(57)【要約】露光時の照明条件や投影光学系の周囲の気圧に応じて、高精度に投影光学系の結像特性を計測できる結像特性の計測方法及び露光方法である。露光光と同じ波長の照明光で試料台（２４）の内部から基準マーク（３４Ａ，３４Ｂ）を照明し、基準マーク（３４Ａ，３４Ｂ）の投影光学系（ＰＬ）を介した像に対するレチクルマーク（３７Ａ，３７Ｂ）の位置ずれ量をレチクルアライメント顕微鏡（３８Ａ，３８Ｂ）によって計測し、この計測値から投影光学系（ＰＬ）の投影倍率βを算出し、その基準倍率β０からの誤差Δβ２を求める。求められた誤差Δβ２から、露光時のレチクル（Ｒ）の照明条件及び投影光学系（ＰＬ）の周囲の大気圧Ｐに応じた倍率誤差の補正値Δβ１を差し引いて、露光時における実際の残留倍率誤差Δβ（＝Δβ２−Δβ１）を求める。
2002025711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光ビームでマスクを照明し、投影系を介して前記マスクのパターン像を基板上に転写する露光方法において、
前記投影系を介してマークを検出し、該検出結果に基づいて前記パターン像の結像状態を調整するときに前記検出時の環境条件を用いることを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記検出結果から求められる前記結像状態の調整量を前記環境条件に基づいて補正することを特徴とする請求の範囲１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記調整量は、前記パターン像の形成条件と前記マークの検出条件との差異に応じたオフセットを含んで決定されることを特徴とする請求の範囲２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記オフセットは、前記パターン像の形成条件に応じて異なるとともに、前記環境条件に応じて補正されることを特徴とする請求の範囲３に記載の露光方法。
【請求項５】
前記検出結果から求められる前記結像状態の調整量を前記パターン像の形成条件に基づいて補正することを特徴とする請求の範囲１〜４の何れか一項に記載の露光方法。
【請求項６】
前記検出結果に基づいて前記投影系の結像特性を算出し、該算出された結像特性と前記環境条件とに基づいて前記結像状態を調整することを特徴とする請求の範囲１〜４の何れか一項に記載の露光方法。
【請求項７】
露光ビームでマスクを照明する照明系と、前記マスクのパターン像を基板上に投影する投影系とを有する投影露光装置において、
前記投影系を介してマークを検出するマーク検出系と、
前記マークの検出時における環境条件を検出する環境検出系と、
前記検出結果に基づいて前記パターン像の結像状態を調整するときに前記環境条件を用いる結像状態調整系と
を備えたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項８】
前記結像状態調整系は、前記検出結果から求められる前記結像状態の調整量を前記環境条件に基づいて補正することを特徴とする請求の範囲７に記載の投影露光装置。
【請求項９】
前記結像状態調整系は、前記調整量を前記パターン像の形成条件と前記マークの検出条件との差異に応じたオフセットを含んで決定することを特徴とする請求の範囲８に記載の投影露光装置。
【請求項１０】
前記結像状態調整系は、前記検出結果から求められる前記結像状態の調整量を前記パターン像の形成条件に基づいて補正することを特徴とする請求の範囲７、８、又は９に記載の投影露光装置。
【請求項１１】
前記検出結果に基づいて前記投影系の結像特性を算出し、該結像特性と前記環境条件とに基づいて前記結像状態を調整することを特徴とする請求の範囲７〜９の何れか一項に記載の投影露光装置。
【請求項１２】
第１面の物体の像を第２面上に投影する投影系の結像特性の計測方法において、
前記第１及び第２面の少なくとも一方に配置されるマークを前記投影系を介して検出し、該検出結果より前記投影系の結像特性を算出する第１工程と、
前記第１工程の実行時の環境条件に基づいて、前記第１工程で求めた結像特性の算出結果を補正する第２工程と
を有することを特徴とする結像特性の計測方法。
【請求項１３】
前記環境条件に応じて前記算出結果の補正量を異ならせることを特徴とする請求の範囲１２に記載の結像特性の計測方法。
【請求項１４】
前記マークの検出条件と前記物体の像の形成条件との差異に応じたオフセットを前記算出結果に加えて前記結像特性の補正量が決定され、
前記環境条件に応じて前記オフセットを変化させることを特徴とする請求の範囲１２に記載の結像特性の計測方法。
【請求項１５】
前記物体の像の形成条件に応じて前記オフセット及びその補正量を異ならせることを特徴とする請求の範囲１４に記載の結像特性の計測方法。
【請求項１６】
前記物体の像の形成条件をも用いて前記算出結果を補正することを特徴とする請求の範囲１２〜１５の何れか一項に記載の結像特性の計測方法。
【請求項１７】
請求の範囲１〜４の何れか一項に記載の露光方法を用いて、デバイスパターンを基板上に形成するリソグラフィ工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１８】
請求の範囲７〜９の何れか一項に記載の投影露光装置を用いて、デバイスパターンを基板上に形成するリソグラフィ工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、例えば半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、プラズマディスプレイ、又は薄膜磁気ヘッド等のデバイス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感応性の基板上に転写する際に使用される投影露光装置の投影系の結像特性の計測方法、及び露光方法に関する。更に、本発明は、そのような結像特性の計測方法を使用する投影露光装置に関する。
背景技術
半導体素子等を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターンを投影光学系を介して、感応材料又は感光材料としてのレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上の各ショット領域に転写するステッパー等の投影露光装置が使用されている。例えば半導体素子はウエハ上に十数層の回路パターンを所定の位置関係で積み重ねて形成されるため、投影露光装置には、レチクルやウエハ上のアライメントマーク（レチクルマークやウエハマーク）の位置を検出するためのアライメントセンサが備えられている。
このアライメントセンサには種々の方式があるが、例えばレチクルマークを検出するアライメントセンサには、露光用の照明光（露光光）でレチクルマークを照明してＣＣＤカメラ等で撮像し、得られた画像データを画像処理してレチクルマークの位置を計測するＶＲＡ（Ｖｉｓｕａｌ　Ｒｅｔｉｃｌｅ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式等の露光光を用いる方式が用いられる。このようなＶＲＡ方式のアライメントセンサは、投影光学系の投影倍率等の結像特性を計測する際にも使用される場合がある。
また、投影露光装置においては、投影光学系の周囲の大気圧が変動すると、投影光学系全体としての屈折率が変化し、投影光学系の投影倍率が変動してしまうため、気圧変化による投影倍率の変動を修正するために、例えばいわゆるレンズコントローラ（ＬＣ）が用いられる。これは、投影光学系を構成する一部のレンズ間の空間を密閉空間とし、その密閉空間内の気体の圧力を調整することにより、気圧変化による投影倍率の変動を修正するものである。更に、気圧変化等により生じる投影倍率の誤差や投影光学系の諸収差等の結像特性の変動を補正するために、レンズ支持部にピエゾ素子等の駆動部材を配置してレンズ間隔を調整したり、露光波長を制御したりする結像特性制御機構も使用されている。
上記の如く従来の投影露光装置では、気圧変化等による結像特性の変動に対処するために、レンズコントローラ等の結像特性制御機構を用いて結像特性を制御していた。このような結像特性制御機構を用いる場合には、例えば露光シーケンスの開始時、及び所定ロット数のウエハに対する露光が終わる毎に、上記のＶＲＡ方式のアライメントセンサ等を用いて結像特性を計測し、この計測された結像特性を初期状態として、その後は、例えば経験則によって予測される結像特性の変動量を用いて、その結像特性が所定の目標範囲内に収まるように制御していた。
しかしながら、その結像特性の計測時においても、投影光学系の周囲の大気圧は変化しており、その計測時の大気圧に応じてその結像特性の計測値に誤差が生じる恐れがある。このように結像特性の計測値（初期状態）自体に誤差が生じていると、その後で結像特性制御機構を用いて予想される結像特性の変動量を補正したとしても、残留誤差が生じることになる。このような残留誤差は現状では僅かであると考えられるが、集積回路の高密度化による回路パターンの微細化が今後も更に進むにつれて、最終的に製造されるデバイスの歩留りの悪化等を招く恐れがある。
また、投影露光装置においては、露光する線幅やパターン形状に応じて照明条件をいわゆる変形照明や小さいコヒーレンスファクタの照明（小σ値照明）等に切り換えることがあるが、照明条件を切り換える度に投影光学系の投影倍率等の結像特性が僅かに変動し、ウエハ上に投影される像が微妙に変化して、重ね合わせ精度等が低下する場合があった。
また、レチクルマークの位置を検出するＶＲＡ方式のアライメントセンサは、露光用の照明光学系とは別の照明系で被検マークを照明する方式であるため、ＶＲＡ方式のアライメントセンサによる計測結果より投影光学系の投影倍率を求めた場合には、求められた投影倍率に基づいて投影倍率を調整しても、露光時の投影倍率に誤差が生じてしまう恐れがあった。
本発明は斯かる点に鑑み、転写対象のパターンの像の結像状態（結像特性）の計測時（検出時）の環境条件が変化した場合でも、高精度にその結像状態を調整できるようにすることを第１の目的とする。
また、本発明は、その結像状態（結像特性）を計測（検出）する際の照明条件と、実際の露光時の照明条件とが異なるような場合でも、高精度にその結像状態を調整できるようにすることを第２の目的とする。
発明の開示
本発明による露光方法は、露光ビームでマスク（Ｒ）を照明し、投影系（ＰＬ）を介してそのマスクのパターン像を基板（Ｗ）上に転写する露光方法において、その投影系を介してマーク（３４Ａ，３４Ｂ）を検出し、この検出結果に基づいてそのパターン像の結像状態を調整するときにその検出時の環境条件を用いるものである。
斯かる本発明によれば、そのマークの検出結果よりそのパターン像の結像状態（例えば投影倍率）を求める。この場合、そのように求められる結像状態は、そのマークの検出時の環境条件（例えばその投影系の周囲の気圧等）に応じて変化する。そこで、例えば予めその環境条件と、そのマークの検出結果より求められる結像状態との関係を求めて記憶しておき、その環境条件に応じた補正を行うことによって、その検出時における結像状態を高精度に計測することができる。その後、この計測結果を用いてその結像状態の目標とする状態からの誤差を相殺するように、その投影系の結像特性を補正することによって、そのパターン像の結像状態を高精度に調整することができる。これに対して、そのマークの検出結果より求められる結像状態の値をそのまま用いて、その投影系の結像特性の調整を行うと、実際の露光時には結像状態の調整誤差が残存する恐れがある。
この場合、その検出結果から求められるその結像状態の調整量をその環境条件に基づいて補正することが望ましい。これによって容易に結像状態を高精度に調整することができる。
また、その結像状態の調整量は、一例としてそのパターン像の形成条件とそのマークの検出条件との差異に応じたオフセットを含んで決定される。例えばそのマークの検出条件としてのそのマークの検出時の照明条件と、そのパターン像の形成条件としての実際のリソグラフィ工程中の露光時の照明条件とは、照明光の開口数や開口絞りの形状等の条件が異なることがある。そこで、例えば予めその照明条件の相違によるその結像状態の変化量を求めてテーブル化しておき、そのマークの検出結果より得られるその結像状態の計測値を、そのパターン像の形成条件に応じて補正することによって、露光時における結像状態をより高精度に調整することができる。
また、そのオフセットは、一例としてそのパターン像の形成条件に応じて異なるとともに、その環境条件に応じて補正される。その形成条件としての照明条件には通常照明、及び輪帯照明等の複数の条件があるが、これらの条件毎に調整量のオフセットを変えることによって、種々の条件下でその結像状態を高精度に補正できる。なお、パターン像の形成条件は前述の照明条件（即ち、露光ビームでマスクを照明する照明系内でマスクのパターン面と実質的にフーリエ変換の関係となる所定面（照明系の瞳面）上での露光ビームの強度分布）だけでなく、投影系の瞳面上での露光ビームの強度分布や投影系の開口数などを含むものである。
また、その検出結果から求められるその結像状態の調整量を、そのパターン像の形成条件に基づいて補正するようにしてもよい。
次に、本発明による投影露光装置は、露光ビームでマスク（Ｒ）を照明する照明系（１，３，６〜９，１３〜１９）と、そのマスクのパターン像を基板（Ｗ）上に投影する投影系（ＰＬ）とを有する投影露光装置において、その投影系を介してマークを検出するマーク検出系（３８Ａ，３８Ｂ）と、そのマークの検出時における環境条件を検出する環境検出系（３１）と、その検出結果に基づいてそのパターン像の結像状態を調整するときにその環境条件を用いる結像調整系（２８，４２，４３，４４）とを備えたものである。斯かる本発明によれば、本発明の露光方法を実施できる。
この場合、その結像状態調整系は、その検出結果から求められるその結像状態の調整量をその環境条件に基づいて補正することが望ましい。
また、その結像状態調整系は、その調整量をそのパターン像の形成条件とそのマークの検出条件との差異に応じたオフセットを含んで決定することが望ましい。
次に、本発明による結像特性の計測方法は、第１面の物体（Ｒ）の像を第２面（Ｗ）上に投影する投影系（ＰＬ）の結像特性の計測方法において、その第１及び第２面の少なくとも一方に配置されるマーク（３４Ａ）をその投影系を介して検出し、この検出結果よりその投影系の結像特性を算出する第１工程（ステップ１０１，１０２）と、その第１工程の実行時の環境条件に基づいて、その第１工程で求めた結像特性の算出結果を補正する第２工程（ステップ１０３，１０４）とを有するものである。
斯かる本発明によれば、例えば予めその環境条件とその第１工程において算出されるその投影系の結像特性（例えば投影倍率）との関係を求めておき、その第１工程において算出された結像特性をその環境条件に応じて補正することによって、その投影系の結像特性を高精度に補正することができる。
この場合、その環境条件に応じてその算出結果の補正量を異ならせることが望ましい。
また、そのマークの検出条件とその物体の像の形成条件との差異に応じたオフセットをその算出結果に加えてその結像特性の補正量を決定し、その環境条件に応じてそのオフセットを変化させることが望ましい。
次に、本発明による第１及び第２のデバイス製造方法は、それぞれ本発明の露光方法又は投影露光装置を用いて、デバイスパターンを基板（Ｗ）上に形成するリソグラフィ工程を含むものである。斯かる本発明によれば、本発明の露光方法又は投影露光装置を用いるため、そのパターン像の結像状態を高精度に調整することができ、高機能のデバイスを製造することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の好ましい実施の形態の一例につき図面を参照して説明する。本例はステップ・アンド・スキャン方式よりなる走査露光型の投影露光装置の結像特性を制御する場合に本発明を適用したものである。
図１は、本例で使用される投影露光装置の概略構成を示し、この図１において、ＡｒＦエキシマレーザ光源１からの波長１９３ｎｍで狭帯化された紫外パルスレーザビームよりなる露光光ＩＬは、可動ミラー等を含むビームマッチングユニット（ＢＭＵ）３を通り、遮光性のパイプ５を介して可変減光器６に入射する。ウエハ上のレジストに対する露光量を制御するための露光コントローラ２９が、ＡｒＦエキシマレーザ光源１の発光の開始及び停止、並びに発光強度や発振周波数等を制御すると共に、可変減光器６における減光率を調整する。露光コントローラ２９は、装置全体の動作を統轄制御する主制御系２８から目標露光量等の情報を受け取ると共に、後述のように実測される露光量等の情報を主制御系２８に出力する。なお、露光光（露光ビーム）としては、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、Ｋｒ２レーザ（波長１４６ｎｍ）、若しくはＦ２レーザ（波長１５７ｎｍ）等の他のレーザ光、水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）、又は軟Ｘ線等を使用することもできる。
可変減光器６を通った露光光ＩＬは、レンズ系７Ａ，７Ｂよりなるビーム整形光学系を経てフライアイレンズ等のオプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザ、又はホモジナイザ）８に入射する。本実施の形態ではオプティカル・インテグレータ８としてフライアイレンズを用いるものとし、オプティカル・インテグレータ８の射出面（射出側焦点面）が照明系の瞳面（フーリエ変換面）とほぼ一致している。また、オプティカル・インテグレータ８の射出面には照明系の開口絞り板９が、駆動モータ１０によって回転自在に配置されている。なお、オプティカル・インテグレータ８として内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータなど）或いは回折光学素子などを用いてもよく、特に内面反射型インテグレータではその射出面がレチクルＲのパターン面とほぼ共役に配置され、開口絞り板９は光源１とオプティカル・インテグレータ８との間に配置される。
図２に示すように、開口絞り板９には、通常照明用の円形の開口絞り９ａ、変形照明の一例としての輪帯照明用の内径が外径のほぼ１／２の輪帯開口よりなる１／２輪帯絞り９ｂ、内径が外径のほぼ２／３の輪帯開口よりなる２／３輪帯絞り９ｃ、及び変形照明の別の例としての複数（本例では４個）の偏心した小開口よりなる４極照明用の開口絞り９ｄが配置されている。更に、その通常の照明用の開口絞り９ａには、小さいコヒーレンスファクタ用の照明（小σ値照明）に切り換えるために開口形状を制御する虹彩絞り（不図示）も備えられている。図１に戻り、主制御系２８が照明条件に応じて駆動モータ１０を介して開口絞り板９を回転することで、その照明条件を規定する所定の開口絞りがオプティカル・インテグレータ８の射出面に設定される。
なお、開口絞り板９の代わりに、或いはそれと組み合わせて、例えば照明光学系内に交換して配置される複数の回折光学素子、照明光学系の光軸に沿って可動なプリズム（円錐プリズム、多面体プリズムなど）、及びズーム光学系の少なくとも一つを含む光学ユニットを、光源１とオプティカル・インテグレータ８との間に配置し、オプティカル・インテグレータ８がフライアイレンズであるときにはその入射面上での露光光ＩＬの強度分布、オプティカル・インテグレータ８が内面反射型インテグレータであるときにはその入射面に対する露光光ＩＬの入射角度範囲を可変とすることで、照明光学系の瞳面上での露光光ＩＬの光量分布（２次光源の大きさや形状）、即ち照明条件を変更可能とし、照明条件の変更に伴う光量損失を抑えることが望ましい。
オプティカル・インテグレータ８から射出されて開口絞り板９中の所定の開口絞りを通過した露光光ＩＬは、透過率が高く反射率が低いビームスプリッタ１１に入射する。ビームスプリッタ１１で反射された露光光は、光電検出器よりなるインテグレータセンサ１２に入射し、インテグレータセンサ１２の検出信号は露光コントローラ２９に供給されている。露光コントローラ２９は、インテグレータセンサ１２の検出信号より間接的にウエハに対する露光光ＩＬの照度（パルスエネルギー）、及びその積算値（露光量）をモニタする。
ビームスプリッタ１１を透過した露光光ＩＬは、反射ミラー１３及びコンデンサレンズ系１４を経てレチクルブラインド機構１６内の固定の視野絞り１５に入射する。なお、本例のように投影露光装置がステップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型である場合には、照明領域を規定する視野絞り１５の他に、走査露光の前後に不要な領域への露光を防止するための可動の視野絞りが設けられる。レチクルブラインド機構１６の視野絞り１５で整形された露光光ＩＬは、結像用レンズ系１７、反射ミラー１８、及び主コンデンサレンズ系１９を介して、レチクルＲのパターン領域上の矩形の照明領域３６（図３参照）を一様な照度分布で照明する。ＡｒＦエキシマレーザ光源１、ＢＭＵ３、可変減光器６、レンズ系７Ａ，７Ｂ、オプティカル・インテグレータ８、開口絞り板９、ミラー１３〜主コンデンサレンズ系１９より照明光学系（照明系）が構成されている。
露光光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域内の回路パターンの像が両側（又はウエハ側に片側）テレセントリックな投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率（例えば１／４，１／５等）で、投影光学系ＰＬの結像面に配置されたウエハＷ上のレジスト層の露光領域に投影される。その露光領域は、ウエハＷ上の複数のショット領域のうちの１つのショット領域上に位置している。なお、本発明の投影系に対応する投影光学系ＰＬは、ジオプトリック系（屈折系）であるが、短波長の露光光に対する吸収を少なくするために、例えば国際公開公報（ＷＯ）００／３９６２３号に開示されているように、１本の光軸に沿って複数の屈折レンズと、それぞれ光軸の近傍に開口を有する２つの凹面鏡とを配置して構成される直筒型のカタジオプトリック系（反射屈折系）を使用してもよい。又は、投影光学系ＰＬとして、光軸がＶ字型に折れ曲がったような反射屈折系等を使用してもよい。
本例では露光光ＩＬとして真空紫外域のＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を用いているため、酸素等の吸光物質による露光光ＩＬの吸収を防止する必要がある。そこで、パイプ５内から可変減光器６、レンズ系７Ａ，７Ｂ、及びオプティカル・インテグレータ８等を経て主コンデンサレンズ系１９までの照明光路を外気から遮断するサブチャンバ６０が設けられている。そして、露光光の吸光物質による吸収を避けるために、そのサブチャンバ６０内の全体、及び投影光学系ＰＬの鏡筒内部の空間（複数のレンズ素子間の空間）の全体には不図示の配管を介して乾燥窒素ガス、又はヘリウムガス等のパージガスが供給されている。以下、投影光学系ＰＬ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の紙面に垂直にＸ軸を、図１の紙面に平行にＹ軸を取って説明する。
先ず、本例の投影光学系ＰＬは、光軸ＡＸに沿って配置された複数枚の光学部材（図１では、代表的にレンズＬ１，Ｌ２を示す。）と、これらを保持する鏡筒とから構成されている。そして、投影光学系ＰＬの投影倍率、及び所定の収差（ディストーション、コマ収差、非点収差、像面湾曲等）等の結像特性を制御するために、投影光学系ＰＬ中のレンズＬ１，Ｌ２を独立に等角度間隔で配置された３箇所の位置でＺ方向に駆動するアクチュエータ４３，４４が設けられ、アクチュエータ４３，４４の駆動量が結像特性コントローラ４２によって制御されている。アクチュエータ４３，４４としては、圧電素子（ピエゾ素子等）、又は電気式のマイクロメータ等を使用でき、３箇所のアクチュエータ４３（又は４４）を同時に伸縮することでレンズＬ１（又はＬ２）を光軸ＡＸ方向に駆動できると共に、３箇所のアクチュエータ４３（又は４４）の駆動量を変えることによって、レンズＬ１（又はＬ２）のＸ軸及びＹ軸の回りのチルト角を制御することができる。
結像特性コントローラ４２、及びアクチュエータ４３，４４が本発明の結像調整系に対応しており、主制御系２８からの結像特性の制御指令に応じて結像特性コントローラ４２は、指定された結像特性を指定された量だけ補正するようにアクチュエータ４３，４４を駆動する。なお、その結像調整系としては、投影光学系ＰＬ内の所定のレンズ間の気密室内の気体（パージガス）の圧力を制御するレンズコントローラ（ＬＣ）、又はレチクルＲの光軸方向の位置を３箇所で制御する機構等を使用してもよい。また、例えば露光光ＩＬの光路上の気圧を制御することは、露光光ＩＬの波長を制御することとほぼ等価である。そこで、露光コントローラ２９によってＡｒＦエキシマレーザ光源１の発振波長を制御することによって、結像特性を制御してもよい。この場合には、ＡｒＦエキシマレーザ光源１及び露光コントローラ２９が結像調整系となる。
また、その結像特性は、投影光学系ＰＬの周囲の気体の圧力（大気圧）によっても変動する。そこで、投影光学系ＰＬの近くに大気圧を計測するための気圧計３１が設置されており、気圧計３１で計測される大気圧が主制御系２８に供給されている。この場合、予め大気圧と結像特性の変動量との関係がテーブルとして主制御系２８内の記憶装置に記憶されており、大気圧が変動して投影光学系ＰＬの結像特性が許容範囲を超えて変動することが予測されるときに、主制御系２８は、その結像特性の予測される変動量を相殺するように結像特性コントローラ４２を介してその結像特性を補正する。また、その結像特性は、投影光学系ＰＬを通過する露光光ＩＬの積算エネルギーに応じても変動するため、例えばインテグレータセンサ１２によってモニタされる積算エネルギーに応じて、主制御系２８は、予測される結像特性の変動量を相殺するように結像特性コントローラ４２を駆動する。これによって、露光中に結像特性が一定の状態に維持される。なお、本例の気圧計３１が、本発明の環境検出系に対応している。
更に、その結像特性は、投影光学系ＰＬの瞳面上での露光光ＩＬの光量分布の変化に応じても変動するため、例えば投影光学系ＰＬの瞳面上での光量分布に関する情報に応じて、主制御系２８は予測される結像特性の変動量を相殺するように結像特性コントローラ４２を介してその結像特性を調整する。ここで、投影光学系ＰＬの瞳面上での光量分布は、前述した照明条件（照明光学系の瞳面（フーリエ変換面）上での露光光ＩＬの光量分布）の変更、及びレチクルパターンの種類（線幅など）などに応じて変化するので、主制御系２８はその照明条件などに応じて結像特性の変動量或いは補正量を算出する。このとき、結像特性コントローラ４２を介して投影光学系ＰＬの少なくとも１つのレンズを移動する代わりに、或いはそれに加えて、露光コントローラ２９を介して露光光ＩＬの発振波長を変更して、その結像特性の変動を補正してもよい。
次に、本例の投影露光装置のステージ系及びアライメント系の構成につき説明する。先ず、レチクルＲは、レチクルステージ２０上に吸着保持され、レチクルステージ２０は、レチクルベース２１上にＸ方向、Ｙ方向、及び回転方向に移動自在に載置されている。
図３は、図１のステージ系及びアライメント系の要部を示す斜視図であり、この図３に示すように、レチクルステージ２０上にはＸ軸、及びＹ軸にほぼ垂直な２つの反射面を持つ移動鏡２２ａが固定され、この移動鏡２２ａに図１の駆動制御ユニット２２内のレーザ干渉計よりＸ軸に平行な２軸のレーザビームＬＲＸ１，ＬＲＸ２、及びＹ軸に平行なレーザビームＬＲＹが照射され、そのレーザ干渉計によってレチクルステージ２０（レチクルＲ）のＸ座標、Ｙ座標、及び回転角がリアルタイムに計測されている。図１に戻り、駆動制御ユニット２２は、その計測結果、及び主制御系２８からの制御情報に基づいて、不図示の駆動モータ（リニアモータやボイスコイルモータ等）を介してレチクルステージ２０の位置決め動作の制御を行う。
次に、ウエハＷは、ウエハホルダ２３を介して試料台２４上に吸着保持され、試料台２４は、投影光学系ＰＬの像面と平行なＸＹ平面（不図示のウエハベースの上面）に沿って２次元移動するＸＹステージ２５上に固定され、試料台２４及びＸＹステージ２５よりウエハステージ２６が構成されている。試料台２４は、ウエハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）、及び傾斜角を制御してウエハＷの表面をオートフォーカス方式、及びオートレベリング方式で投影光学系ＰＬの像面に合わせ込み、ＸＹステージ２５はウエハＷのＸ方向、Ｙ方向へのステッピングを行う。また、投影光学系ＰＬのＹ方向の側面に、オフ・アクシス方式で画像処理方式のウエハマーク用のアライメントセンサ３５が配置されている。
そして、試料台２４の＋Ｘ方向の側面、及び＋Ｙ方向の側面はそれぞれ鏡面加工されて移動鏡として使用される。駆動制御ユニット２７内のレーザ干渉計より、図３に示すように、試料台２４の＋Ｘ方向の側面、及び＋Ｙ方向の側面にそれぞれＸ軸に平行な２軸のレーザビームＬＷＸ１，ＬＷＸ２、及びＹ軸に平行なレーザビームＬＷＹが照射されている。この場合、Ｙ軸のレーザビームＬＷＹの光軸の延長線は、アライメントセンサ３５の検出中心、及び投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通過し、Ｘ軸のレーザビームＬＷＸ１及びＬＷＸ２の光軸の延長線はそれぞれ光軸ＡＸ、及びアライメントセンサ３５の検出中心を通過している。そこで、試料台２４のＹ座標はレーザビームＬＷＹによって計測されると共に、アッベ誤差の発生を抑制するために、試料台２４のＸ座標は露光時にはレーザビームＬＷＸ１によって計測され、アライメント時にはレーザビームＬＷＸ２によって計測される。また、２つのレーザビームＬＷＸ１，ＬＷＸ２による計測値の差分より試料台２４の回転角が計測される。
なお、図３のように試料台２４の側面を移動鏡として使用する場合、レーザビームの光路とウエハＷの表面との間にＺ方向の位置ずれが生じているために、試料台２４のピッチング、又はローリングによってアッベ誤差が生じる恐れがある。これを避けるために、レーザビームＬＷＸ１，ＬＷＸ２，ＬＷＹに対してそれぞれＺ方向に所定間隔離してレーザビームを試料台２４の側面に照射し、Ｚ方向に離れた１対のレーザビームによる計測値に基づいて試料台２４のピッチング等によるアッベ誤差を補正するようにしてもよい。また、レチクルステージ２０と同様に、試料台２４上に直交する反射面を有する移動鏡を設置し、この移動鏡にレーザビームを照射して試料台２４の位置計測を行ってもよい。
図１に戻り、駆動制御ユニット２７内のレーザ干渉計によって計測される試料台２４（ウエハＷ）の２次元的な位置、及び回転角の計測値は、主制御系２８及びアライメントコントローラ３０にも供給されている。そして、駆動制御ユニット２７は、その計測値及び主制御系２８からの制御情報に基づいて、不図示の駆動モータ（リニアモータ等）を介してＸＹステージ２５の位置決め動作を制御する。但し、ウエハＷの回転誤差は、一例として、主制御系２８及び駆動制御ユニット２２を介してレチクルステージ２０を回転することで補正される。
露光時には、必要に応じて主制御系２８が開口絞り板９を回転することによって照明条件の設定が行われる。そして、レチクルステージ２０を介して露光光ＩＬの照明領域に対してレチクルＲが＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）、即ち走査方向ＳＤ（図３参照）に速度Ｖｒで走査されるのに同期して、ＸＹステージ２５を介して投影光学系ＰＬによる露光領域に対してウエハＷが−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度β・Ｖｒ（βはレチクルＲからウエハＷへの投影倍率）で走査される。レチクルＲとウエハＷとで走査方向が逆であるのは、投影光学系ＰＬが反転投影を行うからであり、正立像が投影されるときにはレチクルＲとウエハＷとの走査方向は同じになる。この際に、露光コントローラ２９によってウエハＷ上の各ショット領域に対する露光量の制御が行われる。そして、ウエハＷ上の一つのショット領域へのレチクルＲのパターン像の走査露光が終了した後、ＸＹステージ２５を介してウエハＷ上の次のショット領域を投影光学系ＰＬによる露光領域の手前に移動してから、レチクルＲとウエハＷとを同期走査するという動作がステップ・アンド・スキャン方式で繰り返されて、ウエハＷ上の各ショット領域への走査露光が行われる。
さて、上記のようにウエハＷ上の各ショット領域への露光を行う前には、予めレチクルＲのパターンとウエハＷ上の各ショット領域とのアライメントを高精度に行っておく必要がある。このため、図３に示すように、レチクルＲのパターン領域ＰＡをＸ方向（非走査方向）に挟むように１対の例えば十字型のレチクルマーク３７Ａ及び３７Ｂが形成され、レチクルマーク３７Ａ及び３７Ｂの上方にそれぞれ画像処理方式のレチクルアライメント顕微鏡（以下、「ＲＡ顕微鏡」と呼ぶ）３８Ａ及び３８Ｂが配置されている。ＲＡ顕微鏡３８Ａ，３８Ｂの撮像信号はアライメントコントローラ３０に供給されており、アライメントコントローラ３０は、供給された撮像信号よりそれぞれ２つのマークのＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量を求め、求めた位置ずれ量を図１の主制御系２８に供給する。結像調整系としての主制御系２８は、供給された位置ずれ量より所定の結像特性を求める。
図３において、試料台２４上のウエハホルダ２３の近傍にガラス基板よりなる基準部材３２が固定され、基準部材３２の上面はウエハＷの表面（ウエハ面）と同じ高さに設定されている。基準部材３２の上面に２つの枠状のＸ方向に所定間隔で配置された２次元の基準マーク３４Ａ，３４Ｂ、及びＸ方向へのライン・アンド・スペースパターンとＹ方向へのライン・アンド・スペースパターンとを組み合わせた２次元の基準マーク３３が形成されている。基準マーク３４Ａ，３４ＢのＸ方向の間隔は、レチクルマーク３７Ａ，３７Ｂのウエハステージ側への投影像の設計上の間隔に等しく設定され、基準マーク３４Ａ，３４Ｂの中心と、基準マーク３３の中心とのＹ方向の間隔は、レチクルＲのパターン像の中心とアライメントセンサ３５の検出中心との設計上の間隔（ベースライン量）ＢＬ１に設定されている。
図１に戻り、アライメントセンサ３５は、比較的広帯域でウエハＷ上のフォトレジストに対して非感光性の照明光で被検マークを照明する落射照明系と、被検マークの像が形成される面に配置された指標マークと、被検マークの像及び指標マークを撮像する２次元の撮像素子とを備えており、この撮像素子の撮像信号もアライメントコントローラ３０に供給されている。アライメントコントローラ３０は、その撮像信号を処理してその指標マークのウエハステージ２６上の共役像の中心（検出中心）に対する被検マークのＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量を検出し、検出結果を主制御系２８に供給する。更に、基準部材３２の底面の試料台２４の内部には、伝達光学系３９の先端部、この先端部からの照明光を集光するレンズ４０、その集光された照明光を基準マーク３４Ａ，３４Ｂ側に折り曲げるミラー４１が配置されており、伝達光学系３９は、ＡｒＦエキシマレーザ光源１内で露光光ＩＬの光路から分岐された光を照明光として基準部材３２の底面側に導いている。これによって、本例の基準マーク３４Ａ，３４Ｂは、露光光ＩＬと同じ波長の照明光で底面側から照明され、投影光学系ＰＬで色収差が生じない。
その照明光のもとで、基準マーク３４Ａ，３４Ｂの形成面とレチクルマーク３７Ａ，３７Ｂの形成面（レチクル面）とは投影光学系ＰＬに関して共役となる。従って、特別に色収差補正用の光学系を設けることなく、レチクルＲの上方のＲＡ顕微鏡３８Ａ（又は３８Ｂ）によって、基準マーク３４Ａ（又は３４Ｂ）の投影光学系ＰＬによるレチクル面への投影像に対するレチクルマーク３７Ａ（又は３７Ｂ）の位置ずれ量を高精度に検出することができる。本例の基準マーク３４Ａ，３４Ｂが本発明のマークに対応し、ＲＡ顕微鏡３８Ａ，３８Ｂがマーク検出系に対応している。本例では、伝達光学系３９、レンズ４０、及びミラー４１による基準マーク３４Ａ，３４Ｂの底面からの照明条件が、オプティカル・インテグレータ８を含む照明光学系による露光光ＩＬの照明条件と異なっているため、後述のようにその基準マーク３４Ａ，３４Ｂを用いた結像特性の計測結果を、実際の露光時の照明条件等に合わせて補正する。
なお、伝達光学系３９などを用いて基準マーク３４Ａ，３４Ｂをその底面から照明する代わりに、例えばＲＡ顕微鏡３８Ａ，３８Ｂに露光光と同じ波長の照明光で被検マークを照明する照明機構を備えてもよい。この場合には、ＲＡ顕微鏡３８Ａ，３８Ｂからの照明光でレチクルマーク３７Ａ，３７Ｂをその上方から照明し、レチクルマーク３７Ａ，３７Ｂの周囲を透過した照明光で投影光学系ＰＬを介して基準マーク３４Ａ，３４Ｂを照明する。そして、基準マーク３４Ａ，３４Ｂからの反射光、及びレチクルマーク３７Ａ，３７Ｂからの反射光によってＲＡ顕微鏡３８Ａ，３８Ｂの内部に形成される両方のマークの像を検出することによって、両マークの位置ずれ量を検出することができる。
また、図３の基準部材３２上の基準マーク３４Ａ，３４Ｂに対応してレチクルステージ２０上に基準マークを設け、レチクルマーク３７Ａ，３７Ｂの代わりとしてのレチクルステージ２０上の基準マークと、基準部材３２上の基準マーク３４Ａ，３４Ｂとの位置ずれ量をＲＡ顕微鏡３８Ａ，３８Ｂで検出するようにしてもよい。この際に、レチクルステージ２０上の基準マークを例えば長方形の各頂点の位置に配置し、それに対応するように基準部材３２上にも枠状の配置で基準マークを設けることによって、投影光学系ＰＬのディストーション等も計測することができる。このようにレチクルステージ２０上に基準マークを設ける場合には、その配置の自由度が増加する。
上記の基準マーク３４Ａ，３４Ｂ、レチクルマーク３７Ａ，３７Ｂ、及びＲＡ顕微鏡３８Ａ，３８Ｂはレチクルアライメントを行う場合に使用されるが、本例ではこれらの機構、及び上記の結像特性コントローラ４２等を用いて投影光学系ＰＬの所定の結像特性の計測及び補正を行う。以下では、計測対象の結像特性を投影光学系ＰＬの投影倍率として、その投影倍率の計測動作及び補正動作（投影倍率のキャリブレーション動作）の一例について図７のフローチャートを参照して説明する。
先ず、図７のステップ１０１において、図３に示すように、ＲＡ顕微鏡３８Ａ，３８Ｂにより基準マーク３４Ａ，３４Ｂのレチクル面への投影像に対するレチクルマーク３７Ａ，３７Ｂの位置ずれ量を計測する。このため、図１の主制御系２８は、ＸＹステージ２５を駆動して、基準部材３２の基準マーク３４Ａ，３４Ｂをほぼレチクルマーク３７Ａ，３７Ｂと共役な位置に移動する。次に、この状態で図１の伝達光学系３９、レンズ４０、及びミラー４１を用いて、露光光ＩＬと同じ波長の照明光で基準部材３２の底面より基準マーク３４Ａ，３４Ｂを照明する。
図４は、一方のＲＡ顕微鏡３８Ａのレチクル面での観察視野３８Ａａを示し、この図４において、一方の基準マーク３４Ａの像３４ＡＲ及びレチクルマーク３７Ａの像をＲＡ顕微鏡３８Ａで撮像し、その撮像信号を図１のアライメントコントローラ３０で処理することによって、基準マークの像３４ＡＲの中心ＦＡに対するレチクルマーク３７Ａの中心ＲＡのＸ方向及びＹ方向への位置ずれ量（ΔＸ１，ΔＹ１）を検出する。これと並行して、他方のＲＡ顕微鏡３８Ｂを介して、他方の基準マーク３４Ｂの像の中心ＦＢ（図５参照）に対するレチクルマーク３７Ｂの中心ＲＢのＸ方向及びＹ方向への位置ずれ量（ΔＸ２，ΔＹ２）を検出する。
ここで本例では、検出されたレチクルマーク３７Ａ，３７Ｂの位置ずれ量に基づいて、レチクルアライメントを行う。先ず、主制御系２８は、図５（Ａ）に示すように、基準マーク３４Ａ，３４Ｂの像の中心ＦＡ，ＦＢを結ぶ直線に対するレチクルマーク３７Ａ，３７Ｂの中心ＲＡ，ＲＢを結ぶ直線の回転角、即ち基準部材３２に対するレチクルＲの回転角θを求める。次に、駆動制御ユニット２２を介してレチクルステージ２０を−θだけ回転し、Ｙ方向の位置ずれ量ΔＹ１，ΔＹ２がそれぞれ０になるようにレチクルステージ２０のＹ方向の位置を調整する。その結果、レチクルマーク３７Ａ，３７Ｂの中心ＲＡ，ＲＢは、基準マーク３４Ａ，３４Ｂの像の中心ＦＡ，ＦＢを結ぶ直線上に位置する。その後、主制御系２８は、図５（Ｂ）に示すように、中心ＦＡ，ＦＢに対する中心ＲＡ，ＲＢのＸ方向の位置ずれ量が対称に振り分けられるように、即ち２つの中心ＲＡ，ＲＢのＸ方向の位置ずれ量が対称にΔＤずつになるようにレチクルステージ２０をＸ方向に移動させる。これでレチクルアライメントが完了する。この際に、ＲＡ顕微鏡３８Ａ，３８Ｂを介してそのＸ方向への位置ずれ量ΔＤを再計測してもよい。この場合、一方の中心ＦＡに対する中心ＲＡのＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量が（ΔＤ，０）であるとすると、他方の位置ずれ量は（−ΔＤ，０）となる。
次に、ステップ１０２に進み、検出されたレチクルマーク３７Ａ，３７Ｂの基準マーク３４Ａ，３４Ｂの像に対する位置ずれ量ΔＤに基づいて、投影光学系ＰＬの投影倍率β（レチクル面からウエハ面に対する投影倍率）を算出し、基準倍率（設計値）β０からの誤差Δβ２を求める。この場合、投影倍率βは、ウエハステージ側の基準マーク３４Ａ，３４Ｂの中心の間隔ＤＷを、レチクル面での基準マーク３４Ａ，３４Ｂの像の中心ＦＡ，ＦＢの間隔で除算した値であり、レチクルマーク３７Ａ，３７Ｂの中心ＲＡ，ＲＢの間隔をＤＲとすると、投影倍率βは次式のように表される。
β＝ＤＷ／（ＤＲ＋２・ΔＤ）　…（１）
なお、図５（Ａ）において、基準マーク３４Ａ，３４Ｂの像の中心ＦＡ，ＦＢの間隔が、レチクルマーク３７Ａ，３７Ｂの中心ＲＡ，ＲＢの間隔ＤＲよりも短くなっている場合には、（１）式の位置ずれ量ΔＤの符号は−（マイナス）になる。ここで、ウエハステージ側の基準マーク３４Ａ，３４Ｂの中心の間隔ＤＷ及びレチクルマーク３７Ａ，３７Ｂの中心ＲＡ，ＲＢの間隔ＤＲは、予め高精度に計測されて、主制御系２８の記憶装置に既知の露光パラメータとして記憶されている。主制御系２８は、（１）式より投影倍率βを算出した後、次のようにその投影倍率βの基準倍率β０からの誤差Δβ２を求める。
Δβ２＝β−β０　　　　　　　…（２）
次に、ステップ１０３において、投影光学系ＰＬの周囲の大気圧Ｐ及び次の露光時の照明条件に応じた倍率誤差の補正値Δβ１を算出する。その照明条件としては、照明系の開口数ＮＡＩＬＬ、及び照明系開口絞りの形状（図２の絞り９ａ〜９ｄの何れを使用するか）を用いる。更に本例では、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡＰＬもその照明条件とみなす。なお、その照明系の開口数ＮＡＩＬＬの代わりにσ値（＝ＮＡＩＬＬ／ＮＡＰＬ）を使用してもよい。
図６は、投影倍率の計測時の投影光学系ＰＬの周囲の大気圧Ｐとそれに応じて実測された倍率誤差（以下、「倍率誤差の補正値Δβ１」と呼ぶ）との関係の一例を示し、この図６において、横軸は大気圧Ｐ（ｈＰａ）、縦軸は倍率誤差の補正値Δβ１（ｐｐｍ）を示す。図６に示すように、投影光学系ＰＬの倍率誤差は、投影倍率の計測時の大気圧Ｐに対してほぼ直線的に変化し、倍率誤差の補正値Δβ１は、次式のように近似できる。
Δβ１＝ａ・Ｐ＋ｂ　　　　　　…（３）
ここで、係数ａ（ｐｐｍ／ｈＰａ）及びｂ（ｐｐｍ）はそれぞれ大気圧Ｐに対する倍率誤差の傾き及びオフセットであり、これらの係数ａ，ｂの値は、照明条件により異なった値となる。表１に種々の照明条件における係数ａ，ｂの値の実測例を示す。表１において、ＮＡＰＬ及びＮＡＩＬＬは、それぞれ投影光学系ＰＬ及び照明光学系の開口数であり、照明方式中の通常照明は図１の開口絞り９ａを使用し、１／２輪帯照明は１／２輪帯絞り９ｂを使用し、２／３輪帯照明は２／３輪帯絞り９ｃを使用することを意味する。また、輪帯照明時の照明光学系の開口数ＮＡＩＬＬは、輪帯の外径の開口数を意味する。また、係数ａＳＩＭ（ｐｐｍ／ｈＰａ）は、シミュレーションにより求めた各照明条件における倍率誤差の傾きを示す。表１より、シミュレーションの結果は実測データと良く合致していることが分かる。
【表１】
2002025711.tif 000003
本例では、図１の主制御系２８内部の記憶装置又は外部のホストコンピュータ等に、各照明条件に対応した倍率誤差の傾きａ及び倍率誤差のオフセットｂの値がテーブルとして記録されており、主制御系２８は、そのテーブルより露光時の照明条件に対応した倍率誤差の傾きａ及び倍率誤差のオフセットｂの値を求める。そして、主制御系２８は、気圧計３１による大気圧Ｐの計測値に基づいて、（３）式より倍率誤差の補正値Δβ１を求める。
次に、ステップ１０４に進み、主制御系２８は、ステップ１０２において求められた投影倍率βの基準倍率β０に対する誤差Δβ２から、ステップ１０３において求められた倍率誤差の補正値Δβ１を差し引いて、露光時における実際の残留倍率誤差Δβ（＝Δβ２−Δβ１）を求める。
そして、ステップ１０５において、主制御系２８は、結像特性コントローラ４２を介してアクチュエータ４３，４４を駆動することによって、投影光学系ＰＬのレンズＬ１，Ｌ２の状態を調整し、投影光学系ＰＬの投影倍率βを残留倍率誤差Δβを相殺するように、即ち投影倍率が（β−Δβ）になるように補正する。
このように、露光時の照明条件及び投影光学系ＰＬの周囲の大気圧Ｐの計測値に基づいて、ＲＡ顕微鏡３８Ａ，３８Ｂにより計測された投影倍率βの誤差Δβ２を補正することによって、露光時の照明条件及び投影光学系ＰＬの周囲の大気圧Ｐに応じて、高精度に投影倍率を求めることができ、この結果に基づいて高精度に投影倍率をキャリブレーションすることができる。更に本例によれば、ＲＡ顕微鏡３８Ａ，３８Ｂによる基準マーク３４Ａ，３４Ｂの像及びレチクルマーク３７Ａ，３７Ｂの検出結果を利用するため、レチクルアライメントと同時に投影倍率の調整を行うことができる利点がある。
以上のようにして投影倍率βが調整された後、露光工程（ステップ１０６）が行われ、露光が行われたウエハは、現像工程を経てから、現像後に残されたレジストパターンをマスクとしてエッチングやイオン注入等を行う加工工程、加工工程後の不要なレジストを除去するレジスト除去工程等を経る。そして、露光、現像、加工、レジスト除去等の各工程を繰り返すことで、ウエハプロセスが終了する。ウエハプロセスが終了すると、実際の組立工程にて、焼き付けられた回路毎にウエハを切断してチップ化するダイシング工程、各チップに配線等を行うボンディング工程、各チップ毎にパッケージングするパッケージング工程等を経て、最終的にＬＳＩ等の半導体デバイスが製造される。
また、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を投影露光装置本体に組み込み光学調整をすると共に、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより本実施の形態の投影露光装置を製造することができる。なお、投影露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
なお、上記の実施の形態では、レンズＬ１，Ｌ２を駆動して結像特性を制御しているが、その代わりに、又はそれと併用して、ＡｒＦエキシマレーザ光源１からの露光光ＩＬの発振波長λを制御するようにしてもよい。
また、上記の実施の形態では、結像状態又は結像特性として投影光学系ＰＬの投影倍率を用いているが、その他に結像状態として、投影光学系ＰＬのディストーション、コマ収差、及び非点収差等の計測、及び制御を行うようにしてもよい。ディストーションを計測する場合には、基準マーク３４Ａ，３４Ｂを例えば３個以上配置して、それぞれの投影像の位置ずれ量を計測すればよく、コマ収差を計測する場合には、例えば基準マーク３４Ａ，３４Ｂの代わりにボックス・イン・ボックスマークを使用して、外側のボックスマークの像と内側のボックスマークの像との位置ずれ量を計測すればよい。
なお、上記の実施の形態では照明光学系とは別にＲＡ顕微鏡３８Ａ，３８Ｂの照明系を設けるものとしたが、照明光学系の少なくとも一部をＲＡ顕微鏡３８Ａ，３８Ｂの照明系として利用してもよい。例えば、開口絞り板９から射出される露光光ＩＬの少なくとも一部をＲＡ顕微鏡３８Ａ，３８Ｂに導き、その露光光ＩＬをレチクルマークや基準マークに照射するように構成してもよい。又は、レチクルマーク３７Ａ，３７Ｂの上方に退避自在にビームスプリッタを配置し、マーク計測時には、そのビームスプリッタを露光光ＩＬの光路に設置して、照明光学系からの露光光ＩＬでレチクルマーク３７Ａ，３７Ｂ及び基準マーク３４Ａ，３４Ｂを照明し、それらのマークからの反射光をそのビームスプリッタを介してＲＡ顕微鏡３８Ａ，３８Ｂで検出するようにしてもよい。
更に、上記の実施の形態では本発明のマーク検出系としてＲＡ顕微鏡３８Ａ，３８Ｂを用いたが、そのマーク検出系はＲＡ顕微鏡に限られるものではなく、その構成は任意で構わない。例えばそのマーク検出系として、投影光学系ＰＬを介して投影されるマークの空間像を、ウエハステージ２６側で所定の開口を介して検出する空間像計測系等を用いてもよい。この場合、その開口として例えば被検マークを構成する各マークの像の線幅よりも幅の広い開口を用いて、その被検マークの像を撮像して得られる撮像信号を微分して得られる信号から、その被検マークの像の位置を検出するようにしてもよい。また、そのマーク検出系として、ウエハステージ２６側から露光光と同じ波長の照明光でスリットを照明し、このスリットを透過して、更に投影光学系ＰＬを介してレチクルＲで反射された照明光を、そのスリットを介して受光することによって、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置を検出するフォーカス位置検出センサを用いてもよい。
また、前述の実施の形態ではレチクルアライメントと同時に結像状態又は結像特性の調整を行うものとしているが、両者を同時に行わなくてもよいし、結像状態又は結像特性の調整を行わないでその検出のみを行うだけでもよい。また、前述の実施の形態では、環境条件として大気圧（投影光学系などの設置環境下での圧力）を用いているが、その代わりに、或いはそれと組み合わせて温度などを用いてもよい。
なお、本発明は上記の実施の形態のような半導体素子製造用の露光装置に限られることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置、並びにプラズマディスプレイ素子、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等のデバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでもよい。
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。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む２０００年９月２１日付け提出の日本国特願２０００−２８６５１５の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。
産業上の利用の可能性
本発明の露光方法によれば、マークの検出時の環境条件が種々に変化した場合でも、例えばそのマークの検出結果をその検出時の環境条件を用いて補正することによって、その検出結果を用いてパターン像の結像状態を高精度に調整することができる。
また、その結像状態の調整量を、そのパターン像の形成条件とそのマークの検出条件との差異に応じたオフセットを含んで決定する場合には、例えば結像状態を検出（計測）する際の照明条件と、実際の露光時の照明条件とが異なるような場合でも、高精度にその結像状態を調整することができる。
次に、本発明の投影露光装置によれば、本発明の露光方法を実施することができる。また、本発明による結像特性の計測方法によれば、その計測時の環境条件に応じてその投影系の結像特性を高精度に調整することができる。
また、本発明の第１及び第２のデバイス製造方法によれば、そのパターン像の結像状態を高精度に調整することができ、高機能のデバイスを製造できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態の一例において使用される投影露光装置を示す構成図である。図２は、図１の開口絞り板９を示す図である。図３は、図１の投影露光装置のステージ系及びアライメント系の要部を示す斜視図である。図４は、図３のＲＡ顕微鏡３８Ａの観察視野内の像を示す拡大図である。図５は、レチクルアライメント時における基準マークの像とレチクルマークとの位置関係を示す図である。図６は、投影光学系の周囲の大気圧とそれに応じた投影光学系の倍率誤差の補正値との関係の一例を示す図である。図７は、投影光学系の投影倍率のキャリブレーション動作の一例を示すフローチャートである。
【図１】
2002025711.tif 000004
【図２】
2002025711.tif 000005
【図３】
2002025711.tif 000006
【図４】
2002025711.tif 000007
【図５】
2002025711.tif 000008
【図６】
2002025711.tif 000009
【図７】
2002025711.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成14年8月30日(2002.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光ビームでマスクを照明し、投影系を介して前記マスクのパターン像を基板上に転写する露光方法において、
前記投影系を介してマークを検出し、
前記マークの検出時における環境条件を検出し、
前記マークの検出結果に基づいて求められた前記パターン像の結像状態の調整量を、前記環境条件に基づいて補正し、
前記補正された調整量を用いて前記結像状態の調整を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
削除
【請求項３】
前記調整量は、前記パターン像の形成条件と前記マークの検出条件との差異に応じたオフセットを含んで決定されることを特徴とする請求の範囲１に記載の露光方法。
【請求項４】
前記オフセットは、前記パターン像の形成条件に応じて異なるとともに、前記環境条件に応じて補正されることを特徴とする請求の範囲３に記載の露光方法。
【請求項５】
前記検出結果から求められる前記結像状態の調整量を前記パターン像の形成条件に基づいて補正することを特徴とする請求の範囲１、３、４の何れか一項に記載の露光方法。
【請求項６】
前記検出結果に基づいて前記投影系の結像特性を算出し、該算出された結像特性と前記環境条件とに基づいて前記結像状態を調整することを特徴とする請求の範囲１、３、４の何れか一項に記載の露光方法。
【請求項７】
露光ビームでマスクを照明する照明系と、前記マスクのパターン像を基板上に投影する投影系とを有する投影露光装置において、
前記投影系を介してマークを検出するマーク検出系と、
前記マークの検出時における環境条件を検出する環境検出系と、
前記マーク検出系による検出結果から求められる前記パターン像の結像状態の調整量を、前記環境条件に基づいて補正し、前記補正された調整量を用いて前記結像状態の調整を行う結像状態調整系と、を備えたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項８】
削除
【請求項９】
前記結像状態調整系は、前記調整量を前記パターン像の形成条件と前記マークの検出条件との差異に応じたオフセットを含んで決定することを特徴とする請求の範囲７に記載の投影露光装置。
【請求項１０】
前記結像状態調整系は、前記検出結果から求められる前記結像状態の調整量を前記パターン像の形成条件に基づいて補正することを特徴とする請求の範囲７又は９に記載の投影露光装置。
【請求項１１】
前記検出結果に基づいて前記投影系の結像特性を算出し、該結像特性と前記環境条件とに基づいて前記結像状態を調整することを特徴とする請求の範囲７又は９に記載の投影露光装置。
【請求項１２】
第１面の物体の像を第２面上に投影する投影系の結像特性の計測方法において、
前記第１面及び前記第２面の少なくとも一方に配置されるマークを前記投影系を介して検出し、該検出結果より前記投影系の結像特性を算出する第１工程と、
前記マークの検出時の環境条件を検出し、その検出された環境条件に基づいて、前記第１工程で求めた結像特性の算出結果を補正する第２工程と、
を有することを特徴とする結像特性の計測方法。
【請求項１３】
前記環境条件に応じて前記算出結果の補正量を異ならせることを特徴とする請求の範囲１２に記載の結像特性の計測方法。
【請求項１４】
前記マークの検出条件と前記物体の像の形成条件との差異に応じたオフセットを前記算出結果に加えて前記結像特性の補正量が決定され、
前記環境条件に応じて前記オフセットを変化させることを特徴とする請求の範囲１２に記載の結像特性の計測方法。
【請求項１５】
前記物体の像の形成条件に応じて前記オフセット及びその補正量を異ならせることを特徴とする請求の範囲１４に記載の結像特性の計測方法。
【請求項１６】
前記物体の像の形成条件をも用いて前記算出結果を補正することを特徴とする請求の範囲１２〜１５の何れか一項に記載の結像特性の計測方法。
【請求項１７】
請求の範囲１、３、４の何れか一項に記載の露光方法を用いて、デバイスパターンを基板上に形成するリソグラフィ工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１８】
請求の範囲７又は９に記載の投影露光装置を用いて、デバイスパターンを基板上に形成するリソグラフィ工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１９】
前記環境条件と、前記マーク検出結果に基づき算出される前記結像特性との関係を予め求めておき、
前記関係を用いて補正された前記結像特性に基づいて、前記結像状態を調整することを特徴とする請求の範囲６に記載の露光方法。
【請求項２０】
前記環境条件と、前記マーク検出結果に基づき算出される前記結像特性との関係を予め求めて記憶する記憶装置を更に有し、
前記結像状態調整系は、前記記憶装置に記憶された前記関係を用いて補正された前記結像特性に基づいて、前記結像状態を調整することを特徴とする請求の範囲１１に記載の投影露光装置。
【請求項２１】
前記環境条件と、前記マーク検出結果に基づき算出される前記結像特性との関係を予め求めておき、
前記関係に基づいて前記補正量を算出する工程を更に有することを特徴とする請求の範囲１３に記載の結像特性の計測方法。
【国際調査報告】
2002025711.tif 000011
2002025711.tif 000012
2002025711.tif 000013
2002025711.tif 000014