JPH09162106A

JPH09162106A - 走査型露光装置

Info

Publication number: JPH09162106A
Application number: JP7321362A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Suzuki; 広介鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-12-11
Filing date: 1995-12-11
Publication date: 1997-06-20
Also published as: KR970049076A; US6416913B1

Abstract

(57)【要約】【課題】走査型の露光装置において、レチクルの熱膨
張等に伴う投影像の倍率変化を抑制する。【解決手段】レチクル上のパターン領域上に設定した
理想格子３７上に均等な間隔で計算点Ｍ_1,1〜Ｍ_6,6を
設定し、レンズ上のスリット状の照明領域に入射する光
量をインテグレータセンサを用いて測定する。レチクル
上のパターン存在率に基づいて走査方向の位置に応じた
吸収熱量を算出し、それに基づいて各計算点における熱
膨張量を算出する。この熱膨張量から投影像の倍率変化
を求める。同時に投影光学系自体による投影倍率の変化
もレチクルの走査方向の位置に応じて算出し、求められ
た両方の倍率変化を打ち消すように倍率補正機構を介し
て投影光学系の投影倍率を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体素
子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程に
おいて、マスク上のパターンを投影光学系を介して感光
基板上に転写するために使用される露光装置に関し、特
にマスクと感光基板とを投影光学系に対して同期して走
査しながら露光するステップ・アンド・スキャン方式等
の走査型露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子等を製造するためのフ
ォトリソグラフィ工程では、レチクル（又はフォトマス
ク等）のパターンを投影光学系を介してウエハ（又はガ
ラスプレート）上の各ショット領域にそれぞれ一括露光
するステッパー型の投影露光装置が主に使用されてい
た。これに対して、最近では結像特性を維持したまま、
より広い面積のパターンを露光する要求に応えるべく、
レチクルとウエハとを投影光学系に対して相対的に走査
してウエハ上の各ショット領域にレチクルのパターンを
それぞれ逐次露光するスリットスキャン方式、又はステ
ップ・アンド・スキャン方式等の走査露光型の投影露光
装置が注目されている。この方式によれば、例えばレチ
クルをスリット状に照明することで、投影光学系の有効
露光フィールドのほぼ最大直径を使用でき、且つレチク
ル及びウエハを同期走査することにより走査方向には光
学系の制限を受けることなく露光フィールドを拡大でき
るという利点がある。また、投影光学系の有効露光フィ
ールドの一部しか使用しないので、照度均一性、ディス
トーション等の精度が出し易いという利点がある。

【０００３】これらの投影露光装置の重要な性能の１つ
に重ね合わせ精度が挙げられる。即ち、半導体素子等
は、異なる回路パターンをウエハ上に幾層にも積み重ね
て形成されるため、回路パターンが描画されたレチクル
と、ウエハ上の各ショット領域のパターンとを精密に重
ね合わせる必要がある。そして、この重ね合わせ精度に
影響を与える要素の中で重要なものに投影光学系の倍率
誤差（ディストーション）がある。超ＬＳＩ等に用いら
れるパターンの大きさは年々微細化の傾向を強め、それ
に伴って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、投影倍率を所定の値に保つ
必要性が極めて高くなってきている。

【０００４】ところで、投影光学系の投影倍率は、装置
の僅かな温度変化や、投影露光装置が置かれたクリーン
ルーム内の大気の僅かな気圧変動、温度変化、及び投影
光学系への露光光による照射エネルギーの照射履歴等に
より、所定の倍率の近傍で変動する。また、レチクル等
の熱膨張等によりディストーションが発生する場合もあ
る。このため、最近の投影露光装置としては、投影光学
系の倍率を微調整して、所定の倍率を実現するための倍
率補正機構を有するものも使用されている。この倍率補
正機構としては、具体的には、レチクルと投影光学系と
の間隔を変化させる機構、投影光学系中の所定のレンズ
間隔を変化させる機構、及び投影光学系中に設けた所定
の空気室の圧力を調整する等の機構が既に提案されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来か
ら投影露光装置内の光学系の温度変化等に対応するため
の倍率補正機構が提案されているが、これらの補正機構
は、レチクルの熱膨張量、或いは投影光学系のディスト
ーションの変化量を計算して露光領域全面でのディスト
ーションや倍率を補正する機構となっていた。これは走
査露光型の投影露光装置でも同様であり、レチクルの熱
膨張に関しては、従来は膨張率がレチクルの全面で一定
であるとみなしてスリット状の露光領域内の投影像の倍
率を補正していた。

【０００６】しかしながら、走査露光型の場合、実際に
はレチクルの膨張率はパターン領域の全面で一定ではな
く、走査方向の位置によってばらつきがあるため、走査
露光中にレチクルの位置が変化するのに応じてウエハ上
のスリット状の露光領域内の投影像のディストーション
又は倍率が変化して、結果として重ね合わせ精度が悪化
する不都合があった。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑み、レチクルの走査
方向の位置に依らずに結像特性に優れた走査型露光装置
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】本発明による走査型露光
装置は、マスク（８）上のパターンの一部を投影光学系
（１４）を介して感光基板（Ｗ）上に投影するととも
に、そのマスク（８）及びその感光基板（Ｗ）をその投
影光学系（１４）に対して同期して走査することにより
そのマスク（８）のパターンの像をその感光基板（Ｗ）
上に逐次転写する走査型露光装置において、そのマスク
パターンのその感光基板（Ｗ）上への投影倍率を、その
マスク（８）の走査位置に応じた量で補正する補正手段
（１０，１１，１２，１３，３２）を設けたものであ
る。

【０００９】斯かる本発明の走査型露光装置によれば、
マスク（８）の走査位置に応じてマスク（８）のパター
ンの投影像の倍率の補正を行うので、例えばマスク
（８）の熱膨張により走査方向での倍率変化が生じた場
合でも投影倍率が所定の倍率に保たれ、重ね合わせ精度
が高精度に維持される。この場合、そのマスク（８）の
走査位置に応じたそのマスクパターンのその感光基板
（Ｗ）上への投影倍率の変化量を計算する計算手段（３
０）を有し、その補正手段は、その計算手段（３０）に
より計算される倍率変化量に基づいてその投影倍率を補
正することが好ましい。

【００１０】また、その計算手段（３０）は、そのマス
ク（８）自体の位置に応じたその投影像の倍率変化量を
算出すると共にその投影光学系（１４）自体の倍率変化
量を計算し、両方の倍率変化量の計算結果に基づいて総
合的な倍率変化量を求めることが好ましい。これによ
り、マスク（８）の走査位置に応じたマスク（８）の倍
率変化と投影光学系（１４）の倍率変化に伴う両方の倍
率変化量が求められ、その倍率変化量に基づいて補正手
段を通じて倍率の補正を行うので、マスク（８）のパタ
ーンが感光基板（Ｗ）上に更に高精度に転写される。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明による走査型露光装置の実
施の形態の一例について、図面を参照して説明する。本
例は、レチクルとウエハとを投影光学系に対して同期走
査しながら、レチクルのパターンをウエハ上の各ショッ
ト領域に逐次転写露光するステップ・アンド・スキャン
方式の投影露光装置に本発明を適用したものである。

【００１２】図１は、本例の投影露光装置の概略的な構
成を示し、この図１において、水銀ランプからなる光源
１からの照明光ＩＬは、シャッター２に入射する。シャ
ッター２は、主制御系３０によりシャッター駆動系２ａ
を介して開閉制御される。なお、露光用の光源として
は、水銀ランプの他、ＹＡＧレーザの高調波発生装置、
又はＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザ等の
エキシマレーザ光源等が使用される。但し、エキシマレ
ーザ光源のようなパルス光源を使用する場合には、照明
光の開閉はレーザ光源によって行われ、シャッターは使
用されない。

【００１３】照明光ＩＬは、シャッター２が開状態のと
きにはシャッター２の近傍を通過して不図示のインプッ
トレンズを経てフライアイレンズ３に入射する。フライ
アイレンズ３の射出面には多数の光源像が形成され、こ
れらの光源像からの光束を重畳することにより、レチク
ルＲ上での照明光の照度分布が均一化される。フライア
イレンズ３の射出面近傍には開口絞り１９が配置されて
おり、それらの光源像からの照明光ＩＬは、この開口絞
り１９を通過した後、反射率が大きく透過率の小さいビ
ームスプリッタ２０に入射し、ビームスプリッタ２０で
水平方向に反射された照明光は、第１リレーレンズ２１
に入射する。

【００１４】一方、ビームスプリッタ２０を透過した照
明光は、光電センサよりなるインテグレータセンサ５の
受光面に入射する。ウエハＷ上での照射量に比例する光
量がインテグレータセンサ５に入射する。インテグレー
タセンサ５の検出信号（光電変換信号）は、照射光量演
算部３１に送られる。照射光量演算部３１にはインテグ
レータセンサ５の検出信号からウエハ上での照射量を求
めるための変換係数等が格納されており、照射光量演算
部３１はインテグレータセンサ５からの検出信号に基づ
いてウエハ上での照射量を算出し、この結果を主制御系
３０に供給する。また、後述するウエハＷからの反射光
量をモニタするための光電センサよりなる反射量モニタ
４も備えられており、ウエハＷで反射し、投影光学系１
４及びレチクルＲ等を通過した反射光がビームスプリッ
タ２０を透過してこの反射量モニタ４に入射する。反射
量モニタ４の検出信号は、インテグレータセンサ５と同
様に照射光量演算部３１に送られ、照射光量演算部３１
はこの検出信号に基づいて、反射量モニタ４に入射する
光量、及びウエハの反射率を算出し、この結果より投影
光学系１４への入射光量を求め、この結果を主制御系３
０に供給する。また、主制御系３０には投影光学系１４
の投影倍率の変化等を算出するための結像特性演算部３
２が接続されている。

【００１５】他方、第１リレーレンズ２１に入射した照
明光ＩＬは、レチクルブラインド６で視野が設定された
後、第２リレーレンズ２２を透過して開口絞り２３を通
過し、ダイクロイックミラー２４の表面でほぼ直角に折
り曲げられ、コンデンサーレンズ７を介してレチクルＲ
のパターン形成面（下面）のスリット状の照明領域８を
均一な照度分布で照明する。レチクルＲを透過した照明
光ＩＬは投影光学系１４を介してウエハＷ上のスリット
状の露光領域１６上に、その照明領域８内のパターンを
投影倍率β（βは１／４，１／５）で縮小した像を結像
する。ここで、投影光学系１４の光軸ＡＸに平行にＺ軸
を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で、図１の紙面に平行にＸ
軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取る。

【００１６】レチクルＲはレチクルステージ９上に真空
吸着され、このレチクルステージ９は投影光学系１４の
光軸ＡＸに垂直な平面（ＸＹ平面）内で２次元的に微動
してレチクルＲを位置決めする。また、レチクルステー
ジ９はリニアモータ等で構成されたレチクル駆動部（不
図示）により、Ｘ方向（走査方向）に所定の走査速度で
移動可能となっている。レチクルステージ９は、レチク
ルＲの全面が少なくとも照明光ＩＬを横切ることができ
るだけの移動ストロークを有している。レチクルステー
ジ９の端部にはレーザ干渉計２５ａからのレーザビーム
を反射する移動鏡２５ｂが固定されており、レチクルス
テージ９の走査方向の位置はレーザ干渉計２５ａ及び移
動鏡２５ｂによって、例えば０．０１μｍ程度の分解能
で常時検出されている。レーザ干渉計２５ａからのレチ
クルステージ９の位置情報は主制御系３０に送られ、主
制御系３０はその位置情報に基づき、レチクル駆動部
（不図示）を介して、レチクルステージ９を駆動する。
例えば、不図示のレチクルアライメント系により所定の
基準位置にレチクルＲが精度良く位置決めされるよう
に、レチクルステージ９の初期位置が決定される。

【００１７】本例の投影露光装置においては、レチクル
Ｒの走査方向（Ｘ方向）に対して垂直な方向（Ｙ方向）
に長手方向を有する長方形（スリット状）の照明領域８
でレチクルＲが照明され、レチクルＲは露光時に−Ｘ方
向（又は＋Ｘ方向）に速度Ｖ _Rでスキャンされる。照明
領域８内のパターンは、投影光学系１４を介してウエハ
Ｗ上のスリット状の露光領域１６に投影される。

【００１８】ウエハＷはレチクルＲとは倒立結像関係に
あるため、ウエハＷは速度Ｖ_Rの方向とは反対の＋Ｘ方
向（又は−Ｘ方向）に、レチクルＲに同期して、速度Ｖ
_Wでスキャンされ、ウエハＷ上のショット領域の全面に
レチクルＲのパターンが逐次露光される。ディストーシ
ョン及び倍率誤差の無い状態では、走査速度の比（Ｖ _W
／Ｖ_R）は投影光学系１４の投影倍率βに正確に一致し
たものになっており、レチクルＲのパターンがウエハＷ
上の露光対象のショット領域上に正確に逐次縮小転写さ
れる。

【００１９】ウエハＷは不図示ウエハホルダ上に真空吸
着され、ウエハホルダはＺステージ２７上に保持されて
いる。Ｚステージ２７は、内部の駆動部により、投影光
学系１４の最良結像面に対し、任意方向に傾斜可能で、
且つ光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に微動できるように構成さ
れている。一方、Ｚステージ２７を載置するＸＹステー
ジ１７は前述の走査方向（Ｘ方向）の移動のみならず、
複数のショット領域内の任意のショット領域に随時移動
できるよう、走査方向に垂直な方向（Ｙ方向）にも移動
可能に構成されており、ウエハＷ上の各ショット領域へ
スキャン露光する動作と、次のショット領域の露光開始
位置までステッピング移動する動作とを繰り返すステッ
プ・アンド・スキャン動作を行う。モータ等を含むステ
ージ駆動部１８はＸＹステージ１７をＸ方向及びＹ方向
に駆動する。Ｚステージ２７の端部にはレーザ干渉計２
６ａからのレーザビームを反射する移動鏡２６ｂが固定
され、ＸＹステージ１７のＸＹ平面内での位置はレーザ
干渉計２６ａによって、例えば０．０１μｍ程度の分解
能で常時検出されている。ＸＹステージ１７の位置情報
（又は速度情報）は主制御系３０に送られ、主制御系３
０はこの位置情報（又は速度情報）に基づいてステージ
駆動部１８を制御する。

【００２０】また、図１の装置にはウエハＷの表面に向
けてピンホール像、あるいはスリット像を形成するため
の検出光を光軸ＡＸに対して斜め方向に供給する照射光
学系２８ａと、その検出光のウエハＷの表面での反射光
束よりピンホール像等を振動スリット上に再結像し、そ
の振動スリットを通過した光束を受光する受光光学系２
８ｂとからなる斜入射方式の焦点位置検出系（以下、
「焦点位置検出系２８ａ，２８ｂ」という）が設置され
ている。焦点位置検出系２８ａ，２８ｂはウエハＷの表
面の投影光学系１４の最良結像面に対するＺ方向の位置
偏差に対応するフォーカス信号を生成して、そのフォー
カス信号を主制御系３０に供給し、主制御系３０はこの
フォーカス信号に基づいてオートフォーカス方式でＺス
テージ２７をＺ方向に駆動する。なお、本例では結像面
が零点基準となるように、予め受光光学系２８ｂ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、受光光学系２８ｂからのフォー
カス信号が０になるようにオートフォーカスが行われ
る。後述のように、結像特性中の結像面の位置が変化し
た場合には、その平行平板ガラスの角度を微動させてウ
エハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）の調整が行わ
れる。

【００２１】また、Ｚステージ２７上には投影光学系１
４を透過してきた照明光の光量を検出する光電センサか
らなる照射量モニタ１５が設けられている。照射量モニ
タ１５はスリット状の露光領域１６の全体をカバーする
受光面を有し、照射量モニタ１５から入射光量に応じた
検出信号が出力され、その検出信号は主制御系３０に供
給されている。更にその検出信号は主制御系３０を介し
て照射光量演算部３１にも供給されており、照射光量演
算部３１は、その検出信号に基づいてウエハＷ上に入射
する光量を算出する。

【００２２】また、本例では投影光学系１４の投影倍率
を補正するための倍率補正機構を設けている。図１に示
すように倍率補正コントローラ１３によってレンズエレ
メント１０，１１を駆動することにより投影光学系１４
の倍率を補正する。この場合、レンズエレメント１１は
鏡筒本体に固定され、この鏡筒本体上に伸縮自在の３個
のピエゾ素子１２を介してレンズエレメント１０が載置
されている。これによりレンズエレメント１０と１１と
の間隔が制御できるようになっている。またピエゾ素子
１２は３点支持の構成となっており、レンズエレメント
１０を光軸ＡＸに垂直な面に対して傾けることもでき、
これらの動作により投影光学系１４の結像特性、例えば
投影倍率、及びディストーション等を補正することがで
きるようになっている。なお、ピエゾ素子１２の代わり
に他の電歪素子や磁歪素子等を使用してもよい。

【００２３】次に、本例の投影露光装置の動作について
説明する。本例では、レチクルＲの走査位置に応じた投
影光学系１４自体の投影倍率の変化（ディストーション
を含む）、及びレチクルＲ自体の熱膨張による投影倍率
変化（ディストーションを含む）をそれぞれ計算し、そ
の計算結果に基づいて倍率補正機構により投影倍率等を
補正する。

【００２４】先ず、投影光学系１４自体の投影倍率及び
ディストーションの計算方法について説明する。投影光
学系１４の投影倍率が変化する原因として、大気圧変
化、温度変化、及び照明光の照射量の変化等が考えられ
る。大気圧と温度の変化については、大気圧センサ、温
度センサにより大気圧の変化及び温度変化をモニタし
て、予め実験で求めた気圧変化及び温度変化と倍率変化
との関係に基づいて投影倍率を計算する。この場合、シ
ミュレーションによる計算値を基にして投影倍率を計算
してもよい。

【００２５】照明光の照射量の変化による投影倍率の変
化は、レチクルの状態や光源の照度等により若干異な
る。先ず、投影光学系１４への入射光量と投影倍率との
関係を実験により求めておく。シミュレーションによる
計算値でもよい。次に、投影光学系１４内の温度分布が
不均一な場合、投影光学系１４の露光領域１６内の位置
によりディストーションが変化することがあり得る。そ
こで、投影光学系１４の露光領域１６内の複数の計算点
において、入射光量に対する投影倍率の変化量の関係を
算出する。この算出方法の一例について図２を参照して
説明する。

【００２６】図２は、ウエハＷ上の計算点の配置を示
し、この図２において、○印で示すようにスリット状の
露光領域１６の輪郭部及び中央部に１５個の計算点Ｐ
_1,1〜Ｐ _3,5が均一な分布で配置されている。この場
合、計算点の数及び場所は投影倍率の補正精度との兼ね
合いで選択すればよい。先ず、図１において測定の際に
は、実際のプロセスに使用されるレチクル（この場合レ
チクルＲとする）をレチクルステージ９上にロードし、
レチクルブラインド６を介して所定のスリット状の照明
領域を設定する。次に、照射量モニタ１５の受光面がス
リット状の露光領域１６の全体をカバーする位置にＸＹ
ステージ１７を移動させる。この状態でシャッタ２を開
き、レチクルステージ９をスキャンして複数のスキャン
位置で照射量モニタ１５により照射量を測定する。レチ
クルＲ内のパターンの不均一性のため、レチクルＲの走
査方向の位置により照射量が変化する。この複数のスキ
ャン位置における走査方向の照射量の変化を最小自乗法
等の手段により近似し、照射量をレチクルの走査方向
（Ｘ方向）の位置座標ｘの関数Ｑ（ｘ）の形で記憶す
る。以上の近似計算は照射光量演算部３１により行わ
れ、照射量の関数Ｑ（ｘ）は照射光量演算部３１内の記
憶部に記憶される。

【００２７】実際の露光時には、レチクルＲの位置座標
をモニタして、先に求められた照射量の関数Ｑ（ｘ）に
基づきそのレチクルＲの位置における照射量を求める。
前述のようにビームスプリッター２０は入射する光量を
一定の割合で透過するため、インテグレータセンサ５で
は、光源１からの照明光ＩＬの一定割合の光量が検出さ
れる。従って、照射量の関数Ｑ（ｘ）を求める際に、照
射量モニタ１５による照射量の測定と同時にインテグレ
ータセンサ５の出力を測定しておき、照射光量演算部３
１で照射量モニタ１５での照射量とインテグレータセン
サ５の出力との関係を求めておく。そして、露光時に
は、照射量モニタ１５を使用することなく、インテグレ
ータセンサ５の出力を常時モニタし、この出力値から先
に求めた関係に基づいてウエハＷ上への照射量、即ち投
影光学系１４をレチクルＲ側から通過する照射量を求め
る。これにより、露光時に光源１の出力変化が生じた場
合にも、インテグレータセンサ５の出力値に基づいてウ
エハＷ上での照射量が検出できる。

【００２８】Ｚステージ２７上のウエハＷを照明する
と、ウエハＷからの反射光も投影光学系１４に入射する
ことになり、この反射光の光量Ｑ_Lを求める必要があ
る。反射光の光量Ｑ_Lは、ウエハＷに入射する照射量Ｑ
（ｘ）とウエハＷの反射率との積により求められる。従
って、ウエハＷの反射率が必要となる。ウエハＷの反射
率を求めるために、実際の露光に先立ち、レチクルブラ
インド６は先に照射量（ｘ）を求めたときと同じ状態の
まま、Ｚステージ２７上に順次異なった反射率を有し、
それぞれ露光領域１６より大きい面積を有する第１及び
第２の反射板を設置し、これらの反射板にレチクルＲを
介して照明光を照射し、レチクルＲをＸ方向にスキャン
して、そのときの反射量モニタ４の出力値を測定する。
そしてこの２枚の反射板における反射量モニタ４の出力
値を、照射量Ｑ（ｘ）を求めたときと同様にレチクルＲ
の走査方向の座標値ｘの関数の形で記憶しておく。いま
これら第１及び第２の反射板に関して求められた関数を
それぞれ第１の反射関数ｆ_R1（ｘ）及び第２の反射関数
ｆ_R2（ｘ）とする。これにより、露光時におけるウエハ
の反射率と反射量モニタ４の出力値との関係が求められ
る。

【００２９】図３は、ウエハの反射率と反射量モニタ４
の出力値との関係を表すグラフを示し、横軸はウエハの
反射率Ｒ、縦軸は反射量モニタ４の出力値Ｉを表す。こ
の図３においてウエハの反射率Ｒと反射量モニタの出力
値Ｉとの関係は、第１及び第２の反射板の反射率Ｒ１，
Ｒ２における反射量モニタ４の出力値Ｉ１，Ｉ２を結ぶ
直線３６で表される。この直線３６は、レチクルＲの走
査方向の座標値ｘにおける第１の反射関数ｆ_R1（ｘ）及
び第２の反射関数ｆ_R2（ｘ）に基づいて定まる。ここ
で、露光時における反射量モニタ４の出力値Ｉが出力値
ＩＮとすれば、そのときのウエハの反射率は、出力値Ｉ
がＩＮとなる直線３６上の交点における反射率ＲＮで求
められる。実際の露光時は照射光量演算部３１は、常時
反射率モニタ４の出力をモニタすることによりその時点
でのウエハの反射率を算出する。

【００３０】前述の照射量Ｑ（ｘ）が投影光学系１４の
上方（レチクル側）から投影光学系１４に入射する光量
であり、この照射量Ｑ（ｘ）にウエハの反射率Ｒをかけ
たものが投影光学系１４の下方（ウエハ側）から投影光
学系１４に入射する光量である。この投影光学系１４の
上方及び下方から入射する光量の合計量が投影光学系１
４への全入射光量となる。前述のように、これらの投影
光学系１４に入射する２つの入射光量はレチクルＲの走
査方向の座標値ｘの関数であり、投影光学系１４に入射
する全入射光量もレチクルＲの走査方向の座標値ｘの関
数として照射光量演算部３１で求められる。

【００３１】なお、シャッタ２が閉じている場合には、
照明光は投影光学系１４に入射しないので、シャッタ２
の開閉情報をモニタして、シャッタ２が開いているとき
に前記入射光量を用いる。この場合、シャッタ２が閉じ
ているときはインテグレータセンサ５の出力が０とな
る。インテグレータセンサ５は常時モニタ状態にあるの
で、シャッタ２の開閉情報をモニタすることなくインテ
グレータセンサ５の出力を常時モニタするようにしても
よい。

【００３２】以上の方法により、ほぼリアルタイムで求
められる実際の露光時における投影光学系１４への入射
光量は主制御系３０を介して結像特性演算部３２へ送ら
れ、結像特性演算部３２では予め求められた投影光学系
１４への入射光量と投影倍率との関係を用いて、図２の
露光領域１６上の各計算点Ｐ_1,1〜Ｐ_3,5における投影
光学系１４の投影倍率の変化（像の横ずれ量）を計算す
る。これに大気圧の変化、温度変化による投影倍率の変
化量を加算すれば、露光時における投影光学系１４自体
の投影倍率の変化量及びディストーションが計算され
る。

【００３３】次に、レチクルＲが照明光の吸収により熱
膨張する場合の投影倍率の投影像の変化量及びディスト
ーションの計算方法について説明する。本例では、レチ
クルの吸収光量とレチクルＲの膨張に伴う投影像の投影
倍率の変化量等との関係を実験及び計算により求め、主
制御系３０に記憶させる。先ず、レチクルの膨張は一様
ではなく、吸収した光量に対応してレチクルの各位置で
の膨張の度合いが異なってくる。この膨張の度合いは、
温度分布にほぼ比例するので、レチクル内の複数の計算
点でレチクルの熱膨張量を求める。この計算方法の一例
について図５を参照して説明する。

【００３４】図５は、レチクルＲ上の熱膨張量の計算点
の配置を示し、この図５において、レチクルＲ上のパタ
ーン領域のほぼ全面に設定した理想格子３７の○印で示
される３６個の交点に計算点Ｍ_1,1〜Ｍ_6,6が設定され
ている。この場合、計算点の数及び位置は投影倍率の補
正精度との兼ね合いで選択すればよい。次に、レチクル
Ｒに入射する光量を求める。そのため、実験によりレチ
クルＲに入射する光量とインテグレータセンサ５の出力
値との関係を求めておく。計算値を使用してもよい。ま
た、照射量モニタ１５の出力値とレチクルＲへの入射光
量との関係を実験又は計算により求め、照射量モニタ１
５の出力値からレチクルＲへの入射光量を求めてもよ
い。実際の露光時は上述のように照射量モニタ１５の出
力値とインテグレータセンサ５の出力値との関係を求め
ておけば、インテグレータセンサ５をモニタすることに
よって照射光量演算部３１でレチクルＲへの入射光量が
計算できる。いまこのレチクルＲへの入射光量をＱ_Rと
する。

【００３５】次に、レチクルＲの熱吸収率を求める。通
常、レチクルは石英でできており、クロムでパターンが
描かれている。レチクルＲ中で入射する光量を吸収する
部分は主にクロムパターン層である。クロムの所定波長
の光に対する反射率は既知であるので、レチクルの熱吸
収率を予め設定しておくことが可能である。いま、レチ
クルＲの熱吸収率をｈとする。

【００３６】次に、レチクルＲの走査方向のパターン存
在率ｐを求める。通常、レチクルのパターンは不均一に
なっていて、レチクルのスキャン動作で照明光の当たる
領域が移動していくので、レチクルＲの走査方向の位置
座標に応じてパターン存在率を求める。先ず、レチクル
がない状態で図１の露光領域１６をカバーするように照
射量モニタ１５の受光面を設定した後、レチクルステー
ジ９をダミーでスキャンして走査方向の各位置座標にお
ける照射量モニタ１５の出力値を記憶しておく。次に、
実際に使用するレチクルＲを載せた状態でレチクルステ
ージ９をスキャンして、同様に走査方向の各位置座標で
照射量モニタ１５の出力値を記憶する。

【００３７】照射量モニタ１５のレチクルＲが無いダミ
ー状態での出力値と、レチクルＲを載置した状態での出
力値との出力比がレチクルの透過率なので、１からこの
透過率を差し引くことにより、走査方向の位置ｘに応じ
たパターン存在率ｐが求められる。以上の方法により求
められたレチクルＲへの入射光量Ｑ_R、レチクルの熱吸
収率ｈ、及びレチクルＲの走査方向の位置ｘに応じたパ
ターン存在率ｐの積（Ｑ_R・ｈ・ｐ）により、結像特性
演算部３２はレチクルＲの走査方向の位置ｘの関数とし
てレチクルＲの吸収光量を求める。

【００３８】なお、シャッタ２の開閉状態に伴うレチク
ルＲへの入射光量の変化は、前述の投影光学系１４への
入射光量の検出の場合と同様であり、レチクルＲの各座
標位置での吸収光量はリアルタイムで計算できる。そこ
で、結像特性演算部３２は、上述のように求めた吸収光
量から図５の各計算点Ｍ_1,1〜Ｍ_6,6での熱膨張量を算
出する。この熱膨張量がそのまま、ウエハ上での投影倍
率の変化となる。これによって、露光時におけるレチク
ルの熱吸収に伴う投影像の投影倍率の変化及びディスト
ーションがレチクルＲの走査方向の位置ｘの関数として
計算できる。

【００３９】次に、ウエハ上の投影像の投影倍率及びデ
ィストーションの補正方法について説明する。以上の方
法により求めた投影光学系の照明光吸収に伴う投影倍率
の変化等、及びレチクルの熱吸収に伴う投影倍率の変化
等を、前述のピエゾ素子を利用した倍率補正機構により
補正する。この場合、図１のピエゾ素子１２を駆動した
場合のレンズエレメント１０の上下量又は傾斜角と投影
倍率の変化量等との関係は実験により予め求められ、倍
率補正コントローラ１３に記憶されているものとする。
なお、このレンズエレメント１０の上下量等と投影倍率
の変化量等との関係は光学的なシミュレーションにより
求めることも可能である。そして、この記憶された関係
に基づき、露光時は投影像が歪みのない状態で所定倍率
になるようにディストーション及び投影倍率の補正を行
う。なお、このとき、レンズエレメント１０の上下によ
り副次的に最良結像面のフォーカス変化（焦点位置の変
化）も発生するので、その変化分だけ図１の焦点位置検
出系２８ａ，２８ｂのフォーカス信号をシフトさせる。
これにより常に合焦状態が維持される。

【００４０】先ず、投影光学系１４の入射光量に伴うデ
ィストーション及び投影倍率の変化を補正する動作につ
いて説明する。図４は、投影光学系１４のディストーシ
ョン等を補正する方法の説明図を示し、図４（ａ）は、
図２の１５点の計算点よりも多い計算点で計算した投影
像の横ずれ量によるディストーションを示し、理想的な
投影像３５が歪みのある投影像３９となっている。この
例では、投影倍率が平均的に走査方向（Ｘ方向）にも非
走査方向（Ｙ方向）にも大きくなっている。この図４
（ａ）は、レチクルＲが或るスキャン位置にあるときの
状態を示し、レチクルＲのスキャン位置が異なればパタ
ーン存在率の変化により入射光量が変化してディストー
ションの状態も変化する。

【００４１】このため、図４（ａ）のディストーション
を打ち消すように、図１の倍率補正機構のレンズエレメ
ント１０の位置を変化させる。この場合、図４（ｂ）に
示すように、理想的な投影像３５が縮小された投影像３
５Ａになるように投影倍率を補正する。この結果、図４
（ｃ）に示すように投影倍率補正後の投影像３９Ａの理
想的な投影像３５に対するディストーションは、図４
（ａ）の状態に比べて小さくなっている。

【００４２】次に、レチクルＲの熱吸収による投影像の
ディストーション及び倍率の変化を補正する場合の動作
について説明する。図６は、レチクルＲの熱吸収による
ディストーション等を補正する場合の説明図であり、図
６は、図５の３６点の計算点における熱膨張量を補間し
て得たパターンを示している。この図６において、レチ
クルＲに入射する光量により、レチクルＲ上に設定した
点線で示す理想格子３７は、樽型のパターン３７Ａに膨
張している。

【００４３】以上のようにレチクルＲの膨張に伴い、投
影像のディストーション及び投影倍率が変化する。例え
ば理想格子３７上の計算点Ｍ_1,1，Ｍ_1,6，Ｍ_2,1及び
Ｍ_2, ₆で囲まれた領域４２Ａにおける熱膨張により、領
域４２Ａは、ディストーションを無視するとほぼ領域４
２Ａに比べ非走査方向にわずかに拡大し、更に走査方向
にも少し拡大した領域４１Ａとなる。それに対して、計
算点Ｍ_3,1，Ｍ_3,6，Ｍ_4,1及びＭ_4,6で囲まれた領域
４２Ｂにおける熱膨張により、領域４２Ｂは、ディスト
ーションを無視すると近似的に領域４２Ｂに比べ非走査
方向に大きく拡大し、更に走査方向にも少し拡大した領
域４１Ｂとなる。同様に、計算点Ｍ_5,1，Ｍ_5,6，Ｍ
_6,1及びＭ_6,6で囲まれた領域４２Ｃにおける熱膨張に
より、領域４２Ｃは、ディストーションを無視すると近
似的に領域４２Ｃに比べ非走査方向にわずかに拡大し、
更に走査方向にも少し拡大した領域４１Ｃとなる。ま
た、熱膨張によるレチクル上のパターンの拡大はそのま
ま投影像の拡大となるため、投影像の投影倍率の変化量
はレチクルＲの走査方向の位置ｘにより変化し、特に走
査方向の中央部における投影倍率の変化が大きい。

【００４４】以上の投影倍率の変化を打ち消すように、
倍率補正コントローラ１３を介してレンズエレメント１
０の位置をピエゾ素子１２を駆動して調整する。実際の
露光時には以上の投影倍率は走査方向に連続的に変化し
ているので、レチクルＲの走査方向への移動と連動して
レンズエレメント１０の位置を連続的に調整する。ま
た、図６より分かるように、レチクルの熱膨張によって
ディストーションも発生するため、例えばレンズエレメ
ント１０の傾斜角等を制御してそのディストーションを
抑制してもよい。

【００４５】なお、以上の説明では投影光学系１４及び
レチクルＲによる投影倍率等の補正を別々に実施してい
るが、実際には投影光学系１４による投影倍率の変化等
と、レチクルの膨張による投影倍率の変化等とが合成さ
れた投影倍率の変化等を同時に打ち消すように補正す
る。これにより、常に所定の投影倍率を保つことができ
る。

【００４６】また、図６に示すように、レチクルが膨張
した場合、走査方向のレチクルの位置ずれが生じる。こ
の場合の位置ずれ量は、レチクルＲの走査速度をフィー
ドバック制御して、レチクルＲとウエハＷとの相対速度
を変更することで補正する。以上、本例の走査型露光装
置によれば、レチクルの熱膨張による投影像の変化をレ
チクルの走査方向の位置座標に応じて求めているので、
レチクルの熱膨張に伴う投影像の変形をレチクルの走査
位置に応じた投影倍率等の制御で補正可能となり、ウエ
ハの各ショット領域全面で投影像の投影倍率を高精度に
補正できる。また、ディストーションに対しても平均的
な倍率変化を求め、倍率補正機構のみで対応しているの
で、複雑なディストーション補正機構を装備する必要が
ない。

【００４７】なお、倍率補正機構としては本例のように
レンズエレメント１０を駆動する機構だけでなく、例え
ば投影光学系中に設けた所定の空気室の圧力を調整する
等の補正機構を用いてもよい。このように、本発明は上
述の実施の形態に限定されず、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。

【００４８】

【発明の効果】本発明による走査型露光装置によれば、
例えばマスクの変化量をマスクの走査方向の位置に応じ
て求め、それに基づいて倍率を補正するので、例えばマ
スクが熱膨張により変形した場合でも、その変形に応じ
た倍率補正が可能となり、マスクの走査方向の位置に依
らずに倍率を高精度に補正でき、優れた結像特性が得ら
れる利点がある。

【００４９】また、投影倍率の補正手段により例えばデ
ィストーション変化に対応することも可能であり、その
場合、複雑なディストーション補正機構を装備する必要
がなく、装置のコストダウンが計れる利点もある。ま
た、マスクの走査位置に応じたマスクパターンの感光基
板上への投影倍率の変化量を計算する計算手段を有し、
補正手段が、その計算手段により計算される倍率変化量
に基づいて投影倍率を補正する場合には、投影倍率の変
化量が計算手段により計算され、それに基づいて投影倍
率が補正される。

【００５０】また、計算手段が、マスク自体の位置に応
じた投影像の倍率変化量を算出すると共に投影光学系自
体の倍率変化量を計算し、両方の倍率変化量の計算結果
に基づいて総合的な倍率変化量を求める場合には、マス
クの走査位置に応じたマスクの倍率変化と投影光学系の
倍率変化に伴う両方の倍率変化量が求められ、その倍率
変化量に基づいて補正手段を通じて倍率の補正を行うの
で、全体としての倍率変化量の計算が単純化される利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による走査型露光装置の実施の形態の一
例を示す概略構成図である。

【図２】ウエハ上の露光領域１６上の計算点の配置を示
す平面図である。

【図３】ウエハの反射率と反射量モニタに出力との関係
を示す図である。

【図４】図１の投影光学系１４によるディストーション
変化の補正方法の説明図である。

【図５】レチクル上の膨張量の計算点の配置を示す平面
図である。

【図６】図１のレチクルＲの熱膨張による変形の一例を
示す図である。

【符号の説明】

１光源４反射量モニタ５インテグレータセンサ６レチクルブラインドＲレチクル９レチクルステージ１０，１１レンズエレメント１２ピエゾ素子１３倍率補正コントローラ１４投影光学系１５照射量モニタＷウエハ１７ＸＹステージ３０主制御系３１照射光量演算部３２結像特性演算部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上のパターンの一部を投影光学系
を介して感光基板上に投影するとともに、前記マスク及
び前記感光基板を前記投影光学系に対して同期して走査
することにより前記マスクのパターンの像を前記感光基
板上に逐次転写する走査型露光装置において、前記マスクのパターンの前記感光基板上への投影倍率
を、前記マスクの走査位置に応じた量で補正する補正手
段を設けたことを特徴とする走査型露光装置。
【請求項２】請求項１記載の走査型露光装置であっ
て、前記マスクの走査位置に応じた前記マスクのパターンの
前記感光基板上への投影倍率の変化量を計算する計算手
段を有し、前記補正手段は、前記計算手段により計算される倍率変
化量に基づいて前記投影倍率を補正することを特徴とす
る走査型露光装置。
【請求項３】請求項２記載の走査型露光装置であっ
て、前記計算手段は、前記マスク自体の位置に応じた前記投
影像の倍率変化量を算出すると共に前記投影光学系自体
の倍率変化量を計算し、両方の倍率変化量の計算結果に
基づいて総合的な倍率変化量を求めることを特徴とする
走査型露光装置。