JPH09115825A - 走査型投影露光装置 - Google Patents
走査型投影露光装置Info
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- JPH09115825A JPH09115825A JP7296235A JP29623595A JPH09115825A JP H09115825 A JPH09115825 A JP H09115825A JP 7296235 A JP7296235 A JP 7296235A JP 29623595 A JP29623595 A JP 29623595A JP H09115825 A JPH09115825 A JP H09115825A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ステージの速度を高速化することなく、露光
時間を短縮する。 【解決手段】 ステージ１２、１６の走査が開始される
と、干渉計２４では基板ステージ１２の位置を計測し、
干渉計ユニット３８では干渉計１２の出力を微分して基
板ステージの速度信号とし、この速度信号を出力する。
主制御装置６０ではこの速度信号に応じた露光光の光量
の指令値を出力する。光量調整系７０では主制御装置６
０からの指令値に応じて露光光源６２からの露光光の光
量を調整する。従って、基板ステージ１２の走査方向の
駆動開始から停止までの全ての時間領域に渡って基板ス
テージ１２の速度にかかわりなく適正光量の露光が行な
われる。このため、ステージの定速部のみで露光を行な
っていた場合に比べて露光時間を短縮することができ
る。
時間を短縮する。 【解決手段】 ステージ１２、１６の走査が開始される
と、干渉計２４では基板ステージ１２の位置を計測し、
干渉計ユニット３８では干渉計１２の出力を微分して基
板ステージの速度信号とし、この速度信号を出力する。
主制御装置６０ではこの速度信号に応じた露光光の光量
の指令値を出力する。光量調整系７０では主制御装置６
０からの指令値に応じて露光光源６２からの露光光の光
量を調整する。従って、基板ステージ１２の走査方向の
駆動開始から停止までの全ての時間領域に渡って基板ス
テージ１２の速度にかかわりなく適正光量の露光が行な
われる。このため、ステージの定速部のみで露光を行な
っていた場合に比べて露光時間を短縮することができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査型投影露光装
置に係り、更に詳しくは、マスクを保持するマスクステ
ージと感光基板を保持する基板ステージとを所定の走査
方向に同期走査しつつ、投影光学系を介してマスクのパ
ターンを感光基板に転写する走査型投影露光装置に関す
る。
置に係り、更に詳しくは、マスクを保持するマスクステ
ージと感光基板を保持する基板ステージとを所定の走査
方向に同期走査しつつ、投影光学系を介してマスクのパ
ターンを感光基板に転写する走査型投影露光装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より、半導体素子又は液晶表示素子
等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される
露光装置の一種として、走査型投影露光装置が知られて
いる。この走査型投影露光装置は、簡単に言うと、マス
クとしてのレチクルを保持するレチクルステージ（マス
クステージ）と感光基板を保持する基板ステージとを所
定の走査方向に同期走査しつつ、投影光学系を介してレ
チクルのパターンを感光基板に転写するものである。
等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される
露光装置の一種として、走査型投影露光装置が知られて
いる。この走査型投影露光装置は、簡単に言うと、マス
クとしてのレチクルを保持するレチクルステージ（マス
クステージ）と感光基板を保持する基板ステージとを所
定の走査方向に同期走査しつつ、投影光学系を介してレ
チクルのパターンを感光基板に転写するものである。
【０００３】従来の走査型投影露光装置にあっては、レ
チクルステージと基板ステージとが投影光学系の投影倍
率により定まる速度比（例えば４：１）で同期走査され
るように、各ステージの速度制御系にそれぞれの目標値
を与えて各ステージを制御していた。図３には、この走
査露光時の基板ステージの速度の時間変化の様子の一例
が示されている。この図３に示されるように、基板ステ
ージは加速され、目標速度（ここでは、０．０８ｍ／
ｓ）に達した後、所定の整定時間（基板ステージがレチ
クルステージと同期整定状態となるのに必要な時間）が
経過した時点で所定時間（スキャン露光時間）露光光源
をＯＮにして一定光量の露光光によりレチクルを照明し
て露光を行ない、露光終了後所定の空走時間を経て目標
速度から停止状態まで減速している。ここで、ステージ
の目標速度は、必要な露光量が得られるように感光基板
表面に塗布されたレジストの感度によって定められる。
すなわち、露光光源のパワー（一定値）とステージの速
度（一定速）との積によって露光量が定められていた。
チクルステージと基板ステージとが投影光学系の投影倍
率により定まる速度比（例えば４：１）で同期走査され
るように、各ステージの速度制御系にそれぞれの目標値
を与えて各ステージを制御していた。図３には、この走
査露光時の基板ステージの速度の時間変化の様子の一例
が示されている。この図３に示されるように、基板ステ
ージは加速され、目標速度（ここでは、０．０８ｍ／
ｓ）に達した後、所定の整定時間（基板ステージがレチ
クルステージと同期整定状態となるのに必要な時間）が
経過した時点で所定時間（スキャン露光時間）露光光源
をＯＮにして一定光量の露光光によりレチクルを照明し
て露光を行ない、露光終了後所定の空走時間を経て目標
速度から停止状態まで減速している。ここで、ステージ
の目標速度は、必要な露光量が得られるように感光基板
表面に塗布されたレジストの感度によって定められる。
すなわち、露光光源のパワー（一定値）とステージの速
度（一定速）との積によって露光量が定められていた。
【０００４】かかる背景の下、露光時間を短縮し、スル
ープットを向上させるために、ステージの速度を高速化
する方向に向けて開発が進められているのが現状であ
る。
ープットを向上させるために、ステージの速度を高速化
する方向に向けて開発が進められているのが現状であ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ステージの速度を高速
化するには、より大きな推力を得るためパワーアンプを
大きくする必要があるが、このことは必然的にコストア
ップにつながる。また、ステージの位置を計測するため
にレーザ干渉計等が通常用いられるが、干渉計の能力を
超える程度に高速化したのでは、ステージの位置制御が
困難となる。さらに、ステージの速度が高速になるに伴
い、装置の振動の影響が大きくなる。従って、ステージ
の速度を高速化することは、必ずしも得策ではない。
化するには、より大きな推力を得るためパワーアンプを
大きくする必要があるが、このことは必然的にコストア
ップにつながる。また、ステージの位置を計測するため
にレーザ干渉計等が通常用いられるが、干渉計の能力を
超える程度に高速化したのでは、ステージの位置制御が
困難となる。さらに、ステージの速度が高速になるに伴
い、装置の振動の影響が大きくなる。従って、ステージ
の速度を高速化することは、必ずしも得策ではない。
【０００６】しかしながら、露光時間の短縮化、スルー
プットの向上は、この種の露光装置にとっては重要であ
る。
プットの向上は、この種の露光装置にとっては重要であ
る。
【０００７】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その目的は、ステージの速度を高速化することな
く、露光時間を短縮することができる走査型投影露光装
置を提供することにある。
で、その目的は、ステージの速度を高速化することな
く、露光時間を短縮することができる走査型投影露光装
置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】ステージの速度を高速化
することなく、露光時間の短縮化を図るには、ステージ
の定速域のみでなく、目標速度に達するまでの加速領
域、目標速度から停止状態に至る減速領域でも適正光量
の露光を実現することが、有効であると考えられる。本
発明は、かかる点に着目してなされたもので、以下のよ
うな構成を有する。
することなく、露光時間の短縮化を図るには、ステージ
の定速域のみでなく、目標速度に達するまでの加速領
域、目標速度から停止状態に至る減速領域でも適正光量
の露光を実現することが、有効であると考えられる。本
発明は、かかる点に着目してなされたもので、以下のよ
うな構成を有する。
【０００９】請求項１に記載の発明は、マスクを保持す
るマスクステージと感光基板を保持する基板ステージと
を所定の走査方向に投影光学系の倍率に対応する所定の
速度比で同期走査しつつ、前記投影光学系を介して前記
マスクのパターンを前記感光基板に転写する走査型投影
露光装置であって、前記マスクを照明する露光光を発す
る露光光源と；前記マスクステージ及び前記基板ステー
ジの内の一方のステージの位置を計測する位置計測手段
の出力に基づいて当該一方のステージの速度に応じた露
光光の光量の指令値を出力する指令値出力手段と；前記
指令値出力手段からの指令値に応じて前記露光光源から
の露光光の光量を調整する光量調整系とを有する。
るマスクステージと感光基板を保持する基板ステージと
を所定の走査方向に投影光学系の倍率に対応する所定の
速度比で同期走査しつつ、前記投影光学系を介して前記
マスクのパターンを前記感光基板に転写する走査型投影
露光装置であって、前記マスクを照明する露光光を発す
る露光光源と；前記マスクステージ及び前記基板ステー
ジの内の一方のステージの位置を計測する位置計測手段
の出力に基づいて当該一方のステージの速度に応じた露
光光の光量の指令値を出力する指令値出力手段と；前記
指令値出力手段からの指令値に応じて前記露光光源から
の露光光の光量を調整する光量調整系とを有する。
【００１０】これによれば、ステージの走査が開始され
ると、指令値出力手段ではマスクステージ及び基板ステ
ージの内の一方のステージ（例えば、基板ステージ）の
位置を計測する位置計測手段（レーザ干渉計等）の出力
に基づいて当該一方のステージ（例えば、基板ステー
ジ）の速度に応じた露光光の光量の指令値を出力する。
光量調整系では指令値出力手段からの指令値に応じて露
光光源からの露光光の光量を調整する。従って、基板ス
テージの走査方向の駆動開始から停止までの全ての時間
領域に渡って基板ステージの速度にかかわりなく適正光
量の露光が行なわれる。
ると、指令値出力手段ではマスクステージ及び基板ステ
ージの内の一方のステージ（例えば、基板ステージ）の
位置を計測する位置計測手段（レーザ干渉計等）の出力
に基づいて当該一方のステージ（例えば、基板ステー
ジ）の速度に応じた露光光の光量の指令値を出力する。
光量調整系では指令値出力手段からの指令値に応じて露
光光源からの露光光の光量を調整する。従って、基板ス
テージの走査方向の駆動開始から停止までの全ての時間
領域に渡って基板ステージの速度にかかわりなく適正光
量の露光が行なわれる。
【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の走査型投影露光装置において、前記光量調整系は、前
記露光光の光量を検出する光量検出手段と、この光量検
出手段の出力と前記指令値との差である光量偏差を動作
信号として動作するコントローラとを含む閉ループ制御
系であることを特徴とする。
の走査型投影露光装置において、前記光量調整系は、前
記露光光の光量を検出する光量検出手段と、この光量検
出手段の出力と前記指令値との差である光量偏差を動作
信号として動作するコントローラとを含む閉ループ制御
系であることを特徴とする。
【００１２】これによれば、コントローラにより光量検
出手段の出力が指令値に一致するように追従制御が行な
われるので、光量調整系に何等かの外乱が作用した場合
であっても殆ど影響を受けることなく、基板ステージの
走査方向の駆動開始から停止までの全ての時間領域に渡
って基板ステージの速度にかかわりなく適正光量の露光
が行なわれる。
出手段の出力が指令値に一致するように追従制御が行な
われるので、光量調整系に何等かの外乱が作用した場合
であっても殆ど影響を受けることなく、基板ステージの
走査方向の駆動開始から停止までの全ての時間領域に渡
って基板ステージの速度にかかわりなく適正光量の露光
が行なわれる。
【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の走査型投影露光装置において、前記露光光源
は、パルス光を発光するエキシマレーザ光源であること
を特徴とする。これによれば、１回の露光動作中のエキ
シマレーザ光源の発光パルス数を調整することにより、
高応答性で露光光の光量の調整が可能になる。
に記載の走査型投影露光装置において、前記露光光源
は、パルス光を発光するエキシマレーザ光源であること
を特徴とする。これによれば、１回の露光動作中のエキ
シマレーザ光源の発光パルス数を調整することにより、
高応答性で露光光の光量の調整が可能になる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図２に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【００１５】図１には、一実施例に係る走査（スキャ
ン）型投影露光装置１０がステージ駆動制御系と光量調
整系としての露光エネルギ制御系７０とを中心として示
されている。
ン）型投影露光装置１０がステージ駆動制御系と光量調
整系としての露光エネルギ制御系７０とを中心として示
されている。
【００１６】この走査型投影露光装置１０は、基板ステ
ージとしてのウエハステージ１２と、マスクステージと
してのレチクルステージ１６とを備えている。
ージとしてのウエハステージ１２と、マスクステージと
してのレチクルステージ１６とを備えている。
【００１７】ウエハステージ１２は、図示しないウエハ
支持台上に走査方向（図１における左右方向）及びこれ
に直交する方向（図１における紙面直交方向）に移動可
能に設けられている。このウエハステージ１２は、ウエ
ハリニアモータ１４によって走査方向に駆動され、走査
方向に直交する方向には図示しない送りねじ機構によっ
て駆動されるようになっているが、走査方向に直交する
方向へのステージ１２の移動は、本発明との関連が薄い
ので、以下この方向については説明を省略する。前記ウ
エハ支持台は、実際には図示しない除振台上に設けられ
ている。
支持台上に走査方向（図１における左右方向）及びこれ
に直交する方向（図１における紙面直交方向）に移動可
能に設けられている。このウエハステージ１２は、ウエ
ハリニアモータ１４によって走査方向に駆動され、走査
方向に直交する方向には図示しない送りねじ機構によっ
て駆動されるようになっているが、走査方向に直交する
方向へのステージ１２の移動は、本発明との関連が薄い
ので、以下この方向については説明を省略する。前記ウ
エハ支持台は、実際には図示しない除振台上に設けられ
ている。
【００１８】レチクルステージ１６は、図示しないレチ
クル支持台上に走査方向（図１における左右方向）に移
動可能に設けられている。このレチクルステージ１６
は、レチクルリニアモータ１８によって走査方向に駆動
されるようになっている。なお、前記レチクル支持台
は、実際には、除振台上の図示しない本体コラム上に載
置されている。
クル支持台上に走査方向（図１における左右方向）に移
動可能に設けられている。このレチクルステージ１６
は、レチクルリニアモータ１８によって走査方向に駆動
されるようになっている。なお、前記レチクル支持台
は、実際には、除振台上の図示しない本体コラム上に載
置されている。
【００１９】ウエハステージ１２の上方には、投影光学
系ＰＬがその光軸を当該ウエハステージ１２の移動面に
直交する方向に向けて配置され、図示しない前記本体コ
ラムに保持されている。ウエハステージ１２上に、感光
基板としてのウエハ（図示省略）が載置され、レチクル
ステージ１６上にマスクとしてのレチクル（図示省略）
が載置されると、レチクルのパターン面とウエハ表面と
は、投影光学系ＰＬに関して共役となるようにされてい
る。本実施例では、投影光学系ＰＬとして投影倍率が１
／４倍のものが使用されているものとする。
系ＰＬがその光軸を当該ウエハステージ１２の移動面に
直交する方向に向けて配置され、図示しない前記本体コ
ラムに保持されている。ウエハステージ１２上に、感光
基板としてのウエハ（図示省略）が載置され、レチクル
ステージ１６上にマスクとしてのレチクル（図示省略）
が載置されると、レチクルのパターン面とウエハ表面と
は、投影光学系ＰＬに関して共役となるようにされてい
る。本実施例では、投影光学系ＰＬとして投影倍率が１
／４倍のものが使用されているものとする。
【００２０】ウエハステージ１２の走査方向の一端（図
１における右端）には、ウエハ・レーザ干渉計用の移動
鏡２２が走査直交方向に延設されており、これに対向し
てウエハ・レーザ干渉計２４が設けられている。このウ
エハ・レーザ干渉計２４は、移動鏡２２に向けてレーザ
光を照射すると共にその反射光を受光してウエハステー
ジ１２の位置を検出する。
１における右端）には、ウエハ・レーザ干渉計用の移動
鏡２２が走査直交方向に延設されており、これに対向し
てウエハ・レーザ干渉計２４が設けられている。このウ
エハ・レーザ干渉計２４は、移動鏡２２に向けてレーザ
光を照射すると共にその反射光を受光してウエハステー
ジ１２の位置を検出する。
【００２１】同様に、レチクルステージ１６の走査方向
の一端（図１における右端）には、レチクル・レーザ干
渉計用の移動鏡２６が走査直交方向に延設されており、
これに対向してレチクル・レーザ干渉計３０が設けられ
ている。このレチクル・レーザ干渉計３０は、移動鏡２
６に向けてレーザ光を照射すると共にその反射光を受光
してレチクルステージ１６の位置を検出する。
の一端（図１における右端）には、レチクル・レーザ干
渉計用の移動鏡２６が走査直交方向に延設されており、
これに対向してレチクル・レーザ干渉計３０が設けられ
ている。このレチクル・レーザ干渉計３０は、移動鏡２
６に向けてレーザ光を照射すると共にその反射光を受光
してレチクルステージ１６の位置を検出する。
【００２２】ステージ駆動制御系は、ウエハ・レーザ干
渉計２４と、レチクル・レーザ干渉計３０と、ウエハリ
ニアモータ１４を介してウエハステージ１２の速度を制
御するウエハステージコントローラ（以下、「ＷＳＴＧ
コントローラ」という）３２と、レチクルリニアモータ
１８を介してレチクルステージ１６の速度を制御するレ
チクルステージコントローラ（以下、「ＲＳＴＧコント
ローラ」という）３４と、ウエハ・レーザ干渉計ユニッ
ト３８と、レチクル・レーザ干渉計ユニット４０と、ウ
エハステージ速度指令部（以下、「Ｗ速度指令部」とい
う）４２と、レチクルステージ速度指令部（以下「Ｒ速
度指令部」という）４４とを備えている。
渉計２４と、レチクル・レーザ干渉計３０と、ウエハリ
ニアモータ１４を介してウエハステージ１２の速度を制
御するウエハステージコントローラ（以下、「ＷＳＴＧ
コントローラ」という）３２と、レチクルリニアモータ
１８を介してレチクルステージ１６の速度を制御するレ
チクルステージコントローラ（以下、「ＲＳＴＧコント
ローラ」という）３４と、ウエハ・レーザ干渉計ユニッ
ト３８と、レチクル・レーザ干渉計ユニット４０と、ウ
エハステージ速度指令部（以下、「Ｗ速度指令部」とい
う）４２と、レチクルステージ速度指令部（以下「Ｒ速
度指令部」という）４４とを備えている。
【００２３】前記ウエハ・レーザ干渉計ユニット３８
は、ウエハ・レーザ干渉計２４からのウエハステージ１
２の位置検出信号を入力し、当該位置検出信号を投影光
学系ＰＬの倍率の逆数倍（この場合は４倍）した位置信
号をレチクル・レーザ干渉計ユニット４０に出力すると
共に、位置検出信号を微分して得られるウエハステージ
の速度信号をＷＳＴＧコントローラ３２及び後述する主
制御装置６０に送出する機能を有する。
は、ウエハ・レーザ干渉計２４からのウエハステージ１
２の位置検出信号を入力し、当該位置検出信号を投影光
学系ＰＬの倍率の逆数倍（この場合は４倍）した位置信
号をレチクル・レーザ干渉計ユニット４０に出力すると
共に、位置検出信号を微分して得られるウエハステージ
の速度信号をＷＳＴＧコントローラ３２及び後述する主
制御装置６０に送出する機能を有する。
【００２４】前記レチクル・レーザ干渉計ユニット４０
は、レチクル・レーザ干渉計３０からのレチクルステー
ジ１６の位置検出信号と前記のウエハ・レーザ干渉計ユ
ニット３８からの位置信号とを入力し、両者の差を演算
して得られる位置誤差信号をレチクルステージ速度指令
部（以下、「Ｒ速度指令部」という）４４に送出する。
また、この干渉計ユニット４０は、レチクルステージ１
６の位置検出信号を微分して得られるレチクルステージ
１６の速度信号をＲＳＴＧコントローラ３４に送出する
機能を有する。
は、レチクル・レーザ干渉計３０からのレチクルステー
ジ１６の位置検出信号と前記のウエハ・レーザ干渉計ユ
ニット３８からの位置信号とを入力し、両者の差を演算
して得られる位置誤差信号をレチクルステージ速度指令
部（以下、「Ｒ速度指令部」という）４４に送出する。
また、この干渉計ユニット４０は、レチクルステージ１
６の位置検出信号を微分して得られるレチクルステージ
１６の速度信号をＲＳＴＧコントローラ３４に送出する
機能を有する。
【００２５】前記Ｗ速度指令部４２は、ＷＳＴＧコント
ローラ３２にウエハステージ１２の速度の目標値を出力
する。また、前記Ｒ速度指令部４４は、レチクル・レー
ザ干渉計ユニット４０からの位置誤差信号を入力し、こ
の位置誤差をキャンセルするようなレチルクステージ１
６の速度の目標値を出力する。
ローラ３２にウエハステージ１２の速度の目標値を出力
する。また、前記Ｒ速度指令部４４は、レチクル・レー
ザ干渉計ユニット４０からの位置誤差信号を入力し、こ
の位置誤差をキャンセルするようなレチルクステージ１
６の速度の目標値を出力する。
【００２６】ＷＳＴＧコントローラ３２は、Ｗ速度指令
部４２からの速度の目標値とウエハ・レーザ干渉計ユニ
ット３８からのウエハステージの速度信号との偏差を零
とするように制御動作を行なうコントローラである。ま
た、ＲＳＴＧコントローラ３４は、Ｒ速度指令部４４か
らの速度の目標値とレチクル・レーザ干渉計ユニット４
０からのレチクルステージ１６の速度信号との偏差を零
とするように制御動作を行なうコントローラである。こ
れらのコントローラ３２、３４としては、例えばＰＩコ
ントローラが使用される。
部４２からの速度の目標値とウエハ・レーザ干渉計ユニ
ット３８からのウエハステージの速度信号との偏差を零
とするように制御動作を行なうコントローラである。ま
た、ＲＳＴＧコントローラ３４は、Ｒ速度指令部４４か
らの速度の目標値とレチクル・レーザ干渉計ユニット４
０からのレチクルステージ１６の速度信号との偏差を零
とするように制御動作を行なうコントローラである。こ
れらのコントローラ３２、３４としては、例えばＰＩコ
ントローラが使用される。
【００２７】これによれば、スキャン露光時には、ウエ
ハステージ１２とレチクルステージ１６とが投影光学系
ＰＬの倍率の逆数倍の速度比で走査されるように、Ｗ速
度指令部４２からの速度の目標値に応じてＷＳＴＧコン
トローラ３２によってウエハステージ１２が速度制御さ
れ、Ｒ速度指令部４４からの速度の目標値に応じてＲＳ
ＴＧコントローラ３４によりレチクルステージ１６が速
度制御されるが、この際、両ステージ１２、１６間に位
置誤差が生じた場合には、この位置誤差をキャンセルす
るような速度の目標値がＲ速度指令部４４からＲＳＴＧ
コントローラ３４に出力され、これによって両ステージ
が同期走査される。
ハステージ１２とレチクルステージ１６とが投影光学系
ＰＬの倍率の逆数倍の速度比で走査されるように、Ｗ速
度指令部４２からの速度の目標値に応じてＷＳＴＧコン
トローラ３２によってウエハステージ１２が速度制御さ
れ、Ｒ速度指令部４４からの速度の目標値に応じてＲＳ
ＴＧコントローラ３４によりレチクルステージ１６が速
度制御されるが、この際、両ステージ１２、１６間に位
置誤差が生じた場合には、この位置誤差をキャンセルす
るような速度の目標値がＲ速度指令部４４からＲＳＴＧ
コントローラ３４に出力され、これによって両ステージ
が同期走査される。
【００２８】次に、露光エネルギ制御系７０について説
明する。この露光エネルギ制御系７０は、照明部本体４
６からの露光用の照明光ＥＬのビームスプリッタＢＳを
透過した透過光を受光してその光量を検出する光量検出
手段としてのパワーモニタ４８と、このパワーモニタ４
８の出力をディジタル変換するＡ／Ｄコンバータ５０
と、このＡ／Ｄコンバータ５０からの電圧を露光エネル
ギに変換する電圧−露光エネルギ変換部５２と、主制御
装置６０からの露光エネルギ（露光光の光量）の目標値
と電圧−露光エネルギ変換部５２からフィードバックさ
れた露光エネルギの検出値との差であるエネルギ偏差
（光量偏差）を演算する減算器５８と、このエネルギ偏
差を動作信号として動作するＰＩ又はＰＩＤ制御器（調
節器）から成るコントローラとしての露光コントローラ
５４とを有する。なお、ビームスプリッタＢＳで反射さ
れた照明光ＥＬは、レチクルに照射され、この露光光Ｅ
Ｌにより照明されたレチクル上のパターンが投影光学系
ＰＬを介してウエハ上に露光されるようになっている。
明する。この露光エネルギ制御系７０は、照明部本体４
６からの露光用の照明光ＥＬのビームスプリッタＢＳを
透過した透過光を受光してその光量を検出する光量検出
手段としてのパワーモニタ４８と、このパワーモニタ４
８の出力をディジタル変換するＡ／Ｄコンバータ５０
と、このＡ／Ｄコンバータ５０からの電圧を露光エネル
ギに変換する電圧−露光エネルギ変換部５２と、主制御
装置６０からの露光エネルギ（露光光の光量）の目標値
と電圧−露光エネルギ変換部５２からフィードバックさ
れた露光エネルギの検出値との差であるエネルギ偏差
（光量偏差）を演算する減算器５８と、このエネルギ偏
差を動作信号として動作するＰＩ又はＰＩＤ制御器（調
節器）から成るコントローラとしての露光コントローラ
５４とを有する。なお、ビームスプリッタＢＳで反射さ
れた照明光ＥＬは、レチクルに照射され、この露光光Ｅ
Ｌにより照明されたレチクル上のパターンが投影光学系
ＰＬを介してウエハ上に露光されるようになっている。
【００２９】前記照明部本体４６は、露光光源としての
エキシマレーザ光源６２と、このエキシマレーザ光源６
２から出力されるパルス光のパルス数を露光コントロー
ラ５４からの指令に応じて制御する光源制御部６４とを
含んで構成されている。
エキシマレーザ光源６２と、このエキシマレーザ光源６
２から出力されるパルス光のパルス数を露光コントロー
ラ５４からの指令に応じて制御する光源制御部６４とを
含んで構成されている。
【００３０】前記主制御装置６０は、いわゆるマイクロ
コンピュータ又はミニコンピュータ等から構成され、ウ
エハ・レーザ干渉計ユニット３８からのウエハステージ
１２の速度信号を入力してウエハステージ１２の速度に
応じた露光エネルギを後述するようにして算出し、これ
を目標値として減算器５８に出力する。即ち、本実施例
では、この主制御装置６０によって指令値出力手段が構
成されている。
コンピュータ又はミニコンピュータ等から構成され、ウ
エハ・レーザ干渉計ユニット３８からのウエハステージ
１２の速度信号を入力してウエハステージ１２の速度に
応じた露光エネルギを後述するようにして算出し、これ
を目標値として減算器５８に出力する。即ち、本実施例
では、この主制御装置６０によって指令値出力手段が構
成されている。
【００３１】次に、主制御装置６０によるウエハステー
ジ１２の速度に応じた露光エネルギの算出方法につい
て、詳述する。まず、最初に露光エネルギの算出の原理
について数学的に理解しやすいように時間関数を用いて
説明する。
ジ１２の速度に応じた露光エネルギの算出方法につい
て、詳述する。まず、最初に露光エネルギの算出の原理
について数学的に理解しやすいように時間関数を用いて
説明する。
【００３２】例えば、図２（Ａ）に示されるように、ウ
エハステージ１２が速度制御される場合、加速度は図２
（Ｂ）に示されるように変化する。
エハステージ１２が速度制御される場合、加速度は図２
（Ｂ）に示されるように変化する。
【００３３】図２（Ｂ）に示される加速度の時間変化の
グラフにおいて、傾きαmax ／ｔ1＝ａであるとする
と、０≦ｔ≦ｔ1 の範囲で、加速度α（ｔ）、速度ｖ
（ｔ）、位置ｐ（ｔ）はそれぞれ次のようになる。
グラフにおいて、傾きαmax ／ｔ1＝ａであるとする
と、０≦ｔ≦ｔ1 の範囲で、加速度α（ｔ）、速度ｖ
（ｔ）、位置ｐ（ｔ）はそれぞれ次のようになる。
【００３４】
【数１】
【００３５】また、αmax ／（ｔ1 −ｔ2 ）＝ａであ
り、ｔ2 ＝２ｔ1 であるから、ｔ1 ≦ｔ≦ｔ2 の範囲
で、加速度α（ｔ）、速度ｖ（ｔ）、位置ｐ（ｔ）はそ
れぞれ次のようになる。
り、ｔ2 ＝２ｔ1 であるから、ｔ1 ≦ｔ≦ｔ2 の範囲
で、加速度α（ｔ）、速度ｖ（ｔ）、位置ｐ（ｔ）はそ
れぞれ次のようになる。
【００３６】
【数２】
【００３７】また、ｔ2 ≦ｔ≦ｔ3 の定速部分では、加
速度α（ｔ）、速度ｖ（ｔ）、位置ｐ（ｔ）はそれぞれ
次のようになる。
速度α（ｔ）、速度ｖ（ｔ）、位置ｐ（ｔ）はそれぞれ
次のようになる。
【００３８】
【数３】
【００３９】ここで、ｂは時刻ｔ2 でのウエハステージ
の速度、即ちウエハステージの目標速度である。
の速度、即ちウエハステージの目標速度である。
【００４０】また、αmax とαmin の絶対値が等しく、
ｔ2 ＝ｔ5 −ｔ3 ＝２（ｔ4 −ｔ3）とすると、ｔ3 ≦
ｔ≦ｔ4 の部分では、加速度α（ｔ）、速度ｖ（ｔ）、
位置ｐ（ｔ）はそれぞれ次のようになる。
ｔ2 ＝ｔ5 −ｔ3 ＝２（ｔ4 −ｔ3）とすると、ｔ3 ≦
ｔ≦ｔ4 の部分では、加速度α（ｔ）、速度ｖ（ｔ）、
位置ｐ（ｔ）はそれぞれ次のようになる。
【００４１】
【数４】
【００４２】また、ｔ4 ≦ｔ≦ｔ5 の部分では、加速度
α（ｔ）、速度ｖ（ｔ）、位置ｐ（ｔ）はそれぞれ次の
ようになる。
α（ｔ）、速度ｖ（ｔ）、位置ｐ（ｔ）はそれぞれ次の
ようになる。
【００４３】
【数５】
【００４４】ここで、ｖ（ｔ4 ）は、時刻ｔ4 でのウエ
ハステージの速度（図２の例では目標速度ｂの１／２）
である。
ハステージの速度（図２の例では目標速度ｂの１／２）
である。
【００４５】次に、露光エネルギの計算方法について、
説明する。
説明する。
【００４６】定速部（ｔ2 ≦ｔ≦ｔ3 ）の位置変化は、
式（３ｃ）で表わされる。この部分における露光エネル
ギの計算方法は、式（３ｃ）で示される時間変化関数を
微分し、ウエハステージ１２の速度を算出し、速度に対
応した露光エネルギの露光光をウエハに照射することで
単位面積当たりの露光エネルギを制御できる。すなわ
ち、露光エネルギＥ（ｔ）の計算式は、次のようにな
る。
式（３ｃ）で表わされる。この部分における露光エネル
ギの計算方法は、式（３ｃ）で示される時間変化関数を
微分し、ウエハステージ１２の速度を算出し、速度に対
応した露光エネルギの露光光をウエハに照射することで
単位面積当たりの露光エネルギを制御できる。すなわ
ち、露光エネルギＥ（ｔ）の計算式は、次のようにな
る。
【００４７】
【数６】
【００４８】ここで、Ｌ1 は、目標速度ｂでウエハステ
ージ１２が走査されたときに、ウエハ上のレジスト感度
によって定められる適正光量が得られるように、予め設
定されたエキシマレーザの所定パルス分の露光量であ
り、この露光量計算の基準となるものである。
ージ１２が走査されたときに、ウエハ上のレジスト感度
によって定められる適正光量が得られるように、予め設
定されたエキシマレーザの所定パルス分の露光量であ
り、この露光量計算の基準となるものである。
【００４９】次に、加速部分について検討してみると、
０≦ｔ≦ｔ1 の範囲では、位置変化は、式（１ｃ）で表
わされる。この部分における露光エネルギの計算方法
は、上記と同様にして、式（１ｃ）で示される時間変化
関数を微分し、ウエハステージの速度関数を算出し、こ
の速度関数に上記露光量Ｌ1 を乗じて算出する。すなわ
ち、露光エネルギＥ（ｔ）の計算式は、次のようにな
る。
０≦ｔ≦ｔ1 の範囲では、位置変化は、式（１ｃ）で表
わされる。この部分における露光エネルギの計算方法
は、上記と同様にして、式（１ｃ）で示される時間変化
関数を微分し、ウエハステージの速度関数を算出し、こ
の速度関数に上記露光量Ｌ1 を乗じて算出する。すなわ
ち、露光エネルギＥ（ｔ）の計算式は、次のようにな
る。
【００５０】
【数７】
【００５１】また、ｔ1 ≦ｔ≦ｔ2 の範囲では、位置変
化は、式（２ｃ）で表わされる。この部分における露光
エネルギの計算方法は、上記と同様にして、式（２ｃ）
で示される時間変化関数を微分し、ウエハステージ１２
の速度関数を算出し、この速度関数に上記露光量Ｌ1 を
乗じて算出する。露光エネルギＥ（ｔ）の計算式は、次
のようになる。
化は、式（２ｃ）で表わされる。この部分における露光
エネルギの計算方法は、上記と同様にして、式（２ｃ）
で示される時間変化関数を微分し、ウエハステージ１２
の速度関数を算出し、この速度関数に上記露光量Ｌ1 を
乗じて算出する。露光エネルギＥ（ｔ）の計算式は、次
のようになる。
【００５２】
【数８】
【００５３】さらに、減速部分について考察すると、一
定速のスキャンが終了し減速開始点からｔ4 までの間、
すなわちｔ3 ≦ｔ≦ｔ4 の範囲では、位置変化は、式
（４ｃ）で表わされる。この部分における露光エネルギ
の計算方法は、上記と同様にして、式（４ｃ）で示され
る時間変化関数を微分し、ウエハステージ１２の速度関
数を算出し、この速度関数に上記露光量Ｌ1 を乗じて算
出する。露光エネルギＥ（ｔ）の計算式は、次のように
なる。
定速のスキャンが終了し減速開始点からｔ4 までの間、
すなわちｔ3 ≦ｔ≦ｔ4 の範囲では、位置変化は、式
（４ｃ）で表わされる。この部分における露光エネルギ
の計算方法は、上記と同様にして、式（４ｃ）で示され
る時間変化関数を微分し、ウエハステージ１２の速度関
数を算出し、この速度関数に上記露光量Ｌ1 を乗じて算
出する。露光エネルギＥ（ｔ）の計算式は、次のように
なる。
【００５４】
【数９】
【００５５】また、ｔ4 ≦ｔ≦ｔ5 の範囲では、位置変
化は、式（５ｃ）で表わされる。この部分における露光
エネルギの計算方法は、上記と同様にして、式（５ｃ）
で示される時間変化関数を微分し、ウエハステージ１２
の速度関数を算出し、この速度関数に上記露光量Ｌ1 を
乗じて算出する。露光エネルギＥ（ｔ）の計算式は、次
のようになる。
化は、式（５ｃ）で表わされる。この部分における露光
エネルギの計算方法は、上記と同様にして、式（５ｃ）
で示される時間変化関数を微分し、ウエハステージ１２
の速度関数を算出し、この速度関数に上記露光量Ｌ1 を
乗じて算出する。露光エネルギＥ（ｔ）の計算式は、次
のようになる。
【００５６】
【数１０】
【００５７】このように露光エネルギをウエハステージ
１２の速度に対応させて制御すると、ステージの定速部
分だけでなく、加減速部分でも適正光量の露光が可能に
なり、ステージが動く全域を無駄無く露光に用いること
ができる。
１２の速度に対応させて制御すると、ステージの定速部
分だけでなく、加減速部分でも適正光量の露光が可能に
なり、ステージが動く全域を無駄無く露光に用いること
ができる。
【００５８】次に、本実施例の装置による実際の露光エ
ネルギの制御について説明する。主制御装置６０には、
ウエハ・レーザ干渉計ユニット３８からウエハステージ
１２の速度信号が入力されているので、上記のような時
間関数を用いてステージの速度を計算する必要は無く、
ウエハ・レーザ干渉計ユニット３８からのウエハステー
ジ１２の速度信号に基準となる露光量Ｌ1 を乗じて、加
減速時の露光エネルギの目標値を算出する。
ネルギの制御について説明する。主制御装置６０には、
ウエハ・レーザ干渉計ユニット３８からウエハステージ
１２の速度信号が入力されているので、上記のような時
間関数を用いてステージの速度を計算する必要は無く、
ウエハ・レーザ干渉計ユニット３８からのウエハステー
ジ１２の速度信号に基準となる露光量Ｌ1 を乗じて、加
減速時の露光エネルギの目標値を算出する。
【００５９】以上説明した本実施例の走査型投影露光装
置１０によると、スキャン露光のために、ステージ駆動
制御系によりウエハステージ１２とレチクルステージ１
６とが駆動されると、ウエハ・レーザ干渉計ユニット３
８からの速度信号に基づいて主制御装置６０により露光
エネルギの目標値が時事刻々演算されて露光エネルギ制
御系７０に与えられ、露光エネルギが目標値に一致する
ように露光コントローラ５６により制御量が決定され、
この制御量に応じて光源制御部６４が光源４６のレーザ
パルス数を制御する。このため、ウエハステージ１２の
定速部のみでなく、加減速部をも露光に用いることが可
能となり、これにより加減速と空走で生まれるロスタイ
ム（図３参照）を全て排除することができ、露光時間の
短縮によるスループットの向上を図ることができる。し
かも、この露光時間の短縮を、ステージの速度を高速化
することなく実現することができ、これにより、ステー
ジの高速化に必然的に伴うパワーアンプの増大によるコ
ストアップ、振動の増大等の不都合が生ずるのを回避す
ることができる。
置１０によると、スキャン露光のために、ステージ駆動
制御系によりウエハステージ１２とレチクルステージ１
６とが駆動されると、ウエハ・レーザ干渉計ユニット３
８からの速度信号に基づいて主制御装置６０により露光
エネルギの目標値が時事刻々演算されて露光エネルギ制
御系７０に与えられ、露光エネルギが目標値に一致する
ように露光コントローラ５６により制御量が決定され、
この制御量に応じて光源制御部６４が光源４６のレーザ
パルス数を制御する。このため、ウエハステージ１２の
定速部のみでなく、加減速部をも露光に用いることが可
能となり、これにより加減速と空走で生まれるロスタイ
ム（図３参照）を全て排除することができ、露光時間の
短縮によるスループットの向上を図ることができる。し
かも、この露光時間の短縮を、ステージの速度を高速化
することなく実現することができ、これにより、ステー
ジの高速化に必然的に伴うパワーアンプの増大によるコ
ストアップ、振動の増大等の不都合が生ずるのを回避す
ることができる。
【００６０】また、加減速部をも露光に用いることによ
り、ステージのストロークを短くすることができ、これ
によりステージ自体を小型化することができ、製作の容
易化、材料費、加工コスト等を低減することが可能とな
る。これに加えて、ウエハステージの可動部も小型・軽
量化により固有振動周波数を高くすることができるの
で、可動部の制御特性の改善が容易に実施でき、ステー
ジの応答性能を向上させることで同期精度の向上を図る
ことも可能になる。
り、ステージのストロークを短くすることができ、これ
によりステージ自体を小型化することができ、製作の容
易化、材料費、加工コスト等を低減することが可能とな
る。これに加えて、ウエハステージの可動部も小型・軽
量化により固有振動周波数を高くすることができるの
で、可動部の制御特性の改善が容易に実施でき、ステー
ジの応答性能を向上させることで同期精度の向上を図る
ことも可能になる。
【００６１】なお、上記実施例では、ウエハステージ
を、従来と同様に目標速度までの加速、目標速度を維
持、減速というように速度制御する場合を例示したが、
上述したように本発明によれば、加減速時にも適正光量
の露光を行なうことが可能なるので、定速部の存在しな
いサインカーブのような曲線を速度制御の目標値として
用いることも可能である。
を、従来と同様に目標速度までの加速、目標速度を維
持、減速というように速度制御する場合を例示したが、
上述したように本発明によれば、加減速時にも適正光量
の露光を行なうことが可能なるので、定速部の存在しな
いサインカーブのような曲線を速度制御の目標値として
用いることも可能である。
【００６２】また、上記実施例では露光光源としてパル
ス光を発するエキシマレーザ光源を用いる場合を例示し
たが、これは、エキシマレーザは周波数応答特性に優れ
ており、ステージの速度に応じた高速な露光量制御に適
していることから採用したものであるが、十分な応答速
度で露光量の連続的な制御ができるのであれば、水銀ラ
ンプ等の他の光源を用いていても良い。
ス光を発するエキシマレーザ光源を用いる場合を例示し
たが、これは、エキシマレーザは周波数応答特性に優れ
ており、ステージの速度に応じた高速な露光量制御に適
していることから採用したものであるが、十分な応答速
度で露光量の連続的な制御ができるのであれば、水銀ラ
ンプ等の他の光源を用いていても良い。
【００６３】さらに、上記実施例では、ウエハ・レーザ
干渉計ユニット３８からウエハステージ１２の速度信号
が直接主制御装置に入力される場合を例示したが、この
ようになっていなくても、例えば、先に説明した式（１
ａ〜５ｃ）のような加速度、速度、位置の時間関数のい
ずれかをステージ駆動の全区間についてメモリに記憶し
ておけば、演算によってステージの速度を求め、これに
基づいて式（６ａ〜１０ｂ）を用いて露光エネルギの目
標値を決定することにより、上記実施例と同様の効果を
得ることができる。
干渉計ユニット３８からウエハステージ１２の速度信号
が直接主制御装置に入力される場合を例示したが、この
ようになっていなくても、例えば、先に説明した式（１
ａ〜５ｃ）のような加速度、速度、位置の時間関数のい
ずれかをステージ駆動の全区間についてメモリに記憶し
ておけば、演算によってステージの速度を求め、これに
基づいて式（６ａ〜１０ｂ）を用いて露光エネルギの目
標値を決定することにより、上記実施例と同様の効果を
得ることができる。
【００６４】なお、上記実施例では、ウエハステージの
速度に応じて露光エネルギの目標値を定める場合につい
て説明したが、レチクルステージの速度に応じて露光エ
ネルギの目標値を定めるようにしても良いことは勿論で
あり、従って、ステージの駆動制御においてもＷ速度指
令部側で両ステージの位置誤差をキャンセルするような
速度の目標値を出力するように構成しても良い。
速度に応じて露光エネルギの目標値を定める場合につい
て説明したが、レチクルステージの速度に応じて露光エ
ネルギの目標値を定めるようにしても良いことは勿論で
あり、従って、ステージの駆動制御においてもＷ速度指
令部側で両ステージの位置誤差をキャンセルするような
速度の目標値を出力するように構成しても良い。
【００６５】また、上記実施例では主制御装置６０がウ
エハ・レーザ干渉計ユニット３８からウエハステージ１
２の速度信号を得る場合を例示したが、ウエハ・レーザ
干渉計２４の出力である位置検出信号を直接主制御装置
６０に入力し、主制御装置６０の内部でこれを速度信号
に変換し、これに基づいて速度に応じた露光エネルギの
指令値を算出するようにしても良い。
エハ・レーザ干渉計ユニット３８からウエハステージ１
２の速度信号を得る場合を例示したが、ウエハ・レーザ
干渉計２４の出力である位置検出信号を直接主制御装置
６０に入力し、主制御装置６０の内部でこれを速度信号
に変換し、これに基づいて速度に応じた露光エネルギの
指令値を算出するようにしても良い。
【００６６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板ステージの走査方向の駆動開始から停止までの全て
の時間領域に渡って基板ステージの速度にかかわりなく
適正光量の露光が行なわれることから、ステージの走査
速度を高速化することなく、露光時間を短縮することが
でき、これによりスループットの向上を図ることができ
るという従来にない優れた効果がある。
基板ステージの走査方向の駆動開始から停止までの全て
の時間領域に渡って基板ステージの速度にかかわりなく
適正光量の露光が行なわれることから、ステージの走査
速度を高速化することなく、露光時間を短縮することが
でき、これによりスループットの向上を図ることができ
るという従来にない優れた効果がある。
【００６７】特に、請求項２に記載の発明によれば、光
量調整系に何等かの外乱が作用した場合であっても殆ど
影響を受けることなく、基板ステージの走査方向の駆動
開始から停止までの全ての時間領域に渡って基板ステー
ジの速度にかかわりなく適正光量の露光が行なわれるこ
とから、より高精度な露光光の光量制御が可能になる。
量調整系に何等かの外乱が作用した場合であっても殆ど
影響を受けることなく、基板ステージの走査方向の駆動
開始から停止までの全ての時間領域に渡って基板ステー
ジの速度にかかわりなく適正光量の露光が行なわれるこ
とから、より高精度な露光光の光量制御が可能になる。
【図１】一実施例に係る走査型投影露光装置を示す構成
図である。
図である。
【図２】露光エネルギの算出の原理について説明するた
めの図であって、（Ａ）はウエハステージ速度の時間変
化の一例を示す線図、（Ｂ）は（Ａ）に対応する加速度
の時間変化を示す線図である。
めの図であって、（Ａ）はウエハステージ速度の時間変
化の一例を示す線図、（Ｂ）は（Ａ）に対応する加速度
の時間変化を示す線図である。
【図３】従来の走査露光時の基板ステージの速度の時間
変化の様子の一例を示す線図である。
変化の様子の一例を示す線図である。
１０ 走査型投影露光装置 １２ ウエハステージ（基板ステージ） １６ レチクルステージ（マスクステージ） ２４ ウエハ・レーザ干渉計 ４８ パワーモニタ（光量検出手段） ５４ 露光コントローラ（コントローラ） ６０ 主制御装置（指令値出力手段） ６２ エキシマレーザ光源（露光光源） ７０ 露光エネルギ制御系（光量調整系） ＰＬ 投影光学系
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１５Ｂ ５１６Ｄ
Claims (3)
- 【請求項１】 マスクを保持するマスクステージと感光
基板を保持する基板ステージとを所定の走査方向に投影
光学系の倍率に対応する所定の速度比で同期走査しつ
つ、前記投影光学系を介して前記マスクのパターンを前
記感光基板に転写する走査型投影露光装置であって、 前記マスクを照明する露光光を発する露光光源と；前記
マスクステージ及び前記基板ステージの内の一方のステ
ージの位置を計測する位置計測手段の出力に基づいて当
該一方のステージの速度に応じた露光光の光量の指令値
を出力する指令値出力手段と；前記指令値出力手段から
の指令値に応じて前記露光光源からの露光光の光量を調
整する光量調整系とを有する走査型投影露光装置。 - 【請求項２】 前記光量調整系は、前記露光光の光量を
検出する光量検出手段と、この光量検出手段の出力と前
記指令値との差である光量偏差を動作信号として動作す
るコントローラとを含む閉ループ制御系であることを特
徴とする請求項１に記載の走査型投影露光装置。 - 【請求項３】 前記露光光源は、パルス光を発光するエ
キシマレーザ光源であることを特徴とする請求項１又は
２に記載の走査型投影露光装置。
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