JPH1012533A - 露光方法及び露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 露光装置のスループットを低下させることな
く感光剤の露光量を測定し、その測定に基づいて露光量
を最適に制御する。 【解決手段】 感光剤は光照射によって光化学反応を起
こし、反射率が変化することを利用して露光量を検出す
る。感光基板Ｗに塗布された感光剤の反射率から露光量
を検出し、それが最適露光量となるように露光光源１１
等を制御する。感光剤の反射率は、露光後に測定するだ
けでもよいし、露光の前後に測定して変化量を求めても
よい。また、感光剤の反射率を測定するセンサは、ＡＦ
センサ３５と兼用とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子、液晶
表示素子、ＣＣＤ素子等をフォトリソグラフィ工程で製
造する際にマスクのパターンを感光基板に露光する露光
方法及び露光装置に関し、更に詳しくはマスクと感光基
板を投影光学系に対して同期して走査することによりマ
スクパターンを感光基板上に逐次転写する走査露光方式
の露光方法及び露光装置に関するものである。

【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に際して、フォトマスク又
はレチクル（以下、マスクという）に形成されたパター
ンを投影光学系を介してフォトレジスト等の感光剤が塗
布されたウエハ又はガラスプレート等の感光基板に露光
する投影露光装置が使用されている。投影露光装置とし
ては、感光基板をステッピング移動させながら、感光基
板上のショット領域にマスクのパターンを順次投影露光
するステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置が
多く用いられている。最近では、半導体素子等の１個の
チップパターンが大型化する傾向にあり、より大面積の
パターンを感光基板上に投影露光することが求められて
いる。

【０００３】このような被転写パターンの大型化に応え
るために、マスクと感光基板を投影光学系に対して同期
して走査することにより、投影光学系の露光フィールド
より広い範囲のショット領域へ露光が可能な走査露光方
式の露光装置が開発されている。走査露光の方式として
は、１枚のマスクパターンの全体を等倍で１枚の感光基
板の全面に逐次露光するアライナー、及び感光基板上の
各ショット領域への露光を縮小投影で且つ走査露光方式
で行うと共に、各ショット領域間の移動をスッテッピン
グ方式で行うステップ・アンド・スキャン方式のものが
知られている。投影露光装置においては、感光基板の露
光面を投影光学系の像面（最良結像面）に合わせ込んだ
状態で露光を行う必要があるため、走査露光方式の露光
装置においても、感光基板の露光面の基準点のフォーカ
ス方向の高さ（フォーカス位置）をその像面に合わせる
オートフォーカス機構と、感光基板の露光面の平均的な
面をその像面に平行に合わせるオートレベリング機構と
が設けられている。オートフォーカス（ＡＦ）のための
センサとしては種々のものが提案されているが、多く用
いられているものに、走査方向に見て露光領域の前後に
計測点を有するＡＦセンサ、例えば２次元の多点ＡＦセ
ンサがある。

【０００４】この露光領域の前後に計測点を有するＡＦ
センサは、露光領域の直前部分の様子を先読みセンサで
予め計測し、先読みセンサで計測した計測部分が露光領
域に移動するまでに、オートフォーカス及びオートレベ
リングを行う構成になっている。露光領域の後にも計測
点を有するのは、感光基板の走査方向が往復いずれの方
向であっても走査露光できるようになっているためであ
る。例えば投影光学系に対する感光基板の走査方向が＋
Ｘ方向のときは、露光領域に対して＋Ｘ方向に設定され
ている計測点を計測するセンサを先読みセンサとして使
用し、逆に感光基板の走査方向が−Ｘ方向のときは、露
光領域に対して−Ｘ方向に設定されている計測点を計測
するセンサを先読みセンサとして使用する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで露光装置は、
基板上にレジストパターンを所望の精度で形成するため
に、フォトレジストの露光量を最適に制御する必要があ
る。例えばフォトレジストへの露光量が少ないと、パタ
ーンの焼き付け領域での感光が不十分で露光領域と非露
光領域との堺界が曖昧となり、現像処理を経て形成され
るパターンのプロファイル形状も劣化する。逆にフォト
レジストへの露光量が多すぎると、遮光部分のフォトレ
ジストが感光してしまい、所望形状のパターンを得るこ
とができない。

【０００６】従来、露光装置におけるフォトレジストへ
の露光量の測定は、感光基板の交換時期のような焼き付
けの合い間に基板ステージ上に設けられている露光量セ
ンサを投影光学系の光軸位置まで移動させて露光光の強
度を測定することで行っていた。しかし、この方法で
は、露光量測定の度毎に基板ステージ上の露光量センサ
を投影光学系の光軸下まで移動させなければならず、仮
に感光基板交換時等の露光動作時以外のときに測定動作
を行うにしても、ステージ移動動作が必要なために露光
装置のスループットが低下する問題があった。

【０００７】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたもので、露光装置のスループットを低下
させることなく、フォトレジスト等の感光剤の露光量を
測定し、その測定に基づいて露光量を最適に制御するこ
とのできる走査露光方式の露光方法及び露光装置を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】フォトレジスト等の感光
剤は、光照射によって光化学反応を起こし、現像剤に対
する耐性が変化する。この光化学反応によって感光剤の
屈折率及び表面反射率が変化する。したがって、感光基
板に塗布されている感光剤の表面反射率は露光の前後で
変化し、この反射率の変化あるいは露光後の反射率の値
を測定することで、感光剤の露光量を検出することがで
きる。そして、検出された露光量をもとに制御装置で露
光光源の発光強度等を制御することにより、感光剤を最
適露光量で露光することができる。一方、走査露光方式
の露光装置には、露光領域の前後の計測点に光照射して
各計測点からの反射光を検出するＡＦセンサが備えられ
ているのであるから、ＡＦセンサの出力を露光による感
光剤の表面反射率変化あるいは露光後の反射率の測定の
ために用いると、既存の装置構成に大きな変更を加える
ことなく走査露光方式の露光装置に露光量計測機能及び
露光量制御機能を付加することができる。

【０００９】本発明は、以上のような検討のもとになさ
れたものであり、感光基板に塗布された感光剤の反射率
から露光量を検出し、それが最適露光量となるように露
光光源等を制御するものである。感光剤の反射率は、露
光後に測定するだけでもよいし、露光の前後に測定して
変化量を求めてもよい。また、感光剤の反射率を測定す
るセンサは、ＡＦセンサと兼用とすることができる。な
お、反射率測定のために感光剤に照射される光強度が既
知あるいは一定の場合、反射光強度を反射率の代わりに
用いることができる。この場合、本発明にとって反射率
と反射光強度は実質的に同義である。

【００１０】すなわち、本発明は、転写用のパターンが
形成されたマスクを所定の照明領域で照射し、マスクの
パターンの一部の像を投影光学系を介して感光剤が塗布
された感光基板上の所定の露光領域に投影した状態で、
マスク及び感光基板を投影光学系に対して同期して走査
することによりマスクのパターンを感光基板に露光する
露光方法において、露光の後に感光基板に塗布された感
光剤の反射率を測定し、測定された反射率に基づいて感
光基板への露光量を制御することを特徴とする。感光剤
の反射率を露光の前後に測定し、それらの反射率の差や
比率等の情報に基づいて感光基板への露光量を制御する
ようにしてもよい。

【００１１】また、本発明は、光源からの光束をパター
ンが形成されたマスクへ導く照明光学系と、マスクを載
置して移動するマスクステージと、マスクを透過した光
束を感光剤が塗布された感光基板に投影する投影光学系
と、感光基板を載置して移動する基板ステージと、マス
クと感光基板とが同期して走査されるようにマスクステ
ージと基板ステージを駆動制御するステージ制御手段と
を含む露光装置において、露光後の感光基板の領域に感
光剤に対して不感光の光を照射する光照射手段と、感光
剤で反射された不感光の光を検出する検出手段と、検出
手段の検出結果に基づいて感光基板への露光量を制御す
る制御手段とを備えることを特徴とする。光照射手段で
露光前後の感光基板の領域に感光剤に対して不感光の光
を照射し、検出手段で露光前後の感光基板の領域の感光
剤で反射された不感光の光を検出し、検出手段の検出結
果に基づいて感光基板への露光量を制御するようにして
もよい。

【００１２】制御手段は光源の光量を制御することによ
って感光基板への露光量を制御することができる。ま
た、本発明は、光源からの光束をパターンが形成された
マスクへ導く照明光学系と、マスクを載置して移動する
マスクステージと、マスクを透過した光束を感光剤が塗
布された感光基板に投影する投影光学系と、感光基板を
載置して移動する基板ステージと、マスクと感光基板と
が同期して走査されるようにマスクステージと基板ステ
ージを駆動制御するステージ制御手段とを含む露光装置
において、感光基板を投影光学系の光軸方向に駆動する
ために基板ステージの下方に設けられた駆動手段と、感
光基板に感光剤に対して不感光の光を照射する光照射手
段と、感光剤で反射された不感光の光を検出する検出手
段と、検出手段の検出結果に基づいて、露光中に駆動手
段を制御して感光基板を投影光学系の結像位置に駆動す
ると共に、感光基板への露光量を制御する制御手段とを
備えることを特徴とする。

【００１３】制御手段は、感光剤の露光前後の反射率の
差異に基づいて露光量を制御することができる。また、
制御手段は、感光剤の露光前後の反射率と、マスクの光
透過部分と遮光部分の比率とに基づいて、光源の光量を
制御することができる。本発明によると、走査露光中に
おいても露光量測定が可能となり、リアルタイムのより
細かな露光量制御が可能になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、ステップ・アンド・スキ
ャン型の投影露光装置の一例を示す概略図である。光源
及びオプティカル・インテグレータ等を含む光源系１１
からの露光用の照明光ＩＬが、第１リレーレンズ１２、
ブラインド（可変視野絞り）１３、第２リレーレンズ１
４、ミラー１５、及びメインコンデンサーレンズ１６を
介して、均一な照度分布でマスク１７のパターン形成面
のスリット状の照明領域１８を照明する。ブラインド１
３の配置面はマスク１７のパターン形成面とほぼ共役で
あり、ブラインド１３の開口の位置及び形状により、照
明領域１８の位置及び形状が設定される。

【００１５】マスク１７上の照明領域１８内のパターン
の投影光学系ＰＬを介した像が、フォトレジストが塗布
されたウエハＷ上のスリット状の露光領域２３内に投影
露光される。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２次元平面内で図１の紙面
に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取る。マス
ク１７はマスクステージ１９上に保持され、マスクステ
ージ１９はマスクベース２０上で走査方向であるＸ方向
に例えばリニアモータにより駆動される。マスクステー
ジ１９上の移動鏡２８及び外部のレーザ干渉計２９によ
りマスク１７のＸ座標が計測され、このＸ座標の情報が
装置全体の動作を統轄制御する主制御系３０に供給され
る。主制御系３０は、マスクステージ駆動系３１及びマ
スクステージ１９を介してマスク１７の位置及び移動速
度の制御を行う。

【００１６】一方、ウエハＷは、不図示のウエハホルダ
を介してＺチルトステージ２４上に保持され、Ｚチルト
ステージ２４は３個のＺ方向に移動自在なアクチュエー
タ２６Ａ〜２６Ｃを介してＹステージ２５Ｙ上に載置さ
れ、Ｙステージ２５Ｙは、Ｘステージ２５Ｘ上に例えば
送りねじ方式でＹ方向に移動されるように載置され、Ｘ
ステージ２５Ｘは、装置ベース２７上に例えば送りねじ
方式でＸ方向に移動されるように載置されている。３個
のアクチュエータ２６Ａ〜２６Ｃを並行に伸縮させるこ
とにより、Ｚチルトステージ２４のＺ方向の位置の調整
（フォーカシング）が行われ、３個のアクチュエータ２
６Ａ〜２６Ｃの伸縮量を個別に調整することにより、Ｚ
チルトステージ２４のＸ軸及びＹ軸の回りの傾斜角の調
整（レベリング）が行われる。

【００１７】また、Ｚチルトステージ２４の上端に固定
されたＸ軸用の移動鏡３２Ｘ及び外部のレーザ干渉計３
３Ｘにより、ウエハＷのＸ座標が常時モニタされ、Ｙ軸
用の移動鏡３２Ｙ及び外部のレーザ干渉計３３Ｙ（図６
参照）により、ウエハＷのＹ座標が常時モニタされ、検
出されたＸ座標及びＹ座標が主制御系３０に供給されて
いる。

【００１８】主制御系３０は、供給された座標に基づい
てウエハステージ駆動系３４を介してＸステージ２５
Ｘ、Ｙステージ２５Ｙ、及びＺチルトステージ２４の動
作を制御する。例えば、投影光学系ＰＬが投影倍率β
（βは例えば１／４等）で倒立像を投影するものとし
て、マスクステージ１９を介してマスク１７を照明領域
１８に対して＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）に速度Ｖ_Rで走
査するのと同期して、Ｘステージ２５Ｘを介してウエハ
Ｗが露光領域２３に対して−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に
速度Ｖ_W（＝β・Ｖ_R）で走査される。

【００１９】次に、ウエハＷの表面のＺ方向の位置（焦
点位置）を検出するための多点ＡＦ系３５の構成につき
説明する。この多点ＡＦ系３５において、光源３６から
射出されたフォトレジストに対して非感光性の検出光
が、コンデンサーレンズ３７を介して送光スリット板３
８内の多数のスリットを照明し、それらスリットの像が
対物レンズ３９を介して、投影光学系ＰＬの光軸に対し
て斜めにウエハＷ上の露光領域２３及びこの前後の先読
み領域４５Ａ，４５Ｂ（図２参照）の１５個の計測点Ｐ
₁₁〜Ｐ₅₃に投影される。

【００２０】図２は、ウエハＷ上の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₅₃の
配置を示し、この図２において、スリット状の露光領域
２３に対して−Ｘ方向、及び＋Ｘ方向側にそれぞれ先読
み領域４５Ａ及び４５Ｂが設定されている。そして、露
光領域２３内に３行×３列の計測点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃が設定さ
れ、先読み領域４５Ａ内に３個の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃が設
定され、先読み領域４５Ｂ内に３個の計測点Ｐ₅₁〜Ｐ₅₃
が設定されている。ウエハＷを＋Ｘ方向に走査するとき
は先読み領域４５Ｂ内の計測点Ｐ₅₁〜Ｐ₅₃による計測値
が使用され、−Ｘ方向に走査するときは先読み領域４５
Ａ内の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃による計測値が使用される。

【００２１】図１に戻って、各計測点からの反射光は、
集光レンズ４０を介して振動スリット板４１上に集光さ
れ、振動スリット板４１上にそれら計測点に投影された
スリット像が再結像される。振動スリット板４１は、主
制御系３０からの駆動信号ＤＳにより駆動される加振器
４２により所定方向に振動している。振動スリット板４
１の多数のスリットを通過した光が光電検出器４３上の
多数の光電変換素子によりそれぞれ光電変換され、これ
ら光電変換信号が信号処理系４４に供給される。

【００２２】図３は、送光スリット板３８を示す。送光
スリット板３８には、図２のウエハ上の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ
₅₃に対応する位置にそれぞれスリット３８₁₁〜３８₅₃が
形成されている。また、振動スリット板４１上にも、図
４に示すように図２のウエハ上の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₅₃に対
応する位置にそれぞれスリット４１₁₁〜４１₅₃が形成さ
れ、振動スリット板４１は加振器４２により各スリット
の長手方向に直交する計測方向に振動している。

【００２３】図５は、光電検出器４３及び信号処理系４
４を示す。光電検出器４３上の１行目の光電変換素子４
３₁₁〜４３₁₃には、それぞれ図２の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃か
ら反射されて、振動スリット板４１中の対応するスリッ
トを通過した光が入射する。同様に、２行目〜４行目の
光電変換素子４３₂₁〜４３₄₃には、それぞれ図２の計測
点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃から反射されて、振動スリット板４１中の
対応するスリットを通過した光が入射し、５行目の光電
変換素子４３₅₁〜４３₅₃には、それぞれ図２の計測点Ｐ
₅₁〜Ｐ₅₃から反射されて、振動スリット板４１中の対応
するスリットを通過した光が入射する。

【００２４】そして、光電変換素子４３₁₁〜４３₅₃から
の検出信号は、増幅器５６₁₁〜５６₅₃を介して同期整流
器５７₁₁〜５７₅₃に供給される。同期整流器５７₁₁〜５
７₅₃はそれぞれ加振器４２用の駆動信号ＤＳを用いて入
力された検出信号を同期整流することにより、対応する
計測点の焦点位置に所定範囲でほぼ比例して変化する計
測信号を生成する。この例では、同期整流器５７₁₁〜５
７₅₃から出力される計測信号は、それぞれ図１において
対応する計測点が投影光学系ＰＬの結像面（ベストフォ
ーカス面）に合致しているときに０になるようにキャリ
ブレーションが行われている。また、先読み領域４５Ａ
内の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃からの反射光を検出する光電変換
素子４３₁₁〜４３₁₃からの検出信号は加算増幅器５６Ａ
に入力されて加算され、同様に先読み領域４５Ｂ内の計
測点Ｐ₅₁〜Ｐ₅₃からの反射光を検出する光電変換素子４
３₅₁〜４３₅₃からの検出信号は加算増幅器５６Ｂで加算
される。

【００２５】加算増幅器５６Ａ，５６Ｂ及び同期整流器
５７₁₁〜５７₅₃から出力される計測信号は、並列にマル
チプレクサ５８に供給され、マルチプレクサ５８は、主
制御系３０内のマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）６０から
の切り換え信号に同期して、供給される計測信号から順
番に選ばれた計測信号をＡ／Ｄ変換器５９に供給し、Ａ
／Ｄ変換器５９から出力されるデジタルの計測信号が順
次主制御系３０内のメモリ６１内に格納される。

【００２６】図６は、図１に示した３個のアクチュエー
タ２６Ａ〜２６Ｃの駆動系を示す説明図である。主制御
系３０のメモリ６１には、各アドレス６１₁₁〜６１₅₃内
にそれぞれ図２の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₅₃での計測位置を示す
デジタルの計測信号が格納されている。またアドレス６
１₁₀には先読み領域４５Ａ内の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃からの
反射光強度信号を加算した計測信号が格納され、アドレ
ス６１₆₀には先読み領域４５Ｂ内の計測点Ｐ₅₁〜Ｐ₅₃か
らの反射光強度信号を加算した計測信号が格納されてい
る。なお、これらの計測信号は、所定のサンプリング周
期で逐次書き換えられている。メモリ６１の各アドレス
６１₁₀〜６１₆₀から読み出された計測信号は、並列に演
算部６２に供給される。メモリ６１のアドレス６１₁₁〜
６１₅₃から読み出された計測信号は、露光領域２３の中
心での焦点位置Ｚ_b、Ｙ軸の回りでの傾斜角θ_X、及びＸ
軸の回りでの傾斜角θ_Yを求めるのに使用され、アドレ
ス６１₁₀及び６１₆₀から読み出された計測信号は、後述
する露光領域２３の露光量制御のために使用される。

【００２７】いま、ウエハＷが−Ｘ方向に走査されてい
るとすると、演算部６２では、図２の露光領域２３内の
計測点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃に対応するアドレス６１₂₁〜６１₄₃か
ら読み出された計測信号と、先読み領域４５Ａ内の計測
点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃に対応するアドレス６１₁₁〜６１₁₃から読
み出された計測信号を用いて、以下に説明するようにし
て露光領域２３の中心での焦点位置（Ｚ座標）Ｚ_b、Ｙ
軸の回りでの傾斜角θ_X、及びＸ軸の回りでの傾斜角θ_Y
を求める。ウエハＷが＋Ｘ方向に走査されているときに
は、演算部６２では、図２の露光領域２３内の計測点Ｐ
₂₁〜Ｐ₄₃に対応するアドレス６１₂₁〜６１₄₃から読み出
された計測信号と、先読み領域４５Ｂ内の計測点Ｐ₅₁〜
Ｐ₅₃に対応するアドレス６１₅₁〜６１₅₃から読み出され
た計測信号を用い、同様にして焦点位置Ｚ_b、傾斜角
θ_X、及び傾斜角θ_Yを求める。

【００２８】以下では、ウエハＷが−Ｘ方向に走査され
ているとして、露光領域２３内の計測点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃に対
応するアドレス６１₂₁〜６１₄₃から読み出された計測信
号Ｚ₂₁〜Ｚ₄₃と、先読み領域４５Ａ内の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ
₁₃に対応するアドレス６１₁₁〜６１₁₃から読み出された
計測信号Ｚ₁₁〜Ｚ₁₃を用いる場合について説明する。な
お、露光領域２３内の複数の計測点からの計測信号と先
読み領域内の複数の計測点からの計測信号の組み合わせ
の仕方、及びそれらの計測信号から焦点位置Ｚ_b、傾斜
角θ_X、傾斜角θ_Yを求める方法に関しては種々の方法が
あり、そのどの方法を採用しても構わない。以下に説明
する方法は、その一例にすぎない。

【００２９】まず、演算部６２における焦点位置Ｚ_bの
計算について説明する。焦点位置Ｚ_bの計算にあたって
は、露光領域２３内の９点の計測点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃をほぼ同
じＹ座標を有する３つのグループ、すなわち第１グルー
プ（Ｐ₂₁，Ｐ₃₁，Ｐ₄₁）、第２グループ（Ｐ₂₂，Ｐ₃₂，
Ｐ₄₂）、及び第３グループ（Ｐ₂₃，Ｐ₃₃，Ｐ₄₃）にグル
ープ分けする。また、先読み領域４５Ａ内の計測点Ｐ₁₁
を第４グループ、計測点Ｐ₁₂を第５グループ、計測点Ｐ
₁₃を第６グループとする。そして、グループ内で計測値
を平均化した後、各グループごとに重みをつけて加算
し、さらにその和を重みの総和で割る。すなわちグルー
プ内で平均化したあと加重平均化処理する。このグルー
プ内平均化、加重平均化処理の両方により平均化効果を
高めている。各計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₄₃における計測値をＺ₁₁
〜Ｚ₄₃とするとき、この焦点位置Ｚ_bの計算式は次の
〔数１〕で表される。

【００３０】

【数１】Ｚ_b＝〔（Ｚ₂₁＋Ｚ₃₁＋Ｚ₄₁）・Ｗ₁／３＋（Ｚ
₂₂＋Ｚ₃₂＋Ｚ₄₂）・Ｗ₂／３＋（Ｚ₂₃＋Ｚ₃₃＋Ｚ₄₃）・Ｗ₃
／３＋Ｚ₁₁・Ｗ₄＋Ｚ₁₂・Ｗ₅＋Ｚ₁₃・Ｗ₆〕／Ｎ ただし、Ｎ＝Ｗ₁＋Ｗ₂＋Ｗ₃＋Ｗ₄＋Ｗ₅＋Ｗ₆である。

【００３１】なお、重み係数の設定にあたっては、露光
領域２３の中央部分、すなわち第２グループに対する重
み係数Ｗ₂を他のグループに対する重み係数Ｗ₁，Ｗ₃，
Ｗ₄，Ｗ₅，Ｗ₆に比べて大きく設定するのが好適であ
る。これは、第２グループに属する計測点Ｐ₂₂〜Ｐ₄₂の
計測値は露光領域２３の高さをよく表しているので、計
測値Ｚ₂₂〜Ｚ₄₂を重視して焦点位置Ｚ_bを計算すると露
光領域２３全体にわたって良好なフォーカシングを達成
できると考えられるからである。この重み係数は、予め
主制御系３０内のメモリに記憶されている。

【００３２】演算部６２では、この焦点位置Ｚ_bの算出
に加えて、露光領域２３内の各測定点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃におけ
る計測値Ｚ₂₁〜Ｚ₄₃から最小自乗近似法によって露光領
域２３の表面を表す平面を決定する。そして、投影光学
系ＰＬの最良結像面に対する露光領域２３の平面のＹ軸
の回りでの傾斜角θ_X、及びＸ軸の回りでの傾斜角θ_Yを
求める。

【００３３】これらの焦点位置Ｚ_b、傾斜角θ_X，θ
_Yは、それぞれ目標位置／速度変換部６８に供給され
る。また、レーザ干渉計３３Ｘ及び３３Ｙで計測された
Ｚチルトステージ２４（ウエハＷ）のＸ座標及びＹ座標
も目標位置／速度変換部６８に供給されている。

【００３４】目標位置／速度変換部６８では、先ず、供
給されたＺチルトステージ２４のＸ座標及びＹ座標よ
り、投影光学系ＰＬの光軸を原点とした場合の３個のア
クチュエータ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃのそれぞれの作用
点の座標（Ｘ₁，Ｙ₁），（Ｘ₂，Ｙ₂），（Ｘ₃，Ｙ₃）を
算出する。また、予め傾斜角θ_X、傾斜角θ_Y、及び焦点
位置Ｚ_bのそれぞれの位置制御系のループゲインＫθ_X、
Ｋθ_Y、及びＫ_Zが記憶されており、目標位置／速度変換
部６８では次の〔数２〕によって３個のアクチュエータ
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃへのそれぞれの速度指令値ＶＺ
₁，ＶＺ₂，ＶＺ₃を算出する。

【００３５】

【数２】

【００３６】アクチュエータ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの
座標（Ｘ₁，Ｙ₁），（Ｘ₂，Ｙ₂），（Ｘ₃，Ｙ₃）は、ウ
エハＷが走査されるのに応じて変化するため、目標位置
／速度変換部６８は、例えばウエハＷの位置が所定ステ
ップ変化する毎に、又は所定の時間間隔で逐次前記〔数
２〕の演算を行って速度指令値ＶＺ₁，ＶＺ₂，ＶＺ₃を
算出する。これらの速度指令値ＶＺ₁〜ＶＺ₃は、速度コ
ントローラ７０に供給され、速度コントローラ７０は、
パワーアンプ７１Ａ〜７１Ｃを介してアクチュエータ２
６Ａ〜２６Ｃを駆動する。また、アクチュエータ２６Ａ
〜２６Ｃの内部のロータリエンコーダからの速度検出信
号が速度コントローラ７０にフィードバックされてい
る。これにより、アクチュエータ２６Ａ，２６Ｂ，２６
Ｃは、それぞれ先端部が駆動速度ＶＺ₁，ＶＺ₂，ＶＺ₃
でＺ方向に駆動される。

【００３７】そして、そのアクチュエータ２６Ａ〜２６
Ｃにより駆動された後のウエハＷの表面の位置及び傾斜
角が、図１に示した多点ＡＦ系３５及び図６に示した演
算部６２等により計測され、この計測結果と目標値との
偏差が目標位置／速度変換部６８にフィードバックされ
る。走査露光中にそのようにＺチルトステージ２４の傾
斜角及び焦点位置をサーボ制御することによって、ウエ
ハＷの露光領域２３が、常にマスク１７の照明領域１８
内のパターンの投影像の結像面に合致した状態で露光が
行われる。

【００３８】次に、ウエハＷの露光領域２３の露光量の
測定及び露光量制御の方法について説明する。本発明で
は、ウエハＷに塗布されたフォトレジスト等の感光剤が
光照射によって光化学反応を起こし、その表面反射率が
露光の前後で変化することを利用して露光量を検出す
る。適正露光後の感光剤の表面反射率又は反射光強度は
予備的な実験によって予め測定され、入力手段６３から
メモリ６４に入力されて目標値として記憶されている。

【００３９】露光後の感光剤の表面反射率又は表面反射
光強度は、ウエハＷが−Ｘ方向に走査されているときは
先読み領域４５Ｂ内の計測点Ｐ₅₁〜Ｐ₅₃での反射光を検
出することにより計測され、ウエハＷが＋Ｘ方向に走査
されているときは先読み領域４５Ａ内の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ
₁₃での反射光を検出することにより計測される。いま、
ウエハが−Ｘ方向に走査されているとすると、演算部６
２ではメモリ６１のアドレス６１₆₀から計測信号を読み
出し、メモリ６４に記憶されている目標値と比較する。
比較の結果、露光量が少ないと判定されたとき、演算部
６２は露光量を増加させる制御を行い、露光量が多すぎ
ると判定されたとき、演算部６２は露光量を減少させる
制御を行う。

【００４０】露光領域２３の露光量は、露光光源の発光
量、光源系１１内に設置されているブラインドの走査方
向に見た開口幅、及び同期して走査されるマスク１７と
ウエハＷの走査速度によって決定される。したがって、
露光量制御を行うには、光源系１１内に配置された露光
光源の光量、ブラインドの開口幅、マスクステージ１９
とＸステージ２５Ｘの走査速度の少なくとも１つを制御
すればよい。この例では、露光光源の光量を制御するこ
とで露光量制御を行っている。露光光源の光量制御は、
光源の電源電圧制御、あるいはパルス光源の場合にはパ
ルス周波数の増減等によって行われる。

【００４１】メモリ６１のアドレス６１₆₀から読み出さ
れた計測信号は、先読み領域４５Ｂ（露光後の領域）内
の３つの計測点Ｐ₅₁，Ｐ₅₂，Ｐ₅₃での平均的反射光強度
を表している。ところで、ウエハＷ上の露光領域２３に
はマスク１７に形成されたパターンが転写されるため、
スリット状の計測点Ｐ₅₁，Ｐ₅₂，Ｐ₅₃で走査されるウエ
ハＷ上の全領域が均一に露光されているわけではない。
すなわち、マスク１７に形成されたパターンの透明部分
が投影された部分は露光されているが、遮光部分が投影
された部分は露光されていない。したがって、計測点Ｐ
₅₁，Ｐ₅₂，Ｐ₅₃の位置における反射光強度のみでは露光
量を正確に評価することができず、計測点における露光
部分と非露光部分の比率を考慮する必要がある。

【００４２】各計測点Ｐ₅₁，Ｐ₅₂，Ｐ₅₃の位置における
露光部分と非露光部分の比率はマスク１７に形成された
パターンの様子から知ることができる。例えば、パター
ン露光に使用する各マスクに対して、マスクの全領域で
パターンの透光部分と遮光部分の比率を予め測定し、そ
の情報を例えばマスク番号をキーにして記憶手段に記憶
しておく。そして、マスクが不図示のマスク収納ラック
からマスクステージ１９に運ばれる際に、マスク番号を
もとに記憶手段からそのマスクパターンの透光部分と遮
光部分の比率データを主制御系３０内のメモリ６４に読
み込むことで、露光領域２３に於けるパターンの露光、
非露光部分の比率がわかる。演算部６２では、メモリ６
４から読み出された露光部分の比率データとメモリ６１
のアドレス６１₆₀から読み出された計測点Ｐ₅₁，Ｐ₅₂，
Ｐ₅₃での平均的反射光強度データとから、各時点で露光
量が適切であるかどうかの判定を行い、判定結果に基づ
いて前述した露光量制御をリアルタイムに実行する。

【００４３】また、ウエハＷ上には通常複数のパターン
が何層にも重ね合わされて形成されているため、その上
に塗布されたフォトレジスト等の感光剤の表面は完全に
平坦であるとは限らない。感光剤の表面が平坦でない
と、感光剤表面に照射された光線は一部散乱を生じたり
して測定される反射光強度の測定値に誤差が生じる。ウ
エハＷに塗布された感光剤の同一場所の表面反射光強度
を露光の前後で測定し、この露光前後の測定値を比較す
ることで感光剤の表面状態による影響を相殺し、測定誤
差の発生を回避することができる。

【００４４】ウエハＷが−Ｘ方向に走査されていると
き、露光前の感光剤の表面反射率すなわち表面反射光強
度は、露光領域２３の走査方向前方に位置する先読み領
域４５Ａ内の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃での反射光を検出するこ
とにより計測され、露光後の感光剤の表面反射率すなわ
ち表面反射光強度は、先読み領域４５Ｂ内の計測点Ｐ₅₁
〜Ｐ₅₃での反射光を検出することにより計測される。ウ
エハＷが＋Ｘ方向に走査されているときは、逆に先読み
領域４５Ａ内の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃から露光後の感光剤の
表面反射率すなわち表面反射光強度が計測され、先読み
領域４５Ｂ内の計測点Ｐ₅₁〜Ｐ₅₃から露光前の感光剤の
表面反射率すなわち表面反射光強度が計測される。

【００４５】ただし、２つの先読み領域４５Ａ，４５Ｂ
の間の距離をＤ、露光領域２３に対するウエハＷの走査
速度をＶ_Wとするとき、２つの先読み領域４５Ａ，４５
ＢはウエハＷ上の同一場所をＤ／Ｖ_Wだけの時間差をも
って計測していることを考慮しなければならない。ウエ
ハＷ上の同一場所についての計測値を比較するために、
時間Ｄ／Ｖ_Wの間の計測データを記憶しておくメモリが
設けられる。

【００４６】いま、ウエハが−Ｘ方向に走査されている
とすると、演算部６２ではメモリ６１のアドレス６１₆₀
から計測信号Ｄａ（露光後の反射光強度データ）を読み
出す。また、メモリ６１のアドレス６１₁₀の計測信号を
記憶しているメモリから時間Ｄ／Ｖ_Wだけ前の計測信号
Ｄｂ（露光前の反射光強度データ）を読み出す。そし
て、例えば次の〔数３〕で表される２つの計測信号の差
分を計算し、メモリ６４に記憶してある目標値と比較す
ることで、露光量が適切であるかどうかの判定を行い、
判定結果に基づいて前述した露光量制御をリアルタイム
に実行する。

【００４７】

【数３】（Ｄａ−Ｄｂ）／Ｄｂ

【００４８】この場合においても、前述のように、各計
測点Ｐ₅₁，Ｐ₅₂，Ｐ₅₃の位置における露光部分と非露光
部分の比率のデータを加味することにより、正確な露光
量制御を行うことができる。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、走査露光中においても
露光量の計測を行うことができ、露光量の制御をリアル
タイムに行うことができる。また、走査露光方式の露光
装置に備わっている２次元多点ＡＦ系のセンサを露光量
計測用のセンサと兼用させることで、既存の装置構成に
大きな変更を加えることなく露光量の計測及び制御機能
を付加することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ステップ・アンド・スキャン型の露光装置の一
例を示す図。

【図２】ウエハ上の計測点の配置を示す図。

【図３】送光スリット板を示す図。

【図４】振動スリット板を示す図。

【図５】光電検出器及び信号処理系を示す図。

【図６】制御系の説明図。

【符号の説明】

１１…光源系、１７…マスク、１９…マスクステージ、
２３…露光領域、２４…Ｚチルトステージ、２６Ａ〜２
６Ｃ…アクチュエータ、３０…主制御系、３１…マスク
ステージ駆動系、３５…多点ＡＦ系、３８…送光スリッ
ト板、４１…振動スリット板、４３…光電検出器、４４
…信号処理系、４５Ａ，４５Ｂ…先読み領域、５６₁₁〜
５６₅₃…増幅器、５６Ａ，５６Ｂ…加算増幅器、５７₁₁
〜５７₅₃…同期整流器、５８…マルチプレクサ、６１…
メモリ、６３…入力手段、６４…メモリ、６２…演算
部、６８…目標位置／速度変換部、７０…速度コントロ
ーラ、７１Ａ〜７１Ｃ…パワーアンプ、ＰＬ…投影光学
系、Ｗ…ウエハ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転写用のパターンが形成されたマスクを
   所定の照明領域で照射し、前記マスクのパターンの一部
   の像を投影光学系を介して感光剤が塗布された感光基板
   上の所定の露光領域に投影した状態で、前記マスク及び
   前記感光基板を前記投影光学系に対して同期して走査す
   ることにより前記マスクのパターンを前記感光基板に露
   光する露光方法において、 前記露光の後に前記感光基板に塗布された感光剤の反射
   率を測定し、測定された反射率に基づいて前記感光基板
   への露光量を制御することを特徴とする露光方法。
2. 【請求項２】 転写用のパターンが形成されたマスクを
   所定の照明領域で照射し、前記マスクのパターンの一部
   の像を投影光学系を介して感光剤が塗布された感光基板
   上の所定の露光領域に投影した状態で、前記マスク及び
   前記感光基板を前記投影光学系に対して同期して走査す
   ることにより前記マスクのパターンを前記感光基板に露
   光する露光方法において、 前記露光の前後に前記感光基板に塗布された感光剤の反
   射率を測定し、露光の前後で測定された反射率に基づい
   て前記感光基板への露光量を制御することを特徴とする
   露光方法。
3. 【請求項３】 光源からの光束をパターンが形成された
   マスクへ導く照明光学系と、前記マスクを載置して移動
   するマスクステージと、前記マスクを透過した光束を感
   光剤が塗布された感光基板に投影する投影光学系と、前
   記感光基板を載置して移動する基板ステージと、前記マ
   スクと前記感光基板とが同期して走査されるように前記
   マスクステージと前記基板ステージを駆動制御するステ
   ージ制御手段とを含む露光装置において、 前記露光後の前記感光基板の領域に前記感光剤に対して
   不感光の光を照射する光照射手段と、 前記感光剤で反射された前記不感光の光を検出する検出
   手段と、 前記検出手段の検出結果に基づいて前記感光基板への露
   光量を制御する制御手段とを備えることを特徴とする露
   光装置。
4. 【請求項４】 光源からの光束をパターンが形成された
   マスクへ導く照明光学系と、前記マスクを載置して移動
   するマスクステージと、前記マスクを透過した光束を感
   光剤が塗布された感光基板に投影する投影光学系と、前
   記感光基板を載置して移動する基板ステージと、前記マ
   スクと前記感光基板とが同期して走査されるように前記
   マスクステージと前記基板ステージを駆動制御するステ
   ージ制御手段とを含む露光装置において、 前記露光前後の感光基板の領域に前記感光剤に対して不
   感光の光を照射する光照射手段と、 前記露光前後の感光基板の領域の感光剤で反射された前
   記不感光の光を検出する検出手段と、 前記検出手段の検出結果に基づいて前記感光基板への露
   光量を制御する制御手段とを備えることを特徴とする露
   光装置。
5. 【請求項５】 請求項３又は４記載の露光装置におい
   て、 前記制御手段は前記光源の光量を制御するものであるこ
   とを特徴とする露光装置。
6. 【請求項６】 光源からの光束をパターンが形成された
   マスクへ導く照明光学系と、前記マスクを載置して移動
   するマスクステージと、前記マスクを透過した光束を感
   光剤が塗布された感光基板に投影する投影光学系と、前
   記感光基板を載置して移動する基板ステージと、前記マ
   スクと前記感光基板とが同期して走査されるように前記
   マスクステージと前記基板ステージを駆動制御するステ
   ージ制御手段とを含む露光装置において、 前記感光基板を前記投影光学系の光軸方向に駆動するた
   めに前記基板ステージの下方に設けられた駆動手段と、 前記感光基板に前記感光剤に対して不感光の光を照射す
   る光照射手段と、 前記感光剤で反射された前記不感光の光を検出する検出
   手段と、 前記検出手段の検出結果に基づいて、前記露光中に前記
   駆動手段を制御して前記感光基板を前記投影光学系の結
   像位置に駆動すると共に、前記感光基板への露光量を制
   御する制御手段とを備えることを特徴とする露光装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の露光装置において、 前記制御手段は、前記感光剤の露光前後の反射率の差異
   に基づいて前記露光量を制御することを特徴とする露光
   装置。
8. 【請求項８】 請求項６記載の露光装置において、 前記制御手段は、前記感光剤の露光前後の反射率と、前
   記マスクの光透過部分と遮光部分の比率とに基づいて、
   前記光源の光量を制御することを特徴とする露光装置。