JP3358109B2

JP3358109B2 - 投影露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法

Info

Publication number: JP3358109B2
Application number: JP20189592A
Authority: JP
Inventors: 和弘平野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-07-06
Filing date: 1992-07-06
Publication date: 2002-12-16
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: JPH0620914A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体集積回路
又は液晶表示デバイス等をフォトリソグラフィー技術を
用いて製造する際に使用される投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等の回路パ
ターンをフォトリソグラフィー技術を用いて製造する際
に、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半導体ウエハ
等の基板上に転写する投影露光装置（例えばステッパ
ー）が使用されている。その基板上には、感光性のフォ
トレジストが塗布されており、照明光による像、即ちレ
チクルのパターンの透明部分の像がそのフォトレジスト
上に結像される。

【０００３】また、レチクルを照明するための照明光学
系中には、フライアイレンズ又は光ファイバー等よりな
るオプティカルインテグレータが配置されており、これ
らオプティカルインテグレータによりレチクル上に照射
される照明光の照度分布が均一化される。その均一化を
最適に行うためにフライアイレンズを用いた場合、フラ
イアイレンズのレチクル側焦点面（射出面側）とレチク
ルのパターン面とはほぼフーリエ変換の関係にあり、更
にフライアイレンズのレチクル側焦点面と光源側焦点面
（入射面側）ともフーリエ変換の関係にある。従って、
レチクルのパターン面とフライアイレンズの光源側焦点
面（正確にはフライアイレンズの個々のレンズエレメン
トの光源側焦点面）とは結像関係（共役関係）で結ばれ
ている。このため、レチクル上ではフライアイレンズの
各レンズエレメント（２次光源像）からの照明光がコン
デンサーレンズ等を介することによって加算され、これ
により照明光が平均化されてレチクル上の照度均一性が
良好な状態に設定される。

【０００４】従来の投影露光装置では、上述のフライア
イレンズ等のオプティカルインテグレータの入射面に入
射する照明光束の光量分布を、照明光学系の光軸を中心
とするほぼ円形内（又は矩形内）の領域でほぼ一様にな
るようにしていた。図４は上述の如き従来の縮小投影型
露光装置（ステッパー）の概略的な構成を示し、この図
４において、図示省略した光源からの照明光Ｌ１がフラ
イアイレンズ１に入射している。フライアイレンズ１か
ら射出された照明光Ｌ１は、空間フィルター（開口絞
り）３及びコンデンサーレンズ４を介してレチクルＲの
パターン５にほぼ垂直に入射する。そのレチクルＲのパ
ターン５の像が投影光学系ＰＬによりその最良結像面に
結像される。

【０００５】空間フィルター３はフライアイレンズ１の
レチクル側焦点面２、即ちレチクルＲのパターン５に対
するフーリエ変換面（以下「瞳共役面」と略称する）又
はその近傍に配置されており、その空間フィルター３は
投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを中心としたほぼ円形領域の
開口を有し、瞳共役面内にできる面状の２次光源像を円
形に制限している。投影光学系ＰＬの下方にはウエハス
テージ８が移動自在に配置され、このウエハステージ８
の上にウエハＷが保持され、ウエハステージ８上のウエ
ハＷに近接して受光面がそのウエハＷの露光面と同じ高
さになるように光電変換素子よりなる照射量モニター７
が固定されている。

【０００６】ウエハステージ８は投影光学系ＰＬの光軸
ＡＸに垂直な面内でウエハＷ及び照射量モニター７を位
置決めするＸＹステージ及びその光軸ＡＸの方向にウエ
ハＷ及び照射量モニター７を位置決めするＺステージ等
より構成されている。そして、ウエハＷへの露光時には
投影光学系ＰＬの露光領域にウエハＷが設定され、ウエ
ハＷの各ショット領域にレチクルＲのパターン５の像が
結像して露光される。また、ウエハＷへの照明光の露光
エネルギーを計測する際には、ウエハステージ８を駆動
して投影光学系ＰＬの露光領域に照射量モニター７の受
光面が設定され、その照射量モニター７の受光面にレチ
クルＲのパターン５の像が投影される。その照射量モニ
ター７の出力信号は信号処理装置９に供給される。ま
た、その照射量モニター７の受光面は投影光学系ＰＬの
光軸ＡＸに対して垂直に設定されており、照明光は照射
量モニター７の受光面に対し平均として垂直に入射す
る。

【０００７】但し、図４に示すように、レチクルＲに入
射する照明光Ｌ１は光軸ＡＸを中心として所定の入射角
の範囲内にあり、且つレチクルＲのパターン５からは０
次回折光Ｄ０の他に＋１次回折光Ｄｐ及び−１次回折光
Ｄｍ等が射出されるので、照射量モニター７に入射する
照明光の入射角は０を中心として所定範囲内に分布して
いる。このように、照射量モニター７へ入射する照明光
の入射角の平均値が０である場合には、その照明光の照
射エネルギーにほぼ対応する検出信号を得ることができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】最近はより投影光学系
ＰＬの解像度を向上させるために、図４のような通常の
照明光学系の他に、輪帯照明方式又は例えば特開平４−
１０１１４８号公報、特開平４−１８０６１３号公報等
に開示された所謂複数傾斜照明方式（変形光源法）等の
特別な照明光学系の使用が提案されている。この内の例
えば輪帯照明方式の照明光学系を使用した投影露光装置
において、図４のような照射量モニター７でその照明光
の照射エネルギーの計測を行うことを考えると、その照
射量モニター７に入射する照明光の入射角の平均値は０
ではなく所定の角度θｚとなる。

【０００９】しかしながら、照射量モニター７では照明
光の入射角により受光量と出力電流量との変換効率が変
わるため、輪帯照明方式の照明光学系の照明光に対して
は正確な光量の測定ができない不都合がある。同様に複
数傾斜照明方式の照明光学系の照明光に対しても、正確
な光量の測定ができないという不都合がある。更に、例
えば複数傾斜照明方式を使用する際には、レチクルＲの
パターン（ピッチ）に応じて照明光の傾斜角を切り換え
て使用するような場合も考えられるが、このように照明
光の傾斜角を切り換えたようなときにも、それぞれ正確
に照明光の光量、ひいては感光基板に入射する正確な露
光エネルギーを測定することが要求される。

【００１０】また、投影露光装置には照射量モニターだ
けでなく、露光時にも照明光の露光エネルギーを常時モ
ニターするために、光電変換素子よりなるインテグレー
タセンサが照明光学系中に配置されている。従来のイン
テグレータセンサは照明光学系中（例えばフライアイレ
ンズの射出側焦点面近傍）に配置されたビームスプリッ
ターにより取り出された照明光を光電変換するものであ
る。このようなインテグレータセンサでも照明光が傾斜
して入射すると変換効率が変化するために、そのままで
は正確にウエハＷへの積算露光エネルギーをモニターで
きないことになる。

【００１１】本発明は斯かる点に鑑み、例えば輪帯照明
方式や複数傾斜照明方式のように照明光が平均として光
軸に対して傾斜しているような場合でも、その照明光の
光量を正確に測定して、感光基板に対する露光エネルギ
ーを正確にモニターできる投影露光方法及び装置を提供
することを目的とする。更に本発明は、その投影露光方
法を用いたデバイス製造方法を提供することをも目的と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の投影
露光装置は、例えば図１に示す如く、光源からの照明光
（Ｌ２）でマスク（Ｒ）を照明する照明光学系（２１
Ａ，２１Ｂ，４）と、そのマスクのパターン像を所定の
結像面上に投影する投影光学系（ＰＬ）と、その結像面
に感光基板（Ｗ）の露光面が実質的に配置されるように
その感光基板（Ｗ）を保持するステージ（８）と、その
照明光（Ｌ２）の強度を測定するための光電検出手段
（７）とを備えた投影露光装置において、その光電検出
手段（７）に入射するその照明光の入射角に対応するデ
ータを入力する入力手段（１９）と、この入力されたデ
ータに応じてその光電検出手段（７）の出力信号を補正
する補正手段（２４）とを備え、この補正された出力信
号に基づいてその感光基板（Ｗ）に対する露光量の制御
を行うものである。

【００１３】また、その光電検出手段（７）は例えば図
３の光電検出手段（３２）で示すように、照明光学系中
に配置してあるものでもよい。また、本発明による第２
の投影露光装置は、光源からの照明光でマスクを照明す
る照明光学系と、その照明光を感光基板上に投射する投
影光学系とを備えた投影露光装置において、その照明光
を受光する光電検出手段と、その光電検出手段の受光面
上でのその照明光の入射角に対応するデータに応じて、
その光電検出手段によって検出されるその照明光の強度
情報を補正する補正手段とを備えたものである。次に、
本発明による投影露光方法は、照明光学系を通して光源
からの照明光でマスクを照明するとともに、投影光学系
を介してその照明光で感光基板を露光する投影露光方法
において、その照明光の強度情報を検出するとともに、
その強度情報を検出する光電検出手段の受光面上でのそ
の照明光の入射角に対応するデータに応じてその強度情
報を補正するものである。また、本発明によるデバイス
製造方法は、本発明の何れかの投影露光装置、又は投影
露光方法を用いてデバイスパターンを基板上に転写する
工程を含むものである。

【００１４】

【作用】斯かる本発明によれば、光電検出手段（７）に
入射する照明光の入射角の平均値をφとして、光電検出
器（７）の出力信号をＩ（φ）とすると、補正手段（２
４）では例えばその入射角φに対応するデータに基づい
て定まる所定の関数ｆ（φ）を用いて、例えばＩ（φ）
・ｆ（φ）等の演算によってその出力信号Ｉ（φ）を補
正する。この補正後の出力信号に基づいてその感光基板
（Ｗ）に対する露光量の制御を行うことにより、その照
明光が平均的にその光電検出手段（７）に対して傾斜し
ている場合でも、露光量制御を正確に行うことができ
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき図１及び図２
を参照して説明する。本実施例は所謂複数傾斜照明方式
の投影露光装置に本発明を適用したものである。

【００１６】先ず図２は本例の光源の周辺部の構成を示
し、この図２において、光源１０から射出された照明光
は楕円鏡１１、折り曲げミラー１２及びインプットレン
ズ１３を経てほぼ平行光束になる。その楕円鏡１１と折
り曲げミラー１２との間にシャッター１４を配置し、こ
のシャッター１４を駆動モーター１５で閉じることによ
り、インプットレンズ１３に対する照明光の供給を随時
停止する。光源１０としては、水銀ランプの外に、例え
ばＫｒＦレーザー光等を発生するエキシマレーザー光源
等を使用することができる。エキシマレーザー光源を使
用する場合には、楕円鏡１１〜インプットレンズ１３ま
での光学系の代わりにビームエクスパンダ等が使用され
る。

【００１７】そして、インプットレンズ１３から順に、
Ｖ字型の凹部を有する第１の多面体プリズム１６及び山
型の凸部を有する第２の多面体プリズム１７を配置し、
インプットレンズ１３から射出された照明光を第１多面
体プリズム１６を介して第２多面体プリズム１７に導
く。この第２の多面体プリズム１７から射出される照明
光は、光軸を中心として光軸に対称に２個の光束に分割
されて、それぞれフライアイレンズ１８Ａ及び１８Ｂに
入射する。この場合、駆動系１９により第１の多面体プ
リズム１６と第２の多面体プリズム１７との間隔を短縮
又は伸張することにより、第２の多面体プリズム１７か
ら射出される２分割された光束の間隔を調整することが
できる。

【００１８】なお、本例は２光束の傾斜照明であるが、
４光束で傾斜照明を行うにはその第１の多面体プリズム
１６の代わりに４角錐型（ピラミッド型）の凹部を有す
る多面体プリズムを配置し、第２の多面体プリズム１７
の代わりに４角錐型の凸部を有する多面体プリズムを配
置すればよい。これにより、インプットレンズ１３から
射出された照明光が、光軸ＡＸを中心としてほぼ９０°
間隔の（照明光学系の瞳面内で正方形又は長方形の各頂
点を通過する）４個の光束に分割される。

【００１９】図１は図２の第２の多面体プリズム１７に
続く光学系を示し、この図１において、図２の第２の多
面体プリズム１７からの一方の照明光束が第２群の第１
のフライアイレンズ１８Ａに入射する。このフライアイ
レンズ１８Ａから射出された光束はガイド光学系２０Ａ
を介して第１群の第１のフライアイレンズ２１Ａに入射
する。一方、図２の第２の多面体プリズム１７からの他
方の照明光束が第２群の第２のフライアイレンズ１８Ｂ
に入射する。このフライアイレンズ１８Ｂから射出され
た光束はガイド光学系２０Ｂを介して第１群の第２のフ
ライアイレンズ２１Ｂに入射する。第１群のフライアイ
レンズ２１Ａ及び２１Ｂの入射面における照明光の照度
分布は、第２群のフライアイレンズ１８Ａ及び１８Ｂに
よって均一化されている。

【００２０】また、フライアイレンズ１８Ａ、ガイド光
学系２０Ａ及びフライアイレンズ２１Ａは第１の鏡筒部
２２Ａの内部に収納され、フライアイレンズ１８Ｂ、ガ
イド光学系２０Ｂ及びフライアイレンズ２１Ｂは第２の
鏡筒部２２Ｂの内部に収納されている。２４は装置全体
の動作を制御する主制御系を示し、主制御系２４は駆動
系１９を介して、図２の２個の多面体プリズム１６及び
１７の間隔に応じて２個の鏡筒部２２Ａ及び２２Ｂの光
軸ＡＸに垂直な方向の間隔を調整する。また、第１の鏡
筒部２２Ａと第２の鏡筒部２２Ｂとの間隔の情報は駆動
系１９を介して常時主制御系２４に供給されている。

【００２１】第１群のフライアイレンズ２１Ａ及び２１
Ｂから射出された照明光Ｌ２は、コンデンサーレンズ４
によりレチクルＲのパターン５に照射される。レチクル
Ｒ上での照明光の照度分布はその第１群及び第２群のフ
ライアイレンズで２重に均一化されて、極めて均一性の
良いものとなっている。その照明光のもとでレチクルＲ
のパターン５の像が投影光学系ＰＬを介してウエハステ
ージ８上のウエハＷの露光面上又は光電変換素子よりな
る照射量モニター７の受光面上に結像される。ウエハＷ
への照射エネルギーをモニターする場合には、投影光学
系ＰＬの露光領域に照射量モニター７が配置され、この
照射量モニター７の光電変換信号がアナログ／デジタル
（Ａ／Ｄ）変換器２３を介して主制御系２４に供給され
る。

【００２２】図１において、第１群のフライアイレンズ
２１Ａ及び２１Ｂのそれぞれの中心は共に、コンデンサ
ーレンズ４の光軸ＡＸから離れた位置に存在している。
また、第１群のフライアイレンズ２１Ａ及び２１Ｂのそ
れぞれのレチクル側焦点面２１Ａａ及び２１Ｂｂはレチ
クルＲのパターン５のフーリエ変換面２とほぼ一致して
いる。これにより、光軸ＡＸと第１群のフライアイレン
ズ２１Ａ及び２１Ｂのそれぞれの中心との距離をＲ、コ
ンデンサーレンズ４の焦点距離をｆ、第１群のフライア
イレンズ２１Ｂから射出された照明光Ｌ２の主光線のレ
チクルＲに対する入射角をψとすると、次の関係があ
る。ｆ・ｔａｎψ＝Ｒ従って、主制御系２４はその光軸ＡＸと第１群のフライ
アイレンズ２１Ａ及び２１Ｂのそれぞれの中心との距離
Ｒより、その照明光Ｌ２の主光線のレチクルＲに対する
入射角ψを算出することができる。

【００２３】レチクルＲ上に描画された回路パターン等
のパターン５は、一般に周期的なパターンを多く含んで
いる。従って１つのフライアイレンズ２１Ｂからの照明
光Ｌ２が照射されたレチクルＲのパターン５からは０次
回折光Ｄ０、＋１次回折光Ｄｐ、−１次回折光Ｄｍ及び
より高次の回折光成分が、パターンの微細度に応じて定
まる方向に発生する。

【００２４】このとき、照明光の主光線が光軸ＡＸに対
して傾いた角度でレチクルＲに入射するため、発生した
各次数の回折光成分も、照明光がレチクルＲに垂直に入
射する場合に比べて、傾いた状態で（角度ずれをもった
状態で）レチクルＲのパターン５から発生する。即ち、
照明光Ｌ２は光軸ＡＸに対して角度ψだけ傾いてレチク
ルＲに入射し、レチクルＲのパターン５からは、光軸Ａ
Ｘに対して角度ψだけ傾いた方向に進む０次回折光Ｄ
０、０次回折光に対して角度θｍだけ光軸ＡＸ側に傾い
て進む−１次回折光Ｄｍが発生する。また、レチクルＲ
のパターン５からは光軸ＡＸから離れる方向に光軸ＡＸ
に対して角度（θｐ＋ψ）の方向に＋１次回折光Ｄｐが
発生する。そのレチクルＲのパターン５の図１の紙面に
平行な方向のピッチをＰ、照明光Ｌ２の波長をλとする
と、それら回折角θｐ及びθｍは、それぞれ次式を満た
している。ｓｉｎ（θｐ＋ψ）−ｓｉｎψ＝λ／ｐ（１）ｓｉｎ（θｍ−ψ）＋ｓｉｎψ＝λ／ｐ（２）

【００２５】ここでは、＋１次回折光Ｄｐ及び−１次回
折光Ｄｍの両方が投影光学系ＰＬの瞳６を透過している
ものとする。レチクルＲのパターン５の微細化に伴って
回折角θｐ及びθｍが増大すると、先ず角度（θｐ＋
ψ）の方向に進行する＋１次回折光Ｄｐが投影光学系Ｐ
Ｌの瞳面６の絞りを透過できなくなる。即ち、投影光学
系ＰＬの入射側の開口数をＮＡｒとすると、ｓｉｎ（θ
ｐ＋φ）＞ＮＡｒの関係が成立してくる。しかし、照明
光Ｌ２が光軸ＡＸに対して傾いて入射している為、この
ときの回折角でも−１次回折光Ｄｍは投影光学系ＰＬを
透過する。即ち、ｓｉｎ（θｍ−ψ）＞ＮＡｒの関係が
成立している。従って、ウエハステージ８上には０次回
折光Ｄ０及び−１次回折光Ｄｍの２光束が光軸ＡＸに対
してそれぞれ角度ψ及び角度（θｍ−ψ）だけ傾いて入
射する。ここで、鏡筒部２２Ａ及び２２Ｂの光軸ＡＸに
垂直な面内での位置は、レチクルＲのパターン５の微細
度（ピッチ、デューティ等）及び周期方向等に応じて変
更できるようになっている。

【００２６】この場合、それら鏡筒部２２Ａ及び２２Ｂ
の光軸ＡＸに垂直な面内での位置を変えると、第１群の
フライアイレンズ２１Ａ及び２１Ｂの中心と光軸ＡＸと
の距離が変わり、それにより照射量モニター７の受光面
への照明光の入射角の平均値φの値が変化する。但し、
投影光学系ＰＬの倍率をＭとすると、レチクルＲ上での
入射角の平均値ψと照射量モニター７上での入射角の平
均値φとの間には次の関係がある。ｓｉｎφ＝（ｓｉｎψ）／Ｍ例えば倍率Ｍ＝１とすると、φ＝ψである。

【００２７】そして、その入射角φの値が変化すると、
照射量モニター７における受光量と出力電流量との変換
効率が変わり、そのままでは光量の正確な測定が困難と
なる。そこで、照射量モニター７の受光面への入射角φ
の照明光に対する照射量モニター７の出力電流をＩ
（φ）、その照明光でウエハＷを所定時間露光した場合
に得られる露光エネルギーＥ（φ）とを実測する。先ず
入射角φ＝０のときに、Ｅ（０）＝Ｋ・Ｉ（０）の関係
があるものとすると、一例として入射角φの照明光に対
する出力電流Ｉ（φ）と露光エネルギーＥ（φ）とは補
正量ｆ（φ）を用いて次のように表すことができる。Ｅ（φ）＝Ｋ・Ｉ（φ）・ｆ（φ）（３）そして、実測によりその補正量を求めた結果次の表１が
得られた。

【００２８】

【表１】光軸ＡＸと第１群の照射量モニター補正量出力電流が１００フライアイレンズへの入射角φ ｆ（φ）の場合の補正後のとの距離（ｍｍ）（ＤＥＧ）値３０３．４３１．０４１０４４０４．５７１．０５１０５５０５．７１１．０６１０６６０６．８４１．０８１０８８０９．０９１．１０１１０１００１１．３０１．１３１１３１２０１３．４９１．１４１１４１４０１５．６４１．１６１１６

【００２９】そして、主制御系２４は、照射量モニター
７の出力電流Ｉ（φ）から照明光の露光エネルギーを求
める際には、駆動系１９から現在の光軸ＡＸとフライア
イレンズ２１Ａ（又は２１Ｂ）の中心（光量分布の重心
位置）との距離を検出する。そして、上記の表１のデー
タから補間等の演算により補正量ｆ（φ）を求めた後
に、主制御系２４は（３）式の演算により正確な露光エ
ネルギーＥ（φ）を求める。これにより、レチクルＲへ
の照明光の主光線が傾斜している場合でも正確に露光エ
ネルギーをモニターすることができる。

【００３０】なお、その補正演算を主制御系２４のソフ
トウェア上で行う場合には、例えば照射量モニター７の
装置毎の出力の誤差についても補正量ｆ（φ）の値を変
えるだけで容易に補正することができる。但し、照明光
の入射角と照射量モニター７における変換効率との関係
ｆ（φ）が複雑なものでない場合には、その（３）式の
演算をハードウェア上にて実行してもよい。また、
（３）式では出力電流Ｉ（φ）に補正量ｆ（φ）を乗算
しているが、例えば入射角の平均値φに対応したオフセ
ット量ｑ（φ）を求め、そのＫ・Ｉ（φ）にそのオフセ
ット量ｑ（φ）を加算するような単純な計算式を使用し
ても良い。

【００３１】次に、本発明の他の実施例につき図３を参
照して説明する。この実施例も第１群のフライアイレン
ズまでの光学系は図２と同様である。図３は本実施例の
第１群のフライアイレンズ以降の光学系を示し、この図
３において、第１群のフライアイレンズ２１Ａ及び２１
Ｂのそれぞれの射出面２１Ａａ及び２１Ｂａ、即ちレチ
クルＲのパターン５に対するフーリエ変換面に開口絞り
２５を配置する。この開口絞り２５の光軸ＡＸに対して
偏心した２個の開口から射出された照明光は、第１リレ
ーレンズ２６によって集光して整形される。このとき第
１リレーレンズ２６の作用によりレチクルＲのパターン
５と共役な面が形成される。この共役面に可変視野絞り
（可変レチクルブラインド）３１を設けて、レチクルＲ
のパターン形成面での照明エリアを制限する。

【００３２】可変視野絞り３１を透過した照明光は、第
２リレーレンズ２７、補助コンデンサーレンズ２８、ミ
ラー２９及び主コンデンサーレンズ３０を介してレチク
ルＲに照射される。また、第２リレーレンズ２７と補助
コンデンサーレンズ２８との間には、レチクルＲのパタ
ーン５のフーリエ変換面２が形成される。本例では可変
視野絞り３１の開口部に近い開口絞り２５側の面上に、
光電変換素子よりなるインテグレータセンサ３２を配置
する。従って、このインテグレータセンサ３２はレチク
ルＲのパターン５と結像関係となる面（共役な面）に設
置されている。また、可変視野絞り３１の開口の形状よ
りも第１リレーレンズ２６から射出される光束の面積の
方が広いため、そのインテグレータセンサ３２の受光面
には常時フライアイレンズ２１Ａ（又は２１Ｂ）からの
主光線が傾斜した照明光が照射されている。

【００３３】従って、インテグレータセンサ３２の受光
面に入射する照明光も垂直な照明光成分がなく、その受
光面への照射エネルギーと出力電流との変換効率は、従
来の場合とは変化している。そこで、そのインテグレー
タセンサ３２の出力信号とウエハＷへの露光エネルギー
との関係についても、フライアイレンズ２１Ａ（又は２
１Ｂ）と光軸ＡＸとの距離に対応して表１のような補正
関数を求め、この補正関数に基づいて感度補正を行う。
この感度補正後の露光エネルギーを光量積算回路で積算
することにより、ウエハＷへの正確な積算露光エネルギ
ーを検出することができる。

【００３４】なお、本発明は上述実施例に限定されず、
例えば図１においてインテグレータセンサに照明光の一
部を導くためのビームスプリッターを２組のフライアイ
レンズの間に配置しても良く、インテグレータセンサは
どこに配置しても良い。また、、レチクルの近傍に照射
量モニターを配置するようにしても構わない。また、空
間周波数変調型、エッジ強調型、シフター遮光型等の位
相シフトレチクル（特公昭６２−５０８１１号公報等参
照）、又は例えば特開平４−１６２０３９号公報に開示
された所謂ハーフトーン型位相シフトレチクル等を使用
する場合にも、上記と全く同様にウエハ又は照射量モニ
ターに入射する照明光の入射角度範囲が変化する（傾斜
角を持つようになる）。従って、位相シフトレチクル等
を使用する場合にも本発明を適用して全く同様の効果を
得ることができる。更に、例えば輪帯照明方式の投影露
光装置の照射量モニター又はインテグレータセンサの出
力信号の補正を行う場合に適用するなど、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。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、照明光の入射角の平均
値に応じて光電検出器の出力信号を補正する補正手段が
設けられているので、照明光のマスクパターンに対する
入射角が変化しても感光基板に対する正確な露光エネル
ギーをモニターできる利点がある。しかも本発明は、ウ
エハステージ上の照射量モニターだけでなく、照明光学
系中に設けられるインテグレータセンサ等にも広く適用
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の投影露光装置のフライアイ
レンズ以降の構成を示す一部断面図を含む構成図であ
る。

【図２】その実施例のフライアイレンズまでの光学系を
示す構成図である。

【図３】本発明の他の実施例の投影露光装置のフライア
イレンズ以降の概略構成を示す一部断面図を含む構成図
である。

【図４】従来の縮小投影型露光装置の投影原理の説明に
供する一部断面図を含む構成図である。

【符号の説明】

ＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ２瞳共役面４コンデンサーレンズ５レチクルのパターン７照射量モニター８ウエハステージ１０光源１６第１の多面体プリズム１７第２の多面体プリズム１８Ａ，１８Ｂ第１群のフライアイレンズ２０Ａ，２０Ｂガイド光学系２１Ａ，２１Ｂ第２群のフライアイレンズ２２Ａ，２２Ｂ鏡筒部２５開口絞り２６，２７リレーレンズ２８，３０コンデンサーレンズ３１可変視野絞り３２インテグレータセンサ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの照明光でマスクを照明する照
明光学系と、前記マスクのパターン像を所定の結像面上
に投影する投影光学系と、前記結像面に感光基板の露光
面が実質的に配置されるように前記感光基板を保持する
ステージと、前記照明光の強度を測定するための光電検
出手段とを備えた投影露光装置において、前記光電検出手段に入射する前記照明光の入射角に対応
するデータを入力する入力手段と、前記データに応じて前記光電検出手段の出力信号を補正
する補正手段とを備え、前記補正された出力信号に基づいて前記感光基板に対す
る露光量の制御を行うことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記感光基板上に転写すべきパターンに
応じて、前記照明光学系の光軸に対して傾いて前記マス
クに入射する前記照明光の入射角を変更する光学部材を
更に備えることを特徴とする請求項１に記載の投影露光
装置。
【請求項３】光源からの照明光でマスクを照明する照
明光学系と、前記照明光を感光基板上に投射する投影光
学系とを備えた投影露光装置において、前記照明光を受光する光電検出手段と、前記光電検出手段の受光面上での前記照明光の入射角に
対応するデータに応じて、前記光電検出手段によって検
出される前記照明光の強度情報を補正する補正手段とを
備えたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項４】前記照明光学系内の前記マスクのパター
ンに対するフーリエ変換面上での前記照明光の光量分布
を変更可能な光学部材を更に備え、前記光量分布の変更
に応じて前記照明光の入射角が変化することを特徴とす
る請求項３に記載の投影露光装置。
【請求項５】前記光学部材は、前記感光基板上に転写
すべきパターンに応じて前記照明光学系内のフーリエ変
換面上でその光軸外に前記照明光が分布するように前記
光量分布を設定するとともに、前記照明光と前記照明光
学系の光軸との距離を変更可能であることを特徴とする
請求項４に記載の投影露光装置。
【請求項６】前記光学部材は、前記距離を変更するた
めに、前記照明光学系の光軸方向に可動な光学素子を含
むことを特徴とする請求項５に記載の投影露光装置。
【請求項７】前記光学素子は、前記光源と前記照明光
学系内のオプティカルインテグレータとの間に配置され
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】前記光学部材は、前記距離を変更するた
めに、前記照明光学系の光軸方向に関する間隔を変更可
能な一対のプリズムを含むことを特徴とする請求項５に
記載の投影露光装置。
【請求項９】前記一対のプリズムは、前記光源と前記
照明光学系内のオプティカルインテグレータとの間に配
置されることを特徴とする請求項８に記載の投影露光装
置。
【請求項１０】前記オプティカルインテグレータは、
前記光源からの照明光を受けて前記照明光学系内のフー
リエ変換面上に２次光源を形成し、前記光学部材は、前
記２次光源と前記照明光学系の光軸との距離を変更する
ことを特徴とする請求項７又は９に記載の投影露光装
置。
【請求項１１】前記光学部材は、前記感光基板上に転
写すべきパターンの微細度に応じた距離だけ前記照明光
学系内のフーリエ変換面上でその光軸から前記照明光が
偏心するように前記光量分布を設定することを特徴とす
る請求項４〜９の何れか一項に記載の投影露光装置。
【請求項１２】前記光学部材は、前記感光基板上に転
写すべきパターンの微細度に応じた入射角で前記照明光
が前記照明光学系の光軸に対して傾いて前記マスクに入
射するように前記光量分布を設定することを特徴とする
請求項４〜９の何れか一項に記載の投影露光装置。
【請求項１３】前記感光基板を保持するステージを更
に備え、前記光電検出手段はその受光面が前記ステージ
に設けられることを特徴とする請求項３〜１２の何れか
一項に記載の投影露光装置。
【請求項１４】前記光電検出手段は、前記照明光学系
内での前記照明光の強度情報を検出するための光電素子
を含むことを特徴とする請求項３〜１３の何れか一項に
記載の投影露光装置。
【請求項１５】前記光電素子は、前記マスクのパター
ンと共役な面に設置されることを特徴とする請求項１４
に記載の投影露光装置。
【請求項１６】前記光電検出手段は、前記マスクの近
傍に配置される光量モニターを含むことを特徴とする請
求項３〜１３の何れか一項に記載の投影露光装置。
【請求項１７】請求項１〜１６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転写
する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】照明光学系を通して光源からの照明光
でマスクを照明するとともに、投影光学系を介して前記
照明光で感光基板を露光する投影露光方法において、前記照明光の強度情報を検出するとともに、前記強度情
報を検出する光電検出手段の受光面上での前記照明光の
入射角に対応するデータに応じて前記強度情報を補正す
ることを特徴とする投影露光方法。
【請求項１９】前記感光基板上に転写すべきパターン
に応じて前記照明光学系内の前記パターンに対するフー
リエ変換面上での前記照明光の光量分布を変更し、前記
光量分布の変更に応じて前記照明光の入射角が変化する
ことを特徴とする請求項１８に記載の投影露光方法。
【請求項２０】前記照明光学系内のフーリエ変換面上
でその光軸外に前記照明光が分布するように前記光量分
布を設定し、前記パターンに応じて前記照明光と前記照
明光学系の光軸との距離が変更されることを特徴とする
請求項１９に記載の投影露光方法。
【請求項２１】前記距離を変更するために、前記光源
と前記照明光学系内のオプティカルインテグレータとの
間に配置される光学素子を前記照明光学系の光軸方向に
移動することを特徴とする請求項２０に記載の投影露光
方法。
【請求項２２】前記距離を変更するために、前記光源
と前記照明光学系内のオプティカルインテグレータとの
間に配置される一対のプリズムの、前記照明光学系の光
軸方向に関する間隔を変化させることを特徴とする請求
項２０に記載の投影露光方法。
【請求項２３】前記感光基板上に転写すべきパターン
の微細度に応じた距離だけ、前記照明光学系内のフーリ
エ変換面上でその光軸から前記照明光が偏心するように
前記光量分布を設定することを特徴とする請求項１９〜
２２の何れか一項に記載の投影露光方法。
【請求項２４】前記感光基板上に転写すべきパターン
の微細度に応じた入射角で、前記照明光が前記照明光学
系の光軸に対して傾いて前記マスクに入射するように前
記光量分布を設定することを特徴とする請求項１９〜２
２の何れか一項に記載の投影露光方法。
【請求項２５】前記マスクとして位相シフトマスクを
使用することによって、前記照明光の入射角が変化する
ことを特徴とする請求項１８に記載の投影露光方法。
【請求項２６】前記投影光学系に対して前記感光基板
側で前記照明光の強度情報を検出することを特徴とする
請求項１８〜２５の何れか一項に記載の投影露光方法。
【請求項２７】前記照明光学系内での前記照明光の強
度情報を検出することを特徴とする請求項１８〜２５の
何れか一項に記載の投影露光方法。
【請求項２８】前記マスクの近傍で前記照明光の強度
情報を検出することを特徴とする請求項１８〜２５の何
れか一項に記載の投影露光方法。
【請求項２９】請求項１８〜２８の何れか一項に記載
の投影露光方法を用いてデバイスパターンを基板上に転
写する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。