JP3600883B2 - 露光方法 - Google Patents
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- G03F7/70575—Wavelength control, e.g. control of bandwidth, multiple wavelength, selection of wavelength or matching of optical components to wavelength
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程で、露光装置を用いてマスク上のパターンを感光性の基板上の各ショット領域に露光するための露光方法に関し、特に露光用の光源としてエキシマレーザ光源のようなレーザ光源を使用する場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程では、レチクル（又はフォトマスク等）のパターンをウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するための例えばステッパー等の投影露光装置が使用されている。これらの投影露光装置では、レチクル上のパターンの像をウエハ上に投影倍率β（βは例えば１／４又は１／５等）に縮小して投影するための投影光学系が使用される。近年、半導体素子の高集積化に伴い、ウエハ上にできるだけ高集積度のパターンを焼き付けるためには、露光の解像力を上げる必要があり、露光用の照明光として遠紫外域のＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光を利用する投影露光装置が使用されるようになっている。周知の如く、このような短波長域のエキシマレーザ光を使用した場合、主として材料の透過率の問題から、投影光学系のレンズに利用できる硝材は現時点では合成石英や蛍石等のフッ化物結晶等の材料に限られている。
【０００３】
しかし、投影光学系にこのような石英や蛍石等のレンズを使用した場合には、実質的に色収差の補正が難しいので、色収差の発生による結像性能の劣化を防ぐために、エキシマレーザ光の発振スペクトル幅を狭める、所謂、「波長の狭帯化」が必要となる。この波長の狭帯化は、例えばプリズムとグレーティング（回折格子）とを組み合わせたものや、エタロン等の光学素子を使用して行われ、露光中投影光学系に供給されるエキシマレーザ光の波長のスペクトル幅を常に所定の波長幅に納めるのと同時に、その中心波長を所定の波長に維持するための、所謂「波長安定化」のための制御が行われる。そして、最近の遠紫外域のエキシマレーザ光を使用する投影露光装置では、狭帯化による波長帯域幅（スペクトル幅）については、狭帯化しない前の自然発振スペクトル幅の約１／３００に相当する１ｐｍ（＝１×１０−１２ ｍ）程度の精度が要求され、波長安定化による中心波長の誤差については、±０．２５ｐｍ程度の精度が要求されている。
【０００４】
図６は、エキシマレーザ光の波長の狭帯化を説明するためのスペクトル図を示し、横軸は波長λ、縦軸はスペクトル強度Ｉを表す。この図６において、山形の曲線２１で示す自然発振スペクトルは、中心波長λ０ で半値幅で広いスペクトル幅Ｓ１ を有している。上記のような波長の狭帯化手段により自然発振スペクトルを狭帯化することにより、波長半値幅のスペクトル幅Ｓ２ の曲線２２で示すような狭いスペクトル幅に突出したスペクトル強度を有するエキシマレーザ光が得られる。
【０００５】
図７は、従来の発振波長が狭帯化されたエキシマレーザ光源を使用するステッパー型の投影露光装置の概略構成を示し、この図７において、例えばＫｒＦエキシマレーザ光源よりなる光源１からレーザビーム４がパルス光として射出される。光源１は、内部に例えばプリズム及びグレーティング（回折格子）等から構成される狭帯化モジュール２と、レーザ電源を含むレーザチャンバ３とを有しており、レーザチャンバ３及び狭帯化モジュール２は中央制御系１４Ａに制御されている。光源１から射出されたレーザビーム４は、ビームスプリッタ５に入射する。ビームスプリッタ５は、大部分のレーザビームを透過させるが、残りの一部のレーザビームを反射して、レーザビームの波長及びスペクトル幅を計測する波長モニタ６に入射させる。ビームスプリッタ５を透過したレーザビーム４は、照明光学系８を通り、ミラー９で下方に曲げられた後、転写用のパターンが形成されたレチクル１０を照明し、投影光学系１１を介してウエハステージ１３上に載置されたウエハ１２上のフォトレジスト層にそのパターンの像を転写する。
【０００６】
この場合、光源１と照明光学系８との間の光路上には、機械式のシャッター７が設けられている。シャッター７は、内部のシャッター駆動系を介して中央制御系１４Ａにより制御されており、中央制御系１４Ａによりシャッター７を閉じることによって、光源１からウエハ１２上へのレーザビーム４の照射が停止される。波長モニタ６により計測されたレーザビーム４の波長及びスペクトル幅の計測信号は中央制御系１４Ｂに供給されており、レーザビーム４の波長やスペクトル幅の異常が検知されたときには、中央制御系１４Ｂによりシャッター７の閉止の制御が行われ、レーザビーム４のウエハ１２上への照射が停止される。同時に、シャッター７を閉じた状態で、中央制御系１４Ｂから光源１の狭帯化モジュール２に対して波長及びスペクトル幅を正常状態に戻す復帰動作を行うように指令が出される。そして、レーザビーム４の波長及びスペクトル幅が正常に復帰後、中央制御系１４Ｂから再び中断した露光動作等に戻るように指令が出されるという構成になっている（例えば、特開平１−１０６４２６号公報参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術においては、エキシマレーザ光を発生する光源１での波長及びスペクトル幅等の光特性の制御が異常を来したとき、及びその異常状態から正常な状態に復帰させる動作中にシャッター７を駆動して照明光をカットし、転写されたパターンに問題のあるショット領域（以下、「不良ショット」という）の発生を回避するようになっている。しかしながら、このような従来の制御法では、エキシマレーザ光の光特性の異常が検出された時点では、既にその異常なエキシマレーザ光により露光が行われたショット領域は不良ショットとなっている可能性がある。また、たとえ不良ショットの発生を防止することはできても、シャッター駆動による時間のロスは避けることができず、スループット（生産性）を低下させるという不都合があった。
【０００８】
また、露光に際しウエハ上から選択された所定個数のショット領域（サンプルショット）に付設されたアライメントマークの座標位置をアライメント系を用いて計測し、この計測結果を統計処理してウエハ上の各ショット領域の配列座標を算出するエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式により各ショット領域のアライメントが行われるような場合には、光源１の発光状態の不良により発生した不良ショットがサンプルショットとして選択されると、アライメント精度が低下して重ね合わせ精度が低下する不都合もあった。
【０００９】
また、エキシマレーザ光を露光用の照明光として用いる場合、ウエハ上にはフォトレジストとして化学増幅型ポジレジストが塗布される。この化学増幅型ポジレジストはその反応過程で酸を増感材として用いるため、露光現像工程において増感材である酸が中和反応によって消失するのを防ぐ意味から環境中のアルカリ雰囲気の排除が必要である。そのため、露光装置と現像装置とを所謂インライン構成で結ぶと共に、各装置にアルカリ雰囲気を除去する所謂「ケミカルフィルター」を装着した上で工程時間を管理することにより安定したプロセスを維持していくよう配慮されているが、前述のエキシマレーザ光の波長やスペクトル幅の異常による復帰動作等の通常露光工程で考慮されていないような工程時間が割り込んできた場合、ウエハ上に塗布されたフォトレジストのライフタイム（寿命）が尽きてしまうという不都合もある。
【００１０】
本発明は斯かる点に鑑み、露光用の照明光の波長やスペクトル幅等の光特性に異常があってもスループットの低下を招くことなくその後の露光を正常に行うことができる露光方法を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、照明光の光特性に異常があっても、ウエハ上に塗布されたフォトレジストのライフタイムを越えることなく正常な処理が行われる露光方法を提供することを第２の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の露光方法は、露光用の光源（１）からの照明光（４）のもとで、マスク（１０）に形成されたパターンの像で感光基板（１２）上の複数のショット領域を逐次露光する露光方法において、その複数のショット領域のうちの一つのショット領域をそのマスクパターンの像で露光しているときにその照明光（４）の光特性が所定状態から許容範囲を越えて変動した場合、当該ショット領域への露光を続けながら、その照明光の光特性がその所定状態に復帰するようその光源（１）を制御し（ステップ１０９）、その照明光の光特性が所定状態に復帰後、当該ショット領域から他のショット領域への露光動作を開始するものである。
【００１２】
斯かる本発明の第１の露光方法によれば、露光用の照明光（４）の例えば波長やスペクトル幅等の光特性に異常があった場合、ショット領域への露光を続けながら光源（１）が所定状態に復帰するよう制御するため、従来のように照明光（４）の感光基板（１２）上への照射を停止するために機械式のシャッターを開閉するのに比べて処理時間が短縮される。また、直ちに照明光（４）の光特性の異常を検出して光源（１）を制御し、光特性が所定状態に復帰後直ちに次のショット領域へ移動し、次のショット領域の露光を行うようになっている。従って、スループットが向上する。また、次のショット領域からは正常な光特性を有する照明光（４）が露光に用いられるので、更なる不良ショットの発生が抑えられる。従って、感光基板（１２）の歩留りが向上する。
【００１３】
この場合、その照明光（４）の光特性が変動したときに露光されていたショット領域の位置を記憶しておいて、所謂「オンライン」コンピュータを介して管理することが好ましい。これにより、光特性の変動時に露光されていたショット領域の位置を以降の露光工程において特定できる。
そして、その後の露光工程において、その照明光（４）の光特性が変動したときに露光されていたショット領域を露光対象から除外することが好ましい。これにより、その後の露光工程において不良ショットを露光する無駄が省かれる。
【００１４】
また、その後の露光工程において、その照明光（４）の光特性が変動したときに露光されていたショット領域の位置合わせ用のマーク（ＷＭ）を使用せずに、マスクパターンの像とその感光基板（１２）との位置合わせを行うことが好ましい。これにより、例えばＥＧＡ方式等の統計処理によりアライメントが行われる場合、感光基板（１２）上の不良ショットをサンプルショットとして選択することがないため、アライメント精度が向上する。
【００１５】
また、本発明による第２の露光方法は、露光用の光源（１）からの照明光（４）のもとで、マスク（１０）に形成されたパターンの像で感光基板（１２）上の複数のショット領域を逐次露光する露光方法において、その複数のショット領域のうちの一つのショット領域をそのマスクパターンの像で露光しているときに、その照明光の光特性が所定状態から許容範囲を越えて変動した場合、当該ショット領域への露光を続けながら、その照明光の光特性がその所定状態に復帰するようその光源（１）を制御し、この光源の制御に並行して、その照明光（４）の光特性を所定状態に復帰させるのに要する復帰時間を推定し（ステップ１０８Ａ）、この推定される復帰時間がその感光基板（１２）上に塗布されている感光材料の許容処理時間を越える場合には、その感光基板（１２）への露光動作を中止して、その感光基板（１２）を露光工程の次の処理工程へ搬送し、その推定される復帰時間がその感光基板（１２）上に塗布されている感光材料の許容処理時間を越えない場合には、その照明光（４）の光特性がその所定状態に復帰後、当該ショット領域から他のショット領域への露光動作を開始するものである。
【００１６】
斯かる本発明の第２の露光方法によれば、感光材料の許容処理時間（ラフタイム）が尽きる前に感光基板（１２）を次の処理工程に回すので、既に露光が終了したショット領域に対しては次の処理工程での正常な処理が行われる。従って、感光材料の許容処理時間を越えて感光基板（１２）上のすべてのショット領域が露光不良となる場合に比較して、感光基板（１２）の歩留りが向上する。また、これらの場合において、モニタの対象とするその照明光の光特性の一例はその照明光の波長、又はスペクトル幅である。波長又はスペクトル幅は例えば波長モニタ（６）に内蔵されたエタロンカメラによって正確にモニタできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例につき図１及び図２を参照して説明する。本例は、レチクルのパターンを投影光学系を介してウエハ上の各ショット領域に一括露光するステッパー型の投影露光装置で露光する場合に本発明を適用したものである。基本的な構成は図７の従来の投影露光装置と同様であり、図２において図７と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。
【００１８】
図２は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図２において、ＫｒＦエキシマレーザ光源よりなる光源１から中心波長λ０ （設計波長）でスペクトル幅Ｓ０ （設計スペクトル幅）のレーザビーム４が射出される。光源１はパルス発振型の光源であり、光源１としては、その他、ＡｒＦエキシマレーザ光源等のエキシマレーザ光源、銅蒸気レーザ光源、又はＹＡＧレーザの高調波発生装置等が使用できる。光源１は、狭帯化モジュール２と、レーザ電源を含むレーザチャンバ３とから構成されている。狭帯化モジュール２は、図７の例で説明したように、プリズムと回折格子とを組み合わせたものや、エタロン（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ ｅｔａｌｏｎ） といった２枚の平面鏡を平行に配置した干渉型の帯域フィルター等の光学素子から構成されており、光源１から射出されるレーザビームのスペクトル幅を例えばエキシマレーザ光源の場合、自然発振スペクトル幅の約１／１００〜１／３００程度に狭めて露光装置本体部に供給する。レーザチャンバ３及び狭帯化モジュール２は、後述するように、レーザビームの波長及びスペクトル幅等の光特性を検出する波長モニタ６の検出結果に基づいて中央制御系１４により制御されている。
【００１９】
光源１から射出されたレーザビーム４は、レーザビーム４の光路に対して傾斜角４５°の反射面を有するビームスプリッタ５に入射する。ビームスプリッタ５は、入射するレーザビームの殆どを透過し、残りの一部を反射して波長モニタ６に導く。波長モニタ６としては、例えばギャップが可変のエタロン板を有する波長測定装置が使用される。波長モニタ６によりレーザビーム４の波長及びスペクトル幅が測定され、その測定値に基づく信号が中央制御系１４に出力される。
【００２０】
一方、ビームスプリッタ５を透過したレーザビーム４は、次にビームの断面形状を整形するためのビーム整形光学系、レーザビームの透過率を複数段階で切り換える減光部、レチクル上での照度分布を均一化するフライアイレンズ、視野絞り、リレーレンズ、及びコンデンサーレンズ等の光学系を含む照明光学系８を介してミラー９で下方に折り曲げられた後、レチクル１０を照明する。レチクル１０を透過したレーザビーム４によりレチクル１０上のパターンの投影光学系１１を介した像が、ウエハ１２上に塗布されたフォトレジスト層に投影露光される。以下、投影光学系１１の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面上で図２の紙面に平行にＸ軸、図１の紙面に垂直にＹ軸を取り説明する。
【００２１】
レチクル１０は、不図示のレチクルステージ上に保持され、レチクルステージは投影光学系５の光軸ＡＸに垂直な平面内でＸ方向、Ｙ方向、及び回転方向（θ方向）にレチクル１０の位置決めを行う。
一方、ウエハ１２は不図示のウエハホルダを介してウエハステージ１３上に載置されている。ウエハステージ１３は投影光学系１１の光軸ＡＸに垂直な平面内でＸ方向、Ｙ方向、及び回転方向（θ方向）にウエハ１２の位置決めを行うと共にウエハ１２の焦点方向（Ｚ方向）の位置決めも行う。また、ウエハ１２上の各ショット領域にはアライメント用のウエハマークが付設されている。図２では代表的に或るショット領域に付設されたウエハマークＷＭを示してある。そして、本例の投影露光装置にはウエハマークの位置検出を行うためのオフ・アクシス方式のアライメント系３１が備えられ、検出結果が中央制御系１４に供給されている。その他、本例の投影露光装置には不図示であるがウエハ１２の焦点位置を検出する焦点位置検出系、レチクル１０のアライメントを行うためのレチクルアライメント系等も配置されている。
【００２２】
次に、本例の露光動作の一例について図１を参照して説明する。本例の場合は図７に示す従来の投影露光装置とは異なって、光源１と照明光学系８との間にシャッターを設けていない。従って、露光中レーザビーム４の波長又はスペクトル幅等の光特性に異常があっても、ウエハ１２上へのレーザビームの照射は継続される。以下、レーザビームの光特性として波長及びスペクトル幅を用いて説明する。
【００２３】
図１は、本例の露光方法を説明するためのフローチャートを示し、この図１に示すように、先ずステップ１０１において、新しいウエハ（ウエハ１２とする）が図２のウエハステージ１３上にロードされる。次に、ステップ１０２において、一例として、ウエハ１２上から選択された所定個数のショット領域（サンプルショット）に付設されたウエハマークの座標位置をアライメント系３１を用いて計測し、この計測結果を統計処理してウエハ上の各ショット領域の配列座標を算出するエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式により各ショット領域のアライメントが行われる。その後、ステップ１０３でショット領域の露光順序を示す変数ｉが１に設定される。
【００２４】
次に、ステップ１０４において、ステップ１０２のアライメント結果に基づいてウエハステージ１３をステッピング駆動することにより、ｉ番目のショット領域が投影光学系１１の露光フィールド内の露光位置に位置決めされる。そして、光源１が点灯され、そのｉ番目のショット領域への露光が開始される。露光開始に伴い、ステップ１０５において、波長モニタ６によりレーザビーム４の波長及びスペクトル幅の計測が行われ、計測信号が中央制御系１４に供給される。そして、ステップ１０６において、中央制御系１４により波長モニタ６からの計測信号に基づいてレーザビーム４の波長及びスペクトル幅が算出される。ここで算出されたレーザビーム４の波長をλとし、スペクトル幅をＳとする。ここでは、更に中央制御系１４により、波長λの設計値λ０ からの波長差Δλ（＝｜λ−λ０｜）、及びスペクトル幅Ｓの設計値Ｓ０ からの差ΔＳ（＝｜Ｓ−Ｓ０｜）が算出される。次に、ステップ１０７において、ステップ１０６で計算された波長差Δλと、予め設定された中心波長からのずれの許容範囲ΔλＰ との比較が行われる。同時に、スペクトル幅の差ΔＳと、予め設定された許容範囲ΔＳＰ との比較が行われる。波長差Δλ及びスペクトル幅の差ΔＳが共に許容範囲内にある場合にはステップ１１３に移行し、露光終了までの時間と、波長モニタ６による計測時間とを比較して、露光終了までの時間の方が長いときには、ステップ１０５に戻って波長モニタ６による計測を繰り返す。そして、ステップ１１３で、計測時間よりも露光終了までの時間の方が短くなったときには、ステップ１１４に移行する。そして、ステップ１１４でｉ番目のショット領域の露光が終了すると、ステップ１１５でショット領域の露光順序を示す変数ｉに１が加えられる。
【００２５】
一方、ステップ１０７において、波長差Δλが許容範囲ΔλＰ を越えるか、又はスペクトル幅の差ΔＳが許容範囲ΔＳＰ を越えるかして、少なくとも一方が許容範囲を外れた場合には、ステップ１０８に移行し、中央制御系１４は、現在露光中のｉ番目のショット領域の位置を記憶すると共に、ウエハステージ１３の駆動系その他の露光シーケンスに関係する駆動系に対して露光動作の停止を指示する。具体的に、通常ウエハステージ１３の位置は不図示のレーザ干渉計による計測値が所定の値となるようにサーボ制御されているが、露光動作の停止によってそのウエハステージ１３の高精度な位置決め動作は解除される。また、ウエハ１２の表面を投影光学系１１の結像面に合わせ込むオートフォーカス動作もオフ状態となる。但し、光源１のパルス発光は継続される。この際、本例においては従来例に見られるようなシャッターは介在しておらず、光源１が後述の復帰動作を実行している間、光源１からのウエハ１２上のｉ番目のショット領域に対するレーザビーム４の照射は継続される。レーザビーム４は正常な状態ではないため、そのｉ番目のショット領域は、転写されるパターンの解像度等が劣化しているショット領域（以下、「不良ショット」という）となる可能性が高い。そして、ステップ１０９において、中央制御系１４は光源１に発光状態を正常な状態に復帰させるように指令を発する。この指令に基づき、光源１の狭帯化モジュール２により許容範囲を越えたレーザビーム４の波長又はスペクトル幅を補正する復帰動作が行われる。
【００２６】
次のステップ１１０〜１１２は、先のステップ１０５〜１０７と全く同様の工程であり、ステップ１１０で波長モニタ６によってレーザビーム４の中心波長及びスペクトル幅の測定が行われ、ステップ１１１で波長差Δλ及びスペクトル幅の差ΔＳが計算される。そして、ステップ１１２でそれぞれの許容範囲との比較が行われる。ステップ１０９における狭帯化モジュール２の補正動作によりレーザビーム４の中心波長及びスペクトル幅が所定の許容範囲内に入るまで、ステップ１０９〜１１２が繰り返され、ステップ１１２においてレーザビーム４の中心波長及びスペクトル幅が共に許容範囲内にあることが確認された後、光源１のパルス発光を停止してステップ１１５に移行する。
【００２７】
前述のように、ステップ１１５ではショット領域の露光順序を示す変数ｉに１が加えられる。次に、ステップ１１６に移行し、ウエハ１２上のすべてのショット領域への露光が終了したかどうかが確認される。すべてのショット領域の露光が終了するまでステップ１０４〜１１６が繰り返され、すべてのショット領域の露光が終了すると、ステップ１１７でウエハ１２がウエハステージ１３上からアンロードされる。そして、ステップ１１８で１ロットのウエハへの露光が行われたどうかが確認される。残されたウエハがある場合は再びステップ１０１に戻り、１ロットのウエハへの露光が終了するまでステップ１０１〜１１８が繰り返される。
【００２８】
以上、本例によれば、各ショット領域への露光中に光源１からのレーザビーム４の波長及びスペクトル幅を波長モニタ６により連続的に計測し、その波長及びスペクトル幅のいずれかが許容範囲を外れた場合には、レーザビーム４の照射を継続しつつ露光動作を即時中断している。そして、狭帯化モジュール２で光源１の発光状態が所定の状態になるように復帰動作を行い、復帰動作が終了したとき直ぐにそれまで露光していたショット領域の次のショット領域への露光を開始するため、許容範囲を外れた異常な照明光により露光が継続されるといった無駄な時間が省かれる。また、次のショット領域以降のショット領域からは所定の波長及びスペクトル幅のレーザビームが照射されるので、更に不良ショットが生ずることがない。また、レーザビーム４の波長及びスペクトル幅に異常を来したときの復帰動作に当たって、レーザビーム４をシャッターによりカットする必要がないので装置構成を簡略化できるばかりでなく、シャッター駆動に要する時間をなくすことで露光に要する実質的処理時間を短縮できる。
【００２９】
なお、本例においては、ステップ１０５におけるレーザビーム４の中心波長及びスペクトル幅の計測は光源１から発光される所定の複数パルス光毎に行われ、その複数パルス光毎の光特性に異常が見られた場合、ステップ１０８に移行して露光動作を停止し、ステップ１０９で光特性を補正するようになっているが、例えば或る測定タイミングで光特性の変動が検出され、その次の測定タイミングで光特性の変動が検出されない、即ち、瞬間的に光特性の変動が生じたときには、露光動作を停止することなくそのｉ番目のショット領域への露光を継続してもよい。
【００３０】
次に、本発明の実施の形態の他の例について図３及び図４を参照して説明する。本例は、図１の露光方法における光源１の異常時からの復帰動作と共に、不良ショットに関する情報を露光装置群の中でネットワーク管理する手段を提供するものである。また、本例の投影露光装置はステップ・アンド・スキャン方式であり、図３及び図４において図１及び図２に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
【００３１】
図４は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図４において、レチクル１０はレチクルステージ３２を介してレチクルベース３３上でＸ方向に移動自在に保持され、露光時には光源１からのレーザビーム４が照明光学系８Ａ、及びミラー９を経て、レチクル１０上のスリット状の照明領域を照明する。そのスリット状の照明領域内のパターンが、投影光学系１１Ａを介してウエハ１２上に投影されている。そして、レチクル１０を例えば速度ＶＲで−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に走査するのと同期して、ウエハステージ１３を介してウエハ１２を＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）にβ・ＶＲ（βは投影光学系１１Ａの投影倍率）で走査することによって、ウエハ１２上の各ショット領域にレチクル１０のパターン像が逐次転写されるようになっている。その走査露光中の動作は中央制御系１４Ａによって同期制御される。
【００３２】
また、本例の中央制御系１４Ａは露光装置群を集中管理する、所謂集中制御系１５にオンラインで結ばれており、中央制御系１４Ａから集中制御系１５に対して、不良ショットに関する情報が供給され、集中制御系１５から中央制御系１４Ａに他の露光装置での不良ショットに関する情報が供給されている。他の構成は図２の例と同様である。
【００３３】
本例において、ｉ番目のショット領域への露光中にレーザビーム４の中心波長又はスペクトル幅が設計値から外れたときには、動作は図１のステップ１０７から図１のステップ１０８に移行して、当該ショット領域の位置の記憶、及びレーザビーム４の照射を継続した状態での露光動作の停止が行われる。走査露光方法の場合には、露光動作の停止によってレチクルステージ３２とウエハステージ１３との同期した動作が解除されて、例えばレチクルステージ３２及びウエハステージ１３は独立にそれぞれ露光終了位置に向けて減速しながら移動する。そして、図１のステップ１０９及び１１０の動作に続いて、動作は図３のステップ１１１に移行する。
【００３４】
図３は、図４の投影露光装置を用いた露光方法を説明するための要部のフローチャートを示し、この図３に示すように、ステップ１１１において、レーザビーム４の波長差Δλ（＝｜λ−λ０｜）及びスペクトル幅の差ΔＳ（＝｜Ｓ−Ｓ０｜）の計算が行われ、その次のステップ１１２において、波長差Δλ及びスペクトルの差ΔＳとそれぞれの許容範囲ΔλＰ 及びΔＳＰ との比較が行われる。そして、本例の場合はステップ１１２からステップ１１２Ａに移行する。ステップ１１２Ａにおいて、現在処理中のショット領域を不良ショットに指定し、中央制御系１４Ａから集中制御系１５に対して、現在処理中のウエハの番号、及び不良ショットの番号等の情報が提供される。そして、次に図１のステップ１１５に移行するようになっている。その他の動作は図１の例と同様である。
【００３５】
本例では、集中制御系１５はその不良ショットに関する情報を記憶し、不良ショットが形成されたウエハが次のレイアの露光のため再び同じ投影露光装置又は露光装置群内の別の投影露光装置で処理される場合には、記憶された不良ショットが露光の対象ショット領域から除外されるように各露光装置の中央制御系に指令するシステムとなっている。また、集中制御系１５から以降の露光工程におけるレチクルとウエハとの位置合わせの際、不良ショットのウエハマークを使用しないように各露光装置の中央制御系に指令が出される。従って、例えば特開昭６１−４４４２９号公報で開示されているように、ＥＧＡ方式でウエハのアライメントが行われるような場合には、不良ショットがＥＧＡ方式のサンプルショットから除外されるため、重ね合わせ精度が向上する。更に、その不良ショットには露光が行われないため無駄な露光時間を省くことができる。なお、図４には示していないが、不良ショットの発生及びその位置情報を投影露光装置の中央制御系１４Ａに付随するＣＲＴディスプレイ等を通じて表示し、オペレータに注意を促すような構成を併用してもよい。
【００３６】
次に、本発明による実施の形態の更に別の例について図５を参照して説明する。装置構成は図２の例と同様である。エキシマレーザ光源の波長制御異常の際の復帰動作のように通常の露光工程で考慮されていないような工程時間が割り込んできた場合、ウエハ上に塗布されたフォトレジストのライフタイム（初期状態での許容処理時間）が尽きてしまうようなケースが考えられる。本例は、レーザビーム４の中心波長及びスペクトル幅が許容範囲を越えた場合、それらの中心波長及びスペクトル幅の補正に要する時間（復帰時間）がフォトレジストの許容処理時間を越える場合の対策を考慮したものであり、図５に示すステップ１０８Ａ及び１０８Ｂを除き基本的な工程は図１の工程と同様である。
【００３７】
図５は、本例の露光方法を説明するための要部のフローチャートを示し、この図５において、ステップ１０８Ａは図１のステップ１０８の代わりに実行する工程である。即ち、図１のステップ１０７においてレーザビーム４の中心波長及びスペクトル幅のいずれかが許容範囲を越えたことが確認された場合、図５のステップ１０８Ａに移行して当該ショット領域の位置の記憶、及びレーザビーム４の照射を継続した状態で露光動作が停止される。本例では更に、ステップ１０８Ａにおいてレーザビーム４の中心波長及びスペクトル幅の補正に要する時間が算出される。図２の中央制御系１４には、レーザビーム４の中心波長及びスペクトル幅の補正に要する時間を推定できる計算テーブル、過去の事例に基づく予想値のテーブル、又は関係式が用意されており、それらの計算テーブル及び関係式に基づいて補正に要する時間が計算される。ここで計算された補正に要する時間を復帰時間ＴＷ とする。また、フォトレジストが塗布されたときからｉ番目のショット領域への露光動作が停止されたときまでの間の経過時間をＴ１ とし、残りのショット領域への露光時間及びウエハをウエハステージ１３上から次の現像装置へ移動する等に要する時間を後処理時間Ｔ２ として、フォトレジストのライフタイムＴ０ から経過時間Ｔ１ 及び後処理時間Ｔ２ を差し引いた時間を許容処理時間ＴＦ （＝Ｔ０ −Ｔ１ −Ｔ２ ）とする。
【００３８】
次に、ステップ１０８Ｂにおいて、復帰時間ＴＷ とウエハ１２上のフォトレジストの許容処理時間ＴＦ との比較が行われる。中央制御系１４において、ステップ１０８Ｂで比較の結果、復帰時間ＴＷ が許容処理時間ＴＦ を越える場合は、ステップ１１７に移行し、ウエハ１２をウエハステージ１３上からアンロードし、直ぐに次の現像処理を行うため、現像装置（不図示）の方へ搬出するように制御する。一方、ステップ１０８Ｂで比較の結果、復帰時間ＴＷ が許容処理時間ＴＦ を越えない場合は、図１の場合と同様にステップ１０９に移行し、ステップ１０９でレーザビーム４の中心波長及びスペクトル幅の補正が行われる。この際、図３のステップ１１２Ａと同様に、不良ショットが発生したウエハの情報を不図示の集中制御系１５に供給して、集中制御系はその情報に基づいて、そのウエハ１２の以後の処理工程での管理を行うようにしてもよい。なお、本例の場合、光源１の異常状態からの復帰動作の実施、又は復帰動作の継続をその異常発生時点での露光装置の状態、あるいはウエハの露光シーケンスの進行状況に応じて判断する機能を付加することが望ましい。
【００３９】
以上本例によれば、ウエハ１２上に塗布されたフォトレジストのライフタイムが尽きる前に次の現像処理が行われるため、レーザビーム４の波長及びスペクトル幅の異常が検出されるまでに露光が行われたショット領域については正常なチップとして回収され、歩留りが向上する。
なお、以上の実施の形態の例では、光源１としてエキシマレーザ光源が使用されたが、本発明はエキシマレーザ光源に限らず、その光特性を維持管理する必要のある他種の光源を使用する場合にも適用可能である。
【００４０】
また、本発明を図４に示すように、走査露光型の投影露光装置に適用した場合、走査露光型の投影露光装置によれば、例えばレチクルをスリット状に照明することで、投影光学系の露光フィールドの長手方向の幅を拡大できる。また、投影光学系の有効露光フィールドの一部しか使用しないので、照度均一性、ディストーション等の精度が出し易いという利点がある。しかし、この走査露光型の投影露光装置の特徴を生かすためには、露光用の照明光の光特性の安定及び光特性に異常が生じた際の迅速な対応が必要であり、本発明を適用することにより光特性の異常に迅速に対応できる。
【００４１】
このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、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。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の第１の露光方法によれば、照明光の光特性に異常があった場合、露光（照明光の照射）を続けながら光源が所定状態に復帰するよう制御するため、例えば照明光の感光基板上への照射を停止するためにシャッターを開閉する場合と比べて処理時間が短縮され、スループット（生産性）が向上する利点がある。また、照明光の光特性の異常を検出した場合、光特性が所定状態に復帰後直ちに次のショット領域への露光動作を開始するため、照明光の光特性の異常に伴う露光不良のショット領域、即ち、不良ショットに対して露光動作を継続する無駄が省かれる。また、次のショット領域からは正常な光特性を有する照明光が露光に用いられるので、不良ショットの発生が抑えられ、製造される素子の歩留りが向上する利点がある。
【００４３】
また、照明光の光特性が変動したときに露光されていたショット領域の位置を記憶する場合には、光特性の変動時に露光されていたショット領域の位置をその後の露光工程において確実に特定できる利点がある。
また、その後の露光工程において、照明光の光特性が変動したときに露光されていたショット領域を露光対象から除外する場合には、その後の露光工程において不良ショットを露光する無駄が省かれるため、更にスループットが向上する。
【００４４】
また、その後の露光工程において、照明光の光特性が変動したときに露光されていたショット領域の位置合わせ用のマークを使用せずに、マスクパターンの像とその感光基板との位置合わせを行う場合には、例えばＥＧＡ方式等の統計処理によりアライメントが行われる場合、照明光の光特性の変動に伴う不良ショットをサンプルショットから除外できるため、重ね合わせ精度が向上し、結果として製造される素子の歩留りが向上する利点がある。
【００４５】
また、本発明の第２の露光方法によれば、感光基板上に塗布された感光材料の許容処理時間が尽きる前に感光基板を次の処理工程に回すので、既に露光が終了したショット領域を救済することができる。従って、製造される素子の歩留りが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による露光方法の実施の形態の一例を示すフローチャートである。
【図２】図１の露光方法を実施するために使用される投影露光装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】本発明による露光方法の実施の形態の他の例を示す要部のフローチャートである。
【図４】図３の露光方法を実施するために使用される投影露光装置の一例を示す概略構成図である。
【図５】本発明による露光方法の実施の形態の更に他の例を示す要部のフローチャートである。
【図６】エキシマレーザ光の波長狭帯化の様子を示すスペクトル図である。
【図７】従来の投影露光装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 狭帯化モジュール
３ 電源
５ ビームスプリッタ
６ 波長モニタ
８ 照明光学系
１０ レチクル
１１ 投影光学系
１２ ウエハ
１３ ウエハステージ
１４ 中央制御系
１５ 集中制御系
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程で、露光装置を用いてマスク上のパターンを感光性の基板上の各ショット領域に露光するための露光方法に関し、特に露光用の光源としてエキシマレーザ光源のようなレーザ光源を使用する場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程では、レチクル（又はフォトマスク等）のパターンをウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するための例えばステッパー等の投影露光装置が使用されている。これらの投影露光装置では、レチクル上のパターンの像をウエハ上に投影倍率β（βは例えば１／４又は１／５等）に縮小して投影するための投影光学系が使用される。近年、半導体素子の高集積化に伴い、ウエハ上にできるだけ高集積度のパターンを焼き付けるためには、露光の解像力を上げる必要があり、露光用の照明光として遠紫外域のＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光を利用する投影露光装置が使用されるようになっている。周知の如く、このような短波長域のエキシマレーザ光を使用した場合、主として材料の透過率の問題から、投影光学系のレンズに利用できる硝材は現時点では合成石英や蛍石等のフッ化物結晶等の材料に限られている。
【０００３】
しかし、投影光学系にこのような石英や蛍石等のレンズを使用した場合には、実質的に色収差の補正が難しいので、色収差の発生による結像性能の劣化を防ぐために、エキシマレーザ光の発振スペクトル幅を狭める、所謂、「波長の狭帯化」が必要となる。この波長の狭帯化は、例えばプリズムとグレーティング（回折格子）とを組み合わせたものや、エタロン等の光学素子を使用して行われ、露光中投影光学系に供給されるエキシマレーザ光の波長のスペクトル幅を常に所定の波長幅に納めるのと同時に、その中心波長を所定の波長に維持するための、所謂「波長安定化」のための制御が行われる。そして、最近の遠紫外域のエキシマレーザ光を使用する投影露光装置では、狭帯化による波長帯域幅（スペクトル幅）については、狭帯化しない前の自然発振スペクトル幅の約１／３００に相当する１ｐｍ（＝１×１０−１２ ｍ）程度の精度が要求され、波長安定化による中心波長の誤差については、±０．２５ｐｍ程度の精度が要求されている。
【０００４】
図６は、エキシマレーザ光の波長の狭帯化を説明するためのスペクトル図を示し、横軸は波長λ、縦軸はスペクトル強度Ｉを表す。この図６において、山形の曲線２１で示す自然発振スペクトルは、中心波長λ０ で半値幅で広いスペクトル幅Ｓ１ を有している。上記のような波長の狭帯化手段により自然発振スペクトルを狭帯化することにより、波長半値幅のスペクトル幅Ｓ２ の曲線２２で示すような狭いスペクトル幅に突出したスペクトル強度を有するエキシマレーザ光が得られる。
【０００５】
図７は、従来の発振波長が狭帯化されたエキシマレーザ光源を使用するステッパー型の投影露光装置の概略構成を示し、この図７において、例えばＫｒＦエキシマレーザ光源よりなる光源１からレーザビーム４がパルス光として射出される。光源１は、内部に例えばプリズム及びグレーティング（回折格子）等から構成される狭帯化モジュール２と、レーザ電源を含むレーザチャンバ３とを有しており、レーザチャンバ３及び狭帯化モジュール２は中央制御系１４Ａに制御されている。光源１から射出されたレーザビーム４は、ビームスプリッタ５に入射する。ビームスプリッタ５は、大部分のレーザビームを透過させるが、残りの一部のレーザビームを反射して、レーザビームの波長及びスペクトル幅を計測する波長モニタ６に入射させる。ビームスプリッタ５を透過したレーザビーム４は、照明光学系８を通り、ミラー９で下方に曲げられた後、転写用のパターンが形成されたレチクル１０を照明し、投影光学系１１を介してウエハステージ１３上に載置されたウエハ１２上のフォトレジスト層にそのパターンの像を転写する。
【０００６】
この場合、光源１と照明光学系８との間の光路上には、機械式のシャッター７が設けられている。シャッター７は、内部のシャッター駆動系を介して中央制御系１４Ａにより制御されており、中央制御系１４Ａによりシャッター７を閉じることによって、光源１からウエハ１２上へのレーザビーム４の照射が停止される。波長モニタ６により計測されたレーザビーム４の波長及びスペクトル幅の計測信号は中央制御系１４Ｂに供給されており、レーザビーム４の波長やスペクトル幅の異常が検知されたときには、中央制御系１４Ｂによりシャッター７の閉止の制御が行われ、レーザビーム４のウエハ１２上への照射が停止される。同時に、シャッター７を閉じた状態で、中央制御系１４Ｂから光源１の狭帯化モジュール２に対して波長及びスペクトル幅を正常状態に戻す復帰動作を行うように指令が出される。そして、レーザビーム４の波長及びスペクトル幅が正常に復帰後、中央制御系１４Ｂから再び中断した露光動作等に戻るように指令が出されるという構成になっている（例えば、特開平１−１０６４２６号公報参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術においては、エキシマレーザ光を発生する光源１での波長及びスペクトル幅等の光特性の制御が異常を来したとき、及びその異常状態から正常な状態に復帰させる動作中にシャッター７を駆動して照明光をカットし、転写されたパターンに問題のあるショット領域（以下、「不良ショット」という）の発生を回避するようになっている。しかしながら、このような従来の制御法では、エキシマレーザ光の光特性の異常が検出された時点では、既にその異常なエキシマレーザ光により露光が行われたショット領域は不良ショットとなっている可能性がある。また、たとえ不良ショットの発生を防止することはできても、シャッター駆動による時間のロスは避けることができず、スループット（生産性）を低下させるという不都合があった。
【０００８】
また、露光に際しウエハ上から選択された所定個数のショット領域（サンプルショット）に付設されたアライメントマークの座標位置をアライメント系を用いて計測し、この計測結果を統計処理してウエハ上の各ショット領域の配列座標を算出するエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式により各ショット領域のアライメントが行われるような場合には、光源１の発光状態の不良により発生した不良ショットがサンプルショットとして選択されると、アライメント精度が低下して重ね合わせ精度が低下する不都合もあった。
【０００９】
また、エキシマレーザ光を露光用の照明光として用いる場合、ウエハ上にはフォトレジストとして化学増幅型ポジレジストが塗布される。この化学増幅型ポジレジストはその反応過程で酸を増感材として用いるため、露光現像工程において増感材である酸が中和反応によって消失するのを防ぐ意味から環境中のアルカリ雰囲気の排除が必要である。そのため、露光装置と現像装置とを所謂インライン構成で結ぶと共に、各装置にアルカリ雰囲気を除去する所謂「ケミカルフィルター」を装着した上で工程時間を管理することにより安定したプロセスを維持していくよう配慮されているが、前述のエキシマレーザ光の波長やスペクトル幅の異常による復帰動作等の通常露光工程で考慮されていないような工程時間が割り込んできた場合、ウエハ上に塗布されたフォトレジストのライフタイム（寿命）が尽きてしまうという不都合もある。
【００１０】
本発明は斯かる点に鑑み、露光用の照明光の波長やスペクトル幅等の光特性に異常があってもスループットの低下を招くことなくその後の露光を正常に行うことができる露光方法を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、照明光の光特性に異常があっても、ウエハ上に塗布されたフォトレジストのライフタイムを越えることなく正常な処理が行われる露光方法を提供することを第２の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の露光方法は、露光用の光源（１）からの照明光（４）のもとで、マスク（１０）に形成されたパターンの像で感光基板（１２）上の複数のショット領域を逐次露光する露光方法において、その複数のショット領域のうちの一つのショット領域をそのマスクパターンの像で露光しているときにその照明光（４）の光特性が所定状態から許容範囲を越えて変動した場合、当該ショット領域への露光を続けながら、その照明光の光特性がその所定状態に復帰するようその光源（１）を制御し（ステップ１０９）、その照明光の光特性が所定状態に復帰後、当該ショット領域から他のショット領域への露光動作を開始するものである。
【００１２】
斯かる本発明の第１の露光方法によれば、露光用の照明光（４）の例えば波長やスペクトル幅等の光特性に異常があった場合、ショット領域への露光を続けながら光源（１）が所定状態に復帰するよう制御するため、従来のように照明光（４）の感光基板（１２）上への照射を停止するために機械式のシャッターを開閉するのに比べて処理時間が短縮される。また、直ちに照明光（４）の光特性の異常を検出して光源（１）を制御し、光特性が所定状態に復帰後直ちに次のショット領域へ移動し、次のショット領域の露光を行うようになっている。従って、スループットが向上する。また、次のショット領域からは正常な光特性を有する照明光（４）が露光に用いられるので、更なる不良ショットの発生が抑えられる。従って、感光基板（１２）の歩留りが向上する。
【００１３】
この場合、その照明光（４）の光特性が変動したときに露光されていたショット領域の位置を記憶しておいて、所謂「オンライン」コンピュータを介して管理することが好ましい。これにより、光特性の変動時に露光されていたショット領域の位置を以降の露光工程において特定できる。
そして、その後の露光工程において、その照明光（４）の光特性が変動したときに露光されていたショット領域を露光対象から除外することが好ましい。これにより、その後の露光工程において不良ショットを露光する無駄が省かれる。
【００１４】
また、その後の露光工程において、その照明光（４）の光特性が変動したときに露光されていたショット領域の位置合わせ用のマーク（ＷＭ）を使用せずに、マスクパターンの像とその感光基板（１２）との位置合わせを行うことが好ましい。これにより、例えばＥＧＡ方式等の統計処理によりアライメントが行われる場合、感光基板（１２）上の不良ショットをサンプルショットとして選択することがないため、アライメント精度が向上する。
【００１５】
また、本発明による第２の露光方法は、露光用の光源（１）からの照明光（４）のもとで、マスク（１０）に形成されたパターンの像で感光基板（１２）上の複数のショット領域を逐次露光する露光方法において、その複数のショット領域のうちの一つのショット領域をそのマスクパターンの像で露光しているときに、その照明光の光特性が所定状態から許容範囲を越えて変動した場合、当該ショット領域への露光を続けながら、その照明光の光特性がその所定状態に復帰するようその光源（１）を制御し、この光源の制御に並行して、その照明光（４）の光特性を所定状態に復帰させるのに要する復帰時間を推定し（ステップ１０８Ａ）、この推定される復帰時間がその感光基板（１２）上に塗布されている感光材料の許容処理時間を越える場合には、その感光基板（１２）への露光動作を中止して、その感光基板（１２）を露光工程の次の処理工程へ搬送し、その推定される復帰時間がその感光基板（１２）上に塗布されている感光材料の許容処理時間を越えない場合には、その照明光（４）の光特性がその所定状態に復帰後、当該ショット領域から他のショット領域への露光動作を開始するものである。
【００１６】
斯かる本発明の第２の露光方法によれば、感光材料の許容処理時間（ラフタイム）が尽きる前に感光基板（１２）を次の処理工程に回すので、既に露光が終了したショット領域に対しては次の処理工程での正常な処理が行われる。従って、感光材料の許容処理時間を越えて感光基板（１２）上のすべてのショット領域が露光不良となる場合に比較して、感光基板（１２）の歩留りが向上する。また、これらの場合において、モニタの対象とするその照明光の光特性の一例はその照明光の波長、又はスペクトル幅である。波長又はスペクトル幅は例えば波長モニタ（６）に内蔵されたエタロンカメラによって正確にモニタできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例につき図１及び図２を参照して説明する。本例は、レチクルのパターンを投影光学系を介してウエハ上の各ショット領域に一括露光するステッパー型の投影露光装置で露光する場合に本発明を適用したものである。基本的な構成は図７の従来の投影露光装置と同様であり、図２において図７と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。
【００１８】
図２は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図２において、ＫｒＦエキシマレーザ光源よりなる光源１から中心波長λ０ （設計波長）でスペクトル幅Ｓ０ （設計スペクトル幅）のレーザビーム４が射出される。光源１はパルス発振型の光源であり、光源１としては、その他、ＡｒＦエキシマレーザ光源等のエキシマレーザ光源、銅蒸気レーザ光源、又はＹＡＧレーザの高調波発生装置等が使用できる。光源１は、狭帯化モジュール２と、レーザ電源を含むレーザチャンバ３とから構成されている。狭帯化モジュール２は、図７の例で説明したように、プリズムと回折格子とを組み合わせたものや、エタロン（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ ｅｔａｌｏｎ） といった２枚の平面鏡を平行に配置した干渉型の帯域フィルター等の光学素子から構成されており、光源１から射出されるレーザビームのスペクトル幅を例えばエキシマレーザ光源の場合、自然発振スペクトル幅の約１／１００〜１／３００程度に狭めて露光装置本体部に供給する。レーザチャンバ３及び狭帯化モジュール２は、後述するように、レーザビームの波長及びスペクトル幅等の光特性を検出する波長モニタ６の検出結果に基づいて中央制御系１４により制御されている。
【００１９】
光源１から射出されたレーザビーム４は、レーザビーム４の光路に対して傾斜角４５°の反射面を有するビームスプリッタ５に入射する。ビームスプリッタ５は、入射するレーザビームの殆どを透過し、残りの一部を反射して波長モニタ６に導く。波長モニタ６としては、例えばギャップが可変のエタロン板を有する波長測定装置が使用される。波長モニタ６によりレーザビーム４の波長及びスペクトル幅が測定され、その測定値に基づく信号が中央制御系１４に出力される。
【００２０】
一方、ビームスプリッタ５を透過したレーザビーム４は、次にビームの断面形状を整形するためのビーム整形光学系、レーザビームの透過率を複数段階で切り換える減光部、レチクル上での照度分布を均一化するフライアイレンズ、視野絞り、リレーレンズ、及びコンデンサーレンズ等の光学系を含む照明光学系８を介してミラー９で下方に折り曲げられた後、レチクル１０を照明する。レチクル１０を透過したレーザビーム４によりレチクル１０上のパターンの投影光学系１１を介した像が、ウエハ１２上に塗布されたフォトレジスト層に投影露光される。以下、投影光学系１１の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面上で図２の紙面に平行にＸ軸、図１の紙面に垂直にＹ軸を取り説明する。
【００２１】
レチクル１０は、不図示のレチクルステージ上に保持され、レチクルステージは投影光学系５の光軸ＡＸに垂直な平面内でＸ方向、Ｙ方向、及び回転方向（θ方向）にレチクル１０の位置決めを行う。
一方、ウエハ１２は不図示のウエハホルダを介してウエハステージ１３上に載置されている。ウエハステージ１３は投影光学系１１の光軸ＡＸに垂直な平面内でＸ方向、Ｙ方向、及び回転方向（θ方向）にウエハ１２の位置決めを行うと共にウエハ１２の焦点方向（Ｚ方向）の位置決めも行う。また、ウエハ１２上の各ショット領域にはアライメント用のウエハマークが付設されている。図２では代表的に或るショット領域に付設されたウエハマークＷＭを示してある。そして、本例の投影露光装置にはウエハマークの位置検出を行うためのオフ・アクシス方式のアライメント系３１が備えられ、検出結果が中央制御系１４に供給されている。その他、本例の投影露光装置には不図示であるがウエハ１２の焦点位置を検出する焦点位置検出系、レチクル１０のアライメントを行うためのレチクルアライメント系等も配置されている。
【００２２】
次に、本例の露光動作の一例について図１を参照して説明する。本例の場合は図７に示す従来の投影露光装置とは異なって、光源１と照明光学系８との間にシャッターを設けていない。従って、露光中レーザビーム４の波長又はスペクトル幅等の光特性に異常があっても、ウエハ１２上へのレーザビームの照射は継続される。以下、レーザビームの光特性として波長及びスペクトル幅を用いて説明する。
【００２３】
図１は、本例の露光方法を説明するためのフローチャートを示し、この図１に示すように、先ずステップ１０１において、新しいウエハ（ウエハ１２とする）が図２のウエハステージ１３上にロードされる。次に、ステップ１０２において、一例として、ウエハ１２上から選択された所定個数のショット領域（サンプルショット）に付設されたウエハマークの座標位置をアライメント系３１を用いて計測し、この計測結果を統計処理してウエハ上の各ショット領域の配列座標を算出するエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式により各ショット領域のアライメントが行われる。その後、ステップ１０３でショット領域の露光順序を示す変数ｉが１に設定される。
【００２４】
次に、ステップ１０４において、ステップ１０２のアライメント結果に基づいてウエハステージ１３をステッピング駆動することにより、ｉ番目のショット領域が投影光学系１１の露光フィールド内の露光位置に位置決めされる。そして、光源１が点灯され、そのｉ番目のショット領域への露光が開始される。露光開始に伴い、ステップ１０５において、波長モニタ６によりレーザビーム４の波長及びスペクトル幅の計測が行われ、計測信号が中央制御系１４に供給される。そして、ステップ１０６において、中央制御系１４により波長モニタ６からの計測信号に基づいてレーザビーム４の波長及びスペクトル幅が算出される。ここで算出されたレーザビーム４の波長をλとし、スペクトル幅をＳとする。ここでは、更に中央制御系１４により、波長λの設計値λ０ からの波長差Δλ（＝｜λ−λ０｜）、及びスペクトル幅Ｓの設計値Ｓ０ からの差ΔＳ（＝｜Ｓ−Ｓ０｜）が算出される。次に、ステップ１０７において、ステップ１０６で計算された波長差Δλと、予め設定された中心波長からのずれの許容範囲ΔλＰ との比較が行われる。同時に、スペクトル幅の差ΔＳと、予め設定された許容範囲ΔＳＰ との比較が行われる。波長差Δλ及びスペクトル幅の差ΔＳが共に許容範囲内にある場合にはステップ１１３に移行し、露光終了までの時間と、波長モニタ６による計測時間とを比較して、露光終了までの時間の方が長いときには、ステップ１０５に戻って波長モニタ６による計測を繰り返す。そして、ステップ１１３で、計測時間よりも露光終了までの時間の方が短くなったときには、ステップ１１４に移行する。そして、ステップ１１４でｉ番目のショット領域の露光が終了すると、ステップ１１５でショット領域の露光順序を示す変数ｉに１が加えられる。
【００２５】
一方、ステップ１０７において、波長差Δλが許容範囲ΔλＰ を越えるか、又はスペクトル幅の差ΔＳが許容範囲ΔＳＰ を越えるかして、少なくとも一方が許容範囲を外れた場合には、ステップ１０８に移行し、中央制御系１４は、現在露光中のｉ番目のショット領域の位置を記憶すると共に、ウエハステージ１３の駆動系その他の露光シーケンスに関係する駆動系に対して露光動作の停止を指示する。具体的に、通常ウエハステージ１３の位置は不図示のレーザ干渉計による計測値が所定の値となるようにサーボ制御されているが、露光動作の停止によってそのウエハステージ１３の高精度な位置決め動作は解除される。また、ウエハ１２の表面を投影光学系１１の結像面に合わせ込むオートフォーカス動作もオフ状態となる。但し、光源１のパルス発光は継続される。この際、本例においては従来例に見られるようなシャッターは介在しておらず、光源１が後述の復帰動作を実行している間、光源１からのウエハ１２上のｉ番目のショット領域に対するレーザビーム４の照射は継続される。レーザビーム４は正常な状態ではないため、そのｉ番目のショット領域は、転写されるパターンの解像度等が劣化しているショット領域（以下、「不良ショット」という）となる可能性が高い。そして、ステップ１０９において、中央制御系１４は光源１に発光状態を正常な状態に復帰させるように指令を発する。この指令に基づき、光源１の狭帯化モジュール２により許容範囲を越えたレーザビーム４の波長又はスペクトル幅を補正する復帰動作が行われる。
【００２６】
次のステップ１１０〜１１２は、先のステップ１０５〜１０７と全く同様の工程であり、ステップ１１０で波長モニタ６によってレーザビーム４の中心波長及びスペクトル幅の測定が行われ、ステップ１１１で波長差Δλ及びスペクトル幅の差ΔＳが計算される。そして、ステップ１１２でそれぞれの許容範囲との比較が行われる。ステップ１０９における狭帯化モジュール２の補正動作によりレーザビーム４の中心波長及びスペクトル幅が所定の許容範囲内に入るまで、ステップ１０９〜１１２が繰り返され、ステップ１１２においてレーザビーム４の中心波長及びスペクトル幅が共に許容範囲内にあることが確認された後、光源１のパルス発光を停止してステップ１１５に移行する。
【００２７】
前述のように、ステップ１１５ではショット領域の露光順序を示す変数ｉに１が加えられる。次に、ステップ１１６に移行し、ウエハ１２上のすべてのショット領域への露光が終了したかどうかが確認される。すべてのショット領域の露光が終了するまでステップ１０４〜１１６が繰り返され、すべてのショット領域の露光が終了すると、ステップ１１７でウエハ１２がウエハステージ１３上からアンロードされる。そして、ステップ１１８で１ロットのウエハへの露光が行われたどうかが確認される。残されたウエハがある場合は再びステップ１０１に戻り、１ロットのウエハへの露光が終了するまでステップ１０１〜１１８が繰り返される。
【００２８】
以上、本例によれば、各ショット領域への露光中に光源１からのレーザビーム４の波長及びスペクトル幅を波長モニタ６により連続的に計測し、その波長及びスペクトル幅のいずれかが許容範囲を外れた場合には、レーザビーム４の照射を継続しつつ露光動作を即時中断している。そして、狭帯化モジュール２で光源１の発光状態が所定の状態になるように復帰動作を行い、復帰動作が終了したとき直ぐにそれまで露光していたショット領域の次のショット領域への露光を開始するため、許容範囲を外れた異常な照明光により露光が継続されるといった無駄な時間が省かれる。また、次のショット領域以降のショット領域からは所定の波長及びスペクトル幅のレーザビームが照射されるので、更に不良ショットが生ずることがない。また、レーザビーム４の波長及びスペクトル幅に異常を来したときの復帰動作に当たって、レーザビーム４をシャッターによりカットする必要がないので装置構成を簡略化できるばかりでなく、シャッター駆動に要する時間をなくすことで露光に要する実質的処理時間を短縮できる。
【００２９】
なお、本例においては、ステップ１０５におけるレーザビーム４の中心波長及びスペクトル幅の計測は光源１から発光される所定の複数パルス光毎に行われ、その複数パルス光毎の光特性に異常が見られた場合、ステップ１０８に移行して露光動作を停止し、ステップ１０９で光特性を補正するようになっているが、例えば或る測定タイミングで光特性の変動が検出され、その次の測定タイミングで光特性の変動が検出されない、即ち、瞬間的に光特性の変動が生じたときには、露光動作を停止することなくそのｉ番目のショット領域への露光を継続してもよい。
【００３０】
次に、本発明の実施の形態の他の例について図３及び図４を参照して説明する。本例は、図１の露光方法における光源１の異常時からの復帰動作と共に、不良ショットに関する情報を露光装置群の中でネットワーク管理する手段を提供するものである。また、本例の投影露光装置はステップ・アンド・スキャン方式であり、図３及び図４において図１及び図２に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
【００３１】
図４は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図４において、レチクル１０はレチクルステージ３２を介してレチクルベース３３上でＸ方向に移動自在に保持され、露光時には光源１からのレーザビーム４が照明光学系８Ａ、及びミラー９を経て、レチクル１０上のスリット状の照明領域を照明する。そのスリット状の照明領域内のパターンが、投影光学系１１Ａを介してウエハ１２上に投影されている。そして、レチクル１０を例えば速度ＶＲで−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に走査するのと同期して、ウエハステージ１３を介してウエハ１２を＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）にβ・ＶＲ（βは投影光学系１１Ａの投影倍率）で走査することによって、ウエハ１２上の各ショット領域にレチクル１０のパターン像が逐次転写されるようになっている。その走査露光中の動作は中央制御系１４Ａによって同期制御される。
【００３２】
また、本例の中央制御系１４Ａは露光装置群を集中管理する、所謂集中制御系１５にオンラインで結ばれており、中央制御系１４Ａから集中制御系１５に対して、不良ショットに関する情報が供給され、集中制御系１５から中央制御系１４Ａに他の露光装置での不良ショットに関する情報が供給されている。他の構成は図２の例と同様である。
【００３３】
本例において、ｉ番目のショット領域への露光中にレーザビーム４の中心波長又はスペクトル幅が設計値から外れたときには、動作は図１のステップ１０７から図１のステップ１０８に移行して、当該ショット領域の位置の記憶、及びレーザビーム４の照射を継続した状態での露光動作の停止が行われる。走査露光方法の場合には、露光動作の停止によってレチクルステージ３２とウエハステージ１３との同期した動作が解除されて、例えばレチクルステージ３２及びウエハステージ１３は独立にそれぞれ露光終了位置に向けて減速しながら移動する。そして、図１のステップ１０９及び１１０の動作に続いて、動作は図３のステップ１１１に移行する。
【００３４】
図３は、図４の投影露光装置を用いた露光方法を説明するための要部のフローチャートを示し、この図３に示すように、ステップ１１１において、レーザビーム４の波長差Δλ（＝｜λ−λ０｜）及びスペクトル幅の差ΔＳ（＝｜Ｓ−Ｓ０｜）の計算が行われ、その次のステップ１１２において、波長差Δλ及びスペクトルの差ΔＳとそれぞれの許容範囲ΔλＰ 及びΔＳＰ との比較が行われる。そして、本例の場合はステップ１１２からステップ１１２Ａに移行する。ステップ１１２Ａにおいて、現在処理中のショット領域を不良ショットに指定し、中央制御系１４Ａから集中制御系１５に対して、現在処理中のウエハの番号、及び不良ショットの番号等の情報が提供される。そして、次に図１のステップ１１５に移行するようになっている。その他の動作は図１の例と同様である。
【００３５】
本例では、集中制御系１５はその不良ショットに関する情報を記憶し、不良ショットが形成されたウエハが次のレイアの露光のため再び同じ投影露光装置又は露光装置群内の別の投影露光装置で処理される場合には、記憶された不良ショットが露光の対象ショット領域から除外されるように各露光装置の中央制御系に指令するシステムとなっている。また、集中制御系１５から以降の露光工程におけるレチクルとウエハとの位置合わせの際、不良ショットのウエハマークを使用しないように各露光装置の中央制御系に指令が出される。従って、例えば特開昭６１−４４４２９号公報で開示されているように、ＥＧＡ方式でウエハのアライメントが行われるような場合には、不良ショットがＥＧＡ方式のサンプルショットから除外されるため、重ね合わせ精度が向上する。更に、その不良ショットには露光が行われないため無駄な露光時間を省くことができる。なお、図４には示していないが、不良ショットの発生及びその位置情報を投影露光装置の中央制御系１４Ａに付随するＣＲＴディスプレイ等を通じて表示し、オペレータに注意を促すような構成を併用してもよい。
【００３６】
次に、本発明による実施の形態の更に別の例について図５を参照して説明する。装置構成は図２の例と同様である。エキシマレーザ光源の波長制御異常の際の復帰動作のように通常の露光工程で考慮されていないような工程時間が割り込んできた場合、ウエハ上に塗布されたフォトレジストのライフタイム（初期状態での許容処理時間）が尽きてしまうようなケースが考えられる。本例は、レーザビーム４の中心波長及びスペクトル幅が許容範囲を越えた場合、それらの中心波長及びスペクトル幅の補正に要する時間（復帰時間）がフォトレジストの許容処理時間を越える場合の対策を考慮したものであり、図５に示すステップ１０８Ａ及び１０８Ｂを除き基本的な工程は図１の工程と同様である。
【００３７】
図５は、本例の露光方法を説明するための要部のフローチャートを示し、この図５において、ステップ１０８Ａは図１のステップ１０８の代わりに実行する工程である。即ち、図１のステップ１０７においてレーザビーム４の中心波長及びスペクトル幅のいずれかが許容範囲を越えたことが確認された場合、図５のステップ１０８Ａに移行して当該ショット領域の位置の記憶、及びレーザビーム４の照射を継続した状態で露光動作が停止される。本例では更に、ステップ１０８Ａにおいてレーザビーム４の中心波長及びスペクトル幅の補正に要する時間が算出される。図２の中央制御系１４には、レーザビーム４の中心波長及びスペクトル幅の補正に要する時間を推定できる計算テーブル、過去の事例に基づく予想値のテーブル、又は関係式が用意されており、それらの計算テーブル及び関係式に基づいて補正に要する時間が計算される。ここで計算された補正に要する時間を復帰時間ＴＷ とする。また、フォトレジストが塗布されたときからｉ番目のショット領域への露光動作が停止されたときまでの間の経過時間をＴ１ とし、残りのショット領域への露光時間及びウエハをウエハステージ１３上から次の現像装置へ移動する等に要する時間を後処理時間Ｔ２ として、フォトレジストのライフタイムＴ０ から経過時間Ｔ１ 及び後処理時間Ｔ２ を差し引いた時間を許容処理時間ＴＦ （＝Ｔ０ −Ｔ１ −Ｔ２ ）とする。
【００３８】
次に、ステップ１０８Ｂにおいて、復帰時間ＴＷ とウエハ１２上のフォトレジストの許容処理時間ＴＦ との比較が行われる。中央制御系１４において、ステップ１０８Ｂで比較の結果、復帰時間ＴＷ が許容処理時間ＴＦ を越える場合は、ステップ１１７に移行し、ウエハ１２をウエハステージ１３上からアンロードし、直ぐに次の現像処理を行うため、現像装置（不図示）の方へ搬出するように制御する。一方、ステップ１０８Ｂで比較の結果、復帰時間ＴＷ が許容処理時間ＴＦ を越えない場合は、図１の場合と同様にステップ１０９に移行し、ステップ１０９でレーザビーム４の中心波長及びスペクトル幅の補正が行われる。この際、図３のステップ１１２Ａと同様に、不良ショットが発生したウエハの情報を不図示の集中制御系１５に供給して、集中制御系はその情報に基づいて、そのウエハ１２の以後の処理工程での管理を行うようにしてもよい。なお、本例の場合、光源１の異常状態からの復帰動作の実施、又は復帰動作の継続をその異常発生時点での露光装置の状態、あるいはウエハの露光シーケンスの進行状況に応じて判断する機能を付加することが望ましい。
【００３９】
以上本例によれば、ウエハ１２上に塗布されたフォトレジストのライフタイムが尽きる前に次の現像処理が行われるため、レーザビーム４の波長及びスペクトル幅の異常が検出されるまでに露光が行われたショット領域については正常なチップとして回収され、歩留りが向上する。
なお、以上の実施の形態の例では、光源１としてエキシマレーザ光源が使用されたが、本発明はエキシマレーザ光源に限らず、その光特性を維持管理する必要のある他種の光源を使用する場合にも適用可能である。
【００４０】
また、本発明を図４に示すように、走査露光型の投影露光装置に適用した場合、走査露光型の投影露光装置によれば、例えばレチクルをスリット状に照明することで、投影光学系の露光フィールドの長手方向の幅を拡大できる。また、投影光学系の有効露光フィールドの一部しか使用しないので、照度均一性、ディストーション等の精度が出し易いという利点がある。しかし、この走査露光型の投影露光装置の特徴を生かすためには、露光用の照明光の光特性の安定及び光特性に異常が生じた際の迅速な対応が必要であり、本発明を適用することにより光特性の異常に迅速に対応できる。
【００４１】
このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、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。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の第１の露光方法によれば、照明光の光特性に異常があった場合、露光（照明光の照射）を続けながら光源が所定状態に復帰するよう制御するため、例えば照明光の感光基板上への照射を停止するためにシャッターを開閉する場合と比べて処理時間が短縮され、スループット（生産性）が向上する利点がある。また、照明光の光特性の異常を検出した場合、光特性が所定状態に復帰後直ちに次のショット領域への露光動作を開始するため、照明光の光特性の異常に伴う露光不良のショット領域、即ち、不良ショットに対して露光動作を継続する無駄が省かれる。また、次のショット領域からは正常な光特性を有する照明光が露光に用いられるので、不良ショットの発生が抑えられ、製造される素子の歩留りが向上する利点がある。
【００４３】
また、照明光の光特性が変動したときに露光されていたショット領域の位置を記憶する場合には、光特性の変動時に露光されていたショット領域の位置をその後の露光工程において確実に特定できる利点がある。
また、その後の露光工程において、照明光の光特性が変動したときに露光されていたショット領域を露光対象から除外する場合には、その後の露光工程において不良ショットを露光する無駄が省かれるため、更にスループットが向上する。
【００４４】
また、その後の露光工程において、照明光の光特性が変動したときに露光されていたショット領域の位置合わせ用のマークを使用せずに、マスクパターンの像とその感光基板との位置合わせを行う場合には、例えばＥＧＡ方式等の統計処理によりアライメントが行われる場合、照明光の光特性の変動に伴う不良ショットをサンプルショットから除外できるため、重ね合わせ精度が向上し、結果として製造される素子の歩留りが向上する利点がある。
【００４５】
また、本発明の第２の露光方法によれば、感光基板上に塗布された感光材料の許容処理時間が尽きる前に感光基板を次の処理工程に回すので、既に露光が終了したショット領域を救済することができる。従って、製造される素子の歩留りが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による露光方法の実施の形態の一例を示すフローチャートである。
【図２】図１の露光方法を実施するために使用される投影露光装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】本発明による露光方法の実施の形態の他の例を示す要部のフローチャートである。
【図４】図３の露光方法を実施するために使用される投影露光装置の一例を示す概略構成図である。
【図５】本発明による露光方法の実施の形態の更に他の例を示す要部のフローチャートである。
【図６】エキシマレーザ光の波長狭帯化の様子を示すスペクトル図である。
【図７】従来の投影露光装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 狭帯化モジュール
３ 電源
５ ビームスプリッタ
６ 波長モニタ
８ 照明光学系
１０ レチクル
１１ 投影光学系
１２ ウエハ
１３ ウエハステージ
１４ 中央制御系
１５ 集中制御系
Claims (6)
- 露光用の光源からの照明光のもとで、マスクに形成されたパターンの像で感光基板上の複数のショット領域を逐次露光する露光方法において、
前記複数のショット領域のうちの一つのショット領域を前記マスクパターンの像で露光しているときに前記照明光の光特性が所定状態から許容範囲を越えて変動した場合、当該ショット領域への露光を続けながら、前記照明光の光特性が前記所定状態に復帰するよう前記光源を制御し、
前記照明光の光特性が前記所定状態に復帰後、当該ショット領域から他のショット領域への露光動作を開始することを特徴とする露光方法。 - 請求項１記載の露光方法であって、
前記照明光の光特性が変動したときに露光されていたショット領域の位置を記憶することを特徴とする露光方法。 - 請求項２記載の露光方法であって、
その後の露光工程において、前記照明光の光特性が変動したときに露光されていたショット領域を露光対象から除外することを特徴とする露光方法。 - 請求項２、又は３記載の露光方法であって、
その後の露光工程において、前記照明光の光特性が変動したときに露光されていたショット領域の位置合わせ用のマークを使用せずに、マスクパターンの像と前記感光基板との位置合わせを行うことを特徴とする露光方法。 - 露光用の光源からの照明光のもとで、マスクに形成されたパターンの像で感光基板上の複数のショット領域を逐次露光する露光方法において、
前記複数のショット領域のうちの一つのショット領域を前記マスクパターンの像で露光しているときに前記照明光の光特性が所定状態から許容範囲を越えて変動した場合、当該ショット領域への露光を続けながら、前記照明光の光特性が前記所定状態に復帰するよう前記光源を制御し、
該光源の制御に並行して、前記照明光の光特性を前記所定状態に復帰させるのに要する復帰時間を推定し、
該推定される復帰時間が前記感光基板上に塗布されている感光材料の許容処理時間を越える場合には、前記感光基板への露光動作を中止して、該感光基板を露光工程の次の処理工程へ搬送し、
前記推定される復帰時間が前記感光基板上に塗布されている感光材料の許容処理時間を越えない場合には、前記照明光の光特性が前記所定状態に復帰後、当該ショット領域から他のショット領域への露光動作を開始することを特徴とする露光方法。 - 請求項１〜５の何れか一項記載の露光方法であって、
前記光特性は、波長又はスペクトル幅であることを特徴とする露光方法。
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