JPH1092722A

JPH1092722A - 露光装置

Info

Publication number: JPH1092722A
Application number: JP8245809A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1996-09-18
Publication date: 1998-04-10
Also published as: EP0833193A3; KR19980024238A; US6115107A; EP0833193A2; EP0833193B1; KR100523091B1

Abstract

(57)【要約】【課題】露光装置に備えられた照度センサの較正精度
を高め、較正用のデータの処理速度を高める。【解決手段】照明系１７中のビームスプリッタ３３に
より分割された露光光ＩＬの照度を検出するインテグレ
ータセンサ１８、及びウエハステージ１上に固定された
固定型照度センサ７等の常設の照度センサを較正するた
めの着脱型照度計２をウエハステージ１上に着脱自在に
設置し、着脱型照度計２からの出力信号をセンサ制御装
置３等を介して照度制御ユニット１２にオンラインで供
給する。例えばインテグレータセンサ１８の較正に際
し、露光光ＩＬの照度をインテグレータセンサ１８及び
着脱型照度計２で同期して計測し、それらの出力信号を
照度制御ユニット１２内で演算処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程で
マスク上のパターンを感光基板上に露光するために使用
される露光装置に関し、更に詳しくは感光基板が載置さ
れるステージ上での露光光の照度を直接的、又は間接的
に計測するための常設の照度センサの較正を行う機能を
備えた露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば半導体素子等を製造す
るために、マスクとしてのレチクル（又はフォトマスク
等）のパターンを投影光学系を介して、感光基板として
の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）上に転写するための一括露光型の投影露光装置
（ステッパー等）、又は投影光学系を介さずに直接ウエ
ハ上にレチクルのパターンを転写するプロキシミティ方
式の露光装置等の露光装置が使用されている。また、最
近では投影光学系を大型化することなく、実質的に露光
面積を大きくするために、レチクルとウエハとを投影光
学系に対して同期走査してレチクルのパターンをウエハ
上の各ショット領域に逐次転写するステップ・アンド・
スキャン方式等の走査露光型の投影露光装置も使用され
つつある。

【０００３】一般にウエハ上のフォトレジストには適正
露光量が定められている。そこで、そのような露光装置
には、ウエハ上での露光光の照度を直接的、又は間接的
に計測するための照度センサが備えられ、この照度セン
サの計測値に基づいてウエハ上での露光量を制御してい
る。図１２は、従来の照度センサを備えた投影露光装置
を示し、この図１２において、露光光源１０９から射出
された露光光ＩＬは、照明系１０３を介してレチクルＲ
のパターン領域を照明し、その露光光ＩＬのもとでレチ
クルＲのパターンの像が投影光学系１０２を介して、フ
ォトレジストが塗布されたウエハＷ上の各ショット領域
に転写される。ウエハＷはこのウエハを３次元的に位置
決めするためのウエハステージ１０１上に保持されてい
る。

【０００４】また、照明系１０３は、フライアイレン
ズ、このフライアイレンズから射出された露光光の一部
を分離するビームスプリッタ１１１、及びコンデンサレ
ンズ等を備え、そのビームスプリッタ１１１で分離され
た露光光ＩＬが、光電検出器よりなる照度センサとして
のインテグレータセンサ１１０に入射し、インテグレー
タセンサ１１０の出力信号が照度制御ユニット１０５に
供給されている。この照度制御ユニット１０５は装置全
体の動作を制御する主制御装置１０７に接続され、主制
御装置１０７が入力装置やディスプレイよりなるコンソ
ール１１２に接続されている。

【０００５】ビームスプリッタ１１１は一定の反射率を
有し、インテグレータセンサ１１０で検出された照度に
基づいて、ビームスプリッタ１１１を透過してウエハＷ
へ向かう光量の算出が可能である。しかし、実際にはレ
チクルＲや投影光学系１０２等における反射及び吸収に
よる光量を勘案する必要がある。そのため、後述のよう
に予めウエハステージ１０１上に設置した照度計の出力
値に対するインテグレータセンサ１１０の出力値の比の
値が求められて主制御装置１０７に記憶され、露光時に
主制御装置１０７ではその比の値、及びインテグレータ
センサ１１０の出力値よりウエハＷ上での露光光の照度
を求め、この照度に基づいてウエハＷに対する露光量を
制御する。

【０００６】また、ウエハステージ１０１上のウエハＷ
の近傍に、この装置専用の常設の光電検出器よりなる照
度センサ１０４が固定され、この照度センサ１０４の出
力信号が信号ケーブル１０６を介して照度制御ユニット
１０５に供給されている。そして、例えば露光に先立
ち、照度センサ１０４の受光部を投影光学系１０２の露
光フィールド内に設定し、必要に応じて移動することに
よって露光光のウエハステージ１０１上での照度や照度
むら等が計測される。

【０００７】この場合、半導体素子等の製造ラインには
多数の露光装置が設置されているため、各露光装置でウ
エハに与える露光量間のマッチングを取る必要があり、
そのためには露光装置に備えられているインテグレータ
センサ１１０及び照度センサ１０４等の入射光量に対す
る出力（感度）の較正を行う必要がある。即ち、フォト
レジストに対する適正露光量は、ある照度のもとで実際
に露光時間を種々に変えて露光したウエハを現像し、こ
れによって現れた像の内で例えば最も解像度が高い像の
露光時間と、その照度とから決定される。このため、露
光装置毎に照度センサの感度が異なっていると、その感
度の違いにより露光装置毎に適正露光量がそれぞれ異な
ってくる。それらのインテグレータセンサ１１０及び照
度センサ１０４の感度の較正を行うために、従来より基
準となる着脱自在の照度計１０８が使用されている。

【０００８】即ち、照度計１０８は他の露光装置とのマ
ッチングを取るために、ウエハステージ１０１より着脱
自在、且つウエハステージ１０１上で移動可能に構成さ
れており、照度計１０８の出力信号は、表示部１１３へ
信号ケーブル１１４を介して供給され、表示部１１３に
照度計１０８の計測値が表示される。この場合、表示部
１１３はオペレータが表示内容を見易いように図１２の
投影露光装置が収納されているチャンバの外部に設置さ
れている。このように、照度計１０８がウエハステージ
１０１に対して着脱自在であるため、照度計１０８を用
いて、以下のようにインテグレータセンサ１１０及び照
度センサ１０４の感度の較正が行われる。その結果、任
意の露光装置でウエハ上のフォトレジストに対して所定
の露光量（ドーズ）を与える場合、同じ露光量を他の露
光装置でも与えることができるようになる。

【０００９】図１２の投影露光装置において、インテグ
レータセンサ１１０及び照度センサ１０４の感度較正を
行う場合には、ウエハステージ１０１上の所定位置に照
度計１０８を取り付け、照度計１０８を投影光学系１０
２の露光フィールドの中心付近に移動した後、主制御装
置１０７からの指令に基づいて、露光光源１０９を点灯
し、ウエハステージ１０１上での照度を照度計１０８で
計測する。この照度計１０８の出力値ＩＡは表示部１１
３で表示されて、オペレータによって記録される。

【００１０】次に、ウエハステージ１０１上に固定され
た常設の照度センサ１０４を投影光学系１０２の露光フ
ィールドの中心付近に移動し、照度を計測する。照度セ
ンサ１０４の出力値ＩＢは照度制御ユニット１０５にお
いてアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換され、このＡ／
Ｄ変換後の計測データが主制御装置１０７に供給され
る。これと並列に、常設のインテグレータセンサ１１０
の出力値ＩＣも照度制御ユニット１０５でサンプリング
されて、主制御装置１０７に供給される。主制御装置１
０７に供給された照度センサ１０４の出力値ＩＢ及びイ
ンテグレータセンサ１１０の出力値ＩＣは主制御装置１
０７からコンソール１１２に送られ、コンソール１１２
のディスプレイに出力値ＩＢ，ＩＣが表示される。

【００１１】ここで露光光源１０９の出力を一定と仮定
し、オペレータは照度計１０８の出力値ＩＡに対する、
インテグレータセンサ１１０の出力値ＩＣの比の値ｋ_AC
（＝ＩＡ／ＩＣ）を求める。この比の値ｋ_ACがインテグ
レータセンサ１１０の較正のためのパラメータとなる。
即ち、露光時のインテグレータセンサ１１０の出力値に
パラメータｋ_ACを乗じることで、他の露光装置との対応
が取られたウエハＷ上の実際の照度が計算できる。ま
た、照度計１０８の出力値ＩＡに対する照度センサ１０
４の出力値ＩＢの比の値ｋ_ABは、照度センサ１０４の較
正のためのパラメータとなる。即ち、照度センサ１０４
の出力値にパラメータｋ_ABを乗じることで他の露光装置
との対応が取られた照度が算出される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、基準となる照度計１０８の出力値を表示部
１１３から読み取るタイミングと、照度センサ１０４及
びインテグレータセンサ１１０の出力値をコンソール１
１２を介して計測するタイミングとが異なるため、露光
光源１０９の出力に時間的なばらつきがあると、上述の
ように計測されるパラメータｋ_AC，ｋ_ABが変動する。そ
こで、従来はこの変動の影響を軽減するために、照度計
１０８等の出力値ＩＡ，ＩＢ，ＩＣを長時間計測して平
均化するか、又はそれらの出力値ＩＡ，ＩＢ，ＩＣを複
数回計測したときのピークホールド値をそれぞれ求める
ことで、パラメータｋ_AC，ｋ_ABを算出していた。しかし
ながら、何れの方法でも出力値ＩＡの計測のタイミング
と、出力値ＩＢ，ＩＣの計測のタイミングとの間のずれ
は小さくならないために、得られるパラメータの計測精
度をあまり高められないという不都合があった。

【００１３】更に、基準となる照度計１０８の出力値Ｉ
Ａの表示部１１３と、照度センサ１０４及びインテグレ
ータセンサ１１０の出力値を表示するコンソール１１２
とが離れて独立に管理されているため、計測結果を同時
に処理できず、パラメータｋ _AC，ｋ_ABの算出に時間がか
かるという不都合もあった。また、多数の露光装置を並
列に使用するような場合には、基準となる照度計１０８
を複数個用意して、並列に各露光装置の常設の照度セン
サの較正を行う場合もある。このような場合に、各照度
計１０８間の出力のマッチング精度が悪いと、各露光装
置間での照度のマッチング精度も低下するという不都合
があった。

【００１４】本発明は斯かる点に鑑み、備えられている
照度センサの較正を高精度に行うことができると共に、
その較正のための計測データを高速処理できる露光装置
を提供することを第１の目的とする。更に本発明は、基
準となる照度センサの較正を高精度に行うことによっ
て、露光装置間での照度の計測値のマッチング精度を高
めることができる露光装置を提供することを第２の目的
とする。

【００１５】

【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に示すように、感光基板（Ｗ）の位
置決めを行う基板ステージ（１）を有し、露光用の照明
光（ＩＬ）のもとでマスク（Ｒ）に形成されたパターン
を基板ステージ（１）上の感光基板（Ｗ）に転写露光す
る露光装置において、基板ステージ（１）上に着脱自在
で基板ステージ（１）上での照明光（ＩＬ）の照度を直
接計測する着脱型の照度センサ（２）と、基板ステージ
（１）上での照明光（ＩＬ）の照度を直接的、又は間接
的に計測する常設の照度センサ（７，１８）と、着脱型
の照度センサ（２）の計測データを取り込むインタフェ
ース装置（３〜６，１１）と、このインタフェース装置
を介して取り込まれる着脱型の照度センサ（２）の計測
データと常設の照度センサ（７，１８）の計測データと
の関係を求めて記憶する露光量制御手段（１２，５０）
と、を有するものである。

【００１６】斯かる本発明の第１の露光装置によれば、
着脱自在の照度センサ（２）からインタフェース装置
（３〜６，１１）を介して直接計測データが取り込ま
れ、ほぼ同時に常設の照度センサ（７，１８）の計測デ
ータも取り込まれ、着脱型の照度センサ（２）の計測デ
ータと常設の照度センサ（７，１８）の計測データとの
関係、即ち計測データの比の値、又はオフセット等が求
められる。これは常設の照度センサ（７，１８）の計測
データの較正が行われたことを意味する。この際に、着
脱自在の照度センサ（２）、及び常設の照度センサ
（７，１８）の計測データはほぼ同時に取り込まれてい
るため、露光用の照明光（ＩＬ）の光源の出力の時間変
動、例えば水銀ランプのアーク揺らぎによる出力の変動
や、エキシマレーザ光源のパルスエネルギーのばらつき
があっても、２つの照度センサの計測データの関係が正
確に求められ、常設の照度センサ（７，１８）の較正が
高精度に行われる。

【００１７】また、２つの照度センサの計測データは共
通に露光量制御手段（１２，５０）に取り込まれてオン
ラインで高速処理されるため、常設の照度センサ（７，
１８）の較正が高速に行われる。また、オペレータの介
入等に起因する入力の間違い等が発生しない。この場
合、その常設の照度センサの一例は、照明光（ＩＬ）か
ら分離された光束の照度を検出することによって基板ス
テージ（１）上での照明光（ＩＬ）の照度を間接的に計
測する間接型の照度センサ（１８）であり、その場合、
露光量制御手段（１２，５０）は、インタフェース装置
（３〜６，１１）を介して着脱型の照度センサ（２）の
計測データを取り込むのに同期して常設の照度センサ
（１８）の計測データを取り込むことが望ましい。ここ
で、間接型の照度センサ（１８）とは、照明光（ＩＬ）
から分割された光束の照度を検出するインテグレータセ
ンサを意味し、インテグレータセンサ及び着脱型の照度
センサ（２）の計測データを同期して取り込むことによ
って、露光用光源の出力の時間変動の影響が無くなり、
インテグレータセンサの較正が高精度に行われる。

【００１８】また、露光用の照明光（ＩＬ）が、パルス
発光される照明光である場合、露光量制御手段（１２，
５０）は、露光用の照明光（ＩＬ）のパルス発光に同期
してインタフェース装置（３〜６，１１）を介して着脱
型の照度センサ（２）の計測データを取り込むことが望
ましい。これにより２つの照度センサの計測タイミング
がずれることがなく、パルスエネルギーのばらつきがあ
っても、着脱型の照度センサ（２）に対して常設の照度
センサ（７，１８）の較正が高精度に行われる。

【００１９】また、例えば図１及び図２（ｃ）に示すよ
うに、インタフェース装置（３，５，６，１１）は、コ
ードレス方式で着脱型の照度センサ（２Ａ）の計測デー
タを露光量制御手段（１２，５０）に供給するようにし
てもよい。通常露光装置は温度制御等が行われたチャン
バ内に収納されるが、コードレス方式であれば、チャン
バの壁を通る配線が不要になるため、着脱型の照度セン
サ（２Ａ）の取扱いが容易になる。

【００２０】また、本発明による第２の露光装置は、例
えば図１、図２及び図１０に示すように、感光基板
（Ｗ）の位置決めを行う基板ステージ（１）を有し、露
光用の照明光（ＩＬ）のもとでマスク（Ｒ）に形成され
たパターンを基板ステージ（１）上の感光基板（Ｗ）に
転写露光する露光装置において、基板ステージ（１）上
での照明光（ＩＬ）の照度を直接的、又は間接的に計測
する常設の照度センサ（７，１８）と、基板ステージ
（１）上に着脱自在で、常設の照度センサ（７，１８）
の出力の較正を行うために基板ステージ（１）上での照
明光（ＩＬ）の照度を直接計測する第１の着脱型の照度
センサ（２）と、所定の基準となる第２の着脱型の照度
センサ（Ａ１）の出力に対する第１の着脱型の照度セン
サ（２）の出力の補正値（比の値等も含む）を記憶する
記憶手段（２５）と、を有するものである。

【００２１】斯かる本発明の第２の露光装置によれば、
第２の着脱型の照度センサ（Ａ１）は第１の照度センサ
（２）に対する親機となり、絶対照度の管理が親機、子
機、孫機のように段階的に管理される。例えば多数の露
光装置を並列に使用するような場合には、基準となる着
脱型の照度センサ（２）が多数必要になる。この際に、
親機（Ａ１）の入射光量に対する出力の直線性を絶対照
度基準とした場合、子機（２）の出力を親機の出力に対
する補正値で補正することによって、多数の露光装置間
での照度の計測値のマッチング精度が向上する。

【００２２】また、本発明による第３の露光装置は、例
えば図１及び図１１に示すように、感光基板（Ｗ）の位
置決めを行う基板ステージ（１）を有し、露光用の照明
光（ＩＬ）のもとでマスク（Ｒ）に形成されたパターン
を基板ステージ（１）上の感光基板（Ｗ）に転写露光す
る露光装置において、基板ステージ（１）上での照明光
（ＩＬ）の照度を直接的、又は間接的に計測する常設の
照度センサ（７，１８）と、基板ステージ（１）上に着
脱自在で、常設の照度センサ（７，１８）の出力の較正
を行うために基板ステージ（１）上での照明光（ＩＬ）
の照度を直接計測する第１の着脱型の照度センサ（２）
と、この第１の着脱型の照度センサの出力の基準となる
第２の着脱型の照度センサ（Ａ１）と、基板ステージ
（１）上での露光用の照明光（ＩＬ）を分割して第１及
び第２の着脱型の照度センサ（２，Ａ１）に導く分割光
学系（６１，６２，６３Ａ，６３Ｂ）と、第１及び第２
の着脱型の照度センサ（２，Ａ１）の出力を並行に取り
込んで比較する信号処理装置（５９）と、を有するもの
である。

【００２３】斯かる本発明の第３の露光装置によれば、
基板ステージ（１）上においてその分割光学系により分
割された照明光（ＩＬ）の照度を第１及び第２の着脱型
の照度センサ（２，Ａ１）により計測して、第１の着脱
型の照度センサ（２）の較正を行うことができるため、
照明光（ＩＬ）の揺らぎや途中の光学系等による影響が
なく、第１の着脱型の照度センサ（２）が高精度に較正
される。即ち、親機として照度センサ（Ａ１）に対して
子機としての照度センサ（２）の較正が行われる。そし
て、その高精度に較正された第１の着脱型の照度センサ
（２）により、常設の照度センサ（７，１８）が高精度
で較正される。これによって、露光装置間での照度のマ
ッチング精度が向上する。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明による露光装置の第
１の実施の形態につき図１〜図７を参照して説明する。
本発明はステッパー型、又はステップ・アンド・スキャ
ン方式等の何れの露光装置にも適用できるが、以下の実
施の形態は、ステッパー型の投影露光装置に本発明を適
用したものである。

【００２５】図１は、本例の投影露光装置の概略構成を
示し、この図１において、露光時には水銀ランプよりな
る露光光源及びシャッタ等を含む光源部１６から、ウエ
ハ上のフォトレジストに感光性の露光光ＩＬが射出され
る。光源部１６内のシャッタの開閉は、装置全体の動作
を統轄制御する主制御装置５０が光源制御ユニット１５
を介して制御し、光源部１６内の露光光源の出力も光源
制御ユニット１５によって制御されており、その露光光
源の出力、及びシャッタの開閉により１ショットの露光
量が制御される。露光光ＩＬとしては、水銀ランプのｉ
線（波長３６５ｎｍ）やｇ線等の輝線が使用できる。露
光光源としては、その他に、ＡｒＦエキシマレーザ光源
やＫｒＦエキシマレーザ光源、あるいは銅蒸気レーザ光
源やＹＡＧレーザの高調波発生装置等も使用できる。

【００２６】光源部１６から射出された露光光ＩＬは、
照明系１７に入射する。図４は、照明系１７の内部構成
を示す構成図であり、この図４に示すように、照明系１
７に入射した露光光ＩＬは、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３１に入射する。フライ
アイレンズ３１の各レンズエレメントの射出面にはそれ
ぞれ２次光源が形成され、これらの２次光源により面光
源が作られる。フライアイレンズ３１の射出面、即ち照
明系１７の瞳面に面光源の大きさや形状を調整するため
の切り換え自在の複数の開口絞りが配置されている。こ
れらの開口絞りはターレット状の円板３０に固定され、
円板３０を主制御装置５０により駆動装置５０Ａを介し
て回転することで所望の開口絞りをフライアイレンズ３
１の射出面に設定できる。

【００２７】図６（ａ）は、図４の円板３０上の開口絞
りの配置を示し、この図６（ａ）において、６個の開口
絞り５２Ａ〜５２Ｆが円板３０の中心の周りに等角度間
隔で固定されている。第１の開口絞り５２Ａは中間のコ
ヒーレンスファクタ（σ値）で照明を行う場合に使用さ
れる円形開口を有し、第２の開口絞り５２Ｂ及び第３の
開口絞り５２Ｃは、それぞれ中心部を遮光した輪帯開
口、及び通常の輪帯照明用の開口である。また、第４の
開口絞り５２Ｄは通常の照明を行う場合に使用される円
形開口であり、第５の開口絞り５２Ｅは周辺に４個の小
円形の開口部を有する、所謂変形照明用の開口絞りであ
る。第６の開口絞り５２Ｆは小さいσ値で照明を行う場
合に使用される小さい円形開口を有する。

【００２８】図４に戻り、ここではフライアイレンズ３
１の射出面に第１の開口絞り５２Ａが配置されている。
第１の開口絞り５２Ａを通過した露光光ＩＬはビームス
プリッタ３３に入射する。ビームスプリッタ３３は入射
する光束の殆どを透過させ、残りを反射する。露光光Ｉ
Ｌ中の一定の割合の光束が、ビームスプリッタ３３から
露光光ＩＬの入射光路に対してほぼ直交する方向に反射
され、この反射された光束が集光レンズ４３を介してフ
ォトダイオード等からなるインテグレータセンサ１８に
入射する。

【００２９】一方、ビームスプリッタ３３を透過した露
光光ＩＬは、第１リレーレンズ２９を介して可変視野絞
り（レチクルブラインド）２８の開口上に集光され、可
変視野絞り２８により露光光ＩＬのレチクル上での照明
範囲が規定される。可変視野絞り２８の開口の形状及び
大きさは、駆動装置５０Ｂを介して主制御装置５０によ
り設定される。可変視野絞り２８を通過した露光光ＩＬ
は、第２リレーレンズ２７、及びコンデンサレンズ２６
を介してレチクルＲのパターン領域に照射される。

【００３０】図１に戻り、露光光ＩＬのもとで、レチク
ルＲのパターンの像が投影光学系１０を介して投影倍率
β（βは例えば１／４，１／５等）で、ウエハＷ上の各
ショット領域のフォトレジスト層に転写される。以下、
投影光学系１０の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に
垂直な平面内で図１の紙面に平行にＸ軸、図１の紙面に
垂直にＹ軸を取って説明する。この場合、照明系１７か
らの光束を受光したインテグレータセンサ１８からの光
電信号は、照度制御ユニット１２に供給され、照度制御
ユニット１２においてアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変
換される。照度制御ユニット１２からは、Ａ／Ｄ変換さ
れたデジタルデータに基づいて、主制御装置５０及び光
源制御ユニット１５に直接現在の露光光ＩＬの照度の情
報が送られ、光源制御ユニット１５では、送られた照度
が予め設定された照度になるように光源部１６内の露光
光源の出力を制御する。また、主制御装置５０では、予
めインテグレータセンサ１８の出力とウエハＷ上での露
光光の照度との関係が記憶されており、この関係よりウ
エハＷ上での照度を算出し、この算出された照度の積算
値がウエハＷ上のフォトレジストに対する適正積算露光
量になるように、光源制御ユニット１５を介して光源部
１６内のシャッタの開閉動作を制御する。

【００３１】なお、露光光源がエキシマレーザ光源のよ
うなパルス光源で、且つステッパーのような一括露光型
の場合には、光源部１６内のシャッタの開閉、光源部１
６内に設けた減光機構の制御、又はレーザ光源自体の光
量可変システム（可変電源等）の制御等によって積算露
光量の制御が行われる。一方、露光光源がパルス光源
で、且つステップ・アンド・スキャン方式のような走査
露光型の場合には、光源部１６内に設けられる減光機構
により露光光の照度を制御するか、又は露光光の照明領
域の走査方向の幅や走査速度を制御する等により、積算
露光量を制御できる。

【００３２】図１において、レチクルＲはＸ方向、Ｙ方
向、及び回転方向に微動可能なレチクルステージ（不図
示）上に載置されている。レチクルステージの位置は外
部に設けた不図示のレーザ干渉計によって高精度に計測
されており、そのレーザ干渉計の測定値に基づいて主制
御装置５０はレチクルステージの位置決めを行う。一
方、ウエハＷは不図示のウエハホルダ上に真空吸着によ
り保持され、ウエハホルダはＸ方向、Ｙ方向に移動自在
なウエハステージ１上に固定されている。ウエハステー
ジ１には、ウエハＷのＺ方向の位置や傾斜角等を制御す
るステージ系も組み込まれている。ウエハステージ１の
Ｘ方向、Ｙ方向の位置はウエハステージ１上の移動鏡８
及び外部のレーザ干渉計９により高精度に計測されてお
り、レーザ干渉計９の計測値は主制御装置５０に供給さ
れている。主制御装置５０はその計測値に基づいて、ウ
エハステージ１の位置決め動作を制御する。ウエハステ
ージ１によりウエハＷの各ショット領域の中心を投影光
学系１０の露光中心に移動する動作と、露光動作とがス
テップ・アンド・リピート方式で繰り返されて、レチク
ルＲのパターンがウエハＷの各ショット領域に順次転写
される。更に、主制御装置５０には、入力装置とディス
プレイとを有するコンソール１４、及び各種パラメータ
等を記憶するための記憶装置１３も接続されている。

【００３３】また、ウエハステージ１上のウエハＷの近
くにはフォトダイオード等からなる常設の固定型照度セ
ンサ７が設けられている。本例の固定型照度センサ７
は、ウエハステージ１上での露光光ＩＬの照度むら計測
用のセンサ、最大照度計測用のセンサ、及び露光光ＩＬ
の全部の照射量を計測するための照射量モニタとして使
用される。固定型照度センサ７の受光面はウエハＷの表
面とほぼ同じ高さに設定されており、固定型照度センサ
７により投影光学系１０の露光フィールド内の照度又は
照射量を計測する際は、ウエハステージ１を駆動して固
定型照度センサ７の受光部を所望の計測点に移動する。
固定型照度センサ７の出力信号は照度制御ユニット１２
に供給されてＡ／Ｄ変換される。

【００３４】このように本例では、常設の照度センサと
してインテグレータセンサ１８、及び固定型照度センサ
７が備えられている。そのため、多数の投影露光装置を
使用して露光を行うような場合に、各投影露光装置で互
いに等しい露光量を設定できるように、インテグレータ
センサ１８、及び固定型照度センサ７の較正（キャリブ
レーション）を行う必要がある。

【００３５】その較正を行うためにウエハステージ１上
には、照度の基準となる着脱型照度計２が取り外しでき
るように設置されている。即ち、常設の照度センサの較
正を行う際には、オペレータが着脱型照度計２をウエハ
ステージ１上に取り付ける。この際に、着脱型照度計２
の受光面もウエハＷの表面とほぼ同じ高さになるように
設定されると共に、ウエハステージ１を駆動することで
着脱型照度計２の受光部をＸ方向、Ｙ方向に移動できる
ようになっている。また、着脱型照度計２は、関係する
露光装置間の照度のマッチングを取るために、それらの
露光装置間で共通に使用される。

【００３６】この場合、本例の投影露光装置の機構部は
空調されたチャンバ４７の内部に設置され、照度制御ユ
ニット１２、主制御装置５０及びコンソール１４等の制
御部はチャンバ４７の外部に設置されている。そして、
チャンバ４７の外面に、センサ制御装置３がマグネット
チャックにより固定されている。着脱型照度計２とセン
サ制御装置３とは、チャンバ４７の側壁を貫通する信号
ケーブル４を介して接続されている。

【００３７】図２（ａ）は、着脱型照度計２の詳細な構
成を示す拡大図、図２（ｂ）は図２（ａ）の平面図を示
している。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、着脱型
照度計２は光電変換部２５、及びこの底部に被着された
温調素子２０より構成され、光電変換部２５上の円形の
受光部１９に入射する光量が光電変換され、光電変換部
２５の温度は温調素子２０によって所定の許容温度以上
にならないように冷却されている。即ち、温調素子２０
はペルチェ素子等の冷却素子等からなり、温調素子２０
の光電変換部２５に接する面が冷却面となっている。温
調素子２０により、露光光ＩＬの照射エネルギーによる
光電変換部２５の温度上昇が抑えられ、感度等のセンサ
特性のドリフトが軽減される。

【００３８】光電変換部２５及び温調素子２０にはそれ
ぞれ信号ケーブル４を介してセンサ制御装置３から電力
が供給され、光電変換部２５の出力信号が信号ケーブル
４を介してセンサ制御装置３に供給されている。また、
着脱型照度計２は押さえ用金具２１及び止めねじ２２に
よりウエハステージ１上に固定され、押さえ金具２１を
取り外すだけで容易に着脱型照度計２をウエハステージ
１から取り外せるようになっている。また、光電変換部
２５には、後述のようにこの着脱型照度計２より上位の
基準となる照度センサの出力に対する較正用のデータを
記憶した記憶部も含まれている。

【００３９】図１に戻り、センサ制御装置３には着脱型
照度計２から供給される出力信号、及び較正用のデータ
を送信するための信号ケーブル５の一端が接続され、そ
の信号ケーブル５の他端にコネクタ６が取り付けられ、
照度制御ユニット１２にはコネクタ６に対応するコネク
タ１１が取り付けられている。そして、コネクタ６を照
度制御ユニット１２側のコネクタ１１に差し込むことに
より、着脱型照度計２と照度制御ユニット１２とがセン
サ制御装置３を介して接続され、着脱型照度計２の出力
信号がセンサ制御装置３内でＡ／Ｄ変換された後、信号
ケーブル５、コネクタ６，１１、及び照度制御ユニット
１２内に組み込まれたＧＰＩＢ規格、又はＲＳ２３２Ｃ
規格等の入出力制御部を介して、照度制御ユニット１２
内の信号処理部に取り込まれる。本例では、信号ケーブ
ル４，５、センサ制御装置３、コネクタ６，１１及び照
度制御ユニット１２内の入出力制御部が、着脱型照度計
２と照度制御ユニット１２内の信号処理部との間のイン
タフェース装置を構成している。

【００４０】上述のように、インテグレータセンサ１８
及び固定型照度センサ７のそれぞれの出力信号も照度制
御ユニット１２に供給されており、常設の照度センサの
較正時には主制御装置５０の指令により、着脱型照度計
２、固定型照度センサ７、及びインテグレータセンサ１
８の出力値に対して照度制御ユニット１２において所定
の演算が行われ、演算結果が主制御装置５０に供給され
る。主制御装置５０は、照度制御ユニット１２により演
算処理されたデータに基づいてインテグレータセンサ１
８及び固定型照度センサ７の較正用のパラメータを算出
し、算出された結果は記憶装置１３に記憶され、必要に
応じコンソール１４に出力される。

【００４１】なお、着脱型照度計２の出力を有線ではな
く、図２（ｃ）に示すように、無線（コードレス）で照
度制御ユニット１２に送信するようにしてもよい。図２
（ｃ）は、着脱型照度計から無線で出力信号を送信する
例を示し、この図２（ｃ）において、着脱型照度計２Ａ
には光電変換部２５、及び温調素子２０Ａの他に、独自
の蓄電池及び無線送信機を有する電源部２３が備えられ
ている。そして、電源部２３からの電力を用いて、光電
変換部２５、及び温調素子２０Ａを駆動し、更に無線送
信機に接続されたアンテナ２４から例えばＦＭ電波を介
して光電変換部２５の出力信号を、無線受信器及びアン
テナを備えたセンサ制御装置３に供給する構成となって
いる。

【００４２】この場合、温調素子２０Ａの底部には、ウ
エハステージ１上に容易に設置できるようにマグネット
チャックが取り付けられており、ウエハステージ１に設
けた凸状の押さえガイド４６に温調装素子２０Ａの側面
を押し当てることで、着脱型照度計２Ａの粗い位置決め
ができるように構成されている。このように着脱型照度
計２Ａとセンサ制御装置３、ひいては図１の照度制御ユ
ニット１２とをコードレスで接続することによって、チ
ャンバ４７内のウエハステージ１に対する着脱型照度計
２Ａの着脱を容易に行うことができる。

【００４３】図１に戻り、不図示であるが、投影光学系
１０の両側にはウエハＷのＺ方向の位置（焦点位置）を
検出するための、送光系及び受光系からなる斜入射方式
の焦点位置検出系が備えられている。この焦点位置検出
系からのウエハＷの焦点位置に関する情報は主制御装置
５０に供給され、主制御装置５０はその情報に基づいて
ウエハステージ１を駆動することで、ウエハＷの焦点位
置及び傾斜角を制御して、ウエハＷの表面を投影光学系
１０の像面に合わせ込んで露光を行う。

【００４４】次に、本例の着脱型照度計２、インテグレ
ータセンサ１８及び固定型照度センサ７で照度を計測す
る場合の基本的な動作につき説明する。インテグレータ
センサ１８及び固定型照度センサ７の出力を較正する際
には、着脱型照度計２が使用されるが、そのためには先
ず着脱型照度計２の位置を正確に求める必要がある。着
脱型照度計２の位置の計測は以下のように行われる。

【００４５】図３（ａ）は、ウエハステージ１上での投
影光学系１０による露光フィールドＥＦを示す正面図、
図３（ｂ）はその露光フィールドＥＦを示す拡大平面図
であり、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、露光光Ｉ
Ｌが投影光学系１０のほぼ正方形の露光フィールドＥＦ
に照射されている。この露光光ＩＬが照射された状態
で、図１の主制御装置５０はレーザ干渉計９の位置情報
に基づいて、ウエハステージ１を駆動し、図３（ｂ）に
示すように、着脱型照度計２の受光部１９を露光フィー
ルドＥＦに対しＸ方向及びＹ方向に走査する。そして、
そのときに着脱型照度計２の受光部１９に入射した光量
を、照度制御ユニット１２を介して複数の所定の位置で
サンプリングする。

【００４６】図３（ｃ）は、受光部１９をＸ方向に走査
する場合のウエハステージ１のＸ座標とサンプリングさ
れた着脱型照度計２の出力信号Ｉとの関係を示し、横軸
はウエハステージ１のＸ座標、縦軸は出力信号Ｉを表
す。この図３（ｃ）に示すように、出力信号Ｉは受光部
１９が露光フィールドＥＦ内にある範囲で大きく、それ
以外では小さい。そこで、例えば出力信号Ｉの最大値と
最小値との間の所定のスライスレベルＩＡとその出力信
号Ｉとを比較し、出力信号ＩがスライスレベルＩＡを横
切るときのウエハステージ１のＸ座標Ｘ１及びＸ２を求
め、更に座標Ｘ１及びＸ２の中点の座標ＸＳを求める。
この座標ＸＳは着脱型照度計２の受光部１９の中心が投
影光学系１０の露光フィールドＥＦの中心（露光中心）
にあるときのウエハステージ１の座標を示す。

【００４７】従って、これによりウエハステージ１上に
設置された着脱型照度計２の投影光学系１０の露光フィ
ールドＥＦに対するＸ方向の相対位置が求められる。な
お、着脱型照度計２による照度測定に際しては、上述の
斜入射方式の焦点位置検出系により、投影光学系１０の
像面と着脱型照度計２の受光部１９の表面とが一致する
ようにオートフォーカス制御が行われている。なお、そ
の焦点位置検出系を使用する代わりに、Ｘ方向の相対位
置を求めるための図３（ｃ）の出力信号を着脱型照度計
２の受光部１９の焦点位置を変えて複数回計測し、両側
のスロープ部の傾きを算出してもよい。このとき、最も
スロープの傾きが高くなる焦点位置を求めることで着脱
型照度計２の受光部１９と投影光学系１０の像面とを一
致させることができる。同様に、受光部１９を露光フィ
ールドＥＦに対してＹ方向に走査することによって、着
脱型照度計２の露光フィールドＥＦに対するＹ方向の相
対位置が求められる。また、固定型照度センサ７につい
ても、同様にして露光フィールドＥＦに対する相対位置
が求められる。

【００４８】次に、着脱型照度計２、インテグレータセ
ンサ１８及び固定型照度センサ７による照度の計測方法
について説明する。図４は、図１の照明系１７及び照度
センサを示す構成図であり、この図４に示すように、本
例では照明系１７内で分離された露光光ＩＬの一部がイ
ンテグレータセンサ１８で受光されている。この際に、
インテグレータセンサ１８の受光面は、レチクルＲのパ
ターン面、ひいては図１のウエハＷの表面とほぼ共役と
なっている。

【００４９】この場合、光学部材の配置空間の制約、及
び製造コスト等から、インテグレータセンサ１８への送
光部である集光レンズ４３等は小型化されているため、
インテグレータセンサ１８の受光部をウエハステージ１
上に投影した共役像１８Ａは、図５（ａ）に示すよう
に、投影光学系１０の露光フィールドＥＦに比較して小
さな面積で形成されている。従って、インテグレータセ
ンサ１８では、その露光フィールドＥＦ内でその共役像
１８Ａの範囲での照度を間接的に計測できることにな
る。また、その共役像１８Ａの中心は、その露光フィー
ルドＥＦの中心（露光中心）に設定されている。但し、
製造コスト等に余裕があれば、共役像１８Ａを露光フィ
ールドＥＦより大きくしてもよい。更に、インテグレー
タセンサ１８の受光面は必ずしもウエハＷの表面と共役
である必要はなく、投影光学系１０の瞳面（レチクルＲ
に対する光学的フーリエ変換面）と共役であってもよ
い。

【００５０】また、図５（ａ）に示すように、着脱型照
度計２の受光部１９はインテグレータセンサ１８の受光
部の共役像１８Ａよりも更に小さな面積で形成されてい
る。従って、着脱型照度計２を用いてインテグレータセ
ンサ１８の較正を精度よく行うためには、図４に示すよ
うに、ウエハステージ１を駆動して着脱型照度計２の受
光部１９を投影光学系１０の露光フィールド内に移動し
た後、図５（ａ）の矢印で示すように、着脱型照度計２
の受光部１９をその共役像１８Ａの内部で移動して、所
定の複数の計測位置で着脱型照度計２の出力をサンプリ
ングする。そして、その出力の平均値を取ることによ
り、インテグレータセンサ１８の計測フィールド（共役
像１８Ａの内部領域）での平均的な照度を算出する。こ
の着脱型照度計２の計測と同期して、インテグレータセ
ンサ１８の出力のサンプリングも行って、平均的な照度
を算出する。このような計測方法を用いることにより、
インテグレータセンサ１８の計測フィールドと着脱型照
度計２の計測範囲とが実質的に一致し、較正の信頼性が
高まる利点がある。

【００５１】このような計測方法は、固定型照度センサ
７の計測時においても同様に行われる。即ち、図４にお
いて、固定型照度センサ７で照度を計測する際には、ウ
エハステージ１を駆動することによって、固定型照度セ
ンサ７の受光部７Ａが投影光学系１０の露光フィールド
内に移動する。図５（ｂ）は、固定型照度センサ７の受
光部７Ａが露光フィールドＥＦ内に移動した状態を示
し、この図５（ｂ）に示すように、固定型照度センサ７
の受光部７Ａの面積は、図５（ａ）の着脱型照度計２の
受光部１９の面積より更に小さい。従って、インテグレ
ータセンサ１８の出力と固定型照度センサ７の出力との
対応関係を求める場合には、図５（ｂ）の矢印で示すよ
うに、固定型照度センサ７の受光部７Ａをインテグレー
タセンサ１８の計測フィールド（共役像１８Ａの内部領
域）内で更にきめ細かく移動し、照度のサンプリングの
回数を増やす。これによって、インテグレータセンサ１
８の計測フィールドと固定型照度センサ７の計測範囲と
が実質的に一致する。なお、着脱型照度計２及び固定型
照度センサ７の受光部の面積、形状を等しくすれば、同
じ計測シーケンスでより精度良く照度計測ができること
になる。

【００５２】インテグレータセンサ１８及び固定型照度
センサ７の出力の較正は、ウエハステージ１上に照射さ
れる露光光ＩＬの照度を段階的に変更して行われる。例
えばインテグレータセンサ１８の較正に際しては、先
ず、照明系１７からの露光光ＩＬの光量を最大にしてウ
エハステージ１上の照度を計測する。即ち、図４におい
て、フライアイレンズ３１の射出面には図６（ａ）に示
す最大の開口を有する第４の開口絞り５２Ｄを配置し、
可変視野絞り２８の開口を最大にして、最大のコヒーレ
ンスファクタ（σ値）のもとでインテグレータセンサ１
８、及び着脱型照度計２の出力を同時に検出する。次
に、σ値を段階的に変更して同様にインテグレータセン
サ１８、及び着脱型照度計２により照度を計測する。即
ち、近年のフォトリソグラフィ技術では、例えば、図６
（ａ）の第６の開口絞り５２Ｆを使用して小さなσ値で
照明する小σ照明や、第３の開口絞り５２Ｃのような輪
帯状の開口絞りを使用する輪帯照明等が利用される傾向
にあり、このような照明条件の変化により較正結果が異
なってくることがある。従って、照明条件を変えたとき
にも同様の較正を行う必要がある。

【００５３】図６（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ小σ照
明及び通常の照明条件時におけるレチクルＲ上での露光
光の状態を示し、図６（ｂ）及び（ｃ）に示すように、
小σ照明における露光光ＩＬの開口半角θ’は通常の照
明条件における露光光ＩＬの開口半角θ₂に比較して小
さい。一般に照度センサ自体の感度も光束の入射角によ
って変化するため、較正の基準となる着脱型照度計２の
受光部１９としては、感度変化の小さいものを採用し、
インテグレータセンサ１８としては、温度や露光光の照
射によるセンサ特性のドリフトの少ないものを利用する
ことで、較正精度を上げ、且つ較正を行う間隔を延ばす
ことができる。

【００５４】次に、本例の投影露光装置において、着脱
型照度計２を用いてインテグレータセンサ１８、及び固
定型照度センサ７の出力を較正する方法の一例について
具体的に説明する。先ず、オペレータが図１のウエハス
テージ１上に着脱型照度計２を取り付け、チャンバ４７
の外面のセンサ制御装置３の信号ケーブル５を照度制御
ユニット１２に接続する。そして、主制御装置５０に予
めプログラムされた照度較正プログラムを作動させる。
照度較正プログラムの起動に伴い、主制御装置５０の制
御のもとで、光源制御ユニット１５を介して光源部１６
から露光光ＩＬが射出され、図３に基づいて説明した方
法により着脱型照度計２の受光部１９の投影光学系１０
の露光フィールドＥＦに対する相対位置が計測される。

【００５５】次に、この計測結果に基づいて、着脱型照
度計２の受光部１９の中心を投影光学系１０の露光中心
に位置決めする。本例のようなステッパー型の投影露光
装置においては、一定の照度を持つ露光光ＩＬを用い
て、光源部１６のシャッタの開閉を行ってウエハＷ上で
の露光時間を制御することで露光量を制御する。そこ
で、投影光学系１０の露光中心に着脱型照度計２の受光
部１９の中心を位置決めした後、光源部１６のシャッタ
を開放してインテグレータセンサ１８に入る光量を連続
してモニタし、その光量を積算した積算光量（積算露光
量）ＱＩが所定の値になるようにシャッタを閉じる。そ
して、シャッタを開放してから閉じるまでの照度をイン
テグレータセンサ１８及び着脱型照度計２により計測す
る。インテグレータセンサ１８の計測値は直接照度制御
ユニット１２に供給され、着脱型照度計２の照度の計測
値はセンサ制御系３を介して照度制御ユニット１２に供
給される。照度制御ユニット１２においては、インテグ
レータセンサ１８の積算光量、及び着脱型照度計２にお
ける照度積算値ＱＳを求める。このとき求められたイン
テグレータセンサ１８による積算光量ＱＩ、及び着脱型
照度計２による照度積算値ＱＳをそれぞれＣ₁及びＡ₁
とする。そして、露光可能範囲の中で積算露光量を変え
ながらインテグレータセンサ１８及び着脱型照度計２に
より同時に照度を検出し、それぞれの積算光量Ｃ_i(ｉ＝
２，３，…，ｎ）及び照度積算値Ａ_iを算出して主制御
装置５０に供給する。この照度検出の際に、図５を参照
して説明したように、着脱型照度計２の受光部１９をイ
ンテグレータセンサ１８の受光部の共役像１８Ａ内で移
動させてもよい。

【００５６】図７（ａ）は、インテグレータセンサ１８
における積算光量ＱＩと着脱型照度計２における照度積
算値ＱＳとの関係を示し、この図７（ａ）の実線の直線
５４で示すように、インテグレータセンサ１８における
積算光量ＱＳの実測値Ｃ₁,Ｃ ₂,…，Ｃ_nと、着脱型照度
計２における照度積算値ＱＳの実測値Ａ₁,Ａ₂,…，Ａ _n
との関係はほぼオフセットの無い線形となる。主制御装
置５０では、このときの着脱型照度計２の出力に対する
インテグレータセンサ１８の出力の比の値の平均値（以
下、「インテグレータセンサ１８の較正パラメータ」と
呼ぶ）Ｐ１を、次式より求める。

【００５７】Ｐ１＝（Ａ₁/Ｃ₁＋Ａ₂/Ｃ₂＋Ａ₃/Ｃ₃＋…＋Ａ_n/Ｃ_n）／ｎ（１）一方、固定型照度センサ７の較正用のパラメータは、較
正後のインテグレータセンサ１８を基準の照度センサと
して求める。即ち、投影光学系１０の露光中心に固定型
照度センサ７の受光部の中心を移動し、上述の着脱型照
度計２の場合と同様に、インテグレータセンサ１８及び
固定型照度センサ７に入射する光量を連続してモニタす
る。この際にも、固定型照度センサ７の受光部をインテ
グレータセンサ１８の受光部の共役像内で移動させても
よい。ここで計測されたインテグレータセンサ１８の積
算光量ＱＩの値をＣ_i(ｉ＝１，２，…，ｎ）、及び対応
して計測される固定型照度センサ７の照度積算値ＱＳの
値をＢ_iとすれば、積算光量Ｃ_i及び照度積算値Ｂ_iの
間にも、図７（ａ）の点線の曲線５４Ａで示すようなほ
ぼオフセットの無い線形の関係がある。主制御装置５０
では、このときのインテグレータセンサ１８の出力に対
する固定型照度センサ７の出力の比の値の平均値（以
下、「固定型照度センサ７の較正パラメータ」と呼ぶ）
Ｐ２を、次式より求める。

【００５８】Ｐ２＝（Ｂ₁/Ｃ₁＋Ｂ₂/Ｃ₂＋Ｂ₃/Ｃ₃＋…＋Ｂ_n/Ｃ_n）／ｎ（２）このように露光光の照度が一定であるステッパー型の投
影露光装置の場合は、較正パラメータＰ１，Ｐ２が容易
に求められて記憶装置１３に記憶される。そして、記憶
されている較正パラメータＰ１及びＰ２をそれぞれイン
テグレータセンサ１８及び固定型照度センサ７の実際の
計測値に乗ずることで較正が行われる。即ち、インテグ
レータセンサ１８の計測値に較正パラメータＰ１を乗ず
ることで、ウエハステージ１上で着脱型照度計２を用い
て計測した場合に換算した照度が求められる。同様に、
固定型照度センサ７の計測値に較正パラメータＰ２を乗
ずることで、インテグレータセンサ１８で計測した場合
に換算した照度が求められる。更に、２つの較正パラメ
ータＰ１及びＰ２の積Ｐ１・Ｐ２を新たに固定型照度セ
ンサ７の較正パラメータとしてもよい。この場合、固定
型照度センサ７の計測値に較正パラメータＰ１・Ｐ２を
乗ずることで、ウエハステージ１上で着脱型照度計２を
用いて計測した場合に換算した照度が求められる。

【００５９】また、上述のように較正パラメータＰ１を
求める際に、本例では着脱型照度計２の出力信号はセン
サ制御装置３、及び信号ライン５等を介して直接照度制
御ユニット１２に供給されており、インテグレータセン
サ１８の出力信号も直接照度制御ユニット１２に供給さ
れている。従って、水銀ランプのアーク揺らぎ等によっ
て光源部１６からの露光光ＩＬの出力に時間変動があっ
ても、インテグレータセンサ１８及び着脱型照度計２の
出力信号は同じタイミングで取り込むことができるた
め、両者の出力の比の値、即ち較正パラメータＰ１を正
確に求めることができ、インテグレータセンサ１８の較
正を高精度に行うことができる。また、較正パラメータ
Ｐ１・Ｐ２を使用する場合には、固定型照度センサ７を
着脱型照度計２に対して高精度に較正することができ
る。更に、本例では着脱型照度計２、インテグレータセ
ンサ１８、及び固定型照度センサ７の計測値は共通に照
度制御ユニット１２で取り込まれているため、（１）式
及び（２）式等の演算処理を高速に行うことができる。

【００６０】次に、本例の投影露光装置はステッパー型
であるが、図１の投影露光装置がステップ・アンド・ス
キャン方式のような走査露光型であるとした場合に、着
脱型照度計２を用いて、インテグレータセンサ１８及び
固定型照度センサ７の出力を較正する方法について説明
する。走査露光型の投影露光装置においては、露光時に
は光源部１６からの露光光ＩＬはレチクルＲ上のスリッ
ト状の照明領域に照射される。そして、レチクルＲ上の
スリット状の照明領域内のパターンが投影光学系１０を
介してウエハＷ上に投影された状態で、レチクルＲとウ
エハＷとを投影光学系１０に対して同期走査することに
より、レチクルＲのパターン像がウエハＷ上の露光対象
のショット領域に逐次転写される。このように走査露光
型では、連続的に露光が行われるため、インテグレータ
センサ１８の出力値の積算光量をモニタする代わりに、
インテグレータセンサ１８で計測される露光光の照度が
常に所定の目標値に対して許容範囲内にあるかどうかが
モニタされる。この場合、ウエハＷ上のフォトレジスト
の感度（適正露光量）をＥ、ウエハステージ１の走査速
度をＶ、スリット状の照明領域をウエハＷ上に投影した
露光領域の走査方向の幅（スリット幅）をＬ、ウエハＷ
上での露光光ＩＬの照度をＳとすると、次の関係が成立
する。

【００６１】Ｅ／Ｓ＝Ｌ／Ｖ（３）露光工程のスループットを低下させないためには、でき
るだけ最高速度でウエハＷを走査することが望ましい。
そのため、走査速度Ｖは通常は最高速度付近に設定され
ている。また、スリット幅Ｌは最大幅付近に設定されて
いるとすると、（３）式の右辺はほぼ一定である。従っ
て、ウエハＷ上のレイヤ等に応じて、フォトレジストの
感度Ｅが異なる場合には、（３）式を満たすために、そ
の感度Ｅに対応して露光光ＩＬの照度Ｓを変える必要が
ある。そのように照度Ｓを変える際には、例えば光源部
１６内に露光光の光量を段階的、及び所定範囲内で連続
的に可変できる減光機構を設けるか、又は光源部１６内
の露光光源の駆動電力を制御する可変電源を設け、これ
らの減光機構、又は可変電源を用いている。このよう
に、露光光ＩＬの照度Ｓを変化させた場合には、着脱型
照度計２の出力に対するインテグレータセンサ１８の出
力の関係が微妙に変化する恐れがある。

【００６２】そこで、走査露光型の投影露光装置では、
減光機構、又は可変電源を介して露光光ＩＬの照度Ｓを
変化させながら、インテグレータセンサ１８及び着脱型
照度計２により露光光ＩＬの照度を計測する。このとき
インテグレータセンサ１８で計測された照度ＬＩを、ｃ
_i(ｉ＝１，２，３，…，ｎ）とする。また、同時に着脱
型照度計２で計測された照度ＬＳをａ_iとする。

【００６３】図７（ｂ）は、着脱型照度計２で計測され
た照度ＬＳとインテグレータセンサ１８で計測された照
度ＬＩとの関係を示し、照度ＬＳと照度ＬＩとの線形性
が良好であるときには、この図７（ｂ）の実線の直線５
５で示すように、インテグレータセンサ１８における照
度ＬＩの実測値ｃ₁,ｃ₂,…，ｃ_nと、着脱型照度計２に
おける照度ＬＳの実測値ａ₁,ａ₂,…，ａ_nとの関係はほ
ぼオフセットの無い直線となる。この際には、得られた
照度の実測値の比の値ａ_i/ｃ_iの平均値を較正パラメー
タとすることができる。しかしながら、それら２つの照
度の間の線形性が悪い場合には、ステッパー型の投影露
光装置のように１つの較正パラメータＰ１を決定し、そ
れに基づいて較正すると照度の測定誤差が大きくなる。

【００６４】そこで、走査露光型で２つの照度間の線形
性が悪い場合には、着脱型照度計２の照度ＬＳの実測値
ａ_iに対するインテグレータセンサ１８の照度ＬＩの実
測値ｃ_iの比の値ａ₁/ｃ₁,ａ₂/ｃ₂,ａ₃/ｃ₃,…，ａ_n/ｃ
_nを算出し、得られた値ａ_i/ｃ_iを曲線近似する。即
ち、一例として主制御装置５０では、得られた値ａ_i/ｃ
_iを最小自乗法等によって、イテグレータセンサ１８で
計測される照度ＬＩに関するｍ次（ｍは２以上の整数）
の関数ｆ（ＬＩ）で近似し、この関数ｆ（ＬＩ）の各次
数の係数を求めて較正パラメータとして記憶装置１３に
記憶する。これによって、着脱型照度計２で計測される
照度ＬＳは次式で表される。

【００６５】ＬＳ＝ｆ（ＬＩ）・ＬＩ（４）その後、露光時にインテグレータセンサ１８で計測され
た照度ＬＩに対して、その関数ｆ（ＬＩ）を乗算するこ
とで、ウエハステージ１上で着脱型照度計２を用いて計
測される照度ＬＳに換算された照度が得られる。なお、
そのように曲線近似をする代わりに、得られた照度の比
の値ａ_i/ｃ_iを照度ＬＩに関するテーブルとして記憶し
てもよい。この際に、例えばインテグレータセンサ１８
の照度の実測値ｃ_i〜ｃ_i+1の間では、比例配分によっ
て比の値ＬＳ／ＬＩを計算し、この値でインテグレータ
センサ１８の出力を較正するようにしてもよい。

【００６６】また、走査露光型の場合も、固定型照度セ
ンサ７の較正用のパラメータは、較正後のインテグレー
タセンサ１８を用いて求めることができる。即ち、露光
光の照度を変えながら計測されたインテグレータセンサ
１８の照度ＬＩの実測値ｃ_i、及び対応して計測される
固定型照度センサ７の照度（これをＬＳ’で表す）の実
測値ｂ_iを用いると、両者の線形性が良好であれば、実
測値ｃ_i及びｂ_iの間にも、図７（ｂ）の点線の曲線５
５Ａで示すようなほぼオフセットの無い線形の関係があ
るため、それらの実測値の比の値ｃ_i/ｂ_iの平均値を較
正パラメータとすることができる。しかしながら、両者
の線形性が悪いときには、その値ｃ_i/ｂ _iを固定型照度
センサ７の照度ＬＳ’の高次の関数ｇ（ＬＳ’）で近似
するか、又はテーブル化すればよい。

【００６７】このように較正パラメータを算出すること
で、走査露光型の場合にも、インテグレータセンサ１８
及び着脱型照度計２の出力の較正を高精度に行うことが
できる。また、インテグレータセンサ１８及び着脱型照
度計２の出力信号は同じタイミングで取り込むことがで
きるため、較正パラメータを正確に求めることができ、
インテグレータセンサ１８、ひいては固定型照度センサ
７の較正を高精度に行うことができる。

【００６８】なお、ステッパー型の投影露光装置の場合
でも、露光光の照度を変更するようなときには、インテ
グレータセンサ１８の出力と着脱型照度計２の出力との
関係を２次以上の関数で近似して、その関数の各次数の
係数を較正パラメータとして記憶してもよい。固定型照
度センサ７についても同様である。次に、本発明の第２
の実施の形態につき図８及び図９を参照して説明する。
本例は、パルス光源を露光光源として使用するステッパ
ー型の投影露光装置に本発明を適用したものであり、図
８において図１及び図４に対応する部分には同一符号を
付してその詳細説明を省略する。

【００６９】図８は、本例の投影露光装置を示す概略構
成図であり、この図８の光源部１６Ａにおいて、パルス
発光の露光光源としてＡｒＦエキシマレーザ光源、又は
ＫｒＦエキシマレーザ光源等からなるエキシマレーザ光
源４０が使用されている。エキシマレーザ光源４０の発
光動作は、光源制御ユニット１５Ａ内のレーザ制御装置
４１を介して主制御装置５０により制御されており、主
制御装置５０によりエキシマレーザ光源４０のパルス発
光のタイミング、発振周波数、及び出力の微小制御等が
行われている。

【００７０】エキシマレーザ光源４０から射出されたレ
ーザ光である露光光ＩＬＡは、ビームエキスパンダ３
９、それぞれ種々の透過率のＮＤフィルタ板を周囲に配
列してなる１対の可変ＮＤフィルタ３８Ａ，３８Ｂを通
過する。駆動部３８Ｃを介して可変ＮＤフィルタ３８
Ａ，３８ＢのＮＤフィルタの組み合わせを調整すること
によって、露光光ＩＬＡに対する減光率を多段階に亘っ
て変更できる。駆動部３８Ｃの動作は、主制御装置５０
が光源制御ユニット１５Ａ内の減光部制御系４２を介し
て制御できるように構成されている。可変ＮＤフィルタ
３８Ａ，３８Ｂを通過した露光光ＩＬＡは照明系１７Ａ
に入射して、第１のフライアイレンズ３７、リレーレン
ズ３６、スペックル除去用の振動ミラー３５、及び第２
のフライアイレンズ３１を経て、ビームスプリッタ３３
に入射する。

【００７１】このビームスプリッタ３３で分離された露
光光ＩＬＡの一部が、集光レンズ４３を介してインテグ
レータセンサ１８に入射する。一方、ビームスプリッタ
３３を透過した露光光ＩＬＡは、可変視野絞りやコンデ
ンサレンズ等を含む光学系３４を経てレチクルＲを照明
する。そして、照度の計測時には、レチクルＲを透過し
た露光光ＩＬＡが、投影光学系１０を介してウエハステ
ージ１上に取り付けられた着脱型照度計２に入射する。
着脱型照度計２の出力は、信号ライン４，５、センサ制
御装置３、及び不図示のコネクタを介してオンラインで
照度制御ユニット１２に供給されている。ウエハステー
ジ１上には固定型照度センサ７も固定され、インテグレ
ータセンサ１８及び固定型照度センサ７の出力は照度制
御ユニット１２に供給されている。この他の構成は図１
の投影露光装置と同様である。

【００７２】この場合、エキシマレーザ光源は１パルス
毎の照度（パルスエネルギー）が不安定なので、ウエハ
上の各点に対する露光時には、それぞれ例えば数１０パ
ルスの露光光が照射されるようにして、平均化効果によ
り照度均一性を維持している。即ち、図８の投影露光装
置においては、ウエハ上の各点に対する露光光ＩＬＡの
最低パルス数が決められている。例えばエキシマレーザ
光源４０の発振周波数を５００Ｈｚ、１パルス毎の照度
のランダムなばらつきを５％、露光パルス数を５０パル
スとした場合、５０パルス露光後のウエハ上での積算露
光量のばらつきは、約０．７％となり、露光時間は０．
１秒となる。

【００７３】また、本例では減光部としての可変ＮＤフ
ィルタ３８Ａ，３８Ｂの組み合わせによって露光光ＩＬ
Ａの照度を段階的に変更でき、且つレーザ制御装置４１
を介してエキシマレーザ光源４０の出力を或る程度連続
的に変更できるように構成されている。そこで、本例の
ようなパルス光源を使用するステッパー型の投影露光装
置では、シャッタによる露光量の制御を行わず、エキシ
マレーザ光源４０を所定期間だけパルス発光させると共
に、ウエハに対する積算露光量の制御を行うために、露
光光ＩＬＡの照度を連続的に変化させる方法が考えられ
る。即ち、ウエハ上のフォトレジストの感度をＥ、ウエ
ハ上における露光光ＩＬＡの１パルスのエネルギーを
ｐ、露光パルス数をｎとすると、次の関係が成立する。

【００７４】Ｅ＝ｎｐ（５）そこで、フォトレジストの感度Ｅが変わったときには、
可変ＮＤフィルタ３８Ａ，３８Ｂの透過率の組み合わせ
により、段階的に光量を変化させ、レーザ制御装置４１
によりエキシマレーザ光源４０の出力を微調整すること
で、露光光ＩＬＡの１パルスのエネルギーｐを連続的に
制御する。露光に際しては、この１パルス毎のエネルギ
ーｐをインテグレータセンサ１８により計測し、それに
基づいてエキシマレーザ光源４０や可変ＮＤフィルタ３
８Ａ，３８Ｂを制御する。

【００７５】次に、本例において、着脱型照度計２を使
用してインテグレータセンサ１８の出力を較正する方法
について具体的に説明する。先ず、着脱型照度計２の受
光部をインテグレータセンサ１８の受光部の共役像内に
移動して、１パルスのエネルギーｐを任意に設定し、エ
キシマレーザ光源４０をパルス発光させる。図９（ａ）
は、エキシマレーザ光源４０におけるパルス発光のタイ
ミングを示し、横軸は時間ｔ、縦軸はパルス発光時にハ
イレベル”１”となるフラグＦＡを示す。この図９
（ａ）に示すように、先ず時刻ｔＳ以降の所定期間ＴＤ
だけ計測を行うことなくダミーでパルス発光させた後、
時刻ｔ１とｔ２との間の計測期間ＴＭ内で計測のための
ｎ回のパルス発光を実施する。

【００７６】図９（ｂ）は、インテグレータセンサ１８
で計測を行う期間だけハイレベル”１”となるフラグＦ
Ｂを示し、図９（ｃ）は着脱型照度計２で計測を行う期
間だけハイレベル”１”となるフラグＦＣを示し、フラ
グＦＢ及びＦＣで示すように、インテグレータセンサ１
８及び着脱型照度計２では時刻ｔ１とｔ２との間で同時
に計測が行われる。この際に、照度制御ユニット１２で
は、各パルス発光毎にインテグレータセンサ１８の出力
のピークホールド値を取り込み、センサ制御装置３で
は、各パルス発光毎に着脱型照度計２の出力のピークホ
ールド値をＡ／Ｄ変換して照度制御ユニット１２に供給
する。このようにして計測される値をも便宜上、各パル
ス光の照度と呼ぶ。

【００７７】この場合、インテグレータセンサ１８及び
着脱型照度計２により計測された１パルス毎の照度をそ
れぞれｄ_i,ｅ_i(ｉ＝１，２，３，…，ｎ）とする。照度
ｄ_iとｅ_iとの関係が線形に近い状態であれば、上記
（１）式のような方法で一定の較正パラメータを求めて
記憶する。一方、照度ｄ_iとｅ_iとの関係が非線形の場
合には、照度ｄ_iとｅ_iとの関係を最小自乗法等の方法
により２次以上の関数の形で求め、この関数を較正パラ
メータとして記憶する。または、照度ｄ_iとｅ_iとの関
係をテーブル化して記憶してもよい。

【００７８】次に、較正されたインテグレータセンサ１
８を基準の照度センサとして固定型照度センサ７の較正
パラメータを求める。即ち、インテグレータセンサ１８
の受光部の共役像内に固定型照度センサ７の受光部を移
動し、上述の着脱型照度計２の場合と同様に、エキシマ
レーザ光源４０をパルス発光させながら、インテグレー
タセンサ１８及び固定型照度センサ７により照度を計測
する。ここで計測されたインテグレータセンサ１８及び
固定型照度センサ７のそれぞれの照度をｄ_i,ｆ _i(ｉ＝
１，２，３，…，ｎ）とする。照度ｄ_iとｆ_iとの関係
が線形に近い状態であれば上記（２）式のような方法で
一定の較正パラメータを求める。照度ｄ_iとｆ_iとの関
係が非線形の場合には、照度ｄ_iとｆ_iとの関係を関
数、又はテーブルの形で求める。実際の露光時にはこの
ようにして求めた較正パラメータをそれぞれインテグレ
ータセンサ１８及び固定型照度センサ７の計測値に乗じ
ることにより、較正された照度が検出される。

【００７９】本例でも、着脱型照度計２の出力はオンラ
インで照度制御ユニット１２に供給されているため、光
源部１６Ａからの露光光ＩＬＡの出力が時間的に変動し
ても、着脱型照度計２に対するインテグレータセンサ１
８及び固定型照度センサ７の較正を高精度に行うことが
できる。また、着脱型照度計２、及びインテグレータセ
ンサ１８等の計測値が共通に照度制御ユニット１２に取
り込まれているため、較正パラメータを求めるための演
算処理を高速に行うことができる。

【００８０】次に、上述の実施の形態で使用されている
着脱型照度計２の管理方法の一例につき図１０及び図１
１を参照して説明する。図１の着脱型照度計２は、マッ
チングを行うべき複数台（例えば１０数台）の露光装置
に対して基準の照度センサとして使用される。即ち、照
度較正が必要な露光装置に着脱型照度計２を取り付け、
照度の較正作業が終了した後、その着脱型照度計２をそ
の露光装置から取り外して他の露光装置の較正に使用す
るという作業が繰り返される。そして、着脱型照度計２
により照度が較正された例えば図１の投影露光装置で
は、その後は、その投影露光装置のインテグレータセン
サ１８自体が基準の照度計となる。しかしながら、イン
テグレータセンサ１８は露光光に常時照射されるため、
その感度特性が経時的に変化していく。例えば感度特性
が３〜６カ月程度の間安定してドリフトが生じなけれ
ば、その期間内ではそのままインテグレータセンサ１８
を基準の照度センサとして使用してもよいが、それ以上
の期間を経過した場合は、着脱型照度計２のように適切
に保管された基準となる照度センサ（基準照度センサ）
により、インテグレータセンサ１８の較正をやり直すこ
とが望ましい。

【００８１】この場合、１台の基準照度センサだけで照
度を管理するのはマッチングさせる露光装置の台数が多
くなると物理的に困難であり、且つその基準照度センサ
が故障する恐れもある。そこで、複数の基準照度センサ
を保有し、例えば１〜３台程度の基準照度センサを親機
として、その親機によりそれぞれ較正された複数の子機
と、それら複数の子機によりそれぞれ較正された複数の
孫機とを備えるような階層構造による管理体制が望まし
い。

【００８２】図１０（ａ）は、基準照度センサの管理体
制の一例を示し、この図１０（ａ）において、１台の親
機Ａ１に対して３台の子機Ｂ１〜Ｂ３が較正され、それ
ぞれの子機Ｂ１〜Ｂ３に対して複数の孫機Ｃ１〜Ｃｎ，
Ｄ１〜Ｄｊ，Ｅ１〜Ｅｍが較正される。親機Ａ１、子機
Ｂ１〜Ｂ３、及び孫機Ｃ１〜Ｃｎ等として、図１の着脱
型照度計２と同様の基準照度センサが使用される。この
ような基準照度センサの管理体制を取ることにより、多
数の露光装置の照度センサの較正を適正に行うことがで
きる。親機Ａ１は、全ての基準照度センサの基準となる
ため、入射光量に対する感度特性の直線性、及び安定性
等に特に優れたものが望ましい。そして、例えば親機Ａ
１に対して子機Ｂ１〜Ｂ３の出力の較正を行う際には、
例えば実際に露光光の照度を交互に親機Ａ１、及び子機
Ｂ１〜Ｂ３で計測するか、又は露光光を２分割して親機
Ａ１、及び子機Ｂ１〜Ｂ３で同時に照度を計測し、計測
値の比の値が求められる。

【００８３】図１０（ｂ）は、親機Ａ１の計測値と子機
Ｂ１〜Ｂ３の計測値との線形性が良好である場合を示
し、この図１０（ｂ）の横軸はそれらの基準照度センサ
に入射する露光光の光量（照度）ｘ、縦軸は親機Ａ１の
計測値に対する子機Ｂ１〜Ｂ３の計測値の比の値（計測
比）ｙである。この場合には、直線５６で示すように、
光量ｘと計測比ｙとは、係数ａ及びｂを用いて（ｙ＝ａ
ｘ＋ｂ）の一次関数で表される。従って、子機Ｂ１〜Ｂ
３には、その係数ａ及びｂを記憶しておく記憶部を設
け、実際の照度の計測時にはこの係数ａ及びｂを図１の
センサ制御装置３に供給し、センサ制御装置３で子機Ｂ
１〜Ｂ３の計測値を較正してもよい。

【００８４】また、親機Ａ１の計測値と子機Ｂ１〜Ｂ３
の計測値との関係が非線形である場合には、光量ｘに対
する計測比ｙの関係は、図１０（ｃ）の曲線５７で示す
ように、高次の関数（ｙ＝ｆ（ｘ））で表される。この
際には、関数ｆ（ｘ）の係数を子機Ｂ１〜Ｂ３の記憶部
に記憶させておくか、又は光量ｘと計測比ｙとの関係を
テーブル化したデータをその記憶部に記憶させておい
て、実際の照度の計測時に較正を行えば良い。このよう
に計測比ｙを求める際には、図７（ｂ）で説明したよう
な演算を利用してもよい。

【００８５】次に、例えば図１０（ａ）の子機Ｂ１に対
して孫機Ｃ１〜Ｃｎの出力の較正を行う際には、両者の
計測比を求め、この計測比を示す係数や関数を孫機Ｃ１
〜Ｃｎの記憶部に記憶させておけばよい。同様にして、
他の子機Ｂ２，Ｂ３に対しても、それぞれ対応する下位
の孫機の出力の較正が行われる。ここで、これらの基準
照度センサ間の較正方法について具体的に説明する。一
例として、親機Ａ１に対して図１の着脱型照度計２の出
力を較正する場合について説明する。この較正方法とし
て、インテグレータセンサ１８の位置で２つの基準照度
センサの照度を計測する方法と、ウエハステージ１上で
２つの基準照度センサの照度を計測する方法との２通り
の方法がある。このため、２つの基準照度センサを収容
し、露光光を２つに分割するビームスプリッタを備えた
特別の較正用治具が使用される。

【００８６】図１１（ａ）は、図４のインテグレータセ
ンサ１８の位置で２つの基準照度センサで照度を計測す
るための較正用治具４４の断面図を示し、較正を行う場
合には、図４のインテグレータセンサ１８及び集光レン
ズ４３を取り外し、その代わりに較正用治具４４を配置
する。図４の照明系１７内のビームスプリッタ３３で分
離された露光光は、図１１（ａ）の較正用治具４４内の
集光レンズ４３Ａを介してビームスプリッタ５８に入射
し、入射した露光光ＩＬはビームスプリッタ５８により
２つの光束に分割される。較正用治具４４内で、ビーム
スプリッタ５８の２つの射出面に対向するように親機Ａ
１及び着脱型照度計２が固定されている。そして、ビー
ムスプリッタ５８を透過した光束は親機Ａ１に入射し、
ビームスプリッタ５８により反射された光束は着脱型照
度計２に入射する。親機Ａ１及び着脱型照度計２からの
出力信号は信号処理系５９に送られ、信号処理系５９内
で例えば図７（ｂ）に基づいて説明した方法と同様に、
親機Ａ１で計測される照度に対する着脱型照度計２で計
測される照度の比の値（較正パラメータ）、又はその比
の値を示す関数やテーブルが求められる。そのように求
められた較正パラメータ又は関数等はホストコンピュー
タ６０に送られ、そこで記憶されると共に、着脱型照度
計２内の記憶部にも記憶される。

【００８７】図１１（ｂ）は、ウエハステージ１上で親
機Ａ１により着脱型照度計２を較正するための較正用治
具４５の断面図を示し、この図１１（ｂ）に示すように
較正用部材４５をウエハステージ１の上面の外縁部に固
定する。較正用治具４５内には、投影光学系１０からの
露光光ＩＬを平行光束にするリレーレンズ６１、ビーム
スプリッタ６２、及びビームスプリッタ６２からの光束
を集光するリレーレンズ６３Ａ，６３Ｂが備えられ、リ
レーレンズ６３Ａ，６３Ｂに対向するように親機Ａ１及
び着脱型照度計２が固定されている。較正の際はウエハ
ステージ１を駆動して投影光学系１０の露光中心にリレ
ーレンズ６１，６３Ａの光軸を一致させる。

【００８８】投影光学系１０からの露光光ＩＬは、リレ
ーレンズ６１を介して平行光束となり、ビームスプリッ
タ６２に入射し、ビームスプリッタ６２により２つの光
束に分割される。ビームスプリッタ６２を透過した光束
はリレーレンズ６３Ａを介して親機Ａ１に入射し、ビー
ムスプリッタ６２により反射された光束はリレーレンズ
６３Ｂを介して着脱型照度計２に入射する。親機Ａ１及
び着脱型照度計２からの出力信号は信号処理系５９に送
られ、信号処理系５９において、図７に基づいて説明し
た方法と同様に、着脱型照度計２の較正パラマメータ又
は較正用の関数等が求められる。そのように求められた
較正パラメータ又は関数等はホストコンピュータ６０で
記憶されると共に、着脱型照度計２の記憶部にも記憶さ
れる。

【００８９】以上のような方法で較正された基準照度セ
ンサにより各露光装置間の照度のマッチングが計られる
が、マッチング精度として例えば１．４％以下の精度を
満たすために、着脱型照度計２及びインテグレータセン
サ１８の計測特性が以下の許容値を満たすように設定さ
れている。

【００９０】Ａ．着脱型照度計２（ａ）計測再現性：±０．０７〔％〕（二乗和）（ｂ）測定直線性（ソフト補正後）：±０．０７〔％〕（単純和）（ｃ）角度特性機差：±０．１〔％〕（単純和）（ｄ）安定性（総合照射時間２４時間）：±０．２５〔％〕（単純和）Ｂ．インテグレータセンサ１８（ａ）計測再現性：±０．０５〔％〕（二乗和）（ｂ）測定直線性（ソフト補正後）：±０．０５〔％〕（単純和）（ｃ）角度特性機差：±０．１〔％〕（単純和）（ｄ）安定性（総合照射時間２４時間）：±０．２５〔％〕（単純和）

【００９１】以上の項目の内、測定直線性とは入射光量
に対する出力の線形性を示し、角度特性機差とは露光光
の開き角（コヒーレンスファクタ）が異なる場合の出力
変化のばらつきを示す。なお、各露光装置におけるイン
テグレータセンサ１８及び固定型照度センサ７に対する
較正は、以上のような着脱型照度計２を使用して、露光
光源（水銀ランプ等）の交換毎に行われ、計測に要する
時間は０．２時間、１台の着脱型照度計２により管理す
る露光装置の数は２０台、着脱型照度計２自体の較正間
隔は６ヶ月となっている。

【００９２】例えば、本例のインテグレータセンサ１８
で計測される照度の露光装置間でのマッチング精度ＭＳ
を計算してみると、基準となる着脱型照度計２が例えば
図１０（ａ）の子機Ｂ１である場合、親機及び子機の２
台分の計測誤差が重なるため、上記計測特性より以下の
ようになる。ＭＳ＝（０．０７²×２＋０．０５²）^1/2＋０．０７
×２＋０．０５＋０．１×３＋０．２５×３≒１．３５
（％）従って、マッチング精度ＭＳの値は許容範囲の１．４％
より小さくなり、高いマッチング精度で照度が計測され
る。

【００９３】なお、以上の各基準照度センサは親機も含
めて絶対光量を計測するためのセンサではなく、親機を
最上位の基準、即ち親機で計測される照度を一種の絶対
光量基準とみなして相対的な光量を計測するセンサであ
る。絶対光量による管理が望ましいが、例えば水銀ラン
プのｉ線等を露光光とする場合には、照明輝度が高く平
行光線を作り難いため、現状技術では絶対光量管理は難
しい。また、上記の計測特性には角度特性機差が記載さ
れているが、小さな角度特性機差を要求する理由は次の
Ｃ１及びＣ２の通りである。

【００９４】Ｃ１．着脱型照度計２やインテグレータセ
ンサ１８のような照度センサの角度特性に基づく誤差に
は２種類の誤差がある。第１の誤差は、照度センサの受
光フィールドより照明フィールドが大きい場合にランバ
ートの法則によって、入射角の余弦（cos)に比例して原
理的に発生する誤差である。但し、照度センサの受光面
が結像位置にある場合は問題とはならないが、その受光
面がデフォーカスしている場合には「けられ」等の誤差
となってしまう。この誤差を「受光フィールド特性によ
る誤差」と称する。

【００９５】第２の誤差は、照度センサの検出面上のコ
ーティング等で発生する、露光光の入射角に依存した感
度変化による誤差である。これを「ディテクタ角度特性
による誤差」と称する。このように、照度センサの違い
により角度特性が異なる、即ち角度特性機差があると、
変形照明等により露光光の入射角が変化した場合に、相
対光量の正確な比較ができない。但し、適正露光量（ド
ーズ）の設定に際しては、フォトレジストの特性も大き
な要因となる上に、通常照明の場合と変形照明の場合と
では別々にドーズの設定が行われるので、インテグレー
タセンサに関しては、絶対的な角度特性は必要ない。但
し、複数の露光装置に対する照度のマッチングを考えた
場合、角度特性機差は大きな測定誤差の要因となる。従
って、着脱型照度計２及びインテグレータセンサ１８の
角度特性機差を小さくする必要がある。以上の点から、
上記の角度特性機差の値は、輪帯照明を使用し、且つ照
明系の開口絞りとして開口の外径に対して２／３の大き
さの遮光部を備えた輪帯を使用するという最も厳しい照
明条件を想定して設定されている。

【００９６】Ｃ２．固定型照度センサ７の場合は、一例
として露光フィールド内の相対的な照度むらを計測する
ため、像高に依存したσ値（開口数）の差が存在する場
合、ディテクタ角度特性による誤差が大きいときには、
これらのσ値の差が検出できず、そのために線幅誤差が
発生する。一方、ディテクタ角度特性による誤差が小さ
い場合には、線幅誤差を全てσ値の差として管理するこ
とが可能となる。

【００９７】なお、上述の実施の形態では、基準照度セ
ンサについては、ステッパー型の露光装置と走査露光型
の投影露光装置とに関し別々に検討しているが、同じ露
光光源を用いている場合は、方式が異なる露光装置間で
もマッチングを取る必要がある。そのため、ステッパー
型の露光装置及び走査露光型の露光装置に対して共にマ
ッチングが取れるように、着脱型照度計２は図７（ａ）
及び（ｂ）の両方の較正方法に対応できるようになって
いる。この場合、露光装置により露光フィールドの形状
が異なるので、着脱型照度計２の受光部の形状を共通化
するか、着脱型照度計２の受光部（プローブ部）のみ取
り替え可能に構成することが望ましい。

【００９８】上述のように、上述の実施の形態によれ
ば、複数の基準照度センサ（着脱型照度計２）が、親
機、子機、及び孫機として階層構造で管理されており、
親機を除く基準照度センサは、それぞれ上位の基準照度
センサに対する較正パラメータ又は較正関係式を記憶し
ている。従って、下位の基準照度センサはすべて１つの
親機を基準として相対照度を計測する結果となり、多数
の露光装置を使用する場合でも露光装置間での照度の計
測値のマッチング精度が向上する。また、仮に或る基準
照度センサが故障しても、他の基準照度センサで代用す
ることができる。

【００９９】なお、上述の実施の形態では、着脱型照度
計２はオペレータによりウエハステージ１上に着脱され
るが、着脱型照度計２を搬送する搬送装置を設置し、ウ
エハステージ１を待避させて同搬送装置により着脱型照
度計２を投影光学系１０の露光中心等に移動して照度を
計測するようにしてもよい。また、着脱型照度計２をウ
エハを搬送するためのスライダにより投影光学系１０と
ウエハＷとの間に配置するような構成にしてもよい。こ
れらの方法では、オペレータはチャンバー４７内に入る
必要が無く、照度センサの較正作業をより迅速に行うこ
とができる。

【０１００】このように、本発明は上述実施の形態に限
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。

【０１０１】

【発明の効果】本発明の第１の露光装置によれば、着脱
型の照度センサの計測データを取り込むインタフェース
装置が設けられ、露光量制御手段で常設の照度センサの
出力の着脱型の照度センサの出力に対する関係が求めら
れて記憶される。そのインタフェース装置によって、両
照度センサの計測データはほぼ同時に取り込まれるた
め、露光光源の出力にアーク揺らぎやパルスエネルギー
のばらつきによる時間変動があっても、両照度センサの
出力の比が正確に求められ、常設の照度センサの較正を
高精度に行うことができる利点がある。

【０１０２】この際に、両照度センサの計測データはそ
の露光量制御手段で共通に処理されているため、計測デ
ータの処理を高速に行うことができる。また、オペレー
タの介入等に起因する入力の間違いが発生しない。ま
た、その常設の照度センサが、照明光から分離された光
束の照度を検出することによって基板ステージ上での照
明光の照度を間接的に計測する間接型の照度センサ（例
えばインテグレータセンサ）であり、その露光量制御手
段が、そのインタフェース装置を介してその着脱型の照
度センサの計測データを取り込むのに同期してその常設
の照度センサの計測データを取り込む場合には、２つの
照度センサの計測データが同じタイミングで取り込まれ
るため、露光光源の出力変動がある場合のその常設の照
度センサの較正精度を高めることができる。

【０１０３】また、その露光用の照明光が、パルス発光
される照明光であり、その露光量制御手段が、露光用の
照明光のパルス発光に同期してそのインタフェース装置
を介してその着脱型の照度センサの計測データを取り込
む場合には、パルス発光による照明光の照度がオンライ
ンで同期して計測されるため、その着脱型の照度センサ
及びその常設の照度センサの計測タイミングがずれるこ
となく照度が正確に計測され、その常設の照度センサの
出力の較正を高精度に行うことができる利点がある。

【０１０４】また、そのインタフェース装置が、コード
レス方式でその着脱型の照度センサの計測データをその
露光量制御手段に供給する場合には、その着脱型の照度
センサをその基板ステージ上に着脱する際の作業が容易
になる利点がある。また、本発明の第２の露光装置によ
れば、多数の露光装置の照度較正を行う場合に、第２の
着脱型の照度センサを親機として第１の着脱型の照度セ
ンサを子機として、子機の出力の較正を高精度に行うこ
とができる。従って、多数の露光装置間での照度のマッ
チング精度が向上する利点がある。また、親機に対して
複数の子機を設け、更に子機に対してそれぞれ複数の孫
機を設けることによって、更に多くの露光装置間の照度
のマッチング精度を向上でき、且つ或る着脱型の照度セ
ンサが故障した場合等でも、他の着脱型の照度センサで
代用できる。

【０１０５】また、本発明の第３の露光装置によれば、
基板ステージ上において分割光学系により分割された照
明光の照度を第１及び第２の着脱型の照度センサにより
計測して、その第１の着脱型の照度センサの較正を行う
ことができるため、照明光の揺らぎや途中の光学系等に
よる影響がなく、その第１の照度センサが高精度に較正
される利点がある。従って、露光装置間のマッチング精
度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光装置の第１の実施の形態を示
す概略構成図である。

【図２】（ａ）は図１の着脱型照度計２をウエハステー
ジ１上に取り付けた状態を示す拡大図、（ｂ）は図２
（ａ）の平面図、（ｃ）はコードレス方式の着脱型照度
計２Ａを示す拡大図である。

【図３】図１の着脱型照度計２の位置を求める方法を説
明するための図である。

【図４】図１の照明系１７の詳細を示す構成図である。

【図５】（ａ）は図１の着脱型照度計２により露光フィ
ールド内の照度を計測する方法を示す平面図、（ｂ）は
図１の固定型照度センサ７により露光フィールド内の照
度を計測する方法を示す平面図である。

【図６】（ａ）は図４の投影露光装置の照明系１７内の
フライアイレンズの射出面に設けられる開口絞りの例を
示す平面図、（ｂ）はそれぞれ小さい開口角の露光光が
レチクルＲに入射する状態を示す図、（ｃ）は大きい開
口角の露光光がレチクルＲに入射する状態を示す図であ
る。

【図７】（ａ）はステッパー型の投影露光装置における
較正パラメータの算出方法の説明図、（ｂ）は走査露光
型の投影露光装置における較正パラメータの算出方法の
説明図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態の投影露光装置を示
す概略構成図である。

【図９】図８のエキシマレーザ光源を使用した場合のパ
ルス発光のタイミング、及びその際のインテグレータセ
ンサ等の計測のタイミングを示す図である。

【図１０】（ａ）は本発明の実施の形態において基準照
度センサの管理のための階層構造を示す図、（ｂ）は図
１０（ａ）の基準照度センサ間における較正のための線
形関数を示す図、（ｃ）は図１０（ａ）の基準照度セン
サ間における較正のための非線形関数を示す図である。

【図１１】（ａ）は本発明の実施の形態において基準照
度センサを較正するための較正用治具の一例を示す図、
（ｂ）はその較正用治具の別の例を示す図である。

【図１２】従来の照度センサを備えた投影露光装置を示
す概略構成図である。

【符号の説明】

ＲレチクルＷウエハ１ウエハステージ２着脱型照度計３センサ制御装置４，５信号ケーブル６コネクタ７固定型照度センサ１０投影光学系１１コネクタ１２照度制御ユニット１３記憶装置１４コンソール１５光源制御ユニット１６光源部１７照明系１８インテグレータセンサ２０温調素子２３電源部２５光電変換部４０エキシマレーザ光源４１レーザ制御装置４２減光部制御系４４，４５較正用治具５０主制御装置５２Ａ〜５２Ｄ開口絞り５８，６２ビームスプリッタ５９信号処理系６０ホストコンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】感光基板の位置決めを行う基板ステージ
を有し、露光用の照明光のもとでマスクに形成されたパ
ターンを前記基板ステージ上の前記感光基板に転写露光
する露光装置において、前記基板ステージ上に着脱自在で該基板ステージ上での
前記照明光の照度を直接計測する着脱型の照度センサ
と、前記基板ステージ上での前記照明光の照度を直接的、又
は間接的に計測する常設の照度センサと、前記着脱型の照度センサの計測データを取り込むインタ
フェース装置と、該インタフェース装置を介して取り込まれる前記着脱型
の照度センサの計測データと前記常設の照度センサの計
測データとの関係を求めて記憶する露光量制御手段と、
を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】請求項１記載の露光装置であって、前記常設の照度センサは、前記照明光から分離された光
束の照度を検出することによって前記基板ステージ上で
の前記照明光の照度を間接的に計測する間接型の照度セ
ンサであり、前記露光量制御手段は、前記インタフェース装置を介し
て前記着脱型の照度センサの計測データを取り込むのに
同期して前記常設の照度センサの計測データを取り込む
ことを特徴とする露光装置。
【請求項３】請求項１、又は２記載の露光装置であっ
て、前記露光用の照明光はパルス発光される照明光であり、前記露光量制御手段は、前記露光用の照明光のパルス発
光に同期して前記インタフェース装置を介して前記着脱
型の照度センサの計測データを取り込むことを特徴とす
る露光装置。
【請求項４】請求項１、２、又は３記載の露光装置で
あって、前記インタフェース装置は、コードレス方式で前記着脱
型の照度センサの計測データを前記露光量制御手段に供
給することを特徴とする露光装置。
【請求項５】感光基板の位置決めを行う基板ステージ
を有し、露光用の照明光のもとでマスクに形成されたパ
ターンを前記基板ステージ上の感光基板に転写露光する
露光装置において、前記基板ステージ上での前記照明光の照度を直接的、又
は間接的に計測する常設の照度センサと、前記基板ステージ上に着脱自在で、前記常設の照度セン
サの出力の較正を行うために前記基板ステージ上での前
記照明光の照度を直接計測する第１の着脱型の照度セン
サと、所定の基準となる第２の着脱型の照度センサの出力に対
する前記第１の着脱型の照度センサの出力の補正値を記
憶する記憶手段と、を有することを特徴とする露光装
置。
【請求項６】感光基板の位置決めを行う基板ステージ
を有し、露光用の照明光のもとでマスクに形成されたパ
ターンを前記基板ステージ上の感光基板に転写露光する
露光装置において、前記基板ステージ上での前記照明光の照度を直接的、又
は間接的に計測する常設の照度センサと、前記基板ステージ上に着脱自在で、前記常設の照度セン
サの出力の較正を行うために前記基板ステージ上での前
記照明光の照度を直接計測する第１の着脱型の照度セン
サと、該第１の着脱型の照度センサの出力の基準となる第２の
着脱型の照度センサと、前記基板ステージ上での前記露光用の照明光を分割して
前記第１及び第２の着脱型の照度センサに導く分割光学
系と、前記第１及び第２の着脱型の照度センサの出力を並行に
取り込んで比較する信号処理装置と、を有することを特
徴とする露光装置。