JP2682017B2

JP2682017B2 - 投影型露光装置および露光方法

Info

Publication number: JP2682017B2
Application number: JP63152697A
Authority: JP
Inventors: 敏男松浦
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1988-06-21
Filing date: 1988-06-21
Publication date: 1997-11-26
Anticipated expiration: 2012-11-26
Also published as: JPH023907A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は照明状態、特に被照明物体上での照度分布の
制御を行うことのできる投影型露光装置に関する。

〔従来の技術〕

露光装置は、半導体素子、特に超LSI等の高集積度の
半導体素子の製造や微細なパターニングを必要とする表
示素子等の製造に用いられており、その露光のための照
明光学系として種々のものが知られている。例えば、米
国特許第3,296,923号の如く、楕円鏡、コールドミラ
ー、発散性コリメーションレンズ、２個のフライアイレ
ンズ、収斂性コリメーションレンズを基本構成とし、被
照明物体面を均一に照明する構成がある。このようなフ
ライアイレンズを用いることによって、被照明物体面を
フライアイレンズの個数に相当する数の２次光源が形成
でき、これらにより被照明物体面を複数の方向から重畳
的に照明することができ、被照明物体面上での照度分布
の不均一性を数％以下にすることが可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、最近の超LSIの一層の高集積度化に伴
い、回路パターンの焼付露光に要求される照明の均一性
にはより優れた一様性が要求されてきており、フライア
イ・インテグレータの採用のみでは十分な均一性を得る
ことが困難になってきている。しかも、レチクル上の回
路パターンを投影レンズを介して被照明物体、例えばウ
エハ上に投影露光する所謂縮小投影型露光装置において
は、ウエハ面、レチクル面、照明光学系、投影光学系の
間で生ずる反射によってウエハ面上に達するフレア光は
一般に光軸を中心として中央部に集中し、様々な面での
反射光が積算されて中心部の照度が高くなるという照度
の不均一を発生する恐れがある。これは所謂“ホットス
ポット”と呼ばれており、これに起因する照度ムラも無
視し得ない場合があり、このようなフレアによる照度分
布の不均一性をも補正することが必要となってきてい
る。

そして、このフレアの原因となる反射光を生ずる種々
の面のうち、レチクルの透過率及びウエハ面での反射率
が最も大きな要素となっており、フレア光の強度はレチ
クルの透過率とウエハの反射率によって大きく変化す
る。レチクルはそのパターンが異なる毎に透過率が変化
し、またウエハはその材質が異なる場合や同一の材質か
らなっていても異なるレジストが塗布されている場合に
はその反射率が変化し、これらの変化によってウエハ面
上での照度は大きく変化する。このため、使用するレチ
クル及びウエハの状態によって照度分布が大きく影響を
受け、使用されるレチクルやウエハの状態に応じた照度
分布の補正が必要となってきている。

そこで本発明の目的は、使用されるレチクル等の投影
原板やウエハ等の被照明物体に応じて最適な照明状態を
維持し、より均一性に優れた照明が可能な投影型露光装
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による投影型露光装置は、所定のパターンを有
するレチクルやマスク等の投影原板を照明する照明光学
系と、投影原板上のパターンの像をウエハ等の被照明物
体上に投影するための投影光学系と、被照明物体上での
照度分布を補正するために前記照明光学系中に配置され
被照明物体上での照度分布を補正する照度分布補正手段
と、投影原板の透過率の値と被照明物体の反射率の値と
から被照明物体面上の照度分布状態を求める演算手段
と、該演算手段による出力に応じて前記照度分布補正手
段による補正状態を変換する制御手段とを有するもので
ある。

また、本発明による投影型露光装置は、所定のパター
ンを有する投影原版を照明する照明光学系と、投影原版
上のパターンの像を被照明物体上に投影する投影光学系
と、照明光学系中に配置され、被照明物体上での照度分
布を補正するための補正特性が異なる複数の補正部材を
有する照度分布補正手段と、被照明物体上での照度分布
を検出する検出手段と、検出手段の検出結果に基づい
て、照度分布補正手段が有している複数の補正部材を選
択する選択手段とを有するものである。

また、本発明による露光方法は、パターンを有した投
影原版を照明光学系により照明し、投影原版のパターン
像を被照明物体上に投影する露光方法であって、投影原
版の透過率と被照明物体の反射率との少なくとも一方の
値に基づいて、被照明物体上での照度分布を補正するも
のである。

〔作用〕

上記の如き本発明は、一般の露光装置では照明光学系
及び投影光学系が固定的に設けられており、また種々交
換される投影原板としてのレチクルやマスク及び被照明
物体としてのウエハは常にほぼ平面であるため、所謂ホ
ットスポットといわれるウエハ面上での照度分布はぼほ
一定の傾向を有しており、レチクルやウエハが交換され
ても照度分布は同一の傾向を有しつつその強度のみが変
化する傾向にあること、すなわちウエハ面上での照度分
布はレチクルやウエハの交換にともなって変化するもの
の、その分布の規格化した特性にはあまり変化がないと
いう知見に基づいている。

そして上記の如き本発明の構成によれば、ある投影型
露光装置における固有の照度分布特性、すなわちその装
置の照明光学系や投影光学系によって決まる照度分布の
固有の特性に対して、投影原板の透過率と被照明物体の
反射率との２つの要素を与えることによって、被照明物
体面上での照度分布を推定することができ、照度補正手
段によってその照度分布を的確に補正することが可能で
ある。

すなわち、レチクルの透過率と、ウエハの反射率とに
基づいて、その投影型露光装置に固有の照度分布特性に
おいてどのような照度分布の状態にあるかを演算手段に
より推定し、この演算結果に基づいて照度分布補正手段
を制御しているため、被照明物体面上の照度分布を直接
測定する必要なしに被照明物体面上での均一性の補正を
行うことが可能である。従って、使用する投影原板の透
過率と露光される被照明物体の反射率とを与えることに
よって、どのようなレチクルやウエハを用いる場合に
も、常に均一性の優れた照度分布を安定して維持するこ
とが可能となる。

そして、本発明による露光装置の照明光学系において
は、ホットスポットといわれる被照明物体面の中央部分
での照度の高まりを補正する目的であるために、照度分
布補正手段としては光軸中心の照度を低下させることが
必要であり、このためには均一照明のために使用されて
いるフライアイ・インテグレータの入射面の一部を遮光
することによって照度分布の補正を行うことが有効であ
る。このために本発明における照明光学系として、ほぼ
平行光束の照明光を供給する光源手段と、該光源手段か
らの平行光束中に配置され複数の集光点を形成して被照
明物体面を重畳的に照明するための小レンズ群を有する
フライアイ・インテグレータと、該フライアイ・インテ
グレータの入射面と被照明物体面とをほぼ共役にし、フ
ライアイ・インテグレータからの光束を被照明物体面に
導くためのコンデンサーレンズとを有する構成を採るこ
とが好ましい。そして、照度分布補正手段としては、フ
ライアイ・インテグレータの小レンズ群のうちの少なく
とも１つに入射する光束を部分的に遮光する遮光部が形
成された平行平面透明部材を、フライアイ・インテグレ
ータの入射光側に所定の距離を隔てて配置したものとす
ることが有効である。

この場合、フライアイ・インテグレータを構成する小
レンズ群のうちで遮光部により遮光される小レンズの数
Ｎを増加すれば、照度の低下度を強めることが可能とな
る。従って、遮光する小レンズの数Ｎが異なる平行平面
部材に適宜変換することによって、使用されるレチクル
やウエハの状態が変化しても常に均一な照明状態を維持
することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明による投影型露光装置の一実施例の概略
構成を示す光学構成図である。超高圧水銀ランプ11から
の光束は楕円鏡12で反射されて楕円鏡12の第２焦点Ｆ上
に集光され、収斂性のコリメーションレンズ14によって
平行光束に変換される。この平行光束中には被照明物体
としてのウエハＷ上に塗布されたレジストを露光するた
めの所定の波長域の光を透過する干渉フィルター15が配
置され、また同一頂角の円錐状凸面と円錐状凹面とを有
するコーンプリズムCPが配置されている。このコーンプ
リズムCPは、楕円鏡12による集光光束の軸上での強度が
弱いのを補正するために、入射する平行光束の周辺光束
を中心部へ変位させて、稠密な均一な光量分布の光束に
変換する機能を有している。これら超高圧水銀ランプ1
1、楕円鏡12、コリメーションレンズ14、干渉フィルタ
ー15及びコーンプリズムCPが、ほぼ平行光束の照明光を
供給する光源手段１を構成している。尚、第２焦点Ｆ上
に斜設されたミラーシャッタMsの回転により光路の開閉
が行われ、ウエハに対する露光時間が制御される。

この光源手段１からの平行光束中には、パターンドフ
ィルター16とこれに隣接してフライアイ・インテグレー
タ20が配置されている。パターンドフィルター16につい
ては後述するが、フライアイ・インテグレータ20により
その射出光側面Ｐ₁の近傍にこれを構成する小レンズの
数と等しい数の２次光源が形成される。この２次光源か
らの光束はダイクロイックミラー13で反射された後、第
１リレーレンズＬ₁によってほぼ平行光束に変換され、
ブラインドＢを通って第２リレーレンズＬ₂によって面
Ｐ₂上に集光される。そして、光路屈曲ミラー17で反射
された後、収斂性のコンデンサーレンズ18によって集光
され、投影原板としてのレチクルＲを照明する。そし
て、投影原板としてのレチクル上に形成された所定のパ
ターンが、投影対物レンズＬ₀によって被照明物体とし
てのウエハＷ面上に所定の倍率で投射され、ウエハ面上
に塗布されたレジストを露光させるのである。

ここで、フライアイ・インテグレータ20の射出面Ｐ₁
の近傍に形成される複数の光源像が実質的な面光源とな
り、リレーレンズＬ₁,L₂により面Ｐ₂に形成された面光
源の像はコンデンサーレンズ18を介して投影対物レンズ
Ｌ₀の入射瞳面Ｐ₀上に投影され、被照明物体としてのウ
エハＷ面に対して所謂ケーラー照明を行う。そして、投
影対物レンズＬ₀の射出瞳はほぼ無限遠にあり、ウエハ
側においてテレセントリックに形成されていることは言
うまでもない。そして、第１と第２リレーレンズＬ₁,L₂
間に配置されたブラインドＢは、複数の可動羽根からな
り、第２リレーレンズＬ₂とコンデンサーレンズ18とに
よってレチクルＲ面上にその像が形成され、レチクルＲ
面上での露光に必要な領域を規制する可変視野絞りとし
て機能している。

第１図中においては、光源と対物レンズの入射瞳Ｐ₀
との共役関係を表す光線を実線で示し、ブラインドＢと
レチクルＲ及びウエハＷとの共役関係を表す光線を破線
で示した。また上記の構成において、光源手段１から収
斂性のコンデンサーレンズ18までが照明光学系を構成し
ている。

ところで、パターンドフィルター16とフライアイ・イ
ンテグレータ20とをその入射光側からみた平面図を第2A
図にそれらの側面図を第2B図に示す。フライアイ・イン
テグレータ20は断面が四角形状の多数の小レンズが組み
合わされてなり、その入射光側レンズ面20aの後側焦点
はほぼ射出光側レンズ面20bの位置にあり、射出光側の
レンズ面20bの前側焦点は入射光側レンズ面20aの位置に
ある。このため、フライアイ・インテグレータに入射す
る平行光束は各小レンズの射出光側レンズ面の近傍に集
光され、フライアイ・インテグレータの射出面近傍に
は、小レンズの数に等しい数の２次光源が形成される。
各小レンズの射出光側レンズ面20bは各２次光源に対し
てフィールドレンズとして機能し、フライアイ・インテ
グレータ20の入射面20aがリレーレンズＬ₁,L₂によりブ
ラインドＢと共役に形成され、またコンデンサーレンズ
18により、レチクルＲ及び被照明物体としてのウエハＷ
面とほぼ共役に構成されている。従って、フライアイ・
インテグレータ20の射出面近傍に形成される多数の２次
光源からの光束がそれぞれ被照明物体としてのレチクル
Ｒ及び被照明物体としてのウエハＷを照明することによ
り、ウエハ面は重畳的に均一照明される。

そして、平行平面透明部材としての石英ガラス製のパ
ターンドフィルター16には、第2A図に例示する如く、多
数の小レンズのうちの２つの小レンズ21,22に入射する
光束の中央部分を遮光するための遮光部材として円形の
遮光部31,32が形成されている。このため、この遮光部
の作用を受ける小レンズを通過した光束によって被照明
物体面の中央では円形の低照度部を生じ、フレアによっ
て中心部が高くなる不均一な照度分布（所謂ホットスポ
ット）を補正して、被照明物体面全域にわたって均一な
照度分布にすることができる。遮光部30,31は平行平面
透明部材にクロム等の金属を蒸着により形成されてい
る。

ここで、第３図に示す如く、フライアイ・インテグレ
ータを構成する小レンズ群のうちで遮光部材により遮光
する小レンズの数Ｎが増加すれば、ウエハ面上での照度
は露光領域の中心での低下度が高まる。具体的には、前
述の如くフライアイ・インテグレータの入射面は被照明
物体面としてのレチクル及びウエハ面と共役に構成され
ているため、フライアイ・インテグレータを構成する個
々の小レンズの入射面がレチクル及びウエハ面の露光領
域と共役であり、これら各小レンズの入射面の中央部分
の光束を遮光することによってレチクルとよびウエハ面
上での中心部の光強度を低下させることができる。そし
て、中央部の光束を遮光する小レンズの数を増す程、被
照明物体面上の露光領域における中心部の光強度を低下
させることができるのである。

従って、第2A図に示したパターンドフィルター16で
は、２つの小レンズにおいて遮光部材を設ける構成とし
たが、この数を増すことによって所望の照度分布に補正
することもできる。このために本実施例では、第４図の
平面図に示す如く、遮光部材の数が異なる３つのパター
ンドフィルターNo1,No2,No3を交換可能に構成し、レチ
クルやウエハの交換に応じて適切な照明状態となるよう
に構成されている。

パターンドフィルター16は、第４図の平面図に示す如
くであり、軸16aを中心として駆動モータＭにより回転
可能な支持体16bに収納された３つのパターンドフィル
ターNo1,No2,No3から構成されている。No1フィルターは
フライアイ・インテグレータ20を構成する複数のレチク
ル要素のうちの４個について中心部を遮光し、No2フィ
ルターは２個を遮光し、No3フィルターは遮光部材を持
たないものである。第５図は、No1,No2,No3の各フィル
ターそれぞれによる照度分布の補正特性を示す図であ
る。図示のとおり、No1フィルターは最も補正効果が大
きく、No3フィルターは補正効果を持たず、No2フィルタ
ーは中間程度の補正効果を有している。照度分布は光軸
を中心として回転対称であるため、第５図の特性図では
原点を光軸として光軸からの距離を横軸として示した。
後記する第６図の照度分布説明図も同様である。

尚、パターンドフィルターに必要な遮光部はいずれ
も、石英ガラス等の平行平面透明部材にクロム等の金属
を所望の形状にて蒸着により形成することが望ましい。
光吸収性の塗料を所定の形状に塗布することも可能であ
るが、光吸収により発生する熱に十分耐え得る材料であ
ることが必要である。

次に、このような構成からなる投影型露光装置におけ
る照度分布の補正について説明する。

上記の如き露光装置の実用においては、前述した如
く、照明光学系や投影光学系の各レンズ面での反射及び
レチクルＲやウエハＷ面での反射によって生ずるフレア
光によって、ホットスポットと言われる照度の不均一を
生ずる場合がある。照明光学系及び投影光学系を構成す
るレンズ構成によってフレア光の発生する状態が決まる
ため、ホットスポットといわれる照度分布の特性は、光
学系の構成によってほぼ決定され、投影型露光装置はそ
の光学系の構成で決まる固有の照度分布特性を有してい
る。そして、ホットスポットの強度は主にレチクルの透
過率とウエハの反射率とによって決定される。

そこで、ウエハ面上での照明光量に対するフレアの率
ＦをＦ＝ｋ×Ｔ_R×Ｒ_W と定義することができる。ここで、ｋはその投影型露光
装置の光学系の構成で決まる固有の照度分布特性に対応
する定数であり、Ｔ_Rはレチクルの透過率、Ｒ_Wはウエハ
の反射率である。

そして、レチクルＲが全くパターンを持たない全面透
明なものであって、ブラインドの各羽根を移動して最大
に露光可能な領域を照明するようにした状態、即ちレチ
クルの透過率が最大の状態でフレアの率Ｆが最大とな
る。この最大のフレア率Ｆ_maxを予め求めておき、所望
のパターンのレチクルを用いて露光を行う場合のフレア
率Ｆとの比（F/F_max）を求めることによって、照度分布
の状態を推定することができる。すなわち、第６図に示
す如く、最大のフレア率Ｆ_maxの時のウエハ面上での照
度分布が曲線ａのように表されるとすると、F/F_maxの値
が0.6の場合は曲線ｂで、0.2の場合は曲線ｃで示される
ように、図の縦軸が比の値に応じて低減した状態にある
こととなる。そして、曲線ａとｂとの間の領域をＩ、曲
線ｂとｃとの間の領域をIIとし、曲線ｃ以下の領域をII
Iとして、照度分布の状態をこれら３つの状態に大別し
て、これらに応じた照度分布補正手段を講ずる。

この照度分布補正手段としては、前述した３つのパタ
ーンドフィルターNo1,No2,No3を用いる。各フィルター
による照度分布の補正特性は第５図に示した如くである
が、No1がF/F_max＝−0.8に対応する照度分布を均一に補
正し得るような特性を有し、No2がF/F_max＝−0.4に対応
する照度分布を均一に補正し得るような特性を有してい
るものとする。これにより、F/F_max＝0.6〜1.0の領域Ｉ
の場合にはNo1のパターンドフィルターを用いることに
よってフレア率の比F/F_maxを±20％以下に補正すること
ができ、F/F_max＝0.2〜0.6の領域IIの場合にはNo2のパ
ターンドフィルターを用いることによってフレア率の比
F/F_maxを±20％以下に補正することができる。そして、
F/F_max＝0.2以下の領域IIIの場合には、No3のフィルタ
ーにより格別補正しなくともフレア率の比F/F_maxを20％
以下に保つことができる。ここで、一般に生ずる恐れの
あるホットスポットによるウエハ面上での照度分布のム
ラは中心部が周辺部に対して数％以下程度であるため、
上記の如くホットスポットによるフレア率の比F/F_maxを
±20％以下に補正されるならば、ウエハ面上での実際の
照度ムラは２％以下に補正されることとなり、極めて均
一な照度分布に補正されることが明らかである。

次に、上記の如き照度分布の補正手法について説明す
る。第７図は上記の如きパターンドフィルターによるウ
エハ面上での照度分布の補正に関するシーケンスを示す
フローチャートである。

まず露光に用いるレチクルを投影型露光装置の所定位
置にローディングし（S1）、予め測定されたそのレチク
ルの透過率Ｔ_Rを入力する（S2）。そして、このレチク
ルのパターンが転写されるように所定のレジストが塗布
されたウエハをローディングし（S3）、そのウエハが一
連のロットの先頭であれば（S4）ウエハの予め測定され
た反射率Ｒ_Wを入力し（S5）、フレア率Ｆ及びF/F_maxを
計算する（S6）。そして、F/F_maxの値を前述した如く、
0.6及び0.2を境界とした３つの領域の何れにあるかを判
別し（S71,S72）、それぞれの領域に必要な照度分布補
正フィルターが設置されているか否かを判別し（S81,S8
2,S83）、必要なフィルターに交換する（S91,S92,S9
3）。

このような操作によって、ホットスポットの存在にも
かかわらずウエハ面上の照度分布が適切に補正され、露
光が行われる（S10）。この露光は一般に１枚のウエハ
に対して数十ショットの露光が順次繰り返されるもので
あり、ステージによりウエハが搬送されて１枚のウエハ
の露光を終了し、露光済として露光位置から露光領域以
外の所定位置に搬送される（S11）。ウエハの一連のロ
ットの先頭のウエハについては上記の如き演算に基づい
てパターンドフィルターNo1,No2,No3のうち適切なもの
が用いられ、一連のロットが終了するまでは（S12）１
枚目のウエハと同一条件で露光がなされる。

１つのロットの露光が終了して、レチクルを交換する
必要がなければ露光が終了し、レチクルを交換して再度
露光を行う場合には（S13）、レチクルがアンロードさ
れて別のレチクルがローディングされ（S1）、上記の操
作が繰り返される。上記のシーケンスにおいては、フレ
ア率及びF/F_maxの計算ステップ（S6）からフレア率の値
を３つの領域に判別するスリップ（S71,S72）までが演
算手段２によってなされ、所定のフィルターが配置され
ているか否かの判断ステップ（S81,S82,S83）及び各フ
ィルターの交換ステップ（S91,S92,S93）が制御手段３
によって成される。

尚、以上の説明においてはレチクルの透過率Ｔ_R及び
ウエハの反射率Ｒ_Wが予め判っている場合とし、これら
の値をマニュアルで入力したり、レチクル及びウエハの
交換の際に所定の記憶手段４から自動的に読み取って入
力することが可能であるが、正確を期すために露光の直
前にそれらを測定することも可能である。また一連のロ
ットの露光中に各値に変動がないか適宜モニターするた
めの、レチクル透過率及びウエハ反射率を測定するため
のモニター装置を備えることも可能である。

また上記実施例においては、パターンドフィルターと
して３段階の補正を行うために３つのフィルターを用い
たが、さらに多くのフィルターに交換する構成として多
段階の補正によってより均一な照度分布に補正すること
が可能である。そして各フィルターの交換方法も上記実
施例の如くターレット式に限ることなく、スライド式に
構成することも可能である。さらに、上記の実施例にお
いては１つのロットのウエハの最初のものについてフレ
ア率の比を計算して補正することとしたが、１つのロッ
ト内においてもブラインドを移動させて露光領域を変更
する場合にはその時点で、フレア率の比を求めて最適な
補正を行うことが好ましい。

以下には、レチクルの透過率測定及びウエハの反射率
測定のための具体的構成例について、第８図に基づいて
説明する。第８図はレチクルの透過率及びウエハの反射
率を測定するための装置を説明するために、第１図に示
した光学構成のうちブラインドＢからウエハＷまでの構
成に各測定装置の構成を加えて示したものである。

まずレチクルの透過率Ｔ_Rは、全くパターンを有しな
い全面透明なレチクルを配置して露光領域が最大となる
範囲にブラインドＢを拡げた状態の時のウエハ面上での
照明光量を１とし、実際の露光に用いられるパターンを
有するレチクル（以下、実使用のレチクルという。）を
配置してブラインドＢをそのレチクルの露光時と同一の
範囲の大きさに調節した時のウエハ面上での照射光量の
割合で表わされる。このため、全面透明なレチクルで露
光可能な最大範囲に露光光を照射した場合の照射光量
と、実使用のレチクルをその露光時と同一の照明状態と
した場合の照射光量とを、それぞれウエハステージ40上
に配置された照度計50を露光位置に配置して測定し、各
々の場合の測定出力の比からレチクルの透過率Ｔ_Rが演
算される。

ここで照度計50の受光面が露光領域よりも小さい場合
には、ウエハステージ40によって照度計50を露光領域内
で移動して複数個所で分割計測を繰り返し、露光領域全
面における照度をそれらの和として求めることによって
容易に測定することが可能である。

ところで、上記の如き測定においては、実使用レチク
ルの透過率測定のたびにパターンを持たない全面透明な
レチクルを必要とするが、パターンを持たない全面透明
なレチクルを配置した場合のウエハ面上での照射光量
は、光源手段から供給される光量が変化しない限り変わ
ることがない。そこで、ある規格化された光量の時にお
ける全面透明なレチクルを配置した場合のウエハ面上で
の照射光量を測定定数として持たせることとすれば、全
面透明なレチクルを配置した場合の測定をすることなし
に、レチクル透過率Ｔ_Rを求めることができる。このた
めに、光源手段から供給される光量を、例えば光路屈曲
ミラー17の透過光路上に配置された光量検出器51で検出
し、実使用のレチクルを配置した場合の測定値の規格化
を行うことが必要である。即ち、実使用のレチクルを配
置した場合の照射光量の測定と、光源手段からの供給光
量の測定とを行って、両測定値の演算から規格化された
照明光量における実使用レチクルでのウエハ面上の照射
光量を求め、この値と予め得られている規格化された光
量の時における全面透明なレチクルを配置した場合のウ
エハ面上での照射光量との比からレチクル透過率Ｔ_Rが
求められる。

尚、実使用のレチクルについてその露光範囲が変化す
る場合には同一のレチクルであっても透過率が異なるた
め、露光領域を変更する際には上記と同様にして透過率
を測定し直すことが好ましい。そして、レチクルの透過
率Ｔ_Rの測定は露光の直前に行うことも可能であるが、
レチクルのパターンが決まれば透過率が変化することは
ないので、レチクルに関する露光のデータを第１図に示
した記憶手段４に記憶させておくこととすれば、レチク
ル交換毎に又はブラインドの移動による露光範囲の変更
毎に測定を繰り返す必要がなくなり、スループットを低
下させることがなくなる。

さて、ウエハの反射率Ｒ_Wの正確な測定のためには、
露光光と同一の波長を用いることが必要となるが、レジ
ストを感光せさてしまうため、一般には感光波長以外の
波長光による反射率を測定して、この値を流用するか又
は補正して換算することが必要となる。このためには、
例えば第８図に示す如く投影対物レンズＬ₀と並列して
設けられた反射率測定装置を用いる。この例では、レジ
ストを感光させない波長光を発する所定の光源60からの
光束を正レンズ61によりファイバー62の入射面に集光し
てその射出面に導き、集光レンズ63及び半透過鏡64、ミ
ラー65を介して測定対物レンズ66に導きウエハＷ上に照
射する。ウエハからの反射光を測定対物レンズ66で集光
しミラー65を介して半透過鏡64を導き、半透過鏡64の透
過光を集光レンズ67によって光電変換素子68上に集光す
る。ステージ40上に設けられた基準反射部材69を測定対
物レンズの下に配置した場合の光電変換素子68の出力
と、露光しようとするウエハをステージ40により測定対
物レンズ66の下に配置した場合の光電変換素子68の出力
との比により、ウエハの反射率Ｒ_Wを求めることができ
る。

また、上記の反射率測定装置は投影対物レンズとは別
の測定用対物レンズを通して測定する方法であるが、投
影対物レンズを通して測定する所謂TTL測定も可能であ
る。このためには照明光学系中の光路屈曲ミラー17の透
過光路上に光学変換素子51を配置し、投影対物レンズＬ
₀を通してウエハからの反射光を検出する構成とするこ
とによって、ウエハの反射率を測定することが可能であ
る。

尚、ウエハの反射率の測定についても、露光直前に毎
回行うのではなく、ウエハの材質及びレジストが特定さ
れれば反射率は概ね決定されるため、ウエハの材質とレ
ジストとの組み合わせの各場合について予め反射率を測
定しておき、これらの値を第１図に示した記憶手段に記
憶させておき、これらの記憶値から適宜入力して、フレ
ア率の計算を行う構成とすることが望ましい。

以上のようにしてレチクルの透過率及びウエハの反射
率を求めることができ、本願発明により的確な照度分布
の補正を行うことができる。

ところで、上記実施例の説明においては、ある投影型
露光装置における照度分布の特性は、その照度光学系や
投影光学系が一定である限りほぼ一定であるとしたが、
何らかの要求によって照明光学系や投影光学系の構成を
変更した場合にこれに伴って照度分布特性が変化する場
合にも、上記の構成において照度分布を均一にするよう
に補正することが可能である。すなわち、第９図に示す
如く、遮光部材が形成される平行平面部材とフライアイ
・インテグレータの入射面との距離Ｄが大きくなるほど
被照明物体面上での照度低下の割合を小さくしてその低
下領域を広げることが可能である。このため、フライア
イ・インテグレータの入射面と遮光部が形成された平行
平面部材との距離Ｄを変えることによって、異なる特性
の照度分布の補正を行い常に均一な照度分布を維持する
ことが可能となる。

また、上記の実施例においては照度分布補正手段とし
てフライアイ・インテグレータの入射光側に所望の数の
遮光部材を設けた平行平面透過部材を配置したが、これ
に限らず、第５図の特性曲線に示す如く周辺部に対して
中心部の光量をより大きく減衰させるように連続的に濃
度の変化する種々のNDフィルターを用い、これらをウエ
ハ照射面としてのレチクル及びウエハと共役な位置にお
いて適宜交換する構成とすることも可能である。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明によれば、レチクル等の投影原板の
透過率と、ウエハ等の被照明物体の反射率とを与えるこ
とによって、被照明物体面上の照度分布を直接測定する
必要なしに被照明物体面上での照度の均一性を補正する
ことが可能である。そして、どのような投影原板や被照
明物体を用いる場合にも、使用されるレチクルやウエハ
に応じて最適な照度分布補正を行い、常に均一性の優れ
た照度分布を安定して得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による投影型露光装置の一実施例の概略
を示す光学構成図、第2A図は照度分布補正手段としての
遮光部材を有する平行平面透明部材とフライアイ・イン
テグレータとの位置関係を示す平面図、第2B図はその側
面図、第３図は平行平面透明部材（照度分布補正手段）
による照度分布の変化特性の説明図、第４図は照度分布
補正手段としてのパターンドフィルターの平面図、第５
図は照度分布補正手段としての３つのパターンドフィル
ターの特性曲線図、第６図は被照明物体面上での照度ム
ラの説明図、第７図は照度分布の補正のためのフローチ
ャートを示す図、第８図はレチクルの透過率及びウエハ
の反射率を測定するための装置の説明図、第９図は平行
平面透明部材（照度分布補正手段）による照度分布の変
化特性の説明図である。〔主要部分の符号の説明〕１……光源手段 16……照度分布補正手段（平行平面透明部材，パターン
ドフィルター）Ｌ₁,L₂……リレーレンズ｝照明光学系 18……収斂性コンデンサーレンズ｝照明光学系Ｒ……投影原板（レチクル）Ｗ……被照明物体（ウエハ）Ｌ₀……投影対物レンズ 20……フライアイ・インテグレータ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のパターンを有する投影原版を照明す
る照明光学系と、前記投影原版上のパターンの像を被照明物体上に投影す
る投影光学系と、前記照明光学系中に配置され、前記被照明物体上での照
度分布を補正する照度分布補正手段と、前記投影原版の透過率と前記被照明物体の反射率とから
前記被照明物体上での照度分布状態を求める演算手段
と、前記演算手段の出力に応じて前記照度分布補正手段を制
御する制御手段とを有することを特徴とする投影型露光
装置。
【請求項２】前記照明光学系は、ほぼ平行光束の照明光
を供給する光源手段と、該光源手段からの平行光束中に
配置され複数の焦光点を形成して前記被照明物体を重畳
的に照明するための小レンズ群を有するフライアイ・イ
ンテグレータと、該フライアイ・インテグレータの入斜
面と前記被照明物体とをほぼ共役にし、前記フライアイ
・インテグレータからの光束を前記被照明物体面に導く
コンデンサーレンズとを有することを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の投影型露光装置。
【請求項３】前記照度分布補正手段は、前記フライアイ
・インテグレータの小レンズ群のうちの少なくとも１つ
に入射する光束を部分的に遮光する遮光部を有し、前記
フライアイ・インテグレータの入射側に所定の距離を隔
てて配置された平面部材であることを特徴とする特許請
求の範囲第２項記載の投影型露光装置。
【請求項４】前記照度分布補正手段は、前記フライアイ
・インテグレータの小レンズ群のうちの少なくとも１つ
に入射する光束を部分的に遮光する遮光部材の数が異な
る複数の平面部材を有し、前記制御手段は前記複数の平
面部材を選択することを特徴とする特許請求の範囲第２
項記載の投影型露光装置。
【請求項５】前記平面部材は、前記平行光束の光路に沿
って移動可能であることを特徴とする特許請求の範囲第
３項または第４項記載の投影型露光装置。
【請求項６】パターンを有した投影原版を照明光学系に
より照明し、前記投影原版のパターン像を被照明物体上
に投影する露光方法において、前記投影原版の透過率と前記被照明物体の反射率との少
なくとも一方の値に基づいて、前記被照明物体上での照
度分布を補正することを特徴とする露光方法。