JP2000133564A

JP2000133564A - 露光装置

Info

Publication number: JP2000133564A
Application number: JP10300524A
Authority: JP
Inventors: Gen Uchida; 玄内田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2000-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度で微細なデバイスパターンを形成する
ことである。【解決手段】マスクのパターンの像をウエハＷ上に投
影する投影光学系ＰＬの光出射側に光学的異方性を有す
る部材としての複屈折結晶板ＤＲを設ける。マスクのパ
ターンの像は該複屈折結晶板ＤＲにより２つに分配され
てウエハＷ上に多重化されたパターン像が形成される。
この多重化されたパターン像の重複部分がウエハＷ上に
塗布されたフォトレジストの感度特性に応じた適正露光
量となるようにして、当該重複部分をデバイスパターン
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や液晶
表示素子等のマイクロデバイスの製造に使用される露光
装置に関し、更に詳しくはマスクに形成されたパターン
の像を投影光学系を介して感光基板上に投影転写する露
光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、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場合に、種々の
露光装置が使用されているが、現在では、フォトマスク
（レチクルを含む）のパターン像を、投影光学系を介し
て表面にフォトレジスト等の感光材が塗布されたウエハ
又はガラスプレート等の基板（以下、感光基板と称す
る）上に転写する投影露光装置が一般的に使用されてい
る。近年では、この投影露光装置として、感光基板を２
次元的に移動自在な基板ステージ上に載置し、この基板
ステージにより感光基板を歩進（ステッピング）させ
て、レチクルのパターン像を感光基板上の各ショット領
域に順次露光転写する動作を繰り返す、いわゆるステッ
プ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆ
るステッパー）が主流となっている。

【０００３】最近になって、このステッパー等の静止型
露光装置に改良を加えた、ステップ・アンド・スキャン
方式の投影露光装置（例えば特開平７−１７６４６８号
公報に記載されたような走査型露光装置）も比較的多く
用いられるようになってきた。このステップ・アンド・
スキャン方式の投影露光装置は、ステッパーに比べる
と大フィールドをより小さいな光学系で露光できるた
め、投影光学系の製造が容易であるとともに、大フィー
ルド露光によるショット数の減少により高スループット
が期待できる、投影光学系に対してレチクル及びウエ
ハを相対走査することで平均化効果があり、ディストー
ションの低減や焦点深度の拡大が期待できる等のメリッ
トがある。更に、半導体素子の集積度が１６Ｍ（メガ）
から６４ＭのＤＲＡＭ、更に将来的には２５６Ｍ、１Ｇ
（ギガ）というように時代とともに高くなるに伴い、大
フィールドが必須になるため、ステッパーに代わってス
キャン型投影露光装置が主流になるであろうと言われて
いる。

【０００４】また、これらの投影露光装置を用いて感光
基板を露光する場合、例えば、特開平４−２７３２４５
号公報等に記載されているように、いわゆる変形照明法
（ＳＨＲＩＮＣ：Super High Resolution by IllumiNat
ion Control ）を用いて、形成すべきパターンの解像度
と焦点深度の向上を図ることが行われていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この種の投影露光装置
は、主として半導体素子等の量産機として使用されるも
のであることから、一定時間内にどれだけの枚数のウエ
ハを露光処理できるかという処理能力、すなわちスルー
プットを向上させることが必然的に要請される。

【０００６】これに関し、ステップ・アンド・スキャン
方式の投影露光装置の場合、大フィールドを露光する場
合には先に述べたように、ウエハ内に露光するショット
数が少なくなるのでスループットの向上が見込まれる
が、露光はレチクルとウエハとの同期走査による等速移
動中に行われることから、その等速移動領域の前後に加
減速領域が必要となり、仮にステッパーのショットサイ
ズと同等の大ききのショットを露光する場合には、却っ
てステッパーよりスループットが落ちる可能性がある。

【０００７】この種の投影露光装置における処理の流れ
は、大要次のようになっている。

【０００８】まず、ウエハローダを使ってウエハをウ
エハテーブル上にロードするウエハロード工程が行われ
る。

【０００９】次に、サーチアライメント機構によりウ
エハの大まかな位置検出を行うサーチアライメント工程
が行われる。このサーチアライメント工程は、具体的に
は、例えば、ウエハの外形を基準としたり、あるいは、
ウエハ上のサーチアライメントマークを検出することに
より行われる。

【００１０】次に、ウエハ上の各ショット領域の位置
を正確に求めるファインアライメント工程が行われる。
このファインアライメント工程は、一般にＥＧＡ（エン
ハンスド・グローバル・アライメント）方式が用いら
れ、この方式は、ウエハ内の複数のサンプルショットを
選択しておき、当該サンプルショットに付設されたアラ
イメントマーク（ウエハマーク）の位置を順次計測し、
この計測結果とショット配列の設計値とに基づいて、い
わゆる最小自乗法等による統計演算を行って、ウエハ上
の全ショット配列データを求めるものであり（特開昭６
１−４４４２９号公報等参照）、高スループットで各シ
ョット領域の座標位置を比較的高精度に求めることがで
きる。

【００１１】次に、上述したＥＧＡ方式等により求め
た各ショット領域の座標位置と予め計測したベースライ
ン量とに基づいて露光位置にウエハ上の各ショット領域
を順次位置決めしつつ、投影光学系を介してレチクルの
パターン像をウエハ上に転写する露光工程が行われる。

【００１２】次に、露光処理されたウエハテーブル上
のウエハをウエハアンローダを使ってアンロードさせる
ウエハアンロード工程が行われる。このウエハアンロー
ド工程は、露光処理を行うウエハの上記のウエハロー
ド工程と同時に行われる。すなわち、ととによって
ウエハ交換工程が構成される。

【００１３】このように、従来の投影露光装置では、ウ
エハ交換→サーチアライメント→ファインアライメント
→露光→ウエハ交換……のように、大きく４つの動作が
１つのウエハステージを用いて繰り返し行われている。

【００１４】また、この種の投影露光装置のスループッ
トＴＨＯＲ［枚／時間］は、上述したウエハ交換時間を
Ｔ１、サーチアライメント時間をＴ２、ファインアライ
メント時間をＴ３、露光時間をＴ４とした場合に、次式
（１）のように表すことができる。

【００１５】ＴＨＯＲ＝３６００／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４） ……（１）上記Ｔ１〜Ｔ４の動作は、Ｔ１→Ｔ２→Ｔ３→Ｔ４→Ｔ
１……のように順次（シーケンシャルに）繰り返し実行
される。このため、Ｔ１〜Ｔ４までの個々の要素を高速
化すれば分母が小さくなって、スループットＴＨＯＲを
向上させることができる。しかし、上述したＴ１（ウエ
ハ交換時間）とＴ２（サーチアライメント時間）は、ウ
エハ１枚に対して一動作が行われるだけであるから改善
の効果は比較的小さい。また、Ｔ３（ファインアライメ
ント時間）の場合は、上述したＥＧＡ方式を用いる際に
ショットのサンプリング数を少なくしたり、ショット単
体の計測時間を短縮すればスループットを向上させるこ
とができるが、逆にアライメント精度を劣化させること
になるため、安易にＴ３を短縮することはできない。

【００１６】また、Ｔ４（露光時間）は、ウエハ露光時
間とショット間のステッピング時間とを含んでいる。例
えば、ステップ・アンド・スキャン方式のような走査型
投影露光装置の場合は、ウエハ露光時間を短縮させる分
だけレチクルとウエハの相対走査速度を上げる必要があ
るが、同期精度が劣化することから、安易に走査速度を
上げることができない。

【００１７】また、この種の投影露光装置で上記スルー
プット面の他に、重要な条件としては、解像度、焦
点深度（ＤＯＦ：Depth of Forcus)、線幅制御精度が
挙げられる。解像度Ｒは、露光波長をλとし、投影レン
ズの開口数をＮ．Ａ．（Numerical Aperture）とする
と、λ／Ｎ．Ａ．に比例し、焦点深度ＤＯＦはλ／
（Ｎ．Ａ．）^２に比例する。

【００１８】このため、解像度Ｒを向上させる（Ｒの値
を小さくする）には、露光波長λを小さくするか、ある
いは開口数Ｎ．Ａ．を大きくする必要がある。特に、最
近では半導体素子等の高密度化が進んでおり、デバイス
ルールが０．２μｍＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペー
ス）以下となってきていることから、これらのパターン
を露光形成する為には照明光源としてＫｒＦエキシマレ
ーザを用いている。しかしながら、前述したように半導
体素子の集積度は、将来的に更に上がることは必至であ
り、ＫｒＦより短波長な光源を備えた装置の開発が望ま
れる。このようなより短波長な光源を備えた次世代の装
置の候補として、ＡｒＦエキシマレーザを光源とした装
置、電子線露光装置等が代表的に挙げられるが、ＡｒＦ
エキシマレーザの場合は、高出力が出にくい上、レーザ
の寿命も短く、装置コストが高いという技術的な課題が
山積しており、また、電子線露光装置の場合、光露光装
置に比べてスループットが著しく低下するという不都合
があることから、短波長化を主な観点とした次世代機の
開発は思うようにいかないというのが現実である。

【００１９】解像度Ｒを上げる他の手法としては、開口
数Ｎ．Ａ．を大きくすることも考えられるが、Ｎ．Ａ．
を大きくすると、投影光学系のＤＯＦが小さくなるとい
うデメリットがある。このＤＯＦは、ＵＤＯＦ（Usable
Depth of Forcus：ユーザ側で使用する部分：パターン
段差やレジスト厚等）と、装置自身の総合焦点差（ＩＦ
Ｄ）とに大別することができる。これまでは、ＵＤＯＦ
の比率が大きかったため、ＤＯＦを大きく取る方向が露
光装置開発の主軸であり、このＤＯＦを大きくとる技術
として例えば変形照明等が実用化されている。

【００２０】ところで、デバイスを製造するためには、
Ｌ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）、孤立Ｌ（ライ
ン）、孤立Ｓ（スペース）、及びＣＨ（コンタクトホー
ル）等が組み合わさったパターンをウエハ上に形成する
必要があるが、上記のＬ／Ｓ、孤立ライン等のパターン
形状毎に最適露光を行うための露光パラメータが異なっ
ている。このため、従来は、ＥＤ−ＴＲＥＥ（レチクル
が異なるＣＨは除く）という手法を用いて、解像線幅が
目標値に対して所定の許容誤差内となり、かつ所定のＤ
ＯＦが得られるような共通の露光パラメータ（コヒーレ
ンスファクタσ、Ｎ．Ａ．、露光制御精度、レチクル描
画精度等）を求めて、これを露光装置の仕様とすること
が行われている。しかしながら、今後は以下のような技
術的な流れがあると考えられている。

【００２１】露光波長がｇ線（４３６ｎｍ）→ｉ線
（３６５ｎｍ）→ＫｒＦ（２４８ｎｍ）と短波長化して
いる。今後はＡｒＦ（１９３ｎｍ）→Ｆ_２（１５７ｎ
ｍ）と検討されているが、その技術的ハードルは高い。
ＥＢ露光に移行する可能性もある。

【００２２】ステップ・アンド・リピートのような静
止露光に代わりステップ・アンド・スキャンのような走
査露光がステッパーの主流になる事が予想されている。
この技術は、径の小さい投影光学系で大フィールド露光
が可能であり（特にスキャン方向）、その分高Ｎ．Ａ．
化を実現し易い。

【００２３】上記のような技術動向を背景にして、限界
解像度を向上させる方法として、二重露光法が見直さ
れ、この二重露光法をＫｒＦ及びＡｒＦ露光装置に用
い、０．１μｍＬ／Ｓまで露光しようという試みが検討
されている。一般に、二重露光法は以下の３つの方法に
大別される。

【００２４】（１）露光パラメータの異なるＬ／Ｓ、孤
立線を別々のレチクルに形成し、各々最適露光条件によ
り同一ウエハ上に二重に露光を行う。

【００２５】（２）位相シフト法等を導入すると、孤立
線よりＬ／Ｓの方が同一ＤＯＦにて限界解像度が高い。
これを利用することにより、１枚目のレチクルで全ての
パターンをＬ／Ｓで形成し、２枚目のレチクルにてＬ／
Ｓを間引きすることで孤立線を形成する。

【００２６】（３）一般に、Ｌ／Ｓより孤立線は、小さ
なＮ．Ａ．でも高い解像度を得ることができる。そこ
で、全てのパターンを孤立線で形成し、１枚目と２枚目
のレチクルによってそれぞれ形成した孤立線の組み合わ
せにより、Ｌ／Ｓを形成する。

【００２７】上記の二重露光法は解像度向上、ＤＯＦ向
上の２つの効果がある。

【００２８】しかし、二重露光法は、複数のレチクルを
使って露光処理を複数回行う必要があるため、従来の装
置に比べて露光時間（Ｔ４）が倍以上になり、スループ
ットが大幅に劣化するという不都合があったことから、
現実には、二重露光法はあまり真剣に検討されてなく、
従来より露光波長の紫外化、変形照明、位相シフトレチ
クル等により、解像度、焦点深度（ＤＯＦ）の向上が行
われてきた。

【００２９】しかしながら、次世代機の目標とする解像
線幅である０．１μｍは、上記の露光波長の紫外化、変
形照明、位相シフトレチクル等の工夫では、実現が困難
である。従って、先に述べた二重露光法をＫｒＦ、Ａｒ
Ｆ露光装置に用いることにより、０．１μｍＬ／Ｓまで
の露光を実現することが、２５６Ｍ、１ＧのＤＲＡＭの
量産を目的とする次世代機の開発の有力な選択肢である
ことは疑いない。

【００３０】二重露光法により更に解像力を向上させる
ための手段として、前述した変形照明を用いて二重露光
を行うことが考えられるが、従来の変形照明法では、所
定方向のＬ／Ｓや孤立Ｌに対しては解像度と焦点深度
（ＤＯＦ）の向上を図ることが可能であるが、前記所定
方向に直交する方向のパターンの解像度と焦点深度が著
しく低下するという不都合があり、かかる不都合は直交
２軸方向から変形照明を同時に行うことにより殆ど解決
できるが、各Ｌパターンについて見ると、そのパターン
の両端部（２次元エッジが存在する部分）では像が著し
く劣化する（例えば、エッジ部がだれてテーパ状とな
る）ため、輪帯型の照明方法を用いて露光する場合より
も却って精度向上が見込まれないという不都合があっ
た。

【００３１】また、二重露光法に独特の別の問題とし
て、前述の如く複数のレチクルを使って露光処理を複数
回行う必要からスループットが必然的に低下するという
不都合があった。この場合、実露光時間の増加のみでな
く、従来はレチクルステージに搭載されるレチクルが１
枚であったため、二重露光法を実施する場合は、レチ
クルローダ等を用いてレチクルライブラリに所蔵された
レチクルを１枚ずつ取り出してレチクルステージとの間
でレチクル交換を行い、レチクルを位置合わせ（アラ
イメント）した後、そのレチクルを介して露光処理が
行われ、再びに戻ってレチクル交換を行うという一連
のシーケンスを順次繰り返す必要があったため、その分
スループットが低下するという不都合もあった。従っ
て、複数枚のレチクルを交換して使用する場合に、レチ
クル交換時間を短縮して幾分でもスループットを向上さ
せることが要請されている。

【００３２】かかるレチクル交換時間を短縮する方法と
して、レチクルステージ上にレチクルを複数枚載せるこ
とも考えられるが、このようにした場合には、ステージ
が大型化して、特に走査型露光装置の場合にその位置制
御性が劣化するという不都合も生じる。

【００３３】更に、上述した二重露光のように複数枚の
レチクルをセットで使用する場合は、それら複数枚のレ
チクルの管理に関しても特別の工夫が要請される。ここ
で、微細パターンを露光形成する場合には、フォーカス
変化、露光量変化、ステージの同期精度変化等による各
種の誤差により、パターンの線幅が変化する。これらの
誤差は、一定の傾向をもって再現する性質の定誤差と一
定の傾向をもたずに確率的に発生する不定誤差（ランダ
ム誤差）とに大別でき、これらの誤差を何らかの方法で
除去することができるとすれば、形成されるデバイスパ
ターンの精度向上、微細化を図る上で有利である。

【００３４】しかしながら、上述したように１回目に全
て密集パターン（Ｌ／Ｓ）を露光し、２回目に孤立線に
するような露光方法は、形成すべきデバイスパターンに
ついて、それぞれフォトレジストの感度特性に応じた適
正露光量で２回の露光を実施するものであるが、形成さ
れるデバイスパターンは密集パターン、孤立パターン共
に実質は１回の露光によって形成されている。このた
め、ランダム誤差の低減の観点からは、１回露光により
デバイスパターンを形成する通常の露光方法と何ら変わ
るところはなく、ランダム誤差によるパターン形状の劣
化等を防止できないという問題がある。

【００３５】また、フォトレジストの感度特性に応じた
適正露光量で２回の露光を実施するものであるから、１
回露光でデバイスパターンを形成する場合と比較して２
倍の露光量が必要であり、処理に長時間を要するととも
に、レーザ等の光源のコストを削減できないという問題
がある。

【００３６】加えて、デバイスパターンの線幅は一般に
レチクルパターンの線幅に依存するが、かかるレチクル
パターンの線幅を変更することなく、単一のレチクルを
用いてデバイスパターンの線幅を変更調整できるとすれ
ば、デバイスパターンを形成する上での各種の要請に柔
軟に対応することができ便宜である。

【００３７】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、走査型の露光装置におい
て、微細パターンを精度良く形成することを目的とす
る。また、露光の処理速度を向上し、コストの低減を図
ることも目的とする。さらに、単一のマスクを用いてデ
バイスパターンの線幅を変更調整するための技術を提供
することも目的とする。

【００３８】

【課題を解決するための手段】以下、この項に示す説明
では、理解の容易化のため、本発明の各構成要件に実施
の形態の図に示す参照符号を付して説明するが、本発明
の各構成要件は、これら参照符号によって限定されるも
のではない。

【００３９】上記目的を達成するための本発明の露光装
置は、マスク（Ｒ）に形成されたパターン（４１ａ）の
像を投影光学系（ＰＬ）を介して感光基板（Ｗ）上に投
影転写する露光装置において、前記投影光学系の光軸上
に光学的異方性を有する部材（ＤＲ）を設けたことを特
徴とする。この場合において、前記光学的異方性を有す
る部材によって形成される複数のパターン像（４１ｂ
ｏ，４１ｂｅ）の重複部分の露光量が前記感光基板の感
度特性に応じた適正露光量となるように設定することが
できる。また、前記感光基板上に第１方向に沿って延び
るデバイスパターン（４１ａ）を形成する場合に、前記
光学的異方性を有する部材としては複数のパターン像
（４１ｂｏ，４１ｂｅ）をその一部が重なるように前記
第１方向と直交する第２方向にずらして形成するような
ものを採用することができる。

【００４０】かかる本発明の露光装置によると、投影光
学系の光軸上に光学的異方性を有する部材、例えば複屈
折結晶板を設けたので、該マスクのパターンの像は、当
該光学的異方性によって該像の形状は保持したまま２つ
以上に分配されて、感光基板上に当該２以上の像が互い
にシフトした状態で結像される。これは、同一のマスク
のパターンをその投影像の感光基板上の位置をシフトし
て複数回重ね合わせて転写したのとほぼ同様の状態を実
現するものであり、しかもかかる状態を１回の露光で実
現するものである。従って、一定の傾向をもたずに確率
的に発生するランダム誤差が平均化効果によって低減さ
れるので、露光精度が向上し、微細パターンを精度良く
形成することができるようになる。

【００４１】また、複数のマスクを使って露光処理を複
数回行う従来技術と比較して、マスクの交換作業が不要
であり、スループットを向上することができるととも
に、マスク交換時間の短縮を考慮して、マスクステージ
上にマスクを複数枚載せる必要もなく、ステージの大型
化等の不都合もなくすことができ、加えて、マスク管理
上も有利である。さらに、同一のマスクを使って露光処
理を複数回行う場合と比較しても、１回の露光処理によ
り同様の状態を実現できるから、高いスループットで高
精度な微細パターンを形成することができる。

【００４２】また、光学的異方性により分配されて感光
基板上に結像された複数の投影像（パターン像）はその
位置が互いにシフトしており（ずれており）、かかる複
数の投影像の重複部分の露光量が感光基板の感度特性に
応じた適正露光量となるようにすることにより、当該重
複部分がデバイスパターンとなる。従って、当該光学的
異方性の傾向の異なる複数の部材を適宜に交換等するこ
とにより、感光基板上に形成されるデバイスパターンの
線幅を該複数の投影像のシフト量（位置ずれ量）に応じ
て自在に調整することができ、マスクのパターンの感光
基板上における通常の投影像の線幅よりも細い線幅のデ
バイスパターンを形成することが可能となる。

【００４３】なお、本発明は一括露光型（静止型）の露
光装置に適用できることは勿論であるが、前記マスクと
前記感光基板とを同期移動するステージシステム（１
７，２２）を備えた走査型（逐次型）の露光装置に適用
することもでき、この場合には、前記光学的異方性を有
する部材によって形成される複数のパターン像の配列方
向と、前記感光基板の同期移動方向とをほぼ一致させる
ことができる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００４５】まず、本発明の実施形態の投影露光装置に
ついて図１を参照して説明する。図１は投影光学系とし
て反射屈折系を使用したステップ・アンド・スキャン方
式の投影露光装置の概略構成を示している。

【００４６】この図１において、露光制御装置１により
発光状態が制御されたエキシマレーザ光源２から射出さ
れたパルスレーザ光よりなる照明光ＩＬは、偏向ミラー
３で偏向されて第１照明系４に達する。エキシマレーザ
光源２として本例では、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２
４８ｎｍ）のレーザ光源が使用される。但し、露光用の
光源としては、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎ
ｍ）、又はＦ_２レーザ（波長１５７ｎｍ）のレーザ光
源を使用してもよく、金属蒸気レーザ光源、ＹＡＧレー
ザの高調波発生装置、又は水銀ランプ等の輝線ランプ等
を使用してもよい。

【００４７】なお、本実施形態の投影光学系ＰＬは、例
えば非球面加工された反射面を有する凹面鏡、及びミラ
ーを含む複数の反射光学素子と、レンズ等の屈折光学素
子とを組み合わせた反射屈折光学系（カタディオプトリ
ック系）であるが、複数の屈折光学素子のみからなる投
影光学系であってもよい。

【００４８】第１照明系４には、ビームエキスパンダ、
光量可変機構、照明光学系のコヒーレンスファクタ（所
謂σ値）を変更した場合に照明光の光量を切り換えるた
めの照明切り換え機構、及びフライアイレンズ等が含ま
れている。そして、第１照明系４の射出面に照明光ＩＬ
の面状に分布する２次光源が形成され、この２次光源の
形成面に照明条件を種々に切り換えるための照明系開口
絞り用の切り換えレボルバ５が配置されている。切り換
えレボルバ５の側面には、通常の円形の開口絞り、光軸
から偏心した複数の開口よりなる所謂変形照明用の開口
絞り、輪帯状の開口絞り、及び小さい円形開口よりなる
小さいσ値用の開口絞り等が形成され、切り換え装置６
を介して切り換え用レボルバ５を回転することによっ
て、所望の照明系開口絞りをその第１照明系４の射出面
に配置できるようになっている。また、そのように照明
系開口絞りを切り換えた場合には、切り換え装置６によ
って同期して、最も光量が大きくなるように第１照明系
４内の照明切り換え機構が切り換えられる。

【００４９】切り換え装置６の動作は、露光制御装置１
によって制御され、露光制御装置１の動作は、装置全体
の動作を統轄制御する主制御装置７によって制御されて
いる。

【００５０】切り換え用レボルバ５で設定された照明系
開口絞りを透過した照明光ＩＬは、透過率が大きく反射
率の小さいビームスプリッタ８に入射し、ビームスプリ
ッタ８で反射された照明光は、フォトダイオード等の光
電検出器よりなるインテグレータセンサ９で受光され
る。そのインテグレータセンサ９で照明光を光電変換し
て得られる検出信号が露光制御装置１に供給される。そ
の検出信号とウエハ上での露光量との関係は予め計測し
て記憶されており、露光制御装置１では、その検出信号
よりウエハ上での積算露光量をモニタする。また、その
検出信号は、露光用の照明光ＩＬを使用する各種センサ
系の出力信号を規格化するのにも利用される。

【００５１】ビームスプリッタ８を透過した照明光ＩＬ
は、第２照明系１０を介して照明視野絞り系（レチクル
ブラインド系）１１を照明する。この照明視野絞り系１
１の配置面は、第１照明系４中のフライアイレンズの入
射面と共役であり、フライアイレンズの各レンズエレメ
ントの断面形状とほぼ相似の照明領域でその照明視野絞
り系１１が照明される。照明視野絞り系１１は、可動ブ
ラインドと固定ブラインドとに分かれており、固定ブラ
インドは固定された矩形の開口を有する視野絞りであ
り、可動ブラインドはレチクルの走査方向及び非走査方
向に可動な開閉自在の２対の可動ブレードである。固定
ブラインドでレチクル上の照明領域の形状や大きさ
（幅）の決定が行われ、可動ブラインドで走査露光の開
始時及び終了時にその固定ブラインドの開口の覆いをそ
れぞれ徐々に開く動作、及び閉める動作が行われる。こ
れによって、ウエハ上で本来の露光対象のショット領域
以外の領域に照明光が照射されるのが防止される。

【００５２】この照明視野絞り系１１中の可動ブライン
ドの動作は、駆動装置１２によって制御されており、ス
テージ制御装置１３によって後述のようにレチクルとウ
エハとの同期走査を行う際に、ステージ制御装置１３
は、駆動装置１２を介してその走査方向の可動ブライン
ドを同期して駆動する。照明視野絞り系１１を通過した
照明光ＩＬは、第３照明系１４を経てレチクルＲのパタ
ーン面（下面）の矩形の照明領域１５を均一な照度分布
で照明する。照明視野絞り系１１の可動ブラインドの配
置面は、レチクルＲのパターン面と共役であり、かつ固
定ブラインドはその共役面から光軸方向に離れて（デフ
ォーカスして）配置されており、照明領域１５の形状は
その固定ブラインドの開口によって規定されている。

【００５３】以下では、レチクルＲのパターン面に平行
な面内で図１の紙面に垂直にＸ軸を、図１の紙面に平行
にＹ軸を取り、レチクルＲのパターン面に垂直にＺ軸を
取って説明する。このとき、レチクルＲ上の照明領域１
５は、Ｘ方向に長い矩形領域であり、走査露光時には、
照明領域１５に対してレチクルＲが＋Ｙ方向、又は−Ｙ
方向に走査される。即ち、走査方向はＹ方向に設定され
ている。

【００５４】レチクルＲ上の照明領域１５内のパターン
は、両側（又はウエハ側に片側）テレセントリックな投
影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは例えば１／４，
１／５等）で縮小されて、フォトレジストが塗布された
ウエハＷ表面の露光領域１６に結像投影される。なお、
図１の投影光学系ＰＬの具体的な構成は、例えば特開平
９−２４６１４０号公報に開示されている。

【００５５】レチクルＲは、レチクルステージ１７上に
保持され、レチクルステージ１７はレチクル支持台１８
上のＹ方向に伸びたガイド上にエアベアリングを介して
載置されている。レチクルステージ１７はリニアモータ
によってレチクル支持台１８上をＹ方向に一定速度で走
査できると共に、Ｘ方向、Ｙ方向、及び回転方向（θ方
向）にレチクルＲの位置を調整できる調整機構を備えて
いる。レチクルステージ１７の端部に固定された移動鏡
１９ｍ、及び不図示のコラムに固定されたレーザ干渉計
（Ｙ軸以外は図示せず）１９によって、レチクルステー
ジ１７（レチクルＲ）のＸ方向、Ｙ方向の位置が常時
０．００１μｍ程度の分解能で計測されると共に、レチ
クルステージ１７の回転角も計測され、計測値がステー
ジ制御装置１３に供給され、ステージ制御装置１３は供
給された計測値に応じてレチクル支持台１８上のリニア
モータ等の動作を制御する。

【００５６】一方、ウエハＷはウエハホルダ２０を介し
て試料台２１上に保持され、試料台２１はウエハステー
ジ２２上に載置され、ウエハステージ２２は、定盤２３
上のガイド上にエアベアリングを介して載置されてい
る。そして、ウエハステージ２２は、定盤２３上でリニ
アモータによってＹ方向に一定速度での走査、及びステ
ッピング移動ができると共に、Ｘ方向へのステッピング
移動ができるように構成されている。また、ウエハステ
ージ２２内には、試料台２１をＺ方向に所定範囲で移動
するＺステージ機構、及び試料台２１の傾斜角を調整す
るチルト機構（レベリング機構）が組み込まれている。

【００５７】試料台２１の側面部に固定された移動鏡２
４ｍ、及び不図示のコラムに固定されたレーザ干渉計
（Ｙ軸以外は図示せず）２４によって、試料台２１（ウ
エハＷ）のＸ方向、Ｙ方向の位置が常時０．００１μｍ
程度の分解能で計測されると共に、試料台２１の回転角
も計測される。その計測値はステージ制御装置１３に供
給され、ステージ制御装置１３は供給された計測値に応
じてウエハステージ２２の駆動用のリニアモータ等の動
作を制御する。

【００５８】走査露光時には、主制御装置７からステー
ジ制御装置１３に露光開始のコマンドが送出され、これ
に応じてステージ制御装置１３では、レチクルステージ
１７を介してレチクルＲをＹ方向に速度Ｖ２で走査する
のと同期して、ウエハステージ２２を介してウエハＷを
Ｙ方向に速度Ｖｗで走査する。レチクルＲからウエハＷ
への投影倍率βを用いて、ウエハＷの走査速度Ｖｗはβ
・Ｖ２に設定される。

【００５９】また、投影光学系ＰＬは定盤２３上に植設
されたコの字型のコラム２５の上板中に保持されてい
る。そして、投影光学系ＰＬのＸ方向の側面部に、ウエ
ハＷの表面の複数の計測点に斜めにスリット像等を投影
して、それら複数の計測点でのＺ方向の位置（フォーカ
ス位置）に対応する複数のフォーカス信号を出力する、
斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ（以下、
「ＡＦセンサ」という）２６が配置されている。多点の
ＡＦセンサ２６からの複数のフォーカス信号は、フォー
カス・チルト制御装置２７に供給され、フォーカス・チ
ルト制御装置２７では、それら複数のフォーカス信号よ
りウエハＷの表面のフォーカス位置及び傾斜角を求め、
求めた結果をステージ制御装置１３に供給する。

【００６０】ステージ制御装置１３では、供給されたフ
ォーカス位置及び傾斜角が、それぞれ予め求められてい
る投影光学系ＰＬの結像面のフォーカス位置及び傾斜角
に合致するように、ウエハステージ２２内のＺステージ
機構、及びチルト機構をサーボ方式で駆動する。これに
よって、走査露光中においても、ウエハＷの露光領域１
６内の表面はオートフォーカス方式、及びオートレベリ
ング方式で投影光学系ＰＬの結像面に合致するように制
御される。

【００６１】さらに、投影光学系ＰＬの＋Ｙ方向の側面
にオフ・アクシス方式のアライメントセンサ２８が固定
されており、アライメント時にはアライメントセンサ２
８によってウエハＷの各ショット領域に付設されたアラ
イメント用のウエハマークの位置検出が行われ、検出信
号がアライメント信号処理装置２９に供給されている。
アライメント信号処理装置２９にはレーザ干渉計２４の
計測値も供給され、アライメント信号処理装置２９で
は、その検出信号及びレーザ干渉計２４の計測値より検
出対象のウエハマークのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での
座標を算出して、主制御装置７に供給する。ステージ座
標系（Ｘ，Ｙ）とは、レーザ干渉計２４によって計測さ
れる試料台２１のＸ座標及びＹ座標に基づいて定められ
る座標系を言う。主制御装置７では、供給されたウエハ
マークの座標より、ウエハＷ上の各ショット領域のステ
ージ座標系（Ｘ，Ｙ）での配列座標を求めてステージ制
御装置１３に供給し、ステージ制御装置１３では供給さ
れた配列座標に基づいて各ショット領域の走査露光を行
う際のウエハステージ２２の位置を制御する。

【００６２】また、試料台２１上には基準マーク部材Ｆ
Ｍが固定され、基準マーク部材ＦＭの表面にはアライメ
ントセンサの位置基準となる種々の基準マーク、及びウ
エハＷの反射率の基準となる基準反射面等が形成されて
いる。そして、投影光学系ＰＬの上端部に、ウエハＷ側
から投影光学系ＰＬを介して反射される光束等を検出す
る反射光検出系３０が取り付けられ、反射光検出系３０
の検出信号が自己計測装置３１に供給されている。主制
御装置７の管理のもとで、自己計測装置３１ではウエハ
Ｗの反射量（反射率）のモニタ、照度むらの計測、及び
空間像の計測等を行う。

【００６３】ステージ制御装置１３の制御により、レチ
クルＲが所定の照明位置（走査初期位置）に位置され
る。この状態で、ウエハＷ上における実質的な露光量が
適宜な露光量となるように、照明視野絞り系１１による
視野等との関係で、露光制御装置１の制御によりエキシ
マレーザ光源２により適宜な発振周波数でパルスレーザ
光が照射されるとともに、ステージ制御装置１３の制御
によりウエハＷとレチクルＲが適宜な速度で相対移動さ
れることにより走査露光が実施される。

【００６４】ここで、図２は投影光学系ＰＬの光出射側
近傍の要部構成を示す断面図である。投影光学系ＰＬの
光出射側の部分で、投影光学系ＰＬを支持しているコラ
ム２５には、光学的異方性を有する部材としての複屈折
結晶板ＤＲが取り付けられている。この複屈折結晶板に
光が入射すると、二つの屈折光が現れ（１軸結晶では常
光線及び異常光線、２軸結晶では二つの異常光線）、そ
れぞれの進行方向が異なるため、像が二重になる。この
実施形態では複屈折結晶板ＤＲとして、１軸性である方
解石（ＣａＣＯ_３）を採用している。不屈折結晶板Ｄ
Ｒは該複屈折結晶板ＤＲによりウエハＷ上に形成される
複数の投影像（パターン像）の配列方向（シフト方向）
が走査方向（同期移動方向）としてのＹ方向（第２方
向）とほぼ一致するように設けられている。

【００６５】デバイスパターンとして、孤立パターンを
形成する場合について、図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照して
説明する。但し、周期性を有する密集パターン（Ｌ／
Ｓ）等の場合であっても同様である。なお、図３（Ａ）
はレチクルＲ上に形成されたレチクルパターンを示して
おり、着色された部分は遮光部、着色されていない部分
は透光部である。図３（Ｂ）は図２（Ａ）のパターンの
ウエハＷ上での投影像を示しており、薄く着色された部
分がそれぞれの屈折光による投影像の非重複部分であ
り、濃く着色された部分がそれぞれの屈折光による投影
像の重複部分である。図３（Ｃ）はウエハＷ上に形成す
べき、あるいは形成されたデバイスパターンを示してお
り、着色された部分はライン（凸部）、着色されていな
い部分はスペース（凹部）である。

【００６６】図３（Ｃ）に示されるような孤立パターン
４１ｃを構成要素とするデバイスパターンを所定の感度
特性を有するフォトレジスト（ポジレジスト）が塗布さ
れたウエハＷ上に形成するものとする。

【００６７】この場合、まず、図３（Ａ）に示されるよ
うなレチクルパターン４１ａが形成されたレチクルＲを
レチクルステージ１７に吸着保持する。レチクルステー
ジ１７に保持された状態のレチクルＲの姿勢は、パター
ン４１ａの延びている方向が複屈折結晶板ＤＲによる複
数の投影像の配列方向としてのＹ方向（第２方向）に対
してほぼ直交するように、即ち、Ｘ方向（第１方向）に
沿うように設定されている。

【００６８】次いで、ステージ制御装置１３によりレチ
クルステージ１７のレチクル位置調整機構等を制御し
て、第１レチクルＲを所定の照明位置（走査開始初期位
置）に設定し、ウエハステージ２２上に吸着保持された
ウエハＷ上における実質的な露光量がウエハＷに塗布さ
れたフォトレジストの感度特性に応じた適正露光量とな
るように、照明視野絞り系１１による視野（開口幅）、
エキシマレーザの強度（平均値）等との関係で、エキシ
マレーザ光源２によるレーザ光の発振周波数及び走査速
度の一方又は双方を適宜に選択調整して走査露光を実施
する。

【００６９】レチクルＲに形成された図３（Ａ）に示し
たようなレチクルパターン４１ａの投影光学系ＰＬによ
る投影像は、複屈折結晶板ＤＲによって、図３（Ｂ）に
示すように、常光線ｏによる投影像４１ｂｏと異常光線
ｅによる投影像４１ｂｅに分配され、これらの投影像４
１ｂｏと４１ｂｅの重複部分が適正露光量で露光される
ことになり、当該重複部分（重畳部分）が図３（Ｃ）に
示すようなデバイスパターン４１ｃとなる。このよう
に、複屈折結晶板ＤＲによる２つの屈折光ｏ，ｅによる
多重像４１ｂｏ，４１ｂｅのずれ量（シフト量）に応じ
た線幅のデバイスパターン４１ｃを形成することができ
る。

【００７０】本実施形態によると、複屈折結晶板ＤＲを
投影光学系ＰＬの後段に配置することにより、ウエハ上
に多重のパターン像４１ｂｏ，４１ｂｅを形成し、その
重複部分をデバイスパターン４１ｃとするようにしてお
り、これは、同一のレチクルを用いてそれぞれ適正露光
量よりも少ない露光量で、ウエハ上でのパターン像の位
置をシフトさせて２回以上露光した場合と同様の状態を
１回の露光で実現するものである。従って、一定の傾向
をもたずに確率的に発生するランダム誤差が平均化効果
によって低減され、微細パターンを精度良く形成するこ
とができ、しかも１回の露光でよいのでスループットを
大幅に向上することができる。

【００７１】また、複屈折結晶板ＤＲの種類を適宜に選
択する等により、２つの屈折光によるパターン像の重複
量（位置ずれ量）を任意に変更することができるから、
デバイスパターンの線幅を該重複量に応じて自在に調整
することが可能であり、レチクルＲのパターンのウエハ
Ｗ上における投影像の線幅よりも細い線幅のデバイスパ
ターンを形成することが可能となる。従って、複屈折結
晶板ＤＲを適宜に選定して取り換えることにより、同一
のレチクルＲを使用して、異なる線幅のデバイスパター
ンを形成することができ、デバイスパターンを形成する
上で各種の要請にレチクルＲを変更することなく柔軟に
対応することができる。

【００７２】ここで、投影光学系ＰＬの光出射側に、図
５に示されているような複数（この例では３つ）の窓を
有する円板状の結晶板ホルダＤＲＨを回転自在に設け、
各窓に互いに異なる複屈折性を有する複屈折結晶板ＤＲ
１，ＤＲ２，ＤＲ３を取り付け、結晶板ホルダＤＲＨを
回転駆動して、投影光学系ＰＬに対して各複屈折結晶板
ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３を選択的に設定するようにすれ
ば、同一のレチクルＲを用いて３種類の互いに異なる線
幅のデバイスパターンを形成することができる。但し、
窓の数は３つに限定されず、２つあるいはさらに多数と
することができ、また、全ての窓に複屈折結晶板を取り
付ける必要もなく、通常の露光処理を行う場合にも容易
に適応できるように、ガラス板を設け、あるいは投影光
学系ＰＬのディストーションやその他の収差を補正する
ための収差補正板を取り付けて、これらを適宜に選択す
るようにしてもよい。また、複屈折結晶板ＤＲの板厚や
表面形状を適宜に加工して、複屈折結晶板自体を収差補
正板として機能させるようにすることもできる。

【００７３】なお、本実施形態では、単一のレチクルＲ
を用いて、しかも１回の露光でレチクルパターンの像を
ウエハＷ上に多重転写するようにしたから、複数のレチ
クルＲを使って露光処理を複数回行う従来技術と比較し
て、レチクルの交換作業が不要であり、スループットを
向上することができるとともに、レチクル交換時間の短
縮を考慮して、レチクルステージ上にレチクルを複数枚
載せる必要もなく、ステージの大型化等の不都合もなく
すことができ、加えて、レチクル管理上も有利である。
また、同一のレチクルを用いて複数回の露光を行うこと
により多重露光する場合と比較しても、１回の露光によ
り同様の効果を得ることができ、スループットを向上で
き、高効率的である。

【００７４】上述した実施形態では、レチクルＲのパタ
ーンの延びる方向（Ｘ方向、第一方向）が複屈折結晶板
による多重像の配列方向（Ｙ方向、第２方向）に直交す
るようにレチクルＲを配置して、該配列方向に走査露光
を行うようにしているが、該配列方向に直交する方向に
走査露光するようにしてもよい。

【００７５】なお、以上説明した実施形態は、本発明の
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技
術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。

【００７６】例えば、パターンの大きさや形状、光源の
波長、投影光学系の開口数（Ｎ．Ａ．）や照明光学系の
開口（視野絞り）形状等も上記に限定されることはなく
任意に変更することができる。

【００７７】また、露光条件、例えばレボルバ５の開口
絞りによって規定される露光用照明光の強度分布（２次
光源の形状や大きさ）、投影光学系ＰＬの瞳面に配置さ
れる可変開口絞りによって規定される開口数Ｎ．Ａ．、
特開平４−２７７６１２号公報や特開平６−３１４６４
６号公報に開示されている、露光中に投影光学系ＰＬの
結像面とウエハＷとをその光軸に沿った方向に移動する
累進焦点法の有無、及びレチクルパターンから発生して
投影光学系ＰＬの瞳面（フーリエ変換面）に分布する結
像光束の一部の光学特性（振幅透過率、位相等）を変化
させる光学フィルター（いわゆる瞳フィルター）の有無
等は任意である。

【００７８】さらに、上記はステップ・アンド・スキャ
ン方式の投影露光装置であるが、本発明が適用される露
光装置は、上記の露光装置に限定されるものではなく、
ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置やミラ
ープロジェクションアライナー、その他の露光装置に適
用することができる。

【００７９】

【発明の効果】本発明は以上詳述したように、光学的異
方性を有する部材によりマスクのパターンの像を多重化
して感光基板上に投影し、その重複部分がデバイスパタ
ーンとなるようにしたので、各種の誤差が平均化効果に
よって低減され、微細パターンを精度良く形成すること
ができるようになるという効果がある。また、露光の処
理速度を向上し、コストの低減を図ることができるとい
う効果もある。さらに、マスクを交換することなく異な
る線幅のデバイスパターンを形成することができるとい
う効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の露光装置の全体の概略構
成を示す図である。

【図２】本発明の実施形態の露光装置の投影光学系近
傍の要部構成を示す断面図である。

【図３】本発明の実施形態のパターン等を示す図であ
り、（Ａ）はレチクルパターンを、（Ｂ）はウエハ上に
投影されたパターン像を、（Ｃ）はデバイスパターンを
示している。

【図４】本発明の他の実施形態の露光装置の結晶板ホ
ルダを示す斜視図である。

【符号の説明】

１…露光制御装置２…エキシマレーザ光源１１…照明視野絞り系１３…ステージ制御装置１７…レチクルステージ２２…ウエハステージＲ…レチクルＷ…ウエハＩＬ…照明光ＰＬ…投影光学系４１ａ…レチクルパターン４１ｂｏ，４１ｂｅ…パターン像４１ｃ…デバイスパターンＤＲ…複屈折結晶板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成されたパターンの像を投影
光学系を介して感光基板上に投影転写する露光装置にお
いて、前記投影光学系の光軸上に光学的異方性を有する部材を
設けたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記光学的異方性を有する部材は複屈折
結晶板であることを特徴とする請求項１に記載の露光装
置。
【請求項３】前記光学的異方性を有する部材によって
形成される複数のパターン像の重複部分の露光量が前記
感光基板の感度特性に応じた適正露光量となるように設
定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装
置。
【請求項４】前記マスクと前記感光基板とを同期移動
するステージシステムを更に備え、前記光学的異方性を
有する部材によって形成される複数のパターン像の配列
方向と、前記感光基板の同期移動方向とをほぼ一致させ
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載
の露光装置。
【請求項５】前記感光基板上に第１方向に沿って延び
るデバイスパターンを形成するために、前記光学的異方
性を有する部材は複数のパターン像をその一部が重なる
ように前記第１方向と直交する第２方向にずらして形成
することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記
載の露光装置。