JPH08255738A

JPH08255738A - 露光装置

Info

Publication number: JPH08255738A
Application number: JP7057358A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西; Toshihiko Tsuji; 寿彦辻
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1995-03-16
Publication date: 1996-10-01

Abstract

(57)【要約】【目的】走査露光方式で露光する際に、露光用光源に
供給される駆動電力の設定分解能が低い場合でも、感光
基板上での積算露光量を適正範囲内に収める。【構成】水銀ランプ１からの照明光を減光板２３、及
び光量絞り１０で減光した後、ビームスプリッター３１
で分岐してインテグレータセンサ３３で受光し、その出
力信号としての照度検出信号Ｓ１と、露光量制御系２０
からの目標照度信号Ｓ２とを電源系２２に供給し、電源
系２２では２つの信号が等しくなるように所定の分解能
で水銀ランプ１を点灯する。露光量制御系２０では、照
度検出信号Ｓ１よりウエハＷ上での照度の誤差Δｅを求
め、この誤差Δｅに応じてステージ制御系４６に対し
て、レチクルＲ側の走査ステージ４２、及びウエハステ
ージ４８の走査速度の補正値を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子又は
液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際
に使用される露光装置に関し、特にマスクと感光性の基
板とを同期して走査することにより、マスク上のパター
ンを逐次その基板上に露光する所謂スリットスキャン方
式、又はステップ・アンド・スキャン方式等の走査露光
型の露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、マスクと
してのレチクルのパターンをフォトレジストが塗布され
たウエハ（又はガラスプレート等）の各ショット領域に
転写露光するために使用される露光装置では、一般にウ
エハ上の各ショット領域への露光量をそれぞれ適正範囲
に収めるための照度制御機構が設けられている。斯かる
露光装置における照度制御機構は主に、レチクルの照明
領域内での照度分布のむらを抑制するための照度分布制
御機構と、ウエハ上の各ショット領域への積算露光量を
適正露光量にするための露光量制御機構とに分けられ
る。

【０００３】これに関して、従来の露光装置としては主
に、ステップ・アンド・リピート方式でウエハの各ショ
ット領域を露光位置に位置決めした後、それぞれ静止状
態でレチクルのパターンを投影光学系を介して各ショッ
ト領域に転写する一括露光方式の投影露光装置（ステッ
パー等）が使用されていた。一括露光方式では、先ず照
度分布制御は、照明光学系内に設けたオプティカル・イ
ンテグレータ（フライアイレンズ等）を用いて、多数の
光源像からの光束を重畳することにより行われている。
また、一括露光方式では、各ショット領域に静止状態で
露光が行われるため、各ショット領域への積算露光量
は、露光用の照明光を分岐して得られるモニタ用の光束
を実際の露光時間中に連続的に受光し、そのモニタ用の
光束の光電変換信号を積分して得られる信号に予め実験
的に求められている所定の係数を乗算することにより算
出される。

【０００４】従って、一括露光方式の投影露光装置用の
露光量制御機構は、そのモニタ用の光束を受光する光電
検出器（インテグレータセンサ）と、このインテグレー
タセンサの検出信号を積分する積分手段と、この積分手
段による積分結果と目標値との差分が小さくなるように
照明光の照度、又は露光時間を制御する制御手段とから
容易に構成することができる。

【０００５】また、例えば微細な周期的なパターンに対
する解像度、及び焦点深度を向上させるために、照明系
開口絞りを光軸に対して偏心した複数の開口からなる形
状とする変形光源法（例えば特開平４−２２５３５８号
公報参照）、又は照明系開口絞りの形状を輪帯状にする
輪帯照明法等が提案されている。このように照明系開口
絞りの開口の形状が種々に変化した場合でも、そのイン
テグレータセンサの受光面をウエハの表面と実質的に共
役な検出面上に配置することにより、ウエハの表面での
実際の照度が正確にモニタできる。従って、そのインテ
グレータセンサの検出信号を積分して得られる値が所定
の目標値に収束されるように、例えば露光時間を制御す
ることにより、ウエハの各ショット領域での積算露光量
を容易に適正範囲に収めることができる。

【０００６】これに対して最近、半導体素子等の１個の
チップパターンが大型化する傾向にあり、投影露光装置
においては、より大きな面積のパターンを効率的にウエ
ハ上に露光するための大面積化が求められている。この
ような大面積化を行うためには、特にディストーション
を全面で所定量以下に収めることが必要となる。そこ
で、広い露光面積の全面でディストーションを小さくす
るために、ウエハ上の各ショット領域を走査開始位置に
ステッピングした後、投影光学系に対してレチクル及び
ウエハを同期して走査することにより、レチクル上のパ
ターンをウエハ上の各ショット領域に逐次露光する所謂
ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置が注目され
ている。このステップ・アンド・スキャン方式の投影露
光装置は、従来の等倍の投影光学系を用いて、レチクル
とウエハとを同期して走査することにより、レチクルの
パターンをウエハの全面に逐次露光する所謂スリットス
キャン方式の投影露光装置（アライナー等）を発展させ
たものである。

【０００７】そのようなスリットスキャン方式又はステ
ップ・アンド・スキャン方式等の走査露光方式の投影露
光装置の照度制御機構の内で、照度分布制御機構として
は一括露光方式の場合と同じくオプティカル・インテグ
レータが使用されている。但し、オプティカル・インテ
グレータとしてフライアイレンズを使用する場合、最終
段のフライアイレンズの各レンズエレメントの入射面が
レチクルのパターン面と共役となる。また、走査露光方
式ではレチクル上の照明領域は細長い矩形状、又は円弧
状の領域（以下、「スリット状の照明領域」という）で
あるため、照明効率を高めるためには、最終段のフライ
アイレンズを構成する各レンズエレメントの断面形状
は、スリット状の照明領域とほぼ相似の細長い矩形であ
ることが望ましい。

【０００８】一方、走査露光方式用の露光量制御機構と
して、一括露光方式用の露光量制御機構をそのまま適用
することは困難である。走査露光方式では、ウエハの各
ショット領域をこれらショット領域の長さより短いスリ
ット状の露光フィールドに対して走査するため、各ショ
ット領域内の積算露光量の制御は、そのスリット状の露
光フィールド内の積算露光量をウエハ上の全ての点で一
定にするように実行される。仮に、ウエハ上の各点での
積算露光量が異なると、各ショット領域内で積算露光量
のむらが生じることになり、これは一括露光方式の露光
装置における照明領域内での照度むらと同様の誤差とな
ってしまう。

【０００９】また、一括露光方式では積算露光量を制御
するための１つの方法として、例えばシャッターの開閉
により露光時間の制御が行われるが、走査露光方式では
連続して露光が行われるため、ウエハ上の各点での積算
露光量をシャッターの開閉によって制御することはでき
ない。そこで、走査露光方式では、例えばレチクルとウ
エハとをそれぞれ所定の一定速度で走査することで積算
露光量を制御している。このように走査速度を制御する
方法では、積算露光量を時間的に微調整することは困難
である。従って、走査露光方式では更に、各ショット領
域への露光を行っている間、連続して照度が時間的安定
性を保つように照度制御を行う必要がある。これに関し
て、一括露光方式の場合には、そのように照度を一定に
保つ制御方法として、照明光の照度を常時モニタし、そ
の結果を露光用光源の電源にフィードバックして、その
電源から露光用光源に供給する電力を制御する定照度制
御法が知られている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一括露
光方式で使用されている定照度制御法をそのまま走査露
光方式の露光装置に適用しても、ウエハ上の各点での積
算露光量を適正範囲に収めるのが困難である場合があ
る。即ち、露光用光源としては例えば水銀ランプのよう
な放電ランプ、又はエキシマレーザ光源若しくはＹＡＧ
レーザの高調波発生装置のようなレーザ光源等が使用さ
れるが、その露光用光源に供給される駆動電力はかなり
大きな値であるため、その駆動電力のみを制御して高い
分解能で、且つ高い応答速度で照明光の照度を調整する
のは困難であるという不都合があった。

【００１１】これに関して、一括露光方式であれば、露
光用光源からの照明光の照度が階段状に変化したような
場合でも、それに応じて例えばシャッターを制御して露
光時間を調整するのみで容易に積算露光量を適正範囲内
に収めることができる。しかしながら、走査露光方式で
は、常時露光が行われているため、例えばシャッターを
制御することによって積算露光量を調整するのは困難で
ある。

【００１２】本発明は斯かる点に鑑み、露光用の光源に
供給される駆動電力の設定分解能が低い場合でも、感光
性の基板上での積算露光量を適正範囲内に収めることの
できる走査露光型の露光装置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】本発明による露光装置
は、例えば図１及び図７に示すように、露光用の照明光
を発生する露光用光源（１）と、その照明光により転写
用パターンの形成されたマスク（Ｒ）上の所定の照明領
域を照明する照明光学系（６，８，９，１６，３４，３
８，３９）と、その所定の照明領域に対してマスク
（Ｒ）を所定方向に走査するマスクステージ（４２）
と、その所定方向に対応する方向に感光基板（Ｗ）を走
査する基板ステージ（４８）とを備え、マスク（Ｒ）と
感光基板（Ｗ）とを同期して走査することにより、感光
基板（Ｗ）上にマスク（Ｒ）のパターンを逐次露光する
走査露光型の露光装置において、露光用光源（１）と感
光基板（Ｗ）との間に配置され、その照明光を可変の割
合で減衰させる照度可変手段（１０，１１，２３，２
４）と、その照明光の露光エネルギーを連続して計測す
る露光量計測手段（３１〜３３）と、この露光量計測手
段により計測される露光エネルギーが所定の目標値に近
づくように露光用光源（１）の出力及びその照度可変手
段によるその照明光の減衰量を制御する定照度制御手段
（２０）と、露光量計測手段（３１〜３３）により計測
される露光エネルギーとその所定の目標値との差分に応
じてマスクステージ（４２）及び基板ステージ（４８）
の走査速度を制御するステージ制御手段（４６）と、を
有するものである。

【００１４】

【作用】斯かる本発明によれば、先ず、定照度制御手段
が、マスク（Ｒ）を照明する照明光の照度を所定の目標
値に近づけるように露光用光源（１）に供給される電力
を制御する。この際に、例えばその露光用光源（１）が
安定に発光するときの照明光の照度に比べてその目標値
が低いような場合には、その照度可変手段を介してその
照明光の照度をその目標値近傍まで減衰させる。

【００１５】但し、露光用光源（１）に供給される電力
の設定分解能が粗く、且つその照度可変手段で減衰する
割合の分解能も粗いような場合には、これだけでは照明
光の照度は目標値に対して許容範囲内に収まらないこと
がある。また、照度が目標値である場合の基板ステージ
（４８）の走査速度をＶ_W0、感光基板（Ｗ）上での露光
領域の走査方向への幅をＤとすると、感光基板（Ｗ）上
の各点での露光時間Ｔ ₀はＬ／Ｖ_W0となる。従って、照
度の目標値をｅ₀とすると、適正積算露光量ΣＥ₀は次
のようになる。

【００１６】ΣＥ₀＝ｅ₀・Ｄ／Ｖ_W0 ここで、照度が目標値からΔｅだけ変化したとすると、
基板ステージ（４８）の走査速度を次式を満たすように
ΔＶ_Wだけ変化させることにより、適正積算露光量Ｐ₀
を得ることができる。

【００１７】 ΣＥ₀＝（ｅ₀+Δｅ）・Ｄ／（Ｖ_W0＋ΔＶ_W) 即ち、速度の補正値ΔＶ_Wは、次のようになる。当然な
がら、これに対応するようにマスクステージ（４２）の
走査速度も変化する必要がある。

【００１８】 ΔＶ_W＝（ｅ₀+Δｅ）・Ｄ／ΣＥ₀−Ｖ_W0 そこで、照度の誤差が許容範囲を超えているときには、
更にステージ制御手段（４６）を介してマスクステージ
（４２）及び基板ステージ（４８）の走査速度を制御す
ることにより、感光基板（Ｗ）上の各点での積算露光量
を適正範囲内に収めることができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明による露光装置の一実施例につ
き図面を参照して説明する。本実施例は、ステップ・ア
ンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用した
ものである。図１は、本実施例の投影露光装置を示し、
この図１において、水銀ランプ１からの照明光は楕円鏡
２によって集光される。その集光点近傍にシャッター制
御機構５により開閉されるシャッター４が配置され、シ
ャッター４が開状態の場合、その照明光はミラー３及び
インプットレンズ６を介してほぼ平行光束に変換された
後、視野絞り７に達する。視野絞り７の直後に、出し入
れ自在に減光板２３が配置され、減光板２３により視野
絞り７を通過する照明光の光量を所定範囲内で段階的、
又は連続的に変化させることができるようになってい
る。

【００２０】減光板２３は、例えば反射型ハーフミラー
を複数個切り換え自在に配置したものであり、各ハーフ
ミラーの光軸に対する傾きがそれぞれ全体としての透過
率を所定の透過率にするように設定されている。そし
て、駆動モータを含む減光板駆動機構２４で、減光板２
３をステップ移動させることにより、照明光の光量が調
整される。本実施例では、ウエハＷに対する露光量の制
御を行うのは露光量制御系２０であり、露光量制御系２
０が減光板駆動機構２４の動作を制御すると共に、シャ
ッター制御機構５の動作をも制御する。更に、露光量制
御系２０は、水銀ランプ１用の電源系２２を介して、水
銀ランプ１に供給される電力を制御する。

【００２１】視野絞り７の開口を通過した後、減光板２
４によって光量が調整された照明光は、第１リレーレン
ズ８を経て２段のフライアイレンズ群の内の第１フライ
アイレンズ９に入射する。第１フライアイレンズ９によ
る複数の光源像からの照明光は、第２リレーレンズ１２
Ａを介して第２フライアイレンズ１４に導かれる。本例
では、第１フライアイレンズ９の射出面、即ち光源像の
形成面の近傍に光量絞り１０が配置され、光量絞り１０
の開口の大きさは光量絞り駆動機構１１によって任意の
大きさに調整できるようになっている。光量絞り駆動機
構１１の動作も露光量制御系２０により制御される。本
例ではその光量絞り１０の開口の大きさを調整すること
により、第１フライアイレンズ９から第２フライアイレ
ンズ１４に向かう照明光の光量を連続的に調整できる。

【００２２】図２（ａ）は、光量絞り１０の一例を示
し、図２（ａ）において、光量絞り１０は虹彩絞りより
構成されている。この場合、例えばその虹彩絞りの周囲
のレバーを動かすことにより、図２（ｂ）に示すよう
に、その虹彩絞りのほぼ円形の開口の大きさが連続的に
調整できるようになっている。図１に戻り、近年、照明
光学系の開口数（N.A.）を絞る、即ち照明光学系の開口
数の投影光学系の開口数に対する比の値であるコヒーレ
ンスファクタ（σ値）を小さくすることにより、所定の
パターンに対する焦点深度を向上させる技術が開発され
ている。このようにσ値を小さくするときには、レチク
ルを照明する照明光の照度が減少する。本例ではそのよ
うな照明光の照度の減少を防止する手段として、第２フ
ライアイレンズ１４の入射面での照明領域の大きさを調
整する調整機構が設けられている。

【００２３】その調整機構は、第２リレーレンズ１２Ａ
と、この第２リレーレンズ１２Ａより屈折力の大きな別
の第２リレーレンズ１２Ｂと、それら２つの第２リレー
レンズ１２Ａ，１２Ｂを切り換える交換機構１３とから
構成され、本例の投影露光装置全体の動作を統括制御す
る主制御系１９によりその交換機構１３の動作が制御さ
れる。そして、通常のσ値で照明を行うときには、交換
機構１３を介して第１フライアイレンズ９と第２フライ
アイレンズ１４との間に一方の第２リレーレンズ１２Ａ
が配置され、これにより第２フライアイレンズ１４の入
射面のほぼ全面が照明光により照明される。一方、σ値
を小さくして（照明光学系の開口数を絞って）照明を行
うときには、交換機構１３を介して第１フライアイレン
ズ９と第２フライアイレンズ１４との間に他方の第２リ
レーレンズ１２Ｂが配置され、これにより第２フライア
イレンズ１４の入射面の中央部が部分的に照明光で照明
される。従って、σ値を小さくしたときには、第２フラ
イアイレンズ１４の段階での照明光の照度が高くなるた
め、σ値の如何に拘らず、レチクル及びウエハ上での照
明光の照度がほぼ一定に維持される。

【００２４】なお、本例の調整機構は、切り換え方式で
あるが、その調整機構を第１フライアイレンズ９と第２
フライアイレンズ１４との間に配置されるズームレンズ
系と、このズームレンズ系の変倍を行う変倍機構とから
構成してもよい。このようにズームレンズ系を使用する
ことにより、第２フライアイレンズ１４の入射面での照
明視野の大きさを連続的に変化させることができる。従
って、σ値を連続的に変化させたような場合でも、常に
レチクル及びウエハ上での照度を高く維持できる利点が
ある。

【００２５】次に、本例の第２フライアイレンズ１４
は、それぞれモザイク状にレンズエレメントが密着して
配置された片面が平面状の２個のレンズ束１４ａ及び１
４ｂを、それぞれの平面部が対向するように近接して配
置したものである。そこで、以下では第２フライアイレ
ンズ１４を「モザイク型フライアイレンズ１４」と呼
ぶ。

【００２６】図３（ａ）は本例のモザイク型フライアイ
レンズ１４の側面図であり、この図３（ａ）において、
照明光学系の光軸ＡＸ１に沿ってそれぞれの平面部ＦＢ
及びＦＣが間隔δで対向するように配置された２個のレ
ンズ束１４ａ及び１４ｂよりモザイク型フライアイレン
ズ１４が構成されている。この場合、光源側の第１のレ
ンズ束１４ａを構成する各レンズエレメントはそれぞれ
入射面ＦＡ側で屈折力を有し、レチクル側の第２のレン
ズ束１４ｂを構成する各レンズエレメントはそれぞれ射
出面ＦＤ側で屈折力を有する。

【００２７】更に、第１のレンズ束１４ａに光源側から
入射する平行光束は、第２のレンズ束１４ｂの射出面Ｆ
Ｄ上に集光され、逆に第２のレンズ束１４ｂにレチクル
側から入射する平行光束は、第１のレンズ束１４ａの入
射面ＦＡ上に集光されるように、各レンズエレメントの
屈折力が定められている。即ち、第２のレンズ束１４ｂ
の射出面ＦＤは、モザイク型フライアイレンズ１４の焦
点面となっており、その射出面ＦＤに多数の光源像が形
成される。従って、レンズ束１４ａ及び１４ｂは、２つ
が組み合わされて初めて１個のフライアイレンズとして
作用する。なお、図３（ａ）〜（ｃ）に示すモザイク型
フライアイレンズ１４の２つのレンズ束１４ａ，１４ｂ
を構成するレンズエレメントの個数は一例であり、実際
には必要とされる照度分布の均一性の要求精度に応じて
そのレンズエレメントの個数が決定される。

【００２８】図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡＡ線に沿っ
て第１のレンズ束１４ａを示す正面図、図３（ｃ）は図
３（ａ）のＣＣ線に沿って第２のレンズ束１４ｂを示す
正面図であり、図３（ａ）及び図３（ｃ）において、本
例の投影露光装置の走査露光時のレチクルの走査方向に
対応する方向をＸ１方向として、その走査方向に垂直な
非走査方向に対応する方向をＹ１方向としている。

【００２９】この場合、図３（ｂ）に示すように、第１
のレンズ束１４ａは、Ｘ１方向の幅ｄｘでＹ１方向の幅
ｄｙ（ｄｙ＞ｄｘ）の細長い矩形の断面形状を有するレ
ンズエレメント６１を、それぞれＹ１方向に密着して配
列することにより、第１行６２Ａ、第２行６２Ｂ、第３
行６２Ｃ、…の各行のレンズ群を構成し、且つ奇数番目
の第１行６２Ａ、第３行６２Ｃ、…のレンズ群と、偶数
番目の第２行６２Ｂ、第４行６２Ｄ、…のレンズ群とを
Ｙ１方向にレンズエレメントの幅ｄｙの１／２だけずら
して構成されている。

【００３０】本例では図３（ａ）において、モザイク型
フライアイレンズ１４の入射面、即ち第１のレンズ束１
４ａの入射面ＦＡがレチクルのパターン面と共役であ
り、その第１のレンズ束１４ａを構成するレンズエレメ
ント６１の断面形状が、レチクル上のスリット状の照明
領域と相似であるときに最も照明効率が高くなる。そこ
で、レンズエレメント６１の断面形状のＸ１方向の幅ｄ
ｘと、Ｙ１方向の幅ｄｙとの比の値は、レチクル上のス
リット状の照明領域の走査方向の幅と、非走査方向の幅
との比の値にほぼ等しく設定されている。そのため、レ
ンズエレメント６１の断面は、非走査方向に対応するＹ
１方向に細長い矩形となっている。一例として、ｄｘ：
ｄｙ＝１：３程度に設定される。

【００３１】また、図３（ｃ）に示すように、第２のレ
ンズ束１４ｂは、Ｘ１方向の幅ｅｘ（＝２・ｄｘ）でＹ
１方向の幅ｅｙ（＝ｄｙ／２）のほぼ正方形に近い断面
形状を有するレンズエレメント６５を、それぞれＸ１方
向に密着して配列することにより、第１列６６Ａ、第２
列６６Ｂ、第３列６６Ｃ、…の各列のレンズ群を構成
し、且つ奇数番目の第１列６６Ａ、第３列６６Ｃ、…の
レンズ群と、偶数番目の第２列６６Ｂ、第４列６６Ｄ、
…のレンズ群とをＸ１方向にレンズエレメントの幅ｅｘ
の１／２だけずらして構成されている。因みに、第１の
レンズ束１４ａのレンズエレメント６１の断面形状につ
いて、ｄｘ：ｄｙ＝１：３程度である場合、第２のレン
ズ束１４ｂのレンズエレメント６５の断面形状につい
て、ｅｘ：ｅｙ＝２：１．５＝４：３程度となり、レン
ズエレメント６５の断面形状はほぼ正方形状となる。

【００３２】このような配置において、更に第１のレン
ズ束１４ａの或るレンズエレメントの中心と第２のレン
ズ束１４ｂの或るレンズエレメントの中心とをＸ１方
向、及びＹ１方向に関して合わせておく。これにより、
第１のレンズ束１４ａを構成する全てのレンズエレメン
ト６１の中心６３と、第２のレンズ束１４ｂを構成する
全てのレンズエレメント６５の中心６７とが、Ｘ１方向
及びＹ１方向に関して同じ位置に配列されている。

【００３３】このようにモザイク型フライアイレンズ１
４を２つのレンズ束１４ａ，１４ｂに分けた場合の作用
効果につき説明するに、本例のモザイク型フライアイレ
ンズ１４は、２段目のフライアイレンズであり、この２
段目のフライアイレンズの射出面に形成される個々の光
源像は、図１の１段目のフライアイレンズ９の射出面上
で光量絞り１０の開口内に形成される多数の光源像の像
である。即ち、モザイク型フライアイレンズ１４の射出
面に形成される個々の光源像は、多数の微小な光源像を
例えば円形の領域内に一様に分布させたものとなる。

【００３４】従って、このモザイク型フライアイレンズ
１４の射出面に形成される光源像を、図３（ｂ）に示す
ように第１のレンズ束１４ａの端面に射影して得られる
光源像は、各レンズエレメント６１の中心６３を中心と
する円形の領域６４内に微小な光源像を分布させたもの
となる。その円形の領域６４は、図２に示す光量絞り１
０の開口の形状と相似である。ところが、本例の第１の
レンズ束１４ａの各レンズエレメント６１の断面形状は
細長い矩形であるため、特にその光量絞り１０の開口を
大きく設定すると、その円形の領域６４が各レンズエレ
メント６１の端面からはみ出してしまう。従って、モザ
イク型フライアイレンズ１４の代わりに、そのレンズエ
レメント６１と同じ断面形状のレンズエレメントを束ね
たフライアイレンズを使用すると、射出面で光源像のケ
ラレが生じて照明効率が低下してしまう。

【００３５】これに対して、本例では第１のレンズ束１
４ａの直後に、図３（ｃ）に示すように、それぞれほぼ
正方形の断面形状を有するレンズエレメント６５からな
る第２のレンズ束１４ｂが配置され、各レンズエレメン
ト６５の中心６７を中心とする円形の領域６４内に分布
するような光源像が形成される。この場合、レンズエレ
メント６５の断面形状は正方形に近いため、図２の光量
絞り１０の開口を大きく設定したときでも、その円形の
領域６４はほぼそのレンズエレメント６５の断面内に収
まっている。従って、モザイク型フライアイレンズ１４
の射出面に形成される多数の光源像のケラレが少なくな
り、照明効率が改善されている。そして、モザイク型フ
ライアイレンズ１４の射出面に形成される多数の光源像
からの照明光で重畳的に照明を行うことにより、レチク
ル及びウエハ上での照度分布の均一性は極めて高くなっ
ている。

【００３６】また、図１において、モザイク型フライア
イレンズ１４のレチクル側の第２のレンズ束１４ｂに
は、このレンズ束１４ｂを光軸ＡＸ１に垂直な方向にシ
フトさせると共に、このレンズ束１４ｂのアオリ角（傾
斜角）を所定範囲内で調整する調整機構１５が取り付け
られている。本例では、調整機構１５を介してレンズ束
１４ｂのシフト量、及びアオリ角を調整することによ
り、照明光学系におけるテレセントリック性のずれ量の
補正を行う。例えば、水銀ランプ１の交換時、又は照明
条件の切り換え時（通常照明と変形光源との切り換え
等）に、主制御系１９が調整機構１５の動作を制御する
ことにより、自動的にそのテレセントリック性の補正が
行われるようになっている。

【００３７】さて、図１において、モザイク型フライア
イレンズ１４の射出面の近傍に複数種類の照明系開口絞
りが配置された照明系開口絞り板１６が設置されてい
る。図４は、その照明系開口絞り板１６を示し、この図
４において、照明系開口絞り板１６上にはほぼ等角度間
隔で、通常の円形開口よりなる開口絞り１８Ａ、小さな
円形開口よりなりコヒーレンスファクタであるσ値を小
さくするための開口絞り１８Ｂ、輪帯照明用の輪帯状の
開口絞り１８Ｃ、及び変形光源法用に複数の開口を偏心
させて配置してなる変形開口絞り１８Ｄが配置されてい
る。その照明系開口絞り板１６を回転させることによ
り、４個の開口絞りの内の所望の開口絞りを選択でき
る。

【００３８】図１に戻り、主制御系１９が、駆動モータ
よりなる照明系用絞り駆動機構１７を介して、照明系開
口絞り板１６の回転角を制御する。モザイク型フライア
イレンズ１４から射出された後、照明系開口絞り板１６
中から選択された開口絞りを通過した照明光ＩＬは、透
過率が９８％程度のビームスプリッター３１に入射す
る。そして、ビームスプリッター３１を透過した照明光
が、第１リレーレンズ３４を経て２枚の可動ブレード３
５Ａ及び３５Ｂを有する可動ブラインド（可変視野絞
り）に至る。以下、その可動ブラインドを「可動ブライ
ンド３５Ａ，３５Ｂ」と呼ぶ。可動ブラインド３５Ａ，
３５Ｂの配置面は、モザイク型フライアイレンズ１４の
射出面のフーリエ変換面となっている。即ち、可動ブラ
インド３５Ａ，３５Ｂの配置面は、後述のレチクルＲの
パターン形成面と共役であり、可動ブラインド３５Ａ，
３５Ｂの近傍に、開口形状が固定された固定ブラインド
３７が配置されている。

【００３９】固定ブラインド３７は、例えば４個のナイ
フエッジにより矩形の開口を囲んだ機械的な視野絞りで
あり、その矩形の開口によりレチクルＲ上でのスリット
状の照明領域の形状が規定される。即ち、可動ブライン
ド３５Ａ，３５Ｂ、及び固定ブラインド３７により制限
された照明光ＩＬが、第２リレーレンズ３８、コンデン
サーレンズ３９、及びミラー４０を介してレチクルＲ上
のスリット状の照明領域４１を均一な照度分布で照明す
る。

【００４０】この場合、固定ブラインド３７の配置面
は、レチクルＲのパターン形成面の共役面から僅かにデ
フォーカスされているため、スリット状の照明領域４１
の輪郭部の照度分布が所定の勾配をもって変化する。ま
た、可動ブラインド３５Ａ，３５Ｂは、走査露光の開始
時及び終了時にスリット状の照明領域がレチクルＲ上の
露光すべきでない領域にかかるのを防止する役割を果た
す。そのため、可動ブレード３５Ａ及び３５Ｂは、それ
ぞれスライド機構３６Ａ及び３６Ｂにより開閉できるよ
うに支持されている。スライド機構３６Ａ及び３６Ｂが
可動ブラインド駆動機構を構成し、可動ブラインド駆動
機構の動作はステージ制御系４６により制御される。

【００４１】レチクルＲ上の照明領域４１内のパターン
の像が、投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは例え
ば１／４、又は１／５等）でウエハＷ上のスリット状の
露光フィールド４７に投影される。ここで、投影光学系
ＰＬの光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で
走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向に平行
にＸ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内でＸ軸に垂直な方向
（非走査方向）にＹ軸を取る。本例では、レチクルＲ
は、Ｘ方向に摺動自在な走査ステージ４２を介してレチ
クルベース４３上に保持され、ウエハＷは、ウエハＷを
Ｘ方向に走査すると共にＹ方向に位置決めするウエハス
テージ４８上に保持されている。ウエハステージ４８に
は、ウエハＷをＺ方向に位置決めするＺステージ等も組
み込まれている。

【００４２】走査ステージ４２及びウエハステージ４８
よりステージ駆動機構が構成され、このステージ駆動機
構の動作がステージ制御系４６により制御されている。
走査露光時にはステージ制御系４６は、走査ステージ４
２を介して照明領域４１に対して＋Ｘ方向（又は−Ｘ方
向）に所定速度Ｖ_RでレチクルＲを走査するのと同期し
て、ウエハステージ４８を介してウエハＷ上の所定のシ
ョット領域を露光フィールド４７に対して−Ｘ方向（又
は＋Ｘ方向）に速度Ｖ_W(＝β・Ｖ_R)で走査する。これに
より、そのショット領域上にレチクルＲのパターンが逐
次転写露光される。また、ステージ制御系４６は、走査
露光中にスライド機構３６Ａ及び３６Ｂを介して、可動
ブラインド３５Ａ，３５Ｂの位置を制御する。この場合
の制御方法につき図６を参照して説明する。

【００４３】先ず、走査露光の開始直後には、図６
（ａ）に示すように、レチクルＲのパターン領域８７を
囲む遮光帯８８に対して、図１の固定ブラインド３７の
開口部の像３７Ｒが外側に出ている。そこで、不要な部
分への露光を避けるため、図１の可動ブレード３５Ｂの
位置を移動させて、可動ブラインド３５Ａ，３５Ｂの像
３５Ｒの一方のエッジ部３５Ｒａを遮光帯８８内に入れ
ておく。その後、図６（ｂ）に示すように、固定ブライ
ンド３７の像３７Ｒが走査方向にパターン領域８７内に
収まっているときには、可動ブラインド３５Ａ，３５Ｂ
の像３５Ｒをその像３７Ｒを囲むように設定する。そし
て、走査露光の終了時に、図６（ｃ）に示すように、遮
光帯８８に対して、固定ブラインド３７の像３７Ｒが外
側に出るときには、図１の可動ブレード３５Ａの位置を
移動させて、可動ブラインド３５Ａ，３５Ｂの像３５Ｒ
の他方のエッジ部３５Ｒｂを遮光帯８８内に入れてお
く。このような動作により、レチクルＲ上のスリット状
の照明領域４１が遮光帯８８の外側に出ることが防止さ
れ、ウエハＷ上への不要なパターンの露光が防止され
る。

【００４４】また、図１において、ウエハステージ４８
上のウエハＷの近傍に、ウエハＷの露光面と同じ高さの
受光面を有する光電検出器よりなる照度むらセンサ４９
が設置され、照度むらセンサ４９から出力される検出信
号が主制御系１９に供給されている。更に、ウエハステ
ージ４８上にレチクルアライメント等を行う際に使用さ
れる基準マーク板５０が設けられ、この基準マーク板５
０上に開口パターンよりなる基準マーク５０ａが形成さ
れ、レチクルＲ上にも対応するようにアライメントマー
クが形成されている。例えばレチクルＲを交換したとき
には、基準マーク板５０を投影光学系ＰＬの有効露光フ
ィールド内に移動させ、基準マーク板５０の基準マーク
５０ａを底面側から光源５１により照明光ＩＬと同じ波
長帯の照明光により照明する。この照明光のもとで、レ
チクルＲの上方のミラー４５を介してレチクルアライメ
ント顕微鏡４４により、基準マーク５０ａ及びレチクル
Ｒ上のアライメントマークの像を観察する。そして、こ
の観察結果に基づいて基準マーク板５０に対するレチク
ルＲの位置合わせを行う。

【００４５】更に、基準マーク板５０上にはフォーカス
・キャリブレーション用の基準マークも形成され、この
基準マークの底部に検出系が配置されている。図５
（ａ）はそのフォーカス・キャリブレーション用の基準
マーク、及び検出系を示し、この図５（ａ）において、
基準マーク板５０上の遮光膜中に例えば十字型の開口パ
ターンよりなる基準マーク５０ｂが形成され、この基準
マーク５０ｂの底部に検出系５４が配置されている。こ
の基準マーク５０ｂを用いて、次のように投影光学系Ｐ
Ｌの結像面の位置が求められる。即ち、その検出系５４
において、光ファイバ８１を介してウエハステージ４８
の内部に図１の照明光ＩＬと同じ波長帯の照明光を導
き、この照明光によりコリメータレンズ８２、ハーフミ
ラー８３、及び集光レンズ８４を介して基準マーク５０
ｂを底面側から照明する。この基準マーク５０ｂを通過
した照明光が、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲのパ
ターン形成面に基準マーク５０ｂの像を結像し、このパ
ターン形成面からの反射光が投影光学系ＰＬを介して基
準マーク５０ｂに戻る。そして、基準マーク５０ｂを通
過した照明光が、検出系５４内で集光レンズ８４、ハー
フミラー８３、及び集光レンズ８５を経て光電検出器８
６に入射する。

【００４６】光電検出器８６の検出信号（光電変換信
号）Ｓ６は、図１の主制御系１９に供給される。この場
合、ウエハステージ４８内のＺステージを駆動して、基
準マーク５０ｂのＺ方向の位置を変化させると、図５
（ｂ）に示すように、検出信号Ｓ６は基準マーク５０ｂ
のＺ座標が投影光学系ＰＬの結像面の位置に合致すると
きにピークとなるように変化する。従って、検出信号Ｓ
６の変化より、投影光学系ＰＬの結像面の位置を求める
ことができ、それ以後はその位置にウエハＷの露光面を
設定することにより、良好な状態で露光が行われる。従
って、その基準マーク板５０の基準マーク５０ｂを用い
ることにより、投影光学系ＰＬの結像面の位置のキャリ
ブレーション（フォーカス・キャリブレーション）が行
われる。

【００４７】図１に戻り、透過率が９８％程度のビーム
スプリッター３１で反射された漏れ光が、集光レンズ３
２を介して光電検出器よりなるインテグレータセンサ３
３の受光面に集光されている。インテグレータセンサ３
３の受光面は、レチクルＲのパターン形成面、及びウエ
ハＷの露光面と共役であり、インテグレータセンサ３３
の検出信号（光電変換信号）が露光量制御系２０、及び
電源系２２に供給されている。

【００４８】また、照明系開口絞り板１６を回転させ
て、図４の輪帯照明用の開口絞り１８Ｃ、又は変形開口
絞り１８Ｄを２段目のフライアイレンズ１４の射出面に
設定した場合に、インテグレータセンサ３３の受光面は
露光面と共役であるため、インテグレータセンサ３３へ
の照明光の入射角が大きくなり、入射角による感度誤差
が発生することがある。このような感度誤差を軽減する
ためには、例えばインテグレータセンサ３３の受光面の
直前（又は露光面との共役面）に光束を拡散する拡散板
を配置して、これにより拡散された光束をインテグレー
タセンサ３３で受光すればよい。

【００４９】露光量制御系２０にはメモリ２１が接続さ
れ、メモリ２１内にインテグレータセンサ３３の出力信
号からウエハＷ上での露光エネルギーを求めるための変
換係数等が格納されている。本実施例では、例えばイン
テグレータセンサ３３の出力信号は、所定の基準照度計
を用いて較正され、この較正結果に基づいてインテグレ
ータセンサ３３の出力信号を補正するための補正係数も
メモリ２１内に記憶されている。

【００５０】インテグレータセンサ３３の受光面はレチ
クルのパターン面と共役な位置に配置されているため、
照明系開口絞り板１６を回転させて照明系開口絞りの形
状を変えた場合でも、インテグレータセンサ３３の検出
信号に誤差が生じないようにしている。但し、インテグ
レータセンサ３３の受光面を、投影光学系ＰＬにおける
レチクルのパターンのフーリエ変換面（瞳面）と実質的
に共役な観察面に配置して、この観察面を通過する全光
束を受光できるようにしても構わない。

【００５１】更に本例では、透過率が９８％程度のビー
ムスプリッター３１に関してインテグレータセンサ３３
と反対側に、集光レンズ５２、及び光電検出器よりなる
ウエハ反射率モニタ５３が設置され、集光レンズ５２に
よりウエハ反射率モニタ５３の受光面はウエハＷの表面
とほぼ共役となっている。この場合、レチクルＲを透過
して投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に照射される照
明光の内で、ウエハＷでの反射光が、投影光学系ＰＬ、
レチクルＲ等を介してウエハ反射率モニタ５３で受光さ
れ、この検出信号（光電変換信号）が主制御系１９に供
給される。主制御系１９では、レチクルＲ側に照射され
る照明光ＩＬの光量、及びウエハ反射率モニタ５３の検
出信号から算出されるウエハＷでの反射光の光量に基づ
いて、投影光学系ＰＬを通過する照明光の光量（パワ
ー）を求める。更に、このように求められた光量に露光
時間を乗じて得られる熱エネルギーに基づいて、主制御
系１９は投影光学系ＰＬの熱膨張量を予測し、この予測
された熱膨張量に依る投影光学系ＰＬのディストーショ
ン等の結像特性の変化量を求める。そして、主制御系１
９は、投影光学系ＰＬに接続された不図示の結像特性補
正機構を介して、投影光学系ＰＬの結像特性を元の状態
に補正する。

【００５２】次に、本例の照度制御機構の内の露光量制
御機構につき詳細に説明する。図７は、図１から抽出し
た本例の露光量制御機構を示し、この図７において、イ
ンテグレータセンサ３３からの検出信号である照度検出
信号Ｓ１が露光量制御系２０及び水銀ランプ１用の電源
系２２に供給されている。露光量制御系２０では、所定
の高いサンプリング周波数で内部のＤ／Ａ変換器を介し
てその照度検出信号Ｓ１を取り込んでいる。露光量制御
系２０には主制御系１９から、ウエハＷに対する目標積
算露光量の情報も供給され、更に、メモリ２１に既に述
べたように、照度検出信号Ｓ１の値からウエハＷ上での
実際の露光量（単位時間当りの露光エネルギー）を求め
るための換算係数等が記憶されており、露光量制御系２
０では、照度検出信号Ｓ１よりウエハＷ上での露光量を
認識できるようになっている。

【００５３】露光量制御系２０では、走査露光の開始前
にその目標積算露光量を得るための条件を設定する。こ
のため、図７において、水銀ランプ１の出力パワーを
ｐ、減光板２３での透過率をｑ₁、光量絞り１０での透
過率をｑ₂とすると、照明系開口絞りの形状に応じて変
化する係数ｋを用いて、ウエハＷ上での単位面積当りの
露光量（照度）ｅは次のように表される。

【００５４】ｅ＝ｋ・ｐ・ｑ₁・ｑ₂ （１）また、ウエハＷ上でのスリット状の露光領域４７の走査
方向の幅をＤとして、ウエハステージ４８の走査露光時
のＸ方向への走査速度をＶ_Wとすると、ウエハＷ上での
積算露光量ΣＥは、（１）式を用いて次のようになる。

【００５５】 ΣＥ＝ｅ・（Ｄ／Ｖ_W)＝ｋ・ｐ・ｑ₁・ｑ₂・（Ｄ／Ｖ_W) （２）この場合、露光領域４７の走査方向の幅Ｄが固定されて
いるものとすると、積算露光量ΣＥが、所定の目標積算
露光量（ウエハＷ上のフォトレジストの感度）ΣＥ₀に
なるように制御するには、水銀ランプ１の出力パワー
ｐ、減光板２３での透過率ｑ₁、光量絞り１０での透過
率ｑ₂、又はウエハステージ４８の走査速度Ｖ_Wの何れ
か、又はこれらの内の複数個を同時に調整すればよい。
そこで、図７において、積算露光量ΣＥを、所定の目標
積算露光量ΣＥ₀に収束させるために、露光量制御系２
０は、電源系２２に水銀ランプ１の目標出力パワーに対
応する目標照度信号Ｓ２を供給し、図１の減光板駆動機
構２４を介して減光板２３の透過率ｑ₁を設定し、交換
機構１１を介して光量絞り１０での透過率ｑ₂を設定
し、ステージ制御系４６を介してウエハステージ４８の
走査速度Ｖ_Wを設定する。この場合、投影光学系ＰＬの
レチクルＲからウエハＷへの投影倍率をβとすると、レ
チクルステージ４２の走査速度Ｖ_Rは−Ｖ_W／βとな
る。

【００５６】また、露光量制御系２０では、走査露光中
に、例えば高速にサンプリングされる照度検出信号Ｓ１
の所定の複数個の計測値の平均値に基づいて、ウエハＷ
上での実際の露光量を算出し、この算出結果が目標とな
る露光量になるように目標照度信号Ｓ２の値を補正す
る。このようにインテグレータセンサ３３の検出結果に
基づいて、ウエハＷ上での照度が一定になるように水銀
ランプ１の発光パワーを制御するモードを、定照度制御
モードと呼ぶ。

【００５７】次に、本例では差動増幅器７７、及びパワ
ー増幅器７８より電源系２２が構成され、差動増幅器７
７の非反転入力部、及び反転入力部にそれぞれ目標照度
信号Ｓ２、及びインテグレータセンサ３３からの照度検
出信号Ｓ１が供給されている。差動増幅器７７では、照
度検出信号Ｓ１が目標照度信号Ｓ２になるように所定の
ゲインで光源駆動信号Ｓ３を生成する。その光源駆動信
号Ｓ３は、パワー増幅器７８で増幅され、パワー増幅器
７８から出力される駆動電力（電圧）により水銀ランプ
１が点灯される。その水銀ランプ１の発光パワーに応じ
た光電変換信号がインテグレータセンサ３３から出力さ
れる。

【００５８】上述のように本例では、走査露光中に定照
度制御モードで露光量制御が行われるが、電源系２２か
ら水銀ランプに供給される電力の設定分解能が粗いため
に、実際に計測される照度が目標値から外れることがあ
る。具体的に、図７の減光板２３、及び光量絞り１０を
用いた機械的な減光システムで、水銀ランプ１からの照
明光の照度を制御する際の透過率ｑ₁・ｑ₂の範囲は％表
示で１００〜２０％であり、その透過率ｑ₁・ｑ₂の設定
分解能は±５％程度である。そこで、露光量制御系２０
は、先ず水銀ランプ１の出力パワーｐを例えば定格出力
パワーより僅かに低い初期値ｐ₀に設定した後、その機
械的な減光システムを介して、（１）式で表されるウエ
ハ上での照度ｅを所定の目標照度ｅ₀に最も近い値に設
定する。この目標照度ｅ₀は、ウエハステージ４８の走
査速度Ｖ_Wを所定の初期値Ｖ_W0に設定した場合に（２）
式が目標積算露光量ΣＥ₀と合致するように定められて
いる。従って、次式が成立している。

【００５９】 ΣＥ₀＝ｅ₀・（Ｄ／Ｖ_W0）（３）その後、電源系２２ではインテグレータセンサ３３から
の照度検出信号Ｓ１が目標照度信号Ｓ２になるように水
銀ランプ１を点灯するが、この場合のウエハＷ上での照
度の制御範囲は１００〜７０％であり、その照度の制御
分解能は０．１％程度である。従って、露光量制御系２
０がインテグレータセンサ３３からの照度検出信号Ｓ１
よりウエハＷ上での照度ｅを算出し、その照度が目標照
度ｅ₀となるように目標照度信号Ｓ２のレベルを調整し
ても、実際に計測される照度ｅは目標照度ｅ₀に対して
０．１％程度の誤差Δｅを有する。この誤差Δｅを、本
例ではレチクルＲ側の走査ステージ４２、及びウエハＷ
側のウエハステージ４８の走査速度を調整することによ
り補正する。

【００６０】即ち、露光量制御系２０では、照度の目標
値に対する誤差がΔｅである場合、ウエハステージ４８
の走査速度を初期値Ｖ_W0から次式を満たすようにΔＶ_W
だけ変化させるように、ステージ制御系４６での設定速
度を補正する。

【００６１】 ΣＥ₀＝（ｅ₀+Δｅ）・Ｄ／（Ｖ_W0＋ΔＶ_W) （４）従って、速度の補正値ΔＶ_Wは、次のようになる。当然
ながら、これに対応するようにレチクル側の走査ステー
ジ４２の走査速度Ｖ_Rも調整される。

【００６２】 ΔＶ_W＝（ｅ₀+Δｅ）・Ｄ／ΣＥ₀−Ｖ_W0 （５）即ち、本例では定照度制御モードで露光量制御を行って
も、照度ｅに誤差Δｅが残っている場合には、照度をそ
れ以上変えることなく走査ステージ４２、及びウエハス
テージ４８の走査速度を調整することにより、積算露光
量ΣＥを目標積算露光量ΣＥ₀に設定するものである。

【００６３】次に、本例で走査露光方式で露光を行う場
合の露光量制御動作の一例につき図８〜図１１を参照し
て説明する。先ず、図１において、主制御系１９がウエ
ハＷ上での目標積算露光量の情報を露光量制御系２０に
供給し、これに応じて露光量制御系２０が水銀ランプ１
での出力パワー、及び減光板２３における透過率等を設
定する。そして、電源系２２にはその出力パワーで水銀
ランプ１を発光させるための目標照度信号Ｓ２（図７参
照）が供給される。その後、露光量制御系２０はシャッ
ター制御機構５を介してシャッター４を開ける。但し、
この状態では可動ブラインド３５Ａ，３５Ｂが閉じてい
るため、ウエハＷへの露光は行われない。

【００６４】その後、主制御系１９は、ステージ制御系
４６を介してレチクルＲ及びウエハＷの走査を開始し、
レチクルＲ及びウエハＷの走査速度がそれぞれ所定の目
標走査速度に達した後、可動ブラインド３５Ａ，３５Ｂ
の動作が制御されてレチクルＲのパターン像が逐次ウエ
ハＷ上の露光対象のショット領域上に露光される。図８
は、この際に水銀ランプ１への供給電力と発生される照
明光の照度との予め求められている関係を用いて、水銀
ランプ１を定電力で駆動したときに、即ち図７で水銀ラ
ンプ１に所定の一定電力を供給した状態での、インテグ
レータセンサ３３から出力される照度検出信号Ｓ１（図
７参照）の変化の一例を示す。この図８において、その
一定電力で得られると推定される照度に対応する目標照
度信号Ｓ２（図７参照）のレベルを０として、照度検出
信号Ｓ１が表されている。この状態では、照度検出信号
Ｓ１は次第に目標値からドリフトしている。それを避け
るために、図７の差動増幅器７７を動作させる。

【００６５】この場合、先ず露光量制御系２０では、そ
の照度検出信号Ｓ１を順次高い周波数でサンプリングし
て得られる複数個の信号の平均値からウエハＷ上での照
度を逐次算出し、その照度が目標照度から外れていると
きには、目標照度信号Ｓ２のレベルを補正する。これに
より、定照度制御モードで露光が行われる。このとき、
図７の電源系２２の差動増幅器７７における目標照度信
号Ｓ２と照度検出信号Ｓ１との差分（Ｓ２−Ｓ１）は、
図９に示すようになり、差動増幅器７７からはその差分
を０にするように光源駆動信号Ｓ３が生成され、これに
応じてパワー増幅器７８から水銀ランプ１に駆動電力が
供給される。

【００６６】しかしながら、その光源駆動信号Ｓ３の設
定分解能は比較的粗く（例えば０．１％程度）、且つ差
動増幅器７７及びパワー増幅器７８では所定の応答速度
を有するため、例えば図１０（ａ）に示すように露光量
制御系２０からの目標照度信号Ｓ２を時間ｔに対して線
形に増加させたとしても、その光源駆動信号Ｓ３の目標
値は、図１０（ｂ）に示すように揺らぎながら階段状に
変化する信号となる。なお、図１０（ａ）及び（ｂ）に
おいては、目標照度信号Ｓ２の所定の基準値及びこれに
対応する光源駆動信号Ｓ３の値をそれぞれ０として、そ
の基準値からの偏差として照度検出信号Ｓ１、及び光源
駆動信号Ｓ３を表している。

【００６７】図１０（ｂ）に示すように、光源駆動信号
Ｓ３の目標値が階段状に変化するのは、図７で差動増幅
器７７から出力される光源駆動信号Ｓ３の設定分解能が
粗いためである。即ち、その光源駆動信号Ｓ３の実際の
値も図１０（ｃ）に示すように、階段状にデジタル的な
指令値として変化している。従って、図９の差分（Ｓ２
−Ｓ１）に対して図７の差動増幅器７７から出力される
光源駆動信号Ｓ３は、図１１（ａ）に示すようにデジタ
ル信号的に変化する。この結果として、インテグレータ
センサ３３で検出される照度検出信号Ｓ１は、図１１
（ｂ）に示すように大きな揺らぎ成分は軽減されている
が、応答速度が低いために高周波の揺らぎ成分が残って
いる。更に、光源駆動信号Ｓ３の分解能が悪いために、
その照度検出信号Ｓ１は目標照度信号Ｓ２（＝０とす
る）に対してオフセットΔＳを持っている。そのオフセ
ットΔＳは、ウエハＷ上では照度の誤差Δｅとなる。そ
こで、本例では、（５）式を満たすように、ウエハステ
ージ４８の走査速度をΔＶ_Wだけ変化させる。これによ
り、走査露光後にウエハＷ上の各点で積算露光量が適正
範囲内に収まるようになる。

【００６８】この場合、照度の誤差Δｅは目標値の０．
１％程度であるため、走査速度の変化量も０．１％程度
であり、露光時間は殆ど同じである。従って、露光工程
のスループット（単位時間当りのウエハの処理枚数）は
殆ど低下しない。なお、上述実施例では、定照度制御モ
ードで露光量の制御を行っても照度の誤差Δｅが残った
場合に、レチクル側のステージ、及びウエハステージの
走査速度を調整して積算露光量を制御している。それ以
外に、例えば露光用光源を定電力制御モードで点灯して
いる際にも、照度の誤差Δｅを検出し、それに応じてそ
れらステージの走査速度を調整するようにしてもよい。

【００６９】更に、上述実施例では露光用光源として水
銀ランプが使用されているが、露光用光源としてキセノ
ンランプのような放電ランプ、又はエキシマレーザ光源
等を使用する場合で、且つ駆動電力の設定分解能が粗い
場合には、本発明を適用することにより、ウエハ上での
積算露光量を適正範囲内に収めることができる。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。

【００７０】

【発明の効果】本発明によれば、露光用光源及び照度可
変手段により設定される露光エネルギーが所定の目標値
からずれているときには、そのずれ分に対応して積算露
光量が適正範囲内に収まるようにマスクステージ、及び
基板ステージの走査速度を調整している。従って、走査
露光方式で露光を行う際に、露光用の光源に供給される
駆動電力の設定分解能が低い場合でも、感光性の基板上
での積算露光量を適正範囲内に容易に収めることができ
る利点がある。

【００７１】また、走査速度の調整量は僅かであるた
め、露光時間は殆ど同じであり、スループットが殆ど低
下しない利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の走査露光型の投影露光装置
を示す一部を切り欠いた構成図である。

【図２】実施例で使用される光量絞り１０の一例を示す
図である。

【図３】（ａ）は図１のモザイク型フライアイレンズ
（第２フライアイレンズ）１４を示す拡大側面図、
（ｂ）は図３（ａ）のＢＢ線に沿う正面図、（ｃ）は図
３（ａ）のＣＣ線に沿う正面図である。

【図４】図１の照明系開口絞り板１６上に配置される複
数の照明系開口絞りを示す図である。

【図５】（ａ）はフォーカス・キャリブレーションを行
うための機構を示す要部の図、（ｂ）は図５（ａ）の機
構により得られる検出信号の波形図である。

【図６】実施例で走査露光を行う場合の可動ブラインド
３５Ａ，３５Ｂの動作の説明に供給する図である。

【図７】図１の露光量制御機構を示すブロック図であ
る。

【図８】光源に供給する電力を一定としたときに、イン
テグレータセンサを介して得られる照度検出信号Ｓ１の
一例を示す波形図である。

【図９】図８の場合における目標照度信号Ｓ２と照度検
出信号Ｓ１との差分（Ｓ２−Ｓ１）、即ち光源駆動信号
Ｓ３の目標値を示す波形図である。

【図１０】（ａ）は、時間ｔに対して線形に変化する目
標照度信号Ｓ２を示す波形図、（ｂ）は、目標照度信号
Ｓ２を図１０（ａ）のように変化させて定照度制御モー
ドで露光量の制御を行う場合の光源駆動信号Ｓ３の目標
値を示す波形図、（ｃ）はその際の実際の光源駆動信号
Ｓ３を示す波形図である。

【図１１】（ａ）は、差分（Ｓ２−Ｓ１）が図９に示す
ように変化する場合に出力される光源駆動信号Ｓ３を示
す波形図、（ｂ）は図１１（ａ）の波形に対応して得ら
れる照度検出信号Ｓ１を示す波形図である。

【符号の説明】

ＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ１水銀ランプ４シャッター２３減光板９第１フライアイレンズ１０光量絞り１２Ａ，１２Ｂ第２リレーレンズ１４モザイク型フライアイレンズ（第２フライアイレ
ンズ）１６照明系開口絞り板１９主制御系２０露光量制御系２２電源系３３インテグレータセンサ３７固定ブラインド４２レチクルステージ４８ウエハステージ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光用の照明光を発生する露光用光源
と、前記照明光により転写用パターンの形成されたマス
ク上の所定の照明領域を照明する照明光学系と、前記所
定の照明領域に対して前記マスクを所定方向に走査する
マスクステージと、前記所定方向に対応する方向に感光
基板を走査する基板ステージとを備え、前記マスクと前
記感光基板とを同期して走査することにより、前記感光
基板上に前記マスクのパターンを逐次露光する走査露光
型の露光装置において、前記露光用光源と前記感光基板との間に配置され、前記
照明光を可変の割合で減衰させる照度可変手段と、前記照明光の露光エネルギーを連続して計測する露光量
計測手段と、該露光量計測手段により計測される露光エネルギーが所
定の目標値に近づくように前記露光用光源の出力及び前
記照度可変手段による前記照明光の減衰量を制御する定
照度制御手段と、前記露光量計測手段により計測される露光エネルギーと
前記所定の目標値との差分に応じて前記マスクステージ
及び前記基板ステージの走査速度を制御するステージ制
御手段と、を有することを特徴とする露光装置。