JP3296448B2 - 露光制御方法、走査露光方法、露光制御装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

露光制御方法、走査露光方法、露光制御装置、及びデバイス製造方法

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JP3296448B2 JP05344993A JP5344993A JP3296448B2 JP 3296448 B2 JP3296448 B2 JP 3296448B2 JP 05344993 A JP05344993 A JP 05344993A JP 5344993 A JP5344993 A JP 5344993A JP 3296448 B2 JP3296448 B2 JP 3296448B2
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    • G03F7/70558Dose control, i.e. achievement of a desired dose

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばパルス光源を露
光光源として矩形又は円弧状等の照明領域を照明し、そ
の照明領域に対してマスク及び感光基板を同期して走査
することにより、マスク上のパターンを感光基板上に露
光する所謂スリットスキャン露光方式の露光装置におい
て、感光基板への露光量及び照度均一性を所定の範囲内
に制御する場合に適用して好適な露光制御方法及び露光
制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子又
は薄膜磁気ヘッド等をフォトリソグラフィー技術を用い
て製造する際に、フォトマスク又はレチクル(以下、
「レチクル」と総称する)のパターンを投影光学系を介
して、フォトレジスト等が塗布されたウエハ又はガラス
プレート等の感光基板上に露光する投影露光装置が使用
されている。最近は、半導体素子の1個のチップパター
ン等が大型化する傾向にあり、投影露光装置において
は、レチクル上のより大きな面積のパターンを感光基板
上に露光する大面積化が求められている。
【0003】また、半導体素子等のパターンが微細化す
るのに応じて、投影光学系の解像度を向上することも求
められているが、投影光学系の解像度を向上するために
は、投影光学系の露光フィールドを大きくすることが設
計上あるいは製造上難しい問題がある。特に、投影光学
系として、反射屈折系を使用するような場合には、無収
差の露光フィールドの形状が円弧状の領域となることも
ある。
【0004】斯かる転写対象パターンの大面積化及び投
影光学系の露光フィールドの制限に応えるために、例え
ば矩形、円弧状又は6角形等の照明領域(これを「スリ
ット状の照明領域」という)に対してレチクル及び感光
基板を同期して走査することにより、レチクル上のその
スリット状の照明領域より広い面積のパターンを感光基
板上に露光する所謂スリットスキャン露光方式の投影露
光装置が開発されている。一般に投影露光装置において
は、感光基板上の感光材に対する適正露光量及び照度均
一性の条件が定められているため、スリットスキャン露
光方式の投影露光装置においても、感光基板に対する露
光量を適正露光量に対して所定の許容範囲内で合致させ
ると共に、ウエハに対する露光光の照度均一性を所定の
水準に維持するための露光制御装置が設けられている。
【0005】また、最近は、感光基板上に露光するパタ
ーンの解像度を高めることも求められているが、解像度
を高めるための一つの手法が露光光の短波長化である。
これに関して、現在使用できる光源の中で、発光される
光の波長が短いものは、エキシマレーザ光源、金属蒸気
レーザ光源等のパルス発振型のレーザ光源(パルス光
源)である。しかしながら、水銀ランプ等の連続発光型
の光源と異なり、パルス光源では発光されるパルス光の
露光エネルギー(パルス光量)が、パルス発光毎に所定
の範囲内でばらつくという特性がある。
【0006】従って、パルス光源からのパルス光の平均
パルス光量を〈p〉、そのパルス光のパルス光量のばら
つきの範囲をΔpとして、従来の露光制御装置では、そ
のパルス光量のばらつきを表すパラメータΔp/〈p〉
が正規分布をしている(ランダムである)としていた。
そして、パルス光によるスリット状の照明領域と共役な
露光領域に対して相対的に走査される感光基板上の或る
領域(これを「パルス数積算領域」という)に照射され
るパルス光の数をNとすると、露光終了後の積算露光量
のばらつきが(Δp/〈p〉)/N1/2 になることを利
用して、その積算露光量が所定の許容範囲内で適正露光
量に達するように制御していた。
【0007】また、パルス光源を用いてスリットスキャ
ン露光方式で露光を行う場合には、如何にパルス光源の
発光のタイミングを設定するかが問題となる。これに関
して従来は、感光基板を走査するための基板側ステージ
の変位計測用の測長装置(例えばレーザ干渉計)の測長
出力を利用して、レチクルと感光基板とを同期して走査
するときに基板側ステージが所定間隔移動する毎にパル
ス光源に発光トリガー信号を送出していた。従って、従
来のパルス光源は、測長装置の測長出力に同期して発光
していたと言える。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、パルス光源から出力されるパルス光のパル
ス光量のばらつきは考慮されていたが、パルス光源に発
光トリガー信号を送出してからそのパルス光源が実際に
発光するまでの時間のばらつきである発光タイミングの
ばらつきについては考慮されていなかった。しかしなが
ら、本発明者により、パルス光源の発光タイミングのば
らつきが、露光量や照度均一性の制御精度に影響を与え
ることが分かった。
【0009】また、一般に測長装置(レーザ干渉計等)
においては、実際に測長を行ってから測長結果を出力す
るまでの時間のばらつきがある。このような測長結果の
読み出しタイミングのばらつきに、上述のパルス光源の
発光タイミングのばらつきが加えられるため、従来のよ
うに測長装置の測長出力に同期してパルス光源を発光さ
せていたのでは、露光量及び照度均一性の制御精度を許
容範囲内に維持できないという不都合があった。
【0010】本発明は斯かる点に鑑み、パルス光源を用
いてスリットスキャン露光方式でレチクルのパターンを
感光基板上に露光する場合に、感光基板への露光量及び
照度均一性の制御精度を向上できる露光制御方法及び走
査露光方法を提供することを目的とする。更に本発明
は、そのような露光制御方法又は走査露光方法を実施す
る際に使用できる露光制御装置、及びその走査露光方法
を使用して高精度にデバイスを製造できるデバイス製造
方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明による露光制御方
法は、例えば図1及び図2に示す如く、発光の度に所定
の範囲内での光量変動及び発光タイミング変動を伴うパ
ルス光を発生するパルス光源(1)からのパルス光を所
定の照明領域(24)に照射し、所定の照明領域(2
4)に対してマスク(R)及び基板(W)を同期して相
対的に走査しつつマスク(R)上のパターンを基板
(W)上へ露光する際に、基板(W)へのそのパルス光
の積算露光量及び基板(W)上での照度均一性を所定の
精度内に制御するための露光制御方法において、基板
(W)に対する露光の前に予め、パルス光源(1)にそ
のパルス光を複数パルス発光させることにより、そのパ
ルス光のパルスエネルギー(パルス光量)の平均値、パ
ルスエネルギーのばらつき及び発光タイミングのばらつ
きを求める第1工程(ステップ102〜104)を有す
る。
【0012】更に本発明は、その第1工程で求められた
そのパルスエネルギーのばらつき及びその発光タイミン
グのばらつきに基づいて、基板(W)への積算露光量及
び基板(W)上での照度均一性を所定の精度内に制御す
るために必要な、基板(W)上の1点に照射されるべき
そのパルス光の最小パルス数を求める第2工程(ステッ
プ106)と、そのパルス光の最小パルス数、基板
(W)に対する適正な積算露光量及びその第1工程で求
められたそのパルスエネルギーの平均値に基づいて、基
板(W)上に照射されるそのパルス光のパルスエネルギ
ーを一律に調整するための調整度を設定する第3工程
(ステップ108,109)と、パルス光源(1)にそ
のパルス光を発光させるための発光トリガー信号を等時
間間隔で送出させて、所定の照明領域(24)に対して
相対的にマスク(R)及び基板(W)を走査することに
より、マスク(R)のパターンを基板(W)上に露光す
る第4工程(ステップ110〜113)とを有するもの
である。
【0013】また、本発明による露光制御装置は、例え
ば図1に示す如く、発光の度に所定の範囲内での光量変
動及び発光タイミング変動を伴うパルス光を外部からの
発光トリガー信号(TP)に応じて発生するパルス光源
(1)と、そのパルス光を所定の照明領域(24)に照
射する照明光学系(2〜10)と、所定の照明領域(2
4)に対してマスク(R)及び基板(W)を同期して相
対的に走査する走査手段(11,12,17,18)と
を有し、所定の照明領域(24)に対してマスク(R)
及び基板(W)を相対的に走査してマスク(R)上のパ
ターンを基板(W)上へ露光する露光装置に設けられ、
基板(W)へのそのパルス光の積算露光量及び基板
(W)上での照度均一性を所定の精度内に制御するため
露光制御装置において、基板(W)上に照射されるそ
のパルス光毎の実際のパルスエネルギー及び発光タイミ
ングを計測する発光状態モニター手段(19,20)
と、基板(W)に対する露光の前に予め、パルス光源
(1)にそのパルス光を複数パルス発光させることによ
り、その発光状態モニター手段にて計測された結果から
そのパルス光のパルスエネルギーの平均値、パルスエネ
ルギーのばらつき及び発光タイミングのばらつきを求め
る第1演算手段(14)とを有する。
【0014】更に本発明は、この第1演算手段により求
められたそのパルスエネルギーのばらつき及びその発光
タイミングのばらつきに基づいて、基板(W)への積算
露光量及び基板(W)上での照度均一性を所定の精度内
に制御するために必要な、基板(W)上の1点に照射さ
れるべきそのパルス光の最小パルス数を求める第2演算
手段(14)と、そのパルス光の最小パルス数、基板
(W)に対する適正な積算露光量及びその第1演算手段
により求められたそのパルスエネルギーの平均値に基づ
いて、基板(W)上に照射されるそのパルス光のパルス
エネルギーを所定の調整度で一律に調整する光量調整手
段(3,13)と、所定の照明領域(24)に対して相
対的にマスク(R)及び基板(W)を走査しつつ、マス
ク(R)のパターンを基板(W)上に露光する際に、パ
ルス光源(1)に対して発光トリガー信号(TP)を等
時間間隔で供給する発光制御手段(13,21)とを有
するものである。次に、本発明の第1の走査露光方法
は、パルス発振される露光ビームに対して被露光体を移
動することにより前記被露光体を走査露光する走査露光
方法において、前記露光ビームの発振タイミングのずれ
に関する情報に基づいて前記被露光体の走査露光を制御
するものである。また、本発明の第2の走査露光方法
は、パルス発振される露光ビームに対して被露光体を移
動することにより前記被露光体を走査露光する走査露光
方法において、前記露光ビームの発振タイミングのずれ
に関する情報を計測するものである。次に、本発明のデ
バイス製造方法は、上記の本発明の走査露光方法を用い
るものである。
【0015】
【作用】斯かる本発明の露光制御方法によれば、先ず予
めパルスエネルギーのばらつきと共に、パルス光源
(1)への発光トリガーの送出から実際の発光までの時
間ばらつき(発光タイミングのばらつき)を実測するこ
とにより、基板(W)への積算露光量及び照度均一性を
所定の精度で制御するのに必要な最小の露光パルス数を
決定するようにしている。その後、マスク(R)用の走
査手段に備えられた測長手段又は基板(W)用の走査手
段に備えられた測長手段の測長出力の読み出しのタイミ
ングのばらつきの影響を除去するため、露光時のマスク
(R)及び基板(W)の走査速度を一定とし、パルス光
源(1)への発光トリガーを等時間間隔に送出するよう
にしている。
【0016】即ち、パルスエネルギーのばらつきのみな
らず、パルス光源(1)の発光タイミングのばらつきも
考慮に入れて露光量制御を行っているので、露光量制御
及び照度均一性の制御の精度が向上する。また、測長手
段の信号処理時間のばらつきに影響されないため、露光
量制御及び照度均一性の制御の精度がより向上する。ま
た、本発明の露光制御装置によれば、上述の露光制御方
法が実施できる。次に、本発明の第1及び第2の走査露
光方法によれば、それぞれ露光ビームの発振タイミング
のずれに関する情報を利用することが可能であるため、
例えば被露光体としての基板への積算露光量及び照度均
一性を所定の精度で制御するのに必要な最小の露光パル
ス数を高精度に決定することができる。従って、露光量
制御及び照度均一性の制御の精度が向上する。
【0017】
【実施例】以下、本発明の一実施例につき図面を参照し
て説明する。本実施例は、光源としてエキシマレーザ光
源等のパルス発振型の露光光源を有するスリットスキャ
ン露光方式の投影露光装置に本発明を適用したものであ
る。図1は本実施例の投影露光装置を示し、この図1に
おいて、パルス発振型のパルス光源1から射出されたレ
ーザビームは、シリンダーレンズやビームエキスパンダ
等で構成されるビーム整形光学系2により、後続のフラ
イアイレンズ4に効率よく入射するようにビームの断面
形状が整形される。ビーム整形光学系2から射出された
レーザビームは光量調整手段3に入射する。光量調整手
段3は透過率の粗調部と微調部とを有するものとする。
光量調整手段3から射出されたレーザビームはフライア
イレンズ4に入射する。フライアイレンズ4は、後続の
視野絞り7及びレチクルRを均一な照度で照明するため
のものである。
【0018】フライアイレンズ4から射出されるレーザ
ビームは、反射率が小さく透過率の大きなビームスプリ
ッター5に入射し、ビームスプリッター5を通過したレ
ーザビームは、第1リレーレンズ6により視野絞り7上
を均一な照度で照明する。本実施例の視野絞り7の開口
部の形状は長方形である。視野絞り7を通過したレーザ
ビームは、第2リレーレンズ8、折り曲げミラー9及び
メインコンデンサーレンズ10を経て、レチクルステー
ジ11上のレチクルRを均一な照度で照明する。視野絞
り7とレチクルRのパターン形成面及びウエハWの露光
面とは共役であり、視野絞り7の開口部と共役なレチク
ルR上の長方形のスリット状の照明領域24にレーザビ
ームが照射される。視野絞り7の開口部の形状を駆動部
(図示省略)を介して変化させることにより、そのスリ
ット状の照明領域24の形状を調整することができる。
【0019】レチクルR上のスリット状の照明領域24
内のパターン像が投影光学系15を介してウエハW上に
投影露光される。スリット状の照明領域24と投影光学
系15に関して共役な領域を露光領域24Wとする。そ
して、投影光学系15の光軸に平行にZ軸をとり、その
光軸に垂直な平面内でスリット状の照明領域24に対す
るレチクルRの走査方向をX方向とすると、レチクルス
テージ11はレチクルステージ駆動部12によりX方向
に走査される。レチクルステージ駆動部12は、装置全
体の動作を制御する主制御系13により制御されてい
る。また、レチクルステージ駆動部12には、レチクル
ステージ11のX方向の座標を検出するための測長装置
(レーザ干渉計等)が組み込まれ、これにより計測され
たレチクルステージ11のX座標が主制御系13に供給
されている。
【0020】一方、ウエハWはウエハホルダー16を介
して、少なくともX方向(図1では左右方向)に走査可
能なXYステージ17上に載置されている。図示省略す
るも、XYステージ17とウエハホルダー16との間に
は、ウエハWをZ方向に位置決めするZステージ等が装
備されている。スリットスキャン露光時には、レチクル
Rが+X方向(又は−X方向)に走査されるのに同期し
て、XYステージ17を介してウエハWは露光領域24
Wに対して−X方向(又はX方向)に走査される。主制
御系13がウエハステージ駆動部18を介してそのXY
ステージ17の動作を制御する。ウエハステージ駆動部
18には、XYステージ17のX方向及びY方向の座標
を検出するための測長装置(レーザ干渉計等)が組み込
まれ、これにより計測されたXYステージ17のX座標
及びY座標が主制御系13に供給されている。
【0021】また、ビームスプリッター5で反射された
レーザビームは、光電変換素子よりなる露光量モニター
19で受光され、露光量モニター19の光電変換信号が
増幅器20を介して演算部14に供給される。露光量モ
ニター19の光電変換信号と、ウエハWの露光面上での
パルス露光光の照度との関係は予め求められている。即
ち、露光量モニター19の光電変換信号は予め校正され
ている。
【0022】演算部14は、露光モニター19の光電変
換信号より、パルス光源1から出力されるパルス光のパ
ルス光量のばらつきのみならず、各パルス光の発光タイ
ミングをも計測する。これらパルス光量のばらつき及び
発光タイミングのばらつきは主制御系13に供給され
る。また、露光時には演算部14は、各パルス光毎の光
電変換信号を積算して、ウエハWへの積算露光量を求め
て主制御系13へ供給する。
【0023】主制御系13は、トリガー制御部21を介
してパルス光源1に発光トリガー信号TPを供給するこ
とにより、パルス光源1の発光のタイミングを制御す
る。また、トリガー制御部21からパルス光源1に発光
トリガー信号TPを送出したタイミングと、演算部14
で検出される受光タイミングとより、演算部14は、パ
ルス光源1に発光トリガーが供給されてから、実際にパ
ルス光源1が発光するまでの時間のばらつき、即ちパル
ス光源1の発光タイミングのばらつきを求めることがで
きる。また、主制御系13は、必要に応じてパルス光源
1の出力パワーを調整するか、又は光量調整手段3にお
ける透過率を調整する。オペレータは入出力手段22を
介して主制御系13にレチクルRのパターン情報等を入
力することができると共に、主制御系13には各種情報
を蓄積できるメモリ23が備えられている。
【0024】次に、図2のフローチャートを参照して本
例でレチクルRのパターンをウエハW上に露光する場合
の動作の一例につき説明する。先ず、図2のステップ1
01において、オペレータは入出力手段22を介して主
制御系13に、ウエハ面での所望の露光量S(mJ/c
2 )を設定する。次にステップ102において、主制
御系13は、トリガー制御部21にダミー発光の指示を
与える。すると、ウエハWが露光されない場所(露光領
域24Wの外の領域)に退避した状態で、パルス光源1
の試験的な発光(ダミー発光)が行われる。ダミー発光
では例えば100パルス程度のパルス光が発光され、露
光量モニター19にて検出される光電変換信号から分か
るパルス光量の分布及び発光タイミングの分布は、図3
に示すように共にほぼ正規分布形となる。
【0025】図3(a)はそのダミー発光により測定さ
れる各パルス光のパルス光量p(ウエハの露光面上に換
算した量)の値(mJ/cm2 )の分布を示し、図3
(b)はそのダミー発光により測定されるパルス光源1
の発光タイミングδ(sec)の分布を示す。そして、
ステップ103において演算部14は、図3(a)に示
すパルス光量pの分布データから、ウエハの露光面上で
の平均パルス光量〈p〉(mJ/cm2・pulse)を求
め、図3(b)に示す発光タイミングδの分布データか
ら、発光タイミングのばらつきの平均値〈δ〉を求め
る。
【0026】その後ステップ104において演算部14
は、図3(a)に示すパルス光量pの分布データから、
標準偏差の3倍(3σ)でのパルス光量の偏差Δpを求
め、図3(b)に示す発光タイミングδの分布データか
ら、標準偏差の3倍での発光タイミングの偏差Δδを求
める。そして、演算部14は、パルス光量のばらつき
(Δp/〈p〉)及び発光タイミングのばらつき(Δδ
/〈δ〉)を算出する。
【0027】次に、ステップ105において、入出力手
段22を介して指定された所望の露光量S(mJ/cm
2 )が主制御系13から演算部14に送出され、演算部
14は、その所望の露光量S及びステップ103で算出
した平均パルス光量〈p〉を用いて次式より露光パルス
数Nを算出する。
【0028】
【数1】
【0029】ここで、int(A)は、実数Aの小数点
以下を切り捨てて得られた整数を表している。また、メ
モリ23から主制御系13を経て演算部14に、ウエハ
面上でのスリット状の露光領域24Wの走査方向の幅D
(cm)、パルス光源1の発振周波数f(Hz)の情報
が送られ、演算部14は、(数1)により求めた露光パ
ルス数N、幅D及び周波数fを用いて次式よりウエハ面
上での走査速度v(cm/sec)を求める。
【0030】
【数2】
【0031】その後ステップ106において、演算部1
4は、ウエハWの露光面での積算露光量及び照度均一性
を所定の精度内に制御するために必要な最小の露光パル
ス数Nmin を算出するが、その演算式については後で詳
細に説明する。露光パルス数N及び最小の露光パルス数
min は主制御系13に供給される。
【0032】次に、ステップ107において、主制御系
13は露光パルス数Nと最小の露光パルス数Nmin とを
比較し、(N<Nmin)の場合にはステップ108に移行
して、主制御系13は図1の光量調整手段3の透過率を
粗く低下させる(粗調する)。その後ステップ102〜
107までを繰り返して、再び露光パルス数Nと最小の
露光パルス数Nmin とを比較する。従って、最終的に
(N≧Nmin)となるように光量調整手段3の透過率が設
定される。透過率を粗調する手段の一例としては、本出
願人による特開昭63−316430号公報や特開平1
−257327号公報に開示されているような、ターレ
ット板に複数の透過率をもつNDフィルタを装着した装
置等がある。
【0033】次に、ステップ107で(N≧Nmin)とな
った場合は、ステップ109に移行してパルス光の光量
の微調整を行う。即ち、(数1)式においてS/〈p〉
が整数となるように、平均パルス光量〈p〉の微調を行
う。この際に、ステップ105において(数1)より求
めた露光パルス数Nに従って走査速度vも定めたので、
露光パルス数Nの値を変えないように、即ち平均パルス
光量〈p〉を少しだけ大きくする方向で、パルス光量の
微調整を行うのが望ましい。逆に、パルス光量の微調整
により、平均パルス光量〈p〉が僅かに小さくなること
によって、露光パルス数Nが(N+1)となってしまう
ときには、走査速度vを改めて(数2)に従って求め直
してやればよい。
【0034】パルス光のエネルギーを微調整するための
光量微調手段の一例としては、本出願人による特開平2
−135723号公報に開示されているように、パルス
光の光路に沿って配置されると共に同一ピッチでライン
・アンド・スペースパターンが形成された2枚の格子
と、これら2枚の格子を僅かに横ずれさせる機構とから
なる手段等が挙げられる。2枚の格子を使用する場合、
第1の格子の明部と第2の格子の明部とが重なった領域
のパルス光がウエハW側に照射されるため、それら2枚
の格子の相対的な横ずれ量を調整することにより、ウエ
ハW側に照射されるパルス光量を微調整することができ
る。
【0035】その後、ステップ110において、主制御
系13は、レチクルステージ11及びウエハ側のXYス
テージ17を介してレチクルR及びウエハWの走査を開
始させる。図1において、例えばレチクルRがX方向に
走査されるときには、ウエハWは−X方向に走査され
る。また、本例では、レチクルR及びウエハWの走査速
度(ウエハWの露光面での換算値)vは(数2)により
定められているが、走査開始後にウエハ側のXYステー
ジ17の走査速度がその走査速度vに達するまでの整定
時間をT0 とする。
【0036】更に、走査開始時に時間tを0にリセット
して、パラメータjを0にリセットした後、ステップ1
11に示すように、主制御系13は、時間tが(T0
jΔT)になったときに、トリガー制御部21を介して
パルス光源1に発光トリガー信号TPをオン(ハイレベ
ル“1”のパルス)にする。これに応じて、パルス光源
1では1個のパルス光を発生し、レチクルRのパターン
がウエハW上に露光される。
【0037】図5は本例の発光トリガー信号TPを示
し、この図5に示すように、発光トリガー信号TPは時
間tがT0 に達した時点から一定周期ΔTでオンにされ
る。従って、パルス光源1は一定の周期ΔTで発光する
ことになり、パルス光源1の発振周波数fは1/ΔTで
表される。その発振周波数fは予めメモリ23に記憶さ
れている値である。その後、ステップ112でパラメー
タjに1を加算して、ステップ113でパラメータjが
整数NT に達していない場合には、ステップ111でパ
ルス光源1の発光を行うことにより、パルス光源1では
T 個のパルス光の発光が一定の周波数fで(一定の周
期ΔTで)行われる。
【0038】図1において、ウエハW上の1個のショッ
ト領域の走査方向(X方向)の幅をL1、露光領域24
Wの走査方向の幅をDとすると、パルス光源1の発光の
1周期でウエハWが走査される距離はv/fであるた
め、パルス光の発光数NT の最小値は次のようになる。 NT =(L1+D)/(v/f) =(L1+D)f/v 実際には走査の開始時及び終了時に所定数のパルス光が
付加される。そして、ステップ113において、発光さ
れたパルス数がNT に達したときに、ステップ114に
移行して主制御系13はレチクルR及びウエハWの走査
及び露光を終了する。これにより、レチクルR上の1シ
ョット分の全パターンがウエハW上の1つのショット領
域に露光される。この場合、本例ではパルス光源1の発
光はレチクルステージ11のX座標及びウエハ側のXY
ステージ17のX座標とは関係なく、一定の周波数で行
われる。但し、レチクルステージ11及びXYステージ
17はそれぞれ一定速度で走査されている。そのため、
本例ではレチクルステージ11のX座標の計測に要する
時間又はウエハ側のXYステージ17のX座標の計測に
要する時間がばらついても、パルス光源1の発振周波数
は影響されることがなく、ウエハWに対する積算露光量
及び照度均一性は所望の精度内に維持される。
【0039】次に、図2のステップ106において最小
の露光パルス数Nmin を算出する方法について詳述す
る。先ず、図1の視野絞り7により形成される照明視野
(照明領域24)及びウエハW上の露光領域24Wの走
査方向の断面に沿う照度分布は、それぞれ理想的には長
方形である。しかしながら、実際には視野絞り7の設置
誤差や光学系の収差等により、その照度分布は図4に示
すような台形状となってしまう。
【0040】図4は、ウエハW上の走査方向の位置Xに
おける各パルス光毎の照度分布を位置Xの関数pで表し
たものである。例えば、視野絞り7の開口内の1点から
射出され光が、ウエハW上で半径△Dの円形領域に一様
な照度でぼけるとすると、台形状の照度分布のスロープ
部は、次式のような変数(X/ΔD)の関数となること
が容易に証明される。
【0041】
【数3】
【0042】図4にはこのような僅かなボケをもつ断面
に沿う照度分布を、各パルス光毎に分布曲線25A,2
5B,25Cで示す。実際には露光領域24Wの走査方
向の幅は数mmであり、照度のぼけの幅△Dは数10〜
数μm程度であるので、図4の断面に沿う照度分布はほ
ぼ長方形の分布である。分布曲線25A,25B,25
Cのピーク値はそれぞれp1,p2,p3 であり、分布曲線
25A,25B,25Cのにおいて、それぞれ値がピー
ク値の1/2になる位置の走査方向の幅は共通にDとな
っている。この幅Dを露光領域24Wの走査方向の幅と
考えることができる。
【0043】また、図4において、パルス光量のばらつ
きにより1パルス目(分布曲線25A)、2パルス目
(分布曲線25B)、3パルス目(分布曲線25C)の
ピーク光量はそれぞれ変化しており、また発光タイミン
グのばらつきにより各パルス光の発光間隔も一定ではな
くなっている。ここで、1パルス目の分布曲線25Aの
両側のスロープ部において、それぞれ値がピーク値の1
/2以下の領域(幅△D 1 及び△D2 の領域)に対し、
2パルス目以降重ねて露光されるパルス数をN1及びN2
とおけば、次式が成立する。
【0044】
【数4】
【0045】即ち、幅Dの露光領域を走査する間に露光
されるパルス数がN((数1)で表される)であるた
め、幅△D1 及び△D2 の領域にはそれぞれの幅に比例
するだけの数のパルス光が露光される。このとき、走査
露光後の露光量及び照度均一性の精度Aは次式にて表現
される。例えば精度が1%であれば、Aは0.01であ
る。
【0046】
【数5】
【0047】(数5)の右辺の第1項はパルス光量のば
らつきにより発生する項、第2項はパルス光量のばらつ
きと発光タイミングのばらつきとにより発生する項、第
3項は露光領域24Wのぼけの非対称性により生ずる照
度均一性の劣化を表す項である。(数5)の右辺中で、
幅D、幅△D1 、幅△D2 はそれぞれ装置定数としてメ
モリ23に格納されている。なお、本実施例とは異なる
が、それらの幅D、幅△D1 、幅△D2 の計測機能を露
光装置が備えていても良い。また、(△p/〈p〉)及
び(△δ/〈δ〉)はステップ104に示したように実
測により求められる。従って、所望の精度Aを(数5)
に代入して、Nについて解くことにより、その所望の精
度Aを得るために必要な最小の露光パルス数Nmin が求
められる。
【0048】なお、上述の実施例では、パルス光源1の
有する空間的コヒーレンスの影響のために発生する干渉
縞や、不規則な照明むら(スペックル)を低減するため
の制御手段についての説明は省略していた。一般にエキ
シマレーザは空間的コヒーレンスが良好であるため、エ
キシマレーザ光源を用いる露光装置では干渉縞低減手段
を備え、複数パルスの露光により干渉縞低減を行いつつ
露光量制御を行っている(例えば特開平1−25732
7号公報参照)。この場合には、干渉縞低減に必要な最
小露光パルス数と、(数4)及び(数5)から求まる最
小の露光パルス数Nmin との大きい方をNmin と定めれ
ばよい。
【0049】また、上述実施例では露光量モニター19
を照明光学系中に設置しているが、その露光量モニター
19をウエハステージ(16,17)上のセンサーで代
用しても良い。但し、このようにウエハステージ上に設
けられたセンサーは、パルス光源1のダミー発光中のみ
使用可能であり、実際にウエハWへ露光しているときに
は別の露光量モニターが必要となる。
【0050】また、本実施例ではスリット状の照明領域
を長方形としたが、六角形、菱形又は円弧状等の照明領
域であっても、同様に本発明を適用できることは言うま
でもない。更に、図1における投影光学系15は、屈折
式でも反射式でも反射屈折式でも構わない。そして、パ
ルス光源1としてはレーザ光源に限らず、プラズマX線
源やシンクロトロン放射装置(SOR)等でも構わな
い。更に、本発明は投影露光装置のみならず、コンタク
ト方式やプロキシティ方式の露光装置でも有効であるこ
とは言うまでもない。
【0051】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。
【0052】
【発明の効果】本発明によれば、パルス光源の持つパル
スエネルギーのばらつきのみならず、発光タイミングの
ばらつきをも考慮に入れて露光量制御を行うので、露光
量及び照度均一性の制御精度が向上する利点がある。ま
た、パルス光源の発光トリガを一定周期でそのパルス光
源に供給し、露光時のマスクと感光基板との走査速度も
一定としているので、レーザ干渉計等の測長装置からの
測長結果の読み出しタイミングのばらつきの影響が軽減
され、露光量及び照度均一性の制御精度が更に向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のスリットスキャン露光方式
の投影露光装置を示す構成図である。
【図2】その実施例における露光動作の一例を示すフロ
ーチャートである。
【図3】(a)は実施例におけるパルス光量の分布状態
を示す図、(b)は実施例における発光タイミングの分
布状態を示す図である。
【図4】実施例のウエハの露光面上でのパルス光による
照度分布を示す図である。
【図5】実施例のパルス光源に供給される発光トリガー
パルスを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 パルス光源 3 光量調整手段 7 視野絞り R レチクル W ウエハ 11 レチクルステージ 13 主制御系 14 演算部 15 投影光学系 17 XYステージ 19 露光量モニター 21 トリガー制御部
───────────────────────────────────────────────────── 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 G03F 7/20

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光の度に所定の範囲内での光量変動及
    び発光タイミング変動を伴うパルス光を発生するパルス
    光源からの前記パルス光を所定の照明領域に照射し、前
    記所定の照明領域に対してマスク及び基板を同期して相
    対的に走査しつつ前記マスク上のパターンを前記基板上
    へ露光する際に、前記基板への前記パルス光の積算露光
    量及び前記基板上での照度均一性を所定の精度内に制御
    するための露光制御方法において、 前記基板に対する露光の前に予め、前記パルス光源に前
    記パルス光を複数パルス発光させることにより、前記パ
    ルス光のパルスエネルギーの平均値、パルスエネルギー
    のばらつき及び発光タイミングのばらつきを求める第1
    工程と、 該第1工程で求められた前記パルスエネルギーのばらつ
    き及び前記発光タイミングのばらつきに基づいて、前記
    基板への積算露光量及び前記基板上での照度均一性を所
    定の精度内に制御するために必要な、前記基板上の1点
    に照射されるべき前記パルス光の最小パルス数を求める
    第2工程と、 前記パルス光の最小パルス数、前記基板に対する適正な
    積算露光量及び前記第1工程で求められた前記パルスエ
    ネルギーの平均値に基づいて、前記基板上に照射される
    前記パルス光のパルスエネルギーを一律に調整するため
    の調整度を設定する第3工程と、 前記パルス光源に前記パルス光を発光させるための発光
    トリガー信号を等時間間隔で送出させて、前記所定の照
    明領域に対して相対的に前記マスク及び前記基板を走査
    することにより、前記マスクのパターンを前記基板上に
    露光する第4工程と、 を有することを特徴とする露光制御方法。
  2. 【請求項2】 発光の度に所定の範囲内での光量変動及
    び発光タイミング変動を伴うパルス光を外部からの発光
    トリガー信号に応じて発生するパルス光源と、前記パル
    ス光を所定の照明領域に照射する照明光学系と、前記所
    定の照明領域に対してマスク及び基板を同期して相対的
    に走査する走査手段とを有し、前記所定の照明領域に対
    して前記マスク及び前記基板を相対的に走査して前記マ
    スク上のパターンを前記基板上へ露光する露光装置に設
    けられ、前記基板への前記パルス光の積算露光量及び前
    記基板上での照度均一性を所定の精度内に制御するため
    の露光制御装置において、 前記基板上に照射される前記パルス光毎の実際のパルス
    エネルギー及び発光タイミングを計測する発光状態モニ
    ター手段と、 前記基板に対する露光の前に予め、前記パルス光源に前
    記パルス光を複数パルス発光させることにより、前記発
    光状態モニター手段にて計測された結果から前記パルス
    光のパルスエネルギーの平均値、パルスエネルギーのば
    らつき及び発光タイミングのばらつきを求める第1演算
    手段と、 該第1演算手段により求められた前記パルスエネルギー
    のばらつき及び前記発光タイミングのばらつきに基づい
    て、前記基板への積算露光量及び前記基板上での照度均
    一性を所定の精度内に制御するために必要な、前記基板
    上の1点に照射されるべき前記パルス光の最小パルス数
    を求める第2演算手段と、 前記パルス光の最小パルス数、前記基板に対する適正な
    積算露光量及び前記第1演算手段により求められた前記
    パルスエネルギーの平均値に基づいて、前記基板上に照
    射される前記パルス光のパルスエネルギーを所定の調整
    度で一律に調整する光量調整手段と、 前記所定の照明領域に対して相対的に前記マスク及び前
    記基板を走査しつつ、前記マスクのパターンを前記基板
    上に露光する際に、前記パルス光源に対して前記発光ト
    リガー信号を等時間間隔で供給する発光制御手段と、 を有することを特徴とする露光制御装置。
  3. 【請求項3】 パルス発振される露光ビームに対して被
    露光体を移動することにより前記被露光体を走査露光す
    る走査露光方法において、 前記露光ビームの発振タイミングのずれに関する情報に
    基づいて前記被露光体の走査露光を制御することを特徴
    とする走査露光方法。
  4. 【請求項4】 パルス発振される露光ビームに対して被
    露光体を移動することにより前記被露光体を走査露光す
    る走査露光方法において、 前記露光ビームの発振タイミングのずれに関する情報を
    計測することを特徴とする走査露光方法。
  5. 【請求項5】 前記被露光体の走査露光に先立って露光
    ビームのパルス発振を行い、 該パルス発振された露光ビームを検出して、前記露光ビ
    ームの発振タイミングのずれに関する情報を計測するこ
    とを特徴とする請求項3又は4に記載の走査露光方法。
  6. 【請求項6】 前記パルス発振された露光ビームを検出
    して、前記露光ビームのエネルギーのばらつきをも計測
    することを特徴とする請求項5に記載の走査露光方法。
  7. 【請求項7】 前記露光ビームの検出は、前記走査露光
    中に前記被露光体に対する積算露光量をモニタするため
    の検出器を用いて行なわれることを特徴とする請求項5
    又は6に記載の走査露光方法。
  8. 【請求項8】 前記計測結果に基づいて、前記被露光体
    に対する走査露光の制御を行うことを特徴とする請求項
    4から7のいずれか一項に記載の走査露光方法。
  9. 【請求項9】 前記露光ビームの発振タイミングのずれ
    に基づいて、前記走査露光中に前記被露光体上の各点に
    照射されるべき露光ビームのパルス数を決定することを
    特徴とする請求項3又は8に記載の走査露光方法。
  10. 【請求項10】 前記露光ビームのエネルギーのばらつ
    きをも考慮して、前記走査露光中に前記被露光体上の各
    点に照射されるべき露光ビームのパルス数を決定するこ
    とを特徴とする請求項9に記載の走査露光方法。
  11. 【請求項11】 前記決定されたパルス数の露光ビーム
    が前記被露光体上の各点に照射されるように、前記走査
    露光中の前記被露光体の移動速度が設定されることを特
    徴とする請求項9又は10に記載の走査露光方法。
  12. 【請求項12】 前記決定されたパルス数の露光ビーム
    により前記被露光体に対して適正な露光量が与えられる
    ように、前記被露光体上に照射すべき露光ビームのエネ
    ルギーが設定されることを特徴とする請求項9から11
    のいずれか一項に記載の走査露光方法。
  13. 【請求項13】 請求項3から12のいずれか一項に記
    載の走査露光方法を用いるデバイス製造方法。
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