JPH10284371A

JPH10284371A - 露光方法及び装置

Info

Publication number: JPH10284371A
Application number: JP9085140A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Yasuda; 雅彦安田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-04-03
Filing date: 1997-04-03
Publication date: 1998-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハ等の基板に対する必要な積算露光量
（ドーズ）が小さくなった場合でも、結像性能を悪化さ
せることなく、高精度に積算露光量を制御する。【解決手段】露光光源１からの照明光を照明シャッタ
３等を介してフライアイレンズ１０に照射し、フライア
イレンズ１０からの露光光を可変視野絞り１６、コンデ
ンサレンズ２２等を介してレチクルＲのパターン面Ｐ１
に導き、レチクルＲのパターンの像を投影光学系ＰＬを
介してウエハＷ上に転写する。可変視野絞り１６の配置
面、即ちウエハＷの表面と共役な面の近傍に開口１９を
走査する像面シャッタ２０を配置し、照明シャッタ３を
開いた状態で、開口１９を走査すると共に、開口１９の
幅、又は走査速度の少なくとも一方を制御して積算露光
量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体集積
回路、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でマスクパターンをウエハ等の
基板上に転写するために使用される露光方法及び露光装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路等を製造する際に、マス
クとしてのレチクルのパターンを投影光学系を介して、
フォトレジスト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転写する一括露光型の投影
露光装置（ステッパ等）、又はレチクルのパターンをウ
エハ上に直接転写するプロキシミティ方式等の一括露光
型の露光装置が使用されている。一般にフォトレジスト
には適正露光量が定められているため、従来の一括露光
型の露光装置においては、露光光源の直後に設けられた
シャッタを用いて露光光の開閉を行うことによって、ウ
エハ上の各ショット領域に対する露光量が許容範囲内に
収まるように制御していた。

【０００３】また、従来のシャッタは、複数枚のシャッ
タ羽根を回転させて露光光の光路を順次開放及び遮断す
ることによって、露光光の照射時間を制御している。図
６は、従来のシャッタを用いて露光量を制御する場合
の、ウエハの表面（ウエハ面）の一点での露光光の照度
変化を示し、この図６において、横軸は露光開始からの
時間Ｔ、縦軸は照度Ｅである。露光開始から時間を追っ
てみると、シャッタが徐々に開いていくにつれて、ウエ
ハ面での照度Ｅは右上がりに大きくなり、シャッタが完
全に開いた瞬間から照度Ｅは一定の値を保つ。そして、
或る時間が経過した後にシャッタが閉じられるが、シャ
ッタの動きに合わせてウエハ面での照度Ｅは右下がりに
小さくなっていき、シャッタが完全に閉じた瞬間にウエ
ハ面での照度Ｅは０になる。

【０００４】即ち、照度変化は時間Ｔに関して台形状に
なり、右上がりの部分及び右下がりの部分はシャッタの
駆動（即ち、シャッタを開き始めてから完全に開くま
で、又はシャッタを閉じ始めてから完全に閉じるまで）
に要する時間で、シャッタ時間ＴＳと呼ばれる。また、
ウエハ面での照度Ｅを時間Ｔで積分した値、即ち図６中
の斜線部５１の面積は「積算露光量」と呼ばれ、ウエハ
の単位面積当たりに照射される露光光のエネルギの総量
を示している。

【０００５】そして、ウエハに対する露光量は、露光時
間又は積算露光量で制御される。前者では、露光時間Ｔ
Ｅ（シャッタを開き始めてからシャッタを閉じ終わるま
での時間から、例えば開き始めのシャッタ時間ＴＳを差
し引いた時間）が設定された値に保たれるようにシャッ
タが制御される。この場合、図６において、ウエハ面で
の照度の最大値をＥ_maxとすると、このＥ_maxに露光時
間ＴＥを乗じて得られる積算露光量は図６の点線で囲ま
れた領域５２となり、この領域５２の面積は台形状の斜
線部５１の面積と等しくなる。従って、予めその照度の
最大値Ｅ_maxを計測しておけば、必要な積算露光量をそ
の最大値Ｅ_maxで除算することによって、露光時間ＴＥ
の目標値が算出できる。この制御方法では、露光光源の
出力の揺らぎ等によってウエハ面での照度が変化する
と、露光時間ＴＥとウエハ面の照度の最大値Ｅ_maxとの
積で表される積算露光量は、各ショット領域で必ずしも
一定にはならない恐れがある。

【０００６】また、積算露光量の制御を行う場合には、
露光光から分岐した光束を受光するインテグレータセン
サを用いて、ウエハ面における積算露光量が間接的にモ
ニタされ、このモニタ結果に基づいて、各ショット領域
での積算露光量が設定された値に保たれるようにシャッ
タが制御される。この制御方法では、ウエハ面での照度
が変化すると、露光時間は各ショット領域で必ずしも一
定にはならない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来の一括
露光型の露光装置では、シャッタによって露光光を開閉
することで露光量を制御していた。これに関して、最近
では、露光光源として高輝度ランプを使用することによ
ってウエハ面での照度が向上していると共に、フォトレ
ジストの高感度化により、個々のチップパターンを形成
するのに必要な単位面積当たりの露光エネルギである積
算露光量（以下、「ドーズ」とも呼ぶ）は減少する傾向
にあるといってよい。従って、そのドーズをウエハ面で
の照度で除算して得られる露光時間は次第に短縮される
傾向にある。

【０００８】しかしながら、図６より分かるように、露
光時間ＴＥが次第に短縮されて、シャッタ時間ＴＳより
も短くなった場合には、シャッタを完全に開いた状態に
してからすぐに閉じ始めたとしても露光オーバになって
しまい、露光量の正確な制御ができなくなるという不都
合がある。この回避策として、シャッタが完全に開く前
にシャッタ羽根を逆回転させて閉じれば積算露光量はい
くらでも小さくできるが、この方法では照明光学系にお
ける露光光の光路の一部だけを切り出して使うことにな
り、照明むら（照度分布の不均一性）やテレセントリッ
ク性の悪化等の結像性能上の問題が生じる。

【０００９】また、露光時間ＴＥに応じてシャッタ時間
ＴＳを短縮するために、シャッタ羽根の回転速度を速く
することも考えられるが、この方法でも一定のシャッタ
時間が必要であることに違いはなく、更にドーズが小さ
くなれば同じ不都合が生じる。本発明は斯かる点に鑑
み、露光光の照度が大きくなるか、又はウエハ等の基板
に対する必要な積算露光量（ドーズ）が小さくなった場
合でも、結像性能を悪化させることなく、その基板に対
する積算露光量を高精度に適正範囲に制御できる露光方
法を提供することを目的とする。更に本発明は、そのよ
うな露光方法を使用できる露光装置を提供することをも
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による露光方法
は、所定の露光光のもとでマスク（Ｒ）上のパターンを
基板（Ｗ）上に転写する露光方法において、基板（Ｗ）
の表面の近傍、又はその表面に対する光学的な共役面若
しくはこの近傍でその露光光の光路を横切るように所定
幅の開口（１９）を走査すると共に、開口（１９）の走
査方向の幅、又は開口（１９）の走査速度の少なくとも
一方を制御することによって、基板（Ｗ）に対するその
露光光の露光量を制御するものである。

【００１１】斯かる本発明によれば、その開口（１９）
のその基板表面への像の走査方向の幅（スリット幅）を
Ｓ_W、その開口の像の走査速度をＶ_W、その露光光の基
板表面での照度をＥ₀とすると、その基板上の各点での
積算露光量Ｄ₀は、次のようになる。Ｄ₀＝Ｅ₀・Ｓ_W／Ｖ_W （１）即ち、露光光の照度Ｅ₀、スリット幅Ｓ_W、若しくは走
査速度Ｖ_Wの何れか、又は全部を制御することで積算露
光量Ｄ₀を決定できる。この場合、スリット幅Ｓ_Wはい
くらでも狭く絞れるため、照度Ｅ₀がどのように大きい
場合でも、又は必要な積算露光量がどのように小さい場
合でも、それに応じてスリット幅Ｓ_Wを狭くすることに
よって、適正な積算露光量が得られる。この際に、その
開口（１９）は基板の表面、又はこの共役面の近傍を移
動するため、照明光学系内での露光光の光束は特に制限
されないため、結像性能が劣化することはない。

【００１２】また、開口（１９）の走査方向の位置によ
って、スリット幅Ｓ_W、若しくは走査速度Ｖ_Wの何れか
（又は両方）を制御することで、基板上の位置によって
積算露光量を変化させることができる。また、本発明に
よる露光装置は、所定の露光光のもとでマスク（Ｒ）上
のパターンを基板（Ｗ）上に転写する露光装置におい
て、基板（Ｗ）の表面の近傍、又は表面（Ｗ）に対する
光学的な共役面若しくはこの近傍に配置されて所定幅の
開口（１９）が形成されると共に、その開口がその露光
光の光路を横切るように移動するシャッタ部材（３２
Ａ，３２Ｂ）と、このシャッタ部材の開口（１９）の
幅、又はシャッタ部材（３２Ａ，３２Ｂ）の移動速度の
少なくとも一方を制御することによって基板（Ｗ）に対
するその露光光の露光量を制御する露光量制御系（５）
と、を有するものである。斯かる本発明によれば、本発
明の露光方法が使用できる。

【００１３】この場合、シャッタ部材（３２Ａ，３２
Ｂ）よりもその露光光の光源に近い位置、例えばその露
光光の断面形状がそのシャッタ部材の配置面での断面形
状よりも小さい位置に、その露光光の光路を開閉するた
めの補助シャッタ部材（３）を配置し、露光量制御系
（５）は、シャッタ部材（３２Ａ，３２Ｂ）、及び補助
シャッタ部材（３）の動作を制御して基板（Ｗ）に対す
る露光量を制御すると共に、基板（Ｗ）に対する必要露
光量が多いときに、補助シャッタ部材（３）を介して基
板（Ｗ）に対するその露光光の照射時間を制御するよう
にしてもよい。

【００１４】その補助シャッタ部材（３）とは、例えば
シャッタ羽根を回転する方式の従来のシャッタである。
この際に、例えば図４に示すように、この補助シャッタ
部材（３）のシャッタ時間（シャッタを開き始めてから
完全に開くまで、又はシャッタを閉じ始めてから完全に
閉じるまでに要する時間）をＴＳとして、露光光の基板
表面での照度をＥ₀とすると、必要な積算露光量Ｄ_adが
ＴＳ・Ｅ₀より少なくなると、この補助シャッタ部材
（３）を使用する場合の露光時間ＴＥは、シャッタ時間
ＴＳよりも短くなって、高精度な露光量制御が困難とな
るか、又は結像性能が悪化する。即ち、必要な積算露光
量Ｄ_adが次の条件を満たすときには、シャッタ部材（３
２Ａ，３２Ｂ）を完全に開いて、補助シャッタ部材
（３）のみを使用しても、結像性能を悪化させることな
く適正な積算露光量が得られる。

【００１５】Ｄ_ad≧ＴＳ・Ｅ₀ （２）逆に、必要な積算露光量Ｄ_adがＴＳ・Ｅ₀より小さいと
きには、補助シャッタ部材（３）を開いた状態で、本発
明のシャッタ部材（３２Ａ，３２Ｂ）を併用すればよい
ことになる。

【００１６】

【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１〜図５を参照して説明する。図１は本例で使
用される一括露光型（ステッパ型）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
光源１の発光部は楕円鏡２の第１焦点付近に配置され、
露光光源１からの照明光は、楕円鏡２によって集光され
て、楕円鏡２の第２焦点付近に配置された照明シャッタ
３に入射する。照明シャッタ３は駆動モータ４によって
回転駆動され、コンピュータよりなる露光量制御系５が
駆動モータ４の動作を制御して、照明シャッタ３を回転
させることで露光光源１からの照明光の開閉を行う。

【００１７】図３は、本例の照明シャッタ３を示し、こ
の図３において、照明シャッタ３は回転軸３ｅの周りの
円板に等角度間隔で切り込みを設けることによって、４
枚のシャッタ羽根３ａ〜３ｄを形成したものである。そ
して、シャッタ羽根３ａ〜３ｄの間の空間は、図１の露
光光源１からの照明光の集光領域４０より広く設定さ
れ、シャッタ羽根３ａ〜３ｄ自体もその集光領域４０よ
り広く形成されている。そして、図１の駆動モータ４を
介して回転軸３ｅの周りに照明シャッタ３を一方向に所
定角度ずつ回転することによって、順次照明光を完全に
通過させるか、又は完全に遮光できるように構成されて
いる。なお、照明シャッタ３を所定角度ずつ順次反転し
て照明光の開閉を行ってもよい。

【００１８】図１に戻り、照明シャッタ３が開状態のと
きに、照明シャッタ３の羽根の間を通過した照明光は、
ミラー７で反射された後、干渉フィルタ８にて所望の輝
線（例えば波長３６５ｎｍのｉ線）以外の照明光が除去
され、干渉フィルタ８を透過した輝線よりなる露光光Ｉ
Ｌは、インプットレンズ９を経てほぼ平行光束となって
フライアイレンズ１０に入射する。なお、露光光ＩＬと
しては、ｉ線の他に、ｇ線やｈ線等の輝線、又はこれら
の混合光等が使用できる。また、露光光ＩＬとしては、
ＫｒＦエキシマレーザ光、又はＡｒＦエキシマレーザ光
等のエキシマレーザ光や、ＹＡＧレーザの高調波等も使
用できる。例えば、エキシマレーザ光を使用する場合に
は、エキシマレーザ光源の発光時間を制御できるため、
照明シャッタ３は省略してもよい。

【００１９】フライアイレンズ１０の射出面には、照明
系の開口絞り１１が設置され、その開口絞り１１を通過
した露光光ＩＬの一部は、ビームスプリッタ１２にて反
射された後、集光レンズ１３を介してフォトダイオード
等の光電検出器よりなるインテグレータセンサ１４に入
射する。この場合、インテグレータセンサ１４の検出信
号とウエハＷの表面での露光光ＩＬの照度との関係は予
め計測されている。インテグレータセンサ１４の検出信
号は露光量制御系５に供給され、露光量制御系５は、そ
の検出信号より間接的にウエハＷの表面での露光光ＩＬ
の照度を検出できる。この検出結果に基づいて露光量制
御系５は、必要に応じて電源６を介して露光光源１の発
光パワーを制御する。

【００２０】一方、ビームスプリッタ１２を透過した露
光光ＩＬは、第１リレーレンズ１５Ａ、及び走査方式の
シャッタ（以下、「像面シャッタ」と呼ぶ）２０の開口
１９を通過して投影式の可変視野絞り（レチクルブライ
ンド）１６に入射する。像面シャッタ２０の構成につい
ては後述する。第１リレーレンズ１５Ａによる露光光Ｉ
Ｌの照明領域は、照明シャッタ３の配置面での照明光の
集光領域４０（図３参照）より広くなっている。可変視
野絞り１６の開口１６ａを通過した露光光ＩＬは、第２
リレーレンズ１５Ｂ、光路折り曲げ用のミラー２１及び
コンデンサレンズ２２を経て、レチクルＲのパターン面
Ｐ１を均一な照度分布で照明する。可変視野絞り１６の
配置面はレチクルＲのパターン面（下面）Ｐ１と共役で
あり、可変視野絞り１６の開口１６ａの形状によってレ
チクルＲ上での転写対象の領域が規定される。コンピュ
ータよりなり装置全体の動作を統轄制御する主制御系１
８が、駆動装置１７を介して可変視野絞り１６の開口１
６ａの形状を設定する。像面シャッタ２０の開口１９が
開口１６ａより広い状態では、露光光ＩＬのもとで、レ
チクルＲ上の照明領域内のパターンの像は投影光学系Ｐ
Ｌを介して、フォトレジストが塗布されたウエハＷ上に
投影される。ウエハＷの表面は投影光学系ＰＬの像面Ｐ
２に合致しており、レチクルＲのパターン面Ｐ１とウエ
ハＷの表面とは光学的に共役である。

【００２１】ここで、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行
にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行
にＸ軸を取り、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明す
る。レチクルＲはＸ方向、Ｙ方向、回転方向に位置決め
を行うレチクルステージ２３上に保持されている。ま
た、ウエハＷは不図示のウエハホルダ上に吸着保持さ
れ、ウエハホルダはウエハステージ２４上に固定され、
ウエハステージ２４は、ウエハＷのＺ方向の位置及び傾
斜角を補正してウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面
Ｐ２に合焦させると共に、ウエハＷのＸ方向、Ｙ方向へ
のステッピング、及び位置決めを行う。ウエハステージ
２４上に固定された移動鏡２５ｍ及び外部のレーザ干渉
計２５によってウエハステージ２４のＸ座標、Ｙ座標が
検出され、この検出結果が主制御系１８に供給され、主
制御系１８はその検出結果に基づいてウエハステージ駆
動系２６を介してウエハステージ２４の動作を制御す
る。

【００２２】露光時には、ウエハＷ上の或るショット領
域への露光が終了した後、ウエハステージ２４をステッ
ピングさせて、次に露光するショット領域を露光フィー
ルドに移動して露光を行うという動作がステップ・アン
ド・リピート方式で繰り返されて、ウエハＷ上の各ショ
ット領域への露光が行われる。また、投影光学系ＰＬの
側面にオフ・アクシス方式のアライメントセンサ２７が
設置され、アライメントセンサ２７によってウエハＷ上
の所定のショット領域のウエハマークの位置が検出さ
れ、この検出結果に基づいて各ショット領域のアライメ
ントが行われる。

【００２３】さて、ウエハＷ上のフォトレジストには適
正な積算露光量（ドーズ）が定められているため、各シ
ョット領域への露光に際してそれぞれ積算露光量を制御
する必要がある。本例ではそのために照明シャッタ３、
及び像面シャッタ２０が使用される。この像面シャッタ
２０の開口１６の配置面は、可変視野絞り１６の開口１
６ａの配置面の近傍に設定されている。言い換えると、
像面シャッタ２０の開口１６の配置面は、レチクルＲの
パターン面Ｐ１と光学的に共役な面の近傍に設定され、
ひいてはウエハＷの表面（像面Ｐ２）との共役面の近傍
に設定されている。

【００２４】更に、像面シャッタ２０は、露光量制御系
５の制御のもとで開口１９を露光光ＩＬを横切るよう
に、可変の移動速度で走査するように構成されている。
露光光源１〜コンデンサレンズ２２より照明光学系が構
成され、開口１９の走査方向は、矢印３６で示すように
その照明光学系の光軸に垂直な方向である。図２は、そ
の像面シャッタ２０の構成を示す斜視図であり、この図
２において、不図示のコラムに固定された１対のガイド
３１Ａ及び３１Ｂの対向するそれぞれの溝３１Ａａ及び
３１Ｂａの間を長手方向（これをｘ方向とする）に摺動
自在に、それぞれ遮光板よりなる２枚のシャッタ幕３２
Ａ及び３２Ｂが装着され、シャッタ幕３２Ａ，３２Ｂの
間の空間が開口１９となっている。一方のガイド３１Ｂ
にはｘ方向に沿って、一例としてコイルよりなるリニア
モータの固定子３３Ａ及び３３Ｂが並列に設置され、一
方のシャッタ幕３２Ａに固定された発磁体よりなる可動
子３４Ａが、固定子３３Ａを跨ぐように設置され、他方
のシャッタ幕３２Ｂに固定された発磁体よりなる可動子
３４Ｂが、固定子３３Ｂを跨ぐように設置されている。
そして、図１の露光量制御系５がリニアモータの固定子
３３Ａ，３３Ｂの電流値等を制御することによって、可
動子３４Ａを介してシャッタ幕３２Ａを、可動子３４Ｂ
を介してシャッタ幕３２Ｂをそれぞれ矢印３５Ａ及び３
５Ｂで示す方向（±ｘ方向）に独立に移動させることが
できるように構成されている。なお、シャッタ幕３２
Ａ，３２Ｂの駆動方法はリニアモータ方式に限らず、ラ
ックピニオン方式や、送りねじ方式等であってもよい。

【００２５】また、他方のガイド３１Ａ上にｘ方向に沿
って、光学式、静電容量式、又は磁気式等のリニアエン
コーダのスケール３８がスペーサ３７を介して固定さ
れ、シャッタ幕３２Ａ及び３２Ｂにはそれぞれそのスケ
ール３８の位置を検出するためのエンコーダ３９Ａ及び
３９Ｂが固定され、エンコーダ３９Ａ及び３９Ｂの検出
信号がそれぞれ図１の露光量制御系５に供給されてい
る。露光量制御系５では、エンコーダ３９Ａ，３９Ｂの
検出信号よりシャッタ幕３２Ａ，３２Ｂのｘ方向の位置
ｘＡ，ｘＢを検出する。位置ｘＡ，ｘＢについては、シ
ャッタ幕３２Ａ，３２Ｂのｘ方向の間隔（開口１９の
幅）Ｓが０のときに、両者の値が等しくなるようにオフ
セットが加算されている。従って、露光量制御系５で
は、検出される位置ｘＡ，ｘＢの差分（＝ｘＡ−ｘＢ）
よりその開口１９の幅Ｓを算出することができる。ま
た、位置ｘＡ，ｘＢを微分することにより、シャッタ幕
３２Ａ，３２Ｂの移動速度も独立に検出される。

【００２６】次に、像面シャッタ２０の基本的な動作に
つき説明する。先ず、図１の照明シャッタ３が完全に開
き、露光光ＩＬが像面シャッタ２０上に到達した状態
で、一方のシャッタ幕３２Ａを可変視野絞り１６の開口
１６ａに対して一定速度で例えば＋ｘ方向に移動させる
のと同期して、間隔Ｓで他方のシャッタ幕３２Ｂを同じ
＋ｘ方向に同じ速度で移動させる。これによって、２枚
のシャッタ幕３２Ａ，３２Ｂで作られたスリット状の幅
Ｓの開口１９が、一定速度で可変視野絞り１６の配置面
近傍を走査し、開口１９を通してウエハＷ上に光が到達
することになるため、ウエハＷ上の各ショット領域の全
面に亘って等しい積算露光量が得られる。また、一方の
シャッタ幕３２Ａの駆動開始から他方のシャッタ幕３２
Ｂの駆動開始までのタイミングを変えることによって、
スリット状の開口１９の幅Ｓが変わり、これによって積
算露光量を変化させることができる。それとは別に、２
枚のシャッタ幕３２Ａ，３２Ｂの移動速度を変えること
によって、積算露光量をウエハ上の位置によって変化さ
せることができる。

【００２７】次に、本例の投影露光装置において、ウエ
ハＷ上の各ショット領域に対して積算露光量を制御しな
がら露光を行う場合の動作の一例につき主に図４を参照
して説明する。本例の露光量の制御方法は、図１の照明
シャッタ３のみを用いる方法と、照明シャッタ３と像面
シャッタ２０との両方を用いる方法とに分けられる。こ
のとき、ウエハＷ上のフォトレジストに対する必要な積
算露光量が大きく、比較的露光時間が長い場合は、従来
のように照明シャッタ３のみを用いて露光量を制御し、
露光時間が短く照明シャッタ３のみによる露光量制御が
困難な場合には、照明シャッタ３と像面シャッタ２０と
の両方を用いる。

【００２８】照明シャッタ３のみを用いて露光量を制御
する場合には、図２において、像面シャッタ２０のシャ
ッタ幕３２Ａ，３２Ｂ間の開口１９の幅Ｓを、可変視野
絞り１６の開口１６ａのｘ方向の幅よりも広く設定し
て、開口１９内に開口１６ａが収まるようにする。この
状態で、従来の一括露光型の投影露光装置と同様に、照
明シャッタ３のシャッタ羽根で露光光源１からの照明光
の光路を開閉して露光量を制御しながら露光を行う。イ
ンテグレータセンサ１４を介して検出される露光光ＩＬ
のウエハＷの表面（ウエハ面）での照度をＥ₀として、
積算露光量の目標値をＤ₀とすると、露光時間はＤ₀／
Ｅ₀に設定すればよい。

【００２９】これに対し、照明シャッタ３と像面シャッ
タ２０との両方を使って露光量を制御する場合は、露光
を行う直前に図２において、像面シャッタ２０の開口１
９を可変視野絞り１６の開口１６ａよりも例えば−ｘ方
向の手前に設置しておく。そして、照明シャッタ３を開
いて像面シャッタ２０に露光光ＩＬが到達する状態にし
た後、像面シャッタ２０のシャッタ幕３２Ａ，３２Ｂを
所定速度で＋ｘ方向に移動することによって、幅Ｓの開
口１９を走査させる。この際の開口１９の幅Ｓ、又は走
査速度を制御することによってウエハＷの各ショット領
域に対する積算露光量を制御する。

【００３０】図４は、ウエハＷ上で露光中のショット領
域上の或る一点における露光光ＩＬの照度Ｅの変化の一
例を示し、この図４において、横軸は露光開始からの時
間Ｔ、縦軸は照度Ｅを示している。図４において、点線
の台形状の折れ線４１は、像面シャッタ２０上での照明
シャッタ３による照度変化を、ウエハ面での照度に換算
した変化、即ち像面シャッタ２０が無い場合の照明シャ
ッタ３による照度変化を示し、実線の所定幅の方形波４
２は、像面シャッタ２０によって設定される照度を示し
ている。

【００３１】時間を追って動作を説明すると、先ず、照
明シャッタ３が徐々に開いていき、それにつれて傾斜部
４１ａで示すように像面シャッタ２０上の照度Ｅは右上
がりに大きくなり、照明シャッタ３が完全に開いた瞬間
から照度Ｅは一定の値Ｅ₀を保つ。照明シャッタ３が完
全に開いた後に像面シャッタ２０の開口１９の走査によ
るウエハＷへの露光が開始される。当該ショット領域上
の或る１点に着目すると、像面シャッタ２０のスリット
状の開口１９の像がその点に至るまでは照度Ｅは０を保
ち、開口１９の像がその点に到達した時点Ｔ１で照度Ｅ
は瞬間的に像面シャッタ２０上（正確にはこれをウエハ
上に換算した照度）の照度Ｅ₀と同じになり、スリット
状の開口１９が通り過ぎた時点Ｔ２で照度Ｅは瞬間的に
再び０になる。従って、ウエハＷ上での実際の照度Ｅの
変化を示す図は、実線の方形波４２となる。

【００３２】スリット状の開口１９の像がこのショット
領域を通過して露光が終了すると、照明シャッタ３が閉
じられる。そのため、照明シャッタ３の動きに合わせて
傾斜部４１ｂで示すように、像面シャッタ２０上の照度
Ｅは右下がりに小さくなっていき、照明シャッタ３が完
全に閉じた瞬間に照度Ｅは０になる。この場合、像面シ
ャッタ２０によって設定されるウエハ面での照度Ｅを時
間Ｔで積分した値、即ち図４中の斜線部４３の面積がウ
エハＷ上のショット領域内の各点での積算露光量を表
す。なお、図４における方形波４２の時間軸上の位置
は、ショット領域内のどの点に着目するかによって前後
する。そして、ウエハ面における像面シャッタ２０の開
口１９の像の幅（スリット幅）をＳ_W［ｍｍ］、その開
口１９の像の走査速度をＶ_W［ｍｍ／ｓｅｃ］とする
と、ウエハ面での露光光ＩＬの照度はＥ₀［ｍＷ／ｃｍ
²］であるため、積算露光量Ｄ₀［ｍＪ／ｃｍ ²］は次
のようになる。

【００３３】Ｄ₀＝Ｅ₀・Ｓ_W／Ｖ_W （３）なお、可変視野絞り１６からレチクルＲへの倍率をβ
１、レチクルＲからウエハＷへの倍率をβ２とすると、
図２の像面シャッタ２０の開口１９の走査方向の幅Ｓと
ウエハ面でのスリット幅Ｓ_Wとは次の関係にある。Ｓ_W
＝β１・β２・Ｓ（４）同様に、像面シャッタ２
０の開口１９の走査速度をＶとすると、この走査速度Ｖ
と開口１９のウエハ面での像の走査速度Ｖ_Wとは次の関
係にある。

【００３４】Ｖ_W＝β１・β２・Ｖ（５）（３）式〜（５）式より、ウエハ面の照度Ｅ₀が一定で
あれば、像面シャッタ２０の開口１９の幅Ｓ、又は走査
速度Ｖの少なくとも一方を変えることにより、積算露光
量Ｄ₀を変化できることが分かる。スループットの向上
を考えれば、走査速度Ｖは最大値にしておき、開口１９
のスリット幅Ｓの制御により積算露光量を制御するのが
望ましい。この際に、スリット幅Ｓはいくらでも狭くで
きると共に、スリット幅Ｓを狭くしても、照明光学系内
での露光光ＩＬにケラレ等は生じない。従って、照明シ
ャッタ３のみでは高精度な露光量制御が困難な僅かな積
算露光量（ドーズ）に対しても、像面シャッタ２０を使
用することによって結像性能を悪化させることなく、高
精度に露光量を制御できる。

【００３５】また、図２において、或るショット領域に
対して開口１９を＋ｘ方向に走査して露光を行った場合
には、次のショット領域に対しては開口１９を−ｘ方向
に走査して露光を行えばよい。これによって、像面シャ
ッタ２０の無駄な動きがなくなり、スループットも向上
する。ここで、図１の照明シャッタ３のみを使用する方
法と、照明シャッタ３及び像面シャッタ２０の両方を使
用する方法とを使い分ける基準の一例につき説明する。
仮に照明シャッタ３のみを用いて露光量を制御するもの
とすると、図４において、台形状の折れ線４１の傾斜部
４１ａ，４１ｂの時間がシャッタ時間ＴＳである。ま
た、折れ線４１が０から再び０になるまでの時間から最
初のシャッタ時間ＴＳを差し引いた時間が露光時間ＴＥ
となる。この場合、露光時間ＴＥが、シャッタ時間ＴＳ
よりも長い範囲では、結像性能を悪化させることなく照
明シャッタ３のみを用いて露光量を制御できる。必要な
積算露光量をＤ_adとすると、照度はＥ₀であるため露光
時間ＴＥはＤ_ad／Ｅ₀となる。従って、次の条件を満た
すときには、照明シャッタ３のみを用いて露光量を正確
に制御できる。

【００３６】Ｄ_ad／Ｅ₀≧ＴＳ（６）この式は（２）式と等価である。逆に、必要な積算露光
量Ｄ_adがＴＳ・Ｅ₀より小さいときには、照明シャッタ
３及び像面シャッタ２０を併用すればよいことになる。
次に、上記の実施の形態では、ウエハＷ上のショット領
域の全面に等しい積算露光量で露光を行うことを前提に
していた。これは照明シャッタ３のみを使用して露光量
を制御する場合には当然である。しかしながら、本例の
像面シャッタ２０を使用する場合には、（３）式より同
一のショット領域内であっても像面シャッタ２０の開口
１９の像のスリット幅Ｓ_W、又は走査速度Ｖ_Wを変える
ことによって積算露光量の分布を制御できる。このた
め、例えばレチクルＲのパターンの密度が場所によって
異なり、それによってフォトレジストに対する適正な積
算露光量も場所によって異なるような場合でも或る程度
対応できるようになる。

【００３７】具体的に、図１において、像面シャッタ２
０の開口１９の走査方向に対応するウエハＷの表面での
方向をＸ方向として、ウエハＷ上の位置Ｘ１から位置Ｘ
２までのショット領域での適正な積算露光量のＸ方向へ
の分布Ｄ（Ｘ）が、図５（ｂ）に示すように、平均値Ｄ
₀に対して中央部では高く周辺部では低いとする。この
ような傾向は、例えばレチクルＲのパターン像を順次部
分的にテストプリントして、各部で解像度が良好になる
ときの露光量を特定することによって求めることができ
る。この場合、像面シャッタ２０を用いる際に、像面シ
ャッタ２０の開口１９のウエハＷ上での像のＸ方向への
走査速度Ｖ（Ｘ）を、図５（ａ）に示すように、平均値
Ｖ₀に対して中央部では低く周辺部では高く設定すれば
よい。これによって、部分的に異なる適正な積算露光量
を与えることができる。同様に、走査速度Ｖを一定とし
て、開口１９の幅Ｓを制御しても積算露光量の分布を制
御できる。

【００３８】なお、上記実施の形態では像面シャッタ２
０の走査される開口１９を可変視野絞り１６の近傍、即
ち像面Ｐ２の共役面の近傍に設けたが、像面シャッタ２
０の開口１９の配置面をレチクルＲのパターン面Ｐ１の
近傍に設定してもよく、更には像面Ｐ２の近傍（ウエハ
Ｗの上面）に設定してもよい。また、或る程度のデフォ
ーカスはあるが、像面シャッタ２０の開口１９をレチク
ルＲの上面に配置してもよい。

【００３９】但し、上述の実施の形態のように可変視野
絞り１６の配置面の近傍に像面シャッタ２０の開口１９
を設定する場合には、レチクルステージ２３や投影光学
系ＰＬ等の障害物が無いために配置が容易である。更
に、像面シャッタ２０の開口２０を、投影光学系ＰＬよ
り上部のパターン面Ｐ１の近傍や、可変視野絞り１６の
近傍に配置して像面シャッタ２０を使用する場合には、
照明シャッタ３のみを使用する場合に比べて、投影光学
系ＰＬに照射される露光光ＩＬの光量が減少するため、
投影光学系ＰＬの温度上昇を防止でき、結果として結像
特性を良好に維持できる。

【００４０】また、像面シャッタ２０の開口１９の形状
や大きさ、又は走査方向等は上記の実施の形態に限定さ
れず、要は固定、又は可変形状の開口が露光光ＩＬの光
路を横切る構成であればよい。更に、上記の実施の形態
では、可変視野絞り１６と像面シャッタ２０とが別体と
されているが、これらを一体構成として、１つのシャッ
タ部材で照明領域の規定、及び各点に対する積算露光量
の設定を行わせてもよい。また、仮にフォトレジストの
感度が全体として向上して、照明シャッタ３で積算露光
量を制御する必要性が殆ど無いような場合には、照明シ
ャッタ３を省略するような構成も考えられる。

【００４１】また、本発明は投影光学系を使用しないプ
ロキシミティ方式やコンタクト方式の露光装置で露光量
を制御する場合にも適用できる。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。

【００４２】

【発明の効果】本発明の露光方法によれば、所定の開口
の走査方向の幅、又は走査速度の少なくとも一方を制御
して露光量を制御しているため、露光光の照度が大きく
なるか、又は基板（ウエハ等）に対する必要な積算露光
量（ドーズ）が小さくなった場合でも、その開口の幅を
狭くするだけで、結像性能を悪化させることなく、その
基板に対する積算露光量を高精度に適正範囲に制御でき
る利点がある。

【００４３】また、本発明が例えば投影光学系を有する
投影露光装置に適用される場合で、且つその開口が投影
光学系より上部に設置される際には、投影光学系に照射
される露光光のエネルギが減少するため、投影光学系の
温度上昇が少なくなり結像特性が良好に維持される。ま
た、本発明の露光装置によれば、そのような露光方法が
使用できる。

【００４４】また、シャッタ部材よりもその露光光の光
源に近い位置に、その露光光の光路を開閉するための補
助シャッタ部材を配置し、露光量制御系は、そのシャッ
タ部材、及びその補助シャッタ部材の動作を制御してそ
の基板に対する露光量を制御すると共に、その基板に対
する必要露光量が多いときに、その補助シャッタ部材を
介してその基板に対するその露光光の照射時間を制御す
る場合には、従来のシャッタ羽根方式のような補助シャ
ッタ部材と本発明の走査方式のシャッタ部材とが併用さ
れる。従って、必要な積算露光量が多い場合には補助シ
ャッタのみを使用し、必要な積算露光量が少ない場合に
はシャッタ部材を併用することで、積算露光量の制御精
度を低下させることなくダイナミックレンジを広くでき
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投影露
光装置を示す構成図である。

【図２】図１の像面シャッタ２０の構成例を示す斜視図
である。

【図３】図１の照明シャッタ３を示す図である。

【図４】その実施の形態の一例におけるウエハ面での照
度変化を示す図である。

【図５】ウエハ上に位置によって異なる積算露光量を付
与する場合の説明図である。

【図６】従来例におけるウエハ面での照度変化を示す図
である。

【符号の説明】

１露光光源２楕円鏡３照明シャッタ５露光量制御系１４インテグレータセンサ１６可変視野絞りＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ１８主制御系１９像面シャッタ２０の開口２０像面シャッタ３２Ａ，３２Ｂシャッタ幕

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の露光光のもとでマスク上のパター
ンを基板上に転写する露光方法において、前記基板の表面の近傍、又は前記表面に対する光学的な
共役面若しくはこの近傍で前記露光光の光路を横切るよ
うに所定幅の開口を走査すると共に、前記開口の走査方向の幅、又は前記開口の走査速度の少
なくとも一方を制御することによって、前記基板に対す
る前記露光光の露光量を制御することを特徴とする露光
方法。
【請求項２】所定の露光光のもとでマスク上のパター
ンを基板上に転写する露光装置において、前記基板の表面の近傍、又は前記表面に対する光学的な
共役面若しくはこの近傍に配置されて所定幅の開口が形
成されると共に、前記開口が前記露光光の光路を横切る
ように移動するシャッタ部材と、該シャッタ部材の前記開口の幅、又は該シャッタ部材の
移動速度の少なくとも一方を制御することによって前記
基板に対する前記露光光の露光量を制御する露光量制御
系と、を有することを特徴とする露光装置。
【請求項３】請求項２記載の露光装置であって、前記シャッタ部材よりも前記露光光の光源に近い位置に
前記露光光の光路を開閉するための補助シャッタ部材を
配置し、前記露光量制御系は、前記シャッタ部材、及び前記補助
シャッタ部材の動作を制御して前記基板に対する露光量
を制御すると共に、前記基板に対する必要露光量が多いときに、前記補助シ
ャッタ部材を介して前記基板に対する前記露光光の照射
時間を制御することを特徴とする露光装置。