬは、瞳面ＦＴＰ付近でその偏向部材５４により
光路が偏向（回折）され、投影光学系１４から射出され
る検出光ＦＬは、ウエハ１７上に入射角（主光線の入射
角）θで斜めに入射し、ウエハ１７上にスリット像が投
影される。そして、ウエハ１７からの反射光は、入射時
と対称的に投影光学系１４に戻り、瞳面ＦＴＰ付近の偏
向部材５５に達する。この偏向部材５５により光路を偏
向（回折）された反射光は、投影光学系１４から射出さ
れた後、偏向ミラー５６により反射されて振動スリット
板５７上にスリット像を再結像する。そして、振動スリ
ット板５７上のスリットを通過した反射光が光電検出器
５８により光電変換される。

【００５０】検出光ＦＬは、入射角θでウエハ１７上に
入射しているため、ウエハ１７が投影光学系１４の光軸
方向（Ｚ方向）に変位して位置１７Ａに達すると、ウエ
ハ１７からの反射光の主光線は点線で示すように振動ス
リット板５７上で横シフトする。そこで、光電検出器５
８の検出信号を振動スリット板５７の駆動信号で同期検
波することにより、ウエハ１７のＺ方向の位置に応じた
フォーカス信号が得られ、このフォーカス信号が所定の
値になるように不図示のＺステージを介してウエハ１７
の高さを調整することにより、ＴＴＬ（スルー・ザ・レ
ンズ）方式でオートフォーカスが行われる。

【００５１】本実施例においては、非照明領域２７Ｒ及
び２８内に偏向ミラー５３及び５６が配置されているた
め、非照明領域２７Ｒ，２８Ｒが有効に活用されてい
る。また、非照明領域２７Ｒ及び２８Ｒにはその他の光
学系を配置する余地があるため、非照明領域２７Ｒ及び
２８Ｒ内に検出光ＦＬに対する投影光学系１４の色収差
を補正するための光学系を配置してもよい。また、非照
明領域２７Ｒ及び２８Ｒ内にウエハ１７上の別の計測点
でのＺ方向の位置を検出するための偏向ミラーを配置し
てもよい。これにより、ウエハ１７上の多点での焦点位
置を容易に計測でき、この計測結果に基づいてレベリン
グをも行うことができる。

【００５２】次に、本発明の第４実施例につき図７を参
照して説明する。本実施例は、投影露光装置のＴＴＬ方
式で、且つ２光束干渉方式（以下、「ＬＩＡ方式」とも
呼ぶ）のアライメント系に本発明を適用したものであ
る。また、本実施例で使用される投影露光装置のステー
ジ系及び投影光学系の機構は図１の投影露光装置と同様
であるため、以下ではステージ系は省略し、且つ投影光
学系も簡略化して説明する。

【００５３】図７は、本実施例のレチクル６からウエハ
１７までの光学系、及びアライメント系を簡略化して示
し、この図７において、レチクル６と投影光学系１４と
の間の空間内で、且つ走査方向（Ｘ方向）に対して＋Ｘ
方向側の非照明領域２７Ｒ内に偏向ミラー６２が設置さ
れている。この場合、アライメント用の光源５９から射
出された２本の周波数が僅かに異なるレーザビームＡＬ
は、ビームスプリッター６０を透過した後、対物レンズ
６１及び偏向ミラー６２を経て投影光学系１４に向か
う。

【００５４】この場合のレーザビームＡＬとしても、ウ
エハ１７上のフォトレジストに対する感光性の弱い波長
帯の光、例えばＨｅ−Ｎｅレーザビーム等が使用され
る。そのため、投影光学系１４は、一般にレーザビーム
ＡＬに対して縦及び横の色収差を有すると共に、そのレ
ーザビームＡＬを照射したいウエハ１７上の回折格子状
のアライメントマーク（ウエハマーク）６４は、スリッ
ト状の露光領域１８から離れた領域にある。従って、そ
のレーザビームＡＬの光路を偏向させる機構が必要とな
るため、本実施例では、投影光学系１４の瞳面ＦＴＰ付
近で、レーザビームＡＬの光路上に位相型の回折格子よ
りなる３個の偏向部材６３Ａ〜６３Ｃを配置する。

【００５５】投影光学系１４に入射した２本のレーザビ
ームＡＬは、瞳面ＦＴＰ付近で対応する偏向部材６３Ａ
及び６３Ｃにより光路が偏向（回折）され、投影光学系
１４から射出される２本のレーザビームＡＬは、ウエハ
１７上に所定の交差角で交差するように入射する。そし
て、それらレーザビームＡＬの入射位置にウエハマーク
６４が有る場合には、ウエハマーク６４からの±１次回
折光（ヘテロダインビーム）がウエハマーク６４からほ
ぼ垂直上方に平行に射出され、このヘテロダインビーム
が投影光学系１４内で偏向部材６３Ｂにより光路を偏向
されて偏向ミラー６２に戻る。

【００５６】その偏向ミラー６２で反射されたヘテロダ
インビームが、対物レンズ６１を経てビームスプリッタ
ー６０により反射されて光電検出器６５に入射する。光
電検出器６５からは、ウエハマーク６４の位置に応じて
位相が変化するビート信号が出力されるため、そのビー
ト信号に基づいてウエハマーク６４の位置が検出でき
る。

【００５７】本実施例においても、非照明領域２７Ｒ内
に偏向ミラー６２が配置されているため、非照明領域２
７Ｒが有効に活用されている。また、非照明領域２７Ｒ
及び２８Ｒにはその他の光学系を配置する広い余地があ
るため、非照明領域２７Ｒ及び２８Ｒ内にウエハ１７上
の別の複数のウエハマークの位置を検出するための偏向
ミラー、及び位置検出用の光学系等を容易に配置でき
る。これにより、走査露光中に、ウエハ１７上の複数
（例えば５点以上）のウエハマークの位置を検出するこ
とができる。これに関して、一括露光方式では、非照明
領域が狭いため、露光中に計測できるウエハマークの個
数は２〜４点程度であった。

【００５８】なお、図７の実施例は２光束干渉方式のア
ライメント系に本発明を適用したものであるが、例えば
スリット状のスポット光でドット列よりなるウエハマー
クを走査して位置検出を行うレーザ・ステップ・アライ
メント方式（ＬＳＡ方式）、又は撮像方式のアライメン
ト系等にも本発明は適用できる。

【００５９】更に、図７の例はＴＴＬ方式であるが、例
えばレチクル６と投影光学系１４との間の非照明領域２
７Ｒ内にアライメント光に対する収差補正用のレンズを
固定し、レチクル６の上方からレチクル６上のアライメ
ントマーク（レチクルマーク）とウエハ１７上のウエハ
マークとを同時に検出するＴＴＲ（スルー・ザ・レチク
ル）方式のアライメント系を構成してもよい。

【００６０】また、上述実施例では、投影光学系１４と
レチクル６との間の空間、及び投影光学系１４とウエハ
１７との間の空間において、照明光が通過しない非照明
領域を有効活用したものであるが、走査露光方式の投影
露光装置では、投影光学系１４の内部でも瞳面ＦＴＰか
ら離れた領域では照明光が通過しない比較的広い空間が
存在する。そこで、投影光学系１４の内部で照明光が通
過しない空間に、例えば図１の温度計測用のサーミスタ
３０Ａ，３０Ｂ等を配置してもよい。

【００６１】更に、例えば図１において、斜線を施した
非照明領域２７Ｒ，２８Ｒ，２７Ｗ，２８Ｗ、及び投影
光学系１４の内部で照明光が通過しない領域では、レン
ズの必要精度は厳しくない。そこで、レンズ研磨時に高
精度の高価な硝材を照明光の通過領域に使用し、照明光
の非通過領域に精度の劣る（但し、熱膨張率は合わせて
おく）廉価な硝材を使用するように硝材を継ぎ合わせ、
継ぎ合わせて得られる硝材を研磨することにより、レン
ズの製造コストを下げることができる。

【００６２】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。

【００６３】

【発明の効果】本発明の第１の走査型露光装置によれ
ば、露光光が通過しない領域を有効に活用した走査露光
型に最適な機構により、投影光学系の結像性能の調整
（又は計測）を行うことができる利点がある。従って、
走査型露光装置の結像性能の精度向上、露光工程のスル
ープット向上、及び製造コストの抑制等に寄与できる。

【００６４】また、結像性能調整手段が、投影光学系の
レンズの温度を計測する温度計測手段と、投影光学系の
レンズの温度を調整する空調手段とを有する場合には、
露光光吸収による投影光学系のレンズの温度上昇を抑制
でき、投影光学系の結像性能を所定の状態に高精度に維
持できる。更に、結像性能調整手段が、投影光学系とマ
スクとの間に配置された光路折り曲げ用のミラーである
場合には、その光路折り曲げ用のミラーを用いて基板の
アライメントを行うことができる。

【００６５】また、結像性能調整手段は、投影光学系と
マスクとの間に配置された第１及び第２の光路折り曲げ
用のミラーである場合には、ＴＴＬ方式で基板の焦点位
置を高精度に検出できる。更に、本発明の第２の走査型
露光装置によれば、露光光が通過しない領域を有効に活
用した走査露光型に最適な機構により、種々の条件に対
して投影光学系のディストーション又は像面湾曲等を低
減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１実施例の投影露光装置の光学
系及びステージ系を示す一部を切り欠いた構成図であ
る。

【図２】図１のスリット状の露光領域を示す拡大平面図
である。

【図３】実施例において走査露光方式で露光する場合の
説明図である。

【図４】本発明の第２実施例のレチクル６からウエハ１
７までの概略を示す構成図である。

【図５】（ａ）は、図４中のディストーション補正部材
４８Ｂの構成例を示す拡大図、（ｂ）は、図４中の像面
湾曲補正部材４３Ｂの構成例を示す拡大図である。

【図６】本発明の第３実施例の焦点位置検出系を示す概
略構成図である。

【図７】本発明の第４実施例のアライメント系を示す概
略構成図である。

【符号の説明】

２視野絞り５照明コンデンサーレンズ６レチクル７スリット状の照明領域１２主制御系１４投影光学系１７ウエハ２７Ｒ，２８Ｒ，２７Ｗ，２８Ｗ非照明領域３０Ａ，３０Ｂサーミスタ３１結像特性補正系３２Ａ，３２Ｂ送風ユニット４３Ａ〜４３Ｃ像面湾曲補正部材４８Ａ〜４８Ｃディストーション補正部材５３，５６，６２偏向ミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転写用のパターンが形成されたマスク上
の所定形状の照明領域を露光光で照明し、該所定形状の
照明領域内の前記マスクのパターンを投影光学系を介し
て感光性の基板上に投影し、前記マスクを前記投影光学
系に対して所定の方向に走査するのと同期して前記基板
を前記投影光学系に対して所定の方向に走査することに
より、前記マスク上のパターンを逐次前記基板上に露光
する走査型露光装置において、前記投影光学系の前記マスク側のレンズと前記マスクと
の間の空間、及び前記基板側のレンズと前記基板との間
の空間の内で前記マスク上の前記所定形状の照明領域か
ら前記投影光学系を介して前記基板に入射する露光光が
通過しない領域に、前記投影光学系の結像性能を調整す
る結像性能調整手段を設けたことを特徴とする走査型露
光装置。
【請求項２】前記結像性能調整手段は、前記投影光学
系のレンズの温度を計測する温度計測手段と、前記投影
光学系のレンズの温度を調整する空調手段とを有するこ
とを特徴とする請求項１記載の走査型露光装置。
【請求項３】前記結像性能調整手段は、前記投影光学
系と前記マスクとの間に配置された光路折り曲げ用のミ
ラーであり、前記投影光学系の側方から前記光路折り曲げ用のミラ
ー、及び前記投影光学系を介して前記基板上の位置合わ
せ用のマーク上に位置検出用の光を照射する送光系と、前記基板上の位置合わせ用のマークにより反射された
後、前記投影光学系、及び前記光路折り曲げ用のミラー
を経て戻された位置検出用の光を受光する受光系と、前記投影光学系の瞳面付近に配置され、前記光路折り曲
げ用のミラーと前記基板との間を往復する位置検出用の
光の光路を偏向させる光路偏向部材と、を設け、前記受
光系の検出信号に基づいて前記基板上の位置合わせ用の
マークの位置を検出することを特徴とする請求項１記載
の走査型露光装置。
【請求項４】前記結像性能調整手段は、前記投影光学
系と前記マスクとの間に配置された第１及び第２の光路
折り曲げ用のミラーであり、前記投影光学系の側方から前記第１の光路折り曲げ用の
ミラー、及び前記投影光学系を介して前記基板上に斜め
に位置検出用の光を照射する送光系と、前記基板から斜めに反射された後、前記投影光学系、及
び前記第２の光路折り曲げ用のミラーを経て戻された位
置検出用の光を受光する受光系と、を設け、該受光系の検出信号に基づいて前記基板の前記投影光学
系の光軸方向の位置を検出することを特徴とする請求項
１記載の走査型露光装置。
【請求項５】転写用のパターンが形成されたマスク上
の所定形状の照明領域を露光光で照明し、該所定形状の
照明領域内の前記マスクのパターンを投影光学系を介し
て感光性の基板上に投影し、前記マスクを前記投影光学
系に対して所定の方向に走査するのと同期して前記基板
を前記投影光学系に対して所定の方向に走査することに
より、前記マスク上のパターンを逐次前記基板上に露光
する走査型露光装置において、前記投影光学系の前記マスク側のレンズと前記マスクと
の間の空間、及び前記基板側のレンズと前記基板との間
の空間の少なくとも一方に、前記投影光学系の結像特性を補正するための互いに異な
る特性を有する複数の光学特性補正部材を並べて配置
し、前記投影光学系の結像特性に応じて前記複数の光学特性
補正部材の内の１つの光学特性補正部材を設定する切り
換え手段を設けたことを特徴とする走査型露光装置。