JPH08255739A

JPH08255739A - 露光装置

Info

Publication number: JPH08255739A
Application number: JP7057359A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西
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、露光用光源か
ら出力される照明光の照度が所定の割合以下の範囲内
で、且つ高い周波数で変動した場合でも、感光性の基板
上での積算露光量を適正範囲内に収める。【構成】露光用の光源を定電力で点灯し、その光源か
らの照明光の通過領域７ａ内に光量調整ロッド２３を設
置し、光量調整ロッド２３で通過領域７ａ内を部分的に
遮光する。インテグレータセンサで照明光の照度を連続
的にモニタし、実際の照度が目標照度になるように、そ
の光量調整ロッド２３の回転角の制御により通過光量を
調整する。

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】また、照明光の光量を例えばＮＤフィルタ
や２つの簾状の遮光部材の重ね量を調整する機構（２重
簾方式）等で調整することが提案されている（特開平２
−１３５７２３号公報参照）。また、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。

【００１１】

【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、例えば露光用光源として水銀ランプのような
アーク放電を行う放電ランプを使用する場合、電源ノイ
ズ等に起因する照明光の照度変動や、放電ランプ内の気
体の対流の状態等に起因する所謂アーク揺らぎと呼ばれ
る照明光の照度変動が生ずることがある。このような照
度の変動（揺らぎ）は振幅は比較的小さいが、その中で
特に周波数の高い変動があると、放電ランプの駆動電力
を制御する定照度制御方式では追従しきれないという不
都合があった。

【００１２】そのため、走査露光方式で露光を行う場合
に、電源ノイズ等に起因する高い周波数の照度の変動が
発生したショット領域では、部分的に積算露光量が適正
範囲から外れることとなり、これが最終的に製造される
半導体素子等の歩留まりが悪化する１つの要因となって
いた。また、露光用光源として例えばエキシマレーザ光
（ＫｒＦエキシマレーザ、又はＡｒＦエキシマレーザ
等）、又はＹＡＧレーザの高調波等のレーザ光を使用す
る場合でも、何等かの要因で光源の出力が比較的高い周
波数で変動すると、部分的に積算露光量が適正範囲から
外れる恐れがある。そのため、レーザ光源を使用するよ
うな場合でも、照度の揺らぎを抑制する機構が必要であ
る。

【００１３】また、照明光の光量をＮＤフィルタ等で調
整する場合には、ＮＤフィルタの切り換えにより不連続
にしか光量可変ができなかった。更に、２重簾方式では
連続で光量可変できるダイナミックレンジが少ないとい
う問題点があった。また、照明光学系の開口数（N.A.）
を絞ると、レチクル及びウエハ上での照明光の照度が低
下してしまうという問題点があった。

【００１４】本発明は斯かる点に鑑み、露光用の光源か
ら出力される照明光の照度が所定の割合以下の範囲内
で、且つ高い周波数で変動した場合でも、感光性の基板
上での積算露光量を容易に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。また、本発明は、照明光の照度むら（各ショット領
域内での積算露光量のむら）の発生を極力抑えつつ、感
光性の基板上での積算露光量を広いダイナミックレンジ
で連続的に調整することができる露光装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１５】また、本発明は、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）を小さくした場合でも、レチクル及びウエハ上での
照明光の照度を低下させない露光装置を提供することを
目的とする。

【００１６】

【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（６，８，９，１６，３
４，３８，３９）とを備え、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のと同期して、そ
の所定方向に対応する方向に感光基板（Ｗ）を走査する
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、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、露光用光源（１）とマスク
（Ｒ）との間に配置され、露光量計測手段（３１〜３
３）により計測される露光エネルギーに応じてその照明
光が通過する領域（７ａ）内の一部の領域での通過光量
を調整する光量微調整手段（２３，２４）と、を有する
ものである。

【００１７】本発明の第２の露光装置は、その光量微調
整手段として、その照明光が通過する領域（７ａ）の断
面積の１０％以内の面積を有する遮光体（２３ａ）をそ
の照明光が通過する領域（７ａ）内で回転するか、又は
その領域（７ａ）に出し入れする手段を用いるものであ
る。本発明の第３の露光装置は、露光用の照明光を発生
する露光用光源（１）と、照明光により転写用パターン
の形成されたマスク（Ｒ）を照明する照明光学系（６，
８，９，１６，３４，３８，３９）とを備え、感光基板
（Ｗ）上にマスクのパターンを逐次露光する露光装置に
おいて、第１のオプティカル・インテグレータ（９）
と、第１のオプティカル・インテグレータからの照明光
を入射する第２のオプティカル・インテグレータ（１
４）と、第１のオプティカル・インテグレータから第２
のオプティカル・インテグレータに向かう照明光の光量
を連続的に調整する光量調整部材（１０）とを有するも
のである。

【００１８】本発明の第４の露光装置は、露光用の照明
光を発生する露光用光源（１）と、照明光により転写用
パターンの形成されたマスク（Ｒ）を照明する照明光学
系（６，８，９，１６，３４，３８，３９）とを備え、
感光基板（Ｗ）上にマスクのパターンを逐次露光する露
光装置において、第１のオプティカル・インテグレータ
（９）と、第１のオプティカル・インテグレータからの
照明光を入射する第２のオプティカル・インテグレータ
（１４）と、第２のオプティカル・インテグレータの射
出面内の照明光が通過する領域の大きさ（照明系のN.
A.）を可変とする第１の調整機構（１６，１７）と、第
１の調整機構に連動して第２のオプティカル・インテグ
レータの入射面での照明視野の大きさを可変とする第２
の調整機構（１２Ａ，１２Ｂ，１３）とを有するもので
ある。

【００１９】

【作用】斯かる本発明の第１の露光装置によれば、感光
基板上の或るショット領域に走査露光方式で露光を行っ
ている際に、露光用光源（１）の電源ノイズ等により照
明光の照度が、所定の割合以下の範囲内で且つ高い周波
数で変動したときには、露光量計測手段（３１〜３３）
の検出信号よりその変動が検出される。そこで、その照
度の変動を抑制するように、光量調整手段（２３，２
４）を介して通過光量を増減することにより、照明光の
照度が高い応答速度で目標値に維持され、積算露光量も
適正範囲内に維持される。

【００２０】また、本発明の第２の露光装置は、その光
量微調整手段が、その照明光が通過する領域（７ａ）の
断面積の１０％以内の面積を有する遮光体（２３ａ）を
その照明光が通過する領域（７ａ）内で回転するか、又
はその領域（７ａ）に出し入れするものである場合に
は、照明光の照度の１０％程度以内の変動を高い応答周
波数で補正できる。

【００２１】また、本発明の第３の露光装置によれば、
第１のオプティカル・インテグレータ（９）と第１のオ
プティカル・インテグレータからの照明光を入射する第
２のオプティカル・インテグレータ（１４）を設け、第
１のオプティカル・インテグレータの射出面又は入射
面、もしくはその共役面に設けられた光量調整部材（１
４）により照明光の一部を遮光して照明光の光量を調整
したので、照明光の照度むら（各ショット領域内での積
算露光量のむら）の発生を極力抑えつつ、感光性の基板
上での積算露光量を広いダイナミックレンジで連続的に
調整することができる。

【００２２】また、本発明の第４の露光装置によれば、
第１のオプティカル・インテグレータ（９）からの照明
光を入射する第２のオプティカル・インテグレータ（１
４）の射出面内の照明光が通過する領域の大きさ（照明
系のN.A.）を可変とする第１の調整機構（１６，１７）
と、第１の調整機構に連動して第２のオプティカル・イ
ンテグレータの入射面での照明視野の大きさを可変とす
る第２の調整機構（１２Ａ，１２Ｂ，１３）とを設けた
ので、照明系のN.A.が小さくなった場合でも、第２のオ
プティカル・インテグレータの入射面での照明視野の大
きさを小さくして第２のオプティカル・インテグレータ
で照明光の照度が高くなるため、マスク及び感光基板上
での照明光の照度がほぼ一定に維持される。

【００２３】

【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によって集光されて、ミラー３により反射される。ミ
ラー３で反射された照明光の通過領域に、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、光量調整
ロッド２３に達する。光量調整ロッド２３の先端部は矩
形の平板状の遮光板部２３ａとなっており、回転制御機
構２４によりその遮光板部２３ａを回転することによ
り、遮光板部２３ａが照明光の通過領域で回転して、通
過光量が調整できるようになっている。

【００２４】図７（ａ）は、その光量調整ロッド２３、
及び回転制御機構２４を照明光学系の光軸ＡＸ１の方向
に見た拡大図であり、この図７（ａ）において、円形の
通過領域７ａ内が水銀ランプ１からの照明光が通過する
領域である。そして、光量調整ロッド２３の先端の遮光
板部２３ａの中心はほぼ光軸ＡＸ１上に位置し、且つそ
の光量調整ロッド２３は光軸ＡＸ１にほぼ垂直になるよ
うに配置されている。従って、回転制御機構２４により
光量調整ロッド２３を回転して、図７（ｂ）に示すよう
に、遮光板部２３ａが水銀ランプ１からの照明光ＩＬの
進行方向に対してほぼ垂直になると最も遮光される光量
が多くなり、図７（ｃ）に示すように遮光板部２３ａが
照明光ＩＬの進行方向に平行になると遮光される光量が
最も少なくなる。

【００２５】一例として、本例では図７（ｂ）に示すよ
うに遮光板部２３ａを照明光の進行方向に垂直にしたと
きで、通過領域７ａ内の３％程度の面積が遮光され、図
７（ｃ）に示すように遮光板部２３ａを照明光の進行方
向に平行にしたときで、通過領域７ａ内の１％程度の面
積が遮光されるものとする。従って、遮光板部２３ａは
極めて軽量な部材となり、高い応答速度で回動すること
ができる。初期状態では、遮光板部２３ａは通過領域７
ａ内で２％程度の面積を遮光するように斜めに回転され
た状態、即ち図７（ｂ）と図７（ｃ）とのほぼ中間の状
態にあり、定照度制御モード時には照明光の照度を調整
するように回動制御が行われる。これにより、全体の照
度の±１％程度の範囲内の照度変動を補正できる。

【００２６】図１に戻り、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が回転制御機構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。

【００２７】光量調整ロッド２３の周囲を通過した照明
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（第１フライアイ
レンズ９の射出面に形成される複数の光源像）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。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。

【００２８】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。このように、光量絞りを
虹彩絞りとしたので、照明光の光量を調整するダイナミ
ックレンジを大きくとることができる（例えば１００％
透過〜数％透過まで）。また、第２フライアイレンズ１
４を構成する複数のレンズエレメントの個々の射出面に
は、第１フライアイレンズ９の射出面上で光量絞り１０
内に形成される複数の光源像が形成される。即ち、第２
フライアイレンズ１４の射出面に形成される光源像の数
＝第２フライアイレンズ１４のレンズエレメントの数×
光量絞り１０内の光源像の数、となり、２つのフライア
イレンズを用いることで、１つのフライアイレンズを用
いる場合と比較して照度均一性が向上する。従って、第
１フライアイレンズ９と第２フライアイレンズ１４を用
いて、光量絞り１０を第１フライアイレンズ９の射出面
に設けることにより、照明光の照度むらを極力抑えつ
つ、照明光の光量（ウエハＷに対する露光量）を広いダ
イナミックレンジで連続的に調整することができる。ま
た、光量絞り１０を第１フライアイレンズ９の入射面も
しくはその共役面に設けるようにしてよい。

【００２９】さて、前述の如く、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（照明光が通過する（第２フ
ライアイレンズ１４の射出面の領域を小さくする））と
きには、レチクルを照明する照明光の照度が減少する。
図１に示すように、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。

【００３０】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。また、照明光学系
の開口数を絞るための光学部材は光量絞り１０のような
虹彩絞りでもよい。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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と、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。

【００４１】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６３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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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
からの検出信号（光電変換信号）が露光量制御系２０に
供給されている。

【００５５】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、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。

【００５６】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からの検
出信号からウエハ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、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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】次に、本例の照度制御機構の内の露光量制
御動作の一例につき説明する。これに関して、本例では
露光用光源として水銀ランプ１が使用されているが、水
銀ランプのような放電ランプでは、電源ノイズによる照
明光の照度の揺らぎや、「アーク揺らぎ」と呼ばれる例
えば３０Ｈｚ程度の照度の揺らぎ等の照度変動が発生す
ることがある。このような照度変動は、変動範囲は狭い
が（例えば±１％以内程度）、周波数が比較的高いため
に、取り除くのが困難であった。本例の露光量制御機構
にはそのような照度変動を検出して補正する機構も組み
込まれている。

【００６０】図１において、インテグレータセンサ３３
からの検出信号が、露光量制御系２０内で所定の高いサ
ンプリング周波数でＤ／Ａ変換器を介して取り込まれて
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（ウエハＷ上のフォトレジス
トの感度）の情報も供給され、更に、露光量制御系２０
に接続されたメモリ２１に既に述べたように、その検出
信号の値からウエハ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
されている。露光量制御系２０では、インテグレータセ
ンサ３３からの検出信号よりウエハＷ上での露光量を求
める。

【００６１】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
の場合、図１において、光量調整ロッド２３を通過する
光量の入射する光量に対する比の値を光量調整ロッド２
３における透過率ｑ₁とする。例えば、光量調整ロッド
２３による照明光の通過領域に対する遮光面積の割合が
１〜３％程度であると、透過率ｑ₁の可変範囲は０．９
９〜０．９７である。そして、水銀ランプ１の出力パワ
ーをｐ、光量調整ロッド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上での露
光量ｅは次のように表される。

【００６２】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。

【００６３】 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を、所定の目標積算
露光量（フォトレジストの感度）ΣＥ₀に制御するに
は、水銀ランプ１の出力パワーｐ、光量調整ロッド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１に
おいて、積算露光量ΣＥを、所定の目標積算露光量ΣＥ
₀に収束させるために、露光量制御系２０は、先ず電源
系２２に水銀ランプ１の目標出力パワーに対応する目標
照度信号を供給し、図１の回転制御機構２４を介して光
量調整ロッド２３の透過率ｑ ₁を可変範囲の中点ｑ₁₀に
設定し、交換機構１３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。

【００６４】そして、走査露光中には、水銀ランプ１は
最初に設定された駆動電力で連続して点灯される。この
ようにフィードバック制御を行うことなく水銀ランプ１
を点灯する制御を、水銀ランプの定電力駆動と呼ぶ。更
に、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インテグレータセンサ３３からの
検出信号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、回転制御機構２４を介
して光量調整ロッド２３における透過率ｑ₁を中点ｑ₁₀
の前後に変化させる。光量調整ロッド２３は軽量である
ため、その透過率ｑ₁の調整は高い応答速度で実行され
る。従って、電源ノイズ又はアーク揺らぎ等で照度が狭
い範囲内で高い周波数で変動しても、光量調整ロッド２
３の制御によりその変動量を相殺することができる。

【００６５】なお、光量絞り１０の開口形状を制御して
透過率ｑ₂を制御してもよいが、光量絞り１０の調整の
応答速度は光量調整ロッド２３に比べて遅いため、光量
調整ロッド２３を用いる方が高い周波数の照度変動に追
従できる利点がある。但し、光量絞り１０では透過率の
調整範囲が広いため、照度の変動範囲が広く、且つ変動
周波数が低いような場合には、光量絞り１０を用いて照
度の補正を行ってもよい。

【００６６】なお、上述実施例では光量調整ロッド２３
は、第１リレーレンズ８の前に配置されているが、第２
フライアイレンズ（モザイク型フライアイレンズ）１４
よりも光源側であれば、部分的に照明光の光束を制限し
ても照度むらは発生しないため、どこに配置しても構わ
ない。また、上述実施例では、図７に示すように、光量
調整ロッド２３を回転して通過光量を制御しているが、
例えば小さな遮光板を照明光の通過領域内で出し入れす
ることにより通過光量を調整してもよい。更に、例えば
液晶表示パネル等を使用して通過光量を制御してもよ
い。

【００６７】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を使用する場合、又はエキ
シマレーザ光源のようなレーザ光源を使用する場合で
も、光源からの照明光の照度が変動する場合には、本発
明の適用により照度を目標値に容易に制御できる。ま
た、上述の実施例では走査型の露光装置について述べた
が、２つのフライアイと光量絞り（虹彩絞り）１０を使
った露光量制御や、小σに対応してインプットレンズを
交換する構成については、一括露光方式の露光装置にも
適用することができる。このように本発明は上述実施例
に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
構成を取り得る。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば、露光量計測手段により
計測される露光エネルギーが目標値から外れた場合に
は、光量調整手段を介して照明光の通過光量を調整する
ようにしているため、露光用の光源から出力される照明
光の照度が所定の割合以下の範囲内で、且つ高い周波数
で変動した場合でも、感光性の基板上での積算露光量を
容易に適正範囲内に収めることができる利点がある。

【００６９】また、光量微調整手段が、その照明光が通
過する領域の断面積の１０％以内の面積を有する遮光体
をその照明光が通過する領域内で回転するか、又は該領
域に出し入れするときには、簡単な機構で照明光の照度
を約１０％程度の範囲内で高速に制御できる利点があ
る。また、本発明によれば、第１のオプティカル・イン
テグレータの射出面又は入射面、もしくはその共役面に
設けられた光量調整部材により照明光の光量を調整した
ので、マスク（Ｒ）もしくは感光基板（Ｗ）上の照度む
らを極力抑えつつ、照明光の光量（ウエハＷに対する露
光量）を広いダイナミックレンジで連続的に調整するこ
とができるという利点がある。

【００７０】また、本発明によれば、第１のオプティカ
ル・インテグレータ（９）からの照明光を入射する第２
のオプティカル・インテグレータ（１４）の射出面内の
照明光が通過する領域の大きさ（照明系のN.A.）を可変
とする第１の調整機構（１６，１７）と、第１の調整機
構に連動して第２のオプティカル・インテグレータの入
射面での照明視野の大きさを可変とする第２の調整機構
（１２Ａ，１２Ｂ，１３）とを設けたので、σ値（照明
系のN.A.と投影光学系のN.A.との比）にかかわらず、マ
スク及び感光基板上での照明光の照度がほぼ一定に維持
されるという利点がある。

【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】（ａ）は図１の光量調整ロッド２３、及び回転
制御機構２４を光軸方向に見た拡大図、（ｂ）は図７
（ａ）において最も遮光面積が大きい場合を示す側面
図、（ｃ）は図７（ａ）において最も遮光面積が小さい
場合を示す側面図である。

【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２３光量調整ロッド２３ａ遮光板部２４回転制御機構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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２７

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を備え、
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
査するのと同期して、前記所定方向に対応する方向に感
光基板を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、前記露光用光源と前記マスクとの間に配置され、前記露
光量計測手段により計測される露光エネルギーに応じて
前記照明光が通過する領域内の一部の領域での通過光量
を調整する光量微調整手段と、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、前記光量微調整手段は、前記照明光が通過する領域の断
面積の１０％以内の面積を有する遮光体を前記照明光が
通過する領域内で回転するか、又は該領域に出し入れす
ることを特徴とする露光装置。
【請求項３】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
クを照明する照明光学系とを備え、感光基板上に前記マ
スクのパターンを逐次露光する露光装置において、第１のオプティカル・インテグレータと；前記第１のオ
プティカル・インテグレータからの前記照明光を入射す
る第２のオプティカル・インテグレータと；前記第１の
オプティカル・インテグレータから前記第２のオプティ
カル・インテグレータに向かう前記照明光の光量を連続
的に調整する光量調整部材とを有することを特徴とする
露光装置。
【請求項４】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
クを照明する照明光学系とを備え、感光基板上に前記マ
スクのパターンを逐次露光する露光装置において、第１のオプティカル・インテグレータと；前記第１のオ
プティカル・インテグレータからの前記照明光を入射す
る第２のオプティカル・インテグレータと；前記第２の
オプティカル・インテグレータの射出面内の前記照明光
が通過する領域の大きさを可変とする第１の調整機構
と；前記調整機構に連動して前記第２のオプティカル・
インテグレータの入射面での照明視野の大きさを可変と
する第２の調整機構とを有することを特徴とする露光装
置。