JP3316753B2

JP3316753B2 - 走査露光方法、走査型露光装置、及び前記方法を用いるデバイス製造方法

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Publication number: JP3316753B2
Application number: JP07071799A
Authority: JP
Inventors: 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2002-08-19
Anticipated expiration: 2017-08-19
Also published as: JPH11329964A

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】また、接続部ではスリットスキャン露光が
２回行われるため、２回の露光の際の重ね合わせ誤差を
できるだけ小さくすることが望まれている。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で、更に光源がパルス発光型の
場合に、接続部での重ね合わせ精度等の露光精度を向上
させ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、その露光ビームをパルス発射するビーム源
と、その第１物体を保持して同期移動可能な第１保持手
段と、その第２物体を保持して同期移動可能な第２保持
手段と、その第２物体の走査露光中にその第１保持部材
とその第２保持部材との相対的な位置情報を、そのビー
ム源のパルス発光と同期してモニタするモニタ手段と、
を備えたものである。また、本発明による第１のデバイ
ス製造方法は、本発明の走査型露光装置を用いて露光を
行う工程を含むものである。

【００１５】次に、本発明による走査露光方法は、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
第２物体の走査露光のためにその露光ビームをパルス発
射し、その第２物体の走査露光中にその第１物体とその
第２物体との相対的な位置情報を、その露光ビームのパ
ルス発光と同期してモニタするものである。

【００１６】また、本発明による第２のデバイス製造方
法は、本発明の走査露光方法を用いるものである。これ
らの場合、その露光ビームによる照明領域（２０）のそ
の所定の方向に相対的に第１物体（１９）及び第２物体
（２８）を同期して走査する際の、第１物体（１９）と
第２物体（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。

【００１７】これらの場合、その第１物体をマスク（１
９）として、例えば図３に示すように、マスク（１９）
上のその露光ビームによる照明領域（２０）を台形状の
照度分布として、その同期移動方向に交差する第２の方
向の、その照明領域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（１
９）上に形成される転写用のパターンのその露光ビーム
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

【００１８】

【作用】斯かる本発明の走査露光方法又は走査型露光装
置によれば、その露光ビームによる照明領域（２０）の
その所定の方向に相対的に第１物体（１９）及び第２物
体（２８）を同期して走査する際に、露光ビームのパル
ス発光に同期して、例えば第１物体（１９）と第２物体
（２８）との相対的な位置の誤差が計測されて記憶され
る。そこで、例えば１回目のスリットスキャン露光の際
の第１物体（１９）と第２物体（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、第１物体（１９）
と第２物体（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。

【００１９】また、その第１物体としてのマスク（１
９）上の露光ビームによる照明領域（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
度分布が台形状である場合には、図５に示すように、第
２物体としての感光基板（２８）上のその照明領域（２
０）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（２０Ｐ）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
パルス数の露光ビームに照射される。

【００２０】また、スティッチングにより第２物体とし
ての感光基板（２８）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（２０ａＰ，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（４０ｃ）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。

【００２１】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。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（２
０）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（３５）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（２０）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。

【００２２】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。

【００２３】

【実施例】以下、本発明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ＩＬが、リレーレンズ１
６、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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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

【００２９】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

【００３０】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。

【００３１】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

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、例えばスティッチング
及びスリットスキャン露光方式で露光を行う場合で、更
に露光ビームがパルス発光される場合に、そのパルス発
光に同期して第１物体（マスク）と第２物体（感光基
板）との位置ずれ量を計測することによって、例えば接
続部での重ね合わせ精度等の露光精度を向上できる利点
がある。

【００５０】また、露光ビームによる照明領域の所定の
方向に相対的に第１物体及び第２物体を同期して走査す
る際の、第１物体と第２物体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。

【００５１】また、第１物体としてのマスク上の露光ビ
ーム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
パターンの露光ビーム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、露光ビーム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。

【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 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】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、前記露光ビームをパルス発射するビーム源と、前記第１物体を保持して同期移動可能な第１保持手段
と、前記第２物体を保持して同期移動可能な第２保持手段
と、前記第２物体の走査露光中に前記第１保持部材と前記第
２保持部材との相対的な位置情報を、前記ビーム源のパ
ルス発光と同期してモニタするモニタ手段と、を備えた
ことを特徴とする走査型露光装置。
【請求項２】前記位置情報は、前記同期移動の方向と
交差する方向における位置情報を含むことを特徴とする
請求項１に記載の走査型露光装置。
【請求項３】前記位置情報は、前記同期移動の方向に
おける位置情報を含むことを特徴とする請求項１又は２
に記載の走査型露光装置。
【請求項４】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１から３の何れか一項に記載
の走査型露光装置。
【請求項５】前記第１物体のパターンの像を前記第２
物体上に投影するための投影光学系をさらに備え、前記露光ビームの照射領域は、前記投影光学系の露光フ
ィールドと共役な円形領域に内接するように設定される
ことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の
走査型露光装置。
【請求項６】前記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１から５の何れか一
項に記載の走査型露光装置。
【請求項７】前記露光ビームに、その端部で強度が次
第に低下するような強度分布を持たせる光学部材を備え
たことを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載
の走査型露光装置。
【請求項８】前記モニター手段は、前記第１物体の位
置情報を計測する第１干渉計と前記第2物体の位置情報
を計測する第２干渉計とを有することを特徴とする請求
項１から７の何れか一項に記載の走査型露光装置。
【請求項９】請求項１から８の何れか一項に記載の走
査型露光装置を用いて露光を行う工程を含むデバイス製
造方法。
【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、前記第２物体の走査露光のために前記露光ビームをパル
ス発射し、前記第２物体の走査露光中に前記第１物体と前記第２物
体との相対的な位置情報を、前記露光ビームのパルス発
光と同期してモニタすることを特徴とする走査露光方
法。
【請求項１１】前記位置情報は、前記同期移動の方向
と交差する方向における位置情報を含むことを特徴とす
る請求項１０に記載の走査露光方法。
【請求項１２】前記位置情報は、前記同期移動の方向
における位置情報を含むことを特徴とする請求項１０又
は１１に記載の走査露光方法。
【請求項１３】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１０から１２の何れか一項
に記載の走査露光方法。
【請求項１４】請求項９から１３の何れか一項に記載
の走査露光方法を用いるデバイス製造方法。