JP2001085328A

JP2001085328A - 投影露光方法及び装置、並びに素子製造方法

Info

Publication number: JP2001085328A
Application number: JP2000258871A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-06-11
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2001-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】基板上での照度むら（積算露光量のばらつ
き）を低減する。【解決手段】切り換え手段（５６）によって照明法が
切り換えられた場合にも、均一化手段（５２）によって
基板（５）上での積算露光量を均一化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

【０００２】

【従来の技術】従来より、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ー技術を用い
て製造する際に、フォトマスク又はレチクル（以下、
「レチクル」と総称する）のパターンを投影光学系を介
して、フォトレジスト等が塗布されたウエハ（又はガラ
スプレート等）上に露光する投影露光装置が使用されて
いる。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。

【０００３】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。

【０００４】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
ルに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。

【０００５】この種の投影露光装置でも、従来の一括露
光方式の露光装置と同様に、視野絞りによりレチクル上
にスリット状の照明領域を設定する必要がある。ところ
が、スリットスキャン露光方式の場合には、走査の開始
時及び終了時にその照明領域がレチクル上のパターン領
域の走査方向のエッジ部近傍を走査するため、何等かの
工夫をしないと、パターン領域の外部の白抜きパターン
等がウエハ上に投影されてしまう。また、パターン領域
以外の部分の転写を防ぐために、そのパターン領域の周
囲に設けられている遮光帯（禁止帯）の幅を広くするこ
とも考えられるが、これでは１枚のレチクル全体の中で
パターン領域の面積が狭くなり、転写パターンの大面積
化に反することになる。

【０００６】そこで、例えば特開平４−１９６５１３号
公報では、視野絞りを可動にして、走査の開始時及び終
了時にその視野絞りのエッジ部を走査に同期して移動さ
せることにより、スリット状の照明領域のエッジ部を移
動させるようにした投影露光装置が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
に於いては、投影光学系の倍率をβとすると、レチクル
が速度Ｖ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が速度β・Ｖで走査される。そ
して、露光光の光量及び走査速度が一定とすると、スリ
ット状の照明領域の走査方向の幅により、ウエハ上の積
算露光量が決定される。このため、従来のようにレチク
ル上にスリット状の照明領域を設定するための可動の視
野絞りをレチクルと共役な面に配置し、走査の開始時及
び終了時にその視野絞りのエッジ部を移動させて、且つ
レチクルのパターン領域の内部では照明領域の形状を正
確に目標とする形状に設定してウエハ上への積算露光量
を目標とする積算露光量に設定するためには、可動の視
野絞りの駆動機構として高精度の位置決め機構が必要と
なり、可動の視野絞りの構造が複雑である不都合があっ
た。

【０００８】更に、レチクル上のパターン領域を囲む遮
光帯の走査に追従して可動の視野絞りのエッジ部を追従
させて動かすためには、その可動の視野絞りを高速追従
型にする必要があり、制御が複雑であるという不都合が
あった。また、視野絞りを可動にするためには、視野絞
りのエッジ部を機械的なナイフエッジの様なもので形成
するのが便利であるが、機械的なナイフエッジでは形状
誤差が大きく、露光後のウエハ上の積算露光量が位置に
より異なるという照度むらが発生する可能性があった。
また、視野絞りは照明光学系内に配置されていたので、
レチクルと共役状態であっても、ディストーション誤差
等が大きく、走査方向に垂直な非走査方向の照度むらの
除去が困難であるという不都合があった。

【０００９】本発明は斯かる点に鑑み、ウエハ上での走
査方向に垂直な方向の照度むら（積算露光量のばらつ
き）を低減することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の投影
露光装置は、例えば図１及び図２に示すように、マスク
（１２）のパターンの像を基板（５）上に投影するとと
もに、基板（５）を所定の走査方向（Ｙ）へ移動するこ
とにより基板（５）を走査露光する投影露光装置におい
て、マスク（１２）に照射される露光ビームを射出する
ビーム源（３１）と、ビーム源（３１）からの射出され
た露光ビームによる照明法を切り換える切換手段（５
６）と、基板（５）上での積算露光量を均一化するため
の均一化手段（５２）とを備えるようにしたものであ
る。

【００１１】また、本発明による第２の投影露光装置
は、マスク（１２）のパターンの像を基板（５）上に投
影するとともに、その基板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装置において、そのマスクに
照射される露光ビームを射出するビーム源（３１）と、
そのマスクのパターンの像をその基板上に投影するため
の投影光学系（８）と、そのビーム源からの射出された
露光ビームの光路を変更する変更手段と、その基板上で
の積算露光量を均一化する均一化手段（５２）とを備え
たものである。

【００１２】また、本発明による投影露光方法は、マス
ク（１２）のパターンの像を基板（５）上に投影すると
ともに、その基板を露光ビームに対して所定の走査方向
へ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、その露光ビームによるそのマスクの照明
法を切換える工程と、その照明法の切り換え後に、その
基板上での積算露光量のばらつきが発生しないように積
算露光量制御を行う工程と、を含むものである。

【００１３】次に、本発明による素子製造方法は、本発
明の投影露光方法又は投影露光装置を用いるものであ
る。

【００１４】

【作用】本発明によれば、いずれの照明法を使用した場
合でも、スリットスキャン露光方式でマスク（１２）の
パターンの像を基板（５）上に露光した後の基板（５）
上での照度均一性が良好となる。

【００１５】

【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
投影露光装置でレチクルのパターンを逐次ウエハ上に露
光する場合に、本発明を適用したものである。図１は本
実施例の投影露光装置を示し、この図１において、図示
省略された照明光学系からの露光光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、露光光ＥＬのスリット状の照
明領域に対して、レチクル１２が図１の紙面に対して前
方向に一定速度Ｖで走査されるのに同期して、ウエハ５
は図１の紙面に対して後方向に一定速度Ｖ／Ｍ（１／Ｍ
は投影光学系８の縮小倍率）で走査される。

【００１６】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１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１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。

【００１７】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。

【００１８】また、後述するが、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、Ｚ
θ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。

【００１９】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。

【００２０】図２は本例の照明光学系を示し、この図２
において、水銀ランプ３１から射出された露光光（例え
ば波長３６５ｎｍのｉ線）は、楕円鏡３２によって集光
された後、インプットレンズ３３によりほぼ平行光束に
変換されてフライアイレンズ３６に入射する。楕円鏡３
２の第２焦点付近にシャッター３４を配置し、主制御系
２２Ａが駆動装置３５を介してシャッター３４を開閉す
ることにより、露光時間等を制御する。

【００２１】フライアイレンズ３６の射出側の焦点面
（照明光学系の瞳面とほぼ一致）には多数の２次光源が
形成され、これら多数の２次光源からの露光光ＥＬは、
第１リレーレンズ３７Ａを経て均一な照度分布で１対の
可動レチクル遮光板３８及び３９上に照射される。可動
レチクル遮光板３８及び３９で囲まれた開口部を通過し
た光は、可動レチクル遮光板３８及び３９から少し離れ
た位置に配置してある固定レチクルブラインド４２に達
する。固定レチクルブラインド４２は、ガラス基板４３
の可動レチクル遮光板３８，３９側の表面に矩形の開口
を有するクロム膜４４を蒸着したものであり、そのクロ
ム膜４４内の開口４４ａ（図３参照）によって、レチク
ル１２上のスリット状の照明領域の形状及び大きさ（面
積）を決定している。また、可動レチクル遮光板３８及
び３９はそれぞれ駆動装置４０Ａ及び４０Ｂに接続さ
れ、露光時に主制御系２２Ａが駆動装置４０Ａ及び４０
Ｂを介してそれぞれ可動レチクル遮光板３８及び３９の
位置制御を行う。

【００２２】図３は可動レチクル遮光板３８，３９及び
固定レチクルブラインド４２の照明光学系の光軸ＡＸに
沿った配置を示し、この図３において、図２のレチクル
１２の走査方向（Ｙ方向）に共役な方向をＹ１方向、非
走査方向（Ｘ方向）に共役な方向をＸ１方向とする。そ
して、一方の可動レチクル遮光板３８は、Ｙ１方向に垂
直なエッジを有する羽根３８ｙ、及びＸ１方向に垂直な
エッジを有する羽根３８ｘを一体化して形成され、他方
の可動レチクル遮光板３９は、Ｙ１方向に垂直なエッジ
を有する羽根３９ｙ、及びＸ１方向に垂直なエッジを有
する羽根３９ｘを一体化して形成されている。Ｙ１方向
に垂直なエッジを有する羽根３８ｙ，３９ｙと、Ｘ１方
向に垂直なエッジを有する羽根３８ｘ，３９ｘとは、互
いに干渉しないように、光軸ＡＸ方向に段差をつけてあ
る。

【００２３】また、可動レチクル遮光板３８及び３９は
それぞれＸ１方向及びＹ１方向に沿って移動できるよう
に支持され、羽根３８ｙ及び３９ｙで囲まれた開口によ
り、図２のレチクル１２上の照明領域がＹ方向に制限さ
れ、羽根３８ｘ及び３９ｘで囲まれた開口により、図２
のレチクル１２上の照明領域がＸ方向に制限される。そ
れら羽根３８ｙ，３９ｙ及び３８ｘ，３９ｘにより囲ま
れた開口を通過した光の内で、固定レチクルブラインド
４２のクロム膜４４中に形成された開口４４ａを通過し
た光がレチクル１２を照明する。

【００２４】図２に戻り、固定レチクルブラインド４２
の開口を通過した露光光ＥＬは、第２リレーレンズ３７
Ｂ、ミラー４１及びメインコンデンサーレンズ４５を経
て、レチクル１２上のスリット状の照明領域４６を均一
な照度で照明する。厳密には、照明領域４６は固定レチ
クルブラインド４２の開口により設定される領域であ
り、その照明領域４６と、可動レチクル遮光板３８，３
９で囲まれる開口部により設定される照明視野とが重な
った領域にのみ露光光ＥＬが照射される。スリットスキ
ャン露光方式で露光を行う際には、照明領域４６に対し
てＹ方向（図２の紙面に平行な方向）にレチクル１２が
所定速度で走査される。

【００２５】また、可動レチクル遮光板３８及び３９の
中で、レチクル１２上の走査方向の照明視野を設定する
羽根３８ｙ及び３９ｙが、レチクル１２のパターン形成
面との共役面に配置され、レチクル１２上の非走査方向
の照明視野を設定する羽根３８ｘ及び３９ｘ（図２では
現れていない）は、その共役面から第１リレーレンズ３
７Ａ側に僅かにデフォーカスした面に配置されている。
また、固定レチクルブラインド４２（クロム膜の蒸着に
よって開口４４ａが形成された面）は、レチクル１２の
パターン形成面との共役面から第２リレーレンズ３７Ｂ
側に所定間隔だけデフォーカスした面に配置されてい
る。

【００２６】また、露光時にはレチクル微小駆動ステー
ジ１１上のＹ方向用の移動鏡２１ｙで反射されたレーザ
ビームにより、Ｙ方向用の干渉計１４ｙがレチクル１２
のＹ方向の位置を常時検出されている。この検出結果が
主制御系２２Ａに供給され、主制御系２２Ａは、レチク
ル１２のＹ方向の位置及び図１のウエハ５のＹ方向の位
置に応じて、レチクルステージ駆動部４７を介してレチ
クルＹ駆動ステージ１０（更にはレチクル微小駆動ステ
ージ１１）による走査速度を制御する。

【００２７】次に、本例でスリットスキャン露光方式で
露光を行う際の動作の一例につき図４を参照して説明す
る。図４は本例のレチクル１２の平面図であり、レチク
ル１２の内部のパターン形成領域ＰＡ内のパターンの像
が図１のウエハ５上に露光される。また、パターン領域
ＰＡは所定の幅の遮光帯（禁止帯）４８により囲まれて
いる。そのレチクル１２上に図２の固定レチクルブライ
ンド４２により設定されるスリット状の照明領域４６
と、図２の可動レチクル遮光板３８，３９により設定さ
れる照明視野４９とが重なった領域に露光光ＥＬが照射
される。そこで、レチクル１２のＹ方向への走査を開始
する際には、レチクル１２のＹ方向への走査と同期して
図３の可動レチクル遮光板３８の羽根３８ｙをＹ１方向
へ移動させることにより、照明視野４９の走査方向側の
エッジ部４９ａを遮光帯４８内に入れておく。そして、
更にレチクル１２がＹ方向に進んで、照明領域４６の走
査方向側のエッジ部４６ａが遮光帯４８にかかったとき
に、羽根３８ｙを大きくＹ１方向に移動させて、照明視
野４９のエッジ部４９ａを遮光帯４８の外側に移動させ
る。

【００２８】この際に、照明視野４９のＹ方向の両側
（Ｘ方向に延びた２組）のエッジ部は照明領域４６の外
側に設定され、照明視野４９の非走査方向（Ｘ方向）の
両側（Ｙ方向に延びた２組）のエッジ部は遮光帯４８、
特にＹ方向に延びた遮光帯中に設定され、照明領域４６
のＸ方向（Ｙ方向に延びた２組）のエッジは遮光帯４８
の外側に設定されている。従って、照明領域４６が走査
方向でパターン領域ＰＡ内にある時間には、走査方向で
は照明領域４６に設定され、非走査方向では遮光帯４８
で区切られる範囲のパターンの像がウエハ５上に投影さ
れる。その後、レチクル１２が更にＹ方向に進んで、照
明視野４９の走査方向に対して後側のエッジ部４９ｂが
遮光帯４８にかかった時点から露光が終了するまで、レ
チクル１２の走査と同期して図２の可動レチクル遮光板
３９の羽根３９ｙをＹ１方向に走査することにより、そ
のエッジ部４９ｂを遮光帯４８中に入れておく。これに
より遮光帯４８の外側を通過した露光光がウエハ５上に
照射されることがなくなる。

【００２９】このように可動レチクル遮光板３８，３９
で決定される照明視野４９は、常にレチクル上の遮光帯
４８と照明領域４６の視野より外側に位置する様に制御
され、レチクル上の遮光帯４８の外に照明光が漏れるの
を防いでいる。このように本実施例では、レチクル１２
上のパターン領域ＰＡ以外の領域を遮光するための可動
レチクル遮光板３８及び３９の位置決め精度は、レチク
ル１２上の遮光帯４８の幅程度で良く、駆動機構及び制
御機構が簡略である。

【００３０】次に、本例では、露光光ＥＬの光強度が一
定で、且つレチクル１２及びウエハ５の走査速度がそれ
ぞれ一定であるとすると、固定レチクルブラインド４２
によって定まるレチクル１２上の照明領域４６の走査方
向の幅によってウエハ５上での積算露光量が決定され
る。この際に、照明光学系の特性等により、ウエハ５上
で走査方向と垂直なＸ方向の照度分布は所定のばらつき
を有すると考えられる。例えば図５（ａ）に示すよう
に、固定レチクルブラインド４２上のクロム膜に形成す
る開口４４ａが矩形であるとすると、ウエハ５のショッ
ト領域ＳＡは、図５（ｂ）に示すようにその開口４４ａ
と共役な矩形の露光領域４６Ａに対してＹ方向に走査さ
れる。従って、そのショット領域ＳＡ上の或るＸ方向
（非走査方向）に沿った直線上での積算露光量Ｅ（Ｘ）
の分布は、図５（ｃ）の分布曲線５０に示すように、目
標露光量Ｅ₀に対して所定幅でばらつくことがある。

【００３１】この場合には、投影露光装置毎に実測によ
りその分布曲線５０の形を求め、図６（ａ）に示すよう
に、固定レチクルブラインド４２のクロム膜中に形成す
る開口４４ｂの形状（走査方向と共役な方向の幅の分
布）を、その分布曲線５０の高さにほぼ反比例するよう
に決定する。即ち、分布曲線５０の値が大きい部分では
開口４４ｂの幅を狭くし、逆に分布曲線５０の値が小さ
い部分では開口４４ｂの幅を広くする。この場合、ウエ
ハ５のショット領域ＳＡは、図６（ｂ）に示すようにそ
の開口４４ｂと共役な形状の露光領域４６Ｂに対してＹ
方向に走査される。従って、そのショット領域ＳＡ上の
或るＸ方向（非走査方向）に沿った直線上での積算露光
量Ｅ（Ｘ）の分布は、図６（ｃ）の分布曲線５１に示す
ように、全範囲でほぼ目標露光量Ｅ₀に合致するように
なる。

【００３２】このように本例によれば、固定レチクルブ
ラインド４２のクロム膜中に非走査方向の積算露光量分
布に応じて定めた形状の開口を形成し、その固定レチク
ルブラインド４２の開口を投影した照明領域４６に対し
てレチクル１２を走査して露光を行っているため、ウエ
ハ５上での非走査方向の積算露光量の分布が一様化され
ている。また、固定レチクルブラインド４２において、
ガラス基板４３上に被着したクロム膜４４内の開口の形
状は高精度に所望の形状に設定できるため、積算露光量
の非走査方向に対する分布を高い精度で均一化できる。
また、固定レチクルブラインド４２のガラス基板４３の
両面は、レチクル１２のパターン形成面に共役な面から
デフォーカスしているため、そのガラス基板４３に付着
した異物（ゴミ等）の像がウエハ５上に転写されること
がなく、積算露光量の分布が乱されることは無い。

【００３３】なお、上述実施例では、固定レチクルブラ
インド４２の開口の形状精度を向上させるために、ガラ
ス基板４３上のクロムパターンを使用している。しかし
ながら、将来的に機械的な製造精度が向上し、非走査方
向の積算露光量のむら（照度むら）に合わせて、ナイフ
エッジの形状を形成できるようになれば、その固定レチ
クルブラインド４２として、機械式のナイフエッジで開
口を設定するブラインドを使用できることは明かであ
る。

【００３４】また、上記実施例では予め所望の形状にブ
ラインドの開口を設計しているが、実質的には計測によ
り分かる照度むらに応じて、ガラス基板４３上のパター
ン部を黒塗りしたり、又はガラス基板４３上のクロム部
（遮光部）を削ることによっても同様の効果が得られ
る。また、上述実施例では、固定レチクルブラインド４
２と遮光板３８，３９とを所定距離だけ離して配置して
いたが、例えば照明光学系中にリレーレンズ系を設けて
レチクルのパターン形成面と共役な面を作り、固定レチ
クルブラインド４２と遮光板３８，３９とをリレーレン
ズ系に関して共役に配置しても良い。即ち、両者を同一
の共役面、又はその近傍に配置しなくても良い。また、
遮光板３８，３９はレチクルのパターン形成面と共役な
面から所定量だけ光軸方向にずらしても良い。

【００３５】次に、本発明の他の実施例につき図７〜図
９を参照して説明する。本実施例は図２の実施例の照明
光学系を種々のタイプの系に切り換えられるようにした
ものであり、図７において図２に対応する部分には同一
符号を付してその詳細説明を省略する。また、露光光の
可干渉性の程度を表すコヒーレンスファクター（σ値）
は、照明光学系のレチクル側の開口数と投影光学系のレ
チクル側の開口数との比により定義されるが、本実施例
で切り換える照明光学系には、通常の光学系、σ値を小
さくした光学系、所謂変形光源法（変形照明法）用の光
学系、及び輪帯照明法用の光学系がある。これらの内、
変形光源法（特開平４−４０８０９６号公報参照）は、
照明光学系中で２次光源を光軸の回りに複数個（例えば
４個）配することにより、特にライン・アンド・スペー
スパターンを投影する際に、投影像の解像度を向上する
と共に、焦点深度を広くする手法である。また、輪帯照
明法（特開昭６１−９１６６２号公報参照）も所定のパ
ターンを投影する際に、解像度及び焦点深度の向上をも
たらす手法である。

【００３６】本実施例においても、投影光学系８を含む
本体部の構成は図１と同様であるが、更に図１の投影光
学系８の瞳面（フーリエ変換面）に、投影光学系８の開
口数を変更するための可変開口絞り（図示省略）を設け
る。主制御系２２Ａが、投影するレチクル１２のパター
ン等に応じてその可変開口絞りを介して、投影光学系８
の開口数を所定の値に設定すると共に、照明光学系の切
り換えを行う。

【００３７】図７は本例の照明光学系を示し、この図７
において、フライアイレンズ３６の射出面（レチクル側
の面）側の投影光学系（図１参照）８の瞳面と共役な面
上に、照明光学系用の可変開口絞り（以下、「可変瞳フ
ィルター板」という）５６を回転軸５７ａを中心として
回転自在に配置し、回転軸５７ａに回転装置５７を取り
付ける。回転装置５７は図１の主制御系２２Ａからの指
令に応じて、可変瞳フィルター板５６を指令された回転
角だけ回転させるものである。

【００３８】図９は可変瞳フィルター板５６に形成され
ている４種類の開口を示し、この図９において、遮光性
の円板よりなる可変瞳フィルター板５６には回転軸５７
ａを中心として９０°間隔で、通常の円形の開口５８、
通常より小さい円形の開口５９、輪帯状の開口６０、及
び４個の小さい開口６１ａ〜６１ｄよりなる変形光源用
の開口６１が形成されている。図７において、回転装置
５７が可変瞳フィルター板５６を回転することにより、
フライアイレンズ３６の射出面に図９の４種類の開口５
８〜６１の何れかが設定される。そして、円形の開口５
８が選択された場合には、通常の照明法での露光が行わ
れ、小さい円形の開口５９が選択された場合には、σ値
を絞った状態での露光が行われ、輪帯状の開口６０が選
択された場合には輪帯照明法での露光が行われ、変形光
源用の開口６１が選択された場合には変形光源法での露
光が行われる。また、選択される照明法に応じて、図１
の投影光学系８内の可変開口絞りの径も対応する値に設
定される。

【００３９】このように本例では照明法を切り換えるこ
とができるが、照明法を切り換えると、照明光学系中及
び投影光学系８中における露光光の光路も変化するた
め、図１のウエハ５の露光面で異なった傾向の照度むら
が発生する虞がある。即ち、仮に通常の照明法で照度む
らが発生しないようにしても、照明法を他の照明法に切
り換えた場合に照度むらが発生する虞がある。これを回
避するための１つの手法は、露光光の光路が変化しても
照度むらが生じないように、照明光学系及び投影光学系
８の設計、製造を行うことであるが、これは困難である
と共に、光学系の製造コストが高くなる。

【００４０】そこで、本実施例では、可動レチクル遮光
板３８，３９と第２リレーレンズ３７Ｂとの間に配され
る固定レチクルブラインドの開口の形状を照明法に応じ
て切り換えられるようにして、照度むらの発生を防止す
る。即ち、図７において、可動レチクル遮光板３８及び
３９からレチクル１２側に所定間隔だけ離れた位置に、
可動型固定レチクルブラインド５２を配し、この可動型
固定レチクルブラインド５２をスライド機構５５によ
り、レチクル１２の走査方向（Ｙ方向）と共役なＹ１方
向に移動できるように支持する。可動型固定レチクルブ
ラインド５２も、ガラス基板５３上に遮光膜としてのク
ロム膜５４を被着し、クロム膜５４の中に４個の開口を
形成したものであり、クロム膜５４の被着面は、レチク
ル１２のパターン形成面との共役面から第２リレーレン
ズ３７Ｂ側に所定間隔だけデフォーカスした面に配置さ
れている。

【００４１】図８は、可動型固定レチクルブラインド５
２のクロム膜５４中に形成されている開口パターンを示
し、この図８において、クロム膜５４中にはＹ１方向に
４個の開口５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，及び５４ｄが形成
されている。各開口５４ａ〜５４ｄはそれぞれレチクル
１２の非走査方向に共役なＸ１方向、即ちＹ１方向に垂
直な方向に細長い矩形状であり、各開口５４ａ〜５４ｄ
によりレチクル１２上のスリット状の照明領域４６の形
状が決定される。その他の構成は図２の実施例と同様で
ある。

【００４２】そして、図７において、可変瞳フィルター
板５６の回転角を変えることによりフライアイレンズ３
６の射出面側に、図９の通常の円形の開口５８、通常よ
り小さい円形の開口５９、輪帯状の開口６０、又は変形
光源用の開口６１を設定するのに対応して、可動型固定
レチクルブラインド５２をスライドすることにより、そ
れぞれ可動レチクル遮光板３８，３９の射出面側に図８
の開口５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，又は５４ｄを設定す
る。この場合、予め可変瞳フィルター板５６の４種類の
開口をフライアイレンズ３６の射出面側に順次設定した
状態で、それぞれスリットスキャン露光方式で露光を行
って図１のウエハ５上の非走査方向（Ｘ方向）での積算
露光量分布を、例えばステージ上の光量センサーを用い
て計測しておく。そして、その積算露光量分布が一定に
なるように図８に示すように、可動型固定レチクルブラ
インド５２に形成された開口５４ａ〜５４ｄのそれぞれ
のＹ１方向（走査方向に共役な方向）のエッジ部５４ｙ
ａ〜５４ｙｄの形状を、必要に応じて直線から変形させ
ておく。

【００４３】このように、本実施例によれば、通常の照
明法、σ値の小さな照明法、変形光源法、及び輪帯照明
法の内の何れの照明法を使用した場合でも、各照明法で
使用される可動型固定レチクルブラインド５２の開口５
４ａ〜５４ｄのエッジ部の形状が調整してあるため、ス
リットスキャン露光方式でレチクル１２のパターン像を
ウエハ５上に露光した後のウエハ５上での照度均一性が
良好である。

【００４４】なお、使用する照明法により、ウエハ５上
での照度（ひいては積算露光量）が異なる場合も考えら
れる。例えば、図９において通常の円形の開口５８を使
用する場合に比べて、変形光源用の開口６１を使用する
場合には、ウエハ５上での照度が低下することも有り得
る。このような場合、変形光源法で露光を行う際には、
通常の照明法で露光を行うときよりレチクル１２及びウ
エハ５の走査速度を低くする方法も考えられる。しかし
ながら、これではスループットが低下する。そこで、ス
ループットの大きな低下を避けるためには、図８の可動
型固定レチクルブラインド５２において、通常の照明法
用の開口５４ａのＹ１方向の幅の平均値に対して、変形
光源法用の開口５４ｄのＹ１方向の幅の平均値を広くし
ておけば良い。これにより、変形光源法を使用した場合
でも、スループットを殆ど低下させることなく、ウエハ
５上で通常の照明法を使用した場合と同等の積算露光量
を得ることができると共に、照度むらも生ずることがな
い。

【００４５】なお、図７〜図９に示した実施例では、図
９の可変瞳フィルター板５６上に形成されている開口５
８〜６１の形状は個別には固定されているが、各開口５
８〜６１の開口径等を調整できる機構を設けても良い。
この場合には、図８の可動型固定レチクルブラインド５
２の各開口５４ａ〜５４ｄについても、それぞれＹ１方
向の幅及びＹ１方向のエッジ部の形状を変更できる機構
を設けることが望ましい。具体的に、例えば開口５４ａ
の形状等を変更するには、開口を２枚のＹ１方向に移動
できるナイフエッジで挟んで形成する、又は多数の予め
用意された開口から要求される形状に最も近い形状の開
口を選択する等の方法がある。

【００４６】また、上述実施例では露光光として水銀ラ
ンプの光が使用されているが、露光光として、エキシマ
レーザ光、アルゴンレーザ光、又はＹＡＧレーザの高調
波等を使用するような場合にも本発明はそのまま適用す
ることができる。このように、本発明は上述実施例に限
定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成
を取り得る。

【００４７】なお、上述のごとき投影露光装置によれ
ば、マスク（１２）及び基板（５）の走査が開始された
後には、例えば図４に示すように、固定の視野絞り（４
２）でマスク（１２）上に設定される照明領域（４６）
は、マスク（１２）のパターン領域（ＰＡ）を囲む遮光
帯（４８）の外にはみ出している。そこで、可変遮光手
段（３８ｙ，３９ｙ）のエッジ部をマスク（１２）の走
査に同期して移動することにより、その可変遮光手段
（３８ｙ，３９ｙ）のマスク（１２）上への投影像（４
９）のエッジ部（４９ａ）をマスク（１２）の遮光帯
（４８）中に設定する。これにより遮光帯（４８）の外
の白抜きパターンが基板（５）上に露光されることが防
止される。

【００４８】また、マスク（１２）のパターン領域（Ｐ
Ａ）内では照明領域（４６）は走査方向には固定の視野
絞り（４２）で設定されているため、可変遮光手段（３
８ｙ，３９ｙ）の位置制御精度は、マスク（１２）上の
遮光帯（４８）の幅程度で良い。即ち、基板（５）上へ
の積算露光量を決定する固定の視野絞り（４２）と、マ
スク（１２）上の露光すべきパターンに対応する照明視
野を決定する可変遮光手段（３８ｙ，３９ｙ）とが分か
れているため、可変遮光手段（３８ｙ，３９ｙ）の位置
決め精度は従来の追従式のものよりも粗くてよく、且つ
固定の視野絞り（４２）で設定する照明領域の形状精度
を高精度にできる。

【００４９】また、例えば図５（ａ）に示すように、視
野絞り（４２）内の開口（４４ａ）の形状が矩形の場合
に、スリットスキャン露光方式で基板（５）をＹ方向に
走査して露光を行うと、照明光学系の特性により図５
（ｃ）で示すように、走査方向に垂直なＸ方向の基板
（５）上の積算露光量Ｅ（Ｘ）の分布は一様でない場合
がある。そこで、図５（ｃ）の積算露光量Ｅ（Ｘ）に応
じて、例えば図６（ａ）に示すように、視野絞り（４
２）内の開口（４４ｂ）の形状を変形する。これによ
り、基板（５）上の非走査方向の積算露光量Ｅ（Ｘ）の
分布は図６（ｃ）に示すように一様になる。

【００５０】更に、その視野絞り（４２）を、光透過性
の基板（４３）上の所定範囲に遮光膜（４４）を被着す
ることにより形成した場合には、例えば図６（ａ）のよ
うな開口（４４ｂ）を高精度に形成でき、積算露光量の
むらが小さくなる。また、その遮光膜（４４）が被着さ
れた面をマスク（１２）と共役な面から所定量だけデフ
ォーカスした位置に設置した場合には、その光透過性の
基板（４３）上に付着した小さな異物（ゴミ等）の像が
基板（５）上にぼけて投影されるため、その異物は基板
（５）上の積算露光量のむらに影響を与えない。

【００５１】以上のように、マスク上の照明視野を制限
するための可変遮光手段と、基板上への積算露光量を決
定するための固定の視野絞りとを分離して配置したた
め、マスク上にスリット状の照明領域を設定すると共
に、転写対象とするパターン以外の部分を遮光するため
の絞りの構造及び制御系を全体として簡略化できる利点
がある。

【００５２】また、その視野絞りの開口の形状を基板上
での非走査方向の積算露光量の分布に応じて形成した場
合には、基板上での走査方向に垂直な方向の照度むらを
低減できる利点がある。更に、その視野絞りを、光透過
性の基板上の所定範囲に遮光膜を被着することにより形
成し、この遮光膜が被着された面をマスクと共役な面か
ら所定量だけデフォーカスさせた場合には、基板上での
積算露光量の分布の一様性を高めることができると共
に、光透過性の基板上に付着した異物の像が基板上に転
写されることが防止される。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、いずれの照明法を使用
した場合でも、スリットスキャン露光方式でマスクのパ
ターンの像を基板上に露光した後の基板上での照度均一
性が良好である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の投影露光装置のレチクル
及びウエハのステージ系を主に示す構成図である。

【図２】図１の投影露光装置の照明光学系を示す一部
断面図を含む構成図である。

【図３】図２中の可動レチクル遮光板３８，３９及び
固定レチクルブラインド４２の構成を示す斜視図であ
る。

【図４】実施例のレチクル上の照明領域４６及び照明
視野４９を示す平面図である。

【図５】（ａ）は固定レチクルブラインド４２中の開
口の一例を示す図、（ｂ）は図５（ａ）の開口を用いた
場合のウエハ上の露光領域を示す図、（ｃ）は図５
（ａ）の開口を用いた場合のウエハ上の非走査方向の積
算露光量分布を示す図である。

【図６】（ａ）は固定レチクルブラインド４２中の開
口の変形例を示す図、（ｂ）は図６（ａ）の開口を用い
た場合のウエハ上の露光領域を示す図、（ｃ）は図６
（ａ）の開口を用いた場合のウエハ上の非走査方向の積
算露光量分布を示す図である。

【図７】本発明の他の実施例の照明光学系を示す一部
断面図を含む構成図である。

【図８】図７中の可動型固定レチクルブラインド５２
の開口パターンを示す拡大図である。

【図９】図７中の可変瞳フィルター板５６の開口の形
状を示す拡大図である。

【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、３１…水銀ランプ、３６…フライアイレン
ズ、３８，３９…可動レチクル遮光板、４２…固定レチ
クルブラインド、４３…ガラス基板、４５…コンデンサ
ーレンズ、４６…照明領域、４９…照明視野、５２…可
動型固定レチクルブラインド、５５…スライド機構、５
６…可変瞳フィルター板、５７…回転装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクのパターンの像を基板上に投影す
るとともに、前記基板を所定の走査方向へ移動すること
により前記基板を走査露光する投影露光装置において、前記マスクに照射される露光ビームを射出するビーム源
と、前記ビーム源からの射出された露光ビームによる前記マ
スクの照明法を切り換える切換手段と、前記基板上での積算露光量を均一化するための均一化手
段と、を備えたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記照明法は変形照明法を含むことを特
徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】前記照明法は輪帯照明法を含むことを特
徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】前記切換手段は、前記露光ビームの光路
を変化させることによって前記照明法の切り換えを行う
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】前記均一化手段は、前記照明法の切り換
えによって前記基板に対する積算露光量のばらつきが生
じないようにすることを特徴とする請求項１〜４のいず
れか一項に記載の装置。
【請求項６】マスクのパターンの像を基板上に投影す
るとともに、前記基板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、前記マスクに照射される露光ビームを射出するビーム源
と、前記マスクのパターンの像を前記基板上に投影するため
の投影光学系と、前記ビーム源からの射出された露光ビームの光路を変更
する変更手段と、前記基板上での積算露光量を均一化する均一化手段と、を備えたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項７】前記変更手段は、前記投影光学系中の前
記露光ビームの光路を変更することを特徴とする請求項
６に記載の装置。
【請求項８】前記ビーム源から射出された露光ビーム
を前記マスクへ導く照明光学系をさらに備え、前記変更手段は、前記照明光学系中の前記露光ビームの
光路を変更することを特徴とする請求項６に記載の装
置。
【請求項９】前記変更手段は、前記マスクを変形照明
法を用いて照明するために前記照明光学系中の前記露光
ビームの光路を変更することを特徴とする請求項８に記
載の装置。
【請求項１０】前記変更手段は、前記マスクを輪帯照
明法を用いて照明するために前記照明光学系中の前記露
光ビームの光路を変更することを特徴とする請求項８に
記載の装置。
【請求項１１】前記均一化手段は、前記光路の変更に
よって前記基板上の積算露光量のばらつきが発生しない
ようにすることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか
一項に記載の装置。
【請求項１２】前記均一化手段は、前記露光ビームの
照射領域の形状を調整することを特徴とする請求項１〜
１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】前記均一化手段は、互いに異なる形状
の複数の射出口を有し、該複数の射出口のうちの一つを
使って前記露光ビームの照射領域を規定することを特徴
とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】前記均一化手段は、前記マスクのパタ
ーン面と共役な面から所定量だけ離れた面内で前記露光
ビームの照射領域を規定することを特徴とする請求項１
２又は１３に記載の装置。
【請求項１５】前記均一化手段は、前記露光ビームの
光路中に、蒸着により遮光部が形成された光透過性のガ
ラス部材を配置することによって前記基板上での積算露
光量を均一化することを特徴とする請求項１〜１１のい
ずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】請求項１〜１５のいずれか一項に記載
の装置を用いる素子製造方法。
【請求項１７】マスクのパターンの像を基板上に投影
するとともに、前記基板を露光ビームに対して所定の走
査方向へ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、前記露光ビームによる前記マスクの照明法を切換える工
程と、前記照明法の切り換え後に、前記基板上での積算露光量
のばらつきが発生しないように積算露光量制御を行う工
程と、を含むことを特徴とする投影露光方法。
【請求項１８】前記積算露光量制御は、前記露光ビー
ムの照射領域の形状調整を含むことを特徴とする請求項
１７に記載の方法。
【請求項１９】前記切り換え後の照明法に合わせて、
前記基板の移動速度を調整する工程をさらに含むことを
特徴とする請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】前記照明法は変形照明法を含むことを
特徴とする請求項１７、１８、又は１９に記載の方法。
【請求項２１】前記照明法は輪帯照明法を含むことを
特徴とする請求項１７、１８、又は１９に記載の方法。
【請求項２２】前記照明法の切換えは、前記露光ビー
ムの光路を変化させることによって行なわれることを特
徴とする請求項１７〜２１のいずれか一項に記載の方
法。
【請求項２３】前記基板の走査露光に先立って、前記
走査方向と直交する非走査方向の積算露光量分布を実測
し、その計測結果に基づいて、前記基板上で積算露光量のば
らつきが発生しないように積算露光量制御を行なうこと
を特徴とする請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の
方法。
【請求項２４】請求項１７〜２３のいずれか一項に記
載の方法を用いる素子製造方法。