JP2001144009A

JP2001144009A - 露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2001144009A
Application number: JP32785299A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Kaneko; 謙一郎金子
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2001-05-25

Abstract

(57)【要約】【課題】基板上に転写形成されるパターン像の形状ば
らつきの発生を抑制する。【解決手段】制御装置５０が、累進焦点露光法を用い
てマスクＲに形成されたパターンを基板Ｗ上に投影し、
そのパターンの像を基板Ｗ上に転写形成するに際して、
エネルギビームＥＬが投影光学系ＰＬを介して照射され
る照射領域ＩＡの基板表面の位置に応じて、結像面と基
板表面との相対位置に応じた基板上に与えられるエネル
ギ量の分布、及び基板上に与えられる積算エネルギ量を
変更する。このため、例えば予め求めた基板上のレジス
ト層厚さのばらつきの分布の情報に応じて、この分布の
影響を軽減するようなエネルギ量の分布及び積算エネル
ギの少なくとも一方の変更が可能となり、結果的に、投
影光学系の焦点深度を実質的に増大できるとともに、基
板上に形成されるパターン像の位置による形状ばらつき
を抑制することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光方法及び露光
装置、並びにデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、
半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）又は
薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程で
用いられる露光方法及び露光装置、並びにリソグラフィ
工程において前記露光法及び露光装置を用いるデバイス
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子等を製造するリソ
グラフィ工程では、所定のパターンをウエハ又はガラス
プレート等の基板（以下、「ウエハ」と総称する）上に
形成する種々の露光装置が用いられている。近年におい
ては、半導体素子等の高集積化に伴い、マスク又はレチ
クル（以下、「レチクル」と総称する）に形成された微
細パターンを投影光学系を介してフォトレジストが塗布
されたウエハ上の複数のショット領域に比較的高いスル
ープットで精度良く転写可能なステップ・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）や、
このステッパに改良を加えたステップ・アンド・スキャ
ン方式の走査型露光装置（いわゆるスキャニング・ステ
ッパ）等の逐次移動型の投影露光装置が主として用いら
れている。

【０００３】この種の投影露光装置を構成する投影光学
系の解像力は、Rayleighの式で良く知られているよう
に、Ｒ＝ｋ₁×λ／Ｎ．Ａ．の関係で表される。ここ
で、Ｒは投影光学系の解像力、λは露光光の波長、Ｎ．
Ａ．は投影光学系の開口数、ｋ₁はフォトレジストの解
像力やその他のプロセスによって決定される定数であ
る。従って、投影光学系の解像力を向上するためには、
開口数Ｎ．Ａ．を大きくすることが考えられる。

【０００４】一方、投影光学系の焦点深度ＤＯＦは、比
例定数をｋ₂としてＤＯＦ＝ｋ₂・λ／（Ｎ．Ａ．）²と
表されるので、単に開口数Ｎ．Ａ．を大きくするので
は、焦点深度が浅くなり過ぎる場合がある。これに関し
て、露光対象とするパターンがメモリの回路部のように
周期的な格子状のパターンである場合には，照明光学系
からの露光光の主光線を傾斜させるいわゆる変形照明法
により、解像度を向上した上で焦点深度を実質的に増大
できることが知られている。

【０００５】一方、露光対象とするパターンが孤立的な
パターン、例えばコンタクトホールパターンである場合
には、露光光が投影光学系を介して照射されるウエハ表
面の照射領域が常に投影光学系の結像面を含む光軸方向
の所定幅の範囲内となり、かつ結像面とウエハ表面との
相対位置に応じたウエハ上に与えられる光量の分布が所
定の分布となるように、結像面とウエハとの投影光学系
の光軸方向の相対位置関係を所望の手順で連続的又は断
続的に変更する、いわゆるフレックス法、いわゆるＤＰ
露光法及びいわゆるＣＤＰ露光法などにより投影光学系
の焦点深度を実質的に増大（見かけ上の焦点深度を増
大）できることが知られている。以下においては、この
ような結像面とウエハとの投影光学系の光軸方向の相対
位置関係を所望の手順で連続的又は断続的に変更するこ
とにより、投影光学系の焦点深度を実質的に増大する露
光方法を総称して、累進焦点露光法と呼ぶものとする。
例えば、ステッパ等の静止型露光装置における累進焦点
露光法については、例えば、特開昭６３−４２１２２号
公報、特開平５−１３３０５号公報などに開示され、ス
キャニング・ステッパ等の走査型露光装置における累進
焦点露光法については、例えば、特開平４−２７７６１
２号公報、特開平６−３１４６４６号公報などに開示さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
公報に開示される従来の累進焦点露光法にあっては、ウ
エハ上の複数のショット領域にコンタクトホール等のパ
ターンを転写する場合に、いずれのショット領域につい
ても同一の条件（例えば、結像面を基準とするウエハ表
面の相対移動範囲（いわゆるＺ振り幅）、や光量など）
で、露光が行われていた。

【０００７】しかるに、コータ（レジスト塗布装置）に
よるレジスト塗布の原理により、ウエハ上に塗布される
感光剤（レジスト）層の厚さは、ウエハ中心付近と周辺
とで一定とはならない。また、このウエハ上のレジスト
層の厚さの分布は、レジスト塗布装置毎に固有の分布を
示す。これまでは、このようなレジスト層の厚さのばら
つきが殆ど問題とならなかったが、半導体素子の更なる
高集積化、これに伴う回路パターンの微細化、及びウエ
ハの大型化に伴い、レジスト層の厚さのばらつきに起因
する、主としてコンタクトホール等の孤立パターン像の
ショット領域間の形状のばらつきが無視できなくなって
きた。

【０００８】半導体素子は、将来的に更に高集積化し、
これに伴いウエハが更に大型化する傾向にあり、上述し
たレジスト層厚さのばらつきに起因するコンタクトホー
ル等の孤立パターン像の形状のばらつきは将来的に更に
顕著になるものと思われる。

【０００９】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その第１の目的は、基板上に転写形成されるパター
ン像の形状ばらつきの発生を抑制することが可能な露光
方法及び露光装置を提供することにある。

【００１０】本発明の第２の目的は、デバイスの生産性
を向上させることができるデバイス製造方法を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前述の如く、基板上に塗
布される感光剤（レジスト）層の厚さは、基板の中心部
と周辺部とでは異なるが、このレジスト層の厚さの基板
上の位置におけるばらつきは、個々のレジスト塗布装置
によって定まるものである。従って、このレジスト層の
厚さを予め計測し、基板の位置に応じたレジスト層の厚
さの分布を求めておくことは可能であり、このレジスト
層厚さ分布のデータを用いれば、レジスト厚さのばらつ
きに起因する前述したパターン像の形状ばらつきをある
程度抑制できるものと予想される。本発明は、かかる点
に着目し、以下のような手法及び構成を採用する。

【００１２】請求項１に記載の発明は、エネルギビーム
をパターン（ＩＲ）が形成されたマスク（Ｒ）に照射
し、前記エネルギビームが投影光学系（ＰＬ）を介して
照射される基板（Ｗ）表面の照射領域が常に前記投影光
学系の結像面（ＢＦ）を含む光軸（ＡＸ）方向の所定幅
の範囲内となり、かつ前記基板上に与えられるエネルギ
量の前記結像面を基準とする前記基板表面の位置に関す
る分布が所望の分布となるように、前記結像面と前記基
板との前記投影光学系の光軸方向の相対位置関係を所定
の手順で連続的又は断続的に変更して前記パターンを前
記基板上に転写する露光方法において、前記パターンを
前記基板上に転写するに際し、前記エネルギビームが照
射される領域の前記基板上の位置に応じて前記エネルギ
量の分布を変更することを特徴とする。

【００１３】これによれば、エネルギビームをパターン
が形成されたマスクに照射し、エネルギビームが投影光
学系を介して照射される基板表面の照射領域が常に投影
光学系の結像面を含む光軸方向の所定幅の範囲内とな
り、かつ前記基板上に与えられるエネルギ量の前記結像
面を基準とする前記基板表面の位置に関する分布が所望
の分布となるように、結像面と基板との投影光学系の光
軸方向の相対位置関係を所定の手順で連続的又は断続的
に変更してパターンを基板上に転写するに際して、エネ
ルギビームが照射される領域の基板上の位置に応じて、
前記エネルギ量の分布を変更する。すなわち、前述した
累進焦点露光法を用いてマスクに形成されたパターンを
基板上に投影し、そのパターンの像を基板上に転写形成
するに際して、エネルギビームが投影光学系を介して照
射される照射領域の基板上の位置に応じて、結像面を基
準とする基板表面の位置に関する、基板上に与えられる
エネルギ量の分布を変更することから、例えば予め求め
た基板上のレジスト層厚さのばらつきの分布の情報に応
じて、この分布の影響を軽減するような結像面を基準と
する基板表面の位置に関する前記エネルギ量の分布の変
更が可能となり、結果的に、投影光学系の焦点深度を実
質的に増大できるとともに、基板上に形成されるパター
ン像の位置による形状ばらつきを抑制することが可能と
なる。

【００１４】この場合において、エネルギ量の分布の変
更は、エネルギビームが投影光学系を介して照射される
領域の基板上の位置毎に変更しても良いが、例えば請求
項２に記載の発明の如く、前記基板上に複数の区画領域
（ＳＡ）が設定される場合には、前記エネルギ量の分布
の変更を、その露光対象の区画領域の基板上の位置に応
じて行なうこととしても良い。この場合にも、１つの区
画領域内におけるエネルギビームが照射される領域の基
板上の位置毎にエネルギ量の分布を変更しても良い。

【００１５】すなわち、本明細書において、「エネルギ
ビームが照射される領域（以下、「照射領域」ともい
う）の基板上の位置に応じてエネルギ量の分布を変更す
る」とは、基板上に複数の区画領域が設定されている場
合に、各区画領域内ではエネルギ量の分布（結像面を基
準とする基板表面の位置に関する分布）を同一とし、か
つ区画領域単位で前記エネルギ量の分布を異ならせるこ
と、及び各区画領域内で照射領域の位置に応じて前記エ
ネルギ量の分布を変更すること（この場合、区画領域単
位では前記エネルギ量の分布は同一でも異なっていても
良い）の両者を含む。

【００１６】請求項１及び２に記載の各発明において、
請求項３に記載の発明の如く、前記基板上の位置に応じ
た前記エネルギ量の分布は、前記基板上の各点に所定の
積算エネルギが与えられる間に、前記結像面を基準とす
る前記基板表面が前記所定幅の範囲の両端部近傍に位置
する２点を少なくとも含む複数点でピークを有する分布
であっても良い。かかる場合には、投影光学系の焦点深
度を実質的に増大することができるとともに、走査露光
の場合であっても、照射領域内の各点に与えられるエネ
ルギ強度の分布曲線に鋭いピークを持たせることがで
き、パターン像の解像度を良好にすることができる。

【００１７】請求項１及び２に記載の各発明において、
エネルギ量の分布を変更する方法は種々の方法が考えら
れ、例えば、結像面と基板との投影光学系の光軸方向の
相対位置関係を変更する際の速度等を変更しても良い
が、請求項４に記載の発明の如く、前記エネルギ量の分
布の変更は、前記所定幅を変更することにより行なうこ
ととしても良い。

【００１８】請求項１〜４に記載の各発明において、請
求項５に記載の発明の如く、前記エネルギビームが照射
される領域の前記基板上の位置に応じて、その領域内の
各点に与えられる積算エネルギ量をも変更することとし
ても良い。かかる場合には、基板上に塗布されたレジス
ト層の厚さの基板上の位置によるばらつきの影響を一層
効果的に低減することができる。

【００１９】この場合において、積算エネルギ量の変更
は、エネルギビームが照射される照射領域の基板上の位
置毎に変更しても良いが、例えば基板上に複数の区画領
域が設定される場合には、前記エネルギ量の分布の変更
を、その露光対象の区画領域の基板上の位置に応じて行
なうこととしても良い。この場合にも、１つの区画領域
内における照射領域の基板上の位置毎にエネルギ量の分
布を変更しても良い。

【００２０】すなわち、本明細書において、「エネルギ
ビームが照射される領域（照射領域）の基板上の位置に
応じてその領域内の各点に与えられる積算エネルギ量を
変更する」とは、基板上に複数の区画領域が設定されて
いる場合に、各区画領域内では各点に与えられる積算エ
ネルギ量を同一とし、かつ区画領域単位で各点に与えら
れる積算エネルギ量を異ならせること、及び各区画領域
内で照射領域の位置に応じて各点に与えられる積算エネ
ルギ量を変更すること（この場合、区画領域単位では各
点に与えられる積算エネルギ量は同一でも異なっていて
も良い）の両者を含む。

【００２１】請求項６に記載の発明は、エネルギビーム
をパターン（ＩＲ）が形成されたマスク（Ｒ）に照射
し、前記エネルギビームが投影光学系（ＰＬ）を介して
照射される基板（Ｗ）表面の照射領域が常に前記投影光
学系の結像面（ＢＦ）を含む光軸（ＡＸ）方向の所定幅
の範囲内となり、かつ前記基板上に与えられるエネルギ
量の前記結像面を基準とする前記基板表面の位置に関す
る分布が所望の分布となるように、前記結像面と前記基
板との前記投影光学系の光軸方向の相対位置関係を、所
定の手順で連続的又は断続的に変更して前記パターンを
前記基板上に転写する露光方法において、前記パターン
を前記基板に転写するに際し、前記エネルギビームが照
射される領域の前記基板上の位置に応じてその領域内の
各点に与えられる積算エネルギ量を変更することを特徴
とする。

【００２２】これによれば、前述した累進焦点露光法を
用いてマスクに形成されたパターンを基板上に投影し、
そのパターンの像を基板上に転写形成するに際して、エ
ネルギビームが投影光学系を介して照射される照射領域
の基板上の位置に応じて、エネルギビームが照射される
領域内の各点に与えられる積算エネルギ量を変更するこ
とから、例えば予め求めた基板上のレジスト層厚さのば
らつきの分布の情報に応じて、このばらつきの影響を軽
減するような基板上の各点に与えられる積算エネルギ量
の変更が可能となり、結果的に、累進焦点露光法により
投影光学系の焦点深度を実質的に増大できるとともに、
上記の位置に応じた積算エネルギ（露光）量の変更によ
り基板上に形成されるパターン像の位置による形状ばら
つきを抑制することが可能となる。

【００２３】この場合において、積算エネルギ量は、エ
ネルギビームが投影光学系を介して照射される領域の基
板上の位置毎に変更しても良いが、請求項７に記載の発
明の如く、前記基板上に複数の区画領域（ＳＡ）が設定
される場合には、前記積算エネルギ量の変更を、その露
光対象の区画領域の基板上の位置に応じて行うこととし
ても良い。この場合も、エネルギビームが照射される領
域の基板上の位置に応じてその領域内に与えられる積算
エネルギ量を変更しても良い。

【００２４】請求項８に記載の発明は、マスク（Ｒ）に
形成されたパターン（ＩＲ）を投影光学系（ＰＬ）を介
して基板（Ｗ）上に転写する露光装置であって、エネル
ギビームにより前記マスクを照明する照明系（１２）
と；前記マスクのパターンの投影像が結像する前記投影
光学系の結像面（ＢＦ）と前記基板表面との前記投影光
学系の光軸（ＡＸ）方向の相対位置関係を変化させる相
対変位装置（５６Ｗ）と；前記パターンを前記基板上に
転写するに際し、前記エネルギビームが前記投影光学系
を介して照射される前記基板表面の照射領域が常に前記
投影光学系の結像面を含む所定幅の範囲内となり、かつ
前記基板上に与えられるエネルギ量の前記結像面を基準
とする前記基板表面の位置に関する分布が所望の分布と
なるように、前記相対変位装置を介して前記結像面と前
記基板との前記投影光学系の光軸方向の相対位置関係を
所定の手順で連続的又は断続的に変更するとともに、前
記エネルギビームが照射される領域の前記基板上の位置
に応じて前記エネルギ量の分布を変更する制御装置（５
０）とを備える。

【００２５】これによれば、制御装置では、照明光学系
からのエネルギビームによりパターンが形成されたマス
クを照明し、前記パターンを投影光学系を介して基板上
に転写するに際し、前記マスクから出射されたエネルギ
ビームが投影光学系を介して照射される基板表面の照射
領域が常に投影光学系の結像面を含む光軸方向の所定幅
の範囲内となり、かつ前記基板上に与えられるエネルギ
量の前記結像面を基準とする前記基板表面の位置に関す
る分布が所望の分布となるように、結像面と基板との投
影光学系の光軸方向の相対位置関係を所定の手順で連続
的又は断続的に変更するとともに、エネルギビームが照
射される領域の基板上の位置に応じて、前記エネルギ量
の分布を変更する。すなわち、制御装置では、前述した
累進焦点露光法を用いてマスクに形成されたパターンを
基板上に投影し、そのパターンの像を基板上に転写形成
するに際して、エネルギビームが投影光学系を介して照
射される照射領域の基板表面の位置に応じて、結像面を
基準とする基板表面の位置に関する、基板上に与えられ
るエネルギ量の分布を変更することから、例えば予め求
めた基板上のレジスト層厚さのばらつきの分布の情報に
応じて、このばらつきの影響を軽減するような結像面を
基準とする基板表面の位置に関する、基板上に与えられ
るエネルギ量の分布の変更が可能となり、結果的に、投
影光学系の焦点深度を実質的に増大できるとともに、基
板上に形成されるパターン像の位置による形状ばらつき
を抑制することが可能となる。

【００２６】この場合において、請求項９に記載の発明
の如く、前記制御装置は、前記エネルギビームが照射さ
れる領域の前記基板上の位置に応じて、その領域内の各
点に与えられる積算エネルギ量をも変更することとして
も良い。かかる場合には、基板上に塗布されたレジスト
層の厚さの基板上の位置によるばらつきの影響を一層効
果的に低減することができる。

【００２７】請求項１０に記載の発明は、マスク（Ｒ）
に形成されたパターン（ＩＲ）を投影光学系（ＰＬ）を
介して基板（Ｗ）上に転写する露光装置であって、エネ
ルギビームにより前記マスクを照明する照明系（１２）
と；前記マスクのパターンの投影像が結像する前記投影
光学系の結像面（ＢＦ）と前記基板表面との前記投影光
学系の光軸（ＡＸ）方向の相対位置関係を変化させる相
対変位装置（５６Ｗ）と；前記パターンを前記基板上に
転写するに際し、前記エネルギビームが前記投影光学系
を介して照射される前記基板表面の照射領域が常に前記
投影光学系の結像面を含む所定幅の範囲内となり、かつ
前記基板上に与えられるエネルギ量の前記結像面を基準
とする前記基板表面の位置に関する分布が所望の分布と
なるように、前記相対変位装置を介して前記結像面と前
記基板との前記投影光学系の光軸方向の相対位置関係を
所定の手順で連続的又は断続的に変更するとともに、前
記エネルギビームが照射される領域の前記基板上の位置
に応じて、その領域内の各点に与えられる積算エネルギ
量を変更する制御装置（５０）とを備える。

【００２８】これによれば、制御装置では、前述した累
進焦点露光法を用いてマスクに形成されたパターンを基
板上に投影し、そのパターンの像を基板上に転写形成す
るに際して、エネルギビームが投影光学系を介して照射
される照射領域の基板表面の位置に応じて、エネルギビ
ームが照射される領域内の各点に与えられる積算エネル
ギ量を変更することから、例えば予め求めた基板上のレ
ジスト層厚さのばらつきの分布の情報に応じて、このば
らつきの影響を軽減するような基板上の各点に与えられ
る積算エネルギ量の変更が可能となり、結果的に、累進
焦点露光法により投影光学系の焦点深度を実質的に増大
できるとともに、上記の位置に応じた積算エネルギ量の
変更により基板上に形成されるパターン像の位置による
形状ばらつきを抑制することが可能となる。

【００２９】請求項１１に記載の発明は、リソグラフィ
工程を含むデバイス製造方法であって、前記リソグラフ
ィ工程で、請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光方
法を用いることを特徴とする。

【００３０】これによれば、リソグラフィ工程で、請求
項１〜７に記載の各発明に係る露光方法が用いられるの
で、基板上に形成されるパターン像の形状ばらつきが抑
制され、結果的に最終製品であるデバイスの歩留まりが
向上し、その生産性を向上させることができる。

【００３１】請求項１２に記載の発明は、リソグラフィ
工程を含むデバイス製造方法であって、前記リソグラフ
ィ工程で、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の露光
装置を用いて露光を行うことを特徴とする。

【００３２】これによれば、リソグラフィ工程で、請求
項８〜１０に記載の各発明に係る露光装置を用いて露光
を行うので、基板上に形成されるパターン像の形状ばら
つきが抑制され、結果的に最終製品であるデバイスの歩
留まりが向上し、その生産性を向上させることができ
る。

【００３３】

【発明の実施の形態】《第１の実施形態》以下、本発明
の第１の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。

【００３４】図１には、第１の実施形態に係る露光装置
１０の構成が概略的に示されている。この露光装置１０
は、マスクとしてのレチクルＲと基板としてのウエハＷ
とを同期移動しつつ、レチクルＲのパターンをウエハＷ
上の複数の区画領域としてのショット領域ＳＡ（図６
（Ａ）参照）に投影光学系ＰＬを介して転写する、ステ
ップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置、すなわ
ちいわゆるスキャニング・ステッパである。

【００３５】この露光装置１０は、光源１６、照明光学
系１２、該照明光学系１２により照明されるレチクルＲ
を保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲのパタ
ーンをウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷ
を保持するＺチルトステージ５８と該Ｚチルトステージ
５８が搭載されたＸＹステージ１４とを有するウエハス
テージＷＳＴ、及びこれらの制御系等を備えている。

【００３６】前記光源１６としては、ＫｒＦエキシマレ
ーザ光源（出力波長２４８ｎｍ）、あるいはＡｒＦエキ
シマレーザ光源（出力波長１９３ｎｍ）などのエキシマ
レーザ光源が用いられている。この光源１６は、実際に
は、照明光学系１２、レチクルステージＲＳＴ、投影光
学系ＰＬ、及びウエハステージＷＳＴ等から成る露光装
置本体が収納された不図示のチャンバとは別置きとされ
ており、該チャンバが設置されたクリーンルームとは別
のクリーン度の低いサービスルームに設置されている。
光源１６は、不図示の引き回し光学系を介して照明光学
系１２に接続されている。なお、光源としてＦ₂レーザ
光源（出力波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光、その他
の紫外光を発するパルス光源、あるいはｉ線などの連続
光を発する連続光源（水銀ランプなど）を用いても良
い。

【００３７】前記照明光学系１２は、ビーム整形光学系
１８、エネルギ粗調器２０、オプティカルインテグレー
タ（ホモジナイザ）としてのフライアイレンズ２２、照
明系開口絞り板２４、ビームスプリッタ２６、第１リレ
ーレンズ２８Ａ、第２リレーレンズ２８Ｂ、固定レチク
ルブラインド３０Ａ、可動レチクルブラインド３０Ｂ、
光路折り曲げ用のミラーＭ及びコンデンサレンズ３２等
を備えている。

【００３８】ここで、照明光学系１２の上記構成各部に
ついて説明する。

【００３９】前記ビーム整形光学系１８は、レーザ光源
１６でパルス発光されたレーザビームＬＢの断面形状
を、該レーザビームＬＢの光路後方に設けられたフライ
アイレンズ２２に効率良く入射するように整形するもの
で、例えばシリンダレンズやビームエキスパンダ（いず
れも図示省略）等で構成される。

【００４０】前記エネルギ粗調器２０は、ビーム整形光
学系１８後方のレーザビームＬＢの光路上に配置され、
ここでは、回転板３４の周囲に透過率（１−減光率）の
異なる複数個（例えば６個）のＮＤフィルタ（図１では
そのうちの２個のＮＤフィルタ３６Ａ、３６Ｄが示され
ている）を配置し、その回転板３４を駆動モータ３８で
回転することにより、入射するレーザビームＬＢに対す
る透過率を１００％から等比級数的に複数段階で切り替
えることができるようになっている。駆動モータ３８
は、後述する主制御装置５０によって制御される。な
お、その回転板３４と同様の回転板を２段配置し、２組
のＮＤフィルタの組み合わせによってより細かく透過率
を調整できるようにしても良い。

【００４１】前記フライアイレンズ２２は、エネルギ粗
調器２０から出たレーザビームＬＢの光路上に配置さ
れ、レチクルＲを均一な照度分布で照明するためにその
射出端に多数の点光源から成る面光源（２次光源）を形
成する。この２次光源から射出されるレーザビームを以
下においては、「露光光ＥＬ」と呼ぶものとする。な
お、フライアイレンズ２２の代わりにオプティカルイン
テグレータとしてのロッドレンズ（内面反射型インテグ
レータ）を用いても良い。

【００４２】このフライアイレンズ２２の射出面の近傍
に、円板状部材から成る照明系開口絞り板２４が配置さ
れている。この照明系開口絞り板２４には、ほぼ等角度
間隔で、例えば通常の円形開口より成る開口絞り、小さ
な円形開口より成りコヒーレンスファクタであるσ値を
小さくするための開口絞り、輪帯照明用の輪帯状の開口
絞り、及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置
して成る変形開口絞り（図１ではこのうちの２種類の開
口絞りのみが図示されている）等が配置されている。こ
の照明系開口絞り板２４は、主制御装置５０により制御
されるモータ等の駆動装置４０により回転されるように
なっており、これによりいずれかの開口絞りが露光光Ｅ
Ｌの光路上に選択的に設定される。

【００４３】照明系開口絞り板２４から出た露光光ＥＬ
の光路上に、反射率が小さく透過率の大きなビームスプ
リッタ２６が配置され、さらにこの後方の光路上に、固
定レチクルブラインド３０Ａ及び可動レチクルブライン
ド３０Ｂを介在させて第１リレーレンズ２８Ａ及び第２
リレーレンズ２８Ｂから成るリレー光学系が配置されて
いる。

【００４４】固定レチクルブラインド３０Ａは、レチク
ルＲのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカ
スした面に配置され、レチクルＲ上の照明領域ＩＡＲを
規定する矩形開口が形成されている。また、この固定レ
チクルブラインド３０Ａの近傍に走査方向に対応する方
向（及び非走査方向に対応する方向）の位置及び幅が可
変の開口部を有する可動レチクルブラインド３０Ｂが配
置され、走査露光の開始時及び終了時にその可動レチク
ルブラインド３０Ｂを介して照明領域ＩＡＲ及び露光領
域ＩＡを更に制限することによって、不要な部分の露光
が防止されるようになっている。

【００４５】図２（Ａ）には、上記固定レチクルブライ
ンド３０Ａによって、レチクルＲ上の照明領域ＩＡＲ
（斜線部）が規定される様子が概念的に示されている。
この図２（Ａ）は、固定レチクルブラインド３０Ａを−
Ｙ方向から見た図である。この図２（Ａ）中のＺ軸方向
がレチクルＲ上では走査方向であるＹ軸方向に対応し、
Ｙ軸方向が光軸ＡＸ方向に対応する。この図２（Ａ）か
ら明らかなように、固定レチクルブラインド３０Ａの矩
形スリット状の開口がレチクルＲのパターン面上に結像
し、矩形スリット状の照明領域ＩＡＲが規定される。こ
の場合、照明領域ＩＡＲは、投影光学系の円形投影視野
ＩＦの中央において、非走査方向であるＸ軸方向に延
び、その走査方向（Ｙ軸方向）の幅は一定とされてい
る。

【００４６】図１に戻り、リレー光学系を構成する第２
リレーレンズ２８Ｂ後方の露光光ＥＬの光路上には、当
該第２リレーレンズ２８Ｂを通過した露光光ＥＬをレチ
クルＲに向けて反射する折り曲げミラーＭが配置され、
このミラーＭ後方の露光光ＥＬの光路上にコンデンサレ
ンズ３２が配置されている。

【００４７】このようにして構成された照明光学系１２
の作用を簡単に説明すると、光源１６からパルス発光さ
れたレーザビームＬＢは、ビーム整形光学系１８に入射
して、ここで後方のフライアイレンズ２２に効率良く入
射するようにその断面形状が整形された後、エネルギ粗
調器２０に入射する。そして、このエネルギ粗調器２０
のいずれかのＮＤフィルタを透過したレーザビームＬＢ
は、フライアイレンズ２２に入射する。これにより、フ
ライアイレンズ２２の射出端に前記２次光源が形成され
る。この２次光源から射出された露光光ＥＬは、照明系
開口絞り板２４上のいずれかの開口絞りを通過した後、
透過率が大きく反射率が小さなビームスプリッタ２６に
至る。このビームスプリッタ２６を透過した露光光ＥＬ
は、第１リレーレンズ２８Ａを経て固定レチクルブライ
ンド３０Ａの矩形開口部及び可動レチクルブラインド３
０Ｂを通過した後、第２リレーレンズ２８Ｂを通過して
ミラーＭによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、
コンデンサレンズ３２を経て、レチクルステージＲＳＴ
上に保持されたレチクルＲ上の所定の照明領域ＩＡＲ
（Ｘ軸方向に直線的に延びたスリット状又は矩形状の照
明領域）を均一な照度分布で照明する。

【００４８】一方、ビームスプリッタ２６で反射された
露光光ＥＬは、集光レンズ４４を介してシリコンフォト
ダイオードやＧａＮ系結晶を有する受光素子から成るイ
ンテグレータセンサ４６で受光され、該インテグレータ
センサ４６の光電変換信号（検出エネルギ量に応じた電
気信号）が不図示のピークホールド回路及びＡ／Ｄ変換
器を介して出力ＤＳ〔digit/pulse〕として主制御装置
５０に供給されるようになっている。

【００４９】前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチク
ルＲが載置され、不図示のバキュームチャック等を介し
て吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、水
平面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能であるとともに、レ
チクルステージ駆動部５６Ｒによって走査方向（ここで
は、図１の紙面左右方向であるＹ方向とする）に所定ス
トローク範囲で走査されるようになっている。この走査
中のレチクルステージＲＳＴの位置は、レチクルステー
ジＲＳＴ上に固定された移動鏡５２Ｒを介して外部のレ
ーザ干渉計５４Ｒによって計測され、このレーザ干渉計
５４Ｒの計測値が主制御装置５０に供給されるようにな
っている。

【００５０】なお、レチクルＲに用いる材質は、使用す
る光源（露光波長）によって使い分ける必要がある。す
なわち、ＫｒＦエキシマレーザ光源やＡｒＦエキシマレ
ーザ光源を光源とする場合は、合成石英を用いることが
できるが、Ｆ₂レーザ光源を用いる場合は、ホタル石、
あるいはフッ素ドープ石英などで形成する必要がある。

【００５１】前記投影光学系ＰＬは、両側テレセントリ
ックな縮小系であり、共通のＺ軸方向の光軸ＡＸを有す
る複数枚のレンズエレメント６１₁、６１₂、……から成
る屈折系が用いられている。この投影光学系ＰＬの投影
倍率βは、例えば１／４、１／５、１／６となってい
る。このため、前記の如くして、露光光ＥＬによりレチ
クルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、その照明領
域部分の回路パターンが投影光学系ＰＬによって前記投
影倍率で縮小された像（部分倒立像）が表面にフォトレ
ジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領
域ＩＡＲと共役なスリット状の露光領域ＩＡに転写、形
成される。

【００５２】また、本実施形態では、投影光学系ＰＬの
結像面の位置を移動させるための機構が投影光学系ＰＬ
内部に組み込まれている。具体的には、投影光学系ＰＬ
内のレチクルＲに最も近い位置にあるレンズエレメント
６１₁を保持するレンズホルダが圧電素子から成るアク
チュエータ６２により異なる３点で支持されている。そ
して、主制御装置５０が不図示のレンズコントローラを
介してアクチュエータ６２の厚さを変化させることで、
レチクルＲに最も近い位置にあるレンズエレメント６１
₁と、２番目に近い位置にあるレンズエレメント６１₂の
間隔を調整し、投影光学系ＰＬの結像面の位置をＺ軸方
向の所定の範囲内で調整できるようになっている。

【００５３】また、露光光ＥＬとしてＡｒＦエキシマレ
ーザ光やＫｒＦエキシマレーザ光を用いる場合には、投
影光学系ＰＬを構成する各レンズエレメントとして合成
石英やホタル石を用いることができるが、Ｆ₂レーザ光
を用いる場合には、この投影光学系ＰＬに使用されるレ
ンズの材質は、全てホタル石が用いられる。

【００５４】前記ウエハステージＷＳＴは、例えば、磁
気浮上型２次元リニアアクチュエータ（平面モータ）等
から成る駆動系により、走査方向であるＹ軸方向及びこ
れに直交する非走査方向（Ｘ軸方向）に２次元駆動され
るとともにＺ軸回りの回転方向にも微小駆動されるＸＹ
ステージ１４と、ＸＹステージ１４上に搭載され、不図
示のウエハホルダを介して表面にフォトレジストが塗布
されたウエハＷを真空吸着等により保持するＺチルトス
テージ５８とを備えている。

【００５５】なお、ウエハＷ上のフォトレジスト（以
下、「レジスト」と略述する）は、露光に先立って、不
図示のコータ（レジスト塗布装置）又はコータ・デベロ
ッパ（レジスト塗布／現像装置）により、ウエハＷの表
面にレジストを滴下し、ウエハＷを高速に回転（３００
０〜６０００ｒｐｍ）することによって１μｍ前後の厚
さに塗布される（スピンコートされる）ものである。従
って、コータ又はコータ・デベロッパによるスピンコー
トでは、本来的に、レジスト膜厚は遠心力の影響により
回転中心に近いほど厚く、周辺部で薄くなる傾向にあ
る。但し、近年の露光装置で用いられるウエハは、その
周縁（エッジ）の近傍に数ｍｍ程度のパターン禁止帯を
設ける必要から、その部分にテープ等のストッパを貼り
付けた状態でスピンコートが行われるので、レジスト膜
厚は回転中心に近いほど薄く、周辺部で厚くなりやすい
（図６（Ｂ）参照）。いずれにしても、ウエハ上に塗布
されるレジスト層の膜厚は、一様でなく、コータ又はコ
ータ・デベロッパ固有の膜厚の分布を示す。

【００５６】前記Ｚチルトステージ５８は、ＸＹステー
ジ１４上にＸＹ方向に位置決めされ、かつＺ軸方向の移
動及び傾斜が許容された状態で取り付けられている。そ
して、このＺチルトステージ５８は、異なる３つの支持
点で３本の軸２７（但し、図１においては紙面奥側の軸
２７は図示省略）によって支持されており、これら３本
の軸２７が駆動系により独立してＺ軸方向に駆動され、
これによってＺチルトステージ５８上に保持されたウエ
ハＷの面位置（Ｚ軸方向位置及びＸＹ平面に対する傾
斜）が所望の状態に設定されるようになっている。

【００５７】なお、図１においては、ＸＹステージ１４
の駆動系とＺチルトステージ５８の駆動系とが、代表的
にウエハステージ駆動部５６Ｗとして示されている。従
って、以下においては、ウエハステージ駆動部５６Ｗに
よって、ＸＹステージ１４及びＺチルトステージ５８が
上述のようにして駆動されるものとする。

【００５８】Ｚチルトステージ５８上にはレーザ干渉計
５４Ｗからのレーザビームを反射する移動鏡５２Ｗが固
定され、外部に配置されたレーザ干渉計５４Ｗにより、
Ｚチルトステージ５８のＸＹ位置が例えば０．５〜１ｎ
ｍ程度の分解能で常時検出される。

【００５９】ここで、実際には、Ｚチルトステージ５８
上には走査方向であるＹ軸方向に直交する反射面を有す
る移動鏡と非走査方向であるＸ軸方向に直交する反射面
とを有する移動鏡とが設けられ、これらの反射面にそれ
ぞれ垂直に測長ビームを照射する複数の干渉計が設けら
れているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡５２Ｗ、
レーザ干渉計５４Ｗとして示されている。レーザ干渉計
５４Ｗを構成する各干渉計の各測長軸の計測値は主制御
装置５０に送られ、主制御装置５０ではそれらの計測値
に基づいてＺチルトステージ（すなわちウエハＷ）のＸ
Ｙ位置及びヨーイングを算出し、この算出結果に基づい
てウエハステージ駆動部５６Ｗを介してＸＹステージ１
４ＸＹ面内の位置（回転を含む）を制御する。

【００６０】更に、本実施形態では、ウエハＷ表面の露
光領域ＩＡ内部分及びその近傍の領域のＺ方向（光軸Ａ
Ｘ方向）の位置を検出するための斜入射光式のフォーカ
ス検出系１９が設けられている。このフォーカス検出系
１９は、照射光学系１９Ａと、受光光学系１９Ｂとから
構成されている。このフォーカス検出系１９としては、
例えば特開平６−２８３４０３号公報に開示される多点
焦点位置検出系が用いられている。このフォーカス検出
系１９の出力が主制御装置５０に供給され、主制御装置
５０では、フォーカス検出系１９の出力に基づき、Ｚチ
ルトステージ５８を制御していわゆるフォーカスレベリ
ング制御を行うようになっている。

【００６１】制御系は、図１中、制御装置としての前記
主制御装置５０によって主に構成される。主制御装置５
０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・
オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモ
リ）等からなるいわゆるマイクロコンピュータ（又はワ
ークステーション）を含んで構成され、露光動作が的確
に行なわれるように、例えば、前述したウエハＷのフォ
ーカスレベリング制御の他、レチクルＲとウエハＷの同
期走査、ウエハＷのステッピング、露光タイミング等を
統括して制御する。また、本実施形態では、主制御装置
５０は、後述するように走査露光の際のウエハＷに対す
る積算露光量の制御も行う。

【００６２】具体的には、前記主制御装置５０は、例え
ば走査露光時には、レチクルＲがレチクルステージＲＳ
Ｔを介して＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度Ｖ_R＝Ｖで
走査されるのに同期して、ウエハステージＷＳＴを介し
てウエハＷが露光領域ＩＡに対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ
方向）に速度Ｖ_W＝β・Ｖ（βはレチクルＲからウエハ
Ｗに対する投影倍率）で走査されるように、レーザ干渉
計５４Ｒ、５４Ｗの計測値に基づいてレチクルステージ
駆動部４９、ウエハステージ駆動部５６をそれぞれ介し
てレチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴの位
置及び速度をそれぞれ制御する。また、ステッピングの
際には、主制御装置５０ではレーザ干渉計５４Ｗの計測
値に基づいてウエハステージ駆動部５６Ｗを介してウエ
ハステージＷＳＴの位置を制御する。

【００６３】更に、主制御装置５０では、上記の走査露
光時には、露光条件及びフォトレジスト感度及び後述す
るフォトレジスト膜厚に応じて決定された積算露光量を
ウエハＷに与えるため、制御情報ＴＳを光源１６に供給
することによって、光源１６の発振周波数（発光タイミ
ング）、及び発光パワー等を制御したり、あるいは、エ
ネルギ粗調器２０をモータ３８を介して制御することに
より、レチクルＲに照射される露光光ＥＬの光量調整を
行う。なお、ウエハＷ上へ与えられる積算露光量の制御
については更に後述する。また、主制御装置５０では、
照明系開口絞り板２４を駆動装置４０を介して制御し、
更にステージ系の動作情報に同期して可動レチクルブラ
インド３０Ｂの開閉動作を制御する。

【００６４】このように本実施形態では、主制御装置５
０が、露光コントローラ（露光量制御装置）及びステー
ジコントローラ（ステージ制御装置）の役目をも有して
いる。なお、これらのコントローラを主制御装置５０と
は別に設けても良いことは勿論である。

【００６５】ここで、本実施形態に係る露光装置１０に
よる累進焦点露光方法について図３〜図５に基づいて説
明する。

【００６６】図３（Ａ）〜（Ｃ）には、本実施形態に係
る累進焦点露光方法を視覚的に理解させるため、レチク
ルＲに形成された回路パターンＩＲとウエハＷの一部と
が模式的に示されている。これらの図においては、説明
の便宜上から、投影光学系ＰＬの投影倍率βを１として
いる。また、回路パターンＩＲには、説明上の位置番号
１〜９が設定されている。また、ウエハＷ上にも位置番
号１〜９が設定されており、ウエハＷ上の位置番号１〜
９はレチクルＲ上の位置番号１〜９にそれぞれ対応し、
レチクルＲ上の回路パターンＩＲと同番号のウエハＷ上
の位置にパターンが転写されるようになっている。ま
た、ウエハＷは前述の如く、Ｚチルトステージ５８に保
持されており、本実施形態ではＺチルトステージ５８は
光軸ＡＸに垂直な面（水平方向）に対して所定の角度θ
だけ傾斜している。

【００６７】前記固定レチクルブラインド３０Ａによっ
て規定された照明領域ＩＡＲ内の露光光束は、投影光学
系ＰＬを介してウエハＷに投射されており、図３（Ａ）
〜（Ｃ）にはそのうちの代表的な光束ＬＲ、ＬＣ、ＬＬ
の３つの光束が示されている。光束ＬＲ、ＬＬは、走査
方向に関して光軸ＡＸを中心にほぼ対称に位置する露光
光束の照射範囲の走査方向の両端の光束であり、光束Ｌ
ＲとＬＬとの幅は、固定レチクルブラインド３０Ａの開
口の走査方向の幅と対応している。これら両光束ＬＲと
ＬＬとの間の領域が露光光束の照射範囲を表している。
露光光束の照射範囲内では露光光束の強度分布はほぼ一
様となっている。光束ＬＣは、露光光束の照射範囲のほ
ぼ中心を通る主光線を有し、この主光線は投影光学系Ｐ
Ｌの光軸と一致しているものとする。さらに、投影光学
系ＰＬの最良結像面ＢＦが二点鎖線（仮想線）で示され
ている。

【００６８】そして、走査露光時には、主制御装置５０
では、ＸＹステージ１４をＹ軸方向に駆動すると同時
に、ウエハＷの露光領域ＩＡのほぼ中心（露光光束の照
射範囲のほぼ中心と一致）が常に投影光学系ＰＬの最良
結像面ＢＦに位置するように、Ｚチルトステージ５８を
光軸ＡＸ方向に駆動する。なお、このとき、主制御装置
５０では、ウエハＷ上の露光領域ＩＡの走査方向の幅を
Ｄ、露光領域ＩＡと最良結像面ＢＦとの傾き角をθ、投
影光学系ＰＬの焦点深度の光軸方向の幅（ＤＯＦ）をΔ
Ｚとして、Ｚ振り幅Ｄ・ｓｉｎθ≧ΔＺの関係を満たす
ように、傾き角θを調整するようにする。なお、固定レ
チクルブラインド３０Ａとして、開口の走査方向の幅が
調整可能なタイプを用いる場合には、上記幅Ｄを調整し
ても良い。

【００６９】ここで、本実施形態に係る走査露光法（累
進焦点露光法）を順を追って説明する。走査露光が開始
された直後のウエハＷと回路パターンＩＲとの露光光束
に対する位置関係は、図３（Ａ）に示されるような状態
となる。回路パターンＩＲ内の位置２に着目すると、こ
の位置２は、露光光束の照射範囲内に入ったところであ
り、光束ＬＲに照射されている状態である。この状態で
は光束ＬＲに照射されているウエハＷ上の位置２の像は
デフォーカス状態にあり、投影像の強度分布はピークの
緩やかな状態となっている。更に、走査露光が進むと、
図３（Ｂ）に示される状態となり、ウエハＷ上の位置２
は最良結像面ＢＦ上に位置している。この状態では位置
２の像はベストフォーカス状態であり、像の強度分布の
ピークは鋭くなっている。また、レチクルＲ及びウエハ
Ｗが図３（Ｃ）の位置まで移動すると、位置２は図３
（Ａ）に示される状態とは反対のデフォーカス状態とな
り、光束ＬＬによる像の強度分布のピークは緩やかな状
態となる。

【００７０】以上の走査露光（等速スキャン）によっ
て、ウエハＷ上の位置２に照射される露光量（エネルギ
量）の光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）の分布は、図４（Ａ）
に示されるようになる。すなわち、位置２での露光量
は、最良結像面を中心とするＺ軸方向のＺ振り幅Ｄ・ｓ
ｉｎθ（≧ΔＺ）の範囲（焦点深度の幅ＤＯＦ以上の範
囲）でほぼ均一となっている。これより、Ｄ・ｓｉｎθ
の範囲でウエハ表面が移動したとき、レジスト層に与え
られる孤立パターン、例えばコンタクトホールの像の光
量がＤ・ｓｉｎθの範囲でほぼ一定であることを意味す
る。すなわち、光軸方向の長い範囲に渡ってほぼ一定の
光量（コンタクトホール像）が得られるということは、
それだけ焦点深度が実質的に（見かけ上）広がったこと
を意味する。

【００７１】また、上記の走査露光により、位置２に与
えられた像の強度分布は、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に
示されるようになる。ここで、図４（Ｂ）中の強度分布
ＥＲ、ＥＣ、ＥＬは、それぞれ光束ＬＲ、ＬＣ、ＬＬに
よって得られる像強度を表すものであり、図４（Ｃ）中
の強度分布Ｅは光束ＬＲ、ＬＣ、ＬＬを含めた露光光束
によって得られる像強度の積算値を表すものである。こ
の場合、位置２は、露光光束の照射範囲にある間中、光
束を照射されている（光エネルギを受けている）ため、
積算された像強度の分布Ｅはピークの緩やかな分布とな
る。この場合、ウエハＷ上のレジストを感光（完全に除
去）する積算エネルギの閾値Ｐ₀以上の強度を持つ幅
は、図４（Ｃ）中に示される幅Ｇとなる。この幅Ｇが、
パターンの解像度を決定するため、微細パターンを精度
良く、ウエハＷ上に転写形成するためには、この幅Ｇを
狭くすることが望ましい。

【００７２】この幅Ｇを狭くするためには、矩形状の照
明光束の分布が走査方向に関して少なくとも２箇所で極
大となるようにすれば良い。このため、例えば固定レチ
クルブラインド３０Ａに代えて、図２（Ｂ）に示される
ような、中央部を遮光したダブルスリット状の開口を有
する固定レチクルブラインド３０Ａ’を用いるようにす
る。このような固定レチクルブラインド３０Ａ’を用い
ると、走査露光によってウエハＷ上の任意の位置（例え
ば、前述した位置２）に照射される露光量の光軸ＡＸ方
向の分布は、図５（Ａ）に示されるようになる。すなわ
ち、位置２での露光量は、Ｚ振り幅Ｄ・ｓｉｎθの範囲
の両端付近の２箇所に同程度の強度（ピーク）を有する
状態となる。これにより、図３（Ａ）〜（Ｃ）中に示さ
れた露光光束のうちの光束ＬＬ、ＬＲに相当する部分に
のみ強度を持たせることが可能になる。

【００７３】また、この固定レチクルブラインド３０
Ａ’を用いて、上記と同様の走査露光を行った場合に、
ウエハＷ上の任意の位置（例えば、前述した位置２）で
得られる像の強度分布は、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に
示されるようになる。ここで、図５（Ｂ）中の強度分布
ＥＲ’、ＥＬ’は、それぞれ光束ＬＲ、ＬＬによって得
られる像強度を表すものであり、図５（Ｃ）中の強度分
布Ｅ’は光束ＬＲ、ＬＬを含めた露光光束によって得ら
れる像強度の積算値を表すものである。図５（Ｃ）と図
４（Ｃ）とを比較すると、明らかなように、強度分布
Ｅ’は強度分布Ｅより鋭いピークを有しており、ウエハ
Ｗ上のレジストを感光（完全に除去）する積算エネルギ
の閾値Ｐ₀以上の強度を持つ幅Ｇ’が幅Ｇよりも狭くな
っていることがわかる。従って、ダブルスリット状の開
口を有する固定レチクルブラインド３０Ａ’を採用する
ことにより、焦点深度を実質上拡大した上で像ボケの少
ない孤立パターン、例えばコンタクトホールの像を形成
可能な、解像度の高い露光が可能となる。

【００７４】また、上記累進焦点露光法を採用すること
により、ウエハＷ上に凹凸があっても、凹部、凸部のい
ずれにおいても同様の精度でパターンの転写が行われる
ことは勿論である。

【００７５】これまでの説明から明らかなように、本実
施形態に係る累進焦点露光法によると、実質的な焦点深
度の増大により、孤立パターンの高精度な転写を実現す
ることができる。しかしながら、前述の如く、ウエハＷ
表面に塗布されているレジスト層の膜厚がウエハＷの中
心近傍及び周辺部において異なることにより、ウエハＷ
上の各ショット領域に転写される孤立パターンの形状に
ばらつきが生じる場合がある。

【００７６】以下、上記の孤立パターンの形状にばらつ
きの問題を解決する方法を含む、露光動作の流れについ
て詳述する。

【００７７】前提として、露光動作の開始に先立って、
ウエハＷの回転中心からの位置（距離）とレジスト層の
膜厚との関係、露光条件（例えば、照明条件、レチクル
に関する情報）等がオペレータにより主制御装置５０に
入力され、該主制御装置５０によりプロセスプログラム
と呼ばれるファイルが作成され、ＲＡＭに記憶されてい
るものとする。このプロセスプログラムファイルには、
本実施形態の場合、ウエハＷの回転中心からの位置（距
離）とレジストの膜厚との関係とウエハＷ上の各ショッ
ト領域の位置情報とに基づいて算出した各ショット領域
のレジスト層膜厚に対応するＺ振り幅Ｈ（前述したＤ・
ｓｉｎθに相当）及び各ショット領域毎の目標積算露光
量（目標積算エネルギ量）の情報も含まれる。なお、ウ
エハＷの回転中心からの位置（距離）とレジストの膜厚
との関係は、予め、レジストが塗布された複数のウエハ
の中から代表的に１つ（又は複数）のウエハを選び出
し、ウエハ上に塗布されたフォトレジストの膜厚の分布
を不図示の計測装置を用いて光学的に計測した結果によ
っても良く、あるいはウエハＷ上にレジストを塗布する
のに用いられるコータ・デベロッパ等のレジスト膜厚分
布特性が装置固有の値として予め用意されている場合に
は、それを用いても良い。

【００７８】図６（Ａ）には、上記の走査露光の前提と
なる、図６（Ｂ）に示されるようなレジスト層膜厚分布
に対応する上記のプロセスプログラムファイルの一部で
あるウエハＷ上の各ショット領域ＳＡのＺ振り幅Ｈ（上
段）と設定露光量（目標積算露光量）の一例が示されて
いる。

【００７９】図６（Ａ）に示されるように、レジスト層
の膜厚（ショット領域のウエハＷ上における位置）に応
じ、レジスト層の膜厚が薄いショット領域程、Ｚ振り幅
Ｈ及び設定露光量を小さくし、レジスト層の膜厚が厚い
ほどＺ振り幅Ｈ及び設定露光量を大きくしている。

【００８０】まず、主制御装置５０の管理の下、不図示
のレチクルローダ、ウエハローダによって、レチクルロ
ード、ウエハロードが行なわれ、また、レチクル顕微
鏡、ウエハステージＷＳＴ上の基準マーク板、オフアク
シス・アライメント検出系（いずれも図示省略）等を用
いて、レチクルアライメント、ベースライン計測（アラ
イメント検出系の検出中心から投影光学系ＰＬの光軸距
離の計測）等の準備作業が所定の手順で行なわれる。

【００８１】その後、主制御装置５０により、不図示の
アライメント検出系を用いてウエハＷに対するＥＧＡ
（エンハンスト・グローバル・アライメント）等のアラ
イメント計測が実行される。アライメント計測の終了
後、以下のようにしてウエハＷ上の各ショット領域ＳＡ
に、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクルＲのパ
ターンＩＲが転写される。

【００８２】この露光動作にあたって、まず、ウエハＷ
のＸＹ位置が、ウエハＷ上の最初のショット領域（ファ
ースト・ショット）の露光のための走査開始位置となる
ように、ウエハステージＷＳＴが移動される。同時に、
レチクルＲのＸＹ位置が、走査開始位置となるように、
レチクルステージＲＳＴが移動される。そして、主制御
装置５０がレーザ干渉計５４Ｗによって計測されたウエ
ハＷの位置情報、及びレチクル干渉計５４Ｒによって計
測されたレチクルＲの位置情報に基づき、レチクルＲ
（レチクルステージＲＳＴ）とウエハＷとを走査方向に
沿って同期移動して走査露光を行う。この走査露光の際
に、主制御装置５０では、ＲＡＭ内のプロセスプログラ
ムファイルに基づき、ファーストショットに対応するＺ
振り幅Ｈ、及び目標積算露光量で、先に説明した累進焦
点露光法により露光を行う。

【００８３】この際、主制御装置５０では、一例とし
て、Ｚ振り幅Ｈは、フォーカス検出系１９の計測値に基
づいて、ウエハＷの露光領域ＩＡの傾斜角θを調整する
ことにより設定する。なお、露光領域ＩＡの走査方向の
幅Ｄが調整可能な場合には、この幅Ｄを調整することに
より、Ｚ振り幅Ｈを設定しても良く、あるいはこれら両
者を調整しても良い。但し、幅Ｄを変更するときにはそ
れ以外、例えば走査速度、パルス強度、及び繰り返し周
波数（発振周波数）の少なくとも１つも変更して目標積
算露光量がウエハＷに与えられるようにすることが望ま
しい。

【００８４】また、積算露光量の調整は、光源１６のパ
ルスの繰り返し周波数、走査速度（スキャン速度）、イ
ンテグレータセンサ４６の出力から間接的に求められる
平均パルスエネルギ密度の少なくとも１つ、あるいは上
記露光領域ＩＡの走査方向の幅Ｄが調整可能な場合に
は、その幅Ｄ、繰り返し周波数、走査速度、平均パルス
エネルギ密度の少なくとも１つを制御することにより調
整する。

【００８５】そして、１つのショット領域へのパターン
の転写が終了すると、ウエハステージＷＳＴが１ショッ
ト領域分だけステッピングされて、次のショット領域に
対する走査露光が、プロセスプログラムファイルに基づ
いてそのショット領域に対応するＺ振り幅Ｈ、目標積算
露光量で行われる。

【００８６】このようにして、ステッピングと走査露光
とが順次繰り返され、ウエハＷ上に必要なショット数の
パターンが転写される。この場合、前述の如く、レジス
ト層の膜厚（ショット領域ＳＡのウエハＷ上における位
置）に応じ、レジスト層の膜厚が薄いショット領域程、
Ｚ振り幅Ｈ及び設定露光量を小さくし、レジスト層の膜
厚が厚いほどＺ振り幅Ｈ及び設定露光量を大きくしてい
るので、上述した各ショット領域に転写されるパターン
の形状のばらつきを抑制することができる。

【００８７】以上詳細に説明したように、本実施形態に
係る露光装置１０及びその露光方法によると、前述した
累進焦点露光法を用いてレチクルＲに形成されたパター
ンＩＲをウエハＷ上に投影し、そのパターンの像をウエ
ハＷ上に転写形成するに際して、その露光対象のショッ
ト領域ＳＡのウエハＷ上の位置に応じて、前述した累進
焦点露光の際のＺ振り幅Ｈを変更することにより、ウエ
ハＷ上に与えられる露光量（エネルギ量）の結像面ＢＦ
を基準とするウエハＷ表面の位置に関する分布を変更す
る。これにより、予め求めたウエハＷ上のレジスト層厚
さのばらつきの分布の情報に応じて、投影光学系ＰＬの
焦点深度を実質的に増大できるとともに、ウエハＷ上の
ショット領域ＳＡの位置によるパターン像の形状ばらつ
きを抑制することが可能となる。

【００８８】また、図２（Ｂ）に示される固定レチクル
ブラインド３０Ａ’を用いる場合には、各ショット領域
のウエハＷ上の位置に応じた前記エネルギ量の分布は、
ウエハＷ上の各点に所定の積算露光量（積算エネルギ）
が与えられる間に、結像面を基準とするウエハＷ表面が
前記Ｚ振り幅の範囲の両端部近傍に位置する２点（２箇
所でピークを有する分布とすることができる（図５
（Ａ）参照）。この場合、投影光学系ＰＬの焦点深度を
実質的に増大することができるとともに、露光領域ＩＡ
内の各点に与えられるエネルギ強度の分布曲線に鋭いピ
ークを持たせることができ（図５（Ｃ）参照）、これに
よりパターン像の解像度を良好にすることができる。

【００８９】また、本実施形態では、ショット領域ＳＡ
のウエハＷ上の位置に応じて、Ｚ振り幅Ｈ、すなわちウ
エハＷ表面の投影光学系ＰＬの光軸方向位置（Ｚ位置）
に関するウエハＷ上に与えられるエネルギ量の分布のみ
でなく、そのショット領域ＳＡ内に与えられる積算露光
量（積算エネルギ量）をも変更するとしているので、レ
ジスト層の厚さのウエハＷ上の位置によるばらつきの影
響を一層効果的に低減することができる。なお、本実施
形態では、上記の如く、ウエハＷ表面の投影光学系ＰＬ
の光軸方向位置（Ｚ位置）に関するウエハＷ上に与えら
れるエネルギ量の分布やショット領域ＳＡ内に与えられ
る積算露光量（積算エネルギ量）が、ショット領域毎に
変更されるが、その前提として、ウエハＷの回転中心か
らの位置（距離）とレジスト層の膜厚との関係、露光条
件（例えば、照明条件、レチクルに関する情報）等に基
づいてプロセスプログラムファイルが作成され、該プロ
セスプログラムファイルに従って露光が行われるので、
常に適正な積算露光量がウエハＷ上の各点に与えられる
ようになっている。

【００９０】しかしながら、本発明がこれに限定される
ものではなく、ショット領域ＳＡのウエハＷ上の位置に
応じて、ウエハＷ表面の投影光学系ＰＬの光軸方向位置
（Ｚ位置）に関するウエハＷ上に与えられるエネルギ量
の分布、及び積算露光量の一方のみを変更することとし
ても良い。いずれの場合であっても、累進焦点露光法に
より投影光学系ＰＬの焦点深度を実質的に増大できると
ともに、ショット領域のウエハＷ上の位置に応じた、ウ
エハＷ表面の投影光学系ＰＬの光軸方向位置（Ｚ位置）
に関するウエハＷ上に与えられるエネルギ量の分布、又
は積算露光量の変更により、ウエハＷ上に形成されるパ
ターン像の位置による形状ばらつきを抑制することが可
能となる。この場合も、前述と同様の手法により、常に
適正な積算露光量がウエハＷ上の各点に与えられるよう
にすることが望ましい。

【００９１】なお、上記実施形態では、前記エネルギ量
の分布の変更及び前記積算露光量の変更を、ウエハＷ上
のショット領域毎に行う場合について説明したが、これ
に限らず、露光光ＥＬが投影光学系ＰＬを介して照射さ
れる露光領域ＩＡのウエハＷ上の位置毎に、例えばウエ
ハＷ上の１つのショット領域内でその位置に応じて、前
記エネルギ量の分布及び前記積算露光量の少なくとも一
方を変更することとしても良い。この場合には、各ショ
ット領域内におけるレジスト層膜厚の分布を予め求め、
これに応じてプロセスプログラムファイル内にＺ振り幅
Ｈ、設定露光量を設定しておくと良い。

【００９２】なお、上記実施形態では、ウエハＷ上に形
成される像の解像度を向上させるために、ダブルスリッ
ト状の固定レチクルブラインドを採用する場合について
説明したが、これに限らず、開口部を３つ以上有するよ
うな固定レチクルブラインドを採用することもできる。
この場合、ダブルスリット状の固定レチクルブラインド
を採用した場合と比べ、ＸＹステージの移動速度を速く
することができる。

【００９３】また、固定レチクルブラインドとして図２
（Ａ）に示されるような矩形開口を有するものを用いる
場合に、光路中において回路パターンＩＲとほぼ共役な
位置に配置された、遮光したい領域に応じた大きさ及び
形状の遮光部材を設けることにより、上記ダブルスリッ
ト状の固定レチクルブラインド、あるいは開口部を３つ
以上有するような固定レチクルブラインドを用いる場合
と同等の効果を得ることができる。

【００９４】《第２の実施形態》次に、本発明の第２の
実施形態を図６〜図８に基づいて説明する。ここで、前
述した第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分に
ついては、同一の符号を用いるとともに、その説明を簡
略化し若しくは省略するものとする。

【００９５】本第２の実施形態に係る露光装置の構成等
は、前述した第１の実施形態と同一であり、また、前述
した第１の実施形態と同様にして、ステップ・アンド・
スキャン方式で露光が行われ、ウエハＷ上の各ショット
領域に対してレチクルＲのパターンが転写され、その
際、前述した第１の実施形態と同様に、主制御装置５０
により、プロセスプログラムファイルに基づいて、例え
ば図６（Ａ）に示されるような各ショット領域ＳＡに対
応するＺ振り幅Ｈ、目標積算露光量の設定の下で累進焦
点露光が行われる。

【００９６】しかし、本第２の実施形態に係る露光装置
では、主制御装置５０による走査露光時（累進焦点露光
時）のＺチルトステージ５８の制御方法が前述した第１
の実施形態と相違するので、以下においてはこの点を中
心として説明する。

【００９７】図７（Ａ）には、本第２の実施形態におけ
る走査露光時に、レチクルＲ上の照明領域ＩＡＲの投影
領域である露光領域ＩＡに対し、ウエハＷが相対走査
（スキャン）される様子が示されている。この図７
（Ａ）に示されるように、走査露光の際のウエハＷの走
査速度（スキャン速度）をＶ_W、露光領域ＩＡの走査方
向の幅をＤとすると、ウエハＷがＹ軸方向（走査方向）
に幅Ｄだけ移動する時間（ウエハＷのショット領域内の
１点Ｑが距離Ｄだけ移動する時間）Ｔ₀が次式（１）の
ように表される。Ｔ₀＝Ｄ／Ｖ_W ……（１）

【００９８】また、主制御装置５０では、ウエハＷのシ
ョット領域ＳＡを露光領域ＩＡに対して走査する際に、
ウエハＷのショット領域ＳＡ内の１点Ｑが露光領域ＩＡ
を通過する時間Ｔ₀の間に、Ｚチルトステージ５８を介
してウエハＷの露光面（表面）を投影光学系ＰＬの結像
面に対してＺ方向に周期的に振動させる。図７（Ｂ）に
は、そのときのウエハＷの露光面のＺ軸方向位置Ｚの時
間ｔによる変化の様子が示されている。この図７（Ｂ）
において、位置Ｚ₀が投影光学系ＰＬの結像面の位置で
ある。図７（Ｂ）中に実線の曲線Ｌ１が示すように、ウ
エハＷの露光面のＺ軸方向位置Ｚは、位置（Ｚ₀＋ｂ）
と位置（Ｚ₀−ｂ）との間を一定の周期Ｔ＝Ｔ₀で正弦波
状に変化している。Ｚ振り幅Ｈ＝２ｂは、投影光学系Ｐ
Ｌの本来の焦点深度ΔＺ及び各ショット領域部分のレジ
スト層膜厚に応じて設定されている（図６（Ａ）参
照）。この場合、ウエハＷの露光面のＺ軸方向の初期位
置、すなわちＺ軸方向の移動を開始するときの位置Ｚ
は、位置（Ｚ₀＋ｂ）と位置（Ｚ₀−ｂ）との間の任意の
位置で良い。

【００９９】この場合、ウエハＷの露光面が位置（Ｚ₀
−ｂ）から位置（Ｚ₀＋ｂ）に移動する際、及びこれと
反対にウエハＷの露光面が位置（Ｚ₀＋ｂ）から位置
（Ｚ₀−ｂ）に移動する際に、Ｚチルトステージ５８の
Ｚ軸方向の速度Ｖ_ZのＺ位置に対する変化曲線は、加速
域、等速域、減速域から成る等脚台形状に変化するよう
に、主制御装置５０によって制御される。従って、本実
施形態では、光源１６のパルス発振はウエハＷ及びレチ
クルＲの走査に同期させて行う必要があるが、Ｚチルト
ステージ５８のＺ軸方向の移動は、上記のような速度特
性で速度制御を行うだけで良い。

【０１００】また、この場合、図７（Ａ）中のウエハＷ
上のショット領域ＳＡ内のある露光点Ｑが幅Ｄの露光領
域ＩＡを横切っている間、その露光点ＱのＺ位置は、位
置（Ｚ₀＋ｂ）と位置（Ｚ₀−ｂ）との間を１往復する。
また、露光点Ｑが幅Ｄの露光領域ＩＡを横切っている間
は、図１の光源１６はｍ個（ｍは最小露光パルス以上の
整数）の紫外パルス光をほぼ一定の周期で発光するとと
もに、その露光点Ｑには図１のレチクルＲ上の同一のパ
ターンの像が投影される。従って、その露光点Ｑにおけ
る位置Ｚに対する露光エネルギＥ（Ｚ）の分布は、図８
中に実線で示される分布曲線Ｍ１のようになり、位置
（Ｚ₀−ｂ）及び位置（Ｚ₀＋ｂ）における露光エネルギ
が大きくなる。

【０１０１】上述と同様にして、ウエハＷのショット領
域ＳＡ内の露光点Ｑ以外の任意の露光点は、幅Ｄの露光
領域ＩＡをＸ方向に横切る間に、その露光点のＺ位置
は、位置（Ｚ₀＋ｂ）と位置（Ｚ₀−ｂ）との間を１往復
する。従って、任意の露光点の露光エネルギの分布は、
位置（Ｚ₀−ｂ）及び位置（Ｚ₀＋ｂ）において大きくな
り、投影光学系ＰＬの焦点深度が実質的に増大する。従
って、ウエハＷ上に凹凸があっても、凹部、凸部のいず
れにおいても同様の精度でパターンの転写が行われる。
この場合も、特にコンタクトホールのような孤立パター
ンをウエハＷ上に投影露光する際に、焦点深度の増大の
効果が大きくなる。

【０１０２】本実施形態においては、一般的に、ウエハ
Ｗの露光面のＺ軸方向の振動の周期をＴ_n（ｎは１以上
の整数）とすると、その周期Ｔ_nを、ウエハＷ上の任意
の点が露光領域の幅ＤをＹ軸方向に横切る時間Ｔ₀の１
／ｎに設定すると良い。すなわち、ウエハＷの走査速度
Ｖ_W及び露光領域ＩＡの幅Ｄを用いて、周期Ｔ_nは次式
（２）のように表される。Ｔ_n＝Ｔ₀／ｎ＝Ｄ／（ｎ・Ｖ_W） ……（２）

【０１０３】図７（Ｃ）には、上記（２）式の条件を満
たす場合の他の例として、ｎ＝２の場合の、ウエハＷの
露光面のＺ軸方向位置Ｚの時間ｔによる変化の様子が示
されている。この場合には、ウエハＷのショット領域Ｓ
Ａ内の任意の露光点は、幅Ｄの露光領域ＩＡをＹ軸方向
に横切る間に、Ｚ位置が位置（Ｚ₀＋ｂ）と位置（Ｚ₀−
ｂ）との間を２往復する。従って、この場合も任意の露
光点の露光エネルギの分布は、図８のようになり、焦点
深度増大効果が得られる。

【０１０４】なお、（２）式の条件から外れるが、図７
（Ｂ）中に点線で示されるように、ウエハＷ上の任意の
点が露光領域ＩＡの幅ＤをＸ軸方向に横切る時間Ｔ₀の
２倍の周期で、ウエハＷの露光面を投影光学系ＰＬの結
像面に対してＺ軸方向に周期的に振動させても良い。こ
の場合でも、ウエハＷのショット領域内の任意の露光点
は、幅Ｄの露光領域ＩＡを横切る間に、Ｚ位置が位置
（Ｚ₀＋ｂ）と位置（Ｚ₀−ｂ）との間を移動する。従っ
て、焦点深度の増大の効果が得られる。

【０１０５】さらに、Ｚ位置に対する露光エネルギＥ
（Ｚ）の分布は、図８に点線Ｍ２で示されるように、位
置（Ｚ₀−ｂ）から位置（Ｚ₀＋ｂ）にかけてほぼ均一な
値となっていても良い。

【０１０６】以上のようにして、本第２の実施形態で
は、ウエハＷ上の各ショット領域ＳＡについて、走査露
光時に累進焦点露光法が実行されるが、先にも説明した
ように、主制御装置５０では、プロセスプログラムファ
イルに基づいて各ショット領域毎にＺ振り幅Ｈ（＝２
ｂ）及び積算露光量を変更する必要がある。このため、
主制御装置５０では、前述したＺチルトステージ５８の
振動に際して、Ｚ軸方向の速度Ｖ_ZのＺ位置に対する変
化曲線が異なる形状の等脚台形となるように、速度Ｖ_Z
の制御状態を変更（加速度、減速度、速度のいずれかを
変更）することにより、ショット領域ＳＡのウエハＷ上
の位置に応じてＺ振り幅Ｈを変更する。すなわち、Ｚチ
ルトステージ５８のＺ軸方向の速度Ｖ_Zを制御すること
によりＺ振り幅Ｈを変更する。これにより、各ショット
領域のウエハＷ上の位置に応じて、ウエハＷ上に与えら
れるエネルギ量の投影光学系ＰＬの結像面（最良結像
面）を基準とするウエハＷの露光面の位置に関する分布
を変更することができる。

【０１０７】また、主制御装置５０では、各ショット領
域に与えられる積算露光量を前述した第１の実施形態と
同様にして変更する。

【０１０８】以上説明したように、本第２の実施形態に
係る露光装置及びその露光方法によると、前述した第１
の実施形態と同等の効果を得ることができる。

【０１０９】なお、上記第２の実施形態ではウエハＷ表
面が投影光学系ＰＬの最良結像面に対して光軸方向に正
弦波状に駆動される場合について説明したが、本発明が
これに限定されることはなく、例えば、三角波状に振動
させても良い。この場合、ウエハ上の任意の点における
エネルギ量の分布が図８の曲線Ｍ１に近い分布となるの
で、焦点深度の実質的な増大という効果を得ることがで
きる。

【０１１０】また、上記第２の実施形態においても、露
光光ＥＬが投影光学系ＰＬを介して照射される露光領域
ＩＡのウエハＷ上の位置毎に、例えばウエハＷ上の１つ
のショット領域内でその位置に応じて、前記エネルギ量
の分布及び前記積算露光量の少なくとも一方を変更する
こととしても良い。この場合には、各ショット領域内に
おけるレジスト層膜厚の分布を予め求め、これに応じて
プロセスプログラムファイル内にＺ振り幅Ｈ、設定露光
量を設定しておくと良い。

【０１１１】さらに、上記第２の実施形態においても、
ショット領域ＳＡのウエハＷ上の位置に応じて、ウエハ
Ｗ表面の投影光学系ＰＬの光軸方向位置（Ｚ位置）に関
するウエハＷ上に与えられるエネルギ量の分布、及び積
算露光量の一方のみを変更することとしても良い。

【０１１２】なお、上記第１、第２の実施形態では、累
進焦点露光法を行うに際し、ウエハＷを投影光学系ＰＬ
の光軸方向（Ｚ軸方向）に移動することにより、投影光
学系ＰＬの結像面とウエハＷの表面との相対位置関係を
変更する場合について説明したが、本発明がこれに限定
されるものではなく、例えばウエハＷの露光面の位置を
固定して、投影光学系ＰＬの結像面の位置自体を変化さ
せても良い。この場合には、例えば、投影光学系ＰＬに
組み込まれたレンズエレメント６１₁の移動機構を用い
ても良く、あるいは、投影光学系ＰＬ内に密封室を設
け、該密封室内の圧力を調整することにより投影光学系
ＰＬの結像面とウエハＷの表面との相対位置関係を変更
することとにしても良い。かかる場合であっても、上記
実施形態と同等の効果を得ることができる。

【０１１３】この他、上記各実施形態のような両側テレ
セントリックな投影光学系ＰＬを用いる場合には、レチ
クルＲを光軸ＡＸ方向に微少駆動することにより、投影
光学系ＰＬの結像面とウエハＷの表面との相対位置関係
を変更することとしても良い。また、露光光ＥＬの中心
波長をシフトさせる、さらには、これらの方法のうち少
なくとも２つを併用することにより、結像面とウエハＷ
の表面との相対位置関係を変更するようにしても良い。
なお、露光光ＥＬの中心波長をシフトさせるとき、投影
光学系ＰＬの結像特性（投影倍率、焦点位置、収差な
ど）が変化するので、必要に応じて（例えば、その変化
量が所定の許容値を超えたら）投影光学系ＰＬの少なく
とも１つの光学素子を移動して結像特性の変動を補正す
ることが望ましい。

【０１１４】また、上記第１、第２の実施形態では、Ｚ
振り幅Ｈを変更することにより、各ショット領域のウエ
ハＷ上の位置に応じて、ウエハＷ上に与えられるエネル
ギ量の投影光学系ＰＬの結像面（最良結像面）を基準と
するウエハＷの露光面の位置に関する分布を変更する場
合について説明したが、本発明がこれに限定されるもの
ではなく、例えばＺ振り幅Ｈを一定に保ったままで、Ｚ
チルトステージ５８（ウエハＷ）の光軸ＡＸ方向の速度
を適宜制御することにより、各ショット領域のウエハＷ
上の位置に応じて、前記エネルギ量の分布を変更するよ
うにしても良い。

【０１１５】なお、上記各実施形態では、本発明がスキ
ャニング・ステッパに適用された場合について説明した
が、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではな
く、ステッパ等の静止型露光装置にも本発明は好適に適
用することができる。かかるステッパ等に適用する場合
には、例えば、特開平５−１３３０５号公報に開示され
る累進焦点露光法を用い、各ショット領域毎にその光軸
ＡＸ方向のエネルギ量の分布（Ｚ振り幅、移動速度な
ど）を変更するようにすれば良い。また、各ショット領
域毎に積算露光量を変更する場合には、例えば、像面照
度（露光光ＥＬの強度）及び露光時間（露光パルス数）
の少なくとも一方を変更するようにしても良い。

【０１１６】また、複数のレンズから構成される照明光
学系及び投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整
するとともに、レチクルステージ及びウエハステージを
露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総
合調整（電機調整、動作確認等）をすることにより上記
各実施形態の露光装置を製造することができる。なお、
露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたク
リーンルームで行うことが望ましい。

【０１１７】更に、本発明は、半導体素子製造用の露光
装置に限らず、液晶表示素子などを含むディスプレイの
製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート
上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いら
れるデバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する
露光装置、及び撮像素子（ＣＣＤなど）の製造に用いら
れる露光装置などにも適用することができる。また、半
導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装
置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装
置などで使用される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。ここで、
ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用い
る露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レ
チクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた
石英ガラス、螢石、フッ化マグネシウム、又は水晶など
が用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装
置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステン
シルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基
板としてはシリコンウエハなどが用いられる。

【０１１８】また、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体
チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイク
ロマシン等）は、デバイスの機能・性能設計（例えば、
半導体デバイスの回路設計等）を行うステップ、この設
計ステップに基づいた回路パターンを形成したレチクル
（マスク）を製作するステップ、シリコン等の材料から
ウエハを製造するステップ、前記製作及び製造したレチ
クル（マスク）とウエハとを使用して、リソグラフィ技
術等によってウエハ上に実際の回路等を形成するウエハ
処理ステップ、処理されたウエハを用いてデバイス組立
を行うデバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボ
ンディング工程、パッケージ工程を含む）、及び作製さ
れたデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査
を行う検査ステップ等を経て製造される。

【０１１９】例えば、半導体デバイスの場合、上記ウエ
ハ処理ステップには、ウエハ処理の各段階の前処理工程
として、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエ
ハ表面に絶縁膜を形成するＣＶＤステップ、ウエハ上に
電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハ
にイオンを打ち込むイオン打込みステップが含まれ、各
段階において必要な処理に応じて選択されて実行され
る。また、このような前処理工程の終了後に行われる後
処理工程としては、ウエハに感光剤を塗布するレジスト
形成ステップ、上記各実施形態の露光装置及びその露光
方法を用いてマスクの回路パターンをウエハに転写する
露光ステップ、露光されたウエハを現像する現像ステッ
プ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材
をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッ
チングが済んで不要となったレジストを取り除くレジス
ト除去ステップなどが含まれる。これらの前処理工程と
後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に
多重に回路パターンが形成される。

【０１２０】以上説明したデバイス製造方法によると、
レジスト形成、現像の各ステップとともにリソグラフィ
工程を構成する露光ステップにおいて、前述した各実施
形態の露光装置及びその露光方法によりレチクルのパタ
ーンがウエハに転写されるので、基板上に形成されるパ
ターン像の形状ばらつきが抑制され、結果的に最終製品
であるデバイスの歩留まりが向上し、その生産性を向上
させることができる。

【０１２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る露光
方法及び露光装置によれば、基板上に転写形成されるパ
ターン像の形状ばらつきの発生を抑制することができる
という従来にない優れた効果がある。

【０１２２】また、本発明に係るデバイス製造方法によ
れば、デバイスの歩留まりが向上し、その生産性を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る露光装置の全体
構成を概略的に示す図である。

【図２】図２（Ａ）は図１のレチクルブラインド機構に
よって規定される露光領域を示す図であり、図２（Ｂ）
は固定レチクルブラインドの変形例を示す図である。

【図３】図３（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施形態に係る
露光方法を説明するための図である。

【図４】図４（Ａ）は、第１の実施形態に係る露光方法
により、ウエハ上の任意の位置に照射される露光量（エ
ネルギ量）の光軸方向の分布を示す図、図４（Ｂ）は、
第１実施形態に係る露光方法により、ウエハ上の任意の
位置に与えられる像の強度分布を示す図であり、図４
（Ｃ）は、露光領域内の全光束の積算像強度の分布を示
す図である。

【図５】図５（Ａ）〜（Ｃ）は、図２（Ｂ）のレチクル
ブラインド機構を採用した場合の効果を説明するための
図であって、それぞれ図４（Ａ）〜（Ｃ）に対応する図
である。

【図６】図６（Ａ）は、ウエハＷ上のショット領域毎に
設定されたＺ振り幅と設定露光量の一例を視覚的に示す
図、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の設定が行われるウエハ
及びレジスト層の断面図である。

【図７】図７（Ａ）〜（Ｃ）は第２の実施形態に係る露
光方法を説明するための図である。

【図８】第２の実施形態に係る露光方法により、ウエハ
上の任意の位置に照射される露光量（エネルギ量）の光
軸方向の分布を示す図である。

【符号の説明】

１０…露光装置、１２…照明系、５０…主制御装置（制
御装置）、５６Ｗ…ウエハステージ駆動部（相対変位装
置の一部）、５８…Ｚチルトステージ（相対変位装置の
一部）、ＡＸ…光軸、ＢＦ…結像面、ＩＲ…回路パター
ン（パターン）、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レチクル（マ
スク）、ＳＡ…ショット領域（区画領域）、Ｗ…ウエハ
（基板）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エネルギビームをパターンが形成された
マスクに照射し、前記エネルギビームが投影光学系を介
して照射される基板表面の照射領域が常に前記投影光学
系の結像面を含む光軸方向の所定幅の範囲内となり、か
つ前記基板上に与えられるエネルギ量の前記結像面を基
準とする前記基板表面の位置に関する分布が所望の分布
となるように、前記結像面と前記基板との前記投影光学
系の光軸方向の相対位置関係を所定の手順で連続的又は
断続的に変更して前記パターンを前記基板上に転写する
露光方法において、前記パターンを前記基板上に転写するに際し、前記エネ
ルギビームが照射される領域の前記基板上の位置に応じ
て前記エネルギ量の分布を変更することを特徴とする露
光方法。
【請求項２】前記基板上に複数の区画領域が設定さ
れ、前記エネルギ量の分布の変更を、その露光対象の区画領
域の基板上の位置に応じて行なうことを特徴とする請求
項１に記載の露光方法。
【請求項３】前記基板上の位置に応じた前記エネルギ
量の分布は、前記基板上の各点に所定の積算エネルギが
与えられる間に、前記結像面を基準とする前記基板表面
が前記所定幅の範囲の両端部近傍に位置する２点を少な
くとも含む複数点でピークを有する分布であることを特
徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
【請求項４】前記エネルギ量の分布の変更は、前記所
定幅を変更することにより行なうことを特徴とする請求
項１又は２に記載の露光方法。
【請求項５】前記エネルギビームが照射される領域の
前記基板上の位置に応じて、その領域内の各点に与えら
れる積算エネルギ量をも変更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方法。
【請求項６】エネルギビームをパターンが形成された
マスクに照射し、前記エネルギビームが投影光学系を介
して照射される基板表面の照射領域が常に前記投影光学
系の結像面を含む光軸方向の所定幅の範囲内となり、か
つ前記基板上に与えられるエネルギ量の前記結像面を基
準とする前記基板表面の位置に関する分布が所望の分布
となるように、前記結像面と前記基板との前記投影光学
系の光軸方向の相対位置関係を、所定の手順で連続的又
は断続的に変更して前記パターンを前記基板上に転写す
る露光方法において、前記パターンを前記基板に転写するに際し、前記エネル
ギビームが照射される領域の前記基板上の位置に応じて
その領域内の各点に与えられる積算エネルギ量を変更す
ることを特徴とする露光方法。
【請求項７】前記基板上に複数の区画領域が設定さ
れ、前記積算エネルギ量の変更を、その露光対象の区画領域
の基板上の位置に応じて行なうことを特徴とする請求項
６に記載の露光方法。
【請求項８】マスクに形成されたパターンを投影光学
系を介して基板上に転写する露光装置であって、エネルギビームにより前記マスクを照明する照明系と；
前記マスクのパターンの投影像が結像する前記投影光学
系の結像面と前記基板表面との前記投影光学系の光軸方
向の相対位置関係を変化させる相対変位装置と；前記パ
ターンを前記基板上に転写するに際し、前記エネルギビ
ームが前記投影光学系を介して照射される前記基板表面
の照射領域が常に前記投影光学系の結像面を含む光軸方
向の所定幅の範囲内となり、かつ前記基板上に与えられ
るエネルギ量の前記結像面を基準とする前記基板表面の
位置に関する分布が所望の分布となるように、前記相対
変位装置を介して前記結像面と前記基板との前記投影光
学系の光軸方向の相対位置関係を所定の手順で連続的又
は断続的に変更するとともに、前記エネルギビームが照
射される領域の前記基板上の位置に応じて前記エネルギ
量の分布を変更する制御装置とを備える露光装置。
【請求項９】前記制御装置は、前記エネルギビームが
照射される領域の前記基板上の位置に応じて、その領域
内の各点に与えられる積算エネルギ量をも変更すること
を特徴とする請求項８に記載の露光装置。
【請求項１０】マスクに形成されたパターンを投影光
学系を介して基板上に転写する露光装置であって、エネルギビームにより前記マスクを照明する照明系と；
前記マスクのパターンの投影像が結像する前記投影光学
系の結像面と前記基板表面との前記投影光学系の光軸方
向の相対位置関係を変化させる相対変位装置と；前記パ
ターンを前記基板上に転写するに際し、前記エネルギビ
ームが前記投影光学系を介して照射される前記基板表面
の照射領域が常に前記投影光学系の結像面を含む光軸方
向の所定幅の範囲内となり、かつ前記基板上に与えられ
るエネルギ量の前記結像面を基準とする前記基板表面の
位置に関する分布が所望の分布となるように、前記相対
変位装置を介して前記結像面と前記基板との前記投影光
学系の光軸方向の相対位置関係を所定の手順で連続的又
は断続的に変更するとともに、前記エネルギビームが照
射される領域の前記基板上の位置に応じて、その領域内
の各点に与えられる積算エネルギ量を変更する制御装置
とを備える露光装置。
【請求項１１】リソグラフィ工程を含むデバイス製造
方法であって、前記リソグラフィ工程で、請求項１〜７のいずれか一項
に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイス製
造方法。
【請求項１２】リソグラフィ工程を含むデバイス製造
方法であって、前記リソグラフィ工程で、請求項８〜１０のいずれか一
項に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とす
るデバイス製造方法。