JPH07142354A

JPH07142354A - 走査型露光装置

Info

Publication number: JPH07142354A
Application number: JP5290478A
Authority: JP
Inventors: Ken Ozawa; 謙小澤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-11-19
Filing date: 1993-11-19
Publication date: 1995-06-02
Anticipated expiration: 2018-03-17
Also published as: JP3387073B2

Abstract

(57)【要約】【目的】スキャン露光方式の露光装置において、空間
コヒーレンシィの高い光を露光光として使用する場合
に、干渉縞に起因する感光基板上での露光量むらを小さ
くする。【構成】エキシマレーザ光源１からのレーザビームを
ビーム整形光学系２等を介して所定の断面形状にした
後、振動ミラー４を介してフライアイレンズ５に入射さ
せ、フライアイレンズ５の後側焦点面の多数の光源像か
らのレーザビームを、レチクルブラインド９及びメイン
コンデンサーレンズ１２等を介してレチクルＲ上の照明
領域１３に重畳的に照射し、照明領域１３内のパターン
像を投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に露光する。ウ
エハＷに対する目標とする積算露光量、レチクルＲの走
査速度等に基づいて、振動ミラー４の振り角を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば露光光で矩形又
は円弧状等の照明領域を照明し、その照明領域に対して
マスク及び感光基板を同期して走査することにより、マ
スク上のパターンを逐次感光基板上の各ショット領域に
露光する所謂ステップ・アンド・スキャン方式又はスリ
ットスキャン方式の露光装置に関し、特に露光光とし
て、レーザ光（ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマ
レーザ、ＹＡＧレーザの高調波等）のように空間コヒー
レンシィの高い光を用いる場合に適用して好適なもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子、
又は薄膜磁気ヘッド等をフォトリソグラフィ技術を用い
て製造する際に、フォトマスク又はレチクル（以下、
「レチクル」と総称する）のパターンを投影光学系を介
してフォトレジスト等が塗布された基板（ウエハ又はガ
ラスプレート等）上に露光する投影露光装置が使用され
ている。斯かる投影露光装置では、露光光を短波長化し
て解像度を向上させるために、ＫｒＦエキシマレーザ、
若しくはＡｒＦエキシマレーザのようなエキシマレーザ
光、又はＹＡＧレーザ、若しくはアルゴンレーザの高調
波のような紫外域のレーザ光が露光光として使用される
ようになって来ている。

【０００３】ところが、レーザ光は一般に空間コヒーレ
ンシィ（可干渉性）が高く、照明光学系を通過する間に
スペックルパターンと呼ばれる干渉縞が生じ、これがレ
チクル及び基板上での照度むらになるという問題があ
る。ここで従来のステッパーのような一括露光方式の投
影露光装置において、レーザ光を露光光として使用する
場合には、スペックルパターンによる照度むらを１ショ
ットの間に十分減少させるために、照明光学系中のフラ
イアイレンズ（オプティカル・インテグレータ）の前段
に、振動ミラーを配置し、１ショットの露光の間に、フ
ライアイレンズに入射するレーザ光を走査することによ
ってレチクル及び基板上に生じる干渉縞の位相を変えな
がら露光を行い、１ショットの露光全体としてショット
領域内全面での露光量が均一になるようにしていた。

【０００４】この場合、１ショットの露光の間に、干渉
縞の位相が２πの整数倍変化するように振動ミラーを振
ることにより、基板上の露光量の分布のコントラストが
最小になる。レチクル又は基板上に生じる干渉縞のピッ
チは照明光学系中のフライアイレンズの各レンズエレメ
ントの大きさ（レンズエレメントの配列ピッチ）によっ
て決定される。従って、一括露光方式では振動ミラーの
フルストロークは一定である。実際には設定された露光
量及びインテグレータセンサにて間接的に計測された基
板の露光面（像面）上の平均的なパルスエネルギーによ
って定まる露光パルス数によって、露光が振動ミラーの
振動の半周期の整数倍にて行われるように、露光パルス
間に振動ミラーの振動ピッチを変化させる、というよう
なシーケンスを実行すればよい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】最近は、半導体素子等
の１個のチップサイズが大型化する傾向にあり、投影露
光装置においては、レチクル上のより大きな面積のパタ
ーンを基板上に露光する大面積化が求められている。と
ころが、大面積のパターンを高い解像度で一括露光でき
るような大型の投影光学系の設計及び製造は困難であ
り、実用的な投影光学系の露光フィールドの大きさには
限界がある。斯かる被転写パターンの大面積化及び投影
光学系の露光フィールドの制限に応えるために、例えば
矩形、円弧状又は６角形等の照明領域（これを「スリッ
ト状の照明領域」という）に対してレチクル及び感光性
の基板を同期して走査することにより、レチクル上のパ
ターンを逐次基板上の各ショット領域に露光する所謂ス
テップ・アンド・スキャン方式又はスリットスキャン方
式（以下、まとめて「スキャン露光方式」という）の投
影露光装置が開発されている。

【０００６】このようなスキャン露光方式の投影露光装
置でも、露光光としてレーザ光のような空間コヒーレン
シィの高い光を使用する場合には干渉縞による露光量む
らを低減させる必要がある。しかしながら、スキャン露
光方式では、レチクル及び基板が走査されるため、スキ
ャン方向において、パルス露光間のレチクル及び基板の
走査量（走査ピッチ）とスリット状の照明領域内に形成
される干渉縞のピッチとの関係が、ステージの走査速
度、即ち設定される基板上での積算露光量によって変化
してしまう。そのため、そのスキャン方向について、振
動ミラー等の走査手段を用いてパルス露光毎に干渉縞を
移動させて、スリット状の照明領域を横切る間の露光量
の積算効果によって干渉縞のコントラストを減少させる
ためには、一括露光方式とは異なった制御方法でその走
査手段を制御する必要がある。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑み、スキャン露光方
式の露光装置において、空間コヒーレンシィの高い光を
露光光として使用する場合に、干渉縞に起因する感光性
の基板上での露光量むらをできるだけ小さくすることを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による走査型露光
装置では、例えば図１及び図２に示すように、所定の空
間コヒーレンシィを有する照明光をパルス的に発生する
パルス光源（１）と、その照明光を入射して複数の光源
像を形成するオプティカル・インテグレータ（５）と、
それら複数の光源像からの照明光で所定形状の照明領域
（１３）を重畳的に照明する照明光学系（８〜１２）
と、その照明領域（１３）に対して相対的に転写用のパ
ターンが形成されたマスク（Ｒ）及び感光性の基板
（Ｗ）を同期して走査する相対走査手段（２７，２８）
とを有し、その照明領域（１３）に対して相対的にマス
ク（Ｒ）及び基板（Ｗ）を走査しつつマスク（Ｒ）のパ
ターンを逐次基板（Ｗ）上に露光する走査型露光装置に
おいて、照明領域（１３）上にオプティカル・インテグ
レータ（５）により形成される干渉縞を照明領域（１
３）とマスク（Ｒ）との相対走査方向（ＳＲ方向）に振
る位相可変手段（４）を設け、パルス光源（１）のパル
ス発光間での照明領域（１３）とマスク（Ｒ）との相対
的な移動による干渉縞の移動量に、そのパルス発光間で
の位相可変手段（４）によるその干渉縞のその相対走査
方向（ＳＲ方向）への振り量を加えた長さでの位相変調
により、複数パルス積算後の露光量分布のコントラスト
が所定の値以下になるようにしたものである。

【０００９】この場合、位相可変手段（４）は、その干
渉縞を照明領域（１３）とマスク（Ｒ）との相対走査方
向（ＳＲ方向）に垂直な方向にも振ることが望ましい。

【００１０】

【作用】斯かる本発明によれば、設定された基板（Ｗ）
上での積算露光量、即ち基板（Ｗ）及びマスク（Ｒ）の
走査速度によって、位相可変手段（４）によるパルス露
光毎の相対走査方向への干渉縞の補正量（移動量）を定
める。この際に、「所定形状の照明領域（１３）内に形
成される干渉縞のピッチ」と、「その照明領域（１３）
とマスク（Ｒ）との相対走査速度」との関係に応じて、
複数パルスの積算露光後に基板（Ｗ）上での積算露光量
のコントラスト（残留コントラスト）が所定の許容量よ
り小さくなるように、その位相可変手段（４）による干
渉縞の相対走査方向への補正量を定める。

【００１１】従って、基板（Ｗ）上での積算露光量の設
定値が変更されて、干渉縞のピッチと、照明領域（１
３）とマスク（Ｒ）との相対走査速度との位相の揃い具
合が変化しても、残留コントラストがその許容量より大
きくなり、露光量むらが劣化することにはならない。ま
た、走査方向において構造的に簡略な１次元の振動ミラ
ーを位相可変手段（４）として使用する場合には、前述
の干渉縞の相対走査方向への補正量に方向性（符号）を
加味することにより、その振動ミラーの振動制御は単純
な往復運動でもよくなる。

【００１２】更に、スキャン露光方式では、走査露光に
より、所定形状の照明領域（１３）内の干渉縞とマスク
（Ｒ）とが相対的に走査され、実質的に位相可変手段
（４）で干渉縞を振っているのと等価になる。従って、
基板（Ｗ）上での設定積算露光量によっては、「所定形
状の照明領域内の干渉縞の周期」と「所定形状の照明領
域とマスクとの相対走査速度」との関係が、複数パルス
の積算露光後の残留コントラストが元々その許容量より
小さくなるものである場合がある。この場合は、スキャ
ン方向については実際の位相可変手段（４）による干渉
縞の制御は不要となる。即ち、スキャン露光方式におい
て、位相可変手段（４）は必要な場合のみ干渉縞を走査
方向に制御するので、制御系は簡便なものとなる。

【００１３】また、位相可変手段（４）を例えば２次元
的に振動できる振動ミラーより構成し、所定形状の照明
領域（１３）内の干渉縞を照明領域（１３）とマスク
（Ｒ）との相対走査方向（ＳＲ方向）に垂直な非走査方
向に振ることにより、非走査方向での露光量むらも低減
される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明による走査型露光装置の一実施
例について説明する。本実施例は、露光光の光源として
パルス発振型のレーザ光源を使用したステップ・アンド
・スキャン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は本例の投影露光装置の光学系を示し、こ
の図１において、パルス光源としてのエキシマレーザ光
源１から射出された遠紫外域（波長は例えば２４８ｎ
ｍ）のレーザビームＬＢ₀は、シリンドリカルレンズを
含むビーム整形光学系２に入射する。一般にエキシマレ
ーザ光源１から射出されたレーザビームＬＢ₀の断面形
状は、水平方向（Ｈ方向）の幅が垂直方向（Ｖ方向）の
幅よりかなり狭い細長い矩形であり、ビーム整形光学系
２では、そのレーザビームＬＢ₀を断面形状が縦横比
１：１の正方形のビームに整形して射出する。

【００１５】ビーム整形光学系２から射出されたレーザ
ビームは、ミラーＭ１及びＭ２にて折り曲げられてビー
ムエクスパンダ３に入射し、所定の断面寸法にまで断面
形状が拡大される。ビームエクスパンダ３から射出され
た平行なレーザビームＬＢは、ミラーＭ３で反射された
後、干渉縞の位相変調器としての振動ミラー４にて光路
が折り曲げられる。振動ミラー４は、直交する２つの回
動軸４ａ及び４ｂを軸として独立に振動できるように支
持され、それら２つの回動軸４ａ及び４ｂの回りに振動
ミラー４を振動させる２つの駆動モータ（不図示）が設
けられている。そして、回動軸４ａを軸としてレチクル
Ｒ上の走査方向に、及び回動軸４ｂを軸としてレチクル
Ｒ上の非走査方向に各々独立に振動ミラー４を僅かに振
ることによって、反射されるレーザビームＬＢの進行方
向を変える。

【００１６】その振動ミラー４で反射されたレーザビー
ムは、図２に示すフィールドレンズ２１、及びインプッ
トレンズ２２（図１では不図示）を介して、図１のオプ
ティカル・インテグレータとしてのフライアイレンズ５
に入射する。フライアイレンズ５は、微小な断面形状が
矩形のレンズエレメントを縦横に密着して配列したもの
であり、フライアイレンズ５の後側（レチクルＲ側）の
焦点面に多数の光源像（二次光源）が形成される。それ
ら多数の光源像から発散するレーザビームの内の僅かの
光が、分岐ビームスプリッター６によって反射された
後、不図示の集光光学系を介して露光量制御に用いる光
電変換素子よりなるインテグレータセンサ７に入射す
る。

【００１７】分岐ビームスプリッター６を通過したレー
ザビームは、第１リレーレンズ８によってレチクルＲの
パターン形成面と共役な面上のレチクルブラインド（視
野絞り）９上に集光され、レチクルブラインド９の開口
部の形状によりレチクルＲ上のスリット状の照明領域１
３（後述）の形状が決定される。本実施例では、その照
明領域１３の形状は短辺方向の幅Ｄの単純な長方形とす
る。そのレチクルブラインド９の開口部を通過したレー
ザビームは、第２リレーレンズ１０、光路折り曲げ用の
ミラー１１、及びメインコンデンサーレンズ１２を経
て、レチクルＲのパターン形成面上の照明領域１３を照
明する。即ち、フライアイレンズ５の後側（レチクル
側）焦点面の多数の光源像からのレーザビームは、メイ
ンコンデンサーレンズ１２を介してレチクルＲ上の短辺
方向の幅Ｄの長方形の照明領域１３を重畳的に照明す
る。その照明領域１３内のパターン像が投影光学系ＰＬ
を介してウエハＷ上の長方形の露光領域１４内に結像投
影される。なお、例えば特開平１−２５９５３３号公報
に開示されているように、実際にはフライアイレンズ５
を光軸に沿って複数個配列することにより、ウエハＷ上
での照度むら、ひいては露光量むらをより低減できる
が、図１の例では簡単のため１個のフライアイレンズを
用いる場合を示している。

【００１８】ここで、投影光学系ＰＬの光軸に平行にＺ
軸を取り、その光軸に垂直なＸＹ平面内のＸ軸を長方形
の照明領域１３の短辺方向に取り、Ｙ軸を照明領域１３
の長辺方向に取る。更に本例では、投影光学系ＰＬの投
影倍率をβとして、照明領域１３に対して、レチクルＲ
を＋Ｘ方向に平行な方向ＳＲに速度Ｖで走査するのと同
期して、ウエハＷを−Ｘ方向に平行な方向ＳＷに速度β
Ｖで走査することにより、レチクルＲのパターン領域内
の回路パターン像が逐次ウエハＷのショット領域に投影
露光される。なお、レチクルＲを−Ｘ方向に走査する場
合には、ウエハＷは＋Ｘ方向に走査される。従って、本
例では走査方向とはＸ軸に平行な方向であり、走査方向
に垂直な非走査方向とはＹ軸に平行な方向である。ま
た、照明領域１３内に形成される干渉縞はフライアイレ
ンズ５の後側焦点面内の光源像の配列に応じたものであ
り、以下ではＸ、Ｙ方向の各々に沿って干渉縞が発生し
ているものとして説明を行う。

【００１９】次に、振動ミラー４の具体的な制御方法を
説明する。考え方の基本となるモデルを図２に示す。図
２は、図１の主要部材のみを示し、図２の紙面に平行な
方向にＸ軸、即ち走査方向ＳＲ及びＳＷを取り、振動ミ
ラー４を駆動してレチクルＲ上の干渉縞を走査方向にの
み１次元的に走査する場合を考える。図２において、レ
ンズエレメント３ａ及び３ｂよりなるビームエクスパン
ダ３から射出されたレーザビームＬＢは、図２の紙面に
垂直な軸４ａを中心として高速に回動自在な振動ミラー
４に反射された後、フィールドレンズ２１により面２３
上に集光され、面２３上に等価光源ＰＡが形成される。
そして、等価光源ＰＡからのレーザビームが、インプッ
トレンズ２２を介して、フライアイレンズ５に入射し、
フライアイレンズ５の後側焦点面に形成された多数の光
源像からのレーザビームが、メインコンデンサーレンズ
１２を介して重畳的にレチクルＲ上の照明領域１３を照
明する。

【００２０】レチクルＲはレチクルステージ２８上に保
持され、レチクルステージ２８は照明領域１３に対して
レチクルＲをＳＲ方向又は逆の方向に所定速度で走査す
る。一方、ウエハＷはウエハステージ２７上に載置さ
れ、ウエハステージ２７は、ステッピング動作によりウ
エハＷの各ショット領域の端部を順次投影光学系ＰＬの
露光フィールド内に設定した後、レチクルステージ２８
の走査動作に同期してウエハＷをＳＷ方向又は逆方向に
所定速度で走査する。また、投影光学系ＰＬは前群レン
ズ系２４、開口絞り２５及び後群レンズ系２６より構成
されている。

【００２１】本実施例では、振動ミラー４を軸４ａを中
心として振る（回動する）、即ち振動させることによ
り、面２３上の等価光源ＰＡに時間平均での所定の大き
さを持たせ、照明領域１３でのインコヒーレント化を達
成する。エキシマレーザ光源１のようなレーザ光源は一
般に非常に指向性が高いため、等価光源ＰＡの或る時点
での強度分布は、或る１点でのみ鋭いピークを有するδ
関数として扱うことができる。先ず、振動ミラー４が静
止しているとき、レチクルＲのパターン形成面にはフラ
イアイレンズ５の多数のレンズエレメント間の干渉によ
り、ピッチＰの干渉縞が形成される。ここで、λをパル
ス的なレーザビームＬＢの波長（露光波長）、Ｐ_sをス
キャン方向のフライアイレンズ５のレンズエレメント間
隔、ｆ_cを図１の第１リレーレンズ８の焦点距離、αを
図１のレチクルブラインド９のレチクルＲの面に対する
倍率とすると、その干渉縞のピッチＰは次のようにな
る。

【００２２】Ｐ＝（λｆ_c／Ｐ_s)α （１）次に、スキャン露光方式ではなく、従来のような一括露
光方式（ステッパ方式）の場合に、図３に示すように、
パルス露光間の振動ミラー４の振り角θ₀及び１つのシ
ョット領域への露光パルス数がＮパルスなる条件で振動
ミラー４を振動させて露光したとする。ここで、振り角
θ₀はパルス露光間の等価光源ＰＡの大きさを示すが、
振動ミラー４の振り角が微小であるとき、振り角θ₀と
実際の振り角との間には相関がある。Ｎパルス積算露光
後の、ウエハＷ上での積算露光量分布のコントラスト
は、図３の等価光源の分布のフーリエ変換の２乗で表さ
れる。

【００２３】図４は、図３に対応するウエハＷ上での積
算露光量分布のコントラストを示し、図４において、レ
チクルＲ及びウエハＷを静止して１パルスだけ露光した
ときの干渉縞のコントラストを“１”としている。さ
て、本実施例におけるスキャン露光方式での露光量制御
方式として以下の方式を考える。また、以下ではレチク
ルＲ上での露光量むらを考える。図１のレチクルＲ上の
長方形の照明領域１３の短辺方向（即ち、ＳＲ方向）の
長さ（以下、「スリット幅」という）はＤであり、スリ
ット幅Ｄは、予めウエハステージ上の光電変換素子を像
面上で走査して得られた長さに、投影光学系ＰＬの投影
倍率βの逆数（１／β）を乗ずる等の手法で計測されて
いる。

【００２４】また、レチクルＲ上の照明領域１３内の任
意の１点に与えるべき露光パルス数をＮとする。露光パ
ルス数Ｎは、設定積算露光量Ｓ₀とレーザビームの１パ
ルス当たりのエネルギーとによって求められる。スキャ
ン露光中は、次のパルスが照射されるまでの間にレチク
ルステージ２８（図２参照）はＳＲ方向にＤ／Ｎだけ移
動する。パルスレーザビームのパルス発光毎のエネルギ
ー（パルスエネルギー）ｅのばらつき（標準偏差の３倍
（３σ））をδｅ、そのパルスエネルギーｅの平均値を
Ｅとして、パルスエネルギーのばらつきをδｅ／Ｅと規
格化して表す。また、目標としている露光量の再現性を
Ａとすると、露光パルス数Ｎには次のような下限Ｎ_min
が存在する。

【００２５】Ｎ≧Ｎ_min≧｛（δｅ／Ｅ）／Ａ｝² （２）レーザビームのパルスエネルギーｅが大きく、露光パル
ス数ＮがＮ_min以下になってしまうときは、図１中のレ
ーザビームＬＢ（又はＬＢ₀)の光路中に例えばＮＤフィ
ルタ等の減光手段を挿入することにより、（２）式の条
件が満たされる。このように露光パルス数Ｎが決定され
ると、レチクルＲ即ち被照射領域はパルス露光間毎にＳ
Ｒ方向にＤ／Ｎだけ移動する。この移動量は、レチクル
Ｒ上の干渉縞のピッチＰ（（１）式により決定）を単位
とした場合、Ｄ／（ＮＰ）（単位は、干渉縞の周期数）
に相当し、振動ミラー４が静止しているときであって
も、スキャン露光の際に、レチクルＲ上において、干渉
縞をＳＲ方向にＤ／（ＮＰ）（周期）だけ振ったのと等
価である。以下では振動ミラー４の振り角をレチクルＲ
上での干渉縞の移動量（移動する干渉縞の周期数）を単
位として表す。以下、ミラーの振り角とレチクルＲ上の
干渉縞の移動量について予め相関がとれているものとす
る。

【００２６】図５は、図４に対応させて、本実施例にお
いてレチクルＲ上で所定のＮ_mパルスの積算露光を行っ
た後の干渉縞のコントラスト（残留コントラスト）を示
し、横軸に干渉縞の周期を単位とした振動ミラー４の振
り角ピッチ（発光間の振り角）、縦軸に残留コントラス
トを取っている。パルス数Ｎ_mは振動ミラー４の振動周
期の半周期内の露光パルス数である（後述）。この場
合、横軸の値が整数の位置では、干渉縞を整数周期ずら
して重ね合わせた場合に相当するため、残留コントラス
トはそれぞれ最大値である１となっており、それら最大
のピークの周囲に整数Ｎ_mにより位置が定まる小さなピ
ークが続いている。なお、本実施例では、スキャン露光
を行う場合のレチクルステージの走査によるレチクルＲ
上での干渉縞の移動も、等価的に振動ミラー４を振った
結果であるとして扱う。即ち、露光パルス数Ｎのもとで
は、実際には振動ミラー４が静止している場合でも、図
５において、振り角にはＤ／（ＮＰ）だけの振り角オフ
セットが付加されているものとみなす。

【００２７】図５より分かるように、この振り角オフセ
ットＤ／（ＮＰ）が、整数、あるいは整数に極めて近い
数値をとるときは、振動ミラー４を静止したままにして
おくと、Ｎ_mパルスの積算露光後に、高いコントラスト
の干渉縞が残ってしまう。その残留コントラストを振動
ミラー４の振動制御により、図５の安全領域Ｓ₊Ａ又は
安全領域Ｓ_-Ａに入れるのが、要点である。即ち、安全
領域Ｓ₊Ａ及びＳ_-Ａは、残留コントラストの値が所定
の値以下になる領域であり、図５では値が最大のピーク
の位置を中心とした５つのピークを除く領域がそれぞれ
安全領域Ｓ₊Ａ又はＳ_-Ａとなっている。そして、図５
の横軸上で安全領域Ｓ₊Ａ及びＳ_-Ａ以外の領域が、残
留コントラストが大きく露光量むらが許容値を超える恐
れのある危険領域ＤＡとなっている。

【００２８】実際には、安全領域Ｓ₊Ａ及びＳ_-Ａの設
定方法は、使用するレーザ光源の特性、ウエハＷ上に塗
布するフォトレジストの感光特性、及び露光量むらの許
容値等により決定されるが、最悪の条件を想定して設定
すればよい。図５を参照すると、図２の振動ミラー４の
制御方法は次の２つの場合に分かれる。［振動ミラー４を駆動する場合（条件Ａ）］振り角オフ
セットＤ／（ＮＰ）が危険領域ＤＡ内にある場合、振動
ミラー４のパルス露光間での振り角（振動ピッチ）をδ
として、｛Ｄ／（ＮＰ）±δ｝が例えば安全領域Ｓ₊Ａ
内に入るように振動ミラー４を制御する。ここで、振り
角δの±の符号は、＋符号はレチクルＲのスキャン方向
と振動ミラー４による干渉縞の移動方向とが同方向の場
合を示し、−符号は両者が逆方向の場合を示す。即ち、
振動ミラー４が往復運動する場合も含まれている。への
対応も考える。

【００２９】図５の例では、振り角オフセットＤ／（Ｎ
Ｐ）を中心として、安全領域Ｓ_-Ａまでの間隔をδ_-(負
の値）として、安全領域Ｓ₊Ａまでの間隔をδ₊(正の
値）とすると、｜δ₊|＞｜δ_-|が成立している。従っ
て、数ａ及びｂの内の大きい数をｍａｘ（ａ，ｂ）で表
した場合、振動ミラー４の振り角δは次のようになる。 δ＝ｍａｘ（｜δ₊|，｜δ_-|）＝｜δ₊| （３）

【００３０】［振動ミラー４を静止させておいてよい場
合（条件Ｂ）］振り角オフセットＤ／ＮＰが安全領域Ｓ
₊Ａ又はＳ_-Ａにある場合、振動ミラー４は振る必要が
ない。次に、本実施例でレチクルＲのパターン像をスキ
ャン露光方式でウエハＷ上に露光する際の４個の条件に
ついて説明する。

【００３１】［第１条件］レチクルＲの照明領域１３内
の任意の点は同一の大きさの等価光源ＰＡ（図２参照）
からの光で照明されなければならない。

【００３２】［第２条件］照明領域１３内の任意の１点
の照明は、振動ミラー４のフルストロークの振動周期を
Ｔ_Mとした場合、半周期（Ｔ_M／２）の整数倍の時間だ
け照射されるように、その半周期中の露光パルス数を決
めなければならない。これにより、振動ミラー４が往復
運動をするような制御を採用する場合でも、レチクルＲ
上の全ての点への照明を行う場合に、それぞれ振動ミラ
ー４が半周期（Ｔ_M／２）の整数倍の時間だけ干渉縞を
振ることができる。

【００３３】［第３条件］レチクルＲ上（ウエハＷ上で
も同じ）でのスキャン露光後の干渉縞の残留コントラス
トを低下させるためには、積分効果を得るため、振動ミ
ラー４の半周期中の露光パルス数はできるだけ多いこと
が望ましい。［第４条件］振動ミラー４の駆動部としてピエゾ素子等
を使用した場合には、そのパルス露光間の振り角δに所
定の分解能が存在する。例えば図５の場合では、パルス
発光間の振り角の最小値は３／Ｎ_mであるため、これが
使用する振動ミラー４の振り角の分解能以上になるよう
に、その半周期中の最大露光パルス数を与える必要があ
る。

【００３４】以上の諸条件を考慮して、本実施例におけ
る振動ミラー４の制御シーケンを決定する。図６〜図８
はその制御シーケンスの一例を示し、先ずウエハＷ上の
ショット領域内のＡ点では、図１の振動ミラー４から見
ると、Ａ_s点から露光が始まり、振り角が振幅θ₀の３
角波状に１周期変化した後、Ａ_f点にて露光が終了す
る。また、Ａ点から走査方向に僅かにずれたＢ点では、
振動ミラー４から見ると、Ｂ_s点より露光が始まり、振
り角が１周期変化した後のＢ_f点にて露光が終了する。
即ち、Ａ点、及びＢ点共に、振動ミラー４の振り角がフ
ルストロークθ₀で１周期変化して露光されたことにな
る。

【００３５】図７（ａ）は、図６に対応した図２の等価
光源ＰＡの動きを示し、この図７（ａ）に示すように、
等価光源ＰＡはＸ軸に沿ってフルストロークθ₀で周期
的に振動するように移動する。それに対応して、ウエハ
Ｗ上のＡ点に対しては等価光源ＰＡは、図７（ｂ）に示
すようにＡ_s点からＡ_f点まで１周期移動し、ウエハＷ
上のＢ点に対しては等価光源ＰＡは、図７（ｃ）に示す
ようにＢ_s点からＢ_f点まで１周期移動する。

【００３６】次に、図９を参照して本実施例におけるス
キャン露光動作の一例につき説明する。先ず、（２）式
を満たす最小露光パルス数Ｎ_minの内で偶数となるもの
を改めてＮ_minとする。上述の第１条件より、振動ミラ
ー４の振動の半周期（Ｔ_M／２）中の最小露光パルス数
Ｎ_m,minは次のようになる。Ｎ_m,min＝Ｎ_min／２（４）

【００３７】また、第４条件より、振動ミラー４の振動
の半周期中の最大露光パルス数をＮ _m,maxとする。次
に、図９のステップ１０１において、ウエハＷ上の１点
当りの露光パルス数Ｎを（２）式を満たすように決定す
る。そして、ステップ１０２において、振動ミラー４の
振動の半周期中の露光パルス数Ｎ_mを決定する。この露
光パルス数Ｎ_mは次の条件を満たす。

【００３８】Ｎ_min／２≦Ｎ_m≦Ｎ_m,max）（５）従って、Ｎ_min≦Ｎ≦２Ｎ_m,maxが成立するとき、ｉｎ
ｔ（ａ）が実数ａの整数部を表すものとして、露光パル
ス数Ｎ_mは次のようになる（ステップ１０３）。Ｎ_m＝ｉｎｔ（Ｎ／２）（６）一方、２Ｎ_m,max≦Ｎのとき、露光パルス数Ｎ_mは次の
ようになる（ステップ１０４）。

【００３９】Ｎ_m＝ｉｎｔ（Ｎ／｛ｉｎｔ（Ｎ／Ｎ_m,max）＋１｝）（７）これで第１条件〜第４条件は満たされる。ステップ１０
３又は１０４の実行の後、ステップ１０５に移行して、
振動ミラー４の駆動制御を実行するか否かの判断を行
う。ここでは、振動ミラー４の振り角の安全領域を、図
５の安全領域Ｓ₊Ａ及びＳ_-Ａとする。そして、ＣＩＮ
Ｔ（ａ）を実数ａに最も近い整数、即ち実数ａの小数点
以下第１位を四捨五入した整数として、図５より残留コ
ントラストが最大値となる位置からのずれ量である｜Ｄ
／（ＮＰ）−ＣＩＮＴ（Ｄ／（ＮＰ））｜が許容量であ
る３／Ｎ_mより小さいときに振動ミラー４の振動制御を
行う。即ち、次式が成立するときに、ステップ１０７に
移行する。

【００４０】｜（Ｄ／（ＮＰ）−ＣＩＮＴ（Ｄ／（ＮＰ））｜＜３／Ｎ_m （８）また、（８）式が成立しないときには、ステップ１０６
に移行して、振動ミラー４を静止したままで、スキャン
露光を行う。これは条件Ｂを用いたものである。そし
て、ステップ１０７においては、条件Ａを用いた次式よ
り、振動ミラー４のパルス露光毎の振り角（振り角ピッ
チ）δを算出する。

【００４１】 δ＝ｍａｘ（｜ＣＩＮＴ（Ｄ／（ＮＰ））−Ｄ／（ＮＰ）−３／Ｎ_m｜，｜ＣＩＮＴ（Ｄ／（ＮＰ））−Ｄ／（ＮＰ）＋３／Ｎ_m｜）（９）

【００４２】次に、ステップ１０８において、振り角ピ
ッチδ及び半周期の露光パルス数Ｎ _mを用いて、振動ミ
ラー４振り角のフルストロークθ₀を次式から算出す
る。 θ₀＝δ・Ｎ_m （１０）以上より、振動ミラー４の各制御量が求まる。その後、
ステップ１０９でレーザ発光をさせた後、求められた制
御量に基づいてステップ１１１で振動ミラー４の振り角
を制御して、ステップ１０９でレーザ発光を行うという
動作を繰り返し、ステップ１１０においてウエハＷの１
つのショット領域の全面へのスキャン露光が終了した時
点で露光が終了する。また、ウエハＷ上の他のショット
領域にも、同様のシーケンスでスキャン露光が行われ
る。

【００４３】次に、図１に戻り、レチクルＲ上の非走査
方向（Ｙ方向）に干渉縞を移動させる方法につき説明す
る。上述のように走査方向では、ウエハＷ上での設定積
算露光量等の条件によっては、振動ミラー４を必ずしも
駆動しなくともよい場合があるが、非走査方向ではレチ
クルＲは静止しているため、振動ミラー４又は別の走査
手段を介して干渉縞を非走査方向に振ることが望まし
い。

【００４４】非走査方向へは、従来の一括露光方式（ス
テッパ等）の場合と同じように振動ミラー４を振ればよ
い。非走査方向についても、レチクルＲ上には図５のよ
うな残留コントラストが残るが、走査方向と異なり、設
定露光量によって決まる振動ミラー４の振り角のオフセ
ットは無い。従って、設定積算露光量によって、振動ミ
ラー４の振り角のピッチ及びフルストロークが変わるこ
とはない。また、走査方向のように目標とする安全領域
という考え方でなく、目標点を考えることができる。

【００４５】即ち、振り角のオフセットは０なので、図
５では残留コントラストが０となるＴ点を目標とする振
り角と仮定する。そして、振動ミラー４のパルス露光間
の振り角（振り角ピッチ）が３／Ｎ_m、フルストローク
θ₀がレチクルＲ上で干渉縞の３ピッチに相当するよう
に、振動ミラー４の振り角の制御を行う。また、振動ミ
ラー４の振動の半周期中の露光パルス数Ｎ_mは、次の条
件であればよい。

【００４６】Ｎ_m＝ｉｎｔ（Ｎ／ｉｎｔ（Ｎ／Ｎ_min））（１１）なお、図５中のＴ点のような目標点は振動ミラー４の制
御精度、非走査方向のレーザビームの空間コヒーレンシ
ィによって決まる。以上のようにスキャン露光型の投影
露光装置においては、走査方向については、ウエハＷ上
のショット領域内の１点への露光パルス数Ｎによって、
振動ミラー４の振り角ピッチ、振り角のストローク、及
び半周期中の露光パルス数を変えるが、非走査方向につ
いては振り角ピッチ、及び振り角のストロークは変えな
い。このように、２方向での振動ミラー４の制御方式は
異なっている。

【００４７】なお、以上の実施例においては、１ショッ
トの露光中に振動ミラー４を往復運動する場合を考えて
きたが、振動ミラー４を一方向のみに振るような制御方
法もある。図８は、振動ミラー４を一方向に振動させる
場合を示す。即ち、図７では振動ミラー４を往路及び復
路共に同じ角速度で振っているのに対して、図８では、
振動ミラー４を例えば往路で図７と同様に振り、復路で
は高速に初期位置まで戻す動作を繰り返して、常に干渉
縞を一定の方向に振るようにしている。また、図８のよ
うな動作は、振動ミラー４を例えばポリゴンミラーで構
成したような場合には、ポリゴンミラーの回転方向を一
定にして行うことができる。

【００４８】このように振動ミラー４を一方向に振る場
合、図５において振り角のオフセットがＤ／（ＮＰ）な
らば、目標領域を安全領域Ｓ_-Ａとする。即ち、この場
合は振り角ピッチδは次のようになる。 δ＝δ_-＝ＣＩＮＴ（Ｄ／（ＮＰ））−Ｄ／（ＮＰ）−３／Ｎ_m （１２）そして、振動ミラー４を振る方向は、レチクルステージ
の走査方向ＳＲと逆方向に干渉縞を移動させる方向であ
る。また、この場合には振動ミラー４の振動の半周期中
のパルス数Ｎ_mは次のように場合分けされる。

【００４９】先ず、Ｎ_min≦Ｎ≦Ｎ_m,_maxのときは、次
のようになる。Ｎ_m＝ｉｎｔ（Ｎ／ｉｎｔ（Ｎ／Ｎ_min））（１３）また、Ｎ_m,max＜Ｎのときは、次のようになる。Ｎ_m＝ｉｎｔ（Ｎ／｛ｉｎｔ（Ｎ／Ｎ_m,_max）＋１｝）（１４）これにより、振動ミラー４の振り角のフルストロークθ
₀も次のようになる。

【００５０】θ₀＝δ・Ｎ_m （１５）この方式では、図９のステップ１０７における振り角δ
の選択の必要がなく、振動ミラー４に要求される最大フ
ルストロークθ₀は、往復運動する方式の半分で済む。
なお、一般にレーザ光を使用する場合には、方向により
空間コヒーレンシィが異なり、空間コヒーレンシィの高
い方向に干渉縞のコントラストが高くなる。そこで、空
間コヒーレンシィの高い方向をレチクルの走査方向に合
致させることにより、走査方向の露光量むらのコントラ
ストを小さくでき、かつ非走査方向の露光量むらのコン
トラストも小さくできる。

【００５１】なお、上述実施例の図１では、フライアイ
レンズ５は１個としているが、フライアイレンズを２個
設け、第１フライアイレンズと第２フライアイレンズと
の間に振動ミラーを設ける場合にも、本発明が適用でき
る。更に、水晶プリズムを設けてフライアイレンズ５に
入射するレーザビームを偏光方向に応じて２個に分け、
フライアイレンズ５により形成される光源像の個数を２
倍にした方式においても、本発明が適用できるのは言う
までもない。

【００５２】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。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、設定された露光量によ
って、位相可変手段によるパルス露光間での干渉縞の制
御量が決められる。その制御量は、所定形状の照明領域
内に形成される干渉縞のピッチと、パルス露光間でのマ
スクと照明領域との相対的な移動量との位相が或る範囲
内で揃った場合には、それを所定量ずらして、複数パル
スの積算露光後の露光量むらのコントラストが所望の残
留コントラスト以下になるように決められる。よって、
設定露光量に関係なく、複数パルス積算露光後に、高い
コントラストの干渉縞がマスク及び感光性の基板上に形
成されることがなくなり、相対走査方向の露光量むらが
小さくなる利点がある。

【００５４】また、位相可変手段が、その干渉縞を照明
領域とマスクとの相対走査方向に垂直な方向にも振る場
合には、非走査方向での露光量むらも小さくなる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の投影露光装置の光学系
を示す斜視図である。

【図２】振動ミラーの制御の原理の説明に供する、図１
を簡略化した概念図である。

【図３】振動ミラーによる干渉縞低減法の原理説明図で
ある。

【図４】図３の場合の残留コントラストを示す図であ
る。

【図５】実施例におけるスキャン露光後の積算露光量の
走査方向についての残留コントラストを示す図である。

【図６】実施例での振動ミラー４の制御方法の一例を示
す図である。

【図７】図６に対応する等価光源の分布状態を示す図で
ある。

【図８】実施例での振動ミラー４の制御方法の他の例を
示す図である。

【図９】実施例でのスキャン露光動作の一例を示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

ＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ１エキシマレーザ光源２ビーム整形光学系３ビームエクスパンダ４振動ミラー５フライアイレンズ８第１リレーレンズ９レチクルブラインド１０第２リレーレンズ１２メインコンデンサーレンズ１３照明領域１４露光領域２１フィールドレンズ２２インプットレンズＰＡ等価光源２７ウエハステージ２８レチクルステージ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の空間コヒーレンシィを有する照明
光をパルス的に発生するパルス光源と、前記照明光を入
射して複数の光源像を形成するオプティカル・インテグ
レータと、前記複数の光源像からの照明光で所定形状の
照明領域を重畳的に照明する照明光学系と、前記照明領
域に対して相対的に転写用のパターンが形成されたマス
ク及び感光性の基板を同期して走査する相対走査手段と
を有し、前記照明領域に対して相対的に前記マスク及び
前記基板を走査しつつ前記マスクのパターンを逐次前記
基板上に露光する走査型露光装置において、前記照明領域上に前記オプティカル・インテグレータに
より形成される干渉縞を前記照明領域と前記マスクとの
相対走査方向に振る位相可変手段を設け、前記パルス光
源のパルス発光間での前記照明領域と前記マスクとの相
対的な移動による干渉縞の移動量に、前記パルス発光間
での前記位相可変手段による前記干渉縞の前記相対走査
方向への振り量を加えた長さでの位相変調により、複数
パルス積算後の露光量分布のコントラストが所定の値以
下になるようにしたことを特徴とする走査型露光装置。
【請求項２】前記位相可変手段は、前記干渉縞を前記
照明領域と前記マスクとの相対走査方向に垂直な方向に
も振ることを特徴とする請求項１記載の走査型露光装
置。