JPH06349703A

JPH06349703A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH06349703A
Application number: JP5166504A
Authority: JP
Inventors: Yuji Imai; 裕二今井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-06-11
Filing date: 1993-06-11
Publication date: 1994-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】マスクの熱変形によって発生する光学特性す
なわち結像状態の変化に対し良好な補正を行うことので
きる投影露光装置を提供することを目的とする。【構成】本発明の投影露光装置は、所定波長域の照明
光で所定のパターンが形成されたマスクを照明し、投影
光学系を介して前記所定のパターンの像を被投影基板上
に所定の結像状態で結像させる投影露光装置において、
前記照明光の吸収による前記マスクの温度変化を光学的
に計測するための温度計測手段と、前記温度変化に伴う
前記マスクの熱変形量に応じて発生する前記結像状態の
変化量を算出するための演算手段と、予め定められた結
像状態で投影露光するために、前記結像状態の変化量に
基づき倍率変化およびディストーション変化のうち少な
くとも一方を補正するための補正手段とを備えているこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば半導体製造用のパ
ターン露光装置等、高度な結像特性を要求される投影露
光装置に関するものであり、特にその結像特性の維持に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体集積回路のパターンが微細
化するのに伴い、投影露光装置においては、投影光学系
が露光光を吸収することによって生じる結像特性（例え
ば倍率、焦点距離）の変化を補正する必要が生じてき
た。例えば特開昭６０−７８４５５号公報または特開昭
６３−５８３４９号公報に開示されているように、投影
光学系に入射する光量を検知して、照明光吸収による投
影光学系の光学特性の変動を補正する機構が備えられて
いた。

【０００３】この補正機構について簡単に説明すると、
熱蓄積に伴う結像特性（たとえば投影倍率、焦点位置
等）の変動特性に対応するモデル（関数）をあらかじめ
作っておき、ステージ上の光電センサ等により投影光学
系に入射するエネルギの量を求め、結像特性の変動量に
ついてこのモデルにしたがって経時的に計算する。つま
り、露光動作中のシャッターＯＰＥＮの信号を受けと
り、光学特性の変化量をモデルにしたがって常に計算
し、この結像特性の変化量に基づいて、たとえば投影光
学系を構成する少なくとも１つの光学素子を移動させた
り、または２つの光学素子に挟まれた空間を密封しこの
密封空間の圧力を制御して、結像特性を予め定められた
値に補正を行うというものである。

【０００４】上記の技術において投影光学系の露光光の
吸収という問題は一応解決されている。しかしながら、
露光光線はマスクをも通過するため、マスクが露光光吸
収によって熱変形し、これによって結像特性の変化が生
じるという不都合がある。特にマスクはクロム等でパタ
ーンが描かれているため、透過率の高いガラス部と異な
りクロム部での熱吸収が大きい。さらに、近年光学系の
フレアー防止の目的でマスク上のクロムを低反射化する
技術が採用される傾向があるが、これによりクロム部分
の熱吸収はさらに増加する。

【０００５】クロム部分の熱吸収により、マスクのガラ
ス部の温度も上昇し、マスク全体が熱膨張することが考
えられる。マスクの温度上昇は実測によれば最悪の条件
で約５°Ｃ程度上昇する。約５°Ｃ程度の温度上昇によ
り、マスクの材質は一般的に石英ガラスでありその膨張
率が０．４ｐｐｍ／°Ｃであるから、１０ｍｍ間隔に対
して０．０２μｍのずれが発生し、像面でのディストー
ション誤差あるいは倍率誤差の原因となる。

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

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、マスクの
熱変形が起こると、従来の技術では使用しているマスク
の種類により結像特性にずれを生じてしまう。つまり、
出荷時の調整に用いた特定のマスクの熱変形は投影光学
系の光学特性の変化特性として認識されているので補正
がなされているが、他のマスクを使用すると一般に熱変
形特性が異なるから補正しきれなくなる。また、マスク
を次々に交換して露光を行う場合、従来の技術では各々
のマスクについてその熱変形特性が考慮されていないた
め大きな誤差が発生するという不都合があった。

【０００８】この対策として、例えばマスクを一定温度
に冷却する方法が考えられるが、マスクのガラス表面温
度とクロムの温度とを一定にすることはできないので、
全体を一様均一な熱分布をもつように冷却することは不
可能である。また、冷却は熱伝導を伴う現象のため応答
性が悪くシャッタのＯＰＥＮおよびＣＬＯＳＥに迅速に
追従することができない等の不都合があった。

【０００９】従来、精度上あまり問題とならなかったこ
れらの点が近年あるいは将来ますます微細化する投影パ
ターンにとっては重要となってくると考えられる。本発
明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、マスク
の熱変形によって発生する光学特性すなわち結像状態の
変化に対し良好な補正を行うことのできる投影露光装置
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、所定波長域の照明光で所定のパ
ターンが形成されたマスクを照明し、投影光学系を介し
て前記所定のパターンの像を被投影基板上に所定の結像
状態で結像させる投影露光装置において、前記照明光の
吸収による前記マスクの温度変化を光学的に計測するた
めの温度計測手段と、前記温度変化に伴う前記マスクの
熱変形量に応じて発生する前記結像状態の変化量を算出
するための演算手段と、予め定められた結像状態で投影
露光するために、前記結像状態の変化量に基づき倍率変
化およびディストーション変化のうち少なくとも一方を
補正するための補正手段とを備えていることを特徴とす
る投影露光装置を提供する。

【００１１】また、本発明の好ましい態様によれば、前
記温度計測手段は、照明光学系内に設けられた光分割器
と、該光分割器を介して前記マスクが発生する赤外線を
受光するための光電センサ手段と、該光電センサ手段が
感知した温度データに基づき前記マスクの温度変化を求
めるための温度データ処理手段とを備えている。また、
前記補正手段は、前記投影光学系内の少なくとも１つの
光学素子を移動させて倍率変化を補正するための倍率補
正手段を備えているか、あるいは前記投影光学系内で隣
接する２つの光学素子の間で密閉された空間の圧力を変
化させて倍率変化を補正するための倍率補正手段を備え
ていることが好ましい。さらに、前記補正手段は、前記
マスクを光軸に沿って移動させることによってディスト
ーション変化を補正するためのディストーション補正手
段を備えていることが好ましい。

【００１２】

【作用】本発明は上記のように構成されているため、温
度計測手段により照明光の吸収によるマスクの温度分布
を経時的に逐次精度良く求めることができ、温度分布に
基づきマスクの熱変形量を高精度に求めることが可能に
なる。さらに、この求めたマスクの熱変形量に基づき、
たとえば光学計算あるいは実測に基づく定式化によって
結像状態の変化を求めることが可能になる。一般に、結
像状態の変化は、マスクの等方的な変形に対応する倍率
変化およびマスクの非等方的な変形に対応するディスト
ーション変化に大別することができる。したがって、従
来知られている結像特性の補正手段である倍率補正手段
およびディストーション補正手段のうち少なくとも一方
を適宜制御することによって、結像状態が最適となるよ
うに補正することが可能になる。このように、本発明に
おいてはマスクの熱変形による結像特性の変動分を結像
特性を補正する手段で相殺補正するため、使用するマス
クの種類にかかわらず、常に良好な結像状態を維持する
ことが可能になる。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の実施例にかかる投影露光装置の
概略的な構成を示す図である。図１において、超高圧水
銀ランプ、エキシマレーザ光源等の露光用の照明光源１
は、ｇ線、ｉ線あるいは紫外線パルス光（例えばＫｒＦ
エキシマレーザ等）のようにレジスト層を感光するよう
な波長（露光波長）の照明光ＩＬを発生する。照明光Ｉ
Ｌは、照明光の光路の閉鎖、開放を行うシャッタ２、お
よび大部分（９０％以上）の照明光を通過させる半透過
鏡４を通過した後、オプチカルインテグレータ（フライ
アイレンズ）等を含む照明光学系６に達する。

【００１４】シャッター２は、駆動部３により照明光の
通過および遮断を制御するように駆動される。また、半
透過鏡４で反射された照明光の一部は、ＰＩＮフォトダ
イオード等の光電検出器（パワーモニタ）５に入射す
る。パワーモニタ５は照明光ＩＬを光電検出して光情報
（強度値）ＰＳを主制御系２０に出力する。この情報Ｐ
Ｓは、主制御系２０において投影光学系ＰＬの露光光吸
収に起因する結像特性の変動量を求めるための基礎デー
タとなる。

【００１５】照明光学系６において光束の一様化、スペ
ックルの低減化等が行われた照明光ＩＬは、絞りを介し
てミラー７で反射され、リレーレンズ９ａ、可変ブライ
ンド１０およびリレーレンズ９ｂを通った後、ダイクロ
イックミラー１２で図中鉛直方向に反射されてメインコ
ンデンサーレンズ１３に至り、レチクルＲのパターン領
域ＰＡを均一な照度で照明する。可変ブラインド１０の
面はレチクルＲと結像関係にあるので、駆動モータ１１
により可変ブラインド１０を構成する可動ブレードを開
閉させて開口位置および開口形状を変えることによっ
て、レチクルＲの照明視野を任意に選択することができ
る。また、本実施例ではレチクルＲの上方にダイクロイ
ックミラー１２を４５°に斜設している。このダイクロ
イックミラー１２は、たとえば短波長（露光波長を含む
紫外域）の光に対して９０％以上の反射率を有し、かつ
長波長（露光波長より長い赤外域）の光に対して５０％
以上の透過率を有するものである。

【００１６】また、本実施例では、照明光ＩＬの照明に
よりウェハＷから発生する反射光が、上記ミラー７を通
過して光検出器（反射量モニタ）８に入射するように構
成されている。反射量モニタ８は、反射光を光電検出し
て光情報（強度値）ＲＳを主制御系２０に出力する。こ
の情報ＲＳは、主制御系２０において投影光学系ＰＬの
露光光吸収に起因する結像特性の変動量を求めるための
基礎データとなる。

【００１７】さらに、本実施例では、レチクルＲが発生
する赤外線を受光することにより、照明光ＩＬの吸収に
起因するレチクルＲの温度変化（温度分布）を計測す
る。レチクルＲが発生する赤外線は、ダイクロイックミ
ラー１２を透過した後ミラー５１で図中水平方向に反射
され、レンズ５２によって温度センサ５３に入射する。
温度センサ５３として、例えば赤外線カメラを用いれば
レチクルＲの温度分布を容易に検出することができる。
ただし、温度センサ５３として、赤外線カメラでなくと
も赤外線に対して感度を有する光電センサ（Ｓｉ、Ｇ
ｅ、ＰｂＳ、ＣｄＳ等）を二次元的に複数個配置する構
成をとって温度検出することもできる。

【００１８】温度センサ５３で検出された温度データを
受けて、温度データ処理ユニット５４はレチクルＲの温
度分布を求める。求められた温度分布情報ＴＳは主制御
系２０に出力され、この情報ＴＳは主制御系２０におい
てレチクルＲの露光光吸収に起因する結像特性の変動量
を求めるための基礎データとなる（詳細は後述）。この
ように、レチクルＲ上方にダイクロイックミラー１２を
配置してレチクルＲから発生する赤外線を温度センサ５
３に導くように構成したので、本発明の温度計測手段に
よれば、投影露光工程を妨げることなく（すなわち露光
中でも）常時レチクルＲ内の温度分布を精度良く求める
ことができる。

【００１９】レチクルＲは、水平面内で二次元移動可能
なレチクルステージＲｓｔ上に載置され且つ伸縮可能な
駆動素子５０ａ乃至５０ｃを介して上下動が可能なレチ
クルテーブルＲＴに保持されている。パターン領域ＰＡ
の中心点が光軸ＡＸと一致するようにレチクルＲの位置
決めが行われる。レチクルＲの初期設定はレチクル周辺
のアライメントマーク（不図示）を光電検出するレチク
ルアライメント系ＲＡからのマーク検出信号に基づい
て、レチクルステージＲｓｔを微動することにより行わ
れる。レチクルＲは、不図示のレチクル交換器により適
宜交換されて使用される。特に多品種少量生産を行う場
合、レチクル交換は頻繁に行われる。

【００２０】さて、パターン領域ＰＡを通過した照明光
ＩＬは、両側テレセントリックな投影光学系ＰＬに入射
する。投影光学系ＰＬはレチクルＲの回路パターンの投
影像を、表面にレジスト層が形成され且つその表面が結
像面ＩＭとほぼ一致するように保持されたウェハＷ上の
１つのショット領域に重ね合わせて投影（結像）する。
ウェハＷは、駆動モータ１７により光軸方向（Ｚ方向）
に微動可能なＺステージ１４上に載置されている。さら
に、Ｚステージ１４は、駆動モータ１８によりステップ
・アンド・リピート方式で二次元移動可能なＸＹステー
ジ１５上に載置されている。ＸＹステージ１５はウェハ
Ｗ上の１つのショット領域に対するレチクルＲの転写露
光が終了すると、次のショット位置までステッピングさ
れる。

【００２１】ＸＹステージ１５の二次元的な位置は干渉
計１９によって、たとえば０．０１μｍ程度の分解能で
常時検出され、Ｚステージ１４の端部には干渉計１９か
らのレーザビームを反射する移動鏡１４ｍが固定されて
いる。また、Ｚステージ１４上には照射量モニタ（たと
えば投影露光系ＰＬのイメージフィールドもしくはレチ
クルパターンの投影領域とほぼ同じ面積の受光面を備え
た光電検出器）１６がウェハＷの表面位置とほぼ一致す
るように設けられており、照射量に関する情報ＬＳも主
制御系２０に送られる。この情報ＬＳは、主制御系２０
において投影光学系ＰＬの露光光吸収に起因する結像特
性の変動量を求めるための基礎データとなる。

【００２２】また、図１には投影光学系ＰＬの結像面Ｉ
Ｍに向けてピンホールまたはスリットの像を形成するた
めの結像光束もしくは平行光束を、光軸ＡＸに対して斜
め方向より供給する照射光学系２２ａと、その結像光束
もしくは平行光束のウェハ表面での反射光束を受光する
受光光学系２２ｂとからなる斜入射光方式の面検出系２
２が設けられている。ここで、面検出系２２の構成等に
ついては、たとえば特公平２−１０３６１号公報に開示
されており、ウェハ表面の結像面ＩＭに対する上下方向
（Ｚ方向）の位置を検出し、ウェハＷと投影光学系ＰＬ
との合焦状態を検出する焦点検出系と、ウェハＷ上の所
定領域の結像面ＩＭに対する傾きを検出する水平位置検
出系とを組み合わせたものである。

【００２３】なお、本実施例では結像面ＩＭが零点基準
となるように、予め受光光学系２２ｂの内部に設けられ
た不図示の平行平板ガラス（プレーンパラレル）の角度
が調整されて、焦点検出系のキャリブレーションが行わ
れるとともに、ウェハＷの表面と結像面ＩＭとが一致し
たときに、照明光学系２２ａからの平行光束が受光光学
系２２ｂの内部の４分割受光素子（不図示）の中心位置
に集光されるように、水平位置検出系のキャリブレーシ
ョンが行われているものとする。

【００２４】次に、結像状態を補正するための補正手段
の構成について説明する。本実施例においては、後に詳
述するが、投影光学系ＰＬのレンズエレメントを駆動す
ることにより、結像特性（投影倍率、ディストーション
等）を補正する構成となっており、投影光学系ＰＬの光
学特性を調整可能とするため、その光学要素の一部が移
動可能となっている。図１に示すように、レチクルＲに
最も近い第１群のレンズエレメント（３０、３１）は支
持部材３２により固定支持されるとともに、第２群のレ
ンズエレメント３３は支持部材３４により固定支持さ
れ、さらに第３群のレンズエレメント３５は支持部材３
６に固定支持されている。また、レンズエレメント３５
より下部のレンズエレメントは、それぞれ投影光学系Ｐ
Ｌの鏡筒部３７に固定支持されている。

【００２５】なお、本実施例において投影光学系ＰＬの
光軸ＡＸとはこの鏡筒部３７に固定されているレンズエ
レメントの光軸を指すものとする。さて、支持部材３６
は伸縮可能な駆動素子４０ａ、４０ｂ、４０ｃによって
投影光学系ＰＬの鏡筒部３７に連結されている。また、
支持部材３４は伸縮可能な駆動素子３９ａ、３９ｂ、３
９ｃによって支持部材３６に連結されているとともに、
支持部材３２は伸縮可能な駆動素子３８ａ、３８ｂ、３
８ｃによって支持部材３４に連結されている。本実施例
では、駆動素子制御部２３によって、レチクルＲに近い
レンズエレメント（３０、３１）、（３３）および（３
５）が移動可能になっており、これらのレンズエレメン
トは倍率、ディストーション特性に与える影響が他のレ
ンズエレメントに比べて大きく制御し易いものを選択し
てある。

【００２６】また、本実施例では移動可能なレンズエレ
メントを３群構成としているため、他の諸収差の変動を
押さえつつレンズエレメントの移動範囲を大きくするこ
とができ、しかも種々の形状歪（台形、菱形、樽型、糸
巻型等）に対応可能となっており、露光光吸収によるレ
チクルＲの熱変形に応じて生じる投影光学系ＰＬの結像
特性の変動に十分対応することができる。なお、レンズ
エレメントの移動は、投影光学系ＰＬの他の諸収差（た
とえば非点収差等）に及ぼす影響が無視できる範囲内で
行うものとする。もしくはレンズエレメント相互の間隔
を調整することによって、倍率、ディストーション特性
を制御しつつ、他の諸収差をも補正するという方式を採
用しても構わない。

【００２７】図２は投影光学系ＰＬを上方（レチクル
側）から見た図であって、駆動素子３８ａ乃至３８ｃは
それぞれ１２０°ずつ回転した位置に配置され、駆動素
子制御部２３により独立制御可能となっている。また、
駆動素子３９ａ乃至３９ｃおよび４０ａ乃至４０ｃにつ
いても同様にそれぞれ１２０°ずつ回転して配置され、
駆動素子制御部２３により独立制御可能となっている。
駆動素子３８ａ、３９ａおよび４０ａは互いに４０°だ
けずれて配置されており、駆動素子３８ｂ、３９ｂおよ
び４０ｂ並びに３８ｃ、３９ｃおよび４０ｃについても
同様に互いに４０°ずつずれて配置されている。なお、
上述した駆動素子５０ａ乃至５０ｃについても、上記駆
動素子３８乃至４０と同じように配置され、駆動素子制
御部２３により独立制御可能となっている。

【００２８】駆動素子３８乃至４０および５０として
は、たとえば電歪素子、磁歪素子を用い、駆動素子に与
える電圧または磁界に応じた駆動素子の変位量は予め求
めておくものとする。ここでは図示していないが、駆動
素子のヒステリシス性を考慮し、位置検出装置としての
容量型位置センサ、差動トランス等を駆動素子の近傍に
設けることとする。したがって、駆動素子に与える電圧
または磁界に対応した駆動素子の位置をモニターするこ
とができるので、高精度な駆動が可能になる。

【００２９】以上の構成によって、３群のレンズエレメ
ント（３０、３１）、（３３）および（３５）の周辺３
点を独立に、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に主制御系
２０から与えられる駆動指令に応じた量だけ移動させる
ことができる。この結果、３群のレンズエレメント（３
０、３１）、（３３）および（３５）の各々を光軸ＡＸ
にほぼ沿って平行移動させることができるとともに、光
軸ＡＸとほぼ垂直な平面に対して任意に傾斜させること
が可能になる。なお、上記レンズエレメントはそれぞれ
光軸ＡＸを仮想的な傾斜基準として傾斜するものとす
る。また、必要に応じて駆動素子５０を介してレチクル
Ｒを移動させることもできるように構成されている。

【００３０】主制御系２０は、パワーモニタ５、反射量
モニタ８、照射量モニタ１６よりそれぞれ情報ＰＳ、Ｒ
Ｓ、ＬＳを得て、投影光学系の露光光吸収に起因する結
像特性の変動量を従来技術にしたがって算出する。主制
御系２０はまた、温度データ処理ユニット５４からレチ
クルＲの温度分布情報ＴＳを受けて、後述するようにレ
チクルＲの露光光吸収に起因する結像特性の変動量を本
発明にしたがって算出する。さらにまた、主制御系２０
は、駆動素子制御部２３を始めとして装置全体を統括制
御する。一方、２１はメモリで、計測した温度分布に基
づきマスクの熱変形量、ひいては結像状態の変化量を演
算するための数式もしくはテーブル等も格納されてい
る。

【００３１】次に、結像特性の変動量の算出方法につい
て述べる。本発明は、特にレチクルＲの熱変形に応じて
発生する結像特性の変動に着目しこれを補正するもので
あり、結像特性の変動量を算出するに当たってまずこの
レチクルＲの熱変形量を求める必要がある。レチクルＲ
の熱変形は、レチクルＲの温度分布に比例して発生する
と考えてよいので、熱変形量を計算するためにはレチク
ルＲのある時間における温度分布がわかればよい。本発
明では、上述した温度計測手段により投影露光工程を妨
げることなく温度分布を精度良く求めることができる。

【００３２】図３および図４は、たとえば赤外線カメラ
がとらえたレチクルＲの典型的な温度分布を示すもので
あって、図３は光軸に関して対称な温度分布を、図４は
光軸に関して非対称な温度分布を示す。投影露光中レチ
クルＲには照明光ＩＬが均一に照射されるが、パターン
を形成するクロム部の配置等に依存して温度分布が変化
することは、すでに上述のとおりである。図３に示すよ
うに、レチクルＲの温度分布が光軸に対して対称的すな
わち等方的である場合、レチクルの変形も全体的に等方
的となる。この結果、像面上では倍率変化が支配的にな
る。一方、図４に示すように、レチクルＲの温度分布が
光軸に対して非対称的すなわち非等方的である場合、レ
チクルの変形も全体的に非等方的となる。この結果、像
面上ではディストーション変化が支配的になる。

【００３３】一般に、たとえば有限要素法等に基づく計
算により温度分布からレチクルの変形を厳密に求めるこ
とができ、さらに光学計算または実測により上記変形か
ら結像状態の変化量を求めることができる。しかしなが
ら、より簡便な方法として、幾つかの代表的な温度分布
形状について、その温度平均値（または温度ピーク
値）、温度ピーク位置（または温度分布重心位置）等と
投影光学系の倍率変化量およびディストーション変化量
との関係を予め求めておき、実際の投影露光時には前記
平均温度（またはピーク温度）、温度ピーク位置（また
は温度分布重心位置）等に応じて、対応する倍率変化量
またはディストーション変化量を直接求める方法もあ
る。いずれにしても、求めた温度分布からレチクルＲの
熱変形に応じた投影光学系の結像特性の変化量（すなわ
ち投影像の変形量）を求め、さらにその変化量について
倍率変化成分とディストーション変化成分とに分けて求
めることになる。

【００３４】次に結像状態を補正する方法について説明
をする。基本的には前述したとおり、投影光学系ＰＬの
３群のレンズエレメント（３０、３１）、（３３）およ
び（３５）またはレチクルＲを光軸方向あるいは光軸に
垂直な軸を回転軸にして傾斜方向に駆動することによ
り、所望の結像状態を得る。ここでは倍率変化およびデ
ィストーション変化の補正に限って説明を行うが、本方
法により像面湾曲等の補正も可能である。たとえばレン
ズエレメント（３０、３１）の駆動による倍率変化およ
びディストーション変化をそれぞれ図５および図６を参
照して説明する。図５および図６において、点線はレチ
クルの熱変形がない場合の像面を示し、実線は熱変形に
より像面が変形する様子を示すものである。変形を明瞭
に示すために、格子分割した点に着目している。実際に
は、レンズエレメントの構成により変化の仕方は異なっ
てくるので、ここで示す図は１つの例であって一般的な
ものではない。

【００３５】まず、レンズエレメント（３０、３１）を
光軸方向に移動した場合には、光軸を中心ＣＴとして倍
率が変化する。倍率が変化した様子を図５に示す。ま
た、光軸に垂直に交わる軸を中心にレンズエレメント
（３０、３１）を傾斜させたときには、たとえば図６に
示すようにディストーションが変化する。この例では、
回転軸ＲＸから離れた像部分が回転軸ＲＸと垂直な方向
に変化している。このように各レンズエレメント群（３
０、３１）、（３３）および（３５）の駆動方法の組み
合わせで種々の倍率変化またはディストーション変化を
補正することが可能である。また、レチクルＲを上下動
もしくは傾斜させてもディストーション（特に糸巻型、
たる型）を変化させることができる。倍率変化やディス
トーション変化を補正するためにレンズエレメント（ま
たはレチクル）を駆動したことによって、他の収差（た
とえばコマ収差、非点収差）が悪化する可能性がある
が、複数のレンズエレメントを駆動することができるの
で、諸収差を補正しつつ所望の倍率補正またはディスト
ーション補正を行うことが可能となっている。

【００３６】メモリ２１には図５および図６に示すよう
なレンズエレメントまたはレチクルの駆動に伴う像面上
の複数のポイント（格子点）の各々の動きを数式もしく
はテーブルの形式で記憶させてあり、主制御系２０にお
いてレチクルＲの熱変形による投影光学系ＰＬの結像特
性の変化量に応じた最適な倍率補正量またはディストー
ション補正量を計算する。計算法としてたとえば、理想
的な格子点すなわちレチクルＲが冷えた状態の格子点
（図５および図６では点線で示す）に対する偏差の最大
値を最小にする条件、あるいは偏差の２乗和を最小とす
る条件を満たすような倍率補正またはディストーション
補正が考えられる。

【００３７】以上が本実施例における倍率補正手段およ
びディストーション補正手段であるが、レンズエレメン
ト群（３０、３１）、（３３）および（３５）の駆動に
より、像面が変化（上下動、傾斜）してしまう可能性も
考えられる。この場合、像面の変化に応じてウェハ面検
出系２２にオフセットを与えてやればウェハＷが常に最
良像面にセットされるので、この影響を妨げることがで
きる。ウェハ面検出系２２は、前述したようにウェハ面
に光線を照射しその反射光でウェハ面の光軸方向の位置
あるいは傾斜を検出するものである。主制御系２０はウ
ェハ面検出系２２の出力にしたがってＺステージ１４を
制御し、ＺステージはウェハＷと像面とが常に一致する
ように駆動される。

【００３８】結像状態を補正する他の手段として、レチ
クルＲを光軸方向に移動させたり傾けたり湾曲させたり
する方法や、投影光学系内の隣接するレンズ素子間に気
密空間を設けてその圧力を調整する方法や、平行平板ガ
ラスを投影光学系の上方または下方に設置し内部をコン
トロールすることによりガラスを撓ませる方法等が考え
られる。一般に、ディストーション変化のように光軸に
対して対称でない、いわゆる非等方的変形を補正するに
は、駆動素子５０ａ乃至５０ｃによってレチクルＲを光
軸ＡＸに沿って移動させる方法や、本実施例のレンズエ
レメントを駆動する方法が好ましい。

【００３９】このように、本発明の投影露光装置では、
装置の製造時において、温度分布に基づいてレチクルＲ
の熱変形、ひいては結像状態の変動を計算するための各
パラメータをメモリ２１に記憶している。そして、露光
動作時にはパワーモニタ５、反射量モニタ８、照射量モ
ニタ１６からはそれぞれ光情報（強度値）が、また温度
データ処理ユニット５４からはレチクルの温度分布情報
が主制御系２０に出力される。主制御系２０では、これ
らの情報と前述したメモリ２１に格納されている各デー
タとから、レチクルＲの露光光吸収に起因する結像状態
の変化と投影光学系ＰＬの露光光吸収に起因する結像状
態の変化とをそれぞれ計算し、合計の変化量を算出す
る。

【００４０】投影光学系ＰＬの結像状態が大気圧変化を
始めとする他の要因によっても変化を起こす場合、必要
に応じてこれらの変化量も合計することができる。この
結像状態の変化量の合計値に対し、最適な補正量を計算
し、レンズエレメント駆動素子３８乃至４０を駆動して
補正を行う。また、この場合必要に応じて他の補正手
段、たとえば駆動素子５０を駆動して補正を行うことも
できる。ここで、焦点位置、像面傾斜については、ウェ
ハ面検出系２２およびＺステージ１４を用いてウェハＷ
を上下動および傾斜させることによって、投影レンズＰ
Ｌの最良結像面とウェハ表面とを一致させることもでき
る。

【００４１】

【効果】以上のように、本発明によれば、マスクの照明
光吸収に起因するマスクの温度分布を光学的な温度計測
手段により投影露光動作を妨げることなく精度良く求め
ることができ、求めた温度分布に基づきマスクの熱変
形、ひいては結像状態の変化を高精度に求めることが可
能になる。こうして、得られた結像状態の変化に対応す
る倍率変化、ディストーション変化等を公知の補正手段
により適宜補正することができる。この結果、使用する
マスクの種類にかかわらず、常に良好な結像状態を維持
することができ、像の重ね合わせ精度等が著しく向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による投影露光装置の構成を示
す概略図である。

【図２】図１の投影光学系を上方からみた平面図であ
る。

【図３】光軸に関して対称な温度分布を示す図である。

【図４】光軸に関して非対称な温度分布を示す図であ
る。

【図５】本発明の実施例による倍率補正手段による像面
内の点の動きを示す図である。

【図６】本発明の実施例によるディストーション補正手
段による像面内の点の動きを示す図である。

【符号の説明】

ＲレチクルＰＬ投影光学系ＷウェハＴＳ温度分布情報１光源５パワーモニタ８反射量モニタ１０可変ブラインド１２ダイクロイックミラー１６照射量モニタ２０主制御系２２面検出系２３駆動素子制御部５３温度センサ５４温度データ処理ユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定波長域の照明光で所定のパターンが
形成されたマスクを照明し、投影光学系を介して前記所
定のパターンの像を被投影基板上に所定の結像状態で結
像させる投影露光装置において、前記照明光の吸収による前記マスクの温度変化を光学的
に計測するための温度計測手段と、前記温度変化に伴う前記マスクの熱変形量に応じて発生
する前記結像状態の変化量を算出するための演算手段
と、予め定められた結像状態で投影露光するために、前記結
像状態の変化量に基づき倍率変化およびディストーショ
ン変化のうち少なくとも一方を補正するための補正手段
とを備えていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記温度計測手段は、照明光学系内に設
けられた光分割器と、該光分割器を介して前記マスクが
発生する赤外線を受光するための光電センサ手段と、該
光電センサ手段が感知した温度データに基づき前記マス
クの温度変化を求めるための温度データ処理手段とを備
えていることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装
置。
【請求項３】前記補正手段は、前記投影光学系内の少
なくとも１つの光学素子を移動させて倍率変化を補正す
るための倍率補正手段を備えていることを特徴とする請
求項１または２に記載の投影露光装置。
【請求項４】前記補正手段は、前記投影光学系内で隣
接する２つの光学素子の間で密閉された空間の圧力を変
化させて倍率変化を補正するための倍率補正手段を備え
ていることを特徴とする請求項１または２に記載の投影
露光装置。
【請求項５】前記補正手段は、前記マスクを光軸に沿
って移動させることによってディストーション変化を補
正するためのディストーション補正手段を備えているこ
とを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
投影露光装置。