JPH1074689A

JPH1074689A - レーザ光の照射方法及び素子の製造方法、並びに投影露光方法及びその装置

Info

Publication number: JPH1074689A
Application number: JP8248810A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Tsuji; 寿彦辻
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 1998-03-17
Also published as: KR19980019032A

Abstract

(57)【要約】【課題】製品の歩留まりの向上を図り得る投影露光方
法を提供する。【解決手段】レーザ光源１２からのパルス光を所定の
タイミングで発光しつつ投影光学系ＰＬに対してマスク
Ｒと感光基板Ｗとを同期して走査することにより、マス
クＲ上のパターンの像が逐次感光基板Ｗ上に投影露光さ
れ、マスクパターンの感光基板上への走査露光が行われ
る。この走査露光中に、パルス光の未発光時に対応する
マスクと感光基板の位置が検出される。この検出結果に
基づいて、未発光時の照明領域ＩＡに対応するマスク上
のパターンがその未発光時の露光領域ＥＡに対応する感
光基板上の領域に再露光される。このため、パルス光の
未発光に起因する露光むらの発生を事前に防止すること
ができ、結果的に製品の歩留まりの向上に寄与する事が
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、レーザ光の照射方
法及び素子の製造方法、並びに投影露光方法及びその装
置に係り、更に詳しくはレーザ光源からのパルス光を試
料に照射して所定の処理を行うレーザ光の照射方法、レ
ーザ光源からのパルス光を用いた走査露光方法及びその
装置、並びに前記走査露光方法を用いた素子の製造方法
に関する。本発明に係るレーザ光の照射方法は、露光装
置、レーザリペア装置、エッチング装置等の半導体製造
装置に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】基板、例えばウエハ上に形成されたパタ
ーン欠陥を修正するレーザリペア装置やウエハの表面ま
たはウエハ上に形成した薄膜を局部的に短時間でアニー
ルを行う装置等の広い意味での半導体製造装置では、ル
ビー、ＹＡＧ、エキシマレーザ等のパルスレーザが用い
られている。中でも半導体露光装置へのパルスレーザの
適用が注目されている。

【０００３】半導体素子また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は、フォトマスク又は
レチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパターン
像を、投影光学系を介してフォトレジスト等が塗布され
たウエハ又はガラスプレート等の基板（感光基板）上に
投影露光する投影露光装置が使用されている。従来の投
影露光装置としては、感光基板上の露光フィールド全体
にレチクルのパターンを一括して縮小投影する一括露光
方式（または「フル・フィールド方式」とも呼ばれる）
の装置（ステッパー等）が一般的であるが、近年、半導
体素子の高集積化によるパターン線幅のますますの微細
化に伴い、フィールドサイズの制限を受けずに大面積の
露光が行える走査露光方式（スリットスキャン露光方式
等）の投影露光装置が注目されている。

【０００４】このスリットスキャン露光方式を採用する
投影露光装置では、レチクルのパターン領域をスリット
状に照明し、そのスリット状の照明領域に対してレチク
ルを走査し、このレチクルの走査と同期してそのスリッ
ト状の照明領域と共役な露光領域に対して感光基板を走
査することにより、レチクルのパターンを投影光学系を
介して感光基板上に逐次転写する。従来の投影露光装置
では照明光源として水銀ランプが主として用いられ、そ
の輝線であるｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６
５ｎｍ）等の連続光が露光光として用いられていたが、
最近ではより高い解像力で露光を行うため、より短い波
長の露光光を用いる必要から照明光源として紫外域（波
長３６０ｎｍ以下）で光強度の大きい出力を有し、パル
ス発光をするエキシマレーザ（ＫｒＦ：波長２４８ｎ
ｍ）等の光源が用いられるようになってきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
光源からの光はパルス光であるため、出力が不安定とな
ったり、何らかの理由により未発光となることがある。

【０００６】そのため、例えばレーザリペア装置では修
復すべきパターンの欠陥が修復できなかったり、アニー
ル装置ではウエハの表面のアニールが不十分となるとい
う不都合がしばしば生じていた。

【０００７】特に、走査露光方式の投影露光装置にあっ
ては、一定出力、連続パルス発光を前提として照度と走
査速度との制御を行うため、走査露光開始後の未発光に
よる露光不足は露光補正が困難であった。すなわち、パ
ルス光の照射領域がレチクルおよび基板上で逐次移動す
るので、未発光の箇所は露光不足となり基板上に露光む
らを生じるが、この露光むらに起因する基板上のパター
ンの解像度低下は現像してみなければわからなかったこ
とから、結果的に露光不足に起因して製品の歩留り低下
を招くという不都合があった。

【０００８】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その目的はパルス光の未発光により最終的に試料に
処理むらが発生するのを防止することができるレーザ光
の照射方法を提供することにある。

【０００９】また、本発明の別の目的は、製品の歩留ま
りの向上を図ることができる投影露光方法及びその装置
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、レーザ光源（１２）からのパルス光を試料（Ｗ）に
照射して所定の処理を行うレーザ光の照射方法であっ
て、パルス光を所定のタイミングで発光しつつ前記パル
ス光の照射領域（ＥＡ）に対し試料面を相対走査する第
１工程と；前記第１工程の相対走査中に、前記試料面上
のパルス光の未発光領域の位置を検出する第２工程と；
前記第２工程の検出結果に基づいて、前記試料面上のレ
ーザ照射済み領域の内のパルス光の未発光領域に前記レ
ーザ光を再照射する第３工程とを含む。

【００１１】これによれば、パルス光を所定のタイミン
グで発光しつつパルス光の照射領域に対し試料面が相対
走査される。これにより、試料面上ではレーザ光（パル
ス光）により所定の処理がなされる。上記の相対走査中
に、試料面上のパルス光の未発光領域の位置が検出さ
れ、しかるのちこの検出結果に基づいて、試料面上のレ
ーザ照射済み領域の内のパルス光の未発光領域にレーザ
光が再照射される。従って、レーザ光源からのパルス光
の未発光に起因する最終的な試料の処理むらの発生を防
止することができる。

【００１２】請求項２に記載の発明は、パターンが形成
されたマスク（Ｒ）上の所定の照明領域（ＩＡ）を照明
し、前記照明領域（ＩＡ）に対して前記マスクを走査す
るとともにこのマスクの走査と同期して前記照明領域と
共役な露光領域（ＥＡ）に対して感光基板（Ｗ）を走査
しつつ、前記マスクのパターンの像を前記感光基板上に
投影光学系（ＰＬ）を介して投影露光する投影露光方法
であって、レーザ光源（１２）からのパルス光を所定の
タイミングで発光しつつ前記投影光学系（ＰＬ）に対し
て前記マスク（Ｒ）と感光基板（Ｗ）とを同期して走査
することにより、前記マスク上の照明領域（ＩＡ）のパ
ターンの像を逐次前記感光基板（Ｗ）上に投影露光する
第１工程と；前記第１工程の走査露光中に、前記パルス
光の未発光時に対応する前記マスクと前記感光基板の位
置を検出する第２工程と；前記第２工程の検出結果に基
づいて、前記未発光時の前記照明領域（ＩＡ）に対応す
るマスク上のパターンを前記未発光時の露光領域（Ｅ
Ａ）に対応する前記感光基板上の領域に再露光する第３
工程とを含む。

【００１３】これによれば、レーザ光源からのパルス光
を所定のタイミングで発光しつつ投影光学系に対してマ
スクと感光基板とを同期して走査することにより、マス
ク上のパターンの像が逐次感光基板上に投影露光され、
マスクパターンの感光基板上への走査露光が行われる。
この走査露光中に、パルス光の未発光時に対応するマス
クと感光基板の位置が検出される。この検出結果に基づ
いて、未発光時の照明領域に対応するマスク上のパター
ンがその未発光時の露光領域に対応する感光基板上の領
域に再露光される。このため、パルス光の未発光に起因
する露光むらの発生を事前に防止することができ、結果
的に製品の歩留まりの向上に寄与する事ができる。

【００１４】この場合において、再露光は、検出された
パルス光の未発光時の照明領域に対応するマスクと感光
基板の位置に、当該マスクと感光基板を位置決めして、
静止状態で行っても良いが、請求項３に記載の発明の如
く、前記マスクと感光基板とを前記投影光学系に対して
同期して再走査しながら行ってもよい。後者の場合に
は、マスクと感光基板の位置決めのための整定時間（静
止するまでに要する時間）が不要になることから、スル
ープットを向上させることができる。あるいは、上記の
再露光を、請求項４に記載の発明の如く、第１工程おけ
る走査露光と同一の走査露光中に行ってもよい。この場
合には、より一層のスループットの向上が可能となる。

【００１５】請求項２ないし４のいずれか一項に記載の
投影露光方法は、請求項５に記載の発明の如く、半導体
等の素子の製造方法におけるフォトリソグラフィ工程で
用いることができ、この場合には、製品の歩留まりやス
ループットを向上させることができる。

【００１６】請求項６に記載の発明は、パターンが形成
されたマスク（Ｒ）上の所定の照明領域（ＩＡ）を照明
し、前記照明領域（ＩＡ）に対して前記マスク（Ｒ）を
走査するとともにこのマスクの走査と同期して前記照明
領域と共役な露光領域（ＥＡ）に対して感光基板（Ｗ）
を走査しつつ、前記マスクのパターンの像を前記感光基
板上に投影光学系（ＰＬ）を介して投影露光する投影露
光装置であって、レーザ光源（１２）を含み、当該レー
ザ光源（１２）からのパルス光により前記マスク（Ｒ）
上の所定の照明領域（ＩＡ）を照明する照明系（１４）
と；前記照明されたマスクのパターン像を前記感光基板
（Ｗ）上に投影する投影光学系（ＰＬ）と；前記マスク
が搭載されるマスクステージ（ＲＳＴ）と；前記感光基
板が搭載される基板ステージ（ＷＳＴ）と；前記マスク
ステージの位置を計測する第１の位置計測手段（３０、
４６）と；前記基板ステージの位置を計測する第２の位
置計測手段（３４、４６）と；前記マスクステージを所
定の走査方向に駆動する第１のステージ駆動手段（２
６）と；前記基板ステージを少なくとも前記走査方向に
駆動する第２のステージ駆動手段（３１）と；前記第
１、第２の位置計測手段の出力をモニタしつつ前記第
１、第２のステージ駆動手段を介して前記マスクステー
ジと前記基板ステージとの相対走査及び位置を制御する
ステージ制御系（４２）と；前記レーザ光源（１２）か
らのパルス光の照射光量を検出する光量検出手段（３
８、４４）と；前記光量検出手段と前記第１、第２の位
置計測手段の出力に基づいてパルス光の未発光時の前記
マスクステージと基板ステージとの位置を検出する未発
光位置検出手段（５０）と；前記未発光位置検出手段の
検出結果に基づいて、前記ステージ制御系（４２）を介
して前記両ステージ（Ｒ，Ｗ）を制御するとともに、未
発光時の前記照明領域（ＩＡ）に対応する前記マスクの
パターンを前記未発光時の露光領域（ＥＡ）に対応する
前記感光基板上の領域に再露光する露光補正手段（５
０）とを有する。

【００１７】これによれば、ステージ制御系により、第
１、第２の計測手段の出力をモニタしつつ第１、第２の
ステージ駆動手段を介してマスクステージと基板ステー
ジとの相対走査が制御され、レーザ光源からのパルス光
によりパターンが形成されたマスク上の所定の照明領域
が照明される。すなわち、照明領域に対してマスクが走
査されるとともにこのマスクの走査と同期して照明領域
と共役な露光領域に対して感光基板が走査され、マスク
のパターンの像が感光基板上に投影光学系を介して逐次
投影露光される。この走査露光中に、未発光位置検出手
段では光量検出手段と第１、第２の位置計測手段の出力
に基づいてパルス光の未発光時のマスクステージと基板
ステージとの位置を検出する。そして、露光補正手段で
はステージ制御系を介して両ステージを制御するととも
に、未発光時の照明領域に対応するマスクのパターンを
未発光時の露光領域に対応する感光基板上の領域に再露
光する。

【００１８】この場合において、露光補正手段では、ス
テージ制御手段を用いてマスクステージと基板ステージ
とを相対走査しつつ、未発光位置検出手段の検出結果に
基づいて再露光を行ってもよく、あるいはステージ制御
手段を用いてマスクステージと基板ステージとを、未発
光位置検出手段の検出結果に基づいて未発光時の位置に
位置決めし、静止状態にて再露光を行ってもよい。いず
れの場合にも、露光むらの発生が防止される。

【００１９】請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
の投影露光装置において、前記照明系に代えて、レーザ
光源（１２）を含み、当該レーザ光源からのパルス光に
より前記マスク（Ｒ）上に走査方向に沿って所定間隔で
配置される第１照明領域（ＩＡ１）、第２照明領域（Ｉ
Ａ２）をそれぞれ照明するレーザ光の主光路と副光路と
が設けられた第２の照明系（８０）が設けられ、前記露
光補正手段（５０）に代えて、前記ステージ制御系（４
２）による前記マスクステージと前記基板ステージとの
相対走査中に、前記未発光位置検出手段（８２）の検出
結果に基づいて、前記副光路を通り前記第２の照明領域
（ＩＡ２）へ達するレーザ光を用いて前記主光路を通っ
て前記第１の照明領域（ＩＡ１）を照射するパルス光の
未発光時の前記第１の照明領域に対応するマスクのパタ
ーンを前記未発光時の露光領域（ＥＡ１）に対応する前
記感光基板上の領域に再露光する第２の露光補正手段
（８２）が設けられていることを特徴とする。

【００２０】これによれば、第２の露光補正手段によ
り、走査露光のためのステージ制御系によるマスクステ
ージと基板ステージとの相対走査中に、未発光位置検出
手段の検出結果に基づいて、副光路を通り第２の照明領
域へ達するレーザ光を用いて第１の照明領域を照射する
パルス光の未発光時の第１の照明領域に対応するマスク
のパターンが未発光時の露光領域に対応する感光基板上
の領域に再露光される。このため、１回の走査露光中に
補正露光が完了する。

【００２１】

【発明の実施の形態】

《第１の実施形態》以下、本発明の第１の実施形態を図
１ないし図４に基づいて説明する。

【００２２】図１には第１の実施形態に係る投影露光装
置１０の全体構成が概略的に示されている。

【００２３】この投影露光装置１０は、光源１２を含む
照明系１４と、マスクとしてのレチクルＲを保持するマ
スクステージとしてのレチクルステージＲＳＴと、レチ
クルＲに形成されたパターンを感光基板（試料）として
のウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬと、ウエハＷを
保持して水平面内を２次元移動する基板ステージとして
のウエハステージＷＳＴと、制御系とを備えている。

【００２４】照明系１４は、光源１２と、照明光学系と
から構成されている。光源１２としては、ＫｒＦ（波
長：２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（波長：１９３ｎｍ）等のパ
ルス光を発光するエキシマレーザが用いられている。

【００２５】照明光学系は、インプットレンズ、フライ
アイレンズ（いずれも図示せず)等を含む照度均一化光
学系１６、リレーレンズ２０、ミラー２２、コンデンサ
レンズ２４等を含んで構成されている。照度均一化光学
系１６とリレーレンズ２０との間のレチクルＲのパター
ン面と共役な位置に、固定ブラインド１８が配置されて
いる。

【００２６】ここで、この照明系１４の構成各部につい
てその作用とともに説明する。

【００２７】レーザ光源１から射出した光束は、照度均
一化光学系１６の内部でインプットレンズを介してほぼ
平行光束に変換された後、不図示のフライアイレンズに
入射する。このフライアイレンズの射出面は、光源１２
と共役な位置関係になっており、二次光源面を構成して
いる。

【００２８】フライアイレンズの二次光源面を構成する
各二次光源（エレメント）を発した光が不図示の照明系
開口絞りを介して照度均一化光学系１６から射出され、
この光がブラインド１８、リレーレンズ２０を通過後、
ミラー２２で折り曲げられ、コンデンサレンズ２４を介
して、前記二次光源面とフーリエ変換の位置関係にある
レチクルＲのパターン面上の前記ブラインド１８により
規定された所定形状、例えば長方形スリット状の照明領
域ＩＡを照明する（図２参照）。フライアイレンズの個
々のレンズエレメントがコンデンサーレンズ２４を介し
てレチクルＲを照明することにより、オプチカルインテ
グレータの役割を果たしている。従って、レチクルＲ上
の照明領域ＩＡ内は均一な照度（例えば、数％以下の照
度むらで）で照明される。

【００２９】前記投影光学系ＰＬとしては、鉛直軸方向
（Ｚ軸方向）の共通の光軸ＡＸを有する複数枚のレンズ
エレメントから成り、いわゆる両側テレセントリック
で、所定の縮小倍率１／Ｍのものが使用されている。こ
の投影光学系ＰＬにより、レチクルＲ上の照明領域ＩＡ
内に存在するパターンは、照明領域ＩＡと共役なウエハ
Ｗ上の露光領域ＥＡに１／Ｍの縮小倍率で投影される。

【００３０】レチクルステージＲＳＴは、第１のステー
ジ駆動手段としてのレチクルステージ駆動部２６により
光軸ＡＸに直交するＸＹ面内でＸ方向（図１における紙
面直交方向）及びθ方向（Ｚ軸回りの回転方向）に微小
駆動されるとともに、Ｙ方向（図１における左右方向：
以下「走査方向」という）に沿って駆動されるようにな
っている。このレチクルステージＲＳＴ上には、その下
面に回路パターンが描画されたレチクルＲが不図示のレ
チクルホルダを介して保持されている。また、レチクル
Ｒの走査方向の座標位置は、レチクルステージＲＳＴ上
に固定された移動鏡２８を介してレチクルステージ干渉
計３０によって常時モニタされるようになっている。

【００３１】一方、ウエハステージＷＳＴは、第２のス
テージ駆動手段としてのウエハステージ駆動部３１によ
って投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに直交する２次元平面内
でＸ、Ｙ２次元方向に移動可能とされており、このウエ
ハステージ上に不図示のウエハホルダを介してウエハＷ
が保持されている。ウエハＷの座標位置はウエハステー
ジＷＳＴ上に固定された移動鏡３２を介してウエハステ
ージ干渉計３４によって常時モニタされるようになって
いる。なお、実際には、Ｘ軸に直交する反射面を有する
Ｘ移動鏡とＹ軸に直交する反射面を有するＹ移動鏡とが
設けられ、これに対応してウエハステージ干渉計として
もＸ軸方向位置計測用の干渉計とＹ軸方向位置計測用の
干渉計とが設けられているが、図１ではこれらが移動鏡
３２、ウエハステージ干渉計３４として代表的に示され
ている。

【００３２】さらに、本実施形態では、光源１２の光量
をモニタするために、照明光学系内の照度均一化光学系
１６の出口側にハーフミラー３６が配置され、このハー
フミラー３６により照明光束の一部が取り出され、この
光束は受光量に応じた光電信号を出力する光検出器３８
によって受光されるようになっている。

【００３３】前記制御系は、露光量制御系４０、主制御
系４２等を中心として構成されている。この内、露光量
制御系４０は、光検出器３８からの出力に基づいて光
量、パルス数等を計測する光量検出部４４と、レチクル
ステージ干渉計３０、ウエハステージ干渉計３４の出力
パルスに基づいてレチクルステージＲＳＴ、ウエハステ
ージＷＳＴの走査方向の座標位置を演算する位置検出部
４６と、これら両検出部４４、４６の出力に基づいてレ
ーザ光源１２が未発光となった位置でのレチクルＲ、ウ
エハＷの座標位置を算出し、これをメモリ４８に未発光
位置情報として記憶する機能その他、主制御系４２から
の指令に応じてあるいは後述する補正露光（再露光）の
際に、発光トリガを送って光源１２からパルス光を発光
させる機能等を有する露光量制御部５０とを有してい
る。なお、前記両検出部４４、４６からの情報は相互に
関連させてテーブル形式でメモリ４８に記憶するように
しても良い。

【００３４】上記露光量制御系４０は、実際には、ソフ
トウェアを中心とするマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）
の機能により実現される。但し、位置検出手部４６は高
速性を満たす場合にはハードウエアによって構成しても
良い。

【００３５】ここで、上述のようにして構成された投影
露光装置１０における、露光動作及び再露光動作につい
て説明する。

【００３６】ウエハステージ駆動部３１を介してウエハ
Ｗ上の所定のショット領域を露光開始位置（走査開始位
置）に位置決めした後、主制御系４２では、位置検出部
４６からの出力をモニタしつつ、目標値に応じてレチク
ルステージ駆動部２６及びウエハステージ駆動部３１を
介して、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳ
Ｔとを投影光学系ＰＬに対して当該投影光学系ＰＬの縮
小倍率に応じた速度比で相互に反対方向に同期走査す
る。例えば、レチクルステージＲＳＴを図１中に矢印ａ
のように紙面内で左から右方向に一定速度Ｖで移動させ
ると同時に、ウエハステージＷＳＴを矢印ｂのように紙
面内で右から左に一定速度Ｖ／Ｍ（１／Ｍは投影光学系
ＰＬの縮小倍率）で移動させる。

【００３７】この走査中に主制御系４２では露光量制御
部５０を介してレーザ光源１２に対して所定のタイミン
グで発光トリガを送出する。これにより、発光トリガの
送出から極僅かの遅れをもって光源１２がパルスレーザ
光を発光し、この光により照明光学系を介してレチクル
Ｒ上のスリット状の照明領域ＩＡが照明され、レチクル
Ｒ上の照明領域ＩＡ内に存在するパターンの像がウエハ
Ｗ上の露光領域ＥＡに１／Ｍの縮小倍率で投影され、こ
のようにしてレチクルＲ上のパターンの縮小像がウエハ
Ｗ上のショット領域に逐次転写され、走査露光が達成さ
れる。

【００３８】この走査露光中に、露光量制御部５０で
は、光量検出部４４の出力と位置検出部４６の出力とに
基づいて光源１２の未発光時のレチクルステージＲＳ
Ｔ、及びウエハステージＷＳＴの走査方向の座標位置を
検出して、メモリ４８に記憶する。すなわち、光源１２
が未発光の場合は、光検出器３８の受光量が「０」であ
るから光量検出部４４が照度「０」を検出し、そのとき
の前記座標値が未発光座標位置としてメモリ４８に記憶
される。この未発光座標位値の検出の際、露光量制御部
５０では発光トリガの送出から所定のタイミングの遅れ
を予測し、これを考慮して上記未発光座標位値の決定す
る。

【００３９】走査露光の終了後、主制御系４２では露光
量制御部５０を介してメモリ４８内の情報を検索し、未
発光座標位置の有無を判断する。そして、未発光座標位
置が存在する場合には、再走査を開始する。この再走査
の際に、露光量制御部５０ではメモリ４８の既格納情報
に基づいて、位置検出部４６の出力をモニタしつつ未発
光座標位置にレチクルステージＲＳＴ、及びウエハステ
ージＷＳＴが達する直前に光源１２に発光トリガを送り
パルス光を発光させ、再露光を行う。この場合にも、露
光量制御部５０では発光トリガの送出から所定のタイミ
ングの遅れを予測し、これを考慮する。

【００４０】なお、再露光の際のパルス光の発光方法に
は上記のようにレチクルステージＲＳＴとウエハステー
ジＷＳＴの再走査を行い、この再走査中のレチクルＲお
よびウエハＷの位置に同期して発光する方法に限らず、
上で検出した未発光座標位置（ウエハ座標系上の絶対座
標位置）に基づいて、この位置にレチクルステージＲＳ
ＴとウエハステージＷＳＴを位置決めして静止状態にて
発光するシーケンスを採用してもよい。

【００４１】なお、未発光座標位置として、上記のよう
な絶対座標を用いず、相対座標を用いる場合には、露光
量制御部５０では走査方向が順方向または逆方向のいず
れであっても未発光位置で正確に再露光できるように、
逆方向の時は、原点情報および位置情報等を反転して未
発光座標位置を定めることが望ましい。

【００４２】次に、図３に基づいて、再露光する場合の
光源１２が発光するパルス光の挙動について走査露光の
順方向の場合を例にとって説明する。

【００４３】図３（ａ）には走査方向の各パルス光の発
光位置でのレチクルＲ上の長方形状の照明領域ＩＡにお
ける光強度が模式的に示されている。この図に示される
ように、パルス光の走査方向の光強度の形状は左右に減
衰部を持つように成形されており、隣合う減衰部同士が
重複するように露光が行われると、全体として均一な露
光強度が得られるようになっている。ここでは、点線で
示される第ｎ番目のパルス光が未発光であることを示し
ている。図３（ｂ）には第ｎ番目のパルス光が未発光の
ときに得られる、レチクルＲ上での走査方向の光強度が
示されている。図３（ｃ）にはパルス光が未発光となっ
た第ｎ番目の位置でパルス光を再発光させた状態が示さ
れている。図３（ｄ）には第ｎ番目の未発光のパルス光
が再発光して露光不足となっている領域の露光不足が補
正された状態が示されている。

【００４４】すなわち、レチクルＲのパターン領域が、
最初の走査露光により、図３（ｂ）のような光強度分布
で照明され、再露光により図３（ｃ）のような光強度分
布で照明されると、結果的に、図３（ｄ）に斜線部で示
されるように、レチクルＲ上のパターン領域の光強度の
欠落部が補われ、一定の光強度でパターン領域の全面が
照明され、ウエハＷ上に適正露光量で光量むらのないレ
チクルパターンの露光が行われる。

【００４５】これまでの説明から明らかなように、本第
１の実施形態では、レチクルステージ干渉計３０と位置
検出部４６とによって第１の位置計測手段が構成され、
ウエハステージ干渉計３４と位置検出部４６とによって
第２の位置計測手段が構成されている。また、光検出器
３８と光量検出部４４とによって光量検出手段が構成さ
れ、主制御系４２によってステージ制御系が構成されて
いる。さらに、露光量制御部５０の機能によって未発光
位置検出手段と露光補正手段が実現されている。

【００４６】以上説明したように、本第１の実施形態の
投影露光装置１０によると、光源１２から出るべきパル
ス光の未発光に起因する露光不足が生じても、未発光時
の照明領域ＩＡに対応するレチクルＲおよびウエハＷの
位置で再露光ができるので、露光不足は解消され露光む
らによる線幅のバラツキ、解像度の低下が防止できる。
従って、半導体素子の製造工程にあって現像してみなけ
れば分からなかった露光むらによる不良チップが事前に
処理でき、歩留りの向上に大きく貢献できる。また、再
走査中に再露光できるので、レチクルステージＲＳＴお
よびウエハステージＷＳＴを所定の位置に加減速を繰り
返して静止状態で再露光する場合と異なり、静止するま
でに要する時間が不要になることから、スループットを
高める効果もある。

【００４７】次に露光工程を含む半導体素子の製造方法
について、図４の半導体素子の製造工程の流れ図に沿っ
て説明する。

【００４８】まず、図４のステップ１００において、論
理回路設計およびパターン設計が行われる。次に、ステ
ップ１０２で設計図をもとに、各層ごとの回路パターン
を刻んだレチクルＲが製作される。このレチクルの製作
工程と並行して、ステップ１０４では高純度のシリコン
等の材料でウエハＷが製造され、ステップ１０６でその
ウエハＷの上にフォトレジスト（感光性樹脂）が塗布さ
れる。

【００４９】次に、ステップ１０８の露光工程（フォト
リソグラフィ工程）において、上記工程で製作されある
いはフォトレジストが塗布されたレチクルＲとウエハＷ
が例えば本実施形態に係る投影露光装置１０にセットさ
れ、前述したようにしてレチクルＲに形成されているパ
ターン像がウエハＷ上のショット領域に順次露光、転写
される。この各ショット領域のパターンの転写の際に、
先に述べた走査露光及び再露光（補正露光）が行われ
る。

【００５０】次のステップ１１０では、露光されたウエ
ハＷが恒温槽に入れられた後、現像液に浸される。これ
により、ポジ型レジストの場合は、露光光により感光さ
れたレジスト部分が溶け、非感光のレジスト部が残り
（ネガ型レジストの場合は、この反対）、レジスト像が
形成される。

【００５１】次のステップ１１２では、エッチング溶液
によりウエハＷ上のフォトレジストが洗い流された部分
の酸化膜（例えば、Ｓｉ₃Ｎ₄）が食刻される。

【００５２】次のステップ１１４ではトランジスタやダ
イオード等の素子を形成するためウエハ中のレジストの
無い領域にリンやヒ素等の物質を染み込ませるドーピン
グが行われる。このドーピング後、用済みのレジストが
例えばプラズマ・アッシャー（灰化装置）で取り除かれ
る、すなわちすべてのフォトレジストが取り除かれる。

【００５３】その後、ステップ１０６〜ステップ１１４
までの工程を繰り返すことにより、ウエハ表面に何層も
の回路パターンが形成される。

【００５４】ステップ１１６では回路パターン形成済み
のウエハを用いてチップの組み立てが行われる。具体的
には、ウエハにアルミニウム電極を蒸着し、各素子を回
路として結び付けた後チップ化し組立てる。ダイシン
グ、ボンディング、モールディング等の工程も含まれ
る。

【００５５】次のステップ１１８ではステップ１１６で
製作された半導体素子の電気的特性試験、構造検査およ
び信頼性試験等が行われる。これらの製造工程を経るこ
とによって半導体素子が完成する（ステップ１２０）。

【００５６】《第２の実施形態》次に本発明の第２の実
施形態について、図５ないし図６に基づいて説明する。
ここで、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の
構成部分については、同一の符号を用いるとともにその
説明を簡略にし若しくは省略するものとする。

【００５７】図５には、第２の実施形態に係る投影露光
装置６０の全体構成が概略的に示されている。この投影
露光装置６０は、前述した第１の実施形態の投影露光装
置が初回の走査露光後にパルス光の未発光部分に関し露
光不足を補うため、第２回目の走査中に再露光を行うの
と異なり、パルス光の未発光部分に関し初回の走査露光
中に再露光を完了する点に特徴を有する。

【００５８】この投影露光装置６０では、前述した投影
露光装置１０における照明系１４に代えて照明系８０が
設けられ、露光量制御部５０に代えて露光量制御部８２
が設けられている。

【００５９】照明系８０では、第１の実施形態における
照明系１４内のミラー２２に代えてハーフミラー５２が
設けられるとともに、ハーフミラー３６と固定ブライン
ド１８との間のレーザ光（パルス光）の光路上に当該レ
ーザ光の光束を二分するハーフミラー５４が配置されて
いる。このハーフミラー５４の透過光は、固定ブライン
ド１８、リレーレンズ２０を通ってハーフミラー５２で
折り曲げられてコンデンサレンズ２４を介してレチクル
Ｒ上の長方形状の照明領域ＩＡ１（図６参照）を均一な
照度で照明する。この透過光の光路を以下では「主光
路」といい、その光軸ａｘ１を「主光軸」と呼ぶ。

【００６０】一方、ハーフミラー５４での反射光束の光
路上には、固定ブラインド１８と同一形状の開口を有す
る固定ブラインド５６、平行平面ガラス（プレーンパラ
レル）５８、ミラー６０、シャッタ６２、リレーレンズ
６４、ミラー６６が配置されている。このため、シャッ
タ６２が「開状態」にあるとき、ハーフミラー５４で反
射された光束は、固定ブラインド５６の開口部を通過す
る際にその断面形状が規定され、平行平面ガラス５８を
介してミラー６０で水平に折り曲げられた後、リレーレ
ンズ６４を介してミラー６６で鉛直下方に折り曲げられ
る。その後、この光束はハーフミラー５２を通過して、
コンデンサレンズ２４を介して前述した二次光源面とフ
ーリエ変換の位置関係にあるレチクルＲのパターン面上
のブラインド５６により規定された所定形状、ここでは
長方形スリット状の照明領域ＩＡ２（図６参照）を照明
する。この場合もフライアイレンズの個々のレンズエレ
メントがコンデンサレンズ２４を介してレチクルＲを照
明することにより、オプチカルインテグレータの役割を
果たしている。従って、レチクルＲ上の照明領域ＩＡ２
内は均一な照度で照明される。この反射光束の光路を以
下では副光路といい、その光軸ａｘ２を副光軸という。

【００６１】ここで、レチクルＲ上の長方形の照明領域
を有する走査型露光装置においては、副光路の光軸ａｘ
２の位置は収差補正の良好な主光軸ａｘ１近傍が有利で
あることから、主光軸ａｘ１と副光軸ａｘ２とを近接し
て配置している。

【００６２】平行平面ガラス５８は、副光軸ａｘ２によ
る照明領域ＩＡ２を走査方向、即ち、長方形の照明領域
の短辺方向にシフトできるように、レチクルＲのパター
ン形成面に平行で光軸と直交する軸の回りに回転可能に
設けられている。これにより、副光軸ａｘ２の主光軸ａ
ｘ１に対する間隔を装置組み立て後に所望の値に容易に
調整できるので組み立ての容易化を図ることが可能であ
る。

【００６３】前記シャッタ６２としては、例えばロータ
リシャッタが用いられ、このシャッタ６２の開閉は、シ
ャッター開閉装置６８によって行われるようになってい
る。このシャッタ開閉装置６８は露光量制御系４０を構
成する露光量制御部８２によって制御される。すなわ
ち、この露光量制御部８２は、前述した露光量制御部５
０と同一の機能を有する他、上記のシャッタ開閉装置６
８の制御機能をも有するものである。本実施形態ではこ
の露光量制御部８２によって、後述するように未発光位
置検出手段と第２の補正露光手段が構成される。

【００６４】その他の部分の構成は、前述した第１の実
施形態に係る投影露光装置１０と同一になっている。

【００６５】このようにして構成された投影露光装置６
０では、ウエハステージ駆動部３１を介してウエハＷ上
の所定のショット領域を露光開始位置（走査開始位置）
に位置決めした後、主制御系４２では、位置検出部４６
からの出力をモニタしつつ、目標値に応じてレチクルス
テージ駆動部２６及びウエハステージ駆動部３１を介し
て、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴと
を投影光学系ＰＬに対して当該投影光学系ＰＬの縮小倍
率に応じた速度比で相互に反対方向に同期走査しつつ
（図５矢印ａ，ｂ参照）、露光量制御部８２を介してレ
ーザ光源１２に対して所定のタイミングで発光トリガを
送出する。これにより、発光トリガの送出から極僅かの
遅れをもって光源１２がパルスレーザ光を発光し、この
光により照明光学系を介してレチクルＲ上のスリット状
の照明領域ＩＡ１が照明され、レチクルＲ上の照明領域
ＩＡ１内に存在するパターンの像がウエハＷ上の露光領
域ＥＡ１に１／Ｍの縮小倍率で投影され、このようにし
てレチクルＲ上のパターンの縮小像がウエハＷ上のショ
ット領域に逐次転写される。

【００６６】この走査露光中に、露光量制御部８２で
は、光量検出部４４の出力と位置検出部４６の出力とに
基づいて、光源１２の未発光時のレチクルステージＲＳ
Ｔ、及びウエハステージＷＳＴの走査方向の座標位置を
検出して、メモリ４８に記憶する。この後、露光量制御
部８２では、メモリ４８内の未発光座標位置情報、既知
の主光軸ａｘ１と副光軸ａｘ２の間隔、位置検出部４６
からの位置情報と走査速度、及びパルス光の発光周期と
に基づいて、パルス光の未発光時の照明領域ＩＡ１に対
応するレチクルＲ上のパターン領域が副光軸ａｘ２の直
下、すなわち照明領域ＩＡ２の位置に来たとき、シャッ
ター開閉装置６８に露光信号を送りシャッタ６２を開
き、再露光を行う。この時、主光軸下の照明領域ＩＡ１
に対応するウエハＷ上の領域も同時に露光される（図６
参照）。

【００６７】この図６からも明らかなように、本第２の
実施形態の投影露光装置６０では、１回の走査露光中
に、光源１２の未発光が検出されると、その未発光時の
照明領域ＩＡ１に対応するパターン領域が照明領域ＩＡ
２の位置に来たとき、副光路により再露光が行われるの
で、露光不足は解消され露光むらによる線幅のバラツ
キ、解像度の低下が防止でき、半導体素子の製造工程に
あって現像してみなければ分からなかった露光むらによ
る不良チップが事前に処理でき、歩留りの向上に大きく
貢献できることに加え、最初の走査露光中に再露光でき
るので、上記第１の実施形態の場合に比べても一層のス
ループット向上が期待される。

【００６８】この装置も、前述した図４の半導体素子の
製造工程におけるステップ１０８の露光工程（フォトリ
ソグラフィ工程）において用いられる。

【００６９】なお、上記第２の実施形態では、単一のレ
ーザ光源からのレーザ光をハーフミラーで分割して主光
路と副光路とを設ける場合について説明したが、同一の
性能の複数のレーザ光源を設け、各レーザ光源からのレ
ーザ光をそれぞれ主光路と副光路を介して第１照明領域
ＩＡ１，ＩＡ２をそれぞれ照明するようにしても良い。
かかる場合には、上記のようにレーザ光を二分割する場
合に比べてウエハ面へのレーザ光の光量を高くすること
ができるため、走査速度を高く設定してより一層のスル
ープット向上を図ることが可能であるという利点もあ
る。

【００７０】なお、上記第１、第２の実施形態の説明で
は、本発明に係るレーザ光の照射方法が、半導体製造工
程に用いられる投影露光装置に適用された場合を説明し
たが、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではな
く、本発明は基板用周辺露光装置、レーザリペア装置、
レーザアニーリング装置、エッチング装置等に適用が可
能であり、いずれの装置に適用した場合にもレーザ光源
からのパルス光の未発光に伴い、最終的に試料に処理む
らが発生するのを防止することができる。

【００７１】なお、本発明の解決原理、すなわち走査露
光中にパルス光の未発光を検出して後に再発光を行うこ
とは、パルス光の光量不足に対しても応用が可能であ
る。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るレー
ザ光の照射方法によれば、パルス光の未発光により最終
的に試料に処理むらが発生するのを防止することができ
るという効果がある。

【００７３】また、本発明に係る投影露光方法及びその
装置によれば、製品の歩留まりの向上を図ることができ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る投影露光装置の全体構成
を概略的に示す図である。

【図２】図１の装置における長方形スリット状の照明領
域をレチクル上に示す概略図である。

【図３】再露光する場合の光源が発光するパルス光の挙
動について説明するための図である。

【図４】半導体素子の製造工程を示す流れ図である。

【図５】第２の実施形態に係る投影露光装置の全体構成
を概略的に示す図である。

【図６】図５の装置における長方形スリット状の照明領
域をレチクル上に示す概略図である。

【符号の説明】

１０投影露光装置１２レーザ光源１４照明系２６レチクルステージ駆動部３０レチクルステージ干渉計３１ウエハステージ駆動部３４ウエハステージ干渉計３８光検出器４２主制御系４４光量検出部４６位置検出部５０露光量制御部６０投影露光装置８０第２の照明系８２露光量制御部ＰＬ投影光学系ＲＳＴレチクルステージＷＳＴウエハステージＷウエハＲレチクルＩＡ照明領域ＩＡ１第１照明領域ＩＡ２第２照明領域ＥＡ、ＥＡ１露光領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源からのパルス光を試料に照射
して所定の処理を行うレーザ光の照射方法であって、パルス光を所定のタイミングで発光しつつ前記パルス光
の照射領域に対し試料面を相対走査する第１工程と；前
記第１工程の相対走査中に、前記試料面上のパルス光の
未発光領域の位置を検出する第２工程と；前記第２工程
の検出結果に基づいて、前記試料面上のレーザ照射済み
領域の内のパルス光の未発光領域に前記レーザ光を再照
射する第３工程とを含むレーザ光の照射方法。
【請求項２】パターンが形成されたマスク上の所定の
照明領域を照明し、前記照明領域に対して前記マスクを
走査するとともにこのマスクの走査と同期して前記照明
領域と共役な露光領域に対して感光基板を走査しつつ、
前記マスクのパターンの像を前記感光基板上に投影光学
系を介して投影露光する投影露光方法であって、レーザ光源からのパルス光を所定のタイミングで発光し
つつ前記投影光学系に対して前記マスクと感光基板とを
同期して走査することにより、前記マスク上の照明領域
のパターンの像を逐次前記感光基板上に投影露光する第
１工程と；前記第１工程の走査露光中に、前記パルス光
の未発光時に対応する前記マスクと前記感光基板の位置
を検出する第２工程と；前記第２工程の検出結果に基づ
いて、前記未発光時の前記照明領域に対応するマスク上
のパターンを前記未発光時の露光領域に対応する前記感
光基板上の領域に再露光する第３工程とを含む投影露光
方法。
【請求項３】前記第３工程における再露光を、前記マ
スクと感光基板とを前記投影光学系に対して同期して再
走査しながら行うことを特徴とする請求項２に記載の投
影露光方法。
【請求項４】前記第３工程における再露光を、前記第
１工程と同一の走査露光中に行うことを特徴とする請求
項２に記載の投影露光方法。
【請求項５】前記請求項２ないし４のいずれか一項に
記載の投影露光方法ををフォトリソグラフィ工程で用い
ることを特徴とする素子の製造方法。
【請求項６】パターンが形成されたマスク上の所定の照
明領域を照明し、前記照明領域に対して前記マスクを走
査するとともにこのマスクの走査と同期して前記照明領
域と共役な露光領域に対して感光基板を走査しつつ、前
記マスクのパターンの像を前記感光基板上に投影光学系
を介して投影露光する投影露光装置であって、レーザ光源を含み、当該レーザ光源からのパルス光によ
り前記マスク上の所定の照明領域を照明する照明系と；
前記照明されたマスクのパターン像を前記感光基板上に
投影する投影光学系と；前記マスクが搭載されるマスク
ステージと；前記感光基板が搭載される基板ステージ
と；前記マスクステージの位置を計測する第１の位置計
測手段と；前記基板ステージの位置を計測する第２の位
置計測手段と；前記マスクステージを所定の走査方向に
駆動する第１のステージ駆動手段と；前記基板ステージ
を少なくとも前記走査方向に駆動する第２のステージ駆
動手段と；前記第１、第２の位置計測手段の出力をモニ
タしつつ前記第１、第２のステージ駆動手段を介して前
記マスクステージと前記基板ステージとの相対走査及び
位置を制御するステージ制御系と；前記レーザ光源から
のパルス光の照射光量を検出する光量検出手段と；前記
光量検出手段と前記第１、第２の位置計測手段の出力に
基づいてパルス光の未発光時の前記マスクステージと基
板ステージとの位置を検出する未発光位置検出手段と；
前記未発光位置検出手段の検出結果に基づいて、前記ス
テージ制御系を介して前記両ステージを制御するととも
に、未発光時の前記照明領域に対応する前記マスクのパ
ターンを前記未発光時の露光領域に対応する前記感光基
板上の領域に再露光する露光補正手段とを有する投影露
光装置。
【請求項７】前記照明系に代えて、レーザ光源を含
み、当該レーザ光源からのパルス光により前記マスク上
に走査方向に沿って所定間隔で配置される第１照明領
域、第２照明領域をそれぞれ照明するレーザ光の主光路
と副光路とが設けられた第２の照明系が設けられ、前記露光補正手段に代えて、前記ステージ制御系による
前記マスクステージと前記基板ステージとの相対走査中
に、前記未発光位置検出手段の検出結果に基づいて、前
記副光路を通り前記第２の照明領域へ達するレーザ光を
用いて前記主光路を通って前記第１の照明領域を照射す
るパルス光の未発光時の前記第１の照明領域に対応する
マスクのパターンを前記未発光時の露光領域に対応する
前記感光基板上の領域に再露光する第２の露光補正手段
が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の投
影露光装置。