JPH10289865A

JPH10289865A - 投影露光装置及び投影露光方法

Info

Publication number: JPH10289865A
Application number: JP9110378A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Taniguchi; 哲夫谷口
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】【課題】一部結像特性の計測値を基に他の結像特性の
変化を正確に推定し、投影光学系の結像特性を良好に補
正する。【解決手段】光電センサユニット１００により投影光
学系ＰＬの露光領域周辺部の結像特性が測定され、主制
御装置２６がその測定結果に基づいて照明光束の分布条
件毎の予測係数を用いて露光領域中心部の結像特性の変
化を予測する。このため、照明条件、レチクルパターン
条件によらず、正確な予測計算が可能になり、この正確
に予測された中心部の結像特性と実際に測定された周辺
部の結像特性とに基づいて主制御装置２６により結像特
性調整手段（４４ａ〜４４ｃ、４５ａ〜４５ｃ、４８、
４９、８０）を介して投影光学系ＰＬの結像特性の変化
が補正される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光装置及び
投影露光方法に係り、更に詳しくは、半導体素子又は液
晶表示素子等をリソグラフィ工程で製造する際に用いら
れる投影露光装置及び投影露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子又は液晶表示素子
等をリソグラフィ工程で製造する際には、マスク又はレ
チクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成された
パターンを投影光学系を介してレジストが塗布されたウ
エハ又はガラスプレート等（以下、「ウエハ」と総称す
る）上に投影露光する投影露光装置が用いられている。
この種の投影露光装置として、ステップ・アンド・リピ
ート方式の縮小投影型露光装置である静止露光型のステ
ッパーや、レチクルとウエハとを投影光学系に対して相
対走査しながらレチクルパターンの投影露光を行なうス
テップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置等が知
られている。

【０００３】この種の投影露光装置の投影光学系の結像
特性は、微細なパターンを精度良く露光するため、設
計、製造段階で高度に補正されている。しかし、結像特
性は外部要因により微妙に変化するため、通常は補正機
構により変動分を補正しながら用いられている。補正を
行うためには、結像特性の変化を知る必要があるが、そ
の方法は次の２つの方法に大別される。

【０００４】その内の第１の方法は、変動要因を測定し
た結果に基づいて結像特性の変化を予測するものであ
る。これは、例えば圧力センサで大気圧を測定し、温度
センサで周囲空気温度を測定し、これらの大気圧変化と
温度変化とが結像特性の変化とほぼ比例関係にあるとし
て結像特性の変化を演算する方法が該当する。この他、
投影光学系の照明光の吸収による変化を、次のようにし
て求めたりすることも該当する。すなわち、基板が搭載
された基板ステージ上に設けられた第１の光電センサを
用いて投影光学系に入射した照明光のエネルギーを測定
すると同時に照明系内の光源の出口部分に配置された半
透鏡によって一部取り出された照明光の光量を第２の光
電センサで測定し、これらの計測値の関係（比率）を予
め求めて置く。そして、露光中は、第２の光電センサに
より照明光の光量を測定するとともに、照明系内に配置
された半透鏡を介して基板から投影光学系への反射光の
エネルギを第３の光電センサで測定し、これらの測定結
果に基づいて結像特性の変化を演算する。この場合は、
特開昭６０−７８４５４号公報に記載されているよう
に、熱吸収現象であるため、比例計算ではなく、投影光
学系の照明光吸収の動特性の数学モデルを予め作成し、
そのモデルに従って結像特性の変化（照射変動）を演算
する。

【０００５】第２の方法は、結像特性の変化を直接測定
する方法である。この方法も種々の方法が知られてお
り、例えばウエハを載置した基板ステージ上に光電セン
サを設けてレチクルパターンの空間像を計測する方法、
あるいはレチクル側からウエハ側のパターンを観察する
方法、あるいは基板ステージ上の基準マークを逆方向か
ら照明してレチクル側で受光する方法等がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記２つの方法のう
ち、第１の方法は、前記の如く、投影光学系への照明光
吸収による変化を求める方法が特に複雑であり装置構成
上好ましい方法とは言えない。具体的には、基板ステー
ジ上に発熱源である第１の光電センサを設置する必要が
あり、また基板からの投影光学系への反射光を測定する
第３のセンサを照明光学系中に半透鏡を介して設置しな
ければならない。また、予め投影光学系の照明光吸収に
よる変動特性を求める必要がある。変動特性は投影光学
系１個毎にガラスの吸収特性のバラツキで微妙に異なる
ため、全数調整が必要である。また、近年、高解像技術
で、照明光の条件を変更したり、パターン原板であるマ
スク（又はレチクル）に位相シフターを付けるなど、投
影光学系に入射する光量分布は条件により大きく変化
し、それに応じて投影光学系の照明光吸収特性も変化す
る。この場合、考えられる条件で予め変動特性をシミュ
レーション等により求め記憶しておかなければならない
ので、作業量は膨大になる。これらの理由により第１の
方法は好ましい方法とは言えない。

【０００７】これに対し、上記第２の方法は変動を直接
測定することから、信頼性が高く、第１の方法に比べれ
ばより好ましい方法であると言える。しかし、この第２
の方法にあっては、露光中の測定は困難である反面、結
像特性を良好に維持するためには頻繁に測定する必要が
あるため、実露光動作中に露光をしばしば中断しなけれ
ばならず、装置のスループットが劣化するという不都合
があった。

【０００８】また、製造用のレチクル（原板）を使用す
るため、結像特性計測用のマークがレチクル上のパター
ン領域の外周部にしか配置できず、また、投影光学系の
露光エリアの中心部の結像特性の変化を計測することが
できないため、露光エリア周辺部の変化量の計測結果よ
り内部の変化量を演算により推定する方法が採用されて
いる。

【０００９】この推定演算に関連して、次のような３つ
の問題点が存在する。

【００１０】第１の問題点通常照明、輪帯照明、変形照明等の照明条件を変更する
と、投影光学系ＰＬに入射する光束の分布が変更され
る。同様に、マスク（レチクル）を変更すると、マスク
上のパターン分布の相違により、投影光学系ＰＬに入射
する光量の分布が変更される。

【００１１】図１１（Ａ）、（Ｂ）には、相互に異なる
照明条件下での像面の変化が示されている。これらの図
において、符号ＡＸは投影光学系の光軸を示す。一般に
投影光学系が照明光を吸収すると像面はこれらの図に示
されるように、上方（レチクル側）に移動する。また、
図１１（Ａ）、（Ｂ）中の矢印２０１と２０２、矢印２
０３と２０４をそれぞれ比較すると明かなように、光軸
ＡＸ中心部の方が変化が大きく、その結果像面湾曲が発
生することが分かる。さらに、図１１（Ａ）と図１１
（Ｂ）とを比較すると明かなように、照明条件の違いに
より、像面の湾曲の仕方が異なり、照明条件の違いによ
り周辺部の変化量と内部の変化量の関係も異なるので、
周辺部のフォーカスの計測結果からのみでは、中心部の
フォーカスを厳密に推定できないという不都合があっ
た。

【００１２】図１１（Ｃ）、（Ｄ）には、異なる照明条
件下でのディストーションの変化が示されている。これ
ら図における縦軸は光軸ＡＸからの距離（＝像高）を表
しており、横軸は変化量を表している。図１１（Ｃ）と
図１１（Ｄ）とを比較すると、照明条件が変更されても
周辺部のディストーションはそれほど変化しないが、中
心部ではディストーションが大きく変化することがわか
り、このことより、周辺部（＝像高が高い所）のデータ
だけでは、全体のディストーションを推測できないこと
が分かる。従って、フォーカスと同様に、周辺部の倍率
（ディストーション）のみから中心部の倍率を厳密に推
定できないという不都合も存在する。

【００１３】第２の問題点投影光学系だけでなく、レチクル（マスク）も照明光を
吸収して変化するので、どちらの原因で変化しているの
か正確にわからないと、レチクルと投影光学系では前記
の中心、周辺の変化率が異なるため、周辺部の測定結果
から中心部の結像特性の変化を厳密に推定ができない。

【００１４】第３の問題点図１２には、レチクルの周辺部と中心部とにそれぞれ形
成されたパターン（又はマーク）の結像位置の時間的変
化の様子が示されている。符号４０１で示されるものが
中心部の変化の曲線、符号４０２で示されるものが周辺
部の変化の曲線である。この図１２は、中心部の変化は
時定数が小さく変化の速度が速く、逆に周辺部は時定数
が長く変化の速度が遅い場合を示している（但し、図１
２は実際よりかなり誇張している）。このような場合、
周辺部の測定値から簡単には中心部の変化が予測でき
ず、時間によっては変化量が逆転する場合も出てくる。
また、現在の状態だけでなく、過去の履歴にさかのぼら
ないと周辺部と中心部の関係は通常求められない。この
ため、周辺部の計測結果のみから中心部の結像特性の変
化を厳密に推定できないという不都合があった。

【００１５】この問題に対しては、上記第１の方法を採
用して投影光学系に入射する光量の時間的変化を測定す
る従来技術としては、図１３に示されるようなものがあ
る。

【００１６】この図１３は、結像位置の補正を模式化し
たものである。この図１３には、投影光学系ＰＬに照射
量の時間関数（ここでは矩形状）を入力した場合に、中
心部と周辺部とでそれぞれ図１２と同様に結像位置に時
間変化が生じ、それに対応する結像位置の時間関数（図
１２と同じ出力波形）が投影光学系ＰＬから出力される
ものとして、それを補正して零にする流れが示されてい
る。このように、投影光学系ＰＬに入射する光量を測定
する場合には、周辺と中心部を別々のモデル１、モデル
２により計算し、その計算結果をそれぞれ用いて、周辺
部と中心部との結像特性をそれぞれ補正することによ
り、周辺部の変化特性と中心部の変化特性のうち、変化
の時間特性（時定数）が異なる場合であってもある程度
の対処は可能である。しかしながら、この方法（第１の
方法）は、実際には前述した数々の不利な点があるた
め、採用することは得策ではない。

【００１７】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、請求項１ないし７に記載の発明の目的は、直接測定
が可能な一部結像特性の計測値を基に直接計測不能な他
の結像特性の変化を正確に推定し、投影光学系の結像特
性を良好に補正することができる投影露光装置を提供す
ることにある。

【００１８】また、請求項８ないし１０に記載の発明の
目的は、投影光学系の結像特性を良好に補正することが
できる投影露光方法を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、照明光（ＩＬ）によりマスク(Ｒ）を照明し、前記
マスク（Ｒ）に形成されたパターンを投影光学系（Ｐ
Ｌ）を介して感応基板（Ｗ）上に投影露光する投影露光
装置であって、前記投影光学系（ＰＬ）の一部結像特性
を測定する結像特性測定手段（１００）と；前記投影光
学系（ＰＬ）の結像特性を調整する結像特性調整手段
（４４ａ〜４４ｃ、４５ａ〜４５ｃ、４８、４９、８
０）と；前記投影光学系（ＰＬ）内部の前記照明光束の
分布条件に応じ、前記結像特性測定手段（１００）の測
定結果に基づいて前記照明光束の分布条件毎の予測係数
を用いて他の結像特性の変化を予測する結像特性予測手
段（２６）と；前記結像特性測定手段（１００）の測定
結果と前記結像特性予測手段（２６）の予測結果とに基
づいて前記投影光学系（ＰＬ）の結像特性の変化が補正
されるように前記結像特性調整手段（４４ａ〜４４ｃ、
４５ａ〜４５ｃ、４８、４９、８０）を制御する制御手
段（２６）とを有する。

【００２０】これによれば、結像特性測定手段により直
接測定が可能な投影光学系の一部結像特性が測定され、
結像特性予測手段がその一部結像特性の測定結果から投
影光学系の他の結像特性（直接測定ができない結像特
性）を予測する際に、投影光学系内部の照明光束の分布
条件毎の予測係数を用いて他の結像特性の変化を予測す
るので、照明条件やマスクが変更されて投影光学系内部
の照明光束の分布条件が変化しても、それに応じた予測
係数を用いて結像特性予測手段により他の結像特性が予
測される。このため、照明条件、マスクパターン条件、
Ｎ．Ａ．の大小、及び瞳フィルターの有無等によらず、
正確な予測計算が可能になり、この正確に予測された他
の結像特性と実際に測定された一部結像特性とに基づい
て制御手段により結像特性調整手段を介して投影光学系
の結像特性の変化が補正される。これにより、確実に誤
差なく結像特性の変化が補正されることになる。

【００２１】なお、照明光束の分布条件毎の予測係数
は、種々の照明条件下で異なるパターンのマスクを用い
て、予め計測しておき、実際の照明条件とマスクパター
ンとに応じて定まる照明光束の分布条件に対応する予測
係数を用いるものである。

【００２２】請求項２に記載の発明は、照明光（ＩＬ）
によりマスク（Ｒ）を照明し、前記マスク（Ｒ）に形成
されたパターンを投影光学系（ＰＬ）を介して感応基板
（Ｗ）上に投影露光する投影露光装置であって、前記投
影光学系（ＰＬ）の一部結像特性を測定する結像特性測
定手段（１００）と；前記投影光学系（ＰＬ）の結像特
性を調整する結像特性調整手段（４４ａ〜４４ｃ、４５
ａ〜４５ｃ、４８、４９、８０）と；前記結像特性測定
手段（１００）の測定結果に基づいて、前記投影光学系
（ＰＬ）の照明光（ＩＬ）の吸収により発生する結像特
性変化と前記マスク（Ｒ）の照明光（ＩＬ）の吸収によ
り発生する結像特性変化とを分離して予測計算を行なう
ことにより他の結像特性の変化を予測する結像特性予測
手段（２６）と；前記結像特性測定手段（１００）の測
定結果と前記結像特性予測手段（２６）の予測結果とに
基づいて前記投影光学系（ＰＬ）の結像特性の変化が補
正されるように前記結像特性調整手段（４４ａ〜４４
ｃ、４５ａ〜４５ｃ、４８、４９、８０）を制御する制
御手段（２６）とを有する。

【００２３】これによれば、結像特性測定手段により直
接測定が可能な投影光学系の一部結像特性が測定され、
結像特性予測手段がその一部結像特性の測定結果から投
影光学系の他の結像特性（直接測定ができない結像特
性）を予測する際に、投影光学系の照明光の吸収により
発生する結像特性変化とマスクの照明光の吸収により発
生する結像特性変化とを分離して予測計算を行なうこと
により他の結像特性の変化を予測する。このため、それ
ぞれの変化要因毎に正確な予測計算が行なわれ、投影光
学系の照明光の吸収により発生する結像特性変化とマス
クの照明光の吸収により発生する結像特性変化との両者
が混ざり合った状態で予測計算（推定計算）が行なわれ
る場合のように予測精度が悪化することがなく、正確に
他の結像特性の変化を予測することが可能となる。この
正確に予測された他の結像特性と実際に測定された一部
結像特性とに基づいて制御手段により結像特性調整手段
を介して投影光学系の結像特性の変化が補正されること
により、確実に誤差なく結像特性の変化が補正されるこ
とになる。

【００２４】この場合、一部結像特性の変化量と他の結
像特性の変化量との関係は、投影光学系の照明光の吸収
により発生するものと、マスクの照明光吸収により発生
するものとを、予め求めておき、予測計算を行なう際
に、それぞれの関係を用いて、変化要因毎に他の結像特
性の変化を予測計算し、その計算結果を合計することに
より最終的な他の結像特性の変化が算出される。

【００２５】この場合において、結像特性の変化が投影
光学系の照明光の吸収により発生するものか、マスクの
照明光吸収によるものかを分離する方法は、種々考えら
れるが、例えば、結像特性測定手段は、マスクのパター
ンの投影露光中に照明光が照射されないマスク近傍の位
置に配置された基準マーク、マスク上の計測マークのい
ずれを用いても投影光学系の一部結像特性を計測可能で
ある場合には、請求項３に記載の発明の如く、前記結像
特性予測手段（２６）は、前記基準マーク（１０４）を
用いた結像特性の測定結果と前記マスク（Ｒ）上の計測
マークを用いた結像特性の測定結果とを比較して前記投
影光学系（ＰＬ）の照明光（ＩＬ）の吸収により発生す
る結像特性変化と前記マスク（Ｒ）の照明光（ＩＬ）の
吸収により発生する結像特性変化を分離するようにして
も良い。このようにすれば、結像特性の変化がマスクに
起因するものか、投影光学系そのものに起因するもの
か、簡単に確実に分離することが可能となる。

【００２６】請求項４に記載の発明は、照明光（ＩＬ）
によりマスク（Ｒ）を照明し、前記マスク（Ｒ）に形成
されたパターンを投影光学系（ＰＬ）を介して感応基板
（Ｗ）上に投影露光する投影露光装置であって、前記投
影光学系（ＰＬ）の一部結像特性を測定する結像特性測
定手段（１００）と；前記投影光学系（ＰＬ）の結像特
性を調整する結像特性調整手段（４４ａ〜４４ｃ、４５
ａ〜４５ｃ、４８、４９、８０）と；前記結像特性測定
手段（１００）で測定された前記一部結像特性の変化に
基づいて前記投影光学系（ＰＬ）あるいは前記マスク
（Ｒ）に照明された照明光量を計算し、該照明光量を用
いて他の結像特性の変化を予測する結像特性予測手段
（２６）と；前記結像特性測定手段（１００）の測定結
果と前記結像特性予測手段（２６）の予測結果とに基づ
いて前記投影光学系（ＰＬ）の結像特性の変化が補正さ
れるように前記結像特性調整手段（４４ａ〜４４ｃ、４
５ａ〜４５ｃ、４８、４９、８０）を制御する制御手段
（２６）とを有する。

【００２７】これによれば、結像特性測定手段により直
接測定が可能な投影光学系の一部結像特性が測定され、
結像特性予測手段がその一部結像特性の測定結果から投
影光学系の他の結像特性（直接測定ができない結像特
性）を予測する際に、結像特性測定手段で測定された一
部結像特性の変化に基づいて投影光学系あるいはマスク
に照明された照明光量を計算（逆算）し、該逆算した照
明光量を用いて他の結像特性の変化を予測する。このた
め、結像特性を直接計測可能な露光領域周辺部と結像特
性を直接計測できない露光領域中心部とで変化の時間特
性が異なるために露光領域周辺部と中心部との変化量の
関係が比例計算で求められないような場合においても正
確な予測（推定）計算が可能となる。この正確に予測さ
れた他の結像特性（中心部の結像特性）と実際に計測さ
れた一部結像特性（周辺部の結像特性）とに基づいて制
御手段により結像特性調整手段を介して投影光学系の結
像特性の変化が補正されることにより、確実に誤差なく
結像特性の変化が補正されることになる。この場合、結
像特性予測手段では、上記の逆算により求めた照明光量
に基づいて予め求めておいた中心部の結像特性の変化特
性を用いて改めて中心部の変化量の予測計算を行うもの
である。

【００２８】上記請求項１、２及び４に記載の投影露光
装置においては、請求項５に記載の発明の如く、前記結
像特性測定手段（１００）で測定する一部結像特性は倍
率、露光領域周辺部の焦点位置のいずれかを含み、結像
特性予測手段（２６）で予測する他の結像特性は、ディ
ストーション、像面湾曲のいずれかを含むことが望まし
く、また、請求項６に記載の発明の如く、前記投影光学
系（ＰＬ）の結像特性の内、その変化量が変動要因の変
化に比例する大気圧変化、湿度変化、気温変化の内のい
ずれかの成分は予め補正され、前記制御手段（２６）に
より前記結像特性調整手段（４４ａ〜４４ｃ、４５ａ〜
４５ｃ、４８、４９、８０）を介して補正される結像特
性の変化は、前記投影光学系（ＰＬ）及びマスク（Ｒ）
の少なくとも一方の照明光の吸収に起因する結像特性の
変化であることが望ましい。

【００２９】また、請求項１、２及び４に記載の投影露
光装置においては、結像特性測定手段（１００）による
一部結像特性の測定は、結像特性の変化よりも十分早い
周期で行なうことが望ましく、例えば、請求項７に記載
の発明の如く、前記結像特性測定手段（１００）による
前記一部結像特性の測定、前記結像特性予測手段（２
６）による前記他の結像特性の予測、及び前記制御手段
（２６）による前記結像特性調整手段（４４ａ〜４４
ｃ、４５ａ〜４５ｃ、４８、４９、８０）を介しての前
記結像特性の補正は、前記感応基板（Ｗ）の交換毎若し
くは結像特性の変化量に応じて所定枚数の前記感応基板
（Ｗ）の交換の度毎に行うことがより望ましい。このよ
うにすれば、スループットの低下を殆ど招かないからで
ある。

【００３０】上記いずれの請求項に記載の発明において
も、従来行なっていた照射量の直接測定が不要となるの
で、そのための計測系が不要となり、装置構成の簡略化
が可能になる。

【００３１】また、請求項８に記載の発明は、照明光
（ＩＬ）によりマスク（Ｒ）を照明し、前記マスク
（Ｒ）に形成されたパターンを投影光学系（ＰＬ）を介
して感応基板（Ｗ）上に投影露光する投影露光方法であ
って、前記投影光学系（ＰＬ）の一部結像特性の変化を
測定する第１工程と；前記投影光学系（ＰＬ）内部の前
記照明光束の分布条件に応じて前記第１工程の測定結果
に基づいて他の結像特性の変化を予測する第２工程と；
前記第１工程及び第２工程の結果に基づいて前記投影光
学系（ＰＬ）の結像特性の変化を補正する第３工程とを
含む。

【００３２】これによれば、第１工程において、直接測
定が可能な投影光学系の一部結像特性が測定され、第２
工程において、その一部結像特性の測定結果から投影光
学系の他の結像特性（直接測定ができない結像特性）が
投影光学系内部の照明光束の分布条件に応じて予測され
るので、照明条件やマスク、Ｎ．Ａ．、瞳フィルター等
が変更されて投影光学系内部の照明光束の分布条件が変
化しても、それに応じて他の結像特性が予測される。こ
のため、照明条件、マスクパターン条件等によらず、正
確な予測計算が可能になり、第３工程において、この正
確に予測された他の結像特性と実際に計測された一部結
像特性とに基づいて投影光学系の結像特性の変化が補正
されることにより、確実に誤差なく結像特性の変化を補
正することが可能になる。

【００３３】また、請求項９に記載の発明は、照明光
（ＩＬ）によりマスク（Ｒ）を照明し、前記マスク
（Ｒ）に形成されたパターンを投影光学系（ＰＬ）を介
して感応基板（Ｗ）上に投影露光する投影露光方法であ
って、前記投影光学系（ＰＬ）の一部結像特性の変化を
測定する第１工程と；前記第１工程の測定結果に基づい
て、前記投影光学系（ＰＬ）の照明光（ＩＬ）の吸収に
より発生する結像特性変化と前記マスク（Ｒ）の照明光
（ＩＬ）の吸収により発生する結像特性変化とを分離し
て予測計算を行なうことにより他の結像特性の変化を予
測する第２工程と；前記第１工程及び第２工程の結果に
基づいて前記投影光学系（ＰＬ）の結像特性の変化を補
正する第３工程とを含む。

【００３４】これによれば、第１工程において、直接測
定が可能な投影光学系の一部結像特性が測定され、第２
工程においてその一部結像特性の測定結果から投影光学
系の照明光の吸収により発生する結像特性変化とマスク
の照明光の吸収により発生する結像特性変化とを分離し
て予測計算を行なうことにより他の結像特性（直接測定
ができない結像特性）予測される。このため、それぞれ
の変化要因毎に正確な予測計算が行なわれ、投影光学系
の照明光の吸収により発生する結像特性変化とマスクの
照明光の吸収により発生する結像特性変化との両者が混
ざり合った状態で予測計算（推定計算）が行なわれる場
合のように予測精度が悪化することがなく、正確に他の
結像特性を予測することが可能となり、第３工程におい
て、この正確に予測された他の結像特性と実際に計測さ
れた一部結像特性とに基づいて投影光学系の結像特性の
変化が補正されることにより、確実に誤差なく結像特性
の変化を補正することが可能になる。

【００３５】請求項１０に記載の発明は、照明光（Ｉ
Ｌ）によりマスク（Ｒ）を照明し、前記マスク（Ｒ）に
形成されたパターンを投影光学系を介して感応基板
（Ｗ）上に投影露光する投影露光方法であって、前記投
影光学系の一部結像特性の変化を測定する第１工程と；
前記第１工程で測定された前記一部結像特性の変化に基
づいて前記投影光学系あるいは前記マスクに照明された
照明光量を計算し、該照明光量を用いて他の結像特性の
変化を予測する第２工程と；前記第１工程及び第２工程
の結果に基づいて前記投影光学系の結像特性の変化を補
正する第３工程とを含む。

【００３６】これによれば、第１工程において直接測定
が可能な投影光学系の一部結像特性が測定され、第２工
程においてその一部結像特性の測定結果から投影光学系
あるいはマスクに照明された照明光量を計算（逆算）
し、該逆算した照明光量を用いて他の結像特性（直接測
定ができない結像特性）の変化を予測するので、結像特
性を直接計測可能な露光領域周辺部と結像特性を直接計
測できない露光領域中心部とで変化の時間特性が異なる
ために露光領域周辺部と中心部との変化量の関係が比例
計算で求められないような場合においても正確な予測
（推定）計算が可能となる。そして、第３工程におい
て、この正確に予測された他の結像特性（中心部の結像
特性）と実際に計測された一部結像特性（周辺部の結像
特性）とに基づいて投影光学系の結像特性の変化が補正
されることにより、確実に誤差なく結像特性の変化を補
正することが可能になる。

【００３７】

【発明の実施の形態】

《第１の実施形態》以下、本発明の第１の実施形態を図
１ないし図７に基づいて説明する。

【００３８】図１には、第１の実施形態に係る投影露光
装置１０の構成が概略的に示されている。この投影露光
装置１０は、マスクとしてのレチクルＲ上に形成された
パターンをステップ・アンド・リピート方式により投影
光学系ＰＬを介して感応基板としてのウエハＷのショッ
ト領域に露光する縮小投影型の露光装置（いわゆるウエ
ハステッパ）である。

【００３９】この投影露光装置１０は、光源１２を含む
照明系１１、レチクルＲを保持するレチクルステージＲ
Ｓ、レチクルＲに形成されたパターン像をウエハＷ上に
投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷが搭載されたウエハ
ステージ５０、投影光学系ＰＬの倍率・ディストーショ
ン等の結像特性を補正する結像特性補正手段、フォーカ
ス補正手段（これも結像特性補正手段の一種である）、
及び制御系等を備えている。

【００４０】照明系１１は、高圧水銀ランプあるいはエ
キシマレーザ等から成る光源１２、照明光の光路の開閉
を行うシャッタ１４、オプチカルインテグレータ（フラ
イアイレンズ）等を含む照度均一化光学系１６、照明系
開口絞り板（レボルバ）１８、照明光の照明フィール
ド、すなわちレチクルＲ上の照明領域を規定する可変ブ
ラインド２０を含む。シャッタ１４は、駆動部２２によ
り駆動され光源１２から射出された照明光ＩＬ（ｉ線、
ｇ線、エキシマレーザ光（ＫｒＦ、ＡｒＦ）等）を透過
または遮光させる。シャッタ１４の後方の光路上には照
度均一化光学系１６が配置され、ここで照明光ＩＬの光
束の一様化、スペックルの低減化等が行われる。この照
度均一化光学系１６の出口部分であるフライアイレンズ
の射出端面はレチクルＲのフーリエ変換面（瞳面）とな
っており、この近傍に円板状部材から成る照明系開口絞
り板１８が配置されている、この照明系開口絞り板１８
には、ほぼ等角度間隔で、例えば通常の円形開口より成
る開口絞り、小さな円形開口より成りコヒーレンスファ
クタであるσ値を小さくするための開口絞り、輪帯照明
用の輪帯状の開口絞り、及び変形光源法用に複数の開口
を偏心させて配置して成る変形開口絞り（いずれも図示
省略）が配置されている。この照明系開口絞り板１８
は、主制御装置２６により制御されるモータ等の駆動装
置２４により回転駆動されるようになっており、これに
よりいずれかの開口絞りが照明光の光路上に選択的に設
定される。

【００４１】照明系開口絞り板１８の後方の光路上に
は、ミラー２８が配置され、このミラー２８後方の照明
光ＩＬの光路上には、可変ブラインド２０を介在させて
リレーレンズ３４ａ，３４ｂ組が設置されている。可変
ブラインド２０の設置面はレチクルＲと共役関係にあ
り、駆動機構３６により可変ブラインド２０を構成する
可動ブレードを開閉させて開口位置、形状を変えること
によってレチクルＲ上の照明領域（照明視野）を任意に
設定することができるようになっている。

【００４２】リレーレンズ３４ａ，３４ｂ組後方の照明
光ＩＬの光路上には、当該リレーレンズ３４ａ，３４ｂ
組を通過した照明光ＩＬをレチクルＲに向けて反射する
ミラー３７が配置され、このミラー３７後方の照明光Ｉ
Ｌの光路上にはコンデンサレンズ３８が配置されてい
る。

【００４３】照明系１１では、上記のような構成によ
り、照明光ＩＬによりレチクルＲのパターン面上の所定
の照明領域（可動ブラインド２０によって規定された領
域）を均一な照度で照明する。

【００４４】レチクルＲは、レチクルステージＲＳ上に
載置され、図示しないレチクルホルダにより保持されて
いる。レチクルステージＲＳは、水平面（ＸＹ平面）内
で微小駆動可能に構成されており、レチクルＲがレチク
ルステージＲＳに載置された後、レチクルＲのパターン
領域ＰＡの中心点が光軸ＡＸと一致するように位置決め
が行なわれる。レチクルＲの初期設定は、図示しないレ
チクルアライメント系によりレチクル周辺のアライメン
トマーク（図示省略）を光電検出し、このマーク検出信
号に基づいて、レチクルステージＲＳを微動することに
より行われる。レチクルＲは図示しないレチクル交換器
により適宜交換されて使用される。なお、図１では図示
を省略したが、本第１の実施形態では、レチクルＲを保
持する不図示のレチクルホルダは、不図示の駆動系によ
りレチクルステージＲＳに対して後述する投影光学系Ｐ
Ｌの光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）に微小駆動可能に構成さ
れている。

【００４５】前記投影光学系ＰＬは、両側テレセントリ
ックな光学配置になるように、共通の光軸を有する複数
枚のレンズエレメント４０ａ、４０ｂ、……から構成さ
れている。レンズエレメントのうち、レチクルステージ
ＲＳに最も近い一番上のレンズエレメント４０ａは、リ
ング状の支持部材４２により保持され、この支持部材４
２は、伸縮可能な駆動素子、例えばピエゾ素子４４ａ，
４４ｂ，４４ｃ（紙面奥側の駆動素子４４ｃは図示せ
ず）によって、３点支持されるとともに鏡筒部４６と連
結されている。同様に、上から２番目のレンズエレメン
ト４０ｂは、リング状の支持部材４３により保持され、
この支持部材４３は、伸縮可能な駆動素子、例えばピエ
ゾ素子４５ａ，４５ｂ，４５ｃ（紙面奥側の駆動素子４
５ｃは図示せず）によって、３点支持されるとともに鏡
筒部４６と連結されている。

【００４６】上記の駆動素子４４ａ，４４ｂ，４４ｃに
よって、レンズエレメント４０ａの周辺３点を独立に、
投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に移動させることができ
るとともに、駆動素子４５ａ，４５ｂ，４５ｃによっ
て、レンズエレメント４０ｂの周辺３点を独立に、投影
光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に移動させることができるよ
うになっている。すなわち、レンズエレメント４０ａを
駆動素子４４ａ，４４ｂ，４４ｃの変位量に応じて光軸
ＡＸに沿って平行移動させることができるとともに、光
軸ＡＸと垂直な平面に対して任意に傾斜させることもで
き、これと同様にレンズエレメント４０ｂを駆動素子４
５ａ，４５ｂ，４５ｃの変位量に応じて光軸ＡＸに沿っ
て平行移動させることができるとともに、光軸ＡＸと垂
直な平面に対して任意に傾斜させることもできる。そし
て、これらの駆動素子４４ａ，４４ｂ，４４ｃ及び４５
ａ，４５ｂ，４５ｃに与えられる電圧が、主制御装置２
６からの指令に基づいて結像特性補正コントローラ４８
によって制御され、これによって駆動素子４４ａ，４４
ｂ，４４ｃ及び４５ａ，４５ｂ，４５ｃの変位量が制御
されるようになっている。なお、図１中、投影光学系Ｐ
Ｌの光軸ＡＸとは鏡筒部４６に固定されているレンズエ
レメント（４０ａ、４０ｂ以外のレンズエレメント（図
示省略））の光軸を指す。

【００４７】また、本第１の実施形態においては、投影
光学系ＰＬの光軸方向中央部近傍の特定のレンズエレメ
ント相互間には密封室４９が形成されており、この密封
室４９の内圧が圧力調整機構（例えばべローズポンプ等
から成る）８０によって調整されるようになっている。
この圧力調整機構８０も主制御装置２６からの指令に基
づいて結像特性補正コントローラ４８によって制御さ
れ、これによって密封室４９の内圧が調整される。

【００４８】本第１の実施形態では、レンズエレメント
４０ａ及び４０ｂを光軸ＡＸ方向に移動させたり傾斜さ
せたりする駆動素子４４ａ，４４ｂ，４４ｃ及び４５
ａ，４５ｂ，４５ｃ、密封室４９の内圧を調整する圧力
調整機構８０、及び駆動素子の変位量及び密封室４９の
内圧を制御する結像特性補正コントローラ４８によって
投影光学系の結像特性を調整する結像特性調整手段が構
成されている。具体的には、例えばレンズエレメント４
０ａ、４０ｂの光軸ＡＸ方向又は傾斜方向の駆動によ
り、例えば投影倍率、像面湾曲、対称ディストーション
成分の補正が行われ、密封室４９の内圧の調整により、
例えば倍率、コマ収差、像面湾曲の補正が行われる。

【００４９】また、本第１の実施形態では、予め実験に
よりレンズエレメント４０ａ、４０ｂの上下量と倍率等
の変化量との関係を求めておき、これを主制御装置２６
内部のメモリに記憶しておき、補正時に主制御装置２６
が補正する倍率等からレンズエレメント４０ａ、４０ｂ
の上下量を計算し、結像特性補正コントローラ４８に指
示を与えて駆動素子４４ａ，４４ｂ，４４ｃ及び４５
ａ，４５ｂ，４５ｃを駆動することにより倍率等の補正
を行うようになっている。なお、前記レンズエレメント
４０ａ、４０ｂの上下量と倍率等の変化量との関係は光
学的な計算値を用いてもよく、この場合は前記レンズエ
レメント４０ａ、４０ｂの上下量と倍率変化量との関係
を求める実験の工程が省けることになる。

【００５０】同様に、本第１の実施形態では、密封室４
９の内部圧力の変化と倍率等の変化の関係を予め実験に
より求めておき、これを主制御装置２６内部のメモリに
記憶しておき、補正時に主制御装置２６が補正する倍率
等から密封室４９の内圧の可変量を計算し、結像特性補
正コントローラ４８に指示を与えて密封室４９の内圧を
増減させることにより補正を行うこともできる。基本的
には密封室４９の内部圧力に比例して倍率は変化する。
この場合も、内部圧力変化による屈折率変化と、内部圧
力変化による密封室の隔壁を構成するレンズエレメント
の変形や移動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。

【００５１】更に、本第１の実施形態では、前述の如
く、レチクルＲを保持する不図示のレチクルホルダが光
軸ＡＸ方向に微小駆動可能となっており、このレチクル
ホルダの移動も主制御装置２６からの指令に応じて結像
特性補正コントローラ４８によって制御される。この場
合、投影光学系ＰＬとしてレチクル側もテレセントリッ
クなものが用いられているので、レチクルＲの光軸ＡＸ
方向への駆動により、対称的ディストーション成分が補
正される。なお、投影光学系ＰＬのレチクル側が非テレ
セントリックである場合は、レチクルＲの光軸ＡＸ方向
への駆動により投影倍率を補正することができる。

【００５２】前記ウエハステージ５０は、投影光学系Ｐ
Ｌの下方に配置されている。このウエハステージ５０
は、実際には水平面（ＸＹ面）内を２次元移動可能なＸ
Ｙステージと、このＸＹステージ上に搭載され光軸方向
（Ｚ方向）に微動可能なＺステージ等から構成される
が、図１ではこれらが代表的にウエハステージ５０とし
て示されている。以下の説明中では、このウエハステー
ジ５０は、駆動系５４によってＸＹ２次元方向に駆動さ
れるとともに微小範囲（例えば１００μｍ程度）内で光
軸ＡＸ方向にも駆動されるようになっているものとす
る。

【００５３】このウエハステージ５０上にウエハホルダ
５２を介してウエハＷが真空吸着等によって固定されて
いる。ウエハステージ５０の２次元的な位置は、該ウエ
ハステージ５０上に固定された移動鏡５３を介してレー
ザ干渉計５６によって、所定の分解能（例えば０．０１
μｍ程度の分解能）で常時検出され、このレーザ干渉計
５６の出力が主制御装置２６に与えられている。そし
て、主制御装置２６からの指令がステージコントローラ
５８に与えられ、ステージコントローラ５８によって駆
動系５４が制御される。このような閉ループの制御系に
より、例えば、ウエハステージ５０はウエハＷ上の１つ
のショット領域に対するレチクルＲのパターンの転写露
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。

【００５４】前記フォーカス補正手段は、投影光学系Ｐ
Ｌの結像面に向けてピンホールまたはスリットの像を形
成するための結像光束もしくは平行光束を、光軸ＡＸに
対して斜め方向より照射する照射光学系６０ａと、その
結像光束もしくは平行光束のウエハＷ表面での反射光束
を受光する受光光学系６０ｂとからなる斜入射光式の焦
点検出系と、受光光学系６０ｂ内の図示しない平行平板
の反射光束の光軸に対する傾きを主制御装置２６からの
指令に応じて制御することにより、焦点検出系にオフセ
ットを与えて投影光学系ＰＬのフォーカスの変動を補正
するフォーカス補正コントローラ６２とを備えている。
受光光学系６０ｂからの焦点ずれ信号（デフォーカス信
号）は前述したステージコントローラ５８に与えられ、
ステージコントローラ５８では焦点ずれ信号、例えばＳ
カーブ信号に基づいて焦点ずれが零となるようにウエハ
ステージ５０のＺ位置を駆動系５４を介して制御するこ
とにより、オートフォーカス（自動焦点合わせ）が実行
される。

【００５５】なお、受光光学系６０ｂ内に平行平板を設
けて焦点検出系（６０ａ，６０ｂ）にオフセットを与え
るようにしたのは、例えば、倍率補正のためにレンズエ
レメント４０ａ、４０ｂを上下することによりフォーカ
スも変化し、また、投影光学系ＰＬが露光光を吸収する
ことにより結像特性が変化し結像面の位置が変動するの
で、かかる場合に焦点検出系にオフセットを与え、焦点
検出系の合焦位置を投影光学系ＰＬの結像面の位置に一
致させる必要があるためである。このため、本第１の実
施形態では、レンズエレメント４０ａ、４０ｂの上下量
とフォーカス変化量の関係も予め実験により求め、主制
御装置２６内部のメモリに記憶している。なお、レンズ
エレメント４０ａ、４０ｂの上下量とフォーカス変化量
の関係は計算値を用いてもよい。

【００５６】制御系は、図１中、制御手段としての主制
御装置２６によって主に構成される。主制御装置２６
は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オ
ンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモ
リ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はミ
ニコンピュータ）によって構成され、露光動作が的確に
行われるように、レチクルＲとウエハＷの位置合わせ、
ウエハＷのステッピング、不図示のシャッタによる露光
タイミング等を統括して制御する。また、主制御装置２
６は、結像状態を補正するために、後述するようにし
て、投影光学系ＰＬの結像特性の変動量を算出するとと
もに、結像特性補正コントローラ４８を始めとして装置
全体を統括制御する。

【００５７】更に、本第１の実施形態では、投影光学系
ＰＬの結像特性をその変動量に比例して変化させる変動
要因である大気圧、気温、湿度等を測定する環境センサ
（これは、実際には圧力計、温度計、湿度計等の各種セ
ンサによって構成される）９０が設けられており、この
環境センサ９０の計測値は主制御装置２６に供給される
ようになっている。

【００５８】また、本第１の実施形態では、投影光学系
ＰＬの結像特性を直接測定するために、レチクルＲに形
成された計測マークの投影光学系ＰＬを介しての投影像
を光電検出する結像特性測定手段としての光電センサユ
ニット１００が設けられている。

【００５９】図２には、この光電センサユニット１００
を含む図１のウエハステージ５０近傍部分が拡大して示
されている。図２において、ウエハステージ５０の一端
部上面には、上部が開口した突設部５０ａが設けられて
おり、この突設部の開口を塞ぐ状態で受光ガラス６２が
嵌め込まれている。この受光ガラス６２の上面には、図
３の拡大平面図に示されるように、中央部にほぼ正方形
の開口パターン６４が形成されている。図３において、
斜線部（影線部）はクロム層により形成された遮光帯６
４ａ（図２参照）を示す。

【００６０】図２に戻り、開口パターン６４の下方のウ
エハステージ５０内部には、レンズ６６、６８から成る
リレー光学系と、このリレー光学系（６６、６８）によ
って所定光路長分だけリレーされる照明光束（像光束）
の光路を折り曲げる折り曲げミラー６９とから成る受光
光学系と、シリコンフォトダイオード又はフォトマルチ
プライヤ等の光電変換素子から成る光電センサ７０が配
置されている。

【００６１】本第１の実施形態では、上記ウエハステー
ジ５０の一端部上面の突設部５０ａ、受光ガラス６２、
受光ガラス６２上の遮光帯６４ａによって形成された開
口パターン６４、リレー光学系（６６、６８）、折り曲
げミラー６９及び光電センサ７０によって光電センサユ
ニット１００が構成されている。

【００６２】この光電センサユニット１００によれば、
後述するレチクルＲに形成された計測マークの投影光学
系ＰＬを介しての投影像の検出の際には、投影光学系Ｐ
Ｌを透過してきた照明光ＩＬが受光ガラス６２を照明
し、受光ガラス６２上の開口パターン６４を透過した照
明光ＩＬが上記受光光学系を通って光電センサ７０に到
達し、光電センサ７０では光電変換を行い受光量に応じ
た光量信号Ｐを主制御装置２６に出力する。

【００６３】次に、上記の光電センサユニット１００を
用いたレチクルＲ上の計測マークの投影像の検出方法
（及びこれを用いた結像特性計測）について説明する。

【００６４】図４（Ａ）には、通常の半導体製造に使用
されるレチクルＲのパターン面側から見た平面図（レチ
クルＲの図１における底面図に相当）が示されている。
レチクルＲの中心部はパターン領域ＰＡで占められてお
り、結像特性計測用のマークを入れることはできないた
め、パターン領域ＰＡの周辺部に６個の計測マークＭn
（ｎ＝１〜６）が配置されている。ここで、実際には各
計測マークＭn は、図４（Ｂ）に拡大して示されるよう
に、Ｘ軸方向を周期方向とする５本のバーマークから成
るラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）マークであるＸマー
クＭx と、同様にＹ軸方向を周期方向とする５本のバー
マークから成るＬ／ＳマークであるＹマークＭy とから
構成されている。図４（Ｂ）において斜線部（影線部）
は遮光帯を表している。

【００６５】例えば、ＸマークＭx の投影像（空間像）
の検出は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの直下に受光ガラ
ス６２上の開口パターン６４のウエハホルダ５２側の遮
光部６４ａ（図２参照）が位置するように、ウエハステ
ージ５０を移動した状態で開始される。

【００６６】この開始位置では、照明系１１からの照明
光ＩＬにより計測マークＭx が照明されると、このマー
クＭx 部分（５本のバーマーク）を透過した照明光ＩＬ
によってウエハステージ５０上の受光ガラス６２上の開
口パターン６４のウエハホルダ５２側の遮光部６４ａに
ＸマークＭx の投影像Ｍx'が結像される。このときの状
態が、図５に示されている。

【００６７】そして、主制御装置２６からの指示に応じ
て、ステージコントローラ５８では駆動系５４を介して
ウエハステージ５０を−Ｘ方向に所定速度で移動させ
る。これによりマークＭx の投影像Ｍx'の右側から徐々
に開口パターン６４に重なるようになる。マークＭx の
投影像Ｍx'と開口パターン６４の重なりが増すにつれ
て、光電センサ７０に入射する光量が増加していき、マ
ークＭx の投影像Ｍx'と開口パターン６４とがちょうど
重なった時が最大光量となる。その後、更にウエハステ
ージ５０が−Ｘ方向に移動すると、今度は光電センサ７
０に入射する光量が徐々に減っていき、マークＭx の投
影像Ｍx'と開口パターン６４の重なりがなくなった時に
光電センサ７０に入射する光量は０となる。

【００６８】この場合、光電センサで検出される光量信
号としては、実際の投影像（空間像）の積分波形が得ら
れるので、主制御装置２６では、光量信号の波形（実際
には、所定のサンプリング間隔で取り込まれたディジタ
ルデータである）を走査方向に対して微分することで微
分波形を計算する。そして、主制御装置２６では微分波
形に基づいてフーリエ変換法などの公知の信号処理を施
し、マークＭx が投影された光学像（空間像）を検出す
る。これと同様にして、ＹマークＭy の投影像をも検出
することができ、以上説明したような検出方法を用い
て、レチクルＲ上に配置された複数（ここでは６個）の
計測マークＭn の投影像（空間像）をＸ、Ｙ両方向につ
いて検出することにより、投影光学系ＰＬの倍率やディ
ストーション等の結像特性を求めることができる。ま
た、上記検出方法では、計測マークＭn の投影像をダイ
レクトに検出しているので、倍率やディストーションを
含めた投影光学系ＰＬの光学性能も見ることが可能であ
る。

【００６９】また、上記と同様の投影像の検出を、ウエ
ハステージ５０をＺ軸方向に微小距離移動させながら、
行なうことにより、得られた信号のコントラストに基づ
いてマーク位置での焦点位置を求めることも可能であ
る。

【００７０】以上のようにして、投影光学系ＰＬの露光
領域周辺の結像特性、例えば、周辺部の焦点位置、ある
いは倍率、ディストーション成分などを測定することが
できる。

【００７１】本第１の実施形態では、光電センサユニッ
ト１００による上記の計測マークの投影像の検出を、ほ
ぼウエハ交換位置で行なうことができるように、ウエハ
のローディングポジションが定められている。

【００７２】次に、本第１の実施形態の投影露光装置１
０の主制御装置２６による結像特性の補正方法について
具体的に説明する。

【００７３】最初に、結像特性補正の前提となる投影光
学系ＰＬの結像特性変化について、図６（Ａ）〜（Ｃ）
を参照して簡単に説明する。

【００７４】結像特性の変化要因には、前述の如くその
変化要因の変動に比例して結像特性が変化すると考えら
れるものがあり、それは大気圧変化、気温変化、湿度変
化等である。これらは、その変化要因（原因）を直接測
定して比例計算により変化量が予想できる。図６
（Ｂ）には、このような変化要因に比例する結像特性の
変化の一例として焦点位置の大気圧変化が示されてい
る。大気圧は通常、図示のような緩やかな変化を示す。

【００７５】結像特性の変化要因のもう一つのものが、
投影光学系ＰＬによる照明光ＩＬの吸収である。この照
明光ＩＬの吸収による結像特性の変化（照射変動）は、
変化要因（原因）である照明光ＩＬのエネルギーに直接
比例せず、次第に吸収していくため、時間遅れが生ず
る。図６（Ａ）には、このような照射変動の一例として
焦点位置の照射変動が示されている。この図６（Ａ）に
おいて、時刻ｔ0 で露光動作が開始されると、その後焦
点位置は指数関数的に飽和値に向かって変動していく。
そして、時刻ｔ1 で露光動作が終了すると初期値に向か
って減衰していく。現実の露光動作中は、ウエハＷ交
換、ショット間ステッピング等露光以外の時間も入り、
微視的に見ればさらに変動、減衰が繰り返されている。
この照射変動特性は、投影光学系ＰＬを構成するレンズ
エレメントの素材であるガラスの透過率、投影光学系Ｐ
Ｌの熱容量等により決まる特性である。通常、一次遅れ
の微分方程式で表され、従来は、前述した照明光学系内
の光電センサの情報に基づいて複雑な数値計算で変動量
を逐次計算することにより求めていた。

【００７６】最終的な焦点位置（結像特性）の変化は、
図６（Ｃ）に示されるように、図６（Ａ）と図６（Ｂ）
とを加算した変化となる。

【００７７】本第１の実施形態では、この図６（Ｃ）に
示されるような変化の内、計算が複雑でしかもその計算
のために照明光ＩＬの光路中にセンサを配置する必要が
ある照明光吸収による変化分（照射変動分）を、計算に
よらず計測で補正する方法を実現する。すなわち、本第
１の実施形態では、上記図６（Ｂ）の成分に関しては、
従来通り、変動要因を測定して補正するとともに、上記
図６（Ａ）の照射変動分のみ直接計測により検出し、そ
の検出結果に基づいて補正するようにしている。

【００７８】このため、主制御装置２６では、常時環境
センサ９０の計測値をモニタし、この計測値に基づいて
比例変化分を演算し、この変化分を補正すべく、結像特
性補正コントローラ４８に指令を与える。この比例変化
分の演算は、単なる比例計算であるため、負荷にはなら
ない。

【００７９】また、主制御装置２６では、前述した光電
センサユニット１００を用いて定期的に、例えばウエハ
Ｗ交換の度毎に、投影光学系ＰＬの結像特性の計測、す
なわちレチクルＲ上の計測マークＭn の空間像の検出を
前述した如くして行い、この検出結果に基づいて、倍
率、及び露光領域周辺部のフォーカスの変動を補正すべ
く、結像特性補正コントローラ４８に指令を与える。こ
の場合において、光電センサユニット１００を用いて計
測された倍率等の変化には、前述した比例変動分も含ま
れるので、この計測中も環境センサ９０の計測値をモニ
タして、計測結果から比例変動分を差し引いた照射変動
分（照明光ＩＬの吸収による結像特性の変化分）のみを
求めて、これを補正すべく、結像特性補正コントローラ
４８に指令を与える。この場合において、既に補正して
いる照明光吸収分は考慮して、照明光吸収分の冷却状態
からの変化を計算する必要がある。

【００８０】また、結像特性調整手段は、例えばディス
トーションの号機間マッチング、ウエハＷのプロセスに
よる収縮補正等で正規の結像特性（ディストーション）
から故意にずらして使用することがあるが、その分は計
測値から差し引くか、予めキャンセルしてから測定する
かして、最終的に照明光吸収分のみ反映されるようにし
なければならない。

【００８１】以上のようにして、露光領域周辺部の結像
特性の照射変動分が求められ、露光領域周辺部の焦点位
置や、倍率等の結像特性についてはその補正が可能にな
るが、照明光吸収で発生する結像特性の変動の内、ディ
ストーション、コマ収差、像面湾曲等の露光領域内部の
データを必要とする結像特性については、これを補正す
ることができず、これだけでは不十分である。そこで、
本第１の実施形態では、露光領域内部の結像特性を計算
により予測して補正を行う。この場合、上で説明したよ
うに、予測すべき変化量の要因は照射変動分のみである
から、予め照射変動時の結像特性の変化を露光領域全域
で測定可能なテスト用レチクルで測定して求めておけば
良い。すなわち、周辺での結像特性の変化量に対応する
露光領域内部の変化量を予め求め、その結果得られる露
光領域周辺部と中心部との変化量の関係をある係数とし
て主制御装置２６内のメモリに記憶しておき、そのデー
タに基づいて補正を行えば良い。この場合、レボルバ１
８上の照明系開口絞りの選択変更による照明条件の変更
や、レチクルＲの変更により、照明光束の分布条件が異
なり、露光領域周辺部と中心部との結像特性変化の関係
が異なるため、予め、決められた種々の照明条件に従っ
て、中心部も測定可能なテスト用のレチクルを用いて投
影光学系ＰＬを照明してその変化を測定し、照明条件と
レチクルの種類（パターン分布）とに応じて定まる照明
光の分布条件毎に上記の露光領域周辺部と中心部との変
化量の関係を表わす係数をメモリに記憶しておく必要が
ある。

【００８２】そして、実露光時には、例えば、オペレー
タによりコンソール等の入力装置９１（図１参照）から
照明条件、使用するレチクルのパターン情報が入力され
ると、主制御装置２６では、これに応じて照明光束の分
布条件を求め、この分布条件に対応する係数をメモリか
ら読み出して、露光領域内部の結像特性の予測演算のた
めに使用するようになっている。なお、レチクルＲのパ
ターンに関する情報は、レチクルの搬送路上に不図示の
バーコードリーダ等の情報読み取り装置を配置し、この
バーコードリーダ等によってレチクルのロード時に読み
取るようにしても勿論良い。あるいは、レチクルパター
ン情報及び照明条件（レボルバの選択情報）を、予め露
光用の条件を記憶している制御系内部のプロセスファイ
ルと呼ばれるファイルに記憶しておき、読み出して使用
するようにしても良い。

【００８３】以上のように、本第１の実施形態の投影露
光装置１０を構成する主制御装置２６では、投影光学系
ＰＬの結像特性の変化の内、大気圧変化、温度変化等の
比例成分については、露光中も環境センサ９０の計測値
に基づいて常時その変動分を算出してこれを補正すべ
く、結像特性補正コントローラ４８に指令を与える。こ
の結果、結像特性補正コントローラ４８により、駆動素
子４４ａ〜４４ｃ、４５ａ〜４５ｃ、圧力調整機構８
０、レチクルＲの光軸方向駆動手段（不図示）等が制御
され、上記比例成分の補正が行われる。この際、主制御
装置２６では、倍率等の変動に応じて生ずる焦点ずれを
補正すべく、フォーカス補正コントローラ６２を介して
焦点検出系（６０ａ、６０ｂ）のオフセット調整をも行
なうことが望ましい。

【００８４】また、例えば、ウエハＷ交換の度毎に、主
制御装置２６では、上述の如くして、光電センサユニッ
ト１００を用いたレチクルＲ上の計測マークの空間像の
検出（レチクル計測マークの位置検出）を行い、これに
基づいて投影光学系ＰＬの倍率等、露光領域周辺の焦点
位置の照射変動分を算出し、更に、これらの周辺部の結
像特性の照射変動分に基づいて、その他の結像特性、例
えば、対称ディストーション、像面湾曲、コマ収差等を
メモリの記憶内容に基づいて求める。そして、これらの
算出結果に基づいて、投影光学系ＰＬの倍率、対称ディ
ストーション、コマ収差、像面湾曲等を補正するための
指令値を結像特性補正コントローラ４８に与える。これ
により、結像特性補正コントローラ４８によりそれぞれ
の駆動手段を介してレンズエレメントのＺ軸方向位置及
びＸＹ方向の傾斜、密封室４９の内圧、レチクルＲのＺ
軸方向位置が調整される。

【００８５】ここで、実際には、倍率、ディストーショ
ン、コマ収差、像面湾曲等の各結像特性を独立性良く補
正できない場合もあるので、補正すべき結像特性の種類
に応じた数だけ結像特性補正機構を設けることが望まし
く、主制御装置２６では、各補正機構の変化組み合わせ
で所望の補正が行なえるように、各補正機構による収差
変化の補正量を、例えば連立方程式（本第１の実施形態
の場合は、４元一次連立方程式）を解くことにより求め
るようにしても良い。

【００８６】以上説明したように、本第１の実施形態に
よると、結像特性を頻繁に測定することと、さらにその
測定結果から照明光吸収による変化分を抽出し、測定で
きない成分を予測することにより、従来必要であった投
影光学系ＰＬに入射する光量と照明光吸収による変化特
性モデルを使用した複雑な計算が不要になり、高速なＣ
ＰＵ等を用いずとも照射変動分を算出することが可能と
なり、これによりコストの低減が可能になる。

【００８７】これに加え、照明系１１によるレチクルＲ
の照明条件の変更や、レチクルＲの変更により照明光束
の光量分布が変わった場合にも、主制御装置２６がその
変更後の条件に応じた係数をメモリから選択して、周辺
部の結像特性の計測結果に基づいて中心部の結像特性を
演算するので、厳密な予測演算が可能となる。これによ
り、照明条件変更等にかかわらず、照射変動による中心
部の結像特性変化を厳密に予測演算することが可能にな
り、この厳密に予測された中心部の結像特性変化と実際
に計測した周辺部の結像特性変化とを用いて投影光学系
ＰＬの結像特性が補正されることにより、誤差なく正確
に補正が行なわれる。

【００８８】また、上記の照射変動分を算出するための
複雑な計算が不要になる結果、従来必要であった、ウエ
ハステージ５０上の照明光量測定用のセンサが不要とな
り、ウエハステージの小型化、発熱防止が可能である。
また、照明系内に光電センサ及びこれに光を導く半透鏡
を設ける必要がなくなり、照明系小型化により装置バラ
ンスの改善を図ることが可能となる。さらには、変化特
性モデルの係数を調整時にチューニングするという工程
も省略でき、工期短縮、作業ミスによる不具合を無くす
こともできる。

【００８９】更には、ウエハＷ交換の度毎に、その交換
作業中に光電センサユニット１００による結像特性の測
定を行うので、測定時間がスループット低下の要因とな
ることがない。

【００９０】ところで、図１２に示されるように、露光
領域周辺部と中心部の変化の速度が異なる場合には、こ
れまでの説明では対応が不十分である。このような場
合、次のような対応策を採ると良い。以下、これについ
て説明する。

【００９１】図７には、投影光学系ＰＬに入射する照明
光ＩＬの光量を計測する事無く、上記の問題に対処ため
の、露光領域中心部と周辺部との投影光学系の照射変動
による結像特性を補正するための方式が簡略化して示さ
れている。

【００９２】この図７に示される方式は、露光領域周辺
部の測定値の時間変化より投影光学系ＰＬに入射する照
明光量の時間変化を計算し、それに基づき中心部の変動
を計算により予測するという方式である。

【００９３】この場合、図７に示されるように、露光領
域周辺部の結像特性の変化は前述の如くして光電センサ
ユニット１００を用いた計測結果から求めるとともに、
この周辺部の実際の測定値（計測値）から前述した図１
３の従来例のモデル２の逆関数であるモデル２^-1を用い
た逆計算を行い、照明光量の時間変化の推定値を求め
る。モデル２の計算は、通常計算機で行われるものであ
り、微分方程式を数値解法で逐次計算するものであるか
ら、その逆計算は簡単に行うことができる。これにより
求められた照明光量の変化に対して、従来と同様にモデ
ル１を用いて中心部の変化量を求める。主制御装置２６
では、上述のようにして露光領域周辺部、中心部の投影
光学系の照射変動による結像特性の変化を求め、これを
打ち消すように結像特性の補正がなされるような結像特
性補正手段の構成各部の制御量を演算し、これを結像特
性補正コントローラ４８に与える。これによって、露光
領域周辺部と中心部の変化の速度が異なるような場合で
あっても、正確な結像特性変化の予測演算が可能になり
結像特性を良好に補正することができる。

【００９４】なお、本第１の実施形態の場合、レチクル
Ｒを通過した光量はわからないが、露光量制御のために
光源１２の照度を測定するセンサ（図示省略）が照明系
１１中に備わっているので、このセンサから照明光のＯ
Ｎ／ＯＦＦのみはわかる。このセンサからの情報と、上
記の方法を組み合わせることで、より正確な照明光量の
時間変化を求めるようにしても良い。

【００９５】《第２の実施形態》次に、本発明の第２の
実施形態を図８ないし図１０に基づいて説明する。ここ
で、前述した第１の実施形態と同一又は同等の構成部分
については同一の符号を付すとともに、その説明を簡略
にし若しくは省略するものとする。

【００９６】図８には、第２の実施形態に係る投影露光
装置１１０の構成が概略的に示されている。この投影露
光装置１１０は、いわゆるステップ・アンド・スキャン
露光方式の走査型露光装置である。

【００９７】この投影露光装置１１０の全体的な構成
は、前述した第１の実施形態の投影露光装置１０とほぼ
同様であるが、走査型露光装置である点から異なる部分
も存在する。

【００９８】すなわち、マスクとしてのレチクルＲが搭
載されたマスクステージとしてのレチクルステージＲＳ
Ｔは、レチクルＲの位置決めのため、投影光学系ＰＬの
光軸ＡＸに垂直な平面内で２次元的に（Ｘ軸方向及びこ
れに直交するＹ軸方向及びＸＹ平面に直交するＺ軸回り
の回転方向に）微少駆動可能に構成されている点は、前
述した第１の実施形態のレチクルステージＲＳと同様で
あるが、このレチクルステージＲＳＴは、リニアモータ
等で構成されたレチクル駆動部（図示省略）により、所
定の走査方向（ここではＸ方向とする）に指定された走
査速度で移動可能となっている点が、前述したレチクル
ステージＲＳと異なる。このレチクルステージＲＳＴ
は、レチクルＲの全面が少なくとも投影光学系ＰＬの光
軸ＡＸ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。

【００９９】レチクルステージＲＳＴの２次元的な位置
は、該レチクルステージＲＳＴ上に固定された移動鏡１
０１を介してレチクルレーザ干渉計（以下、適宜「レチ
クル干渉計」という）１０２によって、所定の分解能
（例えば０．０１μｍ程度の分解能）で常時検出され、
このレチクル干渉計１０２の出力が主制御装置２６に与
えられている。そして、主制御装置２６からの指令がス
テージコントローラ５８に与えられ、ステージコントロ
ーラ５８によってレチクル駆動部（図示省略）を介して
レチクルステージＲＳＴが制御される。

【０１００】なお、不図示のレチクルアライメント系に
より所定の基準位置にレチクルＲが精度良く位置決めさ
れるように、レチクルステージＲＳＴの初期位置が決定
されるため、移動鏡１０１の位置をレチクル干渉計１０
２で測定するだけでレチクルＲの位置を十分高精度に測
定したことになる。

【０１０１】また、本実施形態のレチクルステージＲＳ
Ｔ上には、レチクルＲ上に形成された結像特性計測用マ
ークと同様の基準マークとしての結像特性計測用マーク
が形成された基準板１０４が設けられている。この基準
板１０４は、レチクルステージＲＳＴ上のレチクルＲに
対する走査方向の一側で、走査に必要な助走領域に設置
されている。すなわち、後述する走査露光の際には、レ
チクルステージＲＳＴとウエハステージ５０とを所定の
目標速度まで加速して、それぞれの目標速度に達した状
態で露光が行なわれるので、レチクルステージＲＳＴに
はその目標速度まで加速する間の助走が必要であるが、
この助走期間中も、レチクルステージＲＳＴの非走査方
向の位置を計測するレチクル干渉計の測長軸が切れない
ようにする必要から、レチクルステージＲＳＴの走査方
向の長さは、レチクルＲの走査方向の長さより通常助走
距離の分だけ長く設定され、空き領域が存在するので、
そこに基準板１０４を設置するということである。この
ようにすれば、レチクルステージＲＳＴを大型化するこ
となく基準板１０４を設置できるからである。なお、こ
の基準板１０４の利用方法については後に詳述する。

【０１０２】次に、本第２の実施形態の投影露光装置１
１０における走査露光の原理について、図９に基づいて
簡単に説明する。

【０１０３】走査露光の際には、照明系１１からの照明
光ＩＬにより、図９に示されるように、図８の可動ブラ
インド２０で規定されたレチクルＲ上の長方形（スリッ
ト状）の照明領域ＩＡＲが照明され、この照明領域ＩＡ
Ｒ（中心は光軸ＡＸ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、スリット状の投影領域ＩＡ
が形成される。この場合ウエハＷはレチクルＲとは倒立
結像関係にあるため、上記の照明がなされた状態で、ス
テージコントローラ５８により駆動系５４及び不図示の
レチクル駆動部を介してレチクルステージＲＳＴ及びウ
エハステージ５０が駆動制御され、レチクルＲが照明領
域ＩＡＲに対して−Ｘ方向に速度ＶR で走査されるのと
同期して、ウエハＷは速度ＶR の方向とは反対方向（＋
Ｘ方向）に速度ＶW で投影領域ＩＡに対して走査される
ことにより、ウエハＷ上のショット領域ＳＡの全面が露
光されるようになっている。走査速度の比ＶW ／ＶR は
正確に投影光学系ＰＬの縮小倍率に応じたものになって
おり、レチクル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、レチクル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、走査（スキャン）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。

【０１０４】その他の部分の構成等は、前述した第１の
実施形態と同様になっている。

【０１０５】前述の如く、照明光ＩＬの吸収がレチクル
Ｒと投影光学系ＰＬの両方で発生し、それぞれ露光領域
周辺と内部の関係が図１１を用いて説明した場合と同様
に異なるので、両者の区別がつかないと厳密な意味では
正確な結像特性変化の推定計算を行なうことは困難であ
る。

【０１０６】本第２の実施形態では、前記の如く、レチ
クルステージＲＳＴ上に基準板１０４が設けられている
ので、この基準板１０４上の計測マークを光電センサユ
ニット１００を用いて、前述と同様にして測定し、この
測定結果と、レチクルＲ上の計測マークの測定結果とを
用いることによって、レチクルＲによる照明光ＩＬの吸
収に起因する結像特性の変化と、投影光学系ＰＬによる
照明光ＩＬの吸収に起因する結像特性の変化とを区別す
るものである。

【０１０７】これをさらに詳述すると、基準板１０４に
は通常照明光ＩＬは照射されないので、基準板１０４に
は倍率変化等は発生しない。このため、基準板１０４を
用いた計測では投影光学系ＰＬのみに起因する変化が測
定され、レチクルＲを用いた計測では、レチクルＲと投
影光学系ＰＬ両方に起因する変化が測定されるので、そ
の差分からレチクルＲの照明光吸収による変化分が求め
られる。

【０１０８】レチクルＲによる照明光ＩＬの吸収では、
レチクルＲの膨脹が主として問題となるので、それによ
る結像特性の変化は殆ど倍率、ディストーション成分の
変化となる。

【０１０９】前述した第１の実施形態で説明したのと同
様に、光電センサユニット１００による結像特性の計測
は、ウエハ交換毎に行うが、この際に、例えば基準板１
０４とレチクルＲを交互に測定して比較するようにすれ
ば良い。具体的には、ウエハステージ５０はいつも投影
光学系ＰＬの直下に光電センサユニット１００の受光ガ
ラス近傍が位置するようにほぼ同じ場所に静止するが、
レチクルステージＲＳＴの方は、レチクルＲと基準板１
０４とが交互に光軸ＡＸ上に位置するようにその位置を
制御し、それぞれ先に説明したようにして、レチクルＲ
上の計測マークと基準板１０４上の計測マークの結像位
置の変化を光電センサユニット１００で計測し、両者を
比較するようにすれば良い。

【０１１０】図１０（Ａ）には、レチクルＲを用いて光
電センサユニット１００により計測したマークの結像位
置の時間変化を示す曲線３０１と、基準板１０４を用い
て光電センサユニット１００により計測したマークの結
像位置の時間変化を示す曲線３０２とが示されている。
これらの曲線３０１、３０２は、時刻ｔ₀から露光動作
が開始され、その後のウエハ交換毎に計測された結果を
示すもので、時刻ｔ₀から次第に結像位置が変化して、
ある飽和値に漸近して行き、時刻ｔ₁で露光が終了して
初期値に向かって減衰して行く様子を示すものである。
前記の如く、曲線３０２の変化はそのまま投影光学系Ｐ
Ｌの照明光ＩＬに起因する結像特性の変化を示すもので
あるから、主制御装置２６では予めメモリ内に記憶して
ある投影光学系ＰＬの変化特性より中心部の変化を求め
ることができる。

【０１１１】図１０（Ｂ）には、曲線３０１から曲線３
０２を引くことにより得られる曲線３０３が示されてい
る。この曲線３０３が前記のようにレチクルＲの照明光
吸収による膨脹成分である。レチクルＲの膨脹特性につ
いても予め求めて主制御装置２６内のメモリに記憶して
おくことで、中心部の変化を推定することができる。そ
して、このようにして得られた投影光学系ＰＬの露光光
吸収に起因する結像特性の変化分と、レチクルＲの膨張
に起因する結像特性の変化分とを加算することにより、
露光領域周辺部、中心部の結像特性の変化量を求めるこ
とが可能になる。当然、周辺部の変化量は曲線３０１に
一致する。

【０１１２】以上説明したように、本第２の実施形態の
投影露光装置１１０によると、その基本的構成は、第１
の実施形態の投影露光装置１０と同様であるから、前述
した第１の実施形態と同等の効果を得ることができる
他、レチクルＲを用いた計測結果と基準板１０４を用い
た計測結果から露光領域周辺部のレチクルＲの照明光吸
収による結像特性の変化分と、投影光学系ＰＬの照明光
吸収による結像特性の変化分とを分離した後、この分離
後の各変化分に基づいて中心部の結像特性の変化分を各
成分毎に予測計算するので、前述した第１の実施形態に
比べてもより一層正確な結像特性の予測が可能となる。

【０１１３】これまでの説明から明らかなように、上記
第１、第２の実施形態では主制御装置２６の機能によっ
て結像特性予測手段及び制御手段が実現されている。

【０１１４】なお、上記第２の実施形態では、基準板１
０４を用いて露光領域周辺部のレチクルＲの照明光吸収
による結像特性の変化分と、投影光学系ＰＬの照明光吸
収による結像特性の変化分とを分離する場合について説
明したが、本発明がこれに限定されるものではなく、レ
チクルＲの照明光吸収による結像特性の変化分と、投影
光学系ＰＬの照明光吸収による結像特性の変化分とを分
離できれば如何なる方法を用いても良い。例えば、予め
レチクルＲの透過率を測定しておき、変化量の成分比を
求める方法も考えられる。予め透過率０のレチクルがあ
る照射量で照射された場合の結像特性の変化量と、透過
率１のレチクルが照射された場合の投影光学系ＰＬの結
像特性を予め求めておき、その周辺部の変化量の比を記
憶しておき、この比に更に実露光時のレチクルＲの透過
率をかけてやれば、そのレチクルＲを使用した場合のレ
チクルＲの照明光吸収による結像特性の変化分と投影光
学系ＰＬの照明光吸収による結像特性の変化分との比が
計算できる。これにより、実測定して周辺部の変化量
を、その比に従って分配してやれば、それぞれの成分の
変化量が求められる。

【０１１５】この他の方法として、前記のようにレチク
ルＲの照明光吸収の影響は、主に倍率、ディストーショ
ン成分に効き、フォーカス成分には効かないことに注目
して、周辺部の測定値の倍率変化分とフォーカス変化分
の比率から推定するという方法も考えられる。この方法
は例えば、投影光学系ＰＬのみ照明光の吸収がある場合
の周辺部のフォーカスの変化量と倍率の変化量の比を予
め求めておく。そして、実露光時にフォーカスの変化量
から投影光学系ＰＬのみの倍率変化量をその比から求
め、残りの成分がレチクル吸収分であるとして、それぞ
れの変化量を求めることができる。

【０１１６】更に、この他の方法として、計測時に、レ
チクルＲの照明光吸収による結像特性の変化分と、投影
光学系ＰＬの照明光吸収による結像特性の変化分とを分
離して測定できるように工夫してもよい。例えば、レチ
クル上方より顕微鏡でレチクル上のマークとウエハステ
ージ上の基準マークを同時に観察する方法で、顕微鏡側
に基準となる指標を置き、それに対してレチクルマー
ク、基準マークの変化を見るといった方法が考えられ
る。この場合、レチクルマークと基準マークの検出画像
のコントラストに基づいてフォーカスの変化量を検出す
るようにしても良い。但し、顕微鏡の指標には高度な安
定性が要求されるので、実現は難しい。

【０１１７】なお、上記第１、第２の実施形態では、投
影光学系ＰＬの結像特性の直接計測のために、ウエハス
テージ５０上の光電センサユニット１００を用いる場合
について説明したが、本発明がこれに限定されることは
なく、例えば顕微鏡で拡大したあと画像処理方式の結像
式センサにより計測マークＭn の像を画像として取り込
み処理しても良く、あるいは、レチクルＲの上方から顕
微鏡を用いてウエハステージ５０上に設けられた基準マ
ークを観察し、計測マークＭn と基準マークとを一度に
観察してその相対位置より結像位置（ディストーション
等）を測定するようにしても良い。また、２つのマーク
像によるコントラストをウエハステージ５０を光軸方向
に移動しながら測定し、像面位置を求めることも可能で
ある。レチクル顕微鏡を使う場合、同時にベースライン
の計測を行なうことも可能である。

【０１１８】また、上記第１、第２実施形態では、ウエ
ハＷの交換の度毎に、光電センサユニット１００を用い
て結像特性の計測を行なう場合について説明したが、こ
れに限らず、投影光学系の結像特性の変化量に応じて所
定枚数のウエハＷの交換の度毎、例えばロットの先頭毎
に光電センサユニット１００により投影光学系の結像特
性を計測し、この計測結果に基づいて主制御装置が結像
特性変化の予測、結像特性調整手段を介しての結像特性
の補正を行うようにしても良い。このようにしても、ス
ループットの低下を防止することができる。

【０１１９】さらに、上記第１、第２の実施形態では、
結像特性補正のための全ての演算を主制御装置２６（内
のＣＰＵ）が行なう場合について説明したが、これに限
らず、環境センサ９０による計測が露光中も可能である
ことを考慮し、例えば環境センサ９０の計測値に基づく
結像特性の比例変動分のみを算出する演算部と、その他
の結像特性の補正に必要な演算を行なう演算部とを別々
に設けて、これらを含めて制御系（制御手段）を構成し
ても良い。

【０１２０】なお、上記第１の実施形態の投影露光装置
１０において、レチクルステージＲＳをＸＹ面内で移動
可能に構成するとともに幾分大きめに形成し、基準板１
０４と同様の基準板を設けても良く、このようにすれ
ば、上記第２の実施形態と同様に、レチクルＲの照明光
吸収と、投影光学系ＰＬの照明光吸収とにそれぞれ起因
する結像特性の正確な推定が可能となる。

【０１２１】これまでに、前述した従来技術の欄で記載
した第１〜第３の問題点を解決するための方法につ
いて、その具体的手段を説明したが、実際は問題点は単
独ではなく同時に存在するので、これらの解決法を組み
合わせて適用する必要がある。但し、精度上無視できる
ものは適用する必要はない。例えば、第１の問題点と
第２の問題点との組み合わせでは、レチクルＲの照明
光吸収に起因する結像特性の変化はレチクルＲへの照明
条件はあまり関係ないので条件毎に係数を持つ必要はな
いが、投影光学系ＰＬの照明光吸収については条件毎に
係数を持って、分離後計算するようにすることが望まし
い。また、第２の問題点と第３の問題点の組み合わ
せでは、レチクルＲについても周辺部と中心部の変化の
時間特性が異なっていればレチクルＲに対しても先に説
明したと同様の方法を適用することが望ましい。

【０１２２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし７
に記載の発明によれば、直接測定が可能な一部結像特性
の計測値を基に直接測定できない他の結像特性の変化を
正確に予測し、投影光学系の結像特性を良好に補正する
ことができるという従来にない優れた投影露光装置を提
供することができる。

【０１２３】また、請求項８ないし１０に記載の発明に
よれば、投影光学系の結像特性を良好に補正することが
できるという優れた投影露光方法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る投影露光装置の概略構成
を示す図である。

【図２】図１のウエハステージ近傍部分を拡大して示す
図である。

【図３】図２の受光ガラスの平面図である。

【図４】（Ａ）はレチクルのパターン面側から見た平面
図、（Ｂ）は計測マーク部分を拡大して示す図である。

【図５】図４（Ｂ）の計測マークの投影像の光電検出方
法を説明するための図である。

【図６】投影光学系の結像特性変化について説明するた
めの図であって、（Ａ）はフォーカスの照射変動分を示
す図、（Ｂ）はフォーカスの大気圧変動分を示す図、
（Ｃ）は、実際の結像特性の変化を示す図である。

【図７】第１の実施形態において、露光領域中心部と周
辺部との投影光学系の照射変動による結像特性を補正す
るための方式を簡略化して示す図である。

【図８】第２の実施形態に係る投影露光装置の概略構成
を示す図である。

【図９】第２の実施形態の投影露光装置の走査露光の原
理を説明するための図である。

【図１０】第２の実施形態の作用・効果を説明するため
の図であって、（Ａ）はレチクルを用いて光電センサユ
ニットにより計測したマークの結像位置の時間変化を示
す曲線３０１と基準板を用いて光電センサユニットによ
り計測したマークの結像位置の時間変化を示す曲線３０
２とを示し、（Ｂ）はレチクルＲの照明光吸収による膨
脹成分を示す曲線３０３を示す。

【図１１】（Ａ）〜（Ｄ）は発明が解決しようとする第
１の課題を説明するための図である。

【図１２】発明が解決しようとする第２の課題を説明す
るための図である。

【図１３】発明が解決しようとする第３の課題を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１０投影露光装置２６主制御装置（結像特性予測手段、制御手段）４４ａ、４４ｂ、４４ｃ駆動素子（結像特性調整手段
の一部）４５ａ、４５ｂ、４５ｃ駆動素子（結像特性調整手段
の一部）４８結像特性補正コントローラ（結像特性調整手段の
一部）４９密封室（結像特性調整手段の一部）８０圧力調整機構（結像特性調整手段の一部）９０環境センサ（第１の測定手段）１００光電センサユニット（第２の測定手段）１０４基準板（基準マーク）ＩＬ照明光Ｒレチクル（マスク）ＰＬ投影光学系Ｗウエハ（感応基板）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光によりマスクを照明し、前記マス
クに形成されたパターンを投影光学系を介して感応基板
上に投影露光する投影露光装置であって、前記投影光学系の一部結像特性を測定する結像特性測定
手段と；前記投影光学系の結像特性を調整する結像特性
調整手段と；前記投影光学系内部の前記照明光束の分布
条件に応じ、前記結像特性測定手段の測定結果に基づい
て前記照明光束の分布条件毎の予測係数を用いて他の結
像特性の変化を予測する結像特性予測手段と；前記結像
特性測定手段の測定結果と前記結像特性予測手段の予測
結果とに基づいて前記投影光学系の結像特性の変化が補
正されるように前記結像特性調整手段を制御する制御手
段とを有する投影露光装置。
【請求項２】照明光によりマスクを照明し、前記マス
クに形成されたパターンを投影光学系を介して感応基板
上に投影露光する投影露光装置であって、前記投影光学系の一部結像特性を測定する結像特性測定
手段と；前記投影光学系の結像特性を調整する結像特性
調整手段と；前記結像特性測定手段の測定結果に基づい
て、前記投影光学系の照明光の吸収により発生する結像
特性変化と前記マスクの照明光の吸収により発生する結
像特性変化とを分離して予測計算を行なうことにより他
の結像特性の変化を予測する結像特性予測手段と；前記
結像特性測定手段の測定結果と前記結像特性予測手段の
予測結果とに基づいて前記投影光学系の結像特性の変化
が補正されるように前記結像特性調整手段を制御する制
御手段とを有する投影露光装置。
【請求項３】前記結像特性測定手段は、前記マスクの
パターンの投影露光中に前記照明光が照射されない前記
マスク近傍の位置に配置された基準マーク、前記マスク
上の計測マークのいずれを用いても前記投影光学系の前
記一部結像特性を計測可能であり、前記結像特性予測手段は、前記基準マークを用いた結像
特性の測定結果と前記マスク上の計測マークを用いた結
像特性の測定結果とを比較して前記投影光学系の照明光
の吸収により発生する結像特性変化と前記マスクの照明
光の吸収により発生する結像特性変化を分離することを
特徴とする請求項２に記載の投影露光装置。
【請求項４】照明光によりマスクを照明し、前記マス
クに形成されたパターンを投影光学系を介して感応基板
上に投影露光する投影露光装置であって、前記投影光学系の一部結像特性を測定する結像特性測定
手段と；前記投影光学系の結像特性を調整する結像特性
調整手段と；前記結像特性測定手段で測定された前記一
部結像特性の変化に基づいて前記投影光学系あるいは前
記マスクに照明された照明光量を計算し、該照明光量を
用いて他の結像特性の変化を予測する結像特性予測手段
と；前記結像特性測定手段の測定結果と前記結像特性予
測手段の予測結果とに基づいて前記投影光学系の結像特
性の変化が補正されるように前記結像特性調整手段を制
御する制御手段とを有する投影露光装置。
【請求項５】前記結像特性測定手段で測定する一部結
像特性は倍率、露光領域周辺部の焦点位置のいずれかを
含み、結像特性予測手段で予測する他の結像特性は、デ
ィストーション、像面湾曲のいずれかを含むことを特徴
とする請求項１、２及び４のいずれか一項に記載の投影
露光装置。
【請求項６】前記投影光学系の結像特性の内、その変
化量が変動要因の変化に比例する大気圧変化、湿度変
化、気温変化の内のいずれかの成分は予め補正され、前記制御手段により前記結像特性調整手段を介して補正
される結像特性の変化は、前記投影光学系及びマスクの
少なくとも一方の照明光の吸収に起因する結像特性の変
化であることを特徴とする請求項１、２及び４のいずれ
か一項に記載の投影露光装置。
【請求項７】前記結像特性補正手段による前記一部結
像特性の測定、前記結像特性予測手段による前記他の結
像特性の予測、及び前記制御手段による前記結像特性調
整手段を介しての前記結像特性の補正は、前記感応基板
の交換毎若しくは結像特性の変化量に応じて所定枚数の
前記感応基板の交換の度毎に行うことを特徴とする請求
項１、２及び４のいずれか一項に記載の投影露光装置。
【請求項８】照明光によりマスクを照明し、前記マス
クに形成されたパターンを投影光学系を介して感応基板
上に投影露光する投影露光方法であって、前記投影光学系の一部結像特性の変化を測定する第１工
程と；前記投影光学系内部の前記照明光束の分布条件に
応じて前記第１工程の測定結果に基づいて他の結像特性
の変化を予測する第２工程と；前記第１工程及び第２工
程の結果に基づいて前記投影光学系の結像特性の変化を
補正する第３工程とを含む投影露光方法。
【請求項９】照明光によりマスクを照明し、前記マス
クに形成されたパターンを投影光学系を介して感応基板
上に投影露光する投影露光方法であって、前記投影光学系の一部結像特性の変化を測定する第１工
程と；前記第１工程の測定結果に基づいて、前記投影光
学系の照明光の吸収により発生する結像特性変化と前記
マスクの照明光の吸収により発生する結像特性変化とを
分離して予測計算を行なうことにより他の結像特性の変
化を予測する第２工程と；前記第１工程及び第２工程の
結果に基づいて前記投影光学系の結像特性の変化を補正
する第３工程とを含む投影露光方法。
【請求項１０】照明光によりマスクを照明し、前記マ
スクに形成されたパターンを投影光学系を介して感応基
板上に投影露光する投影露光方法であって、前記投影光学系の一部結像特性の変化を測定する第１工
程と；前記第１工程で測定された前記一部結像特性の変
化に基づいて前記投影光学系あるいは前記マスクに照明
された照明光量を計算し、該照明光量を用いて他の結像
特性の変化を予測する第２工程と；前記第１工程及び第
２工程の結果に基づいて前記投影光学系の結像特性の変
化を補正する第３工程とを含む投影露光方法。