JPH0936018A

JPH0936018A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH0936018A
Application number: JP7183931A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Nakazawa; 清志中沢
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-07-20
Filing date: 1995-07-20
Publication date: 1997-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】投影光学系を透過する光量を常時検出して、
投影光学系の結像特性をきめ細かく補正する。【解決手段】光源１とレチクルＲとの間に設けたビー
ムスプリッター１０により所定割合だけ反射した照明光
ＩＬの光量をインテグレータセンサ４０で測定し、基本
出力値Ｉ₀を検出する。同時にＺステージ１５上に設け
た照射量モニタ２０によりそのときの投影光学系１４を
透過する基本エネルギー線量Ｐ₀を検出する。そして、
以降必要に応じ、インテグレータセンサ４０の光電出力
値Ｉ（ｔ）から、投影光学系１４を透過するエネルギー
線量Ｐ（ｔ）を、Ｐ（ｔ）＝Ｐ₀・Ｉ（ｔ）／Ｉ₀で算
出し、そのエネルギー線量Ｐ（ｔ）による結像特性の変
化を投影光学系１４に接続された圧力調整器３０により
補正する。

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
使用される投影露光装置に関し、特に、露光量に対応し
て投影光学系の結像特性を補正する機能を備えた投影露
光装置に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、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ウエハ（又はガラ
スプレート）上に縮小投影するステッパー等の投影露光
装置の重要な性能の１つに重ね合わせ精度が挙げられ
る。即ち、半導体素子等は、異なる回路パターンをウエ
ハ上に幾層にも積み重ねて形成されるため、回路パター
ンが描画されたレチクルと、ウエハ上の各ショット領域
のパターンとを精密に重ね合わせる必要がある。そし
て、この重ね合わせ精度に影響を与える要素の中で重要
なものに投影光学系の倍率誤差（ディストーション）が
ある。超ＬＳＩ等に用いられるパターンの大きさは年々
微細化の傾向を強め、それに伴ってウエハ上での重ね合
わせ精度の向上に対する要求も強まっている。従って、
投影倍率を所定の値に保つ必要性が極めて高くなってき
ている。

【０００３】ところで、投影光学系の投影倍率は、装置
の僅かな温度変化や、投影露光装置が置かれたクリーン
ルーム内の大気の僅かな気圧変動、温度変化、及び投影
光学系への露光光による照射エネルギー（エネルギー
線）の照射履歴等により、所定の倍率の近傍で変動す
る。このため、最近の投影露光装置としては、投影光学
系の倍率を微調整して、所定の倍率を実現するための倍
率補正機構を有するものも使用されている。この倍率補
正機構としては、具体的には、レチクルと投影光学系と
の間隔を変化させる機構、投影光学系中の所定のレンズ
間隔を変化させる機構、及び投影光学系中に設けた所定
の空気室の圧力を調整する等の機構が既に提案されてい
る。また、倍率に関する変動要因と同じ変動要因によ
り、フォーカス位置（結像面位置）も移動する。このた
め、最近の投影露光装置としてはフォーカス補正機構を
有するものも使用されている。

【０００４】さて、上記の結像特性の変動要因のうち、
エネルギー線の投影光学系の結像特性に対する影響に対
しては、例えば特開昭６０−７８４５４号公報に開示さ
れているように、そのエネルギー線の照射履歴に応じ
て、投影光学系内に設けた空気室の圧力を調整する方法
により、所定の投影状態に制御することができる。ま
た、ウエハ上の投影面での反射により投影光学系に戻る
エネルギー線量に関しては、特開昭６２−１８３５２２
号公報に開示されているように、戻ったエネルギー線量
を計測する反射率モニタ等の反射エネルギー検出器を用
いる方法が提示されている。

【０００５】しかしながら、投影光学系を透過して結像
に寄与するエネルギー線量に関しては、シャッターの開
閉状態、露光光強度（光源の光強度）、レチクルの透過
率等で決まる露光条件により決定される量であり、ウエ
ハの露光を行う前に投影光学系を実際に透過してきたエ
ネルギー線量（基本エネルギー線量）を、ウエハステー
ジ上に設けた光電センサを用いて測定し、その基本エネ
ルギー線量を記憶していた。そして、その後の露光時に
はこの基本エネルギー線量は変わらないものとし、シャ
ッターの開閉状態に応じて露光時のエネルギー線量を決
定していた。

【０００６】図４は、従来の露光時のエネルギー線量を
決定する方法の説明図を示している。図４（ａ）は時間
とシャッターの開閉状態との関係を示し、図４（ｂ）は
時間とエネルギー線量との関係を示している。この図４
（ａ）において、横軸は時間ｔ、縦軸はシャッターの開
閉状態関数Ｓ（ｔ）を表し、シャッターの開閉状態関数
Ｓ（ｔ）の値は開状態で１、閉状態で０となっている。
また、図４（ｂ）において、横軸は時間ｔ、縦軸は投影
光学系を通過するエネルギー線量Ｅ（ｔ）を表してい
る。

【０００７】図４（ａ）において、シャッターの開閉状
態関数Ｓ（ｔ）は、矩形波状の実線１０１で表されるよ
うに、時間ｔ_11Aと時間ｔ₁₂との間及び時間ｔ₁₃と時間
ｔ₁₄との間で開状態１となり、その他の時間では閉状態
０となっている。そして、図４（ｂ）の実線１０２で示
すように、エネルギー線量Ｅ（ｔ）は、時間ｔ_11Aと時
間ｔ₁₂との間及び時間ｔ₁₃と時間ｔ₁₄との間、即ち、シ
ャッターが開状態１のときに基本エネルギー線量Ｅ₀と
なり、その他の時間、即ち、シャッターが閉状態０の時
に０となっている。即ち、時間ｔに投影光学系を透過す
るエネルギー線量Ｅ（ｔ）は、Ｅ（ｔ）＝Ｅ₀×Ｓ
（ｔ）で算出され、このエネルギー線量Ｅ（ｔ）に基づ
き補正制御系を介して投影光学系の結像特性が補正され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上の従来技術によれ
ば、特に露光中は投影光学系を透過するエネルギー線量
を測定する効果的な方法がないため、基本エネルギー線
量Ｅ₀の値は、一度測定した後、ある一定期間（通常は
１ロットのウエハの露光時間、あるいはマスクやブライ
ンド（可変視野絞り）を変更するまでの期間）は変わら
ないものとしており、その間のエネルギー線量の微妙な
変化量は無視されていた。但し、これに関して最近は、
ウエハへの実際の露光中にも連続して照明光の光量を計
測するための光電センサ（インテグレータセンサ）が設
けられるようになっている。また、シャッターの状態と
しては完全な開閉状態のみを用いてエネルギー線量の算
出を行っており、開閉の中間的な状態については考慮さ
れていなかった。今日、超ＬＳＩ等の高度集積回路のた
めの微細化に対する要求が強まっており、従来の方法で
は投影光学系の投影倍率等の結像特性が十分補正できな
いという不都合があった。

【０００９】本発明は斯かる点に鑑み、露光中等に関わ
らず投影光学系を透過する光量を常時測定できると共
に、例えばシャッターを使用したときにはそのシャッタ
ーが完全な開閉状態の中間状態を経るような微妙な変化
に対応して高精度に結像特性を補正できる投影露光装置
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、露光用の光源（１）からの照明光（ＩＬ）により
マスク（Ｒ）上のパターンを照明し、そのパターンを投
影光学系（１４）を介して感光性の基板（Ｗ）上に転写
する投影露光装置において、その投影光学系（１４）を
透過したその照明光（ＩＬ）の光量を計測する第１光電
センサ（２０）と、その光源（１）からの照明光（Ｉ
Ｌ）の少なくとも一部の光量を計測する第２光電センサ
（４０）と、その第１及び第２光電センサの計測値に基
づいてその投影光学系（１４）の結像特性の変化量を算
出する演算手段（３１）と、この演算手段の算出結果に
基づいて投影光学系（１４）の結像特性を補正する結像
特性補正手段（３０）と、を有するものである。

【００１１】以上の構成を有する本発明の投影露光装置
によれば、例えば実露光時等、投影光学系（１４）を透
過する光量を第１光電センサ（２０）で計測できない場
合、予め露光に入る前に、第１光電センサ（２０）で投
影光学系（１４）を透過する光量を計測しておく。この
場合、その測定された光量を例えば初期光量Ｐ₀とす
る。それと同時に第２光電センサ（４０）により一部の
光量を測定する。この場合、第２光電センサ（４０）の
光電出力値をＩ₀とする。そして、この第２光電センサ
（４０）で検出される光量が、投影光学系（１４）を透
過して第１光電センサ（２０）で検出される光量に対し
て常に一定の割合であるとすれば、実露光時の投影光学
系（１４）を透過する光量Ｐは、そのときの第２光電セ
ンサ（４０）の光電出力値Ｉから、Ｐ＝Ｐ₀・Ｉ／Ｉ₀
により算出される。

【００１２】実露光時においては、投影光学系（１４）
を透過する光量は種々の要因により変動して、投影光学
系（１４）の結像特性が変化する。従来は、露光中にお
ける投影光学系（１４）の透過光量を検出するための効
果的な方法がなかったため、これらの光量の変動を考慮
せず、露光中の基板（Ｗ）上への光量は一定であるとし
ていたため、投影光学系（１４）の結像特性に誤差が生
じていた。しかしながら、本発明によれば露光中も投影
光学系（１４）を透過する光量をきめ細かく検出し、そ
れに基づいて演算手段（３１）により投影光学系（１
４）の結像特性の変化量を算出して、結像特性補正手段
（３０）により投影光学系（１４）の結像特性をきめ細
かく補正するので、投影光学系（１４）の結像特性の誤
差が減少する。

【００１３】この場合、その投影光学系（１４）に入射
するその照明光（ＩＬ）の光量を調整する光量調節手段
（３）を設け、その第２光電センサ（４０）をその光源
（１）とその投影光学系（１４）との間に配置すること
が好ましい。この結果、必要に応じて光量調節手段
（３）により、投影光学系（１４）に入射する光量を適
正な光量に調節したときに、第２光電センサ（４０）に
より、投影光学系（１４）に入射する光量の変化を正確
に測定できる。

【００１４】また、その第２光電センサ（４０）とその
演算手段（３１）との間にその第２光電センサ（４０）
の計測値を逐次出力するための受け渡しライン（２４，
４１）を設けることが好ましい。このとき、その受け渡
しラインを介して第２光電センサ（４０）からの検出信
号がほぼリアルタイムで演算手段（３１）に供給され、
ほぼリアルタイムで正確に投影光学系を通過する光量が
算出される。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明による投影露光装置の実施
の形態の一例について、図１〜図３を参照して説明す
る。本例は、レチクルのパターンをウエハ上の各ショッ
ト領域に一括露光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る。なお、本例の投影露光装置
は、特開昭６０−７８４５４号公報及び特開昭６２−１
８３５２２号公報に開示されている投影露光装置を発展
させたものである。

【００１６】図１は、本例の投影露光装置の概略的な構
成を示し、この図１において、水銀ランプからなる光源
１からの照明光ＩＬは楕円鏡２で集光され、シャッター
３が開状態のときにはシャッター３の近傍を通過してダ
イクロイックミラー４で反射される。シャッター３は、
シャッター３の開閉動作や露光時間を制御するシャッタ
ー制御部３２により開閉される。また、シャッター制御
部３２は主制御系３１により制御されており、主制御系
３１は、シャッター３の開閉動作を制御する開放信号Ｓ
Ｔをシャッター制御部３２に供給する。なお、露光用の
光源としては、水銀ランプの他、ＹＡＧレーザの高調波
発生装置、又はＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマ
レーザ等のエキシマレーザ光源が使用される。但し、エ
キシマレーザ光源のようなパルス光源を使用する場合に
は、照明光の開閉はレーザ光源によって行われ、シャッ
ターは使用されない。

【００１７】ダイクロイックミラー４で反射された後、
インプットレンズ５でほぼ平行光束にされた照明光ＩＬ
は、特定の露光波長の光束（例えば波長３６５ｎｍのｉ
線）のみを選択する光学フィルター６を介してフライア
イレンズよりなるオプティカルインテグレータ８に入射
する。オプティカルインテグレータ８の射出面には多数
の２次光源像が形成され、レチクルＲ上での照明光の照
度分布が均一化される。オプティカルインテグレータ８
の射出面近傍には開口絞り９が配置されており、２次光
源像からの照明光ＩＬは、この開口絞り９を通過した
後、例えば透過率が９８％程度で残りを反射するビーム
スプリッター１０に入射し、ビームスプリッター１０を
透過した照明光がダイクロイックミラー１１に入射す
る。

【００１８】一方、ビームスプリッター１０で反射され
た照明光は、集光レンズ３９を介して光電センサよりな
るインテグレータセンサ４０の受光面に集光される。イ
ンテグレータセンサ４０の受光面は、一例としてレチク
ルＲのパターン形成面、及びウエハＷの露光面とほぼ共
役であり、ウエハＷ上の照射量に対応する光量がインテ
グレータセンサ４０に入射する。インテグレータセンサ
４０の検出信号（光電変換信号）は、信号ライン２４、
及びＡ／Ｄ変換器４１を経由して主制御系３１に送られ
る。インテグレータセンサ４０での検出信号は、Ａ／Ｄ
変換器４１でディジタルデータに変換された後、主制御
系３１に送られる。主制御系３１には、インテグレータ
センサ４０の検出信号からウエハ上での照射量（単位時
間当たりの露光量）を求めるための変換係数等が格納さ
れており、主制御系３１はＡ／Ｄ変換器４１からのディ
ジタルデータよりウエハ上での照射量を算出し、更に各
照射量を積算してウエハ上への積算露光量をも求める。

【００１９】また、ビームスプリッター１０を透過した
照明光は、ダイクロイックミラー１１の表面でほぼ直角
に折り曲げられ、コンデンサーレンズ１２を介して照明
視野絞り（レチクルブラインド）１３を通過した後、レ
チクルＲ上のパターン領域を均一な照度分布で照明す
る。照明視野絞り１３は、レチクルＲ上の露光が不必要
な部分を任意の形状で遮光するものであり、レチクルＲ
上の露光が必要なパターン部を透過した照明光は投影光
学系１４を介してウエハＷのショット領域上にそのパタ
ーン部の縮小像を結像する。投影光学系１４の瞳面１４
ａには開口絞りが配置されている。ここで、投影光学系
１４の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面
上にＸ軸及びＹ軸を取る。

【００２０】ウエハＷは、Ｚステージ１５上に載置さ
れ、Ｚステージ１５はＸＹステージ１６上に光軸ＡＸ方
向（Ｚ方向）への移動自在に載置されている。ＸＹステ
ージ１６はモータ等の駆動部１７によりＸＹ平面上で２
次元的に移動自在に構成されておりＸＹステージ１６に
よりウエハＷは任意の位置に位置決めされる。また、Ｚ
ステージ１５の端部には、Ｚステージ１５（又はウエハ
Ｗ）の２次元的な位置を検出するためのレーザ干渉計
（不図示）からのレーザ光束ＬＢを垂直に反射する移動
鏡１８が固定されている。そして、移動鏡１８のすぐ上
方には、遮光板１９が移動鏡１８と直接接触しない形で
Ｚステージ１５の端部に固定されている。この遮光板１
９は、投影光学系１４を通ってきた照明光の照射により
移動鏡１８が加熱されることを防止するものである。

【００２１】更に、不図示であるが、投影光学系１４の
結像面付近のウエハＷの露光面に向けて、光軸ＡＸに対
して斜めにピンホール、あるいはスリットパターン等の
像を投影する照射光学系と、その投影された像からの反
射光束よりその像を再結像する受光光学系とからなる斜
入射方式の焦点位置検出系が設けられている。ウエハＷ
の表面のＺ方向の位置は、この焦点位置検出系によって
検出され、主制御系３１に送られる。主制御系３１はこ
の情報に基づいてＺステージ１５内の駆動系を制御す
る。

【００２２】また、Ｚステージ１５上には投影光学系１
４を透過してきた照明光の光量を検出する光電センサか
らなる照射量モニタ２０が設けられている。照射量モニ
タ２０の受光面の大きさはレチクルＲのパターン領域の
投影像の大きさと等しいか、それより大きく設定されて
おり、照射量モニタ２０は、レチクルＲを通過した後に
投影光学系１４を通る全ての照明光を受光する。

【００２３】また、本例では投影光学系１４の結像特性
を補正するための空気圧力式の結像特性補正機構を設け
ている。この結像特性補正機構は、主制御系３１によ
り、圧力調整器３０及び配管２３を介して、投影光学系
１４内の所定のレンズ間の空気室内の空気圧力を変化さ
せることにより投影光学系１４の結像特性（投影倍率及
び焦点位置）を微小量制御するものである。この場合、
圧力調整器３０は、投影光学系１４の照明光の透過によ
る結像特性の変動を時々刻々補正し得るような圧力制御
値を主制御系３１から入力し、これに応答して投影光学
系１４内の空気室に供給する空気の圧力を調整する。

【００２４】また、主制御系３１には不図示の環境セン
サから投影光学系１４の周囲の大気圧及び大気温度等の
環境情報に関する信号ＡＳも供給されており、主制御系
３１は、インテグレータセンサ４０の検出信号に基づい
て投影光学系１４における露光用の照明光の入射による
倍率変動量、及び焦点変動量を推定し、この変動量を補
正するための空気室の制御圧力値を環境情報を加味して
算出する。

【００２５】次に、本例における投影光学系１４の透過
光量の算出方法及び補正動作につき図１〜図３を参照し
て説明する。前述のように、図１の光源１から射出され
た照明光は、幾つかの光学部材を通ってビームスプリッ
ター１０に入射する。ビームスプリッター１０は照明光
ＩＬの一部を反射し、残りの光を透過する。透過した光
はダイクロイックミラー１１に入射するが、反射した光
はインテグレータセンサ４０に入射しており、インテグ
レータセンサ４０から入射した光量に応じた検出信号Ｉ
が出力されるようになっている。

【００２６】ビームスプリッター１０での照明光ＩＬの
反射光と透過光との比率は一定であり、入射光の強度に
よってもその比率は変化しない。従って、この比率が分
かっていれば、インテグレータセンサ４０に入射する光
量を常時モニタすることによって、レチクルＲ側から投
影光学系１４に入射する光量が算出できる。本例は、以
上のようなビームスプリッターの特性を利用すると共
に、照射量モニタ２０とインテグレータセンサ４０とを
組み合わせて使用することにより、投影光学系１４を透
過するエネルギー線量を常時高精度で検出するものであ
る。以下、具体的な算出方法について説明する。

【００２７】先ず、レチクルＲをセットし、レチクルブ
ラインド１３を所定の形状及び大きさにセットした後、
投影光学系１４の露光フィールドの全面が照射量モニタ
２０の受光面に入るように、ＸＹステージ１６を位置決
めする。そして、主制御系３１の指令に基づき、シャッ
ター３を開状態にしてレチクルＲのパターンを照射量モ
ニタ２０の受光面に投影し、投影光学系１４を透過した
エネルギー線量Ｐを計測し、そのときの測定値を基本エ
ネルギー線量Ｐ₀として主制御系３１で記憶すると共
に、インテグレータセンサ４０の検出信号Ｉを取り込
む。そのとき取り込まれた検出信号Ｉを基本出力値Ｉ₀
として主制御系３１で記憶する。

【００２８】そして、以降主制御系３１はインテグレー
タセンサ４０の検出信号Ｉに基づいて（１）式により、
投影光学系１４を透過するエネルギー線量Ｐを算出す
る。Ｐ＝Ｐ₀・Ｉ／Ｉ₀ （１）図２は、上記（１）式を表すグラフを示し、この図２に
おいて、横軸はインテグレータセンサ４０の検出信号Ｉ
を表し、縦軸は投影光学系１４を透過するエネルギー線
量Ｐを表す。図２に示すように、（１）式の関係は、検
出信号Ｉが０のときにエネルギー線量Ｐが０、検出信号
Ｉが基本出力値Ｉ₀のときにエネルギー線量Ｐが基本エ
ネルギー線量Ｐ₀となる直線５０により示される。

【００２９】従って、この直線５０で表される関係式を
記憶しておけば、ウエハＷの露光中等照射量モニタ２０
に投影光学系１４を透過したエネルギー線量が入射され
ないときでも、インテグレータセンサ４０の検出信号Ｉ
から投影光学系１４を透過するエネルギー線量Ｐが算出
可能となる。なお、照明光のレチクルＲでの吸収及び反
射、並びに投影光学系１４内部での吸収及び反射による
光量が、照明光ＩＬの光量に比例しない場合もある。従
って、なお一層の精度を必要とする場合には、照明光Ｉ
Ｌの光量を変化させて複数の露光量に対して同様の計測
を行い、インテグレータセンサ４０の検出信号Ｉと照射
量モニタ２０のエネルギー線量Ｐとの関係を求めておけ
ばよい。

【００３０】以上の方法により測定された実測結果を図
３に示す。図３（ａ）は、シャッターの開閉状態を示
し、横軸は時間ｔ、縦軸はシャッターの開閉状態関数Ｓ
（ｔ）を表している。図３（ａ）において、開閉状態関
数Ｓ（ｔ）の値は開状態で１、閉状態で０となってい
る。また、図３（ｂ）はインテグレータセンサ４０の検
出信号Ｉ（ｔ）を時間ｔに対してプロットしたものであ
り、横軸は時間ｔ、縦軸はインテグレータセンサ４０の
検出信号Ｉ（ｔ）を表している。そして、図３（ｃ）
は、エネルギー線量Ｐ（ｔ）を時間ｔに対してプロット
したものであり、横軸は時間ｔ、縦軸はエネルギー線量
Ｐ（ｔ）を表す。

【００３１】図３（ａ）において、シャッターは、台形
状の実線の折れ線５１に示すように、開始時間ｔ₀から
時間ｔ₁までの間において完全な閉状態０となり、時間
ｔ₂と時間ｔ₃との間において完全な開状態１となって
いる。そして、時間ｔ₁と時間ｔ₂との間は、閉状態０
から開状態１に向けての遷移状態にあり、時間ｔ₃と時
間ｔ₄との間は開状態１から閉状態０に向かう遷移状態
にある。そして、開始時間ｔ₀から時間ｔ₄までの動作
が時間ｔ₄以降において繰り返される。即ち、時間ｔ₄
と時間ｔ₅との間、及び時間ｔ₈以降の期間において完
全な閉状態０となり、時間ｔ₆と時間ｔ₇との間の時間
において完全な開状態１となっており、時間ｔ₅と時間
ｔ₆との間、及び時間ｔ₇と時間ｔ₈との間は、それぞ
れ閉状態０から開状態１に向けての遷移状態及び開状態
１から閉状態０に向かう遷移状態にある。

【００３２】本例では、図４（ａ）に示す従来の考え方
のように、シャッターはある時間において、例えば閉状
態０から突然開状態１に変化するものとせず、図３
（ａ）に示すように、閉状態０から開状態１に向けての
遷移状態及び開状態１から閉状態０に向かう遷移状態を
考慮するものである。シャッターが時間に対してこの図
３（ａ）に示すような開閉状態にあるときのインテグレ
ータセンサ４０の検出信号Ｉ（ｔ）は、図３（ｂ）に示
すように、シャッターが閉状態０のとき０、開状態１の
ときにほぼ基本出力値Ｉ₀となる実線の折れ線５２に示
すように、シャッター３の開閉状態に対応するように変
化する。例えば時間ｔ₁において、折れ線５２は垂直に
立ち上がらず、ある傾斜角度で立ち上がり、時間ｔ₂に
おいて基本出力値Ｉ₀に達する。また、時間ｔ₃におい
て突然検出信号Ｉ（ｔ）が０になることはなく、ある傾
斜角度で低下して時間ｔ ₄において検出信号Ｉ（ｔ）が
０となる。時間ｔ₅〜時間ｔ₈においても同様である。
このようにシャッター３が遷移状態にあるときの光量の
変化をインテグレータセンサ４０でモニタするために
は、図１のＡ／Ｄ変換器４１におけるサンプリング周期
を遷移時間に対して充分細かく設定すればよい。一例と
して、例えば図３（ａ）の時間ｔ₁から時間ｔ₂までの
遷移時間が５０ｍｓｅｃ程度の場合、Ａ／Ｄ変換器４１
でのサンプリング周期を２ｍｓｅｃ程度（周波数で５０
０Ｈｚ程度）に設定すればよい。

【００３３】インテグレータセンサ４０の検出信号Ｉ
（ｔ）は、シャッターの開閉状態以外の要因によっても
変化している。折れ線５２に示されるように、シャッタ
ー３が開状態１のとき、検出信号Ｉ（ｔ）は、時間ｔ₂
から時間ｔ₉にかけて低下し、時間ｔ₉から再び上昇し
て時間ｔ₃で基本出力値Ｉ₀となっている。また、同様
にシャッター３が開状態１のとき、検出信号Ｉ（ｔ）
は、時間ｔ₆から時間ｔ₁₀にかけて基本出力値Ｉ₀より
も大きくなり、時間ｔ₁₁に向けて段々と低下して基本出
力値Ｉ₀よりも小さくなり、時間ｔ₇で再び基本出力値
Ｉ₀となっている。即ち、シャッターが一定の開状態１
にあるときでも、光源出力の変化、開口絞りの開度、及
びその他の要因により照明光量が変化し、インテグレー
タセンサ４０の検出信号Ｉ（ｔ）が変化している。

【００３４】この図３（ｂ）の検出信号Ｉ（ｔ）を式
（１）に代入して、投影光学系１４を透過するエネルギ
ー線量Ｐ（ｔ）を算出し、時間ｔに対してプロットする
と、図３（ｃ）に示すように、図３（ｂ）の折れ線５２
に相似形の実線の折れ線５３が得られる。折れ線５３に
示すように、エネルギー線量Ｐ（ｔ）は、シャッター３
が閉状態０の場合には０、シャッター３が開状態１のと
きにはほぼ基本エネルギー線量Ｐ₀となる。また、シャ
ッター３が閉状態０から開状態１に変化する遷移状態、
及び開状態１から閉状態０に変化する遷移状態にあると
きには、エネルギー線量Ｐ（ｔ）の変化も図３（ｂ）の
検出信号Ｉ（ｔ）に比例するようにある傾斜角度をもっ
て変化する。また、エネルギー線量Ｐ（ｔ）は、時間ｔ
₉，及び時間ｔ₁₀，ｔ₁₁でも図３（ｂ）の検出信号Ｉ
（ｔ）と同様な変化をしている。

【００３５】そして、主制御系３１は、算出された投影
光学系１４を透過するエネルギー線量Ｐ（ｔ）から、予
め求められているエネルギー線量Ｐ（ｔ）と投影光学系
１４内の空気室の制御圧力との関係に基づいて、その空
気室に供給する圧力の制御補正値の計算を行い、圧力調
整器３０を介してその空気室の圧力をきめ細かく制御す
る。

【００３６】従来は、図４に示すように、シャッターの
開度は０（完全に閉じている状態）か１（完全に開いて
いる状態）かの２つの状態しか考慮されておらず、投影
光学系を透過するエネルギー線量はシャッターの開閉状
態に対応して一定と考えられてきた。しかし、実際には
投影光学系を透過するエネルギー線量は、シャッターが
一定の状態でも変動し、シャッターの開閉時にも段階的
に変化するため、投影光学系の結像特性に誤差が生じて
いた。

【００３７】しかし、本例ではインテグレータセンサ４
０の検出信号を巧みに利用することにより、投影光学系
１４を透過する光量の変動をきめ細かく把握し、それに
基づいて投影光学系１４の結像特性を補正するので、投
影光学系の結像特性の誤差が格段に低減される。なお、
基準値となるインテグレータセンサ４０の基本出力値Ｉ
₀、及び投影光学系を透過する基本エネルギー線量Ｐ₀
の検出は、レチクルが交換される毎、及びレチクルブラ
インド１３の大きさ（又は形状）を変える毎に実施され
る。

【００３８】また、本例では、投影状態の調整手段とし
て、投影光学系１４自体の結像特性を所定の空気室の圧
力制御により補正する例を示したが、その他投影状態の
調整手段としては、レチクルＲと投影光学系１４との間
隔を変化させる機構、及び投影光学系１４内の特定のレ
ンズエレメント（例えばレチクルＲに最も近いレンズ）
を光軸方向に移動させる機構等がそのまま応用できる。

【００３９】また、図１ではインテグレータセンサ４０
の受光面はほぼウエハＷの表面と共役な面に設定されて
いるが、インテグレータセンサ４０の受光面をウエハＷ
の表面に対して光学的にフーリエ変換の関係となる面
（瞳面）付近に設定してもよい。更に、本発明は一括露
光型の投影露光装置に限らず、レチクルとウエハとを相
対的に走査して露光を行うステップ・アンド・スキャン
方式等の走査露光型の投影露光装置にも同様に適用でき
る。

【００４０】このように、本発明は上述の実施形態例に
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。

【００４１】

【発明の効果】本発明の投影露光装置によれば、第２光
電センサによって投影光学系を透過する光量を常時間接
的に検出できるようにしたので、例えば露光中の光源の
変動、又はシャッター開閉中の過渡的な光量変動等も検
出可能となり、照明光の投影光学系への入射による結像
特性の変動量をより高精度に補正できる利点がある。こ
れにより、超ＬＳＩ等の微細化に対応することができ
る。特に、例えば第２光電センサでの検出信号のサンプ
リング周波数を高めることにより、シャッターの開閉時
の高速な過度的な変化にも対応できる。

【００４２】また、投影光学系に入射する照明光の光量
を調整する光量調節手段（シャッターを含む）を設け、
第２光電センサを光源と投影光学系との間に配置する場
合には、露光中にその光量調節手段で光量を調整したと
きであっても、第２光電センサにより、投影光学系に入
射する光量の変化を正確に測定でき、それに基づき、結
像特性を正確に補正できる。

【００４３】また、第２光電センサと演算手段との間に
第２光電センサの計測値を逐次出力するための受け渡し
ラインを設ける場合には、その受け渡しラインを介して
ほぼリアルタイムで検出信号が演算手段に供給されるた
め、より急激な変化にも対応できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影露光装置の実施の形態の一例
を示す構成図である。

【図２】図１のインテグレータセンサ４０の検出信号と
投影光学系を透過するエネルギー線量との関係を示す図
である。

【図３】（ａ）は本発明の実施の形態におけるシャッタ
ーの開閉状態を示す図、（ｂ）は図３（ａ）に対応する
インテグレータセンサ４０の検出信号の変化を示す波形
図、（ｃ）は図３（ａ）に対応して、投影光学系を透過
するエネルギー線量を示す図である。

【図４】従来の投影光学系を透過するエネルギー線量の
算出方法の説明図である。

【符号の説明】

ＲレチクルＷウエハＩＬ照明光１光源３シャッター１０ビームスプリッター１４投影光学系２０照射量モニタ２３配管３０圧力調整器３１主制御系４０インテグレータセンサ２４信号ライン４１Ａ／Ｄ変換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光用の光源からの照明光によりマスク
上のパターンを照明し、前記パターンを投影光学系を介
して感光性の基板上に転写する投影露光装置において、前記投影光学系を透過した前記照明光の光量を計測する
第１光電センサと、前記光源からの照明光の少なくとも一部の光量を計測す
る第２光電センサと、前記第１及び第２光電センサの計測値に基づいて前記投
影光学系の結像特性の変化量を算出する演算手段と、該演算手段の算出結果に基づいて前記投影光学系の結像
特性を補正する結像特性補正手段と、を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】請求項１記載の投影露光装置であって、前記投影光学系に入射する前記照明光の光量を調整する
光量調節手段を設け、前記第２光電センサを前記光源と前記投影光学系との間
に配置したことを特徴とする投影露光装置。
【請求項３】請求項１、又は２記載の投影露光装置で
あって、前記第２光電センサと前記演算手段との間に前記第２光
電センサの計測値を逐次出力するための受け渡しライン
を設けたことを特徴とする投影露光装置。