JPH0547625A - Projection exposure apparatus - Google Patents

Projection exposure apparatus

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Publication number
JPH0547625A
JPH0547625A JP3200582A JP20058291A JPH0547625A JP H0547625 A JPH0547625 A JP H0547625A JP 3200582 A JP3200582 A JP 3200582A JP 20058291 A JP20058291 A JP 20058291A JP H0547625 A JPH0547625 A JP H0547625A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
shutter
exposure
stage
optical axis
time
Prior art date
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Pending
Application number
JP3200582A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuyuki Sakakibara
康之 榊原
Susumu Makinouchi
進 牧野内
Nobutaka Umagome
伸貴 馬込
Naomasa Shiraishi
直正 白石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP3200582A priority Critical patent/JPH0547625A/en
Publication of JPH0547625A publication Critical patent/JPH0547625A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70325Resolution enhancement techniques not otherwise provided for, e.g. darkfield imaging, interfering beams, spatial frequency multiplication, nearfield lenses or solid immersion lenses
    • G03F7/70333Focus drilling, i.e. increase in depth of focus for exposure by modulating focus during exposure [FLEX]

Abstract

PURPOSE:To provide a sufficent effect of enlargement of focal depth. CONSTITUTION:A driving unit 15 controls a Z stage 14 in a given working characteristic so that distribution (existence probability) of optimum imaging faces in an optical axis has approximately maximum values in at least two points when a projecting lens PL is used with a shutter 3 during the time from an opening start point t0 to a closing finish point t5. Then, a lamp control unit 23 changes the power supplied for a mercury lamp 1 according to the distribution (existence probability) of optimum imagery faces during the time (tfu-tfd) from the opening start point t0 to the closing finish point t5 so that a reticle R is irradiated with a reduced or increased light.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体回路パターン、
液晶表示素子パターン等を感光基板に投影露光する装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor circuit pattern,
The present invention relates to an apparatus for projecting and exposing a liquid crystal display element pattern or the like onto a photosensitive substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の投影露光装置において
は、感光基板(レジスト層を塗布した半導体ウエハやガ
ラスプレート)の表面を投影光学系の最良結像面(レチ
クルとの共役面)に配置した状態で、レチクルパターン
の露光を行なっていた。しかしながら、ウエハ上に1回
で露光される領域(ショット領域)は15mm角〜20mm
角程度あり、その領域内でウエハ表面が微小に湾曲して
いたり、表面構造上、数μm程度の凹凸があると、ショ
ット領域内で投影光学系の焦点深度を超える部分が現わ
れる。これは、投影光学系の焦点深度が像側(ウエハ
側)で±1μm程度しかないからである。
2. Description of the Related Art Conventionally, in this type of projection exposure apparatus, the surface of a photosensitive substrate (semiconductor wafer or glass plate coated with a resist layer) is arranged on the best image plane of the projection optical system (the plane conjugate with the reticle). The reticle pattern was exposed in this state. However, the area (shot area) exposed on the wafer at one time is 15 mm square to 20 mm.
If there is a corner and the wafer surface is slightly curved in that area, or if there is unevenness of several μm due to the surface structure, a portion exceeding the depth of focus of the projection optical system appears in the shot area. This is because the depth of focus of the projection optical system is only about ± 1 μm on the image side (wafer side).

【0003】そこで、小さい焦点深度の投影光学系をも
った露光装置でも、実効的に広い焦点深度で露光を行な
える方法が、例えば特開昭63−42122号公報等で
提案された。この公報に開示された方法では、ウエハを
投影光学系の光軸方向の2点、または3点に移動させ
て、各点で同一のレチクルパターンを多重露光するもの
である。この方法では、光軸方向に離れた2点を、投影
光学系の焦点深度±ΔZの幅程度にすることによって、
実効的な深度を1.5〜3倍程度に拡大している。ま
た、上記公報のように、光軸方向の多点の夫々にウエハ
を位置決めしては露光を繰り返す方法の他に、1ショッ
ト領域に対する一度の露光動作中に連続的にウエハを光
軸方向に移動(または振動)させる方法も提案されてい
る。
Therefore, a method has been proposed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-42122, which allows an exposure apparatus having a projection optical system having a small depth of focus to effectively perform exposure with a wide depth of focus. In the method disclosed in this publication, the wafer is moved to two or three points in the optical axis direction of the projection optical system, and the same reticle pattern is multiple-exposed at each point. In this method, by setting two points apart in the optical axis direction to a width of the depth of focus ± ΔZ of the projection optical system,
The effective depth is increased by 1.5 to 3 times. In addition to the method of positioning the wafer at each of the multiple points in the optical axis direction and repeating the exposure as in the above publication, the wafer is continuously moved in the optical axis direction during one exposure operation for one shot area. A method of moving (or vibrating) is also proposed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】半導体集積回路は、数
回から十数回以上の成膜、パターン転写、エッチング等
の工程を繰り返して製造される。このため、集積回路の
形成過程にあるウエハの表面には、場合によって数層分
の膜が積層された部分や、膜が全く積層されていない部
分が混在する。膜の一層分の厚さは0.1μm〜1μm
程度であり、ウエハ表面(1ショット領域内)の段差は
最大で数μm程度になる可能性もある。
A semiconductor integrated circuit is manufactured by repeating steps such as film formation, pattern transfer, and etching several times to more than ten times. Therefore, on the surface of the wafer in the process of forming the integrated circuit, a portion where films of several layers are stacked or a portion where no films are stacked at all are mixed in some cases. The thickness of one layer of the film is 0.1 μm to 1 μm
The level difference on the wafer surface (within one shot area) may be several μm at maximum.

【0005】一方、投影光学系の焦点深度は、λを露光
用照明光の波長とし、NAを投影光学系の像面側の開口
数とすると、一般的に±λ/(2・NA2)と表わされ
る。最近の投影光学系においては、λ=0.365μm
(水銀ランプのi線)、NA≒0.5のものが作られて
おり、この場合の焦点深度Δ±Zは約±0.73μmに
なる。
On the other hand, the depth of focus of the projection optical system is generally ± λ / (2 · NA 2 ) where λ is the wavelength of the illumination light for exposure and NA is the numerical aperture on the image plane side of the projection optical system. Is expressed as In recent projection optical systems, λ = 0.365 μm
(I-line of mercury lamp) with NA ≈ 0.5 is made, and the depth of focus Δ ± Z in this case is about ± 0.73 μm.

【0006】従って、従来のようにウエハを投影光学系
の最良結像面に固定的に配置して露光を行なった場合、
ウエハ上の段差の上段(トップ)、及び下段(ボトム)
はともに最良結像面(ベストフォーカス面)に対して±
0.73μmの焦点深度以上、光軸方向に離れてしま
い、像形成が不可能となってしまう。ここで、従来のウ
エハを光軸方向の離散的な多点に順次位置決めして複数
回露光する多重(ここでは3回)露光方式による露光の
様子を図7を参照して簡単に説明する。図7(A)、
(B)、(C)はそれぞれフォーカス位置−Z1
0 、+Z1 での多重露光の様子を示しており、ここで
はウエハ上のパターン段差の低部を(A)、中部を
(B)、高部を(C)として表す。また、多重露光する
パターンはレチクル上に形成されたホールパターン(遮
光部下地に微小透過部のレチクルパターン)としてあ
る。このホールパターンの投影像のウエハ上での強度分
布はFmnで図示してあり、m=1はフォーカス位置−Z
1 、m=2はフォーカス位置Z0 、m=3はフォーカス
位置+Z1 を表し、n=1、2、3は夫々露光の回数
(順番)を表す。
Therefore, when the wafer is fixedly placed on the best image plane of the projection optical system and exposure is performed as in the conventional case,
Upper (top) and lower (bottom) steps on the wafer
Are both ± with respect to the best image plane (best focus plane)
At a focal depth of 0.73 μm or more, the focal point is separated in the optical axis direction, which makes image formation impossible. Here, the state of exposure by a multiplex (here, three times) exposure method in which a conventional wafer is sequentially positioned at multiple discrete points in the optical axis direction and exposed a plurality of times will be briefly described with reference to FIG. FIG. 7 (A),
(B) and (C) are focus position -Z 1 ,
It shows a state of multiple exposure at Z 0 and + Z 1 , where the lower part of the pattern step on the wafer is represented by (A), the middle part is represented by (B), and the higher part is represented by (C). The multiple exposure pattern is a hole pattern formed on the reticle (a reticle pattern of a minute transmissive part on the base of the light shielding part). The intensity distribution of the projected image of this hole pattern on the wafer is shown by Fmn, and m = 1 is the focus position −Z.
1 and m = 2 represent the focus position Z 0 , m = 3 represents the focus position + Z 1 , and n = 1, 2 and 3 respectively represent the number of exposures (order).

【0007】まず始めに、ウエハ上のパターン段差の低
部(位置−Z1 )に、投影レンズの最良結像面を合焦さ
せて1回目の露光を行なうと、低部にはシャープな強度
分布F11が結像するが、図7(B)、(C)に示すよう
に中部、高部になるに従って、強度分布F11’は急激に
劣化(ピーク値の減少、及び幅の増大)する。次に、最
良結像面をパターン段差の中部(位置Z0 )に合焦させ
て2回目の露光を行なうと、中低にはシャープな強度分
布F22が結像するが、低部と高部の夫々には劣化した強
度分布F22’が現れる。同様にして3回目の露光では、
パターン段差の高部(位置+Z1 )に最良結像面を合焦
させるので、高部にはシャープな強度分布F33が得ら
れ、中部、低部になるに従って劣化した強度分布F33
が得られる。こうして3回露光が終ると、パターン段差
の低部、中部、高部のいずれにおいても、1回はシャー
プな像分布F11、F22、F33が得られることになる。
First, when the best image plane of the projection lens is focused on the lower portion (position -Z 1 ) of the pattern step on the wafer and the first exposure is performed, a sharp intensity is formed in the lower portion. The distribution F 11 is imaged, but as shown in FIGS. 7B and 7C, the intensity distribution F 11 ′ rapidly deteriorates (decreases the peak value and increases the width) toward the middle part and the high part. To do. Next, when the best image plane is focused on the center of the pattern step (position Z 0 ) and the second exposure is performed, a sharp intensity distribution F 22 is imaged in the middle and low parts, but in the low part and the high part. A deteriorated intensity distribution F 22 'appears in each of the parts. Similarly, in the third exposure,
Since the best image plane is focused on the high part (position + Z 1 ) of the pattern step, a sharp intensity distribution F 33 is obtained at the high part, and the intensity distribution F 33 'deteriorated toward the middle part and the low part.
Is obtained. When the exposure is repeated three times in this way, sharp image distributions F 11 , F 22 , and F 33 can be obtained once in any of the low portion, the middle portion, and the high portion of the pattern step.

【0008】図7(A)のように低部のレジストに対し
ては強度分布F11、F22’、F33’の積算された光量が
与えられ、その積算光量分布は図7(D)のようにな
る。同図中、破線のレベルEthはポジレジストを除去
(ホールパターンを形成)するのに必要な露光量であ
る。同様に、パターン段差の中部のレジストに対しては
強度分布F22、F11’、F33’の積算された光量が図7
(E)のように与えられ、パターン段差の高部のレジス
トに対しては強度分布F33、F11’、F22’の積算され
た光量が図7(F)のように与えられる。従って、この
3つの段差部のいずれにおいても、ホールパターンの良
好な像強度分布がレジストが与えることになり、その結
果、段差の高部から低部までの2Z1 の幅にわたって、
見かけ上の焦点深度の拡大が行なわれることになる。
As shown in FIG. 7 (A), the intensity distributions F 11 , F 22 'and F 33 ' are given to the lower resist, and the integrated light amount distribution is shown in FIG. 7 (D). become that way. In the figure, a level Eth indicated by a broken line is an exposure amount required to remove the positive resist (form a hole pattern). Similarly, for the resist in the middle of the pattern step, the integrated light quantities of the intensity distributions F 22 , F 11 'and F 33 ' are shown in FIG.
As shown in FIG. 7 (E), the integrated quantity of light of the intensity distributions F 33 , F 11 ′ and F 22 ′ is given to the resist at the high portion of the pattern step as shown in FIG. 7 (F). Therefore, in any of these three step portions, the resist gives a good image intensity distribution of the hole pattern, and as a result, over the width of 2Z 1 from the high portion to the low portion of the step,
The apparent depth of focus will be expanded.

【0009】しかしながら、上記の如き多重露光法によ
れば、ウエハ上の数μmの段差に対応することが可能で
あるが、光軸方向の多点で露光の停止、再開のためにシ
ャッター系を駆動しなければならず、ウエハホルダの光
軸方向(Z方向)へのステージ(Zステージ)の駆動、
位置決めの動作特性やシャッターの開閉の動作特性の影
響で、単位時間当りのウエハ処理能力を大幅に低下させ
てしまうという問題があった。
However, according to the multiple exposure method as described above, it is possible to cope with a step difference of several μm on the wafer, but a shutter system is used to stop and restart the exposure at multiple points in the optical axis direction. Drive the stage (Z stage) in the optical axis direction (Z direction) of the wafer holder,
There is a problem that the wafer processing capacity per unit time is significantly reduced due to the influence of the positioning operation characteristic and the shutter opening / closing operation characteristic.

【0010】そこで、上記の如くフォーカス位置を離散
的に変化させながら多重露光する方法以外に、ウエハを
光軸方向に連続的に移動させつつ露光する方法が考えら
れ、この方法によっても焦点深度の拡大効果が得られ
る。しかしながら、実験等によって確認したところ、ウ
エハ露光中(シャッター開放中)に無作為にウエハを光
軸方向に移動(または振動)させても、所期の拡大効果
が得られないことが判明した。
Therefore, in addition to the method of performing multiple exposure while discretely changing the focus position as described above, a method of performing exposure while continuously moving the wafer in the optical axis direction is conceivable. A magnifying effect is obtained. However, as a result of experiments and the like, it was found that even if the wafer is randomly moved (or vibrated) in the optical axis direction during wafer exposure (during shutter opening), the desired expansion effect cannot be obtained.

【0011】ここで、一般的に考えられる移動方式とし
て、ウエハを保持したZステージを等速度で駆動するも
のとすると、光軸方向に関するベストフォーカス像の分
布、換言すれば光軸方向に関するベストフォーカス像の
単位位置当たりの存在時間、いわゆる存在確率は図6の
ようになる。図6の縦軸はフォーカス位置(ウエハの光
軸方向の位置)を表し、横軸は存在確率(ベストフォー
カス像が滞在している確率)を表す。従って、ウエハを
光軸方向に分離した多点に位置決めして複数回露光する
多重(例えば3回)露光では、フォーカス位置+Z1
0 、−Z1 の3点でのみ存在確率が零以外の値をとる
ことになるが、Zステージの等速移動においては±Z1
の範囲全域で一定の存在確率になってしまい、焦点深度
の拡大効果以外に、露光されたレジストパターンのコン
トラスト悪化という欠点が顕著に現れるといった問題が
考えられる。尚、ウエハ露光中にウエハを光軸方向に振
動させる手法では、その振動の振幅、周波数、振動波
形、及び露光時間等によって、焦点深度の拡大効果が十
分に望めなくなることもある。
Assuming that the Z stage holding the wafer is driven at a constant speed as a generally considered moving method, the distribution of the best focus image in the optical axis direction, in other words, the best focus in the optical axis direction. The existence time per unit position of the image, that is, the existence probability is as shown in FIG. The vertical axis in FIG. 6 represents the focus position (position in the optical axis direction of the wafer), and the horizontal axis represents the existence probability (probability that the best focus image stays). Therefore, in multiple (for example, three times) exposure in which the wafer is positioned at multiple points separated in the optical axis direction and exposed a plurality of times, focus position + Z 1 ,
The existence probability takes a value other than zero only at three points of Z 0 and -Z 1 , but ± Z 1 when the Z stage moves at a constant speed.
There is a problem in that the existence probability becomes constant over the entire range, and in addition to the effect of increasing the depth of focus, the disadvantage that the contrast of the exposed resist pattern deteriorates appears remarkably. In the method of vibrating the wafer in the optical axis direction during wafer exposure, the effect of increasing the depth of focus may not be sufficiently expected due to the amplitude, frequency, vibration waveform of the vibration, exposure time, and the like.

【0012】[0012]

【課題を達成する為の手段】本発明は、上記のような問
題点を鑑みてなされたものであり、実質的な焦点深度を
拡大すると同時にスループットの低下を少なくした投影
露光装置を提供することを目的とする。この目的を達成
するために本発明において、以下のように構成した。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and provides a projection exposure apparatus capable of substantially increasing the depth of focus and at the same time reducing the decrease in throughput. With the goal. In order to achieve this object, the present invention is configured as follows.

【0013】すなわち、シャッターの開放開始時点から
閉成終了時点までの間の投影光学系の最良結像面の光軸
方向に関する単位位置当たり存在時間(存在確率)が光
軸方向の少なくとも2ヶ所でほぼ等しい極大値となるよ
うに可動ステージ(Zステージ)を制御するステージ制
御手段と;最良結像面の存在確率に応じて、シャッター
の開放開始時点と閉成終了時点との間の所定時間だけ、
マスク(レチクル)を照射する照明光を減衰または増幅
させる照明光強度調整手段とを設けることとした。
That is, the existence time per unit position (presence probability) in the optical axis direction of the best imaging plane of the projection optical system from the opening start time to the closing end time of the shutter is at least at two points in the optical axis direction. Stage control means for controlling the movable stage (Z stage) so that the maximum values are substantially equal; only a predetermined time between the opening start time and the closing end time of the shutter according to the existence probability of the best imaging plane ,
An illumination light intensity adjusting unit that attenuates or amplifies the illumination light that illuminates the mask (reticle) is provided.

【0014】照明光強度調整手段としては、照明光を発
生する光源への供給電力を低下させる方式、あるいは照
明光路中に高速可変減光器を挿入する方式等が考えられ
る。特に、照明光用の光源として水銀放電灯を使った場
合、供給電力の変化に対する発光輝度変化の応答性は1
msec程度と極めて速く、これはシャッターの動作時間よ
りも十分に短い。このため、シャッターが開いている間
に放電灯への供給電力を大きく変化させても、十分に精
度の良い露光量制御が可能となる。
As the illumination light intensity adjusting means, a method of reducing the power supplied to the light source for generating the illumination light, a method of inserting a high-speed variable dimmer into the illumination light path, or the like can be considered. In particular, when a mercury discharge lamp is used as a light source for illumination light, the responsiveness of changes in emission brightness to changes in supplied power is 1
It is extremely fast at about msec, which is sufficiently shorter than the shutter operation time. Therefore, even if the electric power supplied to the discharge lamp is largely changed while the shutter is open, the exposure amount can be controlled with sufficient accuracy.

【0015】[0015]

【作用】本発明においては、シャッターが開いている間
に感光基板と最良結像面とを相対的に光軸方向に連続移
動させる方式(以下、累進焦点露光法と呼ぶ)を採用
し、さらにはシャッターの開閉動作の間に照明光の強度
を変化させるタイミングと光軸方向の移動制御特性とに
特別な関係をもたせるようにした。
In the present invention, a system (hereinafter referred to as a progressive focus exposure method) in which the photosensitive substrate and the best image plane are relatively continuously moved in the optical axis direction while the shutter is open is adopted. Has a special relationship between the timing of changing the intensity of the illumination light during the opening / closing operation of the shutter and the movement control characteristic in the optical axis direction.

【0016】ここで、本発明で採用する累進焦点露光法
による露光の様子を図5を参照して説明する。ここでは
露光すべきパターンをホールパターン(遮光部下地に微
小透過部を形成したパターン)として説明を進めていく
ものとする。図5(A)はZ位置変化パターンZ(t)
のグラフ、図5(B)は図5(A)に示した特性で露光
を行ったときのZ方向(光軸方向)に関する存在確率
(最良結像面の単位位置当たりの存在時間)を模式的に
表した図、図5(C)はウエハ上のレジスト層における
ホールパターンの中心位置、またはその近傍での露光量
(例えば、図7(D)〜(F)に示した露光量分布にお
けるピーク位置での露光量)の光軸方向(レジスト層の
厚さ方向)に関する分布(以下、簡単にレジスト層での
光量分布と呼ぶ)を模式的に表したものである。
The manner of exposure by the progressive focus exposure method adopted in the present invention will now be described with reference to FIG. Here, it is assumed that the pattern to be exposed is a hole pattern (a pattern in which a minute transmissive portion is formed on the base of the light shielding portion). FIG. 5A shows a Z position change pattern Z (t).
FIG. 5 (B) schematically shows the existence probability (presence time per unit position of the best imaging plane) in the Z direction (optical axis direction) when exposure is performed with the characteristics shown in FIG. 5 (A). FIG. 5C is a schematic diagram, and FIG. 5C shows the exposure amount at or near the center position of the hole pattern in the resist layer on the wafer (for example, in the exposure amount distributions shown in FIGS. 7D to 7F). 3 schematically shows a distribution of the exposure amount at the peak position) in the optical axis direction (thickness direction of the resist layer) (hereinafter, simply referred to as a light amount distribution in the resist layer).

【0017】さて、シャッターの開放開始時刻ta から
閉成終了時刻tb までの間に、図5(A)中に実線と一
点鎖線とで示す2通りの速度特性で、Zステージを位置
ZaからZeまで移動するものとすると、図5(B)に
示すような存在確率が得られる。図5(B)中に実際に
て示す存在確率は、位置Za〜Zb近傍と位置Zd〜Z
e近傍とでピーク(極大値)になっていることから、焦
点深度の拡大が図れることになる。ここでは、Zステー
ジを連続的に移動しているため、ピークとピークの間の
位置、例えばZb〜Zdで存在確率を零にすることはで
きない。
[0017] Now, between the opening start time t a of the shutter to close the end time t b, at a rate characteristic of the two types indicated by the solid line and one-dot chain line in FIG. 5 (A), the Z stage position Za If it is assumed that the object moves from Z to Ze, the existence probability as shown in FIG. 5B is obtained. The existence probabilities actually shown in FIG. 5 (B) are the positions Za to Zb and the positions Zd to Z.
Since there is a peak (maximum value) in the vicinity of e, it is possible to increase the depth of focus. Here, since the Z stage is continuously moved, the existence probability cannot be zero at the position between peaks, for example, Zb to Zd.

【0018】尚、Zステージの露光中の移動量、すなわ
ち位置ZaとZeとの間隔は、図5(C)中に実線にて
示すように実線で示した存在確率が得られるときのレジ
スト層での光量分布がほぼ一様となるように定められて
いるものとする。また、図5(C)において位置RZ1
はレジスト層とウエハとの境界面の位置を示し、位置R
2 はレジスト層の表面の位置を示している。
The amount of movement of the Z stage during exposure, that is, the distance between the positions Za and Ze, is the resist layer when the existence probability shown by the solid line in FIG. 5C is obtained. It is assumed that the light intensity distribution at is almost uniform. Further, in FIG. 5C, the position RZ 1
Indicates the position of the boundary surface between the resist layer and the wafer, and the position R
Z 2 indicates the position of the surface of the resist layer.

【0019】一方、図5(B)中に一点鎖線にて示す存
在確率も2つのピークをもっていることから、同様に焦
点深度の拡大が図れるが、実線に比べて2つのピークの
間での存在確率が高くなっている。従って、このような
場合、図5(C)中に一点鎖線で示すようにレジスト層
の光量分布は一様とはならず、実線の場合と比較して焦
点深度の拡大効果はさほど大きくないことがわかる。こ
のことは、Zステージによっては図5(A)中の一点鎖
線で示したような特性しか得られない場合があり、この
ような場合には焦点深度の大幅な拡大は期待できないこ
とを意味している。
On the other hand, since the existence probability shown by the alternate long and short dash line in FIG. 5B also has two peaks, the depth of focus can be similarly expanded, but the existence between the two peaks is larger than that of the solid line. The probability is high. Therefore, in such a case, the distribution of the light amount of the resist layer is not uniform as shown by the alternate long and short dash line in FIG. 5C, and the effect of increasing the depth of focus is not so large as compared with the case of the solid line. I understand. This means that depending on the Z stage, only the characteristics shown by the alternate long and short dash line in FIG. 5 (A) may be obtained, and in such a case, it is not possible to expect a significant increase in the depth of focus. ing.

【0020】ところで、焦点深度の拡大効果を高めるた
めには、図5中に実線で示した如くレジスト層での光量
分布がほぼ一様になるように、Zステージの露光中の移
動量を定めることが望ましい。しかしながら、ウエハ
(レジスト層)の段差(凹凸)が大きくなるに従って、
当然ながらZステージの移動量を上記適正値よりも大き
くしていかなければならない。逆に段差が小さく、少し
でもスループットを上げたい場合には、Zステージの移
動量を上記適正値よりも小さくすることがある。前者の
場合、レジスト層での厚さ方向の感光量(露光量)がそ
の中央付近で小さくなって、レジスト層での光量分布が
ほぼ一様とならなくなる。一方、後者の場合にはレジス
ト層の中央付近での感光量(露光量)が他の部分に比べ
て大きくなり、図5(C)中の一点鎖線と同様にレジス
ト層での光量分布が凸状となる。従って、いずれの場合
においてもレジストパターンのコントラストが悪化し
て、焦点深度の拡大効果が十分に望めなくなることがあ
る。
In order to enhance the effect of expanding the depth of focus, the amount of movement of the Z stage during exposure is determined so that the light amount distribution in the resist layer becomes substantially uniform as shown by the solid line in FIG. Is desirable. However, as the level difference (unevenness) of the wafer (resist layer) increases,
As a matter of course, the movement amount of the Z stage must be made larger than the appropriate value. On the contrary, when the step is small and it is desired to increase the throughput even a little, the movement amount of the Z stage may be made smaller than the appropriate value. In the former case, the exposure amount (exposure amount) in the thickness direction of the resist layer becomes small near its center, and the light amount distribution in the resist layer is not substantially uniform. On the other hand, in the latter case, the exposure amount (exposure amount) in the vicinity of the center of the resist layer is larger than that in other portions, and the light amount distribution in the resist layer is convex as in the one-dot chain line in FIG. 5C. Become a state. Therefore, in either case, the contrast of the resist pattern may be deteriorated, and the effect of increasing the depth of focus may not be sufficiently expected.

【0021】そこで、本発明ではフォーカス位置+Z1
と−Z1との2点(例えば、投影光学系の焦点深度の幅
程度に離れた2点)での存在確率をほぼ等しく極大に
し、その中間では露光されたレジストパターンのコント
ラスト劣化を招かない程度に存在確率を低く抑えるよう
に、シャッターが開いている間での感光基板と最良結像
面との光軸方向の連続移動を制御するとともに、最良結
像面の存在確率に応じて、少なくとも存在確率が低く抑
えられている間の所定時間だけ、マスクへの照明光強度
を減衰または増幅するように制御することとした。これ
を実現するため、以下の実施例ではマスクへの照明光強
度を少なくとも2段階に切り替えるように制御してい
る。ここで、特にホールパターン(遮光部下地に微小透
過部を形成したパターン)を露光する場合、照明光強度
調整手段は最良結像面の存在確率に応じて、ホールパタ
ーンの中心位置、またはその近傍での露光量(感光量)
の光軸方向に関する分布(レジスト層での光量分布)が
ほぼ一様となるように、所定時間だけマスクへの照明光
強度を減衰または増幅するように制御することになる。
これによって、Zステージの移動特性や位置+Z1 と−
1 との間隔等にかかわらず、常にレジスト層での光量
分布をほぼ一様にすることができ、累進焦点露光法にお
ける焦点深度の拡大効果を十分に得ることが可能とな
る。
Therefore, in the present invention, the focus position + Z 1
And -Z 1 at two points (for example, at two points separated by the width of the depth of focus of the projection optical system) are maximized to be approximately equal, and in the middle thereof, the contrast of the exposed resist pattern is not deteriorated. In order to suppress the existence probability to a low degree, while controlling the continuous movement of the photosensitive substrate and the best imaging plane in the optical axis direction while the shutter is open, at least depending on the existence probability of the best imaging plane, The intensity of illumination light to the mask is controlled to be attenuated or amplified only for a predetermined time while the existence probability is kept low. In order to realize this, in the following embodiments, the intensity of the illumination light to the mask is controlled to be switched in at least two stages. Here, particularly when exposing a hole pattern (a pattern in which a minute transmissive portion is formed on the base of a light shielding portion), the illumination light intensity adjusting means determines the center position of the hole pattern or its vicinity according to the existence probability of the best image plane. Exposure amount (sensitivity amount)
The intensity of the illumination light to the mask is controlled to be attenuated or amplified for a predetermined time so that the distribution in the direction of the optical axis of (1) (light amount distribution in the resist layer) becomes substantially uniform.
As a result, the movement characteristics of the Z stage and the positions + Z 1 and −
Regardless of the distance from Z 1 and the like, the light amount distribution in the resist layer can always be made substantially uniform, and the effect of expanding the depth of focus in the progressive exposure method can be sufficiently obtained.

【0022】[0022]

【実施例】図1は本発明の実施例による投影露光装置の
構成を示す図である。図1において、水銀放電灯1から
の照明光は楕円鏡2で第2焦点に集光される。その第2
焦点近傍には、複数のブレードを有するロータリーシャ
ッター3がモータ4によって回転可能に配置される。第
2焦点で集光してシャッター3を透過した照明光は、イ
ンプットレンズ5、フライアイレンズ等を含むオプチカ
ルインテグレータ6に入射する。オプチカルインテグレ
ータ6の射出面側には複数の2次光源像が結像して面光
源が作られる。その2次光源像の夫々からの照明光は、
わずかな透過率(例えば10%程度)を有するミラー7
で反射された後、第1リレーレンズ系8に入射し、レチ
クルブラインド9の面で積算され、ほぼ均一化された照
度分布でレチクルブラインド9を照明する。レチクルブ
ラインド9はレチクルR上の照明範囲を制限するための
もので、ブラインド9の開口像は第2リレーレンズ系1
0、ミラー11及びコンデンサーレンズ12を介して、
レチクルRのパターン面に結像される。
1 is a diagram showing the construction of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the illumination light from the mercury discharge lamp 1 is focused on the second focus by the elliptical mirror 2. The second
A rotary shutter 3 having a plurality of blades is rotatably arranged by a motor 4 near the focal point. The illumination light condensed at the second focus and transmitted through the shutter 3 enters an optical integrator 6 including an input lens 5, a fly-eye lens and the like. A plurality of secondary light source images are formed on the exit surface side of the optical integrator 6 to form a surface light source. The illumination light from each of the secondary light source images is
Mirror 7 having a slight transmittance (for example, about 10%)
After being reflected by, the light enters the first relay lens system 8, is integrated on the surface of the reticle blind 9, and illuminates the reticle blind 9 with a substantially uniform illuminance distribution. The reticle blind 9 is for limiting the illumination range on the reticle R, and the aperture image of the blind 9 is the second relay lens system 1
0, through the mirror 11 and the condenser lens 12,
An image is formed on the pattern surface of the reticle R.

【0023】レチクルRのパターンの透明部を透過した
照明光は投影レンズPLを通ってウエハWに達し、ウエ
ハWの表面近傍にレチクルパターンの投影像が結像され
る。ウエハWはXYステージ13上に配置されたZステ
ージ14のホルダ(不図示)上に真空吸着される。Zス
テージ14は、XYステージ13上の駆動部(モータと
タコジェネレータ)15によって投影レンズPLの光軸
方向に移動する。通常、Zステージ14は、投光器16
と受光器17とで構成される斜入射光式焦点検出系(A
Fセンサー)からのフォーカス信号を入力するAFユニ
ット18の制御のもとで、駆動部15をサーボ動作させ
ることで、光軸方向に移動する。これは、通常の1回露
光のときに行なわれるオートフォーカス動作である。ま
た、XYステージ13上には投影レンズPLを通ってき
た照明光(レチクルRのパターン像、またはレチクルブ
ラインド9の開口像)の強度を検出する光電センサー1
9が設けられている。
The illumination light transmitted through the transparent portion of the pattern of the reticle R reaches the wafer W through the projection lens PL, and a projected image of the reticle pattern is formed near the surface of the wafer W. The wafer W is vacuum-sucked on a holder (not shown) of the Z stage 14 arranged on the XY stage 13. The Z stage 14 is moved in the optical axis direction of the projection lens PL by a drive unit (motor and tachogenerator) 15 on the XY stage 13. Normally, the Z stage 14 includes a projector 16
And an optical receiver 17 for oblique incidence light type focus detection system (A
Under the control of the AF unit 18 which receives the focus signal from the F sensor, the driving unit 15 is servo-operated to move in the optical axis direction. This is an autofocus operation performed during normal single exposure. Further, the photoelectric sensor 1 that detects the intensity of the illumination light (the pattern image of the reticle R or the opening image of the reticle blind 9) that has passed through the projection lens PL on the XY stage 13.
9 is provided.

【0024】ここで、本実施例における駆動部15は、
累進焦点露光のためにZステージ14を移動する際、例
えば図5(B)中に実線で示したような存在確率(最良
結像面の光軸方向に関する単位位置当たりの存在時間)
が得られるようにZステージ14を駆動するものとす
る。従って、駆動部15が本発明におけるステージ制御
手段に相当する。また、Zステージ14の露光中の移動
量は、例えばウエハW上の1つのショット領域(レジス
ト層)での段差(凹凸)に応じて定められるものとし、
本実施例では受光器17からのフォーカス信号に基づい
てAFユニット18が駆動部15を制御することにより
その移動量を正確に設定している。
Here, the drive unit 15 in this embodiment is
When the Z stage 14 is moved for progressive focus exposure, for example, the existence probability as shown by the solid line in FIG. 5B (existence time per unit position in the optical axis direction of the best imaging plane).
It is assumed that the Z stage 14 is driven so that Therefore, the drive unit 15 corresponds to the stage control means in the present invention. The amount of movement of the Z stage 14 during exposure is determined according to, for example, a step (unevenness) in one shot area (resist layer) on the wafer W,
In this embodiment, the AF unit 18 controls the drive unit 15 based on the focus signal from the light receiver 17 to accurately set the amount of movement.

【0025】ところで、ミラー7の後方には、シャッタ
ー3を通ってきた照明光の一部を受光して光強度を検出
する光電センサー20が配置され、光電センサー20の
光電信号は光量積分をデジタル的に行うインテグレータ
回路21に入力する。インテグレータ回路21は、光電
信号を所定量だけ増幅した信号ILを主制御系100に
出力する。信号ILはレチクルR上の照度、もしくはウ
エハW上の照度に比例している。さらにインテグレータ
回路21は、主制御系100によって予め設定された適
正露光量の値と、先の光量積分した値とが一致したとき
に、シャッター3の閉成信号Scを出力する比較的回路
を含んでいる。この閉成信号Scはシャッタードライバ
ー22にも送られ、これによってモータ4は一定量だけ
回転させられ、シャッター3が閉じる。またドライバー
22は、シャッター3の開放指令やシャッターステータ
ス信号等を主制御系100との間でやり取りする。通常
の1回露光の場合は、光電センサー20、インテグレー
タ回路21、シャッタードライバー22、及びモータ4
のループによって自動露光・制御が行なわれる。
By the way, behind the mirror 7, there is arranged a photoelectric sensor 20 which receives a part of the illumination light which has passed through the shutter 3 and detects the light intensity. It is input to the integrator circuit 21 that is performed on a regular basis. The integrator circuit 21 outputs a signal IL obtained by amplifying the photoelectric signal by a predetermined amount to the main control system 100. The signal IL is proportional to the illuminance on the reticle R or the illuminance on the wafer W. Further, the integrator circuit 21 includes a relatively circuit that outputs the closing signal Sc of the shutter 3 when the value of the proper exposure amount preset by the main control system 100 and the value obtained by integrating the previous light amount match. I'm out. This closing signal Sc is also sent to the shutter driver 22, whereby the motor 4 is rotated by a fixed amount, and the shutter 3 is closed. Further, the driver 22 exchanges an opening command for the shutter 3 and a shutter status signal with the main control system 100. In the case of normal single exposure, the photoelectric sensor 20, the integrator circuit 21, the shutter driver 22, and the motor 4 are used.
The automatic exposure / control is performed by the loop.

【0026】一方、水銀放電灯(以下、単にランプと呼
ぶ)1は、ランプ制御ユニット23によって供給電力が
コントロールされている。近年、ステッパーでは、露光
のスループットを高めるためシャッター3の開放中だ
け、ランプ1への供給電力を定格電力の2倍程度に増大
させるフラッシュ露光方式が採用されている。ランプ制
御ユニット23はノーマル露光方式かフラッシュ露光方
式かの切替え指令を主制御系100から与えられるとと
もに、フラッシュ露光のときはシャッター3の開放開始
時に連動してランプ1への供給電力を増加させる。本実
施例では、ランプ制御ユニット23が本発明の照明光強
度調整手段として機能し、シャッター開状態でランプ1
の発光輝度をコントロールする。
On the other hand, the mercury discharge lamp (hereinafter, simply referred to as a lamp) 1 has its power supply controlled by a lamp control unit 23. In recent years, the stepper has adopted a flash exposure method in which the electric power supplied to the lamp 1 is increased to about twice the rated electric power only while the shutter 3 is open in order to increase the exposure throughput. The lamp control unit 23 is provided with a command for switching between the normal exposure method and the flash exposure method from the main control system 100, and increases the power supplied to the lamp 1 in conjunction with the opening start of the shutter 3 during the flash exposure. In this embodiment, the lamp control unit 23 functions as the illumination light intensity adjusting means of the present invention, and the lamp 1 is opened in the shutter open state.
Control the emission brightness of.

【0027】尚、図1中のXYステージ13はウエハW
上の複数のショット領域の夫々を投影レンズPLの直下
に次々に移動するようにステッピングするが、そのこと
は本発明と直接関係しないので、ここではXYステージ
13の駆動部、制御系の図示を省略してある。次に、図
2を参照して本発明の主要部に関する主制御系100の
機能ブロックを説明する。この図2中の各ブロックの機
能は、電気回路のハードウエア、又はマイクロコンピュ
ータ等のソフトウエアのいずれかで達成される。
The XY stage 13 in FIG.
Each of the plurality of shot areas above is stepped so as to move directly below the projection lens PL one after another, but this is not directly related to the present invention, so here, the drive unit of the XY stage 13 and the control system are illustrated. Omitted. Next, the functional blocks of the main control system 100 relating to the main part of the present invention will be described with reference to FIG. The function of each block in FIG. 2 is achieved by either hardware of an electric circuit or software such as a microcomputer.

【0028】図2において、アナログ−デジタル変換器
(ADC)110は、光電センサー20からの増幅され
た光電信号ILを入力して、一定サンプリング時間毎に
信号ILのレベルをデジタル値に変換する。この変換さ
れたデジタル値はメモリ(RAM)111にアドレス順
に記憶される。RAM111のアドレス値はカウンタ1
12で発生されるが、このカウンタ112はクロックジ
ェネレータ113で作られたクロックパルスCKPがゲ
ート114を通過する間だけ、そのパルス数を計数す
る。ゲート114のオープン、クローズはマイクロプロ
セッサ(μP)150からの信号CS1 によって切り替
えられる。
In FIG. 2, an analog-to-digital converter (ADC) 110 inputs the amplified photoelectric signal IL from the photoelectric sensor 20 and converts the level of the signal IL into a digital value at every constant sampling time. The converted digital value is stored in the memory (RAM) 111 in the order of addresses. The address value of RAM111 is counter 1
The counter 112 counts the number of pulses generated by the clock generator 113 only while the clock pulse CKP generated by the clock generator 113 passes through the gate 114. Opening and closing of the gate 114 are switched by a signal CS 1 from the microprocessor (μP) 150.

【0029】このμP150は、バスラインDB1 、D
2 を介して図1中のAFユニット18とシャッタード
ライバー22とも相互に接続され、制御に必要なデータ
のやり取りを行なう。データ入力部(またはマン・マシ
ン・インターフェース)120は、オペレータからの指
令やデータを入力するもので、主な指令は累進焦点露光
か通常露光かの切り替え指令と露光開始指令であり、ま
た主なデータは1ショット当たりの適正(目標)露光量
と、累進焦点露光時におけるZステージ14の移動幅で
ある。Zステージの初期特性データ部130は、主にZ
ステージ14の移動速度特性のデータ(最高速度値、加
速度値等)を記憶している。この速度特性のデータは、
Zステージ14の駆動部15に設けられたタコジェネレ
ータからの出力値を一定のサンプリング時間毎にA/D
コンバータでデジタル値に変換し、バスラインDB1
介してμP150内のメモリに読み込んだ後、μP15
0の解析によって容易に求めることができる。μP15
0で求められたデータは、初期特性データ部130に記
憶されるが、Zステージ14は下から上へ動かす場合と
上から下へ動かす場合とで、速度特性が異なることがあ
るので、その両方の場合について速度特性を求めて記憶
しておくことが好しい。
This μP 150 is connected to the bus lines DB 1 and D
The AF unit 18 and the shutter driver 22 shown in FIG. 1 are also mutually connected via B 2 and exchange data required for control. A data input unit (or man-machine interface) 120 inputs commands and data from an operator, and main commands are a switching command between progressive focus exposure and normal exposure and an exposure start command. The data is the proper (target) exposure amount per shot and the movement width of the Z stage 14 during progressive focus exposure. The initial characteristic data section 130 of the Z stage is mainly composed of Z
Data of the moving speed characteristic of the stage 14 (maximum speed value, acceleration value, etc.) is stored. This speed characteristic data is
The output value from the tacho-generator provided in the drive unit 15 of the Z stage 14 is converted into an A / D value at regular sampling intervals.
It is converted to a digital value by a converter and read to the memory inside the μP150 via the bus line DB 1 , then μP15
It can be easily obtained by analysis of 0. μP15
The data obtained by 0 is stored in the initial characteristic data section 130. However, since the Z stage 14 may have different speed characteristics when moved from the bottom to the top and when moved from the top to the bottom, both of them may be used. It is preferable to obtain and store the speed characteristic in the case of.

【0030】またμP150はシャッター3の開成信号
Scの入力に基づいて、ゲート114への信号CS1
出力中止を制御する。さらにμP150はバスラインD
3 を介して各種の警告をオペレータへ出力する。その
警告の1つとしては、データ入力部120に入力された
露光条件のもとで累進焦点露光を行なうことが困難であ
ること、従って、何らかの条件を修正する必要があるこ
と等を知らせる。そして、μP150はランプ制御ユニ
ット23に対して供給電力の変更指令、変更すべき電力
値の情報を出力する。
Further, the μP 150 controls the output stop of the signal CS 1 to the gate 114 based on the input of the opening signal Sc of the shutter 3. Furthermore, μP150 is bus line D
Various warnings are output to the operator via B 3 . One of the warnings is that it is difficult to perform the progressive focus exposure under the exposure condition input to the data input unit 120, and therefore some condition needs to be corrected. Then, the μP 150 outputs to the lamp control unit 23 an instruction to change the supplied power and information on the power value to be changed.

【0031】次に、本実施例の基本動作を説明する。
尚、本実施例ではレジスト層での光量分布が一様とはな
っておらず、図5(C)中に一点鎖線で示したような凸
状の分布となっているものとして説明を進めることにす
る。また、ここでは露光すべきパターンをホールパター
ン(白ぬきの微小矩形)として説明を行っている。まず
初めに、図1中のシャッター3は閉じた状態、ランプ制
御ユニット23はフラッシュ露光方式にセットされた状
態、そしてインテグレータ回路21内の光量積分値は零
にリセットされた状態にあるものとする。
Next, the basic operation of this embodiment will be described.
In the present embodiment, the description will be made assuming that the light amount distribution in the resist layer is not uniform and has a convex distribution as shown by the one-dot chain line in FIG. 5 (C). To In addition, here, the pattern to be exposed is described as a hole pattern (white small rectangle). First, it is assumed that the shutter 3 in FIG. 1 is closed, the lamp control unit 23 is set to the flash exposure method, and the integrated value of the light amount in the integrator circuit 21 is reset to zero. ..

【0032】ここで、フラッシュ露光方式でのシャッタ
ーの開状態で実行する場合の一例を図3を参照して説明
する。図3(A)はシャッター開閉特性の一例であり、
時刻tSOでシャッタードライバー22に対して開指令が
出力され、同時にμP150から信号CS1 が出力され
る。時刻t0 でシャッター3が開き始め、レチクルR上
の照度が零から上昇し、一定時間後に全開になる。この
とき、図3(B)に示すように、ランプ制御ユニット2
3はシャッター開指令が出力される時刻tSOの直前に、
ランプ1への供給電力を定格電力Pmからフラッシュ用
電力Ph(Pn<Ph<2Pn)に高め、ランプ1の発
光強度を高める。その後、シャッター3が全開している
間の時刻tfdからtfuまでの間は、ランプ1への供給電
力を定格電力Pnまで低下させる。そして時刻tfuから
シャッター3の閉成が完了する時刻t5 までの間は、再
びフラッシュ用電力Phまでランプ供給電力を高め、時
刻t5 の経過の後で、ランプ1の供給電力を元の定格電
力Pnに戻す。シャッター3の閉信号(SC1 )は、2
回目にフラッシュ・アップされる時刻tfuの後の時刻t
scに出力される。
An example of the flash exposure method executed with the shutter open will be described with reference to FIG. FIG. 3A is an example of shutter opening / closing characteristics,
At time t SO , an opening command is output to the shutter driver 22, and at the same time, the signal CS 1 is output from the μP 150. At time t 0 , the shutter 3 starts to open, the illuminance on the reticle R rises from zero, and the shutter 3 is fully opened after a fixed time. At this time, as shown in FIG. 3 (B), the lamp control unit 2
3 is immediately before time t SO when the shutter open command is output,
The power supplied to the lamp 1 is increased from the rated power Pm to the flash power Ph (Pn <Ph <2Pn) to increase the light emission intensity of the lamp 1. After that, the power supplied to the lamp 1 is reduced to the rated power Pn from the time t fd to the time t fu while the shutter 3 is fully opened. Then, from the time t fu to the time t 5 when the closing of the shutter 3 is completed, the lamp supply power is increased to the flash power Ph again, and after the time t 5 , the supply power of the lamp 1 is restored to the original value. Return to the rated power Pn. The closing signal (SC 1 ) of the shutter 3 is 2
Time t after time t fu when the flash is flashed up for the second time
Output to sc .

【0033】尚、本実施例ではウエハW上の段差に応じ
てZステージ14の露光中の移動量(後述の位置Z0
5 との間隔に相当)を定めているため、レジスト層で
の光量分布が不均一になり得るが、ここでは上記の如く
定格電力Pnとフラッシュ用電力Phとを切り替えるこ
とによって解消されるものとする。換言すれば、レジス
ト層での光量分布がほぼ一様になるように、存在確率が
ピークとなる位置近傍でのフラッシュ用電力Phの値
と、その中間位置での定格電力Pnの値とが定められて
いる。
In this embodiment, the amount of movement of the Z stage 14 during exposure (corresponding to the distance between the positions Z 0 and Z 5 described later) is determined according to the step on the wafer W. However, it is assumed here that this is solved by switching the rated power Pn and the flash power Ph as described above. In other words, the value of the power Ph for flash near the position where the existence probability has a peak and the value of the rated power Pn at the intermediate position are determined so that the light amount distribution in the resist layer becomes substantially uniform. Has been.

【0034】さて、このような制御方式にすると、ウエ
ハW上に与えられる照度の時間変化特性は図3(C)の
ようになる。ウエハW上の1つのショット領域に対して
与えられる総露光量は、図3(C)の特性において時刻
0 からt5 までの照度を積分したものである。従っ
て、図3(C)の特性で与えられた露光量が、そのウエ
ハWに対する適正露光量(またはオペレータによって設
定された値)と一致するように制御すれば良く、これに
よって簡単に露光量制御精度を所望の許容範囲内に抑え
ることが可能となる。
Now, with such a control system, the time variation characteristic of the illuminance given on the wafer W is as shown in FIG. 3 (C). The total exposure amount given to one shot area on the wafer W is the integration of the illuminance from time t 0 to t 5 in the characteristic of FIG. Therefore, it suffices to control the exposure amount given by the characteristics of FIG. 3C so as to match the appropriate exposure amount (or a value set by the operator) for the wafer W, whereby the exposure amount can be easily controlled. It is possible to keep the accuracy within a desired allowable range.

【0035】尚、図3中で時刻t0 はtsoに対して一定
の遅れを伴っているが、これはシャッター3の機械的な
応答遅れ、シャッタードライバー22内の電気的な応答
遅れ等が存在するからである。また、ロータリーシャッ
ターではシャッターの開放動作(立上り)特性と閉成動
作(立下り)特性とはほぼ対称的になるが、必ずしも一
致するとは限らない。
In FIG. 3, the time t 0 is accompanied by a certain delay with respect to t so . This is due to the mechanical response delay of the shutter 3 and the electrical response delay in the shutter driver 22. Because it exists. Further, in the rotary shutter, the opening operation (rising) characteristic and the closing operation (falling) characteristic of the shutter are almost symmetrical, but they do not always match.

【0036】さて、本実施例における累進焦点露光で
は、露光中に光軸方向の離れた2点の各々で存在確率が
ピークとなるようにZステージ14を駆動させている
が、その2点を時刻t0 〜tfdの間と時刻tfu〜t5
間に定めるものとする。このため、シャッター3が開状
態(時刻t0 〜t5 )になっているときにZステージ1
4を移動させる速度は、時刻t0 〜tfdの間、時刻tfu
〜t5 の間では遅くし、時刻tfd〜tfuの間では早くす
る。すなわち、シャッターが開いている間に、Zステー
ジ14を一定速度で動すのではなく、加速、減速制御す
るようにする。
In the progressive focus exposure of this embodiment, the Z stage 14 is driven so that the existence probability reaches a peak at each of two points separated in the optical axis direction during exposure. It is set between time t 0 and t fd and between time t fu and t 5 . Therefore, when the shutter 3 is in the open state (time t 0 to t 5 ), the Z stage 1
4 is moved at a time t fu between time t 0 and t fd.
It is late between ~ t 5 and early between times t fd and t fu . That is, while the shutter is open, the Z stage 14 is not moved at a constant speed, but is accelerated and decelerated.

【0037】まず、実際の露光動作に先立って、図3
(C)のような特性で適正露光量が得られるか否かをシ
ャッターの開閉によって確認する。この場合、1つの条
件例として、時間(tfd−t0 )と時間(t5 −tfu
とがほぼ等しくなるように設定しておくものとする。但
し、制御精度の安定化を図るため、フラッシュ・ダウン
時刻tfdとフラッシュ・アップ時刻tfuはいずれもシャ
ッター全開中に生ずるように設定する。そして、ウエハ
Wが投影レンズPLの直下にない状態で、シャッター3
を図3のような制御モードで駆動し、インテグレータ回
路21によって時刻t0 〜t5 までの積算露光量を検出
する。その積算露光量は、μP150に読み込まれ、適
正露光量との比較が行なわれる。適正露光量に対して許
容値以上の過不足がある場合は、シャッター時間(tsc
−tso)を調整し直すとともに、フラッシュダウン時間
(tfu−tfd)を調節する。そして再度、ダミー露光を
行なって、適正露光量が得られるか否かを確認する。こ
れらの確認、調整作業は複数回行なって、安定したとこ
ろで、図3(C)の特性を図2中のRAM111に記憶
する。
First, prior to the actual exposure operation, as shown in FIG.
It is confirmed by opening and closing the shutter whether or not the proper exposure amount can be obtained with the characteristic as shown in (C). In this case, as one condition example, time (t fd −t 0 ) and time (t 5 −t fu ).
It should be set so that and are almost equal. However, in order to stabilize the control accuracy, both the flash down time t fd and the flash up time t fu are set so as to occur while the shutter is fully open. Then, with the wafer W not under the projection lens PL, the shutter 3
Is driven in the control mode as shown in FIG. 3, and the integrator circuit 21 detects the integrated exposure amount from time t 0 to t 5 . The integrated exposure amount is read by the μP 150 and compared with the appropriate exposure amount. If there is an excess or deficiency more than the allowable value with respect to the proper exposure amount, the shutter time (t sc
-T so ) is readjusted and the flashdown time (t fu -t fd ) is adjusted. Then, dummy exposure is performed again to confirm whether or not an appropriate exposure amount can be obtained. These confirmation and adjustment operations are performed a plurality of times, and when stable, the characteristics of FIG. 3C are stored in the RAM 111 in FIG.

【0038】次に、図3(C)の照度特性に基づいて、
Zステージ14の駆動条件を演算によって求める。本実
施例では、図3(C)中の時刻t0 〜tfdの間と、時刻
fu〜t5 の間とで、Zステージ14の移動を低速に
し、時刻tfd〜tfuの間ではZステージ14を高速に移
動させるような速度制御パターンにする。図4はZステ
ージの速度変化パターン、Z方向位置変化パターンと照
度変化特性との関係の一例を表わしたものである。図4
(A)は図3(A)と同じ照度特性P(t)のグラフで
あり、図4(B)は速度変化パターンV(t)のグラ
フ、図4(C)はZ位置変化パターンZ(t)のグラフ
である。本実施例では、フラッシュダウン時刻tfdまで
はZステージを低い速度v1 で等速移動させ、フラッシ
ュダウン中(tfd〜tfu)は高い速度v2 で移動させ、
そしてフラッシュアップ時刻tfuからは再び低い速度v
3 で等速移動させる。
Next, based on the illuminance characteristic of FIG.
The driving condition of the Z stage 14 is calculated. In this embodiment, in a period from time t 0 ~t fd in FIG. 3 (C), the and between time t fu ~t 5, the movement of the Z stage 14 to a low speed, during the time t fd ~t fu Then, the speed control pattern is set so as to move the Z stage 14 at high speed. FIG. 4 shows an example of the relationship between the velocity change pattern of the Z stage, the Z direction position change pattern, and the illuminance change characteristic. Figure 4
FIG. 4A is a graph of the same illuminance characteristic P (t) as FIG. 3A, FIG. 4B is a graph of speed change pattern V (t), and FIG. 4C is a Z position change pattern Z ( It is a graph of t). In the present embodiment, the Z stage is moved at a low speed v 1 at a constant speed until the flash down time t fd, and is moved at a high speed v 2 during the flash down (t fd to t fu ).
And from the flash-up time t fu, the speed is low again v
Move at a constant speed with 3 .

【0039】以上のような速度特性でZステージ14を
駆動することによって、図4の特性から明らかなよう
に、累進焦点露光においてZステージ14の移動に伴う
光軸方向(Z方向)に関するベストフォーカス像の分布
(存在確率)は、Z方向の位置Z0 〜Z1 の間と位置Z
4 〜Z5 の間とで極大値をとることになる(図5(B)
中の実線)。さらに、本実施例では最良結像面の存在確
率に応じて、存在確率が小さくなっている区間(例え
ば、図5(B)中の実線における位置ZbとZdとの間
に相当)だけ、ランプ1の電力を定格電力Pmに設定し
て照明光強度を減衰させているので、レジスト層での光
量分布、すなわちホールパターンの中心位置、またはそ
の近傍での露光量(感光量)の光軸方向に関する分布が
ほぼ一様となり、これらによって焦点深度の拡大効果が
十分に得られることになる。尚、本実施例ではZステー
ジ14の速度特性V(t)、位置特性Z(t)、及びシ
ャッター開閉時の照度特性P(t)を厳密に管理してい
るため、図5(B)に示した実線(存在確率)において
2つの極大値をほぼ等しくすることができ、焦点深度の
拡大効果を最も高めることが可能となる。
By driving the Z stage 14 with the above speed characteristics, as is clear from the characteristics of FIG. 4, the best focus in the optical axis direction (Z direction) accompanying the movement of the Z stage 14 in progressive focus exposure. The image distribution (probability of existence) is calculated between the positions Z 0 to Z 1 in the Z direction and the position Z.
The maximum value is taken between 4 and Z 5 (Fig. 5 (B)).
Solid line inside). Further, in the present embodiment, the lamp is provided only in the section in which the existence probability is small according to the existence probability of the best imaging plane (for example, between the positions Zb and Zd on the solid line in FIG. 5B). Since the illumination light intensity is attenuated by setting the power of 1 to the rated power Pm, the light amount distribution in the resist layer, that is, the central position of the hole pattern, or the exposure amount (photosensitive amount) in the vicinity thereof in the optical axis direction. The distribution of is almost uniform, and the effect of expanding the depth of focus is sufficiently obtained. In this embodiment, the velocity characteristic V (t), the position characteristic Z (t), and the illuminance characteristic P (t) at the time of opening / closing the shutter are strictly managed in the present embodiment. The two maximum values can be made substantially equal to each other in the solid line (probability of existence) shown, and the effect of expanding the depth of focus can be maximized.

【0040】ところで、露光中のZステージのZ位置
は、図1中に示したAFユニット18によって検出可能
であるが、Zステージの露光時の移動幅が大きいと、A
Fセンサーの検出範囲を超えることもある。この場合、
図4(C)中に示した位置Z1 、Z4 近傍ではフォーカ
ス信号が得られなくなるので、Zステージの駆動量をモ
ニターするポテンションメータやポジションセンサーか
ら位置情報を得るようにすれば良い。これに関連して、
例えばAFセンサーによってウェハWの表面の高さ位置
をモニターしつつ、ベストフォーカス位置ZCでフォー
カス信号が合焦を表す状態(例えば零点)になる時刻を
チェックし、この時刻が時刻t2 とt3 のほぼ中点に存
在するか否かを判定することで、1ショットに対する露
光動作が良好に行なわれたかどうかを概略的に知ること
もできる。
By the way, the Z position of the Z stage during exposure can be detected by the AF unit 18 shown in FIG. 1, but if the movement range of the Z stage during exposure is large, A
It may exceed the detection range of the F sensor. in this case,
Since the focus signal cannot be obtained in the vicinity of the positions Z 1 and Z 4 shown in FIG. 4C, the position information may be obtained from a potentiometer or a position sensor that monitors the drive amount of the Z stage. In this connection
For example, while monitoring the height position of the surface of the wafer W by the AF sensor, the time at which the focus signal at the best focus position ZC indicates the focus (for example, the zero point) is checked, and these times are times t 2 and t 3. It is also possible to roughly know whether or not the exposure operation for one shot has been successfully performed by determining whether or not the exposure operation is performed at approximately the midpoint.

【0041】以上のように、本実施例ではランプ1への
供給電力を2段階(Ph、Pn)に切り替えるようにし
ていた。一般に、水銀放電灯は定格電力(電圧、電流)
以上で点灯させるのが望しいが、短時間であれば定格電
力以下にすることも可能である。そこで、ランプ1への
供給電力を3段階以上切替可能としておくことによっ
て、より精度良くレジスト層での光量分布を一様にする
ことができる。また、上記実施例では存在確率が低くな
っている区間で照度を小さくしていたが、Zステージ1
4の露光中の移動幅が大きく、レジスト層での光量分布
が凹状になり得る場合は、逆に上記区間で照度を上げる
ようにすることは言うまでもない。
As described above, in the present embodiment, the electric power supplied to the lamp 1 is switched in two stages (Ph, Pn). Generally, mercury discharge lamps have rated power (voltage, current)
Although it is desirable to turn on the light as described above, it is possible to reduce the power to the rated power or less for a short time. Therefore, by making it possible to switch the power supply to the lamp 1 in three or more steps, it is possible to more accurately make the light amount distribution in the resist layer uniform. Further, in the above-described embodiment, the illuminance is reduced in the section where the existence probability is low.
Needless to say, in the case where the movement width of 4 during exposure is large and the light amount distribution in the resist layer may be concave, the illuminance is increased in the above section.

【0042】また、上記実施例では光源として水銀ラン
プを用いることとしたが、レーザ光(エキシマレーザ
等)を用いても構わない。照明光強度を調整するために
は、例えば光源に対する印加電圧(または充電電圧)、
あるいは繰り返しパルス数等を変化させることによっ
て、レーザ出力を微調整することが可能となる。また、
露光中に最良結像面とウエハとを光軸方向に連続移動さ
せる手段として、上記実施例ではZステージ14を用い
ていたが、その代わりにレチクルRを光軸方向に移動す
る、あるいは投影レンズPLの軸上色収差を利用して露
光用照明光の波長をシフトさせることによって、ウエハ
Wに対して最良結像面を光軸方向に相対的に移動させる
ようにしても良い。さらに、上記実施例ではホールパタ
ーンを露光する場合について説明したが、これ以外のパ
ターン、例えばコントラスト・エンハンスト・レイヤ
(CEL)を用いることによってラインアンドスペース
パターン等のパターンに対しても本発明を適用すること
ができる。
Although the mercury lamp is used as the light source in the above embodiment, laser light (excimer laser or the like) may be used. To adjust the illumination light intensity, for example, the applied voltage (or charging voltage) to the light source,
Alternatively, the laser output can be finely adjusted by changing the number of repetitive pulses. Also,
Although the Z stage 14 is used in the above embodiment as a means for continuously moving the best imaging plane and the wafer in the optical axis direction during exposure, instead of moving the reticle R in the optical axis direction, or by using a projection lens. The wavelength of the exposure illumination light may be shifted using the axial chromatic aberration of PL to move the best image formation plane relative to the wafer W in the optical axis direction. Further, in the above embodiment, the case where the hole pattern is exposed has been described, but the present invention is applied to a pattern such as a line and space pattern by using a pattern other than this, for example, a contrast enhanced layer (CEL). can do.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、1回の露
光時間(1回のシャッター開放動作)の間に、投影光学
系の最良結像面と感光基板とを光軸方向に予め制御され
た速度特性で相対的に移動させているため、時間当たり
の感光基板の処理能力(スループット)を極端に低下さ
せることない。しかも、マスクへの照明光強度を調整し
て、常に感光基板(半導体ウエハやガラスプレート上の
レジスト層)での厚さ方向の感光量(露光量)をほぼ一
様としているため、特にホールパターンの露光において
十分な焦点深度の拡大効果を得ることができる。
As described above, according to the present invention, the best image plane of the projection optical system and the photosensitive substrate are preliminarily arranged in the optical axis direction during one exposure time (one shutter opening operation). Since the movement is relatively performed with the controlled speed characteristic, the processing capacity (throughput) of the photosensitive substrate per unit time is not significantly reduced. Moreover, the intensity of light (exposure amount) in the thickness direction on the photosensitive substrate (resist layer on the semiconductor wafer or glass plate) is always made almost uniform by adjusting the intensity of the illumination light to the mask. It is possible to obtain a sufficient effect of expanding the depth of focus in the exposure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例による投影露光装置の構成の一
例を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1中の主制御系の具体的な構成を示すブロッ
ク図。
FIG. 2 is a block diagram showing a specific configuration of a main control system in FIG.

【図3】本発明の実施例による投影露光装置の基本動作
の説明に供する図。
FIG. 3 is a diagram for explaining a basic operation of the projection exposure apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図4】シャッター開閉に伴う照度変化特性とZステー
ジの駆動特性との一例を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing an example of an illuminance change characteristic due to opening and closing of a shutter and a drive characteristic of a Z stage.

【図5】累進焦点露光法による露光の様子を説明する
図。
FIG. 5 is a diagram for explaining the manner of exposure by a progressive focus exposure method.

【図6】Zステージを等速移動させながら露光するとき
の存在確率を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing the existence probability when performing exposure while moving the Z stage at a constant speed.

【図7】従来の多重露光法による露光の様子を説明する
図。
FIG. 7 is a diagram illustrating a state of exposure by a conventional multiple exposure method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 水銀放電灯 3 シャッター 14 Zステージ 15 駆動部(モータ、タコジェネレータ) 18 AFユニット 23 ランプ制御ユニット 100 主制御系 R レチクル PL 投影レンズ W ウエハ 1 Mercury Discharge Lamp 3 Shutter 14 Z Stage 15 Drive Unit (Motor, Tacho Generator) 18 AF Unit 23 Lamp Control Unit 100 Main Control System R Reticle PL Projection Lens W Wafer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白石 直正 東京都品川区西大井1丁目6番3号 株式 会社ニコン大井製作所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Naomasa Shiraishi 1-6-3 Nishioi, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Nikon Oi Manufacturing Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定のパターンが形成されたマスクを照
明する照明光を発生する光源と、該マスクへの照明光の
照射と遮断とを切り替えるシャッターと、前記マスクの
パターン像を投影する投影光学系と、該投影光学系の最
良結像面の近傍に感光基板を保持するとともに、前記シ
ャッターが開いている間に前記感光基板を光軸方向に移
動可能な可動ステージと、前記マスクへの照明光の量に
対応した値を検出する光電検出器と、該光電検出器によ
って検出された値に基づいて前記シャッターの開閉を制
御するシャッター制御手段とを有する投影露光装置にお
いて、 前記シャッターの開放開始時点から閉成終了時点までの
間の前記投影光学系の最良結像面の光軸方向に関する単
位位置当たりの存在時間が光軸方向の少なくとも2ヶ所
でほぼ等しい極大値となるように前記可動ステージを制
御するステージ制御手段と;前記最良結像面の光軸方向
に関する単位位置当たりの存在時間に応じて、前記シャ
ッターの開放開始時点と閉成終了時点との間の所定時間
だけ、前記マスクを照射する照明光を減衰または増幅さ
せる照明光強度調整手段とを備えたことを特徴とする投
影露光装置。
1. A light source for generating illumination light for illuminating a mask on which a predetermined pattern is formed, a shutter for switching between irradiation and blocking of the illumination light on the mask, and projection optics for projecting a pattern image of the mask. System, a movable stage that holds the photosensitive substrate in the vicinity of the best image plane of the projection optical system, and is movable in the optical axis direction while the shutter is open, and illumination to the mask. In a projection exposure apparatus having a photoelectric detector that detects a value corresponding to the amount of light, and shutter control means that controls the opening and closing of the shutter based on the value detected by the photoelectric detector, the opening of the shutter is started. The existence time per unit position in the optical axis direction of the best image plane of the projection optical system from the time point to the closing time point is substantially equal at at least two points in the optical axis direction. Stage control means for controlling the movable stage so as to have a maximum value; and a stage control means for controlling the opening of the shutter and the closing time of the shutter according to the existence time per unit position in the optical axis direction of the best imaging plane. An illumination light intensity adjusting means for attenuating or amplifying the illumination light for illuminating the mask for a predetermined time between.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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