JPH09106939A

JPH09106939A - 露光方法及び装置

Info

Publication number: JPH09106939A
Application number: JP7265511A
Authority: JP
Inventors: Minoru Murata; 実村田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1995-10-13
Publication date: 1997-04-22
Also published as: KR970022576A

Abstract

(57)【要約】【課題】走査露光方式でウエハ上の各ショット領域へ
の露光を行う場合に、コストアップやスループットの低
下を招くことなく露光量を制御する。【解決手段】前のショット領域から次のショット領域
へのステッピング動作（ステップ１０５）と並列に、主
制御系から演算部に前のショット領域における走査速度
及び次のショット領域の設定露光量のデータを供給し、
前のショット領域での露光照度の平均値を求める（ステ
ップ１０６）。これらのデータに基づき、演算部は次の
ショット領域における走査速度Ｖ_next、及びこの走査速
度Ｖ_nextのもとでの加速距離Ｌ_nextを算出し、これに基
づいて助走開始位置を求める（ステップ１０７）。この
結果を用いて、助走開始位置に位置決めして（ステップ
１０８）、次のショット領域への走査露光を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【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に
おいて、マスク上のパターンを感光性の基板上に露光す
るための露光方法及び露光装置に関し、特に、マスク上
のパターンの一部を感光性の基板上に投射した状態でマ
スク及び感光性の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その基板上の各ショット領域に逐
次転写露光する、所謂ステップ・アンド・スキャン方式
等の走査露光型の露光装置に適用して好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子等をフォトリソグ
ラフィ技術を用いて製造する際に、マスクとしてのレチ
クルのパターンの投影光学系を介した像をフォトレジス
ト等が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上の
各ショット領域に露光するステッパー等の一括露光型の
投影露光装置が使用されている。これに対して最近、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
積のパターンをウエハ上に露光する大面積化が求められ
ている。しかしながら、このために単に投影光学系の露
光フィールドを大きくしようとすると、広い露光フィー
ルドの全面で諸収差を許容範囲内に収めるために投影光
学系が複雑化して製造コストが高くなると共に、投影光
学系が大型化して装置全体が大きくなり過ぎてしまう。

【０００３】そこで、投影光学系の露光フィールドをあ
まり大型化することなく、被転写パターンの大面積化に
応えるために、レチクルのパターンの一部を投影光学系
を介してウエハ上に縮小投影した状態で、その投影光学
系に対してレチクル及びウエハを同期して走査すること
によって、レチクル上のパターンを逐次ウエハ上の各シ
ョット領域に転写露光する、所謂ステップ・アンド・ス
キャン方式等の走査露光型の投影露光装置が注目されて
いる。そのステップ・アンド・スキャン方式は、従来よ
り知られているように、マスクパターンを１回の走査で
ウエハの全面に露光するスリットスキャン方式を発展さ
せたものである。

【０００４】斯かる投影露光装置では、ウエハ上の各シ
ョット領域に対する露光量（積算露光エネルギー量）を
適正範囲内に制御することが必要となる。そのため、一
括露光型の投影露光装置ではウエハ上へ照射する露光光
の照射時間を制御して露光量を適正範囲内に収めること
が行われている。一方、走査露光型の投影露光装置で
は、投影光学系に対してウエハを走査して露光が行われ
るため、従来は、ウエハをウエハステージの駆動能力に
応じた一定の走査速度で走査し、ウエハ上の露光光照度
を、例えば光源側で調節したり、光路上に減光フィルタ
等の減光手段を挿入する等して一定の値になるように調
整することにより、ウエハ上の各点での露光量が適正範
囲内に収まるようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の走査露光型の投影露光装置において精密な露光量
制御を行うためには、光源側に精密な光量調整機構を必
要としたり、光路上の減光フィルタ等を高速に且つ高い
位置決め精度で駆動する手段が必要となり、製造コスト
の上昇を招く不都合があった。また、一般にこれらの手
段は応答速度が遅いため、スループット（生産性）の低
下を招く不都合もあった。また、従来は予め走査速度を
一定の値に設定して、ウエハステージの助走のための加
減速距離も一定としていた。そのため、ウエハ上の或る
特定のショット領域の目標露光量が例えば走査速度が小
さくて良いような露光量の場合にも、ウエハステージの
加速能力からみて本来必要のない加減速距離を設けるこ
とになり、同様に、スループットの低下要因となってい
た。

【０００６】本発明は斯かる点に鑑み、走査露光方式で
露光を行う際に、コストアップやスループットの低下を
招くことなく、ウエハ上の各ショット領域への露光量を
それぞれ適正範囲内に収めることができる露光方法を提
供することを目的とする。また、本発明はそのような露
光方法を実施できる露光装置を提供することをも目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による露光方法
は、光源（１）からの露光用の照明光（ＩＬ）のもとで
マスク（Ｒ）上のパターンの一部を感光性の基板（Ｗ）
上に投射した状態で、そのマスク（Ｒ）とその基板
（Ｗ）とを同期して走査することにより、その基板
（Ｗ）上の各ショット領域にそれぞれそのマスク（Ｒ）
のパターンを逐次転写露光する露光方法において、その
光源（１）からの照明光の照度の変化量及びその基板
（Ｗ）上の第１ショット領域の設定露光量に応じてその
第１ショット領域を露光するときのそのマスク（Ｒ）及
び基板（Ｗ）の走査速度を制御するものである。

【０００８】斯かる本発明の露光方法によれば、光源
（１）からの照明光の照度の変化量及び露光対象の第１
ショット領域の設定露光量に対応してマスク（Ｒ）及び
基板（Ｗ）の走査速度を制御するため、例えば高速且つ
高精度な照度調節機構等を使用する必要がない。また、
マスク（Ｒ）及び基板（Ｗ）の速度の制御は、応答特性
に優れているため、スループット（生産性）が向上す
る。

【０００９】この場合、その基板（Ｗ）の最大加速度、
及びその第１ショット領域を露光するときのその基板
（Ｗ）の走査速度よりその第１ショット領域を走査露光
するときのその基板（Ｗ）の助走開始位置を求めること
が好ましい。これにより、最短の加減速距離に基づいて
走査が開始されるため、スループットが向上する。ま
た、そのマスク（Ｒ）の走査速度、その基板（Ｗ）の走
査速度、及びその第１ショット領域を走査露光するとき
のその基板（Ｗ）の助走開始位置を、その第１ショット
領域の前に露光されたショット領域からその第１ショッ
ト領域への移動時に求めることが好ましい。これによ
り、マスク（Ｒ）及び基板（Ｗ）の走査速度、並びに露
光対象のショット領域の走査の助走開始位置を計算する
ための余分の時間を必要とせず、スループットの低下を
招かない。

【００１０】また、本発明による露光装置は、露光用の
照明光（ＩＬ）を発生する光源（１）と、転写用のパタ
ーンが形成されたマスク（Ｒ）を走査するマスクステー
ジ（１１）と、感光性の基板（Ｗ）を走査する基板ステ
ージ（１７）とを有し、その照明光（ＩＬ）のもとでそ
のマスク（Ｒ）のパターンの一部をその基板（Ｗ）上に
投射した状態で、そのマスクステージ（１１）及び基板
ステージ（１７）を同期して走査することにより、その
マスク（Ｒ）のパターンをその基板（Ｗ）上の各ショッ
ト領域にそれぞれ逐次転写露光する走査露光型の露光装
置において、その光源（１）からの照明光（ＩＬ）の照
度の変化量及びその基板（Ｗ）上の第１ショット領域の
設定露光量に対応してその第１ショット領域を露光する
ときのそのマスクステージ（１１）及び基板ステージ
（１７）の走査速度を求める演算手段（１４）と、この
演算手段により求められた走査速度に基づいて、そのマ
スクステージ（１１）及び基板ステージ（１７）の走査
露光時の速度を制御する制御手段（１３）と、を設けた
ものである。斯かる本発明の走査型露光装置によれば、
上述の本発明の露光方法を実施することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本例は、光源としてパ
ルス発振型の露光光源を有するステップ・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を示し、この図１におい
て、パルス発振型のパルス光源１から射出されたレーザ
ビームは、シリンダーレンズやビームエキスパンダ等で
構成されるビーム整形光学系２により、後続のフライア
イレンズ４に効率よく入射するようにビームの断面形状
が整形される。パルス光源１としては、例えばＫｒＦエ
キシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレー
ザ（波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光源又はＹＡ
Ｇレーザの高周波発生装置等が使用される。

【００１２】ビーム整形光学系２から射出されたレーザ
ビームＩＬは減光部３に入射する。減光部３は、レーザ
ビームＩＬに対する透過率を複数段階で切り換える機構
から構成され、内部の駆動系により入射するレーザビー
ムＩＬに対する透過率を所定の値に設定する。減光部３
から射出されたレーザビームＩＬはフライアイレンズ４
に入射する。フライアイレンズ４は、後続のレチクルＲ
を均一な照度分布で照明するために多数の２次光源を形
成する。フライアイレンズ４の射出面には照明系の開口
絞り５が配置され、その開口絞り５内の２次光源から射
出されるレーザビームは、反射率が小さく透過率の大き
なビームスプリッター６に入射し、ビームスプリッター
６を透過したレーザビームは、第１リレーレンズ７Ａを
経て視野絞り（固定レチクルブラインド）８の開口部を
通過する。

【００１３】視野絞り８を通過したレーザビームＩＬ
は、第２リレーレンズ７Ｂ、光路折り曲げミラー９及び
メインコンデンサーレンズ１０を経て、レチクルステー
ジ１１上のレチクルＲを均一な照度分布で照明する。こ
の場合、一例として視野絞り８の配置面はレチクルＲの
パターン面と共役な面から僅かにデフォーカスされ、視
野絞り８の開口部のエッジのぼけた像であるレチクルＲ
上の長方形のスリット状の照明領域２４にレーザビーム
が照射される。

【００１４】レチクルＲ上の照明領域２４内のパターン
の投影光学系１５を介した像がウエハＷ上に投影露光さ
れる。スリット状の照明領域２４と投影光学系１５に関
して共役な領域を、スリット状の露光領域２４Ｗとす
る。そして、投影光学系１５の光軸に平行にＺ軸をと
り、その光軸に垂直な平面内でスリット状の照明領域２
４に対するレチクルＲの走査方向（即ち、図１の紙面に
平行な方向）をＸ方向、その走査方向に垂直な非走査方
向をＹ方向とする。このとき、レチクルステージ１１は
レチクルステージ駆動部１２によりＸ方向に走査され
る。レチクルステージ駆動部１２は、装置全体の動作を
統轄制御する主制御系１３により制御されている。ま
た、レチクルステージ駆動部１２には、レチクルステー
ジ１１のＸ方向の座標を検出するための測長装置（レー
ザ干渉計等）が組み込まれ、これにより計測されたレチ
クルステージ１１のＸ座標が主制御系１３に供給されて
いる。

【００１５】一方、ウエハＷはウエハホルダー１６を介
して、少なくともＸ方向（図１の紙面上の左右方向）に
走査可能なＸＹステージ１７上に載置されている。図示
省略するも、ＸＹステージ１７とウエハホルダー１６と
の間には、ウエハＷをＺ方向に位置決めするＺステージ
等が装備されている。走査露光時には、投影光学系１３
のレチクルＲからウエハＷへの投影倍率をβとして、レ
チクルＲが＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）に速度Ｖ_Rで走査
されるのに同期して、ＸＹステージ１７を介してウエハ
Ｗは露光領域（レチクルのパターン像の投影領域）２４
Ｗに対して−Ｘ方向（又はＸ方向）に速度β・Ｖ_Rで走
査される。主制御系１３がウエハステージ駆動部１８を
介してそのＸＹステージ１７の動作を制御する。ウエハ
ステージ駆動部１８には、ＸＹステージ１７のＸ方向及
びＹ方向の座標を検出するための測長装置（レーザ干渉
計等）が組み込まれ、これにより計測されたＸＹステー
ジ１７のＸ座標及びＹ座標が主制御系１３に供給されて
いる。

【００１６】一方、ビームスプリッター６で反射された
レーザビームは、集光レンズ１９を介して光電変換素子
よりなるインテグレータセンサ２０で受光され、インテ
グレータセンサ２０の光電変換信号が不図示の増幅器及
びアナログ／デジタル変換器を介して演算部１４に供給
される。インテグレータセンサ２０としては、遠紫外で
感度があり、且つパルス光源１のパルス発光を検出する
ために高い応答周波数を有するＰＩＮ型のフォトダイオ
ード等が使用できる。インテグレータセンサ２０の光電
変換信号と、ウエハＷの露光面上でのパルス露光光の照
度との関係は予め求められている。即ち、インテグレー
タセンサ２０の光電変換信号は予め校正されている。

【００１７】演算部１４は、インテグレータセンサ２０
の光電変換信号より、パルス光源１から出力されるレー
ザビーム（パルス光）のパルス光量の平均値及びばらつ
きを計測すると共に、各パルス光毎の光電変換信号を積
算して、順次ウエハＷの各点での積算露光量を求めて主
制御系１３に供給する。また、演算部１４は設定露光量
及びそのパルス光量の平均値より、ウエハＷの走査速度
を算出して主制御系１３に出力する。

【００１８】主制御系１３は、トリガー制御部２１を介
してパルス光源１に発光トリガー信号ＴＰを供給するこ
とにより、パルス光源１の発光のタイミングを制御す
る。更に、主制御系１３は、減光部３の駆動系を介して
レーザビームＩＬに対する透過率を制御する。また、オ
ペレータは入出力手段２２を介して主制御系１３にレチ
クルＲのパターン情報等を入力することができると共
に、主制御系１３には各種情報を蓄積できるメモリ２３
が備えられている。

【００１９】次に、本例の露光動作の一例につき主に図
２及び図３を参照して説明する。ここでは、図１のウエ
ハホルダー１６上のウエハＷの各ショット領域に走査露
光方式で露光を行う。また、各ショット領域毎に独立に
露光量の目標値（以下、「設定露光量」という）が予め
定められているものとする。図２は本例の露光動作を示
すフローチャートであり、この図２のステップ１０１に
おいて、主制御系１３は変数ｉの値を１に初期化し、次
のステップ１０２においてウエハＷのｉ番目（ここでは
最初）のショット領域への露光が行われる。最初のショ
ット領域については、例えばその直前にインテグレータ
センサ２０を介して検出されるレーザビームＩＬ（パル
ス光）のパルス光毎の露光量の平均値、スリット状の露
光領域の走査方向の幅、パルス光の周波数、及び最初の
ショット領域への設定露光量に基づいてウエハＷの走査
速度が算出され、ウエハＷの走査速度よりレチクルＲの
走査速度が算出される。

【００２０】次のステップ１０３において、ウエハＷ上
の全ショット領域への露光が終了したかどうかが判定さ
れるが、今の段階では露光が終了していないため動作は
ステップ１０４に移行して変数ｉの値を１だけ増加させ
た後に、並列にステップ１０５の動作と、ステップ１０
６及び１０７の動作とを実行する。即ち、ステップ１０
５では図１のウエハ側のＸＹステージ１７を駆動するこ
とにより、ウエハＷ上の次に露光すべきショット領域
（ｉ番目のショット領域）を走査開始位置までステッピ
ングさせる。

【００２１】図３は、図１のＸＹステージ１７の動作に
伴うウエハＷのステッピングの様子を示し、この図３に
おいて、実際には図１の投影光学系１５は固定されてウ
エハＷが移動するが、説明の都合上、ウエハＷが静止し
てその上を投影光学系１５の光軸ＡＸが矢印で示す軌跡
３３に沿って移動するように表現する。この例では、投
影光学系１５の光軸ＡＸは軌跡３３に沿って前のショッ
ト領域３１を−Ｘ方向に走査した後、ＸＹステージ１７
の動作によって、ステッピング区間３４に沿って次に露
光すべきショット領域３２の下方に移動する。そして、
ステップ１０５と並列に実行されるステップ１０６にお
いて、図１の主制御系１３から演算部１４に前のショッ
ト領域３１におけるウエハＷの走査速度Ｖ１及び次のシ
ョット領域での設定露光量のデータを供給する。また、
演算部１４では、前のショット領域３１への露光中にイ
ンテグレータセンサ２０から供給されたパルス光量に基
づいて、１パルス光毎のウエハＷ上での露光量（露光照
度）を算出する。なお、ショット領域毎に設定露光量が
変わらない場合には、演算部１４では最初に設定された
設定露光量のデータを保持しておく。また、予めパルス
光源１のパルス毎の光量変動が少ないことが分かってい
るような場合には、ショット領域毎に露光照度を算出す
ることなく、最初に計測された露光照度を定数として用
いてもよい。

【００２２】次に、ステップ１０７において、ステップ
１０６で供給及び算出されたデータに基づき、演算部１
４は次のショット領域３２における走査速度Ｖ_next、及
びショット領域３２の先端部が図１の露光領域２４Ｗに
達した時点でその走査速度Ｖ _nextになるために必要な加
速距離Ｌ_nextを算出する。この加速距離Ｌ_nextから図３
のショット領域３２に対する助走開始位置３５が求めら
れる。この場合、演算に用いられるＸＹステージ１７の
加速度としては、ＸＹステージ１７の最大加速度を使用
することが望ましい。また、これらの演算は、ＸＹステ
ージ１７の動作によって投影光学系１５の光軸ＡＸが図
３のステッピング区間３４の中間位置程度に達するまで
に行われ、それらの計算結果は主制御系１３に供給され
る。そして、図１のウエハステージ駆動部１８に対して
主制御系１３からその助走開始位置３５の座標が供給さ
れ、ステップ１０８において、投影光学系１５の光軸Ａ
Ｘが助走開始位置３５に位置決めされるようにＸＹステ
ージ１７の動作が制御される。ステップ１０８での位置
決め終了後、主制御系１３は、ステップ１０７で計算さ
れた走査速度Ｖ_nextに基づき、ステップ１０２におい
て、レチクルステージ１１及びＸＹステージ１７を駆動
し、次のショット領域３２への走査露光を行う。

【００２３】そして、ウエハＷ上の各ショット領域につ
いてそれぞれステップ１０４〜１０８、及びステップ１
０２の動作が繰り返されて、ステップ１０３で未露光の
ショット領域が尽きたときに露光工程が終了する。以上
のように本例によれば、図３において前のショット領域
３１への走査露光中にパルス光の露光量（露光照度）を
計測し、その情報及び次のショット領域での設定露光量
を基に次のショット領域におけるＸＹステージ１７の走
査速度及び加速距離を計算し、それに基づいて走査露光
を実施している。これらの計算は、次のショット領域３
２へステッピングしている間に実行することが可能であ
り、高精度な照度調整機構を追加したり駆動することな
く高い応答速度で露光量の制御が可能となる。従って、
コストアップやスループットの低下を防ぐことができ
る。

【００２４】また、ＸＹステージ１７の加速能力を最大
にしたときの、所定の走査速度Ｖ_ne _xtに達するのに必要
な加速距離Ｌ_nextを計算し、走査のための助走開始位置
３５を決定しているため、ウエハＷの移動距離を最短に
できる。また、上述の例ではウエハＷの加速距離Ｌ_next
を求めているが、同様に減速距離（≒Ｌ_next）も算出さ
れ、この減速距離より走査露光終了後の助走終了位置が
求められる。そこで、この助走終了位置に基づいて、次
のステッピング移動の方向を補正することによって、待
ち時間なしに次のステッピング移動を行うことが可能と
なる。これによって、スループットが更に改善される。

【００２５】なお、本発明は上述の実施の形態の例に限
定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成
を取り得ることは勿論である。

【００２６】

【発明の効果】本発明の露光方法によれば、マスク及び
基板の走査速度を制御することにより基板上の各ショッ
ト領域への露光量を適正範囲内に制御するため、例えば
高精度な照度調節機構等のコストアップを招くような設
備の必要がない。また、マスク及び基板の速度の制御
は、高い応答速度で実行できるため、スループット（生
産性）が向上する利点がある。

【００２７】また、基板の最大加速度、及び第１ショッ
ト領域を露光するときの基板の走査速度より第１ショッ
ト領域を走査露光するときの基板の助走開始位置を求め
る場合には、最短の加減速距離に基づいて走査が開始さ
れるため、基板の移動距離が短くなりスループットが向
上する利点がある。また、マスクの走査速度、基板の走
査速度、及び第１ショット領域を走査露光するときの基
板の助走開始位置を、第１ショット領域の前に露光され
たショット領域から第１ショット領域への移動時に求め
る場合には、マスク及び基板の走査速度、並びに基板の
助走開始位置を計算するための付加的な時間を必要とせ
ず、全体の露光に要する時間が更に短縮される。

【００２８】また、本発明の走査型露光装置によれば、
マスクステージ及び基板ステージの走査速度を求める演
算手段と、マスクステージ及び基板ステージの走査速度
を制御する制御手段と、を設けているため、本発明の露
光方法を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例において使用される
投影露光装置を示す概略構成図である。

【図２】その実施の形態における露光動作の一例を示す
フローチャートである。

【図３】本発明の実施の形態において、ＸＹステージ
（又は投影光学系）の移動経路の説明に供するウエハの
平面図である。

【符号の説明】

１光源２ビーム整形光学系３減光部ＲレチクルＷウエハ１１レチクルステージ１３主制御系１４演算部１５投影光学系１７ＸＹステージ１８ウエハステージ駆動部２０インテグレータセンサ２３メモリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの露光用の照明光のもとでマス
ク上のパターンの一部を感光性の基板上に投射した状態
で、前記マスクと前記基板とを同期して走査することに
より、前記基板上の各ショット領域にそれぞれ前記マス
クのパターンを逐次転写露光する露光方法において、前記光源からの照明光の照度の変化量及び前記基板上の
第１ショット領域の設定露光量に応じて前記第１ショッ
ト領域を露光するときの前記マスク及び基板の走査速度
を制御することを特徴とする露光方法。
【請求項２】請求項１記載の露光方法であって、前記基板の最大加速度、及び前記第１ショット領域を露
光するときの前記基板の走査速度より前記第１ショット
領域を走査露光するときの前記基板の助走開始位置を求
めることを特徴とする露光方法。
【請求項３】請求項２記載の露光方法であって、前記マスクの走査速度、前記基板の走査速度、及び前記
第１ショット領域を走査露光するときの前記基板の助走
開始位置を、前記第１ショット領域の前に露光されたシ
ョット領域から前記第１ショット領域への移動時に求め
ることを特徴とする露光方法。
【請求項４】露光用の照明光を発生する光源と、転写
用のパターンが形成されたマスクを走査するマスクステ
ージと、感光性の基板を走査する基板ステージとを有
し、前記照明光のもとで前記マスクのパターンの一部を
前記基板上に投射した状態で、前記マスクステージ及び
基板ステージを同期して走査することにより、前記マス
クのパターンを前記基板上の各ショット領域にそれぞれ
逐次転写露光する走査露光型の露光装置において、前記光源からの照明光の照度の変化量及び前記基板上の
第１ショット領域の設定露光量に対応して前記第１ショ
ット領域を露光するときの前記マスクステージ及び基板
ステージの走査速度を求める演算手段と、該演算手段により求められた走査速度に基づいて、前記
マスクステージ及び基板ステージの走査露光時の速度を
制御する制御手段と、を設けたことを特徴とする露光装置。