JPH05343287A

JPH05343287A - 露光方法

Info

Publication number: JPH05343287A
Application number: JP4177576A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Go; 勝人郷; Tsunesaburo Uemura; 恒三郎植村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-06-11
Filing date: 1992-06-11
Publication date: 1993-12-24

Abstract

(57)【要約】【目的】パルス発振型のレーザー光源を用いる場合の
露光動作のスループットを向上する。【構成】エキシマレーザー光源１からのパルスレーザ
ー光ＬＢ１を減光器３で減衰させてレチクルＲを照明
し、レチクルＲのパターンをウエハＷのショット領域へ
転写する。受光素子９を介して計測した前回のショット
露光での平均パルスエネルギーと適正露光エネルギーと
より推定した今回の露光パルス数が必要最小パルス数よ
り小さければ、減光器３の透過率を小さくし、今回の露
光パルス数が必要最小パルス数以上であれば原則として
減光器３の透過率を変更しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばレーザー光源を
備えた露光装置又はレーザー光を用いたウエハ若しくは
マスク等のリペア装置等における露光方法に関し、特に
マスクパターンを投影光学系を介して半導体ウエハ等の
感光基板上に焼き付ける投影露光装置に適用して好適な
露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路又は液晶表示素子等をフ
ォトリソグラフィー技術を用いて製造する際に、レチク
ルに形成されたパターンを投影光学系を介してウエハ表
面に塗布されたレジストに転写する縮小投影型の露光装
置（ステッパー）が使用されている。近年、半導体集積
回路等の集積度が向上するにつれて回路の最小線幅は更
に狭くなる傾向にあるため、ステッパーにおけるウエハ
に対する露光量制御精度としては、例えば±１％程度の
再現性が要求されている。

【０００３】これに関して近年は露光光源として、従来
主流であった水銀ランプに代わり、より高解像度を得る
ことのできるエキシマレーザー光源を用いた露光装置が
開発されている。一般にエキシマレーザー等のパルスレ
ーザー光源は、１パルス毎に数〜１０数％のエネルギー
のばらつきがあり、上記の様な所望の露光量制御精度を
達成するためには特別な露光方法が必要である。従来の
露光方法として、露光装置内に装備された減光器（光量
調整素子）等にて各パルスレーザー光の露光エネルギー
（以下、「パルスエネルギー」という）を下げ、ウエハ
の各ショット領域へ複数パルスで露光を行うことによ
り、露光中における各パルス毎のパルスエネルギーのば
らつきの影響を小さくした方法が使用されている。

【０００４】以下、従来の露光方法の一例について簡単
に説明する。先ず、ウエハ上の複数ショット領域に順次
露光していく場合に、各ショット領域の設定露光量に対
し所望の精度で実露光量を得るため、例えばターレット
板にそれぞれ透過率の異なる複数のフィルターをレボル
バー式に配置し、回転方式等により切り換えを行う減光
器（光量調整素子）を用いてパルスエネルギーを調整す
る。

【０００５】パルスエネルギーには、前述のパルス毎の
ばらつきの他に、例えばパルス毎の露光エネルギーを数
〜数１０パルス毎に平均した平均パルスエネルギーの変
動、即ち一種の経時的変動が存在する。この平均パルス
エネルギーの変動量は、一般に測定毎に±数％〜±１０
数％程度有るため、同一の設定露光量で連続してウエハ
のショット領域への露光を行う場合には、各ショット領
域毎に最適な減光器の選択及び設定が必要となる。

【０００６】図４及び図５を参照して、各ショット領域
毎に最適な減光器の選択及び設定を行う従来の露光シー
ケンスにつき説明する。このシーケンス中に現れる各パ
ラメータを以下のように定義する。Ｎｃ：露光量制御精度の達成に必要な最小露光パルス
数（所望の制御精度と各パルスレーザー光毎のパルスエ
ネルギーのばらつきにより定まる）Ｐｎ：減光段階数ｎにおける減光器の透過率であり
（ただし、ｎ＝０〜５）、具体的に次式で表される。Ｐｎ＝（０．８５）ⁿ ・１００［％］従って、透過率Ｐｎは段階的に１００％（０．８５の０
乗）から４４．４％（０．８５の５乗）まで変化する。

【０００７】Ｐｎ′：前回のショット露光での減光器の
透過率Ｓ０：設定露光量Ｓ′ ：前回のショットでの（光量モニターで）実測さ
れた積算露光量ｅ：最初のショット領域のために、予め露光前に減
光なしの空打ちによって測定するパルスレーザー光の平
均パルスエネルギーｅ′ ：前回のショットでのパルスレーザー光の平均パ
ルスエネルギー（減光器の入った状態での測定値）Ａ：計算上の平均露光パルス数（実数）Ｎ：実際の露光で予想される計算上の露光パルス数
（自然数）Ｎ′ ：前回のショット露光での実露光パルス数

【０００８】（１）最初のショット領域（第１ショッ
ト領域）に対する露光図４のステップ１００〜１０７の工程により第１ショッ
ト領域に対する露光が行われるが、以下に各ステップに
おける動作を説明する。〈ステップ１００〉複数パルスの空打ちにより、平均パ
ルスエネルギーｅを測定する。〈ステップ１０１〉パルスレーザー光の減光器の段階数
ｎをリセットする。即ち、ｎ＝０にする。

【０００９】〈ステップ１０２〜１０４〉設定露光量Ｓ
０、必要最少露光パルス数Ｎｃ、平均パルスエネルギー
ｅ及び減光器の透過率Ｐｎから、ショット露光の減光器
の段階数ｎと平均露光パルス数Ａ（実数）とを求める。
即ち、以下の計算式より平均露光パルス数Ａを求める。Ａ＝Ｓ０／（ｅ×Ｐｎ）そして、算出された平均露光パルス数Ａについて、Ａ≧
Ｎｃとなるまで、ｎ＝ｎ＋１の演算により、減光器の段
階数ｎを１ずつ増加させる。

【００１０】〈ステップ１０５〉ステップ１０２〜１０
４で求められた平均露光パルス数Ａから、以下の演算に
より計算上露光パルス数Ｎを求める。Ｎ＝ｉｎｔｅｇｅｒ（Ａ）なお、ｉｎｔｅｇｅｒ（Ａ）は実数であるＡの整数部を
とることを意味する。〈ステップ１０６〉ステップ１０２〜１０４で求められ
た減光器の段階数ｎに従い、減光器を駆動して透過率を
設定する。〈ステップ１０７〉光量モニターにより実測しながら設
定露光量に到達するまで、パルスレーザー光源を発振さ
せて露光を行う。

【００１１】（２）第２ショット領域以降に対する露
光図５のステップ１０８〜１２４の工程により第２ショッ
ト領域以降のショット領域に対する露光が行われるが、
以下に各ステップにおける動作を説明する。〈ステップ１０８〉前回のショット露光において光量モ
ニターにより実測された積算露光量Ｓ′及び実露光パル
ス数Ｎ′から、以下の式により減光器の透過率Ｐｎ′に
おけるパルスレーザー光の最新の平均パルスエネルギー
ｅ′を算出する。ｅ′＝Ｓ′／Ｎ′ 〈ステップ１０９〉減光器の段階数ｎとして前回のショ
ット露光での値ｎ′を代入する。即ち、次式が成立す
る。ｎ＝ｎ′

【００１２】〈ステップ１１０〉最新の平均パルスエネ
ルギーｅ′（透過率Ｐｎ′における）から予想される平
均露光パルス数Ａ（実数）を、次のように計算する。Ａ＝Ｓ０／ｅ′ 〈ステップ１１１〉ステップ１１０にて求められた平均
露光パルス数Ａが、必要最少露光パルス数Ｎｃ以上であ
るかどうかを調べる。そして、Ａ＜Ｎｃならば、ステ
ップ１１２へ進み、Ａ≧Ｎｃならば、ステップ１１７
へ進む。

【００１３】〈ステップ１１２〜ステップ１１４〉ステ
ップ１１１にて求められた平均露光パルス数Ａが、必要
最少露光パルス数Ｎｃより小さい場合、平均露光パルス
数Ａが必要最小露光パルス数Ｎｃ以上になるまで、前回
のショット領域での減光器の段階数ｎに対して、減光段
階数を１ずつ増加させて平均露光パルス数Ａを求める。
この動作を数式で表すと次のようになる。先ずｎ＝ｎ＋
１の演算で減光器の段階数ｎを１増加させた後に、次の
演算を行う。Ａ＝Ｓ０／｛ｅ′×（Ｐｎ′／Ｐｎ）｝そして、Ａ≧Ｎｃとなるまでｎ＝ｎ＋１を繰り返す。

【００１４】〈ステップ１１５〉ステップ１１２〜１１
４で求められた平均露光パルス数Ａから、次の演算によ
り計算上露光パルス数Ｎを求める。Ｎ＝ｉｎｔｅｇｅｒ（Ａ）〈ステップ１１６〉ステップ１１２〜１１４で求められ
た減光器の段階数ｎに従い、減光器を駆動して透過率を
設定する。次に、ステップ１２３へ進む。

【００１５】〈ステップ１１７〜１２０〉ステップ１１
１にて求められた平均露光パルス数Ａは、必要最少露光
パルス数Ｎｃ以上である。しかしながら、平均露光パル
ス数Ａより算出される計算上露光パルス数Ｎは必要最小
露光パルス数Ｎｃにできるだけ近い方がスループットの
点で有利である。そこで、その平均露光パルス数Ａが必
要最小露光パルス数Ｎｃ以上で且つできるだけその数Ｎ
ｃに近づくように、ｎ＝ｎ−１の演算により、前回のシ
ョット領域での減光器の段階数ｎを１ずつ減少させて透
過率を高める。具体的には、ｎ＝ｎ−１の演算の後に、
次の演算により平均露光パルス数Ａを求める。Ａ＝Ｓ０／｛ｅ′×（Ｐｎ′／Ｐｎ）｝その後、最初にＡ＜Ｎｃとなるまで、ｎ＝ｎ−１の
演算を繰り返す。そして、最初にＡ＜Ｎｃとなって
から、ｎ＝ｎ＋１の演算により減光器の段階数ｎを１だ
け増加させることにより、その平均露光パルス数Ａが必
要最小露光パルス数Ｎｃ以上で且つできるだけその数Ｎ
ｃに近づく。最終的な減光器の段階数ｎに基づいて次の
演算により平均露光パルス数Ａを求める。Ａ＝Ｓ０／｛ｅ′×（Ｐｎ′／Ｐｎ）｝

【００１６】〈ステップ１２１〉ステップ１１７〜１２
０で求められた平均露光パルス数Ａから、次の演算によ
り計算上露光パルス数Ｎを求める。Ｎ＝ｉｎｔｅｇｅｒ（Ａ）〈ステップ１２２〉ステップ１１７〜１２０で求められ
た減光器の段階数ｎが前回のショット露光での値ｎ′と
異なる場合には、減光器の段階数をその値ｎに設定す
る。

【００１７】〈ステップ１２３〉光量モニターを介して
実測された露光量が設定露光量Ｓ０に到達するまで、パ
ルスレーザー光源を発振させて露光を行う。〈ステップ１２４〉次の露光対象とするショット領域が
ある場合は、ステップ１０８〜１２３を繰り返して順次
露光を行う。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】前述した様に、パルス
レーザー光の平均パルスエネルギーには、ショット毎に
±数％〜±１０数％程度の変動がある。そのため従来の
露光方法では、上記の必要最小露光パルス数Ｎｃ、平均
パルスエネルギーｅ（ｅ′）、減光器の透過率Ｐｎの値
及び設定露光量Ｓ０の設定値によっては、その平均パル
スエネルギーの変動によっては最悪ショット領域毎に減
光器を駆動して透過率を設定し直すことが必要になる。
減光器の透過率の変更には時間がかかるため、そのよう
に頻繁に減光器を駆動して透過率を変更するのでは、１
ウエハ全体への露光時間が長くなりスループットが低下
するという不都合がある。

【００１９】本発明は斯かる点に鑑み、パルス発振型の
光源からのパルス光を用いる露光装置に適用できより高
いスループットを得ることができる露光方法を提案する
ことを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明による露光方法
は、例えば図１〜図３に示す如く、パルス発振型のエネ
ルギー源（１）からのパルスエネルギーを所定の適正パ
ルス数以上照射してマスクＲのパターンを感光基板Ｗの
各ショット領域に転写する露光装置における露光方法に
おいて、そのパルスエネルギーのその感光基板Ｗの各シ
ョット領域への露光エネルギーを検出するモニター手段
（９）と、そのパルスエネルギーを減衰させることによ
りその感光基板Ｗに対するそのパルスエネルギーの照射
強度を離散的に複数段階に亘って切り換える照射エネル
ギー量調整手段（３）と、その感光基板Ｗの各ショット
領域に対する適正露光エネルギー量、そのモニター手段
（９）により検出したそのパルスエネルギーの強度、そ
の所定の適正パルス数及びその感光基板Ｗの残りのショ
ット数よりその照射エネルギー量調整手段（３）におけ
る減衰率を設定する制御手段（１０）とを有する。

【００２１】そして、本発明では、その感光基板Ｗ上の
一のショット領域への露光が終わってから次のショット
領域への露光に移る際に、その制御手段（１０）が以下
の動作を行うものである。先ず、そのモニター手段
（９）の検出結果を積分してその一のショット領域への
積算露光エネルギー量を算出し、この積算露光エネルギ
ー量をそのパルスエネルギーのその一のショット領域へ
の照射パルス数で除算してそのパルスエネルギーの平均
露光エネルギー量ｅ′を算出し（ステップ２００）、こ
の算出された平均露光エネルギー量ｅ′でその適正露光
エネルギー量Ｓ０を除算して得たパルス数Ａ（ステップ
２０２）がその所定の適正パルス数Ｎｃより少ないとき
には、その照射エネルギー量調整手段（３）における減
衰率をそのパルスエネルギーのその各ショット領域への
照射パルス数がその所定の適正パルス数Ｎｃ以上になる
ように調整した後に（ステップ２０４〜２０８）、その
次のショット領域への露光動作に移行する（ステップ２
１０）。

【００２２】一方、その算出された平均露光エネルギー
量ｅ′でその適正露光エネルギー量Ｓ０を除算して得た
パルス数Ａがその所定の適正パルス数Ｎｃ以上であると
きには、その照射エネルギー量調整手段（３）における
減衰率をその感光基板Ｗの残りのショット数への露光時
間が最も短くなり且つそのパルスエネルギーのその各シ
ョット領域への照射パルス数がその所定の適正パルス数
Ｎｃ以上になるように調整した後に（ステップ２０
９）、その次のショット領域への露光動作に移行するも
のである（ステップ２１０）。

【００２３】

【作用】斯かる本発明によれば、算出された平均露光エ
ネルギー量ｅ′でその適正露光エネルギー量Ｓ０を除算
して得たパルス数Ａ（ステップ２０２）がその所定の適
正パルス数Ｎｃより少ないときには、従来例と同様に、
その照射エネルギー量調整手段（３）における減衰率を
増加させてそのパルスエネルギーのその各ショット領域
への照射パルス数をその所定の適正パルス数Ｎｃ以上に
する。

【００２４】一方、算出された平均露光エネルギー量
ｅ′でその適正露光エネルギー量Ｓ０を除算して得たパ
ルス数Ａがその所定の適正パルス数Ｎｃ以上であるとき
には、必ずしもその照射エネルギー量調整手段（３）に
おける減衰率を減少させてそのパルス数Ａをその適正パ
ルス数Ｎｃ以上で且つその適正パルス数Ｎｃにできるだ
け近づけるという動作は行わない。その代わりに、本発
明では、残りのショット数をも勘案して、その照射エネ
ルギー量調整手段（３）における減衰率を減少させる動
作を費やしても、全体としてスループットが向上する場
合には、従来のようにその減衰率を減少させる。しか
し、残りのショット数が少なく、その照射エネルギー量
調整手段（３）における減衰率を減少させる動作を費や
すと全体のスループットが低下する場合には、その照射
エネルギー量調整手段（３）における減衰率は変えるこ
となく露光を行う。

【００２５】これにより、その照射エネルギー量調整手
段（３）における減衰率の変更時間及び全ショット領域
への純粋な露光時間を合わせた場合の全体の露光動作の
スループットを従来よりも向上させることができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明による露光方法の一実施例につ
き図１〜図３を参照して説明する。本実施例は、ステッ
プアンドリピート方式でウエハの全ショット領域に順次
レチクルのパターンを転写する縮小投影型の露光装置
（ステッパー）の露光方法に本発明を適用したものであ
る。

【００２７】図３（ａ）は本例の露光装置の全体を示
し、この図３（ａ）において、１はパルスレーザー光源
の一例としてのエキシマレーザー光源である。エキシマ
レーザー光源１は、レーザーチューブを挟むように配置
される２枚の共振ミラーの間の一部に、エタロン又は分
散素子等より構成される狭帯化波長安定化機構を有する
安定共振器を持つレーザー光源として構成されている。
また、エキシマレーザー光源１において、レーザー光の
光軸に沿って平行に設けられた２枚の電極間に高電圧の
放電を起こすことによって、後述のウエハのレジスト層
を感光させるような紫外のパルスレーザー光、例えば波
長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー光が射出され
る。

【００２８】エキシマレーザー光源１より射出されたパ
ルスレーザービームＬＢ０の断面形状は、２枚の電極の
配置状態に応じて縦横比が１／２〜１／５程度の矩形と
なっている。このパルスレーザービームＬＢ０は、例え
ば２枚の凹凸のシリンドリカルレンズを組み合わせて構
成されるビームエクスパンダ２に入射し、このビームエ
クスパンダ２からは断面形状の短辺方向の幅が拡大され
て断面形状が略正方形に変換されたパルスレーザービー
ムＬＢ１が射出される。このパルスレーザービームＬＢ
１は減光器３に入射し、この減光器３からはビーム光量
（エネルギー）が１００％（完全透過）から段階的に４
４．４％まで減衰したパルスレーザービームＬＢ２が射
出される。

【００２９】図３（ｂ）はその減光器３の構成を示し、
この図３（ｂ）に示すように、円板状の減光器３には回
転軸３ｇを中心としてほぼ６０°間隔で６個のフィルタ
ー板３ａ〜３ｆが配置されている。これらフィルター板
３ａ〜３ｆにおける減光器の段階数（減光段階数）ｎは
それぞれ０〜５であり、段階数ｎでの透過率は（０．８
５）ⁿ ×１００％である。従って、その減光器３を回転
軸３ｇを中心として回転することにより、その減光器３
におけるパルスレーザービームＬＢ１の透過率Ｐｎを１
００％から段階的に変更することができる。

【００３０】図３（ａ）に戻り、その減光器３における
パルスレーザービームＬＢ１に対する透過率は、感光基
板であるウエハの各ショット領域への露光中にはそれぞ
れ一定に設定されている。しかしながら、一のショット
領域への露光が完了してから次のショット領域への露光
に移行するまでの間には、後述のようにその減光器３に
おける透過率が変更される場合がある。

【００３１】その減光器３から射出されたパルスレーザ
ービームＬＢ２は、紫外用反射ミラー４に反射されてフ
ライアイレンズ５に入射し、フライアイレンズ５の後側
（レチクル側）焦点面には多数の２次光源が形成され
る。それら２次光源からのパルスレーザー光は、光軸に
対して４５°の傾斜角で斜設された反射率の小さなビー
ムスプリッター６を透過した後に、コンデンサーレンズ
７により適度に集光されて、レチクルＲ上を均一な照度
で照明する。これによりレチクルＲ上の回路パターンの
像が投影光学系ＰＬを介してウエハＷの各ショット領域
のレジスト層に転写される。

【００３２】また、ビームスプリッター６で分割された
パルスレーザー光の一部は集光光学系８により受光素子
９の受光面上に集光される。受光素子９は、パルスレー
ザー光の各パルス毎の光量（光強度）に応じた光電変換
信号を正確に出力するもので、紫外域において十分な感
度を有し、且つ応答速度が十分に速いＰＩＮフォトダイ
オード等より構成される。

【００３３】１０は装置全体の動作を制御する主制御系
を示し、この主制御系１０は各種情報を記憶するメモリ
ー及びオペレータからのコマンドを受け付けると共にオ
ペレータに対する情報を出力するための入出力装置を有
する。その受光素子９の光電変換信号を光量モニター部
１１に供給し、光量モニター部１１は１ショットの露光
中で受光素子９からパルス的に供給される信号を順次積
算し、これにより得られた積算信号を主制御系１０に供
給する。また、受光素子９からの光電変換信号とウエハ
Ｗ上での露光エネルギー量との変換比は予め実測により
求められ、この変換比が主制御系１０の内部のメモリに
記憶されているので、露光を行いながら主制御系１０は
ウエハＷ上での実際の積算露光量をモニターすることが
できる。

【００３４】１２はエキシマレーザー光源１の発振を制
御するトリガー制御部、１３はその光源１の高圧放電電
圧を制御する第１光量制御部を示し、主制御系１０は、
トリガー制御部１２を介してエキシマレーザー光源１の
発振（発光パルス数、発振間隔等）を制御し、第１光量
制御部１３を介してエキシマレーザー光源１のパルスエ
ネルギーを制御する。また、１４は減光器３の回転を制
御する第２光量制御部を示し、主制御系１０は第２光量
制御部１４を介して減光器３の透過率を後述の手順で算
出した値に設定する。

【００３５】次に、図１及び図２を参照して図３（ａ）
の露光装置における露光シーケンスの一例につき説明す
る。このシーケンス中に現れる各パラメータを、従来例
と同様に以下のように定義する。Ｎｃ：露光量制御精度の達成に必要な最小露光パルス
数（所望の制御精度と各パルスレーザー光毎のパルスエ
ネルギーのばらつきにより定まる）Ｐｎ：減光段階数ｎにおける減光器の透過率であり
（ただし、ｎ＝０〜５）、具体的に次式で表される。Ｐｎ＝（０．８５）ⁿ ・１００［％］従って、透過率Ｐｎは段階的に１００％（０．８５の０
乗）から４４．４％（０．８５の５乗）まで変化する。

【００３６】Ｐｎ′：前回のショット露光での減光器の
透過率Ｓ０：設定露光量Ｓ′ ：前回のショット露光での（光量モニターで）実
測された積算露光量ｅ：最初のショット領域のために、予め露光前に減
光なしの空打ちによって測定するパルスレーザー光の平
均パルスエネルギーｅ′ ：前回のショット露光でのパルスレーザー光の平
均パルスエネルギー（減光器の入った状態での測定値）Ａ：計算上の平均露光パルス数（実数）Ｎ：実際の露光で予想される計算上の露光パルス数
（自然数）Ｎ′ ：前回のショット領域での実露光パルス数

【００３７】（１）最初のショット領域（第１ショッ
ト領域）に対する露光図１のステップ１００〜１０７の工程により第１ショッ
ト領域に対する露光を行うが、これは従来の図４に示し
た動作と同じである。以下に各ステップにおける動作を
説明する。

【００３８】〈ステップ１００〉複数パルスの空打ちに
より、図３の主制御系１０は光量モニター部１１を介し
て平均パルスエネルギーｅを測定する。〈ステップ１０１〉パルスレーザービームＬＢ１に対す
る減光器３の段階数ｎをリセットする。即ち、ｎ＝０に
して、透過率を１００％にする。

【００３９】〈ステップ１０２〜１０４〉設定露光量Ｓ
０、必要最少露光パルス数Ｎｃ、平均パルスエネルギー
ｅ及び減光器の透過率Ｐｎから、露光ショット領域の減
光器３の段階数ｎと平均露光パルス数Ａ（実数）とを求
める。即ち、以下の計算式より平均露光パルス数Ａを求
める。Ａ＝Ｓ０／（ｅ×Ｐｎ）そして、算出された平均露光パルス数Ａについて、Ａ≧
Ｎｃとなるまで、ｎ＝ｎ＋１の演算により、減光器３の
段階数ｎを１ずつ増加させる。

【００４０】〈ステップ１０５〉ステップ１０２〜１０
４で求められた平均露光パルス数Ａから、以下の演算に
より計算上露光パルス数Ｎを求める。Ｎ＝ｉｎｔｅｇｅｒ（Ａ）なお、ｉｎｔｅｇｅｒ（Ａ）は実数であるＡの整数部を
とることを意味する。〈ステップ１０６〉ステップ１０２〜１０４で求められ
た減光器３の段階数ｎに従い、主制御系１０は第２光量
制御部１４を介して減光器３を回転して透過率を設定す
る。〈ステップ１０７〉主制御系１０は、光量モニター部１
１を介して検出される露光量が設定露光量Ｓ０に到達す
るまで、エキシマレーザー光源１を発振させて露光を行
う。

【００４１】（２）第２ショット領域以降に対する露
光図２のステップ２００〜２１１の工程により第２ショッ
ト領域以降のショット領域に対する露光が行われるが、
以下に各ステップにおける動作を説明する。〈ステップ２００〉主制御系１０は、前回のショット露
光において光量モニター部１１を介して測定された積算
露光量Ｓ′及び実露光パルス数Ｎ′から、減光器３の透
過率Ｐｎ′におけるレーザービームの最新の平均パルス
エネルギーｅ′を次式より算出する。ｅ′＝Ｓ′／Ｎ′

【００４２】〈ステップ２０１〉主制御系１０は、第２
光量制御部１４を介して減光器３の段階数ｎとして前回
のショット領域での段階数ｎ′を設定する。即ち、ｎ＝
ｎ′を意味する。〈ステップ２０２〉主制御系１０は、最新の平均パルス
エネルギーｅ′（透過率Ｐｎ′における）から予想され
る平均露光パルス数Ａ（実数）を次式により計算する。Ａ＝Ｓ０／ｅ′

【００４３】〈ステップ２０３〉主制御系１０は、ステ
ップ２０２にて求められた平均露光パルス数Ａが、必要
最少露光パルス数Ｎｃ以上であるかどうかを調べる。そ
して、Ａ＜Ｎｃならば、ステップ２０４へ進み、Ａ≧
Ｎｃならば、ステップ２０９へ進む。

【００４４】〈ステップ２０４〜２０６〉ステップ２０
２にて求められた平均露光パルス数Ａが、必要最少露光
パルス数Ｎｃより小さい場合である。この場合、パルス
レーザービームの平均パルスエネルギーが大きくなり、
そのパルスエネルギーのパルス毎のばらつきを考慮する
と、最終パルスの大きさ又はばらつきによっては所望の
露光量を超えてしまう可能性がある。そこで、主制御系
１０は、平均露光パルス数Ａが必要最小露光パルス数Ｎ
ｃ以上になるまで、前回のショットでの減光器３の段階
数ｎに対して、段階数を１ずつ増加させて平均露光パル
ス数Ａを求める。この動作を数式で表すと次のようにな
る。先ずｎ＝ｎ＋１の演算で減光器３の段階数ｎを１増
加させた後に、次の演算を行う。Ａ＝Ｓ０／｛ｅ′×（Ｐｎ′／Ｐｎ）｝そして、Ａ≧Ｎｃとなるまでｎ＝ｎ＋１を繰り返す。

【００４５】〈ステップ２０７〉ステップ２０４〜２０
６で求められた平均露光パルス数Ａから、主制御系１０
は次の演算により計算上露光パルス数Ｎを求める。Ｎ＝ｉｎｔｅｇｅｒ（Ａ）〈ステップ２０８〉主制御系１０は、ステップ２０４〜
２０６で求められた減光器３の段階数ｎに従い、第２光
量制御部１４を介して減光器３を回転させてその透過率
を段階数ｎに設定する。次に、ステップ２１０へ進む。

【００４６】〈ステップ２０９〉ステップ２０２にて求
められた平均露光パルス数Ａが、必要最少露光パルス数
Ｎｃ以上（Ａ≧Ｎｃ）である場合、即ちパルスレーザー
ビームの平均パルスエネルギーに変化がみられないか、
又はパルスエネルギーが減少して露光パルス数が増加す
ると予想される場合である。この場合には、従来の露光
方法とは異なり、主制御系１０は減光器３の透過率を変
更しない。即ち、今回のショット領域での減光器３の段
階数ｎは前回のショッ領域での段階数ｎ′と同じであり
（ｎ＝ｎ′）、計算上露光パルス数Ｎは前回のショット
領域での値Ｎ′と同じである（Ｎ＝Ｎ′）。

【００４７】露光パルス数の節約という観点からは、必
要最小露光パルス数Ｎｃになるべく近い平均露光パルス
数Ａ（但し、Ａ≧Ｎｃ）にて露光するために、従来例と
同様に、Ａ≧Ｎｃを満たす間は、減光器３の段階数ｎを
減らして透過率を上げて、露光パルス数を抑える方法も
考えられる。しかしながら、その場合には露光前に減光
器３を回転させて透過率を設定する動作が入ってくる。
一般に、減光器３における透過率の切り替えにより１シ
ョットの露光で節約できる露光パルス数に相当する露光
時間に比べて、減光器３を回転させる駆動時間の方が大
きい。

【００４８】例えば、必要最小露光パルス数Ｎｃが６０
パルスで、平均パルスエネルギーに１０％の減少があっ
た場合でも、次のショット領域で予想される露光パルス
数は６０パルスから７０パルスに増加する程度であり、
レーザー光源の発振周波数が４００ｐｐｓとすると、１
０パルスの差は２５ｍｓｅｃに相当する。一方、露光パ
ルス数を６０パルスに抑えるために減光器３を駆動する
のに要する時間は例えば１００ｍｓｅｃ程度であるた
め、減光器３を駆動して透過率を変更する代わりに露光
パルス数を多くした方が、全体としての露光時間は大幅
に短縮される。従って、本例によれば遥かにスループッ
トの低下を抑えることができる。

【００４９】〈ステップ２１０〉主制御系１０は、光量
モニター部１１を介して計測された露光量が設定露光量
Ｓ０に到達するまで、エキシマレーザー光源１を発振さ
せてウエハＷの現在のショット領域に対する露光を行
う。〈ステップ２１１〉次の露光対象のショット領域がある
場合は、主制御系１０はステップ２００〜２１０を繰り
返して、各ショット領域への露光を行う。

【００５０】なお、ステップ２０９では一律に減光器３
の透過率を変更しないようにしているが、露光パルス数
が増加した時点で処理対象とするウエハＷの残り（未処
理）のショット領域の数が多い場合には、減光器３の透
過率を高くして（段階数ｎを小さくして）露光パルス数
を減少させた方がスループットがより高くなる（１枚の
ウエハの露光処理時間を短縮できる）ことがある。即
ち、減光器３を回転して透過率を小さくする時間を１回
費やしても、残りの露光対象とするショット領域におけ
る露光パルス数がそれぞれ減少すれば、全体としての露
光時間は短縮される。そこで、図２のステップ２０９で
は、残りのショット領域の個数をも考慮して（例えば、
減光器３でのフィルター交換時間と、露光パルス数の増
加に伴う１ウエハの処理時間の増加分（予測値）とを比
較して）、全体としての露光時間がより短縮される方法
を選ぶことが望ましい。

【００５１】また、ステップ２０９で露光パルス数が増
加し得ると予想された時点で、光源１に与える印加電圧
とこの電圧のもとで射出されるパルスエネルギー量との
関係をチェック（確認）する。上記関係は、例えば制御
部１３又は主制御部１８において、単位パルス（１パル
スもしくは複数パルス）毎、又は単位時間毎に、光源１
に与える印加電圧と受光素子９からの光電信号とに基づ
いて逐次更新されているものとする。さて、上記チェッ
クを行ったところ、光源１に与える印加電圧を上げるこ
とにより、射出パルスエネルギーを上昇して露光パルス
数の増加を防止できると判断した場合は、上記更新され
た関係に基づいて光源１に対する印加電圧を変化させ、
１ショット当たりの露光パルス数Ａを最小値（Ｎｃ）に
維持するようにする。これにより１枚のウエハ上で減光
器３を回転することなく、露光パルス数ＡをＮｃ、もし
くはそれに近い値としたままで露光できるショット領域
の数が増え（極端に言えば同一ウエハの露光中には減光
器３を回転させる必要がなくなり）、スループットの低
下を最小限に抑えることが可能となる。

【００５２】尚、上記チェックを行ったとき印加電圧を
上げることができないと判断した場合には、上記と同様
に露光パルス数を増やすか、減光器３を回転させるかを
判断すれば良い。また、上記更新された関係（同一フィ
ルターのもとでの）において印加電圧がリミット値に近
づいているときには、露光パルス数を極端に増やさなけ
ればならないことがある。このような場合には、残りの
ショット領域の数とともに上記関係までも考慮して減光
器３の回転の要否を判断することが望ましい。

【００５３】次に、本発明の他の実施例につき説明す
る。図１及び図２に示した露光方法では、減光器３の透
過率の変更回数は減少するものの、依然として、減光器
３における透過率を変更する際には、露光前にその減光
器３の駆動時間が必要となる。この実施例ではそのよう
な減光器３の駆動時間を短縮できる露光方法を示す。先
ず、本実施例では、平均パルスエネルギーｅ、次のショ
ット領域の減光器の段階数ｎ、計算上露光パルス数Ｎの
計算を前回のショット領域への露光終了後に行う。

【００５４】そして、次のショット露光で減光器の段階
数の変更が必要な場合には、その減光器の駆動を他の制
御系の駆動及び処理中に行う様にする。例えば、感光対
象のウエハが載置されているＸＹステージのショット間
のステッピング中に、同時に減光器の切り替えを行う様
にすることで、見かけ上の減光器の駆動時間をキャンセ
ルすることができる。これにより、露光処理時間を減少
させることなく、露光パルス数の最適化を実現でき、パ
ルスレーザー光源のランニングコストを抑制することも
できる。

【００５５】なお、図３の実施例ではレボルバー式の回
転減光フィルターよりなる減光器３を用いているが、他
の減光器又は光量調整素子を使用してもよい。例えば
単純な動作でパルスレーザービームの光路中に減光フィ
ルターを出入りさせるもの、ハーフミラーの反射光量
を切り替えるもの、ハーフミラーの角度変化により、
その透過光または反射光の光量を調整するもの、等を減
光器３の代わりに使用する露光量制御に対しても、何等
支障なく本発明を適用できる。

【００５６】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。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、複数ショット領域への
露光を行う場合において、算出された平均露光エネルギ
ー量で適正露光エネルギー量を除算して得たパルス数が
適正パルス数以上であるときには、照射エネルギー量調
整手段における減衰率を感光基板の残りのショット数へ
の露光時間が最も短くなり且つパルスエネルギーの各シ
ョット領域への照射パルス数がその適正パルス数以上に
なるように調整するので、その照射エネルギー量調整手
段における減衰率の調整回数を減らすことができる。従
って、全体として露光工程のスループットを向すること
ができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光方法の一実施例における第１
ショット領域への露光動作を示すフローチャートであ
る。

【図２】その実施例における第２ショット領域以降のシ
ョット領域への露光動作を示すフローチャートである。

【図３】その実施例の露光方法が適用される露光装置の
全体を示す概略構成図である。

【図４】従来の露光方法における第１ショット領域への
露光動作を示すフローチャートである。

【図５】従来の露光方法における第２ショット領域以降
のショット領域への露光動作を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１エキシマレーザー光源２ビームエクスパンダ３減光器３ａ〜３ｆ減光フィルター５フライアイレンズ６ビームスプリッター７コンデンサーレンズＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ８集光光学系９受光素子１０主制御系１１光量モニター部１２トリガー制御部１４第２光量制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス発振型のエネルギー源からのパル
スエネルギーを所定の適正パルス数以上照射してマスク
パターンを感光基板の各ショット領域に転写する露光装
置における露光方法において、前記パルスエネルギーの前記感光基板の各ショット領域
への露光エネルギーをを検出するモニター手段と、前記パルスエネルギーを減衰させることにより前記感光
基板に対する前記パルスエネルギーの照射強度を離散的
に複数段階に亘って切り換える照射エネルギー量調整手
段と、前記感光基板の各ショット領域に対する適正露光エネル
ギー量、前記モニター手段により検出した前記パルスエ
ネルギーの強度、前記所定の適正パルス数及び前記感光
基板の残りのショット数より前記照射エネルギー量調整
手段における減衰率を設定する制御手段とを有し、前記感光基板上の一のショット領域への露光が終わって
から次のショット領域への露光に移る際に、前記制御手
段は、前記モニター手段の検出結果を積分して前記一のショッ
ト領域への積算露光エネルギー量を算出し、該積算露光エネルギー量を前記パルスエネルギーの前記
一のショット領域への照射パルス数で除算して前記パル
スエネルギーの平均露光エネルギー量を算出し、該算出された平均露光エネルギー量で前記適正露光エネ
ルギー量を除算して得たパルス数が前記所定の適正パル
ス数より少ないときには、前記照射エネルギー量調整手
段における減衰率を前記パルスエネルギーの前記各ショ
ット領域への照射パルス数が前記所定の適正パルス数以
上になるように調整した後に、前記次のショット領域へ
の露光動作に移行し、前記算出された平均露光エネルギー量で前記適正露光エ
ネルギー量を除算して得たパルス数が前記所定の適正パ
ルス数以上であるときには、前記照射エネルギー量調整
手段における減衰率を前記感光基板の残りの複数ショッ
トへの露光時間の合計が最も短くなり且つ前記パルスエ
ネルギーの前記各ショット領域への照射パルス数が前記
所定の適正パルス数以上になるように調整した後に、前
記次のショット領域への露光動作に移行する事を特徴と
する露光方法。