JP2674577B2

JP2674577B2 - 投影露光装置及び露光方法

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Publication number: JP2674577B2
Application number: JP7220444A
Authority: JP
Inventors: 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-08-29
Filing date: 1995-08-29
Publication date: 1997-11-12
Anticipated expiration: 2012-11-12
Also published as: JPH0855794A

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、液晶
表示素子等のデバイス製造過程中のリソグラフィー工程
で使用される投影露光装置と、そのような露光装置を使
った露光方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の投影露光装置には大別し
て２つの方式があり、１つはマスク（レチクル）のパタ
ーン全体を内包し得る露光フィールドを持った投影光学
系を介してウェハやプレート等の感光基板をステップア
ンドリピート方式で露光する方法であり、もう１つはマ
スクと感光基板とを投影光学系を挟んで対向させ、円弧
状スリット照明光によるマスク照明のもとでマスクと感
光基板とを相対走査して露光するスキャン方法である。

【０００３】前者のステップアンドリピート露光方式を
採用したステッパーは、最近のリソグラフィー工程で主
流をなす装置であり、後者のスキャン露光方式を採用し
たアライナーにくらべて、解像力、重ね合せ精度、スル
ープット等がいずれも高くなってきており、今後もしば
らくはステッパーが主流であるものと考えられている。

【０００４】ところで、最近スキャン露光方式において
も高解像力を達成する新たな方式が、ＳＰＩＥ Vol.１
０８８ Optical/Laser Microlithography II（１９８
９）の第４２４頁〜４３３頁においてステップアンドス
キャン方式として提案された。ステップアンドスキャン
方式とは、マスク（レチクル）を一次元に走査しつつ、
ウェハをそれと同期した速度で一次元に走査するスキャ
ン方式と、走査露光方向と直交する方向にウェハをステ
ップ移動させる方式とを混用したものである。

【０００５】図９は、ステップ＆スキャン方式の概念を
説明する図であるが、ここではウェハＷ上のＸ方向のシ
ョット領域（１チップ、又はマルチチップ）の並びを円
弧状スリット照明光ＲＩＬで走査露光し、Ｙ方向につい
てはウェハＷをステッピングする。同図中、破線で示し
た矢印がステップ＆スキャン（以下、Ｓ＆Ｓとする）の
露光順路を表わし、ショット領域ＳＡ1 、ＳＡ2 、……
ＳＡ6 の順にＳ＆Ｓ露光を行ない、次にウェハＷの中央
にＹ方向に並んだショット領域ＳＡ7 、ＳＡ8、……Ｓ
Ａ12の順に同様のＳ＆Ｓ露光を行なう。

【０００６】上記文献に開示されたＳ＆Ｓ方式のアライ
ナーでは、円弧状スリット照明光ＲＩＬで照明されたレ
チクルパターンの像は、１／４倍の縮小投影光学系を介
してウェハＷ上に結像されるため、レチクルステージの
Ｘ方向の走査速度は、ウェハステージのＸ方向の走査速
度の４倍に精密に制御される。また、円弧状スリット照
明光ＲＩＬを使うのは、投影光学系として屈折素子と反
射素子とを組み合せた縮小系を用い、光軸から一定距離
だけ離れた像高点の狭い範囲（輪帯状）で各種収差がほ
ぼ零になるという利点を得るためである。そのような反
射縮小投影系の一例は、例えばＵＳＰ．4,７４7,６７８
に開示されている。

【０００７】このような円弧状スリット照明光を使うＳ
＆Ｓ露光方式の他に、円形のイメージフィールドを有す
る通常の投影光学系（フル・フィールドタイプ）をＳ＆
Ｓ露光方式に応用する試みが、例えば特開平２−２２９
４２３号公報で提案された。この公開公報には、レチク
ル（マスク）を照明する露光光の形状を投影レンズ系の
円形フィールドに内接する正六角形にし、その正六角形
の対向する２辺のエッジが走査露光方向と直交する方向
に伸びるようにすることで、スループットをより向上さ
せたＳ＆Ｓ露光を実現することが開示されている。

【０００８】すなわちこの公開公報においては、スキャ
ン露光方向のレチクル（マスク）照明領域を極力大きく
取ることによって、レチクルステージ、ウェハステージ
の走査速度を、円弧状スリット照明光を使ったＳ＆Ｓ露
光方式にくらべて格段に高くできることが示されてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記、特開平２−２２
９４２３号公報に開示された従来技術によれば、走査露
光方向に関するマスク照明領域を極力広くしてあるた
め、スループット上では有利である。ところが、実際の
マスクステージ、ウェハステージの走査シーケンスを考
慮すると、上記公開公報に開示された装置においても、
図９のようなジクザクのＳ＆Ｓ方式にせざるを得ない。

【００１０】なぜなら、ウェハＷの直径を１５０mm（６
インチ）として、１回の連続したＸ方向走査のみでウェ
ハ直径分の一列のショット領域の並びの露光を完了しよ
うとすると、１／５倍の投影レンズ系を使うことを前提
としたとき、レチクルの走査方向（Ｘ方向）の長さは７
５０mm（３０インチ）にも達してしまい、このようなレ
チクルの製造が極めて困難だからである。

【００１１】仮りにそのようなレチクルが製造できたと
しても、そのレチクルをＸ方向に走査するレチクルステ
ージのストロークは７５０mm以上必要であることから、
装置が極めて大型化することは必須である。このため、
上記公開公報のような装置であっても、ジクザク走査を
せざるを得ない。従って、走査露光方向に隣接したショ
ット領域、例えば図９中のショット領域ＳＡ1 とＳＡ12
とでは、隣りのショット領域内にレチクルパターンが転
写されないようにレチクル上のパターン領域の周辺を遮
光体で広く覆っておく必要があった。

【００１２】図１０は六角形の照明領域ＨＩＬ、投影レ
ンズ系の円形イメージフィールドＩＦ、及びレチクルＲ
の走査露光時の配置を示し、図１０（Ａ）は六角形照明
領域ＨＩＬがレチクルＲ上のスキャン開始位置に設定さ
れた状態を表し、この状態からレチクルＲのみが同図中
の右方向に一次元移動する。そして１回のスキャン終了
時には図１０（Ｂ）のようになる。

【００１３】この図１０中でＣＰ1 、ＣＰ2 、……ＣＰ
6 の夫々はレチクルＲ上にＸ方向に並べて形成されたチ
ップパターンであり、これら６つのチップパターンの並
びがＸ方向の１回のスキャンで露光されるべきショット
領域に対応している。尚、同図中、六角形照明領域ＨＩ
Ｌの中心点はイメージフィールドＩＦの中心、すなわち
投影レンズ系の光軸ＡＸとほぼ一致している。

【００１４】この図１０からも明らかなように、レチク
ルＲ上の走査開始部分や走査終了部分では、パターン領
域の外側に、少なくとも六角形照明領域ＨＩＬの走査方
向の幅寸法以上の遮光体を必要とする。同時に、レチク
ルＲ自体も走査方向の寸法が大きくなるとともにレチク
ルステージのＸ方向の移動ストロークも、チップパター
ンのＣＰ1 〜ＣＰ6 全体のＸ方向の寸法と六角形照明領
域ＨＩＬの走査方向の寸法との合計分だけ必要となる
等、装置化にあたっての問題点が考えられる。

【００１５】さらに、レチクルＲ上に形成されるチップ
パターンの寸法は、全てのレチクルにおいて円形イメー
ジフィールドＩＦのサイズよりも大きいとは限らず、場
合によって円形イメージフィールドＩＦ内に包含され得
るサイズのチップパターンも存在する。そのような小さ
なチップパターンを含むレチクルが使用される場合、従
来のように六角形照明領域を持つ走査露光装置では、小
さなチップパターンが生成されているレチクル上の矩形
領域の周囲に相対的に広大な遮光体が必要となり、レチ
クル上のパターン利用率が悪いと言った問題点が考えら
れる。

【００１６】またこのことは、小さなチップパターンを
走査露光方式で露光する場合でも、レチクルステージの
移動ストロークがチップパターンの走査方向のサイズに
比例して小さくならず、スループット上で必ずしも有利
とならないことを意味する。本発明は上述のような問題
点に鑑み、レチクル（マスク）上のパターン露光領域の
周辺に格別に広い遮光体を設けることなく、イメージフ
ィールドよりも大きなパターン領域とイメージフィール
ドよりも小さなパターン領域との両方を効率的に投影露
光可能な投影露光装置と、それを使った露光方法を提供
することを目的とする。

【００１７】

【課題を達成する為の手段】本発明は、マスク（レチク
ルＲ）に形成された回路パターン（チップパターンＣＰ
ｎ）を照明光で照射する照明手段（ランプ２〜コンデン
サーレンズ２８）と、感光基板（ウェハＷ）上の複数の
被露光領域の１つにマスクの回路パターンの像を投影す
る投影光学系（ＰＬ）と、マスクを保持して少なくとも
第１方向（Ｘ方向）に一次元移動可能なマスクステージ
（３０）と、感光基板を保持して第１方向とこれに直交
した第２方向（Ｙ方向）とに二次元移動可能な基板ステ
ージ（４４，４６，４８）とを備えた投影露光装置に適
用される。

【００１８】そして本発明による装置の特徴的な構成
は、マスク上の回路パターンを感光基板上の各被露光領
域に露光する動作を、マスクステージ（３０）を静止さ
せて基板ステージ（４４，４６，４８）をステップ移動
させるステップ・アンド・リピート方式で実行するか、
マスクステージ（３０）と基板ステージ（４４，４６，
４８）とを投影光学系の投影視野（円形イメージフィー
ルドＩＦ）に対して同時に第１方向に相対走査させると
ともに基板ステージをステップ移動させるステップ・ア
ンド・スキャン方式で実行するかを選択的に制御する手
段（１００）を設けたことにある。

【００１９】さらに本発明は、所定の矩形領域内に回路
パターン（チップパターンＣＰｎ）が形成されたマスク
（レチクルＲ）を照明し、回路パターンの像を円形視野
（ＩＦ）を有する投影光学系（ＰＬ）を介して感光基板
（ウェハＷ）上の被露光領域に投影露光する方法に適用
される。そして本発明の方法の特徴的な構成は、マスク
上の矩形領域（回路パターンＣＰｎの形成領域）が投影
光学系の物体側の円形視野（ＩＦ）内に包含され得ると
きは感光基板をステップ・アンド・リピート方式で露光
し、マスク上の矩形領域（回路パターンＣＰｎの形成領
域）が投影光学系の物体側の円形視野（ＩＦ）内に包含
されないときは感光基板をステップ・アンド・スキャン
方式で露光するように切り替える段階を設定したことに
ある。

【００２０】要するに本発明では、１台の投影露光装置
（単一の投影光学系）をＳ＆Ｓ方式とＳ＆Ｒ方式とに兼
用させ、装着されたマスク上の回路パターンのサイズに
応じてＳ＆Ｓ方式とＳ＆Ｒ方式とを選択して使えるよう
にしたのである。

【００２１】

【発明の実施の態様】そこで以下、図面を参照して本発
明の各実施例を説明する。まず図１は本発明の第１の実
施例による投影露光装置の構成を示し、本実施例では、
両側テレセントリックで１／５縮小の屈折素子のみ、あ
るいは屈折素子と反射素子との組み合わせで構成された
投影光学系（以下、簡便のため単に投影レンズと呼ぶ）
ＰＬを使うものとする。

【００２２】水銀ランプ２からの露光用照明光は楕円鏡
４で第２焦点に集光される。この第２焦点には、モータ
８によって照明光の遮断と透過とを切り替えるロータリ
ーシャッター６が配置される。シャッター６を通った照
明光束はミラー１０で反射され、インプットレンズ１２
を介してフライアイレンズ系１４に入射する。フライア
イレンズ系１４の射出側には、多数の２次光源像が形成
され、各２次光源像からの照明光はビームスプリッタ１
６を介してレンズ系（コンデンサーレンズ）１８に入射
する。レンズ系１８の後側焦点面には、レチクルブライ
ンド機構２０の可動ブレードＢＬ1 、ＢＬ2 、ＢＬ3 、
ＢＬ4 が図２のように配置されている。４枚のブレード
ＢＬ1 、ＢＬ2 、ＢＬ3 、ＢＬ4 は夫々駆動系２２によ
って独立に移動される。本実施例ではブレードＢＬ1 、
ＢＬ2 のエッジによってＸ方向（走査露光方向）の開口
ＡＰの幅が決定され、ブレードＢＬ3 、ＢＬ4 のエッジ
によってＹ方向（ステッピング方向）の開口ＡＰの長さ
が決定されるものとする。

【００２３】また、４枚のブレードＢＬ1 〜ＢＬ4 の各
エッジで規定された開口ＡＰの形状は、投影レンズＰＬ
の円形イメージフィールドＩＦ内に包含されるように定
められる。さて、ブラインド機構２０の位置で、照明光
は均一な照度分布となり、ブラインド機構２０の開口Ａ
Ｐを通過した照明光は、レンズ系２４、ミラー２６、及
びメインコンデンサーレンズ２８を介してレチクルＲを
照射する。このとき、ブラインド機構２０の４枚のブレ
ードＢＬ1 〜ＢＬ4 規定された開口ＡＰの像がレチクル
Ｒ下面のパターン面に結像される。尚、レンズ系２４と
コンデンサーレンズ２８とによって任意の結像倍率を与
えることができるが、ここではブラインド機構２０の開
口ＡＰを約２倍に拡大してレチクルＲに投影しているも
のとする。従ってスキャン露光時のレチクルＲの走査速
度ＶrsとレチクルＲ上に投影されたブラインド機構２０
のブレードＢＬ1 、ＢＬ2 のエッジ像の移動速度とを一
致させるためには、ブレードＢＬ1 、ＢＬ2 のＸ方向の
移動速度ＶblをＶrs／２に設定すればよい。

【００２４】さて、開口ＡＰで規定された照明光を受け
たレチクルＲは、コラム３２上を少なくともＸ方向に等
速移動可能なレチクルステージ３０に保持される。コラ
ム３２は不図示ではあるが、投影レンズＰＬの鏡筒を固
定するコラムと一体になっている。レチクルステージ３
０は駆動系３４によってＸ方向の一次元走査移動、ヨー
イング補正のための微少回転移動等を行なう。またレチ
クルステージ３０の一端にはレーザ干渉計３８からの測
長ビームを反射する移動鏡３６が固定され、レチクルＲ
のＸ方向の位置とヨーイング量がレーザ干渉計３８によ
ってリアルタイムに計測される。尚、レーザ干渉計３８
用の固定鏡（基準鏡）４０は投影レンズＰＬの鏡筒上端
部に固定されている。

【００２５】投影レンズＰＬの物体面側に配置されるレ
チクルＲに形成されたパターンの像は、投影レンズＰＬ
によって１／５に縮小されて像面側に配置されたウェハ
Ｗ上に結像される。ウェハＷは微小回転可能なウェハホ
ルダ４４に基準マーク板ＦＭとともに保持される。ホル
ダ４４は投影レンズＰＬの光軸ＡＸ（Ｚ）方向に微動可
能なＺステージ４６上に設けられる。そしてＺステージ
４６はＸ、Ｙ方向に二次元移動するＸＹステージ４８上
に設けられ、このＸＹステージ４８は駆動系５４で駆動
される。

【００２６】またＸＹステージ４８の座標位置とヨーイ
ング量とはレーザ干渉計５０によって計測され、そのレ
ーザ干渉計５０のための固定鏡４２は投影レンズＰＬの
鏡筒下端部に固定され、移動鏡５２はＺステージ４６の
一端部に固定される。本実施例では投影倍率を１／５と
したので、スキャン露光時のＸＹステージ４８のＸ方向
の移動速度Ｖwsは、レチクルステージ３０の速度Ｖrsの
１／５である。さらに本実施例では、レチクルＲと投影
レンズＰＬとを介してウェハＷ上のアライメントマーク
（又は基準マークＦＭ）を検出するＴＴＲ（スルーザレ
チクル）方式のアライメントシステム６０と、レチクル
Ｒの下方空間から投影レンズＰＬを介してウェハＷ上の
アライメントマーク（又は基準マークＦＭ）を検出する
ＴＴＬ（スルーザレンズ）方式のアライメントシステム
６２とを設け、Ｓ＆Ｓ露光の開始前、あるいはスキャン
露光中にレチクルＲとウェハＷとの相対的な位置合せを
行なうようにした。

【００２７】また図１中に示した光電センサー６４は、
基準マークＦＭを発光タイプにしたとき、その発光マー
クからの光を投影レンズＰＬ、レチクルＲ、コンデンサ
ーレンズ２８、レンズ系２４、１８、及びビームスプリ
ッタ１６を介して受光するもので、ＸＹステージ４８の
座標系におけるレチクルＲの位置を規定する場合や、各
アライメントシステム６０、６２の検出中心の位置を規
定する場合に使われる。

【００２８】ところでブラインド機構２０の開口ＡＰ
は、走査方向（Ｘ方向）と直交するＹ方向に関して極力
長くすることによって、Ｘ方向の走査回数、すなわちウ
ェハＷのＹ方向のステッピング回数を少なくすることが
できる。ただし、レチクルＲ上のチップパターンのサイ
ズや形状、配列によっては、開口ＡＰのＹ方向の長さを
ブレードＢＬ3 、ＢＬ4 の各エッジで変更した方がよい
こともある。例えばブレードＢＬ3 、ＢＬ4 の対向する
エッジが、ウェハＷ上のショット領域を区画するストリ
ートライン上に合致するように調整するとよい。このよ
うにすれば、ショット領域のＹ方向のサイズ変化に容易
に対応できる。

【００２９】また１つのショット領域のＹ方向の寸法が
開口ＡＰのＹ方向の最大寸法以上になる場合は、先の特
開平２−２２９４２３号公報にみられるように、ショッ
ト領域の内部でオーバーラップ露光を行なって、露光量
のシームレス化を行なう必要がある。この場合の方法に
ついては後で詳しく述べる。次に本実施例の装置の動作
を説明するが、そのシーケンスと制御は、主制御部１０
０によって統括的に管理される。主制御部１００の基本
的な動作は、レーザ干渉計３８、５０からの位置情報、
ヨーイング情報の入力、駆動系３４、５４内のタコジェ
ネレータ等からの速度情報の入力等に基づいて、スキャ
ン露光時にレチクルステージ３０とＸＹステージ４８と
を所定の速度比を保ちつつ、レチクルパターンとウェハ
パターンとの相対位置関係を所定のアライメント誤差内
に押えたまま相対移動させることにある。

【００３０】そして本実施例の主制御部１００は、その
動作に加えてブラインド機構２０の走査方向のブレード
ＢＬ1 、ＢＬ2 のエッジ位置をレチクルステージ３０の
走査と同期してＸ方向に移動させるように、駆動系２２
を連動制御することを大きな特徴としている。尚、走査
露光時の照明光量を一定すると、開口ＡＰの走査方向の
最大開き幅が大きくなるにつれてレチクルステージ３
０、ＸＹステージ４８の絶対速度は大きくしなければな
らない。原理的には、ウェハＷ上のレジストに同一露光
量（dose量）を与えるものとしたとき、開口ＡＰの幅を
２倍にすると、ＸＹステージ４８、レチクルステージ３
０も２倍の速度にしなければならない。

【００３１】図３は図１、図２に示した装置に装着可能
なレチクルＲとブラインド機構２０の開口ＡＰとの配置
関係を示し、ここではレチクルＲ上に４つのチップパタ
ーンＣＰ1 、ＣＰ2 、ＣＰ3 、ＣＰ4 が走査方向に並ん
でいるものとする。各チップパターンはストリートライ
ンに相当する遮光帯で区画され、４つのチップでパター
ンの集合領域（ショット領域）の周辺はストリートライ
ンよりも広い幅Ｄsbの遮光帯でかこまれている。

【００３２】ここで、レチクルＲ上のショット領域の周
辺の左右の遮光帯をＳＢｌ、ＳＢｒとし、その外側には
レチクルアライメントマークＲＭ1 、ＲＭ2 が形成され
ているものとする。またブラインド機構２０の開口ＡＰ
は、走査方向（Ｘ方向）と直交するＹ方向に平行に伸び
たブレードＢＬ1 のエッジＥ1 とブレードＢＬ2 のエッ
ジＥ2 を有し、このエッジＥ1 、Ｅ2 の走査方向の幅を
Ｄapとする。さらに開口ＡＰのＹ方向の長さは、レチク
ルＲ上のショット領域のＹ方向の幅とほぼ一致し、周辺
のＸ方向に伸びた遮光帯の中心に開口ＡＰの長手方向を
規定するエッジが合致するようにブレードＢＬ3 、ＢＬ
4 が設定される。

【００３３】次に図４を参照して、本実施例のＳ＆Ｓ露
光の様子を説明する。ここでは前提として、図３に示し
たレチクルＲとウェハＷとをアライメントシステム６
０、６２、光電センサー６４等を用いて相対位置合せし
たものとする。尚、図４は図３のレチクルＲを横からみ
たもので、ここではブラインド機構２０のブレードＢＬ
1 、ＢＬ2 の動作をわかり易くするために、レチクルＲ
の直上にブレードＢＬ1、ＢＬ2 を図示した。

【００３４】まず図４（Ａ）に示すように、レチクルＲ
をＸ方向の走査開始点に設定する。同様に、ウェハＷ上
の対応する１つのショット領域をＸ方向の走査開始に設
定する。このとき、レチクルＲを照明する開口ＡＰの像
は、理想的には幅Ｄapが零であることが望ましいが、ブ
レードＢＬ1 、ＢＬ2 のエッジＥ1 、Ｅ2 の出来具合に
よって完全に零にすることは難しい。そこで本実施例で
は、開口ＡＰの像のレチクル上での幅ＤapがレチクルＲ
の右側の遮光帯ＳＢｒの幅Ｄsbよりも狭くなる程度に設
定する。通常、遮光帯ＳＢｒの幅Ｄsbは４〜６mm程度で
あり、開口ＡＰの像のレチクル上での幅Ｄapは１mm程に
するとよい。

【００３５】そして、図４（Ａ）に示すように開口ＡＰ
のＸ方向の中心を、光軸ＡＸに対してΔＸｓだけ、レチ
クルＲの走査進行方向と逆方向（同図中の左側）にずら
しておく。この距離ΔＸｓは、このレチクルＲに対する
開口ＡＰの最大開き幅Ｄapの約半分に設定する。より詳
しく述べると、開口ＡＰの長手方向の寸法はレチクルＲ
のショット領域のＹ方向の幅で自ずと決ってしまうた
め、開口ＡＰのＸ方向の幅Ｄapの最大値ＤＡmax もイメ
ージフィールドＩＦの直径によって決ってくる。その最
大値はＤＡmax は主制御部１００によって予め計算され
る。さらに図４（Ａ）の走査開始点での開口ＡＰの幅
（最小）をＤＡmin とすると、厳密には、ＤＡmin ＋２
・ΔＸｓ＝ＤＡmax の関係を満たすように距離ΔＸｓが
決められる。

【００３６】次にレチクルステージ３０とＸＹステージ
４８とを投影倍率に比例した速度比で互いに逆方向に移
動させる。このとき図４（Ｂ）に示すように、ブライン
ド機構２０のうち、レチクルＲの進行方向のブレードＢ
Ｌ2 のみをレチクルＲの移動と同期して動し、ブレード
ＢＬ2 のエッジＥ2 の像が遮光帯ＳＢｒ上にあるように
する。

【００３７】そしてレチクルＲの走査が進み、ブレード
ＢＬ2 のエッジＥ2 が図４（Ｃ）のように開口ＡＰの最
大開き幅を規定する位置に達したら、それ以後ブレード
ＢＬ2 の移動を中止する。従ってブラインド機構２０の
駆動系２２内には各ブレードの移動量と移動速度とをモ
ニターするエンコーダ、タコジェネレータ等が設けら
れ、これらからの位置情報と速度情報とは主制御部１０
０に送られ、レチクルステージ３０の走査運動と同調さ
せるために使われる。

【００３８】こうしてレチクルＲは、最大幅の開口ＡＰ
を通した照明光で照射されつつ、一定速度でＸ方向に送
られ、図４（Ｄ）の位置までくる。すなわち、レチクル
Ｒの進行方向と逆方向にあるブレードＢＬ1 のエッジＥ
1 の像が、レチクルＲのショット領域の左側の遮光帯Ｓ
Ｂｌにかかった時点から図４（Ｅ）に示すように、ブレ
ードＢＬ1 のエッジＥ1 の像をレチクルＲの移動速度と
同期させて同一方向に走らせる。

【００３９】そして、左側の遮光帯ＳＢｌが右側のブレ
ードＢＬ2 のエッジ像によって遮へいされた時点（この
とき左側のブレードＢＬ1 も移動してきて、開口ＡＰの
幅Ｄapは最小値ＤＡmin になっている）で、レチクルス
テージ３０とブレードＢＬ1の移動を中止する。以上の
動作によってレチクルの１スキャンによる露光（１ショ
ット分の露光）終了し、シャッター６が閉じられる。た
だしその位置で開口ＡＰの幅Ｄapが遮光帯ＳＢｌ（又は
ＳＢｒ）の幅Ｄsbにくらべて十分に狭く、ウェハＷへも
れる照明光を零にすることができるときは、シャッター
６を開いたままにしてもよい。

【００４０】次にＸＹステージ４８をＹ方向にショット
領域の一列分だけステッピングさせ、今までと逆方向に
ＸＹステージ４８とレチクルステージ３０とを走査し
て、ウェハＷ上の異なるショット領域に同様のスキャン
露光を行なう。以上、本実施例によれば、レチクルステ
ージ３０の走査方向のストロークを最小限にすることが
でき、また走査方向に関するショット領域の両側を規定
する遮光帯ＳＢｌ、ＳＢｒの幅Ｄsbも少なくて済む等の
利点がある。

【００４１】尚、レチクルステージ３０が図４（Ａ）の
状態から加速して等速走査になるまでは、ウェハＷ上で
走査方向に関する露光量むらが発生する。このため、走
査開始時に図４（Ａ）の状態になるまでプリスキャン
（助走）範囲を定める必要もある。その場合、プリスキ
ャンの長さに応じて遮光帯ＳＢｒ、ＳＢｌの幅Ｄsbを広
げることになる。このことは、１回のスキャン露光終了
時にレチクルステージ３０（ＸＹステージ４８）の等速
運動を急激に停止させられないことに応じて、オーバー
スキャンを必要とする場合においても同様にあてはまる
ことである。

【００４２】ただし、プリスキャン、オーバースキャン
を行なう場合でも、シャッター６を高速にし、開放応答
時間（シャッターの全閉状態から全開までに要する時
間）と閉成応答時間とが十分に短いときは、レチクルス
テージ３０がプリスキャン（加速）を完了して本スキャ
ンに入った時点（図４（Ａ）の位置）、又は本スキャン
からオーバーラン（減速）に移った時点で、シャッター
６を連動させて開閉すればよい。

【００４３】例えばレチクルステージ３０の本スキャン
時の等速走査速度をＶrs（mm／sec)、遮光帯ＳＢｌ、Ｓ
Ｂｒの幅をＤsb（mm）、開口ＡＰのレチクルＲ上での最
小幅をＤＡmim(mm）とすると、Ｄsb＞ＤＡmin の条件の
もとで、シャッター６の応答時間ｔs は、次の関係を満
たしていればよい。（Ｄsb−ＤＡmin)／Ｖrs＞ｔs また本実施例の装置では、レチクルステージ３０のヨー
イング量とＸＹステージ４８のヨーイング量とがレーザ
干渉計３８、５０によって夫々独立に計測されているの
で、２つのヨーイング量の差を主制御部１００で求め、
その差が零になるようにレチクルステージ３０、又はウ
ェハホルダー４４をスキャン露光中に微小回転させれば
よい。ただしその場合、微小回転の回転中心は常に開口
ＡＰの中心になるようにする必要があり、装置の構造を
考慮すると、レチクルステージ３０のＸ方向のガイド部
分を光軸ＡＸを中心として微小回転させる方式が容易に
実現できる。

【００４４】図５は、図１、図２に示した装置に装着可
能なレチクルＲのパターン配置例を示し、チップパター
ンＣＰ1 、ＣＰ2 、ＣＰ3 は、図３に示したレチクルＲ
と同様にスリット状開口ＡＰからの照明光を使ったステ
ップ・アンド・スキャン（Ｓ＆Ｓ）方式でウェハを露光
するように使われる。また同一のレチクルＲ上に形成さ
れた別のチップパターンＣＰ4 、ＣＰ5 は、ステップ・
アンド・リピート（Ｓ＆Ｒ）方式でウェハを露光するよ
うに使われる。

【００４５】このような使い分けは、主制御系１００か
らの指令に応答したブラインド機構２０のブレードＢＬ
1 〜ＢＬ4 による開口ＡＰの設定によって容易に実現で
き、例えばチップパターンＣＰ4 を露光するときは、レ
チクルステージ３０を移動させてチップパターンＣＰ4
のパターン中心が光軸ＡＸと一致するように設定すると
ともに、開口ＡＰの形状をチップパターンＣＰ4 の外形
に合わせるだけでよい。そしてＸＹステージ４８のみを
ステッピングモードで移動させればよい。またそのよう
な露光シーケンスの切り替えも主制御系１００によって
容易に実行され得る。

【００４６】以上のように図５に示したレチクルパター
ンにすると、Ｓ＆Ｓ露光とＳ＆Ｒ露光とが同一装置によ
って選択的に、しかもレチクル交換なしに実行できる。
図６は、露光すべきレチクル上のチップパターンのスキ
ャン方向と直交する方向（Ｙ方向）のサイズが、投影光
学系のイメージフィールドＩＦに対して大きくなる場合
に対応したブラインド機構２０のブレードＢＬ1 〜ＢＬ
4 の形状の一例を示し、開口ＡＰの走査方向（Ｘ方向）
の幅を規定するエッジＥ1 、Ｅ2 は、先の図２と同様に
Ｙ方向に平行に伸びている。そして開口ＡＰの長手方向
を規定するエッジＥ3 、Ｅ4 は互いに平行ではあるがＸ
軸に対して傾いており、開口ＡＰは平行四辺形（矩形）
になる。

【００４７】この場合、４枚のブレードＢＬ1 〜ＢＬ4
はスキャン露光時のレチクル移動に連動してＸ、Ｙ方向
に移動する。ただし、スキャン露光方向のブレードＢＬ
1 、ＢＬ2 のエッジＥ1 、Ｅ2 の像のＸ方向の移動速度
Ｖbxは、レチクルの走査速度Ｖrsとほぼ同一であるが、
ブレードＢＬ3 、ＢＬ4 を動かす必要のあるときは、そ
のエッジＥ3 、Ｅ4 のＹ方向の移動速度Ｖbyは、エッジ
Ｅ3 、Ｅ4 のＸ軸に対する傾き角をθｅとすると、Ｖby
＝Ｖbx・ tanθｅの関係に同期させる必要がある。

【００４８】図７は、図６に示した開口形状によるＳ＆
Ｓ露光時の走査シーケンスを模式的に示したものであ
る。図７中、開口ＡＰはレチクルＲ上に投影したものと
して考え、その各エッジＥ1 〜Ｅ4 で表示した。また図
６、図７の第２実施例では、ウェハＷ上に投影すべきレ
チクルＲ上のチップパターン領域ＣＰが開口ＡＰの長手
方向の寸法の約２倍の大きさをもつものとする。このた
め第２実施例ではレチクルステージ３０も走査方向と直
交したＹ方向に精密にステッピングする構造にしてお
く。

【００４９】まず、図６中のブレードＢＬ1 、ＢＬ2 を
調整して、走査開始上では図７（Ａ）のような状態に設
定する。すなわち、最も幅をせばめた状態の開口ＡＰが
レチクルＲの右側の遮光帯ＳＢｒ上に位置するようにす
ると共に、開口ＡＰの左側のエッジＥ1 は、光軸ＡＸか
ら最も離れた位置（開口ＡＰをＸ方向に最も広げたとき
のエッジ位置）に設定する。

【００５０】また図７中、走査方向（Ｘ方向）にベルト
状に伸びた領域Ａｄ、Ａｓは一回の走査露光では露光量
不足となる部分である。この領域Ａｄ、Ａｓは開口ＡＰ
の上下のエッジＥ3 、Ｅ4 がＸ軸に対して傾いているこ
とによって生じるものであり、各領域Ａｄ、ＡｓのＹ方
向の幅は、エッジＥ3 、Ｅ4 の傾き角θｅとエッジＥ1
とＥ2 の最大開口幅ＤＡmax とによって、ＤＡmax ・ t
anθe として一義的に決まる。

【００５１】この露光量ムラとなる領域Ａｄ、Ａｓのう
ち、パターン領域ＣＰ中に設定される領域Ａｄに対して
は、開口ＡＰのエッジＥ3 、Ｅ4 による三角形部分をＹ
方向に関してオーバーラップさせて走査露光すること
で、露光量の均一化を図るようにした。また、他方の領
域Ａｓに関しては、ここを丁度レチクルＲ上の遮光帯に
合せるようにした。

【００５２】さて、図７（Ａ）の状態からレチクルＲと
エッジＥ2 （ブレードＢＬ2 ）を＋Ｘ方向（同図中の右
側）にほぼ同じ速度で走らせる。やがて図７（Ｂ）に示
すように開口ＡＰのＸ方向の幅が最大となり、エッジＥ
2 の移動も中止する。この図７（Ｂ）の状態では、開口
ＡＰの中心と光軸ＡＸとがほぼ一致する。その後はレチ
クルＲのみが＋Ｘ方向に等速移動し、図７（Ｃ）のよう
に開口ＡＰの左側のエッジＥ1 が左側の遮光帯ＳＢｌに
入った時点から、エッジＥ1 （ブレードＢＬ1 ）レチク
ルＲとほぼ同じ速度で右側（＋Ｘ方向）へ移動する。こ
うして、チップパターン領域ＣＰの下側の約半分が露光
され、レチクルＲと開口ＡＰとは図７（Ｄ）のような状
態で停止する。

【００５３】次に、レチクルＲを−Ｙ方向に一定量だけ
精密にステッピングさせる。ウェハＷは＋Ｙ方向に同様
にステッピングされる。すると図７（Ｅ）に示すような
状態になる。このときオーバーラップ領域Ａｄがエッジ
Ｅ4 で規定される三角形部分で重畳露光されるようにＹ
方向の相対位置関係が設定される。またこの際、開口Ａ
ＰのＹ方向の長さを変える必要があるときは、エッジＥ
3 （ブレードＢＬ3 ）、又はエッジＥ4 （ブレードＢＬ
4 ）をＹ方向に移動調整する。

【００５４】次に、レチクルＲを−Ｘ方向に走査移動さ
せるとともに、エッジＥ1 （ブレードＢＬ1 ）を−Ｘ方
向に連動して移動させる。そして図７（Ｆ）のようにエ
ッジＥ1 、Ｅ2 による開口幅が最大となったら、エッジ
Ｅ1 の移動を中止し、レチクルＲのみを−Ｘ方向に引き
続き等速移動させる。以上の動作によって、投影光学系
のイメージフィールドのＹ方向の寸法以上の大きなチッ
プパターン領域ＣＰをウェハＷ上に露光することができ
る。しかもオーバーラップ領域Ａｄを設定し、開口ＡＰ
の形状によって露光量不足となる両端部分（三角部分）
を２回の走査露光によって重畳露光するので、領域Ａｄ
内の露光量も均一化される。

【００５５】図８はブラインド機構２０の他のブレード
形状を示し、走査方向を規定するブレードＢＬ1 、ＢＬ
2 のエッジＥ1 、Ｅ2 は互いに平行な直線であり、走査
方向と直交する方向のブレードＢＬ3 、ＢＬ4 のエッジ
は光軸ＡＸを通るＹ軸に関して対称な三角形となってい
る。そしてここではブレードＢＬ3 、ＢＬ4 のエッジは
互いにＹ方向に近づけていくと、ほぼ完全に遮光できる
ような相補形状になっている。従って開口ＡＰの形状
は、所謂シェブロン形にすることができる。このような
シェブロン形の場合も、両端の三角形部分でオーバーラ
ップ露光を行なうと、同様に均一化が可能である。

【００５６】以上の各実施例によれば、従来の走査露光
方式のように固定形状の開口（六角形、円弧状等）を介
して照明光をレチクルＲに照射するのではなく、ブライ
ンド機構２０の開口ＡＰ（可変視野絞り）の走査方向の
幅をレチクル走査、あるいはウェハ走査と連動して変化
させるようにしたため、レチクルＲ上の走査開始部分や
走査終了部分で、レチクルステージ３０を大きくオーバ
ーランさせなくても、開口幅を順次狭くするだけで、同
等のＳ＆Ｓ露光方式が実現できる。

【００５７】このように、レチクルステージ３０のオー
バーランが不要もしくは極めて小さくできるため、レチ
クルステージ３０の移動ストロークも最小限にすること
ができ、またレチクルＲ上のパターン形成領域（チップ
パターンＣＰｎ）の周辺に形成される遮光体の幅も、従
来のレチクルと同程度に少なくて済み、レチクル製造時
に遮光体（通常はクロム層）中のピンホール欠陥を検査
する手間が低減されるといった利点もある。

【００５８】さらにブラインド機構２０の開口ＡＰをレ
チクルＲ上のパターン形成領域に合わせるような形状に
切り替え設定することで、従来と同等のＳ＆Ｒ方式のス
テッパーとして兼用することができる。またブラインド
機構２０の開口ＡＰの位置や幾何学的な形状を、投影光
学系のイメージフィールド内で一次元、二次元又は回転
方向に変化させるように構成することによって、様々な
チップサイズのマスクパターンに瞬時に対応することが
できる。

【００５９】

【発明の効果】以上の通り本発明によれば、１台の投影
露光装置をステップアンドリピート方式の露光処理とス
テップアンドスキャン方式の露光処理とに兼用できるた
め、１枚のマスク上に投影視野よりも大きなサイズの回
路パターン領域と投影視野よりも小さなサイズの回路パ
ターン領域とが混在して形成されている場合でも、マス
ク交換や露光装置の交換を行うことなく極めて迅速な露
光処理が可能となり、リソグラフィー工程の時間を短縮
できると言った顕著な効果が得られる。

【００６０】またリソグラフィー工程を担う投影露光装
置の設置台数を大幅に減少させることも可能なので、製
造設備のコストダウンにも寄与することになる。さら
に、どのようなサイズの回路パターン領域が形成された
マスクであっても１台の投影露光装置で効率的に露光処
理できると言うことは、半導体素子製造上のチップサイ
ズの制限が緩和されることを意味し、デバイス設計の自
由度が拡大されるといった利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による投影露光装置の構成を示
す図。

【図２】ブラインド機構のブレード形状を示す平面図。

【図３】図１の装置に好適なレチクルのパターン配置を
示す平面図。

【図４】本発明の実施例における走査露光動作を説明す
る図。

【図５】図１の装置に装着可能なレチクルの他のパター
ン配置を示す平面図。

【図６】第２の実施例によるブラインド機構のブレード
形状を示す平面図。

【図７】第２の実施例によるステップ＆スキャン露光の
シーケンスを説明する図。

【図８】他のブレード形状を示す平面図。

【図９】円弧状スリット照明光を使った従来のステップ
＆スキャン露光方式の概念を説明する図。

【図１０（Ａ）、（Ｂ）】正六角形照明光を使った従来
のスキャン露光方式を説明する図。

【主要部分の符号の説明】

ＲレチクルＰＬ投影光学系ＩＦ円形イメージフィールドＷウェハＢＬ1 、ＢＬ2 、ＢＬ3 、ＢＬ4 ブレードＡＰ開口２０ブラインド機構２２ブラインド駆動系３０レチクルステージ３４駆動系４８ＸＹステージ５４駆動系１００主制御系。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成された回路パターンを照明
光で照射する照明手段と、感光基板上の複数の被露光領
域の１つに前記マスクの回路パターンの像を投影する投
影光学系と、前記マスクを保持して少なくとも第１方向
に一次元移動可能なマスクステージと、前記感光基板を
保持して前記第１方向とこれに直交した第２方向とに二
次元移動可能な基板ステージとを備えた装置において、前記回路パターンの前記感光基板上の各被露光領域に対
する露光動作を、前記マスクステージを静止させて基板
ステージをステップ移動させるステップ・アンド・リピ
ート方式で実行するか、前記マスクステージと基板ステ
ージとを前記投影光学系の投影視野に対して同時に前記
第１方向に相対走査させるとともに前記基板ステージを
ステップ移動させるステップ・アンド・スキャン方式で
実行するかを選択的に制御する手段を設けたことを特徴
とする投影露光装置。
【請求項２】前記照明手段は、前記ステップ・アンド
・リピート方式のときは前記照明光を前記マスクの回路
パターンの全体に照射し、前記ステップ・アンド・スキ
ャン方式のときは前記照明光を前記マスクの回路パター
ンの一部分に照射するように、前記制御する手段からの
指示に応答して前記照明光の形状を選択的に切り替える
照明視野規定部材を含むことを特徴とする請求項第１項
に記載の装置。
【請求項３】所定の矩形領域内に回路パターンが形成
されたマスクを照明し、該回路パターンの像を円形視野
を有する投影光学系を介して感光基板上の被露光領域に
投影露光する方法において、前記マスク上の矩形領域が前記投影光学系の物体側の円
形視野内に包含されるときは前記感光基板をステップ・
アンド・リピート方式で露光し、前記マスク上の矩形領
域が前記投影光学系の物体側の円形視野内に包含されな
いときは前記感光基板をステップ・アンド・スキャン方
式で露光するように切り替えることを特徴とする露光方
法。