JP2000311845A - 露光方法及び露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光の光軸ずれの調節精度を高めること
ができる露光方法及び露光装置を提供することである。 【解決手段】 パターンが形成されたマスクＲを介して
レーザ光で基板Ｗを露光する露光方法において、レーザ
光の発振デューティを求め、求めた発振デューティに基
づきレーザ光の光軸調整を行うようにする。発振デュー
ティは例えば露光光源１２内に設けられるデューティ検
出器６０によって検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路、
液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、その他のマイクロデバ
イスなどをリソグラフィ技術を用いて製造する際に使用
される露光方法、及び露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造工程の一つである
フォトリソグラフィー工程においては、マスク又はレチ
クルに形成されているパターンをフォトレジストが塗布
されたウエハ上に転写するための露光装置として、マス
クのパターンの像をウエハ上のショット領域に縮小投影
するステッパーが多く用いられている。

【０００３】ステッパーとしては、パターンをウエハ上
のショット領域に一括露光し、順次ウエハを移動して他
のショット領域に対して一括露光を繰り返すステップ・
アンド・リピート方式のもの、あるいは最近では露光範
囲の拡大や露光性能の向上等の観点から、マスクとウエ
ハとを同期移動して、矩形その他の形状のスリット光で
走査・照明してウエハ上のショット領域を逐次露光し、
順次ウエハを移動して他のショット領域に対して走査・
露光を繰り返すステップ・アンド・スキャン方式のもの
も開発され、実用に供されるようになっている。

【０００４】この種の投影露光装置においては、露光光
としては、水銀ランプのｇ線（波長４３６ｎｍ）やｉ線
（波長３６５ｎｍ）などが使用されているが、最近では
マイクロデバイスのさらなる微細化に対応すべく短波長
化が進行し、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦ（波長
１９３ｎｍ）などのエキシマレーザ光が使用され、ある
いはその使用が検討されている。

【０００５】露光装置におけるエキシマレーザの使用で
は、バースト発振と呼ばれる、数十〜数百パルス単位で
のまとまったパルス群を間欠的に発振しては休止する、
というパターンが基本である。

【０００６】休止には、チップ毎のステッピングの間の
短い休止と、ウエハ交換中の長い休止との２種類があ
る。このような休止を挟む発振パターンは、エキシマレ
ーザのエネルギーコントロールや中心波長安定化に独特
の学習制御等を要求するものであり、リソグラフィ用の
エキシマレーザに必要不可欠の技術となっている。

【０００７】エキシマ光の光生成では、ＫｒＦやＡｒＦ
のような励起２量子体を例えばＫｒ及びＦ_２ の混合ガ
ス中で放電現象により生成する過程が必要となる。この
過程では、光生成効率を上げるために、通常、予備電離
方式が採用される。放電に際して放出されるエネルギー
の大部分は熱に変換されるため、エキシマレーザの放電
チャンバには、発生する熱の処理を行うための冷却機構
が設けられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】露光装置におけるスル
ープットの増大に伴い、ウエハの交換時間、ステッピン
グ時間、及びウエハのアライメントに要する時間は短縮
化の傾向にある。その結果、レーザ光源の休止時間が短
くなり、レーザの発振デューティ（Ｄｕｔｙ）が高くな
る傾向にある。ここで、発振デューティは、単位時間当
たりの発振時間をその発振時間と非発振時間との和で除
して得られる値として定義される。

【０００９】例えば、エキシマレーザの発振デューティ
が高くなった場合、発振に伴う発熱が増大する。このと
き、冷却系により除去することができない熱量が増える
ため、エキシマレーザの放電チャンバや狭帯域化素子そ
の他の構成部品は熱応力を受け、変形する。これはレー
ザ共振器の変形に他ならないため、共振の様子が変化
し、レーザの発振モードが変化することになる。その結
果、レーザ光源から放出されるレーザビームの角度等が
変化し、露光装置内においてはレーザビームの角度ずれ
及び位置ずれが生じる。

【００１０】ところで、光源と露光本体部の相対位置変
化などによる光軸のずれを調整するため、光ビームの光
軸の変動を検出して、光路上に設けられているミラーや
ハービングなどの姿勢をそのずれを相殺するようにフィ
ードバック制御することが一般に行われている。そし
て、上述した光源の温度上昇に伴う光軸のずれは、その
ような調整機構によって結果的に調整されているのが現
状である。

【００１１】しかし、レーザ光源の発熱に伴う光軸の変
動は比較的に大きい場合があり、かかるフィードバック
制御に予定されている動作範囲を越えてしまって制御不
能となったり、あるいは十分に安定に追従することがで
きず、光軸ずれの調整精度が低い場合があるという問題
があった。

【００１２】エキシマレーザにおける通常の発振デュー
ティは３０％程度であり、この程度の発振デューティで
は上述の問題は生じにくいが、低感度レジストを使用す
る場合や高解像技術としてのいわゆる変形照明（例え
ば、輪帯、四つ目）を使用する場合等のように発振デュ
ーティが５０％以上になると、レーザ光源の発熱に伴う
光軸ずれが大きくなり、光軸ずれの調整精度が低くなっ
てしまう。

【００１３】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、その目的とするところは、
レーザ光源の発熱等に伴う光軸ずれの調整精度を高める
ところにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】以下、この項に示す説明
では、本発明を、実施形態を表す図面に示す部材符号に
対応付けて説明するが、本発明の各構成要件は、これら
部材符号を付した図面に示す部材に限定されるものでは
ない。

【００１５】１．上記目的を達成するため、本発明の第
１の観点による露光方法は、パターンが形成されたマス
ク（Ｒ）を介してレーザ光で基板（Ｗ）を露光する露光
方法において、レーザ光の発振デューティを求め、求め
た発振デューティに基づきレーザ光の光軸調整を行うこ
とを特徴とする。

【００１６】この方法によれば、発振デューティに依存
して変動するレーザ光源の諸特性のうち例えばビーム角
度及びビーム位置の変動を発振デューティの関数として
予測することができるので、フィードフォワード制御に
よりレーザ光の最適な光軸を設定することができ、本発
明の目的が達成される。

【００１７】特に、光軸調整がされた後のレーザ光の光
軸の所定の基準位置からの変位を計測し、計測した変位
に基づきフィードバック制御によりレーザ光の光軸調整
をさらに行うことによって、フィードフォワード制御に
よる粗調整とフィードバック制御による微調整との効果
的な組み合わせにより、光軸の調整精度をより高めるこ
とができる。

【００１８】２．上記目的を達成するため、本発明の第
２の観点による露光装置は、マスク（Ｒ）に形成された
パターンの像を基板（Ｗ）上に投影することによって前
記基板を露光する露光装置において、レーザ光を発生す
る光源（１２）と、前記レーザ光のもとで前記マスク
（Ｒ）のパターンを前記基板（Ｗ）上に転写するための
露光本体部（１１）と、前記レーザ光の発振デューティ
を検出する検出装置（６０）と、前記検出装置（６０）
により検出した発振デューティに基づき前記レーザ光の
光軸調整を行う調整装置（２３，２４）とを備えたこと
を特徴とする。本発明によると、上記本発明の第１の観
点による露光方法を実施するために好適な露光装置が提
供される。

【００１９】

【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。

【００２０】図１は本発明の実施形態のステップ・アン
ド・スキャン方式の投影露光装置の全体の概略構成図で
ある。同図において、１１は露光装置の本体部（露光本
体部）であり、１２は露光本体部１１に対して露光エネ
ルギービームとしてのＡｒＦエキシマレーザ光を供給す
る露光光源（ビーム源）である。なお、光源１２として
は、ＫｒＦエキシマレーザ光やその他のパルス発光光源
であっても良い。

【００２１】これらの露光本体部１１及び露光光源１２
は、互いに独立的に構成されて、不図示のクリーンルー
ム内の同一の床面上に設置されている。なお、露光光源
１２は、クリーンルームの外の同一若しくは異なる床面
上に設置され、又はクリーンルームの床面の下側に画成
されたユーティリティースペース（機械室）に設置され
る場合もある。これらの露光本体部１１及び露光光源１
２は、それぞれ防振装置を介して設置されている。露光
本体部１１と露光光源１２との間には、これらを光学的
に接続するための接続ユニット１３が設けられている。

【００２２】次に、露光本体部１１の構成について説明
する。以下の説明においては、投影光学系１４の光軸に
平行にＺ軸をとり、Ｚ軸に直交する平面（水平面）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
とって説明する。なお、Ｙ軸に平行な方向が走査方向
（スキャン方向）である。

【００２３】露光本体部１１は不図示のチャンバ内に収
納されており、このチャンバの床面上に定盤１５が設置
され、定盤１５上にウエハステージＷＳが配置されてい
る。ウエハステージＷＳは、リニアモータなどによりＸ
及びＹ方向に移動するＸＹステージ１６及びＸＹステー
ジ１６上に載置されたＺステージ１７から構成されてい
る。Ｚステージ１７上には、不図示のウエハホルダが吸
着保持されており、フォトレジストが塗布された露光対
象としてのウエハ（基板）Ｗは該ウエハホルダに吸着保
持される。Ｚステージ１７はウエハＷを回転方向に微動
する機能及びウエハＷの表面を投影光学系１４の像面に
一致させるためのフォーカス・レベリング機能を有して
いる。

【００２４】ウエハステージＷＳのＺテーブル１７上に
は移動鏡１８が固定されており、レーザ干渉計１９が移
動鏡１８にレーザ光を照射し、その反射光を受光するこ
とにより、ウエハステージＷＳの位置が計測され、その
計測値は制御装置２０に供給され、この制御装置２０に
より、ウエハステージＷＳの移動が制御される。

【００２５】また、ウエハテーブルＷＳの上側には、投
影光学系１４が配置され、投影光学系１４のさらに上側
には、レチクルステージＲＳが配置され、レチクルステ
ージＲＳ上に転写すべきパターンが形成されたレチクル
（マスク）Ｒが吸着保持される。レチクルステージＲＳ
は、リニアモータなどによりＹ方向に移動されるととも
に、Ｘ方向、Ｙ方向、及び回転方向に微動する機能を有
する。

【００２６】レチクルステージＲＳ上には移動鏡２１が
固定されており、レーザ干渉計２２が移動鏡２１にレー
ザ光を照射し、その反射光を受光することにより、レチ
クルステージＲＳの位置が計測され、その計測値は制御
装置２０に供給され、この制御装置２０により、レチク
ルステージＲＳの移動が制御される。レチクルステージ
ＲＳのさらに上側には、照明光学系が配置されている。

【００２７】露光光源１２からの光ビーム（照明光）Ｉ
Ｌは、光軸補正用ミラー２３、光軸補正用ハービング２
４、反射ミラー２５、反射ミラー２６、レンズ群２７、
ビームスプリッタ２８を有する接続ユニット１３を介し
て、露光本体部１１の照明光学系に導入される。露光本
体部１１に導入された光ビームは、光軸補正用ミラー３
１、光軸補正用ハービング３２、ビームスプリッタ３３
を介して、光ビームの強度分布を均一化するためのフラ
イアイレンズユニット３４に入射される。

【００２８】フライアイレンズユニット３４は、例えば
１段目のフライアイレンズに対してリレーレンズ系を介
して２段目のフライアイレンズを配置して構成され、２
段目のフライアイレンズの出射側に不図示の可変開口絞
りが配置されている。

【００２９】開口絞りから出射された光ビームは、不図
示の視野絞り及びリレーレンズ系などを介して反射ミラ
ー３５に至り、その反射光がコンデンサレンズ３６を経
て、レチクルステージＲＳ上のレチクルＲを照明する。
この光ビームＩＬはレチクルＲのパターン形成面（下
面）においてＸ方向に細長いスリット状の照明領域を有
している。そして、この光ビームＩＬのもとで、レチク
ルＲの照明領域内のパターンの反転像が投影光学系１４
を介して所定の投影倍率β（βは例えば、１／４，１／
５など）でウエハＷ上の矩形の露光領域に露光される。

【００３０】走査露光時には、その照明領域に対して、
レチクルステージＲＳを介してレチクルＲが＋Ｙ方向
（又は−Ｙ方向）に速度ＶＲで移動するのに同期して、
その露光領域に対して、ウエハステージＷＳを介してウ
エハＷを−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度β・ＶＲ（β
は投影倍率）で移動する。

【００３１】レチクルＲ及びウエハＷはそれぞれ助走開
始後に加速され、所定速度に達して定速運動するように
なってから、照明領域への光ビームＩＬの照射が開始さ
れて、レチクルＲのパターンの転写が行われる。そし
て、１つのショット領域への転写が終了すると、光ビー
ムＩＬの照射が停止されて、ウエハステージＷＳのステ
ッピングによって次のショット領域が助走開始位置に移
動し、以下、ステップ・アンド・スキャン方式で各ショ
ット領域へのパターンの転写が順次行われる。

【００３２】露光光源１２からほぼ水平面内の＋Ｙ方向
に射出された紫外パルス光よりなる光ビームＩＬは、不
図示のビームエキスパンダにより所定の断面形状に整形
される。ビームエキスパンダを通過した光ビームＩＬ
は、光軸補正用ミラー２３によりほぼ下方（−Ｚ方向）
に反射された後、光軸補正用ハービング２４を経て、反
射ミラー２５により＋Ｙ方向に反射され、反射ミラー２
６により＋Ｚ方向に反射され、レンズ系２７を介して、
ビームスプリッタ２８に至る。ビームスプリッタ２８で
＋Ｙ方向に反射された主ビームは露光本体部１１に供給
される。ビームスプリッタ２８を透過した副ビームは光
軸ずれ検出用のＣＣＤカメラなどを有する光軸ずれモニ
タユニット２９に入射される。

【００３３】光軸補正用ミラー２３及び光軸補正用ハー
ビング２４からなる光軸補正系（以下、第１の光軸補正
系という場合がある）は、図２に示されているように構
成されている。即ち、光軸補正用ミラー２３は、支点４
１と、ムービングコイルモータなどの伸縮自在の駆動素
子からなるＹ軸アクチュエータ４２及びＸ軸アクチュエ
ータ４３とに支持されており、Ｙ軸アクチュエータ４２
及びＸ軸アクチュエータ４３の伸縮量は制御装置２０に
より制御される。

【００３４】また、光軸補正用ハービング２４は、それ
ぞれ光透過性の平行平面ガラスからなるＸハービング２
４Ｘ及びＹハービング２４Ｙから構成されている。これ
らのＸハービング２４Ｘ及びＹハービング２４Ｙはそれ
ぞれ回転モータ４４，４５によって微少回転され、回転
モータ４４，４５の回転量も制御装置２０によって制御
される。

【００３５】露光光源１２からの光ビームＩＬは、光軸
補正用ミラー２３によってほぼ−Ｚ方向に反射された
後、Ｘハービング２４Ｘ及びＹハービング２４Ｙを通過
している。Ｘ軸アクチュエータ４２及びＹ軸アクチュエ
ータ４３を適宜に伸縮して、光軸補正用ミラー２３の角
度を微少変更することにより、反射光の角度（進行方
向）はＹ軸に平行な軸を中心としてδθｘ、及びＸ軸に
平行な軸を中心としてδθｙだけ変化する。さらに、Ｘ
ハービング２４ＸをＹ軸に平行な軸の周りに微少回転す
ることによって、光ビームＩＬの光路はＸ方向にδｄｘ
だけ横シフト（位置ずれ）し、Ｙハービング２４ＹをＸ
軸に平行な軸の周りに微少回転することによって、光ビ
ームＩＬの光路はＹ方向にδｄｙだけ横シフトする。従
って、光ビームＩＬの光軸ずれ（角度ずれ及び位置ず
れ）を所定の範囲内で適宜に補正制御することができ
る。

【００３６】再度、図１を参照する。この第１の光軸補
正系２３，２４を経た光ビームＩＬは反射ミラー２５、
反射ミラー２６、及びレンズ系２７を経てビームスプリ
ッタ２８に入射し、入射した光ビームのうちの一部（例
えば、１％程度）はビームスプリッタ２８を透過して光
軸ずれモニタユニット２９に入射され、光軸ずれモニタ
ユニット２９において進行方向（入射角）のずれ量（角
度ずれ量）及び横シフト量（位置ずれ量）の検出が行わ
れ、検出結果が制御装置２０に供給される。また、ビー
ムスプリッタ２８に入射した光ビームＩＬの大部分（例
えば、９９％程度）は、反射されて露光本体部１１に向
かう。

【００３７】図３（Ａ）は、光軸ずれモニタユニット２
９の構成を示している。同図において、ビームスプリッ
タ２８を透過した光ビームＩＬは、ハーフミラー５１に
入射し、ハーフミラー５１を透過した光束は、適当な減
光フィルタ５２、及び焦点距離ｆの集光レンズ５３を経
て、ＣＣＤカメラなどからなる２次元撮像素子５４に入
射する。集光レンズ５３及び撮像素子５４により角度ず
れモニタが構成されている。撮像素子５４の撮像信号を
制御装置２０で処理することによって図３（Ｃ）に示す
ように、撮像素子５４の撮像面５５において、光束ＩＬ
２の中心の所定の基準点５５ａに対するＸ方向、及びＹ
方向への位置ずれ量Δｘ２、Δｙ２が検出される。

【００３８】この場合、撮像素子５４の撮像面５５は、
図１のフライアイレンズユニット３４の入射面に対して
ほぼ光学的フーリエ変換面（瞳面）の関係にある。この
とき、光ビームＩＬのＹ軸の周りの角度ずれ量δθｘ’
とＸ軸周りの角度ずれ量δθｙ’とが０の状態で、位置
ずれ量Δｘ２、Δｙ２が０になるように、撮像面５５に
おける基準点５５ａが設定されており、角度ずれ量δθ
ｘ’，δθｙ’と位置ずれ量Δｘ２、Δｙ２との間には
次の関係がある。

【００３９】Δｘ２＝ｆ・δθｘ’ …（１Ａ） Δｙ２＝ｆ・δθｙ’ …（１Ｂ） 制御装置２０は（１Ａ）式、（１Ｂ）式より光ビームＩ
Ｌの露光本体部１１に対する角度ずれ量δθｘ’、δθ
ｙ’を算出する。

【００４０】一方、ハーフミラー５１で反射された光束
は、反射ミラー５６、倍率ｍの縮小光学系５７を経て、
ＣＣＤカメラなどからなる２次元の撮像素子５８に入射
する。縮小光学系５７と撮像素子５８との間には、撮像
素子５８への入射光量調整のための適当な減光フィルタ
（不図示）が設置されている。撮像素子５８の撮像信号
を制御装置２０で処理することにより、図３（Ｂ）に示
すように、撮像素子５８の撮像面５９において、光束Ｉ
Ｌ１の中心の所定の基準点５９ａに対するＸ方向、及び
Ｙ方向への位置ずれ量Δｘ１，Δｙ１が検出される。

【００４１】この場合、撮像素子５８の撮像面５９は、
図１のフライアイレンズユニット３４の入射面に対して
ほぼ共役である。光ビームＩＬのＸ軸方向の位置ずれ量
δｄｘ’とＹ軸方向の位置ずれ量δｄｙ’とが０の状態
で、撮像面５９での位置ずれ量Δｘ１，Δｙ１が０にな
るように、撮像面５９上での基準点５９ａが設定されて
おり、δｄｘ’，δｄｙ’と位置ずれ量Δｘ１，Δｙ１
との間には次の関係がある。

【００４２】Δｘ１＝ｍ・δｄｘ’ …（２Ａ） Δｙ１＝ｍ・δｄｙ’ …（２Ｂ） 制御装置２０は（２Ａ）式、（２Ｂ）式より光ビームＩ
Ｌの露光本体部１１に対する位置ずれ量δｄｘ’、δｄ
ｙ’を算出する。

【００４３】後に詳述するが、制御装置２０は、角度ず
れ量δθｘ’、δθｙ’、及び位置ずれ量δｄｘ’、δ
ｄｙ’を算出した後に、第１の光軸補正系２３，２４で
の角度ずれの補正量δθｘ、δθｙとして、それぞれ−
δθｘ’、−δθｙ’を求め、且つ位置ずれの補正量δ
ｄｘ、δｄｙとして、それぞれ−δｄｘ’、−δｄｙ’
を求める。制御装置２０は、発信デューティを適宜に変
更して試験発光を行いつつ、発信デューティと、角度ず
れの補正量δθｘ、δθｙ及び位置ずれの補正量δｄ
ｘ、δｄｙとの関係を示す変位情報を生成して、記憶装
置２０ａに記憶保持する機能を備えている。

【００４４】再度、図１を参照する。接続ユニット１３
のビームスプリッタ２８での反射光（主ビーム）は、露
光本体部１１に導かれ、光軸補正用ミラー３１によりほ
ぼ上方（＋Ｚ方向）に反射された後、光軸補正用ハービ
ング３２を経て、ビームスプリッタ３３に至る。ビーム
スプリッタ３３で＋Ｙ方向に反射された主ビームはフラ
イアイレンズユニット３４に供給される。ビームスプリ
ッタ３３を透過した副ビームは光軸ずれモニタユニット
３７に入射される。

【００４５】光軸補正用ミラー３１及び光軸補正用ハー
ビング３２からなる第２の光軸補正系は、図２に示し
た、第１の光軸補正系の光軸補正用ミラー２３及び光軸
補正用ハービング２４と同様の構成なので、その説明は
省略する。また、光軸ずれモニタユニット３７も図３に
示した光軸ずれモニタユニット２９と同様の構成なの
で、その説明は省略する。

【００４６】制御装置２０は、上述した（１Ａ）式、
（１Ｂ）式、（２Ａ）式、及び（２Ｂ）式に従って、角
度ずれ量δθｘ’、δθｙ’、及び位置ずれ量δｄ
ｘ’、δｄｙ’を算出した後に、第２の光軸補正系３
１，３２での角度ずれの補正量δθｘ、δθｙをそれぞ
れ−δθｘ’、−δθｙ’に設定し、且つ位置ずれの補
正量δｄｘ、δｄｙをそれぞれ−δｄｘ’、−δｄｙ’
に設定する。

【００４７】即ち、光軸ずれモニタユニット３７で検出
される角度ずれ量δθｘ’、δθｙ’、及び位置ずれ量
δｄｘ’、δｄｙ’がそれぞれ０になるように、光軸補
正用ミラー３１及び光軸補正用ハービング３２（２４
Ｘ，２４Ｙ）をリアルタイムに駆動制御する。これによ
って、光ビームＩＬの露光本体部１１のフライアイレン
ズユニット３４に対する角度ずれ量及び位置ずれ量（以
下、まとめて光軸ずれ量）がほぼ０になる。

【００４８】このように本実施形態では、光軸ずれモニ
タユニット３７により光軸の位置をモニタしつつ、第２
の光軸補正系３１，３２を用いて光軸ずれ量に関するフ
ィードバック制御を行うことによって、光ビームＩＬの
露光本体部１１のフライアイレンズユニット３４に対す
る光軸ずれ量を実質的に０にすることができる。

【００４９】しかしながら、露光光源１２における発熱
に起因する大きな光軸ずれ等により光軸ずれの調節精度
が低くなることがあることは前述した通りである。例え
ば、発熱による大きな光軸ずれに起因して、光軸ずれモ
ニタユニット３７について、図３（Ｃ）に示される光束
ＩＬ２のビームスポットが撮像面５５からはずれると、
光軸ずれの調節精度が低下するだけでなく、フィードバ
ック制御自体を行うことができなくなってしまう。この
問題を回避するために、撮像面５５，５９を大型化すべ
く光学系を変更することが提案され得るが、用いる撮像
素子が同じである場合にはビームスポットの検出精度が
低下してしまい、光軸ずれの調節精度が低くなる。

【００５０】そこで、本実施形態では、発振デューティ
の変化と光軸ずれ量との関係を予め計測しておき、ルッ
クアップテーブルとして、あるいは近似式で近似した関
数を求めて、これを変位情報として記憶装置２０ａに記
憶保持しておく。そして、図１に示されるように、露光
光源１２内にレーザ光の発振デューティを検出するため
のデューティ検出器６０を設ける。

【００５１】制御装置２０は、検出された発振デューテ
ィに基づいて、記憶装置２０ａの変位情報から対応する
補正量を検索し、あるいは算出し、光軸調整のための信
号を第１の光軸補正系２３，２４へ出力するようにして
いる。

【００５２】図４は、レーザビームの角度が発振デュー
ティに依存して変動する様子を示している。図４におい
て、縦軸は角度変動、横軸は連続照射時間を表してい
る。角度変動は前述した角度ずれ量δθｘ’又はδθ
ｙ’として理解することができる。ビームの角度をθ
（ｔ）とすると、例えば次式で示すように、θ（ｔ）は
時間ｔと発振デューティの関数α（ｄｕｔｙ）とを用い
て近似することができる。

【００５３】 θ（ｔ）＝−β＊ｔ^（１＋α（ｄｕｔｙ）） ここでβは定数である。発振デューティが高く、照射さ
れる時間が長いほど、角度変動が大きくなることを示し
ている。

【００５４】図５はレーザビームの角度変動の例を示す
グラフである。ここでは、レーザビームの角度の変動値
がθ１に達した時点で発振デューティが低下した場合が
示されている。例えば、ウエハ交換時のように露光が不
要である間は、レーザのエネルギー値を安定化させるた
めに一定間隔でダミー発光を行うことがある。その際の
発振デューティは超低デューティであり、レーザビーム
の角度は初期値に近づこうとする。この回復の過程は例
えば次式で与えられる。

【００５５】θ（ｔ）＝θ１＋γ（ｔ） このように、発振デューティ及び照射時間によりレーザ
ビームの角度変動を予測することができるので、第１の
光軸補正系２３，２４を用いて光軸ずれ量のフィードフ
ォワード制御を行うことにより、レーザ光源１２の発熱
に伴う光軸ずれを少なくすることができる。そして、そ
のフィードフォワード制御の後に、第２の光軸補正系３
１，３２及び光軸モニタユニット３７による前述したフ
ィードバック制御を行うことによって、光軸ずれの高精
度な調節が可能になる。

【００５６】図６はこのようなフィードフォワード制御
の手順の一例を示している。まず、ステップＳＴ１で
は、複数の異なる発振デューティ毎に、制御装置２０が
露光光源１２を試験発光させて、その発光時間とレーザ
光の光軸の変位との関係が光軸ずれモニタユニット２９
により計測され、その計測結果は制御装置２０を介して
変位情報として記憶装置２０ａに記憶保持される。

【００５７】次いでステップＳＴ２では、露光処理中の
発振デューティがデューティ検出器６０によって検出さ
れ、その検出結果は制御装置２０へ送られる。次いでス
テップＳＴ３では、制御装置２０がデューティ検出器６
０によって検出された発振デューティに基づき記憶装置
２０ａに記憶保持されている変位情報を検索する。

【００５８】そして、ステップＳＴ４では、検索された
対応する変位情報に応じて、第１の光軸補正系２３，２
４を用いたフィードフォワード制御が行われる。なお、
ＳＴ２〜４に並行して、上述した方法により、光軸モニ
タユニット３７の検出結果に基づく第２の光軸補正系３
１，３２に対するフィードバック制御が行われる。

【００５９】この手順によると、光軸ずれモニタユニッ
ト２９において、フィードフォワード制御によりビーム
スポットを基準点５５ａ及び５９ａ（図３（Ｂ）及び
（Ｃ）参照）の近傍に位置させることができるので、そ
の後段において、迅速で且つ高精度な光軸ずれ量に関す
るフィードバック制御を行うことができる。

【００６０】露光光源１２内には一般的にレーザ光のパ
ルスカウンタが設けられているので、デューティ検出器
６０は、パルスカウンタの出力信号に基づきレーザ光の
所定時間当たりのパルス数を計数することにより発振デ
ューティを検出することができる。

【００６１】記憶装置２０ａあるいは露光本体部１１内
に設けられる図示しない露光コントローラ内に記憶され
ている露光プログラムには、光源１２によるレーザ光の
発振に関する制御データが設定されており、この露光プ
ログラムに従って、光源１２の発光が制御されるので、
この露光プログラムに基づいて発振デューティを算出す
るようにしても良い。このようにすれば、デューティ検
出器６０を用いる必要がなくなるので、構成を簡略化す
ることができる。

【００６２】本実施形態では、光軸ずれモニタユニット
２９は変位情報の検出にのみ使用するようにしている
が、これに加えて、光軸ずれモニタユニット３７及び第
２の光軸補正系３１，３２によるフィードバック制御と
同様なフィードバック制御を、かかる光軸モニタユニッ
ト２９及び第１の光軸補正系２３，２４で行うようにす
ることができる。

【００６３】このように光軸モニタユニット２９及び第
１の光軸補正系２３，２４を用いて、フィードフォワー
ド制御及びフィードバック制御を組み合わせて実施す
る、即ち、検出された発振デューティと計測された光軸
の位置情報との両者に基づいてレーザ光の光軸調整を行
うようにすれば、光軸の調節精度をさらに高くすること
ができる。

【００６４】ところで、レーザ光源の発熱による光軸ず
れは一方向であることもある。このような場合には、図
７に示されるように、光軸補正系を簡略化することがで
きる。ここでは、１つの軸を中心に回転可能な光軸補正
用ミラー６１及び１つの光軸補正用ハービング６２が用
いられている。ミラー６１では、予測値に対応する角度
補正が行われる。ミラー６１による補正の結果、光軸は
位置ずれを起こすため、その位置ずれの修正をハービン
グ６２により行う。

【００６５】ハービング６２の回転角φはミラー６１の
回転角θとミラー６１及びハービング６２間の距離とに
よって一意に決まる。ハービング６２を通過したレーザ
ビームはレンズ系２７によって適当な形及び大きさに成
形され、その後ビームスプリッタ２８によりビームの一
部が切り出され、ビーム位置の検出センサ６３に導か
れ、ビームの残りはフライアイレンズユニット３４に供
給される。図面の明瞭さを確保するために、ビームスプ
リッタ２８とフライアイレンズ３４との間に設けられる
光学部材の図示は省略されている。

【００６６】図３（Ａ）に示される光軸ずれモニタユニ
ット２９の構成においては、２次元撮像素子５４，５８
が用いられているが、図７に示される実施形態では、レ
ーザビームの一方向の光軸ずれを前提にしているので、
検出センサ６３としてはラインセンサを用いることがで
きる。ラインセンサ６３により、ミラー６１及びハービ
ング６２により補正されたビーム位置の残差が検出さ
れ、その検出結果に基づきビーム位置のずれがフィード
バック制御される。

【００６７】このように、図７に示される実施形態によ
ると、一方向の光軸ずれを前提としているので、光軸補
正系を簡単に構成することができるとともに、簡単なラ
インセンサの使用が可能になる。

【００６８】尚、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。従って、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。

【００６９】例えば、上記実施形態においては、第１の
光軸補正系２３，２４はレーザビームの送光光路中（接
続ユニット１３）に設けられているが、露光光源１２内
あるいは露光本体部１１内に設けられていても良い。

【００７０】また、発振デューティに基づくフィードフ
ォワード制御に用いる変位情報としては、上述した実施
形態では、光軸の位置と角度の両方としているが、いず
れか一方であっても良い。

【００７１】さらに、光軸モニタユニット２９は、常設
されていれば、メンテナンス時に適宜に変位情報を収集
して更新することができるので便宜であるが、必ずしも
常設されている必要はなく、着脱可能に構成して、変位
情報を収集する時（例えば、組立完了時等）にのみ装着
するようにしても良い。加えて、かかる変位情報は、レ
ーザ光源１２に固有のものであるから、レーザ光源１２
単体でオフライン的に収集するようにしても良い。

【００７２】また、発振デューティの分母としての単位
時間（発振時間＋非発振時間）は、一定値である必要は
なく、任意の時間（例えば、１分、５分、１０分、３０
分等）とすることができ、かかる単位時間を種々に変更
して、それぞれについて変位情報を収集しておき、それ
らを選択的に使用するようにしても良い。例えば、光源
の温度が上昇するときと、下降するときとで、発振デュ
ーティの単位時間が相互に異なるものを使用するように
しても良い。

【００７３】上記の実施の形態では、ステップ・アンド
・スキャン方式の縮小投影型露光装置（スキャニング・
ステッパー）についての説明としたが、例えばレチクル
とウエハとを静止させた状態でレチクルパターンの全面
に露光用照明光を照射して、そのレチクルパターンが転
写されるべきウエハ上の１つの区画領域（ショット領
域）を一括露光するステップ・アップ・リピート方式の
縮小投影型露光装置（ステッパー）、さらにはミラープ
ロジェクション方式やプロキシミティ方式等の露光装
置、その他のあらゆる形式の露光装置にも同様に本発明
を適用することが可能である。

【００７４】また、半導体素子、液晶ディスプレイ、薄
膜磁気ヘッド、及び撮像素子（ＣＣＤなど）の製造に用
いられる露光装置だけでなく、レチクル、又はマスクを
製造するために、ガラス基板、又はシリコンウエハなど
に回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用で
きる。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
露光方法及び露光装置において光軸ずれの調節精度を高
めることが可能になるという効果が生じる。本発明の特
定の実施形態により得られる効果は以上説明した通りで
あるので、その説明は省略する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のステップ・アンド・スキャ
ン方式の投影露光装置の全体の概略構成図である。

【図２】光軸補正系の構成及び動作を説明するための斜
視図である。

【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は光軸ずれモニタユニ
ットの構成及び動作を説明するための図である。

【図４】レーザビームの角度変動と連続照射時間との関
係を示すグラフである。

【図５】レーザビームの角度変動の例を示すグラフであ
る。

【図６】光軸ずれに関するフィードフォワード制御にお
ける手順の一例を示すフローチャートである。

【図７】光軸補正系の他の例を示す図である。

【符号の説明】

１１…露光本体部 １２…露光光源 １３…ビーム・マッチング・ユニット １４…投影光学系 ２０…制御装置 ３４…フライアイレンズ ６０…デューティ検出器

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パターンが形成されたマスクを介してレ
   ーザ光で基板を露光する露光方法において、 前記レーザ光の発振デューティを求め、 該求めた発振デューティに基づき前記レーザ光の光軸調
   整を行うことを特徴とする露光方法。
2. 【請求項２】 複数の異なる発振デューティ毎に、前記
   レーザ光を試験発光させて、その発光時間と前記レーザ
   光の光軸の変位との関係を計測して変位情報として記憶
   保持し、 露光処理中の発振デューティに基づき前記変位情報を検
   索して、対応する変位情報に応じて前記レーザ光の光軸
   調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の露光方
   法。
3. 【請求項３】 前記発振デューティは前記レーザ光の所
   定時間当たりのパルス数を計数することにより求めるこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
4. 【請求項４】 前記発振デューティは露光プログラムに
   基づいて算出することを特徴とする請求項１又は２に記
   載の露光方法。
5. 【請求項５】 前記光軸の変位情報は、前記光軸の位置
   と前記光軸の角度との少なくとも一方を含むことを特徴
   とする請求項１又は２に記載の露光方法。
6. 【請求項６】 前記光軸調整がされた後のレーザ光の光
   軸の所定の基準位置からの変位を計測し、 該計測した変位に基づき、前記光軸調整がなされた後の
   レーザ光の光軸調整をさらに行うことを特徴とする請求
   項１又は２に記載の露光方法。
7. 【請求項７】 マスクに形成されたパターンの像を基板
   上に投影することによって前記基板を露光する露光装置
   において、 レーザ光を発生する光源と、 前記レーザ光のもとで前記マスクのパターンを前記基板
   上に転写するための露光本体部と、 前記レーザ光の発振デューティを検出する検出装置と、 前記検出装置により検出した発振デューティに基づき前
   記レーザ光の光軸調整を行う調整装置とを備えたことを
   特徴とする露光装置。
8. 【請求項８】 前記検出装置は前記レーザ光の所定時間
   当たりのパルス数を計数するパルスカウンタを有し、 前記パルスカウンタにより計数された所定時間当たりの
   パルス数から前記発振デューティを算出することを特徴
   とする請求項７に記載の露光装置。
9. 【請求項９】前記レーザ光の光軸の位置情報を計測する
   計測装置を備え、 前記調整装置は、前記検出装置で検出された発振デュー
   ティと、前記計測装置により計測された前記光軸の位置
   情報とに基づいて前記レーザ光の光軸調整を行うことを
   特徴とする請求項７に記載の露光装置。