KR20010015698A - 투영노광방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감광기판에 마스크의 패턴을 투영하는 투영광학계와, 상기 투영광학계의 상기 감광기판측에 상기 투영광학계의 광축에 거의 수직으로 배치되는 평행평면판과, 상기 투영광학계의 광축에 대한 상기 평행평면판의 법선의 경사각과, 상기 평행평면판의 경사방향의 적어도 한쪽을 조정하는 조정장치를 포함한다.

Description

투영노광방법 및 장치{PROJECTION EXPOSURE METHOD AND APPARATUS}

마스크로서의 레티클(reticle)의 패턴을 투영광학계를 개재하고, 레지스트가 도포 된 웨이퍼(또는 글래스 플레이트 등)상에 전사하는 투영노광장치에 있어서는, 항상 높은 결상특성을 유지한 상태로 노광을 행할 필요가 있다. 그 결상특성에 영향을 주는 요인의 하나로, 노광광의 조사에 의한 레티클이나 투영광학계의 광학소자의 열 변형이 있다. 종래부터, 예를 들면 노광에 의한 레티클의 열 변형에 기인하는 결상특성의 변화를 보정하기 위해서, 여러가지의 제안이 이루어저 있다. 예를 들면, 일본국 특개평 4-192317호 공보에서는 레티클의 패턴면 내에서의 변형량의 분포를 계산으로 구하고, 그 변형에 의한 결상특성의 변화를 투영광학계의 일부의 렌즈(lens)소자를 광축방향으로 구동하던가 또는 광축에 대하여 경사(傾斜)시키는 것으로 보정하는 기술이 제안된다.

또한, 종래에는 일괄노광형의 투영노광장치(스테퍼(stepper))가 많이 사용되어 있지만, 최근에는 투영광학계를 대형화하지 않고 대면적의 레티클의 패턴을 고정밀도로 전사하기 위해서, 레티클 및 웨이퍼를 투영광학계에 대하여 동기주사하여 노광을 행하는 스텝 앤드 스캔방식과 같은 주사노광형의 투영노광장치(주사형 노광장치)가 주목된다. 이 주사형 노광장치에 있어서의 노광광의 조사에 의한 결상특성 변화의 보정에 관해서도, 예를 들면 일본국 특개평 6-291016호 공보 및 이에 대응하는 미국특허 제5,721,608호에 있어서, 일괄노광형인 경우의 보정방법을 적용하고, 조사(照射)에 의한 투영광학계의 결상특성의 변화량을 보정하는 기술이 개시된다.

상기과 같이 종래의 주사형 노광장치에 있어서의 결상특성의 보정방법은, 일괄노광형으로 고려된 방식을 적용한 기술이 대부분으로서, 주사형 노광장치에 특유의 레티클과 투영광학계를 포함시킨 장치 전체에서의 노광광의 조사에 의한 결상특성의 변화를 고려한 보정방법은 없었다.

그렇지만, 주사형 노광장치에 있어서 사용되는 레티클에 그려져 있는 원판 패턴은, 일괄노광형용의 레티클과 같은 정도이거나, 그 이상의 대면적을 갖는 것으로서, 주사노광중에는 그 원판 패턴의 전면이 소위 슬릿상의 조명영역에서 축차(逐次)조명된다. 이에 대하여, 투영광학계는 항상 그 슬릿상의 조명영역에서 비축대칭(非軸對稱)으로 조사되는 상태가 되기 때문에, 레티클과 투영광학계와의 열 변형량에 관한 계산방법 및 대응하는 결상특성의 보정방법에는 저절로 차이가 생겨나온다. 또한, 레티클이 열팽창한 경우와 투영광학계가 열팽창한 경우에서는 웨이퍼상에 형성되는 투영상에 대한 영향이 다르다.

또한, 일괄노광형의 투영노광장치에 있어서도, 근년 투영노광되는 패턴의 선폭은 점점 더 미세화하고, 또한 고정밀도로 결상특성을 보정하는 것이 요구된다.

본 발명은 예를 들면 반도체소자, 촬상소자(CCD 등), 액정표시소자 또는 박막 자기헤드 등을 제조하기 위한 리소그라피공정에서, 마스크 패턴을 웨이퍼 등의 기판상에 전사할 때에 사용되는 투영노광방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 결상특성의 보정기구를 구비하고, 마스크와 기판을 투영광학계에 대하여 동기주사(同期走査)하여 노광을 행하는 스텝 앤드 스캔방식과 같은 주사노광형의 투영노광장치에 사용하기 적합한 것이다.

도 1은 제1 실시형태의 투영노광장치의 구조를 도시한 도면.

도 2는 도 1의 투영노광장치에 설치한 터릿(turret)판의 구조를 설명하는 도면.

도 3(a) 및 도 3(b)는 도 1의 투영노광장치에 마련한 조정장치의 구조를 설명하는 도면.

도 4는 도 3(a) 및 도 3(b)의 조정장치에 고정 유지된 평행평면판의 경사와 편심 코마수차와의 관계를 설명하는 도면.

도 5는 제1 실시형태의 투영노광장치의 구조의 변형예를 도시한 도면.

도 6(a) 및 도 6(b)는 도 5의 투영노광장치에 마련한 조정장치의 요부의 구조를 설명하는 도면.

도 7은 본 발명의 제2 실시형태의 일례로 사용되는 투영노광장치를 도시한 개략 구성도.

도 8은 도 7의 투영광학계의 내부 구성을 도시한 일부를 절취한 구성도.

도 9는 도 8의 투영광학계의 렌즈군의 일부를 도시한 평면도.

도 10은 도 7의 조명계의 개구 조리개판에 마련된 복수의 개구 조리개를 도시한 도면.

도 11은 도 7의 레티클 스테이지의 구동기구 등을 도시한 평면도.

도 12는 레티클의 열 변형량의 계산방법의 설명하는 도면.

도 13(a) 내지 도 13(g)는 레티클의 열 변형량을 분해하여 얻어지는 각 성분과, 대응하는 결상특성의 보정량과의 관계를 도시한 도면.

도 14는 열 변형량의 각 성분을 주사방향의 좌표에 따라서 함수화하는 방법의 설명하는 도면.

도 15는 노광영역외의 열 이동을 고려한 경우의 레티클의 열 변형량의 계산점의 분포의 일예를 도시한 도면.

도 16은 레티클의 일부만을 노광영역으로 하는 경우의 레티클의 열 변형량의 계산방법의 설명하는 도면.

도 17(a) 및 도 17(b)는 레티클의 일부만을 노광영역으로 하는 경우에, 노광영역외의 열 이동을 고려한 레티클의 열 변형량의 계산방법에 관해서 설명하는 도면.

도 18(a) 및 도 18(b)는 레티클의 일부만을 노광영역으로 하는 경우에, 노광영역밖의 열 이동을 고려한 레티클의 열 변형량의 계산방법의 다른 예의 설명하는 도면.

도 19는 웨이퍼의 반사율과 반사율 센서의 출력과의 관계를 도시한 도면.

도 20(a1), 도 20(a2), 도 20(a3), 도 20(b1), 도 20(b2), 도 20(b3)은 도 7의 레티클 블라인드의 개구부의 폭과 투영상의 시프트량과의 관계를 도시한 도면.

도 21(a) 내지 도 21(f)는 계수 k1 내지 k6에 대응하는 레티클의 열 변형의 예를 도시한 도면.

도 22(a) 내지 도 22(f)는 계수 k7 내지 k12에 대응하는 레티클의 열 변형의 예를 도시한 도면.

도 23(a) 내지 도 23(f)는 계수 k13 내지 k18에 대응하는 레티클의 열 변형의 예를 도시한 도면.

도 24(a) 및 도 24(b)는 계수 k19, k20에 대응하는 레티클의 열 변형의 예를 도시한 도면.

본 발명은 고정밀도로 결상특성을 보정할 수 있는 투영노광방법을 제공하는 것을 제1 의 목적으로 한다.

또한 본 발명은 특히 주사형 노광장치에 있어서, 노광광 흡수에 의한 투영광학계의 결상특성의 변화량 또는 레티클의 열 변형에 의한 결상특성의 변화량을 각각 정확히 구할 수 있고, 그것에 따라서 그 결상특성의 보정을 고정밀도로 행하고, 레티클의 패턴 상(像)을 웨이퍼상에 고정밀도로 전사할 수 있은 투영노광방법을 제공하는 것을 제2 의 목적으로 한다.

또한 본 발명은 그와 같은 투영노광방법을 실시할 수 있는 투영노광장치도 제공하는 것을 제3의 목적으로 한다.

본 발명의 투영노광장치는 감광기판에 마스크의 패턴을 투영하는 투영광학계와, 상기 투영광학계의 상기 감광기판측에 상기 투영광학계의 광축에 거의 수직으로 배치되는 평행평면판과, 상기 투영광학계의 광축에 대한 상기 평행평면판의 법선의 경사각과 상기 평행평면판의 경사방향의 적어도 한쪽을 조정하는 조정장치를 구비한다.

또한, 바람직한 태양에 의하면, 상기 마스크의 패턴에 따라서 2차광원의 크기와 형상의 적어도 한쪽을 변경하는 조명광학계를 더욱 구비하고, 상기 조정장치가, 상기 2차광원의 변경에 연동하여, 상기 평행평면판의 경사각 및 경사방향의 적어도 한쪽을 조정한다.

또한, 다른 태양에 의하면, 마스크의 패턴으로 감광기판을 노광하는 투영노광장치에 있어서, 상기 마스크와 상기 감광기판의 각각과 거의 직교하는 광축에 따라 배열되는 복수의 광학소자와 상기 감광기판측에 배치되는 평행평면판을 갖는 투영광학계와, 상기 감광기판의 노광조건의 변경에 따라서 상기 평행평면판을 이동하여 투영광학계의 수차(收差)를 조정하는 조정장치를 구비한다.

또한, 바람직한 태양에 의하면, 상기 조정장치가 상기 평행평면판을 실질적으로 회전시키지 않고 상기 투영광학계의 광축과 수직한 면에 대하여 상대적으로 기울여 상기 투영광학계의 편심 코마수차를 조정한다.

또한, 바람직한 태양에 의하면, 편심 코마수차 이외의 상기 투영광학계의 수차, 투영배율 및 초점위치의 적어도 하나를 조정하기 위해서, 상기 투영광학계의 복수의 광학소자의 적어도 하나를 이동하는 구동장치를 더욱 구비한다.

또한, 바람직한 태양에 의하면, 상기 마스크의 패턴에 따라서 2차광원의 크기와 형상의 적어도 한쪽을 변경하는 조명광학계와, 상기 조명광학계의 개구 수를 가변으로 하는 개구 조리개를 더욱 구비하고, 상기 감광기판의 노광조건이, 상기 2차광원의 크기와 형상, 상기 마스크상의 패턴의 종류 및 상기 투영광학계의 개구 수의 적어도 하나를 포함한다.

또한, 다른 태양에 의하면, 마스크의 패턴으로 감광기판을 노광하는 투영노광장치에 있어서, 상기 마스크와 상기 감광기판의 각각과 거의 직교하는 광축에 따라 배열되는 평행평면판을 갖는 투영광학계와, 상기 투영광학계의 광축과 수직한 면에 대하여 상기 평행평면판을 기울이는 구동기구를 구비한다.

또한, 바람직한 태양에 의하면, 상기 투영광학계의 투영배율에 따른 속도비로 상기 마스크와 상기 감광기판을 동기이동하는 스테이지 시스템(스테이지 시스템)을 더욱 구비하고, 상기 스테이지 시스템을 구동하여, 상기 마스크의 패턴으로 상기 감광기판을 주사노광한다.

본 발명의 제1의 투영노광방법은 투영광학계를 개재하여 마스크의 패턴으로 감광기판을 노광하는 투영노광방법에 있어서, 2차광원으로부터 출사(出射)하여 상기 마스크를 통과하는 광 빔의 상기 투영광학계의 동면(瞳面)상에서의 광 강도분포를 변경하는 제1 공정과, 상기 광 강도분포의 변경에 연동하고, 상기 투영광학계의 상기 감광기판측에 배치되는 평행평면판을 이동하는 제2 공정을 포함한다.

또한, 바람직한 태양에 의하면, 상기 제1 공정이 상기 마스크의 패턴에 따라서 2차광원의 크기와 형상과의 적어도 한쪽을 변경한다.

또한, 바람직한 태양에 의하면, 상기 제2 공정이 상기 평행평면판을 실질적으로 회전시키지 않고 상기 투영광학계의 광축과 수직한 면에 대하여 상대적으로 기울여 상기 투영광학계의 편심 코마수차를 조정한다.

본 발명에 의한 제2의 투영노광방법은 마스크와 기판을 동기하여 이동함에 의해, 상기 마스크 패턴의 상을 투영광학계를 개재하여 그 기판상에 전사하는 투영노광방법에 있어서, 주사노광 전 또는 주사노광중에 투영광학계의 적어도 하나의 광학소자의 광축방향의 위치, 그 적어도 하나의 광학소자의 광축방향의 경사각, 마스크와 기판과의 상대 주사속도 및 마스크와 기판과의 주사방향의 평행도 중에서 적어도 하나를 조정하여 결상특성을 보정하는 것이다.

이러한 본 발명의 투영노광방법에 의하면, 주사노광 전 또는 주사노광중에 투영광학계의 적어도 하나의 광학소자의 위치나 경사각을 조정하는 것으로, 투영상의 배율오차나 소정의 디스토션(distortion) 등이 보정된다.

또한, 마스크와 기판과의 상대 주사속도를 조정하는 것으로, 상기 투영상의 주사방향의 배율오차를 보정할 수 있고, 마스크와 기판과의 주사방향의 평행도를 조정하는 것으로, 예를 들면 평행 사변형 모양의 디스토션(소위 스큐(skew)오차)을 보정할 수 있다. 특히 그것들의 조정을 주사노광중에 행하면 , 마스크의 주사방향에서의 부분적인 열 변형에도 대응할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 제3의 투영노광방법은 마스크와 기판을 동기하여 이동함에 의해, 상기 마스크 패턴의 상을 투영광학계를 개재하여 그 기판상에 전사하는 투영노광방법에 있어서, 상기 마스크의 열 변형에 의한 결상특성의 변화를 주사방향의 성분은 마스크와 기판과의 상대 주사속도를 조정함으로써, 비주사방향의 성분은 투영광학계의 투영배율을 조정함으로써, 각각 보정하는 것이다.

이러한 투영노광방법에 의하면, 마스크가 주사방향으로 열팽창하고 있는 경우에는 기판의 주사속도를, 마스크의 주사속도에 투영광학계의 투영배율을 곱해서 정해지는 기준속도보다도 느리게 하는 것으로서, 주사방향만의 배율이 보정된다. 한편, 마스크가 비주사방향(주사방향에 직교하는 방향)으로 열팽창하고 있는 경우에는 투영광학계의 투영배율을 조정하고, 그것을 상쇄하도록 마스크와 기판과의 상대 주사속도를 조정하는 것으로 비주사방향만의 배율이 보정된다.

이 경우, 상기 마스크의 패턴영역외에서 생기는 열 이동 및 상기 마스크의 패턴 존재율에 기초하여 상기 마스크의 열 흡수량을 구하고, 이 열 흡수량보다 상기 마스크의 열 변형량을 계산하는 것이 바람직하다. 이와 같이 패턴영역외의 열 이동 및 패턴 존재율을 고려하는 것으로, 마스크의 열 변형량이 고정밀도로 구하여저서, 그것에 따라서 그 열 변형에 의한 결상특성의 변화를 고정밀도로 보정할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 제4의 투영노광방법은 마스크와 기판을 동기하여 이동함에 의해, 상기 마스크 패턴의 상을 투영광학계를 개재하여 그 기판상에 전사하는 투영노광방법에 있어서, 상기 마스크의 조명영역의 폭을 조정 가능한 블라인드(blind)기구를 구비하고, 그 기판상에 결상되는 상기 마스크 패턴 상의, 주사방향과 비주사방향의 배율 변화의 차에 따라서, 그 블라인드기구를 구동하여 투영상의 콘트라스트를 보정하는 것이다.

이러한 투영노광방법에 의하면, 마스크상의 조명영역의 폭(주사방향, 비주사방향의 어느것이나 마찬가지임)을 넓히면, 기판상에서의 그 방향의 조도가 높게 되고, 반대로 그 조명영역의 폭을 좁게 하면, 기판상에서의 그 방향의 조도가 저하한다. 또한, 마스크상에서의 조도가 동일하다면, 투영배율이 높게 되면 기판상에서의 조도는 저하하고, 투영배율이 낮게 되면 기판상에서의 조도는 높게 된다. 따라서, 주사방향 및 비주사방향의 배율이 다를 때에는, 그것을 상쇄하도록 블라인드기구를 개재하여 조명영역의 폭을 바꿈으로써 기판상에서의 주사방향 및 비주사방향의 조도가 일정하게 유지되고, 투영상의 콘트라스트의 얼룩이 없어진다.

또한, 본 발명에 의한 제5의 투영노광방법은 마스크와 기판을 동기하여 이동함에 의해, 상기 마스크 패턴의 상을 투영광학계를 개재하여 그 기판상에 전사하는 투영노광방법에 있어서, 상기 마스크를 재치하기 위한 마스크 스테이지(stage)상에, 상기 투영광학계의 투과율 측정용의 광 투과창을 구비하고, 이 광 투과창을 개재하여 상기 투영광학계의 투과율을 측정하는 것이다.

이러한 투영노광방법에 의하면, 마스크 스테이지상의 광 투과창을 개재하여 투영광학계의 투과율을 측정함에 의해, 투영광학계의 노광광 흡수에 의한 결상특성의 변화를 구할 수 있고, 이에 기초하여 고정밀도로 결상특성을 보정할 수 있다.

이 경우, 2개의 광 투과창을, 마스크를 끼우고, 또한 마스크의 이동방향으로 떼어 설치하는 것이 바람직하다. 마스크의 주사방향에 따라서 어느 한쪽의 광 투과창을 사용할 수 있기 때문에, 측정 효율이 높게 유지된다.

다음에, 본 발명에 의한 제6의 투영노광방법은 마스크 패턴의 상을 투영광학계를 개재하여 기판상에 전사하는 투영노광방법에 있어서, 상기 투영광학계의 복수의 광학소자를 각각 독립적으로 구동함에 의해, 상기 투영광학계의 결상특성을 보정하고, 상기 투영광학계는 그 기판측에 제1 평행평면판을 구비하고, 이 제1 평행평면판을 광축방향으로 구동하고, 소정의 결상특성을 보정하는 것이다.

이러한 투영노광방법에 의하면, 투영광학계의 복수의 광학소자의 구동과, 투영광학계의 제1 평행평면판의 구동을 조합시킴에 의해, 여러가지의 결상특성이 고정밀도로 보정할 수 있다.

이 경우, 상기 투영광학계는 마스크측에 상기 투영광학계의 수차의 잔류성분을 보정하기 위해서 표면에 소정의 요철가공이 시행된 제2 평행평면판을 갖추는 것이 바람직하다. 이 제2 평행평면판에 의해서 잔류하는 디스토션 등을 보정할 수 있다.

또한, 일예로서, 상기 마스크는 2차광원으로부터의 광 빔으로 조명되어, 그 2차광원의 형상과 크기와의 적어도 한쪽을 변경할때마다 상기 제1 평행평면판을 구동하여 투영광학계의 편심 코마수차를 보정하도록 하여도 좋다.

또한, 노광광원으로서 ArF 엑시머 레이저(excimer laser)광원을 사용하고 있는 경우에, 상기 투영광학계 내부를 불활성가스(헬륨 등) 또는 질소가스로 치환하는 것이 바람직하다. 이 경우, 불활성가스로 치환하는 경우에는 ArF 엑시머 레이저광의 파장(193nm)부근에 흡수대를 갖는 산소가 거의 없기 때문에, 노광광에 대한 투과율이 향상한다. 마찬가지로 질소가스로 치환하는 경우에도 질소가스는 ArF 엑시머 레이저광을 거의 흡수하지 않기 때문에, 노광광에 대한 투과율이 향상한다.

특히 전자(前者)와 같이 불활성가스로 치환하는 경우에는, 대기압의 변동의 영향이 투영광학계의 내부에 거의 못 미치게 되기 때문에, 투영광학계 내부의 기압 변화에 의한 결상특성의 변화를 억제할 수 있다.

또한, 투영광학계 내부의 기압을 측정하고, 이 측정 결과에 따라서 결상특성의 보정을 하는 것이 바람직하다. 그 내부 기압의 변화에 의해서도 결상특성이 변화되기 때문에, 그것에 따른 보정을 행함으로써 보다 고정밀도로 결상특성을 보정할 수 있다.

다음에, 본 발명에 의한 투영노광장치는 마스크의 패턴을 투영광학계를 통하여 기판상에 전사하는 투영노광장치에 있어서, 상기 투영광학계는 상기 마스크와 그 기판과의 사이에서 광축에 따라 배열되는 복수의 광학소자와, 그 기판측에 배치되는 제1 평행평면판과, 상기 마스크측에 배치되는 제2 평행평면판을 가지고, 상기 투영광학계의 편심 코마수차를 조정하기 위해서 상기 제1 평행평면판을 이동하는 동시에, 그 편심 코마수차 이외의 상기 투영광학계의 수차, 투영배율 및 초점위치의 적어도 하나를 조정하기 위해서, 상기 제2 평행평면판을 상기 마스크에 대하여 상대이동하지 않고, 상기 복수의 광학소자의 적어도 하나를 이동하는 구동장치를 갖춘 것이다.

이러한 본 발명의 투영노광장치에 의하면, 본 발명의 제6의 투영노광방법이 실시될 수 있다. 이 경우, 상기 구동장치는 일예로서 상기 투영광학계의 적어도 3개의 광학소자를 이동하는 것이다. 이에 의해서 투영배율, 디스토션 및 비점수차를 조정할 수 있다.

또한, 상기 구동장치는 상기 투영광학계의 적어도 4개의 광학소자를 이동하여도 좋다. 이에 의해서 투영배율, 디스토션, 비점수차 및 코마수차를 조정할 수 있다.

또한, 상기 구동장치는 상기 투영광학계의 적어도 5개의 광학소자를 이동하여도 좋다. 이에 의해서 투영배율, 디스토션, 비점수차, 코마수차 및 구면수차를 조정할 수 있다.

또한, 상기 투영광학계의 상면 만곡을 조정하기 위해서, 상기 마스크와 상기 복수의 광학소자에 의하여 형성되는 복수의 공간 속의 적어도 하나에서의 굴절율을 변화시키는 조정장치를 더욱 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 조명광학계에서 마스크의 패턴에 따라서 2차광원의 형상과 크기의 적어도 한쪽을 변경했을 때에, 2차광원의 변경에 연동하여, 복수의 광학소자와 제1 평행평면판의 적어도 하나를 이동하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 투영광학계 내의 기압을 측정하는 측정기를 더욱 구비하고, 상기 구동장치는 상기 기압의 변화에 연동하고, 상기 복수의 광학소자와 상기 제1 평행평면판의 적어도 하나를 이동하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 구동장치는 제1 평행평면판을 실질적으로 회전시키지 않고 투영광학계의 상면에 대하여 상대적으로 기울여, 투영광학계의 편심 코마수차를 조정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2 평행평면판은 투영광학계의 비대칭인 수차를 보정하도록 그 표면이 요철가공되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 마스크 패턴의 상을 그 기판상에 주사노광하기 위해서, 상기 마스크와 그 기판을 동기이동하는 스테이지 시스템을 더욱 구비하는 것이 바람직하다. 이것은, 본 발명을 주사노광형의 투영노광장치에 적용하는 것을 의미한다.

〔제1 실시형태〕

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관계되는 투영노광장치의 개략적 구성을 설명하는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 투영노광장치 본체는 챔버(100) 내에 수용되어 있고, 내부온도가 일정히 유지되도록 제어된다.

우선, 챔버(100) 내의 적소에 배치된 마스크인 레티클(16)을 조명하기 위한 조명광학계의 개요에 관해서 간단히 설명한다. 챔버(100) 밖에 마련한 ArF 엑시머 레이저광원(1)은 레이저광을 거의 평행 광속으로서 출사한다. ArF 엑시머 레이저광원(1)으로부터의 레이저광은 셔터(2)를 통하여 투영노광장치의 본체측의 광 투과창(3)으로 이끌어진다. 광 투과창(3)을 통과한 레이저광은 챔버(100) 내에 마련한 빔 정형광학계(4)에서 소정 단면 형상의 레이저광으로 정형되어, 터릿판(TP)에 마련된 서로 투과율이 다른 복수의 ND필터의 어느 하나(도 1에서는 ND1)를 통과하여 반사 미러(5)에서 반사되어, 옵티칼 인티그레이터(optical intergrator)(호모지나이저)인 플라이어 렌즈(6)에 안내된다.

상기 플라이어 렌즈(6)에 의해서 형성되는 다수의 2차광원으로부터의 광속은 터릿판(7)의 가변 개구 조리개를 통과하여 빔 스플리터(9)에서 2개의 광로로 분기된다. 빔 스플리터(9)로부터의 반사광은 광전 검출기(10)에 안내되어 조명광의 조도(강도)가 검출된다. 검출된 조도에 따른 신호는 메인 컨트롤러(40)에 입력된다. 한편, 빔 스플리터(9)로부터의 투과광은 가변 시야 조리개(12)를 사이에 끼우고 1쌍의 릴레이 렌즈(11, 13)를 통하여 반사 미러(14)에서 반사되어진 후, 복수의 렌즈 등의 굴절광학소자로 구성되는 콘덴서 광학계(15)에서 집광된다. 이에 의해, 릴레이 렌즈(11, 13) 사이에 마련한 가변 시야 조리개(12)의 개구에 의해서 규정되는 레티클(16)상의 조명영역이 중첩적으로 거의 균일하게 조명된다.

다음에, 감광기판인 웨이퍼(25)에 레티클(16)상의 회로 패턴을 투영하기 위한 투영광학계(23)에 관해서 간단히 설명한다. 투영광학계(23)는 광학소자인 복수의 렌즈로서 구성되는 본체부분(70)과, 본체부분(70)의 하부에 배치되는 평행평면판(81)을 이동하여 본체부분(70)의 특정한 수차를 조정하는 조정장치(80)를 구비한다. 조명광학계에 의해서 조명된 레티클(16)상의 회로 패턴의 상은, 투영광학계(23)에 의해서 웨이퍼(25)상에 축소 투영되어져, 웨이퍼(25)상에 도포되어진 레지스트가 감광하고, 웨이퍼(25)상에 회로 패턴상이 전사된다.

이하, 각부의 상세에 관해서 설명한다. 조명광학계를 구성하는 ArF 엑시머 레이저광원(1)은 예를 들면 파장193nm의 레이저광을 발생한다. 이 ArF 엑시머 레이저광원(1)은 광원제어회로(45)로부터 송출되는 트리거 펄스에 따라서 펄스광을 발진한다. 광원제어회로(45)는 ArF 엑시머 레이저광원(1)에의 인가전압(충전전압)을 조정하여, ArF 엑시머 레이저광원(1)으로부터 사출되는 펄스광의 강도를 조정한다. 또한, 광원제어회로(45)는 투영노광장치 전체를 통괄 제어하는 메인 컨트롤러(40)으로부터의 지령에 따라서 ArF 엑시머 레이저광원(1)을 제어한다.

셔터(2)는 예를 들면 웨이퍼 또는 레티클의 교환중에 조명광로를 닫고, 이에 의해 ArF 엑시머 레이저광원(1)이 자기발진하고, 펄스광의 중심파장, 파장폭 및 강도의 적어도 하나를 포함하는 빔특성을 안정화(조절)한다.

터릿판(TP)은 6개의 ND필터(도 1에서는 ND1, ND2만 도시)를 유지하고 있고, 메인 컨트롤러(40)로 제어된 모터(MT1)에 의해서 터릿판(TP)을 회전시킴에 의해, 6개의 필터가 각각 회전 가능하게 조명광로 내에 배치되게 되어있다.

여기서, 6개의 ND필터는 웨이퍼(25)상의 레지스트 감도, ArF 엑시머 레이저광원(1)의 강도의 편차 및 웨이퍼(25)상의 1점에 조사해야 할 펄스광의 수(노광 펄스 수)에 따라서 적절하게 선택된다. 이 중 노광 펄스 수라 함은, 가변 시야 조리개(12)에 의해서 규정되는 레티클(16)상의 조명영역과 투영광학계(23)에 관해서 공역(共役)인 영역(즉, 조명영역 내에 존재하는 레티클(16)의 패턴의 부분상이 투영되는 영역)을, 웨이퍼(25)상의 1점이 그 주사방향에 따라 가로 지르는 사이에 상기 1점에 조사되는 펄스광의 수이다.

또한, 도 1중의 터릿판(TP)의 대신에, 예를 들면 복수의 슬릿을 각각 갖는 2장의 플레이트를 대향하여 배치하고, 상기 2장의 플레이트를 슬릿의 배열방향에 상대 이동하여 펄스광의 강도를 조정하는 것이라도 좋다.

이 실시형태에서는 광원제어회로(45)에 의한 ArF 엑시머 레이저광원(1)의 발진강도의 조정과, 터릿판(TP)에 의한 펄스광의 투과율(감광율)의 조정의 적어도 한쪽에 의해서, 레티클(16) 즉 웨이퍼(25)상에서의 펄스광의 강도를 조정할 수 있게 된다.

미러(5)는 레티클(16)과 웨이퍼(25)를 동기이동하여 레티클(16)의 패턴의 상으로 웨이퍼(25)를 노광하고 있는 사이에, 모터(MT2)에 의해서 회전된다. 미러(5)의 제어방법 등에 관해서는, 예를 들면 일본국 특개평 7-142354호 공보 및 이에 대응하는 미국특허 제5, 534, 970호에 개시된다. 상기 미러(5)의 회전에 의해, 주사노광중, 가변 시야 조리개(12)에 의해서 규정되는 레티클(16)상의 조명영역 내에서 스페클(speckle) 등의 간섭줄무늬가 이동하고, 이에 의해서 웨이퍼(25)상에서의 펄스광의 적산광량분포가 거의 균일화된다.

이 방법에서는 메인 컨트롤러(40)에 의해서 제어되는 미러(5)의 회전에 따라, 레티클(16)상의 1점이 그 주사방향에 따라 그 조명영역을 가로 지르는 사이에 그 간섭줄무늬를 일회 이동시킨다. 또한, 조명영역 내에서 간섭줄무늬가 주사방향 및 그 주사방향과 직교하는 방향으로 각각 이동하도록 반사 미러(5)를 진동시키는 것이 바람직하다. 또한, 조명영역 내에서 간섭줄무늬를 레티클(16)의 주사방향에 따라 이동시킬 때는, 전후 1쌍의 펄스발광의 사이에 레티클(16)이 이동하는 거리를 고려하고, 레티클(16)상의 1점이 조명영역을 가로 지르는 사이에 상기 1점과 간섭줄무늬와의위치관계가 적절하게 변화되도록, 그 펄스발광 사이에서의 반사 미러(5)의 흔들림 각, 즉 간섭줄무늬의 이동량을 결정한다.

플라이어 렌즈(6)는 다수의 렌즈소자가 다발로 구성되어 있고, 상기 플라이어 렌즈(6)의 출사 단면측에는 이것을 구성하는 렌즈소자의 수에 대응한 다수의 광원상(2차광원)이 형성된다.

또한, 이 실시형태에서는 플라이어 렌즈(6)를 하나 마련하고 있지만, 예를 들면 일본국 특개평 1-259533호 공보 및 이에 대응하는 미국특허 제5, 307, 207호에 개시되어 있는 바와 같이, 반사 미러(5)와 터릿판(TP)과의 사이에, 제2 의 플라이어 렌즈를 마련하여도 좋다. 또한, 플라이어 렌즈(6) 대신에 내면반사형의 로드 인티그레이터를 이용하여도 좋다.

플라이어 렌즈(6)에 의해 다수의 2차광원이 형성되는 위치 부근에는, 2차광원의 형상 및 크기의 적어도 한쪽을 조절하기 위한 터릿판(7)이 마련된다.

상기 터릿판(7)은 석영성의 투명기판으로 이루어져, 도 2에 도시한 바와 같이, 서로 형상과 크기의 적어도 한쪽이 다른 복수의 개구 조리개(7a 내지 7f)가 형성된다. 이들 중에서, 원형개구를 가지는 3개의 개구 조리개(7a 내지 7c)는 σ값(코히어런트 팩터(coherent factor))를 적극적으로 변화시키기 위한 것이다. 또한, 나머지 3개의 개구 조리개(7d 내지 7f)는 투영광학계(23)의 해상력(초점 심도)을 향상시키기 위한 것이다. 개구 조리개(7d, 7e)는 서로 윤대비(輪帶比)(윤대 개구의 내경과 외경의 비)가 다른 개구를 가지는 조리개이며, 나머지 하나의 개구 조리개(7f)는 4개의 편심된 2차광원영역을 형성하기 위해서 4개의 편심된 개구를 가지는 조리개이다.

여기서, σ값에 관해서 간단히 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 조명광학계의 광로중에 삽입된 터릿판(7)상의 개구 조리개의 최주연(最周緣)(최외경)으로부터 광축(AX)에 평행하게 진행하는 주광선 Ri에 의해 결정되는 조명광학계의 개구 수를 NAi(=sinθi)로 하고, 투영광학소(23)의 개구 조리개(Ep)의 최주연으로부터 광축(AX)에 평행하게 진행하는 주광선 R0에 의해 결정되는 투영광학계(23)의 조명광학계측(레티클측)의 개구 수를 NA0(=sinθ0)라고 하면, σ값은 σ = NAi/NAO로서 정의된다. 일반적으로, 광 리소그라피공정에서의 투영노광장치의 σ값은 0.3 내지 0.8의 범위로 설정되도록 구성된다.

상기 터릿판(7)은 메인 컨트롤러(40)에 의해서 제어되어 있는 모터(8)로써 회전구동되고, 웨이퍼(25)상에 전사해야 할 레티클(16)의 패턴에 따라서 하나의 개구 조리개가 선택되어 조명광학계의 광로중에 삽입된다.

가변 시야 조리개(12)는 레티클(16)상의 조명영역을 규정하지만, 이 조명영역은 레티클(16)의 주사방향의 폭이 패턴영역보다도 좁게 되어있고, 또한 주사방향과 직교하는 방향의 폭이 패턴영역보다도 넓게 된다. 또한 조명영역은 투영광학계(23)의 광축(AX)을 중심으로하고, 투영광학계(23)의 원형의 이미지 필드 내에서 그 직경에 따라 늘어나고 있다.

또한, 메인 컨트롤러(40)에 의해서 제어되어진 모터(MT3)에 의해서, 가변 시야 조리개(12)를 구성하는 적어도 하나의 블레이드(blade)를 이동함에 의해, 가변 시야 조리개(12)의 직사각형 개구의 형상이나 크기를 변경할 수 있게 된다. 특히, 직사각형 개구의 짧은 변 방향의 폭을 변경하면 , 레티클(16)상에서의 조명영역의 주사방향의 폭이 변화되어, 이에 의해 주사노광에 웨이퍼(25)상의 1점에 조사되는 복수의 펄스광의 적산광량(노광 도즈)를 조정하는 것이 가능해진다. 이것은, 투영광학계(23)에 관해서 레티클(16)상의 조명영역과 공역인 직사각형을 웨이퍼(25)상의 1점이 그 주사방향에 따라 가로 지르는 사이에 상기 1점에 조사되는 펄스광의 수가 결과적으로 변경되기 때문이다.

또한, 이 실시형태에서는 전술한 바와 같이 광원제어회로(45)로부터 송출되는 트리거 펄스에 의해서 ArF 엑시머 레이저광원(1)의 발진주파수를 변경할 수 있고, 이에 의해 주사노광중에 웨이퍼(25)상의 1점에 조사되는 복수의 펄스광의 적산광량을 조정하는 것이 가능해지고 있다. 또한, 웨이퍼(25)( 및 레티클(16))의 주사속도를 변경함으로써도, 주사노광중에 웨이퍼(25)상의 1점에 조사되는 복수의 펄스광의 적산광량을 조정할 수 있다. 이것도 전술과 같이, 발진주파수나 주사속도의 변경에 의해, 레티클(16)상의 조명영역과 공역인 투영영역을 웨이퍼(25)상의 1점이 그 주사방향에 따라 가로 지르는 사이에 상기 1점에 조사되는 펄스광의 수가 변경되기 때문이다.

이상의 설명으로부터도 분명한 바와 같이, 이러한 주사형의 노광장치로는 웨이퍼(25)상에서의 펄스광의 강도와, 주사노광중에 웨이퍼(25)상의 각 점에 각각 조사되는 펄스광의 수와의 적어도 한쪽을 조정하고, 이에 의해서 레티클(16)의 패턴 상이 전사되는 웨이퍼(25)상의 영역 내의 각 점에 각각 조사되는 복수의 펄스광의 적산광량을 웨이퍼(25)상의 포토레지스트의 감도에 따른 적정치로 제어하고 있다. 즉, 이 실시형태에서는 ArF 엑시머 레이저광원(1)의 발진강도, 펄스광의 투과율(감광율), 웨이퍼(25)상에서의 펄스광의 폭, 광원(1)의 발진주파수 및 웨이퍼(25)의 주사속도의 적어도 하나를 조정하고, 웨이퍼(25)상의 각 점에서의 노광 도즈를 그 적정치에 또는 그 노광 도즈의 제어 정밀도를 요구 정밀도(예를 들면 ±1 내지 2%) 내로 설정할 수 있다.

투영광학계(23)의 본체부분(70)은 모두 렌즈 등의 굴절광학소자로 구성되어 있고, 투영광학계(23)의 눈동자(瞳)(입사 눈동자)의 위치에는 개구 조리개(Ep)가 배치된다. 이 개구 조리개(Ep)는 투영광학계(23)의 개구 수를 변경할 수 있도록, 메인 컨트롤러(40)에 제어된 조리개 구동장치(61)에 의해서 개구의 크기를 적절하게 변경할 수 있는 구조로 된다. 또한, 투영광학계(23) 내의 개구 조리개(Ep)와 조명광학계 내의 가변 개구 조리개(7a 내지 7g)는 광학적으로 공역(共役)인 위치에 배치된다.

투영광학계(23)의 본체부분(70)에 배치된 특정한 렌즈(70a)는 메인 컨트롤러(40)에 의해서 제어되는 렌즈구동장치(62)에 의해서 적절하게 이동 가능해지고, 이러한 렌즈(70a)의 이동에 의해, 편심 코마수차 이외의 수차(상면 만곡, 비점수차, 코마수차, 디스토션, 구면수차 등), 투영배율 및 초점위치의 적어도 하나가 조정된다.

투영광학계(23)를 구성하는 조정장치(80)는 본체부분(70)과 웨이퍼(25)와의 사이에 배치되고, 투영광학계(23)의 편심 코마수차를 보정하는 평행평면판(81)을 갖춘다. 이 평행평면판(81)은 투영광학계(23)의 광축(AX)에 거의 수직으로 배치되어 있지만, 메인 컨트롤러(40)에 제어된 평행판구동장치(63)에 의해서 적절하게 이동 가능해지고 있다. 예를 들면, 평행평면판(81)을 광축(AX)에 수직한 면에서 약간 기울이는 것에 의해, 본체부분(70)에서 생긴 편심 코마수차만을 독립적으로 보정할 수 있다. 즉, 평행평면판(81)의 법선이 광축(AX)과 이루는 경사각과, 평행평면판(81)의 경사 방향과의 적어도 한쪽을 조정함으로써, 다른 수차 등으로부터 독립하여 투영광학계(23)의 편심 코마수차만을 독립적으로 보정할 수 있다. 이러한 편심 코마수차의 보정은 웨이퍼(25)의 노광조건의 변화에 따라서 적절하게 재조정이 행하여진다. 구체적으로는, 노광조건으로서 2차광원의 크기나 형상, 터릿판(7)의 개구 조리개(7a 내지 7f)의 변경, 레티클(16)상의 패턴의 종류 및 투영광학계(23)의 개구 수의 적어도 하나를 변경한 경우, 평행판 구동장치(63)를 구동하여 투영광학계(23)의 편심 코마수차가 최소한으로 되도록 보정을 행한다.

레티클(16)은 레티클 홀더(17)에 의해 레티클 스테이지(18)에 유지 고정된다. 레티클 스테이지(18)는 도 1의 지면(紙面)과 직교하는 면 내에 따라 2차원적으로 이동하도록 베이스(22)에 부착된다. 레티클 홀더(17)에는 미러(21)가 설치되어, 레이저 간섭계(20)로부터의 레이저광이 미러(21)에서 반사되어져 레이저 간섭계(20)에 입사한다. 이러한 레이저 간섭계(20)에 의해, 레티클 스테이지(18)의 위치가 계측된다. 이 위치정보는 메인 컨트롤러(40)에 입력되고, 이 위치정보에 기초하여 메인 컨트롤러(40)은 레티클 스테이지 구동용 모터(19)를 구동하여, 레티클(16)의 위치, 주사노광중인 레티클(16)의 속도 등을 제어하고 있다.

웨이퍼(25)는 웨이퍼 홀더(26)에 의해 웨이퍼 스테이지(27)에 유지 고정된다. 웨이퍼 스테이지(27)은 도 1의 지면과 직교하는 면 내에 따라 2차원적으로 이동하도록 마련된다. 웨이퍼 스테이지(27)에는 미러(31)가 설치되고, 레이저 간섭계(30)로부터의 레이저광이 미러(31)에서 반사되어 레이저 간섭계(30)에 입사한다. 이러한 레이저 간섭계(30)에 의해 웨이퍼 스테이지(27)의 위치가 계측된다. 이 위치정보는 메인 컨트롤러(40)에 입력되고, 이 위치정보에 기초하여 메인 컨트롤러(40)는 웨이퍼 스테이지구동용 모터(29)를 구동하여, 웨이퍼(25)의 위치 및 주사노광중인 웨이퍼(25)의 속도 등을 제어하고 있다. 웨이퍼 스테이지(27)상에는 조도센서(광전 검출기)(28)가 마련되어, 웨이퍼(25)에 조사되는 노광광의 조도가 검출된다. 이 조도센서(28)의 검출신호는 메인 컨트롤러(40)에 입력된다.

이 실시형태의 투영노광장치에서는 조명광학계를 질소가스, 헬륨 등의 불활성가스 분위기중에 배설한다. 그 때문에, 예를 들면 일본국 특개평 6-260385호 공보 및 이에 대응하는 미국특허 제5, 559, 584호에 개시되어 있는 바와 같이, 도시하지 않은 조명광학계의 광체(筐體)에 불활성가스를 공급하는 불활성가스 공급장치와, 광체로부터 오염된 불활성가스를 배출하는 불활성가스 배출장치가 마련된다. 또한, 투영광학계(23)를 구성하는 복수의 광학소자 사이에 형성되는 복수의 공간에도 질소가스 등의 불활성가스를 공급하고, 오염된 불활성가스를 복수의 공간에서 배출한다. 그 때문에, 불활성가스 공급장치(41)와 불활성가스 배출장치(42)가 마련되고, 가스공급장치(41)는 파이프(43)를 개재하여 투영광학소(23)의 내부에 건조한 질소 등의 불활성가스를 공급하고, 배출장치(42)는 투영광학계(23)의 내부의 기체를 파이프(44)를 통하여 외부에 배출한다.

도 3(a), 3(b)는 투영광학계(23)의 하단부에 배치되는 조정장치(80)의 구조를 설명하는 도면이다. 도 3(a)은 측방의 단면구조를 모식적으로 도시하고, 도 3(b)는 측면의 구조를 도시한다. 도시한 바와 같이, 조정장치(80)는 평행평면판(81)을 내부에 유지 고정하기 위한 금구인 제1 부재(82)와, 이 제1 부재(82)와 본체부분(70)와의 사이에 배치되는 금구인 제2 부재(83)를 구비한다.

제1 부재(82)와 제2 부재(83)는 광축(AX)에 수직한 면에서 약간 기울어진 접합(摺合)면(86)을 개재하여 활주 가능하게 연결되어 있고, 양 부재(82, 83)를 광축(AX)의 주위에 상대적으로 회전시킴에 의해, 광축(AX)에 대한 평행평면판(81)의 법선의 경사각을 조절할 수 있도록 된다. 또한, 광축(AX)과 접합면(86)과의 경사각은 평행평면판(81)의 법선의 광축(AX)에 대한 최대의 경사각의 1/2로 설정된다. 즉, 도시한 상태로 부터 제1 부재(82)가 제2 부재(83)에 대하여 180°회전하면, 평행평면판(81)의 법선의 광축(AX)에 대한 경사각은 광축(AX)과 접합면(86)과의 경사각의 2배가 된다.

제2 부재(83)와 본체부분(70)과는 광축(AX)에 수직한 접합면(87)을 개재하여 활주 가능하게 연결되어 있고, 제2 부재(83) 및 본체부분(70)을 광축(AX)의 주위에 상대적으로 회전시킴에 의해, 광축(AX)에 대한 평행평면판(81)의 법선의 경사방향이 조절 가능하게 된다.

제1 부재(82)와 제2 부재(83)의 상대적인 회전위치는 제1 부재(82)의 상단 주위에 마련한 눈금환(84)을 제2 부재(83)의 하단의 1개소에 마련한 지표(89)로 읽어내는 것에 의해 시각적으로 검출할 수 있다. 또한, 제2 부재(83)의 본체부분(70)과의 상대적인 회전위치는 제2 부재(83)의 상단 주위에 마련한 눈금환(87)을 본체부분(70)의 하단의 일개소에 마련한 지표(89)에서 읽어내는 것에 의해 시각적으로 검출할 수 있다.

구동장치(63)에 마련한 제1 구동부(63a)는 제1 부재(82)와 제2 부재(83)의 상대적인 회전위치를 조정하고, 평행평면판(81)을 광축(AX)에 수직한 면에서 소망의 각도만을 기울인다. 이에 의해, 본체부분(70)에서 생긴 특정방향의 편심 코마수차만을 독립적으로 보정할 수 있다. 한편, 제2 구동부(63b)는 제1 부재(82)와 본체부분(70)의 상대적인 회전위치를 조정하고, 평행평면판(81)의 경사방향을 적절하게 설정한다. 이에 의해, 편심 코마수차의 보정방향을 조절할 수 있다. 또한, 제1 부재(82)와 제2 부재(83)의 상대적인 회전위치나, 제1 부재(82)와 본체부분(70)의 상대적인 회전위치는 양 구동부(63a, 63b)에 의한 구동량을 모니터함에 의해 전기적으로 검출할 수도 있다. 예를 들면, 제1 부재(82)와 제2 부재(83)와의 상대적인 회전위치를 양 구동부(63a)의 구동량에 기초하여 검출함에 의해, 이 회전위치를 제1 부재(82)의 경사각으로 환산할 수 있다.

또한, 도시를 생략하고 있지만, 제1 부재(82)와 제2 부재(83)를 광축(AX)을 중심으로 한 임의의 각도로 확실히 고정할 수 있도록, 제1 부재(82)측에 고정용의 작은나사 길이의 구멍이 가공된다. 또한, 제2 부재(83)와 본체부분(70)을 광축(AX)을 중심으로 한 임의의 각도로 확실히 고정할 수 있도록, 제2 부재(83)측에 고정용의 작은나사 길이의 구멍이 가공된다.

도 4는 제1 부재(82)에 유지되어 있는 평행평면판(81)의 경사각과 편심 코마수차의 발생 및 보정과의 관계를 개념적으로 설명하는 도면이다. 예를 들면, 실선으로 도시한 바와 같이 평행평면판(81)과 웨이퍼(25)가 평행으로 되어 있는 경우는 본체부분(70)으로부터의 노광용의 레이저광(LB)는 웨이퍼(25)상의 점(P1)에 결상하는 것으로 한다. 이 상태로부터 평행평면판(81)을 2점쇄선으로 도시한 바와 같이 약간 기울이면, 노광용의 레이저광(LB)는 편심 코마수차에 의해서 점(P1)에 결상하지 않게 된다. 구체적으로는, 레이저광(LB) 중 광축(AX)에 따라 진행하여 온 빛은 평행평면판(81)에 의해서 평행이동하여 점(P1)의 부근의 점(P2)에 결상하지만, 레이저광(LB) 중 개구각으로 진행하여 온 빛은 평행평면판(81)의 비교적 큰 작용을 받아 평행이동하고, 점(P2)보다도 점(P1)으로부터 떨어진 점(P3)에 결상한다. 즉, 본체부분(70)에 의해서 편심 코마수차가 발생하지 않았다고 하여도, 평행평면판(81)을 기울임에 의해 편심 코마수차가 생겨 버린다. 이것은, 2점쇄선으로 도시한 레이저광(LB)과 같은 편심 코마수차가 생기고 있었던 경우, 평행평면판(81)을 시계방향으로 회전시킴에 의해 편심 코마수차를 보정할 수 있는 것을 의미한다.

〔제1 실시형태의 변형예〕

도 5는 본 예의 투영노광장치의 요부를 개념적으로 설명하는 도면이다. 도 5의 투영노광장치에서는 조정장치(80)에 마련한 평행평면판(81)을 광축(AX)에 수직한 면에 대하여 기울이기 위해서, 마이크로미 헤드(182)와 액추에이터(actuator)(183)로 이루어지는 미세조정기구를 마련된다. 이 미세조정기구에 의하면, 평행평면판(81)을 본체부분의 광축(AX)의 주위로 회전시키지 않고, 다른 수차를 발생시킬 가능성을 낮게 할 수 있다.

투영광학계를 구성하는 본체부분(70)의 하부에 고정된 대좌(臺座)(185)는 도시를 생략하는 장치에 안내되어 평행 평판 유지실(186)에 대하여 광축방향으로 상대적으로 이동 가능하게 된다. 대좌(185)와 평행 평판 유지실(186)과의 거리는, 대좌(185)의 주위 3개소에 고정된 3개의 마이크로미터 헤드(182)를 액추에이터(183)에 의해서 구동함에 의해 조절할 수 있다. 이 때에, 각 마이크로미터 헤드(182)의 구동량을 불균등하게 하고, 대좌(185)의 하면에서의 스핀들(184)의 돌출량을 다르게 하면, 평행 평판 유지실(186)에 고정 유지된 평행평면판(81)을 광축(AX)에 수직한 면에 대하여 임의의 방향으로 임의의 각도만큼 기울일 수 있다. 또한, 마이크로미터 헤드(182)의 구동량과 평행평면판(81)의 경사각 및 방향과는 일정한 관계에 있기 때문에, 필요한 경사각 및 방향을 메인 컨트롤러(40)에 설정함에 의해, 미리 구하여 놓은 계산식에 기초하여 각 마이크로미터 헤드(182)의 구동량을 산출할 수 있다.

도 6(a)는 도 5에 도시한 투영광학계의 평면도이며, 도 6(b)는 투영광학계의 하부에 마련한 평행 평판 유지실(186)의 평면도이다. 마이크로미터 헤드(182)는 도 6(a)에 도시한 바와 같이, 본체부분(70)의 하단에 고정한 대좌(185)의 주위를 균등하게 구분하는 위치에 배치된다. 또한, 마이크로미터 헤드(182)의 스핀들(184)은 평행 평판 유지실(186)에 대하여, 도 6(b)에 도시한 바와 같은 위치에서 당접한다. 즉, 평행 평판 유지실(186)상에 대좌(185) 및 본체부분(70)이 3점지지된 상태로 재치되어 있게 된다.

도 5에 되돌아가, 콘덴서 광학계(15)와 레티클(16)의 사이에는 광량 그 밖의 조명조건을 검출하는 센서(14)가 배치된다. 이 센서(14)로 검출된 조명조건의 변화는 메인 컨트롤러(40)에 전달된다. 메인 컨트롤러(40)는 센서(14) 등에서 검출된 조명조건의 변화에 따라서 액추에이터(183)를 구동하여, 평행평면판(81)의 경사각 및 방향을 적절하게 조절한다.

그런데, 도 1에서는 평행평면판(81)의 경사각 및 방향을 조절하는 제1 및 제2 부재(82, 83)의 회전을, 도 5에서는 마이크로미터 헤드(182)의 구동을 작업자가 수작업에 의해서 할 수 있다. 단, 상기 실시형태와 같이 노광조건의 변화에 따라서 자동적으로 평행평면판(81)을 기울여, 작업자를 개재시키지 않고 수차 보정을 하는 쪽이, 스루풋의 저하를 야기하지 않고 노광이 가능하다고 하는 점에서 유리하다.

이상의 실시형태에서는 투영광학계의 감광기판측에 투영광학계의 광축에 거의 수직으로 배치되는 평행평면판과, 투영광학계의 광축에 대한 평행평면판의 법선의 경사각과 평행평면판의 경사방향과의 적어도 한쪽을 조정하는 조정장치를 구비한다. 이 때문에, 투영광학계의 편심 코마수차를 다른 수차로부터 독립적으로 간이하게 보정할 수 있고, 편심 코마수차의 보정에 의해서 다른 수차를 상대적으로 악화시킨다고 하는 부작용이 생기기 어렵다.

또한, 다른 태양에 의하면 마스크의 패턴에 따라서 2차광원의 크기와 형상의 적어도 한쪽을 변경하는 조명광학계를 더욱 구비하고, 조정장치가 2차광원의 변경에 연동하여 상기 평행평면판의 경사각 및 경사방향의 적어도 한쪽을 조정한다. 이 때문에, 2차광원의 변경에 따라 조명조건이 변화되어, 편심 코마수차의 보정의 전제 조건이 변화된 경우에도, 이러한 전제조건의 변화에 대응하여 편심 코마수차를 알맞게 보정할 수 있고, 노광장치의 노광성능의 악화를 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 다른 태양에 의하면 마스크의 패턴으로 감광기판을 노광하는 투영노광장치는 마스크와 감광기판의 각각과 거의 직교하는 광축에 따라 배열되는 복수의 광학소자와, 감광기판측에 배치되는 평행평면판을 갖는 투영광학계와, 감광기판의 노광조건의 변경에 따라서 평행평면판을 이동하여 투영광학계의 수차를 조정하는 조정장치를 구비한다. 이 때문에, 노광조건이 변화된 경우에 이러한 전제조건의 변화에 대응하여 편심 코마수차 등을 보정할 수 있고, 노광장치의 노광성능의 악화를 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 바람직한 태양에 의하면, 조정장치가 평행평면판을 실질적으로 회전시키지 않고 투영광학계의 광축과 수직한 면에 대하여 상대적으로 기울여, 투영광학계의 편심 코마수차를 조정한다. 이 때문에, 노광조건의 변동에 동반하여, 편심 코마수차의 보정의 전제조건이 변화된 경우에 이러한 전제조건의 변화에 대응하여 편심 코마수차를 알맞게 보정할 수 있고, 노광장치의 노광성능의 악화를 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 바람직한 태양에 의하면 편심 코마수차이외의 투영광학계의 수차, 투영배율 및 초점위치의 적어도 하나를 조정하기 위해서, 투영광학계의 복수의 광학소자의 적어도 하나를 이동하는 구동장치를 더욱 구비한다. 이 때문에, 편심 코마수차를 알맞게 보정하면서 투영광학계에 의한 결상을 알맞은 것으로 할 수 있다.

또한, 바람직한 태양에 의하면 마스크의 패턴에 따라서 2차광원의 크기와 형상의 적어도 한쪽을 변경하는 조명광학계와, 조명광학계의 개구 수를 가변으로 하는 개구 조리개를 더욱 구비하여, 감광기판의 노광조건이 2차광원의 크기와 형상, 마스크상의 패턴의 종류 및 투영광학계의 개구 수의 적어도 하나를 포함하기 때문에, 편심 코마수차 등을 알맞게 보정하면서, 상기와 같은 각종노광조건을 적절하게 변경할 수 있다.

또한, 다른 태양에 의하면 마스크의 패턴으로 감광기판을 노광하는 투영노광장치는 마스크와 감광기판의 각각과 거의 직교하는 광축에 따라 배열되는 평행평면판을 갖는 투영광학계와, 투영광학계의 광축과 수직한 면에 대하여 평행평면판을 기울이는 구동기구를 구비한다. 이 때문에, 노광조건의 변동에 동반하여, 편심 코마수차의 보정의 전제조건이 변화된 경우에 이러한 전제조건의 변화에 대응하여 편심 코마수차를 알맞게 보정하면서, 노광장치의 노광성능의 악화를 효과적으로 방지할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제2 실시형태에 관하여 도면을 참조하여 설명한다. 이하의 실시형태는 스텝 앤드 스캔방식의 투영노광장치로 노광을 하는 경우에 본 발명을 적용한 것이다.

[제2 실시형태]

도 7은 본 예에서 사용되는 스텝 앤드 스캔방식의 투영노광장치를 도시한다. 도 7에 있어서, KrF 엑시머 레이저광원 또는 ArF 엑시머 레이저광원 등으로 이루어지는 노광광원(201)으로부터 사출된 자외 펄스광으로 이루어지는 노광광은 도시하지 않은 빔 정형광학계, 광량 감쇠기 등을 지나서 플라이어 렌즈(204)에 입사한다. 플라이어 렌즈(204)의 사출면에는 조명계의 개구 조리개판(205)이 회전자재로 배치되고, 개구 조리개판(205)의 회전축의 주위에는 도 10에 도시한 바와 같이, 보통 조명용의 원형의 개구 조리개(205a), 작은 코히어런스 팩터(coherence factor)(σ값)용의 작은 원형의 개구 조리개(205b), 윤대 조명용의 윤대상의 개구 조리개(204) 및 복수의 편심된 소개구로 이루어지는 변형 조명용의 개구 조리개(205b)가 배치된다. 또한, 필요에 따라서 더욱 많은 조명계 개구 조리개를 마련하여도 좋다.

다시, 도 7을 참조하면, 장치 전체의 동작을 통할 제어하는 주 제어계(234)가 구동 모터(206)를 개재하여 개구 조리개판(205)을 회전함으로써, 플라이어 렌즈(204)의 사출면에 소망의 조명계 개구 조리개를 배치할 수 있도록 구성된다. 주 제어계(234)에는 후술하는 바와 같이 레티클의 변형량이나 결상특성의 보정량 등을 계산하기 위한 컴퓨터도 포함된다.

플라이어 렌즈(204)의 사출면의 개구 조리개를 통과한 노광광(IL)의 일부는 빔 스플리터(207)에서 반사된 후, 광전 검출기로서 이루어지는 인티그레이터 센서(208)에 입사한다. 인티그레이터 센서(208)의 검출신호는 주 제어계(234)에 공급되고, 주 제어계(234)는 그 검출신호에 의해 노광광(IL)의 웨이퍼(220)의 표면에서의 조도(펄스 에너지) 및 웨이퍼(220)상의 각 점에서의 적산노광량을 간접적으로 모니터한다. 그리고, 이와 같이 모니터되는 조도 또는 적산노광량이 목표치가 되도록 주 제어계(234)는 전원장치(203)를 개재하여 노광광원(201)의 출력을 제어하는 동시에, 도시하지 않은 광량 감쇠기에서의 노광광의 감쇠율 등을 제어한다.

한편, 빔 스플리터(207)를 투과한 노광광(IL)은 도시하지 않은 릴레이 렌즈, 레티클 블라인드(210), 광로 절곡용의 미러(212) 및 콘덴서 렌즈(213)를 지나서, 레티클(214)의 패턴면(하면)에 마련된 패턴영역 내의 직사각형의 조명영역을 조명한다. 레티클(214)의 조명영역 내의 패턴은 투영광학계(216)를 개재하여 소정의 투영배율 β(β은 1/4, 1/5 등)로 레지스트가 도포된 웨이퍼(220)상의 노광영역에 축소 투영된다. 투영광학계(216) 내의 레티클(214)의 패턴면에 대한 광학적 푸리에(Fourier) 변환면(눈동자면) 내에는 개구 조리개(217)가 배치되어 있고, 주 제어계(234)가 구동계(233)를 개재하여 개구 조리개(217)의 개구경을 제어함으로써, 투영광학계(216)의 개구 수 NA가 설정된다.

또한, 레티클 블라인드(210)의 배치면은 레티클(214)의 패턴면과 거의 공역이며, 레티클 블라인드(210)의 개구 형상에 의해서 레티클(214)상에서의 직사각형의 조명영역의 형상 및 크기가 설정된다. 본 예에서는 주 제어계(234)가 구동계(211)를 개재하여 레티클 블라인드(210)의 개구 형상을 제어할 수 있고, 이에 의해서 레티클(214)상에서의 조명영역의 주사방향 및 이에 직교하는 비주사방향의 폭을 조정할 수 있게 된다. 그 조명영역의 폭의 제어에 의해서 웨이퍼(220)상에서의 주사방향 및 비주사방향의 조도가 조정될 수 있다. 또한, 도시하지 않은 것이지만, 레티클 블라인드(210)(고정 블라인드)의 부근에, 주사노광의 시작 직후 및 종료 직전에 불필요한 부분에의 노광을 막기 위해서, 레티클 블라인드(210)의 개구부를 덮기 위한 가동 블라인드도 구비하고 있다. 단, 이 가동 블라인드의 기능을 레티클 블라인드(210)로 겸용하여도 좋다. 이하, 투영광학계(216)의 광축(AX)에 평행하게 Z축을 취하고, Z축에 수직한 평면 내에서 주사노광시의 주사방향(도 7의 지면에 수직한 방향)에 따라 Y축을 취하고, 비주사방향(도 7의 지면에 평행한 방향)에 따라 X축을 취하여 설명한다.

우선, 레티클(214)은 레티클 스테이지(215)상에 유지된다.

도 11은 레티클 스테이지(215)의 구동기구를 도시하고, 이 도 11에 있어서 레티클 스테이지(215)는 미동(微動) 스테이지(248)상에서 회전자재로 재치 되고, 미동 스테이지(248)는 조동(조동) 스테이지(250)상에 구동 모터(251)에 의해서 X방향으로 미동할 수 있도록 재치 된다. 조동 스테이지(250)는 Y방향(주사방향)에 따라 배치되어진 1조의 가이드(252)상에 에어 베어링을 개재하여 설치되고, 조동 스테이지(250)는 가이드(252)에 따라 예를 들면 리니어 모터에 의해서 Y방향으로 연속 이동한다. 미동 스테이지(248)에 대하여 레티클 스테이지(215)는 회전기 구(249)를 개재하여 연결되고, 레티클 스테이지(215)는 3개소의 인장 코일스프링(260)에 의해서 회전기구(249)측에 부세되어 있고, 회전기구(249)에 의해서 레티클 스테이지(215)는 미동 스테이지(248)에 대하여 회전한다. 즉, 레티클 스테이지(215)는 Y방향으로 연속 이동할 수 있는 동시에, X방향, Y방향, 회전방향으로 미동할 수 있도록 지지된다.

또한, 레티클 스테이지(215)상의 -Y방향의 단부 및 +X방향의 단부에 각각 Y축의 이동거울(254) 및 X축의 이동거울(253)이 고정되고, 이동거울(254)에는 도시하지 않은 Y축의 예를 들면 2축의 레이저 간섭계에 의해 레이저 빔이 조사되고, 이동거울(253)에는 도시하지 않은 X축의 레이저 간섭계에 의해 레이저 빔이 조사되고, 이들의 레이저 간섭계에 의해서 레티클 스테이지(215)의 X좌표, Y좌표 및 회전각이 계측된다. 이들의 계측치는 도 7의 주 제어계(234)에 공급되고, 주 제어계(234)는 이들의 계측치에 기초하여 도시하지 않은 리니어 모터 등을 개재하여 레티클 스테이지(215)의 이동속도 및 위치를 제어한다.

다시, 도 7을 참조하면, 웨이퍼(220)는 도시하지 않은 웨이퍼 홀더상에 흡착 유지되고, 웨이퍼 홀더는 시료대(221)상에 고정되고, 시료대(221)상의 웨이퍼(220)(웨이퍼 홀더)의 부근에는 광전 검출기로서 이루어지는 조사량 모니터(228)가 부착되고, 조사량 모니터(228)의 검출신호가 주 제어계(234)에 공급된다. 그리고, 시료대(221)는 이 시료대(221)를 Y방향으로 연속이동하고, X방향, Y방향으로 스텟핑 구동하는 웨이퍼 스테이지(222)상에 고정된다. 웨이퍼 스테이지(222)에는 시료대(221)의 Z방향의 위치(포커스위치) 및 경사각을 제어하는 Z스테이지기구도 갖추어지고 있다.

투영광학계(216)의 측면에 송광계(送光系)(226) 및 수광계(227)로 이루어지는 오토 포커스 센서(이하, 「AF센서(226, 227)」라고 부른다)가 배치되어, 송광계(226)로부터 웨이퍼(220)의 표면에 비스듬히 투영되는 복수의 슬릿상을 수광계(227)로 재 결상하고, 재 결상된 상의 옆 어긋남량을 검출함으로써, 그것들의 슬릿상이 투영된 복수의 계측점에서의 포커스위치가 검출되고, 검출 결과가 웨이퍼 스테이지 구동계(225)에 공급된다. 웨이퍼 스테이지 구동계(225)는 AF센서(226, 227)에 의해서 검출되는 복수의 포커스위치가 주 제어계(234)보다 미리 입력되어 있는 투영광학계(216)의 상면(像面)의 위치에 합치하도록, 오토 포커스 방식 및 오토 레벨링방식으로 웨이퍼 스테이지(222) 내의 Z스테이지기구를 구동한다.

또한, 웨이퍼 스테이지(222)상에 직교하는 반사면을 갖는 이동거울(223)이 고정되어지고, 외부의 3축의 레이저 간섭계(224)로부터 이동거울(223)에 레이저 빔이 조사되어져, 그것들의 레이저 간섭계에 의해서 시료대(221)(웨이퍼(220))의 X좌표, Y좌표 및 회전각이 계측되고, 이 계측치가 웨이퍼 스테이지 구동계(225) 및 주 제어계(234)에 공급된다.

웨이퍼 스테이지 구동계(225)는 레이저 간섭계(224)의 계측치 및 주 제어계(234)로부터의 제어정보에 기초하여 웨이퍼 스테이지(222)를 X방향, Y방향으로 구동한다.

주사노광시에는 레티클 스테이지(215)를 개재하여 레티클(214)을 직사각형의 조명영역에 대하여 +Y방향(또는 -Y방향)으로 속도 VR로서 이동하는 것과 동기하고, 웨이퍼 스테이지(222)를 개재하여 웨이퍼(220)를 직사각형의 노광영역에 대하여 -Y방향(또는 +Y방향)으로 속도 β·VR(β는 레티클(214)로부터 웨이퍼(220)에의 투영배율)로 이동함으로써, 레티클(214)의 패턴영역 내의 패턴상이 웨이퍼(220)상의 하나의 쇼트(shot)영역에 축차전사된다. 그 후, 웨이퍼 스테이지(222)를 스테핑시켜 웨이퍼(220)상의 다음 쇼트영역을 주사 시작 위치로 이동하고, 주사노광을 한다고 하는 동작이 스텝·앤드. 스캔방식으로 되풀이되고, 웨이퍼(220)상의 각 쇼트영역에의 노광이 행하여진다. 이 때에, 인티그레이터 센서(208)의 검출신호에 기초하여, 주 제어계(234)가 각 쇼트영역상의 각 점에 대한 노광량을 소정의 목표치로 제어한다.

그런데, 이러한 주사노광을 계속하면 노광광(IL)의 조사열(熱)에 의해서 레티클(214) 및 투영광학계(216)를 구성하는 각 광학부재가 팽창 또는 변형되고, 이들에 따라서 웨이퍼(220)상에 투영되는 투영상의 배율 및 여러가지 수차 등의 결상특성도 점차로 변화되어 버려, 이대로는 목표로 하는 투영상이 노광되어 버린다. 또한, 대기압 등의 환경조건의 변화에 의해서도 결상특성이 변화된다. 이러한 결상특성의 변동을 피하기 위해서, 본 예의 투영노광장치에는 노광광(IL)의 조사량이나 환경조건의 계측기구 및 투영상의 결상특성의 보정기구가 갖추어지고 있다.

[노광광의 조사량 계측기구]

우선, 노광광(IL)의 조사량의 계측기구의 일부가 시료대(221)상의 조사량 모니터(228)이다. 조사량 모니터(228)는 실제로 투영광학계(216)를 통과한 노광광(IL)의 광량을 측정할 수 있도록 구성되어 있고, 투영광학계(216)의 상면의 위치(베스트 포커스위치)가 변화되더라도, 웨이퍼 스테이지(222)를 Z방향으로 구동하는 것으로서, 조사량 모니터(228)의 수광면을 그 베스트 포커스위치에 위치 결정할 수 있게 된다.

조사량 모니터(228)로서는 실리콘 포토다이오드나 포토 멀티플라이어를 사용할 수 있다. 또한, 본 예에서는 웨이퍼 스테이지(222)상에 조사량 모니터(228)가 설치되어 있지만, 웨이퍼 스테이지(222)상에는 집광광학계만을 넣고, 상기 집광광학계에서 집광된 노광광을 릴레이광학계 또는 광파이버 등을 개재하여, 외부의 조사량 모니터(228)에 안내되도록 하여도 좋다. 이 경우, 조사량 모니터(228)를 웨이퍼 스테이지(222)상에 설치하지 않더라도 해결되기 때문에, 조사량 모니터(228)의 발열에 의한 웨이퍼 스테이지(222)의 위치 결정 정밀도 등의 악화를 막을 수 있다.

또한, 본 예에 있어서, 웨이퍼(220)에서 반사된 노광광(IL)은 투영광학계(216), 레티클(214) 및 콘덴서 렌즈(213) 등을 지나서 빔 스플리터(207)에 되돌아가고, 빔 스플리터(207)에서 반사된 광속이 광전 검출기로 이루어지는 반사율 센서(209)에 입사하고, 반사율 센서(9)의 검출신호가 주 제어계(234)에 공급된다. 주 제어계(234)는 반사율 센서(209)의 검출신호에 의해 웨이퍼(220)의 반사율을 산출한다. 조사량 모니터(228)로 계측되는 노광광(IL)의 조도(펄스 에너지)와, 이 조도에 반사율 센서(209)를 개재하여 검출되는 반사율을 곱하여 얻어지는 조도와의 합에 의해, 투영광학계(216)를 통과하는 노광광(IL)의 단위시간당의 에너지가 구하여진다.

또한, 예를 들면 도 7에 있어서 투영광학계(216)를 통과한 광량을 조사량 모니터(228)를 이용하여 계측하는 경우, 도중에 레티클(214)이 배치되어 있기 때문에, 레티클(214)의 투과율 변동의 영향도 받아 버린다. 상기 레티클(214)의 투과율 변동의 영향을 피하기 위해서, 레티클 스테이지(215)상에는 투과창이 마련된다.

즉, 도 11에 도시한 바와 같이, 레티클 스테이지(215)상에서 레티클(214)을 주사방향(Y방향)에 끼우는 2개소에 관통구멍으로서 이루어지는 광 투과창(255 및 256)이 형성된다. 그리고, 웨이퍼 스테이지(222)측에서 노광영역 내에 조사량 모니터(228)를 배치해 둬, 레티클(214)을 +Y방향으로 주사하는 경우에는, +Y방향측의 광 투과창(255)이 노광광의 조명영역에 있을 때에, 조사량 모니터(228)의 검출신호를 받아 들이고, 레티클(214)을 -Y방향으로 주사하는 경우에는, -Y방향측의 광 투과창(256)이 노광광의 조명영역에 있을 때에, 조사량 모니터(228)의 검출신호를 받아들임으로써 레티클(214)을 개재하지 않고서, 투영광학계(216)를 통과한 광량을 검출할 수 있다.

또한, 레티클 스테이지(215)상에서 광 투과창(256)의 부근에 광전 검출기로서 이루어지는 조도센서(257)가 설치되고, 이 조도센서(257)의 부근에 레티클(214)상에서의 조명영역보다도 큰 면적의 기준반사판(258)이 설치된다. 조도센서(257)의 검출신호는 도 7의 주 제어계(234)에 공급되어 있고, 조도센서(257)에 의해서 레티클(214)상에서의 노광광(IL)의 조도를 고정밀도로 검출할 수 있다. 한편, 기준반사판(258)을 노광광(IL)의 조명영역에 설치한 상태로, 도 7의 반사율 센서(209)의 검출신호를 받아들임에 의해, 레티클(214)이나 투영광학계(216)의 투과율 변동의 영향을 받는 일 없이, 빔 스플리터(207) 이후의 조명광학계의 투과율 변동을 계측할 수 있다.

또한, 도 11의 조도센서(257)로서도, 실리콘 포토다이오드 또는 포토 멀티플라이어 등이 사용될 수 있다. 그리고, 조도센서(257)에 관해서도 레티클 스테이지(215)상에는 집광광학계만을 넣어, 상기 집광광학계에서 집광된 노광광을 릴레이광학계 또는 광파이버 등을 개재하고, 외부의 조도센서(257)에 이끌도록 하여도 좋다. 이 경우, 조도센서(257)를 레티클 스테이지(215)상에 설치하지 않더라도 해결되기 때문에, 조도센서(257)의 발열에 의한 레티클 스테이지(215)의 위치 결정 정밀도 등의 악화를 막을 수 있다.

또한, 환경조건의 계측기구로서 도 7에 있어서 우선, 투영광학계(216)의 내부(거울통의 안쪽)에는 기압센서(229)가 마련되어 있고, 기압센서(229)의 계측치가 주 제어계(234)에 공급된다. 또한, 투영광학계(216)의 부근에 마련된 온도센서(230), 기압센서(231) 및 습도센서(232)에 의해서 각각 계측되는 투영광학계(216)를 둘러싸는 기체의 온도, 기압 및 습도의 정보도 주 제어계(234)에 공급된다.

[결상특성의 보정기구]

다음에, 본 예의 결상특성의 보정기구에 관하여 설명한다. 도 7에 있어서 투영광학계(216)의 내부에는 결상특성보정부(218)가 마련되고, 주 제어계(234)가 결상특성 제어부(219)를 개재하여 결상특성보정부(218)를 구성하는 소정의 렌즈를 변위시킴에 의해, 소정의 결상특성이 보정할 수 있도록 구성된다. 이하에서는, 결상특성보정부(218)의 구성에 대해 도 8을 참조하여 설명한다.

도 8은 본 예의 투영노광장치의 투영광학계(216)의 내부 구성을 도시하고, 이 도 8에 있어서 투영광학계(216)를 구성하는 복수의 렌즈군 내의 5개의 렌즈군(236 내지 240)이 대응하는 압전소자(피에조(piezo)소자 등) 등으로 이루어지는 신축자재의 구동소자(242 내지 246)에 의해서 구동할 수 있도록 지지된다. 구동소자(242 내지 246)는 각각 3개의 구동소자로서 구성되고, 대응하는 렌즈군(236 내지 240)을 투영광학계(216)의 광축방향으로 이동할 수 있는 동시에, 그 광축에 수직한 면에 대하여 경사시킬 수 있고, 이에 의해서 대응하는 결상특성이 변화된다. 도 7의 주 제어계(234)로부터 소정의 결상특성의 보정량의 정보가 결상특성 제어부(219)에 공급되면, 결상특성 제어부(219)에서는 대응하는 구동소자(242 내지 246)를 그 보정량에 따른 량만큼 구동한다. 이에 의해서, 그 소정의 결상특성이 보정된다.

이 경우, 레티클(214)측의 2개의 렌즈군(236, 237)은 구동소자(243)에 의해서 통합하여 구동할 수 있도록 구성되고, 웨이퍼(220)측의 3개의 렌즈군(238, 239, 240)은 각 렌즈군을 단독으로 구동할 수 있고, 각각 하나의 렌즈군의 구동으로 그 위쪽 및 아래쪽의 2개의 렌즈군에 대한 간격을 동시에 변경할 수 있는 구성으로 되어있다. 이 방식에서는 렌즈군(236 내지 240)의 구동량이 전체로서 감소할 수 있다고 하는 이점이 있다. 또한, 각 렌즈군(236 내지 240)의 구동량과 결상특성의 변화량과의 관계로부터, 위의 2개의 렌즈군(236, 237)을 통합하여 구동하는 방식 대신에, 아래의 2군(예를 들면 렌즈군(239, 240))을 통합하여 구동하는 방식을 채용하여도 좋다, 어느 방식을 채용할지는 보정할 때에 각 렌즈군(236 내지 240)의 구동량과 각 렌즈군(236 내지 240)에 요구되는 위치안정 정밀도에 의해 결정하면 좋다. 또한, 투영광학계(216) 내의 웨이퍼(220)측에는 구동소자(247)에 의해서 구동할 수 있도록 평행평면판(241)이 설치되어 있고, 결상특성 제어부(219)가 평행평면판(241)의 Z방향의 위치나 경사각을 제어함으로써 주로 편심 코마수차가 보정된다. 그리고, 투영광학계(216)의 레티클(214)측에는 투영광학계(216)의 전체 계(系)가 가지고 있는 수차 중에서, 특히 디스토션(왜곡수차)에 관해서 그 비회전 대칭성분을 보정하기 위해서, 표면에 미묘한 요철이 형성된 평행평면판(235)이 설치된다.

여기서, 렌즈군(236 내지 240)을 대표하여, 렌즈군(236)의 구동방법에 관하여 도 9를 참조하여 설명한다.

도 9는 도 8의 투영광학계(216) 내의 렌즈군(236)을 도시한 평면도이며, 이 도 9에 있어서 렌즈군(236)은 도시하지 않은 금속제의 렌즈테두리 내에 유지되고, 이 렌즈테두리는 3개의 구동소자(242a, 242b, 242c)를 개재하여, 그 아래의 렌즈군의 렌즈테두리상에 재치된다. 구동소자(242a 내지 242c)는 도 8에서는 하나의 구동소자(242)로 나타낸다. 이 경우, 3개의 구동소자(242a 내지 242c)를 서로 독립적으로 Z방향으로 신축시킴에 의해, 렌즈군(236)의 Z방향(광축방향)에의 구동 및 경사가 행하여진다.

또한, 구동소자(242a 내지 242c)가 배치되어 있는 위치(구동점)에는 도시하지 않은 위치센서가 배치되고, 이들의 위치센서에서 검출되는 구동소자(242a 내지 242c)의 신축량의 정보가 결상특성 제어부(219)에 공급되고, 결상특성 제어부(219)에서는 검출되는 신축량이 목표치가 되도록 클로스드 루프(closed loop)방식으로 구동소자(242a 내지 242c)를 구동한다. 위치센서로서는 예를 들면 정전용량형의 갭(gap)센서, 광학식이나 자기식의 리니어 인코더 또는 간섭계 등이 사용될 수 있다.

다시, 도 8을 참조하면, 투영광학계(216) 내의 렌즈군(236 내지 240), 평행평면판(241) 및 평행평면판(235)의 각각의 Z방향의 위치 및 경사각의 조합을 변경함에 의해, 여러가지의 결상특성을 소정의 상태로 보정할 수 있다.

또한, 본 예와 같이 레티클(214)에 가까운 위치에 평행평면판(235)을 설치하는 경우에는 레티클(214)을 투과한 노광광은 눈동자면(레티클의 패턴면에 대한 광학적 푸리에변환면)부근과 달리 평행평면판(235)의 위치에서는 나뉘어져 있다. 그 때문에, 투영광학계(216)가 축소 투영광학계인 경우에는, 가공정밀도를 완만하게 할수 있다고 하는 이점이 있다.

역으로, 투영광학계(216)가 등배투영광학계이면, 레티클(214)측과 웨이퍼 (220)측의 어느쪽에 평행평면판(235)을 설치하여도 좋고, 투영광학계(216)가 확대투영광학계인 경우에는, 웨이퍼(220)측에 평행평면판(235)을 설치함으로써 마찬가지의 효과가 얻어진다.

또한, 본 예에서는 각 렌즈군(236 내지 240) 및 평행평면판(235, 241)을 구동함에 의해 결상특성을 보정하고 있지만, 투영광학계(216)의 내부의 일부의 렌즈간의 공간을 밀봉하여 내부압력을 변경함에 의해 결상특성을 보정하는 기구를 채용하여도 좋다. 즉, 도 1에 있어서 투영광학계(216) 내의 소정의 공간(218A) 내의 기체의 압력을 결상특성 제어부(219A)에 의서 제어함으로써, 배율 등의 결상특성을 보정하도록 하여도 좋다. 또한, 렌즈사이의 내부 압력을 제어하는 기구와, 상기와 같이 렌즈 또는 평행평면판을 구동하는 기구를 조합시켜 사용하여도 좋다. 또한, 레티클(214)의 Z방향의 위치나 경사각을 제어하는 기구를 조합하여도 좋다.

[레티클의 열 변형량의 계산방법]

상기한 바와 같이, 본 예에서는 노광광의 조사량의 계측기구가 마련된다.

이 계측 결과에 따라서 결상특성을 보정하기 위해서는, 그 노광광의 조사량에 따른 레티클(214)의 열 변형량 및 그것에 따른 결상특성의 변동량을 계산할 필요가 있다. 그래서, 레티클(214)의 열 변형량의 계산방법에 대해서 설명한다. 레티클(214)의 열 변형은 레티클(214)의 온도분포에 의존하여 발생한다. 그래서, 열 변형량을 계산하기 위해서, 레티클(214)의 어떤 시점에서의 온도분포를 구한다. 이 온도분포를 계산하는 방법으로서, 레티클(214)을 소정의 유한한 요소로 분해하고, 각 점의 온도변화를 차분법(差分法) 또는 유한요소법 등에 의해 계산하는 방법이 있다. 본 예에서는 비교적 단순한 차분법을 이용하여 계산을 한다.

도 12는 레티클(214)의 패턴영역(261)을 주사방향(Y방향)으로 5분할, 비주사방향(X방향)으로 4분할, 즉, 5×4개의 20블록으로 분할한 상태를 도시하고, 이 도 12에 있어서 분할된 블록를 블록(B1 내지 B20)으로 하고, 또한, 각 블록(B1 내지 B20)의 중심점을 P1 내지 P20으로 한다. 또한, 분할 수 및 계산방법의 선택은 최종적으로 필요한 정밀도나 컴퓨터의 계산속도 등에 의해 결정하면 좋고, 본 예에서는 패턴영역(261)을 편의적으로 20분할 한 것에 불과하다.

또한, 레티클(214)의 블록(B1 내지 B20)이 서로 동일한 조도로 조명된 경우라 하더라도, 레티클(214)에 흡수되는 열량은 패턴 존재율의 분포에 의해 블록(B1 내지 B20)마다 다르다. 이 때문에, 레티클(214)상의 블록(B1 내지 B20)마다 패턴 존재율을 구할 필요가 있다. 단, 흡수되는 열량은 각 블록 내에서는 균일하다고 가정한다.

각 블록(B1 내지 B20) 내의 패턴 존재율은 도 7의 인티그레이터 센서(208)와 시료대(221)상의 조사량 모니터(228)의 출력비로부터 구해진다. 그것을 위하여는 우선, 도 12의 레티클(214)과 같은 형상으로 패턴이 전혀 그려져 있지 않은 레티클(테스트 레티클)을 블록(B1 내지 B4)의 주사방향의 중심이 노광광(IL)의 조명영역의 중심(본 예에서는 투영광학계(216)의 광축(AX))에 거의 합치하도록 위치 결정한다.

다음에, 도 7의 웨이퍼 스테이지(222)를 이동시켜, 조사량 모니터(228)의 중심을 투영광학계(216)에 의한 노광영역의 거의 중심으로 보내준다. 조사량 모니터(228)는 웨이퍼(220)상에 조사되는 노광광을 모두 수광하여 광전 검출해야 하기 때문에, 조사량 모니터(228)의 수광면은 투영광학계(216)의 노광영역보다 약간 크게 된다. 그리고, 상기 테스트 레티클 등을 개재하여 시료대(221)상에 도달하는 노광광의 조사량을 측정한다.

그 후, 구동계(211)를 개재하여 레티클 블라인드(210)의 개구부의 형상을 변경하고, 블록(B1)만을 조명하도록 하고, 조사량 모니터(228)의 출력을 측정한다. 이것과 동시에 인티그레이터 센서(208)의 출력도 측정한다. 이하, 레티클 블라인드(210)의 개구부의 형상을 변경하고, 순차적으로 블록(B2 내지 B4)의 각각을 조명하고, 각 블록(B2 내지 B4)을 조명한 상태에서, 조사량 모니터(228) 및 인티그레이터 센서(208)의 출력을 측정한다. 그 후, 레티클 스테이지(215)를 구동하고, 도 12의 다음 열의 블록(B5 내지 B8)의 중심을 노광광의 조명영역의 중심부근에 위치 결정하고, 레티클 블라인드(210)를 개재하여 순차적으로 블록(B5 내지 B8)을 조명하여 각각 조사량 모니터(228) 및 인티그레이터 센서(208)의 출력을 측정한다. 또한, 같은 측정을 다음 열 이후의 블록(B9 내지 B12, B13 내지 B16, B17 내지 B20)에 있어서도 실행한다.

다음에, 실제 노광용의 패턴이 그려져 있는 레티클(214)에 관해서도, 상술한 테스트 레티클과 같은 측정을 되풀이하고, 각 블록(B1 내지 B20)마다 조사량 모니터(228) 및 인티그레이터 센서(208)의 출력을 측정한다. 그리고, 패턴이 그려져 있지 않은 테스트 레티클에서의 조사량 모니터(228)의 출력과 인티그레이터 센서(208)의 출력과의 비 및 패턴이 그려져 있는 레티클(214)에서의 조사량 모니터(228)의 출력과 인티그레이터 센서(208)의 출력과의 비에 기초하여, 레티클(214)상의 패턴 존재율을 블록(B1 내지 B20)마다 구한다.

또한, 본 예에서는 패턴 존재율 측정에 있어서, 패턴이 전혀 그려져 있지 않은 테스트 레티클을 사용했지만, 레티클 스테이지(215)상에 레티클(214)이 없는 상태에서, 조사량 모니터(228)와 인티그레이터 센서(208)와의 출력비를 구하여도 좋다. 이 경우에는, 테스트 레티클을 준비할 필요가 없기 때문에, 노광공정의 스루풋이 향상하고, 또한 제조 코스트도 저하한다고 하는 이점이 있다.

또한, 본 예에서는 레티클 블라인드(210)의 개구부의 폭을 각각 블록(B1 내지 B20)의 크기에 합치고 나서 측정하고 있지만, 조사량 모니터(228)를 블록(B1 내지 B4)의 크기로 4분할하여 독립적으로 광량을 모니터할 수 있는 구성으로 하여 두고, 레티클 블라인드(210)의 개구부를 블록(B1 내지 B4)의 전부를 조명할 수 있는 크기로 넓혀, 4분할된 조사량 모니터를 쓰고, 동시에 4개의 블록(B1 내지 B4)의 광량을 측정하여도 좋다. 또한, 인티그레이터 센서(208)는 레티클(214)보다 노광광원(201)측에 있고, 레티클(214)의 패턴의 영향을 받지 않기 때문에, 블록(B1 내지 B4)에 있어서 인티그레이터 센서(208)의 출력은 같은 값을 쓰더라도 문제는 없다.

또한, 인티그레이터 센서(208)의 수광면을 투영광학계(216)의 눈동자면과 공역인 위치에 배치함으로서, 보다 레티클(214) 패턴의 영향을 받기 어렵게 할 수도 있다. 이 경우에는, 인티그레이터 센서(208)의 수광면적은 노광광의 모두를 수광 할 수 있는 크기를 확보할 필요는 없고, 이에 의해서 조명광학계 전체의 크기를 작게 할 수 있다.

또한, 레티클(214)의 패턴 존재율은 레티클(214)을 교환할 때 마다 측정하여도 좋고, 미리 레티클(214)의 제조시 등에 측정하여 주 제어계(234)에 기억시키더라도 좋다. 이 경우에는, 노광시의 스루풋의 저하를 막을 수 있다. 그리고, 레티클(214)을 분할하는 각 블록(B1 내지 B20)의 면적이 같은 경우는 조사량 모니터(228)의 수광면의 면적을 각 블록의 면적에 상당하는 크기로 하고, 패턴 존재율을 구할 때에 웨이퍼 스테이지(222)를 개재하여 조사량 모니터(228)를 스텝 이동시킴에 의해, 레티클(214)의 전면의 투과광량을 측정하도록 하여도 좋다. 이 방식에서는 웨이퍼 스테이지(222)를 소형화 할 수 있다고 하는 이점이 있다.

계속해서, 각 블록(B1 내지 B20)의 패턴 존재율에 기초하여 각 블록의 열 흡수량을 계산한다. 각 블록은 노광광(IL)의 조도(노광광원(201)의 파워에 비례한다)와 패턴 존재율에 비례하여 열량을 흡수한다. 흡수된 열량은 공기중 또는 레티클 스테이지(215)에 방사나 확산에 의해서 이동한다. 또한, 각 블록 사이에서도 열 이동이 생긴다. 우선, 2개의 물체 사이에서의 열 이동을 생각한다. 이 경우의 열 이동은 기본적으로 2개의 물체 사이의 온도 차이에 비례한다. 또한, 열 이동에 따른 온도 변화의 변화율은 열량의 이동량에 비례한다. 이들을 식으로 나타내면 아래와같이 된다.

△Q = k₁·(T₁- T₂),

(dT₁) / (dt) = -k₂·△Q,

(dT₂) / (dt) = k₃·△Q … (식1)

단, △Q는 이동한 열량, T₁, T₂는 각 물체의 온도, t는 시간, k₁, k₂, k₃은 비례계수이다. 이상에 의해, 다음 식이 성립한다.

(dT₁) / (dt) = k₄·(T₁- T₂)

(dT₂) / (dt) = k₅·(T₁- T₂) … (식2)

단, k₄, k₅는 비례계수이다. 상기의 식은 일차 지연계를 나타내는 것으로서, T₁과 T₂에 온도차가 있는 경우, 양자는 지수곡선(exponential curve)을 그리면서 일정한 온도에 달한다. 위 식에 기초하여, 레티클(214)의 온도 분포를 계산한다.

처음에, 도 12의 블록(B1)에 주목하면, 블록(B1)은 인접하는 블록(B2, B5)과 열교환(열전도)을 한다. 또한, 블록(B1)은 주변의 공기나 레티클 스테이지(215)와도 열교환을 하지만, 간단히 하기 위해, 공기의 온도 및 레티클 스테이지(215)의 온도의 변화량은 각 블록(B1 내지 B20)의 온도의 변화량에 비하여 대단히 작고, 공기 및 레티클 스테이지(215)의 온도는 항상 일정하다고 한다. 그리고, 각 블록(B1 내지 B20)의 온도를 T₁내지 T₂₀, 공기의 온도를 T₀, 레티클 스테이지(215)의 온도를 T_H로 하면, 블록(B1)에 관해서 다음 식이 성립한다.

(dT₁) / (dt) = k₁₂·(T₂- T₁) + k₁₅·(T₅- T₁)

+ k_H·(T_H- T₁) + k_O·(T_O- T₁) + kp·η₁·P·D₁… (식3)

여기서, k₁₂, k₁₅는 각각 블록(B1과 B2)와의 사이 및 블록(B1과 B5)와의 사이의 열의 전도를 나타내는 계수, k_H는 블록(B1)와 레티클 스테이지(215)와의 사이의 열의 전도를 나타내는 계수, k₀은 각 블록(B1 내지 B20)과 공기와의 열의 전도를 나타내는 계수이다. 또한, η₁은 블록(B1)의 패턴 존재율, P는 노광광원(201)의 파워 이며, 인티그레이터 센서(208)의 출력에 대응하고 있다. D₁은 블록(B1) 내에서 조명광에 의해 조명되어 있는 부분의 비율을 나타내는 계수로 0 내지 1의 값을 취한다. 블록(B1) 전면에 조명광이 조사되고 있을 때에는 D₁= 1이며, 후에는 노광에 따라서 레티클(214)의 위치가 어긋남에 따라서 블록(B1)의 면적 중에서 조명되어 있는 면적의 비율에 따라서 D₁이 서서히 감소하고, 블록(B1)이 조명영역외로 나갔을 때에는 D₁= 0으로 된다. 물론, 조명되어 있을 때에도 D₁= 0이 된다. D₁의 값은 레티클 스테이지(215)의 위치 및 레티클 블라인드(210)의 개구면적으로부터 계산에 의해 구해진다. k_P는 조명광을 각 블록이 흡수한 열량과 η₁, P를 관계 맺는 계수이다. 상술한 식의 최후의 항은 조명광으로부터 흡수하는 열량을 나타내고 있고, 그 밖의 항은 분산되는 열량을 나타낸다.

여기서, T_H, T₁은 일정하고, T_H= T₁으로서 각 블록(B1 내지 B20)의 온도는 T₀+ △T₁으로부터 T₀+ △T₂₀으로 나타낼 수 있다. 또한, 레티클(214)상의 각 블록은 함께 같은 재질(보통 석영인 경우가 많다)이기 때문에, k₁₂, k₁₅등의 인접하는 블록 사이에서의 열의 전도를 나타내는 계수는 모두 같은 것을 고려하면, (식3)은 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

(d△T₁) / (dt) = k₂·(△T₃- △T₁) + k₂·(△T₅- △T₁)

+ k_H·(-△T₁) + K_O·(-△T₁) + k_P·η₁·P·D₁

= (- 2·k_R- k_H- k_O)·△T₁+ k_R·△T₂

+ k_R·△T₅+ k_P·η₁·P·D₁… (식4)

상기의 식을 블록(B1 내지 B20)에 관해서 각각 구하고, 매트릭스 표현으로 나타내면 다음 식과 같이 된다. 이하의 식 중에서 P₁내지 P₂₀은, 각각 블록(B1 내지 B20)에 대한 노광광원(201)의 파워이며, △T₁내지 △T₂₀은, 각각 블록(B1 내지 B20)의 온도 변화량이다.

이것은 일계 미분방정식의 20원 연립방정식으로서, 수치해석에 의해 풀 수 있다. 또한, 미분의 형을 어떤 미소시간(컴퓨터의 계산주기)의 값으로 하여 차분형식으로 표현하여 풀 수도 있다. 계산 주기는 컴퓨터의 능력과 필요 정밀도에 의해 정하면 좋다. 계산 주기가 필요 정밀도에 대하여 거친 경우에는, 계수 P₁내지 P₂₀과 계수 D₁내지 D₂₀과를 계산 주기간의 평균치로서 기억해 놓을 필요가 있다. 계수 P₁내지 P₂₀을 계산하는 때는, 축차 인티그레이터 센서(208)의 출력을 측정하여 노광광원(201)의 파워 변동을 측정함으로써, 계산 정밀도를 향상할 수 있다. 또한, 계산 주기가 필요 정밀도에 대하여 충분히 세밀한 경우에는, 계수 P₁내지 P₂₀및 계수 D₁내지 D₂₀으로, 계산하는 순간의 값을 사용하면 좋다. 이 경우에는, 평균치로서 기억할 필요가 없기때문에, 프로그램이 단순화 될 수 있고, 컴퓨터의 메모리를 절약할 수 있다고 하는 이점이 있다. 또한, 외력의 항(노광광으로부터 흡수하는 열량)은 최후의 항이 되기 때문에, 단위시간마다의 각 블록(B1 내지 B20)의 계수의 값, 즉 η₁, P₁, D₁, η₂, P₂, D₂…, η₂₀, D₂₀, P₂₀의 값으로 부터 각 시간마다의 △T₁내지 △T₂₀의 값을 구할 수 있다. 패턴 존재율η₁내지 η₂₀의 값은 실측에 의해서 얻어지고, 입사광량 P₁내지 P₂₀은 인티그레이터 센서(208) 및 조사량 모니터(228)를 이용하여 구할 수 있다. 또한, 각 계수 k_R, k₀, k_H, k_P는 레티클(214)의 물성, 공기의 물성, 공기의 유속 등으로부터 계산에 의해 구할 수 있다. 또는, 여러가지의 레티클에 관해서 실험을 하고, 각 계수가 현실에 가장 적합하도록 결정하여도 좋다.

구한 레티클(214)의 온도분포△T₁내지 △T₂₀과 레티클(214)(석영유리)의 팽창계수에 의해, 각 블록(B1 내지 B20)의 중심점(P1 내지 P2O)의 상호의 거리의 변화를 구할 수 있고, 레티클(214)상의 각 점의 변위를 결정할 수 있다. 이에 따라서 결상특성의 변동, 예를 들면 웨이퍼(220)상에 투영되는 상의 왜곡 등을 계산할 수 있다.

또한, 레티클에 따라서 공기와의 사이의 열의 전도를 나타내는 계수 등이 다르다. 이것은 레티클의 표면의 박막의 특성(반사율이나 열전달, 열전도계수 등)이나 방진을 위해 장착한 펠리클(pellicle)(방진막)에 의한 열 이동의 변화가 있고, 또한 레티클의 재질이 다른 경우가 있기 때문이다. 따라서, 복수의 레티클로 동일한 열의 전도를 나타내는 계수 등을 사용할 수 없는 경우에는 미리 열의 전도를 나타내는 계수 등을 수 종류 기억해 두고, 레티클에 따라서 가려 쓰면 좋다.

또한, 본 예에서는 레티클(214)의 주변을 공기로서 계산하고 있지만, 별도의 유체에 관해서도 같은 수법을 적용할 수 있다. 별도의 유체로서 질소를 이용한 경우에는 노광광원(201)이 ArF 엑시머 레이저광원 등인 경우에 오존의 발생이 방지된다, 즉 산소에 의한 노광광의 흡수가 없어진다고 하는 이점이 있다. 또한, 헬륨을 이용한 경우에는 오존발생을 막는 효과에 추가하여, 공기나 질소에 비하여 굴절율이 작아서, 기압이 변화되었을 때의 투영광학계(216)의 결상특성의 변화량을 감소시키는 효과도 있고, 결상특성 보정부(218)의 구동량을 작게 할 수 있다.

또한, 본 예에서는 일단 레티클(214)의 온도분포△T를 구하고 나서, 각 블록의 중심점 P의 움직임을 구하고, 나아가서는 상 왜곡을 구하는 수법을 취하였지만, △T의 대신에 직접 상 왜곡(디스토션, 상면만곡 등의 결상특성)을 계산할 수도 있다. 이 경우, 각 계수 k_R, k_O, k_H, k_P를 실험에 의해 구하기 때문에, 레티클(214)의 휘어짐에 의한 변형 등도 계산에 포함된다. 또한, 레티클(214)의 열전도성이 대단히 좋고, 또한 레티클(214)의 일부만에 패턴이 있거나 또는 일부만에 노광광이 조사되는 경우에도, 레티클(214)이 똑같이 팽창한다고 생각하여도 정밀도상에 문제가 없으면, 상술한 바와 같이 복잡한 계산은 필요가 없고, 보다 단순한 계산에 의해 상 왜곡을 계산하여도 좋다.

[레티클의 열 변형량의 각 성분에의 분해]

다음에, 구한 레티클(214)의 각 블록(B1 내지 B20)의 중심점(P1 내지 P2O)의 이동량을 각 성분으로 분해한다.

도 13(a) 내지 도 13(g)는 레티클(214)의 Y좌표와 분해된 열 변형량의 각 성분과의 관계의 일례와 그것에 따른 보정량을 도시하고, 이 도 13(a) 내지 13(g)에 있어서, 가로축은 레티클(214)의 주사방향의 위치(Y좌표)를 나타내고, 세로축은 Y좌표에 대응하는 레티클(214)의 각 열 변형량 또는 보정량을 나타내고, 점선의 곡선(C1 내지 C7)이 각각 변형량의 계산치를 나타내고, 실선의 곡선(D1 내지 D7)이 각각 대응하는 보정량을 나타낸다. 도 13(a)의 X배율 1은 도 12의 외측의 중심점(P1과 P4)의 X방향에의 이동량으로부터 산출되는 배율 변화량, 도 13(b)의 X배율 2는 안쪽의 중심점(P2와 P3)의 X방향에의 이동량이으로부터 산출되는 배율 변화량이다. 또한, 도 13(c)의 X배율 경사 1은 외측의 중심점(P1과 P4)의 X방향에의 이동량의 차이로부터 산출되는 값, 도 13(d)의 X배율 경사 2는 안쪽의 중심점(P2와 P3)의 X방향에의 이동량의 차이로부터 산출되는 값이다.

레티클(214)의 패턴 존재율의 분포에 기울기가 있는 경우, 예를 들면 블록(B1, B2)에서 패턴 존재율이 크고, 블록(B3, B4)에서 패턴 존재율이 작은 경우에는 레티클(214)의 열 변형량은 블록(B3, B4)측에서 커져서, X방향의 배율에 기울기가 나타난다. 또한, 도 13(e)의 Y시프트는 도 12의 중심점(P1 내지 P4)의 평균적인 Y방향에의 이동량, 도 13(f)의 회전은 중심점(P1 내지 P4)의 Y방향에의 이동량과 각 상 높이의 관계를 직선 근사함에 의해 구해지는 회전각, 도 13(g)의 X시프트는 중심점(P1 내지 P4)이 평균적인 X방향에의 이동량을 나타낸다. 상술한 각 성분은 레티클(214)을 계산상에서 Y방향으로 순차적으로 소정 스텝량만큼 이동할때 마다 산출된다.

[각 성분의 주사방향의 위치에 따른 함수화]

다음에, 구한 각 성분을 Y좌표의 함수로 근사한다. 여기서는, 간단하게 하기 위해 도 13(a)의 X배율 1에 관해서만 서술한다. 도 14는 Y좌표의 각 위치에서 구해진 X배율 1의 값△X의 예를 도시하고, 이 도 14에 있어서 Y방향의 계측점의 개수를 n(n은 2 이상의 정수로서, 본 예에서는 n = 5), i번째의 계측점의 Y좌표를 y_i(i = 1 내지 5), 위치 y_i에서의 X배율 1을 △X_i로 한다. 이 때, Y좌표의 값을 y로 하여, Y좌표에 대응한 X배율 1의 값을 f(y)라고 정의한다. 그리고, X배율 1의 값 f(y)를 다음과 같이 n개의 계수 a_i(i = 0 내지 n-1)를 이용하여 Y좌표의 값 y의 (n-1)차함수로 나타내어, 계산된 n조의 값(y_j, △X_j)을 이용하여 그것들의 계수 a_i의 값을 결정한다.

즉, (식6)에 있어서 계산조건은 아래와같이 된다.

△X_j= f(y_j)(j = 1 내지 n)

본 예에서는 도 12에 도시한 바와 같이, 레티클(214)을 복수의 블록으로 분할할 때에 Y방향으로 5분할하고 있기 때문에, n = 5로 되어, (식6)은 4차함수로 된다. 그 4차함수는 5점에서의 조건으로부터 일의적으로 결정할 수 있다.

또한 (식6)의 대신에 사용할 수 있는 별도의 모델함수로서, 계산조건으로서 5점 중에서 끝점을 제외하는 3점에 관해서의 미분계수를 추가한 이하의 함수를 쓰더라도 좋다.

이 경우의 계산조건은 아래와 같이 된다.

△x_j= f(y_j) (j = 1∼n),

(df(y_j)) / dy = (△x_j+1- △x_j-1) / (y_j+1- y_j-1)

(j = 2∼n-1) … (식8)

이 경우도, n = 5이다. (식7)은 5점을 지나는 7차함수이며, 5점을 지나는 조건과, 3점의 미분계수와의 계(計) 8개의 정보로부터 그 7차함수는 일의적으로 구할 수 있다. 이 함수는 상술한 5점을 지나는 4차함수보다 각 점에서 매끄러운 것으로 된다. 또한, 열 변형량의 계산 정밀도를 보다 높이기 위해서는, 레티클(214)의 패턴영역외에서의 변형도 고려하는 것이 바람직하다.

도 15는 레티클(214)의 패턴영역(261)의 외부에도 계산점을 마련하여 계산하는 모델을 도시하고, 이 도 15에 있어서 패턴영역(261)의 주위에도 계산점(267)이 마련된다. 이 경우, X배율 1의 값 f(y)을 나타내는 모델함수는 (식7)과 마찬가지로 다음과 같이 된다.

단, 도 15에서는 주사방향의 계측점(패턴영역(261) 내에서는 각 블록의 중심점)은 7개이기 때문에, n = 7이다. 이 함수는 패턴영역(261) 내의 양 끝의 2개의 중심점에서도 매끄러운 것으로 된다.

도 13(b) 내지 13(g)에 도시한 다른 성분에 관해서도, 마찬가지로 각각 Y좌표의 함수로서 나타낸다. 이들의 결상특성의 함수화된 각 성분은 도 7의 주 제어계(234) 내의 기억부에 기억되고, 주 제어계(234)는 일예로서 기억된 각 성분을 상쇄하도록 각각의 결상특성을 보정한다. 이와 같이, 본 예에서는 레티클(214)의 열 변형량의 각 성분을 Y좌표에 대한 함수로 하고 있지만, 그 정도로 엄한 보정 정밀도가 요구되지 않는 경우에는, 레티클(214)의 열 변형량을 계산한 좌표마다 불연속적으로 보정하여도 좋다. 또한, 보다 간단히 직선보간(直線補間)에 의해 함수화하여도 좋다.

또한, 예를 들면 레티클의 패턴영역 내의 일부의 영역만이 노광되는 경우에는, 그 노광되는 영역만의 열 변형 데이터를 사용하여도 좋다.

도 16은 패턴영역 전면을 사용하지 않고서 그 일부의 영역만을 노광하는 경우의 모델을 도시하고, 이 도 16에 있어서, 레티클(214)의 패턴영역 내의 일부의 영역(262)만이 노광되는 것으로 한다. 이 경우, 열 변형량의 계산은 도 12 또는 도 16의 패턴영역(261) 전면을 포함하는 계측점에서 실행되지만, 실제로 도 13(a) 내지 13(g)의 각 성분에 분해하기 위해서 사용하는 열 변형 데이터는 그 일부의 영역(262) 내의 계측점(각 블록의 중심점)의 열 변형 데이터만으로 한다. 이에 의해서, 결상특성의 변동량의 계산 정밀도가 향상한다. 즉, 노광되는 영역(262) 밖에서도 열의 전도는 있기 때문에, 패턴영역의 전면을 포함하는 영역에서 열 변형량을 계산함으로써, 열 변형량의 계산 정밀도가 높게 되어, 다음에 노광영역(262) 내의 계산치만으로부터 결상특성의 각 성분을 구함에따라, 고정밀도인 성분 분해를 할수 있고, 결과로서 고정밀도로 보정을 행할 수 있다.

또한, 레티클(214)상의 노광대상의 영역이 도 17(a)의 Y방향으로 가늘고 긴 부분적인 영역(263)같은 경우에는, 레티클(214)의 열 변형량의 계산점을 도 17(b)와 같이 영역(263)을 X방향으로 1블록분씩 넓힌 영역(264)으로 하여, 각 성분을 구하는 경우에 영역(263)내의 계측 데이터를 사용하도록 하여도 좋다. 또한, 노광 대상의 영역이 도 18(a)와 같이 패턴영역의 단부의 영역(265)인 경우에는, 열 변형량의 계산점을 그 영역(265)을 안쪽으로 1블록분 넓힌 영역(266)으로 하여도 좋다. 이에 의해서, 노광면적이 작은 경우에는, 얻어지는 결상특성의 변화량의 정밀도를 거의 저하시키지 않고, 계산량을 적게 할 수 있다. 단, 도 18(b)인 경우에는, 패턴영역의 외부에도 계산점을 마련하여도 좋다.

또한, 보통 주사노광장치에서는 스루풋을 향상시키기 위해서, 다음 쇼트영역에의 노광으로 이행할 때 마다 레티클(214)의 주사방향을 +Y방향에서 -Y방향으로 또는 -Y방향에서 +Y방향에 반전시키고 있다. 이 때에, 상술한 결상특성을 나타내는 함수는 Y좌표에 따른 함수이기 때문에, 주사방향을 바꾼 경우에도 그대로 적용할 수 있다. 또한, 컴퓨터로 계산할 때에 상술한 함수의 값을 메모리에 Y좌표의 일정간격마다 기억시키고, 직접 Y좌표의 값은 기억시키지 않는 방법을 취하더라도 좋다. 이 경우에는, 메모리의 기억 용량을 절약할 수 있는 이점이 있다. 그리고, 역방향으로 주사하는 경우에는, 정방향주사와는 읽어 내는 번지의 순서를 거꾸로 하여 메모리로부터 결상특성의 각 성분을 읽어 내면 좋다.

다음에, 결상특성의 각 성분마다의 보정방법에 관해서 설명한다.

[X배율 1, X배율 2의 보정방법]

도 13(a), (b)의 X배율 1 및 X배율 2는 도 8의 투영광학계(216)의 5개의 렌즈군(236 내지 240)을 광축방향으로 구동함으로서 변화시킬 수 있다. 보통, 레티클(214)의 X배율 1과 X배율 2과의 비율과, 어떤 일부의 렌즈군을 구동했을 때의 X배율 1 및 X배율 2과 같은 상 높이의 배율 변화량의 비율과는 일치하지 않기 때문에, 동시에 X배율 1 및 X배율 2을 보정하기 위해서는 적어도 2개의 렌즈군을 동시에 조합하여 구동해야 한다. 이 때, 렌즈군의 구동에 의해 다른 결상특성(상면만곡, 코마수차, 구면수차)도 변화되기 때문에, 또한 다른 3개의 렌즈군을 동시에 구동하여, 도합 5개의 렌즈군(236 내지 240)을 구동함에 의해 X배율 1 및 X배율 2을 소정의 값으로 변화시켜, 상면만곡, 코마수차, 구면수차의 변동도 억제할 수 있다. 또한, X배율 1과 X배율 2을 보정할 때에 렌즈군(236 내지 240)을 구동함에 의해 발생하는 코마수차나 구면수차가 작고 무시하여도 좋은 경우에는, 구동하는 렌즈군(236 내지 240)의 수를 감하여도 좋다. 또한, 보정에 의한 X배율 1과 X배율 2과의 중간 상 높이의 배율 변화가 무시할 수 없는 경우에는, 다시 구동하는 렌즈군을 하나 추가하여, 합계 6개의 렌즈군의 구동에 의해 보정하면 좋다.

또한, X배율 1과 X배율 2을 보정하기 위해서 Y좌표에 따라서 렌즈군(236 내지 240)을 구동하면 상면의 위치(베스트 포커스위치)가 변화된다. 이와 같이 베스트 포커스위치가 변화되었을 때에는, 도 7의 AF센서(226, 227)로부터의 포커스위치의 검출 결과에 따라서 시료대(221)를 Z방향으로 구동할 때의 목표치를 보정하면 좋다. 이 경우에, Y좌표에 따라서 시료대(221)의 Z좌표의 목표치가 변화되는 일이 있다. 또한, 포커스위치의 보정방법으로서는 레티클(214)을 광축방향으로 상하시키는 기능을 부가하여 보정하여도 좋다. 이 경우에, 투영광학계(216)로서 축소 투영계를 사용하고 있을 때에는 광축방향의 위치 결정 정밀도가 다소 거칠더라도 좋다고 하는 이점이 있다.

또한, X배율 1, X배율 2의 보정에 있어서, 각 렌즈군(236 내지 240)을 광축으로 평행하게 구동시키는 것이 이상적이지만, 보통, 평행도는 제조오차 등에 의해 약간 어긋나고 있다. 또한, 렌즈면에도 제조오차가 있고, 완전히 이상적인 상태에 있는 것은 아니다. 따라서, 각 렌즈군(236 내지 240)을 구동함에 따라 레티클(214)의 패턴상의 웨이퍼(220)에의 투영상의 위치가 약간 어긋나버리는 일이 있다. 이 경우에는, 미리 각 레티클에 있어서 렌즈군(236 내지 240)의 구동량과 상 위치의 시프트량과의 관계를 실험에 의해 구하고 기억해 놓아야 한다. X배율 1, X배율 2의 보정을 위해 렌즈군(236 내지 240)을 구동하는 경우에는, 기억해 둔 관계로부터 전체의 시프트량을 구하고, 후술하는 X시프트 보정량과 Y시프트 보정량과에 가산하여 보정하면 좋다.

[X배율 경사 1, X배율 경사 2의 보정방법]

도 13(c), (d)의 X배율 경사 1, X배율 경사 2는 도 8의 5개의 렌즈군(236 내지 240)을 광축에 대하여 X방향으로(Y축에 평행한 축의 주위로)경사시킴으로서 보정한다. 보통은, 레티클(214)의 X배율 경사 1과 X배율 경사 2와의 비율과, 어떤 일부의 렌즈군을 경사했을 때의 X배율 1 및 X배율 2과 같은 상 높이의 배율 경사의 변화량의 비율과는 일치하지 않음으로, 동시에 X배율 경사 1과 X배율 경사 2를 보정하기 위해서는 적어도 2개의 렌즈군을 동시에 광축방향으로 경사시킬 필요가 있다. 이 때에, 렌즈군(236 내지 240)의 경사에 의해 다른 결상특성(상면경사, 코마의 경사, 구면의 경사)가 변화되기 때문에, 다시 3개의 렌즈군을 동시에 구동하여, 도합 5개의 렌즈군(236 내지 240)을 경사시킴에 의해 X배율 경사 1과 X배율 경사 2를 소정의 값으로 한 뒤에, 상면경사, 코마수차의 경사, 구면수차의 경사의 변화를 억제한다.

또한, X배율 경사 1, X배율 경사 2를 보정할 때에 렌즈군(236 내지 240)을 경사함에 의해 발생하는 코마수차의 경사량이나 구면수차의 경사량이 작고 무시하여도 좋은 경우에는, 경사하는 렌즈군의 수를 감하여도 좋다. 또한, X배율 경사 1과 X배율 경사 2와의 중간 상 높이의 배율 변화가 무시할 수 없는 경우에는, 다시 경사하는 렌즈군을 하나 추가하여 합계 6개의 렌즈군의 경사에 의해 각 결상특성을 보정하면 좋다.

또한, 코마수차의 경사에 관해서는 투영광학계(216)의 선단의 평행평면판 (241)을 경사하는 것으로 보정하여도 좋다. 이 경우에는, 투영광학계(216)의 선단의 평행평면판(241)을 경사하여 발생하는 결상특성의 변화는 코마수차의 경사가 대부분을 차지하기 때문에, 독립성이 높은 보정이 가능해져서, 렌즈군(236 내지 240)의 경사량을 작게할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 보통 렌즈군(236 내지 240)을 경사시켰을 때에 발생하는 상면경사는 동시에 비점수차의 경사도 발생하는 것으로 되지만, 이 비점수차의 경사의 발생량이 작은 경우에는 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 상대적인 평행도를 변화시켜서 보정하여도 좋다. 특히 축소 투영계인 경우에는 웨이퍼(220)측을 경사시키는 경우에는 경사시키는 량이 작게 해결되는 이점이 있고, 레티클(214)측에서 경사시키는 경우에는 위치 결정이 비교적 완만하게 할 수 있다는 이점이 있어서, 웨이퍼(220)와 레티클(214)을 양쪽을 조합시켜 경사시키는 경우에는 웨이퍼(220)측에서 경사시키는 량을 적게 하고, 또한 레티클(2l4)측에서 미세한 위치 결정을 할 수 있다.

또한, 본 예에서는 상면경사의 보정을 렌즈군(236 내지 240)을 경사함에 의해 행하지만, 이 보정방법은 노광광이 투영광학계(216)를 조사함에 의해 상면경사가 발생한 경우나, 조명조건(조명계 개구 조리개의 종류, 레티클 블라인드(210)의 개구 형상, 레티클(214)의 패턴 및 투영광학계(216)의 개구 조리개(217)의 개구 형상 등)을 변경함에 의해 발생하는 상면경사나, 웨이퍼(220) 또는 레티클(214)의 평면도가 나쁜 경우에 발생하는 상면경사의 보정을 행하는 때에도 적용할 수 있다.

또한, 렌즈군(236 내지 240)이나 평행평면판(241)을 경사 하는 것으로, 레티클(214)의 패턴상의 웨이퍼(220)에의 투영상의 위치가 약간 어긋나버리는 일이 있다. 이 경우에는, 미리 렌즈군(236 내지 240)의 경사각과 상위치의 시프트량과의 관계를 실험에 의해 구하여 기억해 놓아야 한다. X배율 경사 1 및 X배율 경사 2의 보정으로 렌즈군(236 내지 240)을 경사시키는 경우에는 기억해 둔 관계로부터 전체에서의 시프트량을 구하고, 후술하는 X시프트보정량과 Y시프트보정량을 가산하여 보정하면 좋다.

[Y시프트의 보정방법]

도 13(e)의 Y시프트는 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 상대위치를 Y방향으로 비키어 놓음에 의해 보정한다. 보통, 레티클(214)은 노광광 흡수에 의해서 배율이 커지는 방향으로 변화되기 때문에, 결과적으로 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 상대속도를 레티클(214)의 Y좌표에 따라서 변경하면 좋다. 구체적으로, 상술한 바와 같게 Y좌표에 따라서 Y시프트량을 구하고, Y좌표에 따라서 그 Y시프트량을 상쇄하도록 레티클(214)의 주사속도를 변경하여 보정을 행한다. 상기 보정시에는 도 8의 렌즈군(236 내지 240)의 구동이나 경사에 의해 발생한 Y시프트량을 포함해서 보정을 행한다.

노광광 흡수에 의해 레티클(214)이 Y방향으로 팽창한 것과 같이 Y시프트가 발생하고 있을 때에는, 레티클(214)의 주사속도를 고속으로 하고, 그 역인 경우에는 레티클(214)의 주사속도를 저속으로 한다. 또한, 웨이퍼 스테이지(222)로 Y시프트를 보정하여도 좋다. 이 경우에는 레티클(214)이 Y방향으로 팽창한 것 같이 Y시프트가 발생하고 있을 때에는, 웨이퍼 스테이지(222)의 주사속도를 저속으로 하고, 그 역인 경우에는 웨이퍼 스테이지(222)의 주사속도를 고속으로 한다.

[회전의 보정방법]

도 13(f)의 회전 성분은 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 상대 회전량을 변경하는 것으로 보정한다. 즉, 도 11의 레티클 스테이지(215)상의 회전기구(249)에 의해 레티클(214)을 회전하면 좋다. 이 때, 도 12에 있어서 레티클(214)의 블록(B1 내지 B4)이 조명되어 있을 때는, 조명영역에 대하여 블록(B1 내지 B4)의 중심점(P1 내지 P4)이 주사방향에 대하여 수직하게 되도록 Y좌표에 따라서 회전량을 제어한다. 또한, 웨이퍼(220)측에서 회전을 보정하여도 좋다. 이 경우에는, 웨이퍼 스테이지(222)측에도 회전기구(도시하지 않음)를 마련하여 두고, 이 회전기구에 의해 웨이퍼(220)를 회전시키게 된다.

[X시프트의 보정방법]

도 13(g)의 X시프트는 레티클 스테이지(215)를 X방향으로 비키어 놓는 것으로 보정한다. 그 때, 렌즈군(236 내지 240)의 구동이나 경사에 의해 발생한 X시프트량을 포함해서 보정한다. 이 때, 레티클(214)의 블록(B1 내지 B4)이 조명되어 있는 때는 조명영역에 대하여 블록(B1 내지 B4)의 중심점(P1 내지 P4)의 X시프트량이 조명영역 중심이고 시프트량이 되도록 Y좌표에 따라서 X시프트량을 제어한다. 또한, 웨이퍼(220)측에서 X시프트를 보정하여도 좋다. 이 경우에는, X시프트와 같은량만 웨이퍼(220)를 X방향으로 비키어 놓도록 하면 좋다.

[투영광학계의 결상특성의 변화량의 계산방법]

다음에, 도 7의 투영광학계(216)의 결상특성의 측정 및 계산방법에 대해 설명한다. 그러기 위하여, 우선, 웨이퍼(220)의 반사율(R)을 구한다. 웨이퍼 스테이지(222)상의 시료대(221)상에는 직사각형의 노광영역을 덮는 크기를 구비하고, 각각 반사율이 RH 및 RL(RH > RL)인 2개의 반사판(도시하지 않음)이 설치된다. 그리고, 레티클(214)을 레티클 스테이지(215)상에 설치한 상태에서, 웨이퍼 스테이지(222)를 구동하여 반사율(RH)의 반사판을 투영광학계(216)의 노광영역으로 이동한다. 다음에, 조명조건(조명계 개구 조리개의 종류, 레티클 블라인드(210)의 개구 형상, 레티클(214)의 패턴 및 투영광학계(216)의 개구 조리개(217)의 개구 형상 등)을 소정의 상태로 설정한 뒤에, 레티클(214)을 소정의 거리만큼 Y방향으로 이동시키면서 반사율 센서(209)의 출력(VH)을 측정한다. 다음에, 웨이퍼 스테이지(222)를 구동시킴에 의해 반사율(RL)의 반사판을 투영광학계(216)의 노광영역으로 이동하고, 레티클(214)을 소정의 거리만큼 Y방향으로 이동하면서 반사율 센서(209)의 출력(VL)을 측정한다.

도 19는 계측되는 웨이퍼(220)의 반사율과 반사율 센서(209)의 출력과의 관계를 도시하고, 이 도 19에 있어서, 가로축은 계측되는 반사율(R)이며, 세로축은 반사율 센서(209)의 출력(V)이다. 이 도 19에 도시한 바와 같이, 상술한 2회의 반사율의 측정 결과(RH, VH) 및 (RL, VL)을 직선으로 맺음에 의해, 레티클(214)의 Y좌표마다 반사율(R)과 반사율 센서(209)의 출력(V)과의 관계를 직선(일차 함수)으로 나타낼 수 있다. 그 후, 웨이퍼(220)를 노광하는 때에는 반사율 센서(209)의 출력(V)을 이용하여, 레티클(214)의 Y좌표에 따라서 도 19의 직선에 대응하는 이하의 식에 의해 웨이퍼(220)의 반사율(R)을 산출한다.

또한, 본 예에서는 Y좌표에 따라서 반사율(R)을 따로따로의 직선관계로부터 구했지만, 예를 들면 그 정도로 높은 계산 정밀도가 요구되지 않는 경우에는, 레티클(214)의 Y좌표에 따라서 반사율(R)을 계산할 필요는 없고, 주사중인 평균적인 반사율을 산출하는 방법을 채용하여도 좋다. 즉, 2개의 반사판의 반사율을 측정할 때에, 반사율과 반사율 센서(209)의 출력과의 관계를 Y좌표마다 구하는 것이 아니고 주사중인 평균치로 함에 의해 Y좌표에 의존하지 않는 관계를 얻을 수 있다. 이 경우에는, Y좌표에 따른 반사율 센서(209)의 출력을 기억해 둘 필요가 없다고 하는 이점이 있다.

계속해서, 노광광 흡수에 의한 투영광학계(216)의 결상특성의 변화를 구한다. 우선, 도 7의 웨이퍼 스테이지(222)를 구동하여 조사량 모니터(228)를 투영광학계(216)의 노광영역으로 이동한다. 레티클(214)을 레티클 스테이지(215)상에 설치하고, 조명조건(조명계 개구 조리개의 종류, 레티클 블라인드(210)의 개구 형상, 레티클(214)의 패턴 및 투영광학계(216)의 개구 조리개(217)의 개구 형상 등)을 소정의 상태로 하여 조사량 모니터(228)를 조명하고, 그 때의 조사량 모니터(228)의 출력 POW와 인티그레이터 센서(820)의 출력 IO를 기억한다. 그리고, 노광을 행할 때에, 인티그레이터 센서(208)의 출력 I와 반사율 센서(209)로부터 구한 반사율(R)을 이용하여 이하의 식에 의해 계산을 하면 좋다.

단, M_h, K_m및 Tm은 각각 노광광 흡수에 의한 투영광학계(216)의 배율 변화량, 배율 변화계수 및 시정수(時定數)이다.

인티그레이터 센서(208)의 출력 I에는 노광광원(201)의 조사량의 경시변화를 측정하는 역할과, 투영광학계(216)에 노광광이 입사하고 있는지 어떤지를 판정하는 역할의 2개의 역할이 있다. 또한, 노광광원(201)의 조사량의 경시변화를 측정하기 위해서, 도 11의 레티클 스테이지(215)상의 광 투과창(255, 256)을 이용하여, 1쇼트 노광할 때마다 광 투과창(255, 256)의 어느쪽을 레티클 스테이지(215)를 구동하여 조명영역 내로 이동하고, 웨이퍼 스테이지(222)를 구동하여 조사량 모니터(228)를 노광영역으로 이동하고, 조사량 모니터(228)에 의해 노광광원(201)의 조사량을 측정하도록 하여도 좋다. 이 경우에는, 레티클(214)의 Y방향의 양측에 광 투과창(255, 256)이 있기 때문에, 주사노광 후에, 노광시의 레티클(214)의 주사방향이 Y축에 대하여 정역방향의 어느 쪽이더라도, 주사를 계속한 채로 광 투과창(255, 256)을 조명영역 내로 이동할 수 있기 때문에, 1쇼트의 노광 종료로부터 노광광원(201)의 조사량 측정까지의 시간이 단축된다고 하는 이점이 있다. 또한, 그 조사량은 웨이퍼(220)의 노광면과 같은 위치에서 측정하고 있기 때문에, 도 7의 빔 스플리터(207)로부터 콘덴서 렌즈(213)까지의 광학계 및 투영광학계(216)의 투과율이나 반사율의 변화에 의한 노광광원(201)으로부터 웨이퍼(220)까지의 에너지 도달 비율의 변화를 정확히 측정할 수 있다.

또한, 노광광원(201)의 변동시간이 1쇼트의 노광시간에 대하여 충분히 긴 경우에는, 광 투과창(255, 256)을 어느쪽 하나만으로서, 이 광 투과창의 방향으로 레티클(214)을 주사 노광한 후에만 투과율을 측정하는 방법이나, 웨이퍼(220)의 교환시에만 투과율을 측정하는 방법을 취하여도 좋다. 이 경우에는, 레티클 스테이지(215)를 작게 할 수 있기 때문에 레티클 스테이지(215)의 구동성이나 위치 결정 정밀도가 향상한다고 하는 이점이 있다. 또한, 레티클 스테이지(215)의 크기를 변경하지 않고서 광 투과창(255, 256)을 어느 하나로 하는 경우에는, 개구부가 적어져서 레티클 스테이지(215) 전체의 강성이 향상한다고 하는 이점이 있다.

또한, 각 결상특성의 변화계수 및 시정수에 관해서는, 미리 실험에 의해 구하여 놓더라도 좋고, 열전도의 시뮬레이션에 의해 계산으로 구하여도 좋다. 또한, 조명조건(조명계 개구 조리개의 종류, 레티클 블라인드(210)의 개구 형상, 레티클(214)의 패턴 및 투영광학계(216)의 개구 조리개(217)의 개구 형상 등)의 변경에 따라서 결상특성의 변화계수와 시정수를 변경하여도 좋다. 이 경우, 도 10의 조명계의 개구 조리개(205a 내지 205d)의 차이에 의한 미묘한 결상특성의 변화도 고정밀도로 계산할 수 있다. 또한, 본 예에서는 조사열 흡수에 의한 결상특성의 변화를 일차 지연계로 했지만, 더욱 고정밀도의 계산을 하기 위해서 2차계나 무효시간계 또는 그것들을 조합한 전달함수를 도입하여도 좋다.

계속해서, 도 7의 온도센서(230) 내지 습도센서(232)를 개재하여 투영광학계(216)의 주위에서의 기압, 온도 및 습도를 측정하고, 기압센서(229)를 개재하여 투영광학계(216)의 내부의 기압을 측정하고, 이들의 측정결과에 의해 투영광학계(216)의 배율 변화량을 계산하고, 다음 식에 의해 전체로서의 결상특성의 변화량을 구한다.

M = K_mp1× P₁+ K_mp2× P₂+ K_mt× T + K_mh× H + M_h… (식12)

단, M은 투영광학계(216)의 조사에 의한 배율 변화량과 환경 변화에 의한 배율 변화량과의 합계의 배율 변화량, P₁은 투영광학계(216)의 주변의 기압, P₂는 투영광학계(216) 내부의 기압, T는 투영광학계(216)의 주변의 온도(이것은 투영광학계(216)의 온도라고 간주할 수 있다), H는 투영광학계(216)의 주변의 습도이다. 또한, Kmp1은 투영광학계(216) 주변의 기압 변화에 대한 배율 변화계수, K_mp2은 투영광학계(216) 내부의 기압 변화에 대한 배율 변화계수, K_mt는 투영광학계(216)의 온도 변화에 대한 배율 변화계수, K_mh는 투영광학계(216)의 주변의 습도변화에 대한 배율 변화계수이다.

또한, 투영광학계(216) 내부에 불순물이 혼입하여, 렌즈표면이 흐려지거나 하는 것을 막기 위해서 투영광학계(216)의 내부에 건조 질소가스 등의 유체를 순환시키는 경우가 있다. 이 경우에는, 투영광학계(216) 내부와 투영광학계(216) 주변부와에 기압차가 생기기 때문에, 본 예와 같이, 투영광학계(216)의 내부와 주변부에 기압센서(229, 231)를 2개 배치하고, 예를 들면 투영광학계(216)의 가장 레티클(214)에 가까운 렌즈면과 웨이퍼(220)에 가장 가까운 렌즈면에는 투영광학계(216) 주변부의 기압센서(231)의 측정치를 쓰고, 그 이외의 렌즈면은 렌즈 내부의 기압센서(229)의 측정치를 이용하여, 기압 변화에 의한 배율 변화량을 계산하면 좋다.

또한, 투영광학계(216) 내부에 순환시키는 유체로서는 공기, 질소, 헬륨 등이 선택된다. 공기는 주로 불순물 혼입을 피할 목적으로 선택된다. 질소는 노광광원(201)로서 단파장의 것(예를 들면 ArF 엑시머 레이저광원)을 사용했을 때에 산소와 반응하여 오존이 발생하는 것을 피하기 위해서 선택된다. 헬륨은 주로 투영광학계(216)의 기압 변화에 의한 결상특성 변화를 억제하기 위해서 선택된다. 물론, 유체에 따라서 기압 변화에 대한 배율 변화계수를 변경한다.

또한, 복수의 렌즈 사이의 소정의 밀폐공간(기밀실)의 압력을 조정하여 결상특성을 바꾸도록 하여도 좋다. 이 경우에는, 렌즈군(236 내지 240)의 구동에 의해 보정할 수 없는 상면만곡을 복수의 렌즈(236 내지 240) 사이의 소정의 밀폐공간(기밀실)의 압력을 조정함에 의해 보정할 수 있다.

또한, 투영광학계(216) 주변과 투영광학계(216) 내부와의 기압이 거의 동일하다고 간주하여도 정밀도상에 문제가 없으면, 기압센서(229, 231)는 하나라도 좋다. 또한, 온도나 습도의 투영광학계(216)의 내외에서의 차이가 정밀도상에 문제가 되는 경우에는, 온도센서(230)나 습도센서(232)와 같은 센서를 투영광학계(216) 내에도 설치하여 상기 식의 온도나 습도의 항도 기압과 같이 투영광학계(216) 내부와 주변부와의 2개의 센서의 출력을 이용하여 계산하면 좋다.

또한, 본 예에서는 결상특성의 변동량을 각 환경의 변동량에 대하여 비례하는 것으로 구하고 있지만, 보다 고정밀도로 결상특성을 구하기 위해서, 예를 들면 온도에 대하여 일차 지연계나 열의 이동을 고려한 무효시간계 또는 그것들의 조합인 전달함수를 채용하여도 좋다. 온도, 습도, 기압 변화에 의한 결상특성의 변화량을 계산할 수 있는 모델이면 어떠한 모델이라도 좋다.

이상에 의해 투영광학계(216)의 배율 변화량이 구하여진다. 또한, 같은 방법에 의해 다른 각 결상특성의 변화를 구할 수 있다. 본 예에서는 결상특성으로서 2개의 상 높이에서의 배율 변화량 C₁, C₂, 코마수차의 변화량 C₃, 구면수차의 변화량 C₄및 상면만곡 C₅의 변화량에 관해서 계산한다. 또한, 조명조건을 변경한 경우, 조사에 의한 투영광학계(216)의 결상특성의 변화량의 계산에 있어서의 배율 변화량이나 시정수가 변화되기 때문에, 미리, 각종 조명조건에 따라서, 배율 변화량과 시정수를 실험적으로 구하여 놓고 기억해 두는 것으로 한다. 노광을 할 때는 조명조건의 변경에 따라서 배율 변화량과 시정수를 변경하여 계산하면 좋다. 또한, 조명조건 변경에 의해서 각 결상특성의 변화량 C₁내지 C₅의 오프셋도 변화되기 때문에, 각종 조명조건에 있어서의 각 결상특성의 변화량 C₁내지 C₅의 오프셋을 미리 실험적으로 구하여 기억해 두고, 노광을 할 때에 조명조건에 따라서 각 결상특성의 변화량의 오프셋을 각 결상특성의 변화량 C₁내지 C₅에 가하여 보정한다. 또한, 베스트 포커스위치의 보정에 관해서는 상기한 바와 같이 AF센서(226, 227)를 포함한 오토 포커스 기구로 그 오프셋분을 가산하여 보정하면 좋다.

또한, 조명조건을 변경한 경우, 상술한 결상특성의 보정으로서는 충분히 보정할 수 없는 것이 있다. 예를 들면, 투영광학계(216)의 제조오차 등에 의해 발생하는 비교적 고차의 또는 랜덤한 형상의 디스토션이다. 이것은, 투영광학계(216)의 레티클(214) 집합에 있는 소정의 요철가공이 시행되어진 평행평면판(235)을 조명조건변경에 따라서 바꾸는 것에 의해 보정할 수 있다. 이 때문에, 투영광학계(216)의 평행평면판(235)은 조명계의 개구 조리개(205a 내지 205d)와 같이 복수 종류가 바뀌어지도록 하면 좋다. 또한, 이 디스토션 보정에는 레티클(214)집합에 평행평면판(235)을 배치하는 것이 바람직하지만, 평행평면판(235)의 설치장소는 레티클(214)집합에 한정하는 것이 아니라, 웨이퍼(220)측에서도 또는 투영광학계 (216)의 눈동자면 부근에서도 레티클(214)로부터 웨이퍼(220)의 사이이면 좋고, 설치장소에 의해 보정할 수 있는 결상특성이 변경될 수 있다.

[결상특성을 보정하기 위한 각 렌즈군의 구동방법]

다음에, 렌즈군(236 내지 240)의 구동에 의한 각 결상특성의 변화량 C_i으로부터 이하의 연립방정식을 풀어, 보정에 요하는 각 렌즈군(236 내지 240)의 구동량 Li을 구한다.

단, D_ij(i, j = 1 내지 5)는 각 렌즈군을 구동한 경우의 결상특성의 변화량을 나타내는 게수이다. 이들 계수는 광학 계산치를 사용하여도 좋고, 실험적으로 구하여도 좋고, 결상특성의 변화량을 상쇄하도록 각 렌즈군이 구동된다.

또한, 투영광학계(216)의 결상특성의 변화량 중에서 하나의 결상특성의 변화량이 작고 보정할 필요가 없는 경우에는, (식13)의 매트릭스를 4행×4열로 축소하여 계산하여도 좋다. 또한, 본 예에서는 배율 변화량을 2개의 상 높이로 계산함에 의해 디스토션의 변화량을 억제하는 것으로 하고 있지만, 보정하는 배율의 상 높이를 더욱 늘려, 더욱 상세하게 디스토션을 보정하도록 하여도 좋다. 예를 들면 합계 3개의 상 높이에서의 배율 변화량을 보정하는 경우, 구동하는 렌즈군을 하나 추가하고, (식 13)의 매트릭스도 6×6으로 확장한다.

또한, 본 예에서는 회전대칭인 결상특성을 보정했지만, 각 렌즈군(236 내지 240)을 광축(AX)방향에 대하여 경사 가능한 구성으로 하고 있기 때문에, 비회전대칭인 결상특성을 보정할 수도 있다. 이 경우에는, 투영광학계(216)의 결상특성의 변화량을 측정 및 계산할 때에, 각 결상특성에 관해서 X방향, Y방향의 경사 성분도 같은 계산에 의해 구하고, X방향 및 Y방향별로 각 렌즈군(236 내지 240)의 경사각과 결상특성 변화량과의 관계로부터, 회전대칭인 결상특성의 변화량의 보정과 마찬가지로 5×5의 매트릭스를 풀어 각 렌즈군(236 내지 240)의 경사각을 구한다. 또한, 결상특성의 변화량의 정도에 따라서 그 매트릭스를 축소 또는 확장하여도 좋다.

[베스트 포커스위치의 보정방법]

다음에, 베스트 포커스위치의 보정방법에 관해서 설명한다. 이미 일부 설명한 바와 같이 베스트 포커스위치(상면의 위치)의 변화 요인에는 조사에 의한 것, 환경 변화에 의한 것, 렌즈군(236 내지 240)의 구동에 의한 것 및 조명조건의 변경에 의한 것의 4종류가 있다. 조사열에 의한 베스트 포커스위치의 변화 및 환경 변화에 의한 베스트 포커스위치의 변화는 각각 상술한 투영광학계(216)의 배율 변화와 같이 계산하여 구하면 좋다. 또한, 각 결상특성을 보정할 때의 렌즈군(236 내지 240)의 구동에 의한 베스트 포커스위치의 변화량은 렌즈군(236 내지 240)의 구동량과 렌즈군(236 내지 240)의 구동량에 대한 포커스변화계수를 각각 곱한 값의 합계로서 구해진다. 조명조건의 변화에 의한 베스트 포커스위치의 변화는 미리 그 관계를 실험적으로 구하여 놓아야 한다. 이상 4종류의 베스트 포커스위치의 변화량을 합친 것이 전체의 베스트 포커스위치의 변화량이 되고, 이 변화량이 AF센서(226, 227)를 포함하는 오토 포커스기구부에 송신된다. 또한, 각 렌즈군(236 내지 240)의 구동량과 베스트 포커스위치의 변화량과의 관계는 다른 결상특성과 같이, 광학계산치에 의해 구하여도 좋고, 실험적으로 구하여도 좋다.

[웨이퍼의 프로세스 변형에 대한 보정방법]

다음에, 웨이퍼(220)가 변형된 경우의 결상특성의 보정방법에 관해서 설명한다. 웨이퍼(220)는 노광 후의 현상이나 에칭 등의 프로세스 처리에 의해 등방적 또는 비 등방적으로 변형하는 경우가 있다. 이 경우, 결상특성을 웨이퍼(220)에 맞추어 보정하는 것이 필요하여 진다. 웨이퍼(220)의 변형량을 알면, 지금까지의 보정과 같이 웨이퍼(220)의 변형량에 맞추어 결상특성을 보정하면 좋다. 또한, 웨이퍼(220) 내의 위치에 따라 변형량이 다른 경우에는, 그것에 따라서 결상특성의 보정 목표치를 변경하면 좋다.

여기서, 도 7의 웨이퍼(220)의 변형량을 구하는 방법에 관해서 설명한다. 가장 일반적인 방법으로서, 웨이퍼(220)용의 마크 검출센서에 의해서 웨이퍼(220)상의 얼라인먼트 마크 (웨이퍼 마크)의 목표 위치로부터의 어긋남량을 측정하여, 웨이퍼(220)의 변형량의 분포를 구하는 방법이 있다.

마크 검출센서로서 He-Ne 레이저광을 투영광학계(216)를 개재하여 웨이퍼 (220)상의 피검 마크에 조사하여 회절광을 검출하는 센서나, 투영광학계(216)와는 별도의 광학계를 마련하여 오프 액시스(off axis)방식으로 화상처리에 의해 검출하는 센서가 사용 가능하고, 노광장치와는 전혀 별도의 계측기에 의해 웨이퍼(220)상의 피검 마크의 위치를 검출하고, 계측 데이터를 노광장치에 전송하여 보정하는 방법을 사용하여도 좋다. 또한, 프로세스 처리에 의한 웨이퍼(220)의 변형량이 미리 판명되고 있는 경우, 웨이퍼(220)의 변형량을 측정할 필요는 없다.

또한, 프로세스 처리에 의한 웨이퍼(220)의 열 변형량은 일반적으로 등방적인 성분이 크기 때문에, 웨이퍼(220)의 등방적인 배율만을 산출하여 보정하여도 좋다. 이 경우에는, 산출해야 할 웨이퍼(220) 변형량의 성분이 배율만이기 때문에, 웨이퍼(220)상의 피검 마크의 수를 감할 수 있고, 계측시간을 단축할 수 있다고 하는 이점이 있다. 또한, 웨이퍼(220)의 변형량을 고려하여 웨이퍼 스테이지(222)의 노광위치를 결정함에 의해, 포개어 맞추는 정밀도의 향상을 꾀할 수 있다. 또한, 노광에 의해 생기는 웨이퍼(220)의 열 변형에 관해서 보정하는 경우에는, 웨이퍼(220)의 반사율과 조사량 모니터(228)의 계측치와의 관계를 미리 실험적으로 구하여 두고, 그 관계로부터 조사 변동량을 계산하면 좋다.

[제3 실시형태]

다음에, 본 발명의 제3 실시형태에 관해서 설명한다. 제2 실시형태에서는, 도 12에 도시한 바와 같이 예를 들면 레티클(214)의 블록(B1 내지 B20)마다에 결상특성의 변화량을 계산하고, 레티클(214)의 회전각을 고려하여 결상특성의 보정을 실행하고 있다. 그 때문에, 도 11에 도시한 바와 같이, 레티클 스테이지(215)상에 회전기구(249)를 설치해야 하고, 레티클 스테이지(215)가 전체로서 무겁게 되어 있었다. 이에 대하여 스루풋을 중시하는 경우에는, 레티클 스테이지(215)를 경량화하고 싶은 경우가 있다. 그래서, 본 예에서는 보다 간편한 기구로 레티클(214)의 열 변형량에 따른 결상특성을 보정한다.

우선, 레티클(214)의 패턴 존재율을 측정한다. 그 때문에, 도 7에 있어서, 레티클 스테이지(215)상의 조명영역을 포함하는 영역에 패턴이 그려져 있지 않은 테스트 레티클을 설치한 상태로, 조명조건(조명계 개구 조리개의 종류, 레티클 블라인드(210)의 개구 형상 및 투영광학계(216)의 개구 조리개(217)의 개구 형상 등)을 소정의 상태로 설정한다. 다음에, 웨이퍼 스테이지(222)를 구동하여 조사량 모니터(228)를 투영광학계(216)의 노광영역측으로 이동하고, 조사량 모니터(228)의 유효 수광영역이 그 노광영역을 커버하도록 위치 결정하고, 인티그레이터 센서(208)의 출력 I₀과 조사량 모니터(228)의 출력 P₀를 측정하여 기억한다. 다음에, 실제 노광용의 패턴이 그려진 레티클(214)을 레티클 스테이지(215)상에 설치하고, 노광광원(201)의 발광을 시작하고, 인티그레이터 센서(208)의 출력 I₁과 조사량 모니터(228)의 출력 P₁을 측정한다. 그리고, 다음식에 기초하여 패턴 존재율η을 계산한다.

η = 1 - (P₁/ I₁) / (P₀/ I₀) … (식14)

본 예에서도, 인티그레이터 센서(208)는 노광광원(201)의 파워의 변동을 모니터하기 위해서도 사용된다. 또한, 패턴이 그려져 있지 않은 테스트 레티클에서의 측정시의 조명조건과, 패턴이 그려진 레티클(214)에서의 측정시의 조명조건이 다른 경우에는, 각각의 조명조건으로 환산하여 패턴 존재율을 구한다. 예를 들면, 도 20(a1)에 도시한 레티클 블라인드(210)에 대하여, 도 20(a2), 도 20(a3)의 개구부 (210a, 210b)에서 도시한 바와 같이, 레티클 블라인드(210)의 개구부의 주사방향에 대응하는 방향(이것도 Y방향으로 한다)의 폭이 다른 경우, 패턴이 그려진 레티클(214)에서의 측정시의 개구부의 면적과, 패턴이 그려져 있지 않은 테스트 레티클에서의 측정시의 개구부의 면적과의 비의 값에 조사량 모니터(228)의 출력 P₀의 값을 비례시켜 환산하게 된다. 또한, 도 10에 도시한 조명계의 개구 조리개(205a 내지 205d)나 도 7의 투영광학계(216)의 개구 조리개(217)의 개구가 다른 복수인 경우에 있어서의, 인티그레이터 센서(208)의 출력과 조사량 모니터(228)의 출력과의 관계도 각각 미리 측정하여 기억해 두면 좋다. 또한, 본 예에서는 패턴이 그려져 있지 않은 테스트 레티클을 사용하고 있지만, 레티클(214)이 없는 상태로 측정하여도 좋다.

[레티클의 패턴면에서의 조도 측정방법]

다음에, 레티클(214)의 패턴면(레티클면)에서의 조도 측정에 관해서 설명한다. 그것을 위하여는, 도 11의 레티클 스테이지(215)를 구동하여 레티클 스테이지(215)상의 조도센서(257)를 조명영역 내의 거의 중앙으로 이동하고, 조도센서(257)의 출력(W)을 측정한다. 또한, 광 투과창(255, 256)의 어느쪽을 개재하여 조사량 모니터(228)로 조도를 측정하여도 좋다. 후자인 경우, 조사량 모니터(228)의 출력과 투영광학계(216)의 투과율과의 관계를 기억해 두고, 조사량 모니터(228)의 출력을 투영광학계(216)의 투과율로 제산(除算)함에 의해 레티클면에서의 조도를 산출할 수 있다. 또한, 축소 투영계나 확대투영계에서는 투영 배율을 고려하여 레티클면에서의 조도를 산출한다.

또한, 미리 인티그레이터 센서(208)의 출력과 레티클면에서의 조도와의 관계를 실험적으로 구하여 놓고, 노광시는 인티그레이터 센서(208)의 출력으로부터 레티클면의 조도를 계산하여도 좋다. 이 경우에는, 조도센서(257)나 조사량 모니터(228)를 조명영역 내로 이동시킬 필요가 없기 때문에 스루풋이 향상한다고 하는 이점이 있다. 또한, 레티클 스테이지(215)상에 발열물인 조도센서(257)를 설치할 필요가 없기 때문에, 레티클 스테이지(215)의 열적인 안정성을 향상시킬 수 있다.

[레티클의 반사율의 측정방법]

다음에, 레티클(214)의 반사율을 측정한다. 이 때문에, 웨이퍼(220)의 반사율 측정과 같은 수법을 적용한다. 우선, 레티클 스테이지(215)상에 반사율이 이미 알려진 2개의 기준 반사판(도시하지 않음)을 마련하여 두고, 이들 기준 반사판을 순차적으로 조명영역 내로 이동하고, 각각 도 7의 반사율 센서(209)의 출력을 측정한다. 이에 의해, 레티클면에서의 반사율과 반사율 센서(209)의 출력과의 관계를 선형관계(일차 함수)로 하여 구할 수 있다. 그 후에, 실제의 노광에 사용하는 레티클(214)을 레티클 스테이지(215)상에 설치하고, 패턴이 그려져 있는 부분을 조명영역 내로 이동하고, 반사율 센서(209)의 출력을 측정하고, 이 측정 결과와 먼저 구한 반사율과 반사율 센서(209)의 출력과의 선형관계로 부터, 패턴이 그려진 레티클(214)의 반사율을 산출할 수 있다. 보통, 레티클(214)의 최 외주부는 크롬 패턴으로 덮히어 있기때문에 그 부분을 사용하여 반사율 측정을 행하면 좋다. 또한, 레티클(214)의 반사율이 미리 밝혀지고 있는 경우에는, 레티클(214)의 반사율을 기억해 둘 뿐으로 좋다. 이 경우에는, 반사율을 측정할 필요가 없고 스루풋을 향상시킨다고 하는 이점이 있다.

[레티클의 열 변형량의 계산방법]

다음에, 지금까지 측정한 파라미터를 이용하여, 다음 식에 의해 레티클(214)의 열 변형량을 계산한다.

<식16>

단, △t는 컴퓨터의 계산주기, M_x(t-△t)은 계산주기가 1회 전의 X방향의 배율 변화, K_x는 조사에 대한 X방향의 배율 변화량을 나타내는 포화치, T_x는 조사에 의한 X방향의 배율 변화량의 시정수이다. 더하여 글자가 Y인 것은 Y방향의 배율에 관한 것이다. 포화치와 시정수와는 미리 실험에 의해 구하여 놓은 것으로 한다. 상기 식은, 제1의 실시예의 조사에 의한 투영광학계(216)의 배율 변화의 계산식과 같이 1계미분방식을 풀어 시계열 표현한 것이다. 또한, 계산에 사용하는 식은 상기 식에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 시정수 성분을 2개로 확장한 전달함수나 무효시간계의 전달함수 등을 도입하여도 좋다.

[X방향, Y방향의 배율 변화의 보정방법]

다음에, 제1 실시형태에 있어서의 투영광학계(216)의 결상특성의 보정과 같이, 도 8의 각 렌즈군(236 내지 240)을 구동하고, 레티클(214)의 열 변형에 의한 X방향의 배율 변화량을 보정한다. 다른 결상특성의 변화량이 작은 경우에는, 구동하는 렌즈군은 하나라도 좋다. 또한, 렌즈군(236 내지 240)의 구동에 의한 다른 결상특성의 변화량이 무시할 수 없는 경우에는, 구동하는 렌즈군을 늘리면 좋다.

Y방향의 배율 변화량은 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 상대 주사속도를 변경함에 의해 보정한다. 레티클(214)은 노광할 때마다 열 변형하기 때문에, 1쇼트마다 상대 주사속도를 레티클(214)의 열 변형량에 따라서 변경한다. 또한, 열 변형에 의한 레티클(214)의 변화가 완만하면, 웨이퍼(220)를 1장 노광할 때 마다, 웨이퍼(220)를 몇장 노광할 때 마다, 로트처리의 선두 또는 레티클(214)의 열 변형량이 소정의 임계값을 초과할 때 마다 등과 같이, 상대 주사속도의 변경을 행하는 간격을 변경하여도 좋다.

X방향의 배율 변화량과 Y방향의 배율 변화량이 동량이면, X방향, Y방향의 각 보정에 의해 투영상은 소정의 상태가 되어, 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 상대 주사속도도 변화하지 않는다. 그러나, X방향의 배율 변화량과 Y방향의 배율 변화량에 차이가 생기고 있는 경우에는, 투영상의 콘트라스트가 저하한다. 이 보정방법에 관해서, 도 20(a1) 내지 20(a3) 및 도 20(b1) 내지 20(b3)에 따라 설명한다.

도 20(a1) 내지 20(a3) 및 도 20(b1) 내지 20(b3)은 레티클 블라인드(210)의 폭과 투영상의 콘트라스트와의 관계를 도시하고, 레티클 블라인드(210)의 폭이 도 20(a1) 내지 (a3)에 도시한 경우의, 웨이퍼(220)상에서의 투영상의 조도 분포가 각각 도 20(b1) 내지 (b3)에 도시된다. X방향의 배율 변화량과 Y방향의 배율 변화량에 차이가 발생하고 있는 상태에서 레티클 블라인드(210)의 개구부의 폭을 도 20(a1)에 도시한 바와 같이 소정 폭으로 설정하여 주사노광한 경우에, 그 차이에 따라서 투영상의 위치에 위치어긋남이 발생한다. 이 때에, 레티클 블라인드(210)의 개구부의 Y방향의 폭의 적산치에 대응하여 웨이퍼(220)에 도포된 레지스트는 감광하기 때문에, Y방향에 투영상이 어긋난분 만큼 콘트라스트는 저하한다. 그러나, 도 20(a2)과 같이, 레티클 블라인드(210)의 개구부(210a)의 주사방향의 폭을 좁게하여 주사노광하면, 투영상의 Y방향의 위치어긋남량은 개구부(210a)의 Y방향의 폭에 비례하여 작게 된다. 또한, 도 20(a3)과 같이, 레티클 블라인드(210)의 개구부(210b)의 주사방향의 폭을 더욱 좁게 하면 , 더한층 투영상의 콘트라스트를 향상시킬 수가 있다. 레티클 블라인드(210)의 개구부의 Y방향의 폭과 투영상의 콘트라스트와의 관계는, 미리 예를 들면 시뮬레이션에 의해 구하여 놓으면 좋다. 이 때에, 복수의 패턴에 관해서 따로따로 시뮬레이션하고 기억해 둠으로써 패턴의 종류의 차이에 따라서 레티클 블라인드(210)의 개구부가 알맞은 폭을 설정할 수 있다. 예를 들면, 선 폭이 굵은 패턴인 경우에 비교하여, 선 폭이 가는 패턴인 경우에는, 레티클 블라인드(210)의 개구부의 Y방향의 폭을 좁게 하면 좋다.

단, 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 각각의 주사속도를 변경하지 않고서, 레티클 블라인드(210)의 개구부의 Y방향의 폭을 좁게 하면 웨이퍼(220)상에서의 노광량이 부족된다. 이 경우에는, 레티클 블라인드(210)의 개구부의 Y방향의 폭을 좁게 한 양에 따라서, 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 주사속도를 속도비가 일정(투영배율)한 그대로 느리게 함에 의해 노광량을 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 노광광원(201)의 파워를 증가시키거나, 본 예와 같이 노광광원(201)이 KrF 엑시머 레이저나 ArF 엑시머 레이저 등의 펄스 레이저광원인 경우에는, 노광광원(201)의 발진주파수를 늘리는 것도 같은 효과를 얻을 수 있다. 이 경우에는, 주사속도를 느리게 할 필요가 없기 때문에, 스루풋의 악화를 막을 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 예에서는 레티클(214)의 열 변형량을 X방향과 Y방향과로 각각 1종류 계산하고 있지만, 필요한 정밀도에 대하여 열 변형량이 큰 경우에는, X방향, Y방향의 각각 복수의 상 높이로 배율을 계산하면 좋다. 이 경우에는, 결상특성을 보정하기 위해서 구동시키는 렌즈군이 최저라도 2개 필요하게 된다. 또한, 도 8의 렌즈군(236 내지 240)의 구동 등에 의해 변화되는 결상특성의 종류에 따라서, 구동하는 렌즈군을 늘려도 좋다.

또한, 본 예에서는 레티클(214)의 X방향의 배율 변화량과 Y방향의 배율 변화량에 따른 노광량 제어에 관해서 설명했지만, 같은 수법을 투영광학계(216)의 결상특성의 보정에 적용할 수 있다. 이 경우에는, 투영광학계(216)의 배율 변화량을 레티클(214)의 열 변형량의 계산과 같이 X방향과 Y방향과로 따로따로 계산한다. 그리고, 레티클(214)인 경우와 같이 X방향의 배율 변화량과 Y방향의 배율 변화량과의 차이의 보정 후의 잔류분에 따라서, 레티클 블라인드(210)의 개구부의 Y방향의 폭 및 주사속도를 변경하는 것으로 노광량을 일정하게 유지할 수 있다. 투영광학계(216)의 조사에 의한 X방향의 배율 변화량과 Y방향의 배율 변화량과의 관계는 실험에 의해 구하여 놓으면 좋다.

[계산의 불연속성]

또한, 본 예중의 보정에서는 컴퓨터에 의해 레티클(214)의 열 변형량 및 투영광학계(216)의 조사에 의한 결상특성의 변화량을 계산하고 있기 때문에, 컴퓨터의 계산간격에 의한 이산화(離散化)오차가 생기는 경우가 있다. 이 경우에는, 필요 정밀도를 얻기 위해서 필요한 계산간격에 대응할 수 있는 고속의 계산기를 채용하여 연속적으로 제어할 수 있도록 하는 것이 가장 일반적이며, 컴퓨터를 선택할 때는 필요 정밀도와 계산량을 고려해야 한다. 실제로 레티클(214)을 회전하거나, 렌즈군(236 내지 240)을 구동하거나 할 때에, 결상특성의 변화량과 필요 정밀도로부터 생각하여 제어 목표치를 그 정도로 연속적으로 변경할 필요가 없는 경우에는, 불연속으로 제어 목표치를 변경하는 방법을 채용하여도 좋다. 이 경우에는, 보정오차는 다소 거칠게 되지만, 지금까지와 같은 효과는 얻어진다. 즉, 보정량이 작은 경우에는, 계산간격 또는 제어 목표치의 변경간격을 거칠게 하여도 좋다고 할 수 있다. 또한, 본 예에서 계산하고 있는 다른 여러가지의 결상특성의 변화량의 보정에 관해서도 마찬가지로 말할 수 가 있고, 필요 정밀도에 대하여 보정량이 작은 경우에는, 계산간격 또는 제어목표치의 변경간격을 거칠게 하여 컴퓨터의 능력에 여유를 갖게 하여도 좋다.

즉, 레티클(214)의 열 변형량이 큰 (패턴 존재율이 크고 열 흡수량이 많음) 경우에는, 투영광학계(216)로 향하는 노광광의 광량이 감소하여 노광광의 조사에 의한 투영광학계(216)의 결상특성의 변동량(조사 변동량)은 작게 되기 때문에, 레티클(214)의 열 변형량과 투영광학계(216)의 조사 변동량과는 어느쪽이 크면 다른쪽은 작게 되는 관계에 있다. 따라서, 레티클(214)의 패턴 존재율에 따라서, 레티클(214)의 열 변형량의 계산간격 또는 제어 목표치의 변경간격과, 투영광학계(216)의 조사 변동량의 계산간격 또는 제어 목표치의 변경간격을 변경하여도 좋다. 예를 들면, 레티클(214)이 콘택트 홀 패턴용인 경우에는, 미세한 콘택트 홀상기 레티클(214) 내에 점재하고 있을 뿐으로, 레티클(214)의 패턴영역은 거의 크롬막으로 덮히어 있고 패턴 존재율은 100%에 가깝다.

이러한 경우, 예를 들면 레티클(214)의 열 변형량의 계산간격과 투영광학계(216)의 조사 변동량의 계산간격을 각각 1msec으로 한 경우에는 처리 불능인 컴퓨터이더라도, 레티클(214)의 열 변형량의 계산간격을 1msec 대로 투영광학계(216)의 조사 변동량의 계산간격을 10msec으로 하는 것으로서 계산오차가 작은 보정을 할수 있다. 물론, 제어 목표치의 변경간격을 거칠게 하는 것으로도 같은 효과가 얻어진다.

또한, 이 계산간격은 상술한 수치에 한정되는 것이 아닌 것은 말할 필요도 없다. 또한, 계산오차에 관해서만 기술했지만, 보정간격에 관해서도 같은 것을 말할 수 가 있다. 이 이외에, 계산오차와 달리, 보정간격을 선택하는데 있어서는 공진을 피하는 등의 제어상의 지침, 예를 들면, 제어 안정성이나 응답속도 등으로부터 보정간격을 결정하여도 좋다.

[보다 구체적인 보정방법]

다음에, 보다 실제적으로 노광되는 레티클에 가까운 레티클의 열 변형량의 보정의 예를 나타낸다. 웨이퍼(220)의 왜곡의 보정이나 투영광학계(216)의 디스토션의 보정에 있어서도 같은 수법을 적용할 수 있다. 우선, 상기의 레티클(214)의 열 변형량을 이하의 식을 이용하여 최소 2승법에 의해 성분 분해한다.

Dx = k1 + k3·x + k5·y + k7·x²+ k9·x·y

+ k11·y²+ k13·x³+ k15·x²·y

+ k17·x·y²+ k19·y³,

Dy = k2 + k4·+ + k6·x + k8·y²+ k10·y·x

+ k12·x²+ k14·y³+ k16·x·y2

+ k18·x²·y + k20·x³… (식17)

단, 이들의 식에 있어서, Dx, Dy는 각 계산 상 높이에서의 X방향과 Y방향의 각각의 디스토션의 변화량, k1 내지 k20은 각 성분마다의 변형량을 나타내는 계수, x 및 y는 각 계산 상 높이의 좌표를 나타낸다.

또한, 본 예에서는 3차성분까지의 모델로 했지만, 보다 고정밀도로 보정해야 하는 경우에는, 필요에 따라서 다음 수를 고차로 확장하면 좋다.

도 21(a) 내지 21(f), 도 22(a) 내지 22(f), 도 23(a) 내지 23(f) 및 도 24(a), 24(b)는 각각 레티클의 변형량의 성분마다의 계수 k1 내지 k20에 대응하는 레티클의 변형량의 분포의 일례를 도시하고, 도 21(a) 내지 21(f), 도 22(a) 내지 22(f), 도 23(a) 내지 23(f) 및 도 24(a), 24(b)에 있어서, 레티클(214)의 열 변형 전의 상태가 하얀 원의 격자점(269)으로 표시되고, 변형후의 상태가 검은 원의 격자점(268)으로 표시된다. 이하, 도 21(a) 내지 21(f), 도 22(a) 내지 22(f), 도 23(a) 내지 23(f) 및 도 24(a), 24(b)을 참조하여, 레티클(214)의 열 변형량의 예 및 그 보정방법에 관해서 계수 k1 내지 k20마다 설명한다.

도 21(a)은 계수 k1에 대응한 레티클의 변형을 도시하고, X시프트가 Y좌표에 의하지 않고 일정량 발생하고 있는 경우이기도 하다. 이것은, 도 7에 있어서 주사노광을 할 때에 레티클(214)을 일정량 X방향으로 비키어 놓음에 의해 보정할 수 있다. 또한, 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 상대적인 X방향의 위치가 어긋나면 좋기때문에, 웨이퍼(220)측을 투영배율을 고려하여 일정량 비키어 놓아 주사노광하여도 좋다. 또한, 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 양쪽을 비키어 놓더라도 주사노광하여도 좋다.

도 21(b)는 계수 k2에 대응한 변형을 도시하고, Y시프트가 Y좌표에 의하지 않고 일정량 발생하고 있는 경우이기도 하다. 이것은, 주사노광을 할 때에 레티클(214)을 일정량 Y방향으로 비키어 놓음에 의해 보정할 수 있다.

또한, 도 21(a)의 경우와 같이, 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 상대적인 Y방향의 위치가 어긋나면 좋기 때문에, 웨이퍼(220)측에서 보정하여도 좋고, 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 양쪽에서 보정하여도 좋다.

도 21(c)는 계수 k3에 대응한 변형( = k3·x)을 도시하고, X방향에 상 높이에 비례한 배율 변화가 생긴 경우이기도 하고, 도 13(a) 내지 13(g)의 X배율 1과 X배율 2과가 각 계산 상 높이에 비례하여 발생하고 있는 것으로 된다. 이것은, 도 8의 렌즈군(236 내지 240)의 광축방향에의 구동을 조합해서 배율 변화를 조정하고 나서, 주사노광함에 의해 보정한다. 또한, 렌즈군(236 내지 240)의 광축방향에의 구동에 의해 Y방향에도 배율 변화가 생겨, 투영상의 콘트라스트가 저하한다. 이것이 문제가 되는 경우에는, 주사노광 전에 레티클 블라인드(210)의 개구부의 Y방향의 폭 또는 노광량을 변경하여 투영상의 콘트라스트를 조정하면 좋다.

도 21(d)는 계수 k4에 대응한 변형( = k4·y)을 도시하고, Y방향에 상 높이에 비례한 배율 변화가 생긴 경우이기도 하고, Y시프트가 Y좌표에 비례하여 발생하고 있게 된다. 따라서, 레티클(214)의 주사위치에 따라서, Y방향의 주사속도를 소정의 값으로부터 일정량 비키어 놓음에 의해 보정할 수 있다. 예를 들면, Y방향의 위치에 따라서 Y시프트량이 커지는 경우, 즉, Y방향에 배율이 커지고 있는 경우에는, 레티클(214)의 주사속도를 고속으로 한다. 또한, 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 상대속도가 변경되면 좋기 때문에, 웨이퍼(220)측을 저속으로 하여도 좋다. 또한, 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 양쪽의 속도를 변경하여도 좋다.

도 21(e)는 계수 k5에 대응한 변형( = k5·y)을 도시하고, X방향을 저변으로 하는 평행 사변형상으로 변형한 경우이기도 하고, X시프트가 주사방향의 좌표(Y좌표)에 따라서 변화되어 있게 된다. 따라서, 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 주사축을 상대적으로 기울이는 것으로 보정할 수 있다. 레티클(214)측에서 보정할 때에, 레티클 스테이지(215)의 X축의 레이저 간섭계가 항상 레티클(214)의 조명영역을 참조하고 있도록 구성되어 있는 경우에는, Y방향의 주사위치에 따라서, X방향의 오프셋을 직선적으로 변경하면 좋다. 또한, 웨이퍼(220)측 또는 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 양쪽에서 보정하여도 좋다.

도 21(f)는 계수 k6에 대응한 변형( = k6·x)을 도시하고, Y방향을 저변으로 하는 평행 사변형상으로 변형한 경우이기도 하고, 레티클(214)을 소정량 회전시킨 채로 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 주사축을 상대적으로 기울이는 것으로 보정할 수 있다. 또한, 레티클 스테이지(215)의 X축의 레이저 간섭계가 항상 레티클(214)의 조명영역을 참조하고 있도록 구성되어 있는 경우에는, 레티클(214)의 회전에 의해 레티클 스테이지(215)의 이동거울(253)(도 11참조)도 함께 회전하기 때문에, 레이저 간섭계의 계측치가 소정치가 되도록 서보(servo)제어를 하여 주사함에 의해, 자동적으로 레티클(214)은 서서히 X방향으로 어긋나 결과적으로 주사축을 기울이고 있게 된다. 레티클(214)의 회전기구(249)와 레티클 스테이지(215)의 이동거울(253)과가 연동하지 않는 구성인 경우에는, 레티클(214)을 소정량 회전시키고, 주사에 따라서 X방향으로 비키어 놓아 가는 것으로 같은 효과를 얻을 수 있다.

도 22(a)는 계수 k7에 대응한 변형( = k7·x²)를 도시하고, X방향의 편심 배율 변화이기도 하고, 도 13(a) 내지 13(g)의 X배율 경사 1, X배율 경사 2가 일정량 발생하고 있게 된다. 따라서, 렌즈군(236 내지 240)을 조합하여 광축에 대하여 경사하고 나서 주사노광하는 것으로 보정할 수 있다. 또한, 렌즈군(236 내지 240)을 경사하여 배율 경사를 발생하면 배율을 크게한 측에서는 Y방향의 배율이 커지고, 배율을 작게 한 측에서는 Y방향의 배율이 작게 되기 때문에, X좌표에 따라서는 투영상의 위치어긋남이 반대방향으로 되어 투영상의 콘트라스트가 저하하는 것으로 된다. 이 경우, 레티클 블라인드(210)의 개구부의 Y방향의 폭의 변경과 노광량의 변경을 조합시켜 보정하면 좋다.

도 22(b)는 계수 k8에 대응한 변형( = k8·y²)을 도시하고, Y방향의 편심배율 변화이기도 하고, Y좌표에 따라서 Y시프트가 변화되어 있게 된다. 따라서, 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 상대속도를 주사위치에 따라서 변경함에 의해 보정할 수 있다. 구체적으로, 주사노광하면서 Y좌표에 응하여 Y시프트를 보정하도록 레티클(214)에 Y방향 비켜 가면 좋다. 또한, 본 예에서는 주사속도를 주사위치에 따라서 직선적으로 변경하는 것으로 보정하지만, 물론, 사용하는 모델에 따라서 임의로 변경하여도 좋다. 또한, 웨이퍼(220)와 레티클(214)과의 양쪽의 속도를 변경하여 보정하여도 좋다.

도 22(c)는 계수 k9에 대응한 변형( = k9·x·y)을 도시하고, X방향을 저변으로 하는 사다리꼴상으로 변형한 경우이기도 하고, Y좌표에 따라서 X배율 1, X배율 2가 변화되어 있게 된다. 따라서, 그 보정에는 주사위치에 따라서 투영배율을 변경하면 좋다. 구체적으로, 주사위치에 따라서 렌즈군(236 내지 240)을 광축방향으로 구동하는 것으로 보정할 수 있다.

도 22(d)는 계수 k10에 대응한 변형( = k10·y·x)을 도시하고, Y방향을 저변으로 하는 사다리꼴상으로 변형한 경우이기도 하고, Y좌표에 따라서 레티클(214)이 회전하고 있게 된다. 따라서, 주사위치에 따라서 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 상대평행도를 변경하는 것으로 보정할 수 있다.

도 22(e)는 계수 k11에 대응한 변형( = k11·y²)을 도시하고, Y좌표에 따라서 X시프트가 변화되어 있게 된다. 따라서, 주사위치에 따라서 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 상대위치를 X방향으로 비키어 놓은 것으로 보정할 수 있다.

도 22(f)는 계수 k12에 대응한 변형( = k12·x²)을 도시하고, 이것은 제1 의 실시형태에서의 성분 분해로 나타낼 수는 없다. 이것을 보정하기 위해서는 일례로서 다른 성분을 조합하여 되도록이면 오차가 작게 되도록 보정하면 좋다. 예를 들면, 계수 k2의 성분과 계수 k8의 성분과의 보정에 의해서 오차를 작게 하는 것이 가능하다. 이 경우, (식 17)에서 계수 kl2의 항을 삭제하여 최소 2승법에 의해 계산하는 것으로, 자동적으로 계수 k12의 성분이 다른 성분으로 배분된다.

또한, 그 도 22(f)의 변형은 레티클의 중심에서의 X좌표의 편차량이 클 수록 특정(+방향 또는 -방향)의 Y방향으로 변형하고 있는 경우이기도 하다. 그래서 별도의 보정방법으로서, 투영광학계(216)를 구성하는 일부의 렌즈를 X축에(비주사방향에)평행한 축의 주위, 즉 Y방향(주사방향)에 경사시킨 채로 주사노광하면 좋다.

도 23(a)는 계수 k13에 대응한 변형( = k13·x³)을 도시하고, X방향의 배율 변화이기도 하고, X배율 1과 X배율 2과가 각 계산 상 높이에 비례하지 않는 점에서 계수 k3인 경우와 다르다. 그 디스토션은 각 렌즈군(236 내지 240)을 광축방향으로 구동하여 X배율 1과 X배율 2을 각각 보정하고 나서 주사노광하는 것으로 보정할 수 있다. 또한, 렌즈군(236 내지 240)의 광축방향에의 구동에 의해 Y방향에도 배율 변화가 생겨 투영상의 콘트라스트가 저하한다. 이것이 문제가 되는 경우에는, 주사노광전에 레티클 블라인드(210)의 개구부의 Y방향의 폭이나, 노광량을 변경하고 나서 노광을 시작하면 좋다.

도 23(b)는 계수 k14에 대응한 변형( = k14·y³)을 도시하고, Y방향의 배율 변화이기도 하고, Y시프트가 Y좌표에 비례하지 않는 점에서 계수 k4인 경우와 다르다. 이 디스토션은 주사위치에 따라서 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 주사속도를 변경하는 것으로 보정할 수 있다.

도 23(c)는 계수 k15에 대응한 변형( = k15·x²·y)을 도시하고, X배율 경사 1, X배율 경사 2도 변화되어 있는 점에서 계수 k5인 경우와 다르다. 이 디스토션은 주사위치에 따라서 X배율 경사 1, X배율 경사 2를 보정하도록 렌즈군(236 내지 240)의 경사각을 변경함에 의해 보정할 수 있다.

도 23(d)는 계수 k16에 대응한 변형( = k16·y²·x)을 도시하고, 회전량이 일정하게 되지 않는 점에서 계수 k6인 경우와 다르다. 이것은, 주사위치에 따라서 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 상대적인 평행도를 변경하는 것으로 보정할 수 있다.

도 23(e)는 계수 k17에 대응한 변형( = k17·x· y²)을 도시하고, X방향의 실패모양 디스토션이기도 하고, Y좌표에 따라서 X배율 1, X배율 2이 변화되어 있게 된다. 따라서, 주사위치에 따라서 X배율 1, X배율 2을 보정하도록 광축방향으로 렌즈군(236 내지 240)을 구동하는 것으로 보정할 수 있다. 또한, 렌즈군(236 내지 240)의 광축방향에의 구동에 의해 Y방향에도 배율 변화가 발생하기 때문에 투영상의 콘트라스트가 저하한다. 이것이 문제가 되는 경우에는, 주사노광 전에 레티클 블라인드(210)의 개구부의 Y방향의 폭이나, 노광량을 변경하고 나서 노광을 시작하면 좋다.

도 23(f)는 계수 k18에 대응한 변형( = k18·y·x²)을 도시하고, Y방향의 실패모양 디스토션이기도 하고, 이것은 제1의 실시형태에서의 성분 분해로 나타낼 수 없다. 이것을 보정하기 위해서는 일례로서 다른 성분을 조합하여 되도록이면 오차가 작게 되도록 보정하면 좋다. 예를 들면, 계수 k4의 성분과 계수 k14의 성분과의 보정에 의해서 오차를 작게 하는 것이 가능하다. 이 경우, (식17)에서 계수 k18의 항을 삭제하여 최소 2승법에 의해 계산하는 것으로, 계수 k18의 성분을 다른 성분으로 분배할 수 있다.

또한, 도 23(f)의 변형은 레티클의 중심에서의 X좌표의 편차량이 커질 수록 Y방향(주사방향)의 배율이 커지고 있는 변형이기도 한다. 그래서, 이 변형을 보정하기 위한 별도의 방법으로서, 도 22(f)의 보정방법을 응용하고, 투영광학계(216)를 구성하는 일부의 렌즈의 Y방향에의 경사각을 레티클의 주사방향의 위치에 따라서 연속적으로 변화시키면서 주사노광을 하는 방법도 있다. 또한, 그 렌즈의 경사각을 연속적으로 변화시키면, 웨이퍼위의 투영상의 위치도 변화되기 때문에, 레티클의 주사방향의 위치에 따라서, 레티클과 웨이퍼와의 상대위치의 보정을 하는 것이 바람직하다.

도 24(a)는 계수 k19에 대응한 변형( = k19·y³)을 도시하고, 주사위치에 따라서 X시프트가 비교적 랜덤하게 발생하고 있는 경우이기도 하다. 이것은 주사위치에 따라서 레티클(214)과 웨이퍼(220)와의 X방향의 상대위치를 변경하는 것으로 보정할 수 있다.

도 24(b)는 계수 k20에 대응한 변형( = k2O·x³)을 도시하고, 계수 k19를 90° 회전한 것과 같은 모양이며, 제1의 실시형태에서의 성분 분해로 나타낼 수가 없다. 이것을 보정하기 위해서는, 다른 성분을 조합하여 되도록이면 오차가 작게 되도록 보정하면 좋다. 예를 들면, 계수 k5의 성분과 계수 k16의 성분과의 보정에 의해서 오차를 작게하는 것이 가능하다. 이 경우, (식 17)에서 계수 k20의 항을 삭제하여 최소2곱셈에 의해 계산 하는 것으로, 자동적으로 계수 k20의 성분이 다른 성분으로 배분된다.

다음에, 상기 실시형태에서는 투영광학계(216)의 소정의 결상특성을 보정하기 위해서, 도 8에 도시한 바와 같이 투영광학계(216)의 레티클(214)측 및 웨이퍼 (220)측에 Z방향(광축방향)의 위치나 경사각을 제어할 수 있는 평행평면판(235, 241)이 마련된다. 또한, 그 평행평면판에는 표면에 미소한 요철이 형성되어 있는 평판도 포함되어 있기 때문에, 이하에서는 결상특성 보정용에 사용되는 평행평면판장의 광학부재, 즉 표면에 미소한 요철분포(위상분포)를 갖는 것, 부분적으로 다른 굴절율분포를 갖는 것 또는 국소적으로 어떤 정도의 굴절력(파워)을 가지는 것 등을 포함한 평행평면판상의 광학부재를 단지「평판」이라고 부른다.

이 평판을 이용하면 이하의 (a) 내지 (j)에 도시한 바와 같은 결상특성의 랜덤한 변동(불규칙한 변동)을 보정할 수 있다. 그 결상특성의 랜덤한 변동이라 함은 투영상 중에 부분적으로(국소적으로) 생기는 결상특성의 변동을 뜻하고 있다. 실제로는 복수 종류의 평판을 교환 가능하게 배치해 두고, 레티클의 열 변형의 상태 등에 따라서 생기고 있는 결상특성의 변동량을 상쇄하는데 알맞는 평판을 적절하게 결상광속의 광로상에 배치하도록 하여도 좋다. 이에 의해서, 점차로 변화되는 결상특성의 변동도 보정할 수 있다.

(a)부분적인 초점위치의 어긋남

투영광학계(216)의 외측, 즉 예를 들면 투영광학계(216)와 레티클 또는 웨이퍼와의 사이에, 부분적인 굴절력 분포를 가지는 평판을 배치하는 것으로 보정할 수 있다.

(b)부분적인 결상점의 횡 시프트(실질적으로 부분적인 디스토션과 같음)

투영광학계(216)의 외측에 부분적으로 경사각이 변화되어 있는 1매 또는 복수매의 평판을 배치하는 것으로 보정할 수 있다. 복수매의 평판을 사용하는 경우에는 투영광학계(216)의 텔레센트릭(telecentric)성을 악화시키지 않는 것이 가능하다.

(c)부분적인 구면수차

투영광학계(216)의 내부의 레티클의 패턴면에 대한 광학적인 푸리에변환면(즉, 눈동자면)의 부근에, 부분적으로 조명광의 파면(波面)의 지연(또는 전진)을 지워버리도록 한 요철분포(즉, 위상차이를 주는 형상)를 갖는 평판을 배치함으로써 보정할 수 있다. 또한, 그 눈동자면의 부근의 렌즈의 면에 그와 같은 요철분포를 주는 가공을 행하여도 보정할 수 있다.

(d)부분적인 코마수차

투영광학계(216)의 내부에서 그 눈동자면에서 떨어진 위치에 부분적으로 조명광의 파면의 지연(또는 전진)을 지워버리도록 한 요철분포(즉, 위상차이를 주는 형상)를 갖는 평판을 배치함으로써 보정할 수 있다. 또한, 그 눈동자면의 부근의 렌즈의 면에 그와 같은 요철분포를 주는 가공을 하여도 보정할 수 있다.

(e) 새지틀(sagittal)상면에서의 상면만곡

투영광학계(216)의 외측에, 부분적으로 새지틀방향에의 굴절력 분포를 가지는 평판을 배치하는 것으로 보정할 수 있다.

(f) 메리디오날(meridional)(탄젠셜(tangential))상면에서의 상면만곡

투영광학계(216)의 외측에 부분적으로 메리디오날(탄젠셜)방향에의 굴절력 분포를 가지는 평판을 배치하는 것으로 보정할 수 있다.

(g)부분적인 디스토션

투영광학계(216)의 외측에 부분적으로 경사각이 변화되어 있는 1매 또는 복수매의 평판을 배치하는 것으로 보정할 수 있다. 복수매의 평판을 사용하는 경우에는, 투영광학계(216)의 텔레센트릭성을 악화시키지 않는 것이 가능하다.

(h)부분적인 세로의 색수차

투영광학계(216)의 외측에 부분적으로 분산(압베수(Abbe nummber))이 다른 광학재료를 쓰던가 또는 부분적으로 다른 굴절율 분포를 가지는 광학재료를 이용하여 제조된 평판을 배치하는 것으로 보정할 수 있다.

(i)부분적인 횡의 색수차

투영광학계(216)의 내부에 부분적으로 분산(압베수)이 다른 광학재료를 이용하거나 또는 부분적으로 다른 굴절율 분포를 가지는 광학재료를 이용하여 제조된 평판을 배치하는 것으로 보정할 수 있다.

(j)부분적인 텔레센트릭성의 붕괴

투영광학계(216)의 외측에 부분적으로 경사각이 변화되어 있는 1매 또는 복수매의 평판을 배치하는 것으로 보정할 수 있다. 복수매의 평판을 사용하는 경우에는 투영상의 디스토션(결상점의 횡 시프트)에 영향을 주지 않는 것이 가능하다.

또한, 상기의 실시형태에서는 레티클(214)의 열 변형에 관해서 설명했지만 웨이퍼(220)가 왜곡되어 있는 경우나, 포개 마추어 노광할 때에 앞의 노광장치의 디스토션특성이 왜곡되어 있는 경우나, 투영광학계(216)에 비 등방적인 디스토션이 발생하고 있는 경우에 적용하여도 좋다. 이 경우에는, 레티클(214)의 열 변형량과, 투영광학계(216)의 조사 변동량과, 웨이퍼(220)의 왜곡과, 앞의 노광장치의 디스토션특성과로 부터 종합적으로 오차가 작게 되도록 보정하여도 좋다.

또한, 상기의 실시형태에서는 노광장치로서 스텝 앤드 스캔방식의 투영노광장치가 사용되어 있지만, 레티클의 열 변형량에 따른 결상특성의 보정 등은 노광장치로서 스테퍼와 같은 일괄노광용의 투영노광장치를 사용하는 경우에도 적용할 수 있다.

이상의 제2 또는 제3의 실시형태에 의하면, 투영광학계의 적어도 하나의 광학소자의 광축방향의 위치, 적어도 하나의 광학소자의 광축방향의 경사각, 마스크와 기판과의 상대 주사속도 및 마스크와 기판과의 주사방향의 평행도 중에 적어도 하나를 조정하는 것으로, 고정밀도로 결상특성을 보정할 수 있는 이점이 있다. 이에 의해서 마스크의 패턴상을 기판상에 고정밀도로 전사할 수 있다.

또한, 마스크의 열 변형에 의한 결상특성의 변화를 주사방향의 성분과 비주사방향의 성분과로 각각 독립적으로 보정하기 때문에, 마스크의 열 변형에 의한 결상특성의 변화를 고정밀도로 보정할 수 있다.

또한, 마스크의 패턴 존재율에 기초하여 마스크의 열 흡수량을 구함으로써 마스크의 열 변형량을 정확히 구할 수 있다. 또한, 마스크의 패턴영역외에서 생기는 열 이동을 고려하여 마스크의 열 변형량을 구함에 의해, 마스크의 열 변형량, 나아가서는 이에 의한 결상특성의 변화량을 고정밀도로 구할 수 있고, 그것에 따라서 고정밀도로 결상특성을 보정할 수 있다.

또한, 기판상에 결상되는 마스크 패턴 상의 주사방향과 비 주사방향과의 배율 변화의 차이에 따라서, 블라인드기구를 구동하여 조명영역의 폭을 조정함에 의해, 결상특성으로서의 투영상의 콘트라스트를 고정밀도로 보정할 수 있다.

또한, 마스크 스테이지상의 광 투과창을 개재하여 웨이퍼 스테이지상의 조사량센서에 의해 노광광원의 조사량을 측정하여 투영광학계의 투과율을 구하기 때문에, 마스크에 영향되는 일 없이 고정밀도로 조명광 흡수에 의한 투영광학계의 결상특성의 변화를 구할 수 있고, 결과로서 고정밀도로 결상특성을 보정할 수 있다.

또한, 2개의 광 투과창을 마스크를 끼우고 또한 마스크의 이동방향으로 이격하여 설치하는 경우, 마스크를 주사방향의 정역방향 어느쪽에 주사한 경우라도, 주사를 계속한 채로 광 투과창을 조명영역 내로 이동시킬 수 있기 때문에, 스루풋이 저하하지 않는다.

또한, 투영광학계의 복수의 광학소자를 각각 독립적으로 구동함에 의해 투영광학계의 결상특성을 보정할 수 있고, 또한, 투영광학계의 기판측에 구비된 제1 평행평면판을 구동함에 의해 소정의 결상특성을 고정밀도로 보정할 수 있다.

또한, 투영광학계의 마스크측에 구비된 제2 평행평면판의 표면에 소정의 요철가공이 시행되어 있을 때에는, 투영광학계의 광학소자의 제조오차 등에 의해 발생하는 디스토션을 고정밀도로 보정할 수 있다.

또한, 2차광원의 형상과 크기의 적어도 한쪽을 변경할 때 마다 제1 평행평면판을 구동함으로서, 2차광원의 형상과 크기에 따른 투영광학계의 편심 코마수차의 보정을 할 수 있다.

또한, 노광광원으로서 ArF 엑시머 레이저광원을 사용하고, 또한 투영광학계 내부를 질소가스 또는 불활성가스로 치환하는 경우에는, 산소가 반응하여 오존이 발생하는 것을 막을 수 있고, 또한, 노광광에 대한 투과율이 향상한다.

또한, 투영광학계 내부의 기압을 측정하는 경우에는, 그 측정결과에 기초하여 보다 고정밀도로 투영광학계의 결상특성의 보정을 할 수 있다.

다음에, 제2 또는 제3의 실시형태의 투영노광장치에 의하면, 제1 평행평면판을 이동함에 의해 투영광학계의 편심 코마수차를 조정할 수 있고, 또한, 제2 평행평면판을 마스크에 대하여 상대이동하지 않고 복수의 광학소자의 적어도 하나를 이동함에 의해, 편심 코마수차 이외의 투영광학계의 수차, 투영배율 및 초점위치의 적어도 하나를 조정할 수 있다.

또한, 투영광학계의 적어도 3개 내지 5개의 광학소자를 이동하는 경우에는, 각각 투영광학계의 3개 내지 5개의 결상특성을 보정할 수 있다.

또한, 마스크와 복수의 광학소자에 의하여 형성되는 복수의 공간 중에 적어도 하나로서 굴절율을 변화시키는 조정장치에 의해, 간단한 제어로 소정의 결상특성을 보정할 수 있다.

또한, 조명광학계는 마스크의 패턴에 따라서 2차광원의 형상과 크기의 적어도 한쪽을 변경할 수 있고, 그 변경마다 복수의 광학소자와 제1 평행평면판의 적어도 하나를 구동할 때에는, 조명조건에 따른 결상특성의 보정을 할수 있다.

또한, 투영광학계 내부의 기압을 측정하고, 상기 기압의 변화에 연동하여 복수의 광학소자와 제1 평행평면판의 적어도 하나를 이동할 때에는, 보다 고정밀도로 결상특성의 보정을 행할 수 있다.

또한, 제1 평행평면판 또는 제2 평행평면판에 의해 각각 투영광학계의 편심 코마수차 또는 비대칭인 수차를 조정할 수 있다.

그런데, 상기 실시형태에서는 노광용 조명광으로서 파장이 100nm 이상의 자외광, 예를 들면 g선, i선 및 KrF 엑시머 레이저 등의 원자외(遠紫外)(DUV)광, ArF 엑시머 레이저 및 F₂레이저(파장 157nm) 등의 진공자외(VUV)광을 쓸 수 있다. 또한, YAG 레이저의 고조파(高調波) 등을 이용하여도 좋다.

또한, DFB 반도체 레이저 또는 파이버 레이저로부터 발진되는 적외역 또는 가시역의 단일파장 레이저를, 예를 들면 에르븀(또는 에르븀과 이테르븀의 양쪽)이 도프된 파이버 앰프로 증폭하고, 비선형광학결정을 이용하여 자외광으로 파장 변환한 고조파를 이용하여도 좋다.

예를 들면, 단일파장 레이저의 발진파장을 1.51 내지 1.59μm의 범위 내로 하면, 발생파장이 189 내지 199nm의 범위 내인 8배 고조파 또는 발생파장이 151 내지 159nm의 범위 내인 10배 고조파가 출력된다. 특히 발진파장을 1.544 내지 1.553μm의 범위 내로 하면, 193 내지 194nm의 범위 내의 8배 고조파, 즉 ArF 엑시머 레이저와 거의 동일 파장이 되는 자외광이 얻어지고, 발진파장을 1,57 내지 1.58μm의 범위 내로 하면, 157 내지 158nm의 범위 내의 10배 고조파, 즉 F₂레이저와 거의 동일 파장이 되는 자외광이 얻어진다.

또한, 발진파장을 1.03 내지 1.12μm의 범위 내로 하면, 발생파장이 147 내지 160nm의 범위 내인 7배 고조파가 출력되고, 특히 발진파장을 1.099 내지 1.106μm의 범위 내로 하면, 발생파장이 157 내지 158μm의 범위 내의 7배 고조파, 즉 F₂레이저와 거의 동일 파장이 되는 자외광이 얻어진다. 또한, 단일파장 발진 레이저로서는 이테르븀-도프-파이버 레이저를 쓴다.

그런데, 상기 실시형태에서는 노광용조명광의 파장이 100nm 이상으로 한정되지 않은 것은 물론 이다. 예를 들면, 70nm 이하의 패턴을 노광하기 위해서, SOR이나 플라즈마 레이저를 광원으로 하여, 연(軟)X선영역(예를 들면 5 내지 15nm의 파장역)의 EUV(Extreme Ultra Violet)광을 발생시킴과 동시에, 그 노광파장(예를 들면 13.5nm)을 기초로 설계된 올(all)반사축소광학계 및 반사형 마스크를 이용한 EUV 노광장치의 개발이 행하여지고 있다. 이 장치에 있어서는, 원호(圓弧)조명을 이용하여 마스크와 웨이퍼를 동기주사하여 스캔노광하는 구성이 고려됨으로, 이러한 장치도 본 발명의 적용범위에 포함되는 것이다.

또한, 전자선 또는 이온 빔 등의 하전(荷電)입자선을 쓰는 노광장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 전자선노광장치에서는 전자총으로서, 예를 들면 열전자방사형의 란탄헥사보라이드(LaB₆), 탄탈(Ta)을 쓸 수가 있다. 또한, 전자선노광장치는 펜슬 빔(pencil beam)방식, 가변성형 빔방식, 셀 프로젝션(cell projection)방식, 블랭킹-어퍼처-어레이(blanking apereture array)방식 및 마스크 투영방식의 어떤것이라도 좋다. 마스크 투영방식은 마스크상에서 서로 분리한 250nm각 정도의 다수의 서브필드(subfield)에 회로 패턴을 분해하여 형성하고, 마스크상에서 전자선을 제1 방향에 순차적으로 시프트시킴과 동시에, 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 마스크를 이동하는데 동기하고, 분해 패턴을 축소 투영하는 전자광학계에 대하여 웨이퍼를 상대이동하고, 웨이퍼상에서 분해 패턴의 축소상을 서로 연결시켜 합성 패턴을 형성하는 것이다.

그런데, 전술의 실시형태에서는 스텝 앤드 스캔방식의 축소 투영노광장치(스캐닝-스테퍼)를 이용하는 것으로 했지만, 레티클과 웨이퍼를 거의 정지시킨 상태에서, 투영광학계를 개재하여 레티클의 패턴을 웨이퍼에 전사하는 동작을 반복하는 스텝-앤드-리피트방식의 축소 투영노광장치(스테퍼)를 쓰더라도 좋고 또는 미러 프로젝션-얼라이너(mirror projection aligner) 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.

또한, 투영광학계는 축소계뿐만 아니라 등배계 또는 확대계(예를 들면 액정 디스플레이 제조용 노광장치 등)을 이용하여도 좋다. 또한, 투영광학계는 굴절계, 반사계 및 반사굴절계의 어떤것이라 하여도 좋다. 또한, 노광용 조명광의 파장에 따라서 광학소자(특히 굴절소자)에 사용 가능한 초재(硝材)나 코팅재의 종류가 제한되고, 또한 초재(硝材)마다 그 제조 가능한 최대구경도 다르기 때문에, 노광장치의 사양(仕樣)으로부터 결정되는 노광파장이나 그 파장폭(협대폭(狹帶幅)) 및 투영광학계의 필드 사이즈나 개구 수 등을 고려하여, 굴절계, 반사계 및 반사굴절계의 어느것인가를 선택하게 된다.

일반적으로, 노광파장이 190nm정도 이상이면, 초재(硝材)로서 합성석영과 형석을 이용할 수 있기 때문에, 반사계 및 반사굴절계는 말할 것도 없고, 굴절계도 비교적 용이하게 채용할 수 있다. 또한, 파장이 200nm정도 이하의 진공자외광으로서는, 그 협대화(狹帶化)된 파장폭에 따라서는 굴절계도 이용할 수 있지만, 특히 파장이 190nm정도 이하로서는, 초재(硝材)로서 형석 이외에 적당한 것이 없고, 또한 파장의 협대화도 곤란하게 되기 때문에, 반사계 또는 반사굴절계를 채용하는 것이 유리하다. 또한 EUV광으로서는 복수매(예를 들면 3 내지 6매 정도)의 반사소자만으로 이루어지는 반사계가 채용된다. 또한, 전자선노광장치로서는 전자 렌즈 및 편향기로 이루어지는 전자 광학계가 이용된다. 또한, 진공자외역의 노광용 조명광으로서는 그 감쇠를 저감하는 기체(예를 들면 질소, 헬륨 등의 불활성가스)로 광로를 채우던가 또는 그 광로를 진공으로 하고, EUV광 또는 전자선으로서는 그 광로를 진공으로 한다.

또한, 반도체소자의 제조에 이용되는 노광장치뿐만 아니라, 액정표시소자 등을 포함하는 디스플레이의 제조에 쓰인다, 디바이스 패턴을 유리 플레이트상에 전사하는 노광장치, 박막 자기헤드의 제조에 쓰인다, 디바이스 패턴을 세라믹 웨이퍼상에 전사하는 노광장치, 촬상소자(CCD 등)의 제조에 이용되는 노광장치 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.

또한, 레티클 또는 마스크를 제조하기 위해서, 유리기판 또는 실리콘 웨이퍼 등에 회로 패턴을 전사하는 노광장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 여기서, DUV 광이나 VUV 광 등을 이용하는 노광장치에는 일반적으로 투과형 레티클이 쓰이고, 레티클기판으로서는 석영유리, 불소가 도프된 석영유리, 형석 또는 수정 등이 이용된다. 또한, EUV 노광장치로는 반사형 마스크가 이용되고, 프록시미티(proxymity)방식의 X선노광장치 또는 마스크 투영방식의 전자선노광장치 등에서는 투과형 마스크(스텐실(stencil) 마스크, 멤브레인(membrane) 마스크)가 쓰이고, 마스크 기판으로서는 실리콘 웨이퍼 등이 이용된다.

그런데, 복수의 렌즈로 구성되는 조명광학계 및 투영광학계를 노광장치 본체에 짜 넣어 광학 조정을 행함과 동시에, 다수의 기계부품으로 이루어지는 레티클 스테이지나 웨이퍼 스테이지를 노광장치 본체에 부착하여 배선이나 배관을 접속하고, 또한 종합조정(전기조정, 동작확인 등)을 함에 의해 상기 실시형태의 노광장치를 제조할 수 있다. 또한, 노광장치의 제조는 온도 및 크린(clean)도 등이 관리된 크린 룸에서 행하는 것이 바람직하다.

또한, 반도체 디바이스는 디바이스의 기능-성능 설계를 하는 스텝, 이 설계 스텝에 기초를 둔 레티클을 제작하는 스텝, 실리콘재료로 부터 웨이퍼를 제작하는 스텝, 전술한 실시형태의 노광장치에 의해 레티클의 패턴을 웨이퍼에 노광하는 스텝, 디바이스 조립 스텝(다이싱공정, 본딩공정, 패키지공정을 포함한다), 검사 스텝 등을 거쳐서 제조된다.

이와 같이, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위로 여러가지의 구성을 취하여 얻는다.

Claims (33)

1. 감광기판에 마스크의 패턴을 투영하는 투영광학계;

   상기 투영광학계의 상기 감광기판측에 상기 투영광학계의 광축에 거의 수직으로 배치되는 평행평면판; 그리고

   상기 투영광학계의 광축에 대한 상기 평행평면판의 법선의 경사각과, 상기 평행평면판의 경사방향의 적어도 한쪽을 조정하는 조정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 마스크의 패턴에 따라서 2차광원의 크기와 형상의 적어도 한쪽을 변경하는 조명광학계를 더욱 구비하고,

   상기 조정장치는 상기 2차광원의 변경에 연동하여, 상기 평행평면판의 경사각 및 경사방향의 적어도 한쪽을 조정하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
3. 상기 마스크와 상기 감광기판의 각각과 거의 직교하는 광축에 따라 배열되는 복수의 광학소자와, 상기 감광기판측에 배치되는 평행평면판을 갖는 투영광학계; 그리고

   상기 감광기판의 노광조건의 변경에 따라서, 상기 평행평면판을 이동하여 투영광학계의 수차를 조정하는 조정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 조정장치는 상기 평행평면판을 실질적으로 회전시키지 않고 상기 투영광학계의 광축과 수직한 면에 대하여 상대적으로 기울여서 상기 투영광학계의 편심 코마수차를 조정하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 편심 코마수차 이외의 상기 투영광학계의 수차, 투영배율 및 초점위치의 적어도 하나를 조정하기 위해서, 상기 투영광학계의 복수의 광학소자의 적어도 하나를 이동하는 구동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
6. 제3항에 있어서,

   상기 마스크의 패턴에 따라서 2차광원의 크기와 형상의 적어도 한쪽을 변경하는 조명광학계와,

   상기 조명광학계의 개구 수를 가변으로 하는 개구 조리개를 더욱 구비하고,

   상기 감광기판의 노광조건은, 상기 2차광원의 크기와 형상, 상기 마스크상의 패턴의 종류 및 상기 투영광학계의 개구 수의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
7. 상기 마스크와 상기 감광기판의 각각과 거의 직교하는 광축에 따라 배열되는 평행평면판을 갖는 투영광학계; 그리고

   상기 투영광학계의 광축과 수직한 면에 대하여 상기 평행평면판을 기울이는 구동기구를 포함하는 마스크의 패턴으로 감광기판을 노광하는 투영노광장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 투영광학계의 투영배율에 따른 속도비로 상기 마스크와 상기 감광기판을 동기이동하는 스테이지 시스템을 더욱 구비하고,

   상기 스테이지 시스템을 구동하여, 상기 마스크의 패턴으로 상기 감광기판을 주사노광하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
9. 2차광원으로부터 출사하여 상기 마스크를 통과하는 광 빔의 상기 투영광학계의 눈동자면상에서의 광 강도분포를 변경하는 제1 공정과,

   상기 광 강도분포의 변경에 연동하여, 상기 투영광학계의 상기 감광기판측에 배치되는 평행평면판을 이동하는 제2 공정을 포함하며, 투영광학계를 개재하여 마스크의 패턴으로 감광기판을 노광하는 투영노광방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 제1 공정은 상기 마스크의 패턴에 따라서 2차광원의 크기와 형상의 적어도 한쪽을 변경하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
11. 제9항에 있어서,

    상기 제2 공정은 상기 평행평면판을 실질적으로 회전시키지 않고 상기 투영광학계의 광축과 수직한 면에 대하여 상대적으로 기울여 상기 투영광학계의 편심 코마수차를 조정하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
12. 마스크와 기판을 동기이동하고, 상기 마스크의 패턴 상을 투영광학계를 개재하여 상기 기판상에 전사한다 ; 그리고

    주사노광 전 또는 주사노광중에, 상기 투영광학계의 적어도 하나의 광학소자의 광축방향의 위치, 상기 적어도 하나의 광학소자의 광축방향의 경사각, 상기 마스크와 상기 기판과의 상대 주사속도 및 상기 마스크와 상기 기판과의 주사방향의 평행도 중에서 적어도 하나를 조정하여 결상특성을 보정하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
13. 마스크와 기판을 동기이동하고, 상기 마스크의 패턴 상을 투영광학계를 개재하여 상기 기판상에 전사한다 ; 그리고

    상기 마스크의 열 변형에 의한 결상특성의 변화를, 주사방향의 성분은 상기 마스크와 상기 기판과의 상대 주사속도를 조정함으로써, 비주사방향의 성분은 상기 투영광학계의 투영배율을 조정함으로써, 각각 보정하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
14. 제13항에 있어서,

    상기 마스크의 패턴영역외에서 생기는 열 이동 및 상기 마스크의 패턴 존재율에 기초하여 상기 마스크의 열 흡수량을 구하고, 당해 열 흡수량에 의해 상기 마스크의 열 변형량을 계산하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
15. 상기 마스크의 패턴 상의 주사방향과 비주사방향과의 배율 변화의 차이에 따라서, 상기 마스크의 조명영역을 규정하는 가변시야 조리개를 구동하고, 상기 패턴 상의 콘트라스트를 보정한다 ; 그리고

    상기 마스크에 조사되는 조명광으로 상기 기판을 주사노광하고,

    마스크와 기판을 동기이동하고, 투영광학계를 개재하여 상기 마스크의 패턴 상을 상기 기판상에 전사하는 투영노광방법.
16. 상기 마스크를 유지하는 마스크 스테이지에 마련되는 광 투과창을 개재하여 상기 투영광학계의 투과율을 측정한다 ; 그리고

    상기 마스크와 상기 기판을 동기이동하고, 상기 마스크에 조사되는 조명광으로 상기 기판을 주사노광하고,

    투영광학계를 개재하여 마스크의 패턴 상을 기판상에 전사하는 투영노광방법
17. 제16항에 있어서,

    상기 광투과창은 상기 마스크를 끼우고, 또한 상기 마스크의 이동방향에 떨어저 2개 마련되는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
18. 상기 투영광학계의 복수의 광학소자를 각각 독립적으로 구동함에 의해, 상기 투영광학계의 결상특성을 보정한다 ; 그리고

    상기 투영광학계의 상기 기판측에 배치되는 제1 평행평면판을 광축방향으로 구동하여, 소정의 결상특성을 보정하고,

    투영광학계를 개재하여 마스크의 패턴 상을 기판상에 전사하는 투영노광방법.
19. 제18항에 있어서,

    상기 투영광학계는 상기 마스크측에, 상기 투영광학계의 수차의 잔류성분을 보정하기 위해서 표면에 소정의 요철가공이 시행된 제2 평행평면판을 구비하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
20. 제18항에 있어서,

    상기 마스크는 2차광원으로부터의 광 빔으로 조명되고, 상기 2차광원의 형상과 크기의 적어도 한쪽을 변경할 대 마다 상기 제1 평행평면판을 구동하여 상기 투영광학계의 편심 코마수차를 보정하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
21. 제18항에 있어서,

    상기 마스크는, 파장이 200nm 이하의 조명광으로 조명되고, 상기 투영광학계 내부에 불활성가스 또는 질소가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
22. 제21항에 있어서,

    상기 조명광은 ArF 엑시머 레이저 또는 F₂레이저인 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
23. 제 18항에 있어서,

    상기 투영광학계 내부의 기압을 측정하고, 당해 측정결과에 기초하여, 상기 패턴 상의 결상특성을 조정하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
24. 마스크의 패턴 상을 기판상에 투영하는 투영광학계로서, 상기 투영광학계는, 상기 마스크와 상기 기판과의 사이에서 광축에 따라 배열되는 복수의 광학소자와, 상기 기판측에 배치되는 제1 평행평면판과, 상기 마스크측에 배치되는 제2 평행평면판을 가지고, 그리고

    상기 투영광학계의 편심 코마수차를 조정하기 위해서 상기 제1 평행평면판을 이동하는 동시에, 상기 편심 코마수차 이외의 상기 투영광학계의 수차, 투영배율 및 초점위치의 적어도 하나를 조정하기 위해서, 상기 제2 평행평면판을 상기 마스크에 대하여 상대이동하지 않고, 상기 복수의 광학소자의 적어도 하나를 이동하는 구동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
25. 제 24항에 있어서,

    상기 구동장치는 상기 투영광학계의 적어도 3개의 광학소자를 이동하여 투영배율, 디스토션 및 비점수차를 조정하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
26. 제 24항에 있어서,

    상기 구동장치는 상기 투영광학계의 적어도 4개의 광학소자를 이동하여 투영배율, 디스토션, 비점수차 및 코마수차를 조정하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
27. 제 24항에 있어서,

    상기 구동장치는 상기 투영광학계의 적어도 5개의 광학소자를 이동하여 투영배율, 디스토션, 비점수차, 코마수차 및 구면수차를 조정하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
28. 제 24항에 있어서,

    상기 투영광학계의 상면만곡을 조정하기 위해서, 상기 마스크와 상기 복수의 광학소자에 의하여 형성되는 복수의 공간 중의 적어도 하나에서의 굴절율을 변화시키는 조정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치. .
29. 제 24항에 있어서,

    상기 마스크의 패턴에 따라서 2차광원의 형상과 크기의 적어도 한쪽을 변경하는 조명광학계를 더욱 구비하고,

    상기 구동장치는, 상기 2차광원의 변경에 연동하여, 상기 복수의 광학소자와 상기 제1 평행평면판의 적어도 하나를 이동하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
30. 제 24항에 있어서,

    상기 투영광학계 내의 기압을 측정하는 측정기를 더욱 구비하고,

    상기 구동장치는, 상기 기압의 변화에 연동하여, 상기 복수의 광학소자와 상기 제1 평행평면판의 적어도 하나를 이동하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
31. 제 24항에 있어서,

    상기 구동장치는 상기 제1 평행평면판을 실질적으로 회전시키지 않고 상기 투영광학계의 상면에 대하여 상대적으로 기울여서 상기 투영광학계의 편심 코마수차를 조정하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
32. 제 24항에 있어서,

    상기 제2 평행평면판은, 상기 투영광학계의 비대칭인 수차를 보정하도록 그 표면이 요철가공되는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
33. 제 24항에 있어서,

    상기 마스크의 패턴의 상을 상기 기판상에 주사노광하기 위해서, 상기 마스크와 상기 기판을 동기이동하는 스테이지 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.