JPH11258498A

JPH11258498A - 投影レンズ及び走査型露光装置

Info

Publication number: JPH11258498A
Application number: JP10082625A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Suzuki; 広介鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】投影光学系の照明光吸収による異方性結像特
性の変化を抑制して露光精度を向上させる。【解決手段】所定形状の照明光ＩＬで照射されたとき
にその照明光の吸収により生じる変動を考慮して投影光
学系ＰＬの非走査方向（Ｘ方向）と走査方向（Ｙ方向）
の結像特性が異なるように初期調整されている。このた
め、露光中に投影光学系ＰＬが照明光を吸収した際に生
じる非走査方向と走査方向についての異方性の結像特性
の変化量が、非走査方向と走査方向の結像特性が異なる
ように初期調整されていない投影光学系を用いる場合に
比べて抑制することができ、結果的に露光精度を向上さ
せることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影レンズ及び走
査型露光装置に係り、更に詳しくは、マスクと基板とを
同期移動させつつマスクのパターンを投影光学系を介し
て基板上に転写する走査型露光装置、及びこの走査型露
光装置の投影光学系として好適な投影レンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子又は液晶表示素子
等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、種々の露
光装置が使用されており、現在では、フォトマスク又は
レチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパターン
を、投影光学系を介して表面にフォトレジスト等の感光
剤が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板上に
転写する投影露光装置、例えば所謂ステップ・アンド・
リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）
が用いられている。

【０００３】近年、半導体素子の高集積化に伴い、矩形
又は円弧状の照明光によりレチクルを照明し、レチクル
及び基板を投影光学系に対して１次元方向に同期走査す
ることにより、レチクルパターンを投影光学系を介して
基板上に逐次転写する所謂スリット・スキャン方式、あ
るいは、所謂ステップ・アンド・スキャン方式などの走
査型露光装置が開発されるようになってきた。かかる走
査型露光装置によれば、収差の最も少ない投影光学系の
有効露光フィールドの一部（中央部）のみを使用してレ
チクルパターンの転写が可能となるため、静止型露光装
置に比べてより微細なパターンをより高精度に露光する
ことが可能になる。また、走査型露光装置によれば、走
査方向には投影光学系の制限を受けずに露光フィールド
を拡大することができるので、大面積露光が可能であ
り、また、投影光学系に対してレチクル及びウエハを相
対走査することで平均化効果があり、ディストーション
や焦点深度の向上が期待出来る等のメリットがある。

【０００４】ところで、投影露光装置に用いられる投影
光学系の投影倍率等の結像特性は、装置の僅かな温度変
化や、投影露光装置の置かれたクリーンルーム内の大気
の僅かな気圧変動、湿度変化、及び投影光学系への露光
光による照射エネルギの照射履歴等により、所定の倍率
の近傍で変動する。このため、近年の投影露光装置で
は、所望の結像特性を維持するため投影光学系の結像特
性を微調整する結像特性補正機構が設けられている。こ
の結像特性補正機構としては、例えば、レチクルと投影
光学系との間隔を変化させる機構、投影光学系を構成す
る特定のレンズエレメントを光軸方向に駆動したり、傾
斜方向に駆動したりする機構、あるいは投影光学系中に
設けた所定の密閉室内の圧力を調整する機構等が知られ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、走査型
露光装置においては、レチクルを照明する照明領域が非
走査方向に細長い矩形又は円弧状の形状であるため、投
影光学系が照明光を吸収することによって、非回転対
称、すなわち光軸に直交する直交２軸方向に関して変化
の様子が異なる結像特性（以下、本明細書において「異
方性結像特性」と呼ぶ）の変化も発生する。

【０００６】これを更に詳述する。ここでは、照明領域
が非走査方向に細長い矩形（長方形）である場合を例を
とって説明する。図１１には、走査型露光装置に用いら
れる投影光学系ＰＬ’を光軸方向から見た図が示されて
いる。この図の点線で示される領域ＩＡが照明領域であ
る。一般に、投影光学系は、露光中に露光用の照明光を
吸収して温度分布が生じるが、走査型露光装置では、照
明領域ＩＲＡが長方形であることから、その温度分布が
図１２のように照明領域に依存した分布になってしま
う。この図１２のから明らかなように、非走査方向では
周辺部から中心部に行くにつれて温度が徐々に高くなる
ような温度分布を示し、万遍なく照明されているが、走
査方向では、周辺部の低温部から中心部の高温部に向か
って急激な温度変化を示し、照明領域がかなり限定され
ている。このため、非走査方向では図１２のＡ−Ａ線断
面図である図１３に模式的に示されるように、投影光学
系ＰＬ’の曲率が変化するのに対して、走査方向では図
１２のＢーＢ線断面図である図１４に模式的に示される
ように、照明領域内では曲率変化が大きくなってしま
う。なお、図１３及び図１４は、投影光学系ＰＬ’を１
枚のレンズとして模式的に示すものであるが、投影光学
系を構成する各レンズエレメントが上記のような熱変形
を生じると考えても差し支えなく、あるいは投影光学系
ＰＬ’自体を１枚の大型レンズと考え、これ上記のよう
な熱変形を生じるものと考えても良い。

【０００７】かかる投影光学系ＰＬ’内の走査方向、非
走査方向の温度分布の偏り、及びこれに伴う投影光学系
ＰＬ’の走査方向、非走査方向の回転非対称な熱変形に
起因して以下に述べるような異方性の結像特性変化が発
生する。投影光学系ＰＬ’の照明光の吸収により照明領域Ｉ
ＲＡのウエハ面上への投影像には、長方形ディストーシ
ョンが発生してしまう。また、図１５に示されるように、レチクルＲ上の照
明領域ＩＲＡの中心（即ち投影光学系ＰＬ’の光軸中心
近傍）に配置された、走査方向に所定周期を有するライ
ンアンドスペース（Ｌ／Ｓ）パターン（以下「Ｈパター
ン」と呼ぶ）と非走査方向に所定周期有するＬ／Ｓパタ
ーン（以下「Ｖパターン」と呼ぶ）とから成る複合パタ
ーンをウエハ上に投影する場合を考える。この場合、上
述の如く、照明光の吸収によって異方性の温度分布を生
じるため、図１６に示されるように、Ｖパターンから発
生した非走査方向の回折光は投影光学系ＰＬ’の比較的
曲率変化が緩やかな面を通って所定の結像面（Ｖパター
ンベストフォーカス面）に結像する。これに対し、図１
７に示されるように、Ｈパターンから発生した走査方向
の回折光は比較的投影レンズの曲率変化が大きい面を通
って所定の結像面（Ｈパターンベストフォーカス面）に
結像する。この結果、図１８に示されるように、Ｖパタ
ーンベストフォーカス面とＨパターンベストフォーカス
面とには、Ｆ_CEだけのずれが生じる。すなわち、投影光
学系ＰＬ’の光軸中心上で直交２軸方向についての結像
面のずれ（本明細書では、かかる光軸中心上での第１方
向と第２方向についての結像位置のずれを「センターア
ス」と呼ぶ）が発生する。

【０００８】上述のの長方形ディストーション、の
センターアス等の異方性結像特性は、従来はそれほど問
題ではなかったが、最近のデバイスルール０．２５μｍ
の時代になって、かかる異方性結像特性が露光精度に与
える影響がクローズアップされるようになってきた。し
かし、上述した現状の結像特性補正機構では、かかる異
方性結像特性を補正することは困難である。

【０００９】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その第１の目的は、照明光の吸収に起因する異方性
結像特性の劣化を抑制することができる投影レンズを提
供することにある。

【００１０】また、本発明の第２の目的は、投影光学系
の照明光吸収による異方性結像特性の変化を抑制して露
光精度を向上させることができる走査型露光装置を提供
することにある。

【００１１】さらに、本発明の第３の目的は、投影光学
系の照明光の吸収に起因する異方性結像特性の劣化によ
る露光不良の発生を確実に防止することができる走査型
露光装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、第１物体（Ｒ）の像を第２物体（Ｗ）に投影する投
影レンズ（ＰＬ）であって、その光軸に直交する第１方
向（Ｘ方向）と前記光軸及び前記第１方向に直交する第
２方向（Ｙ方向）とで結像特性が異なるように初期調整
されたことを特徴とする。

【００１３】通常、投影レンズは、第１物体の像を第２
物体に投影するため、照明光で照明されるが、この照明
光の吸収によって結像特性が変化する。この結像特性の
変化は、照明光の吸収による投影レンズの温度分布に左
右され、非回転対称な結像特性の変化が生じ得る。そこ
で、本発明の如く、光軸に直交する第１方向と光軸及び
第１方向に直交する第２方向とで結像特性が異なるよう
結像特性を初期調整することにより、例えば、上記の非
回転対称な結像特性変化を抑制できる場合がある。

【００１４】かかる意味で、請求項２に記載の発明の如
く、所定形状の照明光で照射されたときにその照明光の
吸収により生じる変動を考慮して前記第１方向と第２方
向の結像特性を初期調整することが望ましい。かかる場
合には、確実に照明光吸収による非回転対称な結像特性
変化を抑制できる。

【００１５】この場合において、請求項３に記載の発明
の如く、前記第１方向と第２方向の結像特性の初期調整
は、前記照明光吸収により生ずる前記第１方向と第２方
向の結像特性の変化量の半分だけキャンセルするよう
に、各々所望の結像特性に対してずらすことによって行
われることが望ましい。かかる場合には、照明光吸収に
よる結像特性の最大悪化分を実質的に半分に抑え込むこ
とが可能になる。

【００１６】上記請求請２又は３に記載の投影レンズに
おいて、初期調整の対象となる結像特性は種々考えら
れ、例えば、請求項４に記載の発明の如く、前記初期調
整の対象となる結像特性が前記第１方向を長辺とする長
方形ディストーションであっても良い。この場合、請求
項５に記載の発明の如く、前記長方形ディストーション
の初期調整は、前記第１方向に比べて前記第２方向の倍
率を所望の倍率から大きくずらすことによって行われる
ことが望ましい。第１方向を長辺とする長方形ディスト
ーションが生ずるのは、通常照明領域が第１方向に長い
形状を有する場合であり、投影レンズは第１方向につい
てはほぼ万遍なく照明され、第２方向については限られ
た範囲が照明される。従って、照明光吸収による投影レ
ンズの倍率変化は第２方向が大きく、第１方向が小さく
なるので、第１方向に比べて前記第２方向の倍率を所望
の倍率から大きくずらすことによって、効果的に長方形
ディストーションを抑制することができる。

【００１７】また、上記請求項２又は３に記載の投影レ
ンズにおいて、請求項６に記載の発明の如く、前記初期
調整の対象となる結像特性が光軸中心の前記第１方向と
第２方向についての結像位置のずれであっても良い。こ
の場合、請求項７に記載の発明の如く、前記光軸中心の
前記第１方向と第２方向についての結像位置のずれの初
期調整は、前記第１方向の周期パターンの結像面と前記
第２方向の周期パターンの結像面との所定の一方を他方
より投影光学系に近い方にずらすことにより行われるこ
とが望ましい。例えば、第１方向に長い矩形状の照明光
で投影レンズが照明される場合には、その照明光吸収に
よる温度分布に起因して第２方向の周期パターンの結像
面の位置が第１方向の結像面の位置より投影光学系から
遠くなるので、予めこれをキャンセルするように、すな
わち、第２方向の周期パターンの結像面を第１方向の周
期パターンの結像面より投影光学系に近い方にずらすこ
とにより、光軸中心の前記第１方向と第２方向について
の結像位置のずれの変化の最悪値を効果的に抑制するこ
とができる。

【００１８】請求項８に記載の発明は、マスク（Ｒ）と
基板（Ｗ）とを同期移動しつつ前記マスクを所定形状の
照明光で照明して、前記パターンを投影光学系（ＰＬ）
を介して前記基板上に転写する走査型露光装置であっ
て、前記第２方向を前記同期移動方向として、前記投影
光学系として請求項１〜７のいずれか一項に記載の投影
レンズを装備したことを特徴とする。

【００１９】これによれば、請求項１〜７に記載の各発
明に係る投影レンズを投影光学系として装備することか
ら、この投影レンズにより照明光吸収による第１方向
（非走査方向）と第２方向（同期移動方向すなわち走査
方向）についての異方性の結像特性の変化の劣化を抑制
することができ、結果的に露光精度を向上させることが
できる。

【００２０】請求項９に記載の発明は、マスク（Ｒ）と
基板（Ｗ）とを所定の走査方向に同期して相対走査しつ
つ前記マスクを所定形状の照明光で照明して、前記パタ
ーンを投影光学系（ＰＬ）を介して前記基板上に転写す
る走査型露光装置であって、前記投影光学系が、前記走
査方向とこれに直交する非走査方向とで異なる結像特性
を有し、前記投影光学系の光軸中心の前記非走査方向と
前記走査方向についての結像位置のずれを考慮して、前
記基板を位置決めすることにより前記投影光学系の結像
面と前記基板との前記投影光学系の光軸方向の位置関係
を調整するフォーカス補正装置（１２、１７、１９、２
１、４２）を備えることを特徴とする。

【００２１】これによれば、走査露光中に、フォーカス
補正装置により、投影光学系の光軸中心の非走査方向と
走査方向についての結像位置のずれを考慮して、基板を
位置決めすることにより投影光学系の結像面と基板との
投影光学系の光軸方向の位置関係が調整される。この投
影光学系の結像面と基板との光軸方向の位置関係の調
整、すなわちフォーカスの補正は、例えば、マスク上の
非走査方向の周期パターンの結像面と走査方向の周期パ
ターンの結像面との中間をフォーカス目標位置として行
われる。このため、走査露光中の投影光学系の照明光吸
収により光軸中心の走査方向と非走査方向とで結像位置
のずれに起因するデフォーカス量を小さく、例えば半分
にすることができ、結果的に露光精度を向上させること
ができる。

【００２２】この場合において、請求項１０に記載の如
く、前記投影光学系（ＰＬ）の前記照明光の吸収による
異方性の結像特性の変化を監視し、この変化量が所定の
しきい値に達した時点で露光動作を中断する結像特性監
視装置（２１）を更に備えていても良い。かかる場合に
は、結像特性監視装置により、投影光学系の照明光の吸
収による異方性の結像特性の変化、すなわち走査方向と
非走査方向とで値が異なる非回転対称な結像特性の変化
が監視され、この変化量が所定のしきい値に達した時点
で露光動作が中断される。このため、上記の異方性結像
特性の変化が許容値を超えることに起因する露光不良の
発生を確実に防止することができる。

【００２３】なお、この場合は、投影光学系として、走
査方向とこれに直交する非走査方向とで異なる結像特性
を有するものが用いられているので、通常の走査方向と
非走査方向とで同様の結像特性を有するように調整され
た投影光学系を用いる場合に比べて上記のしきい値、す
なわち許容値に達するまでの時間を遅らせることができ
る。

【００２４】請求項１１に記載の発明は、マスク（Ｒ）
と基板（Ｗ）とを所定の走査方向に同期して相対走査し
つつ前記マスクを所定形状の照明光で照明して、前記パ
ターンを投影光学系（ＰＬ）を介して前記基板上に転写
する走査型露光装置であって、前記投影光学系の前記照
明光の吸収による異方性の結像特性の変化を監視し、こ
の変化量が所定のしきい値に達した時点で露光動作を中
断する結像特性監視装置を備えることを特徴とする。

【００２５】これによれば、結像特性監視装置により、
投影光学系の照明光の吸収による異方性の結像特性の変
化、すなわち走査方向と非走査方向とで値が異なる非回
転対称な結像特性の変化が監視され、この変化量が所定
のしきい値に達した時点で露光動作が中断される。この
ため、上記の異方性結像特性の変化が許容値を超えるこ
とに起因する露光不良の発生を確実に防止することがで
きる。

【００２６】請求項１０又は１１に記載の走査型露光装
置において、監視対象の異方性の結像特性は種々考えら
れ、例えば、請求項１２に記載の発明の如く、前記監視
対象の前記異方性の結像特性は、長方形ディストーショ
ン及び前記光軸中心の前記非走査方向及び前記走査方向
についての結像位置のずれの少なくとも一方であっても
良い。

【００２７】この場合において、請求項１３に記載の発
明の如く、前記結像特性監視装置（２１）は、前記長方
形ディストーションの変化を前記非走査方向の倍率変化
と前記走査方向の倍率変化の差に基づいて監視し、前記
光軸中心の前記非走査方向及び前記走査方向についての
結像位置のずれを前記マスク（Ｒ）上に形成された前記
非走査方向の周期パターンの結像面と前記走査方向の周
期パターンの結像面との差に基づいて監視するようにす
れば良い。

【００２８】上記請求項１０〜１３に記載の各発明に係
る走査型露光装置において、露光中断から一定の時間が
経過した後に露光を再開することも可能であるが、かか
る場合には上記の一定の時間が短すぎると、再開後すぐ
に異方性結像特性が上記しきい値に達してしまい、反対
に上記の一定の時間が長すぎると、必要以上に露光中断
時間が長くなってスループットを不要に悪化しまう。そ
こで、請求項１４に記載の発明の如く、前記結像特性監
視装置（２１）は、前記露光動作の中断後も、前記投影
光学系の前記異方性結像特性の変化を監視し続け、その
結像特性が予め定めた基準まで減衰したときに前記露光
動作を再開することが望ましい。かかる場合には、上記
のような不都合がなく、必要最低限の中断時間の設定が
可能となり、スループットを極力低下させることなく、
しかも異方性結像特性の劣化に起因する露光不良の発生
を確実に防止することができる。

【００２９】上記請求項９に記載の走査型露光装置にお
いて、請求項１５に記載の発明の如く、前記投影光学系
（ＰＬ）のフォーカス以外の回転対称な結像特性の変化
を補正する結像特性補正装置（１４、１５）を更に備え
ていても良い。かかる場合には、結像特性補正装置によ
り、フォーカス以外の回転対称な結像特性（倍率、ディ
ストーション、像面湾曲、コマ収差、球面収差等）を補
正することができるので、線幅制御性、重ね合せ精度等
の露光精度を一層向上させることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
ないし図９に基づいて説明する。

【００３１】図１には、本発明に係る投影レンズを投影
光学系として装備した一実施形態に係る走査型露光装置
１００の概略的な構成が示されている。この走査型露光
装置１００は、いわゆるステップ・アンド・スキャン方
式の投影露光装置である。

【００３２】この走査型露光装置１００は、光源１及び
照明光学系（２〜１０）を含む照明系、マスク（第１物
体）としてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲ
ＳＴ、投影光学系ＰＬ、投影光学系ＰＬ内に設けられ倍
率等の結像特性を補正する結像特性補正機構１４、結像
特性補正機構１４を制御するレンズコントローラ１５、
基板（第２物体）としてのウエハＷを保持してＸＹ面内
を２次元移動するウエハステージＷＳＴ、及びこれらの
制御系等を備えている。

【００３３】前記照明系は、光源１、第１フライアイレ
ンズ２、振動ミラー３、第２フライアイレンズ４、ハー
フミラー５、インテグレータセンサ６、レチクルブライ
ンド７、折り曲げミラー８、コンデンサーレンズ系９及
び反射率センサ１０等を含んで構成されている。

【００３４】ここで、この照明系の構成各部についてそ
の作用とともに説明すると、光源１で発生した露光光と
しての照明光ＩＬは不図示のシャッターを通過した後、
第１フライアイレンズ２により照度分布（強度分布）が
ほぼ均一な光束に変換される。照明光ＩＬとしては、例
えばＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）やＡｒ
Ｆエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、あるいはＦ₂
エキシマレーザ光（波長１５７ｎｍ）等が用いられる。

【００３５】第１フライアイレンズ２から射出された光
束は、被照射面（レチクル面又はウエハ面）に生じる干
渉縞や微弱なスペックルを平滑化するための振動ミラー
３を介して水平方向に折り曲げられ、第２フライアイレ
ンズ４によって照度分布が更に均一な光束とされ、ハー
フミラー５に至る。そして、この光束（パルス照明光）
ＩＬの大部分（９７％程度）は、ハーフミラー５を透過
してレチクルブラインド７を均一な照度で照明する。

【００３６】ここで、レチクルブラインド７は、２枚の
可動ブラインドとその近傍に配置された開口形状が固定
された固定ブラインドとから構成されている。このレチ
クルブラインド７によりレチクルＲを照明する際のスリ
ット状の照明領域ＩＡＲの幅を所望の大きさに設定でき
るようになっている。

【００３７】レチクルブラインド７を通過した光束は、
折り曲げミラー８に至り、ここで鉛直下方に折り曲げら
れ、コンデンサレンズ系９を介して回路パターン等が描
かれたレチクルＲの照明領域ＩＡＲ部分を照明する。

【００３８】一方、前記残り（３％程度）のパルス照明
光ＩＬは、ハーフミラー５で反射され、インテグレータ
センサ６によって受光されるようになっている。このイ
ンテグレータセンサ６によりレチクルＲに対する照明光
量を検出することができる。このインテグレータセンサ
６からの光量信号が主制御装置２１に供給されている。

【００３９】前記反射率モニタ１０は、後述する投影光
学系ＰＬの照明光吸収による結像特性（諸収差）の変
動、即ち照射変動を算出するための基礎となるウエハ反
射率測定に用いられるもので、投影光学系ＰＬ側からコ
ンデンサレンズ系９、折り曲げミラー８、レチクルブラ
インド７を介して戻って来た光の光量を検出する。この
反射率モニタ１０からの光量信号も主制御装置２１に供
給されている。なお、ウエハ反射率測定については、後
に詳述する。

【００４０】前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチク
ルＲが、例えば真空吸着により固定されている。なお、
レチクルＲに用いる材質は、使用する光源によって使い
分ける必要がある。すなわち、ＫｒＦエキシマレーザ光
源やＡｒＦエキシマレーザ光源を光源とする場合は、合
成石英を用いることができるが、Ｆ₂エキシマレーザ光
源を用いる場合は、ホタル石で形成する必要がある。

【００４１】レチクルステージＲＳＴは、不図示のレチ
クルベース上をリニアモータ等で構成されたレチクル駆
動部４１により駆動され、照明光学系の光軸ＩＸ（後述
する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直な平面内
で所定の走査方向（ここではＹ軸方向とする）に所定ス
トロークの範囲内で移動可能となっている。

【００４２】レチクルステージＲＳＴの位置は、不図示
のレチクルレーザ干渉計システムによって例えば数ｎｍ
〜１ｎｍ以下の分解能で常時計測されており、この干渉
計システムからのレチクルステージＲＳＴの位置情報
は、主制御装置２１に送られ、主制御装置２１ではレチ
クルステージＲＳＴの位置情報に基づいてレチクル駆動
部４１を介してレチクルステージＲＳＴを制御する。な
お、レチクルレーザ干渉計システムの測長軸は、例えば
走査方向に２軸、非走査方向には１軸設けられる。

【００４３】前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージ
ＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸ
（照明光学系の光軸ＩＸに一致）の方向がＺ軸方向とさ
れている。この投影光学系ＰＬは、ここでは両側テレセ
ントリックな光学配置となるように光軸ＡＸ方向に沿っ
て所定間隔で配置された複数枚のレンズエレメントから
成る屈折光学系が使用されている。この投影光学系ＰＬ
は所定の投影倍率、例えば１／４（あるいは１／５）を
有する縮小光学系である。このため、照明光学系からの
照明光ＩＬによって第１物体としてのレチクルＲの照明
領域ＩＡＲが照明されると、このレチクルＲを通過した
照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ
の回路パターンの一部が表面にフォトレジストが塗布さ
れた第２物体としてのウエハＷ上に縮小投影される。

【００４４】また、投影光学系ＰＬの内部には、前記の
如く、結像特性補正機構１４が設けられている。この結
像特性補正機構１４としては、本実施形態では、図２に
示されるように、投影光学系ＰＬを構成する複数のレン
ズエレメントの内、特定の複数（ここでは５つ）のレン
ズ群２２、２３、２４、２５、２６のそれぞれを、ピエ
ゾ素子などの圧電素子２７、２８、２９、３０、３１を
用いて独立に光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）及びＸＹ面に対す
る傾斜方向に駆動可能とした機構が用いられている。前
記レンズ群２２、２３、２４、２５、２６は、それぞれ
のホルダ（金物）を介して各３つの圧電素子２７、２
８、２９、３０、３１によって鏡筒ＰＰに対して３点で
支持されている。このため、各３つの圧電素子２７、２
８、２９、３０、３１のそれぞれを独立して駆動するこ
とにより、各レンズ群２２、２３、２４、２５、２６を
光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）及びＸＹ面に対する傾斜方向に
駆動できるようになっている。また、圧電素子２７〜３
１による各支持点の駆動量は、不図示の位置センサによ
りそれぞれモニタされるようになっている。かかる位置
センサとしては、例えば、静電容量式の非接触変位セン
サ、渦電流式の非接触変位センサ、リニアエンコーダ、
レーザ干渉計等、種々の変位センサを用いることができ
る。各レンズ群２２、２３、２４、２５、２６を光軸方
向に駆動し、あるいは傾斜させることにより、種々の結
像特性が変化して、各レンズ群の光軸方向駆動及び傾斜
駆動の任意の組み合わせによって、ほぼ所望の結像特性
に調整することができるようになっている。

【００４５】本実施形態では、後述するように、上記結
像特性補正機構１４によって、５つの収差、具体的には
像面湾曲、倍率、ディストーション、コマ収差、球面収
差を補正するようになっており、この結像特性補正機構
１４とレンズコントローラ１５とによって、レチクルＲ
のパターン像の結像特性を補正する結像特性補正装置が
構成されている。この結像特性補正装置による結像特性
補正の具体的な内容については後に詳述する。ここで、
本実施形態ではレンズ群の駆動で結像特性を補正する結
像特性補正機構１４が採用されているが、この結像特性
補正機構に代えて、あるいはこれと共に、特定のレンズ
エレメント相互間に密封室を形成し、この密封室内の内
圧を変更する機構を設けても良い。

【００４６】なお、照明光ＩＬとしてＫｒＦエキシマレ
ーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光を用いる場合には、投
影光学系ＰＬを構成する各レンズエレメントとしては合
成石英等を用いることができるが、Ｆ₂エキシマレーザ
光を用いる場合には、この投影光学系ＰＬに使用される
レンズの材質は、全てホタル石が用いられる。

【００４７】図１に戻り、前記ウエハステージＷＳＴ
は、不図示のベース上を走査方向であるＹ軸方向（図１
における左右方向）及びこれに直交するＸ軸方向（図１
における紙面直交方向）に移動可能なＸＹステージ１８
と、このＸＹステージ１８上に設けられたＺステージ１
７とを備えている。

【００４８】ＸＹステージ１８は、実際には、２次元平
面モータ等によって不図示のベース上でＸＹ２次元方向
に駆動されるようになっており、また、Ｚステージ１７
は、不図示の駆動機構によりＺ方向に所定範囲（例えば
１００μｍの範囲）内で駆動されるなっているが、図１
ではこれらの２次元平面モータ、駆動機構等が代表して
ウエハ駆動装置４２として図示されている。

【００４９】Ｚステージ１７上に不図示のウエハホルダ
を介してウエハＷが吸着保持されている。また、Ｚステ
ージ１７上には、レチクルＲ及び投影光学系ＰＬを透過
してウエハ面に達する照射量を検出する照射量センサ２
０が設けられている。この照射量センサ２０の検出値は
主制御装置２１に供給されるようになっている。

【００５０】前記Ｚステージ１７（即ちウエハＷ）のＸ
Ｙ面内の位置は、不図示のウエハレーザ干渉計システム
によって例えば数ｎｍ〜１ｎｍ以下の分解能で常時計測
されており、この干渉計システムからのＺステージ１７
の位置情報は、主制御装置２１に送られ、主制御装置２
１ではＺステージ１７の位置情報に基づいてウエハ駆動
装置４２を介してウエハＷをＸＹ面内で位置制御する。

【００５１】なお、ウエハレーザ干渉計システムの測長
軸は、例えば走査方向に１軸、非走査方向に２軸設けら
れる。

【００５２】更に、本実施形態の走査型露光装置１００
では、不図示の保持部材を介して投影光学系ＰＬに一体
的に取り付けられた、２つのオートフォーカス検出系、
すなわち、レチクルオートフォーカス検出系（以下、
「レチクルＡＦ系」という）１２及びウエハオートフォ
ーカス検出系（以下、「ウエハＡＦ系」という）１９が
設けられている。

【００５３】ウエハＡＦ系１９としては、ウエハＷに斜
めから検出ビームを照射する照射光学系１９ａと、この
検出ビームのウエハＷ面からの反射光を受光する受光光
学系１９ｂとを備え、ウエハＷのＺ方向の位置を検出す
る斜入射光式の焦点位置検出系が用いられている。この
ウエハＡＦ系１９としては、例えば特公平８−２１５３
１号公報等に開示された焦点位置検出系が用いられる。

【００５４】また、レチクルＡＦ系１２は、レチクルＲ
のパターン面に斜めから検出ビームを照射する照射光学
系１２ａと、この検出ビームのレチクル面からの反射光
を受光する受光光学系１２ｂとを備えた斜入射光式の焦
点位置検出系が用いられている。レチクルＡＦ系１２
は、レチクルＲのパターン面の光軸ＩＸ及びその近傍の
領域のＺ方向の位置を検出するためのものである。この
レチクルＡＦ系１２としても上記特公平８−２１５３１
号公報等に開示されたものと同様の構成のものを用いる
ことができる。

【００５５】なお、ＡＦ系としては、斜入射光式に限ら
ず、例えば、ウエハ面、レチクル面のＺ位置を計測する
干渉計や投影光学系とウエハ又はレチクルとの間隔を直
接測定するオートフォーカスセンサを採用しても良い。

【００５６】更に、本実施形態の走査型露光装置１００
では、投影光学系ＰＬの近傍の環境の変化を検出する環
境センサ３６が設けられている。環境センサ３６として
は、気圧センサ（圧力センサ）、温度センサ、湿度セン
サなど種々のものを設けることができる。しかし、通常
投影光学系を含む露光装置本体部分は、温度、湿度を厳
しく管理されたチャンバの中に置かれているので、温
度、湿度変化が結像特性に与える影響は、気圧変化に比
べて小さいと考えられるので、ここでは、環境センサ３
６として気圧センサを設けるものとする。但し、例え
ば、ＡｒＦエキシマレーザ等の短波長の光を光源１とし
て用いる場合、光路中に酸素があると光化学反応を起こ
してオゾンが発生し、人体に悪影響があったり、レンズ
の表面コートの材質によっては曇りの原因ともなり得
る。これを避けるために、投影光学系ＰＬ内部を窒素で
充填あるいはフローすることがある。また、大気圧変化
による結像特性変化を抑えるために、ヘリウムを充填あ
るいはフローすることがある。ヘリウムは空気に比べて
屈折率が小さいので大気圧（チャンバ内の気圧）が変化
した場合の結像特性変化が小さいメリットがある。この
ように、投影光学系ＰＬの内部と外部とで別系統の空調
をもっていると、必ずしも投影光学系ＰＬの内外で同じ
気圧とはならない。

【００５７】かかる点を考慮して、本実施形態では、図
２に示されるように、投影光学系ＰＬ内部の気体の圧力
（以下、適宜「内気圧」という）を検出する内気圧セン
サ３６ａと、投影光学系ＰＬ外部のチャンバ内の気圧
（以下、適宜「外気圧」という）を計測する外気圧セン
サ３６ｂとが設けられている。図１では、これら内気圧
センサ３６ａと、外気圧センサ３６ｂとが代表的に環境
センサ３６として示されているものとする。大気圧（上
記の外気圧、内気圧）の変化による結像特性変化の計算
方法については、後述する。

【００５８】なお、投影光学系ＰＬ自身の温度、湿度依
存性が大きい場合には、環境センサ３６として、温度、
湿度等を計測できるセンサを設けて、その計測値を基に
後述する大気圧変化による結像特性変化と同様の計算に
より、温度、湿度変化による結像特性変化をも求めれば
良い。

【００５９】この他、本実施形態の走査型露光装置１０
０では、ウエハＷ上の各ショット領域に付設された不図
示のアライメントマークを検出するためのオフアクシス
方式のアライメント系（図示省略）等も設けられてい
る。主制御装置２１では、次に説明する走査露光に先立
ってアライメント系を用いてウエハＷ上のアライメント
マークの位置検出を行い、この検出結果に基づいてレチ
クル駆動部４１及びウエハ駆動装置４２によりレチクル
ＲとウエハＷとの位置合わせ（アライメント）を行うよ
うになっている。

【００６０】次に、本実施形態の走査型露光装置１００
における走査露光の原理について簡単に説明する。レチ
クルＲの走査方向（Ｙ軸方向）に対して垂直な方向（Ｘ
軸方向）に長手方向を有する長方形（スリット状）の照
明領域ＩＡＲでレチクルＲが照明され、レチクルＲは露
光時に−Ｙ方向に速度Ｖ_Rで走査（スキャン）される。
照明領域ＩＡＲ（中心は光軸ＡＸとほぼ一致）は投影光
学系ＰＬを介してウエハＷ上に投影され、照明領域ＩＡ
Ｒに共役なスリット状の投影領域、すなわち露光領域Ｉ
Ａが形成される。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の方向とは反対方向
（＋Ｙ方向）にレチクルＲに同期して速度Ｖ_Wで走査さ
れ、ウエハＷ上のショット領域の全面が露光可能となっ
ている。この走査露光の際の、レチクルＲとウエハＷ、
すなわちレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳ
Ｔとがレチクル駆動部４１、ウエハ駆動装置４２及び主
制御装置２１によって、正確に投影光学系ＰＬの縮小倍
率に応じた速度比Ｖ_W／Ｖ_R（＝１／４又は１／５）で
同期移動されるようになっており、レチクルＲのパター
ン領域のパターンがウエハＷ上のショット領域上に正確
に縮小転写される。また、走査（スキャン）することに
よりレチクルＲ上のパターン領域全面が照明され、レチ
クルＲのパターン領域の全面がウエハＷ上に逐次転写さ
れるようになっている。

【００６１】また、上記の走査露光中に、ウエハＡＦ系
１９、レチクルＡＦ系１２の検出信号に基づいて、レチ
クルＲのパターン面とウエハＷ表面とが投影光学系ＰＬ
に関して共役となるように主制御装置２１によりウエハ
駆動装置４２を介してＺステージ１７がＺ軸方向に駆動
制御され、フォーカス補正が実行される。なお、このフ
ォーカス補正についても更に後述する。

【００６２】本実施形態の走査型露光装置１００では、
上記のようなウエハＷ上のショット領域に対する走査露
光によるレチクルパターンの転写と、次ショット領域の
走査開始位置へのステッピング動作とを繰り返し行うこ
とにより、ステップ・アンド・スキャン方式の露光が行
われ、ウエハＷ上の全ショット領域にレチクルパターン
が転写されるようになっている。

【００６３】次に、走査型露光装置１００におけるフォ
ーカス補正について説明する。まず、投影光学系ＰＬ自
身のフォーカス変化を考慮しない最も単純な場合につい
て説明する。

【００６４】まず、レチクルＲとウエハＷの共役関係を
出すために、基準となるＺステージ１７の位置を求め
る。具体的には、次の通りである。

【００６５】すなわち、所定の計測用マークが描かれた
計測用レチクルをレチクルステージＲＳＴの所定の場所
に搭載してＺステージ１７をＺ方向及びＸ又はＹ方向に
ステップ送りしながら前記計測用マークを感光剤が塗布
されたウエハＷ上に転写する。次に、このウエハＷを光
学顕微鏡で観察して焼き付けたマーク形状が最も良好な
（例えばマーク形状が最も大きいあるいはマークのエッ
ジが最も立っている）Ｚステージ１７の位置Ｚ_bestを、
メモリ内に記憶されている各目標値Ｚ_iと位置Ｐ_iとの
対応関係のデータに基づいて見つける。そして、位置Ｚ
_bestを基準位置とし、その基準位置にＺステージ１７が
ある時のレチクルＡＦ系１２、ウエハＡＦ系１９の出力
をそれぞれのＡＦ基準位置としてメモリに記憶してお
く。以降のフォーカス変動補正はこの基準位置からの変
位で管理することとなる。

【００６６】なお、後述する異方性フォーカスずれによ
りパターンの方向別でベストフォーカス面が異なること
が想定される。従って、ここで述べているフォーカスと
は異方性フォーカスを考慮した平均的なベストフォーカ
ス面を指すこととする。

【００６７】そして、実際の走査露光時に、主制御装置
２１では、レチクルＡＦ系１２とウエハ系ＡＦ１９との
出力が上述したそれぞれのＡＦ基準位置から変動しない
ように（すなわち、レチクルＲとウエハＷとの光学的な
距離を一定の値に保つように）Ｚステージ１７を光軸方
向に駆動制御する。このようにしてフォーカスの補正が
実行される。

【００６８】これを更に詳述すると、ＡＦ基準位置に対
する検出されたレチクルＲ、ウエハＷ側の変位を各々Ｒ
ｚ、Ｗｚ、投影倍率をＭＬとすると、フォーカス変位Δ
Ｆは、 ΔＦ＝Ｒｚ×ＭＬ²−Ｗｚ ……（１）と表される。ΔＦが０となるようにＺステージ１７をＺ
軸方向に移動することで、レチクルＲとウエハＷの共役
関係が保たれる。具体例を挙げると、レチクルＲが走査
中にＺ軸方向に１０μｍずれたとすると、投影倍率が
０．２５倍（１／４倍）の時にウエハＷ面では１０μｍ
×（１／４）²＝０．６２５μｍの変位となって現れ
る。この時、意図的にウエハＷをＺ軸方向に０．６２５
μｍ変位させること、すなわち前記式（１）中のＷｚ＝
０．６２５μｍとなるようにすることでΔＦを０とする
ことができ、レチクルＲとウエハＷとの光学的な距離を
保つことができる。勿論、投影光学系ＰＬの投影倍率が
１／４倍に限定されるものではなく、投影倍率の２乗を
レチクル側の変位量にかけることで対応することができ
る。

【００６９】次に、大気圧変化や照明光吸収などの要因
で投影光学系ＰＬ自身のフォーカスが変動した場合の補
正について述べる。この時は前記の式（１）を拡張した
次式（２）を用いることで、投影光学系ＰＬ自身のフォ
ーカス変化にも対応できる。 ΔＦ＝ＦＬ＋Ｒｚ×ＭＬ²−Ｗｚ ……（２）

【００７０】上記（２）式において、ＦＬは、後述よう
にして算出される投影光学系ＰＬ自身のフォーカス変化
である。

【００７１】次に、上記フォーカス変化を含む投影光学
系ＰＬ自身の結像特性（諸収差）の変化量の算出方法に
ついて詳述する。

【００７２】〈大気圧変化による結像特性変化〉まず、
大気圧変化による結像特性の変化量の算出方法について
説明する。大気圧変化によるフォーカス変化Ｆ_PRESSは、次式
（３）に基づいて算出する。

【００７３】Ｆ_PRESS＝Ｋ_FPIN×ΔＰ_IN＋Ｋ_FPOUT×ΔＰ_OUT ……（３）ここで、Ｋ_FPIN ：内気圧変化によるフォーカス変化率Ｋ_FPOUT ：外気圧変化によるフォーカス変化率 ΔＰ_IN ：内気圧変化 ΔＰ_OUT ：外気圧変化である。

【００７４】上記の内気圧、外気圧変化によるフォーカ
ス変化率は、光学計算により求めても良く、あるいは実
験的に気圧を変化させて実測しても良い。

【００７５】上記フォーカスと同様の手法により、他の
結像特性変化も計算することができる。すなわち、大気
圧変化による投影光学系ＰＬ自身の結像特性変化は、次
式（４）に基づいて算出することができる。

【００７６】

【数１】

【００７７】ここでＦ_PRESS：大気圧変化によるフォーカス変化ＣＵ_PRESS：大気圧変化による像面湾曲変化Ｍ_PRESS：大気圧変化による倍率変化Ｄ_PRESS：大気圧変化によるディストーション変化ＣＯ_PRESS：大気圧変化によるコマ収差変化ＳＡ_PRESS：大気圧変化による球面収差変化である。上式（４）中の各気圧変化による変化率は、光
学計算により求めても良く、あるいは実験的に気圧を変
化させて実測しても良い。

【００７８】本実施形態では、先に説明したように、投
影光学系ＰＬの内部、外部に気圧センサ３６ａ、３６ｂ
をそれぞれ設け、これに対応して内部と外部で別係数に
よって結像特性変化を算出しているが、投影光学系ＰＬ
の内外で気圧が連動すると考えて精度上問題無いような
場合にはどちらか一方の計算だけで足りる。

【００７９】〈照明光吸収による結像特性変化〉次に照
明光吸収による結像特性変化について説明する。まず、
前提となる照射量Ｑの測定方法について説明する。

【００８０】露光に使用するレチクルＲをレチクルステ
ージＲＳＴに搭載した状態で、レチクルブラインド７や
照明条件（開口数Ｎ．Ａ．やコヒーレンスファクタσ
値）を露光する際の状態に設定する。この照明条件の設
定は、例えば、主制御装置２１により、投影光学系ＰＬ
の瞳面の位置に設けられた不図示の開口絞りが調整され
開口数Ｎ．Ａ．が設定され、第２フライアイレンズ４の
射出端の近傍に設けられた不図示の照明系開口絞り板上
の開口絞りが光路上に選択的に設定されることにより行
われる。

【００８１】次に、主制御装置２１では、照射量センサ
２０が投影光学系ＰＬの真下に来るようにウエハステー
ジＷＳＴを駆動する。次に、主制御装置２１では光源１
を発振してレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷ
ＳＴを実際の露光と同じ条件で同期移動しながら照射量
センサ２０の出力及びインテグレータセンサ６の出力Ｉ
₀を所定のサンプリング間隔で同時に取り込むことによ
り、同期移動位置（走査位置）に応じた照射量Ｑ₀の
値、及びこれに対応するインテグレータセンサ６の出力
Ｉ₀をメモリ内に記憶する。すなわち、照射量Ｑ₀、及
びインテグレータセンサ出力Ｉ₀が、レチクルＲの走査
位置に応じた関数として、メモリ内に記憶される。

【００８２】このような準備作業を、主制御装置２１で
は露光に先立って実行しておく。そして、実際の露光時
にはレチクルＲの走査位置に応じて記憶しておいた照射
量Ｑ₀とインテグレータセンサ６の出力Ｉ₀、及び露光
時のインテグレータセンサ６の出力Ｉ₁に基づいて、そ
の時の照射量Ｑ₁を次式（５）に基づいて算出し、照明
光吸収の計算に使用する

【００８３】Ｑ₁＝Ｑ₀×Ｉ₁／Ｉ₀ ……（５）この式（５）によると、インテグレータセンサ６出力比
を計算に使用しているので、光源１のパワーが変動した
場合にも照射量が誤差無く算出できる。また、レチクル
Ｒの走査位置に応じた関数となっているので、例えばレ
チクルパターンが面内で片寄っていた場合にも正確に照
射量を算出できる。

【００８４】なお、上の説明では、準備作業として実際
の露光時の照明条件下で照射量センサ２０の出力を取り
込むものとしたが、例えば照射量センサ２０の特性によ
り信号が飽和してしまうような場合には、不図示のＮＤ
フィルタを照明光路上に選択的に入れるなどして照明光
量を意識的に減光した照明条件下で、上記の準備作業を
実行しても良い。この場合には、ＮＤフィルタの減光率
を考慮して実際の露光時における上記照射量Ｑ₁の計算
を行えば良い。

【００８５】次に、同じく前提となるウエハ反射率Ｒ_W
の測定方法について説明する。まず、ウエハステージＷ
ＳＴ上に既知の反射率Ｒ_H、反射率Ｒ_Lをそれぞれ有す
る２枚の反射板（不図示）を設置する。次に、上述した
照射光量測定と同様に、主制御装置２１では、実際の露
光時と同一に露光条件（レチクルＲ、レチクルブライン
ド７、照明条件）を設定し、ウエハステージＷＳＴを駆
動して設置されたの反射率Ｒ_Hの反射板を投影光学系Ｐ
Ｌ直下に移動する。次に、主制御装置２１では光源１を
発振してレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳ
Ｔを実際の露光と同じ条件で同期移動しながら反射率セ
ンサ１０の出力Ｖ_H0及びインテグレータセンサ６の出力
Ｉ_H0を所定のサンプリング間隔で同時に取り込むことに
より、同期移動位置（走査位置）に応じた反射率センサ
１０の出力Ｖ_H0、及びこれに対応するインテグレータセ
ンサ６の出力Ｉ_H0をメモリ内に記憶する。これにより、
反射率センサ１０の出力Ｖ_H0、及びインテグレータセン
サ出力Ｉ_H0が、レチクルＲの走査位置に応じた関数とし
て、メモリ内に記憶される。次に、主制御装置２１で
は、ウエハステージＷＳＴを駆動して設置されたの反射
率Ｒ_Lの反射板を投影光学系ＰＬ直下に移動して、上記
と同様にして、反射率センサ１０の出力Ｖ_L0、及びイン
テグレータセンサ６の出力Ｉ_L0を、レチクルＲの走査位
置に応じた関数としてメモリ内に記憶する。

【００８６】このような準備作業を、主制御装置２１で
は露光に先立って実行しておく。そして、実際の露光時
にはレチクルＲの走査位置に応じて記憶しておいた反射
率センサの出力とインテグレータセンサの出力、及び露
光時の反射率センサ１０の出力Ｖ₁とインテグレータセ
ンサ６の出力Ｉ₁に基づいて、ウエハ反射率Ｒ_Wを、次
式（６）に基づいて算出し、照明光吸収の計算に使用す
る

【００８７】

【数２】

【００８８】この式（６）によると、インテグレータセ
ンサ６の出力比を計算に使用しているので、光源１のパ
ワーが変動した場合にもウエハ反射率を正確に算出でき
る。

【００８９】次に、照明光吸収によるフォーカスの変化
量の算出方法について説明する。以上のようにして求め
られた照射量Ｑ₁、ウエハ反射率Ｒ_Wから次式（７）で
表されるモデル関数を使用して投影光学系ＰＬの照明光
吸収によるフォーカス変化Ｆ_HEATを算出する。

【００９０】

【数３】

【００９１】ここで、Ｆ_HEAT ：照明光吸収によるフォーカス変化 Δｔ：照明光吸収によるフォーカス変化計算間隔Ｔ_FK ：照明光吸収によるフォーカス変化時定数Ｆ_HEATK ：照明光吸収による時刻Δｔ前のフォーカス変
化の時定数Ｔ_FK成分Ｃ_FHK ：照明光吸収に対するフォーカス変化率の時定
数Ｔ_FK成分 α_F ：ウエハ反射率依存性である。

【００９２】上記式（７）のモデル関数は、照射量を入
力、フォーカス変化を出力と見た時に、１次遅れ系３個
の和の形になっている。なお、モデル関数に関しては投
影光学系ＰＬの照明光吸収量と必要とされる精度から変
更しても良い。例えば、照明光吸収量が比較的小さけれ
ば、１次遅れ系２個の和でも良いし、１次遅れ系１個で
も良い。また、投影光学系ＰＬが照明光を吸収してから
結像特性変化として現れるまでに熱伝導により時間が掛
かるようならば、ムダ時間系のモデル関数を採用しても
良い。また、ウエハ反射率依存性は通常１であるが、投
影光学系ＰＬの種類によって、例えばウエハＷに近い側
に吸収率の大きいガラスを材料として使用した場合など
に反射率に大きく依存することがある。この時はα_Fに
１より大きい値が設定されることになる。その逆にウエ
ハＷに近い側に吸収率が小さいガラスを採用した時には
α_Fに１より小さい値が設定される。なお、照明光吸収
によるフォーカス変化時定数、照明光吸収に対するフォ
ーカス変化率、ウエハ反射率依存性はいずれも実験によ
り求める。あるいは、高精度な熱解析シミュレーション
により計算で求めても良い。

【００９３】上記フォーカスと同様の手法により、他の
結像特性、すなわち像面湾曲、倍率、ディストーショ
ン、コマ収差、球面収差についても、照明光吸収による
変化を計算することができる。すなわち、ＣＵ_HEAT ：照明光吸収による像面湾曲変化Ｍ_HEAT ：照明光吸収による倍率変化Ｄ_HEAT ：照明光吸収によるディストーション変化ＣＯ_HEAT ：照明光吸収によるコマ収差変化ＳＡ_HEAT ：照明光吸収による球面収差変化を、上記（７）式と同様のモデル関数に基づいて算出す
れば良い。

【００９４】なお、上述したフォーカスでは１次遅れ系
３個の和のモデル関数が必要であったが、例えば像面湾
曲の計算には１次遅れ系１個で十分なことも考えられる
ので、要求される精度に応じて各結像特性毎に照明光吸
収のモデル関数を変更しても良い。１次遅れ系が２個又
は１個のモデル関数を用いる場合には、計算時間の短縮
の効果がある。

【００９５】次に、投影光学系ＰＬの回転対称な６種類
の結像特性、具体的にはフォーカス、像面湾曲、倍率、
ディストーション、コマ収差、球面収差の補正方法につ
いて説明する。

【００９６】まず、初期調整の段階で、結像特性補正機
構１４を構成する５個のレンズ群２２〜２６を１個づつ
駆動しながら、フォーカス、像面湾曲、倍率、ディスト
ーション、コマ収差、球面収差の６種類の結像特性につ
いて測定を行い、各レンズ群２２〜２６における上記６
種類の結像特性変化係数（次式（８）の右辺のマトリク
スの各要素Ｃ₁₁〜Ｃ₆₅）を求めておく。

【００９７】

【数４】

【００９８】ここで、Ｇ₁〜Ｇ₅は５個のレンズ群２２
〜２６の移動量を表す。なお、これらの結像特性変化係
数Ｃ₁₁〜Ｃ₆₅は、高精度な光学シミュレーションにより
計算で求めても良い。

【００９９】上記（８）式の左辺は、これまでに説明し
たフォーカス、像面湾曲、倍率、ディストーション、コ
マ収差、球面収差の変化であり、次式（９）で表される
ものである。

【０１００】

【数５】

【０１０１】そして、上記の結像特性変化係数の内、フ
ォーカスを除く５種類の結像特性変化係数と５個のレン
ズ群の移動量（駆動量）とを用いて次式（10）で示され
る５元１次連立方程式を立てる。

【０１０２】

【数６】

【０１０３】そして、上式（10）を用いることにより、
例えば、所定の倍率に変化させたい場合は、上記式(1
0）中の倍率の結像特性変化係数に所定量を入れ、他の
４種類の結像特性変化係数に「０」を入れた新たな連立
方程式を立て、この連立方程式を解いて各レンズ群の駆
動量を求め、この駆動量に応じて各レンズ群２２〜２６
を駆動することにより、像面湾曲、ディストーション、
コマ収差、球面収差に影響を与えることなく、倍率のみ
を所定の値に制御することが可能となる。ここでは、倍
率を変化させる場合について説明したが、像面湾曲、デ
ィストーション、コマ収差、及び球面収差についても上
記と同様であって、他に影響を与えずに個別に値を変化
させることができる。

【０１０４】上記式（10）でフォーカスを除くのは、倍
率等の他の結像特性を補正するためにレンズ群を駆動す
ると、それに付随してフォーカスが変動するので、フォ
ーカスの補正にはこの影響も考慮する必要があるからで
ある。

【０１０５】上記５種類の結像特性を補正するために、
５個のレンズ群を移動したことにより副作用的に発生す
るフォーカス変化をＦＧとすると、ＦＧは、次式（11）
のように表せる。

【０１０６】

【数７】

【０１０７】結局、投影光学系ＰＬ自身のフォーカス変
化は、大気圧変化、照明光吸収変化、レンズ群移動変化
を合せてＦＬ＝Ｆ＋ＦＧ ……（12）となる。このＦＬを、前述した式（２）のＺステージ１
７によるフォーカス補正の式に代入し、ΔＦが０となる
ようにＺステージ１７をＺ軸方向に移動することで、レ
チクルＲとウエハＷの共役関係（光学的距離）が保たれ
る。

【０１０８】次に、本実施形態の走査型露光装置１００
の特徴点である照射時異方性結像特性変化の補正方法に
ついて説明する。

【０１０９】まず、照明光吸収によって前述した従来例
と同様に異方性の結像特性が初期調整されていない投影
光学系（以下、便宜上「投影光学系ＰＬ’」と呼ぶ）の
異方性結像特性が変化する量を求める。異方性結像特性
も前述したフォーカス等の照明光吸収と同じような挙動
をするので、予め実験や高精度な光学シミュレーション
により求めることができる。この時、本実施形態の走査
型露光装置１００のウエハステージＷＳＴの最大速度、
光源１の最大照度、及びウエハＷに塗布されるレジスト
感度などに基づいて想定できる最も大きいエネルギを投
影光学系ＰＬ’与える、あるいは想定して異方性結像特
性変化を求める。

【０１１０】上述の実験又は光学シミュレーションによ
り、例えば投影光学系ＰＬ’の異方性ディストーション
として、図３に示されるように、照明領域ＩＲＡのウエ
ハＷ上への投影像、すなわち露光領域ＩＡが、照明光の
吸収後にＩＡ’のように変化する状態が求められたもの
とする。この図３において、露光領域ＩＡの中心を点Ｏ
としてこの点Ｏを通る非走査方向（Ｘ方向）のＡ−Ａ線
を軸Ａ、点Ｏを通る走査方向のＢ−Ｂ線を軸Ｂとし、更
に非走査方向の端で走査方向に沿ったＣ−Ｃ線を軸Ｃと
する。

【０１１１】この時の異方性ディストーションを各軸上
のポイントでプロットしたものが図４である。この図４
において、横軸は像高、すなわち光軸中心（ここでは、
点Ｏがこれに一致しているものとする）からの距離、縦
軸はディストーションであり、軸Ａ〜Ｃの傾きが像高に
対する倍率変化に相当する。この図４から明らかなよう
に、非走査方向のＡ軸の像高に対する倍率変化に対し、
走査方向のＢ、Ｃ軸では像高に対する倍率変化が大きく
なることがわかる。

【０１１２】これを前述したレンズ群２２〜２６の組合
せ駆動で補正すると、図５に示されるように、照明領域
ＩＲＡのウエハＷ上への投影像、すなわち露光領域ＩＡ
が、照明光の吸収後にＩＡ”のように変化するようなデ
ィストーションとなる。ここで、図３と同様に軸Ａ〜Ｃ
を設定すると、図６に示されるように、非走査方向の軸
Ａでは倍率が補正されているが、走査方向の軸Ｂ、Ｃで
は倍率補正誤差が残留してしまうことがわかる。

【０１１３】そこで、本実施形態の投影光学系ＰＬで
は、上記の投影光学系ＰＬ’に関するデータを基に、照
明光吸収による異方性ディストーションを振り分けるよ
うに、すなわち、投影光学系ＰＬの初期調整において、
照明光吸収前に照明領域ＩＲＡのウエハＷ上への投影
像、すなわち露光領域ＩＡが図７（Ａ）中に実線で示さ
れるような露光領域ＩＡ₁となるようなディストーショ
ンを意識的に与えておく（ディストーションを理想格子
からずらしておく）のである。例えば、投影光学系ＰＬ
を構成する任意の１枚又は複数枚のレンズエレメントに
所定の加工を施し、それらを組み合わせて且つ調整し
て、図７（Ａ）に示されるようなディストーションが生
じるような初期調整を行っておくのである。

【０１１４】このようにして初期調整が施された投影光
学系ＰＬが照明光を吸収した状態で、且つ回転対象成分
が補正された後では、照明領域ＩＲＡのウエハＷ上への
投影像、すなわち露光領域ＩＡが図７（Ｂ）に示される
ような露光領域ＩＡ₂となるようなディストーションに
変化する。

【０１１５】図７（Ａ）、（Ｂ）に対応する異方性ディ
ストーションを、図４と同様に、各軸上のポイントでプ
ロットすると、図８（Ａ）、（Ｂ）のようになる。これ
らの図において、横軸は像高、すなわち光軸中心（ここ
では、点Ｏがこれに一致しているものとする）からの距
離、縦軸はディストーションであり、軸Ａ〜Ｃの傾きが
像高に対する倍率変化に相当する。前述した図６中のＢ
軸上の倍率変化をｂとした場合に、図８（Ａ）の初期調
整における軸Ｂの倍率のずらし量を−ｂ／２としておく
ことで、図８（Ｂ）の照明光吸収後における軸Ｂ上の倍
率変化はｂ／２となる。

【０１１６】このように本実施形態の走査型露光装置１
００を構成する投影光学系ＰＬでは、初期調整において
異方性ディストーションが振り分けに調整されているの
で、照明光吸収による異方性ディストーションの発生量
の最悪値を比較例（従来の投影レンズ）の半分に抑える
ことが可能になる。

【０１１７】次に、異方性フォーカスの補正について説
明する。ここでは説明の簡略化のために投影光学系中心
のフォーカスの異方性、すなわちセンターアスを採り上
げて説明する。

【０１１８】先に従来技術の所で説明したように、図１
５に示されるような、レチクルＲ上の照明領域ＩＡＲの
中心（即ち投影光学系の光軸中心近傍）に配置された、
ＨパターンとＶパターンから成る複合パターンを比較例
の投影光学系ＰＬ’を介してウエハＷ上に投影露光する
と、照明領域が非走査方向に細長い形状であることに起
因して生ずる投影光学系ＰＬ’の異方性の温度分布に起
因して、図１８に示されるように、Ｖパターンベストフ
ォーカス面とＨパターンベストフォーカス面とには、Ｆ
_CEだけのずれが生じる。すなわち、センターアスが生じ
る。

【０１１９】そこで、本実施形態の投影光学系ＰＬで
は、上記の投影光学系ＰＬ’に関するデータを基に、上
記のセンターアスの発生量Ｆ_CEを、初期調整において振
り分けにしておくことで、上述した異方性ディストーシ
ョンと同様にセンターアスの最大値（最悪値）を半分に
抑制するのである。すなわち、図９に示されるように、
Ｖパターンベストフォーカス面の方が、Ｈパターンベス
トフォーカス面よりＦ_CE／２だけ投影光学系ＰＬに近い
側になるような、初期調整を行っているのである。

【０１２０】なお、ここではセンターアスのみについて
説明したが、異方性フォーカスは投影光学系ＰＬの中心
のみではなく照明領域全面に渡って発生しているので、
照明領域全面を考慮した上でパターン方向別のベストフ
ォーカス面を初期調整において振り分けにしておいても
良い。

【０１２１】以上説明したように、本実施形態による
と、投影光学系ＰＬの照明光吸収に起因する異方性結像
特性変化を実質的に半分にすることができるので、異方
性結像特性変化に起因する露光精度の劣化を十分に抑制
することができ、従来に比べてより微細なパターンを高
精度で露光することが可能になる。

【０１２２】上述した第１の実施形態では、投影光学系
ＰＬの照明光吸収による異方性結像特性を予想して振り
分けとなるように、投影光学系ＰＬの初期調整を行なう
ことにより、異方性結像特性変化に起因する露光精度の
劣化を抑制する場合について説明したが、実際に装置を
使用する上で予想を上回るエネルギが投影光学系に照明
されないとも限らない。例えば、光源のパワーが初期調
整よりもアップしたり、ウエハの反射率が限りなく１０
０％に近付いたりした場合が考えられる。かかる場合を
考慮してなされたのが、次の第２の実施形態である。

【０１２３】《第２の実施形態》次に、本発明の第２の
実施形態を、図１０に基づいて説明する。ここで、本第
２の実施形態の装置構成等は、前述した第１の実施形態
と同様であり、主制御装置２１の機能が異なるのみであ
るから、以下においては、この点を中心に説明する。ま
た、上記第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分
については、同一の符号を用いるものとする。また、こ
こでは、主制御装置２１が、第１プロセッサ及び第２プ
ロセッサを中心に構成されているものとする。

【０１２４】以下、所定枚数のウエハＷに対するレチク
ルパターンの転写の際の第１プロセッサの制御動作につ
いて図１０に基づいて説明する。この図１０のフローチ
ャートがスタートするのは、レチクルステージＲＳＴ上
へのレチクルロード、レチクルアライメント及びベース
ライン計測等の所定の準備作業が終了した時点である。
前提条件として、後述するウエハ番号を示す不図示の第
１カウンタの初期値及び後述するショット番号を示す不
図示の第２カウンタの初期値は、ともに「０」となって
いるものとする。また、露光処理の開始前の投影光学系
ＰＬの結像特性（回転対称の結像特性及び異方性の結像
特性が、予め測定され、それぞれの値が初期値として不
図示のメモリ内に記憶されているものとする。また、フ
ォーカスオフセットとしては、所定の基準値が設定され
ているものとする。

【０１２５】まず、ステップ１０２において、ウエハ交
換を行う。このウエハ交換は、第１プロセッサからの指
示に応じて、不図示のウエハ搬送系及びウエハステージ
ＷＳＴ上の不図示のウエハ受け渡し機構によって行われ
る。但し、１枚目のウエハＷの露光の際には、ウエハホ
ルダへのウエハＷのロードのみが行われる。

【０１２６】次のステップ１０４において、第１カウン
タを１インクリメント（ｍ←ｍ＋１）する。従って、１
枚目のウエハＷの露光の際には、ｍに「１」が設定され
る。

【０１２７】次のステップ１０６で、ウエハアライメン
トを行う。具体的には、ウエハステージＷＳＴをウエハ
駆動装置４２を介してＸＹ２次元方向に移動しつつ、不
図示のアライメント系を用いてウエハＷ上の複数箇所に
形成されたサーチアライメントマークの位置検出を行
い、その検出結果からウエハＷの回転及び中心位置を検
出した後、同様にウエハステージＷＳＴをウエハ駆動装
置４２を介してＸＹ２次元方向に移動しつつ、不図示の
アライメント系を用いてウエハＷ上の複数のウエハマー
クの位置検出を行い、この検出結果を用いて、例えば特
開昭６１−４４４２９号公報に開示される最小自乗法を
用いた統計演算によりウエハＷ上のショット領域の配列
座標を算出する。

【０１２８】次のステップ１０８で、投影光学系ＰＬの
異方性結像特性の変化が所定のしきい値、すなわち許容
範囲内であるか否かを判断する。第１枚目のウエハＷの
露光開始前には、未だ投影光学系ＰＬの結像特性の計測
が開始されておらず、メモリ内には各結像特性の初期値
が記憶されているので、このステップ１０８における判
断は当然に肯定され、ステップ１１４に移行する。この
ステップ１１４では、投影光学系ＰＬの回転対称の結像
特性の補正を実行する。しかし、第１枚目のウエハＷの
露光開始前は、メモリ内には各結像特性の初期値が記憶
されているので、実際には何らの補正は行われることな
く、次のステップ１１６に進み、ショット番号を示す不
図示の第２カウンタに「１」を設定し（ｎ←１）た後、
ステップ１１８に進んで上記ステップ１０６で得られた
第ｎ番目（ここでは、１番目）のショット領域の位置座
標を基にそのｎ番目のショット領域の露光のための走査
開始位置にウエハステージＷＳＴを移動する。

【０１２９】次のステップ１２０では、第１カウンタの
カウント値ｍ、第２カウンタのカウント値ｎがともに
「１」であるか否かを判断する。第１枚目のウエハＷの
第１ショットに対する露光が行われるときには、この判
断が肯定され、ステップ１２２に進んで第２プロセッサ
に対して計測開始の指示を与える。これにより、第２プ
ロセッサにより、投影光学系ＰＬの結像特性（回転対称
の結像特性及び異方性結像特性）の変化の計測が開始さ
れ、所定時間Δｔの間隔で各結像特性が算出され、メモ
リ内の各結像特性の値が時間Δｔで順次更新される。こ
の第２プロセッサによる結像特性の算出は、第１プロセ
ッサから後述する計測終了の指示が与えられるまで繰り
返し行われる。

【０１３０】ここで、第２プロセッサは、後述するステ
ップ１２４の走査露光中は、インテグレータセンサ６の
出力を取り込み、先に説明したようにして照射量Ｑ₁を
演算で求め、この照射量Ｑ₁を照明光吸収による投影光
学系ＰＬの結像特性の変化量の算出に用いる。また、結
像特性の内、回転対称結像特性の変化量の算出方法は、
前述した第１の実施形態中で説明した通りである。ま
た、異方性結像特性の変化量の算出（計算）は一例とし
て次のように行われる。

【０１３１】ここでは、異方性結像特性の変化量の計算
方法について、前述した第１の実施形態と同様に異方性
ディストーション（長方形ディストーション）と異方性
フォーカス（センターアス）を採り上げて説明する。こ
れらの異方性結像特性の変化は、基本的には、前述した
回転対称の結像特性（フォーカス、像面湾曲、倍率、デ
ィストーション、コマ収差、球面収差）の照明光吸収に
よる変化の計算式と全く同じ式を用いて求めることがで
きる。但し、その計算のやり方に工夫を要する。すなわ
ち、例えば、長方形ディストーションを求めるために、
走査方向と非走査方向の倍率変化を各々別々に計算す
る。また、センターアスを求めるために、Ｖパターンベ
ストフォーカス面とＨパターンベストフォーカス面とを
別々に計算する。そして、上記で計算した走査方向と非
走査方向の倍率変化の差を長方形ディストーションの変
化量とし、Ｖパターンベストフォーカス面とＨパターン
ベストフォーカス面との差をセンターアスの変化量とす
る。

【０１３２】次のステップ１２４では、そのｎ番目（こ
こでは１番目）のショット領域にレチクルＲのパターン
を転写するため、先に説明した走査露光を行う。この走
査露光中に、ウエハＡＦ系１９、レチクルＡＦ系１２の
検出信号に基づいて、レチクルＲのパターン面とウエハ
表面とが投影光学系ＰＬに関して共役となるようにウエ
ハ駆動装置４２を介してＺステージ１７をＺ軸方向に駆
動制御し、フォーカス補正を実行する。

【０１３３】上記ステップ１２４における走査露光の終
了後、ステップ１２６に進んで、前述した第２カウンタ
を１インクリメント（ｎ←ｎ＋１）した後、ステップ１
２８に進んで、第２カウンタのカウント値ｎがウエハＷ
上の全ショット数Ｎより大きいか否かを判断する。第１
番目のショットの走査露光が終了した時点では、当然に
この判断は否定されステップ１１８に戻り、上記ステッ
プ１１８〜ステップ１２８の処理判断を繰り返す。ウエ
ハＷ上の第２番目のショット以降の露光に際しては、ス
テップ１２０の判断は常に否定され、ステップ１１８→
１２０→１２４→１２６→１２８のループが繰り返され
る。

【０１３４】このようにして、ウエハＷ上の露光対象の
全ショット（ここでは、Ｎショットとする）の露光が終
了すると、ステップ１２８の判断が肯定され、ステップ
１３０に進み、予定の所定枚数（ここではＭ枚とする）
のウエハＷの露光が終了したか否かを、第１カウンタの
カウント値ｍがＭ以上であるか否かを判断することによ
り、判断する。第１枚目のウエハＷの露光が終了した時
点では、当然にこの判断は否定されるので、ステップ１
０２に戻り、上記処理・判断を繰り返す。

【０１３５】２枚目以降のウエハＷの露光に際しては、
第２プロセッサによる投影光学系ＰＬの結像特性の計測
が開始されているので、ステップ１０８においてそのメ
モリ内に記憶されている異方性結像特性の変化量、例え
ば長方形ディストーションの変化量（走査方向と非走査
方向の倍率変化の差を量）、及びセンターアスの変化量
（Ｖパターンベストフォーカス面とＨパターンベストフ
ォーカス面との差）が所定の許容値内であるか否かを判
断する。この異方性結像特性の変化の許容値としては、
例えば露光するパターンルール（デバイスルール）等か
ら結像特性変化の最大変化許容量を予め求め、その値が
許容値として設定されている。

【０１３６】そして、２枚目以降のウエハＷの露光に際
して、ステップ１０８における判断が肯定された場合に
は、ステップ１１４に進んで、次のようにして結像特性
を補正する。すなわち、その時点でメモリ内に記憶され
ている各結像特性の変化量の計算値に基づき、前述した
回転対象結像特性補正の式（１０）を用いて各レンズ群
２２〜２６の駆動量を算出し、この値をレンズコントロ
ーラ１５に与えることによって、像面湾曲、倍率、ディ
ストーション、コマ収差、球面収差を補正するが、この
際長方形ディストーションについては非走査方向の倍率
変化を上記式（１０）に代入する。また、フォーカスに
ついては、前述した式（12）のＦＬを補正値（オフセッ
ト値）としてウエハＡＦ系に与えることにより行われる
が、このＦＬの計算の前提となるＦについては、Ｖパタ
ーンベストフォーカス面とＨパターンベストフォーカス
面との平均値（平均像面）を採用する。これにより、上
記補正値をオフセットとしてそのショットの走査露光中
に第１プロセッサにより前述した式（２）に基づいてＺ
ステージ１７のＺ位置が制御され、結果的にフォーカス
が補正される。

【０１３７】この一方、何枚かのウエハＷの露光によ
り、投影光学系ＰＬが照明光ＥＬを所定量以上吸収して
ステップ１０８の判断が否定された場合、すなわち、異
方性結像特性の変化が許容範囲外になっているときに
は、ステップ１１０に移行してメモリ内の値に基づいて
異方性結像特性の変化量が許容値から所定量減衰したか
否かの判断を繰り返すＴことにより、投影光学系ＰＬが
露光を再開できるレベルまで自然冷却されるのを待つ。
従って、投影光学系ＰＬが露光を再開できるレベルまで
自然冷却されるまでの間は、露光が中断されることとな
る。この露光中断中も、第２プロセッサでは前述した投
影光学系ＰＬの結像特性（回転対称、異方性とも）を時
間Δｔの間隔で繰り返し行い、メモリ内の値を順次更新
している。

【０１３８】ここで、上記の所定量の減衰とは、具体的
には例えば９０％とか８０％まで減衰することと定めて
も良く、あるいはウエハ１枚露光中に悪化する結像特性
の変化量を予め計算してその変化量だけ減衰することと
定めても良い。後者のウエハ１枚露光中に悪化する結像
特性の変化量は照射量センサの出力、ウエハ１枚のショ
ット数、以前のウエハＷの反射率、照明光吸収による結
像特性計算式などから計算で求めることが可能である。

【０１３９】このようにして、露光中断中に投影光学系
ＰＬが露光を再開できるレベルまで自然冷却されると、
ステップ１１０の判断が肯定され、ステップ１１４以降
の処理・判断が再開される。

【０１４０】そして、予定の所定枚数（Ｍ枚）のウエハ
Ｗに対する露光が終了し、ステップ１３０の判断が肯定
されると、ステップ１３２に進んで第２プロセッサに対
して計測終了を指示した後、本ルーチンの一連の処理を
終了する。第２プロセッサでは、上記の計測終了の指示
を受け、結像特性の計測動作を停止する。

【０１４１】以上説明したように、本第２の実施形態に
よると、主制御装置２１では露光処理中に異方性結像特
性変化を監視し、その変化量が所定のしきい値（許容
値）を超えた場合に、露光動作を中断し、その露光中断
中も上記の異方性結像特性変化を監視し続けその変化量
が所定値まで減衰したことを確認した時点で直ちに露光
を再開するようになっている。このため、異方性結像特
性の変化に起因して露光不良が発生するのを確実に防止
することができるとともに、露光を再開できるレベルに
まで投影光学系ＰＬが自然冷却されると直ちに露光を再
開するのでスループットの悪化を最小限に食い止めるこ
とができるという効果がある。

【０１４２】これまでの説明から明らかなように、上記
第１、第２の実施形態では、レチクルＡＦ１２、ウエハ
ＡＦ１９、Ｚステージ１７、主制御装置２１及びウエハ
駆動装置４２によってフォーカス補正装置が構成され、
また、主制御装置２１によって結像特性監視装置が実現
される。

【０１４３】なお、上記第２の実施形態では、主制御装
置２１が第１プロセッサと第２プロセッサとを含んで構
成される場合について説明したが、主制御装置を構成す
るマイクロコンピュータ又はワークステーションによる
マルチタスク処理、あるいは時分割処理にて、上記第１
プロセッサと第２プロセッサの機能を、その管理下にあ
るステージコントローラ、露光コントローラ、レンズコ
ントローラ等を用いて実現するようにしても良いことは
勿論である。

【０１４４】また、上記第２の実施形態では、前述した
第１の実施形態と同様の装置構成を用い、従って投影光
学系ＰＬも初期調整において走査方向と非走査方向とで
結像特性が異なるように設定された投影光学系を用いる
場合について説明したが、これは、かかる投影光学系を
用いると、前述した異方性結像特性の変化の許容値に至
るまでの時間を長くすることができる、すなわち同一量
の照明光を吸収した場合の異方性結像特性の変化が小さ
くなる点を考慮してこのようにしたものである。しかし
ながら、本発明がこれに限定されることはない。すなわ
ち、異方性結像特性が全く調整されていない投影光学
系、あるいは初期調整でなく、事後的に異方性結像特性
が調整された投影光学系等、如何なる投影光学系を用い
る場合であっても、本発明に係る結像特性監視装置を備
えた走査型露光装置は、上記第２の実施形態と同等の効
果を奏する。

【０１４５】なお、上記ステップ１１０に代えて、投影
光学系ＰＬが露光を再開できるレベルまで自然冷却され
たか否かを判断するためのステップとして、一定時間経
過するのを待つステップを設けても良い。

【０１４６】また、上記ステップ１０８、１１０の判断
ステップを、上記ステップ１０２の前に移動しても良
い。かかる場合には、ウエハ交換時間と結像特性変化の
減衰時間とをオーバーラップさせることができるので、
スループットの悪化をより小さくすることが可能であ
る。

【０１４７】さらに、上記実施形態では、ウエハ１枚の
露光が終了する度毎に、露光を中断するか否かの判断を
する場合について説明したが、本発明がこれに限定され
ないことは勿論であり、ウエハ数枚毎、１又は複数ロッ
ト毎、あるいは数ショットの露光の度毎等、任意の時間
間隔で露光を中断するか否かの判断をしても良い。

【０１４８】なお、本発明に係る走査型露光装置は、上
記第１の実施形態で説明したように、投影光学系の異方
性結像特性の劣化を抑制することにより、露光精度を向
上させ、あるいは上記第２の実施形態で説明したよう
に、投影光学系の照明光の吸収に起因する異方性結像特
性の劣化による露光不良の発生を確実に防止することが
できるように、該装置を構成する各構成要素が電気的、
機械的又は光学的に連結されて組み上げられる。

【０１４９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜７に記
載の各発明によれば、照明光の吸収に起因する異方性結
像特性の劣化を抑制することができる投影レンズを提供
することができる。

【０１５０】また、請求項８、９、１５に記載の各発明
によれば、投影光学系の照明光吸収により異方性結像特
性の変化を抑制して露光精度を向上させることが可能な
走査型露光装置を提供するができる。

【０１５１】さらに、請求項１０〜１５に記載の各発明
によれば、投影光学系の照明光の吸収に起因する異方性
結像特性の劣化による露光不良の発生を確実に防止する
ことができるという従来にない優れた走査型露光装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る走査型露光装置の概略構成を
説明する図である。

【図２】図１の結像特性補正機構の構成を説明する部分
断面図である。

【図３】投影光学系ＰＬ’の異方性ディストーションの
一例を示す図である。

【図４】図３の異方性ディストーションを各軸上のポイ
ントでプロットした図である。

【図５】図３の異方性ディストーションを結像特性補正
機構により補正した後の状態を示す図である。

【図６】図５の異方性ディストーションを各軸上のポイ
ントでプロットした図である。

【図７】投影光学系ＰＬの結像特性の初期調整を説明す
るために、照明光吸収前・後の異方性ディストーション
を示す図である（（Ａ）、（Ｂ））。

【図８】図７（Ａ）、（Ｂ）に対応する異方性ディスト
ーションを、各軸上のポイントでプロットした図であ
る。

【図９】投影光学系ＰＬの異方性フォーカスの初期調整
を説明するための図である。

【図１０】第２の実施形態の走査型露光装置における所
定枚数のウエハに対するレチクルパターンの転写の際の
主制御装置内第１プロセッサの制御アルゴリズムを示す
フローチャートである。

【図１１】走査型露光装置に用いられる投影光学系Ｐ
Ｌ’を光軸方向から見た図である。

【図１２】図１１の投影光学系ＰＬ’の温度分布を示す
図である。

【図１３】図１２のＡ−Ａ線断面図である。

【図１４】図１２のＢーＢ線断面図である。

【図１５】レチクルＲ上の照明領域ＩＡＲの中心に配置
された、ＨパターンとＶパターンとから成る複合パター
ンを示す図である。

【図１６】Ｖパターンの投影の様子を示す図である。

【図１７】Ｈパターンの投影の様子を示す図である。

【図１８】投影光学系ＰＬ’でセンターアスが発生した
状態を示す図である。

【符号の説明】

１２（１２ａ，１２ｂ）レチクルＡＦ（フォーカス補
正装置の一部）１４結像特性補正機構（結像特性補正装置の一部）１５レンズコントローラ（結像特性補正装置の一部）１７Ｚステージ（フォーカス補正装置の一部）１９（１９ａ，１９ｂ）ウエハＡＦ（フォーカス補正
装置の一部）２１主制御装置（フォーカス補正装置の一部、結像特
性監視装置）４２ウエハ駆動装置（フォーカス補正装置の一部）１００走査型露光装置Ｒレチクル（第１物体、マスク）Ｗウエハ（第２物体、基板）ＰＬ投影光学系（投影レンズ）ＡＸ光軸ＩＬ照明光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１物体の像を第２物体に投影する投影
レンズであって、その光軸に直交する第１方向と前記光軸及び前記第１方
向に直交する第２方向とで結像特性が異なるように初期
調整されたことを特徴とする投影レンズ。
【請求項２】所定形状の照明光で照射されたときにそ
の照明光の吸収により生じる変動を考慮して前記第１方
向と第２方向の結像特性が初期調整されたことを特徴と
する請求項１に記載の投影レンズ。
【請求項３】前記第１方向と第２方向の結像特性の初
期調整は、前記照明光吸収により生ずる前記第１方向と
第２方向の結像特性の変化量の半分だけキャンセルする
ように、各々所望の結像特性に対してずらすことによっ
て行われることを特徴とする請求項２に記載の投影レン
ズ。
【請求項４】前記初期調整の対象となる結像特性が前
記第１方向を長辺とする長方形ディストーションである
ことを特徴とする請求請２又は３に記載の投影レンズ。
【請求項５】前記長方形ディストーションの初期調整
は、前記第１方向に比べて前記第２方向の倍率を所望の
倍率から大きくずらすことによって行われることを特徴
とする請求項４に記載の投影レンズ。
【請求項６】前記初期調整の対象となる結像特性が光
軸中心の前記第１方向と第２方向についての結像位置の
ずれであることを特徴とする請求項２又は３に記載の投
影レンズ。
【請求項７】前記光軸中心の前記第１方向と第２方向
についての結像位置のずれの初期調整は、前記第１方向
の周期パターンの結像面と前記第２方向の周期パターン
の結像面との所定の一方を他方より投影光学系に近い方
にずらすことにより行われることを特徴とする請求項６
に記載の投影レンズ。
【請求項８】マスクと基板とを同期移動しつつ前記マ
スクを所定形状の照明光で照明して、前記パターンを投
影光学系を介して前記基板上に転写する走査型露光装置
であって、前記第２方向を前記同期移動方向として、前記投影光学
系として請求項１〜７のいずれか一項に記載の投影レン
ズを装備したことを特徴とする走査型露光装置。
【請求項９】マスクと基板とを所定の走査方向に同期
して相対走査しつつ前記マスクを所定形状の照明光で照
明して、前記パターンを投影光学系を介して前記基板上
に転写する走査型露光装置であって、前記投影光学系が、前記走査方向とこれに直交する非走
査方向とで異なる結像特性を有し、前記投影光学系の前記非走査方向と前記走査方向につい
ての結像位置のずれを考慮して、前記基板を位置決めす
ることにより前記投影光学系の結像面と前記基板との前
記投影光学系の光軸方向の位置関係を調整するフォーカ
ス補正装置を備えることを特徴とする走査型露光装置。
【請求項１０】前記投影光学系の前記照明光の吸収に
よる異方性の結像特性の変化を監視し、この変化量が所
定のしきい値に達した時点で露光動作を中断する結像特
性監視装置を更に備えることを特徴とする請求項９に記
載の走査型露光装置。
【請求項１１】マスクと基板とを所定の走査方向に同
期して相対走査しつつ前記マスクを所定形状の照明光で
照明して、前記パターンを投影光学系を介して前記基板
上に転写する走査型露光装置であって、前記投影光学系の前記照明光の吸収による異方性の結像
特性の変化を監視し、この変化量が所定のしきい値に達
した時点で露光動作を中断する結像特性監視装置を備え
ることを特徴とする走査型露光装置。
【請求項１２】前記監視対象の前記異方性の結像特性
は、長方形ディストーション及び前記光軸中心の前記非
走査方向及び前記走査方向についての結像位置のずれの
少なくとも一方であることを特徴とする請求項１０又は
１１に記載の走査型露光装置。
【請求項１３】前記結像特性監視装置は、前記長方形
ディストーションの変化を前記非走査方向の倍率変化と
前記走査方向の倍率変化の差に基づいて監視し、前記光
軸中心の前記非走査方向及び前記走査方向についての結
像位置のずれを前記マスク上に形成された前記第非走査
方向の周期パターンの結像面と前記走査方向の周期パタ
ーンの結像面との差に基づいて監視することを特徴とす
る請求項１２に記載の走査型露光装置。
【請求項１４】前記結像特性監視装置は、前記露光動
作の中断後も、前記投影光学系の前記異方性結像特性の
変化を監視し続け、その結像特性が予め定めた基準まで
減衰したときに前記露光動作を再開することを特徴とす
る請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の走査型露光
装置。
【請求項１５】前記投影光学系のフォーカス以外の回
転対称な結像特性の変化を補正する結像特性補正装置を
更に備えることを特徴とする請求項９に記載の走査型露
光装置。