JPH0620925A

JPH0620925A - 露光装置

Info

Publication number: JPH0620925A
Application number: JP4201896A
Authority: JP
Inventors: Masato Hamaya; 正人浜谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-07-06
Filing date: 1992-07-06
Publication date: 1994-01-28
Anticipated expiration: 2017-04-15
Also published as: JP3275269B2

Abstract

(57)【要約】【目的】特に変形光源法の露光装置で、照明光の光路
上で大きなスペースを占有することなく比較的簡単な構
成でその照明光の強度をモニターする。【構成】光源２８からの照明光をフライアイレンズ３
３Ａ，３３Ｂに照射し、フライアイレンズ３３Ａ，３３
Ｂの２次光源からの照明光をコンデンサーレンズ４１，
４３により集光してレチクルＲを均一な照度で照明す
る。各フライアイレンズ３３Ａ及び３３Ｂのレチクル側
に蛍光式インテグレータ４０Ａ及び４０Ｂを配置し、こ
れらから発生する蛍光により各２次光源からの照明光の
強度を個別にモニターする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば感光基板に対す
る露光量の制御機構を備えた露光装置に関し、特に所謂
複数傾斜照明方式のように比較的複雑な照明光光学系を
備えた投影露光装置に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイス又は液晶表示素子等をフ
ォトリソグラフィー技術を用いて製造する際に、レチク
ルのパターンを直接に又は所定の割合で縮小してウエハ
に塗布された感光材に露光する露光装置が使用されてい
る。一般にウエハに塗布された感光材には適正露光量が
定められているので、従来の露光装置では、露光光の照
明光学系中にビームスプリッターを配置して、このビー
ムスプリッターにより分岐した露光光の光量をモニター
することにより、そのウエハ上での露光量をモニターし
ている。そして、そのウエハ上での露光量がその適正露
光量に達したときにそのウエハの現在のショット領域へ
の露光を停止することにより、露光量制御が行われる。

【０００３】図４は従来の露光量制御機構を備えた投影
露光装置を示し、この図４において、１はＫｒＦエキシ
マレーザー光（波長：２４８ｎｍ）を発生するレーザー
光源であり、このレーザー光源１の両端にブリュースタ
窓２及び３が取り付けられている。また、一方のブリュ
ースタ窓２の外側にエタロン４を介して反射鏡５が配置
され、他方のブリュースタ窓３の外側に半透過鏡６が配
置されている。

【０００４】レーザー光源１の自然発振の波長の帯域幅
を狭帯化するためにエタロン４が設けられている。な
お、ここではエタロン４を示したが、グレイティング及
びプリズム等で狭帯化してもよい。また、ブリュースタ
窓２及び３は、特定の角度の偏光に対してほぼ無反射と
なるので、この偏光成分の光のみが反射鏡５と半透過鏡
６との間で増幅される。その結果、レーザー光源１は直
線偏光で発振し、ほぼ直線偏光のレーザビームＬＢ０が
半透過鏡６を介して外部に射出される。エキシマレーザ
ー光はパルス発振されるレーザー光であり、レーザー光
源１の発振状態及び射出されるレーザービームのパワー
はレーザー電源７により制御される。

【０００５】半透過鏡６から射出されたレーザービーム
ＬＢ０は、レンズ８及び９よりなるビーム整形光学系に
より所望の断面形状の平行光束に整形され、そのビーム
整形光学系から射出されたレーザービームＬＢ１は、１
／４波長板１０によって直線偏光から円偏光に変換され
て反射鏡１１で反射された後にフライアイレンズ１２に
入射する。フライアイレンズ１２の射出面には面状の２
次光源が形成され、この面状の２次光源からのレーザー
光が重畳的にビームスプリッター１３に入射し、ビーム
スプリッター１３を透過したレーザー光は、第１リレー
レンズ１４、レチクルブラインド１５、第２リレーレン
ズ１６、反射鏡１７及び主コンデンサーレンズ１８を経
て均一な照度分布でレチクルＲを照明する。レチクルブ
ラインド１５は、第２リレーレンズ１６及び主コンデン
サーレンズ１８に関してレチクルＲと共役であり、レチ
クルブラインド１５によりレチクルＲ上の照明視野が設
定される。

【０００６】そのレーザー光のもとでレチクルＲのパタ
ーンが両側（又は片側）テレセントリックな投影光学系
ＰＬによってウエハＷ上に結像され、レチクルＲのパタ
ーンがウエハＷ上に投影露光される。フライアイレンズ
１２の射出面（２次光源形成面）と投影光学系ＰＬの瞳
（入射瞳）面Ｅｐとは共役である。１９はそのウエハＷ
が載置されたウエハステージを示し、このウエハステー
ジ１９はウエハＷを投影光学系ＰＬの光軸に垂直な面内
で位置決めするＸＹステージ及びウエハＷを投影光学系
ＰＬの光軸方向に位置決めするＺステージ等より構成さ
れている。

【０００７】ウエハステージ１９上のウエハＷの近傍に
は光電変換素子よりなる照射量モニター２０を配置す
る。照射量モニター２０の受光面の高さはウエハＷの表
面の高さとほぼ一致するように設けられている。２１は
装置全体の動作を制御する主制御系を示し、照射量モニ
ター２０の光電変換信号は主制御系２３に供給される。
また、ウエハステージ１９の上に移動鏡２２を取り付
け、この移動鏡２２によりレーザー干渉計２３からのレ
ーザービームを反射することにより、レーザー干渉計２
３はウエハステージ１９の座標を計測する。主制御系２
１はそのレーザー干渉計２３で求められた座標等に基づ
いて駆動装置２４を介してウエハステージ１９の位置決
めを行う。

【０００８】一方、フライアイレンズ１２の直後のビー
ムスプリッター１３で反射されたレーザー光は、集光レ
ンズ２５を介して光電変換素子よりなるインテグレータ
センサ２６の受光面に入射する。集光レンズ２５によ
り、インテグレータセンサ２６の受光面は主光路の視野
絞りとしてのレチクルブラインド１５と共役の位置に配
置されている。従って、インテグレータセンサ２６の受
光面はウエハＷの露光面とも共役な面に配置されてお
り、このインテグレータセンサ２６の光電変換信号も主
制御系２１に供給されている。ウエハＷに対する露光を
行う際には、インテグレータセンサ２６はレーザー光源
１から射出されるパルスレーザービームのパワー（パル
ス光のピーク出力）に比例した光電変換信号を発生し、
主制御系２１がその光電変換信号を積算していくことに
より、ウエハＷに対する積算露光量をモニターすること
ができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の投
影露光装置においては、フライアイレンズ１２から射出
されたレーザー光の一部が主光路に斜めに配置されたビ
ームスプリッター１３で取り出され、この取り出された
レーザー光が集光レンズ２５によりほぼ照明むらが無い
状態にされてウエハＷと共役な位置のインテグレータセ
ンサ２６に照射されている。しかしながら、主光路に斜
めにビームスプリッター１３を配置して、更に共役面を
作るための集光レンズ２５を配置するのでは、照明光学
系が複雑化し、且つ大型化する不都合がある。

【００１０】特に、近時はより投影光学系ＰＬの解像度
を高めるために、主光線が光軸に対して傾斜した複数の
光束からなる露光光でレチクルを照明する所謂変形光源
法（複数傾斜照明法）が提案されている。斯かる変形光
源法の照明光学系は従来の通常の照明光学系に比べて複
雑であり、更にインテグレータセンサ２６用のビームス
プリッター１３を主光路に斜めに配置するのは、困難で
あるという不都合がある。

【００１１】更に、図４のような投影露光装置では、イ
ンテグレータセンサ２６用の光を分岐するためのビーム
スプリッター１３の反射率が経時変化により微妙に変化
し、インテグレータセンサ２６からの出力信号と実際に
ウエハＷ上に照射される光量との比例係数が変化して、
ウエハＷへの実際の露光量が正確にモニターできなくな
る虞があった。

【００１２】本発明は斯かる点に鑑み、感光性のあるエ
ネルギー線のもとでマスクパターンを感光基板上に転写
する露光装置において、そのエネルギー線の光路上で大
きなスペースを占有することなく比較的簡単な構成でそ
のエネルギー線の強度をモニターできると共に、そのモ
ニター量の経時変化が比較的少ないモニター機構を提供
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の露光
装置は、例えば図１に示す如く、所定のエネルギー線
（ＩＬ）でマスク（Ｒ）を均一に照明する照明光学系
（２８，３１，３３Ａ，３３Ｂ，４１，４３）を有し、
そのマスク（Ｒ）のパターンを感光基板（Ｗ）上に露光
する露光装置において、その照明光学系中に配置され、
そのエネルギー線を所定の透過率で透過させると共に、
そのエネルギー線に応じた蛍光を発生する蛍光発生手段
（４０Ａ，４０Ｂ）と、その発生された蛍光を光電変換
する光電変換手段（４４Ａ，４４Ｂ）と、この光電変換
により得られた信号に基づいてその感光基板（Ｗ）に対
するその所定のエネルギー線の照射量を制御する制御手
段（３８）とを有するものである。

【００１４】また、本発明の第２の露光装置は、例えば
図１に示す如く、照明光（ＩＬ）を発生する光源（２
７）と、その照明光より複数の２次光源を形成する２次
光源形成手段（３１，３２，３３Ａ，３３Ｂ）と、それ
ら複数の２次光源からの照明光によりマスク（Ｒ）を均
一に照明する集光光学系（４１，４３）と、その照明光
のもとでそのマスク（Ｒ）のパターンの像を感光基板
（Ｗ）上に投影する投影光学系（ＰＬ）と、それら複数
の２次光源からの照明光の光路中に配置され、それぞれ
その照明光を所定の透過率で透過させると共に、それら
複数の２次光源の一つからの照明光に対応する蛍光を発
生する複数の蛍光発生手段（４０Ａ，４０Ｂ）と、その
発生された蛍光を光電変換する光電変換手段（４４Ａ，
４４Ｂ）と、この光電変換により得られた信号に基づい
てその感光基板（Ｗ）に対するその照明光の照射量を制
御する制御手段（３８）とを有するものである。

【００１５】また、その第２の露光装置において、それ
ら複数の２次光源からの照明光の強度を個別に調整する
強度調整手段（３４Ａ，３５Ａ，３４Ｂ，３５Ｂ）を設
け、この強度調整手段により、その蛍光発生手段（４０
Ａ，４０Ｂ）から発生された蛍光により検出されたそれ
ら複数の２次光源のそれぞれからの個別の照明光の強度
の比の値を所定の値に設定することが望ましい。

【００１６】

【作用】斯かる本発明の第１の露光装置には、所謂変形
光源法（複数傾斜照明法）を用いた露光装置だけでな
く、通常の照明法又は輪帯照明法等を用いた露光装置が
広く含まれる。本発明では、その所定のエネルギー線
（ＩＬ）の強度が透過型の蛍光発生手段（４０Ａ，４０
Ｂ）からの蛍光の量によりモニターされる。従って、そ
のエネルギー線の光路上にエネルギー線を分岐するため
のビームスプリッターを斜めに配置して、且つ感光基板
（Ｗ）と共役な面を形成するための集光レンズを配置す
る場合と比較して、モニター機構が簡単であり、且つそ
のエネルギー線（ＩＬ）の光路上で占有するスペースを
小さくできる。

【００１７】また、蛍光発生手段（４０Ａ，４０Ｂ）の
蛍光発生効率の経時変化は比較的小さいため、常に正確
に感光基板（Ｗ）における露光量のモニターができる。
また、その蛍光発生手段（４０Ａ，４０Ｂ）では、飽和
現象が生じない範囲ではその所定のエネルギー線（Ｉ
Ｌ）が透過するエネルギー量全体に比例した蛍光が発生
されるので、そのエネルギー線の照度分布が均一でない
場合でも、そのエネルギー線の全エネルギーに比例した
信号が得られる。

【００１８】また、第２の露光装置には、変形光源法を
用いる露光装置が含まれるが、本発明によれば、光透過
型の蛍光発生手段（４０Ａ，４０Ｂ）から発生される蛍
光の強度を検出することにより、複数の２次光源のそれ
ぞれからの照明光の強度をモニターすることができる。
この場合、その照明光の光路に蛍光発生手段（４０Ａ，
４０Ｂ）を差し込むだけでよいため、複数の離散的に配
置された２次光源を有してそれだけでも構成が複雑な照
明光学系が更に複雑化するのが回避される。

【００１９】更に、それら複数の２次光源からの照明光
の強度を個別に調整する強度調整手段（３４Ａ，３５
Ａ，３４Ｂ，３５Ｂ）を設けた場合には、その蛍光発生
手段（４０Ａ，４０Ｂ）から発生された蛍光によりそれ
ら複数の２次光源のそれぞれからの個別の照明光の強度
をモニターして、その強度調整手段により、例えばそれ
ら複数の２次光源からの照明光の強度を等しくする。こ
れにより、それら複数の２次光源からの照明光のバラン
スが最良になり、結像特性が向上する。

【００２０】

【実施例】以下、本発明による露光装置の一実施例につ
き図１〜図３を参照して説明する。本例は、例えば特開
平４−１０１１４８号公報、特開平４−１８０６１３号
公報に開示された複数傾斜照明法（変形光源法）でレチ
クルを照明する投影露光装置に本発明を適用したもので
ある。図１は本例の投影露光装置を示し、この図１にお
いて、水銀ランプよりなる光源２７から発生された照明
光（露光光）ＩＬは、楕円鏡２８の第２焦点に集光した
後、折り曲げミラー２９及びインプットレンズ３０を経
てほぼ平行光束になる。

【００２１】そのインプットレンズ３０から射出された
照明光は４角錐型（ピラミッド型）の凹部を有する多面
体プリズム３１に入射し、この多面体プリズム３１から
光軸ＡＸを中心として光軸の周囲に等角度で分割されて
射出された４個の光束はリレーレンズ３２を経てそれぞ
れオプティカルインテグレータとしてのフライアイレン
ズ３３Ａ〜３３Ｄに入射する。図１ではフライアイレン
ズ３３Ａ及び３３Ｂのみが示されているが、図１の紙面
に垂直な方向に光軸を挟んで２個のフライアイレンズ３
３Ｃ及び３３Ｄが配置されている。各フライアイレンズ
３３Ａ〜３３Ｄの後側（レチクル側）焦点面ｂにそれぞ
れ面状の２次光源が形成される。

【００２２】フライアイレンズ３３Ａ〜３３Ｄの後側焦
点面ｂから射出された光束は、それぞれ遮光板３６Ａ〜
３６Ｄ（図１には遮光板３６Ａ，３６Ｂのみが現れてい
る）の内側を通過して透過型の蛍光式インテグレータ４
０Ａ〜４０Ｄ（図１には蛍光式インテグレータ４０Ａ，
４０Ｂのみが現れている）に入射する。蛍光式インテグ
レータ４０Ａ〜４０Ｄはそれぞれ照明光ＩＬに対して所
定の透過率を有すると共に、飽和限界の範囲内で内部を
通過する照明光ＩＬの強度に比例した蛍光を発生する。
蛍光式インテグレータ４０Ａ〜４０Ｄは例えばガラス基
板に、蛍光体（例えば亜鉛、マンガン、銀等の化合物、
シアン化白金、硫酸キニーネ、ベンゼン、アニリン、フ
ルオレセイン又はエオシン等）を薄く塗布して形成され
る。更に蛍石や鉛ガラス等を蛍光式インテグレータ４０
Ａ〜４０Ｄとして使用してもよい。また、フライアイレ
ンズ３３Ａ〜３３Ｄから射出された光束はそれぞれ全て
対応する蛍光式インテグレータ４０Ａ〜４０Ｄを通過す
る。なお、蛍光式インテグレータ４０Ａ〜４０Ｄから発
生する蛍光は光量が少ないこと、補助コンデンサーレン
ズ４１、ミラー４２、主コンデンサーレンズ４３及び投
影光学系ＰＬの光学的特性より蛍光の波長はウエハＷへ
の透過率が極めて低いこと、更に蛍光はウエハＷのレジ
ストに対する感光性が弱い波長帯であること等により、
その蛍光によりウエハＷのレジストが感光することはな
い。

【００２３】それら蛍光式インテグレータ４０Ａ〜４０
Ｄを透過した照明光は、それぞれ補助コンデンサーレン
ズ４１、ミラー４２及び主コンデンサーレンズ４３によ
り集光されてレチクルＲをほぼ均一な照度で照明する。
そのレチクルＲのパターン領域ＰＡから発生した０次回
折光及び１次回折光が、両側テレセントリックな投影光
学系ＰＬによりウエハＷ上に集光され、レチクルＲのパ
ターンがウエハＷの各ショット領域に所定の縮小倍率Ｍ
で結像される。ウエハＷはウエハホルダー４５を介して
ウエハステージ１９上に載置され、ウエハステージ１９
上のウエハＷの近傍には照射量モニター２０が固定され
ている。

【００２４】図３はそれら蛍光式インテグレータ４０Ａ
〜４０Ｄをレチクル側から見た正面図であり、この図３
に示すように、直交する座標系をｘ軸及びｙ軸で表す
と、フライアイレンズ３３Ａ〜３３Ｄはそれぞれｘ軸及
びｙ軸に４５°で交差する軸に沿って配列されている。
また、それらフライアイレンズ３３Ａ〜３３Ｄを覆うよ
うにそれぞれ蛍光式インテグレータ４０Ａ〜４０Ｄが配
置されている。このような配置は、ミラー４２での反射
が無いものとして、レチクルＲ上のｘ軸に沿って配列さ
れたライン・アンド・スペースパターン５１及びｙ軸に
沿って配列されたライン・アンド・スペースパターン５
２に対して特に有効であり、解像度が良好であると共
に、投影光学系ＰＬの焦点深度が深くなる。なお、フラ
イアイレンズ３３Ａ〜３３Ｄの中心位置（光量分布の重
心位置）はレチクルパターンのピッチ及び周期方向に応
じて一義的に定められる。

【００２５】図１に戻り、フライアイレンズ３３Ａ〜３
３Ｄのレチクル側焦点面ｂは、レチクルＲのパターン形
成面のフーリエ変換面、即ち投影光学系ＰＬの瞳面ＥＰ
と共役な面の近傍に配置されている。また、個々のフラ
イアイレンズ３３Ａ〜３３Ｄは可動部材に保持され、光
軸ＡＸに対して垂直な面内でそれぞれ独立に移動させる
ことができる。同様に、遮光板３６Ａ〜３６Ｄも可動部
材に固定され、フライアイレンズ３３Ａ〜３３Ｄの位置
が変化すると、それに応じて遮光板３６Ａ〜３６Ｄの光
軸ＡＸに対して垂直な面内での位置が調整される。従っ
て、遮光板３６Ａ〜３６Ｄは各フライアイレンズ３３Ａ
〜３３Ｄの可変開口絞りとして機能する。それらフライ
アイレンズ３３Ａ〜３３Ｄ及び遮光部材３６Ａ〜３６Ｄ
の位置を制御するのが駆動系３７である。なお、フライ
アイレンズ３３Ａ〜３３Ｄの各σ値（コヒーレンシィー
ファクター）は０．１〜０．３程度に定められる。

【００２６】また、リレーレンズ３２からフライアイレ
ンズ３３Ａへの光路の途中に透過率が異なる２枚のフィ
ルター板３４Ａ及び３５Ａを進退自在に配置する。即
ち、リレーレンズ３２からフライアイレンズ３３Ａへの
光路では、照明光は全くフィルター板を通過しないか、
又は１枚若しくは２枚のフィルター板を通過する。同様
に、リレーレンズ３２からフライアイレンズ３３Ａ〜３
３Ｄへの光路の途中にそれぞれ透過率が異なる２枚のフ
ィルター板３４Ｂ，３５Ｂ〜３４Ｄ，３５Ｄ（フィルタ
ー板３４Ｃ，３５Ｃ及び３４Ｄ，３５Ｄは図１には現れ
ていない）を進退自在に配置する。

【００２７】フィルター板３４Ａ，３５Ａ〜３４Ｄ，３
５Ｄはそれぞれ吸光性のガラス板又は金網状のメッシュ
フィルター等より形成されている。また、フィルター板
３４Ａ〜３４Ｄの透過率はそれぞれ例えば９９％、フィ
ルター板３５Ａ〜３５Ｄの透過率はそれぞれ例えば９８
％であり、２枚のフィルター板（例えばフィルター板３
４Ａ及び３５Ａ）の組み合せにより４種類の透過率が実
現される。即ち、フィルター板を使用しないときの透過
率は１００％、フィルター板３４Ａのみを使用するとき
の透過率は９９％、フィルター板３５Ａのみを使用する
ときの透過率は９８％、２枚のフィルター板３４Ａ及び
３５Ａを使用するときの透過率は約９７％である。これ
らフィルター板３４Ａ，３５Ａ〜３４Ｄ，３５Ｄの進退
動作も駆動系３７により制御される。

【００２８】３８は全体の動作を制御する主制御系を示
し、オペレータはキーボード３９等から主制御系３８に
制御コマンドを送る。また、照射量モニター２０の出力
信号を主制御系３８に供給し、主制御系３８は駆動系３
７の動作をも制御する。更に、蛍光式インテグレータ４
０Ａ〜４０Ｄに対して光軸ＡＸから離れる方向にそれぞ
れフォトマルチプライア又はフォトダイオード等の光電
変換素子４４Ａ〜４４Ｄ（図１では光電変換素子４４Ａ
及び４４Ｂのみが現れている）を配置し、これら光電変
換素子４４Ａ〜４４Ｄの光電変換信号Ｓ１〜Ｓ４を主制
御系３８に供給する。この際に、例えば蛍光式インテグ
レータ４０Ａからの蛍光が光電変換素子４４Ａの他の光
電変換素子４４Ｂ〜４４Ｄに入射しないように、光軸Ａ
Ｘの近傍に遮光板等を配置してもよい。また蛍光式イン
テグレータ４０Ａ〜４０Ｄと光電変換素子４４Ａ〜４４
Ｄとの間にそれぞれ蛍光を効率的に伝達するための光フ
ァイバー等のライトガイドを配置しても良い。

【００２９】本例の露光動作につき説明する。先ず、主
制御系３８は、ウエハＷへの露光の準備工程として、光
電変換素子４４Ａ〜４４Ｄの光電変換信号よりそれぞれ
蛍光式インテグレータ４０Ａ〜４０Ｄにおける蛍光の強
度を検出し、これによりフライアイレンズ３３Ａ〜３３
Ｄから射出される照明光の強度を個別に計測する。この
計測結果に基づいて主制御系３８は、フィルター板３４
Ａ，３５Ａ〜３４Ｄ，３５Ｄの進退を制御して、フライ
アイレンズ３３Ａ〜３３Ｄから射出される照明光の強度
を等しくする。なお、各光電変換素子４４Ａ〜４４Ｄの
出力信号は予め、例えば受光面の大きな基準の光電変換
素子でそれぞれフライアイレンズ３３Ａ〜３３Ｄからの
照明光を光電変換した信号でキャリブレーションしてお
いてもよい。

【００３０】この場合、各フライアイレンズ３３Ａ〜３
３Ｄは光軸ＡＸに対して９０°間隔で軸対称に配置され
ているので、各フライアイレンズ３３Ａ〜３３Ｄからの
照明光の投影光学系ＰＬの瞳面ＥＰにおける像の照度分
布の重心の位置ベクトルの総和（方向重心）は０とな
る。従って、投影光学系ＰＬに対する照明光のテレセン
トリック性のずれが０となり、結像特性が最良の状態に
なる。但し、レチクルＲ上に形成されたパターンの方向
性又は各方向に延びたパターンの存在比率等に応じて、
各フライアイレンズ３３Ａ〜３３Ｄからの照明光の強度
の比の値を任意の値に設定するようにしてもよい。

【００３１】次に、主制御系３８は例えばウエハステー
ジ１９上の照射量モニター２０を投影光学系ＰＬの露光
領域に設定して、このときの照射量モニター２０の出力
信号と各光電変換素子４４Ａ〜４４Ｂの出力信号の総和
との比の値を求めておく。そして、実際にウエハＷの各
ショット領域への露光を行う際には、主制御系３８は各
光電変換素子４４Ａ〜４４Ｄの出力信号の総和から、そ
のウエハＷのショット領域への積算露光エネルギーを計
測し、この積算露光エネルギーが適正露光量に達したと
きに露光を停止する。これによりウエハＷの各ショット
領域への露光量の制御が行われる。

【００３２】なお、図１において、例えば補助コンデン
サーレンズ４１とミラー４２との間に透過型の蛍光板よ
りなる大面積の蛍光式インテグレータ５０を配置しても
よい。この蛍光式インテグレータ５０からの蛍光を検出
することにより、ウエハＷ上に向かう全照明光の光量を
モニターすることができる。

【００３３】次に、参考のため、図２を参照して、変形
光源法（複数傾斜照明法）で解像度が向上し、且つ焦点
深度が深くなる理由につき説明する。但し、簡単のため
２光束の傾斜照明で説明する。図２において、レチクル
Ｒ上に描画されたパターン４７は図２の紙面に平行な方
向にピッチＰのライン・アンド・スペースパターンであ
るとする。先ず、フライアイレンズ３３Ａのレチクル側
焦点面ｂからの照明光Ｌ１は、コンデンサーレンズ系４
６を経て入射角ψでレチクルＲに入射する。これに応じ
てレチクルＲのパターン４７からは、０次回折光Ｄ０、
±１次回折光Ｄｐ，Ｄｍ及びより高次の回折光成分が、
パターンのピッチに応じて定まる方向に射出される。

【００３４】照明光Ｌ１は両側テレセントリックな投影
光学系ＰＬの光軸ＡＸに角度ψだけ傾いてレチクルＲに
入射するので、０次回折光Ｄ０もまた光軸ＡＸに対して
角度ψだけ傾いた方向に射出され、−１次回折光Ｄｍは
０次回折光Ｄ０に対して光軸ＡＸ側に角度θｍだけ傾い
てパターン４７から射出され、＋１次回折光Ｄｐは０次
回折光Ｄ０に対して光軸ＡＸから離れる方向に角度θｐ
だけ傾いて射出される。従って、＋１次回折光Ｄｐは光
軸ＡＸに対して角度（θｐ＋ψ）の方向に進行し、−１
次回折光Ｄｍは光軸ＡＸに対して反対側に角度（θｍ−
ψ）の方向に進行する。照明光の波長をλとすると、そ
れら回折角θｐ及びθｍはそれぞれ次のようになる。ｓｉｎ（θｐ＋ψ）−ｓｉｎψ＝λ／Ｐ（１）ｓｉｎ（θｍ−ψ）＋ｓｉｎψ＝λ／Ｐ（２）

【００３５】ここで、＋１回折光Ｄｐ及び−１次回折光
Ｄｍの両方が投影光学系ＰＬの瞳４８を透過しているも
のとする。そして、レチクルＲのパターン４７が微細化
してピッチＰが小さくなり回折角が増大すると、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ＰＬの瞳面４８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（θｐ＋ψ）＞ＮＡｒの関係になってくる。
しかしながら、この場合でも−１次回折光Ｄｍに関して
はｓｉｎ（θｍ−ψ）＜ＮＡｒが成立し、その−１次回
折光Ｄｍは投影光学系ＰＬの瞳４８を通過する。

【００３６】従って、ウエハＷ上には０次回折光Ｄ０と
−１次回折光Ｄｐとの干渉縞、即ちレチクルＲのパター
ン４７の像が形成される。このときの解像限界は、次式
が成立するときである。ｓｉｎ（θｍ−ψ）＝ＮＡｒ（３）従って、レチクルＲのパターン４７のピッチＰの転写可
能な最小値Ｐ_min は次のようになる。ＮＡｒ＋ｓｉｎψ＝λ／Ｐ_min （４）Ｐ_min ＝λ／（ＮＡｒ＋ｓｉｎψ）（５）

【００３７】一例として、（５）式のｓｉｎψを０．５
×ＮＡｒ程度に定めるとすれば、レチクルＲのパターン
４７の転写可能な最小ピッチＰ_min は次のようになる。Ｐ_min ＝λ／（ＮＡｒ＋０．５ＮＡｒ）＝２λ／（３ＮＡｒ）（６）一方、投影光学系ＰＬの瞳４８上での照度分布が光軸Ａ
Ｘを中心とする円形領域である従来の照明光学系の場合
には、転写可能な最小ピッチＰ_min は約λ／ＮＡｒであ
る。従って、傾斜照明により従来の露光装置より高い解
像度が得られることが分かる。

【００３８】次に、０次回折光Ｄ０と−１次回折光Ｄｍ
とを用いてウエハＷ上に結像することにより、焦点深度
も深くなる理由について説明する。図２において、投影
光学系ＰＬのレチクルＲからウエハＷへの倍率をＭ、ウ
エハＷに対する０次回折光Ｄ０の入射角をα０とする
と、ｓｉｎα０＝ｓｉｎψ／Ｍである。また、−１次回
折光Ｄｍの入射角をαｍとすると、ｓｉｎαｍ＝ｓｉｎ
（θｍ−ψ）／Ｍである。この場合、ｓｉｎψ≒ｓｉｎ
（θｍ−ψ）が成立している。従って、ウエハＷの露光
面のデフォーカス量をΔＦとすると、０次回折光Ｄ０に
よる波面収差であるΔＦ・ｓｉｎ² α０／２と−１次回
折光Ｄｍによる波面収差であるΔＦ・ｓｉｎ² αｍ／２
とはほぼ等しくなり、焦点深度が増大する。

【００３９】上述のように、複数傾斜照明方式の投影露
光装置に本発明を適用すると、複雑な照明光学系を更に
ほとんど複雑化且つ大型化することなく、各２次光源か
らの照明光の強度を個別にモニターすることができ、そ
の効果は大である。しかしながら、本発明は図４のよう
な通常の照明方式の露光装置にも適用できる。図４の場
合には、例えばフライアイレンズ１２と第１リレーレン
ズ１４との間の極めて小さいスペースに１枚の蛍光式イ
ンテグレータを配置するだけで、露光量制御を行うこと
ができる。また、本発明はプロキシミティ方式の露光装
置で露光量の制御を行う場合等にも同様に適用すること
ができる。このように、本発明は上述実施例に限定され
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。

【００４０】

【発明の効果】本発明の第１の露光装置によれば、所定
のエネルギー線の光路に例えば比較的薄い蛍光発生手段
をほぼ光軸に垂直に配置するだけでよいので、そのエネ
ルギー線の光路上で大きなスペースを占有することなく
比較的簡単な構成でそのエネルギー線の強度をモニター
できると共に、そのモニター量の経時変化が比較的少な
い利点がある。

【００４１】また、第２の露光装置によれば、照明光学
系をほとんど更に複雑化することなく、各２次光源から
の照明光の強度を個別にモニターできる利点がある。ま
た、それら複数の２次光源からの照明光の強度を個別に
調整する強度調整手段を設けた場合には、それら複数の
２次光源からの照明光の強度の比の値を露光するパター
ンに応じて最適な値に設定できる。

【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全体を示す
構成図である。

【図２】変形光源法（複数傾斜照明法）の原理説明図で
ある。

【図３】図１のフライアイレンズ３３Ａ等及び蛍光式イ
ンテグレータ４０Ａ等の配置を示す正面図である。

【図４】従来の投影露光装置の全体を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

ＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ２０照射量モニター２７光源３１多面体プリズム３２リレーレンズ３３Ａ，３３Ｂフライアイレンズ３４Ａ，３５Ａ，３４Ｂ，３５Ｂフィルター板３６Ａ，３６Ｂ遮光板３８主制御系４０Ａ，４０Ｂ蛍光式インテグレータ４３主コンデンサーレンズ４４Ａ，４４Ｂ光電変換素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のエネルギー線でマスクを均一に照
明する照明光学系を有し、前記マスクのパターンを感光
基板上に露光する露光装置において、前記照明光学系中に配置され、前記エネルギー線を所定
の透過率で透過させると共に、前記エネルギー線に応じ
た蛍光を発生する蛍光発生手段と、前記発生された蛍光を光電変換する光電変換手段と、該光電変換により得られた信号に基づいて前記感光基板
に対する前記所定のエネルギー線の照射量を制御する制
御手段とを有する事を特徴とする露光装置。
【請求項２】照明光を発生する光源と、前記照明光より複数の２次光源を形成する２次光源形成
手段と、前記複数の２次光源からの照明光によりマスクを均一に
照明する集光光学系と、前記照明光のもとで前記マスクのパターンの像を感光基
板上に投影する投影光学系と、前記複数の２次光源からの照明光の光路中に配置され、
それぞれ前記照明光を所定の透過率で透過させると共
に、前記複数の２次光源の一つからの照明光に対応する
蛍光を発生する複数の蛍光発生手段と、前記発生された蛍光を光電変換する光電変換手段と、該光電変換により得られた信号に基づいて前記感光基板
に対する前記照明光の照射量を制御する制御手段とを有
する事を特徴とする露光装置。
【請求項３】前記複数の２次光源からの照明光の強度
を個別に調整する強度調整手段を設け、該強度調整手段
により、前記蛍光発生手段から発生された蛍光により検
出された前記複数の２次光源のそれぞれからの個別の照
明光の強度の比の値を所定の値に設定するようにした事
を特徴とする請求項２記載の露光装置。