JPH05343292A

JPH05343292A - 露光装置

Info

Publication number: JPH05343292A
Application number: JP4173780A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nakagawa; 正弘中川; Tadashi Nagayama; 匡長山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-06-08
Filing date: 1992-06-08
Publication date: 1993-12-24

Abstract

(57)【要約】【目的】投影光学系の歪曲収差を高精度に計測する。【構成】レチクルＲ及び投影光学系ＰＬを透過した露
光光によりステージ基板２１上の十字形パターンＷＭを
照明し、この十字形パターンＷＭ及びレチクルＲ上の計
測用マークＲＭの像を観察光学系ＶＦ等を介して撮像素
子４０で観察する。照明光学系１１，１７，１９の中
に、露光光の主光線の光軸ＡＸに対する傾斜角を補正す
るための傾斜角補正光学系１２を配置して、十字形パタ
ーンＷＭに対する露光光のテレセントリック性を保証す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば投影光学系の歪
曲収差の計測機構を備えた露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィー技術を用いて製造する際に、レチクルの
パターンを投影光学系を介してウエハ上に転写する投影
露光装置が使用されている。斯かる投影露光装置の重要
な性能の１つに重ね合わせ精度があり、この重ね合わせ
精度に影響を与える主要な要素が投影光学系の倍率誤差
及び歪曲収差である。例えば超ＬＳＩ等に用いられるパ
ターンの線幅は年々微細化され、ウエハ上での重ね合わ
せ精度の向上に対する要求も強まっている。従って、投
影光学系の倍率誤差及び歪曲収差を所定の範囲内に保つ
必要性も高まっている。

【０００３】これに関して、レチクルと投影光学系との
間の距離及び投影光学系内部の各レンズエレメントの相
対位置が変化しなければ、倍率誤差及び歪曲収差に基づ
く重ね合わせ誤差は一定であり、このような重ね合わせ
誤差はシステマティックな誤差と言える。そして、例え
ば長時間に亘る露光光の吸収等により投影光学系内部の
各レンズエレメントの相対位置等が変化すると、倍率誤
差及び歪曲収差が変化する虞があるので、随時投影光学
系の倍率誤差及び歪曲収差の状態を計測できる機構が開
発されている（例えば特開昭５９−９４０３２号公報参
照）。なお、倍率誤差は歪曲収差の計測機構により同時
に計測できる。

【０００４】従来の歪曲収差の計測機構は、歪曲収差計
測用の多数のマークが形成されたレチクルとウエハステ
ージ側に形成された計測用パターンとを用い、ウエハス
テージを移動させて投影光学系の露光領域内でその計測
用パターンを２次元的に移動させるものである。そし
て、この計測用パターンを露光光と同じ波長の光で照明
し、この計測用パターンの投影光学系による共役像がそ
れらレチクル側の計測用のマークと合致するときのウエ
ハステージの各２次元座標を検出する。この検出された
２次元座標と、レチクルの計測用のマークの２次元座標
に投影光学系の投影倍率を乗じて得られた２次元座標と
の差が歪曲収差である。

【０００５】この場合、そのウエハステージ側の計測用
パターンの照明法には、照明光学系よりレチクルに向け
て照射される露光光を用いる第１方式、露光光をライト
ガイド等を介してウエハステージの内部に導き、この露
光光でウエハステージ側から照明する第２方式及び計測
用の顕微鏡からの照明光で独立に照明する第３方式があ
る。本願では、その第１方式でそのウエハステージ側の
計測用パターンを照明する場合を扱う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に、投影露光装置
においては、投影光学系は少なくともウエハ側にはテレ
セントリックである。しかしながら、そのように照明光
学系からレチクル側に照射された露光光を用いて投影光
学系を介してウエハステージ側の計測用パターンを照明
する場合には、この計測用パターンに対する露光光のテ
レセントリック性が投影光学系の露光領域の全体では必
ずしも保証されていない不都合がある。従って、そのウ
エハステージ側の計測用パターンの投影光学系による共
役像に非対称性又は歪等が生じ、この共役像のレチクル
上での位置計測に誤差が生じる虞がある。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑み、投影光学系の歪
曲収差をより高精度に計測できる露光装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による露光装置
は、例えば図１に示す如く、露光光を発生する光源
（１）と、その露光光を集光してマスクＲを照明する照
明光学系（８，１１，１７，１９）と、そのマスクＲの
パターンをその露光光のもとでステージ（２０）上の感
光基板Ｗに転写する投影光学系ＰＬと、その照明光学系
によりそのマスクＲに照射されるその露光光の主光線の
その照明光学系の光軸ＡＸに対する傾斜角を部分的に補
正する傾斜補正手段（１３，１４）と、この傾斜補正手
段によりその主光線の傾斜角が補正されたその露光光に
よって照明されたそのマスクＲ上の第１マークＲＭとそ
の傾斜補正手段によりその主光線の傾斜角が補正された
その露光光によってそのマスクＲ及びその投影光学系Ｐ
Ｌを介して照明されたそのステージ（２０）上の第２マ
ークＷＭとの各マーク像の位置関係を検出する撮像手段
（３１，３２，４０）と、この撮像手段により検出され
た各マーク像の位置関係に応じてその投影光学系ＰＬの
結像特性を制御する結像特性制御手段（７，２９）とを
有するものである。

【０００９】

【作用】斯かる本発明によれば、その傾斜補正手段（１
３，１４）によりそのマスクＲに照射される露光光の主
光線のその照明光学系の光軸ＡＸに対する傾斜角を部分
的に補正することができる。そこで、ステージ（２０）
上に形成された第２マークＷＭをその投影光学系ＰＬを
介して照明する露光光が、現在のその第２マークＷＭの
位置でテレセントリックになるように、その傾斜補正手
段（１３，１４）で調整する。これにより、その第２マ
ークＷＭが投影光学系ＰＬの露光領域内のどの位置に移
動しても、常にその第２マークＷＭに対する露光光のテ
レセントリック性を保証することができ、歪曲収差を高
精度に計測することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明による露光装置の第１実施例に
つき図１を参照して説明する。本実施例は、投影光学系
の歪曲収差計測機構を有する縮小投影型の露光装置（ス
テッパー）に本発明を適用したものである。

【００１１】図１は本例の露光装置の全体の構成を示
し、この図１において、１は水銀ランプである。水銀ラ
ンプ１からの露光光ＩＬは楕円鏡２で焦光され、ミラー
３で反射された後に、インプットレンズ４でほぼ平行光
束に変換される。楕円鏡２とミラー３との間にシャッタ
ー５が配置され、駆動モーター６によりそのシャッター
５を閉じることにより、露光光ＩＬのインプットレンズ
４に対する供給を停止することができる。７は装置全体
の動作を制御する主制御系を示し、主制御系７が駆動モ
ーター６の動作を制御する。なお、水銀ランプ１の他
に、ＫｒＦエキシマレーザー等のパルスレーザー光源又
はその他の光源が使用されている。

【００１２】シャッター５が開状態の場合には、インプ
ットレンズ４から射出された露光光ＩＬは、オプティカ
ルインテグレータとしてのフライアイレンズ８に入射
し、フライアイレンズ８の射出側（レチクルＲ側）の焦
平面に多数の２次光源が形成される。この２次光源の形
成面には可変開口絞り９が配置され、主制御系７は、駆
動装置１０を介してその可変開口絞り９の開口部の形状
を転写対象のレチクルに応じた形状に設定する。ウエハ
Ｗへの露光時には、可変開口絞り９の開口部、即ち２次
光源より射出された露光光ＩＬは、第１リレーレンズ１
１、レチクルブラインド１５、第２リレーレンズ１７、
ミラー１８及び主コンデンサーレンズ１９を経て適度に
集光されてほぼ均一な照度でレチクルＲを照明する。

【００１３】レチクルブラインド１５とレチクルＲのパ
ターン形成面とは共役であり、レチクルブラインド１５
の開口部によりレチクルＲの照明視野が設定される。ま
た、歪曲収差の計測時には、レチクルブラインド１５の
第１リレーレンズ１１側の直前に傾斜角補正光学系１２
が配置される。この傾斜角補正光学系１２は、２枚の偏
角プリズム１３及び１４を照明光学系の光軸ＡＸに沿っ
て配置して構成され、これら偏角プリズム１３及び１４
の光軸ＡＸの回りの相対的な回転角を変えることによ
り、後続のレチクルブラインド１５の開口部を通る露光
光の主光線の光軸ＡＸに対する傾斜角を調整することが
できる。また、偏角プリズム１３及び１４を一体として
光軸ＡＸの回りに回転することにより、その露光光の主
光線を光軸ＡＸの回りに回転することができる。主制御
系７は、駆動装置１６を介してレチクルブラインド１５
の開口部の位置及び大きさ、偏角プリズム１３及び１４
の相対的な回転角並びに偏角プリズム１３及び１４の一
体的な回転角を所定の状態に設定する。

【００１４】本例のレチクルＲのパターン領域にはマト
リックス状に多数の矩形枠状の計測用マークＲＭが形成
されている。これら計測用マークＲＭは投影光学系ＰＬ
の歪曲収差の計測に使用される。ウエハＷへの露光時に
は、レチクルＲのパターン領域を通過した露光光ＩＬ
は、投影光学系ＰＬによりウエハＷ上のショット領域に
集束され、これによりレチクルＲのパターンがウエハＷ
のそのショット領域に所定の縮小倍率で転写される。投
影光学系ＰＬのフーリエ変換面（瞳面）はフライアイレ
ンズ８の２次光源形成面と共役である。また、ウエハＷ
はウエハステージ２０上に保持され、ウエハステージ２
０は、投影光学系ＰＬの光軸に垂直な面（ＸＹ平面）内
でウエハＷを２次元的に位置決めするＸＹステージ及び
投影光学系ＰＬの光軸に平行な方向（Ｚ方向）にウエハ
Ｗを位置決めするＺステージ等より構成されている。

【００１５】ウエハステージ２０上のウエハＷの近傍に
は光透過性のステージ基板２１が取り付けられ、ステー
ジ基板２１の表面はウエハＷの露光面と同じ高さに設定
されている。そして、ステージ基板２１上には歪曲収差
計測用の十字形パターンＷＭが形成されている。後述の
ように、十字形パターンＷＭはレチクルＲの計測用マー
クＲＭの近傍を透過し投影光学系ＰＬを介して照射され
る露光光により照明される。

【００１６】また、ウエハステージ２０上にはレーザー
干渉計２４のレーザービームを反射するための移動ミラ
ー２３が固定され、レーザー干渉計２４はウエハステー
ジ２０中のＸＹステージの２次元座標を計測する。主制
御系７は、レーザー干渉計２４により計測された２次元
座標をモニターしつつ駆動装置２５を介してウエハステ
ージ２０の位置決めを行う。２６は焦点検出系の照射光
学系、２７は焦点検出系の受光光学系を示し、照射光学
系２６は投影光学系ＰＬの露光領域内の所定位置に例え
ばスリットパターンの像を斜めに投影し、受光光学系２
７はそのスリットパターンの像を例えば振動スリット板
上に再結像する。この振動スリット板の背面には受光素
子が配置され、この受光素子の検出信号をその振動スリ
ット板の駆動信号で同期整流することにより、その投影
光学系ＰＬの露光領域内の物体が投影光学系ＰＬの焦点
面に合致したときに所定レベルとなる焦点信号が得られ
る。主制御系７は、その焦点信号が所定レベルになるよ
うに駆動装置２５を介してウエハステージ２０中のＺス
テージの動作を制御する。これによりオートフォーカス
制御が行われる。

【００１７】投影光学系ＰＬの瞳面には可変開口絞り２
８が設けられ、主制御系７がその可変開口絞り２８の開
口状態を設定する。更に、主制御系７は駆動装置２９を
介して、レチクルＲの投影光学系ＰＬの光軸に垂直な面
に対する傾斜角を微調整する。この微調整により投影光
学系ＰＬの歪曲収差の状態を或る程度調整することがで
きる。その他に、例えば投影光学系ＰＬの所定の空気室
の圧力を調整する機構又は投影光学系ＰＬを構成するレ
ンズ群の間隔を調整する機構等を設けてもよい。これら
の機構を介して主制御系７は、投影光学系ＰＬの倍率誤
差、歪曲収差等の結像特性を所定の範囲内で調整するこ
とができる。

【００１８】また、投影光学系ＰＬの歪曲収差の計測時
には、投影光学系ＰＬの露光領域内にステージ基板２１
の十字形パターンＷＭが配置される。そして、その十字
形パターンＷＭに共役な位置のレチクルＲ上の計測用マ
ークＲＭの上方には、ビームスプリッター３１及び第１
対物レンズ３２よりなる観察光学系ＶＦが、投影光学系
ＰＬの光軸に垂直な面内で移動自在に配置される。ウエ
ハステージ２０中のＸＹステージを移動させて十字形パ
ターンＷＭを移動させるのに対応して、主制御系７は駆
動装置３０を介してその観察光学系ＶＦをレチクルＲの
上方で移動させる。

【００１９】この歪曲収差の計測時には、傾斜角補正光
学系１２で主光線の光軸ＡＸに対する傾斜角が補正され
てレチクルブラインド１５の開口部から射出された露光
光は、第２リレーレンズ１７、ミラー１８、主コンデン
サーレンズ１９及びビームスプリッター３１を経てその
計測用マークＲＭの近傍に照射され、この計測用マーク
ＲＭの近傍を透過した露光光が投影光学系ＰＬを介して
ステージ基板２１上の十字形パターンＷＭを照明する。
この十字形パターンＷＭから反射された露光光は、投影
光学系ＰＬ及びレチクルＲの計測用マークＲＭを透過し
てビームスプリッター３１に入射する。並行してレチク
ルＲの計測用マークＲＭそのものから反射された露光光
もビームスプリッター３１に入射する。

【００２０】ビームスプリッター３１で反射された計測
用マークＲＭからの露光光及び十字形パターンＷＭから
の露光光は、第１対物レンズ３２を経た後に光路長補正
手段３３を経てビームスプリッター３４に入射する。光
路長補正手段３３は駆動装置３０を介して主制御系７か
ら供給される制御信号に応じて、観察光学系ＶＦの移動
量を相殺するように内部を通過する露光光の光路長を補
正する。ビームスプリッター３４で反射された露光光
は、第２対物レンズ３５により集束されて、レチクルＲ
のパターン形成面と共役な面Ｐ１上に計測用マークＲＭ
及び十字形パターンＷＭの像が結像される。これらの像
からの露光光は更に、第１リレーレンズ３６、光軸補正
手段３７、可変開口絞り３８及び第２リレーレンズ３９
により２次元ＣＣＤよりなる撮像素子４０の撮像面に集
束され、この撮像素子４０の撮像面に計測用マークＲＭ
及び十字形パターンＷＭの像が結像される。

【００２１】この場合、光軸補正手段３７は、傾斜角補
正光学系１２により傾斜されてレチクルＲに入射する十
字形パターンＷＭの像の露光光の主光線のレチクルＲに
対する傾斜角を補正し、可変開口絞り３８は投影素子４
０へ入射する計測用マークＲＭ、十字形パターンＷＭ各
像の光束の状態を決定し、第２リレーレンズ３８は光軸
方向に移動して計測用マークＲＭ、十字形パターンＷＭ
各像の合焦を行う。主制御系７は駆動装置４１を介して
光軸補正手段３７の補正動作、可変開口絞り３８の開口
部の形状及び第２リレーレンズ３９の移動位置の制御を
行う。傾斜角補正光学系１２の駆動は、レチクル上の各
計測位置ごとに予め定められた補正プログラムに従って
行われる。可変開口絞り３８の開口部の形状を決定する
にあたっては、投影光学系ＰＬの瞳面の可変開口絞り２
８の開口部の形状に連動して調整してもよいが、可変開
口絞り３８の開口部の形状を独立に設定してもよい。第
２リレーレンズ３９の位置移動をするにあたっては、ま
ずビームスプリッター３４を透過した露光光をフォーカ
ス検出手段４２で受光する。このフォーカス検出手段４
２は、２次元ＣＣＤ撮像素子４０の撮像面上における計
測用マークＲＭの像及び十字形パターンＷＭの像のレチ
クルＲ上の計測位置におけるレチクル厚のバラツキによ
って生じる合焦ズレを検出し、この検出した合焦状態の
情報を主制御系７に供給するもので、この情報から主制
御系７は駆動装置４１を介して第２リレーレンズ３９の
移動による合焦補正をする。こうした、３つの補正作業
により、計測マークＲＭ、十字形パターンＷＭの像の光
束のケラレをなくし、結像特性を最適化し、デフォーカ
スによる計測マークＲＭ像と十字形パターンＷＭ像のＣ
ＣＤ上での位置ずれを防ぐといったことが出来るので後
述の歪曲収差計測時の検出誤差をより小さく出来る。

【００２２】次に、投影光学系ＰＬの歪曲収差計測時の
動作につき詳細に説明する。この場合にはレチクルブラ
インド１５の直前に傾斜角補正光学系１２が配置される
と共に、レチクルブラインド１５の開口部の位置がレチ
クルＲ上の計測対象の計測用マークＲＭの共役位置の近
傍に設定され、そのレチクルブラインド１５の開口部の
大きさはその計測用マークＲＭの近傍の所定領域だけを
照明する程度の大きさに設定される。そして、その計測
用マークＲＭの近傍を透過した後に投影光学系ＰＬを介
してステージ基板２１上の十字形パターンＷＭ上に照射
される露光光の主光線がそのステージ基板２１に対して
垂直になるように、その傾斜角補正光学系１２により露
光光の主光線の傾斜角が調整される。その傾斜角補正光
学系１２における傾斜角の調整状態は、例えば予めレチ
クルＲ上の計測座標に対応して主制御系７の内部の記憶
手段に記憶しておく。

【００２３】その状態で、主制御系７は撮像手段４０を
介してレチクルＲ上の計測用マークＲＭの像とステージ
基板２１上の十字形パターンＷＭの像との位置関係を検
出する。同様に、主制御系７はステージ基板２１上の十
字形パターンＷＭを投影光学系ＰＬの露光領域内で２次
元的に移動させて、レチクルＲ上の多数の計測用マーク
ＲＭの像とその十字形パターンＷＭの像との位置関係を
それぞれ検出する。これにより投影光学系ＰＬの歪曲収
差の状態が分かるので、主制御系７は例えば駆動装置２
９を介してレチクルＲの傾斜角を調整して投影光学系Ｐ
Ｌの歪曲収差の状態を所定の状態に調整する。こうし
て、歪曲収差計測は完了するが、更に計測誤差を防止す
る方法として、上記各計測マークＲＭ像と十字形パター
ンＷＭ像との撮像手段４０上での位置ズレを検出する際
に、この撮像手段４０上での十字形パターンＷＭ像の絶
対位置をも検出しておき、この位置情報を主制御系７に
記憶させる。

【００２４】また、図１において、４４はライトガイド
を示し、このライトガイド４４の一端はシャッター５の
近傍に配置され、ライトガイド４４の他端がウエハステ
ージ２０の中に収納されている。シャッター５が閉じて
いる状態では、シャッター５で反射された露光光ＩＬが
集光レンズ４３によりライトガイド４４の一方の端面に
集束され、ウエハステージ２０中のライトガイド４４の
他方の端面から露光光が射出される。この射出された露
光光は集光レンズ４５によりほぼ平行光束に変換された
後に、ミラー４６で反射されてステージ基板２１上の開
口マーク２２を底面側から鉛直上方に照明する。この２
２は照野を決めるものである。そこで、ウエハステージ
２０を移動させて、この開口マーク２２を上記計測マー
クＲＭの投影光学系ＰＬを介した共役位置近傍にて発光
させると、ステージ基板２１に対して垂直に射出したこ
の開口マーク２２からの露光光は投影光学系ＰＬを介し
てその共役位置にあるレチクルＲ上の計測用マークＲＭ
を透過照明する。こうして照明されて計測マークＲＭか
ら射出する光束の主光線は計測マークＲＭからの反射光
と違って、前出の十字形パターンＷＭの主光線とレチク
ルＲ上を射出する際にその傾斜角が一致することにな
る。この計測マークＲＭ像の撮像手段４０での位置を検
出し、先ほど記憶した十字形パターンＷＭ像の位置との
差が求める検出値である。こうした検出方法をすること
で、前出のフォーカス検出手段４２や合焦機構である第
２リレーレンズ３９の移動の誤差による合焦不足があっ
ても検出精度の低下を防止できる。

【００２５】次に、図１の第１実施例における傾斜角補
正光学系１２と同様に露光光の主光線の傾斜角を補正で
きる光学系の他の例を図２を参照して説明する。先ず、
図２（ａ）はフィールドレンズを用いて露光光の主光線
の傾斜角を補正する例を示す。この図２（ａ）におい
て、レチクルブラインド１５の開口部の第１リレーレン
ズ１１側の直前に、レチクルＲ上の計測用マークＲＭの
計測領域をカバーできる視野を有するフィールドレンズ
４７を配置する。通常の露光時にはそのフィールドレン
ズ４７は取り外しておく。また、投影光学系の歪曲収差
の計測時には、レチクルブラインド１５の開口部が移動
するのに対応して、そのフィールドレンズ４７をそのレ
チクルブラインド１５の直前で２次元的に移動させる。

【００２６】また、図２（ｂ）はフライアイレンズ８の
２次光源形成面上の可変開口絞り９を用いて露光光の主
光線の傾斜角を補正する例を示す。この場合、可変開口
絞り９の開口部を小さく絞った状態で、その開口部を２
次元的に移動させると、図１のレチクルＲ上に照射され
る露光光が平行光束になり、且つこの平行光束の投影光
学系ＰＬの光軸に対する傾斜角が全体として補正され
る。

【００２７】また、図２（ｃ）は２枚の平行平板ガラス
を用いる例を示し、この図２（ｃ）において、可変開口
絞り９と第１リレーレンズ１１との間に光軸に沿って、
図２（ｃ）の紙面に垂直な軸４８ａを中心として回転自
在に配置された第１の平行平板ガラス４８と、図２
（ｃ）の紙面に平行な軸４９ａを中心として回転自在に
配置された第２の平行平板ガラス４９とを設ける。２枚
の平行平板ガラス４８及び４９の回転角を調整すること
により、レチクルブラインド１５の開口部から射出され
る露光光の主光線の傾斜角を任意に調整することができ
る。

【００２８】次に、図１に対応する部分に同一符号を付
して示す図３を参照して本発明の第２実施例につき説明
する。図３は本例の投影露光装置の主要部を示し、この
図３において、ステージ基板２１上の十字形パターンＷ
Ｍの下方に順に、第２対物レンズ５５、図３の紙面に垂
直な軸を中心に回転自在の第２平行平板ガラス５４及び
第２傾斜ミラー５３を配置する。また、第２傾斜ミラー
５３に対して楔形になるように第１傾斜ミラー５２を配
置し、この第１傾斜ミラー５２の上に図３の紙面に平行
な軸を中心として回転自在な第１平行平板ガラス５１及
び第１対物レンズ５０を配置する。主制御系７は駆動装
置５６を介して２枚の平行平板ガラス５１及び５４の回
転角を調整する。

【００２９】そして、投影光学系ＰＬの歪曲収差の計測
時には、レチクルブラインド１５の開口部を小さく絞り
その開口部の位置をずらすことにより、露光光でレチク
ルＲ上の計測対象とする計測用マークＲＭに隣接する領
域を照明する。これにより、レチクルＲ及び投影光学系
ＰＬを介した露光光でステージ基板２１上の十字形パタ
ーンＷＭに隣接する領域が照明される。そのステージ基
板２１上の照射領域からの露光光を第１対物レンズ５
０、第１平行平板ガラス５１、第１傾斜ミラー５２、第
２傾斜ミラー５３、第２平行平板ガラス５４及び第２対
物レンズ５５を介してステージ基板２１上の十字形パタ
ーンＷＭに照射する。ステージ基板２１上の露光光の照
射領域とその十字形パターンＷＭの形成領域とは共役で
ある。

【００３０】この場合、２枚の平行平板ガラス５１及び
５４の回転角をそれぞれ調整することにより、十字形パ
ターンＷＭを底部から照明する露光光の主光線の投影光
学系ＰＬの光軸に対する傾斜角を０にして、ステージ基
板２１の十字形パターンＷＭに対する露光光のテレセン
トリック性を保証することができる。また、ステージ基
板２１上の十字形パターンＷＭ及びレチクルＲ上の計測
用マークＲＭの像は観察光学系ＶＦを介して第１実施例
と同様に撮像することができる。

【００３１】次に、図３に対応する部分に同一符号を付
して示す図４を参照して本発明の第３実施例につき説明
する。図４は本例の投影露光装置の要部を示し、この図
４において、ステージ基板２１上には歪曲収差計測用の
マークは形成しない。そして、ウエハステージ２０の内
部において、ステージ基板２１の底部に順に第１対物レ
ンズ５８、図４の紙面に垂直な軸を中心に回転自在な平
行平板ガラス５４、図４の紙面に平行な軸を中心に回転
自在な平行平板ガラス５１、第２対物レンズ５７及び反
射板５９を配置し、この反射板５９上に歪曲収差計測用
の十字形パターンＷＭを形成する。第１対物レンズ５８
及び第２対物レンズ５７によりステージ基板２１の上面
と反射板５９の表面とは共役である。

【００３２】図４において、投影光学系ＰＬの歪曲収差
の計測時には、レチクルブラインド１５の開口部を小さ
く絞りその開口部の位置をずらすことにより、露光光で
レチクルＲ上の計測対象とする計測用マークＲＭの近傍
の領域を照明する。これにより、レチクルＲ及び投影光
学系ＰＬを介した露光光でステージ基板２１上の対応す
る領域が照明される。そのステージ基板２１上の照射領
域からの露光光を第１対物レンズ５８、平行平板ガラス
５４、平行平板ガラス５１及び第２対物レンズ５７を介
して反射板５９上の十字形パターンＷＭに照射する。主
制御系７が駆動装置５６を介して２枚の平行平板ガラス
５４及び５１の回転角を調整することにより、十字形パ
ターンＷＭに対する露光光のテレセントリック性を保証
することができる。

【００３３】更に、反射板５９上の十字形パターンＷＭ
の像はステージ基板２１上にリレーされた後に、レチク
ルＲ上にリレーされる。そして、反射板５９上の十字形
パターンＷＭ及びレチクルＲ上の計測用マークＲＭの像
は観察光学系ＶＦを介して第１実施例と同様に撮像する
ことができる。

【００３４】次に、図５を参照して本発明の第４実施例
につき説明する。図５（ａ）は本例のレチクルＲの平面
図であり、この図５（ａ）において、図１の観察光学系
ＶＦに相当する２個の観察光学系ＶＦＡ及びＶＦＢがレ
チクルＲの上方に配置されている。一方の観察光学系Ｖ
ＦＡはビームスプリッター３１Ａ及び第１対物レンズ３
２Ａより構成され、他方の観察光学系ＶＦＢもビームス
プリッター３１Ｂ及び第１対物レンズ３２Ｂより構成さ
れている。また、観察光学系ＶＦＡ及びＶＦＢにはそれ
ぞれ図１の光学系３３〜４０，４２が付属している。こ
のように観察光学系を複数用いることにより、歪曲収差
の計測効率を高めることができる。

【００３５】ただし、本例では観察光学系ＶＦＡの光軸
と観察光学系ＶＦＢの光軸とをレチクルＲに平行な方向
に可変の長さＬだけ離した状態で、それら観察光学系Ｖ
ＦＡ及びＶＦＢを移動させる。図５（ｂ）は本例のレチ
クルＲの側面図であり、それら観察光学系ＶＦＡ及びＶ
ＦＢの光軸を離すことにより、ビームスプリッター３１
Ａ及び３１Ｂからの反射光ＩＬＡ及びＩＬＢがそれぞれ
他方の観察光学系のノイズとなることが防止され、測定
精度を高めることができる。なお、複数の観察光学系Ｖ
ＦＡ，ＶＦＢの光軸をレチクルＲに平行な方向にずらす
代わりに、それら観察光学系ＶＦＡ，ＶＦＢの光軸を高
さ方向（投影光学系の光軸方向）にずらしてもよい。

【００３６】また、複数の観察光学系間の反射光のノイ
ズを防止するためには、図６に示すようにビームスプリ
ッターとしてウェッジプリズム６０Ａ及び６０Ｂを用い
るようにしてもよい。それらウェッジプリズム６０Ａ及
び６０ＢのレチクルＲ側の面６０Ａａ及び６０Ｂａをビ
ームスプリッター面とすることにより、反射光がそのま
ま他方の観察光学系に入射するのを防止することができ
る。

【００３７】なお、本発明は上述実施例に限定されず本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得るこ
とは勿論である。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、露光光の主光線の照明
光学系の光軸に対する傾斜角を補正できるので、ステー
ジ上の第２マークに対する露光光のテレセントリック性
を保つことができる。従って、投影光学系の歪曲収差を
より高精度に計測できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光装置の第１実施例の全体を示
す一部断面図を含む構成図である。

【図２】第１実施例の変形例を示す要部の構成図であ
る。

【図３】本発明の第２実施例の要部を示す一部断面図を
含む構成図である。

【図４】本発明の第３実施例の要部を示す一部断面図を
含む構成図である。

【図５】（ａ）は本発明の第４実施例のレチクル近傍の
構成を示す平面図、（ｂ）は図５（ａ）の側面図であ
る。

【図６】第４実施例の変形例の要部を示す側面図であ
る。

【符号の説明】

１水銀ランプ７主制御系８フライアイレンズ９開口絞り１１第１リレーレンズ１２傾斜角補正光学系１５レチクルブラインド１７第２リレーレンズ１９主コンデンサーレンズＲレチクルＰＬ投影光学系ＷウエハＲＭ計測用マークＷＭ十字形パターン２０ウエハステージ２１ステージ基板ＶＦ観察光学系３３光路長補正手段３７光軸補正手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光光を発生する光源と、前記露光光を集光してマスクを照明する照明光学系と、前記マスクのパターンを前記露光光のもとでステージ上
の感光基板上に転写する投影光学系と、前記照明光学系により前記マスクに照射される前記露光
光の主光線の前記照明光学系の光軸に対する傾斜角を部
分的に補正する傾斜補正手段と、該傾斜補正手段により前記主光線の傾斜角が補正された
前記露光光によって照明された前記マスク上の第１マー
クと前記傾斜補正手段により前記主光線の傾斜角が補正
された前記露光光によって前記マスク及び前記投影光学
系を介して照明された前記ステージ上の第２マークとの
各マーク像の位置関係を検出する撮像手段と、該撮像手段により検出された各マーク像の位置関係に応
じて前記投影光学系の結像特性を制御する結像特性制御
手段とを有する事を特徴とする露光装置。