JPH0794393A

JPH0794393A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH0794393A
Application number: JP5234842A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Taniguchi; 哲夫谷口
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-09-21
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 1995-04-07
Anticipated expiration: 2018-04-07
Also published as: US5661546A; JP3395280B2

Abstract

(57)【要約】【目的】レチクルパターンや照明条件の変更直後でも
良好な結像特性でパターン露光を行うことを可能とす
る。【構成】主制御装置５０は、ターレット板７等によっ
て設定された照明条件でレチクルＲのパターンをウェハ
Ｗに露光している間、その照明条件に対応した演算パラ
メータを用いて投影光学系ＰＬの結像特性の変化量を計
算する。駆動素子制御部５３は、投影光学系ＰＬの結像
特性が所定値に維持されるように、先に計算された変化
量に基づいて駆動素子２５、２７、２９を駆動制御す
る。さらに主制御装置５０は、レチクルＲのパターン、
又は照明条件を変更したとき、変更前に投影光学系ＰＬ
に蓄積されたエネルギー量に応じて生じる結像特性の不
連続量に基づいてその変化量を計算、補正する。【効果】照明条件変更後直ちに露光を開始してスルー
プットの低下を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体集積回路
や液晶デバイス製造用の高精度な結像特性が要求される
投影露光装置に関し、特に投影光学系の結像性能の維持
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等の回路パターンを形成する
ためのフォトリソグラフィ工程においては、通常、レチ
クル（マスク）に形成されたパターンを基板（半導体ウ
ェハやガラスプレート等）上に転写する方法が採用され
る。基板上には感光性のフォトレジストが塗布されてお
り、照射光像、すなわちレチクルパチーンの透明部分の
パターン形状に応じて、フォトレジストに回路パターン
が転写される。投影露光装置（例えばステッパー等）で
は、レチクルパターンの像が投影光学系を介してウェハ
上に結像投影される。

【０００３】この種の装置においては、レチクル上のパ
ターンが存在する面のフーリエ変換面となる照明光学系
の面（以後、照明光学系の瞳面と称す）、もしくはその
近傍の面内において、照明光束を照明光学系の光軸を中
心としたほぼ円形（あるいは矩形）に制限してレチクル
を照明する構成を採っていた。このため、照明光束はレ
チクルに対してほぼ垂直に近い角度で入射していた。ま
た、この装置に使用されるレチクル（石英等のガラス基
板）上には、照明光束に対する透過率がほぼ１００％で
ある透過部（基板裸面部）と、透過率がほぼ０％である
遮光部（クロム等）とで構成された回路パターンが描か
れていた。

【０００４】さて、従来の露光方法においてより微細な
パターンを露光転写するためには、より短い波長の露光
光源を使用するか、あるいはより開口数の大きな投影光
学系を使用する必要があった。しかしながら、露光光源
を現在より短波長化（例えば２００ｎｍ以下）すること
は、透過光学部材として使用可能な適当な光学材料が存
在しないこと、大光量の得られる安定した光源がないこ
と等の理由により現時点では困難である。また、投影光
学系の開口数は現状でも既に理論的限界に近く、これ以
上の大開口化はほぼ絶望的である。仮に現状以上の大開
口化が可能であるとしても、±λ／ＮＡ²で定まる焦点
深度は開口数の増加に伴って急激に減少するため、実使
用に必要な焦点深度がより小さくなり、実用的な露光装
置となり得ないといった問題がある。

【０００５】そこで、レチクルの回路パターンの透過部
分のうち、特定の部分からの透過光の位相を、他の透過
部からの透過光に対してπ（rad)だけずらす、位相シフ
ター（誘電体薄膜等）を備えた位相シフトレチクルを使
用することも提案されている。位相シフトレチクルにつ
いては、例えば特公昭６２−５０８１１号公報に開示さ
れており、この位相シフトレチクルを使用すると、通常
レチクル（光透過部と遮光部のみで構成された従来型の
レチクル）を使用する場合に比べてより微細なパターン
の転写が可能となる。すなわち、解像力を向上させる効
果がある。この位相シフトレチクルを使用する場合に
は、照明光学系の開口数（コヒーレンスファクターσ）
の最適化が必要となる。尚、位相シフトレチクルについ
てはこれまでに種々の方式が提案されているが、代表的
なものは空間周波数変調型（特公昭６２−５０８１１号
公報）、ハーフトーン型（特開平４−１６２０３９号公
報）、シフター遮光型、エッジ強調型である。

【０００６】また、最近では照明条件の最適化、あるい
は露光方法の工夫等によって微細パターンの転写を可能
とする試みがなされており、例えば特定線幅のパターン
に対して最適な照明光学系の開口数（σ値）と投影光学
系の開口数(N.A.)との組み合わせをパターン線幅毎に選
択することによって、解像度や焦点深度を向上させる方
法が提案されている。さらに、照明光学系の瞳面、又は
その近傍面内における照明光束の光量分布を輪帯状に規
定して、レチクルパターンに照明光束を照射する輪帯照
明法（特開昭６１−９１６６２号公報）、あるいは照明
光学系の瞳面、又はその近傍面内における照明光束の光
量分布を、照明光学系の光軸から所定量だけ偏心した少
なくとも１つの位置で極大として、レチクルパターンに
対して照明光束を所定角度だけ傾斜させて照射する変形
光源法、又は傾斜照明法（特開平４−１０１１４８号公
報、特開平４−４０８０９６号公報）等も提案されてい
る。しかしながら、以上のいずれの方法においても、全
てのレチクルパターン、すなわちその線幅や形状に対し
て有効であるのではなく、レチクルまたはそのパターン
毎に最適な照明方法や条件を選択する必要があり、投影
露光装置としては照明光学系における照明条件（σ値
等）を可変とする構造が必要となる。

【０００７】ところで投影露光装置においては、近年ま
すます投影光学系の結像特性（投影倍率、フォーカス位
置等）を高精度に一定値に維持することが要求されるよ
うになってきており、このため様々な結像特性の補正方
法が提案されて実用化されている。この中でも特に投影
光学系の露光光吸収による結像特性の変動を補正する方
法については、例えば特開昭６０−７８４５４号公報に
開示されている。この開示された方法では、投影光学系
への露光光（ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ等）の入射に
伴って投影光学系に蓄積されるエネルギー量（熱量）を
逐次計算し、この蓄積エネルギー量による結像特性の変
化量を求め、所定の補正機構により結像特性を微調整す
るものが提案されている。この補正機構としては、例え
ば投影光学系を構成する複数のレンズエレメントのうち
２つのレンズエレメントに挟まれた空間を密封し、この
密封空間の圧力を調整する方式等がある。

【０００８】さて、前述の如き照明光学系の照明条件を
変更する場合、あるいはレチクル交換を行う、又はレチ
クルブラインド（照明視野絞り）を駆動することにより
レチクルパターンを変更する場合、投影光学系の瞳面、
又はその近傍のレンズエレメントでは上記変更に伴って
その透過光量の分布が変化し得る。瞳面近傍ではもとも
と照明光が集中して通過するため、ここでの光量分布が
変化すると、投影光学系の照明光吸収による結像特性の
変動に大きな影響を及ぼすことになる。そこで、例えば
特開昭６２−２２９８３８号公報に開示されているよう
に、照明光吸収による投影光学系の結像特性の変化量を
計算するのに用いられる演算パラメータを照明条件毎に
修正（変更）し、この修正パラメータ（すなわち変更後
の照明条件に最適な演算パラメータ）を用いて照明条件
の変更に伴う結像特性の変化を正確に求めて補正を行う
ことが考えられていた。また、投影光学系が照明光吸収
の影響を受けていない状態においても、光束の通過位置
の差からくる微妙な投影光学系の収差条件により結像特
性が変化することもある。このため、照明条件の変更に
応じて結像特性の補正量に一定量のオフセットをかける
方式も考えられていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如く修正パラメータを用いて結像特性の補正を行う場
合、長期的な立場で見れば何ら問題はない。ところが、
投影光学系の熱蓄積という現象は過去の履歴を持ってい
る。このため、レチクルやそのパターンに対応して照明
条件を変更したとき、直ちに新たな照明条件のもとで修
正された演算パラメータに従って結像特性の変化量の算
出、及び補正を行うと、変更前の照明条件に応じた履歴
が投影光学系に残っており、単に演算パラメータを修正
しただけではこの履歴分が考慮されないため、この履歴
が残っている間は結像特性を補正する上で不都合が生じ
る。

【００１０】まず第１の不都合は、変更前の照明条件に
よって発生した熱分布のため、新しい（変更後の）照明
条件のもとでの結像特性が、前述のオフセット成分を考
慮に入れて求めたとしても、実際の結像特性と一致しな
いことである。つまり、オフセット成分は投影光学系が
照明光吸収の影響を受けない状態のものであるため、変
更前の照明光吸収の影響が残っていると、さらにその影
響分だけオフセットを与える必要がある、すなわち照明
条件変更前後で結像特性の変化量が不連続となる。その
ため、照明条件変更に続けて結像特性の補正を行うこと
ができない。

【００１１】次に第２の不都合は、仮りに上記第１の不
都合を何らかの方法で解決したとしても、新しい照明条
件のもとで露光を行うと発生する。つまり、照明条件の
変更直後は、投影光学系の瞳面近傍のレンズエレメント
において、前の照明条件のもとで熱分布状態と新たな照
明条件のもとでの熱分布状態とが重なり合ってどちらの
熱分布でもない状態となっており、いずれの照明条件の
もとでの演算パラメータで結像特性の変化量の計算を行
っても、その計算結果は実際の結像特性の変化量と一致
しない。このような過渡的状態での結像特性（すなわち
投影光学系の熱分布状態）は、単純に両者の和として表
すことができず、この過渡的状態における結像特性の変
化量を正確に計算、補正することは非常に困難である。
従って、上記の如き過渡的状態のもとでウェハへのパタ
ーン露光を実行しても、所期の特性を満足する回路パタ
ーンを得ることはできない。

【００１２】そこで、例えばレチクル、又はそのパター
ンに対応して照明条件を変更したときに、変更前の照明
条件のもとでの投影光学系の照明光吸収による結像特性
の変化量が所定の許容値以下となる、換言すれば変更前
に投影光学系に蓄積されたエネルギー量（履歴）の結像
特性に対する影響が無視し得る程度となるまで、感光基
板に対する露光動作を停止した後、新たな照明条件のも
とで投影光学系の結像特性を制御しながら露光動作を行
うことが提案されている。この方法によれば、照明条件
変更時の不連続状態、あるいは過渡的状態のもとでは露
光動作が行われないため、投影光学系の結像特性を照明
条件毎に厳密に制御することが可能となる。しかしなが
ら、この方法では照明条件やレチクルパターンを変更す
る（すなわち投影光学系の瞳面での光量分布が変化す
る）たびに露光動作を停止しなければならない。このた
め、露光装置のスループットが大幅に低下し、とても実
用的な方法であるとは言えない。

【００１３】また、照明条件変更後の過渡的状態におい
ては、例えば特公平３−４０９３４号公報、特開平４−
３４８０１９号公報に開示されているように、ウエハス
テージ上の基準マークを用いて投影光学系の結像特性を
逐次計測するようにし、この計測結果に基づいて結像特
性を適宜補正しながら露光を行っていくことが考えられ
る。しかしながら、この方法では結像特性を正確に計測
するため、レチクル、又はウエハステージ上の基準マー
クから発生して投影光学系を通過する照明光の瞳面内で
の光量分布を、露光時に投影光学系を通過する露光光の
瞳面内での光量分布に一致させると良いが、そのために
計測手段（マーク検出系）が複雑化、大型化するという
問題が生じる。さらに、この方法でも露光動作を中断し
て結像特性を計測しなければならず、露光装置のスルー
プットの低下は避けられない。

【００１４】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
であり、レチクルパターン（位相シフターの有無、周期
性、微細度等）や照明条件（照明光学系の開口数（σ
値）、投影光学系の開口数、輪帯照明、傾斜照明等）を
変更しても、生産性を損なうことく常に高精度の結像特
性のもとで感光基板に対するパターン露光を行うことが
できる投影露光装置を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ため本発明においては、光源（１）からの照明光（Ｉ
Ｌ）をマスク（Ｒ）に照射する照明光学系（１〜１２）
と、マスクのパターンの像を感光基板（Ｗ）上に結像投
影する投影光学系（ＰＬ）と、投影光学系の結像特性を
可変とする第１調整手段（２５、２７、２９）とを備え
た投影露光装置において、照明光学系中のマスクのパタ
ーンに対するフーリエ変換面（ＦＴＰ）内での照明光の
強度分布を変化させることにより、マスクのパターンに
対する照明条件を可変とする第２調整手段（７、又は
８）と；第２調整手段によって設定された照明条件のも
とでマスクのパターンを感光基板に露光している間、所
定の計算パラメータを用いて投影光学系の結像特性の補
正量を計算する演算手段（５０）と；投影光学系の結像
特性が所定値に維持されるように、計算された補正量に
基づいて第１調整手段を制御する制御手段（５３）と；
マスクのパターンと照明条件との少なくとも一方を変更
して感光基板に対する露光を行うとき、変更前の露光に
よって投影光学系に蓄積されたエネルギー量に基づい
て、制御手段によって設定される結像特性を補正する補
正手段（５０）とを設けることとした。

【００１６】

【作用】本発明においては、レチクルパターンや照明条
件の変更に伴って投影光学系の瞳面内での光量分布が変
化したとき、変更直後は、変更前に投影光学系に蓄積
されたエネルギー量（熱蓄積量）によって結像特性の変
化が不連続となる、及び変更前後の２つの条件下での
熱蓄積量の単純な和（線形和）として結像特性を求める
ことができないという問題が生じる。そして、問題
（すなわち２つの熱蓄積量の単純和として計算を行うこ
と）によって生じる結像特性の補正誤差は、問題（す
なわち変更前の熱蓄積という履歴）によって生じる補正
誤差に比べて小さく、かつ単純和として結像特性を計算
してもその誤差は小さいことに着目した。そこで、本発
明では問題による補正誤差の発生を防止するために、
上記変更前の露光による投影光学系の熱蓄積量に基づい
て、制御手段によって第１調整手段を制御することで設
定される結像特性を補正するようにした。このため、問
題による補正誤差を零に抑えることはできないもの
の、その誤差は小さく、その一方で問題による補正誤
差は生じないので、上記変更後直ちに露光を開始して
も、良好な結像特性のもとで感光基板に対するパターン
露光を行うことができる。また、変更後に露光動作を停
止、又は中断する必要がなく、露光装置のスループット
が低下することもない。

【００１７】

【実施例】図１は本発明の実施例による投影露光装置の
概略的な構成を示す平面図である。図１において、超高
圧水銀ランプ１はレジスト層を感光するような波長域の
照明光（ｉ線等）ＩＬを発生する。露光用照明光源とし
ては、水銀ランプ等の輝線の他、ＫｒＦ、ＡｒＦエキシ
マレーザ等のレーザ光源、あるいはＹＡＧレーザ等の高
調波を用いても良い。照明光ＩＬは楕円鏡２で反射して
その第２焦点ｆ₀に集光した後、コールドミラー５、及
びコリメータレンズ等を含む集光光学系６を介してオプ
チカルインテグレータ（フライアイレンズ群）７Ａに入
射する。フライアイレンズ群７Ａの射出面近傍には、照
明光学系の開口数ＮＡ_ILを可変とするための可変開口絞
り（σ絞り）８が配置されている。ここで、フライアイ
レンズ群７Ａは、その射出面（正確には２次光源像が形
成される面）がレチクルパターンに対するフーリエ変換
面（照明光学系の瞳面）ＦＴＰと一致するように、光軸
ＡＸと垂直な面内方向に配置されている。また、第２焦
点ｆ₀の近傍には、モータ４によって照明光ＩＬの光路
の閉鎖、開放を行うシャッター（例えば４枚羽根のロー
タリーシャッター）３が配置される。

【００１８】ところで本実施例では、図２に示すように
４種類のフライアイレンズ群７Ａ、（７Ｂ₁、７
Ｂ₂）、（７Ｃ₁、７Ｃ₂）、（７Ｄ₁〜７Ｄ₄）が９
０°間隔で、回転軸７ａを中心として回転自在な保持部
材（ターレット板）７に設けられている。フライアイレ
ンズ群７Ａは通常照明法を採用するときに使用され、そ
れ以外の３組のフライアイレンズ群は、例えば特開平４
−２２５３５７号公報に開示されているように変形光源
法（傾斜照明法）を採用するときに使用される。駆動系
５４は、主制御装置５０からの指令に従ってターレット
板７を回転し、所望のフライアイレンズ群を照明光路中
に配置する。従って、可変開口絞り８、又はターレット
板７及び駆動系５４によって、レチクルパターンの種類
（例えば位相シフターの有無、周期性パターンや孤立パ
ターンの有無等）や形成条件（線幅、ピッチ、デューテ
ィ）等に応じて照明条件を変更することが可能となって
いる。

【００１９】通常、照明条件はレチクル交換、又は可変
ブラインド１０の駆動に伴い、ウェハＷに転写すべきレ
チクルパターンの種類、形成条件等が変化したときに変
更される。例えば、通常レチクル、位相シフトレチク
ル、及び遮光部と光透過部とで形成されたパターンと位
相シフトパターンとが混在するレチクル（以下、混在レ
チクルと呼ぶ）を相互に交換するとき、又は同一種類の
レチクルに交換してもその形成条件（さらに位相シフト
レチクルでは空間周波数変調型等のタイプ）が異なると
き、あるいは可変ブラインド１０により照明視野を切り
替えて同一レチクル内の種類や形成条件が異なるパター
ンを使用するとき、照明条件は変更される。

【００２０】尚、可変開口絞り８やターレット板７は本
発明の第２調整手段に相当するが、第２調整手段は輪帯
絞りや変形光源絞りを含む複数の開口絞りを有する保持
部材を駆動して任意の開口絞りを照明光学系の瞳面、又
はその近傍に配置する機構、あるいはフライアイレンズ
群に入射する照明光束の断面形状や大きさ（光束径）を
可変とするための光学系（例えばズームレンズ系）でも
構わない。要は、照明光学系の瞳面（フーリエ変換面）
内での照明光の強度分布を変化させるものであれば、い
かなるものであっても良い。

【００２１】さて、フライアイレンズ７Ａを射出した照
明光ＩＬは、リレーレンズ９、１１、可変ブラインド
（視野絞り）１０、及びメインコンデンサーレンズ１２
を通過してミラー１３で反射され、レチクルＲのパター
ン領域ＰＡをほぼ均一な照度で照明する。可変ブライン
ド１０の面はレチクルＲのパターン面と共役関係にある
ので、モータ（不図示）により可変ブラインド１０を構
成する複数の可動ブレードを開閉させて開口部の大き
さ、形状を変えることによって、レチクルＲの照明視野
を任意に設定することができる。レチクルＲはレチクル
ホルダ１４に保持され、ホルダ１４は伸縮可能な複数
（図１では２つのみ図示）の駆動素子２９によって、水
平面内で２次元移動可能なレチクルステージＲＳ上に載
置されている。従って、駆動素子制御部５３によって駆
動素子２９の各伸縮量を制御することによって、レチク
ルＲを光軸方向に平行移動させるとともに、光軸と垂直
な面に対して任意方向に傾斜させることが可能となって
いる。詳しくは後で述べるが、上記構成によって投影光
学系の結像特性、特に糸巻型や樽型のディストーション
を補正することができる。尚、レチクルＲはパターン領
域ＰＡの中心点が光軸ＡＸと一致するように位置決めさ
れる。

【００２２】レチクルＲのパターン領域ＰＡを通過した
照明光ＩＬは、両側テレセントリックな投影光学系ＰＬ
に入射し、投影光学系ＰＬはレチクルＲの回路パターン
の投影像を、表面にレジスト層が形成され、その表面が
最良結像面とほぼ一致するように保持されたウェハＷ上
の１つのショット領域に重ね合わせて投影（結像）す
る。尚、本実施例では投影光学系ＰＬを構成する一部の
レンズエレメント（図中では２０と２１、２２）の各々
を独立に駆動することが可能となっており、投影光学系
ＰＬの結像特性、例えば投影倍率、ディストーション、
像面湾曲、非点収差等を補正することができる（詳細後
述）。また、投影光学系ＰＬの瞳面Ｅｐ、もしくはその
近傍面内には可変開口絞り３２が設けられており、これ
によって投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを変更できるよう
に構成されている。

【００２３】ウェハＷはウェハホルダ（θテーブル）１
６に真空吸着され、このホルダ１６を介してウェハステ
ージＷＳ上に保持されている。ウェハステージＷＳは、
モータ１７により投影光学系ＰＬの最良結像面に対して
任意方向に傾斜可能で、かつ光軸方向（Ｚ方向）に微動
可能であるとともに、ステップアンドリピート方式で２
次元移動可能に構成されており、ウェハＷ上の１つのシ
ュット領域に対するレチクルＲの転写露光が終了する
と、次のショット位置までステッピングされる。尚、ウ
ェハステージＷＳの構成等については、例えば特開昭６
２−２７４２０１号公報に開示されている。ウェハステ
ージＷＳの端部には干渉計１８からのレーザビームを反
射する移動鏡１９が固定されており、ウェハステージＷ
Ｓの２次元的な位置は干渉計１８によって、例えば０．
０１μｍ程度の分解能で常時検出される。

【００２４】また、ウェハステージＷＳ上には基準部材
１５と照射量モニタ（光電センサ）３３とが共に、ウェ
ハＷの表面位置とほぼ一致するように設けられている。
基準部材１５の表面には、投影光学系ＰＬのイメージフ
ィールド内の任意の位置での焦点位置を検出するために
用いられる格子パターンが形成されている。光電センサ
３３は、例えば投影光学系ＰＬのイメージフィールド、
又はレチクルパターンの投影領域とほぼ同じ面積の受光
面を備えた光検出器で構成され、この照射量に関する光
情報を主制御装置５０に出力する。この光情報は、投影
光学系ＰＬの結像特性の変化量を求めるための基礎デー
タとなる。

【００２５】さらに、図１中には投影光学系ＰＬの最良
結像面に向けてピンホール、あるいはスリットの像形成
するための結像光束を、光軸ＡＸに対して斜め方向より
供給する照射光学系３０と、その結像光束のウェハＷの
表面での反射光束をビームを介して受光する受光光学系
３１から成る斜入射方式の焦点検出系が設けられてい
る。この焦点検出系の構成等については、例えば特開昭
６０−１６８１１２号公報に開示されおり、ウェハ表面
の結像面に対する上下方向（Ｚ方向）の位置を検出し、
ウェハＷと投影光学系ＰＬとの合焦状態を検出するもの
である。尚、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３１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、
焦点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る、あるいは
投影光学系ＰＬのイメージフィールド内の任意の複数の
位置での焦点位置を検出可能できるように焦点検出系を
構成する（例えば複数のスリット像をイメージフィール
ド内に形成する）ことによって、ウェハ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いるものと
する。

【００２６】ところで、図１には装置全体を統括制御す
る主制御装置５０と、レチクルＲが投影光学系ＰＬの直
上に搬送される途中でレチクルパターンの脇に形成され
た名称を表すバーコードＢＣを読み取るバーコードリー
ダ５２と、オペレータからのコマンドやデータを入力す
るキーボード５１と、フライアイレンズ群７Ａを含む複
数のフライアイレンズ群が固定された保持部材（ターレ
ット板）７を駆動するための駆動系（モータ、ギャトレ
ン等）５４とが設けられている。主制御装置５０内に
は、この投影露光装置（例えばステッパー）で扱うべき
複数枚のレチクルの名称と、各名称に対応したステッパ
ーの動作パラメータとが予め登録されている。そして、
主制御装置５０はバーコードリーダ５２がレチクルバー
コードＢＣを読み取ると、その名称に対応した動作パラ
メータの１つとして、予め登録されている照明条件（レ
チクルパターンの種類、形成条件等に対応）に最も見合
ったフライアイレンズ群を保持部材７の中から１つ選択
して、所定の駆動指令を駆動系５４に出力する。さら
に、上記名称に対応して動作パラメータとして、先に選
択されたフライアイレンズ群のもとでの可変開口絞り
８、３２及び可変ブラインド１０の最適な設定条件、及
び投影光学系ＰＬの結像特性を後述の補正機構によって
補正するために用いられる演算パラメータ（詳細後述）
も登録されており、これらの条件設定もフライアイレン
ズ群の設定と同時に行われる。これによって、レチクル
ステージＲＳ上に載置されたレチクルＲに対して最適な
照明条件が設定されることになる。以上の動作は、キー
ボード５１からオペレータがコマンドとデータを主制御
装置５０へ直接入力することによっても実行できる。

【００２７】さらに主制御装置５０は、可変開口絞り
８、又は保持部材７によって設定された照明条件のもと
でレチクルパターンをウェハＷに露光している間、その
照明条件（正確にはレチクルパターンの種類、形成条件
等も考慮した投影光学系ＰＬの瞳面内での光量分布）に
対応した演算パラメータを用いて投影光学系ＰＬの結像
特性の補正量を計算する。そして、制御部５３は主制御
装置５０で計算された補正量を入力し、投影光学系ＰＬ
の結像特性が所定値に維持されるように駆動素子２５、
２７、２９の各々を独立に駆動制御する。また、主制御
装置５０はレチクルパターンと照明条件との少なくとも
一方を変更して投影光学系ＰＬの瞳面内での光量分布が
変化したとき、変更前の照明条件のもとで投影光学系Ｐ
Ｌに蓄積されたエネルギー量（熱蓄積量）に基づいて、
制御部５３によって設定される結像特性を補正する。具
体的には、主制御装置５０は変更前の熱蓄積量に応じた
結像特性の変動量を算出し、この算出した変動量に基づ
いて、先の演算パラメータに従って計算した補正量を修
正する。これにより、制御部５３はこの修正された補正
量に応じて駆動素子２５、２７、２９を駆動することに
なり、投影光学系ＰＬの結像特性は変更前の熱蓄積量が
残存していても高精度に維持される。尚、主制御装置５
０は変更直後から所定時間毎に結像特性の変動量を算出
し、変更前の熱蓄積量、又は結像特性の変動量が所定値
以下となった時点で補正量の修正を停止する。

【００２８】次に、投影光学系ＰＬの結像特性の補正機
構（第１調整手段）について説明する。図１に示すよう
に、本実施例では駆動素子制御部５３によってレチクル
Ｒ、レンズエレメント２０、（２１、２２）の各々を独
立に駆動することにより、投影光学系ＰＬの結像特性を
補正することが可能となっている。投影光学系ＰＬの結
像特性としては、焦点位置、投影倍率、ディストーショ
ン、像面湾曲、球面収差、非点収差等があり、これらの
値を個々に補正することは可能であるが、本実施例で
は、説明を簡単にするため、特に両側テレセントリック
な投影光学系における焦点位置、投影倍率、ディストー
ション、及び像面湾曲の補正を行う場合について説明す
る。尚、本実施例ではレチクルＲの移動により樽型、又
は糸巻型のディストーションを補正する。

【００２９】さて、レチクルＲに最も近い第１群のレン
ズエレメント２０は支持部材２４に固定され、第２群の
レンズエレメント（２１、２２）は支持部材２６に固定
されている。レンズエレメント２３より下部のレンズエ
レメントは、投影光学系ＰＬの鏡筒部２８に固定されて
いる。尚、本実施例において投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ
とは、鏡筒部２８に固定されているレンズエレメントの
光軸を指すものとする。

【００３０】支持部材２４は伸縮可能な複数（例えば３
つで、図中では２つの図示）の駆動素子２５によって支
持部材２６に連結され、支持部材２６は伸縮可能な複数
の駆動素子２７によって鏡筒部２８に連結されている。
駆動素子２５、２７、２９としては、例えば電歪素子、
磁歪素子が用いられ、駆動素子に与える電圧、又は磁界
に応じた駆動素子の変位量を予め求めておく。ここでは
図示していないが、駆動素子のヒステリシス性を考慮
し、容量型変位センサ、差動トランス等の位置検出器を
駆動素子に設け、駆動素子に与える電圧または磁界に対
応した駆動素子の位置をモニタして高精度な駆動を可能
としている。

【００３１】ここで、レンズエレメント２０、（２１、
２２）の各々を光軸方向に平行移動した場合、その移動
量に対応した変化率で投影倍率Ｍ、像面湾曲Ｃ、及び焦
点位置Ｆの各々が変化する。レンズエレメント２０の駆
動量をｘ₁、レンズエレメント（２１、２２）を駆動量
をｘ₂とすると、投影倍率Ｍ、像面湾曲Ｃ、及び焦点位
置Ｆの変化量ΔＭ、ΔＣ、ΔＦの各々は、次式で表され
る。

【００３２】

【数１】 ΔＭ＝Ｃ_M1×ｘ₁＋Ｃ_M2＋ｘ₂

【００３３】

【数２】 ΔＣ＝Ｃ_C1×ｘ₁＋Ｃ_C2＋ｘ₂

【００３４】

【数３】 ΔＦ＝Ｃ_F1×ｘ₁＋Ｃ_F2＋ｘ₂ 尚、Ｃ_M1、Ｃ_M2、Ｃ_C1、Ｃ_C2、Ｃ_F1、Ｃ_F2は各変位量の
レンズエレメントの駆動量に対する変化量を表す定数で
ある。ところで、上述した如く焦点検出系３０、３１は
投影光学系の最適焦点位置を零点基準として、最適焦点
位置に対するウェハ表面のずれ量を検出するものであ
る。従って、焦点検出系３０、３１に対して電気的、又
は光学的に適当なオフセット量ｘ₃を与えると、この焦
点検出系３０、３１を用いてウェハ表面の位置決めを行
うことによって、レンズエレメント２０、（２１、２
２）の駆動に伴う焦点位置ずれを補正することが可能と
なる。このとき、上記数式３は次式のように表される。

【００３５】

【数４】 ΔＦ＝Ｃ_F1×ｘ₁＋Ｃ_F2＋ｘ₂＋ｘ
₃ 同様に、レチクルＲを光軸方向に平行移動した場合、そ
の移動量に対応した変化率でディストーションＤ、及び
焦点位置Ｆの各々が変化する。レチクルＲの駆動量をｘ
₄とすると、ディストーションＤ、及び焦点位置Ｆの変
化量ΔＤ、ΔＦの各々は、次式で表される。

【００３６】

【数５】 ΔＤ＝Ｃ_D4×ｘ₄

【００３７】

【数６】 ΔＦ＝Ｃ_F1×ｘ₁＋Ｃ_F2＋ｘ₂＋ｘ
₃＋Ｃ_F4＋ｘ₄ 尚、Ｃ_D4、Ｃ_F4は各変化量のレチクルＲの駆動量に対す
る変化率を表す定数である。以上のことから、数式１、
２、５、６において駆動量ｘ₁〜ｘ₄を設定することに
よって、変化量ΔＭ、ΔＣ、ΔＤ、ΔＦを任意に補正す
ることができる。尚、ここでは４種類の結像特性を同時
に補正する場合について述べたが、投影光学系の結像特
性のうち照明光吸収による結像特性の変化量が無視し得
る程度のものであれば、上記補正を行う必要はない。一
方、本実施例で述べた４種類以外の結像特性が大きく変
化する場合には、その結像特性についての補正を行う必
要がある。また、本実施例では結像特性補正機構として
のレチクルＲ及びレンズエレメントの移動により補正す
る例を示したが、本実施例で好適な補正機構は他のいか
なる方式であっても良く、例えば２つのレンズエレメン
トに挟まれた空間を密封し、この密封空間の圧力を調整
する方式を採用しても構わない。

【００３８】ここで、本実施例では駆動素子制御部５３
によって、レチクルＲ、及びレンズエレメント２０、
（２１、２２）を移動可能としているが、特にレンズエ
レメント２０（２１、２２）は投影倍率、ディストーシ
ョン、像面湾曲及び非点収差等の各特性に与える影響が
他のレンズエレメントに比べて大きく制御し易くなって
いる。また、本実施例では移動可能なレンズエレメント
を２群構成としたが、３群以上としても良く、この場合
には他の諸収差の変動を抑えつつレンズエレメントの移
動範囲を大きくでき、しかも種々の形状歪み（台形、菱
形等のディストーション）、像面湾曲、及び非点収差に
対応可能となる。上記構成の補正機構を採用することに
よって、露光光吸収による投影光学系ＰＬの結像特性の
変動に対しても十分対応できる。

【００３９】以上の構成によって、駆動素子制御部５３
は主制御装置５０から与えられる駆動指令に対応した量
だけ２群のレンズエレメント２０、（２１、２２）及び
レチクルＲの周縁３点乃至４点を独立して光軸方向に移
動できる。この結果、２群のレンズエレメント２０、
（２１、２２）及びレチクルＲの各々を光軸方向に平行
移動させるとともに、光軸ＡＸと垂直な面に対して任意
方向に傾斜させることが可能となっている。

【００４０】次に、本実施例による投影露光装置の動作
について説明する。まず、投影光学系ＰＬの結像特性の
変化量の計算方法について簡単に説明する。尚、本実施
例では４種類の結像特性、すなわち投影倍率、像面湾
曲、ディストーション、及び焦点位置を扱うものとした
が、これらの結像特性は発生メカニズムが異なり、その
変動特性が互いに異なる可能性があるため、個々の結像
特性を独立に計算する必要がある。しかしながら、これ
らの結像特性の計算方法は同一であるため、ここでは投
影倍率を例に挙げて説明を行うものとする。以後の説明
は全て投影倍率を例に挙げて説明するが、他の収差でも
全く同一の方法を用いることができる。

【００４１】一般に、物体に熱が吸収されるときの物体
温度は、物体に吸収される熱量と物体から放出される熱
量とのつりあいで求められる。これは、一般に１次遅れ
系と呼ばれるもので、投影倍率の変化特性も同様の振る
舞いをすると考えられる。１次遅れ系の変動特性を図３
に示す。図３は一定時間に一定量の照明光が投影光学系
ＰＬに照射されるときの投影倍率の変化特性を表してい
る。図３に示す変化特性は、照射エネルギーに対する最
終的な投影倍率の変化量ΔＭの割合ΔＭ／Ｅ、及び時間
的な変化を表す時定数Ｔの２つの値で決定できる。図３
において、時定数Ｔは最終的な変化量ΔＭに対してΔＭ
×（１−ｅ^-1）だけ変化する時間で表せる。つまり、時
定数Ｔが小さい程、速い変化となる。割合ΔＭ／Ｅ及び
時定数Ｔは、実際に投影光学系ＰＬに照明光を照射しつ
つ投影倍率を測定することによって、図３のような変化
特性を求めれば良い。つまり、図３のような特性データ
をとり、このデータから計算で求める。実際には、投影
光学系ＰＬの構造が複雑であるため、図３に示すように
単純な変化特性を示すことはなく、いくつかの１次遅れ
の和として表される場合もあるが、本実施例では説明を
簡単にするため、単純な変化特性を示す場合について説
明する。

【００４２】さて、図１においてレチクルＲの交換時に
ウェハステージＷＳを駆動して光電センサ３３を投影光
学系ＰＬに光軸位置まで移動し、投影光学系ＰＬに入射
する照明光の光量を測定する。次に、主制御装置５０は
予め求めておいた割合ΔＭ／Ｅ、時定数Ｔ、光電センサ
３３にて検出される照射エネルギー、及びシャッター３
の開閉時間に基づいて、逐次投影倍率の変化量を演算に
て算出する。

【００４３】ここで、本実施例による結像特性の計算原
理についてもう少し詳しく説明する。図３のように一定
の照射エネルギーＥで投影光学系ＰＬが照射される場合
（実際の露光動作ではありえないが）について図４に基
づいて説明を行うが、ここではエネルギー照射中のある
時刻ｔ₁について考える。図４（ａ）において、時刻ｔ
₁における投影倍率の変化量をΔＭ₁とすると、時刻ｔ
₀〜ｔ₁間のエネルギー照射によって発生した変化量は
図４（ｂ）のように減衰していく。図４（ｂ）では、時
刻ｔ₁より後の適当な時刻ｔ₂までの変化量の減衰の様
子を示している。図４（ｂ）の減衰曲線は、時刻ｔ₁で
照射を中止した場合の投影倍率の減衰曲線と全く等しい
ものであり、ΔＭ₁×ｅ^-(t-t1)/Tで表せる。一方、時
刻ｔ₁〜ｔ₂間のエネルギー照射による投影倍率変化を
図４（ｃ）に示す。図４（ｃ）は時刻ｔ₁で倍率変化量
が零であった時の変化特性と全く等しいものであり、こ
の曲線はΔＭ×（１−ｅ^-(t-t1)/T）で表せる。すなわ
ち、図４（ａ）中の時刻ｔ₀からの変化特性と等しい。
従って、図４（ａ）における時刻ｔ₁〜ｔ₂までの間の
倍率変化特性は、図４（ｂ）と図４（ｃ）とを単純に加
えたものである。すなわち時刻ｔ₁〜ｔ₂では、減衰す
る変化量と増加する変化量とを独立に加法により合成で
きることより、線形和の関係が成り立っていると言え
る。

【００４４】また、主制御装置５０内部の計算もこの原
理に基づいている。通常、主制御装置５０はデジタル計
算機を含み、この計算機によって倍率変化を常に計算で
求めているが、その１つの方法として、図４中の時刻ｔ
₁とｔ₂を微少時間にとり、その微少時間中に投影光学
系へ入射するエネルギーは一様であると仮定し、常に図
４（ｂ）、（ｃ）の関係を独立に演算で求めて倍率変化
を計算する方法が考えられる。これは次式のように表せ
る。

【００４５】

【数７】

【００４６】添字ｋ、ｋ＋１は繰り返し計算の回数、Δ
ｔは微少時間を表している。また、飽和レベルΔＭは入
射エネルギーＥ_kで照射を続けたとき、入射エネルギー
Ｅ_kと変化率ΔＭ／Ｅとの積で表せる。但し、入射エネ
ルギーＥ_kは微小時間Δｔ内の平均エネルギーである。
ここで、図５を参照して照明条件を変更した場合につい
ての説明を行う。図５は、照明光学系の瞳面内での光量
分布、すなわちフライアイレンズ群及び可変開口絞り８
を射出した照明光の強度分布を表しており、これは投影
光学系ＰＬの瞳面Ｅｐにおける光量分布にほぼ一致す
る。但し、レチクルＲが位相シフトレチクルや混在レチ
クル等の特別な場合、投影光学系ＰＬの光量分布は照明
光学系の光量分布と一致しないが、予めレチクルパター
ンの種類、形成条件等をバーコードリーダＢＣ、又はキ
ーボード５１から主制御装置５０へ入力しておくことに
より、投影光学系ＰＬの瞳面Ｅｐでの光量分布を推定す
ることができる。以下では説明を簡単にするため、図５
の各光量分布は投影光学系ＰＬの瞳面Ｅｐでの光量分布
を表しているものとする。

【００４７】さて、レチクルパターンの変更に伴って通
常照明法を変形光源法に変更する、すなわちターレット
板７を回転してフライアイレンズ群７Ａをフライアイレ
ンズ群（７Ｄ₁〜７Ｄ₄）に交換したとき、投影光学系
ＰＬの瞳面Ｅｐではその光量分布が図５（ａ）から図５
（ｃ）へ変化することになる。図５（ａ）はフライアイ
レンズ群７Ａ、及び可変開口絞り８を使用する通常照明
法を採用した場合（条件）の光量分布を示し、図５
（ｃ）はフライアイレンズ群（７Ｄ₁〜７Ｄ₄）を使用
する変形光源法を採用した場合（条件）の光量分布を
示している。尚、図５（ｂ）は照明条件変更直後の過渡
的状態（通常照明の履歴がある状態）での光量分布を模
式的に示したものである。

【００４８】図５は、厳密には瞳面Ｅｐ、ないしその近
傍での光量分布を表すが、大まかに言えばレチクルＲに
近い部分を除いて投影光学系ＰＬ内部のどの部分におい
ても似たような光量分布を示す。つまり、瞳面Ｅｐの光
量分布が変化するということは投影光学系ＰＬのほぼ全
体に渡って光量分布が変化することを意味している。さ
らに光量分布が変化するということは、投影光学系に入
射するエネルギー量の総和が等しくても、投影光学系Ｐ
Ｌのエネルギー吸収に伴う温度上昇の特性が異なる、換
言すれば投影光学系の各光学エレメントの温度分布が異
なるということであり、前述の説明では割合ΔＭ／Ｅ及
び時定数Ｔが照明条件（正確には瞳面Ｅｐでの光量分
布）によって異なるということである。このため、ター
レット板７や可変開口絞り８等によって照明条件（照明
光学系の瞳面を通過する照明光の強度分布）を変更す
る、あるいはレチクル交換、又は可変ブラインド１０の
駆動によってレチクルパターンを変更して、投影光学系
ＰＬの瞳面Ｅｐを通過する照明光の強度分布（光量分
布）が変化すると、所定の演算パラメータ、すなわち割
合ΔＭ／Ｅ及び時定数Ｔを変更した上で投影光学系ＰＬ
の結像特性を計算する必要がある。

【００４９】しかしながら、主制御装置５０での計算は
漸化式を用いるため、常に現在の倍率変化量ΔＭ_kがわ
からなければ次の変化量ΔＭ_k+1を計算できないが、照
明条件変更直後には変更前の照射履歴によって倍率変化
量が不明となる。つまり、照明条件の状態で投影光学
系が照射されたまま、照明条件のもとで露光を行った
ときの倍率変化は、従来の計算では求まらない。これ
は、投影光学系が照射の影響を受けていないときに照明
条件を変更したときの変化量とは全く別で、照射の影響
の受け具合、すなわち投影光学系の温度上昇の具合によ
って変わってくる。従って、実際の現象としては照明条
件変更後、倍率等の結像特性が不連続になるため、以下
では結像特性の不連続（不都合）と呼ぶことにする。

【００５０】また、主制御装置５０での計算は前述した
図４の説明にあるように減衰分と増加分とが線形和にな
るということを前提になされるものであるが、照明条件
変更直後の過渡的状態では減衰分は変更前の照明条件に
従い、増加分は変更後の照明条件に従って変化すること
になり、減衰分と増加分とが独立でない。このため、減
衰分と増加分とが線形和になるとは言えない。すなわ
ち、図５（ｂ）のように両者の影響が混在している状態
では、照明条件の影響と照明条件の影響は別のもの
であるから、両者の影響を図４と同様に単純な加算とし
て表すことはできない（不都合）。

【００５１】以上をまとめると、レチクルパターンや照
明条件の変更直後では、結像特性の不連続、線形和
が成り立たないという２つの不都合がある。本発明は主
にを解決するためのものである。もう一度、照明条件
を変更したときの投影倍率変化の様子を図６を参照して
説明する。まず、時刻ｔ₀より照明条件（通常照明
法）の状態で露光を開始すると、図６のように投影倍率
は変化していく。実際には、ステップアンドリピート動
作、ウェハ交換等によって図６のように滑らかな直線と
はならないが、平均的に見ると図６のように一定エネル
ギーで連続的に照射された場合と同様に変化量ΔＭが増
えていく。そして、時刻ｔ₁において保持部材７を回転
して、照明条件を条件（変形光源法）の状態に切り換
える。ここで、時刻ｔ₁における変更前の照明条件での
投影倍率の変化量をｄとする。また、投影光学系ＰＬが
照射の影響を受けていないとき（冷却状態）の照明条件
と条件との倍率差をａ（符号は負）とする。これ
は、冷却状態においても投影光学系ＰＬを通過する光束
の位置が異なることによって、投影光学系ＰＬの微妙な
収差条件の影響の受け方が異なるために発生するもので
ある。これだけしか考慮しないと、照明条件変更後の投
影倍率は（ｄ＋ａ）、すなわちΔＭ₁となる。しかしな
がら、前述した結像特性の不連続による変化量ｂが存在
しており、この変化量ｂによって条件２にとっての投影
倍率は（ｄ＋ａ＋ｂ）＝ΔＭ₂となる。これが先の不都
合である。

【００５２】また、図６中の点線は、変更前の熱蓄積量
の影響がなく、時刻ｔ₁より条件２の状態で露光を開始
したときの投影倍率の変化量を示しているが、実際の倍
率は変更前の照明条件のもとでの熱蓄積量の減衰に従っ
て実線のように変化していく。すなわち、照明条件変更
（時刻ｔ₁）後から図６中の実線と点線とが重なる時刻
までの間が、先の不都合によって投影倍率の変化量が
理論上計算ができないところである。但し、投影光学系
ＰＬ内部の熱分布を正確に計算すれば、倍率変化量は理
論上計算できるが、その計算量が膨大となり現実的では
ない。従って、従来の方法では不連続量ｂが考慮されな
いため、投影倍率の変化量は図６の一点鎖線のように計
算され、補正誤差が発生することになる。

【００５３】以下、本発明の実施例による結像特性の補
正方法について説明する。まず、前述の不都合に関す
る補正方法について述べる。本実施例では前述した結像
特性の不連続量ｂを予め求めておき、これを考慮して結
像特性の変化量を求めるようにする。すなわち、照明条
件変更直後の倍率変化量（ｄ＋ａ＋ｂ）は、変更前の照
明条件のもとで投影光学系ＰＬを照射して、変更後の
照明条件で露光した場合の倍率変化量に相当する。こ
のため、照明条件のもとで投影光学系ＰＬを照射した
後、照明条件を変更して直ちに条件のもとでパターン
露光を実行する。このとき、照明条件ではレチクルパ
ターンをウェハに露光する必要はなく、単に投影光学系
ＰＬに照明光を入射させれば良い。また、照明条件、
では実露光用のレチクルを使用する必要はないが、照
明条件では変更直後の倍率変化量を求めるために複数
の計測用マークが形成されたレチクルを用いるようにす
る。次に、現像処理を行った後、例えば投影露光装置の
アライメントセンサーを用いて、ウェハ上のショット領
域毎に複数の計測用マークのレジスト像を検出する。そ
して、ウェハステージＷＳの移動座標系（直交座標系Ｘ
Ｙ）上での各レジスト像の座標位置に基づいて照明条件
変更直後の倍率変化量を求め、その変化特性を主制御装
置５０に記憶しておく。この変化特性も前述の割合ΔＭ
／Ｅ及び時定数Ｔで表すことができ、この割合ΔＭ／Ｅ
及び時定数Ｔを主制御装置５０に格納する。これによ
り、照明条件変更時の不連続量ｂ、すなわち倍率変化量
（ｄ＋ａ＋ｂ）が求まる。ここで、不連続量ｂは、(1)
照明条件のもとで投影光学系ＰＬを照射した後にその
条件で露光を行ったときの倍率変化量と、(2) 照明条
件のもとで投影光学系ＰＬを照射した後に照明条件
で露光を行ったときの倍率変化量との差分である。従っ
て、主制御装置５０は照明条件のもとで露光を開始す
ると同時に、所定の演算パラメータを用いて倍率変化量
(1) 、(2) の各々を独立に逐次計算する。このとき、倍
率変化量(1) は従来通り照明条件に最適な演算パラメ
ータを用いて計算し、倍率変化量(2) は前述の試し焼き
により求めた変化特性、すなわち演算パラメータ（ΔＭ
／Ｅ、Ｔ）を用いて計算することになる。そして、主制
御装置５０は照明条件を変更した時点、正確には露光を
再開する直前での倍率変化量(1) 、(2) の差分を不連続
量ｂとして求める。また、露光動作の再開直前での倍率
変化量(1) は前述の変化量ｄに相当し、冷却状態での照
明条件ととの倍率差ａは予め記憶されていることか
ら、主制御装置５０は照明条件変更時の倍率変化量（ｄ
＋ａ＋ｂ）を求めることができる。これにより、前述の
不都合が解決されることになる。

【００５４】ここで、結像特性（変化量）の不連続量ｂ
は前述した倍率変化量(1) 、(2) の差分であり、両者の
変化特性は互いに異なるために一定値とはならない。こ
のため、前述の如く倍率変化量(1) 、(2) を独立に計算
して不連続量ｂを求めなければならない。しかしなが
ら、主制御装置５０で倍率変化量(1) 、(2) を独立に計
算すると、その計算量が増大して負荷が大きくなる。そ
こで、不連続量ｂは前述の倍率変化量(1) に比例すると
見做し、その比例係数（定数）を記憶しておくようにし
て上記計算を単純化しても良い。すなわち主制御装置５
０は、前述の倍率変化量(1) のみを逐次計算しておくよ
うにし、露光動作の再開直前での倍率変化量(1) に先の
比例係数を乗じた値を不連続量ｂとして求めるようにし
ても良い。このとき、不連続量ｂの値は正確であるとは
言えないが、実用上問題にならないと考えられる。

【００５５】また、倍率変化量(2) を計算するための演
算パラメータ（ΔＭ／Ｅ、Ｔ）を求めるとき、例えば特
開平１−１７９３１７号公報に開示されているように、
投影露光装置とコータディベロッパーとをインライン化
しておき、主制御装置５０が全体の動作を統括制御して
前述の試し焼き、現像、計測を自動的に行うようにして
も良い。このとき、オペレータは照明条件、に関す
る情報をキーボード５１を介して主制御装置５０に入力
するだけで良い。

【００５６】さらに、前述した試し焼きを行う代わり
に、例えば特開昭５９−９４０３２号公報に開示されて
いるように、ウェハステージＷＳ上に光透過性の基準パ
ターン（スリットパターン）を設けるとともに、その下
に光電検出器を配置しておく。そして、照明条件のも
とで投影光学系ＰＬを照射した後、照明条件を変更して
直ちに条件のもとでレチクルに照明光を照射して、レ
チクル上の複数の基準マークの投影像の各々をスリット
パターンを介して光電検出器で順次検出し、各投影像の
直交座標系ＸＹ上での座標位置に基づいて照明条件変更
直後の倍率変化量を求めるようにしても良い。

【００５７】次に、前述の不都合に関する補正方法に
ついて述べる。本実施例では不都合を厳密には解決で
きないが、以下の方法で便宜的に不都合による結像特
性の補正誤差を低減できる。これを図７を参照して説明
する。図７（ａ）は図６中の照明条件変更時（時刻
ｔ₁）付近の倍率変化量を表している。本実施例では、
変更前の照明条件（時刻ｔ₁以前）での履歴による投
影倍率の変化量（減衰分）と、変更後の照明条件（時
刻ｔ₁以降）のもとでの露光による投影倍率の変化量
（増加分）とを独立に計算し、両者を単純に加算して変
更直後の倍率変化量を求めるものである。つまり、理論
上は倍率変化量を線形和として求めることはできない
が、線形和として計算してもその誤差（図７（ａ）中の
ｅ）は小さいので、本実施例では線形和として計算を行
って倍率変化量を求めてしまおうというものである。具
体的には、減衰分に関しては、図７（ｂ）中に実線で示
すように、先に求めた照明条件変更直後の倍率変化量
（ｄ＋ａ＋ｂ）が前述の試し焼き等により求めた変化特
性に従って減衰していくと考え、その変化特性、すなわ
ち前述の倍率変化量(2) を計算するための演算パラメー
タ（ΔＭ／Ｅ、Ｔ）に従って逐次計算する。一方、増加
分に関しては、図７（ｃ）に示すように倍率変化量
（ａ）が照明条件での投影倍率の変化特性に従って増
加していくと考え、従来通り照明条件に最適な演算パ
ラメータに従って逐次計算する。そして、両者を加算し
て倍率変化量（図７（ａ）中の一点鎖線に相当）を求め
る。ここで求めた倍率変化量は、変更直後の実際の倍率
変化量（図７（ａ）中の実線）に対して誤差ｅをもつこ
とになるが、この誤差ｅは小さく、前述の不都合は実
用上解決されたことになる。

【００５８】ここで、減衰分に関しては前述の倍率変化
量(2) を計算するための演算パラメータに従って計算す
るものとしたが、例えば照明条件変更直後の倍率変化量
（ｄ＋ａ＋ｂ）が照明条件での投影倍率の変化特性に
従って減衰していくと考え、照明条件を変更した時点で
演算パラメータも全て切り換えて、前述の増加分と同様
に照明条件に最適な演算パラメータに従って減衰分を
計算するようにしても良い。このとき、倍率変化量（ｄ
＋ａ＋ｂ）は図７（ｂ）中に点線で示すように減衰する
ものとして計算で求められるが、図７（ｂ）中の実線に
対して大きな誤差は発生していない。これは、同一の投
影光学系であれば、照明条件を変更してもそんなに大き
く減衰率（時定数でも同じ意味）は変わらないためであ
る。つまり、前記の不都合とではの影響が大きい
ため、が解決できればは便宜的手法でも実用上問題
がない程度に低減できると言える。

【００５９】ところで、照明条件ととを交互に変更
して使用するとき、条件から条件に変更する場合と
条件から条件に変更する場合とで、不連続量ｂは符
号が逆で量が等しくなっているとは限らない。このた
め、照明条件で投影光学系を照射した後、照明条件を
変更して条件で露光を行ったときの変化特性と、照明
条件で投影光学系を照射した後、照明条件を変更して
条件で露光を行ったときの変化特性とを別々に求めて
記憶しておく必要がある。従って、照明条件の組み合わ
せの数が増えると、各照明条件毎の変化特性（演算パラ
メータ）に加えて、上記のような組み合わせ毎の変化特
性も求めておかなければならないので、膨大な量のデー
タ取りが必要となる。このため、最も使用頻度が高い条
件間のみ本発明の手法を用いてその変化特性を求めるよ
うにし、他の条件間は従来通り変更前の影響が減衰する
まで露光動作を停止するという方法を用いてもよい。

【００６０】また、現在使用している照明条件のもとで
結像特性をリアルタイムに測定できる場合（例えば特開
昭５９−９４０３２号公報に開示されたような空間像計
測を使用する場合等）には、本発明によらなくても誤差
なく結像特性を補正できるが、露光中に測定は行えず、
さらに測定により生産性が低下する。このため、本発明
の手法と併用して、測定間を本発明の手法で補間してい
くようにしても良い。例えば、所定枚数のウェハの露光
処理が終了するたびに結像特性を実測してその補正を行
い、所定枚数のウェハの処理中は前述の如く結像特性の
変化量を計算してその補正を行うようにしても良い。

【００６１】さらに、例えば特開平４−３４８０１９号
公報に開示されているように、ウェハステージ上の基準
板に形成したスリットパターンにその下方から露光用照
明光とほぼ同一波長域の光を照射するとともに、スリッ
トパターン、及び投影光学系を通過してレチクルのパタ
ーン面で反射した光を投影光学系、及びスリットパター
ンを介して光電検出し、ウェハステージを投影光学系の
光軸方向に微動したときにその光電信号のレベルが最大
となる位置をベストフォーカス位置として求める焦点検
出系が知られている。この種の焦点検出系では、スリッ
トパターンに照明光を照射する照明光学系中にその照明
条件を変更するための機構が設けられておらず、常に一
定の照明条件のもとでスリットパターンを照明して焦点
位置を検出することになる。従って、レチクルに対する
照明条件を変更した直後の過渡的状態では、この焦点検
出系でも焦点位置を正確に測定することはできない。そ
こで、前述の過渡的状態ではこの焦点検出系による測定
値を本発明の手法を利用して補正するようにしても良
い。尚、スリットパターンに対する照明条件を変更可能
な機構を有する焦点検出系であっても、過渡的状態では
その測定値を本発明の手法を利用して補正すると良い。
また、ここでは焦点検出系を例に挙げたが、それ以外の
結像特性を検出する系でも同様である。要は、露光用照
明光学系とは別の照明光学系を用いて基準マークを照明
し、当該マークから発生して投影光学系を通過した光を
光電検出して結像特性を求める系であれば、本発明の手
法を利用してその測定値を補正すると良い。

【００６２】次に、本実施例の露光動作について簡単に
説明する。図１において、主制御装置５０はバーコード
リーダ５２からレチクルＲの名称を入力すると、その名
称に対応付けて登録された動作パラメータに従ってター
レット板７、可変開口絞り８、３２、及び可変ブライン
ド１０を駆動し、レチクルＲのパターンに最適な露光条
件を設定する。ここでは通常照明法を適用するものと
し、フライアイレンズ群７Ａが光路中に配置され、かつ
可変開口絞り８によってσ値が所定値に設定される。し
かる後、ステップアンドリピート動作で第１の露光を開
始するとともに、ターレット板７、可変開口絞り８等に
よって設定される照明条件（又は、レチクルパターンの
種類、形成条件との組み合わせに対応した投影光学系Ｐ
Ｌの瞳面Ｅｐでの光量分布）に最も見合った演算パラメ
ータ（割合ΔＭ／Ｅ及び時定数Ｔ）をメモリから選択
し、この演算パラメータに従って投影光学系ＰＬの結像
特性の変化量を逐次計算する。制御部５３は、主制御装
置５０で計算された変化量が零となるように駆動素子２
５、２７、２９を駆動し、投影光学系ＰＬの結像特性を
所定値に高精度に維持する。尚、レチクル名に対応付け
てその演算パラメータをメモリに記憶しておいても良
い。

【００６３】さて、所定枚数のウェハＷに対する第１露
光が終了すると、主制御装置５０は予め定められたプロ
グラムに従ってレチクル交換を行うとともに、バーコー
ドリーダ５２が読み取ったレチクル名に対応した動作パ
ラメータに従ってターレット板７、可変開口絞り８、３
２、及び可変ブラインド１０を駆動する。ここでは変形
光源法を適用するものとし、フライアイレンズ群（７Ｄ
₁〜７Ｄ₄）が光路中に配置される。以上の動作中は投
影光学系ＰＬに照明光が入射せず、結像特性の変化量が
減衰していくので、主制御装置５０は第２の露光が開始
される直前まで、第１の露光時の減衰特性に対応した演
算パラメータに従って結像特性の変化量ｄを逐次計算し
ておく。また、主制御装置５０は上記動作と並行して、
通常照明法と変形光源法との間の冷却状態での結像特性
の差ａ、通常照明法を変形光源法に変更したときに生じ
る結像特性の不連続量ｂを求めるための比例係数、変更
前の熱蓄積量による結像特性の変化量の減衰特性を表す
演算パラメータ（ΔＭ／Ｅ、Ｔ）、及び第２の露光時の
照明条件（又は瞳面Ｅｐでの光量分布）に最も見合った
演算パラメータをメモリから読み出す。そして、主制御
装置５０は第２の露光の開始直前に結像特性の変化量ｄ
に比例係数を乗じて不連続量ｂを求めて結像特性の変化
量（ｄ＋ａ＋ｂ）を計算し、制御部５３はこの変化量が
零となるように駆動素子２５、２７、２９を駆動する。

【００６４】次に、主制御装置５０はシャッター３を開
いて第２の露光を開始すると同時に、前述の減衰特性を
表す演算パラメータに従って結像特性の変化量の減衰分
を計算するとともに、第２の露光に最適な演算パラメー
タに従って結像特性の変化量の増加分を計算し、この減
衰分と増加分とを単純に加算して結像特性の変化量を求
める。さらに制御部５３は、主制御装置５０で計算され
た変化量が零となるように駆動素子２５、２７、２９を
駆動し、投影光学系ＰＬの結像特性を所定値に高精度に
維持する。従って、照明条件変更直後の過渡的状態であ
っても、結像特性の変化量を零、ないし所定の許容値以
下に抑えることができ、照明条件変更後直ちに露光を開
始しても良好な結像特性のもとでパターン露光を行うこ
とができる。尚、主制御装置５０は変更前の熱蓄積量、
又はその熱蓄積量による結像特性の変化量が所定の許容
値以下となる、あるいは第１の露光が終了してから所定
時間経過した時点で前述の減衰分の計算を停止し、第２
の露光による増加分のみを計算して結像特性を補正して
も良い。

【００６５】以上の説明では、第１の露光時の減衰特性
を表す演算パラメータに従って結像特性の変化量の減衰
分を計算するものとしたが、例えば第２の露光を開始す
る直前に、主制御装置５０で使用する演算パラメータを
第２の露光用の演算パラメータに変更するとともに、第
２の露光時の減衰特性を表す演算パラメータを用いて前
述の減衰分を計算するようにしても良い。

【００６６】ところで、本実施例では照明条件を変更す
ることを前提としているが、照明条件は変更せずにレチ
クルパターンのみを変更する場合でも、正確に言えば投
影光学系ＰＬの瞳面Ｅｐでの光量分布は変化し得るの
で、上記と全く同様に結像特性の変化量を計算してその
補正を行うようにしても良い。また、照明条件とレチク
ルパターンとの少なくとも一方を変更したときに生じる
結像特性の不連続量が零、ないし所定値以下であるとき
は、予め不連続量を求めて必要はなく、従来通りの方法
で結像特性を計算してその補正を行えば良い。

【００６７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、レチクル
パターン、又は照明条件を変更して投影光学系の瞳面を
通過する照明光の強度分布が変化した直後であっても、
結像特性の不連続量までも考慮してその変化量を計算、
補正するため、結像特性の補正誤差を零、ないし所定の
許容値以下に抑えることができる。従って、変更後直ち
に露光動作を開始してスループットの低下を防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による投影露光装置の概略構成
を示す図。

【図２】図１中のフライアイレンズ群の保持部材の具体
的な構成を示す図。

【図３】照明光吸収による投影光学系の結像特性の変化
特性を説明する図。

【図４】照明光吸収による結像特性の変化量の計算法を
説明する図。

【図５】投影光学系の瞳面近傍での光量分布を示す図。

【図６】照明条件変更時の結像特性の変化特性を説明す
る図。

【図７】本発明による照明条件変更時の結像特性の変化
量の計算法を説明する図。

【符号の説明】

７Ａ〜（７Ｄ₁〜７Ｄ₄）フライアイレンズ群８、３２可変開口絞りＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウェハ２５、２７、２９駆動素子５３駆動素子制御部５０主制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの照明光をマスクに照射する照
明光学系と、前記マスクのパターンの像を感光基板上に
結像投影する投影光学系と、該投影光学系の結像特性を
可変とする第１調整手段とを備えた投影露光装置におい
て、前記照明光学系中の前記マスクのパターンに対するフー
リエ変換面内での前記照明光の強度分布を変化させるこ
とにより、前記マスクのパターンに対する照明条件を可
変とする第２調整手段と；該第２調整手段によって設定
された照明条件のもとで前記マスクのパターンを前記感
光基板に露光している間、所定の計算パラメータを用い
て前記投影光学系の結像特性の補正量を計算する演算手
段と；前記投影光学系の結像特性が所定値に維持される
ように、前記補正量に基づいて前記第１調整手段を制御
する制御手段と；前記マスクのパターンと前記照明条件
との少なくとも一方を変更して前記感光基板に対する露
光を行うとき、該変更前の露光によって前記投影光学系
に蓄積されたエネルギー量に基づいて、前記制御手段に
よって設定される結像特性を補正する補正手段とを備え
たことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記補正手段は、前記変更前の蓄積エネ
ルギー量に応じた前記結像特性の変動量を算出し、該算
出した変動量に基づいて前記演算手段で計算された補正
量を修正することにより、前記制御手段によって設定さ
れる結像特性を補正することを特徴とする請求項１に記
載の投影露光装置。
【請求項３】前記補正手段は、所定時間毎に前記結像
特性の変動量を算出し、前記変更前の蓄積エネルギー
量、又は前記結像特性の変動量が所定値以下となった時
点で前記補正量の修正を停止することを特徴とする請求
項２に記載の投影露光装置。