JPH10261577A

JPH10261577A - 露光量制御方法及び該方法を使用する走査型露光装置

Info

Publication number: JPH10261577A
Application number: JP9067740A
Authority: JP
Inventors: Masato Hamaya; 正人濱谷; Shigeru Hagiwara; 茂萩原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 1998-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】走査型露光装置で露光光の照度を制御してウ
エハに対する露光量を制御する場合に、その露光装置で
本来の露光動作とは別に露光用光源における電力と出力
光の照度との関係を計測するための動作を行うことな
く、その電力と出力光の照度との関係を正確に求める。【解決手段】露光用光源１からの露光光を高反射率の
ビームスプリッタ３を介して照度センサ８で直接検出す
る。ビームスプリッタ３で反射された露光光が、シャッ
タ４、フライアイレンズ９、及びコンデンサレンズ１４
等を介してレチクルＲを照明する。露光コントローラ２
６は、可変電源３１を介して露光用光源１に供給される
電力Ｅの設定値、及びこれに対応して照度センサ８で計
測される照度の組よりなる計測データを連続的に記憶
し、これらの計測データよりその電力Ｅと照度との関係
を更新していく。

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、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子又は薄膜磁気
ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程中で使用さ
れる露光装置で、基板に対する露光量を制御するための
露光量制御方法に関し、特にステップ・アンド・スキャ
ン方式の投影露光装置等の走査型露光装置に使用して好
適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、ステッパ
ーのような一括露光型の投影露光装置と共に、マスクと
してのレチクルとレジストが塗布されたウエハとを投影
光学系に対して同期して移動することによって、ウエハ
上の各ショット領域にレチクルのパターン像を露光する
ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置が使用
されつつある。ステップ・アンド・スキャン方式のよう
な走査露光型の投影露光装置（走査型露光装置）におい
ても、一括露光型と同様に、ウエハ上の各ショット領域
内の各点に対する露光量（積算露光エネルギー）を適正
範囲内に収めるための露光量制御機能が重要な機能の一
つである。

【０００３】これに関して、走査露光型での露光量は、
ウエハ上でのスリット状の露光領域（以下、「照野フィ
ールド」と呼ぶ）の走査方向の幅、及び露光光の像面照
度に比例し、ウエハの走査速度に反比例する。また、照
野フィールドの幅は通常は固定されているため、従来は
露光量制御シーケンスを簡素化するために、各ショット
領域への走査露光中はウエハの走査速度及び像面照度を
それぞれ一定にして、適正露光量に応じてその走査速度
又は像面照度を制御していた。

【０００４】例えば、露光光として超高圧水銀ランプの
ｉ線（波長３６５ｎｍ）等を使用する場合、露光用光源
としての水銀ランプはアーク揺らぎ等によって照度が揺
らぎ易いため、像面照度を正確に制御するために、従来
はシャッタ、及び照度分布均一化用のフライアイレンズ
の後の露光光の光路中にビームスプリッタを配置してい
た。そして、そのビームスプリッタで分岐した露光光の
一部を光電検出器としてのインテグレータセンサで受光
し、この検出信号を水銀ランプの電源にフィードバック
していた。この際に、水銀ランプでは、供給される電力
と出力光の照度との間には或る程度のリニアリティがあ
るため、その照度をその電力値で制御することが可能で
ある。

【０００５】これを利用して露光光の照度を所望の値に
設定するためには、水銀ランプに供給される電力と、こ
れに対応する露光光の像面照度との関係である制御特性
を予め求めておく必要がある。そのため従来は、例えば
露光動作間の投影露光装置のアイドリング（空運転）時
に、水銀ランプを所定の電力で点灯してインテグレータ
センサを介して露光光の照度を間接的に検出することに
よって、その制御特性を求めていた。その制御特性を１
次関数で表すと、極端な場合には、水銀ランプの最大出
力値と最小出力値との２点のみで計測を行うことによっ
て、その１次関数を決定できる。

【０００６】また、例えば高感度レジストを使用する際
には、水銀ランプの最小出力よりも更に照度を下げる必
要がある。そこで、より広いダイナミックレンジ（照度
の可変範囲）を得るために、水銀ランプへの電力による
照度調整だけでなく、ＮＤフィルタ等の減光部材を用い
て照度を複数段階で切り換えるようにしている。このよ
うに減光部材を使用する場合にも、従来は減光後の照度
をモニタするために、インテグレータセンサではその減
光部材を通過した後の露光光の照度をモニタしていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来の走査
露光型の投影露光装置では、シャッタ、減光部材、及び
フライアイレンズの後に配置されているインテグレータ
センサを用いて、投影露光装置のアイドリング時に露光
用光源への供給電力と露光光の照度との関係を計測し、
この関係に基づいて露光光の照度を制御することで、ウ
エハに対する露光量を制御していた。ところが、このよ
うな露光量制御方法には次のような不都合がある。

【０００８】先ず、露光用光源が水銀ランプである場
合、水銀ランプの出力は、その発光部である放電電極の
温度が電源電力に対応した或る程度の値で安定していな
い場合には不安定になる。そのため、水銀ランプの最大
出力、及び最小出力を計測しようとすると、その放電電
極の温度がそれぞれ安定するまで待つ必要がある。ま
た、水銀ランプの特性の経時変化を考慮すると、その出
力の計測はほぼ定期的に行う必要がある。しかしなが
ら、水銀ランプの放電電極の温度が安定するまでの間
は、その計測を正確に行うことができないため、定期的
にその計測を行うものとすると、計測に要する時間が長
くなり、全体としてのスループット（生産性）が悪化す
る。

【０００９】これに関して、そのスループットを向上さ
せるために、水銀ランプの出力計測の頻度を下げること
も考えられる。この場合に、水銀ランプの出力特性の経
時変化の影響を少なくするには、水銀ランプの電力制御
による照度の可変範囲（ダイナミックレンジ）を狭くす
る必要がある。即ち、水銀ランプの出力計測の頻度と、
照度のダイナミックレンジとはほぼ反比例する関係にあ
り、出力計測の頻度を少なくし過ぎると照度のダイナミ
ックレンジが狭くなるために、例えば高感度レジストに
露光を行うためには、ＮＤフィルタ等の減光部材で減光
率を大きくする必要が生ずる。従って、その減光部材の
機構が複雑化して、投影露光装置の製造コストが高くな
る恐れがある。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑み、走査型露光装置
で露光光の照度を制御してウエハに対する露光量を制御
する場合に、その露光装置で本来の露光動作とは別に露
光用光源における電力と出力光の照度との関係を計測す
るための動作を行うことなく、その電力と出力光の照度
との関係を正確に求めることができる露光量制御方法を
提供することを目的とする。更に本発明は、そのような
露光量制御方法を実施できる走査型露光装置を提供する
ことをも目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による露光量制御
方法は、マスク（Ｒ）及び基板（Ｗ）を同期して移動し
て、露光用光源（１）からの照明光で照明されたそのマ
スクのパターンをその基板上に転写する露光装置で、そ
の基板に対する露光量を制御するための露光量制御方法
において、露光用光源（１）に供給される駆動電力を検
出すると同時に、露光用光源（１）から出力される照明
光の照度を露光用光源（１）の直前で直接検出するモニ
タ動作を継続して行い、一連のそのモニタ動作によって
蓄積される計測データに基づいて、露光用光源（１）か
ら所望の照度の照明光を得るための駆動電力を設定する
ための制御特性（その照度からその駆動電力を求めるた
めの関数等）を更新し、このように更新された制御特性
に基づいて露光用光源（１）を駆動するものである。

【００１２】斯かる本発明によれば、例えば図４に示す
ように、露光動作を開始する前に露光用光源（１）の駆
動電力（Ｅ）を変えて出力光の照度（Ｐ）を計測して得
られる計測データ（３７Ａ，３７Ｂ）より、駆動電力
（Ｅ）と照度（Ｐ）との関係を示す一次関数（３７）を
決定し、その後の露光時にはその一次関数（３７）に基
づいて照度（Ｐ）の制御を行う。更に、実際の露光時に
は、露光用光源（１）の駆動電力（Ｅ）と出力光の照度
（Ｐ）とを同時に取り込むモニタ動作を繰り返して得ら
れる計測データ（３８Ａ，３８Ｂ，…）を加えて、最小
自乗法等の統計的手法でその駆動電力（Ｅ）と出力光の
照度（Ｐ）との関係を示す新たな一次関数（３８）を決
定し、この後はこの一次関数（３８）に基づいて照度を
制御する。従って、別に露光用光源（１）の特性計測の
ためのアイドリング動作等を実施する必要がなく、露光
装置を露光動作のみに使用できる。

【００１３】この場合、一連のそのモニタ動作によって
蓄積される計測データに基づいてその制御特性を更新す
る際に、新しく得られた計測データほど重く重み付けす
ることが望ましい。これによって、露光用光源（１）の
特性が次第に経時変化する場合でも、露光用光源（１）
の実際の制御特性により近い制御特性を求めることがで
きる。

【００１４】また、その基板に対する適正露光量が所定
の基準値より小さい範囲では、その基板の走査速度を最
大速度に設定した状態で露光用光源（１）の照明光の照
度を制御することで露光量制御を行い、その基板に対す
る適正露光量がその所定の基準値より大きい範囲では、
露光用光源（１）の照明光の照度を最大値に設定した状
態で、その基板の走査速度を制御することで露光量制御
を行うことが望ましい。これによって、基板の感度が異
なる場合にも、基板の走査速度が可能な限り速く設定で
きるため、露光工程のスループットが高まる。

【００１５】また、本発明による走査型露光装置は、マ
スク（Ｒ）及び基板（Ｗ）を同期して移動することによ
って、その基板上にそのマスクのパターンを転写する走
査型露光装置において、そのマスクを照明するための照
明光を発生する露光用光源（１）と、この露光用光源に
駆動電力を供給する駆動電源（３１）と、露光用光源
（１）から出力される照明光の照度をこの露光用光源の
直前で直接検出する光電検出器（８）と、駆動電源（３
１）から露光用光源（１）に供給される駆動電力と光電
検出器（８）で検出される照度とを対応させて継続して
記憶する記憶装置（３３）と、この記憶装置に蓄積され
る計測データに基づいて、露光用光源（１）から所望の
照度の照明光を得るための駆動電力を設定するための制
御特性を更新し、このように更新された制御特性に基づ
いて駆動電源（３１）から露光用光源（１）に供給され
る駆動電力を設定する露光量制御系（２６）と、を有す
るものである。

【００１６】斯かる本発明によれば、本発明の露光量制
御方法が実施できる。また、露光用光源（１）から出力
される照明光の照度をこの露光用光源の直前で直接検出
する光電検出器（８）とは、例えばシャッタや減光部材
が使用されている場合には、これらのシャッタや減光部
材を通過する前の照明光から分岐された光束を検出する
検出器である。

【００１７】

【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、露光用光源と
して超高圧水銀ランプを使用するステップ・アンド・ス
キャン方式の投影露光装置において、露光量制御を行う
場合に本発明を適用したものである。

【００１８】図１は本例の投影露光装置を示し、この図
１において、超高圧水銀ランプよりなる露光用光源１は
楕円鏡２の第１焦点付近に配置され、露光用光源１から
射出された照明光は、楕円鏡２で反射集光されて反射率
が大きく透過率が小さいビームスプリッタ３に入射す
る。そして、ビームスプリッタ３を透過した照明光ＩＬ
２は光電検出器よりなる照度センサ８に入射し、照度セ
ンサ８の検出信号ＰＳが露光コントローラ２６に供給さ
れている。

【００１９】また、ビームスプリッタ３で反射された照
明光の光路上で、楕円鏡２の第２焦点付近にシャッタ４
が配置され、シャッタ４の開閉動作は露光コントローラ
２６が駆動モータ４ａを介して行う。シャッタ４が開状
態では、ビームスプリッタ３で反射された照明光は、シ
ャッタ４の間を通過してインプットレンズ５を経て干渉
フィルタ６に入射し、干渉フィルタ６で例えばｉ線より
なる露光光ＩＬ１が選択される。このように選択された
露光光ＩＬ１は、減光部材としての可変ＮＤフィルタ板
７を通過してフライアイレンズ９に入射する。可変ＮＤ
フィルタ板７は、一例として回転板の周囲に等角度間隔
で、素通し（透過率１００％）の開口部、及び段階的に
透過率が変化する複数のＮＤフィルタを配置して形成さ
れ、露光コントローラ２６が駆動モータ７ａを介して可
変ＮＤフィルタ板７を回転することによって、露光光Ｉ
Ｌ１に対する透過率を段階的に所望の値に設定できるよ
うに構成されている。なお、本例では露光光ＩＬ１とし
て水銀ランプのｉ線が使用されているが、露光光ＩＬ１
としてはｇ線や他の放電ランプの輝線、又はＫｒＦエキ
シマレーザやＡｒＦエキシマレーザ等のエキシマレーザ
光等を使用してもよい。エキシマレーザ光のようなパル
ス光を使用する場合には、供給する電力（パルスエネル
ギー）の他に発振周波数等を制御してもよい。

【００２０】フライアイレンズ９の射出面には照明系の
開口絞り（所謂σ絞り）１０が配置され、その開口絞り
１０を通過した露光光ＩＬ１は、反射率が小さく透過率
の大きなビームスプリッタ１１に入射し、ビームスプリ
ッタ１１を透過した露光光ＩＬ１は、第１リレーレンズ
１２Ａを経て固定照野絞り（固定レチクルブラインド）
１３Ａの矩形の開口部を通過する。固定照野絞り１３Ａ
は、レチクルのパターン面に対する共役面の近傍に配置
されている。また、固定照野絞り１３Ａの近傍に走査方
向の位置及び幅が可変の開口部を有する可動照野絞り１
３Ｂも配置され、走査露光の開始時及び終了時にその可
動照野絞り１３Ｂを介して照野フィールドを更に制限す
ることによって、不要な部分の露光が防止されるように
なっている。

【００２１】固定照野絞り１３Ａ、及び可動照野絞り１
３Ｂを通過した露光光ＩＬ１は、第２リレーレンズ１２
Ｂ、及びコンデンサレンズ１４を経て、レチクルステー
ジ１５上に保持されたレチクルＲ上の矩形の照明領域３
２Ｒを均一な照度分布で照明する。レチクルＲ上の照明
領域３２Ｒ内のパターンを投影光学系ＰＬを介して投影
倍率β（βは例えば１／４，１／５等）で縮小した像
が、フォトレジストが塗布されたウエハＷ上の照野フィ
ールド３２Ｗに投影露光される。以下、投影光学系ＰＬ
の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、その光軸ＡＸに垂直な
平面内で照明領域３２Ｒ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Ｙ方向、その走査
方向に垂直な非走査方向をＸ方向として説明する。

【００２２】このとき、レチクルステージ１５はレチク
ルステージ駆動部１８によりＹ方向に連続移動される。
レチクルステージ１５上の移動鏡、及び外部のレーザ干
渉計１６により計測されるレチクルステージ１５の位置
が装置全体の動作を統轄制御する主制御系１７に供給さ
れ、主制御系１７は供給された位置に基づいてレチクル
ステージ駆動部１８を介して、レチクルステージ１５の
位置及び速度を制御する。

【００２３】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１９上に載置され、Ｚチルト
ステージ１９はＸＹステージ２０上に載置されている。
ＸＹステージ２０は、Ｘ方向、Ｙ方向にウエハＷ（Ｚチ
ルトステージ）の位置決めを行うと共に、Ｙ方向にウエ
ハＷを連続移動する。また、Ｚチルトステージ１９は、
ウエハＷのＺ方向の位置（フォーカス位置）を調整する
と共に、ＸＹ平面に対するウエハＷの傾斜角を調整する
機能を有する。Ｚチルトステージ１９上に固定された移
動鏡、及び外部のレーザ干渉計２２により計測されるＸ
Ｙステージ２０（ウエハＷ）の位置が主制御系１７に供
給され、主制御系１７は供給された位置に基づいてウエ
ハステージ駆動部２３を介してＸＹステージ２０の位
置、及び速度を制御する。Ｚチルトステージ１９、及び
ＸＹステージ２０よりウエハステージが構成されてい
る。

【００２４】そして、走査露光時には、投影光学系ＰＬ
の投影倍率βを用いて、レチクルＲがレチクルステージ
１５を介して＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度Ｖ_Rで走
査されるのに同期して、ＸＹステージ２０を介してウエ
ハＷは照野フィールド３２Ｗに対して−Ｙ方向（又は＋
Ｙ方向）に速度Ｖ（＝β・Ｖ_R)で走査される。更に、主
制御系１７は、ステージ系の動作情報に同期して可動照
野絞り１３Ｂの開閉動作を制御する。

【００２５】また、Ｚチルトステージ１９上のウエハＷ
の近傍に光電変換素子からなる照射量モニタ２１が設置
され、照射量モニタ２１の受光面はウエハＷの表面と同
じ高さに設定されている。照射量モニタ２１の検出信号
も露光コントローラ２６に供給されている。露光コント
ローラ２６には、各種データを記憶するための磁気ディ
スク装置等の記憶装置３３も接続されている。

【００２６】露光用照明系に戻り、ビームスプリッタ１
１で反射された露光光ＩＬ１は、集光レンズ２４を介し
て光電変換素子よりなるインテグレータセンサ２５で受
光され、インテグレータセンサ２５の検出信号ＤＳも露
光コントローラ２６に供給されている。この場合、予め
照射量モニタ２１を照野フィールド３２Ｗ内に配置し
て、可変ＮＤフィルタ板７の透過率を１００％に設定
し、且つ開口絞り１０の開口を標準的な開口に設定した
状態で、照度センサ８の検出信号ＰＳ、及び照射量モニ
タ２１の検出信号を取り込むことで、照度センサ８の検
出信号ＰＳより投影光学系ＰＬの像面（ウエハＷの表
面）での露光光ＩＬ１の照度Ｐを算出するための変換係
数ｋ１が求められている。露光コントローラ２６は、照
度センサ８の検出信号ＰＳにその変換係数ｋ１を乗じる
ことで、露光用光源１から射出されて減光されていない
状態での露光光ＩＬ１の像面での照度Ｐを算出する。こ
のように算出される照度Ｐを照度センサ８で計測される
照度とみなす。

【００２７】また、可変ＮＤフィルタ板７の各ＮＤフィ
ルタを順次選択した場合の照射量モニタ２１の検出信号
を比較することによって、各ＮＤフィルタの透過率ＴＮ
Ｄｉ（ｉ＝１，２，…）が求められて露光コントローラ
２６内に記憶されると共に、開口絞り１０の開口形状を
変えた場合についても照射量モニタ２１の検出信号を比
較することによって、その開口形状に応じた開口率ＴＡ
Ｐが求められて記憶されている。この場合、先ず、照度
センサ８を介して検出される照度Ｐに、それらの透過率
ＴＮＤｉ及び開口率ＴＡＰを乗じて得られる像面の照度
ＰＩが所定の目標値ＰＩ^*となるように、露光コントロ
ーラ２６は可変電源３１を介して露光用光源１の電力Ｅ
の初期値を設定する。

【００２８】更に、予めインテグレータセンサ２５の検
出信号ＤＳ、及び照射量モニタ２１の検出信号を取り込
むことで、インテグレータセンサ２５の検出信号ＤＳよ
り投影光学系ＰＬの像面での露光光ＩＬ１の実際の照度
ＰＩを算出するための変換係数ｋ２が求められている。
露光コントローラ２６は、インテグレータセンサ２５の
検出信号ＤＳにその変換係数ｋ２を乗じることで、ウエ
ハＷの表面での減光後の露光光ＩＬ１の実際の照度ＰＩ
を算出し、走査露光中にはその照度ＰＩが所定の目標値
ＰＩ^*に維持されるように、可変電源３１から露光用光
源１に供給される電力Ｅの照射値を補正する。即ち、本
例では走査露光中のウエハＷ上での露光光ＩＬ１の照度
ＰＩは、最終的にインテグレータセンサ２５の検出信号
ＤＳをフィードバックすることによって高精度に所定値
になるように制御されている。これを「定照度制御」と
呼ぶ。ところが、インテグレータセンサ２５は、例えば
ウエハステージが次の露光対象のショット領域を走査露
光開始点に設定するためにステッピングしている期間等
において、シャッタ４が閉じている期間では、露光光を
検出できないために、インテグレータセンサ２５の検出
信号ＤＳのみに基づいて可変電源３１の動作を制御しよ
うとすると、断続的に露光用光源１の出力が不安定にな
る恐れがある。

【００２９】これに対して、照度センサ８はシャッタ４
には影響されないように露光用光源１の直後で、且つ直
接照明光ＩＬ２を検出しているため、照度センサ８の検
出信号ＰＳを取り込むことによって、シャッタ４が閉じ
ている期間でも正確に照明光ＩＬ２の照度、ひいては減
光が行われていない状態での像面照度ＰＩを正確にモニ
タできる。従って、照度センサ８で計測される照度Ｐが
所定の目標値となるように可変電源３１からの電力Ｅの
値を設定しておくことで、シャッタ４が閉じている期間
でも露光用光源１の出力を安定に維持することができ
る。

【００３０】次に、本例のステップ・アンド・スキャン
方式の投影露光装置における露光量制御動作につき、図
２〜図４を参照して説明する。先ず、走査露光時に図１
のウエハＷ上の各点に与えるべき目標露光量（目標積算
露光エネルギー）をＤ、露光光ＩＬ１の像面（ウエハＷ
の表面）での照度をＰＩとする。目標露光量Ｄは、ウエ
ハＷ上のフォトレジストの感度に応じて設定され、低感
度レジストでは目標露光量Ｄは大きくなり、高感度レジ
ストでは目標露光量Ｄは小さくなる。また、図２に示す
ように、ウエハＷ上の露光対象のショット領域３４を照
野フィールド３２Ｗに対して走査速度Ｖで移動して露光
を行うものとして、照野フィールド３２Ｗの走査方向
（Ｙ方向）の幅をＨとすると、露光量制御が高精度に行
われている状態では、その目標露光量Ｄは次のように表
される。即ち、露光量は像面の照度ＰＩ、及び照野フィ
ールド３２Ｗの幅Ｈにそれぞれ比例し、走査速度Ｖに反
比例する。

【００３１】Ｄ＝ＰＩ・Ｈ／Ｖ（１）従って、照野フィールド３２Ｗの幅Ｈは固定されている
ものとすると、ウエハＷに対する目標露光量Ｄに応じ
て、像面での照度ＰＩ若しくは走査速度Ｖ、又はそれら
の両方を制御する必要がある。これに関して、図１の投
影露光装置において、投影倍率βは１／４，１／５等で
あるため、例えばレチクルステージ１５の最高走査速度
によって、ウエハステージのＸＹステージ２０の最高走
査速度Ｖ_ma _xが決定される。更に、露光用光源１の出力
の最大値によって像面の照度ＰＩの最大値Ｐ_maxも決定
される。開口絞り１０が標準開口であるとして、この最
大値Ｐ_maxは、可変ＮＤフィルタ板７の透過率ＴＮＤｉ
を１００％に設定した場合に照度センサ８で検出される
照度Ｐの最大値でもある。この場合、スループットを高
めるためには、走査速度Ｖはできるだけ最高走査速度Ｖ
_maxに設定することが望ましい。また、最高走査速度Ｖ
_maxに設定した状態で得られる目標露光量Ｄの最大値
（以下、「基準露光量」と呼ぶ）Ｄ_thは、次のようにな
る。

【００３２】Ｄ_th＝Ｐ_max・Ｈ／Ｖ_max （２）そこで、本例では目標露光量Ｄが（２）式で定まる基準
露光量Ｄ_th以下であるときには、走査速度Ｖを最高走査
速度Ｖ_maxに設定して、（１）式より像面の照度ＰＩを
最大値Ｐ_maxから次第に下げることによって所望の露光
量を得るようにする。一方、目標露光量Ｄがその基準露
光量Ｄ_thよりも大きいときには、像面の照度ＰＩを最大
値Ｐ_maxに設定して、走査速度Ｖを最高走査速度Ｖ_max
より小さくすることによって所望の露光量を得るように
する。この露光量制御を図示すると図３のようになる。

【００３３】図３の実線の曲線３５及び点線の折れ線３
６は、それぞれ（１）式に基づいて定まる目標露光量Ｄ
と走査速度Ｖ及び像面の照度ＰＩとの関係を示し、この
図３において、横軸は目標露光量Ｄであり、縦軸は走査
速度Ｖ及び像面の照度ＰＩを表している。そして、目標
露光量Ｄが基準露光量Ｄ_thであるときには、走査速度Ｖ
及び像面の照度ＰＩはそれぞれ最高走査速度Ｖ_max及び
最大値Ｐ_maxに設定され、Ｄ＜Ｄ_thの範囲では、折れ線
３６で示すように像面の照度ＰＩが最大値Ｐ_ma _xより小
さく設定され、Ｄ＞Ｄ_thの範囲では、曲線３５で示すよ
うに走査速度Ｖが最高走査速度Ｖ_maxより小さく設定さ
れる。

【００３４】このような露光量制御を行うに際して、
（２）式の基準露光量Ｄ_thを設定するためには、像面の
照度ＰＩの最大値Ｐ_maxを正確に決定する必要がある。
更に、目標露光量Ｄが基準露光量Ｄ_thより小さいときに
は、像面の照度ＰＩを正確に制御する必要がある。ま
た、像面の照度ＰＩは、図１の照度センサ８で計測され
る照度Ｐ、及び可変ＮＤフィルタ板７における透過率Ｔ
ＮＤｉ（％）を用いて次のように表される。

【００３５】ＰＩ＝Ｐ・ＴＮＤｉ／１００（３）但し、その透過率ＴＮＤｉは離散的であるため、最終的
に照度センサ８で計測される照度Ｐが（１）式及び
（３）式を満たすように、その照度Ｐを所定範囲内で連
続的に制御する必要がある。以下では、図１の可変電源
３１を介して露光用光源１の出力を制御することによっ
て、照度センサ８を介して検出される照度Ｐを所望の値
に設定する方法につき説明する。先ず、図１において、
露光用光源１を交換したばかりの初期設定時には、露光
コントローラ２６は可変電源３１を介して露光用光源１
に供給される電力Ｅを、順次調整可能範囲の最大値Ｅ
_maxより僅かに小さい値、及び最小値Ｅ _minより僅かに
大きい値に設定する。この際に、それぞれの電力設定値
において、水銀ランプの放電電極の温度が十分に安定す
るまで待つようにし、且つそれぞれの電力設定値におい
て、照明光ＩＬ２の照度揺らぎが十分に相殺できるよう
に照度センサ８を介して照度Ｐを繰り返して計測して、
計測結果を平均化する。

【００３６】図４の計測データ３７Ａ，３７Ｂは、その
ように初期設定時に計測された電力Ｅと照度Ｐとの組の
計測データを示し、この図４において、横軸は露光用光
源１に供給される電力Ｅであり、縦軸は照度センサ８で
計測される照度Ｐ、即ち減光されていない状態で像面上
で計測される露光光ＩＬ１の照度ＰＩである。この場
合、露光コントローラ２６は、計測データ３７Ａ及び３
７Ｂを通る制御直線３７のオフセットｂ、及び傾きａを
決定する。これによって、照度Ｐは電力Ｅの１次関数と
して次のように表される。

【００３７】Ｐ＝ａ・Ｅ＋ｂ（４）また、（４）式を電力Ｅについて解くと次のようにな
る。Ｅ＝（Ｐ−ｂ）／ａ（５）この（５）式が、露光用光源１からの出力光の照度を所
望の照度Ｐに設定するための電力Ｅを決定する制御関係
式の初期値である。なお、電力Ｅの設定値を異なる３個
以上の値にして、（４）式の代わりに２次以上の高次関
数を使用し、それに基づいて（５）式の代わりに高次の
制御関係式を用いてもよい。また、（４）式で電力Ｅと
して最大値Ｅ_max及び最小値Ｅ_minを順次代入すること
によって、照度Ｐの最大値Ｐ_max及び最小値Ｐ_minは次
のように決定される。

【００３８】Ｐ_max＝ａ・Ｅ_max＋ｂ（６）Ｐ_min＝ａ・Ｅ_min＋ｂ（７）その後、走査露光を行う前に、露光コントローラ２６は
（６）式の照度Ｐの最大値Ｐ_maxを（２）式に代入して
基準露光量Ｄ_thを算出し、目標露光量Ｄがこの基準露光
量Ｄ_thより大きい範囲では、露光用光源１に供給される
電力Ｅを最大値Ｅ_maxに設定し（照度Ｐは最大値Ｐ_max
に設定される）、可変ＮＤフィルタ板７での透過率ＴＮ
Ｄｉを１００％に設定して、（１）式、（３）式を満た
す走査速度Ｖを決定する。この走査速度Ｖは主制御系１
７に供給され、主制御系１７ではウエハステージの走査
速度がその速度Ｖになるように走査露光を行う。また、
この走査露光時の像面での照度ＰＩがその最大値Ｐ_max
に維持されるように、インテグレータセンサ２５の検出
信号ＤＳに基づいて可変電源３１の動作が補正される。

【００３９】一方、目標露光量Ｄがその基準露光量Ｄ_th
以下である範囲では、先ず可変ＮＤフィルタ板７の透過
率ＴＮＤｉが１００％に設定される。そして、露光コン
トローラ２６は、（１）式及び（３）式を満たす照度Ｐ
を決定し、この照度Ｐが（６）式、（７）式の最大値Ｐ
_max及び最小値Ｐ_minの間にあるかどうかを判定する。
そして、その照度Ｐが最大値Ｐ_max及び最小値Ｐ_minの
間に無い場合には、その照度Ｐが最大値Ｐ_max及び最小
値Ｐ_minの間になるように可変ＮＤフィルタ板７での透
過率ＴＮＤｉが選択される。そして、そのように決定さ
れた照度Ｐを（５）式に代入することによって、露光用
光源１に供給される電力Ｅの初期値が求められ、この電
力Ｅが可変電源３１を介して露光用光源１に供給され
る。その後、ウエハステージを最大走査速度Ｖ_maxで走
査すると共に、像面の照度ＰＩが（３）式の値に維持さ
れるように、インテグレータセンサ２５の検出信号ＤＳ
に基づいて可変電源３１の動作が補正される。

【００４０】このような走査露光を継続して行う過程
で、露光用光源１の経時変化による照度劣化によって、
同じ電力Ｅに対して得られる照度Ｐは次第に低下する。
即ち、図４の制御直線３７は次第に電力Ｅと照度Ｐとの
関係を正確に表さないものとなるため、本例では実際の
走査露光時の電力Ｅ及び照度Ｐの計測データに基づい
て、その制御直線３７のキャリブレーションを行う。即
ち、図１において、露光コントローラ２６は所定のサン
プリングレートで、可変電源３１で設定される電力Ｅと
照度センサ８の検出信号ＰＳとを同時に取り込み、その
電力Ｅとその検出信号ＰＳから換算される照度Ｐとを１
組の計測データとして順次記憶装置３３に記憶する。そ
して、このように新たに記憶される計測データの組が所
定のＮ組（Ｎは２以上の整数）に達したときには、露光
コントローラ２６は図４の制御直線３７のキャリブレー
ションを行う。

【００４１】具体的に、図４において、新たに記憶され
た計測データの組（電力Ｅ及び照度Ｐの組）を計測デー
タ３８₁，３８₂，…，３８_Nとすると、露光コントロ
ーラ２６は、初期設定時の計測データ３７Ａ，３７Ｂ、
及び追加された計測データ３８₁，…，３８_Nを用いて
例えば最小自乗法によって、それらの計測データに最も
良く当てはまる制御直線３８のオフセットｂ’及び傾き
ａ’を決定する。そして、これ以後は、（６）式の係数
ａ，ｂを新たに決定された傾きａ’，オフセットｂ’で
置き換えた式によって照度Ｐの最大値Ｐ_maxを決定し、
（５）式の係数ａ，ｂを新たに決定された傾きａ’，オ
フセットｂ’で置き換えた制御関係式によって、所望の
照度Ｐを得るための露光用光源１に対する電力Ｅの初期
値を設定する。

【００４２】更に、その後も露光用光源１の経時変化に
対応するため、露光コントローラ２６は、所定のサンプ
リングレートで可変電源３１で設定される電力Ｅと照度
センサ８の検出信号ＰＳとを同時に取り込み、その電力
Ｅとその検出信号ＰＳから換算される照度Ｐとを１組の
計測データとして順次記憶装置３３に記憶する。そし
て、再びこのように記憶される計測データの組がＮ組に
達したときには、露光コントローラ２６は図４の制御直
線３８のキャリブレーションを行う。但し、記憶装置３
３の記憶容量によって、その記憶装置３３に記憶できる
計測データの組の個数にはＮ_maxの上限があり、記憶さ
れる計測データの組がＮ_maxを超える場合には、順次古
い計測データが廃棄される。その上限Ｎ_maxと、計測デ
ータのサンプリング周期との積が、その計測データを蓄
積できる期間となるため、この期間が露光用光源１の経
時変化の時定数に応じた値となるように、そのサンプリ
ング周期が設定されている。

【００４３】そして、図４において、更に記憶された計
測データの組（電力Ｅ，照度Ｐ）を計測データ３９₁，
３９₂，…，３９_Nとして、過去に記憶された計測デー
タの組数がＮ_maxを超えているものとすると、露光コン
トローラ２６は、記憶装置３３に記憶されているＮ_max
個の計測データの組に最も良く当てはまる制御直線３９
のオフセットｂ”及び傾きａ”を決定する。そして、こ
れらの傾きａ”、及びオフセットｂ”で（４）式、
（５）式等を更新して得られる制御関係式等に基づいて
露光量制御が行われ、以下同様にして定期的にその制御
関係式等が更新されていく。

【００４４】上述のように本例によれば、走査露光中に
所定のサンプリングレートで露光用光源１における電力
Ｅと出力光の照度Ｐとの組が計測されて蓄積され、この
蓄積結果よりその電力Ｅと照度Ｐとの関係を表す制御関
係式等のキャリブレーションが行われる。従って、別途
その露光用光源１の特性を計測するためのアイドリング
時間等を設けることなく、即ち露光工程のスループット
を低下させることなくその制御関係式等のキャリブレー
ションを行うことができる。また、図４における照度Ｐ
の可変範囲（ダイナミックレンジ）を広くした場合で
も、正確に所望の照度Ｐに設定できるため、可変ＮＤフ
ィルタ板７で設定できる透過率の種類を少なくすること
ができ、減光部材の構成を簡素化できる。

【００４５】また、本例では露光用光源１の出力光の照
度Ｐを、シャッタ４を通過しない光路上に配置された照
度センサ８を介して直接検出しているため、シャッタ４
の開閉に関係なく随時その露光用光源１の電力Ｅと出力
光の照度Ｐとを取り込める利点もある。なお、上述の実
施の形態では、計測データの組は同等に扱われている
が、露光用光源１が経時変化しているため、最新の計測
データほど正確に露光用光源１の特性を反映していると
みなすことができる。そこで、最新の計測データほど重
い重みを付けて図４の制御直線３７，３８，３９等のキ
ャリブレーションを行うようにしてもよい。このために
は、最小自乗法で例えば図４の制御直線３９のオフセッ
トや傾きを求める際に、一例として最新のＮ個の計測デ
ータの組の残留誤差成分に対して１よりも大きい重みを
付し、その前の計測データの組の残留誤差成分に対して
は重み１を付すことが考えられる。また、照度センサ８
の計測誤差等の影響を軽減するために、得られた計測デ
ータを所定の複数個を単位として平均化し、この平均値
を１つの計測データの組とみなすようにしてもよい。

【００４６】また、上述の実施の形態では、所定のサン
プリングレートで露光用光源１に供給される電力Ｅと出
力光の照度Ｐとの組を取り込んでいるが、それ以外に例
えば、目標露光量が異なるフォトレジストに露光を行う
ために、露光用光源１に供給する電力Ｅを段階的に変化
させたような場合に、それぞれ可変電源３１で設定され
る電力Ｅと照度センサ８で検出される照度Ｐとの組を取
り込むようにしてもよい。

【００４７】また、上述の実施の形態では、照度センサ
８には常時露光用光源１からの照明光ＩＬ２が照射され
ているため、照度センサ８の感度の経年変化が生ずる恐
れがある。そこで、照度センサ８の感度のキャリブレー
ションを例えばインテグレータセンサ２５を用いて定期
的に行うことが望ましい。そのためには一例として、可
変ＮＤフィルタ板７の透過率を１００％に設定して両セ
ンサ８，２５の出力を比較する特別の較正シーケンスを
設定してもよいが、通常の露光シーケンス中で可変ＮＤ
フィルタ板７の透過率が１００％に設定されたときの両
センサ８，２５の出力を比較してもよい。

【００４８】このように、本発明は上述の実施の形態に
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。

【００４９】

【発明の効果】本発明の露光量制御方法によれば、実際
の露光動作中に露光用光源に供給される電力と出力光の
照度との計測データを蓄積し、このように蓄積された計
測データより制御特性を更新しているため、走査型露光
装置で露光光の照度を制御して基板（ウエハ）に対する
露光量を制御する場合に、その露光装置で本来の露光動
作とは別に露光用光源における電力と出力光の照度との
関係を計測する動作を行うことなく、その電力と出力光
の照度との関係を正確に求めることができる。従って、
露光工程のスループットを向上できると共に、その露光
量制御を高精度に行うことができる利点がある。

【００５０】また、一連のモニタ動作によって蓄積され
る計測データに基づいてその制御特性を更新する際に、
新しく得られた計測データほど重く重み付けする場合に
は、露光用光源の特性が経時変化する場合でも実際の制
御特性により近い制御特性を求めることができ、露光量
制御をより高精度に行うことができる。また、その基板
に対する適正露光量が所定の基準値より小さい範囲で
は、その基板の走査速度を最大速度に設定した状態でそ
の露光用光源の照明光の照度を制御することで露光量制
御を行い、その基板に対する適正露光量がその所定の基
準値より大きい範囲では、その露光用光源の照明光の照
度を最大値に設定した状態で、その基板の走査速度を制
御することで露光量制御を行う場合には、その基板の走
査速度を可能な限り速くできるため、露光工程のスルー
プットが最も高くなる。

【００５１】また、本発明の走査型露光装置によれば、
本発明の露光量制御方法が実施できる。この際に、露光
用光源の直前で直接その露光用光源の出力光の照度を検
出する光電検出器が設けられているため、例えばシャッ
タが設けられている場合にこのシャッタで露光光を遮断
するような場合でも、その露光用光源の特性を計測でき
ると共に、シャッタで露光光の遮断を行うような場合で
もその露光用光源の出力を安定に制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例で使用されるステッ
プ・アンド・スキャン方式の投影露光装置を示す構成図
である。

【図２】図１の投影露光装置による走査露光動作の説明
図である。

【図３】その実施の形態の一例における目標露光量Ｄ
と、走査速度Ｖ及び像面の照度ＰＩとの関係を示す図で
ある。

【図４】その実施の形態の一例において、所定のサンプ
リングレートで計測される露光用光源に対する電力Ｅと
出力光の照度Ｐとの組よりなる一連の計測データを示す
図である。

【符号の説明】

１露光用光源４シャッタ７可変ＮＤフィルタ板８照度センサ９フライアイレンズ１１ビームスプリッタ１４コンデンサレンズＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ１７主制御系１９Ｚチルトステージ２０ＸＹステージ２５インテグレータセンサ２６露光コントローラ３１可変電源３３記憶装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク及び基板を同期して移動して、露
光用光源からの照明光で照明された前記マスクのパター
ンを前記基板上に転写する露光装置で、前記基板に対す
る露光量を制御するための露光量制御方法において、前記露光用光源に供給される駆動電力を検出すると同時
に、前記露光用光源から出力される照明光の照度を前記
露光用光源の直前で直接検出するモニタ動作を継続して
行い、一連の前記モニタ動作によって蓄積される計測データに
基づいて、前記露光用光源から所望の照度の照明光を得
るための駆動電力を設定するための制御特性を更新し、該更新された制御特性に基づいて前記露光用光源を駆動
することを特徴とする露光量制御方法。
【請求項２】請求項１記載の露光量制御方法であっ
て、一連の前記モニタ動作によって蓄積される計測データに
基づいて前記制御特性を更新する際に、新しく得られた
計測データほど重く重み付けすることを特徴とする露光
量制御方法。
【請求項３】請求項１、又は２記載の露光量制御方法
であって、前記基板に対する適正露光量が所定の基準値より小さい
範囲では、前記基板の走査速度を最大速度に設定した状
態で前記露光用光源の照明光の照度を制御することで露
光量制御を行い、前記基板に対する適正露光量が前記所定の基準値より大
きい範囲では、前記露光用光源の照明光の照度を最大値
に設定した状態で、前記基板の走査速度を制御すること
で露光量制御を行うことを特徴とする露光量制御方法。
【請求項４】マスク及び基板を同期して移動すること
によって、前記基板上に前記マスクのパターンを転写す
る走査型露光装置において、前記マスクを照明するための照明光を発生する露光用光
源と、該露光用光源に駆動電力を供給する駆動電源と、前記露光用光源から出力される照明光の照度を前記露光
用光源の直前で直接検出する光電検出器と、前記駆動電源から前記露光用光源に供給される駆動電力
と前記光電検出器で検出される照度とを対応させて継続
して記憶する記憶装置と、該記憶装置に蓄積される計測データに基づいて、前記露
光用光源から所望の照度の照明光を得るための駆動電力
を設定するための制御特性を更新し、該更新された制御
特性に基づいて前記駆動電源から前記露光用光源に供給
される駆動電力を設定する露光量制御系と、を有するこ
とを特徴とする走査型露光装置。