JPH03119716A - 露光装置 - Google Patents

露光装置

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JPH03119716A
JPH03119716A JP1257075A JP25707589A JPH03119716A JP H03119716 A JPH03119716 A JP H03119716A JP 1257075 A JP1257075 A JP 1257075A JP 25707589 A JP25707589 A JP 25707589A JP H03119716 A JPH03119716 A JP H03119716A
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豊 渡辺
Ryuichi Ebinuma
隆一 海老沼
Nobutoshi Mizusawa
水澤 伸俊
Shunichi Uzawa
鵜澤 俊一
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems
    • G03F7/702Reflective illumination, i.e. reflective optical elements other than folding mirrors, e.g. extreme ultraviolet [EUV] illumination systems

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、マスク等の原版の像を半導体クエへ等の被
露光基板上に高精度に焼付転写する露光装置に関する。
[従来の技術] 半導体集積回路は、近年、ますます高集積化が進められ
ており、それを製造するための露光装置(アライナ)も
転写精度のより高いものが要求されている。例えば、1
00メガビツトDRAMクラスの集積回路では、線幅0
.25ミクロン程度のパターンの焼付を可能にする露光
装置が必要となる。
このような超微細パターン焼付用の露光装置として軌道
放射光(SOR−X線)を利用していわゆるプロキシミ
ティ露光を行なうものが提案されている。
この軌道放射光は、水平方向に均一なシートビーム状で
あるため、面を露光するために、■マスクとウェハとを
鉛直方向に穆動して水平方向のシートビーム状X線で面
走査するスキャン露光方式、 ■シートビーム状X線を揺動ミラーで反射してマスクと
ウェハ上を鉛直方向に走査するスキャンミラー露先方式
、および ■反射面が凸状に加工されたX線ミラーによって水平方
向のシートビーム状X線を鉛直方向に発散させて露光領
域全体に同時に照射する一括露光方式 等が提案されている。
本発明者等は、この−括露光方式に係るX線露光装置を
発案し、先に特願昭63−77θψθ号として出願した
この先願のX線露光装置において、露光光としてのX線
は、強度(照度)が水平方向(以下、X方向という)に
は均一であるが、鉛直方向(以下、Y方向という)には
、例えば第6A図の照度分布曲線で示されるように、中
央で高くそこから上下に離れるに従って低くなるという
強度むらを有している。前記先願においては、それぞれ
長方形の開口を有する2枚の遮蔽板を用い、それらのY
方向への移動速度を第6B図に示すように独立に制御す
ることによって、第6C図に示すように、露光領域の各
部における露光量を制御している。すなわち、Y方向の
各部分について、遅れて進む側の遮蔽板の開口の先縁1
aが通過して露光光(X線)が透過し始めてから先行す
る側の遮蔽板の開口の後縁1bが通過して露光光を遮蔽
するまでの時間を制御し、露光領域全体を適正かつ均一
に露光しようとしている。この場合、露光量制御は、露
光領域内で計測された第6A図のようなY方向のX線強
度分布(以下、プロファイルという)曲線に基づいて行
なわれる。
[発明が解決しようとする課題] 本発明者等は、前記先願のX線露光装置について、さら
に転写精度の向上を図るべく検討を進めた結果、露光領
域とX線束との相対位置変動が転写精度に与える影響を
無視し得ないことを見出した。また、露光量の変動が転
写精度に与える影響を無視し得ないことは周知であるが
、上述のように露光領域内でプロファイル計測を行なう
場合にはリアルタイムで計測することができず、また、
スループットを確保するためには計測の頻度を上げるこ
とができない等の理由により、露光量の変動への対策も
前記先願装置においては不充分であった。
例えば、X線束がΔy変動して、プロファイルが第6A
図の実線の位置から点線の位置へΔy変動すると、位置
yにおけるX線の強度Iは、i □Δy ty 変動する。したがって、強度Iの変動を例えば0.1%
以下とするためには  y y としなければならない。具体的には、露光領域のY方向
画角寸法が30mm、第6A図実線に示すようなプロフ
ァイルが中心線に対して上下対称の2次関数で表わされ
、かつ最低強度は最高強度の80%であるとすると、 1 Δyく1000 0.4/15”・04mmとなり、X
線の強度むらを0.1%以下に抑えるためには、X線束
の露光領域に対する相対位置変動Δyを40μm以下に
しなければならないことになる。
また、前記先願装置では、発散光を用いているため、前
記相対位置変動Δyに伴ないX線の露光領域に対する入
射角が変動する。この入射角変動量Δθは、発散点(発
散用凸面ミラーへのX線入射位置)と露光領域との間隔
を5mとすると、Δθ= Δy 5000 となる。そして、この入射角変動Δθにより、マスクと
ウェハとの重ね合わせ誤差(ランアウト誤差)Δδ Δ δ = Δ θ ・ G が発生する。Gはマスクとウェハとのプロキシミティギ
ャップ寸法である。したがフて、ギャップ寸法Gを50
μmとして、この重ね合わせ誤差Δδを例えば0.00
2μm以下とするためには、 Δθ<0.002150x4xlO−’radすなわち
、 Δy=5ooo・Δθ<0.2mm としなければならない。
なお、前記Δyの変動要因としては、ウェハステージの
移動に伴なう露光装置の姿勢変動に起因するもの200
μm程度、温度変動に伴なう相対変位分10μm程度、
および床の振動に伴なう相対変位分2μm程度等が推測
される。
この発明は、露光領域と露光光束との相対位置変動およ
び露光光の強度変動をリアルタイムまたはそれに近い状
態で検知することができ、転写精度をさらに向上させる
ことが可能な露光装置を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段J 上記目的を達成するためこの発明では、露光装置本体に
設定された露光領域を含む範囲へ向けて強度分布が一様
でない露光用光束を照射して露光を行なう露光装置にお
いて、露光領域外の少なくとも2点に照度検出器を設置
し、これらの照度検出器の出力に基づいて露光光の強度
変動および露光用光束と露光装置本体との相対位置の変
動を検知するようにしている。
そして、前記の相対位置の変動の検知出力は、例えばシ
ャッタ遮光板の駆動状態を記憶する遮光板駆動テーブル
をシフトして露光領域各部における露光量を均一化する
ため、シャッタユニットの姿勢を調整するため、もしく
は露光装置本体の姿勢を調整するため、または露光光が
5OR−X線であればX線ミラーの姿勢を調整するため
、もしくは露光用光源としてのSOR装置における電子
軌道を調整するため等に利用される。
[作用] 上記構成によれば、照度検出器を強度むらを有する露光
用光束中の少なくとも2点に設置している。このため、
露光光の強度変動は各検出器について同一割合の照度変
動成分として検出されるが、露光用光束と露光領域との
相対位置変動は各検出器について異なる割合の照度変動
成分として検出される。したがって、これらの成分を分
別することにより、露光光の強度変動および露光用光束
と露光領域との相対位置変動を検知することができる。
また、各検出器を露光領域外に設置したため、露光動作
の妨げとなることなく、任意の時期に、あるいはリアル
タイムで、露光光の強度変動および露光用光束と露光領
域との相対位置変動を検知することができる。
具体例を挙げて説明する。第3図に示すプロファイルの
露光用光源に対して照度検出器をAおよびB点に配置し
、時刻1=0における検出器Aの出力をI AOsOs
検出器用力IBoとする。プロファイルがΔy、露光光
の強度がf (t)変動(減衰)した後の時刻1=1に
おける検出器Aの出力をIA、検出器Bの出力をInと
し、Δyに関し一次近似すると、 IA = (IAo+kAΔy)f (t)・・・・(
1)Ia=(In。十に、Δy)f (t)・・・・(
2)が成立する。ここで、 である。
(1)(2)式を解くと、 f (t)=  (ka  IA−kA Ia )・・
(3)・・・・ (4) 但し、D = I Aoka −1aokAとなる。な
お、D=Oのときは、f (t)およびΔyのいずれも
不定となる。
上記の解を別の表現で表わすと、 ・・・・ (6) となり、露光光束の時間による減衰f (t)は加重平
均で、露光光束と露光領域の相対位置変動Δyは差とし
て求まることが分かる。
[効果] 以上のように、この発明によると、任意の時間における
露光光の強度変動および露光用光束と露光領域との相対
位置変動を検知することができる。
したがって、露光光の強度変動に応じて露光時間を調整
することにより露光量をリアルタイムで制御することが
でき、露光光の強度変動により露光量が変動した際の転
写精度劣化を防止することができる。
また、露光用光束と露光領域との相対位置変動の検知出
力を利用して、シャッタ遮光板の駆動状態を記憶する遮
光板駆動テーブルをシフトさせ、シャッタユニットの姿
勢を調整し、露光装置本体の姿勢を調整し、X線ミラー
の姿勢を調整し、あるいはSOR装置における電子軌道
を調整する等し、露光領域内における露光状態を補正制
御するようにすれば、露光状態を常時最適の状態に保持
することができ、結果として転写精度を向上させること
ができる。
さらに、露光領域内におけるプロファイル計測の頭度を
下げてスループットの向上を図ることも可能である。
[実施例] 第1図は、この発明の一実施例に係るX線アライナの構
成を示す。同図において、11はSOR装置で、SOR
装置台12上に載置されており、発光点13よりX線1
4を放射する。21はX(水平)方向に細長いシートビ
ーム状の5OR−X線14をY(鉛直)方向に拡大する
ためその反射面を凸状に加工された第1ミラー 22は
第1ミラー21で発散されたX線束15をその中心軸が
水平となるように反射する第2ミラーである。
第2ミラー22で反射されたX線束は露光用の照明光1
6としてアライナ本体40に入射される。
23は第1ミラー21および第2ミラー22の周囲を所
望の真空雰囲気とするためのミラーチャンバ、24は第
1ミラー21の姿勢を調節するために用いられる第1ミ
ラー駆動装置、25は第2ミラー22の姿勢を調節する
ために用いられる第2ミラー駆動装置、26はミラー架
台である。
30はシャッタユニットで、シャッタステー31、シャ
ッタステー31に取付けられたシャツタ軸32および3
3ならびに各シャツタ軸32゜32問および33.33
間に張架されたシャツタ膜34および35により構成さ
れている。シャツタ膜34および35はそれぞれ各辺が
露光領域の寸法より長い長方形の開口(不図示)を有す
るエンドレススチールベルトにより構成されている。
41は金等のX線不透過材料により転写パターンが形成
されたマスク、42はマスク41を搭載して移動可能な
マスクステージ、43はマスク41をマスクステージ4
2上に固定するためのマスクチャック、44はマスク4
1の像を転写しようとするウェハ、45はウェハ44を
搭載して移動可能なりエバステージ、46はウェハ44
をウェハステージ45上に固定するためのウェハチャッ
ク、47はマスクステージ42およびウェハステージ4
5等を取付けるためのアライナフレーム、48はアライ
ナフレーム47が載置されるアライナベース、49はア
ライナベース48を床1上に支持するためのエアバネで
ある。アライナベース48は少なくとも3つのエアバネ
49により3箇所で支持されている。
50はシャッタユニット30.マスクステージ42上の
マスク41およびウェハステージ45上のウェハ44の
周囲を所望のヘリウム雰囲気とするためのへリウムチャ
ンバである。また、51゜52はミラーチャンバ23と
へリウムチャンバ50、すなわちアライナ本体40とを
それぞれの雰囲気を保って接続するための配管スプール
、53はミラーチャンバ23とアライナ本体40とを柔
軟に接続するためのベローズ、54は照明光16を透過
してかつミラーチャンバ23内の真空雰囲気とへリウム
チャンパ50内のヘリウム雰囲気とを絶縁するベリリウ
ム窓である。ベリリウム窓54のミラーチャンバ23側
には露光領域への照明光16を遮らないように照明光1
6の上下に照明光検出用のX線強度検出器61が設置さ
れている。
第2図は、第1図のアライナにおける照明光16と露光
領域およびX線強度検出器61設置位置等との関係を示
す、第2図において、201は露光領域、202はX線
検出領域である。照明光16は露光領域201とX線検
出領域202とを含む領域を照明している。露光領域2
01外、X線検出領域202内の4隅には1個ずつ計4
個のX線強度検出器61 (61a、 61 b、  
61 c。
61d)が設置されている。
第1図に戻って、62は4個のX線強度検出器61出力
よりX線強度情報を作成するX線強度検出回路部、63
はX線強度検出回路部62の出力に基づいて前記の式(
3)または(5)の演算を行ない、X線強度の減衰量f
 (t)を算出するX線強度減衰算出部、64はX線強
度減衰量f (t)に基づいてシャッタ駆動テーブルを
補正するシャッタ駆動テーブル補正部、65はシャッタ
駆動テーブルに基づいて各時点におけるシャツタ開口の
位置または移動速度を制御するシャッタコントロール部
である。
66はX線強度検出回路部62の出力に基づいて前記の
式(4)または(6)等の演算を行ない、照明光16の
アライナ本体40(すなわち露光領域)に対する相対的
位置変動量Δyを算出する照明光相対的位置変動算出部
、67は照明光相対的位置変動量Δyに基づいて各エア
バネへの空気供給量を調節し、変動量Δyを最小にすべ
くアライナ本体40の姿勢を制御するアライナ位置コン
トロール部、68はエアバネ空気量調節機構である。
第1図のアライナにおいては、まず、キャリッジ(不図
示)に搭載したX線照度計(不図示)をを露光領域20
2内でY方向に走査して第3図に示すようなプロファイ
ルを作成する。このプロファイル作成時、X PA強度
検出部62は各X線強度検出器61a、61b、61c
、aidの検出出力を取り込み、各検出出力に対応する
情報を出力する。X線強度減衰算出部63および照明光
相対的位置変動算出部66は、それぞれX線強度検出器
61aと61cの検出出力平均値を前記■6゜として、
また、検出器61bと61dの検出出力平均値を前記1
110として記憶する。なお、X線強度検出器61aと
61cの出力、および検出器61bと61dの出力は、
アライナ本体40の姿勢が標準状態に設定されてときそ
れぞれ等しくなる−ように予め較正されているものとす
る。
露光工程中は、X線強度検出部62が1ウエハの第1シ
ヨツト露光の直前等、必要に応じてX線強度検出器61
a、61b、81c、61dの出力を取り込み、X線強
度減衰算出部63および照明光相対的位置変動算出部6
6がこれらの検出情報および前記tAoとtwoに基づ
いて、前記の減衰量f (t)および相対的位置変動量
Δyを算出する。また、照明光16と露光位置201と
がZ軸(照明光16の光軸)回りの回転を起こしている
場合には、第4図に示すように、X線強度検出器61a
と61cの出力および検出器61bとaidの出力に差
が生じる。照明光相対的位置変動算出部66は、X線強
度検出器61aおよびBlbの検出出力平均値と検出器
61cおよびと61dの検出出力平均値との差に基づい
て、Z軸回りの回転ずれ量Δω2も算出する。
シャッタ駆動テーブル補正部64はX線強度減衰量f 
(t)に基づいてシャッタ駆動テーブルを補正し、シャ
ッタコントロール部65はシャッタ駆動テーブルに基づ
いて露光時間を制御する。これにより、X線強度が減衰
等に変動しても露光量を適切に補正することができる。
また、アライナ位置コントロール部67は照明光相対的
位置変動量ΔyおよびΔω2に基づいて各エアバネへの
空気供給量を調節し、アライナ本体40の姿勢を制御す
る。これにより、照明光16とアライナ本体40、した
がって露光領域との相対的位置を一定に保ち、クエハ4
4の露光状態を、常時、転写誤差が最小となる状態に維
持するようにしている。
第5図は、この発明の第2の実施例に係るX線アライナ
の構成を示す。同図のアライナは、照明光相対的位置変
動量Δyをシャツタ膜34および35の位置基準をシフ
トして露光領域201における露光量の均一化を図るも
のである。すなわち、第6A図に示すように相対位置が
Δy変動することによる現プロファイル21の基準プロ
ファイル11に対するずれΔyを、シャツタ膜34およ
び35の位置基準を第6B図に示すようにシフトするこ
とによりシャツタ開口の先i1aを2aに、後縁1bを
2bにΔyシフトしている。これにより、シャツタ開口
の先縁2aが通過してから後縁2bが通過するまでの時
間が、第6C図に示すようにプロファイル21のシフト
量に応じてシフトされ、露光領域201全域における露
光量の均一化が図られる。第5図のアライナは、シャッ
タ駆動テーブル64をX線強度減衰算出部63および照
明光相対的位置変動算出部66の双方に基づいて補正す
るように構成しただけであるため、第1図のものに対し
、Δyの補正にアライナ位置コントロール部67および
エアバネ空気量調節機構68を必要とせず、該機構をも
ともと用いないアライナにおいては構成を簡略化するこ
とができる。但し、第5図のアライナにおいては、前記
のランアウト誤差は補正されない。
第7図は、この発明の第3の実施例の構成を示す。同図
のアライナは、照明光相対的位置変動量ΔyおよびΔω
2を第2ミラー22を姿勢制御して露光領域201にお
ける露光量の均一化を図るもので、第1図のアライナ位
置コントロール部67の代わりに、第2ミラー駆動装置
25を制御するミラー姿勢コントロール部768を設け
である。この場合も、構成を簡略化できる可能性がある
が、前記のランアウト誤差は補正されない。
第8図は、この発明の第4の実施例を示す。同図のアラ
イナは、X線強度検出器61がベリリウム窓54のアラ
イナ本体40側に設置されていることを除けば、第1図
のアライナと全く同様に構成されている。第1図のアラ
イナは、X線強度検出器61を超高真空内に設置するた
め、X線強度検出器61の寿命向上を期待することがで
きる。
一方、第8図のアライナは、可視光をベリリウム窓54
でカットするため、X線強度検!lfl!器61の検出
精度の向上を期待することができる。
第5図および第7図のアライナにおいても、第8図のも
のと同様、X線強度検出器61をベリリウム窓54のア
ライナ本体40側に設置することが可能である。
第9図は、この発明の第5の実施例を示す。同図のアラ
イナは、シャッタユニット30をシャッタ姿勢制御装置
931を介してシャッタステー31に取付け、X線強度
検出器61をシャッタユニット30上に設置し、さらに
第7図のミラー姿勢コントロール部768の代わりに、
照明光相対的位置変動算出部66の照明光相対的位置変
動量ΔyおよびΔθ(Δω2)に基づいてシャッタ姿勢
制御装置831を駆動するシャッタ姿勢制御部969を
設けたものである。第9図のアライナにおいては、相対
的位置変動量ΔyおよびΔθに基づいてシャッタ姿勢制
御装置931がシャッタユニット30を光軸(Z軸)回
りに回転したり垂直(Y軸)方向に上下する。これによ
り、第5図および第7図のアライナと同様に露光領域2
01における露光量の均一化が図られる。
第10図は、この発明の第6の実施例を示す。
同図のアライナは、第9図のものに対し、第1図と同様
のアライナ本体コントロール部67およびエアバネ空気
量調節機構を設け、変動量Δyはアライナ本体40を上
下することにより、Δθはシャッタユニット30を光軸
回りの回転することにより補正するようにしたものであ
る。第10図のアライナにおいては、第1図のものと同
様に、露光量の均一化とランアウト誤差防止の双方を図
ることができる。
第11図は、この発明の第6の実施例を示す。
同図のアライナは、第10図のものに対し、アライナ本
体コントロール部67およびエアバネ空気量調節機構を
除去し、変動量Δyの補正は、第5図のアライナと同様
に、シャツタ膜34および35の位置基準をシフトして
行なうようにしたものである。第11図のアライナの第
10図のアライナに対する得失は、第5図のアライナの
第1図のアライナに対するそれと同様である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例に係るX線アライナの構
成図、 第2図は、第1図のアライナにおける照明光と露光領域
およびX線強度検出器設置位置等との関係を示す説明図
、 第3図は、X線プロファイルの一例を示す図、第4図は
、照明光と露光領域との光軸回りのずれ検出方式の説明
図、 第5図は、この発明の第2の実施例に係るX線アライナ
の構成図、 第6A〜60図は、第5図アライナの動作説明のための
それぞれ照明強度分布(プロファイル)図、シャッタ駆
動曲線、および露光時間分布図、そして 第7〜11図は、それぞれこの発明の第3〜6の実施例
に係るX線アライナの構成図である。 1 3 4 6 1 2 4 5 : SOR装置 : SOR発光点 :5OR−X線 :照明光 :第1ミラー :第2ミラー :第1ミラー駆動装置 :第2ミラー駆動装置 30:シャッタユニット 34.35:シャツタ膜 40ニアライナ本体 41:マスク 44:クエハ 61 (61a 〜61d):X線強度検出器62:X
線強度検出回路部 63:X線強度減衰算出部 64:シャッタ駆動テーブル補正部 65:シャッタコントロール部 66:照明光相対的位置変動算出部 67:アライナ位置コントロール部 68:エアバネ空気置網節機構 201:露光領域 202:X線検出領域 768:ミラー姿勢コントロール部 931:シャッタ姿勢制御装置 969:シャッタ姿勢制御部 第 図 第 3 図 第 60図

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)露光装置本体に設定された露光領域を含む範囲へ
    向けて強度分布が一様でない露光用光束を照射する露光
    用光源と、 前記露光用光束中ではあるが前記露光領域外となる点の
    うち少なくとも2点に設置された照度検出器と、 これら2点の照度に基づいて露光光の強度変動および前
    記露光領域と前記露光用光束との相対位置の変動を検知
    する検知手段と を具備することを特徴とする露光装置。
  2. (2)前記露光領域内における露光状態を制御する露光
    制御手段をさらに備えた請求項1の露光装置。
  3. (3)前記露光制御手段は、遮光板と、この遮光板の位
    置または移動速度を記憶する遮光板駆動テーブルと、こ
    のテーブルに基づいて前記遮光板を駆動するシャッタ駆
    動手段と、前記検知手段からの相対位置変動出力に基づ
    いて前記テーブルをシフトする制御手段とを有し、前記
    露光領域内における遮光板の移動速度を前記露光用光束
    の強度分布に応じて制御することにより該露光領域内に
    おける露光量を均一化するシャッタ手段を含む請求項2
    の露光装置。
  4. (4)前記露光制御手段は、前記露光光を透過および遮
    光するシャッタユニットの姿勢を前記検知手段からの相
    対位置変動出力に基づいて調整し前記露光状態を補正す
    る姿勢制御手段を含む請求項2の露光装置。
  5. (5)前記露光制御手段は、前記検知手段からの相対位
    置変動出力に基づいて前記露光装置本体の姿勢を調整し
    前記露光状態を補正する姿勢制御手段を含む請求項2の
    露光装置。
  6. (6)前記露光用光源はSOR装置から放射される水平
    方向に細長いシートビーム状のX線を垂直方向に拡散す
    るX線ミラーを備え、前記露光制御手段は前記検知手段
    からの相対位置変動出力に基づいてこのX線ミラーの姿
    勢を調整し前記露光状態を補正する姿勢制御手段を備え
    る請求項2の露光装置。
  7. (7)前記露光用光源はSOR装置を備え、前記露光制
    御手段は前記検知手段からの相対位置変動出力に基づい
    てこのSOR装置の電子軌道を調整し前記露光状態を補
    正する電子軌道調整手段を備える請求項2の露光装置。
  8. (8)前記照度検出器は、前記露光領域外上下の2点に
    設置されたX線強度検出器である請求項6または7の露
    光装置。
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