JPH0926554A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 照明条件に左右されることなく、感光基板側
のテレセントリック性を確保する。 【構成】 照明系開口絞り板１９の駆動に連動してその
照明条件に対応する補正光学部材（テレセン補正機構１
００を構成する特殊な平行平板）をレチクルＲとコンデ
ンサレンズ３９との間のレチクルＲ上の照野範囲４１に
対応する領域に切り替え設定する切り替え設定手段（１
９，１０１）が設けられている。このため、照明系開口
絞り板１９の駆動により照明条件が変更された場合、例
えば、通常照明から変形照明に変更された場合、各照明
条件毎の補正光学部材によりその変更後の照明条件下で
のウエハＷ側の部分的なテレセントリック性の誤差がそ
れぞれ補正される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光装置に係
り、さらに詳しくは、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投影
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使用される
投影露光装置では、マスクとしてのレチクル上のパター
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、投
影光学系としてウエハ側がテレセントリックな光学系が
一般的に用いられる。これは、ウエハ表面の凹凸によ
り、露光フィールド内にデフォーカス部が発生し、その
部分での主光束（主光線）の傾きにより横シフトが起き
ることを防ぐためである。この際のデフォーカスに関し
ては、投影光学系の許容焦点深度の範囲では問題となら
ないが、前述した横シフトは、ディストーション誤差や
像劣化誤差を招くために、調整時にできるだけ傾きが発
生しないように調整される。

【０００３】投影レンズの設計上、ウエハ面側をテレセ
ントリックにする手段として、レチクル面側もテレセン
トリックである両側テレセントリック系と、レチクルの
パターン面に対して線形傾きを持った片側テレセントリ
ック系とが使用される。両者とも照明系がその条件に合
せて設計され、任意の角度でレチクルを照明できるよう
になっているが、各照明系の機械的な誤差及び光学誤差
等により、図９（Ａ）に示されるような倍率方向の角度
誤差（ウエハ上の照明フィールド１４７に対し、ウエハ
を一定量デフォーカスさせたときの横ずれ）や、同図
（Ｂ）に示されるような横シフト誤差が残留誤差として
残ってしまう。

【０００４】かかる残留誤差を除去するために、現状で
は、図１０に示されるように、レチクルＲを照明するた
めの照明系の調整が行なわれている。すなわち、図１０
において、照明系を構成するフライアイ光学系１１４、
第１リレーレンズ１３４、第２リレーレンズ１３８、コ
ンデンサレンズ１３９、偏向ミラー１４０等を上下左右
に微動させたり、光軸方向にずらしたり、傾きを調整し
たりすることにより、残留線形角度誤差に対する調整が
行なわれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術の照明系構成部材の微調整という手法にあっ
ては、図９（Ａ）、（Ｂ）に示されるような線形誤差の
調整は可能であるが、図１１（Ａ）に示されるような非
線線な角度誤差Ｘが存在すると、これを調整することが
できないという不都合があった。すなわち、図１１
（Ａ）の状態を、図１０のフライアイ光学系１１４、第
１リレーレンズ１３４、第２リレーレンズ１３８、コン
デンサレンズ１３９、偏向ミラー１４０等の微調整（図
１０中に符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで示す）により調整し
た場合、図１１（Ｂ）のように誤差Ｘ’が残ってしまう
ことになるからである。この調整後の状態の斜視図が図
１１（Ｃ）に示されており、これによれば右上の主光線
が傾いていることが確認できる。

【０００６】また、最近では、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４−２２
５３５８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おり、このように
照明系開口絞りの開口の形状が種々に変化する場合に
は、前述した照明系構成部材の微調整という手法をその
まま適用するだけでは、テレセントリック性の誤差を除
去することは困難である。

【０００７】本発明は、かかる従来技術の有する不都合
に鑑みてなされたもので、その目的は、照明条件に左右
されることなく、感光基板側のテレセントリック性を確
保することができる投影光学装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、照明光によりマスクを照明し、前記マスク上のパタ
ーンを投影光学系を介して感光基板上に転写する投影露
光装置であって、前記マスクと前記マスク上に前記照明
光を集光するコンデンサレンズとの間に、前記感光基板
側の部分的なテレセントリック性の誤差を補正する補正
光学部材が配置されたことを特徴とする。

【０００９】請求項２に記載の発明は、照明光によりマ
スクを照明し、前記マスク上のパターンを投影光学系を
介して感光基板上に転写する投影露光装置であって、前
記照明光を発する照明光源と前記マスクとの間に配置さ
れ、前記マスクの照明条件を変更する駆動型光学部材
と；前記駆動型光学部材により設定される各照明条件下
での前記感光基板側の部分的なテレセントリック性の誤
差をそれぞれ補正する各照明条件毎の補正光学部材と；
前記駆動型光学部材の駆動に連動してその照明条件に対
応する補正光学部材を前記マスクと前記マスク上に前記
照明光を集光するコンデンサレンズとの間の前記マスク
上の照野範囲に対応する領域に切り替え設定する切り替
え設定手段とを有する。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の投影露光装置において、前記補正光学部材は、
前記感光基板側の部分的なテレセントリック性の誤差を
補正するように一部の厚さを異ならした平行平板である
ことを特徴とする。

【００１１】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、マスクとマス
ク上に照明光を集光するコンデンサレンズとの間に、感
光基板側の部分的なテレセントリック性の誤差を補正す
る補正光学部材が配置されたことから、感光基板側のテ
レセントリック性が確保される。ここで、マスクとコン
デンサレンズ間に補正光学部材を配置するのは、コンデ
ンサレンズの収差によるテレセントリック性の誤差をも
除去するためである。

【００１２】請求項２に記載の発明によれば、駆動型光
学部材の駆動に連動してその照明条件に対応する補正光
学部材をマスクとマスク上に照明光を集光するコンデン
サレンズとの間のマスク上の照野範囲に対応する領域に
切り替え設定する切り替え設定手段が設けられているこ
とから、駆動型光学部材の駆動により照明条件が変更さ
れた場合、例えば、通常照明から変形照明に変更された
場合、各照明条件毎の補正光学部材により駆動型光学部
材により設定される各照明条件下での感光基板側の部分
的なテレセントリック性の誤差がそれぞれ補正される。

【００１３】請求項３に記載の発明によれば、補正光学
部材が、感光基板側の部分的なテレセントリック性の誤
差を補正するように一部の厚さを異ならした平行平板で
あることから、当該補正光学部材の製造コストが安価で
ある。例えば、試し焼き、あるいはフォーカス位置を逐
次ずらしながらスリットセンサによりマーク検出を行な
う等によりテレセントリック性の誤差を予め検出すれ
ば、この誤差が補正されるように一部の厚さを異ならし
た平行平板を容易かつ安価に製造することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図８に
基づいて説明する。

【００１５】図１には、一実施例に係るいわゆるステッ
プ・アンド・スキャン方式の投影露光装置１１０が示さ
れている。

【００１６】図１において、照明光源としての水銀ラン
プ１からの照明光ＩＬ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ＩＬ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。このように、減
光板２３により照明光ＩＬの光量を調整可能にしたの
は、感光基板としてのウエハＷ表面に塗布されるレジス
ト感度に合わせて照明光ＩＬの光量を調整することによ
り、スループットを維持することができるようにするた
めである。

【００１７】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により構成され、
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る。そ
して、駆動モータを含む減光板駆動機構２４で、減光板
２３をステップ移動させることにより、照明光ＩＬ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２０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に供給される電流を制御する。

【００１８】視野絞り７の開口を通過した後、減光板２
３によって光量が調整された照明光ＩＬ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
１２Ａを介して第２フライアイレンズ１４に導かれる。
ここで、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１
０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。
本実施例では光量絞り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ＩＬの光量を連続的に調整で
きる。

【００１９】図２（Ａ）には、光量絞り１０の一例が示
されている。この図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）
に示されるように、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。

【００２０】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、マスクとしてのレチ
クルＲを照明する照明光ＩＬの照度が減少する。本実施
例では、かかる照明光ＩＬ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。

【００２１】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、投影露光装置１１０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ＩＬ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Ｉ
Ｌ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Ｒ及びウエ
ハＷ上での照明光としては高い照度が得られることにな
る。

【００２２】なお、本実施例の調整機構は、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。

【００２３】前記第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１４ｂ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。

【００２４】図３（Ａ）にはモザイク型フライアイレン
ズ１４の側面図が示されている。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。

【００２５】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
機能する。なお、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示されるモザイ
ク型フライアイレンズ１４の２つのレンズ束１４ａ，１
４ｂ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。

【００２６】図３（Ｂ）には、同図（Ａ）のＢＢ線に沿
って見た第１のレンズ束１４ａの正面図が示され、図３
（Ｃ）には同図（Ａ）のＣＣ線に沿って見た第２のレン
ズ束１４ｂの正面図が示されている。図３（Ｂ）及び図
３（Ｃ）において、投影露光装置１１０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、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。

【００２７】この場合、図３（Ｂ）に示されるように、
第１のレンズ束１４ａは、Ｘ１方向の幅がｄｘでＹ１方
向の幅が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６２
Ｂ、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。

【００２８】本実施例では、図３（Ａ）に示されるモザ
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１４ａ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ｄｘ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Ｙ１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。

【００２９】また、図３（Ｃ）に示されるように、第２
のレンズ束１４ｂは、Ｘ１方向の幅ｅｘ（＝２・ｄｘ）
でＹ１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Ｘ
１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６６
Ｄ、…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。

【００３０】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。

【００３１】ここで、２つのレンズ束１４ａ，１４ｂか
ら構成されるモザイク型フライアイレンズ１４の作用等
について説明する。このモザイク型フライアイレンズ１
４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。

【００３２】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）に示さ
れるように、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に示される
光量絞り１０の開口の形状と相似である。ところが、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。

【００３３】これに対して、本実施例では第１のレンズ
束１４ａの直後に、図３（Ｃ）に示されるように、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６
５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。

【００３４】図１に戻り、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。本実施例では、調整機構１５を介してレンズ束１４
ｂ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（前述し
た線形誤差）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。

【００３５】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
置された駆動型光学部材としての照明系開口絞り板１６
が設置されている。

【００３６】図４には、この照明系開口絞り板１６の一
例が示されている。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１８
Ｂ、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。この照明系開口絞り板１
６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。

【００３７】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３１に入射する。
そして、ビームスプリッタ３１を透過した照明光ＩＬ
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、後述するレチクルＲ
のパターン形成面と共役であり、可動ブラインド３５
Ａ，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。

【００３８】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
サレンズ３９、及びミラー４０を介してレチクルＲ上の
照野範囲として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。

【００３９】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前
後何れかの方向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。

【００４０】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。レチクルＲは、レチクル
ベース４３上をＸ方向に摺動自在な走査ステージ４２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。

【００４１】走査ステージ４２は、図示しない静圧空気
軸受けを介してレチクルベース４３上に支持されてお
り、図示しないリニアモータ等から成る駆動系によりＸ
方向に駆動されるようになっている。同様に、ウエハス
テージ４８は、図示しないベース上に静圧空気軸受けを
介して支持されており、図示しないリニアモータ等から
成る駆動系により、ＸＹ２次元方向に駆動されるように
なっている。本実施例では、これらの駆動系を介して走
査ステージ４２、ウエハステージ４８の動作がステージ
制御系４６により制御されている。なお、走査ステージ
４２、ウエハステージ４８の駆動系をボールねじとこれ
を回転駆動するロータリ・モータにより構成しても良
い。

【００４２】走査露光時にはステージ制御系４６は、照
明領域４１に対して＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）に所定速
度ＶＲでレチクルＲを保持する走査ステージ４２を図示
しない駆動系を介して走査するのと同期して、図示しな
い駆動系を介してウエハステージ４８を走査することに
より、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ＶＷ
(＝β・ＶＲ)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，３
５Ｂ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）に示されるように、レチクルＲのパターン領域８
７を囲む遮光帯８８に対して、図１の固定ブラインド３
７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３５
Ｂ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）に示されるように、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３５
Ａ，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）に示さ
れるように、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，３
５Ｂ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】図１に戻り、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５０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。

【００４６】図５（Ａ）には、このフォーカス・キャリ
ブレーション用の基準マーク、及び検出系が示されてい
る。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ＰＬ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８
１を介してウエハステージ４８の内部に図１の照明光Ｉ
Ｌ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５０ｂ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５
４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８６に入射する。

【００４７】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）に示されるように、検出信号Ｓ６は基準マーク５
０ｂ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Ｓ６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。

【００４８】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に供給
されている。その検出信号は、露光量制御系２０を介し
て水銀ランプ１用の電源系２２にも供給されている。

【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。但し、本実施例では、イン
テグレータセンサ３３の出力信号は、例えば所定の基準
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おり、これ
により、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３
３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】また、本実施例では、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１
９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５
３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１９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】更に、本実施例ではミラー４０とレチクル
Ｒの間にテレセン補正機構１００が配置されている。こ
のテレセン補正機構１００は、例えば、通常照明時に
は、図８（Ａ）のように前述した調整機構１５によりテ
レセントリック性の補正が行なわれ、線形残留誤差が除
去された状態であったものが、前述した照明系開口絞り
板１６の切り替えによる、通常照明から輪帯照明その他
の変形照明への照明条件の切り替えにより、図８（Ｂ）
又は（Ｃ）に示されるような非線形角度誤差を伴う状態
になる場合に、非線形角度誤差を伴うその一部の主光線
の傾きを補正してウエハＷ側のテレセントリック性を維
持するために設けられている。なお、以下の説明では、
通常照明のときには、調整機構１５により調整できない
残留の非線形誤差はないものとする。

【００５３】図７（Ａ）には、テレセン補正機構１００
の概略平面図が示されている。同図に示されるように、
このテレセン補正機構１００は、一対のガイドレール１
０１に沿ってスリット４１の短手方向（Ｘ軸方向）に往
復移動するプレート１０３と、このプレート１０３に移
動方向に沿って所定間隔で形成された３箇所の開口部の
それぞれに嵌め込まれた３種類の補正光学部材としての
平行平板１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃとを備えてい
る。これらの平行平板１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ
は、照明系開口絞り板１６のσ値を小さくするための開
口絞り１８Ｂ、輪帯照明用の開口絞り１８Ｃ、変形光源
法用の開口絞り１８Ｄのそれぞれに対応して設けられて
いる。

【００５４】図７（Ａ）は、中央の平行平板１０２Ｂ
が、スリット４１の真上に位置した状態が示されてお
り、同図（Ｂ）には、このときの平行平板１０２Ｂの概
略側面図が示されている。平行平板１０２Ｂは、同図
（Ｂ）における左端部分を他部分よりΔｔだけ厚くなる
ように形成されており、これにより同図中左側の主光線
の傾きが、レチクルＲ上では補正され、設計値と同方向
に向けられるようになっている。

【００５５】ここで、この平行平板１０２Ｂは、照明系
開口絞り板１６を輪帯照明用の開口絞り１８Ｂに設定
し、調整機構１５により線形誤差を補正した状態で、基
準マーク板５０上に設けられている空間像計測用マーク
へのレチクルマークからの透過光を検出系５４内でフォ
ーカス位置を逐次ずらして検出することで、輪帯照明条
件下でのウエハＷ上での主光線の傾き（テレセントリッ
ク性の誤差）を予め求め、このテレセントリック性の誤
差が無くなるように平行平板１０２Ｂの厚さを微小域で
変化させるように加工製造したものである。

【００５６】残りの平行平板１０２Ａ、１０２Ｃも照明
系開口絞り板１６の開口絞り１８Ｂ、１８Ｄによるそれ
ぞれの照明条件の下で、上記と同様に計測され、この計
測結果に基づいて加工製造されている。

【００５７】プレート１０３は、図１に示される駆動機
構１０１によって駆動されるようになっており、本実施
例では、主制御系１９によって照明系開口絞り板１６と
同期して駆動機構１０１を介してプレート１０３がＸ方
向に駆動されることにより、それぞれの照明条件の切り
替えに連動して各照明条件用の平行平板１０２Ａ，１０
２Ｂ，１０２Ｃが、スリット４１の真上に設定されるよ
うになっている。すなわち、本実施例では、駆動機構１
０１と主制御系１９とによって、照明系開口絞り板１６
の駆動に連動してその照明条件に対応する平行平板をレ
チクルＲとコンデンサレンズ３９との間のレチクル上の
照野範囲４１に対応する領域に切り替え設定する切り替
え設定手段が実現されている。

【００５８】以上説明したように、本実施例によると、
通常照明以外の変形照明時に、ウエハステージ４８上の
テレセントリック性の誤差（主光線の傾き）が自動的に
補正されるので、ウエハＷ表面の凹凸やウエハ上フォー
カス変化においても、ディストーションや像劣化を起こ
なさいため、高精度の重ね合わせ精度（工程間の重ね合
わせ及び号機間マッチングを含む）を得ることができ
る。

【００５９】また、本実施例では、平行平板の切り換え
がスリット４１の短手方向に対応しているので、少ない
スペースで可変できるという利点がある。

【００６０】なお、上記実施例中では、通常照明時に
は、調整機構１５により調整できない残留の非線形誤差
はないものとして説明したが、通常照明時にも非線形誤
差が存在する場合には、通常照明時のテレセントリック
性の誤差の補正用の平行平板を用意すれば良く、かかる
場合にもウエハＷ表面の凹凸やウエハ上フォーカス変化
においても、ディストーションや像劣化を起こなさいた
め、高精度の重ね合わせ精度が得られる。

【００６１】また、上記実施例では、テレセントリック
性の誤差（主光線の傾き）を調べるのに露光用照明光に
よるレチクルマークの投影像を空間的に計測する空間像
計測法を用いる場合を例示したが、いわゆる試し焼きを
行なうことにより、テレセントリック性の誤差を計測し
てもよい。

【００６２】さらに、上記実施例では、ステップ・アン
ド・スキャン方式の投影露光装置について説明したが、
本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、い
わゆるステッパ等の一括型の露光装置にも本発明は十分
に適用できるものであり、ほぼ同様の効果が期待でき
る。

【００６３】なお、上記実施例では、補正光学部材とし
て一部の厚さを異ならした平行平板を使用する場合を例
示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、屈
折力を部分的に変化させること等により、部分的な主光
線の傾きを補正できる光学部材であればいかなる光学部
材により補正光学部材を構成しても良い。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
照明条件に左右されることなく、感光基板側のテレセン
トリック性を確保することができ、これにより、感光基
板が上下した時や、感光基板表面に凹凸が存在する場合
にも像の横シフトが発生せず、ディストーションや像劣
化にならないという従来にない優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の走査露光型の投影露光装置を示す一
部破断した構成図である。

【図２】図１の装置で使用される光量絞りの一例を示す
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）を示す拡大側面図、（Ｂ）は
（Ａ）のＢＢ線に沿って見た第１のレンズ束の正面図、
（Ｃ）は（Ａ）のＣＣ線に沿って見た第２のレンズ束の
正面図である。

【図４】図１の照明系開口絞り板の一例を示す図であ
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（Ａ）の機構に
より得られる検出信号の波形図である。

【図６】図１の装置において走査露光を行う場合の可動
ブラインド３５Ａ，３５Ｂの動作説明図である。

【図７】（Ａ）はテレセン補正機構の概略平面図、
（Ｂ）は（Ａ）の平行平板１０２Ｂの概略側面図であ
る。

【図８】図１の装置において、通常照明から変形照明に
切り替えらたときに生じるウエハ上テレセントリック性
の変化の一例を示す図である。

【図９】ウエハ上テレセントリック性の線形誤差の一例
を示す図である。

【図１０】従来の照明系のテレセントリック性誤差の調
整部を示す説明図である。

【図１１】発明が解決しようとする課題を説明するため
の図である。

【符号の説明】

１ 水銀ランプ（照明光源） １６ 照明系開口絞り板（駆動型光学部材） １９ 主制御系（切り替え設定手段の一部） ３９ コンデンサレンズ １０１ 駆動機構（切り替え設定手段の一部） １０２Ａ 平行平板（補正光学部材） １０２Ｂ 平行平板（補正光学部材） １０２Ｃ 平行平板（補正光学部材） １１０ 投影露光装置 ＩＬ 照明光 Ｒ レチクル（マスク） ＰＬ 投影光学系 Ｗ ウエハ（感光基板）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光によりマスクを照明し、前記マス
   ク上のパターンを投影光学系を介して感光基板上に転写
   する投影露光装置であって、 前記マスクと前記マスク上に前記照明光を集光するコン
   デンサレンズとの間に、前記感光基板側の部分的なテレ
   セントリック性の誤差を補正する補正光学部材が配置さ
   れたことを特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】 照明光によりマスクを照明し、前記マス
   ク上のパターンを投影光学系を介して感光基板上に転写
   する投影露光装置であって、 前記照明光を発する照明光源と前記マスクとの間に配置
   され、前記マスクの照明条件を変更する駆動型光学部材
   と；前記駆動型光学部材により設定される各照明条件下
   での前記感光基板側の部分的なテレセントリック性の誤
   差をそれぞれ補正する各照明条件毎の補正光学部材と；
   前記駆動型光学部材の駆動に連動してその照明条件に対
   応する補正光学部材を前記マスクと前記マスク上に前記
   照明光を集光するコンデンサレンズとの間の前記マスク
   上の照野範囲に対応する領域に切り替え設定する切り替
   え設定手段とを有する投影露光装置。
3. 【請求項３】前記補正光学部材は、前記感光基板側の部
   分的なテレセントリック性の誤差を補正するように一部
   の厚さを異ならした平行平板であることを特徴とする請
   求項１又は２に記載の投影露光装置。