JPH11121372A

JPH11121372A - 投影露光装置及び方法

Info

Publication number: JPH11121372A
Application number: JP10235553A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Taniguchi; 哲夫谷口; Masahiro Nei; 正洋根井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1990-11-26
Filing date: 1998-08-21
Publication date: 1999-04-30
Also published as: JPH11102860A

Abstract

(57)【要約】【課題】レチクルのパターンの像の結像特性を維持す
る。【解決手段】レチクル（Ｒ）の特性に基づいて、レチ
クル（Ｒ）の熱変形に起因するパターン像の変動を補正
するための情報を求め、該情報に基づいて、感応基板
（Ｗ）上に投影されるパターンの像の調整を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば半導体製造用
のパターン露光装置等、高度な結像特性を要求される投
影露光装置及び方法に関するものであり、特にその結像
特性の維持に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体集積回路のパターンが微細
化するに伴い、投影光学装置においては、投影光学系が
露光光を吸収することによって生じる結像特性（例えば
倍率、焦点位置）の変化を補正する必要が生じてきた。
例えば、特開昭６０−７８４５５号又は特開昭６３−５
８３４９号公報に開示されているように、投影光学系に
入射する光量を検知して、投影光学系の光学特性の変動
を補正する機構が備えられていた。

【０００３】これを簡単に説明すると、結像特性の変動
特性に対応するモデルをあらかじめ作っておき、ステー
ジ上の光電センサ等により投影光学系に入射する光エネ
ルギーの量を求め、変動量について経時的にこのモデル
に従って計算する。つまり、露光動作中のシャッターＯ
ＰＥＮの信号を受けとり、光学特性の変化量をモデルに
従い露光が実施されている間、常に計算し、この変化量
に基づいて補正を行うというものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の技術において投
影光学系の露光光の吸収という問題は一応解決されてい
る。しかし、露光光線はマスクをも通過するため、マス
クが露光光吸収によって熱変形し、これによって結像特
性の変化が生じるという問題がある。特にマスクはクロ
ム等でパターンが描かれているため、透過率の高いガラ
ス部材と異なりクロム部での熱吸収が大きい。さらに、
近年光学系のフレアー防止の目的でマスク上のクロムを
低反射化する技術が採用される傾向があるが、これによ
りクロム部分の熱吸収はさらに増加する。

【０００５】クロム部分の熱吸収により、マスクのガラ
ス部の温度も上昇し、マスク全体が熱膨張することが考
えられる。マスクの温度上昇は実測によれば最悪の条件
で約５℃程度上昇する。これはマスクの材質が石英ガラ
スで膨張率が0.4ppm／℃であっても１０mm間隔で0.02μ
mのずれを発生し、像面でのディストーション誤差ある
いは倍率誤差の原因となる。

【０００６】また、マスクのクロムパターンはマスク全
体に均一に分布しているとは限らず、偏った分布状態を
していることがある。この場合にはマスクは局所的に温
度が上昇し、非等方的な歪を発生する可能性がある。ま
た、遮光帯（可変視野絞り）等を用いてマスクの一部の
みを露光する場合にも同様に非等方的な歪が生じ得る。
このように発生したマスクの歪により、投影される像に
も非等方的な歪が生じることとなる。この場合には、倍
率成分のみの補正では不十分である。

【０００７】マスクの熱変形が起こると、従来の技術で
は使用しているマスクの種類により光学特性にずれを生
じてしまう。つまり、出荷時の調整に用いたマスクの熱
変形は投影光学系の光学特性の変化特性として認識され
て補正がかかっているが、他のマスクを使用すると熱変
形分が異なるから補正しきれなくなる。また、マスクを
次々に交換して露光を行う場合、従来の技術では各々の
マスクの熱変形が考慮されていないため大きな誤差とな
り得る。

【０００８】この対策として、例えばマスクを一定温度
に冷却する方法が考えられるが、マスクのガラス表面温
度とクロムの温度は一定にできないので、全体を一様に
熱分布なしに冷却することは不可能である。また、冷却
は熱伝導をともなう現象のため応答性が悪くシャッタの
ＯＮＥＮ,ＣＬＯＳＥに追従できない等の問題もあり、
非現実的である。

【０００９】従来、精度上あまり問題にならなかったこ
れらの点が近年あるいは将来ますます微細化する投影パ
ターンにとっては重要となってくると考えられる。本発
明はこれらの問題に鑑みマスクの熱変形によって発生す
る光学特性の変化に対し良好に補正を行い得る投影光学
装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、露光ビーム
（ＩＬ）をマスク（Ｒ）に照射するとともに、該マスク
に形成されたパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介し
て被露光基板（Ｗ）上に投影することにより、その被露
光基板を露光する投影露光方法において、マスク（Ｒ）
による露光ビームの吸収に関する情報を取得し、該取得
された情報に基づいて、マスクによる露光ビームの吸収
に起因するパターン像の結像特性の変動量を求めるよう
にした。

【００１１】また、露光ビーム（ＩＬ）をマスク（Ｒ）
に照射するとともに、該マスクに形成されたパターンの
像を投影光学系（ＰＬ）を介して被露光基板（Ｗ）上に
投影することにより被露光基板（Ｗ）を露光する投影露
光装置において、マスク（Ｒ）の露光光の吸収に関する
情報を検出する検出手段（５）と、該検知手段（５）に
より検出された情報に基づいて、マスク（Ｒ）の露光ビ
ームの吸収に起因する前記パターン像の結像特性の変動
を補正する補正手段（３８〜４０）とを備えるようにし
た。

【００１２】

【作用】本発明によれば、マスクによる露光ビーム（照
明光）の吸収に関する情報を取得し、その情報に基づい
てマスクのパターン像の結像状態の変動を予測するよう
にしている。したがって、この結果を用いてマスクのパ
ターン像の結像状態を一定に維持するか、もしくは結像
状態の変動による影響を最少におさえる補正を行うこと
ができる。

【００１３】またマスクによる露光ビーム（照明光）の
吸収に関する情報を取得し、その情報に基づいてマスク
のパターン像の結像状態の変動を補正するようにしてい
るので、常に良好な結像状態を維持することが可能とな
っている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照して説明する。図１は本発明の実施例による投影光
学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、エキシマレーザ光源等の露光用
の照明光源１は、ｇ線、ｉ線あるいは紫外線パルス光
（例えばＫｒＦエキシマレーザ等）のようなレジスト層
を感光するような波長（露光波長）の照明光ＩＬを発生
する。照明光ＩＬは、照明光の光路の閉鎖、開放を行な
うシャッター２、及び大部分（９０％以上）の照明光を
通過させる半透過鏡４を通過した後、オプチカルインテ
グレータ（フライアイレンズ）等を含む照明光学系６に
達する。シャッター２は駆動部３により照明光の透過及
び遮断を制御するように駆動される。また、半透過鏡４
で反射された照明光の一部は、ＰＩＮフォトダイオード
等の光電検出器（パワーモニタ）５に入射する。パワー
モニタ５は照明光ＩＬを光電検出して光情報（強度値）
ＰＳを主制御系２０に出力し、この情報ＰＳは主制御系
２０において投影光学系ＰＬの結像特性の変動量を求め
るための基礎データとなっている（詳細後述）。

【００１５】照明光学系６において光束の一様化、スペ
ックルの低減化等を行なわれた照明光ＩＬは、ミラー７
で反射されてリレーレンズ９ａ，９ｂ及び可変ブライン
ド１０を通った後、ミラー１２で垂直に下方に反射され
てメインコンデンサーレンズ１３に至り、レチクルＲの
パターン領域ＰＡを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と結像関係にあるので、駆動
モータ１１により可変ブラインド１０を構成する稼動ブ
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の照明視野を任意に選択することができ
る。また、本実施例では照明光ＩＬの照射によりウェハ
Ｗから発生する反射光が、上記ミラー７を通過して光検
出器（反射量モニタ）８に入射するように構成されてい
る。反射量モニタ８は反射光を光電検出して光情報（強
度値）ＲＳを主制御系２０に出力し、ここで上記情報Ｒ
Ｓは投影光学系ＰＬの結像特性の変動量を求めるための
基礎データとなる（詳細後述）。

【００１６】レチクルＲは水平面内で２次元移動可能な
レチクルステージＲＳ上に載置され、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、レチクル周辺のアライ
メントマーク（不図示）を光電検出するレチクルアライ
メント系ＲＡから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なわれる。レチ
クルＲは不図示のレチクル交換器により適宜交換されて
使用される。特に多品種少量生産を行う場合、交換は頻
繁に行なわれる。

【００１７】さて、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、その表面が結像面
ＩＭとほぼ一致するように保持されたウェハＷ上の一つ
のショット領域に重ね合わせて投影（結像）する。ウェ
ハＷは、駆動モータ１７により光軸方向（Ｚ方向）に微
動可能なＺステージ１４上に載置されている。さらにＺ
ステージ１４は、駆動モータ１８によりステップ・アン
ド・リピート方式で２次元移動可能なＸＹステージ１５
上に載置され、ＸＹステージ１５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。ＸＹス
テージ１５の２次元的な位置は干渉計１９によって、例
えば0.01μm程度の分解能で常時検出され、Ｚステージ
１４の端部には干渉計１９からのレーザビームを反射す
る移動鏡１４ｍが固定されている。

【００１８】また、Ｚステージ１４上には照射量モニタ
（例えば投影光学系ＰＬのイメージフィールドもしくは
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
備えた光電検出器）１６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おり、照射量に関する情報Ｌ
Ｓも主制御系２０に送られ、投影光学系ＰＬの結像特性
の変動量を求めるための基礎データとなっている。

【００１９】また、図１中には投影光学系ＰＬの結像面
ＩＭ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
斜め方向より供給する照射光学系２２ａと、その結像光
束もしくは平行光束のウエハ表面での反射光束を受光す
る受光光学系２２ｂとから成る斜入射方式の面検出系２
２が設けられている。ここで、面検出系２２の構成等に
ついては、例えば特公平２−１０３６１号公報に開示さ
れており、ウエハ表面の結像面ＩＭ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焦点検出系と、ウエハＷ上の所
定領域の結像面ＩＭに対する傾きを検出する水平位置検
出系とを組み合わせたものである。

【００２０】尚、本実施例では結像面ＩＭが零点基準と
なるように、予め受光光学系２２ｂ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
調整されて、焦点検出系のキャリブレーションが行なわ
れるとともに、ウエハＷの表面と結像面ＩＭとが一致し
た時に、照射光学系２２ａからの平行光束が受光光学系
２２ｂの内部の４分割受光素子（不図示）の中心位置に
集光されるように、水平位置検出系のキャリブレーショ
ンが行なわれているものとする。

【００２１】次に、結像状態を補正するための補正手段
の構成について説明する。本実施例においては、後に詳
述するが、投影光学系ＰＬのレンズエレメントを駆動す
ることにより、結像特性（投影倍率、ディストーション
等）を補正する構成となっており、投影光学系ＰＬの光
学特性を調整可能とするため、その光学要素の一部が移
動可能となっている。図１に示すように、レチクルＲに
最も近い第１群のレンズエレメント３０,３１は支持部
材３２により固定されるとともに、第２群のレンズエレ
メント３３は支持部材３４により固定され、さらに第３
群のレンズエレメント３５は支持部材３６に固定されて
いる。また、レンズエレメント３５より下部のレンズエ
レメントはそれぞれ投影光学系ＰＬの鏡筒部３７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とはこの鏡筒部３７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。さて、支持部材３６は
伸縮可能な駆動素子４０ａ，４０ｂ，４０ｃによって投
影光学系ＰＬの鏡筒部３７と連結されている。

【００２２】また、支持部材３４は伸縮可能な駆動素子
３９ａ，３９ｂ，３９ｃによって支持部材３６に連結さ
れるとともに、支持部材３２は伸縮可能な駆動素子３８
ａ，３８ｂ，３８ｃによって支持部材３４に連結されて
いる。ここで、本実施例は駆動素子制御部２３によっ
て、レチクルＲに近いレンズエレメント３０，３１，３
３及び３５が移動可能となっており、これらのエレメン
トは倍率、ディストーション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やすいものを選択
してある。また、本実施例では移動可能なレンズエレメ
ントを３群構成としているため、他の諸収差の変動を押
さ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、樽型、糸巻型等）に
対応可能となっており、露光光吸収によるレチクルＲの
熱変形に応じて生じる投影光学系ＰＬの結像特性の変動
に十分対応できる。尚、レンズエレメントの移動は、投
影光学系ＰＬの他の諸収差（例えば非点収差等）に及ぼ
す影響が無視できる範囲内で行なうものとする。

【００２３】もしくは、レンズエレメント相互の間隔を
調整することによって、倍率、ディストーション特性を
制御しつつ、他の諸収差をも補正するという方式を採用
しても構わない。図２は投影光学系ＰＬを上方（レチク
ル側）から見た図であって、駆動素子３８ａ〜３８ｃは
それぞれ１２０°ずつ回転した位置に配置され、駆動素
子制御部２３により独立制御可能となっている。また、
駆動素子３９ａ〜３９ｃ及び４０ａ〜４０ｃについても
同様にそれぞれ１２０°ずつ回転して配置され、駆動素
子制御部２３により独立制御可能となっている。駆動素
子３８ａ，３９ａ及び４０ａは互いに４０°だけずれて
配置されており、駆動素子３８ｂ，３９ｂ及び４０ｂと
３８ｃ，３９ｃ及び４０ｃとについても同様に互いに４
０°ずつずれて配置されている。駆動素子３８〜４０と
しては、例えば電歪素子、磁歪素子を用い、駆動素子に
与える電圧または磁界に応じた駆動素子の変位量は予め
求めておくものとする。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、位置検出装置として
の容量型位置センサ、差動トランス等を駆動素子の近傍
に設けることとする。従って、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ーできるの
で、高精度な駆動が可能となる。

【００２４】以上の構成によって、３群のレンズエレメ
ント（３０，３１），３３及び３５の周辺３点を独立
に、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に主制御系２０から
与えられる駆動指令に応じた量だけ移動させることがで
きる。この結果、３群のレンズエレメント（３０，３
１），３３及び３５の各々を光軸ＡＸにほぼ沿って平行
移動させることができるとともに、光軸ＡＸとほぼ垂直
な平面に対して任意に傾斜させることが可能となる。
尚、上記レンズエレメントはそれぞれ光軸ＡＸを仮想的
に傾斜基準として傾斜するものとする。

【００２５】主制御系２０は、パワーモニタ５、反射量
モニタ８、照射量モニタ１６より情報を得て、後述する
如く投影光学系ＰＬの結像特性の変動量を演算にて算出
するとともに、駆動素子制御部２３を始めとして装置全
体を統括制御する。また、２１はメモリで、露光光吸収
によるマスクの熱変形量を算出するために必要な種々の
データ（マスクの遮光部材の種類やパターンの密度分布
等）が記憶されている。また、熱変形量に基いて結像状
態の変化量を演算するための数式もしくはテーブル等も
格納されている。

【００２６】次に、本実施例における結像特性の変動量
の演算方法について述べる。本発明は、レチクルＲの熱
変形に応じて発生する結像特性の変動を補正するもので
あり、本実施例では、結像特性の変動量を演算するに当
って、まずこのレチクルＲの熱変形量を求める。以下、
その方法について説明する。レチクルＲの熱変形は、該
レチクルＲの温度分布に比例して発生していると考えて
よいので、熱変形量を計算するためにはレチクルＲのあ
る時間における温度分布がわかればよい。例えばこの温
度分布を計算機でシュミレーションする手法として、レ
チクルＲをある有限な要素に分解し各点の温度変化を差
分法、有限要素法等により計算するものが知られてい
る。本実施例では単純な差分法で説明を行なう。

【００２７】まず、レチクルＲの正方形の露光エリアを
図３のごとく４×４の１６のブロックに分割してそれぞ
れをブロックＢ１〜Ｂ１６とする。また各ブロックの中
心点をＰ１〜Ｐ１６とする。この分割数あるいは計算法
の選択は最終的に必要な精度と、計算機の計算スピード
等を加味して決められるもので、本実施例では便宜的に
１６分割したにすぎない。

【００２８】レチクルＲはシャッタ２がオープン時には
照明光学系６を介して均一に照明される。しかしながら
レチクルＲのパターンの分布によりレチクルＲ上に吸収
される熱量は場所によって異なる。このためレチクルＲ
上の各ブロックＢ１〜Ｂ１６毎にパターン存在率を求め
る。このとき各ブロック内では吸収される熱量が均一な
ものであると仮定する。

【００２９】各ブロックのパターン存在率は例えばＺス
テージ１４上の照射量モニタ１６とパワーモニタ５との
出力比で求められる。照射量モニタ１６はＺステージ１
４上にあって、投影光学系ＰＬのイメージフィールドと
ほぼ等しい口径の受光面をもったフォトセルである。Ｚ
ステージ１４を移動させることで、照射量モニタ１６を
投影光学系ＰＬのほぼ中心部へ送り込み、ウエハＷ上に
照射される露光光の全てを受光して光電検出し、レチク
ルＲ等を介してウエハＷ上に到達する露光光の照射量を
算出する。照射量は照明光のパワー、レチクルＲの透過
率、可変ブラインド５の大きさ等に依存するものであ
る。また照射量モニタ１６は、レチクルＲが１６分割さ
れていることに対応して１６分割されており、各ブロッ
クを通過し結像した光量を独立に測定できるようになっ
ている。このときＺステージ１４により照射量モニタ１
６とレチクルＲとを正確に位置合わせしたのち測定を行
なう。まず、あらかじめパターンの全く描かれていない
レチクルで照射量モニタ１６の各出力とパワーモニタ５
の出力の比を求めておき、パターンの描かれたレチクル
で出力比を測定してパターンの存在率を求める。

【００３０】この測定はレチクル交換毎に行なってもよ
いし、あらかじめ測定しておき、メモリ２１に記憶させ
ておいてもよい。また照射量モニタ１６については、各
ブロックの面積が等しい場合は分割式でなくてもよく、
１ブロックに相当する大きさの照射量モニタをステージ
上に用意して、ステージをステップすることにより測定
を行っても良い。もちろんレチクルの製造時のデータに
よりパターン存在率がわかっていれば測定の必要はな
い。

【００３１】さて、以上のように求めた各ブロックＢ１
〜Ｂ１６のパターン存在率に基いて各ブロックの熱吸収
量を計算する。各ブロックは光源１のパワーとパターン
存在率とに比例して熱量を吸収する。吸収された熱は、
空気中、あるいはレチクルホルダ８を介して逃げてゆ
く。また各ブロック間においても熱は移動する。ここ
で、例えば２物体間における熱量の移動を考える。この
場合の熱量の移動は、基本的に２つの物体間の温度差に
比例すると考えられる。また、熱量の移動にともなう温
度変化の変化率は熱量の移動量に比例する。これらを式
で表すと次のようになる。

【００３２】

【数１】

【００３３】

【数２】

【００３４】

【数３】

【００３５】ただし、ΔＱは移動した熱量、Ｔ₁、Ｔ₂は
各物体の温度、ｔは時間、Ｋ₁,Ｋ₂,Ｋ₃は比例定数であ
る。(1)〜(3)式より

【００３６】

【数４】

【００３７】

【数５】

【００３８】が成り立つ。これは、よく知られているよ
うに一次遅れ系であり、Ｔ₁,Ｔ₂に温度差があるとき、
両者はエクスポネンシャルカーブを描いて一定の温度に
達する。上式に基いてレチクルＲ上の熱分布の計算を行
なう。まず、ブロックＢ１に注目する。Ｂ１は隣接する
ブロックＢ５，Ｂ２と熱のやりとり（熱伝達）をする。
また、レチクルホルダ８及び空気とも熱のやりとりをす
るが、ここでは簡単にするため空気の温度とレチクルホ
ルダ８の温度は一定とする。各ブロックの温度をＴ₁〜
Ｔ_16、空気の温度をＴ_0、レチクルホルダ８の温度をＴ_Hと
するとブロックＢの温度Ｔ₁に関して次式から成り立つ_。

【００３９】

【数６】

【００４０】ここで、dT₁／dtはＴ₁の時間微分、Ｋ₁₂，
Ｋ₁₅は各々ブロックＢ１とＢ２，Ｂ５との熱のやりとり
の係数、Ｋ₁₀はレチクルホルダ８とブロックＢ１の間の
熱のやりとりの係数、Ｋ₀は各ブロックと空気との熱の
やりとりの係数である。また、η₁はブロック１のパタ
ーン存在率、Ｐは光源１のパワーでパワーモニタ５の出
力に対応している。Ｋ_pは照明光を各ブロックが吸収し
た熱量とη₁、Ｐとを関係づける係数である。(6)式の最
後の項は照明光から吸収する熱量を示しており、その他
の項は吸収した熱が分散していく過程を示している。こ
こでＴ_H,Ｔ₀は一定であり、Ｔ_H＝Ｔ₀とし各ブロックの
温度をＴ₀＋ΔＴで表せることと、レチクル上の各ブロ
ックはともに石英ガラスでできているためＫ₁₂,Ｋ₁₃…
…等は全て等しいこととを考慮に入れると(6)式は、次
式のようになる。

【００４１】

【数７】

【００４２】(7)式をブロックＢ１〜Ｂ１６についてそ
れぞれ求め、これをマトリックス表現で表すと次式のよ
うなる。

【００４３】

【数８】

【００４４】これは一階の微分方程式の１６元連立方程
式であり、数値解法によって解くことが可能である。あ
るいは、微分の形をある微小時間（計算機の計算周期）
の値の差として差分形式で表現して解く方法、すなわち
差分法によっても解くことができる。(8)式でいわゆる
外力の項は最終項であるので、単位時間毎の各ブロック
の値、すなわちη₁Ｐ₁,η₂Ｐ₂,…の値を計算器に入れて
やれば、各時間毎のΔＴ₁,ΔＴ₂…の値を求めることが
できる。パターン存在率η₁,η₂…は前述したように実
測によって得られ、入射光量Ｐ₁,Ｐ₂…はパワーモニタ
５及び照射量モニタ１６によって求まる。

【００４５】また各係数Ｋ_R,Ｋ₀,Ｋ_H,Ｋ_Pはレチクル、
空気の物性、空気の流速等から計算で求めることが可能
である。もしくは、種々のレチクルに関して実験を行な
い各係数が現実に最もよく合うように決定することも可
能である。以上により温度分布ΔＴ₁〜ΔＴ₁₆が求ま
る。これらと石英ガラスの膨張係数より各ブロックＢ₁
〜Ｂ₁₆の中心点Ｐ₁〜Ｐ₁₆の相互の距離変化が求めら
れ、レチクル上の各点の動きを決定することができ、こ
れに基いて、結像特性の変動、例えばウエハＷ上に投影
される像の歪を計算することができる。

【００４６】上記までの方法は一旦レチクルの温度分布
ΔＴを求めてから、中心点Ｐの動きを求め、像歪を求め
るという手段をとったが、ΔＴの代りに直接像歪（ディ
ストーション、像面湾曲等）を計算することも可能であ
る。このときには各係数Ｋ_R,Ｋ₀,Ｋ_H,Ｋ_Pを実験により
求めれば、レチクルＲのたわみの変化等も含まれた形と
なる。また、レチクルＲの熱伝導性が非常によく、一部
のみパターンがある場合あるいは一部のみに光があたる
場合でも、レチクルＲが一様に膨張すると考えても精度
上問題がないときは、上記のような複雑な計算は必要な
く、より単純な計算で済む。

【００４７】次に、結像状態を補正する方法について説
明を行なう。基本的には前述したとおり、投影光学系の
３群のレンズエレメント（３０、３１）、（３３）及び
（３５）を光軸方向あるいは光軸に垂直な軸を回転軸に
傾斜方向に駆動することにより、所望の結像状態を得
る。ここでは簡単にするためディストーションに限って
説明を行なうが、本方法により像面湾曲等の補正も可能
である。レンズエレメント３０,３１の駆動によるディ
ストーションの変化を図５、図６で説明を行なう。実際
にはレンズエレメントの構成により変化の仕方は異なっ
てくるので、ここで示す図は一つの例であって一般的な
ものではない。まずレンズエレメント３０、あるいは３
１を光軸方向に移動した場合には、光軸を中心として倍
率が変化する。これを図５に示した。

【００４８】また、光軸に垂直に交わる軸を中心にレン
ズエレメント１２あるいは１３を傾斜させたときには例
えば、図６に示した様にディストーションが変化する。
この例では、回転軸から離れた像部分が該回転軸と垂直
な方向に変化している。このように各レンズエレメント
群（３０、３１）、（３３）及び（３５）の駆動方法の
組合せで種々のディストーションを補正することが可能
である。ディストーションを補正するためにレンズエレ
メントを駆動したことによって、他の収差（例えばコマ
収差、非点収差）が悪化する可能性があるが、複数のレ
ンズエレメントを駆動することができるので、収差を補
正しつつ所望のディストーション補正を行なうことが可
能となっている。

【００４９】メモリ２１には、図５、図６に示したよう
な像面上のポイントＰ₁〜Ｐ₁₆までの動きを数式もしく
はテーブルの形で記憶させてあり、主制御系２０におい
て最適なディストーション補正量を計算する。計算法と
しては例えば、Ｐ₁〜Ｐ₁₆の理想的な格子点あるいは、
レチクルＲが冷えた状態の格子点（図４〜図６では点線
で示した）に対する偏差の最大値を最小とする条件、あ
るいは偏差の２乗和を最小とする条件を満たすようなデ
ィストーション補正が考えられる。

【００５０】以上がディストーションの補正手段である
が、レンズエレメント群（３０、３１）、（３３）及び
（３５）の駆動により、像面が変化（上下動、傾斜）し
てしまう可能性も考えられるが、この変化に応じてウエ
ハ面検出系２２にオフセットを与えてやればウエハＷが
常に最良像面にセットされるので、この影響を防げる。
もちろんレチクルＲの熱変形が像面に影響を及ぼす場合
には、上記ディストーションと同様の方法により補正を
行うことができる。ウエハ面検出系２２は、前述したよ
うにウエハ面に光線を照射しその反射光でウエハ面の光
軸方向の位置あるいは傾斜を検出するものである。主制
御系２０はウエハ面検出系２２の出力に従ってＺステー
ジ１４を制御し、該ＺステージはウエハＷと像面とが常
に一致するように駆動される。

【００５１】結像状態を補正する手段には、他にもレチ
クルＲを光軸方向に動かす、あるいは傾ける、もしくは
湾曲させる方法や、投影光学系９の内部（レンズ素子
間）に気密空間を設けその圧力を調整する方法、平行平
板ガラスを投影光学系９の上方または下方に設置し内部
をコントロールすることによりガラスをたわませる方法
等が考えられる。しかし、本実施例の場合のような光軸
に対して対称でない変形を補正するのは困難であり、本
実施例の方式を採用することが望ましい。尚、本実施例
においてレンズ駆動に伴って、投影レンズＰＬの結像特
性、例えば投影倍率が変動し得る場合には、上記のいず
れかの方法を用いて倍率変動を補正するようにしても良
い。また、例えば非等方的なディストーションはレンズ
エレメント群を駆動して補正し、他の光学特性（投影倍
率、像面湾曲等）は上記の方式を用いて補正するように
しても構わない。

【００５２】次に、本実施例の動作の説明を行う。ま
ず、レチクルＲの熱変形による結像状態の変動を計算す
る(8)式の各パラメータを、装置の製造時において決定
しメモリ２１に記憶させる必要がある。レチクルＲの熱
伝導に関するパラメータＫ_Rは、レチクルＲの主材料で
あるガラスの材質、厚さ等によって定まる量である。こ
れは、前述したように物性値あるいは実験によって求め
ることができる。また、Ｋ₀,Ｋ_Hはガラス基板とレチク
ルホルダー８、もしくは空気との熱伝達に関するパラメ
ータであり、これらもガラス基板の材質によって決る量
である。次にＫ_Pであるが、これはレチクルＲの遮光部
及びガラス材の熱吸収に関するパラメータであるから、
レチクルの遮光部材及びガラス基板の材質によって定ま
る量である。

【００５３】これらのパラメータはレチクルＲの材料で
あるガラス等の物性値の関数もしくはテーブル等の形で
メモリ２１に記憶させておく必要があるが、実質的に最
終的な結像状態に与える影響が無視できる程度の値であ
れば、一定値であってもかまわない。実験でパラメータ
を求める場合には、投影光学系ＰＬそのものも照明光を
吸収して結像状態が変化するので、純粋にレチクルＲの
みの熱変形を測定するには以下のようにする。まずレチ
クルＲも投影光学系ＰＬも十分に外部の温度と平衡状態
になったところでウエハＷにレチクルＲの像を露光し、
その後、レチクルＲと投影光学系ＰＬの間に遮光物を入
れ、一定時間シャッター２を開いて照明光を照射する。
次に遮光物を取り除き再びウエハＷにレチクルＲの像を
露光し、最初に露光した像と比較すればレチクルＲの熱
変形による結像状態の変化量を知ることができる。この
方法でレチクルＲの熱変形に関して十分補正ができたと
ころで、遮光物がない状態で照射を行なえば投影光学系
９の照明光吸収分を検出することができる。これによ
り、レチクルと投影光学系の熱変化を分離できるため分
離して補正を行なうことができ、動作中にレチクル交換
を行なっても正確に補正が行なえる。投影光学系９の照
明光吸収に関しては従来の技術により補正が可能であ
る。

【００５４】前述したようにレチクルＲの熱変形量を計
算するにはレチクルＲのガラス材質、遮光材の種類、各
ブロックのパターン存在率、可変ブラインド１０の開口
値が必要である。このうち、レチクルＲの属性に関して
は、レチクル毎に実測するか、もしくはあらかじめメモ
リ２１に格納しておく。遮光部であるクロムの熱吸収率
は、クロムの反射率からある程度推定できる。このため
には、投影光学系９がウエハＷからの反射光によって受
ける影響を補正するため反射量モニタ８を用いる。まず
投影光学系の下に既知の反射率をもつ面をもってきて、
その時の反射量モニタ８の出力と、あらかじめ求めてお
いたレチクルＲのパターン存在率と、他のレンズ部材等
の反射光成分より、レチクル面からの反射光成分を求め
て、反射率を計算する。

【００５５】また、可変ブラインド１０の開口値がレチ
クルＲの熱変形量を算出するのに必要な理由は以下の通
りである。例えば可変ブラインド１０によりレチクルＲ
の左半分のみに照明光が当った場合には、均一に照明さ
れた場合とは異なり、図４に示すように光の当った側の
みに変位を生じるからである。該可変ブラインド１０の
開口値に関する情報は、可変ブラインド１０のコントロ
ーラブロックから得られる。さらにシャッタ２の開閉の
状態についてはシャッタ２のコントロールブロックから
情報が得られる。

【００５６】さて、露光動作時にはパワーモニタ５、反
射量モニタ８、照射量モニタ１６からそれぞれ光情報
（強度値）が主制御系２０に出力される。主制御系２０
では、これらの情報と、前述したメモリ２１に格納され
ている各データから、レチクルＲと投影光学系ＰＬとの
熱吸収による結像状態の変化をそれぞれ計算し、合計の
変化量を算出する。投影光学系ＰＬの結像状態が大気圧
変化を始めとする他の要因によっても変化をおこす場
合、これらの変化量も合計する。この合計値に対し、最
適な補正量を計算し、レンズエレメント駆動素子３８〜
４０を駆動して補正を行なう。ここで、焦点位置、像面
傾斜については、ウエハ面検出系２２及びＺステージ１
４を用いてウエハＷを上下動及び傾斜させることによっ
て、投影レンズＰＬの最良結像面とウエハ表面とを一致
させることもできるる。尚、本実施例では露光開始から
レチクルが熱的に安定するまでの間、一定時間毎に上記
演算を行ってレチクルの変形量に関するデータを更新し
ていき、この更新データに基づいてレンズエレメント群
を駆動するようにしても良く、より精度良く結像特性を
コントロールすることが可能となる。

【００５７】また、上記演算を行うタイミングは任意で
よく、例えばシャッタ２の開閉時間等に応じて適宜行え
ば良い。または、露光開始から上記演算を常時行ってお
くものとしても良い。レチクルＲを交換して使用する場
合、新たなレチクルＲは十分周囲と平衡状態にあるとし
て改めてレチクルＲの熱変形を計算するのが必要である
が、短期間にくり返し交換して使用する場合、待機中の
レチクルＲについて、放熱等を考慮して熱変形量を計算
しておき、改めて使用するときはその時点での変形量を
初期値として計算を行なえば、より正確な補正が行なえ
る。また、同一露光条件でレチクルを再使用する場合
は、前回のデータ（例えば照射時間または蓄積エネルギ
ー量と熱変形量との関係）をテーブル等としてメモリ２
１に格納しておけば、上記演算を行わなくとも、レチク
ルの照射時間又は蓄積エネルギー量に応じてレンズエレ
メント群を駆動することによって、本実施例と同等の精
度で結像状態をコントロールすることも可能である。

【００５８】前記までの実施例の中では、レチクルＲの
ホールド方法について触れなかったが、実際にはレチク
ルＲの熱変形はホールド方法にも依存する。例えば、レ
チクルＲをきわめて強くホールドしている場合、レチク
ルＲが膨張すると平面方向には変形できず上下方向に膨
らむ様に変形することも考えられる。この場合結像状態
はディストーションだけでなく像面の変化が大きくな
る。さらに、レチクルＲはもともと自重である程度たわ
んでいるので、これらのことを考慮するとより精度の高
い補正が可能である。

【００５９】また、前記までの方法は熱変形を計算によ
って求めたが、実測することも考えられる。例えば赤外
線カメラ等、非接触の温度センサでレチクルＲの温度分
布を求めることができる。また、レチクルＲの周辺の基
準点にマークを入れておき、そのマークの変位を測定し
てレチクルＲの変形を知ることも可能である。しかし、
この方法ではレチクルＲの内部の変形を知ることは困難
である。尚、パターン領域内に複数の回路パターンが形
成されたレチクル（いわゆるマルチ・ダイ・レチクル）
の場合には、レチクル内部のストリートライン相当領域
にマークを配置できるので、上記測定によりレチクルの
変化量を求める方式も十分に有効である。

【００６０】また、本実施例では周囲の空気あるいはレ
チクルホルダ８の温度を一定としたが、これらの温度を
温度センサで測定し、計算の精度を上げることができ
る。または、これらの温度を一定に保つ工夫をしてもよ
い。

【００６１】

【発明の効果】以上の様に本発明によれば、レチクルの
照明光吸収にもとづく結像状態の変化をキャンセルでき
るため、より高精度な結像を行なうことができ、像の重
ね合わせ精度等が向上する効果がある。このため、レチ
クルの遮光部材等の熱吸収を考えることなく、投影光学
系あるいはウエハ位置決め系等の光学系にフレアー等の
悪影響を与えないものを選ぶことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による縮小投影型露光装置（ス
テッパー）の構成を示す概略図である。

【図２】投影光学系を上方から見た図である。

【図３】レチクル上を１６の部分に分割した格子を示す
図である。

【図４】レチクルの熱変形を模式的に示した図である。

【図５】結像状態補正手段による像面内の点の動きを示
した図である。

【図６】結像状態補正手段による像面内の点の動きを示
した図である。

【符号の説明】

１光源１０可変ブラインドＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ２０主制御系３０,３１,３３,３５レンズ素子

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年９月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】従来、精度上あまり問題にならなかったこ
れらの点が近年あるいは将来ますます微細化する投影パ
ターンにとっては重要となってくると考えられる。本発
明はこれらの問題に鑑みマスクの熱変形によって発生す
る光学特性の変化に対し良好に補正を行い得る投影露光
方法及び装置を提供することを目的とする。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】本発明は、マスク（Ｒ）に形成されたパタ
ーンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に
投影することによってその基板を露光する投影露光方法
において、マスク（Ｒ）の熱変形に起因して生じるパタ
ーン像の結像特性の変動を、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）
との間に配置された複数の光学素子（３０、３１、３
３、３５）を移動することによって補正するための情報
を求めるようにした。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】また、マスク（Ｒ）に形成されたパターン
の像を投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に投影
することによって基板（Ｗ）を露光する投影露光装置に
おいて、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）との間に配置された
複数の光学素子（３０、３１、３３、３５）と、マスク
（Ｒ）の熱変形に起因して生じるパターン像の結像特性
の変動を補正するために複数の光学素子（３０、３１、
３３、３５）のそれぞれを移動する駆動素子（３８ａ，
３８ｂ，３９ａ，３９ｂ，４０ａ，４０ｂ）と、を備え
るようにした。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/30 ５１６Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光ビームをマスクに照射するとともに、
該マスクに形成されたパターンの像を投影光学系を介し
て被露光基板上に投影することにより、前記被露光基板
を露光する投影露光方法において、前記マスクによる前記露光ビームの吸収に関する情報を
取得し、該取得された情報に基づいて、前記マスクによる露光ビ
ームの吸収に起因する前記パターン像の結像特性の変動
量を求めることを特徴とする投影露光方法。
【請求項２】露光ビームをマスクに照射するとともに、
該マスクに形成されたパターンの像を投影光学系を介し
て被露光基板上に投影することにより前記被露光基板を
露光する投影露光装置において、前記マスクの熱変形に関する情報を検出する検出手段
と、該検知手段により検出された情報に基づいて、前記マス
クの熱変形に起因する前記パターン像の結像特性の変動
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。