JPH1126345A

JPH1126345A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH1126345A
Application number: JP9173784A
Authority: JP
Inventors: Yuuki Ishii; 勇樹石井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】レチクルの平面度等が悪化しているような場
合でも良好な結像特性が得られる投影露光方法を提供す
る。【解決手段】露光用の照明光のもとでレチクルＲのパ
ターンの一部が投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に投
影された状態で、レチクルＲ及びウエハＷを投影光学系
ＰＬに対して同期走査することで露光が行われる。レチ
クルＲの斜め上方に配置された面形状検出系３０の検出
領域にレチクルＲのパターン面を通過させることで、そ
のパターン面の面形状を計測し、この計測結果よりその
パターン面上のパターンの投影像の横ずれ量を算出す
る。このように算出される横ずれ量分だけ投影光学系Ｐ
Ｌのディストーションの計測値を補正し、補正後のディ
ストーションに基づいて結像特性の補正を行う。

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、又は液晶表示素子等を製造するためのフォトリソグ
ラフィ工程でマスクパターンをウエハ等の基板上に露光
する際に使用される投影露光方法、及び投影露光装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体回路等の微細化への要求は
一層高まり、ステッパーのような一括露光型、又はステ
ップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型の縮小
投影型露光装置における縮小投影光学系の性能の向上、
即ちレンズ収差の低減も急務となっている。このレンズ
収差は、設計上では極めて微小な量まで抑えることがで
きるものの、製造工程中で生じる公差のようなものが、
最終的に得られるレンズの結像性能を制限しており、そ
れは、設計値に対して若干の誤差を持ったものになる。

【０００３】そこで、そのような製造工程等で生じる要
因による収差を低減する工夫もなされている。その１つ
にマスクとしてのレチクルと投影光学系、又は、投影光
学系とウエハ（又はガラスプレート等）との間に収差を
故意に相殺するための収差補正板を配置する技術があ
る。これは、投影光学系の最終調整まできた段階でどう
しても追い込めない収差については、その収差補正板で
逆の収差を発生させて、結果的にレンズ収差を限りなく
０にしようとするものである。なお、残存する収差量を
求めるには、評価用パターンの形成されたレチクル（テ
ストレチクル）のテストプリントを行う方法と、その評
価用パターンの空間像の位置を光電センサを介して計測
する方法とがある。

【０００４】また、最終的な結像性能に影響する別の要
因として、そのテストレチクルの評価用パターンの精度
（描画誤差）がある。従来問題となっていた精度は、テ
ストレチクルのパターニング精度（線幅精度を含む）で
ある。そこで、従来よりそのパターニング精度を補正す
るために、レチクルが製作された後、パターン位置（パ
ターン間距離）を高精度な座標測定機を用いて計測して
記憶しておき、投影像の位置をその記憶してある位置で
補正するシステムが使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来は、投
影光学系の結像性能を評価するに際して、評価用のレチ
クルのパターニング精度に依る計測誤差については、予
めパターン位置を高精度に計測しておくことで、補正で
きるようになっていた。しかしながら、最終的に総合的
な結像性能に影響を及ぼす要因としては、評価用のレチ
クルの露光領域の平面度、露光領域外の平面度、露光装
置上に載置したときの当該レチクルの撓み具合等の構造
的な要因もある。従来は、結像性能に対する要求がそれ
程高くなかったことから、これらの精度については追求
されることはなかったが、最近の半導体素子のパターニ
ング精度やレイヤ間のレジストレーション精度等に対す
る厳しい要求に応えるためには、それらの精度もいよい
よ無視できなくなっている。

【０００６】その構造的要因中の露光装置に載置したと
きのレチクルの撓みは、レチクルの自重によって発生す
るものである。これは、例えば３点支持や４点支持によ
ってレチクルの周辺を吸着保持しているために発生する
ものであり、レチクルが平面の状態に比べてレチクル内
のパターンがその撓み分だけ横ずれして、真のパターン
位置に投影できなくなることになる。更に、各レチクル
毎に、平面度がそれぞれ異なっているため、その平面度
が悪い場合には、上記撓みと同様に真のパターン位置か
ら外れた位置に投影されることになる。また、レチクル
の露光領域外と露光領域内とで平面度が大きく異なって
いる場合がある。特に露光領域外の平面度があまり良い
状態でないことがあり、この場合にはその部分で吸着保
持されることから、露光装置側の吸着面とのマッチング
によっては、更にレチクルの平面度が悪化して結像位置
が更に横ずれすることになる。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑み、レチクル（マス
ク）の平面度等が悪化しているような場合でも良好な結
像特性が得られる投影露光方法を提供することを目的と
する。更に本発明は、そのような投影露光方法が実施で
きる投影露光装置を提供することをも目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の投影
露光方法は、マスク（Ｒ）に形成されたパターンの像を
投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に露光する投
影露光方法において、マスク（Ｒ）のパターン面の面形
状を予め測定して記憶しておき、この記憶してある面形
状に基づいて投影光学系（ＰＬ）によるマスク（Ｒ）の
パターン像の結像位置を部分的に補正しながら露光を行
うものである。

【０００９】斯かる本発明によれば、例えば投影光学系
（ＰＬ）の一部のレンズを駆動することによってディス
トーション等の結像特性を補正する補正機構を設けてお
く。そして、例えばマスク（Ｒ）がディストーション評
価用のマスクである場合に、予めテストプリント等によ
って評価用パターンの投影像の位置を計測することによ
って、投影光学系（ＰＬ）のディストーションを計測し
ておく。しかしながら、この計測値にはマスクの面形状
による位置ずれ量の誤差分が含まれている。そこで、計
測してあるマスク（Ｒ）のパターン面の面形状より例え
ば各評価用パターンの像の設計上の投影位置からの横ず
れ量の分布を計算し、そのディストーションの計測値を
その面形状によって生じる横ずれ量で補正することによ
って、投影光学系自体のディストーションを求める。実
際の露光時には、露光用のマスク（Ｒ）の面形状を計測
し、この計測結果よりその面形状による投影像の横ずれ
量を算出し、その投影光学系自体のディストーションに
その投影像の横ずれ量を加算して得られる総合的なディ
ストーションをその補正機構で補正することによって、
マスクの平面度や傾斜角が悪化していても良好な結像特
性が得られる。

【００１０】これに関して、例えばステップ・アンド・
スキャン方式のような投影露光装置で露光する場合に本
発明を適用すると、走査方向の位置によってマスク
（Ｒ）の面形状が変化して、ディストーションの補正量
も変化する場合がある。この際には、マスク（Ｒ）の走
査位置に応じてその補正機構によるディストーションの
補正量を制御することによって、走査方向全域に亘って
良好な結像特性が得られる。また、例えば予め投影光学
系のディストーションが良好に補正されているような場
合には、そのマスクのパターン面の面形状による投影像
の横ずれ量のみを相殺するようにディストーションを補
正してもよい。

【００１１】また、本発明の第２の投影露光方法は、所
定の支持部材（７）に保持されたマスク（Ｒ）に形成さ
れたパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して基板
（Ｗ）上に露光する投影露光方法において、マスク
（Ｒ）の支持部材（７）との接触面（４５Ａ〜４５Ｄ）
の平面度（傾斜角も含む）を予め測定して記憶してお
き、この記憶してある平面度に基づいて投影光学系（Ｐ
Ｌ）によるマスク（Ｒ）のパターン像の結像位置を部分
的に補正しながら露光を行うものである。

【００１２】斯かる本発明において、マスクは支持部材
（７）に吸着保持されるものとすると、例えば図８
（ｂ）に示すようにマスク側の接触面（４５Ａ〜４５
Ｄ）が傾斜しているような場合には、吸着保持によって
図８（ｃ）に示すようにマスクが湾曲して平面度が悪化
する。そこで、接触面の平面度から予め吸着保持したと
きのマスクの平面度の変化量を求めておき、その変化量
に応じた投影像の横ずれ量分だけ投影光学系のディスト
ーションの計測結果を補正し、この補正後のディストー
ションに基づいて結像特性を補正することによって良好
な結像特性が得られる。

【００１３】また、本発明の第３の投影露光方法は、所
定の支持部材（７）に保持されたマスク（Ｒ）に形成さ
れたパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して基板
（Ｗ）上に露光する投影露光方法において、支持部材
（７）のマスク（Ｒ）との接触面（４３Ａａ〜４３Ｄ
ａ）の平面度（傾斜角も含む）を予め測定して記憶して
おき、この記憶してある平面度に基づいて投影光学系
（ＰＬ）によるマスク（Ｒ）のパターン像の結像位置を
部分的に補正しながら露光を行うものである。この第３
の投影露光方法において、支持部材（７）の接触面（４
３Ａａ〜４３Ｄａ）が傾斜していると、例えば図８
（ａ）に示すように、その接触面にマスクを吸着保持す
ることによってマスクが湾曲する。そこで、予め吸着保
持したときのマスクの平面度の変化量を求めておき、そ
れに応じて投影光学系のディストーションの計測値を補
正することで良好な結像特性が得られる。

【００１４】次に、本発明による投影露光装置は、マス
ク（Ｒ）に形成されたパターンの像を投影光学系（Ｐ
Ｌ）を介して基板（Ｗ）上に露光する投影露光装置にお
いて、マスク（Ｒ）のパターン面の面形状を測定する測
定系（３０）と、この測定系で測定された面形状の情報
を記憶する記憶装置（１３ａ）と、その投影光学系によ
るそのマスクのパターン像の結像位置を部分的に補正す
る結像特性補正系（８，１５，１７，２０）と、その記
憶装置に記憶されている面形状の情報に基づいてその結
像特性補正系を介してそのマスクのパターン像の結像位
置を補正しながら露光を行う制御系（１３，１４）と、
を有するものである。この投影露光装置によって、本発
明の第１の投影露光方法が実施できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本発明はステッパー型
の投影露光装置、又はステップ・アンド・スキャン方式
のような走査露光型の投影露光装置の何れにも適用でき
るが、以下の実施の形態は本発明をステップ・アンド・
スキャン方式の投影露光装置を用いて露光を行う場合に
適用したものである。

【００１６】図１は、本例の投影露光装置を示し、この
図１において、露光光源１から射出された露光用の照明
光ＩＬは、リレー光学系や照度分布均一化用のフライア
イレンズ等を含む整形光学系２に入射する。なお、照明
光ＩＬとしては、水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎ
ｍ）、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、若しくはＡｒＦ（波
長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光、又はＹＡＧレー
ザの高調波等が使用できる。整形光学系２の射出面は、
転写対象のレチクルの配置面に対する瞳位置に相当し、
その射出面にはレチクルに対する照明条件を変更するた
めの種々の開口絞りが配置されたターレット板３が設置
されている。ターレット板３の周辺部には、通常の円形
絞り、照明系のコヒーレンスファクタ（σ値）を変更で
きる可変円形絞り、輪帯照明用の輪帯絞り、及び変形照
明用の４分割された絞り等が配置され、駆動モータ３ａ
でターレット板３を回転することによって、所望の開口
絞りが選択できる。

【００１７】ターレット板３中の一つの開口絞りを通過
した照明光ＩＬは、更に光学系４、光路折り曲げ用のミ
ラー５、及びコンデンサレンズ６を介してレチクルＲの
パターン面（下面）のスリット状の照明領域を照明す
る。レチクルＲのその照明領域内のパターンの像は、両
側テレセントリックな投影光学系ＰＬを介して投影倍率
β（βは、１／４倍、又は１／５倍等）で縮小されて、
フォトレジストが塗布されたウエハＷ上のスリット状の
露光領域に投影される。以下、投影光学系ＰＬの光軸Ａ
Ｘに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で走査露光
時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向（即ち、図１の
紙面に平行な方向）に沿ってＸ軸を取り、走査方向に直
交する非走査方向（即ち、図１の紙面に垂直な方向）に
沿ってＹ軸を取って説明する。

【００１８】レチクルＲは、一例として４点支持でレチ
クルホルダ７上に真空吸着によって保持され、レチクル
ホルダ７は例えば３個の伸縮自在の駆動素子８を介して
レチクルステージＲＳＴ上に載置され、レチクルステー
ジＲＳＴは、レチクルベース９上でリニアモータによっ
てＹ方向に連続移動すると共に、Ｘ方向、Ｙ方向、回転
方向に微動する。レチクルホルダ７の上端に固定された
移動鏡１１ｍ、及び外部のレーザ干渉計１１によってレ
チクルホルダ７（レチクルＲ）の２次元的な位置が計測
され、この計測値、及び装置全体の動作を統轄制御する
主制御系１４からの制御情報に基づいて、レチクルステ
ージ駆動系１２がレチクルステージＲＳＴの動作を制御
する。また、主制御系１４からの制御のもとで、結像特
性制御部１５が駆動素子８の伸縮量を制御して、レチク
ルＲのＺ方向の位置、及び傾斜角を微調整することによ
って、所定のディストーション（倍率誤差を含む）を所
定範囲で補正できるように構成されている。

【００１９】また、レチクルステージＲＳＴ上でレチク
ルＲにＸ方向に隣接する領域に、底面（以下、「基準
面」と呼ぶ）の平面度の良好なガラス基板よりなる基準
部材１０が固定されている。基準部材１０の基準面は、
設計上でレチクルＲのパターン面と同じ高さに設定さ
れ、その基準面には、例えばレチクルステージＲＳＴの
Ｘ方向、及びＹ方向の位置の基準となる基準マークが形
成されている。

【００２０】更に、本例の投影光学系ＰＬにも結像特性
の補正機構が組み込まれている。即ち、投影光学系ＰＬ
の本体の鏡筒１６上に伸縮自在の３個の駆動素子１７を
介して、レンズ１９が収納されるレンズ枠１８が配置さ
れ、レンズ枠１８上に伸縮自在の３個の駆動素子２０を
介して、レンズ２２が収納されるレンズ枠２１が配置さ
れている。そして、主制御系１４が結像特性制御部１５
を介して駆動素子１７，２０の伸縮量を制御して、レン
ズ１９，２２の位置や傾斜角を微調整することによっ
て、投影光学系ＰＬの所定のディストーション（倍率誤
差を含む）を所定範囲で補正できるように構成されてい
る。

【００２１】次に、ウエハＷは不図示のウエハホルダ上
に吸着保持され、このウエハホルダは試料台２３上に固
定され、試料台２３は、ウエハステージＷＳＴ上に固定
されている。試料台２３は、ウエハＷのフォーカス位置
（Ｚ方向の位置）、及び傾斜角の制御を行い、ウエハス
テージＷＳＴは、例えばリニアモータ方式でＸ方向に試
料台２３を連続移動すると共に、Ｘ方向、Ｙ方向に試料
台２３をステップ移動する。試料台２３の上端に固定さ
れた移動鏡２５ｍ、及び外部のレーザ干渉計２５によっ
て試料台２３（ウエハＷ）の２次元的な位置が計測さ
れ、この計測値、及び主制御系１４からの制御情報に基
づいてウエハステージ駆動系２６がウエハステージＷＳ
Ｔの動作を制御する。

【００２２】走査露光時には、投影光学系ＰＬに対し
て、レチクルステージＲＳＴを介してレチクルＲが＋Ｘ
方向（又は−Ｘ方向）に速度ＶＲで走査されるのに同期
して、ウエハステージＷＳＴを介して試料台２３（ウエ
ハＷ）が−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に速度β・ＶＲ（β
は投影倍率）で走査される。そして、１つのショット領
域への露光が終了すると、ウエハＷのステッピングによ
って次のショット領域が走査開始位置に移動し、以下ス
テップ・アンド・スキャン方式で各ショット領域への露
光が順次行われる。

【００２３】また、走査露光時にオートフォーカス方式
でウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込む
ために、投影光学系ＰＬの側面下方の投射光学系２７か
らウエハＷの表面の複数の計測点にスリット像が斜めに
投影されている。それらの計測点は、スリット状の露光
領域内、及びこの露光領域に対して走査方向に手前側の
先読み領域内にも配置されている。そして、投射光学系
２７に対称に配置された受光光学系２８では、ウエハＷ
の表面からの反射光を受光してそれらのスリット像を再
結像し、それらの横ずれ量に対応したフォーカス信号を
生成し、これらのフォーカス信号を主制御系１４、及び
ウエハステージ駆動系２６に供給する。投射光学系２
７、及び受光光学系２８より斜入射方式の焦点位置検出
系（以下、「ＡＦセンサ２７，２８」と呼ぶ）が配置さ
れている。ウエハＷのフォーカス位置が変化すると、そ
れらのスリット像の横ずれ量も変化するため、それらの
フォーカス信号から対応する計測点でのフォーカス位置
が検出でき、ウエハステージ駆動系２６では、計測され
たフォーカス位置が予めテストプリント等によって決定
されている像面の位置に合致するように試料台２３のＺ
方向の位置、及び傾斜角を制御する。

【００２４】次に、本例のレチクルＲの照明領域に対し
て走査方向に外れた領域の上方に、レチクルＲのパター
ン面の平面度や傾斜角等の面形状を検出するための面形
状検出系３０が配置されている。図２は、図１の面形状
検出系３０を＋Ｘ方向（走査方向）に見た側面図であ
り、この図２に示すように、ハロゲンランプ３１（発光
ダイオード、又は半導体レーザ等も可）から射出された
検出光ＤＬは、集光レンズ３２を介して３個のスリット
が形成されたパターン板３３を照明し、それら３個のス
リット像が対物レンズ３４を介して、レチクルＲのパタ
ーン面でＹ方向（非走査方向）に一列に配列された計測
点４１Ａ〜４１Ｃに斜めに投影される。そして、それら
の計測点４１Ａ〜４１Ｃから反射された検出光ＤＬは、
対物レンズ３５を介して振動スリット板３６の３個の開
口上にスリット像を再結像する。振動スリット板３６
は、駆動検出部３９によって制御される駆動モータ３７
によって１次元方向に振動し、振動スリット板３６の各
開口を通過した検出光ＤＬは、対応する光電検出器３８
Ａ〜３８Ｃに入射し、光電検出器３８Ａ〜３８Ｃの検出
信号が駆動検出部３９に供給されている。

【００２５】この場合、レチクルＲのパターン面の計測
点４１Ａ〜４１ＣのＺ方向の位置が変化すると、振動ス
リット板３６上で再結像されるスリット像の位置が振動
方向に横ずれする。そこで、駆動検出部３９では、光電
検出器３８Ａ〜３８Ｃの検出信号を例えば駆動モータ３
７の駆動信号で同期整流することによって、計測点４１
Ａ〜４１ＣのＺ方向の位置を検出し、検出結果を図１の
演算部１３に供給する。演算部１３には、レーザ干渉計
１１で計測されるレチクルステージＲＳＴ（レチクル
Ｒ）のＸ座標、Ｙ座標も供給されている。計測点４１Ａ
〜４１ＣでのＺ方向の位置は、レチクルＲがそのＸ座標
にあるときのパターン面の非走査方向への面形状を示す
ものである。

【００２６】そして、本例では一例として、予めレチク
ルステージＲＳＴを駆動して基準部材１０を照明光ＩＬ
の照明領域に移動した状態で、基準部材１０の基準面に
形成されている基準パターンのテストプリントを行うこ
とによって、投影光学系ＰＬの像面の位置（ベストフォ
ーカス位置）を求めておき、この像面に対してウエハＷ
の表面が合わせこまれるように合焦制御が行われる。そ
こで、レチクルＲのパターン面の面形状の測定前に、面
形状検出系３０の計測領域に基準部材１０の基準面を移
動して、各計測点４１Ａ，４１Ｂ，４１ＣでのＺ方向の
位置ＺＡ₀，ＺＢ₀，ＺＣ₀を計測してメモリ１３ａ内
に格納しておく。

【００２７】次に、実際にレチクルＲのパターン面の面
形状を計測する際には、図１のレチクルステージＲＳＴ
を介して、レチクルＲをＸ方向に所定ステップ量ずつ移
動しながら面形状検出系３０を介してそれぞれ３個の計
測点４１Ａ，４１Ｂ，４１ＣでのＺ方向の位置ＺＡ_X，
ＺＢ_X，ＺＣ_Xを検出する。そして、演算部１３では、
各計測点４１Ａ〜４１ＣのＺ方向の位置ＺＡ_X，Ｚ
Ｂ_X，ＺＣ_Xから対応する基準部材１０の基準面のＺ方
向の位置ＺＡ₀，ＺＢ₀，ＺＣ₀を差し引いて得られる
位置ずれ量ΔＺＡ_X，ΔＺＢ_X，ΔＺＣ_Xを、レチクル
ＲのＸ座標に対応させてメモリ１３ａに格納していく。
これによって、メモリ１３ａにはレチクルＲのパターン
面の基準面に対するＺ方向への位置ずれ量の２次元的な
分布、即ち面形状を示す情報が格納される。

【００２８】その後、演算部１３では、メモリ１３ａ内
に格納されているレチクルＲのパターン面の面形状を示
す情報より、レチクルＲのパターン面の各パターンのＹ
方向（非走査方向）への位置ずれ量を算出し、更にこの
位置ずれ量をウエハの表面の投影像での位置ずれ量に変
換し、変換された位置ずれ量を主制御系１４に供給す
る。この場合、例えばレチクルＲとして、ディストーシ
ョン計測用の評価用パターンが格子状に形成されたテス
トレチクルが使用され、各評価用パターンの投影像の位
置がテストプリント等によって計測され、計測結果を設
計上の投影位置と比較することによって投影光学系ＰＬ
のディストーションが求められ、このディストーション
が主制御系１４内の記憶部に記憶されているものとす
る。

【００２９】このとき、主制御系１４では、内部の記憶
部に記憶されているディストーションを演算部１３から
供給された位置ずれ量で補正することによって、レチク
ルＲの面形状に影響されない投影光学系ＰＬ自体のディ
ストーションを求め、このディストーションを内部の記
憶部に上書きする。そして、例えば実露光用のレチクル
がレチクルステージＲＳＴ上に載置された際には、露光
前に面形状検出系３０を介してその実露光用のレチクル
のパターン面の面形状を計測し、この面形状による投影
像の位置ずれ量（ディストーションの変化量）を算出し
ておく。そして、走査露光時に主制御系１４は、投影光
学系ＰＬ自体のディストーションにその実露光用のレチ
クルの面形状による投影像の位置ずれ量を加算して全体
のディストーションを求め、この全体のディストーショ
ンを０にするように結像特性制御部１５を介して駆動素
子８，１７，２０の伸縮量を制御する。この制御量は、
レチクルのＸ座標に応じて変化する。これによって、テ
ストレチクルのパターン面の面形状が悪い場合でも、投
影光学系ＰＬ自体のディストーションが高精度に評価さ
れる。しかも、実際の露光時には実露光用のレチクルの
面形状に起因するディストーションの変化量も補正され
るため、ウエハＷ上の各ショット領域にはそれぞれディ
ストーションの無い投影像が転写される。従って、重ね
合わせ露光するような場合には重ね合わせ誤差が低減さ
れる。

【００３０】なお、別の補正方法として、例えば投影光
学系ＰＬのディストーションが良好に補正されているよ
うな場合には、レチクルＲの面形状によるパターンの位
置ずれ量のみを相殺するように投影光学系ＰＬの結像特
性を補正してもよい。これによって、レチクルＲのパタ
ーン面の面形状が悪いような場合でも、転写されるパタ
ーン像の歪みが低減される。

【００３１】次に、レチクルＲのパターン面の面形状と
投影像の各部の横ずれ量との関係につき、具体的に説明
する。図３は、図１の投影露光装置におけるレチクル
Ｒ、投影光学系ＰＬ、及びウエハＷを走査方向（Ｘ方
向）に見た概略図であり、この図３において、レチクル
ホルダ７上に保持されたレチクルＲのパターン面４０の
パターン（例えば評価用パターン）４２の像は、投影光
学系ＰＬを介してウエハＷ上に投影される。仮に投影光
学系ＰＬのディストーションが０であるとすれば、パタ
ーン４２の像はウエハＷ上の理論的な位置（設計上の位
置）に投影される。このような場合、レチクルホルダ７
のレチクルＲとの接触面は投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに
対して垂直な面上に配置され、レチクルＲを載置しても
その接触面は変形することがなく、且つレチクルＲのパ
ターン面は完全な平面となっている。

【００３２】次に考えられることは、レチクルＲは、レ
チクルホルダ７上に両端が吸着保持されているため、図
４（ａ）に示すように、自重によってレチクルＲの中央
部が投影光学系ＰＬ側に凸に撓むことになる。図４
（ａ）において、自重で撓んだレチクルＲのパターン面
４０Ａは、中心部では点線で示す平坦なパターン面４０
に対してｔ₁だけ投影光学系ＰＬ側に変形している。こ
の自重による変形量ｔ₁によって、パターン面４０Ａ上
のパターン４２の位置は、平坦な場合に比べて光軸ＡＸ
から離れる方向に（パターン４２の場合には＋Ｙ方向
に）Ｅ₁だけ横ずれすることになる。

【００３３】この横ずれ量の計算方法は種々考えられる
が、ここでは図４（ａ）を更に簡略化した図４（ｂ）に
示すように、パターン面４０Ａの凸部のＹ方向の幅をｘ
₀、平坦なパターン面４０上での端部からパターン４２
までのＹ方向の間隔をｘとして、幾何学的に横ずれ量Ｅ
₁を近似的に算出すると、次のようになる。Ｅ₁≒（２ｘ／ｘ₀）ｔ₁ （１）また、図４（ａ）に示すように、投影光学系ＰＬの投影
倍率（縮小倍率）βを用いると、レチクルＲ側のパター
ンがＥ₁だけ横ずれすると、ウエハＷ上での投影像には
次式で定まる横ずれ量ｅ₁が生ずる。

【００３４】ｅ₁＝β・Ｅ₁ （２）仮に、レチクルＲのパターンの投影像から投影光学系Ｐ
Ｌのディストーションを計測するものとして、その横ず
れ量ｅ₁を考慮することなくディストーションを算出す
ると、その横ずれ量ｅ₁分だけの誤差が現れてしまう。
即ち、計測されるディストーションがレチクルＲの撓み
分を含んでしまうことになる。

【００３５】更に、図５（ａ）に示すように、実際のレ
チクルＲのパターン面４０Ｂは、平坦な面が自重で撓ん
だパターン面４０Ａに対して所定の量ｔ₂の凹凸を持っ
ていることがある。この凹凸量ｔ₂によっても、レチク
ルＲのパターン４２の位置誤差が生じる。即ち、自重に
よる撓みが無い状態で、図５（ｂ）に示すように、パタ
ーン面４０Ｂ上のパターン４２が平坦なパターン面４０
Ａに対して光軸に沿ってｔ₂だけ凸に出ている場合、そ
れらの面が更に自重で撓むと、図５（ｃ）に示すよう
に、その凸の部分は更に湾曲した状態になり、パターン
面４０Ｂ上のパターン４２は結果的に左方向にＥ₂だけ
横ずれした状態になる。

【００３６】この横ずれ量Ｅ₂の計算方法も種々考えら
れるが、ここでも幾何学的に概略的に算出すると、次の
ようになる。この際にも、図５（ａ）に示すように、投影光学系ＰＬ
の投影倍率（縮小倍率）βを用いて、レチクルＲ側のパ
ターンがＥ₂だけ横ずれすると、ウエハＷ上での投影像
には次式で定まる横ずれ量ｅ₂が生ずる。

【００３７】ｅ₂＝β・Ｅ₂ （４）仮に、その横ずれ量ｅ₂を考慮することなくディストー
ションを算出すると、その横ずれ量ｅ₂分だけの誤差が
現れてしまう。即ち、計測されるディストーションがレ
チクルＲの平面度分の誤差を含んでしまうことになる。
更に、実際のレチクルホルダ７のレチクルＲとの接触面
は、図６（ａ）に示すように、投影光学系ＰＬの光軸Ａ
Ｘに垂直な面に対して平行ではなく、高さに換算して所
定の量ｔ₃の凹凸を持つことがある。レチクルホルダ７
にこのような凹凸量ｔ₃があると、レチクルＲの点線で
示す本来のパターン面４０Ｂは、実線で示すパターン面
４０Ｃのように傾斜して、パターン面４０Ｃ上のパター
ン４２は、傾斜が無い場合に対して横ずれする。図６
（ａ）に示すように、仮に光軸ＡＸに対して左側のレチ
クルホルダ７の接触面が下方にずれていると、レチクル
Ｒのパターン面４０Ｃ上のパターン４２は光軸ＡＸ側に
Ｅ₃だけ横ずれする。

【００３８】この横ずれ量Ｅ₃の計算方法も種々考えら
れるが、ここでは図６（ｂ）に示すように、幅ｘ₀の平
坦なパターン面４０Ｂに対して左端がｔ₃だけ下がった
パターン面４０Ｃを考える。そして、パターン面４０Ｂ
上でのパターン４２の位置を左端部から距離ｘの位置で
あるとして、パターン面４０Ｃ上でのパターン４２の下
方へのずれ量をｔとすると、ずれ量ｔを用いて横ずれ量
Ｅ₃は次のようになる。

【００３９】この際にも、図６（ａ）に示すように、投影光学系ＰＬ
の投影倍率（縮小倍率）βを用いて、レチクルＲ側のパ
ターンがＥ₃だけ横ずれすると、ウエハＷ上での投影像
には次式で定まる横ずれ量ｅ₃が生ずる。

【００４０】ｅ₃＝β・Ｅ₃ （６）仮に、その横ずれ量ｅ₃を考慮することなくディストー
ションを算出すると、その横ずれ量ｅ₃分だけの誤差が
現れてしまう。即ち、計測されるディストーションがレ
チクルＲの傾斜角分の誤差を含んでしまうことになる。
そのようなレチクルホルダ７の接触面の凹凸量ｔ₃と共
に、その接触面に対向するレチクルＲのパターン面の平
面度もレチクルＲのパターン面の全体の平面度を決定す
る重要な要素である。これは、特にレチクルの周辺の平
面度が露光領域内の平面度に比べて、非常に悪化してい
ることが多いためである。従って、実際のレチクルＲの
端部のずれ量は、レチクルホルダ７の凹凸量ｔ₃にその
レチクルホルダ７に対向するレチクルＲのパターン面の
平面度の影響分を加算した値となる。

【００４１】以上のように本例では、レチクルＲの自重
による撓み、レチクルの平面度、及びレチクルホルダ７
の接触面の平面度によるレチクルＲのパターン面の面形
状の変化、及びそのパターン面上のパターンの横ずれ量
を求めてみた。これらの３種類の誤差要因はどれか１つ
だけが大きい場合もあり、何れか２つが大きい場合もあ
り、また、３つとも個々には小さいが相乗効果で全体と
して大きく影響する場合等がある。そこで、例えば過去
の経験則等によって、どの要因を取り上げて投影光学系
ＰＬのディストーションに対する補正を行うかどうかを
決定してもよい。

【００４２】一例として、３種類とも影響すると仮定し
て図４〜図６のパターン４２のウエハＷ上への投影像の
横ずれ量ｅを算出すると、（１）式、（３）式、（５）
式の位置ずれ量Ｅ₁，Ｅ₂，Ｅ₃より次のようになる。ｅ＝β（Ｅ₁＋Ｅ₂＋Ｅ₃）（７）なお、本例の面形状検出系３０では、図２に示すよう
に、レチクルＲのパターン面において非走査方向に並ん
だ３個の計測点４１Ａ〜４１ＣでＺ方向の位置を検出し
ている。従って、図４（ａ）に示すように、レチクルＲ
が自重によって撓む場合、及び図６（ａ）に示すよう
に、レチクルホルダ７の凹凸によってレチクルＲが傾斜
する場合には、レチクルＲのパターン面の変位（面形
状）を正確に検出できる。従って、それらの変位より、
（１）式及び（５）式よりそのパターン面上のパターン
の横ずれ量Ｅ、ひいては投影光学系ＰＬのディストーシ
ョンの誤差量を正確に算出することができる。

【００４３】しかしながら、図５（ａ）に示すように、
レチクルＲのパターン面に部分的に凹凸があるような場
合には、３個の計測点でＺ方向の位置を検出するだけで
は不十分である恐れがある。そこで、パターン面の部分
的な凹凸をも正確に検出したい場合には、面形状検出系
３０による非走査方向に配列された計測点の個数を４個
以上に密に配列することが望ましい。これによって、部
分的な凹凸が検出されたときには、（３）式よりその凹
凸に起因するパターンの横ずれ量、ひいてはディストー
ションの誤差量を算出できる。

【００４４】そして、レチクルＲのパターン面を２次元
の格子点で分割し、例えばＸ方向にｉ番目（ｉ＝１，
２，…）で、Ｙ方向にｊ番目（ｊ＝１，２，…）の格子
点にある評価用パターンの投影像の位置に基づいて計測
される投影光学系ＰＬのディストーションの値をＤ
（ｉ，ｊ）とする。この場合、図１の主制御系１４では
最終的に（７）式より算出される投影像の横ずれ量ｅを
用いて、次式よりそのディストーションの補正を行う。

【００４５】Ｄ’（ｉ，ｊ）＝Ｄ（ｉ，ｊ）−ｅ（８）そして、この補正後のディストーションＤ’（ｉ，ｊ）
が主制御系１４内の記憶部に記憶される。なお、図４〜
図６では、レチクルＲのパターン面上のパターンの１次
元的な横ずれ量を扱っている。しかしながら、本例のレ
チクルＲはレチクルホルダ７上に４点支持で吸着保持さ
れているため、例えば自重による変形を考えると、その
パターン面の面形状は球面状に変形することになり、そ
のパターン面のパターンはＸ方向、Ｙ方向に２次元的に
横ずれする。従って、レチクルＲのパターン面の変形に
よる投影像の横ずれ量をより高精度に求めるためには、
レチクルＲのパターン面の面形状よりそのパターン面上
の各部の２次元的な横ずれ量を算出し、最終的にディス
トーションの計測値を２次元的に補正することが望まし
い。

【００４６】なお、上記の実施の形態では、レチクルＲ
の照明領域に対して走査方向に斜め上方に配置された面
形状検出系３０を用いてレチクルＲのパターン面の面形
状を計測している。それ以外に、例えばレチクルＲの底
面側に配置した検出系を用いてそのパターン面の面形状
を計測してもよ。次に、上記の実施の形態では、面形状
検出系３０を用いてレチクルＲのパターン面の面形状を
計測しているが、図１のレチクルホルダ７の接触面の平
面度（傾斜角も含む）、又はレチクルＲ側のその接触面
に対向する領域の平面度から、そのパターン面の面形状
を推定（計算）するようにしてもよい。

【００４７】図７は、図１のレチクルホルダ７とレチク
ルＲとの関係を示し、この図７において、金属製の枠状
のレチクルホルダ７に設けられた露光光通過用の開口７
ａの周囲の４隅に、レチクルＲと接触する凸部４３Ａ〜
４３Ｄが形成されている。なお、レチクルホルダ７のレ
チクルホルダ７において、基準部材１０の設置面は省略
してある。そして、凸部４３Ａ〜４３Ｄの先端のレチク
ルＲとの接触面４３Ａａ〜４３Ｄａは平坦に加工され、
各接触面４３Ａａ〜４３ＤａにはそれぞれレチクルＲを
真空吸着するための吸着孔４４が形成されている。それ
らの接触面４３Ａａ〜４３Ｄａに対向するレチクルＲの
パターン面上の領域をそれぞれ接触領域４５Ａ〜４５Ｄ
とする。この場合、予めそれらの接触面４３Ａａ〜４３
Ｄａの平均的な面の傾斜角、及び段差等を含む面形状を
計測しておく。また、予めレチクルＲのパターン面上の
接触領域４５Ａ〜４５Ｄの平面度等が悪いことが予測さ
れるような場合には、それらの接触領域４５Ａ〜４５Ｄ
の平均的な面の傾斜角、及び凹凸量等を含む面形状をも
計測しておく。計測方法としては、点接触式の高さ測定
器（ダイヤルゲージ等）等を使用する方法がある。

【００４８】それらの面形状の計測データも、例えば図
１のメモリ１３ａに格納される。そして、演算部１３で
は、そのメモリ１３ａから読み出した計測データを用い
て、レチクルＲをレチクルホルダ７の凸部４３Ａ〜４３
Ｄ上に吸着保持した場合のレチクルＲのパターン面の面
形状を演算によって算出（予測）する。一例として、レ
チクルＲのパターン面が平坦であり、且つレチクルホル
ダ７の凸部４３Ａ〜４３Ｄの接触面４３Ａａ〜４３Ｄａ
が内側に傾斜している場合を想定する。

【００４９】図８（ａ）は図７をＸ方向（走査方向）に
見た図を示し、この図８（ａ）において、対称に配置さ
れている凸部４３Ａ，４３Ｂの接触面４３Ａａ，４３Ｂ
ａは内側に傾斜している。このとき、平坦なレチクルＲ
が接触面４３Ａａ，４３Ｂａに吸着されると、レチクル
Ｒのパターン面４０は自重での撓み量よりも大きく下側
に撓むことになる。この際の撓み量は、接触面４３Ａ
ａ，４３Ｂａの傾斜角にレチクルＲの中央部までの距離
を乗じて得られる量に、予めレチクルデータとして記憶
されている自重による撓み量を加算することで大まかに
算出される。

【００５０】次に、別の例として、レチクルホルダ７側
の凸部４３Ａ〜４３Ｄの接触面４３Ａａ〜４３Ｄａの平
面度は良好で、且つ図８（ｂ）に示すように、レチクル
Ｒの接触領域４５Ａ〜４５Ｄが傾斜している場合を想定
する。図８（ｂ）において、パターン面の両端の接触面
４５Ａ，４５Ｂは扇状に傾斜している。この状態で、図
８（ｃ）に示すように、レチクルホルダ７の凸部４３
Ａ，４３Ｂ上にレチクルＲの接触面４５Ａ，４５Ｂを吸
着保持すると、レチクルＲのパターン面４０は上方に凸
に変形することになる。この際の撓み量も、例えば接触
領域４５Ａ，４５Ｂの傾斜角にレチクルＲの中央部まで
の距離を乗じて得られる量から、レチクルＲの自重によ
る撓み量を差し引くことで大まかに算出される。

【００５１】上述のようにレチクルＲのパターン面４０
の面形状が大まかに算出された後は、図４〜図６に示し
たようにパターン面４０上のパターンの横ずれ量を算出
し、この算出結果に基づいて投影光学系ＰＬのディスト
ーションの補正を行うことができる。なお、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ことは勿論である。

【００５２】

【発明の効果】本発明の第１の投影露光方法によれば、
マスクのパターン面の面形状を予め測定して記憶した
後、例えばその面形状によって生じる各パターンの投影
像の横ずれ量を算出する。そして、投影光学系のディス
トーションの計測値をその投影像の横ずれ量で補正する
ことによって投影光学系自体のディストーションを高精
度に計測し、実際の露光時にはそのディストーションを
補正するように各パターン像の結像位置を部分的に補正
しながら露光を行うことによって、投影像のディストー
ションが高精度に補正される。従って、マスクの平面度
が悪化しているような場合でも良好な結像特性が得られ
る利点がある。

【００５３】次に、本発明の第２、又は第３の投影露光
方法によれば、マスク側の接触面、又は支持部材側の接
触面の平面度を予め測定して記憶した後、例えばその平
面度よりマスクを吸着保持した場合のパターン面の面形
状を予測し、この面形状によって生じる各パターンの投
影像の横ずれ量を算出し、この横ずれ量で投影光学系の
ディストーションの計測値を補正する。そして、得られ
たディストーションを相殺するように各パターン像の結
像位置を部分的に補正しながら露光を行うことによっ
て、ディストーションが高精度に補正される。従って、
マスクの平面度が悪化しているような場合でも良好な結
像特性が得られる利点がある。

【００５４】また、本発明の投影露光装置によれば、本
発明の第１の投影露光方法を実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施の形態の一例で使用される投
影露光装置を示す一部を切り欠いた構成図である。

【図２】図１の面形状検出系３０の構成を示す側面図で
ある。

【図３】図１のレチクルＲ、投影光学系ＰＬ、及びウエ
ハＷを示す概略図である。

【図４】（ａ）はレチクルＲが自重で撓む様子を示す
図、（ｂ）は図４（ａ）のパターン４２の横ずれ量の計
算方法の説明図である。

【図５】（ａ）はレチクルＲのパターン面に凹凸がある
場合を示す図、（ｂ）はそのパターン面に撓みが無い場
合を示す図、（ｃ）は図５（ａ）のパターン４２の横ず
れ量の計算方法の説明図である。

【図６】（ａ）はレチクルホルダ７の凹凸によってレチ
クルＲが傾斜する様子を示す図、（ｂ）は図６（ａ）の
パターン４２の横ずれ量の計算方法の説明図である。

【図７】図１のレチクルホルダ７とレチクルＲとの接触
面を示す斜視図である。

【図８】レチクルホルダ７、又はレチクルＲの接触面の
平面度によってレチクルＲのパターン面が撓む様子を示
す図である。

【符号の説明】

３ターレット板ＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ７レチクルホルダ８，１７，２０駆動素子ＲＳＴレチクルステージ１３演算部１４主制御系１５結像特性制御部２３試料台ＷＳＴウエハステージ３０面形状検出系４０パターン面４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ面形状検出系による計測点４３Ａ〜４３Ｄ凸部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成されたパターンの像を投影
光学系を介して基板上に露光する投影露光方法におい
て、前記マスクのパターン面の面形状を予め測定して記憶し
ておき、該記憶してある面形状に基づいて前記投影光学系による
前記マスクのパターン像の結像位置を部分的に補正しな
がら露光を行うことを特徴とする投影露光方法。
【請求項２】所定の支持部材に保持されたマスクに形
成されたパターンの像を投影光学系を介して基板上に露
光する投影露光方法において、前記マスクの前記支持部材との接触面の平面度を予め測
定して記憶しておき、該記憶してある平面度に基づいて
前記投影光学系による前記マスクのパターン像の結像位
置を部分的に補正しながら露光を行うことを特徴とする
投影露光方法。
【請求項３】所定の支持部材に保持されたマスクに形
成されたパターンの像を投影光学系を介して基板上に露
光する投影露光方法において、前記支持部材の前記マスクとの接触面の平面度を予め測
定して記憶しておき、該記憶してある平面度に基づいて前記投影光学系による
前記マスクのパターン像の結像位置を部分的に補正しな
がら露光を行うことを特徴とする投影露光方法。
【請求項４】マスクに形成されたパターンの像を投影
光学系を介して基板上に露光する投影露光装置におい
て、前記マスクのパターン面の面形状を測定する測定系と、該測定系で測定された面形状の情報を記憶する記憶装置
と、前記投影光学系による前記マスクのパターン像の結像位
置を部分的に補正する結像特性補正系と、前記記憶装置に記憶されている面形状の情報に基づいて
前記結像特性補正系を介して前記マスクのパターン像の
結像位置を補正しながら露光を行う制御系と、を有する
ことを特徴とする投影露光装置。