JP2001007023A

JP2001007023A - 投影露光方法及び装置、並びに素子製造方法

Info

Publication number: JP2001007023A
Application number: JP2000173049A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-01-01
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2001-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】スリットスキャン露光方式で露光を行うとき
に、露光対象となる基板に対する積算露光量の制御精度
を高く維持する。【解決手段】照明系内の可変開口絞り４１を使ってレ
チクル１２のパターン形成面に対するフーリエ変換面で
の光量分布を変更した場合に、その変更後の光量分布に
応じてウエハ５に対する露光量制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子又は
液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際
に使用される所謂スリットスキャン露光方式の投影露光
方法及び投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気
ヘッド等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、フ
ォトマスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称す
る）のパターンを感光材が塗布されたウエハ（又はガラ
スプレート等）上に転写する投影露光装置が使用されて
いる。従来の投影露光装置としては、ウエハの各ショッ
ト領域を順次投影光学系の露光フィールド内に移動させ
て、各ショット領域に順次レチクルのパターン像を一括
露光するというステップ・アンド・リピート方式の縮小
投影型露光装置（ステッパー）が多く使用されていた。

【０００３】図５は従来のステッパーを示し、この図５
において、水銀ランプ６１から射出された照明光は楕円
鏡６２によって集光された後、インプットレンズ６３に
よってほぼ平行光束に変換されてフライアイレンズ６７
に入射する。楕円鏡６２の第２焦点の近傍にシャッター
６４が配置され、装置全体の動作を制御する主制御系６
６が、駆動装置６５を介してシャッター６４の開閉を制
御することにより、露光時間の制御が行われる。

【０００４】フライアイレンズ６７の後側（レチクル
側）の焦点面に形成された多数の２次光源からの照明光
が、第１リレーレンズ６９、視野絞り（レチクルブライ
ンド）７０、第２リレーレンズ７１、ミラー７２及びメ
インコンデンサーレンズ７３を経て均一な照度でレチク
ル７４のパターン領域を照明する。レチクル７４と共役
なレチクルブラインド７０により、レチクル７４上の照
明領域が設定される。レチクル７４はレチクルステージ
７５上に保持され、レチクル７４のパターン像が投影光
学系７６を介してウエハステージ７８上に保持されたウ
エハ７７の各ショット領域に投影される。ウエハ７７の
表面にはフォトレジストが塗布され、このフォトレジス
トの感度により、ウエハ７７に対する目標露光量が決定
される。

【０００５】ウエハステージ７８は、投影光学系７６の
光軸に垂直なＸＹ平面内及び投影光学系７６の光軸方向
にウエハ７７の位置決めを行うと共に、ウエハ７７の回
転角の調整等を行う。ウエハステージ７８上に外部のレ
ーザ干渉計８０からのレーザビームを反射する移動鏡７
９が固定され、レーザ干渉計８０によりウエハステージ
７８のＸＹ座標が常時モニターされ、計測された座標値
が主制御系６６に供給されている。主制御系６６は、ウ
エハステージ駆動装置８１を介してウエハステージ７８
をステップ・アンド・リピート方式で駆動して、ウエハ
７７の各ショット領域を順次投影光学系７６の露光フィ
ールド内に位置決めして、それぞれレチクル７４のパタ
ーン像を露光する。

【０００６】図５のステッパーでは、シャッター６４の
開時間によってウエハ７７への露光量が決定される。そ
こで、ウエハ７７の各ショット領域への露光量を目標露
光量に許容範囲内で合致させるために、図６に示すよう
に、時間ｔが０のときにシャッター６４を開けると、時
間ｔが時点ｔ₁のときにシャッター６４の開口率が１０
０％になる。その後、積算露光量のモニターを行いつ
つ、その積算露光量が目標露光量に対して所定量だけ少
ない量に達した時点ｔ₂でシャッター６４を閉じると、
時点ｔ₃でシャッター６４が完全に閉じて、積算露光量
が目標露光量になる。従来はこのようなシャッター６４
の開閉により、積算露光量制御が行われていた。

【０００７】また、ウエハ７７上のフォトレジストの感
度が高感度の場合には、同様にシャッター６４の開閉を
高速に行い、図６に示すように、時点ｔ₁の直後の積算
露光量が目標露光量から所定量だけ小さくなった時点ｔ
₄でシャッター６４を閉じると、時点ｔ₅で目標露光量
が得られる。最近は、フォトレジストとして、感度の高
いものが開発され、目標露光量がかなり小さくて済むフ
ォトレジストがあるが、シャッター６４として十分に高
速のシャッターが開発されている。従って、ステッパー
に関しては、高感度のフォトレジストを使用した場合で
も、積算露光量制御は十分に高精度に行われている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】最近は、半導体素子等
の１個のチップパターンが大型化する傾向にあり、投影
露光装置においては、レチクル上のより大きな面積のパ
ターンをウエハ上に露光するための大面積化が求められ
ている。また、半導体素子等のパターンが微細化するの
に応じて、投影光学系の解像度を向上することも求めら
れているが、投影光学系の解像度を向上し、且つ投影光
学系の露光フィールドを大きくすることは設計上及び製
造上困難であるという問題がある。特に、投影光学系と
して、反射屈折系を使用するような場合には、無収差の
露光フィールドの形状が円弧状の領域となることもあ
る。

【０００９】斯かる転写対象パターンの大面積化及び投
影光学系の露光フィールドの制限に応えるために、例え
ば細長い矩形、円弧状又は６角形等の照明領域（これを
「スリット状の照明領域」という）に対してレチクルを
走査し、その照明領域と共役な露光領域に対してレチク
ルの走査と同期してウエハを走査することにより、レチ
クル上のパターンの像を逐次ウエハ上に露光する所謂ス
リットスキャン露光方式の投影露光装置が注目されてい
る。このスリットスキャン露光方式では、投影光学系の
投影倍率をβとすると、レチクルが速度Ｖ_Rで走査され
るのに同期して、レチクルの走査方向と共役な方向にウ
エハは速度Ｖ_W(＝β・Ｖ_R)で走査される。

【００１０】このスリットスキャン露光方式の投影露光
装置では、ウエハ上の積算露光量はスリット状の照明領
域と共役な露光領域に対するウエハの走査速度Ｖ_W、そ
のスリット状の露光領域の走査方向の幅Ｌ、及び照明光
の照度（単位面積当り、単位時間当りの露光量）Ｑによ
り決定される。また、ウエハ上の目標露光量は、ウエハ
上のフォトレジストの感度（即ち、単位面積当りの必要
露光量）Ｐにより定めるため、フォトレジストの感度Ｐ
は次式で表すことができる。

【００１１】Ｐ＝Ｑ・（Ｌ／Ｖ_W) （１）この（１）式は次のように変形することができる。Ｑ・Ｌ＝Ｐ・Ｖ_W （２）これに関して、一般的にレチクルのパターンをウエハ上
に転写する場合、投影倍率βが１／５から１／４程度に
設定されるので、ウエハの走査速度Ｖ_Wに対し、レチク
ルは５倍から４倍程度の速度で走査する必要がある。ま
た、仮に、照明光の照度Ｑをウエハ上で1000mW/cm²と
し、フォトレジストの感度Ｐ（必要な露光量密度）を18
0mJ/cm²とすると、ウエハ上の各点では0.18sec で露光
を終了する必要がある。そこで、スリット状の露光領域
の走査方向の幅Ｌを10mm、投影光学系の投影倍率を１／
４としたときの、ウエハの走査速度Ｖ_Wは約56mm/secと
なり、レチクルに対しては220mm/sec の走査速度Ｖ_Rが
必要になる。即ち、高感度のフォトレジストを使用する
場合、それに応じてレチクルの走査速度を速くする必要
があるが、それには機構上での限界がある。

【００１２】そのため、種々の透過率の減光フィルター
が配置された減光フィルター板中の所定の減光フィルタ
ーを照明光束中に入れて、照明光の照度Ｑを落として対
応することが考えられる。しかしながら、従来は水銀ラ
ンプ６１の光量を減光するための減光フィルター板は、
離散的に透過率を切り換えることができるだけであっ
た。また、複数段の減光フィルター板を用いて透過率の
切り換えの個数を増やしても、照度Ｑは離散的に切り換
えられる点は同じであった。また、照明光の照度Ｑを離
散的に変えて、（２）式を近似的に満たすようにする方
法も考えられるが、これでは露光量の制御精度が低下し
てしまう。

【００１３】そこで、フォトレジストの感度Ｐが高くな
った場合でも（２）式を満たすために、従来は、スリッ
ト状の露光領域の幅Ｌ又はウエハの走査速度Ｖ_Wを可変
にする必要があった。しかしながら、スリット状の露光
領域の幅Ｌが可変となる様な構成にすると、幅Ｌの設定
誤差が生じ易くなり、照度むらが生ずる虞がある。ま
た、ウエハの走査速度Ｖ_Wを小さくすると、露光時間が
長くなり、露光工程のスループットが低下するという不
都合があった。

【００１４】また、ウエハに対する積算露光量に関連し
て、フォトレジストの感度が低く（目標露光量が大き
く）なると露光時間が長くなり、レチクルが熱膨張し
て、ウエハ上に露光されるパターンの非線形誤差が生ず
る場合があった。本発明は斯かる点に鑑み、スリットス
キャン露光方式の投影露光方法又は投影露光装置におい
て、感光材（基板）に対する積算露光量を目標露光量に
設定できるようにすることを目的とする。

【００１５】また本発明は、照明光として水銀ランプの
ような連続光を使用したスリットスキャン露光方式の投
影露光方法又は投影露光装置において、感光材の感度が
高くなった場合でも、露光工程のスループットを低下さ
せることなく、且つ照度むらを生じさせることなく、感
光材に対する積算露光量を目標露光量に設定できるよう
にすることを目的とする。

【００１６】更に本発明は、スリットスキャン露光方式
の投影露光方法又は投影露光装置において、積算露光量
が大きい場合でもウエハ上に形成されるパターンの非線
形誤差を小さくすることを目的とする。また本発明は、
そのような投影露光装置を用いる素子製造方法を提供す
ることをも目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、照明光に対してマスク（１２）と基板（５）とを
移動することにより、基板（５）を走査露光する投影露
光装置であって、マスク（１２）のパターン形成面に対
するフーリエ変換面での照明光の光量分布を変更する分
布変更手段（４１）と、分布変更手段（４１）による変
更後の光量分布に応じて、基板（５）に対する露光量制
御を行う露光量制御手段（２５）とを備えたものであ
る。

【００１８】この場合、その基板上でのその照明光の光
量をＱ、その基板上の感光剤の感度をＰ、その基板の走
査速度をＶ、その基板上におけるその照明光の照射領域
の幅をＬとして、その露光量制御手段は、以下の条件式
が満たされるようにその基板に対する露光量制御を行う
ことが望ましい。Ｑ・Ｌ＝Ｐ・Ｖ更に、そのマスクを保
持するとともに、その走査露光のためにその照明光に対
して所定の走査方向に移動可能なマスクステージと、そ
の基板を保持してその照明光に対し移動可能な基板ステ
ージと、その基板を走査露光するときに、そのマスクの
熱変形に応じてそのマスクの走査速度を調整する速度調
整手段とを備えることが望ましい。

【００１９】また、そのマスクを保持するとともに、そ
の走査露光のためにその照明光に対して所定の走査方向
に移動可能なマスクステージと、その基板を保持してそ
の照明光に対し移動可能な基板ステージと、その基板を
走査露光するときに、そのマスクの熱変形に応じてその
基板の走査速度を調整する速度調整手段とをさらに備え
ることが望ましい。

【００２０】更に、その速度調整手段は、その走査方向
におけるそのマスクの熱変形に応じてその走査速度の調
整を行うことが望ましい。また、その投影光学系の結像
特性を調整するための結像特性調整手段をさらに備え、
その結像特性調整手段は、その所定方向と直交する方向
のそのマスクの熱変形に応じてその投影光学系の結像特
性を調整することが望ましい。

【００２１】更に、その照明光を光量を計測する計測手
段を備え、この計測手段の計測結果に基づいて、そのマ
スクの熱変形の状態を予測することが望ましい。また、
そのマスクのパターン分布に応じて、そのマスクの熱変
形の状態を予測することが望ましい。また、その照明光
を連続的に発生する光源と、その光源から発射される照
明光の光量を所定範囲で連続的に制御する第１の光量制
御手段と、その光源とそのマスクとの間で、その光源か
ら発射された照明光の光量を段階的に切り換える第２の
光量制御手段と、その基板に塗布された感光剤の感度、
その照明光に対するその基板の走査速度、及びその基板
上におけるその照明光のその基板の走査方向の幅よりそ
の照明光の光量を算出し、その第１の光量制御手段及び
その第２の光量制御手段を介してその照明光の光量をそ
の算出された光量に設定する演算制御手段とを有するこ
とが望ましい。

【００２２】また、本発明による素子製造方法は、本発
明の投影露光装置を用いて基板を走査露光するリソグラ
フィ工程を含むものである。次に、本発明による投影露
光方法は、照明光に対してマスクと基板とを移動するこ
とにより、その基板を走査露光する投影露光方法におい
て、そのマスクのパターン形成面に対するフーリエ変換
面でのその照明光の光量分布を変更し、この変更後の光
量分布に応じて、その基板に対する露光量制御を行うも
のである。

【００２３】この場合、そのマスクのパターンの像をそ
の基板上に投影する投影光学系の露光フィールド内に光
電検出器を移動した状態でそのマスクの走査を開始し、
そのマスクの走査開始から走査終了までの間にその光電
検出器の受光量をサンプリングして、そのマスクの走査
開始からその走査終了までの間の積算露光量を算出する
ことが望ましい。

【００２４】また、そのマスクのパターンの像をその基
板上に投影する投影光学系の露光フィールド内に光電検
出器を移動した状態でそのマスクの走査を開始し、その
マスクの走査開始から走査終了までの間にその光電検出
器から出力された信号からそのマスクのパターン分布を
確認することが望ましい。

【００２５】

【作用】上記のごとき本発明によれば、マスク（１２）
のパターン形成面に対するフーリエ変換面での照明光の
光量分布を変更した場合にも、その変更後の光量分布に
応じて露光量制御を行う（例えば、基板（５）の走査速
度を調整する）ので、スリットスキャン露光方式の投影
露光装置においても、感光材（基板）に対する積算露光
量を目標露光量に設定することができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき図面を参照し
て説明する。本実施例は、スリットスキャン露光方式の
投影露光装置に本発明を適用したものである。図２は本
実施例の投影露光装置のステージ系を示し、この図２に
おいて、図示省略された照明光学系からの照明光ＥＬに
よる矩形の照明領域（以下、「スリット状の照明領域」
という）によりレチクル１２上のパターンが照明され、
そのパターンの像が投影光学系８を介してフォトレジス
トが塗布されたウエハ５上に投影露光される。スリット
スキャン露光方式で露光を行う際には、投影光学系８の
投影倍率をβとして、照明光ＥＬのスリット状の照明領
域に対して、レチクル１２が図２の紙面に対して前方向
に一定速度Ｖ_Rで走査されるのに同期して、ウエハ５は
図２の紙面に対して後方向に一定速度Ｖ_W(＝β・Ｖ_R)で
走査される。

【００２７】レチクル１２及びウエハ５の駆動系につい
て説明するに、レチクル支持台９上にＹ軸方向（図２の
紙面に垂直な方向）に駆動されるレチクルＹ駆動ステー
ジ１０が載置され、このレチクルＹ駆動ステージ１０上
にレチクル微小駆動ステージ１１が載置され、レチクル
微小駆動ステージ１１上にレチクル１２が真空チャック
等により保持されている。レチクル微小駆動ステージ１
１は、投影光学系８の光軸に垂直な面内で図２の紙面に
平行なＸ方向、Ｙ方向及び回転方向（θ方向）にそれぞ
れ微小量だけ且つ高精度にレチクル１２の位置制御を行
う。レチクル微小駆動ステージ１１上には移動鏡２１が
配置され、レチクル支持台９上に配置された干渉計１４
によって、常時レチクル微小駆動ステージ１１のＸ方
向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニターされている。干
渉計１４により得られた位置情報Ｓ１が主制御系２２Ａ
に供給されている。

【００２８】一方、ウエハ支持台１上には、Ｙ軸方向に
駆動されるウエハＹ軸駆動ステージ２が載置され、その
上にＸ軸方向に駆動されるウエハＸ軸駆動ステージ３が
載置され、その上にＺθ軸駆動ステージ４が設けられ、
このＺθ軸駆動ステージ４上にウエハ５が真空吸着によ
って保持されている。Ｚθ軸駆動ステージ４上にも移動
鏡７が固定され、外部に配置された干渉計１３により、
Ｚθ軸駆動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位
置がモニターされ、干渉計１３により得られた位置情報
も主制御系２２Ａに供給されている。主制御系２２Ａ
は、ウエハ駆動装置２２Ｂ等を介してウエハＹ軸駆動ス
テージ２〜Ｚθ軸駆動ステージ４の位置決め動作を制御
すると共に、装置全体の動作を制御する。

【００２９】また、ウエハ側の干渉計１３によって計測
される座標により規定されるウエハ座標系と、レチクル
側の干渉計１４によって計測される座標により規定され
るレチクル座標系の対応をとるために、Ｚθ軸駆動ステ
ージ４上のウエハ５の近傍に基準マーク板６が固定され
ている。この基準マーク板６上には各種基準マークが形
成されている。これらの基準マークの中にはＺθ軸駆動
ステージ４側に導かれた照明光により裏側から照明され
ている基準マーク、即ち発光性の基準マークがある。

【００３０】本例のレチクル１２の上方には、基準マー
ク板６上の基準マークとレチクル１２上のマークとを同
時に観察するためのレチクルアライメント顕微鏡１９及
び２０が装備されている。この場合、レチクル１２から
の検出光をそれぞれレチクルアライメント顕微鏡１９及
び２０に導くための偏向ミラー１５及び１６が移動自在
に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御系
２２Ａからの指令のもとで、ミラー駆動装置１７及び１
８によりそれぞれ偏向ミラー１５及び１６は待避され
る。更に、投影光学系８のＹ方向の側面部に、ウエハ５
上のアライメントマーク（ウエハマーク）を観察するた
めのオフ・アクシスのアライメント装置３４が配置され
ている。

【００３１】図１は本実施例の投影露光装置の主に照明
光学系及び制御系を示し、この図１において、照明光の
光源としての水銀ランプ２３は、ランプ電流制御装置２
４より所定の高電圧を印加されて発光する。水銀ランプ
２３は、一定量の電流が供給されると、それに従って一
定の輝度で連続的に照明光ＥＬ（例えば波長３６５ｎｍ
のｉ線）を発光し続ける。また、本例では、ランプ電流
制御装置２４から水銀ランプ２３に供給する電流Ｉを所
定の範囲で連続的に変えることにより、発光される照明
光の照度を所定の範囲で連続的に変えている（詳細後
述）。ウエハ５への積算露光量を目標露光量に設定する
ための制御を行う露光量制御装置２５が、そのランプ電
流制御装置２４の動作を制御する。

【００３２】水銀ランプ２３からの照明光は、楕円鏡２
６で集光されて、回転型可変減光フィルター板２７を通
過した後、レンズ２８、ミラー３０及びレンズ３１を経
てシャッター３３により開閉される位置に光源像を形成
する。露光量制御装置２５が、駆動モータ２９を介して
回転型可変減光フィルター板２７の回転角を設定する。
図３は、回転型可変減光フィルター板２７の構成を示
し、この減光フィルター板２７は、円板状の基板上に等
角度間隔で６個の開口を形成し、これら開口にそれぞれ
照明光ＥＬに対する透過率の異なるフィルター板２７
ａ，２７ｂ，…，２７ｆをはめ込んだものである。例え
ば第１のフィルター板２７ａの透過率はほぼ１００％で
あり、以下次第に透過率が低下している。従って、回転
型可変減光フィルター板２７の回転角を調整して、フィ
ルター板２７ａ〜２７ｆの内の何れかを照明光ＥＬの光
路中に設定することにより、照明光ＥＬの照度を離散的
に変えることができる。

【００３３】図１に戻り、露光量制御装置２５が駆動モ
ータ３５を介してシャッター３３の開閉動作を制御す
る。シャッター３３が開状態のときには、シャッター３
３を通過した照明光が、第１インプットレンズ３２を介
してほぼ平行光束として第１フライアイレンズ３６に入
射する。そして、第１フライアイレンズ３６の後側焦点
面に形成される多数の２次光源からの照明光が、第２イ
ンプットレンズ３７を介してほぼ平行光束となって第２
フライアイレンズ３８に入射し、第２フライアイレンズ
３８からの照明光が、第３インプットレンズ３９を介し
てほぼ平行光束となって第３フライアイレンズ４０に入
射する。尚、第１フライアイレンズ３６の射出側面と第
２フライアイレンズ３８の入射側面、及び第２フライア
イレンズ３８の射出側面と第３フライアイレンズ４０の
入射側面はともにフーリエ変換の関係となっており、第
３フライアイレンズ４０の射出側面は、照明光学系中の
レチクルのパターン形成面に対するフーリエ変換面とほ
ぼ一致しているものとする。次に、第３フライアイレン
ズ４０からの照明光が、所謂変形照明用の可変開口絞り
４１を照明する。可変開口絞り４１には、通常の円形
（又は矩形）開口、光軸の回りに４個に分割された変形
光源用の開口、及び輪帯開口等が形成され、露光量制御
装置２５が駆動モータ４２を介して可変開口絞り４１の
回転角を設定することにより、露光対象とするレチクル
１２に応じた開口が第３フライアイレンズ４０の射出面
の近傍に配置される。

【００３４】可変開口絞り４１の所定の開口によって一
定の照度分布に設定された照明光は、レンズ４３を経て
反射率が99.5％のミラー４４に入射し、ミラー４４で反
射された照明光が、レンズ４７、第１リレーレンズ４８
を経て固定の視野絞り（固定レチクルブラインド）４９
上に到達し、ここでレチクル１２上の有効照明視野（ス
リット状の照明領域）が決定される。視野絞り４９を通
過した照明光ＥＬが、第２リレーレンズ５０及びメイン
コンデンサーレンズ５１を介して、レチクル１２上のス
リット状の照明領域５２を均一な照度で照明する。スリ
ット状の照明領域５２内のレチクル１２のパターン像
が、投影光学系８を介してウエハ５上の走査方向（Ｙ方
向）の幅がＬのスリット状の露光領域内に投影露光され
る。

【００３５】主制御系２２Ａは、レチクルステージ駆動
装置２２Ｃを介してレチクルステージＲＳＴ（図２のレ
チクル支持台９〜レチクル微小駆動ステージ１１を含
む）の動作を制御することにより、レチクル１２を照明
領域５２に対してＹ方向に速度Ｖ_Rで走査させるのに同
期して、ウエハステージ駆動装置２２Ｂを介してウエハ
ステージＷＳＴ（図２のウエハ支持台１〜Ｚθ軸駆動ス
テージ４を含む）の動作を制御することにより、ウエハ
５を露光領域に対して−Ｙ方向に速度Ｖ_Wで走査させ
る。また、オペレータは、キーボード５７からウエハ５
上に塗布されているフォトレジストの感度Ｐを入力す
る。主制御系２２Ａは、入力されたフォトレジストの感
度Ｐを露光量制御装置２５に伝達し、露光量制御装置２
５は、入力された感度Ｐに応じて露光量制御を行う。ま
た、ウエハステージＷＳＴ上のウエハ５の近傍には、光
電検出器よりなる照射量モニター５８が設置され、この
照射量モニター５８の光電変換信号も主制御系２２Ａに
供給されている。

【００３６】スリットスキャン露光方式で露光を行う際
には、レチクルのパターン領域を囲む遮光帯からそのパ
ターン領域にスリット状の照明領域５２の前側のエッジ
部が出る直前にシャッター３３が開けられ、露光が終了
する際に、レチクル１２のパターン領域を囲む遮光帯に
照明領域５２の後側のエッジ部が入った時点で、シャッ
ター３３が閉じられる。即ち、スリットスキャン露光方
式では、シャッター３３の役割はレチクル１２上の遮光
帯の幅を小さく抑える為のものであり、露光量制御には
直接使用されない。シャッター３３は主にテスト露光時
の開閉や制御系のチェック等に使用される。例えば、レ
チクル１２及びウエハ５を静止させて露光する際に、シ
ャッター３３の開閉による露光量制御が実行される。

【００３７】また、反射率が99.5％のミラー４４を透過
した照明光は、集光レンズ４５を介して光電検出器より
なるインテグレータセンサー４６で受光される。また、
ミラー４４で反射された照明光の内でレチクル１２のパ
ターン上で反射された光、及びレチクル１２及び投影光
学系８を介してウエハ５に達した後、ウエハ５で反射し
た光は、同じ光路を戻ってミラー４４を透過して、集光
レンズ５３を経て光電検出器よりなる反射率モニター５
４に達する。ここで、ウエハ５の露光面を投影光学系８
の露光フィールドから外して、ウエハ５からの反射光が
戻らない条件で計測した反射率モニター５４の出力値が
レチクル１２のパターン面で反射した戻り光に対応する
出力値であり、この出力値をウエハ５の露光面を投影光
学系８の露光フィールドに設定した場合の計測結果から
差し引いて得られる値が、ウエハ５の露光面からの反射
光に対応する値として算出される。

【００３８】照射量モニター５８、インテグレータセン
サー４６及び反射率モニター５４の出力信号は主制御系
２２Ａを介して露光量制御装置２５に供給され、これら
全ての出力信号は露光量制御装置２５で処理される。こ
こで、各センサーについて詳細に説明すると、シャッタ
ー３３をオープンしてレチクル１２がレチクルステージ
ＲＳＴ上に搭載されていない状態で、照明光ＥＬを照射
量モニター５８及びインテグレータセンサー４６でモニ
ターし、ウエハ５の露光面での照射量（照射量モニター
５８の出力信号）とインテグレータセンサー２９での受
光量との比をパラメータとして計測する。更に、照射量
モニター５８を投影光学系８の露光フィールドから外に
移動させて、投影光学系８の露光フィールド内に反射率
の分かっている基準基板を配置して、インテグレータセ
ンサー４６の出力信号と反射率モニター５４の出力信号
との比をパラメータとして計測する。この方法で照射量
モニター５８の出力信号に対する反射率モニター５４及
びインテグレータセンサー４６の出力信号のキャリブレ
ーションが終了する。

【００３９】次に、レチクルステージＲＳＴ上にレチク
ル１２を搭載した後、再び照射モニター５８を投影光学
系８の露光フィールド内に移動し、レチクル１２の走査
を開始する。ここでレチクル１２の走査開始から走査終
了までの間、主制御系２２Ａが照射量モニター５８の受
光量のサンプリングを行い、走査終了後に、レチクル１
２の全面を走査した後の積算露光量を算出する。これ
は、照射エネルギーがレチクル１２上のパターンによっ
て異なり、走査時の積算露光量を実際にモニターし、投
影光学系８の投影倍率βやフォーカス位置の変化を補正
する必要がある為である。また、照射量モニター５８の
出力信号を時間軸に沿ってプロットすると、一定の分布
が確認される。これはレチクル１２上のパターン分布を
示しており、その分布が一様でない場合、レチクル１２
上の照射による熱エネルギー分布も同様の特性を持つた
め、レチクル１２が非線形に熱変形する事を示してい
る。この結果から、そのレチクル１２の走査方向の熱変
形を補正するように、露光中にレチクルステージＲＳＴ
の走査速度を調整することにより、ウエハ５上では熱変
形の影響が現れないようにすることができる。

【００４０】また、図１では図示省略しているが、投影
光学系８には結像特性補正部が接続され、この結像特性
補正部により投影光学系８を構成するレンズエレメント
の内の所定のレンズエレメントを動かすことにより、投
影光学系８の投影倍率βを所定の範囲で補正する。これ
により、レチクル１２の非走査方向（Ｘ方向）への熱変
形の影響を除去することができる。

【００４１】更に、ウエハ５に露光しつつ、レチクル１
２の走査を行ったときの反射率モニター５４の出力信号
より、ウエハ５の露光面での反射光の量も計測できる。
この反射光は投影光学系８を再び通過するので、この出
力結果を加えて投影光学系８の投影倍率やフォーカス位
置の変化を予測して補正する必要がある。また、変形照
明用可変開口絞り４１を回転させて照明光の照度分布を
小さい領域に限定すると、当然にインテグレータセンサ
ー４６で検出される照明光の照度は低下するので、露光
時間を長くする必要がある。

【００４２】一般に、ウエハ５上での照明光ＥＬの照度
Ｑ（ｍＷ／ｃｍ²）と、ウエハ５上のフォトレジストの
感度Ｐ（ｍＪ／ｃｍ²）と、ウエハ５の走査速度Ｖ_W(ｍ
ｍ／ｓｅｃ）と、ウエハ５上のスリット状の露光領域の
幅Ｌとの間には、次の関係がある。Ｑ・Ｌ＝Ｐ・Ｖ_W （３）従って、フォトレジストの感度Ｐが所定の値に設定され
ているときに、ウエハ上での照明光の照度Ｑが小さくな
ると、スリット幅Ｌは一定なので、ウエハ５の走査速度
Ｖ_Wをそれに比例して遅くする必要がある。この様に、
インテグレータセンサー４６の出力信号はウエハ５上の
照度Ｑに換算され、必要に応じて（３）式を満たす様に
走査速度Ｖ_Wが調整される。

【００４３】次に、ウエハ５上のフォトレジストが高感
度である場合について検討する。フォトレジストが高感
度になると、感度Ｐの値は小さくなる。本例のスリット
幅Ｌは一定であるため、（３）式を満たすためには、感
度Ｐが小さくなるに従って、ウエハ５の走査速度Ｖ_Wを
上げるか、ウエハ５上の照度Ｑを低下させる必要があ
る。しかしながら、ウエハ５の走査速度Ｖ_Wが最大値で
ある場合、走査速度Ｖ_Wを上昇させることはできない。
そこで、フォトレジストの過剰露光を避けるために、本
例では回転型可変減光フィルター板２７及びランプ電流
制御装置２４を用いて、ウエハ５上での照明光の照度Ｑ
を（３）式を満たすように連続的に調整する。

【００４４】即ち、（３）式でスリット幅Ｌ及びウエハ
５の走査速度Ｖ_W が一定であるとすると、照明光の照度
Ｑとフォトレジストの感度Ｐとは図４（ａ）の直線５５
で示すような比例関係にある。フォトレジストの感度Ｐ
の可変範囲をＰ₁₀〜Ｐ₆₁として、それに対応する照度Ｑ
の範囲をＱ₁₀〜Ｑ₆₁とする。また、図１において、水銀
ランプ２３に供給する電流Ｉの定格値（通常使用する場
合の最大値）をＩ_maxとすると、電流Ｉが最大値Ｉ_max
に対して７０％〜１００％の範囲では、電流Ｉと照明光
の照度Ｑとはほぼ線形（リニア）に変化する。そこで、
図４（ｂ）に示すように、本例では水銀ランプ２３に供
給する電流Ｉを、通常は最大値Ｉ_max の７０％より僅か
に大きい値Ｉ₁〜最大値Ｉ_max の１００％より僅かに小
さい（例えば９８％程度）値Ｉ₂の範囲で調整する。電
流Ｉの通常の最大値Ｉ₂を最大値Ｉ_max の９８％程度に
設定するのは、経時変化により水銀ランプ２３自体の発
光パワーが低下した場合に、露光を中断し、フィルター
を交換することなく特例として電流Ｉを最大値Ｉ₂より
高くして、水銀ランプ２３の発光パワーを大きくできる
余地を残すためである。

【００４５】また、図３の回転型可変減光フィルター板
２７において、フィルター板２７ａの透過率を１００％
として、以下、フィルター板２７ｂ，２７ｃ，…の順に
透過率が次第に小さくなっているものとする。そして、
最小の透過率のフィルター板を照明光の光路中に設定し
た場合で且つ電流ＩがＩ₁のときのウエハ５上での照明
光の照度Ｑが、図４（ｂ）のようにＱ₁₀になるようにす
る。その後、次第に電流ＩをＩ₂まで上昇させると、直
線５６Ａのように照度ＱはＱ₁₀〜Ｑ₁₁まで上昇する。そ
こで、回転型可変減光フィルター板２７のフィルター板
を透過率が２番目のものに切り換えると共に、電流Ｉを
Ｉ₁に下げると、照度ＱはＱ₂₀になる。照度Ｑ₂₀は照度
Ｑ₁₁より僅かに小さくなっている。

【００４６】同様に、電流ＩがＩ₁のときに回転型可変
減光フィルター板２７での透過率を切り換えると、照度
ＱはＱ₂₀，Ｑ₃₀，…，Ｑ₆₀のように上昇する。この後次
第に電流ＩをＩ₂まで上昇させると、それぞれ直線５６
Ｂ，５６Ｃ，…，５６Ｆに沿って照度ＱはＱ₂₁，Ｑ₃₁，
…，Ｑ₆₁まで上昇する。従って、本例によれば、回転型
可変減光フィルター板２７のフィルターの切り換え及び
電流Ｉの連続的な調整により、照明光の照度ＱをＱ₁₀〜
Ｑ₆₁の間で任意の値に設定することができる。この照度
Ｑの可変範囲Ｑ₁₀〜Ｑ₆₁は、図４（ａ）に示すフォトレ
ジストの感度Ｐの可変範囲Ｐ₁₀〜Ｐ₆₁に対応している。

【００４７】また、現在の照明光の照度Ｑは、常時イン
テグレータセンサー４６の出力信号によりモニターさ
れ、スリットスキャン露光方式で露光を行う際には、露
光量制御装置２５は、（３）式が満たされるようにラン
プ電流制御装置２４及び駆動モータ２９を介して、照明
光の照度Ｑの値を制御している。これにより、フォトレ
ジストの感度が高い場合（感度Ｐの値が小さい場合）で
も、ウエハ５の走査速度Ｖ_Wを低下させることなく、且
つ高い露光量制御精度でレチクル１２のパターンをウエ
ハ５上に投影することができる。

【００４８】なお、上述実施例では照明光として水銀ラ
ンプ２３が使用されているが、その他に連続光を発生す
る種々の光源を使用することができる。また、水銀ラン
プ２３の発光パワーを変えるのに上述実施例では供給す
る電流を変えているが、供給する電圧を変えることによ
り発光パワーを変えても良い。なお、本発明は上述実施
例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
の構成を取り得ることは勿論である。

【００４９】なお、上述の実施例の投影露光装置は、図
１に示す如く、連続的な照明光を発生する光源（水銀ラ
ンプ２３）と、その照明光でマスク（レチクル１２）上
の所定形状の照明領域５２を照明する照明光学系と、照
明領域内のマスクのパターンの像を感光材が塗布された
基板（ウエハ５）上に投影する投影光学系８とを有し、
照明領域に対してマスクを所定方向に走査し、照明領域
と共役な露光領域に対して基板を所定方向に走査するこ
とにより、マスクのパターンの像を逐次基板上に露光す
る投影露光装置において、光源に供給する電力を制御す
ることにより、光源から発生される照明光の光量を所定
範囲で連続的に制御する第１の光量制御手段（ランプ電
流制御装置２４）と、その照明光学系中に配置され、そ
の照明光に対する減光率を複数の減光率中から選択され
た減光率に設定することにより、その照明光の光量を段
階的に切り換える第２の光量制御手段（回転型可変減光
フィルター板２７及び駆動モータ２９）と、基板に塗布
されたその感光材の感度を入力する感度入力手段（キー
ボード５７）と、感度入力手段により入力されたその感
光材の感度Ｐ、照明領域と共役な露光領域に対する基板
の走査速度Ｖ_W 、及び照明領域と共役な露光領域の基板
の走査方向の幅Ｌよりその照明光の光量（照度）Ｑを算
出し、第１の光量制御手段及び第２の光量制御手段を介
してその照明光の光量をその算出された光量Ｑに設定す
る演算制御手段（露光量制御装置２５）とを有するもの
である。

【００５０】上述の斯かる投影露光装置によれば、感光
材の感度Ｐ、スリット状の露光領域に対する基板の走査
速度Ｖ_W 、スリット状の露光領域の基板の走査方向の幅
Ｌ、及び照明光の光量（照度）Ｑの間には、次の関係が
ある。Ｑ・Ｌ＝Ｐ・Ｖ_Wまた、照明光の光量Ｑの大きな
切り換え（粗調整）は、第２の光量調整手段で行い、そ
の離散的な光量の間での光量Ｑの連続的な切り換え（微
調整）を第１の光量調整手段で行うことにより、連続的
な照明光を発生する光源からの照明光の光量をかなり広
い範囲に亘って連続的に切り換えることができる。そこ
で、感光材の感度Ｐが高くなった場合でも、基板の走査
速度Ｖ_W を最大にした状態で、且つスリット状の露光領
域の幅Ｌを変えることなく、上記の条件式を満足するよ
うに照明光の光量Ｑの値を設定することができ、露光量
の制御精度が高く維持される。従って、走査速度Ｖ_W を
遅くすることによるスループット低下や、スリット状の
露光領域の幅Ｌを可変にしたときの照度むらの発生等が
なくなる。

【００５１】また、上述実施例の投影露光装置は、例え
ば図１に示す如く、照明光を発生する光源（水銀ランプ
２３）と、その照明光でマスク（レチクル１２）上の所
定形状の照明領域５２を照明する照明光学系と、照明領
域内のマスクのパターンの像を感光材が塗布された基板
（ウエハ５）上に投影する投影光学系８とを有し、照明
領域に対してマスクを所定方向に走査し、照明領域と共
役な露光領域に対して基板を所定方向に走査することに
より、マスクのパターンの像を逐次基板上に露光する投
影露光装置において、照明領域内のマスクのパターンを
通過した照明光の光量を計測する計測手段（照射量モニ
ター５８）と、計測手段の計測結果よりマスクの熱変形
量を予測する演算手段（主制御系２２Ａ）と、マスクと
基板との相対的な走査速度を調整する走査速度調整手段
（主制御系２２Ａ、ウエハステージ駆動装置２２Ｂ、及
びレチクルステージ駆動装置２２Ｃ）と、演算手段によ
り予測されたマスクの走査方向の熱変形量を相殺するよ
うに、その走査速度調整手段を介してマスクと基板との
相対的な走査速度を調整する制御手段（主制御系２２
Ａ）とを有するものである。

【００５２】斯かる投影露光装置によれば、計測手段に
よりマスクのパターンを通過した照明光の光量を計測す
ることにより、そのパターンの存在率を求めることがで
き、そのパターンの存在率により熱膨張の状態が予測で
きる。また、投影光学系の投影倍率をβとすると、倍率
誤差が無いときには、マスクの走査速度Ｖ_R に対して、
基板の走査速度Ｖ_W はβ・Ｖ_R となる。従って、露光を
継続したことによりマスクが熱変形して部分的に倍率誤
差Δβ（非線形誤差）が生ずる場合には、マスクの走査
速度Ｖ_R 又は基板の走査速度Ｖ_W を部分的に変更するこ
とにより、基板の走査方向の熱膨張による非線形誤差は
解消される。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、マスクのパターン形成
面に対するフーリエ変換面での照明光の光量分布を変更
した場合にも、その変更後の光量分布に応じて露光量制
御を行うので、スリットスキャン露光方式の投影露光装
置や投影露光方法においても、感光材（基板）に対する
積算露光量を目標露光量に設定することができる。

【００５４】また、照明光の光量を所定範囲で連続的に
調整することができるため、感光材の感度が高くなった
場合でも、露光工程のスループットを低下させることな
く、且つ照度むらを生じさせることなく、感光材（基
板）に対する積算露光量を目標露光量に設定できる利点
がある。また本発明によれば、マスクのパターンの熱変
形に応じてマスクと基板との相対走査速度を部分的に変
化させることができるため、積算露光量が大きくマスク
のパターンが熱変形した場合でも、基板上に形成される
パターンの非線形誤差を小さくできる利点がある。ま
た、アライメント精度やフォーカス制御精度が向上する
利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例において使用される投影露光装
置の照明光学系及び制御系を示す構成図である。

【図２】実施例の投影露光装置のステージ系を示す構成
図である。

【図３】実施例の回転型可変減光フィルター板２７の構
成を示す正面図である。

【図４】（ａ）は照明光の照度Ｑとフォトレジストの感
度Ｐとの関係を示す図、（ｂ）は照明光の照度Ｑと水銀
ランプの電流Ｉとの関係を示す図である。

【図５】従来のステッパーを示す構成図である。

【図６】従来のステッパーにおけるシャッターの駆動方
法の説明に供給する図である。

【符号の説明】

５ウエハ８投影光学系１２レチクル２２Ａ主制御系２３水銀ランプ２４ランプ電流制御装置２５露光量制御装置２７回転型可変減光フィルター板３３シャッター４６インテグレータセンサー４９視野絞り５４反射率モニター５７キーボード５８照射量モニター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光に対してマスクと基板とを移動す
ることにより、前記基板を走査露光する投影露光装置に
おいて、前記マスクのパターン形成面に対するフーリエ変換面で
の前記照明光の光量分布を変更する分布変更手段と、前記分布変更手段による変更後の前記光量分布に応じ
て、前記基板に対する露光量制御を行う露光量制御手段
と、を備えたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記基板上での前記照明光の光量をＱ、
前記基板上の感光剤の感度をＰ、前記基板の走査速度を
Ｖ、前記基板上における前記照明光の照射領域の幅をＬ
として、前記露光量制御手段は、以下の条件式が満たさ
れるように前記基板に対する露光量制御を行うことを特
徴とする請求項１記載の投影露光装置。Ｑ・Ｌ＝Ｐ・Ｖ
【請求項３】前記マスクを保持するとともに、前記走
査露光のために前記照明光に対して所定の走査方向に移
動可能なマスクステージと、前記基板を保持して前記照明光に対し移動可能な基板ス
テージと、前記基板を走査露光するときに、前記マスクの熱変形に
応じて前記マスクの走査速度を調整する速度調整手段
と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の
投影露光装置。
【請求項４】前記マスクを保持するとともに、前記走
査露光のために前記照明光に対して所定の走査方向に移
動可能なマスクステージと、前記基板を保持して前記照明光に対し移動可能な基板ス
テージと、前記基板を走査露光するときに、前記マスクの熱変形に
応じて前記基板の走査速度を調整する速度調整手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の
投影露光装置。
【請求項５】前記速度調整手段は、前記走査方向にお
ける前記マスクの熱変形に応じて前記走査速度の調整を
行うことを特徴とする請求項３又は４記載の投影露光装
置。
【請求項６】前記投影光学系の結像特性を調整するた
めの結像特性調整手段をさらに備え、前記結像特性調整手段は、前記所定方向と直交する方向
の前記マスクの熱変形に応じて前記投影光学系の結像特
性を調整することを特徴とする請求項１〜５の何れか一
項記載の投影露光装置。
【請求項７】前記照明光を光量を計測する計測手段を
さらに備え、該計測手段の計測結果に基づいて、前記マスクの熱変形
の状態を予測することを特徴とする請求項３〜６の何れ
か一項記載の投影露光装置。
【請求項８】前記マスクのパターン分布に応じて、前
記マスクの熱変形の状態を予測することを特徴とする請
求項３〜６の何れか一項記載の投影露光装置。
【請求項９】前記照明光を連続的に発生する光源と、前記光源から発射される照明光の光量を所定範囲で連続
的に制御する第１の光量制御手段と、前記光源と前記マスクとの間で、前記光源から発射され
た照明光の光量を段階的に切り換える第２の光量制御手
段と、前記基板に塗布された感光剤の感度、前記照明光に対す
る前記基板の走査速度、及び前記基板上における前記照
明光の前記基板の走査方向の幅より前記照明光の光量を
算出し、前記第１の光量制御手段及び前記第２の光量制
御手段を介して前記照明光の光量を前記算出された光量
に設定する演算制御手段とを有することを特徴とする請
求項１〜８の何れか一項記載の投影露光装置。
【請求項１０】請求項１〜９の何れか一項記載の投影
露光装置を用いて基板を走査露光するリソグラフィ工程
を含むことを特徴とする素子製造方法。
【請求項１１】照明光に対してマスクと基板とを移動
することにより、前記基板を走査露光する投影露光方法
において、前記マスクのパターン形成面に対するフーリエ変換面で
の前記照明光の光量分布を変更し、該変更後の光量分布に応じて、前記基板に対する露光量
制御を行うことを特徴とする投影露光方法。
【請求項１２】前記マスクのパターンの像を前記基板
上に投影する投影光学系の露光フィールド内に光電検出
器を移動した状態で前記マスクの走査を開始し、前記マスクの走査開始から走査終了までの間に前記光電
検出器の受光量をサンプリングして、前記マスクの走査
開始から前記走査終了までの間の積算露光量を算出する
ことを特徴とする請求項１１記載の投影露光方法。
【請求項１３】前記マスクのパターンの像を前記基板
上に投影する投影光学系の露光フィールド内に光電検出
器を移動した状態で前記マスクの走査を開始し、前記マスクの走査開始から走査終了までの間に前記光電
検出器から出力された信号から前記マスクのパターン分
布を確認することを特徴とする請求項１１記載の投影露
光方法。