JP3255297B2

JP3255297B2 - 露光方法及び装置、並びに半導体素子の製造方法

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Publication number: JP3255297B2
Application number: JP02732492A
Authority: JP
Inventors: 秀実川井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-01-17
Filing date: 1992-01-17
Publication date: 2002-02-12
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: JPH05190415A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば感光基板のレベ
リング機構を有する投影露光装置等の露光装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体基板又は液晶基板等をリソ
グラフィー技術を用いて製造する工程において、回路パ
ターン等のマスクパターンを投影光学系を介して基板上
に所定の倍率で転写する投影露光装置が使用されてい
る。このような投影露光装置においては、投影光学系に
よる結像面の焦点深度の範囲内にその基板の露光面を収
める必要がある。また、転写対象となるパターンの線幅
が例えば０．５μｍ以下と極めて微小化している。この
ような微小な線幅のパターンを良好に結像するためには
投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくする必要がある
が、開口数が大きくなると焦点深度、即ち許容されるデ
フォーカス量が非常に小さくなる。従って、この種の装
置においては、投影光学系の結像面に対して基板の露光
面を所定のデフォーカス量の範囲内で合致させるための
厳密な焦点合わせ機構が必須である。

【０００３】その焦点合わせ機構は、基板の露光面の所
定の部分を投影光学系の光軸方向の焦点位置に設定する
フォーカシング機構と、その基板の露光面を投影光学系
による結像面に平行に設定するレベリング機構とより構
成されている。図６は従来のレベリング機構を有する投
影露光装置を簡略化して示し、この図６において、フラ
イアイレンズ１の像側焦平面に照明光ＩＬの２次光源が
形成され、この２次光源から射出された照明光ＩＬは、
アウトプットレンズ２、可変視野絞りとしてのレチクル
ブラインド３、主コンデンサレンズ４及びミラー５を経
てレチクルＲのパターン領域ＰＡに照射される。レチク
ルブラインド３とレチクルＲとは共役である。

【０００４】ＰＬは投影光学系を示し、レチクルＲのパ
ターンの像が投影光学系ＰＬによりウェハＷ上に転写さ
れる。６はレベリングステージを示し、このレベリング
ステージ６はウェハＷが載置される上部ステージ７を３
個の支点を介して下部ステージ８上に支持する構成であ
る。その３個の支点の内の２個を伸縮させることによ
り、ウェハＷの露光面の傾斜角を任意に設定することが
できる。そのレベリングステージ６はウェハステージ９
上に載置されている。ウェハステージ９は、ウェハＷを
投影光学系ＰＬの光軸に垂直な２次元平面内で位置決め
するためのＸＹステージ及びウェハＷの投影光学系ＰＬ
の光軸方向（Ｚ方向）の位置決めを行うＺステージとよ
り構成されている。

【０００５】１０は点光源を示し、この点光源１０から
射出された光は、コリメータレンズ１１により平行な検
出光ＤＬに変換されてウェハＷの露光面を斜めに照射す
る。点光源１０としては、ウェハＷに塗布された感光材
（レジスト等）に対する感光性が低い波長帯の光源を使
用することができる。ただし、感光材の表面からの光と
ウェハＷの表面からの光との干渉を避けるために白色光
源を光源１０として使用してもよい。

【０００６】ウェハＷで斜めに反射された検出光ＤＬ
は、固定視野絞り１２を通過して集光レンズ１３に入射
し、集光レンズ１３により受光センサ１４の受光面に集
束される。受光センサ１４は、受光された光量の重心の
２次元座標に応じた検出信号を出力する。ウェハＷが傾
斜すると受光センサ１４の受光面での光量の重心位置が
変化することから、ウェハＷの傾斜角を検出することが
できる。また、固定視野絞り１２はウェハＷの露光面中
のレベリング検出エリアを限定するために使用される絞
りであるが、従来、固定視野絞り１２の開口部の大きさ
は投影光学系ＰＬの最大露光フィールドの大きさに合わ
せて設定されている。

【０００７】受光センサ１４から出力される検出信号が
ステージコントローラ１５に供給される。１６は装置全
体の動作を制御する主制御装置を示し、ステージコント
ローラ１５は、主制御装置１６からの指令により、受光
センサ１４における受光量の重心が所定の座標になるよ
うにレベリングステージ６の３個の支点の内の２個の支
点の伸縮量を調整する。主制御装置１６は、更に投影対
象となるウェハＷの種類に応じて、露光コントローラ１
７及び駆動手段１８を介してレチクルブラインド３の開
口の形状を調整する。なお、図示省略するも、図６の投
影露光装置にはフォーカシング用の光学系も設けられて
おり、この光学系から出力される信号に基づいてウェハ
ステージ９中のＺステージの動作を制御することによ
り、ウェハＷのフォーカシングが行われる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来の露光装置には次のような不都合がある。即
ち、近年、ＬＳＩの大型化に伴い露光装置の露光フィー
ルドも大型化してきていると共に、回路パターンの微細
化により投影光学系の開口数ＮＡが大きくなり、投影光
学系の結像面の焦点深度が浅くなってきている。そし
て、例えば超ＬＳＩのマスクパターンを必要とされる高
い解像力でウェハ上に転写するためには、露光フィール
ド全域に亘ってウェハ面を投影光学系の結像面に焦点深
度の範囲内で合わせる必要がある。従来のウェハのレベ
リング機構はこの目的のために、１回のマスクパターン
の露光ショット毎にウェハ面の傾きを投影光学系の結像
面に合わせるものである。即ち、従来のレベリング機構
は、ウェハの全面積に比べて狭い面積である露光フィー
ルド内では、ウェハ面がほとんど平坦とみなせるという
前提に基づいている。

【０００９】しかしながら、上記のように露光フィール
ドが大型化しているために、露光フィールド内において
ウェハ面が平坦であるとはみなせなくなってきている。
従って、レベリング検出エリアをウェハの最大露光フィ
ールドに合わせていたのでは、その露光フィールドの中
でウェハの露光面の一部が部分的に投影光学系の結像面
の焦点深度の範囲から外れてしまい、結果として部分的
に解像力が劣る場合が生じるという不都合があった。

【００１０】なお、上記の不都合は投影露光装置を例に
とって説明しているが、マスクパターンの像を投影光学
系を介さずに直接感光基板に投射するプロクシミティ方
式の露光装置においても、露光フィールドが拡大するに
つれて同様の不都合が生じている。本発明は斯かる点に
鑑み、露光フィールドが広い場合でもマスクパターンの
全体を高い解像度で感光基板上に露光できる露光方法を
提供することを目的とする。更に本発明は、そのような
露光方法を実施できる露光装置、及びその露光方法を使
用して高精度に半導体素子を製造できる半導体素子の製
造方法を提供することをも目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の露光
装置は、例えば図１に示す如く、光源（１９）からの照
明光をほぼ均一な強度分布に成形すると共に、この均一
な照明光をマスクＲに形成されたパターンに照射する照
明光学系（１，２，３３，４）と、この照明光学系中の
そのマスクＲと共役な面又はその近傍に配置され、その
照明光によるそのマスクＲのパターンの照明領域を任意
に規定する可変視野絞り（３，１８）と、感光基板Ｗの
表面を所定の露光基準面の近傍に配置するようにその感
光基板Ｗを保持する基板ステージ（９）とを備えた露光
装置において、その照明光学系中に設けられ、その照明
光の照度分布をその照明系の光軸よりもその周辺部の方
が高くなるように設定する光学部材（２５，２６）と、
その可変視野絞り（３，１８）によって規定されたその
マスクＲのパターンの一部が露光されるべきその感光基
板Ｗ上の部分領域のその露光基準面に対する傾きを検出
する傾き検出手段（１０，１１，１２Ａ，１３，１
４，）と、その露光基準面に対してその感光基板Ｗを任
意に傾斜自在な駆動手段（６）と、その可変視野絞り
（３，１８）によってそのマスクＲのパターンを複数に
分割し、これら複数に分割されたパターンの各々をその
感光基板Ｗに露光していく際、その傾き検出手段からの
検出信号に基づいて、その露光基準面とその感光基板Ｗ
上の部分領域の表面とがほぼ一致するようにその駆動手
段（６）を制御する制御手段（１５）とを備えたもので
ある。

【００１２】また、本発明による第２の露光装置は、光
源（１９）からの照明光をほぼ均一な強度分布に成形す
ると共に、この均一な照明光をマスクＲに形成されたパ
ターンに照射する照明光学系（１，２，３３，４）と、
この照明光学系中のそのマスクと共役な面又はその近傍
に配置され、その照明光によるそのマスクＲのパターン
の照明領域を任意に規定する可変視野絞り（３，１８）
と、感光基板Ｗの表面を所定の露光基準面の近傍に配置
するようにその感光基板Ｗを保持する基板ステージ
（９）とを備えた露光装置において、その可変視野絞り
（３，１８）によって規定されたそのマスクＲのパター
ンの一部が露光されるべきその感光基板Ｗ上の部分領域
のその露光基準面に対する傾きを検出する傾き検出手段
（１０，１１，１２Ａ，１３，１４，）と、その露光基
準面に対してその感光基板Ｗを任意に傾斜自在な駆動手
段（６）と、その可変視野絞り（３，１８）によってそ
のマスクＲのパターンの一部の領域を選択し、この選択
された領域を走査しながらそのマスクＲのパターンをそ
の感光基板Ｗに露光していく際、その走査に応じてその
傾き検出手段による傾き検出領域を変更する変更手段
（１２Ａ）と、その傾き検出手段からの検出信号に基づ
いて、その露光基準面とその感光基板Ｗ上の部分領域の
表面とがほぼ一致するように連続的にその駆動手段
（６）を制御する制御手段（１５）とを備えたものであ
る。また、本発明による露光方法は、照明光を用いてマ
スクのパターンの像を投影光学系を介して基板上に投影
すると共に、その照明光とその基板とを相対的に走査し
てその基板を露光する露光方法において、複数の光を基
板上に照射してその反射光を検出することにより、その
基板上の複数の点のその投影光学系の光軸方向における
位置を検出可能な多点フォーカス検出手段（３９〜４６
ａ，４６ｂ，４６ｃ）を有し、その複数の点の中からそ
の光軸方向におけるその基板の面位置情報を検出するた
めの検出点を選択すると共に、その照明光とその基板と
の相対的な走査に応じて、その検出点を変更するもので
ある。また、本発明による第３の露光装置は、照明光を
用いてマスク（Ｒ）のパターンの像を投影光学系（Ｐ
Ｌ）を介して基板（Ｗ）上に投影すると共に、その照明
光とその基板とを相対的に走査してその基板を露光する
露光装置において、複数の光を基板上に照射してその反
射光を検出することにより、その基板（Ｗ）上の複数の
点（Ｐ１，Ｐ２，…）のその投影光学系の光軸方向にお
ける位置を検出可能な多点フォーカス検出手段（３９〜
４６ａ，４６ｂ，４６ｃ）と、その複数の点の中からそ
の光軸方向におけるその基板の面位置情報を検出するた
めの検出点を選択すると共に、その照明光とその基板と
の相対的な走査に応じて、その検出点を変更する制御手
段（１５）とを有するものである。更に、本発明による
半導体素子の製造方法は、本発明による第３の露光装置
を用いて露光を行う工程を含むものである。

【００１３】

【作用】斯かる本発明の第１の露光装置によれば、例え
ばマスクＲのマスクパターン全体の感光基板Ｗ上の露光
フィールドが図３（ａ）の領域（３７）であるとする
と、この領域（３７）を複数の小領域（３７ａ，３７
ｂ，‥‥）に分割する。そして、先ず小領域（３７ａ）
に対してレベリングを行ってからマスクＲの対応するパ
ターンを露光し、以下順次小領域（３７ｂ，‥‥）に対
してレベリングを行ってから対応するパターンを露光す
るという動作を繰り返す。各小領域（３７ａ，３７ｂ，
‥‥）は全体の露光フィールドの領域（３７）に比べれ
ば小さいので、各小領域では感光基板Ｗは平坦であると
みなすことができる。従って、各小領域でそれぞれレベ
リングを行うことにより、全体の露光フィールドの領域
（３７）の全面を露光基準面に対して所定の許容範囲内
で合致させることができ、マスクＲのパターン全体の像
を高い解像度で感光基板Ｗ上に転写することができる。

【００１４】また、第２の露光装置においては、そのよ
うに露光フィールドを分割してレベリングを行う代わり
に、露光フィールドの全面をスキャニングしながら連続
的に一部ずつ露光を行う。即ち、例えばマスクＲのマス
クパターン全体の感光基板Ｗ上の露光フィールドが図３
（ｂ）の領域（３７）であるとして、この領域（３７）
からウインドウ（３８）で一部の領域を選択し、このウ
インドウ（３８）で領域（３７）の全面を連続的にスキ
ャニングする。そして、スキャニングする過程におい
て、そのウインドウ（３８）で選択されている小領域の
レベリングを連続的に行いつつ、その小領域に対応する
マスクＲのパターンを露光する。この場合でも、ウイン
ドウ（３８）で囲まれている領域については感光基板Ｗ
は平坦であるとみなすことができるので、正確にレベリ
ングを行うことができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明による露光装置の一実施例につ
き図１〜図３を参照して説明する。本例は投影露光装置
に本発明を適用したものであり、図１において図６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。図１は本例の投影露光装置を示し、この図１におい
て、点光源１０、コリメータレンズ１１、集光レンズ１
３及び受光センサ１４よりウェハＷの傾斜角が検出され
る。１２Ａは可変視野絞りであり、可変視野絞り１２Ａ
をウェハＷと集光レンズ１３との間に配置する。可変視
野絞り１２Ａは、液晶素子、エレクトロクロミック素子
又は複数枚の可動ブレード等によって、その開口の位置
及び形状をウェハＷ上でのレチクルパターンの投影領域
等に応じて変化させることにより、ウェハＷ上のレベリ
ング検出エリアを任意に設定することができる。なお、
可変視野絞り１２Ａは例えばコリメータレンズ１１とウ
ェハＷとの間に配置してもよい。

【００１６】次に、本例のレチクルＲを照明する照明光
ＩＬ用の照明系の構成につき説明する。図１において、
１９はウェハＷ上のレジスト層を感光させる波長帯の照
明光ＩＬを発生する露光用照明光源を示し、照明光ＩＬ
としては、水銀ランプの輝線（ｉ線等）、ＡｒＦエキシ
マレーザ等のレーザ光又は金属蒸気レーザ若しくはＹＡ
Ｇレーザ等の高調波等を使用することができる。その照
明光ＩＬを楕円鏡２０で反射して１度集束した後に、ミ
ラー２１で反射してインプットレンズ２２に向ける。楕
円鏡２０とミラー２１との間にはシャッター２３を配置
し、このシャッター２３を駆動モータ２４で回転するこ
とにより必要に応じて照明光ＩＬを遮蔽する。

【００１７】インプットレンズ２２により略々平行光束
に変換された照明光ＩＬはオプティカルインテグレータ
としてのフライアイレンズ１に入射する。このフライア
イレンズ１の像側焦平面には、照明光ＩＬのほぼ均一な
２次光源が配置されているとみなすことができる。この
２次光源が配置されている位置に回転板２５を回転自在
に取り付けて、回転板２５を駆動モータ２６により所定
の回転位置に位置決めする。回転板２５には、図２に示
すように、例えば６種類の開口絞り２７〜３２を等角度
間隔で形成する。これらの開口絞りの内で、円形開口絞
り２７及び２８はそれぞれ異なる直径の通常の円形の開
口部２７ａ及び２８ａを有し、輪帯開口絞り２９は輪帯
状の開口部２９ａを有する。また、２光束の傾斜照明用
開口絞り３０及び３１はそれぞれ直交する方向に配置さ
れた１対の微小開口部３０ａ，３０ｂ及び３１ａ，３１
ｂを有し、４光束の傾斜照明用開口絞り３２は光軸を中
心として等間隔に配置された４個の微小開口部３２ａ〜
３２ｄを有する。

【００１８】図１のフライアイレンズ１による２次光源
形成面には、一例として回転板２５中の円形の開口部２
７ａが配置されている。この開口部２７ａより射出され
た照明光ＩＬはアウトプットレンズ２により略々平行光
束に変換されてレチクルブラインド３に入射する。レチ
クルブラインド３の開口部は、レチクルＲのパターン領
域ＰＡと共役であり、レチクルブラインド３を出た照明
光ＩＬをリレーレンズ３３で一度集束する。この集束さ
れる面Ｐ１は回転板２５の開口絞り面と共役であり、こ
の面Ｐ１に照明光ＩＬ用の可変開口絞り３４を配置す
る。回転板２５による開口絞りの選択又は可変開口絞り
３４の設定の何れの方法によっても、照明光ＩＬ用の照
明系のコヒーレンシィを表すσ値を変更することができ
る。可変開口絞り３４を通過した照明光ＩＬの主光線を
主コンデンサレンズ４で平行光束に変換し、この主光線
が平行な照明光ＩＬをミラー５で反射してレチクルホル
ダー３５に支持されたレチクルＲに導く。

【００１９】１６Ａは装置全体の動作を制御する主制御
装置、１７Ａは露光コントローラを示し、露光コントロ
ーラ１７Ａは主制御装置１６Ａからの指示により、駆動
装置１８を介してレチクルブラインド３の開口の位置及
び形状を設定する。３６はレベリング検出光学系中の可
変視野絞り１２Ａの開口の位置及び形状を変化させる駆
動装置を示し、露光コントローラ１７Ａは主制御装置１
６Ａからの指示により、駆動装置３６を介して可変視野
絞り１２Ａの開口の位置及び形状を設定する。また、レ
ベリング検出光学系中の光電センサ１４からの検出信号
をステージコントローラ１５に供給し、ステージコント
ローラ１５は主制御装置１６Ａからの指示により、光電
センサ１４の受光面での光量分布の重心が所定の位置に
なるようにレベリングステージ６を介してウェハＷの傾
斜角を調整する。

【００２０】また、図示省略するも、図１においては、
レベリング検出光学系の外にフォーカシング用の光学系
も設けられている。フォーカシング用の光学系は例えば
特開昭６０−１６８１１２号公報に開示されているよう
に、ウェハＷ上の所定の点の近傍にスリットパターン等
の像を斜めに結像する結像光学系と、そのスリットパタ
ーン等の像からの反射光を受けてその像を再結像する受
光光学系とより構成される。本例では、レベリング検出
を行うレベリング検出エリアが任意に設定できるので、
そのフォーカシング用のスリットパターン等の像を結像
する位置もそのレベリング検出エリアの中央部に設定で
きることが望ましい。そして、ウェハＷが投影光学系Ｐ
Ｌの光軸方向に移動すると、そのフォーカシング用の光
学系中の受光光学系中で再結像されたスリットパターン
等の像の位置が変化することから、ウェハＷ上のレベリ
ング検出エリアの光軸方向の位置を検出することができ
る。ウェハＷを投影光学系ＰＬの光軸方向に平行に移動
するフォーカシング動作は、ウェハステージ９中のＺス
テージを介して行うことができる。

【００２１】従って、先ず光電センサ１４を含むレベリ
ング検出光学系により、ウェハＷの露光面の内のレベリ
ング検出エリアの投影光学系ＰＬの結像面（分割された
レチクルパターンの投影像面）に対する傾斜角を検出し
て、その傾斜角が小さく（ほぼ零と）なるようにレベリ
ングステージ６によりウェハＷの傾斜状態を調整する。
その後、そのフォーカシング用の光学系によりウェハＷ
中のレベリング検出エリアの例えば中央部の面と投影光
学系ＰＬの結像面、即ち焦点位置との差を検出し、その
差が小さく（ほぼ零と）なるようにウェハステージ９中
のＺステージによりウェハＷの位置を調整（焦点合わ
せ）することにより、最終的にウェハＷの現在の露光領
域のレベリングが完了する。尚、レベリング動作と焦点
合わせ動作とを同時に行っても構わない。

【００２２】次に、本例の露光装置による２つの露光方
法について説明する。［第１の露光方法］従来はレチクルＲの全パターンを１
回の露光でウェハＷ上の或る１個のショット領域に転写
して、以下ステップ・アンド・リピートによりウェハＷ
の指定された領域に、順次そのレチクルＲの全パターン
を各１回の露光により転写していた。それに対して、こ
の第１の露光方法では、レチクルＲの全パターンをウェ
ハＷ上の或る１個のショット領域に転写する際に、その
レチクルＲの全体パターンを複数に分割して、ウェハス
テージ９のＸＹステージは固定した状態で、レチクルブ
ラインド３及び、１つの分割パターンの投影領域に応じ
て可変視野絞り１２Ａの開口の位置及び形状を連動して
変化させ、その検出値に応じてレベリングステージ６を
傾斜させることにより、その分割されたレチクルＲのパ
ターンの像を順次ウェハＷ上に転写する。

【００２３】図３（ａ）を参照して、例えばレチクルＲ
の全体パターンを４個に分割してウェハＷ上に転写する
場合について説明する。この場合、図３（ａ）の領域３
７が、ウェハＷ上のレチクルＲの全体パターンの像が転
写される領域、即ち従来の１個のショット領域であると
すると、その領域３７を４個の小領域３７ａ〜３７ｄに
分割する。そして、最初に図１のシャッター２３で照明
光ＩＬを遮断した状態で、可変視野絞り１２Ａの開口を
ウェハＷ上の第１の小領域３７ａからの反射光のみを通
過させるように設定して、その小領域３７ａのレベリン
グを行う。レベリングにより、その小領域３７ａの面が
投影光学系ＰＬの結像面に平行になり、且つフォーカシ
ングによりその小領域３７ａの例えば中央部が投影光学
系ＰＬの結像面に合致し、最終的にその小領域３７ａの
面が投影光学系ＰＬの結像面に所定の許容幅内で合致す
る。その後、レチクルブラインド３の開口の状態を調整
することにより、小領域３７ａに対応するレチクルＲ上
のパターンにのみ照明光ＩＬが照射されるようにして、
シャッター２３を開いて露光を行う。

【００２４】次に、シャッター２３を閉じてから、可変
視野絞り１２Ａの開口をウェハＷ上の第２の小領域３７
ｂからの反射光のみを通過させるように設定して、その
小領域３７ｂのレベリング（フォーカシングを含む）を
行う。その後、レチクルブラインド３の開口の状態を調
整することにより、小領域３７ｂに対応するレチクルＲ
上のパターンにのみ照明光ＩＬが照射されるようにし
て、シャッター２３を開いて露光を行う。以下同様に、
ウェハステージ９中のＸＹステージを固定した状態で、
順次ウェハＷ上の第３の小領域３７ｃ及び第４の小領域
３７ｄにレベリングを行って露光を行うことにより、レ
チクルＲの全パターンの露光が終了する。その後、ウェ
ハステージ９中のＸＹステージによりウェハＷ上の他の
指定されたショット領域を投影光学系ＰＬの下部に移動
して、分割露光を繰り返す。

【００２５】上述のように本例によれば、従来の１ショ
ット分の露光フィールドに対応する領域３７を複数の小
領域に分割し、各小領域３７ａ〜３７ｄについてそれぞ
れレベリングを行って、対応するレチクルＲ上の分割さ
れたパターンを露光している。この場合、従来の１ショ
ット分の露光フィールドに対応する領域３７が広く、面
が歪んでいるような場合でも、分割された各小領域３７
ａ〜３７ｄの内部の面は平坦であるとみなすことができ
る。従って、各小領域３７ａ〜３７ｄについて順次レベ
リングを行うことにより、各小領域３７ａ〜３７ｄの面
を所定の許容範囲内で投影光学系ＰＬの結像面に合致さ
せることができ、投影光学系ＰＬの本来の解像度でレチ
クルＲの全体パターンの像をウェハＷ上の領域３７上に
転写することができる。また、領域３７が広くなるのに
応じて、小領域への分割数を多くすることにより、常に
高解像度でレチクルＲ上の全パターンの像をウェハＷ上
に転写することができる。尚、レチクルブラインド３の
設定精度を考慮して、分割パターンより少し大きく照明
視野を規定し、そのはみ出した部分の露光量を減光フィ
ルター等で減らしておくことが望ましい。このはみ出し
部分は隣接した分割パターンとオーバーラップして露光
されることになり、このことを考慮して減光量（はみ出
し部分の露光量）を決定する。また、複数個の回路パタ
ーンが形成された、いわゆるマルチ・ダイ・レチクルを
使用する場合には特に本発明における露光方法は有効で
あり、このときには上記のようにはみ出し部分（つなぎ
部分）での露光量を調整する必要はない。さらに本実施
例では、４つの分割パターンを露光していくとき、ＸＹ
ステージを移動させる必要はないものとしたが、実際に
はレベリングステージの傾斜に伴ってレチクルパターン
の投影像に対してウェハ（ショット領域）がＸＹ平面内
でシフト（横ずれ）し得る。そこで、例えばレベリング
ステージの傾斜量（すなわち各ピボットの駆動量）と横
ずれ量との関係を予め求めておき、露光時には当該関係
に基づいて横ずれ量をほぼ零とした後に露光を行うよう
にすることが望ましい。

【００２６】［第２の露光方法］この露光方法ではレチ
クルＲの全体パターンをウェハＷ上の或る１個のショッ
ト領域に転写する際に、ウェハステージ９のＸＹステー
ジは固定した状態で、レチクルブラインド３及び可変視
野絞り１２Ａの開口の位置及び形状を連動して連続的に
変化させる。そして、そのレチクルＲの全パターンを所
定のウインドウにより連続的に走査（スキャニング）し
ながら、そのウインドウにより選択されたパターンを連
続的にウェハＷ上に転写する。

【００２７】図３（ｂ）を参照して、例えばレチクルＲ
の全体パターンを矩形のウインドウで走査しながらウェ
ハＷ上に転写する場合について説明する。この場合、図
３（ｂ）の領域３７が、ウェハＷ上のレチクルＲの全体
パターンの像が転写される領域、即ち従来の１個のショ
ット領域であり、３８が連続的に領域３７を走査する仮
想的なウインドウであるとする。このとき、図１のシャ
ッター２３を開いた状態で、可変視野絞り１２Ａの開口
をウェハＷ上の仮想的なウインドウ３８からの反射光の
みを通過させるように設定して、そのウインドウ３８に
指定された領域のレベリングを行う。この場合、その可
変視野絞り１２Ａの開口の状態を連続的に変化させるこ
とによりそのウインドウ３８を次第に移動させると共
に、ステージコントローラ１５によるレベリングステー
ジ６のサーボを連続的に作動させておく。

【００２８】その可変視野絞り１２Ａの動きと連動し
て、レチクルブラインド３の開口の状態を連続的に調整
することにより、ウインドウ３８に対応するレチクルＲ
上のパターンにのみ照明光ＩＬが照射されるようにし
て、照明光ＩＬによる露光を行う。そして、ウインドウ
３８が領域３７の全面を走査することにより、レチクル
Ｒ上の全パターンの像がウェハＷ上の領域３７に転写さ
れる。この場合にも、ウインドウ３８の面積は領域３７
に比べて狭く、ウインドウ３８内ではウェハＷの面は平
坦であるとみなすことができるので、最終的に領域３７
の全面を投影光学系ＰＬの結像面に所定の許容範囲内で
合致させることができる。尚、本実施例では連続的に全
体パターンの照明視野を切り変えることとしたが、全体
パターンの照明視野（レチクルブランド３におけるウイ
ンドウ３８の位置）を所定方向に一定量（ウインドウ３
８の移動方向に関する幅にほぼ相当する量）ずつ段階的
に切り変えていくようにしても良い。

【００２９】次に、本発明の他の実施例につき図４及び
図５を参照して説明する。本実施例では、図１のコリメ
ータ方式のレベリング検出光学系の代わりに、レベリン
グ検出光学系とフォーカシング用の光学系とを兼用した
結像式の多点フォーカス検出光学系を使用する。図４は
本実施例の要部を示し、この図４において、３９は光源
であり、この光源３９の光で多数のスリットが形成され
た開口板４０を照明する。その多数のスリットの内の第
１のスリット４０ａを通過した光を、ミラー４１ａを介
して光軸が投影光学系ＰＬの光軸に対して傾斜した結像
レンズ４２ａに向け、この結像レンズ４２ａによりウェ
ハＷ上の位置Ｐ１の近傍にそのスリット４０ａの像を結
像する。そして、その位置Ｐ１の近傍から反射された光
を集光レンズ４３ａ及び振動ミラー４４ａを介して開口
板４５の第１のスリット４５ａの近傍に集束し、このス
リット４５ａを通過した光を第１の受光素子４６ａで光
電変換する。

【００３０】同様に、開口板４０の第２のスリット４０
ｂ及び第３のスリット４０ｃの像をそれぞれウェハＷ上
の位置Ｐ２及びＰ３の近傍に結像し、これら位置Ｐ２及
びＰ３の近傍からの反射光をそれぞれ開口板４５の第２
のスリット４５ｂ及び第３のスリット４５ｃの近傍に集
束し、これら第２のスリット４５ｂ及び第３のスリット
４５ｃを通過した光をそれぞれ第２の受光素子４６ｂ及
び第３の受光素子４６ｃで光電変換する。実際には図５
（ａ）に示すように、レチクルＲの全体パターンの像が
転写される領域３７上には均等に、例えば１３個の多数
のスリットの像が投影されている。

【００３１】図４に戻り、ウェハＷが投影光学系ＰＬの
光軸方向に移動すると、開口板４５上に再結像されるス
リットの像の位置が移動することから、ウェハＷ上の各
点Ｐ１，Ｐ２，‥‥の光軸方向の位置を検出することが
できる。実際には、本例では開口板４５の各スリット４
５ａ，４５ｂ，‥‥の近傍に再結像されるスリットの像
は振動ミラー４４ａ，４４ｂ，‥‥により同期して振動
している。従って、受光素子４６ａ，４６ｂ，‥‥から
出力される光電変換信号を、それら振動ミラーの振動の
周波数に同期して検波することにより、光電変換信号の
ＳＮ比が改善されると共に、ウェハＷ上の各点Ｐ１，Ｐ
２，‥‥の光軸方向の位置に応じてそれぞれ位相変調さ
れたフォーカス信号が得られる。これらフォーカス信号
より逆にウェハＷ上の各点Ｐ１，Ｐ２，‥‥の光軸方向
の位置、即ち高さを求めることができる。

【００３２】図４の実施例の他の構成は図１と同様であ
る。本例においても、以下のような２つの露光方法があ
る。［第３の露光方法］図１の実施例の第１の露光方法に対
応する方法であり、先ず図５（ａ）に示すように、従来
の１ショット分の露光フィールドに対応する領域３７を
例えば４分割する。そして、分割された第１の小領域３
７ａの内部では点Ｐ１，Ｐ２及びＰ４〜Ｐ６の５点にス
リットの像が投影されているものとする。この場合、そ
の５点の投影光学系ＰＬの光軸方向の位置から、その小
領域３７ａの面と投影光学系ＰＬの結像面との傾斜角及
び光軸方向の間隔を検出することができる。従って、そ
の傾斜角が小さくなるように図１のレベリングステージ
６を傾斜させ、且つその間隔が小さくなるようにウェハ
ステージ９中のＺステージを駆動することにより、その
小領域３７ａは投影光学系ＰＬの結像面に所定の許容範
囲内で合致する。

【００３３】このようにレベリング（フォーカシングを
含む）が済んだ状態で、図１のレチクルブラインド３の
開口を調整して小領域３７ａに対応するレチクルＲのパ
ターンにのみ照明光ＩＬが照射されるようにすることに
より、その小領域３７ａへの露光が行われる。尚、レチ
クルブラインド３の開口調整はレベリング動作と並行し
て行うことが望ましく、レベリング動作終了後直ちに露
光を開始できる。同様に、領域３７を分割した他の小領
域にも、それぞれレベリングを行った上で露光が行われ
る。本例においても、領域３７を分割した複数の小領域
ではウェハＷの面はそれぞれ平坦であるとみなすことが
できるので、レベリングを正確に行うことができる。更
に、本例では１組の光学系によりレベリング検出光学系
とフォーカシング用の光学系とを兼用することができる
ので、構成が簡略化される利点がある。また、ウェハＷ
上でのレベリング検出エリアを変更するとき、各エリア
毎にそのほぼ中央でのＺ方向の位置を検出できるといっ
た利点がある。第１の実施例ではスリット像の位置を光
学的にシフトさせるための系が必要になる。

【００３４】［第４の露光方法］図１の実施例の第２の
露光方法に対応する露光方法である。例えば図５（ｂ）
の領域３７がレチクルＲの全パターンの像が転写される
領域であり、この領域３７に１３個のスリットの像が投
影されているものとする。この場合には、連続的に領域
３７の全面を走査するウインドウ３８を設定する。そし
て、図５（ｂ）の状態では、ウインドウ３８内の５個の
点Ｐ４〜Ｐ８の近傍にスリットの像が投影されているの
で、それら５個の点の投影光学系ＰＬの光軸方向の位置
からそのウインドウ３８で囲まれた面のレベリングを行
うことができる。また、ウインドウ３８が連続的に移動
するのに応じて１３個のスリット像の中からそのウイン
ドウ３８の内部に在るスリット像を順次選択してレベリ
ングを行うことにより、連続的に正確にレベリングを行
うことができる。

【００３５】なお、図４の実施例では多数の小さなスリ
ットの像をウェハＷ上に投影しているが、その代わりに
例えば従来の１ショット分の露光フィールドに対応する
領域の全面に縞状のパターンの像を投影し、この縞状の
パターンの像を２次元の光電センサの受光面に再結像す
るようにしてもよい。その縞状のパターンの像の部分的
な歪によりその部分における投影光学系の光軸方向の位
置を検出することができる。

【００３６】また、上述実施例は投影露光装置に本発明
を適用したものであるが、本発明は投影光学系を介する
ことなくレチクルＲのパターンを直接にウェハＷ上に投
射するプロクシミティ方式の露光装置にも同様に適用す
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。

【００３７】

【発明の効果】本発明の第１及び第２の露光装置によれ
ば、広い露光フィールドの部分毎にレベリングを行うよ
うにしているので、最終的に露光フィールドの全面を露
光基準面に対して許容範囲内で合致させることができ
る。従って、高い解像度を維持したまま、広い露光フィ
ールドを露光できる利点がある。また、本発明の露光方
法、第３の露光装置、及び半導体素子の製造方法によれ
ば、精度良く基板の面位置を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光装置の一実施例を示す一部断
面図を含む構成図である。

【図２】実施例の回転板を示す正面図である。

【図３】（ａ）は図１の実施例で分割して露光を行う場
合の説明図、（ｂ）は図１の実施例で連続的に走査して
露光を行う場合の説明図である。

【図４】本発明の他の実施例の要部を示す構成図であ
る。

【図５】（ａ）は図４の実施例で分割して露光を行う場
合の説明図、（ｂ）は図４の実施例で連続的に走査して
露光を行う場合の説明図である。

【図６】従来の投影露光装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１フライアイレンズ３レチクルブラインドＲレチクルＰＬ投影光学系６レベリングステージ９ウェハステージ１０点光源１２Ａ可変視野絞り１４光電センサ１５ステージコントローラ１６Ａ主制御系１７Ａ露光コントローラ３９光源４０開口板４５開口板４６ａ，４６ｂ，４６ｃ受光素子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの照明光をほぼ均一な強度分布
に成形すると共に、該均一な照明光をマスクに形成され
たパターンに照射する照明光学系と、該照明光学系中の
前記マスクと共役な面又はその近傍に配置され、前記照
明光による前記マスクのパターンの照明領域を任意に規
定する可変視野絞りと、感光基板の表面を所定の露光基
準面の近傍に配置するように前記感光基板を保持する基
板ステージとを備えた露光装置において、前記照明光学系中に設けられ、前記照明光の照度分布を
前記照明系の光軸よりもその周辺部の方が高くなるよう
に設定する光学部材と、前記可変視野絞りによって規定された前記マスクのパタ
ーンの一部が露光されるべき前記感光基板上の部分領域
の前記露光基準面に対する傾きを検出する傾き検出手段
と、前記露光基準面に対して前記感光基板を任意に傾斜自在
な駆動手段と、前記可変視野絞りによって前記マスクのパターンを複数
に分割し、該複数に分割されたパターンの各々を前記感
光基板に感光していく際、前記傾き検出手段からの検出
信号に基づいて、前記露光基準面と前記感光基板上の部
分領域の表面とがほぼ一致するように前記駆動手段を制
御する制御手段とを備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】光源からの照明光をほぼ均一な強度分布
に成形すると共に、該均一な照明光をマスクに形成され
たパターンに照射する照明光学系と、該照明光学系中の
前記マスクと共役な面又はその近傍に配置され、前記照
明光による前記マスクのパターンの照明領域を任意に規
定する可変視野絞りと、感光基板の表面を所定の露光基
準面の近傍に配置するように前記感光基板を保持する基
板ステージとを備えた露光装置において、前記可変視野絞りによって規定された前記マスクのパタ
ーンの一部が露光されるべき前記感光基板上の部分領域
の前記露光基準面に対する傾きを検出する傾き検出手段
と、前記露光基準面に対して前記感光基板を任意に傾斜自在
な駆動手段と、前記可変視野絞りによって前記マスクのパターンの一部
の領域を選択し、該選択された領域を走査しながら前記
マスクのパターンを前記感光基板に露光していく際、前
記走査に応じて前記傾き検出手段による傾き検出領域を
変更する変更手段と、前記傾き検出手段からの検出信号に基づいて、前記露光
基準面と前記感光基板上の部分領域の表面とがほぼ一致
するように連続的に前記駆動手段を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項３】照明光を用いてマスクのパターンの像を
投影光学系を介して基板上に投影すると共に、前記照明
光と前記基板とを相対的に走査して前記基板を露光する
露光方法において、複数の光を基板上に照射してその反射光を検出すること
により、前記基板上の複数の点の前記投影光学系の光軸
方向における位置を検出可能な多点フォーカス検出手段
を有し、前記複数の点の中から前記光軸方向における前記基板の
面位置情報を検出するための検出点を選択すると共に、
前記照明光と前記基板との相対的な走査に応じて、前記
検出点を変更することを特徴とする露光方法。
【請求項４】前記照明光が照射される前記基板上の露
光領域内に存在する計測点を選択することを特徴とする
請求項３に記載の露光方法。
【請求項５】前記走査に応じて前記露光領域の形状を
変化させることを特徴とする請求項３又は４に記載の露
光方法。
【請求項６】前記面位置情報は、前記投影光学系の光
軸方向における前記基板の位置情報を含むことを特徴と
する請求項３〜５の何れか一項に記載の露光方法。
【請求項７】前記面位置情報は、前記投影光学系の結
像面に対する前記基板の傾き状態に関する情報を含むこ
とを特徴とする請求項３〜５の何れか一項に記載の露光
方法。
【請求項８】前記面位置情報を検出するための複数の
ビームが前記投影光学系の光軸に対して斜め方向から前
記基板上に照射され、前記複数の計測点は、前記投影光
学系の下部に配置されていることを特徴とする請求項３
〜７の何れか一項に記載の露光方法。
【請求項９】照明光を用いてマスクのパターンの像を
投影光学系を介して基板上に投影すると共に、前記照明
光と前記基板とを相対的に走査して前記基板を露光する
露光装置において、複数の光を基板上に照射してその反射光を検出すること
により、前記基板上の複数の点の前記投影光学系の光軸
方向における位置を検出可能な多点フォーカス検出手段
と、前記複数の点の中から前記光軸方向における前記基板の
面位置情報を検出するための検出点を選択すると共に、
前記照明光と前記基板との相対的な走査に応じて、前記
検出点を変更する制御手段と、を有することを特徴とす
る露光装置。
【請求項１０】前記制御手段は、前記照明光が照射さ
れる前記基板上の露光領域内に存在する計測点を選択す
ることを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
【請求項１１】前記走査中に前記露光領域を変更する
変更手段を更に有することを特徴とする請求項１０に記
載の露光装置。
【請求項１２】前記面位置情報は、前記投影光学系の
光軸方向における前記基板の位置情報を含むことを特徴
とする請求項９〜１１の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項１３】前記面位置情報は、前記投影光学系の
結像面に対する前記基板の傾き状態に関する情報を含む
ことを特徴とする請求項９〜１１の何れか一項に記載の
露光装置。
【請求項１４】前記多点フォーカス検出手段は、前記
面位置情報を検出するための複数のビームを前記投影光
学系の光軸に対して斜め方向から前記基板上に照射する
照射系と、前記基板からの前記ビームの反射光を検出す
る検出系と有し、前記複数の計測点は、前記投影光学系
の下部に配置されていることを特徴とする請求項９〜１
３の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項１５】前記光源と前記投影光学系との間に配
置された照明系を更に有し、前記照明系は、前記照明光の照度分布を前記照明系の光
軸よりもその周辺部の方が高くなるように設定する光学
部材を有することを特徴とする請求項９〜１４の何れか
一項に記載の露光装置。
【請求項１６】請求項９〜１５の何れか一項に記載の
露光装置を用いて露光を行う工程を含むことを特徴とす
る半導体素子の製造方法。