JP3316697B2 - 投影光学装置、レーザ装置、走査型露光装置、走査露光方法、及び該方法を用いたデバイス製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体集積回路
又は液晶表示素子等をリソグラフィ工程で製造する際に
使用される投影光学装置に関し、特にパルス発光する光
源を用いて所謂スティッチング及びスリットスキャン露
光方式で露光を行う投影露光装置に適用して好適な投影
光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をリソグ
ラフィ工程で製造する際に、露光光のもとでフォトマス
ク又はレチクル（以下「レチクル」と総称する）のパタ
ーン像を投影光学系を介して感光基板上に投影する投影
露光装置が使用されている。斯かる装置として、例えば
特公昭４６−３４０５７号公報に開示されているよう
に、スティッチング及びスリットスキャン露光方式の投
影露光装置が知られている。このスティッチング及びス
リットスキャン露光方式では、レチクル上の所定形状の
照明領域に対して相対的に所定の第１の方向にレチクル
及び感光基板を同期して走査することにより、感光基板
上の第１列目の領域への露光が行われる。

【０００３】その後、そのレチクルを交換するか、又は
そのレチクルをその照明領域の第１の方向に垂直な第２
の方向に所定量だけ移動して、その感光基板をその照明
領域の第２の方向に共役な方向に横ずれ（スティッチン
グ）させる。そして、再びレチクル上の所定形状の照明
領域に対して相対的に第１の方向にレチクル及び感光基
板を同期して走査することにより、感光基板上の第２列
目の領域への露光が行われる。これにより、投影光学系
の露光フィールドよりも広い感光基板上の領域にレチク
ルのパターンを露光することができる。

【０００４】図１０（ａ）は、従来のスティッチング及
びスリットスキャン露光方式の投影露光装置におけるレ
チクル上の照明領域を示し、この図１０（ａ）におい
て、位置Ａを中心とする正６角形状の照明領域１に照明
光学系からの露光光が照射されている。また、位置Ａの
照明領域１に対してレチクルを−Ｘ方向に一定速度Ｖで
走査することにより、照明領域１はレチクル上を軌跡２
Ａに沿って相対的に移動して位置Ｂに達する。この状態
でレチクルをＹ方向に移動することにより、照明領域１
はレチクル上を軌跡２Ｂに沿って相対的に移動して位置
Ｃに達する。その後、レチクルをＸ方向に一定速度Ｖで
走査することにより、照明領域１はレチクル上を軌跡２
Ｃに沿って相対的に移動する。

【０００５】図１０（ｂ）は、従来のスティッチング及
びスリットスキャン露光方式の投影露光装置における感
光基板としてのウエハ上の被露光領域を示し、この図１
０（ｂ）において、位置ＡＰを中心とする正６角形状の
露光領域３がレチクル上の位置Ａの照明領域１と共役な
領域である。正６角形状の露光領域３は２辺がＹ方向に
平行になっており、正６角形状の露光領域３の対向する
２頂点の間隔をＲ、対向する２辺の間隔をＷとすると、
Ｗ＝３^1/2 Ｒ／２である。また、投影光学系によるレチ
クルからウエハへの投影倍率をβとして、位置ＡＰの露
光領域３に対してウエハをＸ方向に一定速度β・Ｖで走
査することにより、露光領域３はウエハ上を軌跡２ＡＰ
に沿って相対的に移動して位置ＢＰに達する。この状態
でウエハを−Ｙ方向に距離３Ｒ／４だけ移動することに
より、露光領域３はウエハ上を軌跡２ＢＰに沿って相対
的に移動して位置ＣＰに達する。この動作がスティッチ
ングである。その後、ウエハを−Ｘ方向に一定速度β・
Ｖで走査することにより、露光領域３はウエハ上を軌跡
２ＣＰに沿って相対的に移動する。

【０００６】そして、軌跡２ＡＰに沿って相対移動する
露光領域３と軌跡２ＣＰに沿って相対移動する露光領域
３とは、それぞれＹ方向の幅がＲ／４の２等辺３角形の
領域が接続領域４で重なるように走査される。従って、
接続領域４では２回露光が行われる。このように接続領
域４を設けるのは、軌跡２ＡＰに沿って相対移動する露
光領域３により露光されるパターンと、軌跡２ＣＰに沿
って相対移動する露光領域３により露光されるパターン
との間に位置ずれが生じないようにするためである。ま
た、正６角形状の露光領域３の２等辺３角形の領域が重
なるようにすることにより、次に示すように、ウエハ上
の照度分布が均一化される。

【０００７】従来は露光光の光源としては、一般に水銀
灯のように連続発光の光源が使用されていたため、ウエ
ハ上の接続領域４中の露光点Ｐ１は、軌跡２ＡＰに沿っ
て相対移動する露光領域３の領域５Ａで連続的に露光さ
れ、軌跡２ＣＰに沿って相対移動する露光領域３の領域
６Ａで連続的に露光される。それら領域５Ａ及び領域６
ＡのＸ方向の長さの合計は露光領域３の幅Ｗと等しい。
また、ウエハ上の接続領域４中の別の露光点Ｐ２は、軌
跡２ＡＰに沿って相対移動する露光領域３の領域５Ｂで
連続的に露光され、軌跡２ＣＰに沿って相対移動する露
光領域３の領域６Ｂで連続的に露光され、それら領域５
Ｂ及び領域６ＢのＸ方向の長さの合計はＷと等しい。ま
た、軌跡２ＡＰに沿って相対移動する露光領域３だけに
露光される非接続部の露光点Ｐ０では、Ｘ方向に幅Ｗの
領域で連続的に露光される。従って、連続発光型の光源
を使用した場合には、ウエハ上のどの露光点Ｐ０，Ｐ
１，Ｐ２でも、照射される露光光の量は同じであり、照
度分布は均一である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近は解像
力をより向上するため、露光光の短波長化が求められて
いる。現在実用化レベルにある光源の中で波長が比較的
短いものは、ＡｒＦエキシマレーザー（波長：１９３ｎ
ｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（波長：２４８ｎｍ）等
のエキシマレーザー及び金属蒸気レーザー等である。し
かしながら、エキシマレーザー光源及び金属蒸気レーザ
ー光源はパルス発光（パルス発振）型であるため、その
使用に際しては水銀灯のような連続発光の光源の場合と
は違う配慮が必要である。

【０００９】図１１（ａ）は正６角形状の露光領域３を
パルスレーザー光源からのパルスレーザー光で照明する
場合を示し、この図１１（ａ）において、露光領域３は
ウエハ上の投影光学系の円形の露光領域７の輪郭に内接
する領域である。また、露光領域３の間隔がＷの対向す
る２辺がＹ方向に平行であり、露光領域３に対してＸ方
向及び−Ｘ方向にウエハが相対的に走査されるものとす
る。この場合、パルスレーザー光のパルス毎のエネルギ
ーのばらつきやスペックル等の影響を低減させるために
は、ウエハ上の各露光点にパルスレーザー光を複数パル
ス露光する必要がある。そこで、露光領域３のＸ方向の
幅がＷの領域により露光される露光点Ｐ０が、パルスレ
ーザー光によりｍ回（ｍは１以上の整数）露光されるも
のとする。これは、パルス発光の１周期Ｔの間にウエハ
がＸ方向又は−Ｘ方向に走査される距離をΔＬとして、
ウエハの走査速度をβ・Ｖとすると、次の関係があれば
よい。

【数１】Ｗ＝ｍ・ΔＬ＝ｍ・Ｔ・β・Ｖ

【００１０】図１１（ａ）はｍ＝８の場合を示してお
り、パルス発光があった時点に露光点Ｐ０が露光領域３
のエッジ部に在るものとすると、露光点Ｐ０は露光領域
３の内部で７回パルスレーザー光に露光され、エッジ部
で２回パルスレーザー光に露光される。この場合、エッ
ジ部で露光されるエネルギーは内部で露光されるエネル
ギーの１／２であるため、露光点Ｐ０には全体で８パル
ス分のエネルギーが照射される。そして、パルス発光時
点で露光点Ｐ０がＸ方向のどの位置に在っても、露光点
Ｐ０には全体で８パルス分のエネルギーが照射される。
また、露光領域３の右側の２等辺３角形の領域３ａが通
過する露光点の中で、図１１（ａ）に示す露光点Ｐ１〜
Ｐ８が２等辺３角形の領域３ａを通過する距離は、それ
ぞれ８・ΔＬ〜１・ΔＬである。従って、これら露光点
Ｐ１〜Ｐ８には、Ｘ方向に領域３ａを通過する際にそれ
ぞれ８パルス分〜１パルス分のエネルギーが照射され
る。

【００１１】また、次にウエハのスティッチングを行っ
てから、露光領域３に対してウエハを−Ｘ方向に走査す
ると、露光点Ｐ１〜Ｐ８にはそれぞれほぼ０パルス分〜
７パルス分のエネルギーが露光される。従って、露光点
Ｐ１〜Ｐ８でも、スティッチングにより２回スリットス
キャン露光を行うことにより、それぞれ露光点Ｐ０と同
様に８パルス分のエネルギーが露光される。しかしなが
ら、図１１（ａ）の露光点Ｐ４と露光点Ｐ５との中間の
露光点を図１１（ｂ）及び（ｃ）の露光点Ｐ９とする
と、この露光点Ｐ９では２回のスリットスキャン露光を
行っても照射されるエネルギーがばらつくという不都合
がある。即ち、図１１（ｂ）に示す場合には、ウエハを
露光領域３の右側の２等辺３角形の領域３ａ内でＸ方向
に走査する際に、露光点Ｐ９が位置８に在るときにパル
ス発光が行われ、スティッチング後にウエハを露光領域
３の左の２等辺３角形の領域３ｂ内でＸ方向に走査する
際に、露光点Ｐ９が位置９に在るときにパルス発光が行
われる。従って、露光点Ｐ９には９パルス分のエネルギ
ーが照射される。

【００１２】一方、図１１（ｃ）に示す場合には、ウエ
ハを露光領域３の右側の２等辺３角形の領域３ａ内でＸ
方向に走査する際に、露光点Ｐ９が位置１０に在るとき
にパルス発光が行われ、スティッチング後にウエハを露
光領域３の左の２等辺３角形の領域３ｂ内でＸ方向に走
査する際に、露光点Ｐ９が位置１１に在るときにパルス
発光が行われる。従って、露光点Ｐ９には７パルス分の
エネルギーが照射される。従って、露光点Ｐ９には、パ
ルス発光のタイミングにより７パルス分〜９パルス分の
エネルギーが照射されることになる。従って、ウエハ上
の接続部４ではパルスレーザー光による照射エネルギー
のむら、即ち照度むらが生じるという不都合がある。

【００１３】本発明は斯かる点に鑑み、スティッチング
及びスリットスキャン露光方式で露光を行う場合に、光
源がパルス発光型の場合に感光基板上でスティッチング
により２回走査されて露光される接続部の照度むら（照
射エネルギーのむら）を低減することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の投影
光学装置は、例えば図１及び図２に示す如く、露光光を
パルス発光するパルス光源（３４）と、その露光光で転
写用のパターンが形成されたマスク（１９）を均一な照
度で照明する照明光学系（１３，１６，１８）と、マス
ク（１９）上のその露光光による照明領域（２０）を設
定する視野絞り（１５）と、マスク（１９）の転写用の
パターンの像を感光基板（２８）上に投影する投影光学
系（２７）と、その露光光による照明領域（２０）の所
定の方向に相対的にマスク（１９）及び感光基板（２
８）を同期して走査する相対走査手段（２５，２６，３
３）とを有し、マスク（１９）上のその露光光による照
明領域（２０）よりも広い領域の転写用のパターンの像
を感光基板（２８）上に露光する投影光学装置を前提と
する。

【００１５】そして、本発明は、その露光光による照明
領域（２０）のその所定の方向（Ｘ方向）に交差する第
２の方向（Ｙ方向）に相対的に感光基板（２８）を移動
させる基板移動手段（３０，３３）と、その露光光によ
る照明領域（２０）のその第２の方向の照度分布を台形
状（例えば図２（ｂ））にする照度分布設定手段（１
３，１５）とを設け、感光基板（２８）をその露光光に
よる照明領域（２０）のその第２の方向にずらしなが
ら、その露光光による照明領域（２０）のその所定の方
向に感光基板（２８）を相対的に複数回走査して、マス
ク（１９）又はこのマスクと交換されたマスクの転写用
のパターンの像を感光基板（２８）上に露光するもので
ある。

【００１６】この場合、その露光光による照明領域（２
０）のその所定の方向に相対的にマスク（１９）及び感
光基板（２８）を同期して走査する際の、マスク（１
９）と感光基板（２８）との相対的な位置の誤差を記憶
する記憶手段（２５ａ）を設けることが望ましい。ま
た、例えば図３に示すように、マスク（１９）上のその
露光光による照度分布が台形状の照明領域（２０）のそ
の第２の方向の、照度分布が一定の領域の長さをＬ、そ
の照度分布が台形状の領域の両側の照度が次第に小さく
なる領域の長さをそれぞれＭとして、マスク（１９）上
に形成される転写用のパターンのその露光光による照明
領域（２０）のその第２の方向の幅をＬＴとした場合、
１以上の整数ｎを用いて次の関係が成立するようにその
幅ＬＴを定めることが望ましい。

【数２】ＬＴ＝ｎ・Ｌ＋（ｎ−１）・Ｍ

【００１７】また、その露光光による照明領域（２０）
のその第２の方向に相対的にマスク（１９）を移動させ
るマスク移動手段（２１，２６）を設けることが望まし
い。次に、本発明による第２の投影光学装置は、例えば
図１に示すように、露光光をパルス発光するパルス光源
（１２）と、その露光光で転写用のパターンが形成され
たマスク（１９）を均一な照度で照明する照明光学系
（１３，１６，１８）と、マスク（１９）上のその露光
光による照明領域（２０）を設定する視野絞り（１５）
と、マスク（１９）の転写用のパターンの像を感光基板
（２８）上に投影する投影光学系（２７）と、その露光
光による照明領域（２０）の所定の方向に相対的にマス
ク（１９）及び感光基板（２８）を同期して走査する相
対走査手段（２５，２６，３３）とを有し、マスク（１
９）上のその露光光による照明領域（２０）よりも広い
領域の転写用のパターンの像を感光基板（２８）上に露
光する投影光学装置を前提とする。

【００１８】そして、本発明は、その露光光による照明
領域（２０）のその所定の方向（Ｘ方向）に交差する第
２の方向（Ｙ方向）に相対的に感光基板（２８）を移動
させる基板移動手段（３０，３３）と、パルス光源（１
２）がパルス発光するときの、その所定の方向に平行な
方向の感光基板（２８）の位置を検出して記憶する発光
位置記憶手段（２５，２５ａ）と、パルス光源（１２）
のパルス発光の開始時点を制御する発光制御手段（３
４）とを設け、感光基板（２８）をその露光光による照
明領域（２０）のその第２の方向にずらしながら、その
露光光による照明領域（２０）に対してその所定の方向
に平行な方向へマスク（１９）又はこのマスクと交換さ
れたマスク及び感光基板（２８）を相対的に複数回走査
して、マスク（１９）又はこのマスクと交換されたマス
クの転写用のパターンの像を感光基板（２８）上に露光
する際に、例えば図９に示すように、その相対的な走査
のそれぞれにおいてパルス光源（１２）がパルス発光す
るときの感光基板（２８）のその所定の方向と平行な方
向（Ｘ方向）の位置が同一になるようにしたものであ
る。また、本発明の第３の投影光学装置は、その第２の
投影光学装置の基板移動手段の代わりに干渉計システム
を用いてパルス光源の制御を行うものである。次に、本
発明の第１の走査型露光装置は、露光ビームに対して第
１物体を移動するとともに、該第１物体の移動に同期し
て第２物体を移動することにより、その第２物体を走査
露光する走査型露光装置において、その第１物体に形成
されたパターンの像をその第２物体上に投影するための
投影系と、その第１物体の同期移動の方向と交差する方
向の端部で照度が次第に低下するような照度分布をその
露光ビームに持たせるための分布設定手段と、を備えた
ものである。また、本発明による第２の走査型露光装置
は、露光ビームに対して第１物体を移動するとともに、
該第１物体の移動に同期して第２物体を同期して移動す
ることにより、その第２物体を走査露光する走査型露光
装置において、その第１物体に形成されたパターンの像
をその第２物体上に投影するための投影系と、その露光
ビームの照射領域を設定するとともに、その露光ビーム
の端部に照度が次第に低下するような照度分布を持たせ
るためにデフォーカス状態された視野絞りと、を備えた
ものである。また、本発明による第１の走査露光方法
は、露光ビームに対して被露光物体を所定方向に移動す
ることにより、その被露光物体を走査露光する走査露光
方法において、その所定方向と交差する方向におけるそ
の露光ビームのその被露光物体上での照度分布を台形状
に設定したものである。また、本発明による第２の走査
露光方法は、露光ビームに対して被露光物体を所定方向
に移動することにより、その被露光物体を走査露光する
走査露光方法において、その露光ビームは、その被露光
物体上でその所定方向と交差する方向に所定の照度分布
を有し、該照度分布は、その端部に照度が次第に低下す
る領域を有するものである。また、本発明による第３の
走査露光方法は、露光ビームに対して被露光物体を所定
方向に移動することにより、その被露光物体を走査露光
する走査露光方法において、その露光ビームは、その被
露光物体上でその所定方向と交差する方向に所定の照度
分布を有し、その照度分布は、その両端部に照度が次第
に低下する領域を有し、その両端部の領域のうちの一方
を遮光して走査露光を行うものである。また、本発明に
よる第４の走査露光方法は、露光ビームに対して被露光
物体を移動することにより、その被露光物体を走査露光
する走査露光方法において、その露光ビームの照射領域
を設定するための視野絞りの開口をデフォーカス状態に
して、その被露光物体でその露光ビームの端部に照度が
次第に低下するような照度分布を持たせたものである。
また、本発明による第５の走査露光方法は、第１パター
ンと被露光物体とを同期移動してその被露光物体を走査
露光する段階と、該第１パターンを用いた走査露光の後
に、第２パターンとその被露光物体とを同期移動してそ
の被露光物体を走査露光する段階とを含み、その被露光
物体上でその第１パターンを用いて走査露光される領域
とその第２パターンを用いて走査露光される領域とを重
複させる走査露光方法において、その第１パターンを用
いた走査露光中に、その第１パターンとその被露光物体
との相対的な位置情報をモニタし、その第２パターンを
用いた走査露光中に、その第１パターンを用いた走査露
光中にモニタされた位置情 報に基づいてその第２パター
ンとその被露光物体との位置調整を行うものである。ま
た、本発明による第６の走査露光方法は、第１パターン
と被露光物体とを同期移動してその被露光物体を走査露
光する段階と、該第１パターンを用いた走査露光の後
に、第２パターンとその被露光物体とを同期移動してそ
の被露光物体を走査露光する段階とを含み、その被露光
物体上でその第１パターンを用いて走査露光される領域
とその第２パターンを用いて走査露光される領域とを重
複させる走査露光方法において、その第１パターンを用
いた走査露光の際のショット歪に合わせて、その第２パ
ターンを用いた走査露光の際のその第２パターンとその
被露光物体との位置関係を調整するものである。また、
本発明による第７の走査露光方法は、第１パターンと被
露光物体とを同期移動してその被露光物体を走査露光す
る段階と、該第１パターンを用いた走査露光の後に、第
２パターンとその被露光物体とを同期移動してその被露
光物体を走査露光する段階とを含み、その被露光物体上
でその第１パターンを用いて走査露光される領域とその
第２パターンを用いて走査露光される領域とを重複させ
る走査露光方法において、その第１パターンを用いた走
査露光をその被露光物体上の複数の領域の各々に対して
行った後に、その第２パターンを用いた走査露光をその
被露光物体上の複数の領域の各々に行うものである。ま
た、本発明による第８の走査露光方法は、第１パターン
と被露光物体とを同期移動してその被露光物体を走査露
光する段階と、該第１パターンを用いた走査露光の後
に、第２パターンとその被露光物体とを同期移動してそ
の被露光物体を走査露光する段階とを含み、その被露光
物体上でその第１パターンを用いて走査露光される領域
とその第２パターンを用いて走査露光される領域とを重
複させる走査露光方法において、その走査露光に用いら
れる露光ビームがパルス発光されるときの、その同期移
動の方向に関するその被露光物体の位置を、その第１パ
ターンを用いた走査露光のときとその第２パターンを用
いた走査露光のときとで同じにするものである。また、
本発明による第９の走査露光方法は、露光ビームに対し
て第１物体を移動するとともに、該第１物体の移動に同
期して第２物体を移動することにより、その第２物体を
走査露光する走査露光方法において、その露光ビーム
は、その第１物体上で該第１物体の移動方向と交差する
方向に所定の照度分布を有し、該照度分布は、その端部
に照度が次第に低下する領域を有し、その第１物体に形
成されたパターン領域の端部にその露光ビームを照射し
て走査露光を行うときに、その露光ビームの照度が次第
に低下する領域を遮光するものである。また、本発明に
よる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。

【００１９】

【作用】斯かる本発明の第１の投影光学装置、第１の走
査型露光装置、又は第１の走査露光方法等によれば、マ
スク（１９）上の露光光による照明領域（２０）のその
所定の方向、即ち相対走査の方向に交差する第２の方向
の照度分布は台形状である。その結果、図５に示すよう
に、感光基板（２８）上のその照明領域（２０）に共役
な露光領域（２０Ｐ）のその第２の方向（Ｙ方向）の照
度分布も台形状である。この場合、露光領域（２０Ｐ）
の相対走査の方向の幅を一定にすると、露光領域（２０
Ｐ）により相対走査される感光基板（２８）上のその第
２の方向に並んだ各露光点は、それぞれ同じパルス数の
露光光に照射される。

【００２０】また、スティッチングにより感光基板（２
８）上で露光領域（２０Ｐ）を横ずれさせる際には、図
５に示すように、照度分布が次第に低下する領域（２０
ａＰ，２０ｂＰ）が重なるようにする。これにより、例
えばスティッチングにより２回走査される接続部（４０
ｃ）に存在する露光点Ｑ３では、１回目の走査時の照度
ＳＡと２回目の走査時の照度ＳＢとの和が、台形状の照
度分布中の照度分布が一定の領域の照度ＳＣに等しくな
る。従って、感光基板（２８）上の接続部（４０ｃ）上
の任意の露光点での照度が非接続部の露光点の照度とほ
ぼ等しくなり、照度むらが低減される。また、接続部
（４０ｃ）ではパルス的な露光光の照射パルス数が非接
続部でのパルス数の２倍になるため、パルス毎のばらつ
きに起因する照度むら及びスペックルの影響が特に低減
されている。なお、感光基板（２８）のスティッチング
を行う際には、マスク（１９）のスティッチングを行う
代わりにマスク（１９）を別のマスクと交換してもよ
い。

【００２１】次に、その露光光による照明領域（２０）
のその所定の方向に相対的にマスク（１９）及び感光基
板（２８）を同期して走査する際の、マスク（１９）と
感光基板（２８）との相対的な位置の誤差を記憶する記
憶手段（２５ａ）を設けた場合には、例えば１回目のス
リットスキャン露光の際のマスク（１９）と感光基板
（２８）との相対的な位置ずれ量を記憶しておく。そし
て、スティッチング後の２回目のスリットスキャン露光
時に、マスク（１９）と感光基板（２８）との位置ずれ
量をその記憶した位置ずれ量に合わせることにより、接
続部の重ね合わせ精度を向上することができる。

【００２２】また、例えば図３に示すように、マスク
（１９）上のその露光光による照度分布が台形状の照明
領域（２０）のその第２の方向の、照度分布が一定の領
域の長さをＬ、その照度分布が台形状の領域の両側の照
度が次第に小さくなる領域の長さをそれぞれＭとして、
マスク（１９）上に形成される転写用のパターン（３
５）のその露光光による照明領域（２０）のその第２の
方向の幅をＬＴとする。この場合、スティッチングによ
りその照明領域（２０）をマスク（１９）上でｎ回走査
して、マスク（１９）上のパターン（３５）を感光基板
（２８）上に露光するものとすると、その照明領域（２
０）の接続部（３５ｃ）では、照度分布が次第に減少す
る長さＭの領域が重なる必要がある。しかしながら、パ
ターン（３５）の両端部の照度分布を中央部と同程度に
維持するためには、パターン（３５）の両端部ではその
照度分布が減少する長さＭの領域は遮光されていること
が望ましい。このため、パターン（３５）のその第２の
方向の幅ＬＴは（数２）のようになる。

【００２３】また、その露光光による照明領域（２０）
のその第２の方向に相対的にマスク（１９）を移動させ
るマスク移動手段（２１，２６）を設け場合には、マス
ク（１９）に対してもスティッチングを行うことができ
る。次に、本発明の第２の投影光学装置、第３の投影光
学装置、レーザ装置、又は第５の走査露光方法等によれ
ば、図９（ａ）に示すように、例えば正６角形状の露光
領域（３）で感光基板（２８）上を走査する場合でも、
接続領域（４）の任意の露光点Ｐ９に対する、１回目の
走査時の露光光のパルス発光の位置（８）と２回目の走
査時の露光光のパルス発光の位置（４２）とが等しい。
図９（ａ）の場合には露光点Ｐ９には８パルス分のエネ
ルギーが照射されている。また、図９（ｂ）の場合に
は、図９（ａ）の場合とはパルス発光のタイミングがず
れているが、露光点Ｐ９に対する、１回目の走査時の露
光光のパルス発光の位置（１０）と２回目の走査時の露
光光のパルス発光の位置（４３）とが等しい。そして、
図９（ｂ）の場合にも露光点Ｐ９には８パルス分のエネ
ルギーが照射されている。即ち、スティッチングにより
２回走査される接続部（４）では、２回の走査時のパル
ス発光の位置を同一に設定することで、常に一定のエネ
ルギーが照射されることになり、照度むらが低減され
る。

【００２４】

【実施例】以下、本発明による投影光学装置の一実施例
につき図１〜図７を参照して説明する。本実施例は、パ
ルス発光型のレーザー光源を備えたスティッチング及び
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の全
体の構成を示し、この図１において、エキシマレーザー
光源等のパルスレーザー光源１２から射出されたレーザ
ービームＬＢは、ビームエクスパンダ、オプティカルイ
ンテグレータ、開口絞り及びリレーレンズ等よりなる照
明最適化光学系１３に入射する。照明最適化光学系１３
から射出された露光光としてのパルスレーザー光ＩＬ
が、偏向ミラー１４に反射されて視野絞り１５に入射す
る。視野絞り１５の開口を通過したパルスレーザー光Ｉ
Ｌが、リレーレンズ１６、偏向ミラー１７及びコンデン
サーレンズ１８を経て均一な照度でレチクル１９を照明
する。視野絞り１５の配置面はレチクル１９のパターン
形成面と共役であり、視野絞り１５の開口によりレチク
ル１９のパターン形成面のスリット状の照明領域２０の
形状が設定される。

【００２５】レチクル１９はレチクルステージ２１上に
保持され、レチクルステージ２１のＸ方向（図１の紙面
内の左右方向）及びＹ方向（図１の紙面に垂直な方向）
に移動鏡２２が取り付けられ、レチクルステージ２１及
び移動鏡２２はガイド２３に沿ってＸＹ平面内で移動で
きると共に、Ｘ方向に等速移動できるように支持されて
いる。レチクルステージ２１にはＸ方向及びＹ方向への
移動並びにヨーイング補正のための微小回転等を行うた
めの駆動装置２６が接続されている。また、ガイド２３
に対して固定されたレーザー干渉計２４からのレーザー
ビームが移動鏡２２に反射され、レーザー干渉計２４に
よりレチクル１９のＸ方向及びＹ方向の位置並びにヨー
イング量が常時計測され、これらの計測データが主制御
系２５に供給されている。主制御系２５は、駆動装置２
６を介してレチクル１９の動作を制御し、レーザー光源
制御装置３４を介してパルスレーザー光源１２の発光動
作を制御する。

【００２６】レチクル１９のパターンを通過したパルス
レーザー光ＩＬは、投影光学系２７を介してウエハ２８
上に導かれ、照明領域２０と共役なウエハ２８上の露光
領域２０Ｐに、照明領域２０内のレチクル１９のパター
ン像が所定の投影倍率βで縮小されて結像される。ウエ
ハ２８は、微小回転自在なウエハホルダー２９上に保持
され、ウエハホルダー２９はウエハステージ３０上に固
定されている。ウエハステージ３０は、Ｘ方向及びＹ方
向よりなる２次元平面内でウエハ２８を位置決めするＸ
Ｙステージ、並びに投影光学系２７の光軸に平行なＺ方
向にウエハ２８を位置決めするＺステージ等より構成さ
れている。ウエハステージ３０上にレーザー干渉計３２
からのレーザービームを反射するための移動鏡３１が固
定され、レーザー干渉計３２はウエハ２８のＸＹ平面内
での位置及びヨーイング量を常時計測し、この計測デー
タが主制御系２５に供給されている。主制御系２５は、
駆動装置３３を介してウエハステージ３０の動作を制御
する。また、主制御系２５には記憶装置２５ａが接続さ
れている。

【００２７】図２（ａ）はレチクル１９上の矩形のスリ
ット状の照明領域２０を示し、照明領域２０は、投影光
学系２７の最大露光フィールドと共役な円形の領域の輪
郭に内接し、長手方向であるＹ方向の長さが（Ｌ＋２
Ｍ）であり、幅の狭い方向であるＸ方向の幅がＤであ
る。この幅ＤのＸ方向にレチクル１９を走査することに
より、照明領域２０内のパルスレーザー光がレチクル１
９上のより広いパターン領域を順次照明する。また、図
２（ｂ）に示すように、照明領域２０内のＹ方向の照度
分布Ｓは、中央の長さＬの領域で一定であり、両側のそ
れぞれ長さＭの領域２０ａ，２０ｂでほぼ直線的に０に
落ちている。即ち、照明領域２０内の相対走査の方向に
垂直なＹ方向の照度分布Ｓは台形状である。このよう
に、台形状の照度分布を得るには、図１の視野絞り１５
の開口において、長手方向をデフォーカス状態にすれば
よい。又は、視野絞り１５又は照明最適化光学系１３中
に、透過率分布が直線的に変化しているＮＤフィルター
板等を配置することによっても、台形状の照度分布を得
ることができる。

【００２８】図３は図１中のレチクル１９を示し、この
図３において、レチクル１９のパターン形成面にＹ方向
の幅がＬＴのパターン領域３５が形成され、パターン領
域３５にウエハに転写すべき回路パターンが形成されて
いる。また、パターン領域３５のＹ方向の外側には幅が
Ｍ以上の遮光部よりなる禁止帯３６が形成されている。
本例では、パターン領域３５をスリット状の照明領域２
０でＸ方向に２回走査して、パターン領域３５のパター
ンをウエハ上に転写する。そして、例えば１回目の走査
でほぼ右半分の領域３５ａのパターンをウエハ上に転写
し、２回目の走査でほぼ左半分の領域３５ｂのパターン
をウエハ上に転写する。

【００２９】この際に、領域３５ａの左端部と領域３５
ｂの右端部とはＹ方向に幅Ｍの接続部３５ｃで重なるよ
うにして、この接続部３５ｃを照明領域２０の照度が次
第に低下する領域２０ａ又は２０ｂが走査するようにす
る。これにより、接続部３５ｃの照度分布が均一になる
と共に、転写されるパターンの位置ずれが防止される。
また、パターン領域３５内の照度を一定にするため、パ
ターン領域３５のＹ方向の端部において、照明領域２０
の照度が次第に低下する領域２０ａ及び２０ｂにより走
査される領域が生じないようにする。照明領域２０の内
で照度が一定の領域のＹ方向の幅はＬ、照度が次第に０
になる領域２０ａ及び２０ｂのＹ方向の幅はそれぞれＭ
であるため、パターン領域２０のＹ方向の幅ＬＴは次の
ようになる。

【数３】ＬＴ＝２・Ｌ＋Ｍ

【００３０】一般に、パターン領域３５を照明領域２０
でＸ方向にｎ回走査することにより、パターン領域３５
のパターンをウエハ上に転写するものとして、照度が次
第に低下する領域２０ａ又は２０ｂのみにより照明され
る領域が生じないようにするには、パターン領域３５の
Ｙ方向の幅ＬＴは次のように定めればよい。

【数４】ＬＴ＝ｎ・Ｌ＋（ｎ−１）・Ｍ

【００３１】図４（ａ）は、図１のウエハ２８上の矩形
のスリット状の露光領域２０Ｐを示し、露光領域２０Ｐ
は図２（ａ）のレチクル１９上の照明領域２０と共役で
ある。この場合、投影光学系２７の投影倍率がβである
ため、露光領域２０ＰのＸ方向の幅はβ・Ｄで、Ｙ方向
の幅はβ・（Ｌ＋２Ｍ）である。また、図４（ｂ）に示
すように、露光領域２０Ｐの内の両側のＹ方向の幅がβ
・Ｍの領域２０ａＰ及び２０ｂＰではそれぞれ照度Ｓが
ほぼ直線的に０に低下している。また、スリットスキャ
ン露光を行う際には、露光領域２０Ｐに対してウエハ２
８はＸ方向に走査されるため、露光領域２０Ｐの相対走
査の方向に垂直なＹ方向の照度分布も台形状である。

【００３２】次に、露光領域２０Ｐの相対走査の方向で
あるＸ方向の幅β・Ｄの条件について説明する。この場
合、図１のパルスレーザー光源１２のパルス発光の周期
（即ち、発光周波数ｆの逆数）をＴとして、スリットス
キャン露光を行っている際に１周期Ｔの間にウエハ２８
がＸ方向に走査される距離をΔＬとすると、露光領域２
０ＰのＸ方向の幅β・Ｄを、距離ΔＬの整数倍に設定す
る。また、ウエハ２８のＸ方向の走査速度をβ・Ｖとす
ると、距離ΔＬはＴ・β・Ｖである。即ち、ｍを１以上
の整数として次式が成立する。

【数５】β・Ｄ＝ｍ・ΔＬ＝ｍ・Ｔ・β・Ｖ

【００３３】図４（ａ）では、β・Ｄ＝４・ΔＬの場合
を示している。このときには、例えばパルス発光があっ
た時点で露光領域２０Ｐのエッジ部に存在する露光点Ｑ
０は、露光領域２０Ｐの内部で３パルスのパルスレーザ
ー光に照射され、露光領域２０Ｐのエッジ部で２パルス
のパルスレーザー光に照射される。また、１回のパルス
発光で露光領域２０Ｐの内部の露光点に照射されるエネ
ルギーをΔＥとすると、露光点Ｑ０には、４・ΔＥ（＝
ΔＥ／２＋３・ΔＥ＋ΔＥ／２）のエネルギーが照射さ
れる。また、例えばパルス発光があった時点で露光領域
２０Ｐのエッジ部の内側に存在するウエハ上の露光点Ｑ
１にも、４・ΔＥのエネルギーが照射され、パルス発光
があった時点で露光領域２０Ｐのエッジ部の外側に存在
するウエハ上の露光点Ｑ２にも、４・ΔＥのエネルギー
が照射される。このように、本例によれば、ウエハ上の
露光領域２０Ｐによって走査される全ての露光点に対し
て、同一のｍパルスのパルスレーザー光が照射される。
従って、露光領域２０Ｐ中の照度分布が一定の領域で走
査される露光点では照度分布は一定となる。

【００３４】なお、露光領域２０Ｐの両側の領域２０ａ
Ｐ及び２０ｂＰにより１回走査される露光点では、照射
されるパルス数はｍパルスでも照射されるエネルギーは
少なくなっている。しかしながら、後述のように、本例
ではスティッチングの際の接続部を領域２０ａＰ及び２
０ｂＰで２回走査するようにしているので、接続部の各
露光点でも照射されるエネルギーはｍ・ΔＥとなり、ウ
エハ上の全ての露光点において照射されるエネルギーの
量は同一となり、照度むらが無くなっている。

【００３５】次に、本例のスティッチング及びスリット
スキャン露光の動作の一例につき説明する。先ず、図１
において、レチクル１９上のスリット状の照明領域２０
をパルスレーザー光ＩＬで照明した状態で、駆動装置２
６及びレチクルステージ２１を介してレチクル１９を−
Ｘ方向に一定の速度Ｖで走査する。そして、それに同期
して、駆動装置３３及びウエハステージ３０を介してウ
エハ２８をＸ方向に一定の速度β・Ｖで走査する。この
ように、レチクル１９及びウエハ２８を走査する際に
は、例えばレチクル１９上の所定のアライメントマーク
とウエハ２８上の所定のアライメントマークとが合致し
たときの、レーザー干渉計２４の計測値とレーザー干渉
計３２の計測値に投影倍率βを乗じた値との差を基準値
として記憶しておき、レーザー干渉計２４の計測値とレ
ーザー干渉計３２の計測値に投影倍率βを乗じた値との
差がその予め記憶した基準値となるように駆動装置２６
及び３３の動作を制御する。従って、レチクル１９及び
ウエハ２８は常に所定の関係で互いに静止した状態で、
それぞれ照明領域２０及び露光領域２０Ｐに対して幅の
狭い方向に走査される。

【００３６】これにより、図３に示すように、レチクル
１９側ではスリット状の照明領域２０が軌跡３７に沿っ
てパターン領域３５の右側の領域３５ａを相対的に走査
する。また、図５（ａ）に示すように、ウエハ２８側で
はスリット状の露光領域２０Ｐが軌跡３７Ｐに沿ってパ
ターン領域３５に対応する被露光領域４０の左側の領域
４０ａを相対的に走査する。

【００３７】次に、１回目のスリットスキャン露光が終
了した時点で、図３においてスティッチングにより、レ
チクル１９をＹ方向に移動することにより、照明領域２
０を軌跡３８に沿ってパターン領域３５の左上に移す。
また、図５（ａ）において、ウエハ２８を−Ｙ方向に移
動することにより、スリット状の露光領域２０Ｐを軌跡
３８Ｐに沿って被露光領域４０の右下に移す。その後、
レチクル１９をＸ方向に速度Ｖで走査すると共に、ウエ
ハ２８を−Ｘ方向に速度β・Ｖで走査することにより２
回目のスリットスキャン露光を行う。この結果、図３に
示すように、レチクル１９側ではスリット状の照明領域
２０が軌跡３９に沿ってパターン領域３５の左側の領域
３５ｂを相対的に走査する。また、図５（ａ）に示すよ
うに、ウエハ２８側ではスリット状の露光領域２０Ｐが
軌跡３９Ｐに沿ってパターン領域３５に対応する被露光
領域４０の右側の領域４０ｂを相対的に走査する。

【００３８】また、図３に示すように、１回目の走査と
２回目の走査とにおいて、レチクル１９のパターン領域
３５のＹ方向の中央部の接続部３５ｃでは、照明領域２
０の照度が低下する左側の領域２０ａと照度が低下する
右側の領域２０ｂとにより重ねて露光が行われるように
する。これにより、図５（ａ）に示すように、ウエハ２
８の被露光領域４０のＹ方向の中央部の接続部４０ｃで
は、スリット状の露光領域２０Ｐの照度が低下する右側
の領域２０ａＰと照度が低下する左側の領域２０ｂＰと
により重ねて露光が行われる。例えば、接続部４０ｃ内
の露光点Ｑ３においては、１回目の露光の際の照度は図
５（ｂ）の照度ＳＡとなり、２回目の露光の際の照度は
照度ＳＢとなる。領域２０ａＰと領域ｂＰとのＹ方向の
照度分布は互いに対称に直線的に０に低下しているの
で、照度ＳＡと照度ＳＢとの和の照度は、露光領域２０
Ｐの照度が一定の領域の照度ＳＣと等しくなる。

【００３９】また、既に説明したように、露光領域２０
Ｐにより１回走査される露光点では、全てｍパルスのパ
ルスレーザー光が照射される。従って、接続部４０ｃ内
の露光点Ｑ３では、露光領域２０Ｐの２回の走査により
非接続部の露光点と等しい量のエネルギーが照射され、
照度分布がウエハ２８上の全露光点で均一化されてい
る。更に、接続部４０ｃ内の露光点では２回の走査によ
り照射されるパルス数は、非接続部の露光点の２倍の２
ｍ個となっている。従って、接続部４０ｃでは特にパル
スレーザー光のパルス毎のエネルギーのばらつきやスペ
ックルの影響が低減されている。具体的に、パルスレー
ザー光のパルス毎のエネルギーのばらつきに起因する照
度のばらつきは、接続部４０ｃでのばらつきが非接続部
でのばらつきの１／２^1/2 に抑えられている。

【００４０】次に、本実施例では、図５（ａ）のウエハ
２８上の領域４０ａをスリットスキャン露光する際に、
レチクル１９とウエハ２８との相対位置をレーザー干渉
計２４及び３２でモニターし、レチクル１９とウエハ２
８との相対的な位置ずれ量を機械的な制御誤差として、
図１の記憶装置２５ａに記憶する。即ち、１回目の走査
により、ウエハ２８上の任意の露光点の像がｍパルス分
のパルスレーザー光の照射で形成されるならば、各パル
ス発光に同期してＸ方向の相対位置ずれ量をモニターす
る。各パルス毎のＸ方向の相対位置ずれ量をΔｘ_i とし
て、Σを添字ｉに関する１〜ｍまでの和を表すとする
と、次の演算により平均的な位置ずれ量〈Δｘ〉を計算
できる。

【数６】〈Δｘ〉＝ΣΔｘ_i ／ｍ

【００４１】同様に、相対走査の方向であるＸ方向に垂
直なＹ方向のレチクル１９とウエハ２８との相対的な位
置ずれ量Δｙ_i 、及びレチクル１９とウエハ２８との回
転誤差をも記憶装置２５ａに記憶しておく。従って、１
個の位置ずれ量Δｘ_i の記憶容量をΔＭとすると、記憶
装置２５ａの記憶容量としては、ΔＭ×ｍ個分の数倍の
容量があればよいが、例えば近傍の位置での相対位置ず
れ量等を平均化することによって、記憶する相対位置ず
れ量等の個数を少なくすることもできる。このように記
憶装置２５ａに記憶された相対位置誤差及び回転誤差
は、ウエハ２８上の接続部４０ｃにおける所謂「ショッ
ト内歪」の原因となる。

【００４２】次に、２回目の走査により図５（ａ）の領
域４０ｂへの露光を行う際に、主制御系２５は記憶装置
２５ａから読み出した相対位置誤差及び回転誤差に合わ
せるるように、駆動装置２６及び３３を介してレチクル
ステージ２１及びウエハステージ３０の動作を制御す
る。これにより、ウエハ２８上の接続部４０ｃでのパタ
ーンの重ね合わせ精度が高精度になる。また、通常レチ
クルステージ２１及びウエハステージ３０のＸ方向及び
Ｙ方向の位置決め精度を△ｘ，△ｙとすると、接続部４
０ｃでの重ね合わせ誤差はそれぞれ２^1/2 Δｘ及び２
^1/2 Δｙとなる。これに対して、本例の方法では最初の
領域４０ａの露光の際のショット歪に合わせて次の領域
４０ｂの露光の際の位置関係を補正する（同じショット
歪になる様にレチクル１９及びウエハ２８の位置を制御
する）ので、重ね合わせ誤差は△ｘ，△ｙだけである。

【００４３】次に、ウエハ２８の全部の露光面への露光
方法につき説明する。先ず図５（ａ）の方法を適用した
場合には、図６に示すように、それぞれスリットスキャ
ン露光により順次隣接する領域４０−１ａ，４０−１
ｂ，４０−２ａ，４０−２ｂ，‥‥，４０−４ｂ，４０
−４ａへの露光が行われる。但し、図６の方法は図５
（ａ）の方向と走査方向は逆である。また、２個の走査
領域、例えば領域４０−１ｂ及び４０−１ａに対してそ
れぞれレチクル１９のパターン領域３５の回路パターン
が転写される。この方法では、レチクル１９のパターン
領域３５のウエハ２８上での共役像内での走査方向が反
対になる。また、この走査方法によれば、そのパターン
領域３５のパターンをウエハ２８上に短時間で転写で
き、ウエハ２８の膨張等の影響を受け難い利点がある。
その反面、走査方向の特性による接続部の精度が悪化す
る虞があり、図３の照明領域２０のＹ方向への軌跡３８
に対応するレチクル１９の移動を高速で行う必要があ
る。

【００４４】次に、図７に示すように、最初にレチクル
１９のパターン領域３５の例えば右半分の領域３５ａだ
けをウエハ２８上の対応する領域に連続して露光して、
次にパターン領域３５の左半分の領域３５ｂだけをウエ
ハ２８上の対応する領域に連続して露光する方法もあ
る。即ち、この方法では、先ず図７（ａ）に示すよう
に、ウエハ２８上の領域４０−１ｂ，４０−２ｂ，‥
‥，４０−４ｂへの露光が行われ、次に図７（ｂ）に示
すように、図７（ａ）の軌跡と平行にウエハ２８上の領
域４０−１ａ，４０−２ａ，‥‥，４０−４ａへの露光
が行われる。この方法によれば、レチクル１９のパター
ン領域３５に対応するウエハ２８上の２個の被露光領域
（例えば領域４０−１ｂ及び４０−１ａ）ではスリット
状の露光領域２０Ｐの走査方向が同じになる。これによ
り接続部４０ｃでの重ね合わせ精度が向上する場合があ
る。

【００４５】次に、上述実施例では投影光学系２７とし
て屈折光学系が使用されているので、図２（ａ）に示す
ように、レチクル１９上の照明領域は矩形の照明領域２
０となっている。これに対して、特に露光光の短波長化
に対しては、凹面鏡等を用いた反射屈折光学系により構
成される投影光学系を用いると収差等の点で有利であ
る。また、凹面鏡等は光軸から離れた領域の方が収差が
少ないため、反射屈折光学系を用いた場合には、レチク
ル１９上のスリット状の照明領域は、図８（ａ）に示す
ように、円弧状の照明領域４１となる。この場合でも、
照明領域４１の相対走査の方向の幅Ｄは一定であり、照
明領域４１の相対走査の方向に垂直な長手方向をＹ方向
とすると、照明領域４１のＹ方向の照度分布は、図８
（ｂ）に示すように台形状になっている。即ち、照明領
域４１のＹ方向の両端の領域４１ａ及び４１ｂでは、照
度分布は直線的に０に落ちている。このような照度分布
に設定することにより、図１の実施例と同様にスティッ
チングの際の接続部の照度むらを小さくすることができ
る。

【００４６】次に、本発明の他の実施例につき図９を参
照して説明する。本実施例は、図１１を参照して説明し
たように正６角形状の露光領域３でウエハ上を走査する
場合に本発明を適用したものである。図９（ａ）及び
（ｂ）は本実施例でスティッチングを行う場合のウエハ
上の接続部４を示し、この図９（ａ）及び（ｂ）におい
て、正６角形状の露光領域３での照度分布は均一である
が、露光光としてはパルスレーザー光が使用されてい
る。また、相対走査の方向をＸ方向及び−Ｘ方向とする
と、露光領域３の間隔がＷの対向する２辺がスティッチ
ングの方向であるＹ方向に平行になっている。この場合
でも、スリットスキャン露光の際に、パルス発光の１周
期の間にウエハがＸ方向又は−Ｘ方向に移動する距離を
ΔＬとすると、その間隔Ｗは、１以上の整数ｍを用いて
次のように設定される。

【数７】Ｗ＝ｍ・ΔＬ

【００４７】図９（ａ）及び（ｂ）ではｍ＝８の場合が
示されており、１回の走査により、ウエハ上の非接続部
の露光点Ｐ０には常に８パルス分のエネルギーが照射さ
れる。また、本実施例では、ウエハを露光領域３に対し
てＸ方向に走査する場合と、ウエハを露光領域３に対し
て−Ｘ方向に走査する場合とで、パルスレーザー光源が
パルス発光するときのウエハのＸ方向の位置が同一にな
るようにする。例えば図９（ａ）において、ウエハ上の
接続部４内の露光点Ｐ９が露光領域３に対してＸ方向に
走査されるとき、即ち露光点Ｐ９が露光領域３の右側の
２等辺３角形の領域３ａを走査するときに、パルス発光
が行われるときの露光点Ｐ９のＸ方向の位置を位置８と
する。そして、２回目の走査によりその露光点Ｐ９が露
光領域３に対して−Ｘ方向に走査されるとき、即ち露光
点Ｐ９が露光領域３の左側の２等辺３角形の領域３ｂを
走査するときに、パルス発光が行われるときの露光点Ｐ
９のＸ方向の位置を位置４２とすると、位置４２と位置
８とが合致することを意味する。図９（ａ）の場合に
は、領域３ａ内に位置８が５箇所あり、領域３ｂ内に位
置４２が３箇所あるので、露光点Ｐ９には２回のスリッ
トスキャンス露光により合計で８パルス分のエネルギー
が照射される。

【００４８】また、図９（ｂ）は図９（ａ）の場合と比
べて、パルス発光のタイミングがＸ方向にΔＬ／２だけ
ずれている場合を示す。図９（ｂ）においては、露光点
Ｐ９が露光領域３の右側の２等辺３角形の領域３ａを走
査するときに、パルス発光が行われるときの露光点Ｐ９
のＸ方向の位置１０に対して、２回目の走査により露光
点Ｐ９が露光領域３の左側の２等辺３角形の領域３ｂを
走査するときに、パルス発光が行われるときの露光点Ｐ
９のＸ方向の位置４３が等しくなるようにする。図９
（ｂ）の場合には、領域３ａ内に位置１０が４箇所あ
り、領域３ｂ内に位置４３が４箇所あるので、露光点Ｐ
９には２回のスリットスキャンス露光により合計で８パ
ルス分のエネルギーが照射される。一般に、本例によれ
ば、接続部４内の各露光点において、非接続部の露光点
Ｐ０と同様に８パルス分のエネルギーが照射され、照度
むらは生じない。なお、以上の実施例では、１枚のレチ
クルを用いたスティッチング動作について説明したが、
複数枚のレチクルを同一のレチクルステージに載置し、
スティッチング時にレチクルを交換しながら走査露光を
繰り返し行うようにしても良い。

【００４９】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。

【００５０】

【発明の効果】本発明の第１の投影光学装置等によれ
ば、パルス発光型の光源を用いてスティッチング及びス
リットスキャン露光方式で露光を行う場合に、感光基板
上の接続部の各点が２回のスリットスキャン露光により
非接続部と同じ照度で露光されるので、感光基板上の接
続部の照度むら（照射エネルギーのむら）を低減できる
利点がある。

【００５１】また、露光光による照明領域の所定の方向
に相対的にマスク及び感光基板を同期して走査する際
の、マスクと感光基板との相対的な位置の誤差を記憶す
る記憶手段を設けた場合には、接続部での１回目の走査
における相対的な位置の誤差を記憶して、接続部での２
回目の走査の際にその相対的な誤差に合わせて位置制御
を行うことにより、接続部での重ね合わせ誤差を小さく
できる。また、マスク上の露光光による照度分布が台形
状の照明領域の第２の方向の、照度分布が一定の領域の
長さをＬ、その照度分布が台形状の領域の両側の照度が
次第に小さくなる領域の長さをそれぞれＭとして、マス
ク上に形成される転写用のパターンの露光光による照明
領域のその第２の方向の幅ＬＴを、｛ｎ・Ｌ＋（ｎ−
１）・Ｍ｝に設定することにより、マスク上の転写用の
パターンが常に均一な照度で照明される。

【００５２】そして、露光光による照明領域のその第２
の方向に相対的にマスクを移動させるマスク移動手段を
設けた場合には、マスク側でもスティッチングを行うこ
とができる。次に、本発明の第２の投影光学装置等によ
れば、接続部において１回目の走査時のパルス発光の位
置と２回目の走査時のパルス発光の位置とが等しくなる
ので、接続部の各露光点での照度は非接続部の各露光点
での照度と等しくなり、照度むらが低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影光学装置の一実施例を示す構
成図である。

【図２】（ａ）は図１のレチクル１９上のスリット状の
照明領域を示す平面図、（ｂ）はその照明領域の照度分
布を示す分布図である。

【図３】その実施例のレチクルのパターンを示す平面図
である。

【図４】（ａ）はその実施例のウエハ上のスリット状の
露光領域を示す平面図、（ｂ）はその露光領域の照度分
布を分布図である。

【図５】（ａ）はウエハ上の被露光領域を示す平面図、
（ｂ）はその被露光領域における照度分布を示す分布図
である。

【図６】その実施例でのウエハ上のスリットスキャン露
光の軌跡の一例を示す平面図である。

【図７】その実施例でのウエハ上のスリットスキャン露
光の軌跡の他の例を示す平面図である。

【図８】（ａ）はレチクル上の照明領域の変形例を示す
平面図、（ｂ）はその照明領域の変形例の照度分布を示
す分布図である。

【図９】（ａ）は本発明の他の実施例におけるパルス発
光の位置の関係の一例を示す拡大平面図、（ｂ）は本発
明の他の実施例におけるパルス発光の位置の関係の他の
例を示す拡大平面図である。

【図１０】（ａ）は従来の連続発光型の光源を備えた投
影露光装置でスティッチング及びスリットスキャン露光
を行う際のレチクル上の照明領域の相対走査の様子を示
す平面図、（ｂ）は図１０（ａ）に対応するウエハ上の
露光領域の相対走査の様子を示す平面図である。

【図１１】正６角形の露光領域でスティッチング及びス
リットスキャン露光を行う場合に、パルス発光型の光源
を使用するときの感光基板上の照度むらの説明に供する
線図である。

【符号の説明】

１２ パルスレーザー光源 １３ 照明最適化光学系 １５ 視野絞り １６ リレーレンズ １８ コンデンサーレンズ １９ レチクル ２０ レチクル上の矩形のスリット状の照明領域 ２０Ｐ ウエハ上の矩形のスリット状の露光領域 ２１ レチクルステージ ２３ ガイド ２４，３２ レーザー干渉計 ２５ 主制御系 ２６，３３ 駆動装置 ２８ ウエハ ３０ ウエハステージ ３４ レーザー光源制御装置 ３５ パターン領域 ４０ 被露光領域

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 (40)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光光をパルス発光するパルス光源と、
   前記露光光で転写用のパターンが形成されたマスクを均
   一な照度で照明する照明光学系と、前記マスク上の前記
   露光光による照明領域を設定する視野絞りと、前記マス
   クの転写用のパターンの像を感光基板上に投影する投影
   光学系と、前記露光光による照明領域の所定の方向に相
   対的に前記マスク及び前記感光基板を同期して走査する
   相対走査手段とを有し、 前記マスク上の前記露光光による照明領域よりも広い領
   域の転写用のパターンの像を前記感光基板上に露光する
   投影光学装置において、 前記露光光による照明領域の前記所定の方向に交差する
   第２の方向に相対的に前記感光基板を移動させる基板移
   動手段と、 前記露光光による照明領域の前記第２の方向の照度分布
   を台形状にする照度分布設定手段とを設け、 前記感光基板を前記露光光による照明領域の前記第２の
   方向にずらしながら、前記露光光による照明領域の前記
   所定の方向に前記感光基板を相対的に複数回走査して、
   前記マスク又は該マスクと交換されたマスクの転写用の
   パターンの像を前記感光基板上に露光することを特徴と
   する投影光学装置。
2. 【請求項２】 前記露光光による照明領域の前記所定の
   方向に相対的に前記マスク及び前記感光基板を同期して
   走査する際の、前記マスクと前記感光基板との相対的な
   位置の誤差を記憶する記憶手段を設けたことを特徴とす
   る請求項１に記載の投影光学装置。
3. 【請求項３】 前記マスク上の前記露光光による照度分
   布が台形状の照明領域の前記第２の方向の、照度分布が
   一定の領域の長さをＬ、前記照度分布が台形状の領域の
   両側の照度が次第に小さくなる領域の長さをそれぞれＭ
   として、前記マスク上に形成される転写用のパターンの
   前記露光光による照明領域の前記第２の方向の幅をＬＴ
   とした場合、１以上の整数ｎを用いて ＬＴ＝ｎ・Ｌ＋（ｎ−１）・Ｍ が成立するように、前記マスク上に形成される転写用の
   パターンの幅ＬＴを定めたことを特徴とする請求項１又
   は２に記載の投影光学装置。
4. 【請求項４】 前記露光光による照明領域の前記第２の
   方向に相対的に前記マスクを移動させるマスク移動手段
   を設けたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の
   投影光学装置。
5. 【請求項５】 露光光をパルス発光するパルス光源と、
   前記露光光で転写用のパターンが形成されたマスクを均
   一な照度で照明する照明光学系と、前記マスク上の前記
   露光光による照明領域を設定する視野絞りと、前記マス
   クの転写用のパターンの像を感光基板上に投影する投影
   光学系と、前記露光光による照明領域の所定の方向に平
   行な方向へ相対的に前記マスク及び前記感光基板を同期
   して走査する相対走査手段とを有し、 前記マスク上の前記露光光による照明領域よりも広い領
   域の転写用のパターンの像を前記感光基板上に露光する
   投影光学装置において、 前記露光光による照明領域の前記所定の方向に交差する
   第２の方向に相対的に前記感光基板を移動させる基板移
   動手段と、 前記パルス光源がパルス発光するときの、前記所定の方
   向に平行な方向の前記感光基板の位置を検出して記憶す
   る発光位置記憶手段と、 前記パルス光源のパルス発光の開始時点を制御する発光
   制御手段とを設け、 前記感光基板を前記露光光による照明領域の前記第２の
   方向にずらしながら、前記露光光による照明領域に対し
   て前記所定の方向に平行な方向へ前記マスク又は該マス
   クと交換されたマスク及び前記感光基板を相対的に複数
   回走査して、前記マスク又は該マスクと交換されたマス
   クの転写用のパターンの像を前記感光基板上に露光する
   際に、前記相対的な走査のそれぞれにおいて前記パルス
   光源がパルス発光するときの前記感光基板の前記所定の
   方向と平行な方向の位置が同一になるようにしたことを
   特徴とする投影光学装置。
6. 【請求項６】 露光光をパルス発光するパルス光源と、
   前記露光光で転写用のパターンを均一な照度で照明する
   照明光学系と、前記露光光による照明領域を設定する視
   野絞りと、前記転写用のパターンの像を感光基板上に投
   影する投影光学系と、前記露光光による照明領域の所定
   の方向に平行な方向へ前記転写用のパターン及び前記感
   光基板を同期して走査する相対走査手段とを有し、 前記露光光による照明領域よりも広い領域の転写用のパ
   ターンの像を前記感光基板上に露光する投影光学装置に
   おいて、 前記所定の方向に平行な方向の前記感光基板の位置情報
   を検出する干渉計システムと、 前記パルス光源のパルス発光を制御する発光制御手段と
   を設け、 前記感光基板を前記露光光による照明領域の前記所定方
   向と交差する方向にずらしながら、前記露光光による照
   明領域に対して前記所定の方向に平行な方向へ前記感光
   基板を相対的に複数回走査して前記感光基板を走査露光
   する際に、前記発光制御手段は、前記干渉計システムの
   検出結果に基づいて前記相対的な走査のそれぞれにおい
   て前記パルス光源がパルス発光するときの前記感光基板
   の前記所定の方向に平行な方向の位置が同一になるよう
   に前記パルス光源のパルス発光の開始時点を制御するこ
   とを特徴とする投影光学装置。
7. 【請求項７】 露光ビームに対して第１物体を移動する
   とともに、該第１物体の移動に同期して第２物体を移動
   することにより、前記第２物体を走査露光する走査型露
   光装置において、 前記第１物体に形成されたパターンの像を前記第２物体
   上に投影するための投影系と、 前記第１物体の同期移動の方向と交差する方向の端部で
   照度が次第に低下するような照度分布を前記露光ビーム
   に持たせるための分布設定手段と、 を備えたことを特徴とする走査型露光装置。
8. 【請求項８】 前記第１物体のパターン領域の周辺に形
   成された遮光帯は、前記第１物体上で前記照度が次第に
   低下する領域の長さ以上に形成されていることを特徴と
   する請求項７に記載の走査型露光装置。
9. 【請求項９】 前記照度分布は、長さＬで照度がほぼ一
   定の領域と、両端に長さＭで照度が次第に低下する領域
   とを有し、 前記同期移動の方向と交差する方向に関する前記第１物
   体のパターン領域の幅をＬＴとした場合に、１以上の整
   数ｎを用いて ＬＴ＝ｎ・Ｌ＋（ｎ−１）・Ｍ を満たすことを特徴とする請求項７又は８に記載の走査
   型露光装置。
10. 【請求項１０】 露光ビームに対して第１物体を移動す
    るとともに、該第１物体の移動に同期して第２物体を同
    期して移動することにより、前記第２物体を走査露光す
    る走査型露光装置において、 前記第１物体に形成されたパターンの像を前記第２物体
    上に投影するための投影系と、 前記露光ビームの照射領域を設定するとともに、前記露
    光ビームの端部に照度が次第に低下するような照度分布
    を持たせるためにデフォーカス状態にされた視野絞り
    と、 を備えたことを特徴とする走査型露光装置。
11. 【請求項１１】 前記露光ビームの前記第１物体上にお
    ける照射領域は、前記投影系の露光フィールドと共役な
    円形の領域に内接することを特徴とする請求項７から１
    ０の何れか一項に記載の走査型露光装置。
12. 【請求項１２】 前記露光ビームをパルス発生するビー
    ム源をさらに備えることを特徴とする請求項７から１１
    の何れか一項に記載の走査型露光装置。
13. 【請求項１３】 前記走査露光中に、前記第１物体の前
    記同期移動の方向の位置に関する情報と前記第１物体の
    回転に関する情報とを計測する第１計測手段と、 前記走査露光中に、前記第２物体の前記同期移動の方向
    の位置に関する情報及び該第２物体の回転に関する情報
    を計測する第２計測手段と、をさらに備えることを特徴
    とする請求項７から１２の何れか一項に記載の走査型露
    光装置。
14. 【請求項１４】 露光ビームに対して被露光物体を所定
    方向に移動することにより、前記被露光物体を走査露光
    する走査露光方法において、 前記所定方向と交差する方向における前記露光ビームの
    前記被露光物体上での照度分布を台形状に設定したこと
    を特徴とする走査露光方法。
15. 【請求項１５】 露光ビームに対して被露光物体を所定
    方向に移動することにより、前記被露光物体を走査露光
    する走査露光方法において、 前記露光ビームは、前記被露光物体上で前記所定方向と
    交差する方向に所定の照度分布を有し、 該照度分布は、その端部に照度が次第に低下する領域を
    有することを特徴とする走査露光方法。
16. 【請求項１６】 露光ビームに対して被露光物体を所定
    方向に移動することにより、前記被露光物体を走査露光
    する走査露光方法において、 前記露光ビームは、前記被露光物体上で前記所定方向と
    交差する方向に所定の照度分布を有し、 前記照度分布は、その両端部に照度が次第に低下する領
    域を有し、 前記両端部の領域のうちの一方を遮光して走査露光を行
    うことを特徴とする走査露光方法。
17. 【請求項１７】 前記照度分布は、長さＬで照度がほぼ
    一定の領域と、両端に長さＭで照度が次第に小さくなる
    領域とを有し、 前記所定方向と交差する方向に関する前記第１物体のパ
    ターン領域の幅をＬＴとした場合に、１以上の整数ｎを
    用いて ＬＴ＝ｎ・Ｌ＋（ｎ−１）・Ｍ を満たすことを特徴とする請求項１４から１６の何れか
    一項に記載の走査露光方法。
18. 【請求項１８】 前記照度分布は、デフォーカス状態に
    された視野絞りを用いて形成されることを特徴とする請
    求項１４から１７の何れか一項に記載の走査露光方法。
19. 【請求項１９】 前記照度分布は、ＮＤフィルタを用い
    て形成されることを特徴とする請求項１４から１７の何
    れか一項に記載の走査露光方法。
20. 【請求項２０】 露光ビームに対して被露光物体を移動
    することにより、前記被露光物体を走査露光する走査露
    光方法において、 前記露光ビームの照射領域を設定するための視野絞りの
    開口をデフォーカス状態にして、前記被露光物体で前記
    露光ビームの端部に照度が次第に低下するような照度分
    布を持たせたことを特徴とする走査露光方法。
21. 【請求項２１】 前記露光ビームはパルス発光されるこ
    とを特徴とする請求項１４から２０の何れか一項に記載
    の走査露光方法。
22. 【請求項２２】 第１パターンと被露光物体とを同期移
    動して前記被露光物体を走査露光する段階と、該第１パ
    ターンを用いた走査露光の後に、第２パターンと前記被
    露光物体とを同期移動して前記被露光物体を走査露光す
    る段階とを含み、前記被露光物体上で前記第１パターン
    を用いて走査露光される領域と前記第２パターンを用い
    て走査露光される領域とを重複させる走査露光方法にお
    いて、前記第１パターンを用いた走査露光中に、前記第
    １パターンと前記被露光物体との相対的な位置情報をモ
    ニタし、 前記第２パターンを用いた走査露光中に、前記第１パタ
    ーンを用いた走査露光中にモニタされた位置情報に基づ
    いて前記第２パターンと前記被露光物体との位置調整を
    行う ことを特徴とする走査露光方法。
23. 【請求項２３】 前記位置情報は、前記同期移動の方向
    の位置情報を含むことを特徴とする請求項２２に記載の
    走査露光方法。
24. 【請求項２４】 前記位置情報は、前記同期移動の方向
    と交差する方向の位置情報を含むことを特徴とする請求
    項２２又は２３に記載の走査露光方法。
25. 【請求項２５】 前記位置情報は回転方向の位置情報を
    含むことを特徴とする請求項２２から２４の何れか一項
    に記載の走査露光方法。
26. 【請求項２６】 第１パターンと被露光物体とを同期移
    動して前記被露光物体を走査露光する段階と、該第１パ
    ターンを用いた走査露光の後に、第２パターンと前記被
    露光物体とを同期移動して前記被露光物体を走査露光す
    る段階とを含み、前記被露光物体上で前記第１パターン
    を用いて走査露光される領域と前記第２パターンを用い
    て走査露光される領域とを重複させる走査露光方法にお
    いて、 前記第１パターンを用いた走査露光の際のショット歪に
    合わせて、前記第２パターンを用いた走査露光の際の前
    記第２パターンと前記被露光物体との位置関係を調整す
    ることを特徴とする走査露光方法。
27. 【請求項２７】 前記第１パターンを用いた走査露光中
    に、前記第１パターンと前記被露光物体との相対的な位
    置情報をモニタして、前記第１パターンを用いた走査露
    光の際のショット歪に関する情報を検出することを特徴
    とする請求項２６に記載の走査露光方法。
28. 【請求項２８】 第１パターンと被露光物体とを同期移
    動して前記被露光物体を走査露光する段階と、該第１パ
    ターンを用いた走査露光の後に、第２パターンと前記被
    露光物体とを同期移動して前記被露光物体を走査露光す
    る段階とを含み、前記被露光物体上で前記第１パターン
    を用いて走査露光される領域と前記第２パターンを用い
    て走査露光される領域とを重複させる走査露光方法にお
    いて、 前記第１パターンを用いた走査露光を前記被露光物体上
    の複数の領域の各々に対して行った後に、前記第２パタ
    ーンを用いた走査露光を前記被露光物体上の複数の領域
    の各々に行うことを特徴とする走査露光方法。
29. 【請求項２９】 前記第１パターンを用いて走査露光さ
    れた領域に重複して前記第２パターンを用いた走査露光
    を行うときに、前記被露光物体の同期移動の方向を前記
    第１パターンを用いた走査露光のときの同期移動の方向
    と同じにしたことを特徴とする請求項２８に記載の走査
    露光方法。
30. 【請求項３０】 前記走査露光に用いられる露光ビーム
    はパルス発光されることを特徴とする請求項２２から２
    ９の何れか一項に記載の走査露光方法。
31. 【請求項３１】 第１パターンと被露光物体とを同期移
    動して前記被露光物体を走査露光する段階と、該第１パ
    ターンを用いた走査露光の後に、第２パターンと前記被
    露光物体とを同期移動して前記被露光物体を走査露光す
    る段階とを含み、前記被露光物体上で前記第１パターン
    を用いて走査露光される領域と前記第２パターンを用い
    て走査露光される領域とを重複させる走査露光方法にお
    いて、 前記走査露光に用いられる露光ビームがパルス発光され
    るときの、前記同期移動の方向に関する前記被露光物体
    の位置を、前記第１パターンを用いた走査露光のときと
    前記第２パターンを用いた走査露光のときとで同じにす
    ることを特徴とする走査露光方法。
32. 【請求項３２】 前記第１パターンと前記第２パターン
    とは異なる物体上に形成されていることを特徴とする請
    求項２２から３１に記載の走査露光方法。
33. 【請求項３３】 前記走査露光に用いられる露光ビーム
    は、前記被露光物体上で前記同期移動の方向と交差する
    方向に所定の照度分布を有し、 前記照度分布は、その両端部に照度が次第に低下する領
    域を有することを特徴とする請求項２２から３２の何れ
    か一項に記載の走査露光方法。
34. 【請求項３４】 前記照度分布は、デフォーカス状態に
    された視野絞りを用いて形成されることを特徴とする請
    求項３３に記載の走査露光方法。
35. 【請求項３５】 前記照度分布は、ＮＤフィルタを用い
    て形成されることを特徴とする請求項３３に記載の走査
    露光方法。
36. 【請求項３６】 前記走査露光に用いられる露光ビーム
    の照射領域は多角形状に設定されることを特徴とする請
    求項１４から３５の何れか一項に記載の走査露光方法。
37. 【請求項３７】 露光ビームに対して第１物体を移動す
    るとともに、該第１物体の移動に同期して第２物体を移
    動することにより、前記第２物体を走査露光する走査露
    光方法において、 前記露光ビームは、前記第１物体上で該第１物体の移動
    方向と交差する方向に所定の照度分布を有し、 該照度分布は、その端部に照度が次第に低下する領域を
    有し、 前記第１物体に形成されたパターン領域の端部に前記露
    光ビームを照射して走査露光を行うときに、前記露光ビ
    ームの照度が次第に低下する領域を遮光することを特徴
    とする走査露光方法。
38. 【請求項３８】 前記照度分布は、デフォーカス状態に
    された視野絞りを用いて形成されることを特徴とする請
    求項３７に記載の走査露光方法。
39. 【請求項３９】 前記照度分布は、ＮＤフィルタを用い
    て形成されることを特徴とする請求項３７に記載の走査
    露光方法。
40. 【請求項４０】 請求項１４から３９の何れか一項に記
    載された走査露光方法を用いるデバイス製造方法。