JP2002033259A

JP2002033259A - 投影露光方法、投影露光装置および照明光学装置

Info

Publication number: JP2002033259A
Application number: JP2000215698A
Authority: JP
Inventors: Koichi Hiraga; 康一平賀; Ken Ozawa; 謙小沢
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-07-17
Filing date: 2000-07-17
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【目的】光量計測センサーの配置位置に自由度を高め
るとともに、正確な光量を計測する。【構成】多光束発生手段（フライアイレンズ）と光束
調整手段（回折光学素子、プリズム）との間に光束分配
手段（ビームスプリッタ）を配置し、光束分配手段から
の光を光量計測センサーで計測し、レーザー光源から出
てくるパルス光の光量を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路や液
晶表示素子製造用の投影露光装置および方法に関し、特
に投影露光装置の露光量制御や照度均一化制御に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、有機/無機ＥＬディスプ
レー、液晶ディスプレー、薄膜磁気ヘッド等の回路パタ
ーン形成には、一般にフォトリソグラフィと呼ばれる工
程が必要である。この工程では通常、レチクル（マス
ク）パターンを半導体ウエハ、ガラス基板等の基板上に
転写する方法が採用される。基板上には感光性のフォト
レジストが塗布されており、照射光像、すなわちレチク
ルパターンの透明部分のパターン形状に応じて、フォト
レジストに回路パターンが転写される。一般に投影露光
装置（例えばステッパー）では、レチクル上に描画され
た転写すべき回路パターンの像が、投影光学系を介して
基板（ウエハ）上に投影・結像される。

【０００３】回路パターン形成に要求される線幅が細く
なるにつれ、レチクルの照明方法を改良することで転写
解像力を向上させる試みがなされている。その１つの照
明方法として、照明光学系の瞳面（フーリエ変換面）、
すなわちフライアイレンズの射出側焦点面近傍に輪帯状
（または円輪状とも呼ばれる）の開口絞り（空間フィル
ター）を配置し、照明光学系の光軸の回りに分布する照
明光束を部分的にカットして照明光束の光量分布を輪帯
状に規定することで、レチクルパターンに達する照明光
束に一定の傾斜を持たせる傾斜照明方式が提案されてい
る。さらに高解像力、大焦点深度の投影露光を達成する
ため、フライアイレンズの射出側焦点面近傍に照明光学
系の光軸に対してほぼ対称な４つの開口を有する絞りを
配置し、レチクルパターンの周期性に対応して特定方向
から照明光束を所定角度だけ傾斜させて照射する傾斜照
明方式も提案されている。

【０００４】さらに、生産性を高めるために、輪帯状又
は４開口の開口絞り（空間フィルター）を配置する代わ
りに、輪帯状又は４つの開口状の照明をプリズム、回折
光学素子を使って効率よく行うことが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】傾斜照明（輪帯状又
は４つの開口状の照明）を行う際に、レチクルに照明さ
れる実際の照明光束の光量（積算値）がどれだけになる
かを、正確に計測しないと、基板上で必要とする線幅の
パターンを露光することができない。

【０００６】しかしながら、上述した従来技術では、実
際の照明光束の光量（積算値）を計測する光量センサー
へ導くためのビームスプリッタ又はハーフミラーを、レ
チクルに一番近いフライアイレンズの射出側焦点面近傍
に配置していた。

【０００７】このため、レチクルとフライアイレンズと
の間の狭い空間に、ビームスプリッタ又はハーフミラー
を配置することは、設計の自由度を狭めることとなって
いた。さらに、光束のムラを解消するためのフライアイ
レンズの後にビームスプリッタ又はハーフミラーが配置
してあるために、光がビームスプリッタ又はハーフミラ
ーを透過する際の光量ムラを解消することができなかっ
た。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、設計の自由度を高め、照度均一性に優れ良好な
パターン形成が可能な照明光学系、投影露光装置を提供
することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決す
るため本発明においては、照明光学系中の光束調整手段
（プリズム、回折光学素子など）と多光束発生手段（フ
ライアイレンズ）との間に光束分配手段（ビームスプリ
ッタ又はハーフミラー）を配置し、光束分配手段で光を
光量計測センサーに導き、光の光量を光量計測センサー
で計測する。この計測された光の光量の積算値が、所定
の露光量（パターン露光時の適正露光量）に対応した目
標積算光量値ともほぼ一致するように光源から射出され
る光の光量調整を適宜行うこととした。

【００１０】光束調整手段により、光の光束は、マスク
に傾斜して照明するための所定形状に調整される。所定
形状は、輪帯又は多開口（４開口、８開口など）であ
る。また光の光量を計測する際には、光束の強度分布全
体と等価なものを光量計測センサーに導くように、拡散
板を２枚直列に配置することとした。

【００１１】

【作用】光量計測センサーの配置位置の自由度を高め
るとともに、光量ムラを減少させることができる。この
ため、投影露光装置の照明光学系の全体構成の設計に自
由度を上げ、且つマスク（または感光基板）へ与える光
量ムラを少なくして、所望の露光量制御を達成すること
ができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】―露光装置の全体構成― 図１は、本発明の実施例による投影露光装置（ステッパ
ー）の概略的な構成を示す図である。ここでは露光用光
源として、特に遠紫外域の可干渉性のパルス光（Ｋｒ
Ｆ、ＡｒＦ、Ｆ２エキシマレーザー等）を射出するパル
スレーザー光源１を用いるものとする。尚、可干渉性の
パルス光以外、例えば非干渉性のパルス光を用いても良
い。

【００１３】図１において、レーザー制御器３２は次に
照射すべきパルス光のエネルギー量（光量）に対応する
レーザー光源１の高圧放電電圧（印加電圧、または充電
電圧に対応）を制御するものであって、ここではパルス
毎にその光量の調整を行う。さらに光源１にて必要な所
定の充電時間が経過した後、外部トリガパルスを光源１
に送ってその発振（パルス数、発振間隔等）も制御す
る。ここで制御器３２は、露光装置本体用の主制御系３
１からの指令に基づいて上記制御を行うが、例えば特開
平２−２９４０１３号公報等に開示されているように、
主制御系３１と制御装置３２とによって露光装置本体と
レーザー光源１との協調制御を行うこともできる。

【００１４】さて、パルスレーザー光源１から射出され
るレーザービームＬＢは凹シリンドリカルレンズ２と凸
シリンドリカルレンズ３とからなるビームエクスパンダ
（ビーム断面形状変換光学系）に入射する。ビームエク
スパンダはレーザービームＬＢのビーム断面をほぼ正方
形で適切な大きさに整形する。

【００１５】ビームエクスパンダを射出したレーザービ
ーム（平行光束）ＬＢは反射ミラー４で反射され、四角
形又は六角形の微小レンズで構成された第１フライアイ
レンズ５０（第１の多光束発生素子）に入射する。

【００１６】第１フライアイレンズ５０を通過したレー
ザービームＬＢは、第１フライアイレンズ５０の射出端
で複数の２次光源像を形成する。その後レーザービーム
ＬＢは、ズーム光学系を構成する凸レンズ５、６を経由
して傾斜照明を行う光束調整器６０に入射し、所定の光
束に調整される。ズーム光学系を構成する凸レンズ５、
６は、第１レンズ駆動装置３５で駆動される。

【００１７】傾斜照明を行う光束調整器６０は、回折効
果、屈折効果により入射する光の方向を入射方向とは異
なる方向へ変えるものである。光束調整器６０が照明光
束の光量分布を輪帯状に規定する回折光学素子（DOE）
６１であれば、回折光学素子６１の射出端側ではレーザ
ービームＬＢの光量分布が輪帯状になる。光束調整器６
０が照明光学系の光軸に対してほぼ対称な４つの開口状
（多開口状）に規定する回折光学素子６２であれば、回
折光学素子６２の射出端側ではレーザービームＬＢの光
量分布が４つの開口状になる。もちろん、輪帯状および
４つの開口状に光束を調整する光束調整器以外に、２、
８つの開口状に光束を調整する回折光学素子であっても
よい。なお、傾斜照明方法とは、マスクＭを斜め方向か
ら照明することによって、微細パターンを好適に露光す
る方法である。

【００１８】マスクＭのパターンに応じて回折光学素子
６１と回折光学素子６２とを適宜使い分けることができ
るように、ターレットなどの駆動器７０で入れ替えでき
るように構成されている。

【００１９】図１では、本実施例に好適な光束調整器６
０として回折光学素子の一例を示したが、Ｖ型の凹部を
持つ円錐プリズム又は多面体プリズムを用いれば、同様
にレーザービームＬＢの光量分布を輪帯状又は４つの開
口状にすることができる。

【００２０】四角形又は六角形の微小レンズで構成され
た第２フライアイレンズ（第２の多光束発生素子）に適
した光束が入射するように、光束調整器６０を通過した
レーザービームＬＢは、ズーム光学系を構成する凸レン
ズ７、８が第２レンズ駆動装置３６によって光軸方向の
位置を調整される。第２フライアイレンズ１０に入射し
た光束は、第２フライアイレンズ１０の射出端で結像し
複数の３次光源像を形成する。

【００２１】凸レンズ７と第２フライアイレンズ１０と
の間には、光束分配器（ビームスプリッタ）９が配置さ
れ、大部分の光は通過し一部の光がここで反射する。反
射した光はレンズ１６を介して光量計測センサー１５に
導くように構成されている。光量計測センサー１５はマ
スクと共役面に配置されており、照度の均一性がマスク
面とほぼ同等になるようになっている。

【００２２】尚、光量計測センサー１５はフォトマル、
シリコンフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード等
であり、パルス光に対する応答性や感度等に応じて選択
・決定される。光量センサー１５は、レーザービームＬ
Ｂのパルス毎の光量（光強度）に応じた信号を光量積算
器３０に出力し、ここで第２フライアイレンズに入射す
る通過光量の積算値（全パルスの光量の合計値）が算出
される。

【００２３】さらに第２フライアイレンズ１０を射出し
た光束は、コンデンサーレンズ１１、１４、及び折り曲
げミラー１２に導かれ、マスクステージＭＳ上のマスク
Ｍを照明する。マスクＭの下面に形成されたパターンは
均一な照度で照明される。マスクパターンを透過、回折
した光は投影光学系２０により集光結像され、ウエハＷ
上にパターンの像を形成する。本発明は、第２フライア
イレンズの射出端には、乱反射を防止するために１≦σ
値の光を遮光する絞り（不図示）が設けられているが、
光束を輪帯状又は４つの開口状にする絞りは設けられて
いない。

【００２４】ウエハステージＷＳ上にはウエハＷに届く
レーザービームＬＢを計測する基準照度計（例えば焦電
型のパワーメータやＰＩＮフォトダイオード等）３３が
配置されている。基準照度計３３はレーザービームＬＢ
のパルス毎の光量（光強度）に応じた信号を主制御系３
１に出力する。光量センサー１５の出力は、光束調整器
６０による輪帯状の回折光学素子６１又は４開口状の回
折光学素子６２ごとに、基準照度計３３に対して較正さ
れる。

【００２５】主制御系３１は、単位パルス毎にレーザー
光源１に対する印加電圧と、その印加電圧のもとで発振
されるパルス光の光量との関係に関する情報を更新する
とともに、次に照射すべきパルス光の光量に対応した印
加電圧を上記更新した関係から求める。レーザー制御器
３２は、この印加電圧のもとで次パルスを光源１から発
振させる。

【００２６】干渉縞のコントラストを低減するため、折
り曲げミラー１２およびピエゾ素子１３によって、コン
デンサーレンズ１４に入射する光束の入射角をパルス毎
に変化させている。干渉縞のコントラストが所定値以下
であれば、コンデンサーレンズ１４に入射する光束の入
射角をパルス毎に変化させる必要はない。

【００２７】マスクＭのパターンに対する光学的なフー
リエ変換面（以下、照明光学系の瞳面と称す）が存在す
るが、前述の第２フライアイレンズ１０はそのマスク側
焦点面（射出側焦点面）が照明光学系の瞳面とほぼ一致
するように配置されている。

【００２８】主制御系３１は、ピエゾ素子１３、光量積
算器３０、レーザー制御器３２、基準照度計３３、第
１，２レンズ駆動装置３５，３６およびターレット７０
に接続しており、主制御系３１はマスクＭのパターンな
どに応じてこれらを適宜制御する。

【００２９】また、本実施例では光束調整器６０として
回折光学素子（DOE）又はプリズムを説明したが、例え
ば光ファイバー、Ｖ字型ミラーと２枚の平面ミラーとを
組み合わせたもの、凹型の多面体プリズムと凸レンズ
（または正のパワーを持つレンズ群）とを組み合わせた
もの、あるいは凸レンズアレイ等を用いても構わない。

【００３０】―第１実施例― 図２は、図１における第１フライアイレンズ５０から第
２フライアイレンズ１０までの間の光学系を抜き出した
ものである。アフォーカルズーム光学系（レンズ５、
６）で、光束調整器６０に入射する光束の入射角を変え
る機能を有している。本実施例では第１フライアイレン
ズ５０から光束が広がり角度２×φで発生している。図
２（ａ）では、アフォーカルズーム光学系（レンズ５、
６）を経由した光束が、回折光学素子６１に広がり角度
２×θ1で入射している。図２（ｂ）では、レンズ５，
６の光軸方向の位置を第１レンズ駆動器３５で移動させ
ることによって、アフォーカルズーム光学系を経由した
光束が、広がり角度２×θ1より狭い広がり角度２×θ2
で回折光学素子６１に入射している。

【００３１】図２（ａ）および図２（ｂ）で開示してい
る光束調節器は、輪帯状の傾斜照明を行うための回折光
学素子６１である。このため、六角形（又は四角形）の
微小レンズで構成された第２フライアイレンズ１０の入
射側には、それぞれＡ視野図、Ｂ視野図示されるよう
な、光束が入射する。図２（ａ）に示したズーム光学系
の配置によって、Ａ視野図に示されるように、外側径お
よび内側径が大きな輪帯状の光束が形成される。また、
図２（ｂ）に示したズーム光学系の配置によって、Ｂ視
野図に示されるように、外側径および内側径が小さな輪
帯状の光束が形成される。第１レンズ駆動器３５は、レ
ンズ５，６の光軸方向の位置を移動させることによっ
て、輪帯状の外側径を変化させるとともに、輪帯状の外
側径と内側径との比を変えることができる。第２レンズ
駆動器３６は、レンズ７，８の光軸方向の位置を移動さ
せることによって、輪帯状の外側径と内側径との比を変
えることなく輪帯状の外側径を変化させることができ
る。すなわち、マスクＭのパターン又はウエハＷに応じ
て、照明系のσ値（照明光学系の開口数ＮＡ(開口数)/
投影光学系の開口数ＮＡ(開口数)）を可変にすることが
できる。

【００３２】回折光学素子６１と第２フライアイレンズ
１０との間に配置されたビームスプリッタ９は、第１、
２レンズ駆動器によって又は回折光学素子６１、６２の
交換によって光束が変化した場合であっても、変化した
光束を光量計測センサー１５に導く。回折光学素子６１
は、回折光学素子６１の入射側と射出側とで光量エネル
ギーが変化させてしまうので、回折光学素子６１の入射
側にはビームスプリッタ９を配置することは不適当であ
る。また、波長が短いＡｒＦ、Ｆ２レーザーは、透過率
変動を生じ易く光量エネルギーが変化し易いので、ビー
ムエキスパンダー２，３を経由した箇所にビームスプリ
ッタ９を配置することは、ズーム光学系５，６、７およ
び８、回折光学素子６１で減衰した光量を計測できなく
なるので不適当である。その一方で、第２フライアイレ
ンズ１０よりマスクＭ側には、マスクＭを照明する光束
を遮るような部材は配置されていないため、第２フライ
アイレンズ１０の入射側と射出側とで光量エネルギーが
基本的に変化しない。このため、回折光学素子６１と第
２フライアイレンズ１０との間にビームスプリッタ９を
配置すれば、レーザービームＬＢのパルス毎の光量（光
強度）に応じた光量の積算値（全パルスの光量の合計
値）を的確に算出することができる。

【００３３】従来は、第２フライアイレンズとマスクＭ
との間にしかビームスプリッタを配置できなかったが、
本発明では、回折光学素子６１と第２フライアイレンズ
１０との間にビームスプリッタ９を配置して、積算光量
を的確に計測することができるようにした。また、従来
は、第２フライアイレンズ１０で光量ムラをほとんどな
くした後に、ビームスプリッタ９が配置されていたた
め、光がビームスプリッタ９を透過する際に生じる光量
ムラを解消することができなかったが、本発明では、光
がビームスプリッタ９を透過する際に生じる光量ムラを
第２フライアイレンズ１０で解消することができる。

【００３４】尚、ビームスプリッタ９は、ハーフミラー
又はプリズムで構成しても良い。 ―第２実施例― 図３に示した第２実施例の照明光学系は、図２に示した
第１実施例による照明光学系が、光源側から順に第１フ
ライアイレンズ５０、光束調整器６０、および第２フラ
イアイレンズ１０を備えていたのに対し、光源側から順
に光束調整器６０、第１フライアイレンズ５０、および
第２フライアイレンズ１０を備えている点で相違してい
る。本実施例でも、光束調整器６０と第２フライアイレ
ンズ１０との間にビームスプリッタ９が配置されてい
る。

【００３５】図３（ａ）の照明光学系において、回折光
学素子６１に入射した光束は、輪帯状の光束を射出し、
ズーム光学系を構成するレンズ５、６を経由する。レン
ズ５、６を経由した光束は、第１フライアイレンズ５０
に入射し、第１フライアイレンズ５０の射出端側に二次
光源を発生させる。第１フライアイレンズ１０で発生し
た二次光源は、ズーム光学レンズ８およびビームスプリ
ッタ９を経由して、輪帯状の光束が第２フライアイレン
ズ１０に入射する。

【００３６】図３（ｂ）の照明光学系は、回折光学素子
６１に替えて円錐プリズム６３を配置したものである。
円錐プリズム６３に入射した光束は、輪帯状の光束を射
出し、図３（ａ）と同様な輪帯状の光束を第２フライア
イレンズ１０の入射側に形成する。

【００３７】図３（ａ）、（ｂ）においても、レンズ
５、６、８を移動させることによって、輪帯状の大きさ
および内径/外形比を変えることができる。ズーム光学
系により輪帯状の大きさなどが変化しても、ビームスプ
リッタ９は変化した光束を光量計測センサー１５に導
く。さらに図示していないが、回折光学素子６１を４開
口状の光束に調整する回折光学素子に６２にターレット
で変化させた場合でも、ビームスプリッタ９は変化した
光束を光量計測センサー１５に導く。

【００３８】―第３実施例― 図４に示した第３実施例は、図１，２で示した第１実施
例の第１フライアイレンズ５０を配置する代わりに、凸
レンズ１８と光束混合器（ロッドインテグレータ）１９
とを配置したものである。さらに、図１，２で示した第
１実施例とは異なる位置にビームスプリッタ９を配置し
たものである。

【００３９】図４（ａ）の照明光学系において、平行光
の光束は、凸レンズ１８によって集光され、拡散光とし
て光束混合器（ロッドインテグレータ）１９に入射す
る。入射した光束は、光束混合器１９内で内面反射を繰
り返し、光束混合器１９の射出端で発散光束となってい
る。光束混合器１９の射出端はマスクＭと共役関係にな
っている。光束混合器１９を経由した光束は、回折光学
素子６１に入射し、輪帯状の光束を射出する。回折光学
素子６１からの輪帯状の光束は、ズーム光学レンズ７、
８およびビームスプリッタ９を経由して、第２フライア
イレンズ１０に入射する。

【００４０】図４（ｂ）の照明光学系は、回折光学素子
６１に替えて円錐プリズム６３を配置したものである。
光束混合器１９から円錐プリズムに６３入射した光束
は、輪帯状の光束を射出し、図４（ａ）と同様な輪帯状
の光束を第２フライアイレンズ１０の入射側に形成す
る。

【００４１】図４（ａ）、（ｂ）において、レンズ７、
８を移動させることによって、輪帯状の大きさおよび内
径/外形比を変えることができる。ズーム光学系により
輪帯状の大きさなどが変化しても、ビームスプリッタ９
は変化した光束を光量計測センサー１５に導く。さらに
図示していないが、回折光学素子６１を４開口状の光束
に調整する回折光学素子に６２にターレットで変化させ
た場合でも、ビームスプリッタ９は変化した光束を光量
計測センサー１５に導く。

【００４２】光束混合器１９は、図４（ｃ）に示すよう
に、例えば円筒形19-1、角柱系19-2の平坦な反射面を中
空で内側に平坦な反射面が位置するようにしたパイプ状
の光学素子、又は光透過性の硝材を用いた硝棒の光学素
子から成っている。四角柱状の光学素子を複数（例えば
４つ）束ねたものでもよい。

【００４３】―光量計測センサーまわり― 図１〜図４では、ビームスプリッタ９と光量計測センサ
ー１５との間には、レンズ１６のみが配置されている。
しかしながら、ビームスプリッタ９から光量計測センサ
ー１５に向かう光束は、均一な光量分布を有するもので
なく、例えば図５に示すような光量分布を有する場合が
ある。上述したように光量計測センサーは、マスク面と
共役な面に配置してあると照度分布はほぼ均一になるの
だが、マスク面とは異なり照度を均一にする役目の第２
プライアイレンズを経由していない。このため、入射ビ
ームが位置、角度変動等空間的揺らぎを起こしたとき、
センサー１５の出力もその影響を受けてしまう。また、
ビームスプリッタ９で分配された光束のすべての光量を
受けるとエネルギー密度が非常に高くなってしまい、セ
ンサー１５の許容値を超えることになる。さらには、空
間的に制限がある場合であっても、マスク面と共役面に
を配置しなければならないという制約も生じる。

【００４４】そこで、図５（ａ）では、光を拡散する拡
散板７１、７３を直列に配置することにより、入射ビー
ムの空間的な揺らぎの影響等を受けにくくしている。拡
散板７１の前段に集光レンズを加えてもよい。

【００４５】拡散板７１、７３が光束を拡散してエネル
ギー密度を下げることによりセンサー１５の破損を防止
するとともに、拡散させることにより、空間的揺らぎを
起こしても光束全体のエネルギー情報と等価な情報を得
ることができるからである。拡散板１枚でも同様な効果
を得ることができるが、拡散板２枚を直列に配列した方
がより好ましい。拡散板としては、乳白色のガラスなど
が使用される。

【００４６】図５（ｂ）では、減衰（ＮＤ）フィルター
７５をレンズ１６の直下に配置することにより、エネル
ギー密度を下げてセンサー１５の破損を防止している。
減衰フィルター７５をレンズ１６の直上に配置してもよ
い。但し、減衰フィルター自体の透過率が照射により変
動し、センサー１５からの出力に変動をきたすことがあ
る。このため、図５（ａ）のように拡散板７１、７３を
直列に配列した方がより好ましい。

【００４７】なお、ＫｒＦ、ＡｒＦ、Ｆ２エキシマレー
ザーのようなパルスレーザー光源で説明したが、電磁レ
ンズ等によって上記実施例と同様の装置を構成すれば、
電子線等の光以外のパルスエネルギー等を発生するもの
でも光源として用いることができる。また、ｉ，ｇ、ｈ
線などの高圧水銀ランプを使った光源などのパルス光源
でないものであっても本発明を適用できる。

【００４８】―露光量制御方法― 次に、本実施例による露光量制御方法を説明する。通
常、パルス光源から発振されるパルス光のエネルギー量
（光量）はパルス毎に、ある平均値を基準としてばらつ
き、そのばらつきは１５％（３σ）程度である。これに
対して、露光量制御で要求される目標制御精度は±１％
程度と高い。従って、１ショットの露光に対して複数の
パルス光を用いることが必要となり、パルス毎のエネル
ギー量のばらつきや露光制御ロジックに対応した最小露
光パルス数Ｎmin 以上で露光を行わなければならない。
このため、ウエハＷ上に形成されるレジスト層の感度が
ある程度高感度の場合には、パルス光源１からのパルス
光のエネルギー量を粗減光部（不図示）、例えば異なる
透過率を持ったメッシュ状の減光（ＮＤ）フィルター、
で減衰させて、１ショットの露光に必要なパルス数をＮ
min 以上にしなければならない。

【００４９】まずマクスＭ又はウエハＷに対応した露光
条件をメモリから読み出すことによって、レジスト層の
感度に対応した１ショットの目標（最適）露光量Ｓを装
置本体（主制御系３１）に入力する。次に、主制御系３
１は露光動作に先立ち、パルス光源１からパルス光を１
パルスないし数パルスだけ発振させ、ウエハＷ面上の基
準照度計３３で１パルス当たりのエネルギー量（平均
値）ＰAV (mJ/cm2・ pulse)を測定する。平均エネルギー
量ＰAVは、予めウエハ面上でのエネルギー量（光量）と
の較正が行われている光量センサー１５の出力値に、そ
の較正値αを乗じた値の合計値として求められる。この
とき、減光部では適当なＮＤフィルターに設定されてい
るものとする。

【００５０】照明系のＮＡ（照明系のσ値）が変わる
と、センサーの受光面に入射する光の角度が異なってし
まうため光量センサー１５の出力値も変わってしまう。
そのため、光量センサー１５の出力値に較正値αを乗じ
ることで、正確なエネルギー量Ｐを求めているのであ
る。

【００５１】エネルギー量を算出する際に使われる較正
値αは予め求められており、ターレット７０で輪帯状の
回折光学素子６１又は４開口状の回折光学素子６２など
に交換されるごとに、主制御系３１内のメモリから呼び
出される。さらに、第１レンズ駆動器３５によってレン
ズ５，６の光軸方向の位置を移動させることにより、又
は第２レンズ駆動器３６によってレンズ７，８の光軸方
向の位置を移動させることにより、照明系のσ値が変化
した場合も、較正値αが主制御系３１内のメモリから呼
び出される。

【００５２】主制御系３１は１ショットの露光に必要な
パルス数Ｎ（Ｎ＝Ｓ／ＰAV）を計算した後、所望の露光
量制御精度を達成するための最小露光パルス数Ｎmin に
対して、Ｎ≧Ｎmin なる関係を満足しているか否かを判
定する。ここで、Ｎ＜Ｎminとなっていると、主制御系
３１は平均パルスエネルギー量ＰAVを小さくしてパルス
数Ｎを増やすため、上記関係（Ｎ≧Ｎmin）を満足する
最適なＮＤフィルターを選択し、減光部においてＮＤフ
ィルターの交換を行う。

【００５３】さて、Ｎ≧Ｎmin なる関係が満たされてい
ると判定されると、ウエハＷ上の所定のショット領域が
露光位置まで移動された後、所定の露光制御ロジックに
従って露光が開始される。主制御系３１は、パルス光源
１から１パルスだけ発振させた後、露光制御ロジックに
従って１つのショット領域に対する露光が完了したか否
かを判定する。

【００５４】さて、１ショットの露光が終了したと判定
されると、主制御系３１はウエハＷ上に次に露光を行う
べきショット領域があるか否かを判断し、次ショットの
露光を続けて実行する場合にはウエハＷを移動する。そ
して、上記動作と全く同様に次ショットに対する露光を
完了する。以下、ウエハＷ上の全てのショット領域に対
する露光が終了と判断された時点で１枚のウエハに対す
る露光動作が完了することになる。

【００５５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、光束調
整器によって、光束の所定形状（例えば、輪帯状又は四
開口状形状）および大きさを変化させた場合であって
も、光束調整手段と多光束発生手段との間に配置した光
束分配手段で光量計測センサーに導き、パルス光の光量
を計測できる。この計測されたパルス光の光量の積算値
が、所定の露光量（パターン露光時の適正露光量）に対
応した目標積算光量値ともほぼ一致するように光源から
射出されるパルス光の光量調整も適宜行うことができ
る。

【００５６】光束調整手段と多光束発生手段との間に光
束分配手段を配置することができるため、照明光学系の
設計の自由度が広がる。また、光束分配手段、例えばハ
ーフミラーが多光束発生手段の射出側に配置されている
ことによって生じる光量ムラも解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例よる投影露光装置の概略的
な構成を示す図。

【図２】図１中に示した第１実施例の照明光学系の構成
を示す図。

【図３】第２実施例の照明光学系の構成を示す図。

【図４】第３実施例の照明光学系の構成を示す図、およ
びロッドインテグレータを説明した図。

【図５】光量計測センサー１５まわりの構成を示す図。

【符号の説明】

１光源２減光部５〜８光学素子（レンズ）９光束分配器１０，５０フライアイレンズ１５光量計測センサー１９ロッドインテグレータ２０投影光学系２１瞳面６１回折光学素子（輪帯光束を形成）６２回折光学素子（四開口光束を形成）

フロントページの続きＦターム(参考） 2H052 BA02 BA03 BA09 BA12 2H097 BB01 CA06 CA13 EA01 GB01 GB02 LA10 LA12 LA20 5F046 BA03 CA04 CB01 CB08 CB10 CB12 CB13 CB23 DA01 DA02 DB01 DB12 DC02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から光を射出してマスクのパターン
を所定の露光量で照射し、感光基板に前記パターン像を
転写する投影露光方法において、前記光源からの光の光束を、所定形状に調整し、前記所定形状に調整された前記光の光束を分配して、分
配された一部の光束を光量計測手段に導き、残りの光束
を多光束発生手段に導き、前記多光束発生手段で発生した光束を前記マスクに照射
し、前記光量計測手段で計測した結果に基づき、前記光源か
らの光の光量を調整することを特徴とする投影露光方
法。
【請求項２】前記所定形状は、光の光束を前記マスク
に傾斜して照明するための形状であることを特徴とする
請求項１に記載の投影露光方法。
【請求項３】前記所定形状は、輪帯又は多開口の形状
であることを特徴とする請求項２に記載の投影露光方
法。
【請求項４】前記所定形状に調整された光束は、ズー
ム光学系によって大きさが変えられるとともに、大きさ
が変えられた光束は分配されて前記光量計測手段に導か
れることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に
記載の投影露光方法。
【請求項５】前記光源はパルス光源であることを特徴
とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投影露光
方法。
【請求項６】光を射出する光源と、該光をマスクのパ
ターンに照射する照明光学系と、前記マスクのパターン
の像を感光基板に結像投影する投影光学系とを備え、光
の照射によって前記マスクのパターンを所定の露光量で
前記感光基板に転写する投影露光装置において、前記光源からの光の光束を、所定形状に調整する光束調
整手段と、前記光束調整手段で調整された光束を、第１方向及び第
２方向に分配する光束分配手段と、前記光束分配手段で第１方向に分配された光束の光量を
計測する光量計測手段と、前記光束分配手段で第２方向に分配された光束から多光
束を発生させる多光束発生手段と、前記光量計測手段の計測結果に基づいて前記光源を調整
して、前記多光束発生手段から発生した多光束で前記マ
スクを照明することを特徴とする投影露光装置。
【請求項７】前記光束調整手段は、光の光束を前記マ
スクに傾斜して照明するための所定形状に調整すること
を特徴とする請求項６に記載の投影露光装置。
【請求項８】前記所定形状は、輪帯又は多開口の形状
であることを特徴とする請求項７に記載の投影露光装
置。
【請求項９】前記光束調整手段と前記多光束発生手段
との間に、光束の大きさを変化させるズーム光学系を配
置することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項
に記載の投影露光装置。
【請求項１０】前記光源と前記光束調整手段との間
に、発散光束を射出する光束混合手段を配置することを
特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の投影
露光装置。
【請求項１１】前記光束分配手段と前記光量計測手段
との間に、光を拡散させる第１拡散部材と、該第１拡散
部材とは異なる第２拡散部材とを直列に配置することを
特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の投
影露光装置。
【請求項１２】前記光束分配手段と前記光量計測手段
との間に、光を減衰させる減衰部材を配置することを特
徴とする請求項６乃至１１のいずれか１項に記載の投影
露光装置。
【請求項１３】前記光源は、パルス光源であることを
特徴とする請求項６乃至１２のいずれか１項にに記載の
投影露光装置。
【請求項１４】マスクのパターンに光を照射する照明
光学装置において、入射する前記光の方向を入射方向とは異なる方向へ変え
て、光束を所定形状に調整する光束調整手段と、前記光束調整手段で調整された光束を、第１方向及び第
２方向に分配する光束分配手段と、前記光束分配手段で第１方向に分配された光束の光量を
計測する光量計測手段と、前記光束分配手段で第２方向に分配された光束を前記マ
スクへ導く光学手段と、を有することを特徴とする照明光学装置。
【請求項１５】前記光束調整手段は、光の光束を前記
マスクに傾斜して照明するための所定形状に調整するこ
とを特徴とする請求項１４に記載の照明光学装置。
【請求項１６】前記光学手段は、多光束を発生させる
多光束発生手段であることを特徴とする請求項１４に記
載の照明光学装置。
【請求項１７】前記光源と前記光束調整手段との間
に、発散光束を射出する光束混合手段を配置することを
特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の
照明光学装置。
【請求項１８】前記光束分配手段と前記光量計測手段
との間には、光の強度を制御する減光素子又は光を拡散
させる拡散素子が配置されていることを特徴とする請求
項１４乃至１７のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１９】前記照明光学装置の開口数が第１ＮＡ
から第２ＮＡへ変化する際には、前記光量計測手段から
の出力を第１較正値から第２較正値に変化させて照明光
量を算出することを特徴とする請求項１４乃至１８のい
ずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項２０】前記マスクのパターンを所定の露光量
で前記感光基板に転写する投影露光装置において、請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載の照明光学装
置を備えたことを特徴とする投影露光装置。