JPH05343288A - 露光装置 - Google Patents

露光装置

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JPH05343288A
JPH05343288A JP4177578A JP17757892A JPH05343288A JP H05343288 A JPH05343288 A JP H05343288A JP 4177578 A JP4177578 A JP 4177578A JP 17757892 A JP17757892 A JP 17757892A JP H05343288 A JPH05343288 A JP H05343288A
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light
light receiving
optical system
wafer
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Ken Ozawa
謙 小沢
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 露光光の照射により照明光学系の光学部品又
はそのビームスプリッター等の反射率が変化してもウエ
ハに対する露光量を正確にモニターする。 【構成】 レーザー光源1とマスクRとの間でレーザー
光の一部を分岐するビームスプリッター13と、ビーム
スプリッター13により分岐されたレーザー光を受光す
るインテグレータセンサ29と、ステージ19上でウエ
ハWの近傍に受光面を有し照明光学系14〜18よりそ
のマスクRを介して照射されるレーザー光を受光する照
射量モニター20と、インテグレータセンサ29と照射
量モニター20との出力信号の比を調整する主制御系2
3とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体デバイス
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
て製造する際に使用される露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイス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
ルのパターンを直接に又は所定の割合で縮小してウエハ
に塗布された感光材に露光する露光装置が使用されてい
る。一般にウエハに塗布された感光材には適正露光量が
定められているので、従来の露光装置では、露光光の照
明光学系中にビームスプリッターを配置して、このビー
ムスプリッターにより分岐した露光光の光量をモニター
することにより、そのウエハ上での露光量をモニターし
ている。そして、そのウエハ上での露光量がその適正露
光量に達したときにそのウエハの現在のショット領域へ
の露光を停止することにより、露光量制御が行われる。
【0003】これに関して近年、半導体デバイス等は微
細化の一途を辿り、回路パターンの最小線幅がサブミク
ロンの領域に達しようとしている。このため、例えば縮
小投影型の露光装置においては、より大きい開口数の投
影光学系が開発されているが、半導体デバイス等の更な
る微細化に対応するためには、露光光の波長を更に短波
長化する必要がある。
【0004】そこで、現在多用されている水銀ランプの
g線(波長436nm)、i線(波長365nm)等の
露光光の代わりに、今後は更に短波長の光であるエキシ
マレーザー光が有望視されている。エキシマレーザー光
は、レーザー光源の発振媒体のガスの種類により異なる
波長になるが、現在では、例えば発振媒体として弗化ク
リプトン(KrF)を用いる波長248nmのエキシマ
レーザー光、又は発振媒体として弗化アルゴン(Ar
F)を用いる波長193nmのエキシマレーザー光等が
有望視されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、露光光
としてエキシマレーザー光を使用した場合、露光光用の
照明光学系又はビームスプリッター等の光学部品の硝材
及びコーティング膜の反射率がそのエキシマレーザー光
の照射により、次第に変化する場合があることが分かっ
た。これはエキシマレーザー光の照射によりその光学部
品の硝材及びコーティング膜の屈折率等が変化すること
によるものと考えられる。
【0006】この場合、エキシマレーザー光の光量をモ
ニターするために照明光学系中に配置されたビームスプ
リッターの反射率も変化し、そのビームスプリッターに
より分岐されたエキシマレーザー光のエネルギーとウエ
ハ上に達するエキシマレーザー光のエネルギーとの比も
変化することになる。従って、この比が一定のものと仮
定してそのウエハへの露光量制御を行うと、実際の露光
量と適正露光量との差が所定の許容値を超える虞があ
る。
【0007】本発明は斯かる点に鑑み、レチクルのパタ
ーンを露光光のもとでウエハに転写すると共に、その露
光光の一部をビームスプリッター等を介して取り出して
そのウエハに対する露光量をモニターする場合に、露光
光の照射により照明光学系の光学部品又はそのビームス
プリッター等の反射率が変化してもそのウエハに対する
露光量を正確にモニターできる露光装置を提供すること
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による露光装置
は、例えば図1に示す如く、露光光を発生する光源
(1)と、その露光光を集光して所定のパターンが形成
されたマスクRを照明する照明光学系(14〜18)
と、そのマスクR上でのその露光光の照度を均一化する
照度分布均一化光学系(12)と、感光基板Wを載置す
るステージ(19)とを有し、その露光光のもとでその
マスクRのパターンをそのステージ(19)上の感光基
板W上に露光する露光装置において、その光源(1)と
そのマスクRとの間でその露光光の一部を分岐する分岐
光学系(13)と、この分岐光学系(13)により分岐
されたその露光光をそのマスクRと共役な面で受光する
第1の受光手段(29)と、そのステージ(19)上で
その感光基板Wの近傍に受光面を有しその照明光学系
(14〜18)よりそのマスクRを介して照射されるそ
の露光光を受光する第2の受光手段(20)とを有す
る。
【0009】更に本発明は、その第1の受光手段(2
9)の出力信号とその第2の受光手段(20)の出力信
号との比の設定を行う感度制御手段(23)と、この設
定された2つの出力信号の比及びその第1の受光手段
(29)の出力信号に基づいてその感光基板Wに対する
その露光光の露光量の制御を行う露光量制御手段(2
3)とを有するものである。
【0010】また、そのステージ(19)上に照度基準
となる第3の受光手段(21)を配置し、その感度制御
手段(23)が、この第3の受光手段(21)の出力信
号に基づいてその第1の受光手段(29)及びその第2
の受光手段(20)の感度の較正を行うようにしてもよ
い。
【0011】
【作用】斯かる本発明によれば、露光光の照射によっ
て、分岐光学系(13)からステージ(19)上の第2
の受光手段(20)までの光学部品の硝材又はコーティ
ング膜の反射率が変化しても、例えば感光基板Wの交換
時又は所定の感光基板Wをステージ(19)上に載置し
たときに、その感度制御手段(23)は第1の受光手段
(29)の出力信号と第2の受光手段(20)の出力信
号との比を測定してその比を所定の値に設定する。この
ように露光の直前に設定された2つの出力信号の比及び
その第1の受光手段(29)の出力信号を用いることに
より、その露光量制御手段(23)は感光基板Wに対す
る露光量の絶対値を正確に制御することができる。
【0012】また、そのステージ(19)上に照度基準
となる第3の受光手段(21)を配置した場合には、1
箇月に1度等の一定の頻度で、第1の受光手段(29)
及びステージ(19)上の第2の受光手段(20)の出
力信号の較正を行う。これにより第1の受光手段(2
9)及び第2の受光手段(20)の経時変化等による感
度の変化を補正することができ、感光基板Wに対する露
光量の絶対値の制御をより正確に行うことができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明による露光装置の一実施例につ
き図1及び図2を参照して説明する。本例は露光光とし
てエキシマレーザー光を用いる投影露光装置に本発明を
適用したものである。図1は、本例の投影露光装置の構
成を示し、この図1において、1はKrFエキシマレー
ザー光のレーザー光源であり、このレーザー光源1の両
端にブリュースタ窓2及び3が取り付けられている。ま
た、一方のブリュースタ窓2の外側にエタロン4を介し
て反射鏡5が配置され、他方のブリュースタ窓3の外側
に半透過鏡6が配置されている。
【0014】レーザー光源1の自然発振の波長は248
nmで帯域幅は300pmであり、この帯域幅を3pm
に狭帯化するためエタロン2が設けられている。なお、
ここではエタロン2のみを示したが、グレイティング及
びプリズム等で狭帯化してもよい。また、ブリュースタ
窓2及び3は、特定の角度の偏光に対してほぼ無反射と
なるので、この偏光成分の光のみが反射鏡5と半透過鏡
6との間で増幅される。その結果、レーザー光源1は直
線偏光で発振し、ほぼ直線偏光のレーザビームLB0が
半透過鏡6を介して外部に射出される。エキシマレーザ
ー光はパルス発振されるレーザー光であり、レーザー光
源1の発振状態及び射出されるレーザービームのパワー
はレーザー電源7により制御される。
【0015】半透過鏡6から射出されたレーザービーム
LB0は、レンズ7及び8よりなるビーム整形光学系に
より所望の断面形状の平行光束に整形され、そのビーム
整形光学系から射出されたレーザービームLB1は、1
/4波長板10によって直線偏光から円偏光に変換され
て反射鏡11で反射された後にフライアイレンズ12に
入射する。フライアイレンズ12の射出面には多数の2
次光源が形成され、これら多数の2次光源からのレーザ
ー光が重畳的にビームスプリッター13に入射し、ビー
ムスプリッター13を透過したレーザー光は、第1リレ
ーレンズ14、レチクルブラインド15、第2リレーレ
ンズ16、反射鏡17及び主コンデンサーレンズ18を
経て均一な照度分布でレチクルRを照明する。レチクル
ブラインド15は、第2リレーレンズ16及び主コンデ
ンサーレンズ18に関してレチクルRと共役であり、レ
チクルブラインド15によりレチクルR上の照明視野が
設定される。
【0016】そのレーザー光のもとでレチクルRのパタ
ーンが両側(又は片側)テレセントリックな投影光学系
PLによってウエハW上に結像され、レチクルRのパタ
ーンがウエハW上に投影露光される。フライアイレンズ
12の射出面(2次光源形成面)と投影光学系PLの瞳
(入射瞳)面Epとは共役である。19はそのウエハW
が載置されたウエハステージを示し、このウエハステー
ジ19はウエハWを投影光学系PLの光軸に垂直な面内
で位置決めするXYステージ及びウエハWを投影光学系
PLの光軸方向に位置決めするZステージ等より構成さ
れている。
【0017】ウエハステージ19上のウエハWの近傍に
は光電変換素子よりなる照射量モニター20を配置し、
ウエハステージ19上の他の位置に光電変換素子よりな
り照度の絶対値を高精度に計測できる基準照度計21を
配置する。照射量モニター20と基準照度計21との夫
々の受光面の高さはウエハWの表面の高さとほぼ一致す
るように設けられている。この基準照度計21は照射量
モニター20等を較正する場合に使用するが、それ以外
の場合には露光光が照射されないようにカバー22で覆
っておく。23は装置全体の動作を制御する主制御系を
示し、照射量モニター20の光電変換信号は可変増幅器
24を介して検出信号P1として主制御系23に供給さ
れ、基準照度計21の光電変換信号P2も主制御系23
に供給され。
【0018】また、ウエハステージ19の上に移動鏡2
5を取り付け、この移動鏡25によりレーザー干渉計2
6からのレーザービームを反射することにより、レーザ
ー干渉計26はウエハステージ19の座標を計測する。
主制御系23はそのレーザー干渉計26で求められた座
標等に基づいて駆動装置27を介してウエハステージ1
9の位置決めを行う。
【0019】また、フライアイレンズ12の直後のビー
ムスプリッター13で反射されたレーザー光は、集光レ
ンズ28を介して光電変換素子よりなるインテグレータ
センサ29の受光面に入射する。集光レンズ28によ
り、インテグレータセンサ29の受光面は主光路の視野
絞りとしてのレチクルブラインド15と共役の位置に配
置されている。従って、インテグレータセンサ29の受
光面はウエハWの露光面とも共役な面に配置されてお
り、このインテグレータセンサ29の光電変換信号が可
変増幅器30を介して検出信号P0として主制御系23
に供給されている。ウエハWに対する露光を行う際に
は、インテグレータセンサ29はレーザー光源1から射
出されるパルスレーザービームのパワー(パルス光のピ
ーク出力)に比例した光電変換信号を発生し、主制御系
23がその検出信号P0を積算していくことにより、ウ
エハWに対する積算露光量をモニターすることができ
る。
【0020】ところで、露光装置の重要な特性の一つと
してウエハW上の照度むらがある。この照度むらの測定
方法を図2を参照して説明する。図2は照度むらの測定
を行う場合の主制御系23の機能ブロック図を示し、こ
の図2において、主制御系23は図1の駆動装置27を
介してウエハステージ19を駆動して、照射量モニター
20の受光面で投影光学系PLの露光領域全域を走査さ
せる。その際に、主制御系23はレーザー干渉計26を
介して照射量モニター20の2次元座標(X,Y)を読
み取る。同時に主制御系23は、図1のレーザー電源7
を介して一定の出力(一定の放電電圧)でレーザー光源
1を発振させた状態で、インテグレータセンサ29及び
照射量モニター20の光電変換信号を取り込む。
【0021】そして、インテグレータセンサ29から可
変増幅器30を介して取り込まれた検出信号P0及び照
射量モニター20から可変増幅器24を介して取り込ま
れた検出信号P1を、主制御系23の内部でそれぞれピ
ークホールド回路31及び32を介して割算手段33に
供給する。エキシマレーザー光がパルス光であるため
に、ピークホールド回路31及び32でそれぞれ対応す
る検出信号のピーク値〈P0〉及び〈P1〉を検出する
ようにしている。その割算手段33では、2個のピーク
値の比の値〈P1〉/〈P0〉を算出して処理手段34
に供給する。また、レーザー干渉計26で得られた照射
量モニター20の座標(X,Y)は主制御系23の内部
で、座標変換手段35によりアドレスに変換されて処理
手段34に供給される。
【0022】処理手段34は、供給された比の値〈P
1〉/〈P0〉をメモリ36のデータ端子DAに供給
し、対応するアドレスをメモリ36のアドレス端子AD
に供給する。これにより比の値〈P1〉/〈P0〉が座
標(X,Y)に対応する形式でメモリ36に記憶され
る。主制御系34は、メモリ36に記憶されている比の
値〈P1〉/〈P0〉を読みだして表示手段37に座標
(X,Y)に対応する形式で表示する。照度むらの測定
時には、図1のレチクルRとしては全面にパターンのな
いレチクルを入れておくか、又はレチクルRを載せてい
ない状態で測定を行う。これによりウエハW上の照度む
らを正確に計測することができる。
【0023】次に、ウエハWへの露光時にウエハWへの
露光量をモニターする方法について説明する。図1にお
いて、ウエハWへの露光時には照射量モニター20でウ
エハW上での露光量を直接計測することはできないの
で、インテグレータセンサ29から可変増幅器30を介
して得られた検出信号P0を利用して計測する。この場
合、予め、カバー22を外した基準照度計21を用いる
か又は別の基準となる照度計を用いて、照射量モニター
20の較正をしておく。更に、露光開始前に照射量モニ
ター20から可変増幅器24を介して得られた検出信号
P1とインテグレータセンサ29から可変増幅器30を
介して得られた検出信号P0との比の値、より正確には
検出信号P1のピーク値〈P1〉と検出信号P0のピー
ク値〈P1〉との比の値〈P1〉/〈P0〉を求めて記
憶しておく。
【0024】この際に、レチクルRとしては、実際に露
光対象とされているレチクルRの他に、或る部分だけパ
ターンの存在しないテストレチクルを用いてもよい。更
に、レチクルRが存在しない状態で測定を行ってもよ
い。実際に露光対象となるレチクルRの透過率をTとす
ると、レチクルの存在しないときに求めた2つのピーク
値の比は、〈P1〉・T/〈P0〉に変換して記憶して
おく。
【0025】次に、露光対象とするレチクルRのパター
ンをウエハW上に露光する際には、主制御系23はイン
テグレータセンサ29から可変増幅器30を介して得ら
れた検出信号P0のピーク値〈P0〉だけをモニターす
る。このピーク値よりウエハW上での露光量に対応する
ピーク値〈P1〉(又は〈P1〉・K)は演算により求
めることができる。先ず、主制御系23は、レーザー電
源7を介してレーザー光源1の出力を制御して、そのイ
ンテグレータセンサ29の受光量を示すピーク値〈P
0〉が所定の値になるようにする。露光が1パルスで終
了する場合にはこれで露光量制御が行われる。また、ウ
エハW上の各ショットにつき複数パルスで露光するとき
は、主制御系23はそのパルス毎にピーク値〈P0〉を
積分することでウエハWの各ショット領域への積算露光
量を検出し、この積算露光量が適正露光量に達した所で
そのショット領域への露光を停止する。これにより1シ
ョットあたりの総露光量が適正露光量に設定される。
【0026】ただし、露光を継続して行ったような場合
には、照射エネルギーの蓄積等によりビームスプリッタ
ー13から投影光学系PLまでの光学部品の硝材又はコ
ーティング膜等の反射率が変化して、最初に記憶した比
の値〈P1〉/〈P0〉が変化する虞がある。そこで、
本例ではレチクルRの交換時又は定期的に、インテグレ
ータセンサ29の出力と照射量モニター20の出力との
比の値〈P1〉/〈P0〉を実測する。そして、その比
の値が変動している場合には、今回計測した比の値〈P
1〉/〈P0〉を記憶する。つまり、最初に記憶した比
の値から今回計測した比の値に変更することにより、比
の設定を行う。この後に、インテグレータセンサ29の
出力信号に基づいて露光量をモニターすることにより、
ウエハWへの適正露光量を確保することができる。
【0027】また、本例ではウエハステージ19上に照
度基準となる基準照度計21が設けられているので、こ
れを用いた3通りの較正手順を以下に述べる。 [第1の較正手順]先ず基準照度計21の受光面を投影
光学系PLの像面に移動して、基準照度計21の出力信
号をP2を計測する。そして、インテグレータセンサ2
9の出力信号P0を計測し、所定の固定された係数αを
用いて、次式が成立するようにインテグレータセンサ2
9の出力信号のゲインを自動調整する。 P0×α=P2
【0028】次に、照射量モニター20を投影光学系P
Lの像面の位置に移動して、照射量モニター20の出力
信号P1を計測する。そして、インテグレータセンサ2
9の出力信号P0を基準として、次式が成立するように
照射量モニター20の出力信号のゲインを自動調整す
る。 P0×α=P1
【0029】[第2の較正手順]第1の較正手順と同様
に所定の固定された係数αを用いるが、最初に基準照度
計21の出力信号を用いて照射量モニター20の出力信
号の較正を行い、次に基準照度計21の出力信号を用い
てインテグレータセンサ29の出力信号の較正を行う。
【0030】[第3の較正手順]先ず、基準照度計21
を投影光学系PLの像面に移動し、出力信号P2を計測
する。そして、インテグレータセンサ29の出力信号P
0を計測して、次式が成立するように係数αの値を変更
する。 P0×α=P2 次に、照射量モニター20を投影光学系PLの像面に移
動し、その出力信号P1を計測する。そして、その変更
された係数αを用いて、次式が成立するように照射量モ
ニター20の出力信号のゲインを自動調整する。 P0×α=P1
【0031】上述の何れかの較正手順に従って、基準照
度計21を用いて1箇月に1度等の一定の頻度でウエハ
ステージ上の照射量モニター20及びインテグレータセ
ンサ29の較正を行うようにしてもよい。これにより、
照射量モニター20及びインテグレータセンサ29のレ
ーザー光の照射による経時変化を補正することができ
る。
【0032】次に、本発明の他の実施例につき図3を参
照して説明する。図1に対応する部分に同一符号を付し
て示す図3において、反射鏡11とフライアイレンズ1
2との間に偏光解消素子38を配置する。この偏光解消
素子38は、楔型の水晶板39と楔型の石英板40とを
光軸に沿って配置したものであり、水晶板39と石英板
40とを回転してエキシマレーザー光を直線偏光からラ
ンダム偏光に変換する。従って、本例では図1の1/4
波長板10は必要がない。また、本例の偏光解消素子3
8により図1の可変増幅器30と同様の機能を果たすこ
とができる。他の構成は図1と同様である。
【0033】本例でも露光開始前に照射量モニター20
から可変増幅器24を介して得られた検出信号P1とイ
ンテグレータセンサ29から可変増幅器30(又は単な
る増幅器)を介して得られた検出信号P0との比の値、
より正確には検出信号P1のピーク値〈P1〉と検出信
号P0のピーク値〈P1〉との比の値〈P1〉/〈P
0〉を求めて記憶しておく。そして、レチクルRの交換
時等にその比の値〈P1〉/〈P0〉を実測し、この比
の値が変動していた場合には偏光解消素子38の水晶板
39と石英板40との相対的な回転角を調整してレーザ
ー光の偏光状態を変化させる。これによりビームスプリ
ッター13の反射率等が変化して、そのインテグレータ
センサ29の受光量、ひいてはピーク値〈P0〉を較正
することができる。
【0034】なお、上述実施例において、ウエハステー
ジ19上の照射量モニター20の代わりに例えば携帯型
の照度計を使用してもよい。また、本発明を投影光学系
を使用しないプロキシミティ方式の露光装置に適用した
場合でも、同様の効果を得ることができる。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。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、例えば定期的に第1の
受光手段の出力信号と第2の受光手段の出力信号との比
の補正を行うことにより、露光光の照射により照明光学
系の光学部品又は分岐光学系等の反射率が変化してもそ
のウエハに対する露光量を正確にモニターできる利点が
ある。また、ステージ上に照度基準となる第3の受光手
段を配置した場合には、より正確に感光基板への露光量
を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による露光装置の一実施例の投影露光装
置を示す構成図である。
【図2】その一実施例でウエハステージ上の照度分布の
測定を行う場合の主制御系23の機能ブロックである。
【図3】本発明の他の実施例の要部を示す構成図であ
る。
【符号の説明】
1 レーザー光源 2,3 ブリュースタ窓 4 エタロン 6 半透過鏡 7 レーザー電源 10 1/4波長板 12 フライアイレンズ 13 ビームスプリッター 15 レチクルブラインド 18 主コンデンサーレンズ R レチクル PL 投影光学系 W ウエハ 19 ウエハステージ 20 照射量モニター 21 基準照度計 23 主制御系 26 レーザー干渉計 27 駆動装置 29 インテグレータセンサ 30 可変増幅器 38 偏光解消素子 39 水晶板 40 石英板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 露光光を発生する光源と、前記露光光を
    集光して所定のパターンが形成されたマスクを照明する
    照明光学系と、前記マスク上での前記露光光の照度を均
    一化する照度分布均一化光学系と、感光基板を載置する
    ステージとを有し、前記露光光のもとで前記マスクのパ
    ターンを前記ステージ上の感光基板上に露光する露光装
    置において、 前記光源と前記マスクとの間で前記露光光の一部を分岐
    する分岐光学系と、 該分岐光学系により分岐された前記露光光を前記マスク
    と共役な面で受光する第1の受光手段と、 前記ステージ上で前記感光基板の近傍に受光面を有し、
    前記照明光学系よりマスクを介して照射される前記露光
    光を受光する第2の受光手段と、 前記第1の受光手段の出力信号と前記第2の受光手段の
    出力信号との比を求め、該比の設定を行う感度制御手段
    と、 該設定された2つの出力信号の比及び前記第1の受光手
    段の出力信号に基づいて前記感光基板に対する前記露光
    光の露光量の制御を行う露光量制御手段とを有する事を
    特徴とする露光装置。
  2. 【請求項2】 前記ステージ上に照度基準となる第3の
    受光手段を配置し、前記感度制御手段は、該第3の受光
    手段の出力信号に基づいて前記第1の受光手段及び前記
    第2の受光手段の感度の較正を行う事を特徴とする請求
    項1記載の露光装置。
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