JPH0653109A

JPH0653109A - 露光装置

Info

Publication number: JPH0653109A
Application number: JP4202067A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Sakakibara; 康之榊原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-07-29
Filing date: 1992-07-29
Publication date: 1994-02-25

Abstract

(57)【要約】【目的】シャッタによって露光光を制御する露光装置
において、シャッタの半開きを防止する。【構成】光源１からの露光光はシャッタ２の開閉によ
って制御され、シャッタ２はシャッタ制御回路１３によ
り制御される。シャッタ２からのもれ光は受光素子８に
より検出される。受光素子８により検出された受光量に
基づいて、警報発生装置１２は積算露光量もしくは平均
的なピーク値が所定露光量レベル以上か否かを比較して
シャッタ２の半開きの有無を判定する。半開きと判定さ
れた場合は警報発生装置１２は上位コンピュータ５０に
警報を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は露光装置に関し、特に半
導体素子や液晶基板等の製造に利用され、シャッタ制御
により露光照射量の制御を行う露光装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】縮小投影露光装置（以下ステッパと言
う）は、ＬＳＩ生産現場に多く導入され、大きな成果を
もたらしている。ステッパーはレチクルに形成されたパ
ターンを半導体ウェハ上のレジスト層に投影する高精度
な投影光学系と、ウェハを一定ピッチで２次元的にステ
ップ移動させる高精度な移動ステージを有する。そし
て、この装置はレチクルパターンとウェハとを正確に位
置決め（アライメント）した状態で露光を行うものであ
る。

【０００３】このような装置において、感光基板上への
露光光の照射はシャッタにより調整されており、具体的
にはシャッタがロータリシャッタの場合エンコーダ付モ
ータによるシャッタ（遮光板）の回転角により、もしく
はシャッタが空気圧によるスライド式の場合、空気圧制
御による遮光板の出し入れ等によって照射量制御を行っ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の装置
においては、ステージ移動中はシャッタは閉じている。
しかしながら、エンコーダのミスカウント、空気圧の圧
力低下等によって露光光が正しく遮光されないことがあ
った。また、位置検出などのフォトセンサを用いても、
その再現性が高くないためにシャッタが半開きとなり露
光面に露光光がもれてしまうことがあった。このような
露光光のもれがあると感光基板上の感光剤に必要以上の
光量が照射され、歩留りを低下させるという問題点があ
った。

【０００５】また、シャッタを通過した光の強度を検出
するための受光素子を用い、その出力からもれ光を検出
しても、外来ノイズ等の影響により一瞬出力が上下して
誤検出してしまうという問題点があった。本発明はこの
ような従来の問題点に鑑みてされたもので、シャッタ
（遮光板）によって露光面への露光光を制御する露光装
置において、シャッタの半開きを防ぎ、歩留りを向上さ
せることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明においては露光終了後（シャッタ閉状
態）の露光光の照度と積算照度を測定し、短時間のチェ
ックは照度で、長時間のチェックは積算照度で行い、特
に長時間のチェックではレジスト感光レベルに達する前
に警報を発するようにし、歩留りを低下させないように
する。

【０００７】

【作用】本発明によれば、露光量制御時（シャッタが閉
じている場合）に発生するシャッタの半開きによるもれ
光をたとえ微小光量であっても検出可能とする。これは
シャッタ閉の間の積算光量を求めることでもれ光を検出
できる。このもれ光を精度よく求めるためには、シャッ
タ閉の時間が長い場合にはもれ光を積算光量を求めるこ
とで検出し、シャッタ閉の時間が短い場合は強度（平均
値、平均的なピーク値等）を求めることでもれ光を検出
可能である。もれ光の検出に応答して警報を出すことで
オーバ露光、ミス露光をなくし、歩留りを向上する。

【０００８】以上のように、もれ光を検出するに際し
て、シャッタ閉の時間間隔に応じて積算露光量を用いる
かピーク値を用いるかを選択する理由について説明す
る。ステッパーでは１枚のウエハに複数個の回路パター
ンをステップアンドリピート動作で縮小投影するもので
ある。また、通常半導体製造工程においては複数枚のレ
チクルを用いて露光が行われ、従ってウエハのショット
領域とレチクルパターンとを高精度に位置合わせ（アラ
イメント）することが必要である。アライメントが終了
した後に露光が実行され、露光終了後、次のショットが
投影光学系の投影視野内にくるようにステージはステッ
プ移動する。このステップ移動の間、不必要な露光光を
遮光するために露光のタイミングに応じてシャッタを開
閉する。このシャッタが閉じている時間間隔は、ショッ
ト配列によるステッピング距離の違いやアライメント時
間の違いにより一定ではない。シャッタ閉の間のもれ光
の積算露光量がウエハＷ上に塗布された感光剤の感光レ
ベルを越えたかどうかをみれば、ウエハＷ上へのパター
ン形成に悪影響を及ぼすもれ光を検出することができ
る。しかしながら、積算露光量を検出するためにはある
程度の時間間隔が必要であり、アライメント時間やショ
ット位置によっては、このための時間間隔がとれない場
合がある。そこで、シャッタ閉の時間間隔が積算露光量
を検出可能な程度に長い場合には、積算露光量を所定レ
ベル（感光剤の感光レベル）と比較し、短い場合にはピ
ークを所定値（感光剤の感光レベルより大きな値）と比
較することにより、露光に悪影響を及ぼすもれ光を検出
するものである。ここで、ピーク値と比較する所定値を
感光剤の感光レベルより大きな値とするのは、もれ光が
ほとんど発生していないにもかかわらず、外来ノイズ等
の影響によりもれ光が発生すると誤検出してしまうのを
防止するためである。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例に好適な露光装置を示す概
略図である。光源１（ｉ線、ｇ線等の光を射出する水銀
ランプ等）から射出された照明光はシャッタ２、照明光
学系７を介してレチクルＲを照明する。光源１は楕円鏡
１ａの第１焦点上に配置され、この光源の像は第２焦点
上に形成される。この第２焦点上、またはその近傍に配
置されたロータリーシャッタ２は図２に示すように４つ
の遮光部２ａと４つの切り欠き部２ｂとが円周方向に等
分割に形成されている。各遮光部の一部にはスリット状
の反射部２ｃが９０度間隔で４個設けられている。この
スリット状の反射部２ｃはシャッタ２の遮光部２ａの位
置を検出するために設けられたステータス・マークであ
る。すなわち、シャッタ２の裏側に設けられた位置検出
器３０からシャッタ２に照射された光が、ステータス・
マークで反射する。そしてこの反射光が位置検出器３０
内に設けられた受光器に入射することによりシャッタ２
の遮光部２ａの位置を検出する。遮光部２ａの大きさは
それぞれ光源からの光束を遮光するのに充分な大きさを
有するとともに、各切り欠き部２ｂは光源からの光束を
通過させるのに充分な大きさである。このシャッタ２は
ＤＣモータ等の駆動部３によって角度θすなわち１／８
回転することによって開放および閉成動作を行う。ま
た、駆動部３の回転角はロータリーエンコーダ４により
検出可能である。駆動部３の回転角は位置検出器３０か
らのシャッタ位置情報に基づいて予めスタート位置が設
定されているものとする。

【００１０】照明光学系７にはリレーレンズ、ミラー、
オプチカルインテグレータ（フライアイレンズ等）、コ
ンデンサーレンズ等が設けられており、レチクルＲを均
一な照度で照明する。レチクルＲは不図示のレチクルス
テージ上に載置されており、レチクルステージは光軸Ａ
Ｘと垂直な平面内で微動可能である。回路パターンＰＡ
の中心と照明光学系の光軸ＡＸとの位置関係は不図示の
レチクルアライメント系で検出され、この検出量に基づ
いて回路パターンＰＡの中心と照明光学系の光軸ＡＸと
を一致させるようにレチクルステージが微動する。

【００１１】レチクルＲからの照明光は投影光学系ＰＬ
を介してウエハＷ上に達し、回路パターンＰＡをウエハ
Ｗ上に結像する。ウエハＷはＺ方向（光軸ＡＸ）方向に
移動可能なＺステージ１４上に載置されており、Ｚステ
ージ１４はモータ等のステージ駆動部１６によりＸＹ方
向にステップ・アンド・リピート動作で２次元移動可能
なＸＹステージ１５上に設けられている。また、Ｚステ
ージの位置は干渉計３１によりその位置を例えば０．０
１μｍ単位で検出可能である。

【００１２】照明光学系の光路中にはハーフミラー５が
設けられたおり、受光素子８はハーフミラー５で分離さ
れた光を受光し、光量に応じた信号を出力する。受光素
子８からの信号は電圧−周波数変換器（Ｖ／Ｆ変換器）
９とアナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１０に
入力する。Ｖ／Ｆ変換器９は受光素子８からの信号の電
圧値に直接比例した周波数のパルスを変換するものであ
る。また、Ａ／Ｄ変換器１０は受光素子８からの信号を
デジタル値に変換する。カウンタ１１はＶ／Ｆ変換器９
からのパルスを計測する（積算する）カウンタであり、
ここで計測されたパルスの計数量はＶ／Ｆ変換器９に入
力する電圧値に比例する。このパルスの計測はシャッタ
制御回路１３からのシャッタ開閉タイミングに関する情
報（シャッタ開情報Ｓｏ、シャッタ閉情報Ｓｃ）に基づ
いてカウントされる。シャッタ制御回路１３は適性露光
量を設定するためのレジスタと、カウンタ１１の値とレ
ジスタ内に設定された露光量とを比較するコンパレータ
とを有する。適性露光量は入力手段２５により入力する
等の方法により予め設定されているものとする。尚、ウ
エハＷの表面での露光量と受光素子８の受光面での露光
量との対応関係は予め求められているものとし、入力手
段２５により入力される適性露光量はウエハＷ表面での
適性露光量と対応した値となっている。そしてこのシャ
ッタ制御回路１３は上位コンピュータ５０からの露光命
令Ｅでシャッタ開閉タイミングを決定し、エンコーダ４
の情報からシャッタを開閉するための制御信号を駆動部
３に与える。ここで、コンピュータ５０からの露光命令
Ｅのうち、露光開始命令をＥｓ、露光終了命令をＥｄと
する。また、位置検出器３０からの信号はシャッタ制御
回路１３に入力され、シャッタ２の位置を検出してい
る。このように、シャッタの位置を検出していても、外
来ノイズ等の影響により位置検出器３０からの信号が変
動する。このため、警報発生装置１２はシャッタ２から
のもれ光が許容値以上であるかを判断し、許容値以上で
あれば警報を発する。尚、カウンタ１１、警報発生装置
１２の夫々はシャッタ開情報Ｓｏの情報でリセットされ
る。

【００１３】次に警報発生装置１２について図３を参照
して説明する。警報発生装置１２には、タイマ１７、加
算器１８、記憶装置１９、平均化装置２０、判定装置２
１、比較器２２、警報器２３が設けられている。タイマ
ー１７はシャッタ制御回路１３からのシャッタ開情報Ｓ
ｏ、シャッタ閉情報Ｓｃに基づいてシャッタ２が閉状態
となる時間間隔Ｔｗ（シャッタ閉情報Ｓｃが入力してか
らシャッタ開情報Ｓｏが入力するまでの時間間隔）を計
測する。タイマー１７で計測された時間間隔Ｔｗは判定
装置２１に入力する。判定装置２１には入力手段２５か
らの所定時間間隔Ｔ₁も入力され、判定装置２１は時間
間隔Ｔｗと時間間隔Ｔ₁との大きさを比較し、判定信号
Ｓｅを比較器２２に出力する。時間間隔Ｔｗが時間間隔
Ｔ₁より大きい場合は、Ｓｅ＝「Ｌｇ」となり、小さい
場合はＳｅ＝「Ｓｈ」となる。時間間隔Ｔ₁は積算露光
量を精度よく検出するのに必要な時間間隔である。

【００１４】シャッタ開情報Ｓｏ、シャッタ閉情報Ｓｃ
は加算器１８にも入力し、加算器１８はシャッタ閉情報
Ｓｃが入力されたときのカウンタ１１の値Ｓ₁と、その
後のシャッタ開情報Ｓｏが入力されたときのカウンタ１
１の値Ｓ₂とを記憶し、カウント値Ｓ₁とＳ₂との偏差
ΔＳ（シャッタ閉じている間のもれ光による積算露光量
に相当する）を求める。この偏差ΔＳは比較器２２に送
られる。さらに、シャッタ開情報Ｓｏ、シャッタ閉情報
Ｓｃは記憶装置１９にも入力し、記憶装置１９はシャッ
タ閉情報Ｓｃが入力されたときからシャッタ開情報Ｓｏ
が入力されたときまでのＡ／Ｄ変換器１０の値を記憶す
る。そして、平均化装置２０は記憶装置１９に記憶され
た値を時間間隔Ｔｗで割り算することにより平均値を求
めたり、数個のピーク値を平均した平均的なピーク値を
求めたりする。また、平均化装置２０は時間間隔Ｔｗ内
での単純なピーク値（単純に一番大きな値）を求めたり
する。以下これらの平均値や平均的なピーク値、単純な
ピーク値をピーク値Ｐ₀と言うものとする。

【００１５】このピーク値Ｐｏは比較器２２に送られ
る。比較器２２には入力手段２５から所定の基準値ＳＬ
ＨとＳＬＬが入力され、基準値ＳＬＬは偏差ΔＳと比較
するための基準値であり、基準値ＳＬＨはピーク値Ｐｏ
と比較するための基準値である。基準値ＳＬＬの値は基
準値ＳＬＨの時間微分値より大きくなっている。比較器
２２は判定装置２１からの判定信号Ｓｅが「Ｌｇ」であ
る場合は基準値ＳＬＬと偏差ΔＳとを比較し、判定信号
Ｓｅが「Ｓｈ」である場合は基準値ＳＬＨとピーク値Ｐ
ｏとを比較する。そして判定信号Ｓｅ（「Ｌｇ」）が基
準値ＳＬＬより大きい場合はＥｒｒｏｒ信号ＥｒＬを警
報器２３に出力する。同様に判定信号Ｓｅ（「Ｓｈ」）
が基準値ＳＬＨより大きい場合はエラー信号ＥｒＨを警
報器２３に出力する。警報器２３は信号Ｅｒ（ＥｒＬ、
ＥｒＨ）を入力すると警報を発生する。

【００１６】警報器２３からの警報は上位コンピュータ
５０に入力され、上位コンピュータは異常が発生したこ
とを使用者に知らせるか或いは露光を停止する等の制御
を行う。このとき、警報器２３は警報信号がエラー信号
ＥｒＬとエラー信号ＥｒＨとのどちらに基づいて発生し
たかの情報も上位コンピュータ５０に出力する。上位コ
ンピュータ５０は警報信号がエラー信号がＥｒＬとＥｒ
Ｈのどちらに基づいて発生したかにより、その後の露光
装置の制御を異ならせることもできる。例えば、エラー
信号がＥｒＨである場合にはシャッタ２が大きくずれて
いる場合があるので、直ちに露光を停止する等の制御を
行う。

【００１７】上位コンピュータ５０は警報が入力されな
ければ（エラー信号ＥｒＬとＥｒＨのどちらの信号も出
力されなければ）、露光が正常に（シャッタ駆動が正常
に）行われていると判定し、シャッタ制御回路１３にシ
ャッタ開の情報を出力する。次に本発明の一実施例の動
作について図４を参照して説明する。〔ステップ１００〕所定ショットでの露光が終了する。〔ステップ１０１〕警報発生器１２はシャッタ制御回路
１３からシャッタ閉の情報Ｓｃを受け取る。〔ステップ１０２〕警報発生器１２はそのときのカウン
タ１１の値Ｓ₁を加算器１８に記憶し、内部タイマ１７
を用い、時間計測を開始する。さらに、一定時間間隔で
Ａ／Ｄ変換器１０からの値をメモリ１９に記憶する。〔ステップ１０３〕ＸＹステージ１５が次のショット領
域にステップ移動し、アライメントが実行される。〔ステップ１０４〕警報発生器１２はシャッタ制御回路
１３からシャッタ開の情報Ｓｏを受け取る。〔ステップ１０５〕警報発生器１２はカウンタ１１の値
Ｓ₂を記憶、内部タイマ１７を停止、Ａ／Ｄ変換器１０
からの記憶動作を停止する。〔ステップ１０６〕警報発生装器１２内の判定装置２１
によりタイマ１７で計測された時間間隔Ｔｗと所定の時
間間隔Ｔ₁とが比較され、Ｔｗ＞Ｔ₁ならばステップ１
０７へ進み、Ｔｗ＜Ｔ₁ならばステップ１１１へ進む〔ステップ１０７〕警報発生器１２内の加算器１８によ
り、シャッタ閉の間の積算露光量ΔＳ＝（Ｓ₂−Ｓ₁）
を求める。〔ステップ１０８〕警報発生器１２内の比較器２２によ
り、積算露光量ΔＳと所定レベルＳＬＬが比較され、Δ
Ｓ＞ＳＬＬならばステップ１１０へ進み、ΔＳ＜ＳＬＬ
ならばステップ１０９へ進む〔ステップ１０９〕比較器２２からの露光が可能である
という情報に基づいて、シャッタ制御回路１３はシャッ
タ２の駆動を行い、露光が開始される。〔ステップ１１０〕もれ光が許容値を越えているとして
警報発生器１２は警報を発する。〔ステップ１１１〕警報発生器１２内の平均化装置部２
０はメモリ１９内の記憶値をタイマ１７からの時間間隔
Ｔｗで割り算して平均的なピーク値Ｐｏを求める。〔ステップ１１２〕警報発生器１２内の比較器２２によ
り、ピーク値Ｐｏと所定レベルＳＬＨが比較され、Ｐｏ
＞ＳＬＨならばステップ１１０へ進み、Ｐｏ＜ＳＬＨな
らばステップ１０９へ進むこの動作により、微小なもれ光についても検出可能とな
り、もれ光による露光への悪影響が防止される。以上の
ように、すでにある露光量制御装置にソフト或いはハー
ドで警報発生装置を組み込めば、他のセンサ、アクチュ
エータ等を付けることなしに、確実な遮光状態が検出で
きる。

【００１８】以上の実施例では、もれ光の検出に際し
て、積算露光量とピーク値とをシャッタ閉の情報に基づ
いて選択したが、ショットの配列情報を加味して、所定
のショットでは積算露光量を基準として、それ以外のシ
ョットでは前述のような選択を行うようにしてもよい。
また、警報発生装置１２は積算露光量とピーク値との両
方の情報に基づいて、もれ光の検出を行うようにしても
よい。例えば、積算露光量ΔＳと所定レベルＳＬＬとの
比較を行い、所定レベルより大きいときは論理値「１」
を出力し、小さいときは論理値「０」を出力する。ピー
ク値Ｐｏと所定レベルＳＬＨとの比較を行い、所定レベ
ルより大きいときは論理値「１」を出力し、小さいとき
は論理値「０」を出力する。そして２つの比較結果の論
理和（若しくは論理積）をとり、その結果が論理値
「１」となる場合に警報を発生するようにしてもよい。

【００１９】また、時間間隔Ｔｗが所定値Ｔ₁より常に
大きいと分かっている場合、警報発生装置１２は積算露
光量ΔＳと所定値ＳＬＬとの比較だけをおこない、前述
のように所定値ＳＬＬより積算露光量ΔＳが大きければ
警報を発生し、小さければシャッタ駆動を行うというよ
うにしてもよい。また、ＸＹステージが移動中であれ
ば、感光剤を反応させるもれ光量は変わってくる。そこ
で、ＸＹステージの速度を検出し、ステージが移動中で
あれば問題のないもれ光量については警報を発生しない
ようにしてもよい。また、ＸＹステージの移動速度情報
を検出し、比較器２２における基準値ＳＬＬの小さくし
てもよい。

【００２０】また、露光装置は投影型のものに限定され
るものではなく、反射型、反射屈折型、プロシキミティ
型等であってもよい。さらに、光源１は水銀ランプに限
らず、エキシマレーザ等の光源であってもよい。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、シャッタの閉時間に応
じてシャッタの遮光状態を高精度に検出できるため、装
置の稼働時間、歩留りを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による露光装置の概略と制御
系のブロックの概略を示す図である。

【図２】図１の装置におけるシャッタを示す図である。

【図３】図１の警報発生装置の制御系を説明するブロッ
ク図である。

【図４】本発明の一実施例による動作を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１…光源２…シャッタ３…シャッタ駆動部４…エンコーダ８…受光素子９…電圧−周波数変換器１０…アナログ−デジタル変換器１１…カウンタ１２…警報発生装置１３…シャッタ制御回路２５…入力手段５０…コンピュータＲ…レチクルＷ…ウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のパターンが形成されたマスクを照明
する光を射出する光源と前記光源からの光を透過及び遮
光するシャッタと前記シャッタを開閉するシャッタ制御
手段と感光基板を載置し、かつ該基板をステップ移動可
能なステージと前記所定のパターンを所定の結像面に投
影する投影光学系とを有し、前記所定のパターンを前記
感光基板上に結像する投影露光装置において、前記シャッタ制御手段からシャッタ閉の情報が出力され
てから、次のシャッタ開の情報が出力されるまでの時間
間隔を計測するタイマ手段と；前記タイマ手段で計測さ
れた時間間隔内での前記シャッタを通過した前記照明光
のピーク値を検出する手段と；前記タイマ手段で計測さ
れた時間間隔での前記シャッタを通過した前記照明光の
積算光量を検出する手段と；前記タイマ手段で計測され
た時間間隔に基づいて、前記ピーク値もしくは前記積算
光量とのどちらか一方を選択する選択手段と；前記ピー
ク値と比較すべき値と前記積算光量と比較すべき値とを
入力する入力手段と；前記選択手段からの情報が前記入
力手段からの値より大きいとき警報を発する手段とを有
することを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記選択手段は、前記タイマ手段で計測さ
れた時間間隔が所定時間より短い場合は前記ピーク値を
選択し、前記時間間隔が所定時間より長い場合は前記積
算光量を選択することを特徴とする請求項１記載の露光
装置。
【請求項３】前記ピーク値と比較すべき値は前記積算光
量と比較すべき値の時間微分値より大きいことを特徴と
する請求項２記載の露光装置。