JP2830868B2

JP2830868B2 - 投影露光装置及び走査露光方法

Info

Publication number: JP2830868B2
Application number: JP9010375A
Authority: JP
Inventors: 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1997-01-23
Publication date: 1998-12-02
Anticipated expiration: 2013-12-02
Also published as: JPH09190976A

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、及びそのような露光装置を用いた走
査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て、円
弧状スリット照明光のマスク照明の下で相対走査して露
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
たアライナーに比べて、解像力、重ね合わせ精度、スル
ープット等が何れも高くなってきており、今後も暫くは
ステッパーが主流であるものと考えられている。このス
テップアンドリピート露光方式では、投影光学系の見か
け上の焦点深度を大きくするため、１つの露光領域の露
光中に感光基板と投影光学系を投影光学系の光軸方向に
相対移動させる露光方法（累進焦点露光方法と呼ぶこと
にする）を併用することも提案されている。この累進焦
点露光方法における光軸方向の移動量は投影光学系の本
来の焦点深度や感光基板上の微小な凹凸を考慮したもの
であり、移動中には感光基板上の凹凸の少なくとも上部
と下部とに投影光学系の最良結像面がくるようになって
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.1088
Optical/Laser Microlithography II（1989）の第４２
４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１次元に走査しつつ、ウェハをそれ
と同期した速度で１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１１は、ステップアンドスキャン方式の
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アンドスキャン（以下、Ｓ＆Ｓ
とする）の露光順路を表し、ショット領域ＳＡ１，ＳＡ
２，…，ＳＡ６の順にＳ＆Ｓ露光を行い、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，
…，ＳＡ１２の順に同様のＳ＆Ｓ露光を行う。

【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が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
子とを組み合わせた縮小系を用い、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】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記文献
に開示のステップアンドスキャン装置にステップアンド
リピート方式と同様の累進焦点露光方法を適用すること
は不可能である。つまりステップアンドリピート方式の
場合は、レチクルと照明光束／ウェハと露光光束とが投
影光学系の光軸に垂直な方向（ウェハの面内方向）に相
対移動しない構成となっているため、露光中にウェハと
投影光学系とを光軸方向（Ｚ方向）に相対移動させるこ
とで転写領域内を複数の焦点位置で多重露光することが
できる。

【０００８】それに対して上記のステップアンドスキャ
ン装置の場合は、レチクルと照明光束／ウェハと露光光
束とが投影光学系の光軸に垂直な方向（Ｘ又はＹ方向）
に相対移動する構成となっているため、露光中にウェハ
と投影光学系とを単純に光軸方向に相対移動させると転
写領域内の位置によって合焦する部分と合焦しない部分
とが混在することになる。従ってステップアンドリピー
ト方式と同様の累進焦点露光方法を単純に適用しただけ
では、焦点深度拡大の効果が期待できないばかりでな
く、かえって像の解像度が低下する。

【０００９】そこで本発明は、従来の累進焦点露光方法
が容易に適用可能な走査方式の投影露光装置を提供する
ことを第１の目的とし、さらに累進焦点露光方法を適用
した場合は従来よりもスループットを向上させ得る走査
露光方法を提供することを第２の目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１に記載の
発明は、マスク（レチクルＲ）上の回路パターンの一部
を投影光学系（ＰＬ）を介して感応性の基板（ウェハ
Ｗ）上に投影しつつ、マスク（Ｒ）を保持するマスクス
テージ（１４）と基板（Ｗ）を保持する基板ステージ
（ホルダー１６，Ｚステージ１７，ＸＹステージ１８）
とを投影光学系（ＰＬ）に対して所定の速度比で相対的
に１次元移動させることによってマスク（Ｒ）の回路パ
ターンの全体を基板（Ｗ）上に走査露光する投影露光装
置に適用される。そして本発明においては、マスク
（Ｒ）上で１次元移動の方向（Ｘ方向）と交差した方向
（Ｙ方向）にスリット状に延びた第１の露光用照射と、
マスク（Ｒ）上で第１の露光用照射とほぼ平行に所定の
間隔を離してスリット状に延びた第２の露光用照射とを
マスク（Ｒ）に投射する照射手段（例えば図１中の１〜
１３と図７中のＢＬ１〜ＢＬ４）を設け、第１の露光用
照射と第２の露光用照射の各投射によって基板（Ｗ）上
に回路パターンを走査露光するように構成した。

【００１１】さらに請求項２に記載の発明では、請求項
１に規定した投影光学系（ＰＬ）をマスク（Ｒ）と基板
（Ｗ）の両側においてテレセントリックな構成にして円
形の視野領域（ＩＦ）を有するものとし、第１の露光用
照射と第２の露光用照射とが投影光学系（ＰＬ）のマス
ク側の円形視野領域（ＩＦ）内に所定の間隔で並ぶよう
にした。さらに請求項３に記載の発明では、請求項２に
規定した照射手段からの第１、第２の各露光用照射が投
影光学系（ＰＬ）の円形視野領域（ＩＦ）の中心（例え
ば光軸ＡＸ）を挟んで１次元移動の方向に所定の間隔で
位置するようにした。さらに請求項４に記載の発明で
は、請求項２に規定した照射手段からの第１の露光用照
射が投影光学系（ＰＬ）の円形視野領域（ＩＦ）のほぼ
中心（光軸ＡＸ）に位置するようにした。さらに請求項
５に記載の発明では、請求項４に規定した第２の露光用
照射が投影光学系（ＰＬ）の円形視野領域（ＩＦ）のほ
ぼ中心に位置する第１の露光用照射の両側の２ヶ所に配
置されるようにした。さらに請求項６に記載の発明で
は、請求項２に規定した照射手段として、マスク（Ｒ）
とほぼ共役な位置に配置されて第１、第２の各露光用照
射を規定するスリット状開口が形成されたブラインド機
構（例えば図７中のブレードＢＬ１〜ＢＬ４）を備える
構成とした。

【００１２】また請求項７に記載の発明は、マスク（レ
チクルＲ）上の回路パターンの一部を投影光学系（Ｐ
Ｌ）を介して感応性の基板（ウェハＷ）上に投影しつ
つ、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）とを投影光学系（ＰＬ）
の投影視野（ＩＦ）に対して１次元走査させることによ
ってマスクの回路パターンの全体像を基板上に走査露光
する方法に適用される。そして本発明においては、基板
（Ｗ）上に投影される回路パターンの一部の像が投影光
学系（ＰＬ）の投影視野（ＩＦ）内で１次元走査の方向
（Ｘ方向）と交差した方向（Ｙ方向）に延びた複数のス
リット状領域内に制限されるように、１次元走査方向に
所定の間隔で並んだ複数のスリット状照射（例えば図７
中のブレードＢＬ１〜ＢＬ４によって規定される照明
光）をマスク（Ｒ）に向けて投射し、その複数のスリッ
ト状照射の投射によって回路パターンの全体像が基板
（Ｗ）上に所望の露光量で走査露光されるようにマスク
（Ｒ）と基板（Ｗ）とを投影光学系（ＰＬ）の投影倍率
（例えば１／５）に応じた所定速度比で相対移動させる
ように構成した。

【００１３】さらに請求項８に記載の発明では、請求項
７に規定した複数のスリット状領域のうちの少なくとも
１つのスリット状領域内に投影される像面と基板（Ｗ）
上の被露光部分の表面が、マスクと基板とを所定速度比
で相対移動させる間は投影光学系（ＰＬ）の焦点深度内
に維持されるようにフォーカス制御するようにした。さ
らに請求項９に記載の発明では、請求項７に規定した複
数のスリット状領域が投影光学系（ＰＬ）の投影視野
（ＩＦ）の中心（例えば光軸ＡＸ）から所定量だけ１次
元走査方向（Ｘ）にずれた第１のスリット状領域と、投
影視野の中心（ＡＸ）から第１のスリット状領域とは反
対方向にずれた第２のスリット状領域とに制限されるよ
うに、第１スリット状照射と第２スリット状照射（例え
ば図７のＢＬ１〜ＢＬ４によって規定される照明光）と
をマスクに投射するようにした。さらに請求項１０に記
載の発明では、請求項７に規定した第１のスリット状領
域内に投影される像面と基板上の被露光部分の表面との
フォーカス状態と、第２のスリット状領域内に投影され
る像面と基板上の被露光部分の表面とのフォーカス状態
とを異ならせるようにした。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明による投影露光装置や走査
露光方法によれば、静止型露光（ステップアンドリピー
ト）方式でのみ適用されていた従来の累進焦点露光法
を、投影視野内に投影される回路パターンの一部の像を
１次元走査方向と交差した方向に延びる複数（２つ以
上）のスリット状領域内に制限するといった極めて簡単
な構成によって走査型露光（ステップアンドスキャン
等）方式にも適用可能となる。

【００１５】しかも、投影光学系の投影視野内で投影さ
れる回路パターンの一部の像を複数のスリット状領域に
制限する構成を利用して累進焦点露光法を行うと、従来
の累進焦点露光法と同等の焦点拡大効果が得られるとと
もに、従来よりも格段にスループットを向上させること
が可能となる。そこで、以下に本発明の実施に好適な投
影露光装置の構成とその動作（走査露光）を説明する。
図１は本発明が適用される投影露光装置の構成を示し、
ここでは屈折素子のみ、或いは屈折素子と反射素子との
組み合わせで構成された１／５縮小の両側テレセントリ
ックな投影光学系ＰＬを使うものとする。水銀ランプ１
からの露光用照明光は楕円鏡２で第２焦点に集光され
る。この第２焦点には、モータ４によって照明光の遮断
断と透過とを切り替えるロータリーシャッター３が配置
される。シャッター３を通った照明光束はミラー５で反
射され、インプットレンズ６を介してフライアイレンズ
系７に入射する。

【００１６】フライアイレンズ系７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８を介してレンズ系（コンデンサーレ
ンズ）９に入射する。レンズ系９の後側焦点面には、レ
チクルブラインド機構１０の可動ブレードＢＬ１，ＢＬ
２，ＢＬ３，ＢＬ４が図２のように配置されている。こ
こで、図２に示した４枚のブレードＢＬ１〜ＢＬ４の配
置によって規定される矩形開口ＡＰは、本発明の前提と
なる装置の基本構成とその動作とを説明するために単一
としてあるが、本発明に適用されるブラインド機構は後
の図＊＊で説明する複数のスリット状開口を備えたもの
となる。

【００１７】図２において、４枚のブレードＢＬ１，Ｂ
Ｌ２，ＢＬ３，ＢＬ４は夫々駆動系５０によって独立に
移動される。そして図２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。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、投影光学系
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。

【００１８】さて、ブラインド機構１０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１０の開口
ＡＰを通過した照明光は、レンズ系１１、ミラー１２、
及びメインコンデンサーレンズ１３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１０の４枚のブ
レードＢＬ１〜ＢＬ４で規定された開口ＡＰの像がレチ
クルＲ下面のパターン面に結像される。そして開口ＡＰ
で規定された照明光を受けたレチクルＲは、コラム１５
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１４に保持される。

【００１９】コラム１５は、投影光学系ＰＬの鏡筒を固
定する不図示のコラムと一体になっている。レチクルス
テージ１４は駆動系５１によってＸ方向の１次元走査移
動、ヨーイング補正のための微小回転移動等を行う。ま
たレチクルステージ１４の一端にはレーザ干渉計３０か
らの測長ビームを反射する移動鏡３１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３
０によってリアルタイムに計測される。尚、レーザ干渉
計３０用の固定鏡（基準鏡）３２は投影光学系ＰＬの鏡
筒上端部に固定されている。

【００２０】レチクルＲに形成されたパターンの像は投
影光学系ＰＬによって１／５に縮小されてウェハＷ上に
結像される。ウェハＷは微小回転可能、且つ任意の角度
に傾斜可能なウェハホルダー１６に基準マーク板ＦＭと
ともに保持される。ホルダー１６は投影光学系ＰＬの光
軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に微小移動可能なＺステージ１７
上に設けられる。そしてＺステージ１７はＸ，Ｙ方向に
二次元移動するＸＹステージ１８上に設けられ、このＸ
Ｙステージ１８は駆動系５２で駆動される。

【００２１】またＸＹステージ１８の座標位置とヨーイ
ング量とはレーザ干渉計３３によって計測され、そのレ
ーザ干渉計３３のための固定鏡（基準鏡）３４は投影光
学系ＰＬの鏡筒下端部に、移動鏡３５はＺステージ１７
の一端部に夫々固定される。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１８の
Ｘ方向の移動速度Ｖｗｓは、レチクルステージ１４の速
度Ｖｒｓの１／５である。

【００２２】さらに図１の装置では、レチクルＲと投影
光学系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４０と、レチクル
Ｒの下方空間から投影光学系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
４１とを設け、Ｓ＆Ｓ露光の開始前、或いはスキャン露
光中にレチクルＲとウェハＷとの相対的な位置合わせを
行うようにした。

【００２３】また図１中に示した光電センサー４２は、
基準マークＦＭを発光タイプにしたとき、その発光マー
クからの光を投影光学系ＰＬ、レチクルＲ、コンデンサ
ーレンズ１３、レンズ系１１，９、及びビームスプリッ
タ８を介して受光するもので、ＸＹステージ１８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４０，４１の検出中心の位置を規定す
る場合に使われる。但し、これらのアライメントシステ
ムは本発明を達成するのに必ずしも必須の要件ではな
い。

【００２４】ところでブラインド機構１０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、即ちウェハ
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。但し、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。

【００２５】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。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、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って、露光量のシー
ムレス化を行う必要がある。この場合の方法については
本発明の必須要件ではないので説明は割愛する。

【００２６】ここで、任意の角度に傾斜可能なウェハホ
ルダー１６、及びその周辺の構成について図３（ａ）を
参照して説明する。ＸＹステージ１８上のＺステージ１
７にはモータ２１が設けられ、Ｚステージ１７を光軸Ａ
Ｘ方向に駆動する。ウェハホルダー１６は、そのほぼ中
心を支持されてＺステージ１７上に載置される。またウ
ェハホルダー１６はその周縁部にレベリング駆動部２０
Ａ，２０Ｂが設けられ、ホルダー１６上のウェハＷを任
意の角度に傾斜可能となっている。

【００２７】ウェハＷの傾斜角度を制御するために、非
露光波長の光束ＢＰＬを照射する投光部１９Ａと、光束
ＢＰＬがウェハ面で反射した光束ＢＲＬを受光する受光
部１９Ｂとで構成されたフォーカス、及びレベリングセ
ンサが設けられている。このフォーカス、及びレベリン
グセンサからの光束ＢＰＬの焦点は、ウェハＷ上におい
て投影光学系ＰＬの光軸ＡＸが通過する点を含む線上に
ほぼ一致している。

【００２８】レベリング駆動部２０Ａ，２０Ｂは、受光
部１９Ｂからのレベリング情報と主制御部１００からの
情報とに基づいてウェハホルダー１６の傾き量を決定す
るレベリング制御系５３からの指令によって駆動され
る。また、受光部１９Ｂからのレベリング情報を常にフ
ィードバックすることによって適正なウェハＷの傾斜角
度を維持することもできる。

【００２９】さらに、フォーカス、及びレベリングセン
サからの情報により、ウェハＷ上の光軸ＡＸと交わる位
置を常に投影光学系の最良結像面に位置させるためのフ
ォーカス情報を得ることもできる。この場合、受光部１
９Ｂで得られた位置情報に基づいたＺステージ制御系５
４からの指令によってモータ２１を駆動することによ
り、Ｚステージ１７を光軸ＡＸの方向に駆動する。

【００３０】尚、光束ＢＰＬは図３（ｂ）に示すように
ブラインドの開口ＡＰで規定される矩形の照射領域Ａ
Ｐ′に対して例えば４５°程度傾斜したスリット状の光
ＳＬＩとしてウェハＷ上に照射される。このことによ
り、ウェハＷ上に既に形成されたチップ領域ＣＰ１〜Ｃ
Ｐ４内の回路パターンの方向性に影響されることなくウ
ェハＷの傾斜を制御することができる。レベリング駆動
部は便宜上２点のみ図示したが、３点で駆動した方がよ
り良いことは言うまでもない。

【００３１】次に本装置の動作を説明するが、そのシー
ケンスと制御は図１に示した主制御部１００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３０，３３からの位置情報、ヨーイング情
報の入力、駆動系５１，５２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１４とＸＹステージ１８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抑えたまま
相対移動させることにある。

【００３２】そして本実施例の主制御部１００は、その
動作に加えて、投影光学系ＰＬの最良結像面とウェハＷ
上の転写領域（被露光領域）とを相対的に傾けて、且つ
転写領域内のほぼ中央部が投影光学系ＰＬの最良結像
面、若しくはその近傍に位置させて照射領域内の１次元
走査方向の位置に応じてレチクルのパターン像のフォー
カス状態を連続的、若しくは離散的に変化させたまま走
査露光を行うように、レベリング制御系５３、及びＺス
テージ制御系５４を連動制御する。

【００３３】図４は、図１、図２に示した投影露光装置
を用いた露光方法を概略的に示す図である。レチクルＲ
上の回路パターンＩＲ内の位置１〜９は夫々ウェハＷ上
の位置１〜９に対応しており、パターンＩＲに対してウ
ェハＷは相対的に傾斜している。尚、ここでは便宜上ウ
ェハＷの直上に回路パターンＩＲを表示し、回路パター
ンＩＲのウェハＷ上への投影倍率は１として示した。ま
た、単一の開口ＡＰで規定された露光光束のうちＬＲ，
ＬＣ，ＬＬの３光束を示してある。

【００３４】これら３光束のうちの光束ＬＲ，ＬＬは、
夫々図２に示すブレードＢＬ１，ＢＬ２のエッジで規定
されるものであり、スキャン露光方向に関して光軸ＡＸ
を中心にほぼ対称に位置する。光束ＬＲとＬＬとの幅は
開口ＡＰのＸ方向の幅に対応しており、露光光束の走査
方向の照射範囲を表している。こ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ＰＬの光軸ＡＸと一致しているもの
とする。

【００３５】さらに、投影光学系ＰＬの最良結像面は破
線ＢＦで示してある。この走査露光は、ＸＹステージ１
８をＸ方向に駆動すると同時に、Ｚステージ１７を光軸
ＡＸの方向に駆動して、ウェハＷの照射領域内のほぼ中
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に位置するように制御され
る。

【００３６】尚、このとき走査露光の走査方向に関する
ウェハＷ上の照射領域ＡＰ′の幅をＤａｐ、ウェハＷ上
の照射領域ＡＰ′と最良結像面ＢＦとの傾き角をθ１、
投影光学系ＰＬの焦点深度の光軸方向の幅（ＤＯＦ）を
ΔＺ１として、Ｄａｐ・ｓｉｎθ１≧ΔＺ１の関係を満
たすように、照射領域の幅Ｄａｐと傾き角θ１との少な
くとも一方を調整するようにする。尚、一般的に理論上
の焦点深度幅はΔＺ１＝λ／ＮＡ²（λ：露光波長，Ｎ
Ａ：投影光学系の開口数）である。

【００３７】さて、走査露光が開始された直後のウェハ
ＷとパターンＩＲとの露光光束に対する位置関係は図４
（ａ）に示すような状態であり、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る。しかし、この状態では対応す
るウェハＷ上の位置２の像はデフォーカス状態であり、
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。

【００３８】さらに走査露光が進んだ状態が図４（ｂ）
であり、ウェハＷ上の位置２は最良結像面ＢＦ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。ウ
ェハＷが図４（ｃ）に示す位置まで移動すると、位置２
は図４（ａ）に示す状態とは反対のデフォーカス状態と
なり、像の強度分布のピークは緩やかな状態となる。

【００３９】以上の走査露光（等速スキャン）によって
ウェハＷ上の位置２に照射される露光量の光軸ＡＸ方向
（Ｚ方向）の分布は図５に示すようになる。つまり位置
２での露光量は、Ｚ方向のＤａｐ・ｓｉｎθ１の範囲
（焦点深度の幅ＤＯＦ）でほぼ均一となっている。ま
た、その結果位置２に与えられた像の強度分布を図６に
示す。強度分布ＥＲ，ＥＣ，ＥＬは、夫々光束ＬＲ，Ｌ
Ｃ，ＬＬによって得られる像強度を表すものであり、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。

【００４０】この場合、位置２は露光光束の照射範囲内
にある間中、光束を照射されている（光エネルギーを受
けている）ため、積算された強度分布Ｅはピークの緩や
かな分布となる。よって、ウェハＷ上のフォトレジスト
を感光（完全に除去）する露光量Ｅｔｈ以上の強度を持
つ幅Ｗは、図示するように比較的広くなる。この幅Ｗを
狭くするためには、矩形状の照明光束の強度分布が走査
露光の１次元走査方向に関して少なくとも２ヶ所で極大
となるようにすればよい。そこでこのように照明光束の
強度分布を、投影光学系ＰＬの円形イメージフィールド
ＩＦ内で１次元走査方向に関して少なくとも２ヶ所で極
大にすることが本発明の対象となる。

【００４１】そして２ヶ所で強度分布を極大とするた
め、ここでは図７に示すように開口ＡＰの中央部を遮光
した構造（ダブルスリット状の開口）のレチクルブライ
ンド機構を用いるようにする。これは、ブラインド機構
１０の４枚のブレードのうちのブレードＢＬ４を、開口
ＡＰの中央部をＸ方向に所定の幅で遮光するようにＹ方
向に伸びた遮光片を有するような形状としたものであ
る。

【００４２】このようなブラインド機構を用いた場合、
走査露光（等速スキャン）によってウェハＷ上の位置２
に照射される露光量の光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）の分布は
図８に示すようになる。つまり位置２での露光量は、Ｚ
方向のＤａｐ・ｓｉｎθ１の範囲（焦点深度の幅ＤＯ
Ｆ）の両端付近の２ヶ所に同程度の強度を有する状態と
なっている。よって、図４に示す露光光束のうちの光束
ＬＲ，ＬＬに相当する部分のみに強度を持たせることが
可能となる。

【００４３】この光束を用いて前述の走査露光（等速ス
キャン）を行った場合にウェハＷ上の任意の位置（例え
ば前述の位置２）で得られる像の強度分布は、図９に示
すようになる。強度分布ＥＲ′，ＥＬ′は夫々、光束Ｌ
Ｒ，ＬＬで与えられる像の強度分布であり、強度分布
Ｅ′は強度分布ＥＲ′，ＥＬ′を積算したものである。
このとき、強度分布Ｅ′は図６に示す強度分布Ｅよりも
鋭いピークを有しており、ウェハＷ上のフォトレジスト
を感光（完全に除去）する露光量Ｅｔｈ以上の強度を持
つ幅Ｗ′は、図６に示す幅Ｗよりも狭くすることができ
る。

【００４４】さらに、矩形状の照明光束の強度分布が走
査露光の１次元走査方向に関して３ヶ所で極大となるよ
うにしてもよい。これには、図７に示すものと同様に開
口部が３つのスリットとなるようなブレードを有するレ
チクルブラインド機構を用いる。この場合、同様に走査
露光によってウェハＷ上の位置２に照射される露光量の
光軸ＡＸ方向の分布は図１０に示すようになる。つまり
位置２での露光量は、最良結像面ＢＦ付近とＺ方向のＤ
ａｐ・ｓｉｎθ１の範囲（焦点深度の幅ＤＯＦ）の両端
付近の２ヶ所との合計３ヶ所で夫々同程度の強度を有す
る状態となっている。

【００４５】従ってウェハＷに達する露光光束は図４に
示す光束ＬＲ，ＬＣ，ＬＬに相当する光束のみとなる。
また光束ＬＲ，ＬＬは、投影光学系の光軸ＡＸと同一の
光軸を有する光束ＬＣに対してほぼ対称となるようにす
る。この様な照射範囲内の３ヶ所で強度分布が極大とな
る光束で走査露光を行った場合も、ウェハＷ上に投影さ
れる像の強度分布は図６に示す強度分布Ｅより鋭いピー
クを有することになる。よって投影される像の幅は図６
に示す幅Ｗよりも狭くすることができる。

【００４６】尚、照明光束の光強度がほぼ同じ場合に矩
形状の照明光束の強度分布が走査露光の１次元走査方向
に関して２ヶ所の場合と３ヶ所の場合とを比較すると、
３ヶ所の場合の方がＸＹステージの移動速度を速くする
ことができ、スループットが高い。即ち、従来のUSP.4,
869,999 等で知られている累進焦点露光方法とは逆の効
果が得られることになる。

【００４７】上記の例では、ブラインド機構のブレード
に遮光片を持たせた例を示したが、その他、光路中にお
いて回路パターンＩＲとほぼ共役な位置に、遮光したい
領域に応じた大きさ、及び形状のＮＤフィルター等の減
（遮）光部材を設ける構成としても同様の効果が得られ
る。

【００４８】

【発明の効果】以上のように本発明による投影露光装置
や走査露光方法によれば、静止型露光（ステップアンド
リピート）方式でのみ適用されていた従来の累進焦点露
光法を、投影視野内に投影される回路パターンの一部の
像を１次元走査方向と交差した方向に延びる複数（２つ
又は３つ）のスリット状領域内に制限するといった極め
て簡単な構成によって走査型露光（ステップアンドスキ
ャン等）方式にも適用することが可能となる。しかも、
投影光学系の投影視野内で投影される回路パターンの一
部の像を複数のスリット状領域に制限する構成を利用し
て累進焦点露光法を行うと、従来の累進焦点露光法と同
等の焦点拡大効果が得られるとともに、従来よりも格段
にスループットを向上させることが可能となる。

【００４９】さらに、回路パターンの一部の投影像を１
次元走査方向について比較的幅の狭いスリット状領域の
複数個の各々に制限するので、ウェハ等の基板上のレジ
ストを感光（完全に除去）する露光量以上の強度を持つ
強度分布上の幅を狭くすることができるといった効果も
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に好適な投影露光装置の構成を示
す図

【図２】レチクルブラインドを構成するブレードの配置
を示す図

【図３】（ａ）はウェハホルダー周辺の概略的な構成を
示す図（ｂ）はレベリングセンサからの光束のウェハ上への照
射状態を示す図

【図４】図１に示した投影露光装置を用いた露光方法を
概略的に示す図

【図５】走査露光によってウェハ上の任意の位置に照射
される露光量の光軸方向の分布を示す図

【図６】図１の装置構成によって走査露光を行った場合
にウェハ上の任意の位置に与えられる像の強度分布を示
す図

【図７】本発明の実施形態としてのダブルスリット開口
を規定するレチクルブラインド機構のブレードの形状と
配置の例を示す図

【図８】図７のダブルスリット開口を使って走査露光し
たときにウェハ上の任意の位置に照射される露光量の光
軸方向の分布を示す図

【図９】図７のダブルスリット開口を使って走査露光し
たときにウェハ上の任意の位置に与えられる像の強度分
布を示す図

【図１０】本発明の他の実施形態として、照明光束を３
つのスリット状領域に集中させて走査露光したときにウ
ェハ上の任意の位置に照射される露光量の光軸方向の分
布を示す図

【図１１】従来の技術によるステップアンドスキャン露
光方式の概念を説明する図

【符号の説明】

Ｒ…マスク（レチクル）ＩＲ…パターンＷ…感光基板ＰＬ…投影光学系ＢＦ…投影光学系の最良結像面ＢＬ１〜ＢＬ４…ブレード１０…レチクルブラインド機構１４…マスクステージ１６…基板ホルダー１７…Ｚステージ１８…ＸＹステージ２０Ａ，２０Ｂ…レベリング駆動部２１…モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上の回路パターンの一部を投影
光学系を介して感応性の基板上に投影しつつ、前記マス
クを保持するマスクステージと前記基板を保持する基板
ステージとを前記投影光学系に対して所定の速度比で相
対的に１次元移動させることによって前記マスクの回路
パターンの全体を前記基板上に走査露光する投影露光装
置において、前記マスク上で前記１次元移動の方向と交差した方向に
スリット状に延びる第１の露光用照射と、前記マスク上
で前記第１の露光用照射とほぼ平行に所定の間隔を離し
てスリット状に延びる第２の露光用照射とを前記マスク
に投射する照射手段を設け、前記第１の露光用照射と前
記第２の露光用照射の各投射によって前記基板上に回路
パターンを走査露光することを特徴とする投影露光装
置。
【請求項２】前記投影光学系は前記マスクと前記基
板の両側においてテレセントリックに構成されて円形の
視野領域を有し、前記照射手段は前記第１の露光用照射
と前記第２の露光用照射とが前記投影光学系のマスク側
の円形視野領域内に所定の間隔で並ぶように、前記第
１、第２の各露光用照射を前記マスクに投射することを
特徴とする請求項第１項に記載の装置。
【請求項３】前記照射手段は、前記第１、第２の各
露光用照射が前記投影光学系の円形視野領域の中心を挟
んで前記１次元移動の方向に所定の間隔で位置するよう
に前記第１、第２の各露光用照射を前記マスクに投射す
ることを特徴とする請求項第２項に記載の装置。
【請求項４】前記照射手段は、前記第１の露光用照
射が前記投影光学系の円形視野領域のほぼ中心に位置す
るように前記第１、第２の各露光用照射を前記マスクに
投射することを特徴とする請求項第２項に記載の装置。
【請求項５】前記第２の露光用照射は、前記投影光
学系の円形視野領域のほぼ中心に位置する前記第１の露
光用照射の両側の２ヶ所に配置されることを特徴とする
請求項第４項に記載の装置。
【請求項６】前記照射手段は、前記マスクとほぼ共
役な位置に配置されて前記第１、第２の各露光用照射を
規定するスリット状開口が形成されたブラインド機構を
備えたことを特徴とする請求項第２項に記載の装置。
【請求項７】マスク上の回路パターンの一部を投影
光学系を介して感応性の基板上に投影しつつ、前記マス
クと前記基板とを前記投影光学系の投影視野に対して１
次元走査させることによって前記マスクの回路パターン
の全体像を前記基板上に走査露光する方法において、前記基板上に投影される前記回路パターンの一部の像が
前記投影光学系の投影視野内で前記１次元走査の方向と
交差した方向に延びた複数のスリット状領域内に制限さ
れるように、前記１次元走査方向に所定の間隔で並んだ
複数のスリット状照射を前記マスクに向けて投射し、前
記複数のスリット状照射の投射によって前記回路パター
ンの全体像が前記基板上に所望の露光量で走査露光され
るように前記マスクと前記基板とを前記投影光学系の投
影倍率に応じた所定速度比で相対移動させることを特徴
とする走査露光方法。
【請求項８】前記マスクと前記基板とを所定速度比
で相対移動させる間は、前記複数のスリット状領域のう
ちの少なくとも１つのスリット状領域内に投影される像
面と前記基板上の被露光部分の表面が前記投影光学系の
焦点深度内に維持されるようにフォーカス制御すること
を特徴とする請求項第７項に記載の露光方法。
【請求項９】前記複数のスリット状領域が前記投影
光学系の投影視野の中心から所定量だけ前記１次元走査
方向にずれた第１のスリット状領域と、前記投影視野の
中心から前記第１のスリット状領域とは反対方向にずれ
た第２のスリット状領域とに制限されるように、第１ス
リット状照射と第２スリット状照射とを前記マスクに投
射することを特徴とする請求項第７項に記載の露光方
法。
【請求項１０】前記第１のスリット状領域内に投影さ
れる像面と前記基板上の被露光部分の表面とのフォーカ
ス状態と、前記第２のスリット状領域内に投影される像
面と前記基板上の被露光部分の表面とのフォーカス状態
とを異ならせることを特徴とする請求項第７項に記載の
露光方法。