JPH11121355A

JPH11121355A - 投影露光装置および露光方法

Info

Publication number: JPH11121355A
Application number: JP9293404A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Murayama; 正幸村山; Yuji Imai; 裕二今井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】照明領域や照明条件の変更に伴って投影光学系
のイメージフィールド内の光強度分布が変化しても、常
に最適な露光動作ができる投影露光装置および露光方法
を提供することを目的とする。【解決手段】所定の照明光を射出する光源１２と、パタ
ーンが形成されたレチクルＲを照明する照明系内に設け
られ、レチクルＲを照明する照明条件を変更する開口絞
り部４と、パターンの像を基板Ｗ上に投影する投影光学
系ＰＬと、基板Ｗを保持して２次元平面内で移動可能な
基板ステージＷＳＴ上に設けられ、基板ステージＷＳＴ
を移動させて投影光学系ＰＬのイメージフィールド内の
光強度を計測する照度計１００と、照明条件毎の光強度
分布が所定の許容値内に入るように照明系内の光学部材
１２、２２、２６、３０の位置を補正する補正手段８、
５０、５２を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、液晶
表示装置、あるいは薄膜磁気ヘッド等の製造工程におけ
るフォトリソグラフィ工程で使用される投影露光装置お
よび露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置や液晶表示装置等の製造工程
におけるフォトリソグラフィ工程では、レチクルあるい
は、マスク（以下、レチクルという）に形成された回路
パターンを投影光学系を介して半導体ウェハやガラスプ
レート（以下、ウェハという）上に投影露光する投影露
光装置が用いられている。この投影露光装置としては種
々の方式のものがあるが、例えば半導体装置の製造の場
合、レチクルの回路パターン全体を一度に投影し得るイ
メージフィールドを持つ投影光学系を介してウェハをス
テップ・アンド・リピート方式で露光する投影露光装置
と、レチクルを１次元に走査しつつ、ウェハをそれと同
期した速度で１次元に走査させる、いわゆるステップ・
アンド・スキャン方式の投影露光装置とがある。

【０００３】ところで、これらの投影露光装置には高い
露光精度が要求されており、例えば、投影光学系のイメ
ージフィールド内で照度むらのない均一なあるいは所定
の光強度分布の照明光でウェハ上のレジストを感光させ
ることが要求されている。特に、近年の半導体素子の微
細化、高集積化の要求と共にイメージフィールドの面積
も拡大傾向にあり、それに伴いより多数のレンズ群で構
成されるようになってきた投影光学系内を通過する照明
光がこれらのレンズの表面で反射される面積も増大して
きており、イメージフィールド内の照度むらが無視でき
なくなってきている。

【０００４】そのため、所定のスケジュールに基づい
て、投影光学系のイメージフィールド内における照明光
の光強度分布の測定を行い、得られた光強度分布に基づ
いて照度むらの調整を行うようにしている。照度むらの
調整は、例えば照明系内の光源の位置を光軸方向に所定
量ずらしたり、フライアイレンズやコンデンサレンズ等
を光軸に対して所定量傾けたり、移動させたりすること
で行うことができる。光強度分布の測定方法としては、
例えば、特公平１−３９２０７号公報に開示されたもの
があり、以下、ステップ・アンド・リピート方式の投影
露光装置を例にして投影光学系のイメージフィールドの
光強度分布測定の従来の方法について説明する。

【０００５】まず、光強度分布を測定するに際し、レチ
クルは照明光の光路上から予め退出させておく。通常レ
チクルにはそれ自体の面内透過率にばらつきがあり、ま
たレチクル表面には微少なゴミが付着している可能性が
あるので、投影光学系のイメージフィールド内の正確な
光強度分布の計測を妨げるおそれがあるからである。次
に、レチクルブラインド機構の複数のブレードを広げ
て、照射面積が装置の有する最大有効面積になるように
イメージフィールドを整形する。通常、光強度分布を測
定するためのイメージフィールドの形状は、投影光学系
の最大投影フィールドの直径よりやや内側を対角線とす
る長方形もしくは正方形である。以上の設定の後に光源
から照明光を射出し、当該照明光を照明光学系を通過さ
せて直接投影光学系に入射させ、イメージフィールドに
投影させる。

【０００６】一方、ウェハを載置して２次元移動可能な
ウェハステージ上には、ウェハの表面とほぼ同じ高さに
調整された受光面を有し、イメージフィールドの面積よ
りも小さな受光部を有する測光部が設けられている。ウ
ェハステージを駆動して測光部をイメージフィールドに
移動させ、ステッピング動作を繰り返して、イメージフ
ィールド内の所定の複数の測定点における光強度を順次
測定する。光強度測定におけるウェハステージの移動量
はレーザ干渉計により測定され、このレーザ干渉計から
の位置情報と、測光部の光電変換素子からの出力値に基
づいて、イメージフィールド内の光強度分布が求められ
る。イメージフィールド内の測定点の数を増やすことに
より、より正確にイメージフィールド内の光強度分布を
得ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の光
強度分布の測定においては、レチクルブラインド機構の
ブレードを広げてイメージフィールドの面積を最大有効
面積となるようにしてから、当該イメージフィールド内
の光強度分布の測定を行っている。

【０００８】ところが、レチクルに描画されたパターン
の像を実際にウェハ上に露光する露光工程では、例えば
ウェハの周辺付近を露光する際にレチクルブラインド機
構のブレードを移動させてその照明領域を狭め、イメー
ジフィールドを最大有効面積より小さな面積に変更して
露光を行うことも少なくない。このような場合、レチク
ルブラインド機構によって照明光が遮光された分だけ、
投影光学系を構成するレンズ等の光学部材での露光光の
反射光量が変化するが、そのためにイメージフィールド
内の光強度分布も変化する。

【０００９】また近年、複数種類の開口絞りを用意し
て、露光工程に応じてそれらの開口絞りを択一的に照明
系内に挿入することにより照明条件を変更して露光を行
うようになってきており、この照明条件の変更によって
イメージフィールド内の光強度分布も変化する。

【００１０】従って、従来のようにイメージフィールド
を最大有効面積にして行う光強度分布の測定では、現実
の露光工程でのイメージフィールド内の光強度分布を得
ることができず、ウェハ上に極めて微細なパターンの像
を転写する高精度の露光動作に対応できないという問題
を有している。

【００１１】本発明の目的は、照明領域や照明条件の変
更に伴って投影光学系のイメージフィールド内の光強度
分布が変化しても、常に最適な露光動作ができる投影露
光装置および露光方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、所定のエネ
ルギ線を射出するエネルギ源を有し、パターンが形成さ
れたレチクルを照明する照明系と、レチクル上の照明領
域を規定するブラインド部と、パターンの像を基板上に
投影する投影系と、基板を保持して２次元平面内で移動
可能な基板ステージと、基板ステージ上に設けられたエ
ネルギ入力部を有し、基板ステージを移動させて投影系
のイメージフィールド内の強度分布を測定する強度分布
測定系と、ブラインドにより規定される照明領域毎の強
度分布が所定の許容値内に入るように照明系内の部材の
位置を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする投
影露光装置によって達成される。

【００１３】また、上記目的は、所定のエネルギ線を射
出するエネルギ源を有し、パターンが形成されたレチク
ルを照明する照明系と、照明系内に設けられ、レチクル
を照明する照明条件を変更する照明条件変更手段と、パ
ターンの像を基板上に投影する投影系と、基板を保持し
て２次元平面内で移動可能な基板ステージと、基板ステ
ージ上に設けられたエネルギ入力部を有し、基板ステー
ジを移動させて投影系のイメージフィールド内の強度分
布を測定する強度分布測定系と、照明条件毎の強度分布
が所定の許容値内に入るように照明系内の部材の位置を
補正する補正手段とを備えたことを特徴とする投影露光
装置によって達成される。

【００１４】このように本発明の構成によれば、ブライ
ンド部による照明領域の変更や照明条件変更手段による
照明条件の変更に伴って投影系のイメージフィールド内
の強度分布が変化しても、当該強度分布が所定の許容値
内に入るように照明系内の部材の位置を補正するので、
常に最適な露光処理を行うことができるようになる。

【００１５】上述の本発明の投影露光装置において、強
度分布測定系は、照明条件変更手段により照明条件が変
更される毎に、強度分布を測定するように基板ステージ
を制御してもよい。

【００１６】また上述の本発明の投影露光装置におい
て、補正手段は、測定されたイメージフィールドの強度
分布に対する照明領域毎、照明条件毎の所定の許容値の
データを格納する記憶部を有している。この許容値のデ
ータは、強度分布の測定データと比較され、照明系内の
部材の位置補正が必要か否かを判断するために用いられ
る。

【００１７】また、上述の本発明の投影露光装置におい
て、補正手段は、ブラインド部により照明領域が変更さ
れたら、あるいは前記照明条件変更手段により前記照明
条件が変更されたら、記憶部内の当該照明領域あるいは
照明条件に対応する所定の許容値のデータと、当該照明
領域あるいは照明条件で測定した強度分布のデータとを
比較して、測定データが許容値を越えていたら部材の位
置補正量を算出する演算部を有している。

【００１８】このように、各照明領域あるいは照明条件
に対応する所定の許容値のデータを記憶しておき、各照
明領域あるいは照明条件で測定した強度分布のデータと
を比較して許容値を越えているときだけ部材の位置補正
量を算出するようにすれば、照明領域、照明条件の変更
に伴う照明系の部材の位置の補正を迅速に行うことがで
きるようになる。

【００１９】また、上述の本発明の投影露光装置におい
て、補正手段は、各照明領域毎、各照明条件毎に対応付
けた各部材の位置補正量を記憶する記憶部を有している
ことを特徴とする。このようにすれば、照明領域、照明
条件の変更に伴う強度分布の実測をしなくても済み、ま
た演算部では当該記憶部から所定の部材の位置補正量を
読み出すだけでよくなるので、照明領域、照明条件を規
定するだけで部材の位置補正を行うことができ、補正動
作をより迅速に行うことができる。

【００２０】また、上述の記憶部は照明領域毎に対応付
けた強度分布のデータをさらに有し、補正手段は、当該
照明領域における測定された強度分布と記憶部に記憶さ
れた強度分布のデータとを比較して、部材の位置補正量
を決定することを特徴とする。このようにすれば、測定
された強度分布と記憶部に記憶された強度分布が近似し
ていると判断した場合には、記憶された強度分布に対応
する照明領域に基づいて、照明領域毎に対応させて記憶
部に記憶させた部材の位置補正量を選択して部材の位置
補正を行うことができ、補正動作を迅速に行うことがで
きるようになる。

【００２１】また、本発明の投影露光装置において、エ
ネルギ入力部は、２次元配列された複数個の光電変換素
子を備えているようにしてもよい。こうすることによ
り、より迅速に強度分布の測定を行うことができるよう
になる。

【００２２】また、本発明の投影露光装置において、補
正手段は、強度分布が所定の許容値になるよう部材の位
置を補正した後、レチクルを透過したイメージフィール
ド上のエネルギ線のエネルギ量を所定の最適露光量に補
正することを特徴とする。こうすることにより、実際に
感光基板を露光するに必要な露光量を最適に制御するこ
とができる。

【００２３】また、上記目的は、照明領域を規定するブ
ラインド部からのエネルギ線でパターンが設けられたマ
スクを照明し、当該パターンの像を投影系を介して基板
上に露光する露光方法において、照明領域の変更毎に投
影系のイメージフィールド内の強度分布を検出し、当該
強度分布が所定の許容値内に入るように補正することを
特徴とする露光方法によって達成される。

【００２４】また、上記目的は、所定の照明条件でパタ
ーンが設けられたマスクを照明し、当該パターンの像を
投影系を介して基板上に露光する露光方法において、照
明条件の変更毎に投影系のイメージフィールド内の強度
分布を検出し、当該強度分布が所定の許容値内に入るよ
うに補正することを特徴とする露光方法によって達成さ
れる。

【００２５】このように本発明によれば、照明領域、照
明条件が変更されても、投影系のイメージフィールド内
で所望の強度分布を得ることができるようになる。この
ため、ウェハ周辺部の露光の際にブラインド部により照
明領域を小さくしたり、あるいは任意の露光面積を有す
るパターンにエネルギ線を照射したりする場合であって
も、また露光工程で照明条件を変更したとしても、常に
イメージフィールド内で所望の強度分布を得ることがで
きるようになる。

【００２６】また、上記目的は、所定の照明条件でマス
クを照射し、マスク上の照明領域内のパターンを基板上
に露光することで、基板上に半導体素子を形成する素子
形成方法において、照明領域の変更または照明条件の変
更に応じて、基板上におけるエネルギ分布を補正するこ
とを特徴とする素子形成方法によって達成される。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態による投影
露光装置および露光方法を図１乃至図４を用いて説明す
る。本実施の形態は、ステップ・アンド・リピート方式
の投影露光装置に本発明を適用したものである。まず、
本実施の形態による投影露光装置の概略の構成を図１を
用いて説明する。ｇ線（波長：４３６ｎｍ）、ｉ線（波
長：３６５ｎｍ）等の光束（エネルギ線）を発する水銀
ランプ１２は、回転対称型反射鏡としての楕円鏡１４の
ほぼ第１焦点に位置する。水銀ランプ１２は駆動系４０
により、第１焦点近傍を楕円鏡１４の光軸に沿って移動
できるようになっている。水銀ランプ１２からの照明光
は楕円鏡１４によりその第２焦点近傍に集光される。こ
の第２焦点には、駆動系３６によって照明光の遮断と透
過とを切り替えるシャッタ１６が配置されており、シャ
ッタ１６を通った照明光束は、コリメートレンズ３に入
射してほぼ平行光束に変換される。

【００２８】この平行光束は、オプティカルインテグレ
ータとして機能するフライアイレンズ２２に入射する。
フライアイレンズ２２は駆動系４２により、光軸に対し
て微少角度傾けることができるようになっている。この
フライアイレンズ２２の射出側には多数の２次光源像が
形成される。フライアイレンズ２２によって形成される
複数の２次光源の近傍には、照明条件変更手段として当
該２次光源の光強度分布を所定の光強度分布に整形する
開口絞り部４が配置されている。この開口絞り部４は、
図２に示すように回転軸を中心に回転可能なターレット
に複数の開口絞り５ａ〜５ｆが形成されたものであり、
ターレットを回転させて開口絞り５ａ〜５ｆのいずれか
を２次光源の射出面上に設定することができるようにな
っている。

【００２９】所定の開口絞り５を透過した各２次光源像
からの照明光はコンデンサレンズ２６に入射する。コン
デンサレンズ２６は制御系４４により光軸方向に移動で
きるようになっている。コンデンサレンズ２６の後側焦
点面には、複数の可動ブレード（ＢＬ１、ＢＬ２等）を
有するレチクルブラインド機構２８が配置されている。
複数のブレードＢＬは、それぞれ駆動系３８によって独
立に移動できるようになっている。また、複数のブレー
ドの各エッジで規定された開口ＡＰの形状は、投影光学
系ＰＬの投影フィールド内に含まれるように定められ
る。

【００３０】コンデンサレンズ２６を通過した照明光
は、レチクルブラインド機構２８の開口ＡＰを通過し、
レンズ系３０に入射する。レンズ系３０は駆動系４６に
より光軸方向に移動できるようになっている。レンズ系
３０を射出した照明光は、ミラー３２、およびメインコ
ンデンサレンズ３４を介してレチクルＲを照射する。こ
れにより、ブラインド機構２８の複数のブレードＢＬで
規定された開口ＡＰの像がレチクルＲ下面のパターン面
に結像される。

【００３１】レチクルＲは、図中のＸ−Ｙ平面を２次元
的に移動可能なレチクルステージ（図示せず）上に載置
され、図示しないレチクルステージ用レーザ干渉計に基
づく位置制御によりレチクルステージと共に移動するこ
とができるようになっている。

【００３２】レチクルＲを透過した照明光は、投影光学
系ＰＬに入射して集光され、投影光学系ＰＬのイメージ
フィールド内にレチクルＲのパターンの像を結像する。
本実施の形態においては、投影光学系ＰＬは、両側テレ
セントリックで１／４縮小、あるいは１／５縮小の屈折
素子、あるいは屈折素子と反射素子との組み合わせで構
成されている。

【００３３】投影光学系ＰＬの下方には、ウェハＷを載
置してＸ−Ｙ面内を２次元移動可能なウェハステージＷ
ＳＴが設けられている。ウェハステージＷＳＴは、駆動
系６によりＸ方向に移動し、図示しないＹ方向の駆動系
によりＹ方向に移動するようになっている。ウェハステ
ージＷＳＴの移動量は、Ｘ軸方向のウェハステージ用レ
ーザ干渉計７（Ｙ軸方向のレーザ干渉計の図示は省略し
ている）により逐次計測されるようになっている。

【００３４】また、ウェハＷは図示しないウェハホルダ
ＷＨ上に吸着され、ウェハホルダＷＨをＺ方向に移動さ
せて、ウェハＷの表面を投影光学系ＰＬによるイメージ
フィールドのフィールド面に一致させることができるよ
うになっている。

【００３５】さらに、ウェハステージＷＳＴ上には、イ
メージフィールド内の複数の測定点の光強度を測定する
光強度測定手段としての照度計１００が設けられてい
る。この照度計１００の構成を図３を用いて説明する。
図３は、図１における照度計１００近傍のウェハステー
ジＷＳＴの部分拡大図である。図３において、照度計１
００は、受光面１００ａ、開口部１００ｂ、及び受光素
子１００ｃを備えている。照度計１００は、図示しない
駆動装置により、受光面１００ａの高さをウェハＷの表
面の高さに一致させることができるようになっている。
受光面１００ａの中央部には開口部１００ｂが形成され
ている。開口部１００ｂの開口形状は、例えば、０．５
ｍｍφ程度のピンホール形状である。開口部１００ｂの
下方には、開口部１００ｂを通過した光を受光する受光
素子１００ｃが配置されている。イメージフィールド内
の光強度の測定の際には、この照度計１００は、ウェハ
ステージＷＳＴを移動させることにより投影光学系ＰＬ
の下方に移動させられる。

【００３６】次に、再び図１に戻って、本投影露光装置
全体を制御する制御装置８について説明する。制御装置
８には、レーザ干渉計７等の位置検出手段から、ウェハ
ステージＷＳＴおよび不図示のレチクルステージの位置
情報が例えば１０ｎｍ程度の高分解能で入力される。制
御装置８は、それらの位置情報に基づいて駆動系６等に
指令を与え、ウェハステージＷＳＴあるいは不図示のレ
チクルステージを所定の位置に移動させるように制御す
る。また制御装置８は、所定の照明条件に基づいて開口
絞り５ａ〜５ｆのいずれかを照明光の光路中にセットす
るように開口絞り部４を制御し、あるいは駆動系３８に
指令を与えてブレードＢＬを移動させて所定の開口ＡＰ
を形成するようにレチクルブラインド機構２８を制御す
る。

【００３７】また、制御装置８には、イメージフィール
ド内の複数の測定点の光強度を照度計１００で測定して
光強度分布を求める際、光電変換された各測定点の光強
度信号が図３に示した受光素子１００ｃから入力される
ようになっている。

【００３８】そして、制御装置８には記憶部５０が接続
されており、各測定点の光強度信号はそれぞれの測定点
の位置情報と対応付けられて制御装置８から記憶部５０
に格納されるようになっている。なお、記憶部５０に
は、イメージフィールド内の複数の測定点の各測定位置
が予め記憶されている。

【００３９】また、制御装置８には、複数の測定点の位
置情報と照度計１００で計測された光強度の情報に基づ
いて、イメージフィールド内の光強度分布を求める演算
部５２も接続されている。

【００４０】さらに、制御装置８は、各照明領域毎ある
いは各照明条件毎におけるイメージフィールドの光強度
分布が所定の許容値内に入るように、照明系内の水銀ラ
ンプ１２、フライアイレンズ２２、コンデンサレンズ２
６、レンズ系３０等（以下、照明系内の光学部材とい
う）の位置を補正する補正手段の一部を構成する駆動系
４０、４２、４４、４６を制御するようになっている。

【００４１】ここで、照明系内の各光学部材の位置を補
正する補正手段の構成およびその動作について説明す
る。上述の制御装置８および制御装置８により制御され
る駆動系４０〜４６と共に、記憶部５０および演算部５
２も、照明系内の各光学部材の位置を補正する補正手段
の一部を構成している。

【００４２】記憶部５０は、イメージフィールド内の光
強度分布に対する所定の許容値のデータを複数の照明領
域、照明条件毎にテーブルとして格納している（以下、
これをテーブル１という）。所定の許容値のデータは予
め所定の複数の照明領域、照明条件毎に実測あるいはシ
ミュレーション等により求めておいたものである。所定
の許容値のデータは種々の形態で持たせることができ、
例えば、測定した光強度分布の所定の基準平面に対する
ばらつきの範囲を許容値とすることができる。また、複
数の照明領域は、例えばレチクルブラインド部２６の複
数のブレードＢＬの基準位置からの相対移動量、あるい
は移動位置等で区分するようにしている。

【００４３】演算部５２では、レチクルブラインド機構
２８により照明領域が変更され、あるいは開口絞り部４
により照明条件が変更されたら、記憶部５０内の上記テ
ーブル１を参照し、変更に係る照明領域あるいは照明条
件に対応する所定の許容値のデータを読み出し、実際に
測定した光強度分布のデータとの差を求め、測定した光
強度分布が所定の許容値を越えていたら、光強度分布が
所定の許容値内に収まるように照明系の各光学部材の位
置補正量を算出する。算出された位置補正量に基づい
て、制御装置８は照明系の所定の光学部材の位置を補正
するよう駆動系４０〜４６の所定の駆動系を制御する。

【００４４】さらに本実施の形態による投影露光装置で
は、記憶部５０において、複数の照明領域および照明条
件に対応させて照明系内の各光学部材の位置補正量をテ
ーブルとして記憶している（以下、これをテーブル２と
いう）。この照明系内の各光学部材の位置補正量は、複
数の照明領域および照明条件毎に予めイメージフィール
ドの光強度分布を測定しておいて、当該光強度分布が所
望の分布になるように光源１２の位置、フライアイレン
ズ２２やコンデンサレンズ２６等の光軸に対する傾斜量
や移動量を求めておいたものである。テーブル２を作成
するために予め測定しておくイメージフィールドの光強
度分布の測定数は、照明条件については図２に示したよ
うな開口絞り５の個数と同一であり、照明領域について
は現実の露光工程で用いられる照明領域の数になる。例
えばレチクルブラインド部２８のブレードＢＬを僅か
（例えば２〜３ｍｍ程度）に動かす程度ではイメージフ
ィールド内の光強度分布の変動はほとんどないので、現
実の露光工程で使用するレチクルパターンの面積、形状
から判断して代表的な照明領域を複数選び、それらに対
して光強度分布の測定をしておくようにすればよい。

【００４５】このテーブル２を用意しておくことによ
り、演算部５２では、レチクルブラインド機構２８によ
り照明領域が変更され、あるいは開口絞り部４により照
明条件が変更された場合、光強度分布の測定データを用
いることなく、記憶部５０内のテーブル２から変更に係
る照明領域あるいは照明条件に対応する照明系の各光学
部材の位置補正量を読み出す。読み出された位置補正量
に基づいて、制御装置８は照明系の所定の光学部材の位
置を補正するよう対象となる駆動系４０〜４６の１また
は複数を制御する。この場合は上述のように光強度分布
の測定データを用いる必要がないので、測定動作を省略
して光学部材の位置補正動作を高速化することができ
る。

【００４６】さらに記憶部５０は、上記複数の照明領域
に対応付けたイメージフィールドの光強度分布のデータ
も格納している（以下、これをテーブル３という）。こ
のテーブル３は、記憶部５０に格納されている上記照明
領域以外の、新たな照明領域を用いて露光動作を行う際
に利用される。この光強度分布データも予め複数の照明
領域毎に実測あるいはシミュレーション等により求めて
おいたものである。

【００４７】レチクルブラインド機構２８によりテーブ
ル１および２に登録されていない新たな照明領域に変更
された場合、演算部５２では、記憶部５０内の上記テー
ブル３を参照し、新たな照明領域に係る実測の光強度分
布のデータとテーブル３内の光強度分布のデータとを順
次比較する。そして、所定の基準範囲に入るデータのう
ち最もよく近似している光強度分布のデータに対応する
照明領域をテーブル３から選択する。次に、当該照明領
域に対応する照明系の各光学部材の位置補正量をテーブ
ル２から読み出して、新たな照明領域に対する照明系の
各光学部材の位置補正量として用いる。読み出された位
置補正量に基づいて、制御装置８は照明系の所定の光学
部材の位置を補正するよう対象となる駆動系４０〜４６
のいずれかまたは複数を制御する。なおテーブル３は照
明領域のみについて作成され、照明条件については作成
しないが、これは照明条件が予め装置に搭載された複数
の開口絞り５で限定されているのでテーブル３を利用す
る必要がないからである。

【００４８】このテーブル３を用いることにより、本投
影露光装置の図示しない入力部から例えば、レチクルブ
ラインド部２６のブレードＢＬの移動量が、あらかじめ
記憶部５０に記憶させておいたブレード移動量と比較し
て大きくはずれている場合にはイメージフィールドの光
強度分布を実測する。測定して得られた光強度分布を記
憶部５０に格納されている複数の光強度分布データと比
較して最も近い光強度分布データに対応する照明系の各
光学部材の位置補正量を採用し、これを用いて照明系の
各光学部材の補正動作を行うようにしても効果的であ
る。

【００４９】このように補正手段は、制御装置８、駆動
系４０〜４６、記憶部５０、演算部５２を主な構成要素
としている。また補正手段は、イメージフィールドの光
強度分布が所定の許容値に入るよう照明系の光学部材の
位置を補正した後、レチクルを透過したイメージフィー
ルド上の照明光の光量を所定の最適露光量にする補正を
行えるようになっている。

【００５０】さて次に、以上のような構成および動作の
本投影露光装置によるイメージフィールド内の光強度分
布の測定動作を説明する。まず、光強度分布を測定する
に際し、レチクルは既に照明光の光路上から退出してい
るものとする。

【００５１】制御装置８からの制御に基づいて開口絞り
部４を駆動して、所定の開口絞り５を選択して照明系の
光路内にセットする。また、制御装置８からの制御に基
づいてレチクルブラインド機構２８は複数のブレードＢ
Ｌを移動させ、所定の開口形状になるように開口ＡＰを
整形する。この状態における投影光学系ＰＬのイメージ
フィールドの一例を図４（ａ）に示す。図４（ａ）は、
投影光学系ＰＬからウェハステージＷＳＴに向かって見
たイメージフィールド２００の形状を示している。本例
においてイメージフィールド２００は正方形形状をして
いる。図中イメージフィールド２００内に縦横の破線の
仮想線で分割された複数の領域は測定領域であり、それ
らの中央部に描かれた仮想の点が各測定点ａ１１〜ａ５
５を示している。この複数の測定点ａ１１〜ａ５５の位
置情報は、上述の通り予め記憶部５０に記憶されてい
る。図４（ａ）では、図示を容易にするためにＸ−Ｙ方
向に５×５＝２５（個）の測定点に分割した場合を例示
しているが、測定点の数をより多くすることができるの
はもちろんである。

【００５２】以上の設定の後、イメージフィールド２０
０の光強度の測定を開始する。まず、制御装置８の制御
に基づいてウェハステージＷＳＴを移動させ、照度計１
００を図４（ａ）のイメージフィールド２００の測定点
ａ１１の位置に移動させる。なお、照度計１００の受光
面１００ａの高さは、ウェハＷの表面とほぼ同じ高さに
予め調整されている。受光面１００ａの開口部１００ｂ
が測定点ａ１１の位置に一致するまでウェハステージＷ
ＳＴを移動させた後、ウェハステージＷＳＴを停止させ
る。

【００５３】光源１２からの照明光が図１を用いて既に
説明した照明系の光学部材を通り、投影光学系ＰＬに入
射してイメージフィールド２００に到達する。イメージ
フィールド２００に到達した照明光のうち、測定点ａ１
１に到達した光が開口部１００ｂを通過して受光素子１
００ｃに入射して受光される。受光素子１００ｃの感度
等に基づいて予め決められた受光時間が経過すると、受
光素子１００ｃで受光された光は光電変換されて測定点
ａ１１での光強度信号として制御装置８に出力され、制
御装置８を介して測定点ａ１１での光強度信号が記憶部
５０に格納される。

【００５４】イメージフィールド２００内で図４（ａ）
に示した矢印ｘの方向にウェハステージＷＳＴをステッ
ピング動作させて上記の動作を繰り返すことにより、測
定点ａ１１〜ａ１５の光強度信号が順次、記憶部５０に
格納される。図４（ｂ）は、上記の動作により記憶部５
０に格納された測定点ａ１１〜ａ１５の光強度を示した
グラフである。横軸はＸ方向の位置を示し、縦軸は光強
度Ｉを表している。図中、実曲線で示したイメージフィ
ールド２００の矢印ｘ方向の実際の強度分布Ａに対する
離散的な光強度分布が得られている。言うまでもなく測
定点数を増やせばさらに詳細な光強度分布を得ることが
できる。

【００５５】ウェハステージＷＳＴを２次元的にステッ
プ・アンド・リピート動作させて上記の動作を繰り返す
ことにより、イメージフィールド２００内の複数の測定
点ａ１１〜ａ５５全ての光強度信号が順次制御装置８を
介して記憶部５０に格納される。イメージフィールド２
００の複数の測定点ａ１１〜ａ１５を図４（ａ）のよう
に２次元的に定め、ウェハステージＷＳＴを２次元的に
移動させて複数の測定点ａ１１〜ａ１５の各光強度を測
定することにより、イメージフィールド２００のフィー
ルド面の２次元的な光強度分布を得ることができる。

【００５６】以上の光強度測定動作によりイメージフィ
ールド２００の全ての測定点ａ１１〜ａ５５に対する光
強度の測定が終了すると、演算部５２により所定の開口
絞り５に基づく照明条件の下で、所定の照明領域におけ
る投影光学系ＰＬのイメージフィールド２００の光強度
分布が得られる。

【００５７】以上説明したように本実施の形態による投
影露光装置を用いた照明領域あるいは照明条件の変更に
伴う照明系の各光学部材の位置補正動作は、照明領域の
変更毎に、あるいは照明条件の変更毎に投影光学系ＰＬ
のイメージフィールド内の光強度分布を測定して、当該
光強度分布が所定の許容値内に入るようにテーブル１、
またはテーブル２、３を用いて補正することもできる
し、照明領域、照明条件を変更してもイメージフィール
ド内の光強度分布は測定せず、テーブル２を用いて補正
することもできる。

【００５８】このように本実施の形態によれば、ブライ
ンド部による照明領域の変更や照明条件変更手段による
照明条件の変更に伴って投影光学系ＰＬのイメージフィ
ールド内の光強度分布が変化しても、照明領域あるいは
照明条件の変更毎に当該光強度分布を測定して当該光強
度分布が所定の許容値内に入るように照明系内の光学部
材に位置を補正するので、常に最適な露光処理を行うこ
とができるようになる。

【００５９】また以上説明したように、本実施の形態に
よれば、イメージフィールドの光強度分布に対する各照
明領域あるいは照明条件毎の所定の許容値のデータと、
実測した光強度分布のデータとを比較して照明系の各光
学部材の位置補正量を算出するようにしているので、照
明領域、照明条件の変更に伴う照明系の各光学部材の位
置の補正を即座に行うことができるようになる。

【００６０】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の
変形が可能である。例えば、上記実施の形態において
は、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置に
本発明を適用したが、本発明はこれに限られず、ステッ
プ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、あるいは、
Ｘ線（エネルギ線）をエネルギ源とする露光装置や電子
線（エネルギ線）を光源（エネルギ源）とする荷電粒子
線露光装置に適用して、Ｘ線用の投影系や荷電粒子線用
の投影系のイメージフィールド内の強度分布（エネルギ
分布）を補正することも可能である。また、上記実施の
形態においては、照明光（エネルギ線）を射出する光源
（エネルギ源）として超高圧水銀ランプを用いたが、本
発明はこれに限られず、エキシマレーザ光（エネルギ
線）を射出するエキシマレーザ等を用いてもよい。

【００６１】また、上記実施の形態においては、照度計
１００の受光面１００ａには、ピンホール状の開口部１
００ｂ下方に１つの受光素子１００ｃを設けて、ウェハ
ステージＷＳＴを２次元的に走査して、各測定点の光強
度を測定したが、例えば、複数のピンホール状の開口部
を直線状に並べて、その下方にそれぞれ受光素子を設け
るようにしたり、スリット状の開口部を設けて、その下
方に複数の受光素子を設けるようにしてもよい。そし
て、イメージフィールド内を当該複数の受光素子の配列
方向と直角方向にウェハステージＷＳＴを移動させるよ
うにして、１回のステッピング動作で複数の測定点の光
強度を測定するようにしてもよい。こうすることによ
り、２次元のイメージフィールド内で光強度測定手段を
１次元に走査して光強度測定を行うことができるように
なるので、測定時間を短縮させることができるようにな
る。またさらに、複数の受光素子１００ｃを２次元配列
して用いるようにしてもよい。こうすることにより、よ
り迅速に光り強度分布の測定を行うことができるように
なる。

【００６２】以上のような露光動作を行った後、ウェハ
はコータ・アンド・デベロッパに送られ、現像工程を経
た後、ドーピング、エッチング等のプロセス処理を行
う。そして、再びコータ・アンド・デベロッパに送ら
れ、レジストを塗布されたウェハは露光装置に送られ再
び露光される。これらの一連の動作を繰り返してウェハ
上に複数の半導体素子（ＩＣ、マイクロプロセッサ等）
が形成される。

【００６３】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、ブライン
ド部によって照明領域を変更した場合や照明系絞りを変
更した場合においても、イメージフィールド内の照度む
らを即座に補正できるので、例えばウェハ周辺部の露光
の際、ブラインド部により照明領域を変更してイメージ
フィールドを狭めた場合なども安定した正確な露光を行
うことができるようになり、その結果スループットを向
上することもできるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による投影露光装置の概
略の構成を示す図である。

【図２】開口絞り部の構成を示す図である。

【図３】本発明の一実施の形態による投影露光装置にお
ける照度計１００の概略の構成を示す図である。

【図４】本発明の一実施の形態による光強度測定方法を
説明する図である。

【符号の説明】

３コリメートレンズ４開口絞り部５開口絞り６駆動系７レーザ干渉計８制御装置９出力装置１０投影露光装置１２水銀ランプ１４楕円鏡１６シャッタ２２フライアイレンズ２６コンデンサレンズ２８レチクルブラインド機構３０レンズ系３２ミラー３４メインコンデンサレンズ４０、４２、４４、４６駆動系１００照度計１００ａ受光面１００ｂ開口部１００ｃ受光素子ＰＬ投影光学系ＲレチクルＷウェハＷＳＴウェハステージ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のエネルギ線を射出するエネルギ源を
有し、パターンが形成されたレチクルを照明する照明系
と、前記レチクル上の照明領域を規定するブラインド部と、前記パターンの像を基板上に投影する投影系と、前記基板を保持して２次元平面内で移動可能な基板ステ
ージと、前記基板ステージ上に設けられたエネルギ入力部を有
し、前記基板ステージを移動させて前記投影系のイメー
ジフィールド内の強度分布を測定する強度分布測定系
と、前記ブラインドにより規定される照明領域毎の前記強度
分布が所定の許容値内に入るように前記照明系内の部材
の位置を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする
投影露光装置。
【請求項２】請求項１記載の投影露光装置において、前記強度分布測定系は、前記ブラインド部により前記照
明領域が変更される毎に、前記強度分布を測定するよう
に前記基板ステージを制御することを特徴とする投影露
光装置。
【請求項３】請求項２記載の投影露光装置において、前記補正手段は、前記照明領域毎の前記所定の許容値の
データを格納する記憶部を有していることを特徴とする
投影露光装置。
【請求項４】請求項３記載の投影露光装置において、前記補正手段は、前記ブラインド部により前記照明領域
が変更されたら、前記記憶部内の当該照明領域に対応す
る前記所定の許容値のデータと、当該照明領域で測定し
た前記強度分布のデータとを比較して前記部材の位置補
正量を算出する演算部を有していることを特徴とする投
影露光装置。
【請求項５】請求項４記載の投影露光装置において、前記補正手段は、前記照明領域毎に対応付けた前記部材
の位置補正量を記憶する記憶部を有していることを特徴
とする投影露光装置。
【請求項６】請求項５記載の投影露光装置において、前記記憶部は、前記照明領域毎に対応付けた強度分布の
データをさらに有し、前記補正手段は、前記照明領域における測定された前記
強度分布と前記強度分布のデータとに基づいて、前記部
材の位置補正量を決定することを特徴とする投影露光装
置。
【請求項７】所定のエネルギ線を射出するエネルギ源を
有し、パターンが形成されたレチクルを照明する照明系
と、前記照明系内に設けられ、前記レチクルを照明する照明
条件を変更する照明条件変更手段と、前記パターンの像を基板上に投影する投影系と、前記基板を保持して２次元平面内で移動可能な基板ステ
ージと、前記基板ステージ上に設けられたエネルギ入力部を有
し、前記基板ステージを移動させて前記投影系のイメー
ジフィールド内の強度分布を測定する強度分布測定系
と、前記照明条件毎の前記強度分布が所定の許容値内に入る
ように前記照明系内の部材の位置を補正する補正手段と
を備えたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項８】請求項７記載の投影露光装置において、前記強度分布測定系は、前記照明条件変更手段により照
明条件が変更される毎に、前記強度分布を測定するよう
に前記基板ステージを制御することを特徴とする投影露
光装置。
【請求項９】請求項８記載の投影露光装置において、前記補正手段は、前記照明条件毎の前記所定の許容値の
データを格納する記憶部を有していることを特徴とする
投影露光装置。
【請求項１０】請求項９記載の投影露光装置において、前記補正手段は、前記照明条件変更手段により前記照明
条件が変更されたら、前記記憶部内の当該照明条件に対
応する前記所定の許容値のデータと、当該照明条件で測
定した前記強度分布のデータとを比較して前記部材の位
置補正量を算出する演算部を有していることを特徴とす
る投影露光装置。
【請求項１１】請求項１０記載の投影露光装置におい
て、前記補正手段は、前記照明条件毎に対応付けた前記部材
の位置補正量を記憶する記憶部を有していることを特徴
とする投影露光装置。
【請求項１２】請求項１乃至１１のいずれかに記載の投
影露光装置において、前記エネルギ入力部は、２次元配列された複数個の光電
変換素子を備えていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項１３】請求項１乃至１２のいずれかに記載の投
影露光装置において、前記補正手段は、前記部材の位置を補正した後、前記レ
チクルを透過した前記イメージフィールド上の前記エネ
ルギ線のエネルギ量を所定の最適露光量に補正すること
を特徴とする投影露光装置。
【請求項１４】照明領域を規定するブラインド部からの
エネルギ線でパターンが設けられたマスクを照明し、当
該パターンの像を投影系を介して基板上に露光する露光
方法において、前記照明領域の変更毎に前記投影系のイメージフィール
ド内の強度分布を検出し、当該強度分布が所定の許容値
内に入るように補正することを特徴とする露光方法。
【請求項１５】所定の照明条件でパターンが設けられた
マスクを照明し、当該パターンの像を投影系を介して基
板上に露光する露光方法において、前記照明条件の変更毎に前記投影系のイメージフィール
ド内の強度分布を検出し、当該強度分布が所定の許容値
内に入るように補正することを特徴とする露光方法。
【請求項１６】所定の照明条件でマスクを照射し、該マ
スク上の照明領域内のパターンを基板上に露光すること
で、前記基板上に半導体素子を形成する素子形成方法に
おいて、前記照明領域の変更または前記照明条件の変更
に応じて、前記基板上におけるエネルギ分布を補正する
ことを特徴とする素子形成方法。