JPH09320945A

JPH09320945A - 露光条件測定方法及び露光装置

Info

Publication number: JPH09320945A
Application number: JP8153505A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Umagome; 伸貴馬込; Osamu Furukawa; 治古川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 1997-12-12
Also published as: KR970077120A; US6583853B1

Abstract

(57)【要約】【課題】短時間で正確な最適露光条件を求められる測
定方法を提供すること。【解決手段】マスク（２６）を静止させた状態で感光
基板（３５）をステップ移動させて、当該感光基板（３
５）上の複数の部分領域（７０）のそれぞれを、露光条
件を変えながら所定のパターン像で順次露光する。その
後、感光基板（３５）上の複数の部分領域（７０）のそ
れぞれに形成された所定パターン像の状態に基づいて、
露光条件を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は所定パターンを感光
基板上に転写露光する際の最適露光条件を測定する露光
条件測定方法に関し、特に、照明光に対してマスクと感
光基板とを同期移動することによって、マスク上のパタ
ーンを感光基板上に転写露光する所謂ステップ・アンド
・スキャンタイプの露光装置における最適な露光条件の
測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイス等の製造に使用される露
光装置においては、転写されるパターンの細線化や使用
される露光光の短波長化等の理由により、以前にもまし
て露光量及びフォーカス位置等の露光条件を正確に制御
する必要がある。しかし、最適な露光量及びフォーカス
位置を設定するのは容易ではない。最適露光量は、露光
光源の種類、レチクル（マスク）の種類、ウエハの材
質、フォトレジストの種類等の種々の条件によって変わ
ってくる。すなわち、露光光源として水銀ランプやエキ
シマレーザ等を用いた場合には、マスクに照射される露
光光の照度が経時的に低下してしまう。また、解像力を
向上させることを主目的として使用される位相シフトレ
チクルや、ハーフトーンレチクル等は、レチクル毎に透
過率が異なるため、この種のレチクルを用いた場合に
は、ウエハ等の感光基板に達する光量が変化してしま
う。更に、ウエハ上に塗布されるフォトレジストの下地
の材質や、厚さによって露光光の吸収率が異なるため、
それに応じて最適露光量も変化する。また、反射防止加
工が施されたレジストを使用した場合にも、最適露光量
が変わってくる。

【０００３】一方、マスクのパターンの感光基板上にお
ける最適なフォーカス位置に関しては、マスク及び感光
基板の処理工程（製造プロセス）に依存するため、最適
フォーカス位置を画一的に求めるこができない。

【０００４】このため、従来より、実際に露光を行な
い、その結果に基づいて最適な露光量及び最適なフォー
カス位置を求めている。すなわち、実際の露光（以下、
「本露光」と称する）を行うに先立ち、試験的な露光
（以下、「テスト露光」と称する）が行われている。例
えば、ウエハ上の複数の露光領域の各々に対し、露光量
及びフォーカス位置等の露光条件パラメータを変えなが
らテスト露光を行う。そして、露光されたウエハを現像
した結果を目視又は顕微鏡等によって観察し、どのよう
な露光条件の時に良好な露光が行われたかを判定してい
る。なお、投影露光装置においては、レチクル上のパタ
ーンをウエハ上に投影する投影光学系の像面湾曲の影響
により、ウエハ上の露光位置によって結像位置が異なる
ため、テスト露光時においては、ウエハの全ての露光領
域に対してテスト露光を行う。

【０００５】ところで、ウエハ上の各露光領域（ショッ
ト領域）を拡大する等の目的から、現在では、所謂ステ
ップ・アンド・スキャンタイプの露光方式が提案されて
いる。ステップ・アンド・スキャンタイプの露光方法に
おいては、スリット状に成形された照明光をレチクルに
照射し、該照明光に対してレチクル及びウエハを同期移
動させることによって、レチクルのパターンをウエハ上
の各露光領域に転写露光する。このような形式の露光装
置においても、上述と同様に、ウエハ上の各ショット領
域毎に露光パラメータを変えつつテスト露光を行い、各
露光領域における露光状態を示すマトリックス状のショ
ットマップを作成している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在で
は、露光量やフォーカス位置等の最適露光条件に影響を
及ぼすパラメータが増えているため、上記のような従来
の方法では、最適露光条件を求める上で十分なデータを
得ることができない。すなわち、従来の方法では、１枚
の感光基板上に形成できる露光領域の数（ショット数）
が少なく、露光条件を細かく設定した多数の露光条件で
露光することが困難である。特に、ステップ・アンド・
スキャンタイプの露光装置においては、ウエハ上の１つ
の露光領域の面積が広いため、１枚のウエハ上でのショ
ット数が減少し、必然的に最適露光条件を計測するため
のパラメータ数が減少することになる。また、１つのパ
ターンについて焦点位置を変えて２度露光を行う形式の
露光方法においては、テスト露光のパラーメータがその
分増加するため、ウエハ上で更に多くのショット数を確
保する必要がある。

【０００７】また、ステップ・アンド・スキャン方式の
露光装置においては、テスト露光時においてもレチクル
及びウエハを本露光の時と同様にスキャン移動させるた
め、テスト露光に長時間を要するという不都合がある。

【０００８】本発明は、前述のような状況に鑑みてなさ
れたものであり、短時間で正確な最適露光条件を求めら
れる測定方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、マスク（２６）上に照明領域（６８）を
形成するとともに該照明領域（６８）に対してマスク
（２６）と感光基板（３５）とを同期移動させて、マス
ク（２６）のパターンを感光基板（３５）上に転写する
走査型露光装置の最適露光条件を測定する方法におい
て、マスク（２６）を静止させた状態で感光基板（３
５）をステップ移動させて、当該感光基板（３５）上の
複数の部分領域（７０）のそれぞれを、露光条件を変え
ながら所定のパターン像で順次露光する第１工程と、感
光基板（３５）上の複数の部分領域（７０）のそれぞれ
に形成された所定パターン像の状態に基づいて、露光条
件を測定する第２工程とを含む。

【００１０】上記方法において、好ましくは、第１工程
で露光された複数の部分領域（７０）の中から、ほぼ最
適なパターン像が得られた部分領域を少なくとも一つ選
択し、マスク（２６）と感光基板（３５）とを同期移動
させながら、感光基板（３５）上の複数のショット領域
（７２）のそれぞれを、選択された部分領域（７０）に
対する露光条件の近傍で露光条件を変えながら、所定の
パターン像で順次露光する。ここで、感光基板上のショ
ット領域（７２）は、部分領域（７０）よりも大きく設
定する。また、露光条件としては、露光量及び感光基板
（３５）の照明光（ＩＬ）の光軸に平行な方向の位置を
含めることができる。

【００１１】更に、上記のように最適露光条件を求める
に先立ち、感光基板（３５）上における照明領域（７
０）内の複数点での照度を計測し、計測された照度から
照明領域（７０）内の照度ムラを検出するようにしても
よい。

【００１２】

【作用及び効果】上記のように、本発明においては、マ
スク（２６）を静止させた状態で感光基板（３５）上の
複数の部分領域（７０）のそれぞれを、露光条件を変え
ながら所定のパターン像で順次露光するため、マスク
（２６）と感光基板（３５）を同期移動させて露光行う
場合に比べて、感光基板（３５）上で多くの露光領域
（部分領域）を確保することができる。その結果、露光
条件を求めるパラメータの数を増加させることができ、
多くの露光条件でテスト露光を行うことができ、細かな
分解能での最適露光条件の計測が可能となる。

【００１３】また、上記のように露光された複数の部分
領域（７０）の中から、ほぼ最適なパターン像が得られ
た部分領域を選択し、その選択された部分領域（７０）
に対する露光条件の近傍で露光条件を変えながら、マス
ク（２６）と感光基板（３５）とを同期移動させて、感
光基板（３５）上の複数のショット領域（７２）のそれ
ぞれを露光すれば、実際の露光と同じ状況での露光デー
タを得ることができ、更に正確な最適露光条件を求める
ことができる。

【００１４】

【発明の実施の態様】以下、本発明の実施の形態を実施
例を参照して説明する。本実施例は、半導体製造用の走
査型の投影露光装置に本発明の露光条件測定方法を適用
したものである。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明の実施例にかかる投影露光装
置の全体の構成を示し、図２は当該露光装置の制御系の
構成を示す。図１において、ＡｒＦエキシマレーザ、若
しくはＫｒＦエキシマレーザ等のエキシマレーザ光源、
又はＹＡＧレーザの高調波発生装置等のパルスレーザ光
源１から射出されたレーザビームは、レンズ２Ａ及び２
Ｂより構成されるビームエクスパンダにより断面形状が
拡大された後、光量可変フィルタ板３を経て第１フライ
アイレンズ４に入射する。光量可変フィルタ板３は、回
転板の円周上に透過率が階段状に変化する複数の光量減
衰フィルタを形成することによって構成される。光量可
変フィルタ板３は、駆動モータ５によって回転し、当該
フィルタ板３を透過するレーザビームの光量を複数段階
で減衰させることができるようになっている。

【００１６】駆動モータ５は、露光量制御系６（図２参
照）により制御される。露光量制御系６は、また、電源
系１２を介して、パルスレーザ光源１の発光タイミング
及び発光光量の連続的な調整を行うようになっている。
ここで、図２において、露光量制御系６は、ウエハ３５
に対する積算露光量を適正露光量にするための制御系で
あり、装置全体の動作を統括的に制御する主制御系７に
よって制御される。主制御系７にはキーボード１１が接
続されており、このキーボード１１を使用してオペレー
タが主制御系７に対して、これから露光されるレチクル
２６の種類や、ウエハ３５上のフォトレジストの感度
や、ウエハ３５上のショット領域の配列（ショット配
列）等の情報を入力できるようになっている。

【００１７】図１に戻り、第１フライアイレンズ４の射
出面に形成される多数の２次光源から射出されたパルス
レーザ光は、コリメータレンズ１４を経て振動ミラー１
５により偏向された後、第２フライアイレンズ１７に入
射する。振動ミラー１５は、加振器１６によりレーザビ
ームを所定の方向に振動させ、強い可干渉性を有するレ
ーザビームの干渉縞の影響によりウエハ３５上で生じる
照度ムラを軽減するようになっている。図において、第
１フライアイレンズ４の射出面と、第２フライアイレン
ズ１７の入射面と、レチクル２６のパターン面とは互い
に共役な位置に配置されている。

【００１８】第２フライアイレンズ１７の射出面によっ
て構成される３次光源から射出されたパルスレーザ光
（以下、単に「照明光」と称する）ＩＬは、第１リレー
レンズ１８により集光されて、レチクル２６上のスリッ
ト状の照明領域を規制する固定ブラインド（固定視野絞
り）１９に達する。固定ブラインド１９は、ブラインド
制御装置２０によって、照明光ＩＬの光路外に随時退避
できるようになっている。固定ブラインド１９の開口部
を通過した照明光ＩＬは、４枚の可動ブレード（図１に
おいては、２枚の可動ブレード２１Ａ，２１Ｂのみを示
す）より成る可動ブラインドに入射する。可動ブライン
ド（２１Ａ，２１Ｂ）の開口部を通過した照明光ＩＬ
は、第２リレーレンズ２３、光路変更用のミラー２４、
及びメインコンデンサレンズ２５を経て、均一な照度分
布でレチクル２６の下面（パターン面）の照明領域２７
を照明する。これにより、レチクル２６の照明領域２７
内のパターンの像が、投影光学系３４を介してウエハ３
５上の露光領域３６内に投影される。

【００１９】可動ブレード２１Ａ，２１Ｂは、それぞれ
開閉機構２２Ａ，２２Ｂにより、光軸ＡＸに垂直な方向
に進退できるように支持されている。開閉機構２２Ａ，
２２Ｂの動作は、ブラインド制御装置２０によって制御
される。可動ブラインド（２１Ａ，２１Ｂ）の配置面
は、レチクル２６のパターン面と共役である。一方、固
定ブラインド１９の配置面は、レチクル２６のパターン
面との共役面から僅かにずれた位置にある。一般に、固
定ブラインド１９だけでは、走査露光の開始時及び終了
時に、レチクル２６の転写用パターンを囲む遮光帯の外
側を通過したパルス照明光ＩＬが、ウエハ３５上のフォ
トレジストを感光させる恐れがある。そこで、走査露光
の開始時には、レチクルステージ２８及びウエハステー
ジ３９Ｘの走査に同期して、走査方向に対して可動ブラ
インド（２１Ａ，２１Ｂ）を徐々に開く。一方、走査露
光の終了時には、レチクルステージ２８及びウエハステ
ージ３９Ｘの走査に同期して、走査方向に対して可動ブ
ラインド（２１Ａ，２１Ｂ）を徐々に閉じる。これによ
り、不要なパターンによるウエハ３５の露光を防止する
ことができる。また、可動ブラインド（２１Ａ，２１
Ｂ）は、シャッタの役目を果たすため、パルスレーザ光
源１は、可動ブラインド（２１Ａ，２１Ｂ）が開き始め
てから完全に閉じるまでの間パルス発光を行えば足り
る。

【００２０】次に、本実施例のステージ機構について説
明する。図１において、投影光学系３４の光軸ＡＸに平
行な方向をＺ軸とし、Ｚ軸に垂直な平面内で紙面に平行
な方向をＸ軸とし、紙面に垂直な方向をＹ軸とする。レ
チクル２６は、図示しないレチクルホルダを介してレチ
クルステージ２８上に保持されている。レチクルステー
ジ２８は、リニアモータ機構等によって構成されるレチ
クルステージ駆動系３０によってＸ方向（走査方向）に
移動自在な状態でレチクルベース２９上に搭載されてい
る。レチクルステージ２８上の一端には、移動鏡３１が
固定され、外部に配置されたレーザ干渉計３２から射出
されるレーザビームを反射する。そして、レーザ干渉計
３２では、移動鏡３１からの反射光に基づいて、レチク
ルステージ２８のＸ座標を常時計測するようになってい
る。レーザ干渉計３２で計測されたレチクルステージ２
８のＸ座標は、ステージ制御系３３（図２参照）に供給
される。ステージ制御系３３は、レチクルステージ２８
のＸ座標に基づいてレチクルステージ駆動系３０の動作
を制御する。なお、図示は省略するが、レチクルステー
ジ２８とレチクル２６との間には、レチクル２６をＸ方
向、Ｙ方向、及び回転方向（θ方向）に微動させるため
の微動ステージが設置されている。

【００２１】一方、ウエハ３５は、Ｚレベリングステー
ジ３８、Ｙステージ３９Ｙ及びＸステージ３９Ｘを介し
てウエハベース４０上に載置されている。Ｚレベリング
ステージ３８は、Ｚステージ駆動系３８Ａによって、ウ
エハ３５をＺ方向（垂直方向）に駆動すると共にウエハ
３５のレベリングを行うようになっている。Ｘステージ
３９Ｘは、ウエハベース４０に対してモータ等から成る
Ｘステージ駆動系４３によって、Ｘ方向に駆動される。
また、Ｙステージ３９Ｙは、不図示の駆動モータにより
Ｙ方向に駆動されるようになっている。Ｚレベリングス
テージ３８上には、Ｘ軸及びＹ軸方向の位置計測用のＬ
字型の移動鏡４１が固定されている。そして、外部に配
置されたレーザ干渉計４２から射出されるレーザビーム
を移動鏡４１で反射する。レーザ干渉計４２では、移動
鏡４１からの反射光に基づいて、Ｚレベリングステージ
のＸ座標及びＹ座標をそれぞれ計測するようになってい
る。レーザ干渉計４２で計測されたＺレベリングステー
ジ３８のＸ座標及びＹ座標は、ステージ制御系３３（図
２参照）に供給される。ステージ制御系３３は、Ｚレベ
リングステージ３８のＸ座標及びＹ座標に基づき、Ｘス
テージ駆動系４３及び不図示のＹステージ駆動系を介し
て、Ｘステージ３９Ｘ及びＹステージ３９Ｙの動作を制
御する。

【００２２】投影光学系３４には、結像特性を調整する
ためのレンズコントローラ３７が備えられている。レン
ズコントローラ３７は、投影光学系３４内の所定のレン
ズ間の密閉空間の気体の圧力を調整するか、又は投影光
学系３４を構成する所定のレンズの光軸方向の位置を調
整するか、若しくは、そのレンズの傾斜角を調整するこ
とによって、投影光学系３４の投影倍率、ディストーシ
ョン等の結像特性を補正できるようになっている。すな
わち、照明光ＩＬが継続して投影光学系３４に照射され
ると、熱の蓄積によって投影光学系３４の結像特性が変
化するため、主制御系７によりレンズコントローラ３７
を介してその結像特性の変化を相殺させる。

【００２３】次に、本実施例における投影光学系３４の
焦点検出系（ＡＦセンサ）について説明する。レチクル
２６のパターンをウエハ３５上に投影する場合、投影光
学系３４の最良結像面、即ち、レチクル２６のパターン
像が最もコントラスト良く結像している面と、ウエハ３
５上のレジスト面とを正確に一致させる必要がある。本
実施例に採用されるＡＦセンサは、斜入射式のセンサで
あり、検出用の光をウエハ３５に対して非常に小さな角
度で入射し、その反射光を受光することによってウエハ
３５のＺ軸方向の位置を検出するようになっている。図
１において、ウエハ３５上に塗布されたレジスト層に対
して非感光性の光源５０から射出された光は、ミラー５
２で反射し、投射光学系５４によって結像光束となり、
ウエハ３５に対して斜め（ウエハ３５に対して５°〜２
０°程度）に入射する。ウエハ３５上で反射した検出用
の光は、受光光学系５６及びスリット５８を介して光電
検出器６０で受光されるようになっている。

【００２４】本実施例のＡＦセンサにおいては、投影光
学系３４の最良結像面とウエハ３５の表面とが一致した
ときに、光電検出器６０から合焦を表す信号がＡＦ制御
装置６２に供給される。他方、投影光学系３４の最良結
像面に対してウエハ３５の表面が光軸方向（Ｚ方向）に
ずれている時には、そのずれ量（例えば、±数μｍ以
内）に対応した信号が光電検出器６０からＡＦ制御装置
６２に供給される。ＡＦ制御装置６２では、光電検出器
６０から供給される合焦状態を示す信号に基づいた出力
信号を主制御系７（図２参照）に対して供給する。主制
御系７は、ＡＦ制御装置６２からの信号に基づき、ステ
ージ制御系３３を介してＺステージ駆動系３８Ａを制御
するようになっている。すなわち、投影光学系３４の最
良結像位置にウエハ３５の表面が一致するように、Ｚス
テージ駆動系３８ＡによってＺレベリングステージ３８
を駆動する。

【００２５】ＡＦセンサの光学系内の一部、又はＡＦ制
御装置６２内には、光電検出器６０から出力される信号
（ＡＦ信号）によって表されるウエハ３５の実際の表面
位置を、投影光学系３４の光軸（Ｚ軸）方向にシフトさ
せるオフセット機構が設けられている。このオフセット
機構に対して、主制御系７から任意のシフト量を設定す
ることができるようになっている。所謂多重露光を行う
場合には、このオフセット機構に予め決められたシフト
量を順次設定していく。そして、ウエハ３５のＺ軸方向
の表面位置を複数の異なる位置に設定し、それぞれの位
置で同一のパターンを露光する。この方法により、投影
光学系３４の焦点深度が小さい場合にも、実質的に広い
焦点深度で露光を行えることになる。この様な多重露光
には、いくつかの方法がある。

【００２６】図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）には、それぞ
れ異なる３つのタイプの多重露光の動作を模式的に示
す。図において、横軸には時間、縦軸にはウエハ３５の
光軸（Ｚ軸）方向の位置を示す。また、白抜きの円はシ
ャッタ（２１Ａ，２１Ｂ）の開放動作、黒く塗りつぶさ
れた円はシャッタ（２１Ａ，２１Ｂ）の閉鎖動作を示
す。図３（Ａ）及び（Ｃ）の方法においては、シャッタ
（２１Ａ，２１Ｂ）を開放した状態を維持しつつ、ウエ
ハ３５を光軸方向（Ｚ方向）に移動させて、連続的に露
光を行う。一方、図３（Ｂ）の方法においては、ウエハ
３５の光軸方向の位置を固定した状態で一定時間シャッ
タ（２１Ａ，２１Ｂ）を開放して露光を行い、その後シ
ャッタ（２１Ａ，２１Ｂ）を一旦閉じる。そして、ウエ
ハ３５を光軸方向に移動し、その位置で再びシャッタ
（２１Ａ，２１Ｂ）を開放して２回目の露光を行うよう
になっている。

【００２７】なお、不図示ではあるが、本実施例の投影
露光装置には、ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式、
ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式、又はオフ・アクシ
ス方式のアライメント系が備えられ、このアライメント
系によってレチクル２６とウエハ３５上の各ショット領
域との位置ずれ量が計測されるようになっている。そし
て、露光を行う際に、レチクル２６とウエハ３５上のシ
ョット領域との位置ずれ量が所定の許容値以内になるよ
うに調整される。また、走査中においても、必要に応じ
て対応するアライメントマークの位置ずれ量が許容範囲
内に収まるように調整される。

【００２８】図４は、Ｚレベリングステージ３８上の様
子を示す。図１及び図４に示すように、Ｚレベリングス
テージ３８上には、露光光の照度を計測する照度計６４
が埋設されている。照度計６４の上面とウエハ３５の上
面との光軸方向（Ｚ方向）の位置は略一致するように設
定されている。図５には、照度計６４の断面構造を示
す。図において、照度計６４には直径０．５ｍｍ程度の
ピンホール６４Ａが形成されており、このピンホール６
４Ａを通過した光が光電変換素子６６に受光されるよう
になっている。光電変換素子６６は、ピンホール６４Ａ
を通過した光をその強度に応じた電気信号に変換し、そ
の信号を主制御系７（図２参照）に供給する。

【００２９】本実施例においては、ウエハ３５上のスリ
ット状の照明領域（露光領域）内の複数点に対して照度
を計測し、当該照明領域内の照度分布を求める。例え
ば、図６に示すように、横２５ｍｍ、縦８ｍｍのスリッ
ト状の照明領域６８に対し、Ｘステージ３９Ｘ及びＹス
テージ３９Ｙを駆動しながら、約０．５ｍｍ間隔でマト
リックス状に配列された各点での照度を計測する。この
時のＸステージ３９ＸとＹステージ３９Ｙの位置は、干
渉計４２によってモニターされている。主制御系７（図
２参照）は、光電変換素子６６からの計測信号に基づ
き、スリット状照明領域６８の幅方向の各点についての
照度の積分値を図７のように求める。そして、照度積分
値の最大値ＭＡＸ及び最小値ＭＩＮから以下の式（１）
によって照度ムラＭを算出する。

【００３０】｛（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／（ＭＡＸ＋ＭＩＮ）｝×１００＝Ｍ％・・・（１）

【００３１】そして、照度ムラＭが所定の許容値以上の
場合には、主制御系７によって露光量制御系６を介して
照明系の調整を行う。一方、照度ムラＭが所定の許容値
以下の場合には、照明系の調整を行うことなくテスト露
光を開始するようになっている。なお、ピンホール６５
Ａは、光電変換素子６６への受光領域を微少面積に制限
するためのものであり、光強度分布の測定の分解能、即
ち照明領域６８に対するホールの大きさは必要に応じて
任意に定め得るものである。また、高い分解能を得るた
めの方法としては、ピンホール６４Ａを利用する方法に
限らず、光電変換素子６６の受光面の一部の微少領域を
除いて遮光するようにしても良い。

【００３２】次に、本実施例にかかる最適露光条件の計
測（テスト露光）について、図８及び図９を参照して説
明する。本実施例においては、一括露光モードと走査露
光モードの２つの露光モードによって最適露光条件を計
測するようになっている。一括露光モードでは、固定ブ
ラインド１９によって形成されるスリット状の照明領域
６８に対して、レチクル２６を停止した状態で、ウエハ
３５の露光量域全面に対してテップ露光（ステップ・ア
ンド・リピート）を行う。その結果、図８に示すよう
に、ウエハ３５の全面にわたって、長方形状の多数の部
分露光領域７０が形成される。

【００３３】この時、例えば、Ｙ方向に露光条件パラメ
ータ１として露光量をとり、Ｘ方向に露光条件パラメー
タ２としてフォーカスオフセットをとる。すなわち、主
制御系７により、露光量制御系６を介して電源系１２を
制御することにより、Ｙ方向に向かって各部分露光領域
７０毎にレーザ光源１から射出されるレーザパルスの数
を変化させる。一方、ステージ制御系３３を介してＺス
テージ駆動系３８Ａを制御することによって、Ｘ方向に
向かってＺレベリングステージ３８の位置を段階的に変
化させる。なお、露光条件パラメータとしては、露光
量、フォーカスオフセットの他に、図３に示したフォー
カス計測モード、フォーカスの振り幅（最上位置と最下
位置との差）、照明条件等が考えられ、任意に組み合わ
せることができる。

【００３４】他方、走査露光モードでは、通常のパター
ン露光と同様のステップ・アンド・スキャン方式によ
り、照明光ＩＬに対してレチクル２６とウエハ３５を同
期して移動させる。この時、図９に示すように、ウエハ
３５上の各露光領域（ショット領域）７２毎に露光条件
を変化させる。例えば、Ｙ方向にパラメータ１として露
光量をとり、Ｘ方向にパラメータ２としてフォーカスオ
フセットをとる。なお、本実施例においては、最初に一
括露光モード（図８参照）でテスト露光を行い、各部分
露光領域７０毎に露光状態を観察する。そして、各部分
露光領域７０の中で良好な状態で露光された領域をピッ
クアップし、その領域に対する露光条件パラメータを抽
出する。そして、抽出された露光条件パラメータを用
い、今度は走査露光モード（図９参照）によって、更に
詳細なパラメータ設定を行って、再びテスト露光を行
う。このような２段階のテスト露光によって、非常に正
確に最適露光条件を計測することが可能となる。すなわ
ち、実際にレチクル２６の転写パターンを露光するの
は、ステップ・アンド・スキャン方式によるため、同じ
ステップ・アンド・スキャン方式でテスト露光を行って
露光条件を計測すれば、露光方式の違いによる誤差発生
を防止できる。

【００３５】次に、本実施例による最適露光条件の計測
（テスト露光）方法について、図１０に示すフローチャ
ートに沿って、更に詳細に説明する。先ず、ウエハ３５
をＺレベリングステージ３８上にロードした後、テスト
露光に先立って、照明光ＩＬの照度ムラを検出する。ウ
エハ３５上に埋設された照度計６４を用い、ウエハ３５
上のスリット状の照明領域６８内の複数点に対して照度
を計測する。例えば、図６に示すように、横２５ｍｍ、
縦８ｍｍのスリット状の照明領域６８に対し、Ｘステー
ジ３９Ｘ及びＹステージ３９Ｙを駆動しながら、約０．
５ｍｍ間隔でマトリックス状に配列された各点での照度
を計測する。主制御系７は、光電変換素子６６からの計
測信号に基づき、スリット状照明領域６８の幅方向の各
点についての照度の積分値を図７のように求める。そし
て、照度積分値の最大値ＭＡＸ及び最小値ＭＩＮから上
述した式（１）によって照度ムラＭを算出する。その
後、照度ムラＭが所定の許容値以上の場合には、主制御
系７は、露光量制御系６を介して照明系の調整を行う。
一方、照度ムラＭが所定の許容値以下の場合には、照明
系の調整を行うことなくテスト露光に入る。

【００３６】次に、テスト露光用のレチクルをレチクル
ステージ２８上にロードする。なお、必ずしもテスト露
光用のレチクルを使用する必要はなく、本露光用のレチ
クルを用いることも可能である。その後、テスト露光に
使用される露光条件のパラメータを設定する。例えば、
露光量、多重露光の方式（図３参照）、フォーカスオフ
セット、フォーカス振り幅及び照明条件をキーボード１
１から主制御系７に入力する。

【００３７】次に、テスト露光の露光モードとして、走
査露光モード（ステップ・アンド・スキャン方式）か、
一括露光モード（ステップ・アンド・リピート方式）か
を選択する。そして、一括露光モードを選択した場合に
は、主制御系７は、ステージ制御系３３を介してレチク
ルステージ駆動系３０及びＸステージ駆動系４３を制御
することにより、レチクルステージ２８の位置を固定し
た状態で、ウエハステージ（３９Ｘ，３９Ｙ）をステッ
ピング移動させて、図８に示すように、スリット状の部
分露光領域７０にテストレチクルのパターンを順次露光
する。この時、先に設定した露光条件パラメータに従っ
て、各部分露光領域７０の露光条件を変化させる。

【００３８】例えば、Ｘ方向に並ぶ７つの部分露光領域
７０については、露光量に一定量ずつオフセットを与え
る。具体的には、主制御系７により、露光量制御系６、
ブラインド制御装置２０を介して開閉機構２２Ａ，２２
Ｂを制御することによって、可動ブレード２１Ａ，２１
Ｂの開放時間を、例えば、１０ｍｓｅｃずつ変える。一
方、Ｙ方向に並ぶ２２の部分露光領域７０については、
フォーカス条件に一定量ずつオフセットを与える。具体
的には、ＡＦ制御装置６２内のオフセット部に、Ｙ方向
のショット位置に応じてフォーカス量を、例えば、０．
２５μｍずつ変える指令を与える。この様に、図８に示
した各部分露光領域７０に対する露光条件は、わずかづ
つ異なっており、その条件は主制御系７に記憶される。
なお、図８に示すショット配列におけるＸ方向とＹ方向
について、必ずしも１つずつの露光条件パラメータを設
定する必要はなく、複数のパラメータを組み合わせて条
件を変えるようにしても良い。例えば、Ｘ方向の部分露
光領域７０については露光量と多重露光の方式を設定し
（段階的に変化させ）、Ｙ方向についてはフォーカスオ
フセットのみを設定することができる。

【００３９】一括露光モード（ステップ・アンド・リピ
ート方式）でのテスト露光が終了したら、ウエハ３５を
現像し、実際の露光状態を目視又は顕微鏡によって観察
する。その結果、複数の部分露光領域７０の中から最適
な領域を抽出し、抽出された部分露光領域７０に対応す
る露光条件を第１の最適露光条件として求める。次に、
更に正確な露光条件を必要とする場合には、第１の最適
露光条件を絞り込んだ新たな露光パラメータを設定し、
今度は走査露光モード（ステップ・アンド・スキャン方
式）てテスト露光を行う。すなわち、主制御系７によ
り、ステージ制御系３３を介して、レチクルステージ駆
動系３０及びＸステージ駆動系４３を制御することによ
り、露光光ＩＬに対してレチクルステージ２８及びＸス
テージ３９Ｘを同期移動させ、図９に示すような大きな
ショット領域７２を用いて、テスト露光を行う。そし
て、走査露光モード（ステップ・アンド・スキャン方
式）でのテスト露光が終了したら、ウエハ３５を現像
し、実際の露光状態を目視又は顕微鏡によって観察す
る。その結果、複数のショット領域７２の中から最適な
ショットも抽出し、抽出されたショット領域７２に対応
する露光条件を最終的な最適露光条件として求める。

【００４０】そして、テスト用のレチクルをアンロード
し、本露光用のレチクルをロードした後、主制御系７に
より、上記のように求められた最終的な最適露光条件に
基づいて、レーザ光源１の発光パルス数及びＡＦ制御装
置６２のオフセット値を調整して本露光を行う。

【００４１】上記のように本実施例においては、レチク
ル２６を静止させた状態でウエハ３５上の複数の部分露
光領域７０のそれぞれを、露光条件を変えながら順次露
光しているため、ステップ・アンド・スキャン方式で露
光行う場合に比べて、ウエハ３５上で多くの露光領域
（部分領域７０）を確保することができる。その結果、
露光条件を求めるパラメータの数を増加させることがで
き、多くの露光条件でテスト露光を行うことができ、細
かな分解能での最適露光条件の計測が可能となる。ま
た、上記のように露光された複数の部分露光領域７０の
中から、最適なパターン像が得られた部分領域を選択
し、その選択された部分領域７０に対する露光条件の近
傍で露光条件を変えながら、本露光と同じステップ・ア
ンド・スキャン方式でウエハ３５の複数のショット領域
７２のそれぞれを露光すれば、実際の露光と同じ状況で
の露光データを得ることができ、更に正確な最適露光条
件を求めることができる。

【００４２】以上、本発明を実施例に基づいて説明した
が、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、特
許請求の範囲に示された本発明の技術的思想としての要
旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例にかかる走査型投影露
光装置の構成を示す概略構成図である。

【図２】図２は、実施例の制御系の構成を示すブロック
図である。

【図３】図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、実施例に採用
される二重露光の３つの異なる方式を示す説明図であ
る。

【図４】図４は、実施例の要部（ウエハステージ近傍）
の構成を示す平面図である。

【図５】図５は、図４のＡ−Ａ方向の拡大断面図であ
る。

【図６】図６は、実施例の作用の一部を示す説明図であ
る。

【図７】図７は、図６に対応して、実施例の作用を示す
グラフである。

【図８】図８は、実施例の作用を説明するための説明図
であり、ウエハ上の露光領域を示す。

【図９】図９は、実施例の作用を説明するための説明図
であり、ウエハ上の露光領域を示す。

【図１０】図１０は、実施例の動作を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

２６・・・レチクル３５・・・ウエハ６８・・・照明領域７０・・・部分露光領域７２・・・露光領域（ショット領域）ＩＬ・・・照明光

───────────────────────────────────────────────────── 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 ５２６Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上に照明領域を形成するとともに該
照明領域に対してマスクと感光基板とを同期移動させ
て、前記マスクのパターンを前記感光基板上の複数のシ
ョット領域のそれぞれに転写する走査型露光装置の最適
露光条件を測定する方法において、マスクを静止させた状態で感光基板をステップ移動させ
て、当該感光基板上の複数の部分領域のそれぞれを、露
光条件を変えながら所定のパターン像で順次露光する第
１工程と、当該感光基板上の前記複数の部分領域のそれぞれに形成
された前記所定パターン像の状態に基づいて、前記露光
条件を測定する第２工程とを含むことを特徴とする露光
条件測定方法。
【請求項２】前記第１工程で露光された複数の部分領域
の中から、ほぼ最適なパターン像が得られた部分領域を
少なくとも一つ選択する第３工程と、マスクと感光基板とを同期移動させながら、当該感光基
板上の複数のショット領域のそれぞれを、前記第３工程
で選択された部分領域に対する露光条件の近傍で露光条
件を変えながら、所定のパターン像で順次露光する第４
工程とを含むことを特徴とする露光条件測定方法。
【請求項３】前記感光基板上のショット領域は、前記部
分領域よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の
露光条件測定方法。
【請求項４】前記露光条件は、露光量及び前記感光基板
の前記照明光の光軸に平行な方向の位置を含むことを特
徴とする請求項１、２又は３に記載の露光条件測定方
法。
【請求項５】前記最適露光条件を求めるに先立ち、前記
感光基板上における前記照明領域内の複数点での照度を
計測し、前記計測された照度から前記照明領域内の照度ムラを検
出することを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載
の露光条件測定方法。