JP3279311B2 - 投影露光方法及び装置、並びに前記方法を用いた回路素子製造方法 - Google Patents

投影露光方法及び装置、並びに前記方法を用いた回路素子製造方法

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体製造用の
リソグラフィー工程で使用して好適な投影露光方法及び
投影露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば半導体素子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
ターン等のレチクル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。斯かる投影露光装置においては、転写対象となるパ
ターンの線幅が例えば0.5μm以下ときわめて微細化
している。このような微細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。また、レチクルとして近時は光の干渉効
果を積極的に活用した所謂位相シフトレチクル等も使用
されるようになっているが、このような位相シフトレチ
クルに対しては露光光のコヒーレンシィを高める必要が
ある。
【0003】図6は従来の投影露光装置の照明系の模式
図であり、この図6において、2次光源としてのフライ
アイレンズ1から射出されてその射出面(レチクル側焦
点面)近傍に配置された可変開口絞り2の開口部を通過
した露光光は、アウトプットレンズ3により略々平行な
光束に変換される。この略々平行な光束の内で可変視野
絞りとしてのレチクルブラインド4の開口部を通過した
光束が、リレーレンズ5及び主コンデンサレンズ6によ
り略々平行で大口径の露光光ILに変換されてレチクル
7をほぼ均一な照度で照明する。レチクル7のパターン
形成面とレチクルブラインド4の開口部とは光学的に共
役な位置関係にあり、レチクルブラインド4の開口部の
形状を変えることにより、レチクル7上の照明領域の形
状、大きさを任意に設定することができる。
【0004】そして、レチクル7のパターン形成面のパ
ターンが投影レンズ8によりウェハ9の露光面に所定の
倍率で転写される。投影レンズ8の瞳面P1には可変開
口絞り10が配置されており、可変開口絞り2と可変開
口絞り10とは光学的に共役な位置関係にある。
【0005】投影露光装置の照明系の特性を表す数値と
しては一般に、投影レンズの開口数NAと露光光のコヒ
ーレンシィを表すσ値とが用いられる。図6を参照して
開口数とσ値について説明するに、図6において、投影
レンズ8の瞳面P1の可変開口絞り10により、投影レ
ンズ8のレチクル7側からの光束が通過できる最大の角
度θR 及び投影レンズ8からウェハ9側に落射する光束
の最大の角度θW は所定の値に制限されている。投影レ
ンズ8の開口数NAPLはsinθW であり、投影倍率を
1/mとすると、sinθR =sinθW /mの関係に
ある。また、露光光ILがレチクル7に入射するときの
最大の入射角をθILとすると、露光光ILを生成する照
明系のσ値であるσILは次のように定義される。
【数1】 σIL=sinθIL/sinθR =m・sinθIL/sinθW
【0006】一般に開口数NAが大きい程解像度は向上
するが、焦点深度が浅くなる。一方、σ値が小さい程に
露光光ILのコヒーレンシィが良くなるため、σ値が小
さくなるとパターンのエッジが強調され、σ値が大きい
とパターンのエッジがぼけるようになる。従って、パタ
ーンの結像特性は開口数NAとσ値とでほぼ決って来
る。また、可変開口絞り2によりσ値が変化すると、投
影レンズ8の瞳面P1における照度分布が変化する。
【0007】図7を参照して、図6の従来の投影露光装
置でウェハ上にレチクルパターンを露光する場合のシー
ケンスにつき説明する。この場合、先ずステップ101
において、オペレータはマニュアルで投影レンズ8の可
変開口絞り10を操作して、投影レンズ8の開口数NA
を転写対象のレチクル上の最小線幅を解像できる程度の
値に設定する。次に、オペレータは可変開口絞り2を操
作することにより、転写対象のレチクル7に合わせて照
明系のσ値を設定した後に、転写対象のレチクルをレチ
クルホルダーにセットする(ステップ102)。
【0008】その後、複数枚のウェハに順次投影レンズ
8を介してそのレチクルのマスクパターンを転写する
(ステップ103)。そして、転写対象である次のレチ
クルの最適な開口数NA及び照明系のσ値が異なる場合
には、オペレータはステップ104においてマニュアル
で可変開口絞り10及び可変開口絞り2の調整を行う。
その後、レチクルを交換した後に(ステップ105)、
再び複数枚のウェハに対する露光処理が行われる(ステ
ップ106)。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
投影露光装置においては開口数NA及びσ値の両パラメ
ータは装置定数であるため、オペレータが一度マニュア
ルで設定を行うと一連の露光シーケンスの中でそれら両
パラメータを変えることはできなかった。しかしなが
ら、最適な開口数NA及びσ値は、レチクル上の投影露
光するパターンの最小線幅又はレチクル上のマスクパタ
ーンに対するウェハ上の転写パターンの寸法忠実度等の
要求される結像性能によって異なるものである。
【0010】従って、例えば所謂特定用途向けIC(A
SIC)を製造するような場合で、同一ウェハ上に最適
な結像パラメータの値が異なる複数種類のデバイスチッ
プのパターンを露光するような場合には、従来は途中で
パラメータの値を変更することができないため、パラメ
ータの値をそれら複数種類のパターンの内の或る特定の
パターンのみに対する最適値に設定せざるを得なかっ
た。これはその他のパターンは必ずしも最適な結像条件
では露光されていなかったことを意味する。同様に、レ
チクル中に最適なパラメータの値が異なる複数のパター
ンが存在するような場合にも、従来はパラメータの値を
その内の或る特定のパターンのみに対する最適値に設定
せざるを得なかった。
【0011】本発明は斯かる点に鑑み、同一ウェハ上に
開口数NA及びσ値等の結像パラメータの最適な値が異
なる複数のデバイスチップを露光するような場合、又は
最適パラメータが異なる複数のパターンが存在するレチ
クル上のそれら複数のパターンを同一ウェハ上に順次露
光するような場合でも、全体として最適な結像特性を得
ることができる投影露光方法及び装置を提供することを
目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明による投影露光方
法は、照明系からの照明光束(IL)でマスク(7)上
のパターンを照明し、このマスク上のパターンの像を投
影光学系(8)を介して基板(9)上に転写する投影露
光方法において、そのパターンの転写中に以下の(A
1)〜(A5)のいずれかを変化させるものである。 (A1)その照明系の開口数 (A2)その照明系の開口数及びその投影光学系の開口
数 (A3)その照明系のσ値 (A4)その照明系のσ値及びその投影光学系の開口数 (A5)その投影光学系の開口数
【0013】また、本発明による回路素子製造方法は、
本発明のいずれかの投影露光方法を用いて、そのマスク
上に形成された回路パターンをその基板上に転写する工
程を含むものである。
【0014】次に、本発明による投影露光装置は、マス
ク(7)上に形成されたパターンを照明光束(IL)で
照明する照明系(15〜21,1,3〜6,32)と、
その照明光束で照明されたパターンの像を、基板(9)
上に投影する投影光学系(8)と、そのパターンのその
基板上への投影中に以下の(B1)〜(B5)のいずれ
かを変化させる制御系(34,35)とを有するもので
ある。 (B1)その照明系の開口数 (B2)その照明系の開口数及びその投影光学系の開口
数 (B3)その照明系のσ値 (B4)その照明系のσ値及びその投影光学系の開口数 (B5)その投影光学系の開口数
【0015】
【作用】斯かる本発明の投影露光方法、及び投影露光装
置によれば、最適な結像パラメータの値が異なる複数種
類のパターンが同一面に形成され、且つ1つのマスク上
に複数種の線幅のパターンが複雑に入り組んでいて、線
幅毎に複数のマスクやマスクパターンに分けて対応する
ことが困難な場合でも、各線幅に対して最良ではないが
次善の結像特性を得ることができ、パターン全体として
みれば最良の結像特性を得ることができる。
【0016】また、本発明の投影露光装置を使用すれ
ば、上記の投影露光方法を直接に実施することができ
る。
【0017】
【実施例】以下、本発明の一実施例につき図1〜図5を
参照して説明する。本例は図6の従来例と同様にステッ
プアンドリピート方式の半導体素子製造用縮小投影露光
装置に本発明を適用したものであり、その図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の全体の構成を
示し、この図1において、レチクル7をレチクルホルダ
ー11に保持し、レチクルホルダー11の近傍にバーコ
ードリーダ12を配置する。レチクル7のパターン領域
PAの外側にはそのレチクルの種類を表すバーコードB
Cが形成され、レチクル7をレチクルホルダー11にセ
ットする際にバーコードリーダ12でそのバーコードB
Cを読み取ることにより、レチクル7の名称を判別する
ことができる。詳しく述べると、後述の主制御装置35
内には、この投影露光装置で扱うべき複数枚のレチクル
の名称と、各名称に対応したステッパーの動作パラメー
タとが予め登録されている。そして、主制御装置35は
バーコードリーダ12がバーコードBCを読み取ると、
その名称に対応した動作パラメータの1つとして、予め
登録されているレチクルに対する照明条件に関する情報
に基づいて、後述の回転板21、レチクルブラインド
4、及び可変開口絞り10,30を駆動することにな
る。以上の動作は、キーボードからオペレータがコマン
ドとデータとを主制御装置35へ直接入力することによ
っても実行できる。尚、上記情報はレチクルの種類やそ
のパターンの微細度、周期性等に対応している。
【0018】13はウェハホルダー、14はウェハステ
ージを示し、ウェハステージ14は、投影レンズ8の光
軸に垂直な2次元平面内で位置決めできるXYステー
ジ、その光軸の方向に位置決めできるZステージ及びレ
ベリングステージ等よりなる。ウェハステージ14のX
Yステージ及びZステージにはそれぞれ駆動機構及び座
標測定機構が組み込まれている。そのウェハステージ1
4の上に順にウェハホルダー13及びウェハ9を載置す
る。
【0019】次に、本例のレチクル7を照明する露光光
IL用の照明系の構成につき説明する。図1において、
15はウェハ9上のレジスト層を感光させる波長帯の露
光光ILを発生する露光用照明光源を示し、露光光IL
としては、水銀ランプの輝線(i線、j線等)、Ar
F,KrF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YAGレーザ等の高調波等を使用すること
ができる。その露光光ILを楕円鏡16で反射して1度
集束した後に、ミラー19で反射してインプットレンズ
20に向ける。楕円鏡16とミラー19との間(楕円鏡
16の第2焦点近傍)にはシャッター17を配置し、こ
のシャッター17を駆動モータ18で回転することによ
り必要に応じて露光光ILを遮蔽する。
【0020】インプットレンズ20により略々平行光束
に変換された露光光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の後(レチクル)側焦点面には、露光光IL
のほぼ均一な2次光源像が形成される。この2次光源像
が形成されている位置(すなわち照明光学系中のレチク
ルパターンのフリーエ変換面、又は共役面もしくはその
近傍の面内)に回転板21を回転自在に取り付けて、回
転板21を駆動モータ22により所定の回転位置に位置
決めする。回転板21には、図2に示すように、例えば
6種類の開口絞り23〜28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23及び24は
それぞれ異なる直径の通常の円形の開口部23a及び2
4aを有し、輪帯開口絞り25は輪帯状の開口部25a
を有する。また、傾斜照明用の開口絞り26及び27は
それぞれ互いに直交する方向に配置された1対の微小開
口部26a,26b及び27a,27bを有し、傾斜照
明用の開口絞り28は光軸を中心として等距離に配置さ
れた4個の微小開口部28a〜28dを有する。例え
ば、開口絞り26,27,28を用いるときは各開口部
からの照明光束のσ値が0.1〜0.3程度となるよう
に設定することが望ましい。さらにレチクルパターンの
微細度(ピッチ等)に応じて開口絞り26〜28の各々
における各開口部の位置を微調整できるように構成して
おくことが望ましい。また、開口絞り24〜28を用い
るときはレチクルまたはウェハ上での照度均一性が悪く
なり得るので、フライアイレンズ1の各エレメントを細
かくする(断面積を小さくする)ことが望ましい。さら
に別のインテグレータ(フライアイ型又はロッド型)を
追加して2段のインテグレータ構造としても良い。ま
た、開口絞り26〜28の使用時は光量ロスが大きいの
で、光ファイバー、多面プリズム等の光分割器を用い
て、開口絞り上の各開口部に露光光を導くように構成し
ておくと良い。
【0021】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21中の円形の開口部2
3aが配置されている。開口部23aは投影レンズ8の
瞳面(フーリエ変換面)P1とほぼ共役である。開口部
23aより射出された露光光ILはアウトプットレンズ
3により略々平行光束に変換されて可変視野絞りとして
のレチクルブラインド4に入射する。レチクルブライン
ド4の開口部は、駆動手段29により任意の形状、大き
さに設定することができる。レチクルブラインド4の開
口部は、レチクル7のパターン領域PAとほぼ共役であ
り、レチクルブラインド4を出た露光光ILをリレーレ
ンズ5で一度集束する。この集束面P2は回転板21の
開口絞り面、すなわちフライアイレンズ1の射出面(レ
チクル側焦点面)とほぼ共役であり、面P2に露光光I
L用の可変開口絞り30を配置し、駆動手段31により
その可変開口絞り30の円形開口部の直径を任意の値に
設定する。尚、可変開口絞り30はフライアイレンズ1
の射出面近傍に、回転板21と極近接して配置するよう
にしても良い。
【0022】可変開口絞り30を射出した露光光ILの
主光線を主コンデンサレンズ6で略々平行光束に変換
し、この主光線が略々平行な露光光ILをミラー32で
反射してレチクル7に導く。レチクル7のパターン領域
PAからレチクルブラインド4により選択された領域の
パターンが、投影レンズ8によりウェハ9の一連のショ
ット領域に露光される。また、投影レンズ8の瞳面P1
の近傍に配置された可変開口絞り10の円形開口部の直
径は、駆動手段33により任意の値に設定することがで
きる。
【0023】34は露光コントローラ、35は装置全体
の動作を制御する主制御装置を示し、露光コントローラ
34は主制御装置35からの指示により、モータ22、
駆動手段29、駆動手段31及び駆動手段33の動作を
制御する。即ち、露光コントローラ34は、駆動手段3
3を介して可変開口絞り10の開口部の調整を行うこと
により、投影レンズ8の開口数NAを所望の値に設定す
ることができる。また、露光コントローラ34は、モー
タ22を介して回転板21の位置決めを行うか又は駆動
手段31を介して可変開口絞り30の開口部の調整を行
うかの何れの方法によっても、露光光IL用の照明系の
開口数、ひいてはコヒーレンスファクターであるσ値を
所望の値に設定することができる。
【0024】具体的に、レチクル7が通常のレチクルの
場合にはσ値は例えば0.5〜0.6に設定され、レチ
クル7が位相シフトレチクルの場合にはσ値は例えば
0.1〜0.4に設定される。更に、露光コントローラ
34は、駆動手段29を介してレチクルブラインド4の
開口部の形状、大きさを制御することにより、レチクル
7のパターン領域PAの所望の部分にのみ露光光ILを
照明することができる。
【0025】36は露光データファイルを示し、この露
光データファイル36には種々のレチクルの名称に対応
してパターン領域の形状及び最適な結像パラメータ等の
データが対応して記憶されている。最適な結像パラメー
タとしては、投影レンズの最適な開口数NA、照明系の
最適なσ値の他に、例えばレチクルに対する照明条件
(回転板21のどの開口絞りを使うか)等が記憶されて
いる。更にレチクルのパターン領域PAに複数のそれぞ
れ最適な結像パラメータが異なるパターンが形成されて
いる場合には、それら複数の領域の形状、大きさ及び各
領域の最適な結像パラメータのデータがその露光データ
ファイル36に記憶されている。その露光データファイ
ル36をバスラインを介して主制御装置35と接続し、
バーコードリーダ12をもバスラインを介して主制御装
置35と接続する。主制御装置35は、バーコードリー
ダ12から送られて来るレチクル7のバーコードを用い
て、露光データファイル36より露光対象としているレ
チクル7の最適な結像パラメータ等を認識することがで
き、この最適な結像パラメータ等の情報を露光コントロ
ーラ34に供給する。
【0026】次に、図1の投影露光装置の種々の露光動
作につき説明する。 [第1の露光動作例]この例では、レチクル7上に第1
の領域及び第2の領域よりなる2つの半導体チップ用の
パターン領域があり、それぞれ最適な開口数NA及びσ
値が異なる場合を扱う。図3を参照してこの場合の動作
を説明する。先ず図3のステップ107において、レチ
クル7を図1のレチクルホルダー11にセットする。こ
の際に、主制御装置35はバーコードリーダ12を介し
てレチクル7のバーコードBCを読み取り、レチクル7
の名称を判別する。そして、主制御装置35は露光デー
タファイル36のその判別した名称に対応する記憶領域
を参照することにより、レチクル7の2つの領域の各々
の最適な結像パラメータ及び2つの領域の形状、大きさ
を認識する。
【0027】その後、ステップ108において、主制御
装置35は露光コントローラ34に露光対象としている
レチクル7の第1の領域の最適な結像パラメータ及びそ
の第1の領域の形状、大きさの情報を供給する。これに
対応して、先ず露光コントローラ34は、レチクル7に
対する照明条件を設定するため、モータ22を介して回
転板21の中のレチクル7に合った開口絞りを選択して
設定する。この選択基準の一例としては、特に微細パタ
ーンに対しては開口絞り26,27,28(この3つの
使い分けはレチクルパターンの周期性に応じて選択すれ
ば良い)を用い、線幅が厳しくないときは開口絞り23
を用い、位相シフトレチクルには開口絞り24(又は開
口絞り30を使用しても良い)を用いる。開口絞り26
は例えばX方向に配列された周期パターン、開口絞り2
7はY方向に配列された周期パターン、開口絞り28は
2次元パターンに対して有効である。また、第1の領域
と第2の領域とで開口絞り23〜28を切り替えること
なく、開口数NA及びσ値のを変更するだけでも良い。
さらに、線幅に関係なく、第1の領域と第2の領域とで
そのパターンの周期性が互いに直交していたら、開口絞
り26,27を切り替えるようにしても良い。その後、
露光コントローラ34は駆動手段33を介して投影レン
ズ8の可変開口絞り10を制御することにより、投影レ
ンズ8の開口数NAを最適な値に設定する。そして、露
光コントローラ34は、駆動手段31を介して可変開口
絞り30を制御することにより、照明系のσ値を最適な
値に設定する。次にステップ109において、露光コン
トローラ34は駆動手段29を介してレチクルブライン
ド4の開口部の形状をレチクル7の第1の領域の形状に
合わせることにより、レチクルブラインド4の設定を行
う。
【0028】そして、主制御装置35は、ウェハステー
ジ14を駆動してウェハ9の今回の露光領域である指定
ショット領域を投影レンズ8の光軸上にアライメントし
て(ステップ110)、レチクル7の第1の領域のパタ
ーンを投影レンズ8を介してウェハ9の指定ショット領
域に露光する(ステップ111)。次にステップ112
において、主制御装置35は予め記憶された露光シーケ
ンスを調べることにより、レチクル7を交換するか否か
を判定する。本例ではレチクル7を交換することなく、
レチクル7の第2の領域のパターンを露光するので、動
作はステップ113に移行し、主制御装置35は露光コ
ントローラ34に露光対象としているレチクル7の第2
の領域の最適な結像パラメータ及びその第2の領域の形
状の情報を供給する。これに対応して、露光コントロー
ラ34はモータ22を介して回転板21の中の所定の開
口絞りを設定した後に、駆動手段33を介して投影レン
ズ8の開口数NAを最適な値に設定する。そして、露光
コントローラ34は、駆動手段31を介して照明系のσ
値を最適な値に設定する。
【0029】次にステップ114において、露光コント
ローラ34は駆動手段29を介してレチクルブラインド
4の開口部の形状、大きさをレチクル7の第2の領域の
形状、大きさに合わせることにより、レチクルブライン
ド4の設定を行う。この場合、ウェハ9の指定ショット
領域は前回と同じであるため、ウェハ9のアライメント
を行う必要はない。そこでステップ115において、主
制御装置35は、レチクル7の第2の領域のパターンを
投影レンズ8を介してウェハ9の前回と同じ指定ショッ
ト領域に露光する。その後ステップ116において、ウ
ェハ9の全部のショット領域への露光が終了したかどう
かが判断され、終了していない場合には動作はステップ
112に移行する。終了している場合には動作はステッ
プ117に移行する。
【0030】ステップ117において、露光工程が終了
した場合には露光動作は終了するが、次のウェハに露光
する場合には動作はステップ107に移行して同様に露
光が行われる。このようにして、レチクル7上に複数の
それぞれ最適な結像パラメータが異なる領域が存在する
場合でも、それぞれについて最適な結像条件で露光を行
うことができる。尚、第1露光動作例ではウェハの1つ
1つのショット領域に対して第1レチクル上の第1の領
域と第2の領域のパターンを露光していったが(このと
き第2の領域のパターンを露光する際にはショット毎に
アライメントを行う必要がある)、ウェハ上の複数のシ
ョット領域のうち、第1レチクルの第1の領域のパター
ンを露光すべきショット領域の全てに対して第1の領域
のパターンを露光した後で、レチクルブラインド4を駆
動して先に第1の領域のパターンを露光した全てのショ
ット領域に対して第2の領域のパターンを露光するよう
にしても良い。以下、同一ウェハ上で露光が行われてい
ないショット領域については第2レチクル、第3レチク
ル、…を用いて上記と同様の動作で露光を行っていけば
良い。
【0031】[第2露光動作例]本例では、特定用途向
けIC(ASIC)の生産、画面合成又は小ロット生産
時の危険分散等を目的として、1個のウェハ上に複数の
レチクルを用いて複数種類の半導体チップを形成する場
合で、且つそれぞれ最適な結像パラメータが異なる場合
を扱う。この場合の動作も図3を参照して説明する。使
用する複数のレチクルを第1のレチクル、第2のレチク
ル、‥‥とする。先ず、図3のステップ107におい
て、第1のレチクルをレチクルホルダー11にセットす
る。この際に、主制御装置35はバーコードリーダ12
を介して第1のレチクルのバーコードBCを読み取り、
レチクルの名称を判別する。そして、主制御装置35は
露光データファイル36のその判別した名称に対応する
記憶領域を参照することにより、第1のレチクルのパタ
ーン領域の各々の最適な結像パラメータ及びパターン領
域の形状、大きさを認識する。
【0032】その後、ステップ108において、主制御
装置35は露光コントローラ34に露光対象としている
第1のレチクル7の最適な結像パラメータ及びパターン
領域の形状、大きさの情報を供給する。これに対応し
て、先ず露光コントローラ34は、レチクル7に対する
照明条件を設定するため、モータ22を介して回転板2
1の中のレチクル7に合った開口絞り23〜28を選択
して設定する。その後、露光コントローラ34は投影レ
ンズ8の開口数NAを最適な値に設定すると共に、照明
系のσ値を最適な値に設定する。次にステップ109に
おいて、露光コントローラ34はレチクルブラインド4
の開口部の形状を第1のレチクルのパターン領域の形状
に合わせることにより、レチクルブラインド4の設定を
行う。
【0033】そして、主制御装置35は、ウェハステー
ジ14を駆動してウェハ9の今回の露光領域である指定
ショット領域を投影レンズ8の光軸上に設定し(ステッ
プ110)、第1のレチクルのパターン領域のパターン
を投影レンズ8を介してウェハ9の指定ショット領域に
露光する。(ステップ111)。次にステップ112に
おいて、主制御装置35は予め記憶された露光シーケン
スを調べることにより、第1のレチクルを交換するか否
かを判定する。本例ではレチクルを交換するので動作は
ステップ118に移行し、主制御装置35はレチクルホ
ルダー11に第2のレチクルをセットする。この際に主
制御装置35はバーコードリーダ12を介して第2のレ
チクルの名称を調べ、露光データファイル36を参照し
て第2のレチクルの照明条件(最適な開口絞り23〜2
8の設定)、最適な結像パラメータの値及びパターン領
域の形状等を認識する。
【0034】その後ステップ119において、主制御装
置35は露光コントローラ34に露光対象としている第
2のレチクルのパターン領域の最適な結像パラメータ及
びそのパターン領域の輪郭の座標の情報を供給する。こ
れに対応して、露光コントローラ34は、先ずモータ2
2を介して回転板21の中の開口絞り23〜28の中の
第2のレチクルに適合する開口絞りを設定する。その後
露光コントローラは、駆動手段33を介して投影レンズ
8の開口数NAを最適な値に設定すると共に、照明系の
σ値を最適な値に設定する。
【0035】次にステップ120において、露光コント
ローラ34は駆動手段29を介してレチクルブラインド
4の開口部の形状を第2のレチクルのパターン領域の形
状に合わせることにより、レチクルブランド4の設定を
行う。その後ステップ121において、主制御装置35
はウェハ9上の第2のレチクルを露光するための指定シ
ョット領域を投影レンズ8の光軸上にアライメントす
る。そして、主制御装置35は、第2のレチクルのパタ
ーン領域のパターンを投影レンズ8を介してウェハ9の
第2のレチクル用の指定ショット領域に露光させる。そ
の後ステップ122において、ウェハ9の全部のショッ
ト領域への露光が終了したかどうかが判別され、終了し
ていない場合には動作はステップ112に移行する。終
了している場合には動作はステップ117に移行する。
このような動作により、1個のウェハ上に複数のそれぞ
れ最適な結像パラメータが異なるレチクルのパターンを
最適な結像条件で露光することができる。
【0036】[第3露光動作例]本例では、1個の半導
体チップ内、即ち1個の露光用のレチクルパターン内に
それぞれ最適な結像パラメータの値が異なる複数種類の
線幅のパターンが混在し、且つ第1露光動作例のように
レチクルブラインド4でレチクル7の露光視野を分割す
ることが困難な場合を扱う。この場合には、元のレチク
ルのパターンを複数に分割する。そして、複数に分割さ
れたパターンの各々を別々のレチクル又は同一のレチク
ル内の異なる領域に形成する。別々のレチクルに形成す
る場合には、図4(a)及び(b)に示すように、それ
ぞれ最適な結像パラメータの値が異なるパターンが形成
された複数のレチクル7A及び7Bを用意する。図4
(a)及び(b)の斜線部の領域37はそれぞれクロム
蒸着膜による遮光域であり、白抜き状に示す領域38は
それぞれ必要なパターンが描画されている領域である。
従って、レチクル7Aとレチクル7Bとは遮光域37の
位相が180°ずれている。
【0037】これら2枚のレチクル7A及び7Bを第2
露光動作例と同様のシーケンスでウェハ上に露光する。
第2露光動作例と異なる点は、ウェハ上の同一領域に異
なる2個のレチクルのパターンが露光されることであ
る。
【0038】[第4露光動作例]上記の第3露光動作例
と同じ場合であるが、レチクル上の複数種の線幅が複雑
に入り組んでいて、図4に示すような複数枚のレチクル
で対応することが困難な場合を扱う。この場合には、図
3のステップ111において、ウェハの各ショット領域
に露光する際に、投影レンズ8の開口数NA及び照明系
のσ値を所定の範囲に亘って連続的に変化させることに
より、最良ではないが次善の結像特性を得ることができ
る。その所定の範囲とは、例えばそのレチクル上の最も
線幅の広いパターンの結像パラメータと最も線幅の狭い
結像パラメータとの間である。
【0039】[第5露光動作例]本例では露光のための
最適条件を求めるための所謂テストプリントを行う場合
を扱う。従来はテストプリントとは、ステップアンドリ
ピートでウェハの一連のショット領域にレチクルのパタ
ーンを露光する際に、ウェハ9の投影レンズ8の光軸方
向の位置である焦点位置Z及び露光時間Tを各ショット
露光毎に少しずつ変化させて露光することを意味する。
【0040】これに対して本例では、第1露光動作例と
同様のシーケンスに従って、例えば図5(a)のマップ
に示されるように結像条件を種々に変えて露光を行う。
ただし、本例ではレチクルブラインド4の開口部の形状
に対応するレチクルブラインド4を変化させる必要はな
い。図5(a)において、39はウェハ上の1個の指定
ショット領域を示し、指定ショット領域39と同様のシ
ョット領域が縦横に多数配置されており、各ショット領
域にそれぞれ解像力テストパターンが露光される。結像
条件は図5(a)の横方向に対して、ウェハの焦点位置
Zが5個のショット領域毎に変化し、投影レンズの開口
数NAが1個のショット領域毎に5個周期で変化する。
また、図5(a)の縦方向に対して、露光時間Tが5個
のショット領域毎に変化し、照明系のσ値が1個のショ
ット領域毎に5個周期で変化する。
【0041】その外に、図5(b)のマップに示される
ように結像条件を変えてもよい。結像条件は図5(b)
の横方向に対して、投影レンズの開口数NAが5個のシ
ョット領域毎に変化し、ウェハの焦点位置Zが1個のシ
ョット領域毎に5個周期で変化する。また、図5(b)
の縦方向に対して、照明系のσ値が5個のショット領域
毎に変化し、露光時間Tが1個のショット領域毎に5個
周期で変化する。図5に示すようなマップでテストプリ
ントを行うことにより、開口数NA、σ値、焦点位置Z
及び露光時間Tよりなる4個のパラメータでのテストプ
リントを行うことができる。なお、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
構成を取り得ることは勿論である。
【0042】
【発明の効果】本発明の投影露光方法及び投影露光装置
によれば、最適な結像パラメータの値が異なる複数種類
のパターンが同一面に形成され、且つ1つのマスク上に
複数種の線幅のパターンが複雑に入り組んでいて、線幅
毎に複数のマスクやマスクパターンに分けて対応するこ
とが困難な場合でも、各線幅に対して最良ではないが次
善の結像特性を得ることができ、パターン全体としてみ
れば最良の結像特性を得ることができる。
【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主要部を
示す一部を断面とした構成図である。
【図2】 図1中の回転板21を示す平面図である。
【図3】 実施例の露光動作の一例を示す流れ図であ
る。
【図4】 実施例で使用するレチクルのパターンの変形
例を示す平面図である。
【図5】 実施例のテストプリントのマップの例を示す
線図である。
【図6】 従来の投影露光装置の照明系を簡略化して示
す模式図である。
【図7】 従来の投影露光装置の露光動作を示す流れ図
である。
【符号の説明】
1…フライアイレンズ、3…アウトプットレンズ、6…
主コンデンサレンズ、7…レチクル、8…投影レンズ、
9…ウェハ、10…可変開口絞り、12…バーコードリ
ーダ、14…ウェハステージ、17…シャッター、21
…回転板、22…モータ、4…レチクルブラインド、2
9,31,33…駆動手段、30…可変開口絞り、34
…露光コントローラ、35…主制御装置、36…露光デ
ータファイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027

Claims (26)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 照明系からの照明光束でマスク上のパタ
    ーンを照明し、該マスク上のパターンの像を投影光学系
    を介して基板上に転写する投影露光方法において、 前記パターンの転写中に前記照明系の開口数を変化させ
    ることを特徴とする投影露光方法。
  2. 【請求項2】 照明系からの照明光束でマスク上のパタ
    ーンを照明し、該マスク上のパターンの像を投影光学系
    を介して基板上に転写する投影露光方法において、 前記パターンの転写中に、前記照明系の開口数及び前記
    投影光学系の開口数を変化させることを特徴とする投影
    露光方法。
  3. 【請求項3】 前記照明系内における前記投影光学系の
    瞳面とほぼ共役な関係となる所定面上に設けられた開口
    部の大きさを調整することにより、前記照明系の開口数
    を変化させることを特徴とする請求項1又は2に記載の
    投影露光方法。
  4. 【請求項4】 前記照明系の開口数を、前記パターンに
    応じて変化させること特徴とする請求項1、2、又は3
    に記載の投影露光方法。
  5. 【請求項5】 前記照明系の開口数を所定範囲に亘って
    変化させることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一
    項に記載の投影露光方法。
  6. 【請求項6】 前記所定範囲とは、前記マスク上に形成
    されたパターンのうち、最も広い線幅を持つパターンに
    対して最適な開口数と、最も狭い線幅を持つパターンに
    対して最適な開口数との間であることを特徴とする請求
    項5に記載の投影露光方法。
  7. 【請求項7】 照明系からの照明光束でマスク上のパタ
    ーンを照明し、該マスク上のパターンの像を投影光学系
    を介して基板上に転写する投影露光方法において、 前記パターンの転写中に前記照明系のσ値を変化させる
    ことを特徴とする投影露光方法。
  8. 【請求項8】 照明系からの照明光束でマスク上のパタ
    ーンを照明し、該マスク上のパターンの像を投影光学系
    を介して基板上に転写する露光方法において、 前記パターンの転写中に、前記照明系のσ値及び前記投
    影光学系の開口数を変化させることを特徴とする投影露
    光方法。
  9. 【請求項9】 前記照明系内における前記投影光学系の
    瞳面とほぼ共役な関係となる所定面上に設けられた開口
    部の大きさを調整することにより、前記照明系のσ値を
    変化させることを特徴とする請求項7又は8に記載の投
    影露光方法。
  10. 【請求項10】 前記照明系内における前記投影光学系
    の瞳面とほぼ共役な関係となる所定面上での光量分布状
    態を変化させることにより、前記照明系のσ値を変化さ
    せることを特徴とする請求項7又は8に記載の投影露光
    方法。
  11. 【請求項11】 前記照明光束の光量分布状態は、前記
    所定面上での光量分布が中心部で高められる第1光量分
    布状態と、該所定面上での光量分布が該中心部よりもそ
    の外側で高められる第2光量分布状態とを含み、 前記第2光量分布状態は、前記所定面上での光量分布が
    ほぼ輪帯状の特定領域内で高められる第3光量分布状態
    と、前記所定面上での光量分布が前記照明系の光軸から
    偏心した少なくとも1つの局所領域で高められる第4光
    量分布状態とを含むことを特徴とする請求項10に記載
    の投影露光方法。
  12. 【請求項12】 前記照明系のσ値を、前記パターンに
    応じて、所定範囲に亘って変化させること特徴とする請
    求項7〜11のいずれか一項に記載の投影露光方法。
  13. 【請求項13】 前記所定範囲とは、前記マスク上に形
    成されたパターンのうち、最も広い線幅を持つパターン
    に対して最適なσ値を開口数と、最も狭い線幅を持つパ
    ターンに対して最適なσ値との間であることを特徴とす
    る請求項12に記載の投影露光方法。
  14. 【請求項14】 照明系からの照明光束でマスク上のパ
    ターンを照明し、該マスク上のパターンの像を投影光学
    系を介して基板上に転写する投影露光方法において、 前記パターンの転写中に、前記投影光学系の開口数を変
    化させることを特徴とする投影露光方法。
  15. 【請求項15】 前記投影光学系の開口数を、前記パタ
    ーンに応じて変化させること特徴とする請求項14に記
    載の投影露光方法。
  16. 【請求項16】 前記投影光学系の開口数を所定範囲に
    亘って変化させることを特徴とする請求項14又は15
    に記載の投影露光方法。
  17. 【請求項17】 前記所定範囲とは、前記マスク上に形
    成されたパターンのうち、最も広い線幅を持つパターン
    に対して最適な開口数と、最も狭い線幅を持つパターン
    に対して最適な開口数との間であることを特徴とする請
    求項16に記載の投影露光方法。
  18. 【請求項18】 請求項1〜17のいずれか一項に記載
    の投影露光方法を用いて、前記マスク上に形成された回
    路パターンを前記基板上に転写する工程を含むことを特
    徴とする回路素子製造方法。
  19. 【請求項19】 マスク上に形成されたパターンを照明
    光束で照明する照明系と、 前記照明光束で照明された前記パターンの像を、前記基
    板上に投影する投影光学系と、 前記パターンの前記基板上への投影中に、前記照明系の
    開口数を変化させる制御系と、を有することを特徴とす
    る投影露光装置。
  20. 【請求項20】 マスク上に形成されたパターンを照明
    光束で照明する照明系と、 前記照明光束で照明された前記パターンの像を、前記基
    板上に投影する投影光学系と、 前記パターンの前記基板上への投影中に、前記照明系の
    開口数及び前記投影光学系の開口数を変化させる制御系
    と、を有することを特徴とする投影露光装置。
  21. 【請求項21】 マスク上に形成されたパターンを照明
    光束で照明する照明系と、 前記照明光束で照明された前記パターンの像を、前記基
    板上に投影する投影光学系と、 前記パターンの前記基板上への投影中に、前記照明系の
    σ値を変化させる制御系と、を有することを特徴とする
    投影露光装置。
  22. 【請求項22】 マスク上に形成されたパターンを照明
    光束で照明する照明系と、 前記照明光束で照明された前記パターンの像を、前記基
    板上に投影する投影光学系と、 前記パターンの前記基板上への投影中に、前記照明系の
    σ値及び前記投影光学系の開口数を変化させる制御系
    と、を有することを特徴とする投影露光装置。
  23. 【請求項23】 マスク上に形成されたパターンを照明
    光束で照明する照明系と、 前記照明光束で照明された前記パターンの像を、前記基
    板上に投影する投影光学系と、 前記パターンの前記基板上への投影中に、前記投影光学
    系の開口数を変化させる制御系と、を有することを特徴
    とする投影露光装置。
  24. 【請求項24】 前記制御系は、前記パターンに応じて
    制御対象を変化させることを特徴とする請求項19〜2
    3のいずれか一項に記載の投影露光装置。
  25. 【請求項25】 前記制御系は、所定範囲に亘って制御
    対象を変化させることを特徴とする請求項19〜24の
    いずれか一項に記載の投影露光装置。
  26. 【請求項26】 前記所定範囲とは、前記マスク上に形
    成されたパターンのうち、最も広い線幅を持つパターン
    に対する最適値と、最も狭い線幅を持つパターンに対す
    る最適値との間であることを特徴とする請求項25に記
    載の投影露光装置。
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