JPH0817713A

JPH0817713A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH0817713A
Application number: JP15097894A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Suzuki; 広介鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-07-01
Filing date: 1994-07-01
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体素子等を製造するフォトリソグラフィ
工程で使用される投影露光装置において、瞳フィルタを
使用した場合でも投影光学系の各部を通過する照明光の
光量を正確に計測し、良好な結像性能を得る。【構成】瞳フィルタ２９を設置した状態と、設置しな
い状態との両方で、ウエハステージ３５上に設けた反射
率既知の基準反射面Ｐ１，Ｐ２からの反射光を反射量セ
ンサ１３で測定して、この測定結果に基づいて瞳フィル
タ２９の反射率を算出する。照射センサ３７で測定した
照射量、及びウエハＷの反射率、瞳フィルタ２９の反射
率に基づいて、瞳フィルタ２９の上下の光量をそれぞれ
算出する。この結果をそれぞれ予め求めた照射変動モデ
ル式に代入し、主制御系３８及びレンズコントローラ３
９を介して各種収差を補正する。

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
や液晶表示素子等を製造するためのフォトリソグラフィ
工程で使用される投影露光装置に関し、特に投影光学系
の瞳面付近に光学的フィルタ（瞳フィルタ）が配置され
た投影露光装置に関する。

【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（又はフォトマスク等）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が塗布されたウエハ
（又はガラスプレート等）上に投影露光する投影露光装
置が使用されている。

【０００３】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。更に、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、即ち全ての線幅や形状に対して
有効であるのではなく、レチクル又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（例えば所謂
コヒーレンスファクタであるσ値等）を可変とする構造
が必要となる。

【０００４】また、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（特公昭６２−５０８１
１号公報参照）。この位相シフトレチクルを使用する
と、解像力を向上させる効果があるが、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。

【０００５】ところで、投影露光装置に対しては、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、各種の光学的収差等）を高精度に維持することが
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６０−７８４
５４号公報において、投影光学系への露光光（ｉ線、Ｋ
ｒＦエキシマレーザ等）の入射に伴って投影光学系に蓄
積されるエネルギ量（熱量）を逐次計算し、この蓄積エ
ネルギ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方法が提案されている。
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て、この密封空間の圧力を調整す
る方法等がある。

【０００６】この場合、結像特性の変化量を求めるため
には、投影光学系の内部に蓄積されるエネルギ量（熱
量）を正確に計算する必要がある。そのためには、照明
光学系から投影光学系に入射する露光光のエネルギ、及
びウエハで反射されて投影光学系に戻る露光光のエネル
ギを正確に計算する必要がある。そこで、従来は、照明
光学系から投影光学系に入射する光量に関しては、ウエ
ハの配置面上に設けた光電センサで測定し、ウエハから
の反射光量に関しては、反射してくる光を、照明光学系
中の開口絞りの後に設けられたビームスプリッタにより
反射させ、その反射光を別の光電センサにより測定して
いた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】最近、投影光学系の瞳
面（レチクルパターンのフーリエ変換面）付近に照明光
の振幅分布、位相分布又は偏光状態の分布を変化させる
光学的フィルタ（以下、「瞳フィルタ」と呼ぶ）を設け
て、特に微小な孤立パターン（コンタクトホールパター
ン等）の解像力、及び焦点深度の向上を図る技術が開発
されている。例えば、振幅分布を変化させる瞳フィルタ
としては、レチクルのパターンからの０次光を遮光する
中心遮光型の瞳フィルタがあり、位相分布を変化させる
瞳フィルタとしては、中心部と周辺部とで位相を反転さ
せる位相型フィルタ、及び中心部と周辺部とをインコヒ
ーレント化する位相型フィルタ等がある。また、所定の
透過率分布を有する瞳フィルタはライン・アンド・スペ
ースパターンに対して有効であることも知られている。

【０００８】しかしながら、このように瞳フィルタが設
置されている場合に、従来の方法により投影光学系を通
過する照明光のエネルギを求めようとしても瞳フィルタ
による照明光の遮光及び反射により、瞳フィルタの上部
を通過する照明光のエネルギと、瞳フィルタの下部を通
過するエネルギとを分離して正確に計測することができ
ないという不都合があった。

【０００９】例えば、投影光学系の瞳面に透過率の小さ
い中心遮光型等の瞳フィルタを入れた場合には、その瞳
フィルタの上部と下部とで通過する照明光のエネルギが
著しく異なり、瞳フィルタによって吸収及び反射された
光はウエハ側の光電センサでは測定されないため、その
瞳フィルタより上部に配置された投影光学系のレンズ群
の光学的収差に対する照射変動の影響を正確に計算でき
ないことになる。このため、瞳フィルタが設置されてい
る場合には、各種光学的収差に対する照射変動の影響を
計算する上で誤差が生じるという不都合があった。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑み、投影光学系の瞳
面付近に瞳フィルタが設置されている場合でも、正確に
投影光学系の各部を通過する照明光のエネルギを求める
ことができる投影露光装置を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、所定の照明光（ＩＬ）のもとで、転写用のパター
ンが形成されたマスク（１９）のパターン像を感光性の
基板（Ｗ）上に結像投影する投影光学系（ＰＬ）と、そ
の投影光学系のマスク（１９）に対するフーリエ変換面
（ＦＴＰ）、又はそのフーリエ変換面（ＦＴＰ）の近傍
の面に配置され、その投影光学系（ＰＬ）内を通過する
照明光（ＩＬ）の振幅分布、位相分布、及び偏光状態の
分布よりなる光学特性の少なくとも１つを変化させる光
学的フィルタ（２９）と、を有する投影露光装置におい
て、投影光学系（ＰＬ）の光学的フィルタ（２９）から
マスク（１９）側の部分を通過する照明光（ＩＬ）の光
量と、投影光学系（ＰＬ）の光学的フィルタ（２９）か
ら基板（Ｗ）側の部分を通過する照明光（ＩＬ）の光量
とを独立に計測する光量計測手段（１３，３７，６３）
を備えたものである。

【００１２】この場合、その光量計測手段（１３，３
７，６３）の計測結果に基づいて、投影光学系（ＰＬ）
の全体としての結像特性の変化量を求める結像特性演算
手段（６４）と、結像特性演算手段（６４）により求め
られた結像特性の変化量を相殺するように投影光学系
（ＰＬ）の結像特性を補正する結像特性補正手段（２
０，２３，２５，２７）と、を備えることが望ましい。

【００１３】この場合、その光量計測手段の一例は、基
板（Ｗ）の配置面上で投影光学系（ＰＬ）を通過した照
明光（ＩＬ）の光量を計測する照射量計測手段（３７）
と、光学的フィルタ（２９）を投影光学系（ＰＬ）のフ
ーリエ変換面（ＦＴＰ）、又はフーリエ変換面（ＦＴ
Ｐ）の近傍の面に着脱するフィルタ着脱手段（３０）
と、フィルタ着脱手段（３０）を介して光学的フィルタ
（２９）を着脱したときにそれぞれその照射量計測手段
（３７）から得られる計測結果と、基板（Ｗ）及び光学
的フィルタ（２９）の反射率とに基づいて、投影光学系
（ＰＬ）の光学的フィルタ（２９）からマスク（１９）
側の部分を通過する照明光（ＩＬ）の光量と、投影光学
系（ＰＬ）の光学的フィルタ（２９）から基板（Ｗ）側
の部分を通過する照明光（ＩＬ）の光量とを独立に算出
する光量演算手段（６３）と、を有するものである。

【００１４】

【作用】斯かる本発明の投影露光装置によれば、投影光
学系（ＰＬ）のフーリエ変換面（瞳面ＦＴＰ）付近に配
置された光学的フィルタ（瞳フィルタ２９）の上下を通
過する照明光の光量を独立に測定する光量計測手段（１
３，３７，３０，３８）が設けてある。従って、光学的
フィルタ（２９）が配置されていても、独立に計測した
上下の光量に基づいて投影光学系（ＰＬ）の各部を通過
する照明光量を正確に計測できる。

【００１５】また、結像特性演算手段（６４）と結像特
性補正手段（２０，２３，２５，２７）とを設けた場合
には、光量計測手段（１３，３７，６３）と結像特性演
算手段（６４）により投影光学系（ＰＬ）の結像特性の
変化量を求める。その後の計測結果に応じて結像特性補
正手段を介してその結像特性の変化量を打ち消すように
補正を行う。

【００１６】更に、フィルタ着脱手段（３０）を有する
場合には、フィルタ着脱手段（３０）を介して光学的フ
ィルタ（２９）を着脱したときの照射量計測手段（３
７）の計測結果を調べる。この場合、光学的フィルタ
（２９）を外したときの計測結果は、光学的フィルタ
（２９）の上部に入射する光量に対応し、光学的フィル
タ（２９）を設置したときの計測結果は光学的フィルタ
（２９）の下部に入射する光量に対応する。従って、更
に基板及び光学的フィルタの反射率のデータがあれば、
光学的フィルタの上下に反射により戻って来る光量も算
出できる。

【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は本実施例の投影
露光装置の概略構成図であり、この図１において、超高
圧水銀ランプ１はフォト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を発光するランプの
他、ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ光源等のレーザ光
源、あるいはＹＡＧレーザ等の高調波発生装置を用いて
も良い。照明光ＩＬは、照明光ＩＬの光路の開閉を行う
シャッタ２を経て、更にミラー５により折り曲げられて
コリメータレンズ、オプティカルインテグレータ（フラ
イアイレンズ）を含む照度均一化光学系６に入射する。
照度均一化光学系６内のオプティカルインテグレータの
射出側（レチクル側）の焦点面にターレット板７が配置
されている。なお、シャッタ２の開閉は、シャッタコン
トローラ４により制御されるシャッタ駆動部３により行
われる。

【００１８】ターレット板７には、レチクルの照明条件
を可変とするため、図３に示す様な開口絞り４１〜４４
が備えられている。使用に供される絞りの種類は、絞り
コントローラ９により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
じて最適なものが選択され、絞りコントローラ９の指令
を受けた絞り駆動部８がターレット板７中の選択された
絞りの中心を照明系の光軸上に設定する。図３に示す絞
りの内で、円形の開口絞り４１（照明系の開口数ＮＡが
大、又はσ値が大）は通常の露光に使用され、中央の遮
光部が小さい輪帯状の開口絞り４２及び中央の遮光部が
大きい輪帯状の開口絞り４３はそれぞれ輪帯照明に使用
され、複数の偏心した開口よりなる開口絞り４４は所謂
変形光源法に使用される。

【００１９】ターレット板７中の開口絞りを通過した照
明光ＩＬは、順次それぞれ透過率が大きく反射率の小さ
なビームスプリッタ１０及び１２に入射する。ここでは
入射した照明光ＩＬの一部がビームスプリッタ１０によ
り反射される。その反射光は光電センサよりなるインテ
グレータセンサ１１に導かれ、インテグレータセンサ１
１により、露光中であっても照明光の光量が測定され
る。一方、後述するウエハ、投影光学系のレンズ系、レ
チクル、あるいは瞳フィルタの主に上面等で反射された
反射光の一部はビームスプリッタ１２で反射され、反射
した光は光電センサよりなる反射量センサ１３に導か
れ、そこで反射光量が測定される。

【００２０】ビームスプリッタ１０，１２を通過した照
明光ＩＬは、更に第１リレーレンズ１４、レチクルブラ
インド（視野絞り）１５、及び第２リレーレンズ１６を
経て、ミラー１７に至る。そして、ミラー１７でほぼ垂
直下方に反射された照明光ＩＬが、メインコンデンサー
レンズ１８を介してレチクル１９のパターン領域をほぼ
均一な照度で照明する。レチクルブラインド１５の配置
面はレチクル１９のパターン形成面と共役関係（結像関
係）にあり、駆動系（不図示）によりレチクルブライン
ド１５を構成する複数枚の可動ブレードを開閉させて、
レチクルブラインド１５の開口部の大きさ、形状を変
え、それによりレチクル１９の照明視野を任意に設定す
る。

【００２１】レチクル１９は、伸縮可能な３個（図１で
は２つのみ図示）のピエゾ素子２０を介して、水平面内
で２次元移動可能なレチクルステージ２１上に載置され
ている。複数のピエゾ素子２０の伸縮量は、伸縮量コン
トローラ２７によって制御され、それによりレチクル１
９を光軸ＡＸ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できる
ようになっている。詳しくは後で述べるが、上記構成に
よって投影光学系ＰＬ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。なお、ピエ
ゾ素子２０を４個以上設けてもよく、ピエゾ素子２０の
代わりに、磁歪素子や押しねじ方式の上下機構等が使用
できる。

【００２２】レチクル１９のパターン領域を通過した照
明光ＩＬは、テレセントリック部ＰＴとメイン鏡筒部Ｐ
Ｍとから構成されている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１９の回
路パターンの投影像を、表面にフォトレジスト層が形成
され、その表面が最良結像面とほぼ一致するように保持
されたウエハ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。投影光学系ＰＬのテレセントリック
部ＰＴは、レチクル１９の下面の近くに位置し、レチク
ル１９に近い方からレンズ２２，２４，２６の３つのレ
ンズより構成されている。

【００２３】この場合、レンズ２６は不図示の鏡筒に固
定され、レンズ２６の上に伸縮自在の３個のピエゾ素子
２５を介してレンズ２４が載置され、レンズ２４上に伸
縮自在の３個のピエゾ素子２３を介してレンズ２２が載
置されている。これにより、レンズ２６と２４との間
隔、及びレンズ２４と２２とのレンズ間隔がそれぞれ制
御できるようになっている。また、ピエゾ素子２３及び
２５は、各々３点（又は４点支持等）支持の構成となっ
ており、レンズ２２，２４を光軸ＡＸに垂直な面に対し
て傾けることもでき、これにより投影光学系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ようになっている。

【００２４】ピエゾ素子２３，２５の代わりに他の電歪
素子や磁歪素子等を使用してもよい。また、ピエゾ素子
２０，２３，２５に与える電圧に応じた伸縮量を予め求
めておく。ここでは図示していないが、ピエゾ素子のヒ
ステリシス特性を考慮し、容量型変位センサ、差動トラ
ンス等の位置検出器をピエゾ素子に設け、ピエゾ素子に
与える電圧に対応したピエゾ素子の伸縮量をモニタして
高精度な駆動を可能としている。なお、ピエゾ素子２
０，２３，２５は、レンズコントローラ３９で計算され
た収差補正量に基づいて、伸縮量コントローラ２７によ
って駆動される。

【００２５】メイン鏡筒部ＰＭは、瞳面（レチクルに対
するフーリエ変換面）ＦＴＰで鏡筒上部２８と鏡筒下部
３１とに分割され、その瞳面ＦＴＰ又はその近傍には瞳
フィルタ２９が設置されている。瞳フィルタ２９は投影
光学系ＰＬの光軸ＡＸを中心とする結像光束の通過領域
（瞳）に対して出入が自由であり、結像条件をコントロ
ールする主制御系３８が交換機構３０を介してその出し
入れを制御する。

【００２６】図４は、図１中の交換機構３０を示し、こ
の図４において、回転板５３上に中心遮光型の瞳フィル
タ２９、中心部と周辺部をインコヒーレント化する瞳フ
ィルタ５１、及び平行平板ガラス５２が固定されてい
る。前述の照明系の開口絞り用ターレット板７の回転と
同じく、レチクルパターンの種類や形成条件により適切
な瞳フィルタが選択され、交換機構３０により出し入れ
が行われる。この瞳フィルタの選択は、装置が自動で行
ってもよいし、オペレータが指定してもよい。瞳フィル
タは、通常、位相シフトレチクルや輪帯あるいは複数傾
斜照明といった高解像技術で、あまり効果の出ない孤立
パターン（主にコンタクトホールパターン）に用いられ
る。この場合、瞳フィルタ２９は、投影光学系ＰＬの光
軸ＡＸを含む中心部を通過する０次光を遮光する遮光部
２９ａと、回折光を通過させる透過部２９ｂとを有し、
瞳フィルタ５１は０次光が通過する中心部５１ａと回折
光が通過する周辺部５１ｂとの位相をズラし、互いに干
渉し合わない様にするものである。また、平行平板ガラ
ス５２は瞳フィルタを使用しない場合に用いられる。

【００２７】なお、使用される瞳フィルタが１つの瞳フ
ィルタ２９のみである場合には、単に瞳フィルタ２９を
光軸ＡＸ上に出し入れする機構を使用してもよい。次
に、再び図１に戻って説明する。なお、図１において、
投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に
垂直な平面内で図１の紙面に垂直にＹ軸を、図１の紙面
に平行にＸ軸を取る。ウエハＷはウエハホルダ３４に真
空吸着され、このホルダ３４を介してウエハステージ３
５上に保持されている。ウエハステージ３５は、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、ウエハＷ上の１つのショット領域に対する
レチクル１９の転写露光が終了すると、ウエハＷはウエ
ハステージ３５により次のショット位置までステッピン
グされる。また、ウエハステージ３５上には、光電セン
サよりなる照射量センサ３７がその受光面がウエハＷの
表面位置とほぼ一致するように設けられている。

【００２８】照射量センサ３７は、例えば投影光学系Ｐ
Ｌ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電センサより構
成され、この照射量に関する光情報を主制御系３８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。更に、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を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斜入射光学系３２
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３３とから成る斜入射
方式の焦点検出系が設けられている。この焦点検出系
は、ウエハＷの表面の結像面に対する上下方向（Ｚ方
向）の位置を検出し、ウエハＷと投影光学系ＰＬとの合
焦状態を検出するものである。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３３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、受光光学系３３からのフォーカ
ス信号が０になるようにオートフォーカスが行われる。
後述のように、結像特性中の結像面の位置が変化した場
合には、その平行平板ガラスの角度を微動させてウエハ
Ｗのフォーカス位置の調整が行われる。

【００２９】ところで、図１には、投影光学系ＰＬの結
像特性の補正量を決定し、各補正機構を制御して結像特
性を常に良好に保つことを目的としているレンズコント
ローラ３９と、レチクルのパターンの種類、形成条件、
場合によってはフォトレジストの種類等により最適な露
光条件を選び各露光条件変更機構を制御することを目的
としている主制御系３８とがある。主制御系３８等の情
報に基づき、レンズコントローラ３９は露光条件変更に
伴う結像特性の変化を補正する。また、レンズコントロ
ーラ３９は、大気圧、気温等の環境変化、投影光学系Ｐ
Ｌの照明光ＩＬの吸収によって生ずる結像特性の変化も
補正する。

【００３０】図２はレンズコントローラ３９の機能ブロ
ック図であり、この図２に示すように、先ず主制御系３
８が照明条件（露光条件）、及び瞳フィルタの設定を行
う。その設定条件がレンズコントローラ３９内のパラメ
ータ変更部６２に供給され、パラメータ変更部６２で
は、供給された設定条件及びメモリ６１から読み出した
結像特性計算用のパラメータより、その設定条件に対応
して修正したパラメータを求め、この修正後のパラメー
タを結像特性演算部６４に供給する。また、照射光量演
算部６３に、インテグレータセンサ１１及び反射量セン
サ１３の出力信号が供給され、照射量センサ３７の出力
信号も主制御系３８を介して供給され、照射光量演算部
６３は後述のシーケンスに従って投影光学系ＰＬの各部
を通過する照明光の光量を計測する。結像特性演算部６
４には、照射光量演算部６３より投影光学系ＰＬを通過
する照明光のエネルギの情報も供給され、その修正後の
パラメータ及び照明光のエネルギに基づいて結像特性演
算部６４は、投影光学系ＰＬによる投影像の結像特性
（倍率、ディストーション、最良結像面の位置等）の変
化量を算出する。そして、この変化量に基づいて、駆動
量演算部６５がピエゾ素子２０，２３，２５の伸縮量、
及び受光光学系３３中の平行平板ガラスの傾斜角を算出
する。

【００３１】駆動量演算部６５からの駆動量の情報に基
づき、伸縮量コントローラ２７がピエゾ素子２０，２
３，２５の伸縮量を制御し、受光光学系３３内の平行平
板ガラスの角度が調整される。更に、レンズコントロー
ラ３９は、大気圧、気温等の環境変化、及び投影光学系
ＰＬによる照明光ＩＬの吸収によって生ずる結像特性の
変化をも補正する。そのため、レンズコントローラ３９
には投影光学系ＰＬの周囲の大気圧及び温度等を計測す
るための環境センサ（不図示）からの計測データも供給
されている。

【００３２】次に、本実施例で投影光学系ＰＬの各部を
通過する照明光の光量を求める際の動作の一例につき説
明を行う。ある特定の露光条件（照明系絞り７、レチク
ル１９、瞳フィルタ２９）が設定された場合における、
瞳フィルタ２９の上側に位置する鏡筒上部２８を透過す
る照明光の光量及び瞳フィルタ２９の下側に位置する鏡
筒下部３１を透過する照明光の光量をそれぞれ測定す
る。

【００３３】まず、図１の交換装置３０を介して、投影
光学系ＰＬの瞳面ＦＴＰ上の結像光束の通過領域（瞳）
から瞳フィルタ２９を除いて、代わりに平行平板ガラス
５２を設置した状態で、照射量センサ３７により照射量
Ｐ_U を測定する。照射量Ｐ_Uは、照明光学系から鏡筒上
部２８に入射する照明光の光量である。実際は投影光学
系ＰＬ内での吸収があるため正確ではないが、以下の計
算はすべて像面で測定した値を基準とする。基準が一定
に決まっていれば不都合はない。なお、平行平板ガラス
５２を設置する代わりに、投影光学系ＰＬの瞳に何も設
置しない状態としてもよい。このためには、図４の回転
板５３内に開口部を設けておけばよい。

【００３４】次に、交換装置３０を介して瞳フィルタ２
９を入れた状態で照射量センサ３７により照射量Ｐ_D を
求める。照射量Ｐ_D は照明光学系から鏡筒下部３１に入
射する照明光の光量である。次に投影光学系ＰＬへの反
射量を求める。反射量は照射量に比例する、即ち、反射
率をｒとして、（反射量＝ｒ×照射量）が成立するの
で、予め反射率ｒを求めておけば実際の補正時には照射
量から計算で反射量を求めることができる。

【００３５】そのため第１に、レチクルブラインド１
５、レチクル１９等、投影光学系ＰＬより前の光学系で
反射される成分を反射量センサ１３を介して求める。反
射量センサ１３で計測される反射量Ｒと対応する反射率
ｒとの間には、図５（ａ）に示す直線６６のようなほぼ
線形の関係があるため、その直線６６の傾きｋ₁及びオ
フセット量Ｏ₁を求める必要がある。これには先ず、瞳
フィルタ２９を除いた状態で露光条件を固定して、ウエ
ハステージ３５上におかれた２つの反射率が既知の基準
反射面Ｐ１，Ｐ２を順に露光領域に設置する。２つの基
準反射面をＲ₁，Ｒ₂ として、基準反射面Ｐ１，Ｐ２の
反射率をｒ₁，ｒ₂ とすると、次式が成立する。

【００３６】Ｒ₁ ＝ｋ₁ ×ｒ₁ ＋Ｏ₁ （１）Ｒ₂ ＝ｋ₁ ×ｒ₂ ＋Ｏ₁ （２）従って、傾きｋ₁ 及びオフセット量Ｏ₁ は次のようにな
る。ｋ₁ ＝（Ｒ₂ −Ｒ₁）／（ｒ₂ −ｒ₁）（３）Ｏ₁ ＝（Ｒ₁ｒ₂ −Ｒ₂ ｒ₁）／（ｒ₂ −ｒ₁）（４）ここで、反射率ｒ₁及びｒ₂ は既知であり、反射量Ｒ₁
及びＲ₂を反射量センサ１３で測定することにより、瞳
フィルタ２９が設置されていない状態での反射量のオフ
セット量Ｏ₁ が算出できる。

【００３７】次に瞳フィルタ２９を投影光学系ＰＬ内に
配置した状態で同様のシーケンスを実行する。この場合
の、反射量センサ１３で計測される反射量Ｒと対応する
反射率ｒとの間には、図５（ｂ）に示す直線６７のよう
なほぼ線形の関係がある。直線６７の傾きをＫ₂ 、オフ
セット量をＯ₂ とする。上記と同じウエハステージ３５
におかれた２つの基準反射面Ｐ１，Ｐ２を用い、その２
つの基準反射面Ｐ１，Ｐ２からの反射量センサ１３で計
測される反射量を、それぞれＲ₃及びＲ₄とすると、次
式が成立する。

【００３８】Ｒ₃ ＝ｋ₂ ×ｒ₁ ＋Ｏ₂ （５）Ｒ₄ ＝ｋ₂ ×ｒ₂ ＋Ｏ₂ （６）従って、傾きｋ₂ 及びオフセット量Ｏ₂ は次のようにな
る。ｋ₂ ＝（Ｒ₄ −Ｒ₃ ）／（ｒ₂ −ｒ₁）（７）Ｏ₂ ＝（Ｒ₃ ｒ₂ −Ｒ₄ ｒ₁）／（ｒ₂ −ｒ₁）（８）ここで、反射率ｒ₁及びｒ₂ は既知であり、反射量Ｒ₃
及びＲ₄を反射量センサ１３で測定することにより、瞳
フィルタ２９が設置されていない状態での反射量のオフ
セット量Ｏ₂ が算出できる。

【００３９】次に、瞳フィルタ２９を設置した実露光時
のウエハＷの反射率ｒ_D は、（７）式の傾きｋ₂ 、
（８）式のオフセット量Ｏ₂ 、及びそのときの反射量セ
ンサ１３で計測される反射量Ｒに対して次の関係があ
る。Ｒ＝ｋ₂×ｒ_D ＋Ｏ₂ （９）従って、ウエハＷの反射率ｒ_D は次式で表される。

【００４０】ｒ_D ＝（１／ｋ₂）×（Ｒ−Ｏ₂ ）（１０）反射率ｒ_D はウエハＷの反射率なので、上述の鏡筒下部
３１への照射量Ｐ_D を用いて鏡筒下部３１への反射量Ｒ
_D は次のようになる。Ｒ_D ＝ｒ_D ×Ｐ_D （１１）次に、鏡筒上部２８への反射量Ｒ_U を求める。これには
２つの成分があり、１つはウエハＷからの反射量、もう
１つは瞳フィルタ２９からの反射量である。ウエハＷか
らの反射量は、上記の通り鏡筒下部３１への反射量Ｒ_D
と同じｒ_D ×Ｐ _D となる。これは、中心遮光型の瞳フィ
ルタ２９を通過して鏡筒下部３１へ達した光は、ウエハ
Ｗでの正反射によりほぼ同じ光路を通って鏡筒上部２８
へ戻るからである。一方、瞳フィルタ２９からの反射量
は、瞳フィルタ２９を入れた状態の（８）式のオフセッ
ト量Ｏ₂ と瞳フィルタ２９なしでの（４）式のオフセッ
ト量Ｏ₁ との差になる。即ち（Ｏ₂ −Ｏ₁ ）が瞳フィル
タ２９からの反射量になる。また、瞳フィルタ２９への
照射量は、鏡筒上部２８への照射量Ｐ_U と同じため、瞳
フィルタ２９における反射率をｒ_U とすると、次のよう
になる。

【００４１】ｒ_U ＝（Ｏ₂ −Ｏ₁ ）／Ｐ_U （１２）なお、反射率ｒ_U は瞳フィルタ２９の反射部の面積等か
ら計算で求めることも可能である。従って、鏡筒上部２
８への反射量Ｒ_Uは（１２）式の反射率ｒ_U を用いて下
記（１３）式により求められる。Ｒ_U ＝ｒ_D ×Ｐ_D ＋ｒ_U ×Ｐ_U （１３）以上の結果から、時刻ｔにおける鏡筒上部２８への入射
エネルギＥ_U （ｔ）、及び鏡筒下部３１への入射エネル
ギＥ_D （ｔ）は、それぞれ次の（１４）式及び（１５）
式で計算される。

【００４２】Ｅ_U （ｔ）＝（Ｐ_U ＋Ｒ_U ）・Ｄ（ｔ）（１４）Ｅ_D （ｔ）＝（Ｐ_D ＋Ｒ_D ）・Ｄ（ｔ）（１５）但し、Ｄ（ｔ）はシャッタ２の開又は閉に対しそれぞれ
１又は０の値を持つ時刻ｔの関数である。これらの照射
量Ｐ_U ，Ｐ_D 及び反射量Ｒ_U ，Ｒ_D をレチクル交換、レ
チクルブラインド変更等の照明状態の変更毎に図２の照
射光量演算部６３で求めておき、そのデータ及びシャッ
タ２の開閉の情報より入射エネルギＥ_U （ｔ），Ｅ_D
（ｔ）を算出する。

【００４３】次に、上記で得られた入射エネルギと、焦
点位置、ディストーション等の結像特性との関係を求め
る必要がある。そこで、投影光学系ＰＬの照射変動のモ
デルの一例として、下記（１６）式で表される１次系を
考える。ここでは、例えば焦点位置に対する照射変動の
モデルを考えるが、ディストーション等その他の収差補
正についても基本的に同じモデル式を使用して計算でき
る。

【００４４】ｙ（ｔ）＝ｙ（ｔ−Δｔ）ｅｘｐ（−Δｔ／Ｔ）＋Ｋ（１−ｅｘｐ（−Δｔ／Ｔ））Ｅ（ｔ）（１６）但し、ｙ（ｔ）は時刻ｔでの焦点位置に関する照射変動
量、Δｔは計算のサンプリング時間、Ｔは時定数、Ｋは
ゲイン、Ｅ（ｔ）は入射エネルギである。この様なモデ
ルを鏡筒上部２８及び鏡筒下部３１の各々で別々に持っ
ておくことにより、照射変動を別々に計算することがで
きる。また、例えば図４のインコヒーレント化するため
の瞳フィルタ５１を使用するような場合にも、同様の手
法で照射変動量を求めることができる。

【００４５】ここで、その別個の照射変動モデルの求め
方を簡単に説明する。先ず第１に、鏡筒下部３１に光が
入らない瞳フィルタ（瞳面ＦＴＰの全面で透過率０）を
準備する。その瞳フィルタを投影光学系ＰＬ内に配置し
て、照明光を照射し、レンズを加熱する。次に結像特性
の計測時（焼付、空間像計測等による）にはその瞳フィ
ルタを投影光学系ＰＬ内より除いて計測を行うことによ
り鏡筒上部２８における照射変動モデルが得られる。

【００４６】次に、透過率１．０となるように、即ち瞳
フィルタを用いずに結像特性を計測する。これにより、
鏡筒上部２８と鏡筒下部３１とを合わせた照射変動モデ
ルが得られる。この中から、先刻求めた鏡筒上部２８の
モデルを引いたものが鏡筒下部３１のモデルとなる。以
上の方法で求めた鏡筒上部２８と鏡筒下部３１における
焦点位置の照射変動量をそれぞれｙ_U （ｔ）及びｙ_D
（ｔ）とすれば、ｙ_U （ｔ）とｙ_D （ｔ）との和が即ち
その投影光学系ＰＬにおける焦点位置の照射変動量とな
る。同様の方法によりディストーションその他の収差の
照射変動量を求め、それらの情報を伸縮量コントローラ
２７に送り、主制御系３８及びレンズコントローラ３９
に記憶された情報に基づき、レチクル１９のピエゾ素子
２０、及びレンズ２２，２４のピエゾ素子２３，２５を
駆動して収差補正を行う。また、焦点位置の場合は焦点
検出系３２，３３で補正を行う。

【００４７】次に、投影光学系ＰＬの結像特性の補正機
構について説明する。図１に示すように、本実施例では
伸縮量コントローラ２７によってレチクル１９、レンズ
２４，２６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。ここで、レンズ２２及
び２４を光軸ＡＸ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（結像面の位置）Ｆの各々が変化する。レンズ２２
の駆動量をｘ₁、レンズ２４の駆動量を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Δ
Ｍ、ΔＣ、ΔＦの各々は、下記の（１７）〜（１９）式
で表される。

【００４８】 ΔＭ＝Ｃ_M1×ｘ₁ ＋Ｃ_M2＋ｘ₂ （１７） ΔＣ＝Ｃ_C1×ｘ₁ ＋Ｃ_C2＋ｘ₂ （１８） ΔＦ＝Ｃ_F1×ｘ₁ ＋Ｃ_F2＋ｘ₂ （１９）なお、Ｃ_M1、Ｃ_M2、Ｃ_C1、Ｃ_C2、Ｃ_F1、Ｃ_F2は各変位量
のレンズの駆動量に対する変化量を表す定数である。

【００４９】ところで、上述した如く焦点検出系３２，
３３は投影光学系の最適焦点位置（結像面の位置）を零
点基準として、最適焦点位置に対するウエハＷ表面のず
れ量を検出するものである。従って、焦点検出系３２，
３３に対して平行平板ガラス等によりオフセット量ｘ₃
を与えると、この焦点検出系３２，３３を用いてウエハ
Ｗ表面の位置決めを行うことによって、レンズ２２，２
４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（１９）式は次式のように表され
る。

【００５０】 ΔＦ＝Ｃ_F1×ｘ₁＋Ｃ_F2＋ｘ₂＋ｘ₃ （２０）同様に、レチクル１９を光軸ＡＸ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１９の
駆動量をｘ₄ 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。

【００５１】 ΔＤ＝Ｃ_D4×ｘ₄ （２１） ΔＦ＝Ｃ_F1×ｘ₁＋Ｃ_F2＋ｘ₂＋ｘ₃＋Ｃ_F4＋ｘ₄ （２２）なお、Ｃ_D4、Ｃ_F4は各変化量のレチクル１９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、（１
７）〜（２１）式において駆動量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。なお、本実施例では結像特性補
正機構として、レチクル１９及びレンズ２２，２４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よく、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。

【００５２】ここで、本実施例では伸縮量コントローラ
２７によって、レチクル１９、及びレンズ２２，２４の
動きを制御しているが、特にレンズ２２，２４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。

【００５３】また、図１の実施例ではテレセントリック
部ＰＴのレンズ２２，２４の２面駆動となっているが、
レンズの枚数、組み合わせは任意である。また、照射変
動のモデル式を（１６）式にみられる１階微分方程式の
解（１次系）としたが、これは精度が許す範囲での種々
のモデルが考えられる。例えば、１次系の和、２次系以
上の和、あるいは無駄時間（非露光時間）を含むものな
どである。

【００５４】なお、図１の実施例では、瞳フィルタ２９
の上下の照射量、変動モデルを各々実測することにして
いるが、この内少なくとも一つを、シミュレーションに
より計算して求めることもできる。照射量をシミュレー
ションで求めると、実稼働時の照射量測定が省略できる
ので、スループット向上の効果がある。また、照射変動
モデルをシミュレーションで求めると、調整工数が短縮
できて、製造コストが低減できる。

【００５５】その他、反射率の影響が少ない、又は精度
上必要ない時は照射量だけを考慮してもよい。更に、透
過光とウエハからの反射光とを瞳フィルタが吸収して発
熱し、光学性能に影響を及ばすときは、それも考慮して
計算すれば、精度が向上する。更に、上記実施例では投
影露光装置として、レンズ系からなる投影光学系を備
え、ウエハステージのステップ移動により露光を行う、
所謂ステッパータイプの投影露光装置を想定したが、本
実施例はこれ以外にも、反射光学系からなる投影光学系
を有する装置や、スキャン型の露光を行う装置等の何れ
のタイプの投影露光装置に対しても適用できる。

【００５６】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。

【００５７】

【発明の効果】本発明の投影露光装置によれば、投影光
学系のフーリエ変換面（瞳面）付近に配置された光学的
フィルタ（瞳フィルタ）の上側と下側とで別々に照明光
の光量を測定するので、特に光学的フィルタの前後にお
ける光量の差が大きい場合でも投影光学系の各部を通過
する照明光のエネルギを正確に計測できる利点がある。

【００５８】また、結像特性演算手段と結像特性補正手
段とを設けた場合には、計測された照明光のエネルギに
基づき、収差等の結像特性の照射変動を計算して補正で
きるので結像特性の高精度な補正が可能となる。更に、
フィルタ着脱手段を解して光学的フィルタの有無に応じ
た光量を計測し、この計測結果と、基板及び光学的フィ
ルタの反射率とに基づいて光学的フィルタの上下の通過
光量を算出する場合には、従来からある照射量計測手段
を利用することにより簡便にその光学的フィルタの上下
を通過する光量を算出できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】図１中のレンズコントローラ３９の構成を示す
機能ブロック図である。

【図３】図１中のターレット板７上の開口絞りを示す拡
大正面図である。

【図４】図１中の瞳フィルタ２９及び交換装置３０を示
す拡大平面図である。

【図５】反射量センサで検出する反射量と対応する反射
率との関係を示す図である。

【符号の説明】

１超高圧水銀ランプ２シャッタ７ターレット板１１インテグレータセンサ１３反射量センサ１９レチクル２０レチクル駆動用のピエゾ素子２２，２４，２６レンズ２３，２５レンズ駆動用のピエゾ素子２９瞳フィルタ３７照射量センサＰＬ投影光学系ＰＴテレセントリック部２８鏡筒上部３１鏡筒下部Ｗウエハ３２斜入射光学系３３受光光学系３８主制御系３９レンズコントローラＰ１，Ｐ２ウエハステージ上の基準反射面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０３Ｆ 7/20 ５２１

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の照明光のもとで、転写用のパター
ンが形成されたマスクのパターン像を感光性の基板上に
結像投影する投影光学系と、該投影光学系の前記マスクに対するフーリエ変換面、又
は該フーリエ変換面の近傍の面に配置され、前記投影光
学系内を通過する照明光の振幅分布、位相分布、及び偏
光状態の分布よりなる光学特性の少なくとも１つを変化
させる光学的フィルタと、を有する投影露光装置におい
て、前記投影光学系の前記光学的フィルタから前記マスク側
の部分を通過する照明光の光量と、前記投影光学系の前
記光学的フィルタから前記基板側の部分を通過する照明
光の光量とを独立に計測する光量計測手段を設けたこと
を特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記光量計測手段の計測結果に基づい
て、前記投影光学系の全体としての結像特性の変化量を
求める結像特性演算手段と、該結像特性演算手段により求められた結像特性の変化量
を相殺するように前記投影光学系の結像特性を補正する
結像特性補正手段と、を設けたことを特徴とする請求項
１記載の投影露光装置。
【請求項３】前記光量計測手段は、前記基板の配置面
上で前記投影光学系を通過した照明光の光量を計測する
照射量計測手段と、前記光学的フィルタを前記投影光学系の前記フーリエ変
換面、又は該フーリエ変換面の近傍の面に着脱するフィ
ルタ着脱手段と、該フィルタ着脱手段を介して前記光学的フィルタを着脱
したときにそれぞれ前記照射量計測手段から得られる計
測結果と、前記基板及び前記光学的フィルタの反射率と
に基づいて、前記投影光学系の前記光学的フィルタから
前記マスク側の部分を通過する照明光の光量と、前記投
影光学系の前記光学的フィルタから前記基板側の部分を
通過する照明光の光量とを独立に算出する光量演算手段
と、を有することを特徴とする請求項１又は２記載の投
影露光装置。