JPH11274069A

JPH11274069A - 露光方法および装置

Info

Publication number: JPH11274069A
Application number: JP10117921A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Yasuda; 雅彦安田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1998-03-19
Publication date: 1999-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】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におけるフォトリソグラフィ
工程で使用される露光方法および露光装置に関し、ショ
ット領域内に転写されるパターンの密度分布に応じて、
ショット領域内の局所領域毎に最適な露光量で露光が行
える露光方法および露光装置を提供することを目的とす
る。【解決手段】レチクルＲのパターン８０の一部の像を投
影光学系ＰＬを介してウェハＷに投影し、投影光学系Ｐ
Ｌに対してレチクルＲとウェハＷとを相対的に走査させ
てパターン８０の像をウェハＷに転写する露光の際、露
光領域内の所定領域毎に定められた適正露光量に基づい
て、レチクルＲとウェハＷとの相対走査速度と、照明光
ＩＬの照度との少なくとも一方と、照明光ＩＬの照射領
域とを変化させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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におけるフ
ォトリソグラフィ工程で使用される露光方法および露光
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置あるいは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、このため、レジストが塗布
されたウェハ上に照射される露光光の積算露光量を所定
値にするための制御が行われている。この積算露光量の
制御の概略をステップ・アンド・リピート方式の露光装
置を例にとって説明する。まず、光源から射出した照明
光を照明光学系の途中に設けられた光電センサであるイ
ンテグレータセンサに入射させ、この出力信号から照度
を算出する。ウェハでの単位時間当たりの露光エネルギ
とインテグレータセンサ上での照度との間の換算係数が
予め照度算出系に記憶されており、照度算出系において
インテグレータセンサの出力信号にその換算係数を乗ず
ることにより、ウェハ上での単位時間当りの露光エネル
ギが求められる。求められた単位時間当りの露光エネル
ギの値は露光装置の主制御系に供給され、主制御系は、
ウェハ上での適正露光量をその単位時間当りの露光エネ
ルギで除算して得られる露光時間をタイマ制御系に入力
する。これに応じてタイマ制御系が、その露光時間だけ
シャッタを開状態にすることにより、ウェハ上での積算
露光量が適正露光量に制御される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な積算露光量の制御は、レチクルのパターンが転写され
るウェハのショット領域内のレジスト全体を均一に感光
できるものと仮定している。しかしながら一般に、ショ
ット領域に投影されるレチクルのパターン領域は局所的
にパターン線幅が密な領域と比較的粗い領域とが存在し
ている。つまりパターン領域はパターン密度が異なる複
数の領域を有している。このようなパターン密度が異な
る複数の領域が局所的に存在する場合には、パターン領
域内の最適な積算露光量は各局所領域毎に異なるもので
ある。ところが、従来の積算露光量の制御では、パター
ン領域をさらに複数の局所領域に分けて、それぞれの領
域毎の露光量を制御するようなことは行われていなかっ
た。

【０００５】このように、従来はレチクルのパターン内
のパターン密度分布の変化に対応してそれぞれの密度分
布に応じた最適な積算露光量を与えることができなかっ
たので、パターン領域全体の平均的な積算露光量を与え
るか、特定の領域に的を絞って、当該特定領域について
最適な積算露光量を与え、その他の領域を犠牲にすると
いうような制御しかできなかった。しかしながら、今後
ますます半導体素子を初めとする回路パターンの微細化
が進むにつれて、露光工程により形成される微細パター
ンの線幅の管理は厳しくならざるを得ず、従来のような
露光量制御ではショット領域の全域で所定の精度でパタ
ーンを転写することができなくなるという問題が生じて
いる。

【０００６】本発明の目的は、ショット領域内の局所領
域毎に最適な露光量で露光が行える露光方法および露光
装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の一実施の形態を
表す図１乃至図５に対応付けて説明すると上記目的は、
照明光（ＩＬ）を照射して、レチクル（Ｒ、１１９）に
形成されたパターン（８０）を感光基板（Ｗ、１２１）
の露光領域に転写する露光方法において、露光領域内の
所定領域毎に定められた適正露光量に基づいて、露光領
域内の所定領域毎の積算露光量を調整して露光を行うこ
とを特徴とする露光方法によって達成される。本発明の
露光方法は、露光領域内の所定領域毎に定められた適正
露光量に基づいて、露光領域内の所定領域毎の積算露光
量を調整して露光を行うようにしているので、露光領域
（ショット領域）内に転写されるパターン（８０）の密
度分布に応じて、露光領域内の局所領域毎に最適な露光
量で露光が行えるようになる。

【０００８】上記露光方法において、露光の際、露光領
域内の所定領域毎に定められた適正露光量に基づいて、
露光領域内の前記照明光（ＩＬ）の照度分布を変化させ
るようにしてもよいし、露光領域内の所定領域毎に定め
られた適正露光量に基づいて、照明光（ＩＬ）の照射領
域を変化させるようにしてもよい。

【０００９】さらに上記露光方法において、露光が、レ
チクル（Ｒ）のパターン（８０）の一部の像を投影光学
系（ＰＬ）を介して感光基板（Ｗ）に投影し、投影光学
系（ＰＬ）に対してレチクル（Ｒ）と感光基板（Ｗ）と
を相対的に走査させてパターン（８０）の像を感光基板
（Ｗ）に転写して行われ、露光の際、露光領域内の所定
領域毎に定められた適正露光量に基づいて、レチクル
（Ｒ）と感光基板（Ｗ）との相対走査速度と、照明光
（ＩＬ）の照度との少なくとも一方と、照明光（ＩＬ）
の照射領域とを変化させることを特徴とする露光方法に
よって達成される。以上の露光方法は、いわゆるステッ
プ・アンド・リピート方式の露光装置にも、ステップ・
アンド・スキャン方式の露光装置にも適用することがで
きる。

【００１０】また上記目的は、照明光（ＩＬ）を照射し
て、レチクル（Ｒ、１１９）に形成されたパターン（８
０）を感光基板（Ｗ、１２１）の露光領域に転写する露
光装置において、露光領域内の所定領域毎に定められた
適正露光量に基づいて、露光領域内の所定領域毎の積算
露光量を調整する調整手段（４，７，１０，１９，３
５，４６，４８，５５）を有していることを特徴とする
露光装置によって達成される。

【００１１】本発明の露光装置は、露光領域内の所定領
域毎に定められた適正露光量に基づいて、露光領域内の
所定領域毎の積算露光量を調整する調整手段（４，７，
１０，１９，３５，４６，４８，５５）を有しているの
で、露光領域内に転写されるパターン（８０）の密度分
布に応じて、露光領域内の局所領域毎に最適な露光量で
露光が行えるようになる。

【００１２】上記露光装置において、調整手段（４，
７，１０，１９，３５，４６，４８，５５）は、露光領
域内の所定領域毎に定められた適正露光量に基づいて、
露光領域上の照明光の照度分布を変化させることを特徴
とする。また上記露光装置において、照明光（ＩＬ）の
照明領域を規定する照明視野絞り（３５）を有し、調整
手段（４，７，１０，１９，３５，４６，４８，５５）
は、露光領域内の所定領域毎に定められた適正露光量に
基づいて、照明視野絞り（３５）を駆動して照明領域を
変化させることを特徴とする。

【００１３】また、照明視野絞り（３５）によりレチク
ル（Ｒ）のパターン（８０）の一部を照明し、その像を
投影光学系（ＰＬ）を介して感光基板（Ｗ）に投影し、
投影光学系（ＰＬ）に対してレチクル（Ｒ）と感光基板
（Ｗ）とを相対的に走査させてパターン（８０）の像を
感光基板（Ｗ）に転写する露光系を有し、調整手段
（４，７，１０，１９，３５，４６，４８，５５）は、
露光領域内の所定領域毎に定められた適正露光量に基づ
いて、レチクル（Ｒ）と感光基板（Ｗ）との相対走査速
度と、照明光（ＩＬ）の照度との少なくとも一方と、照
明光（ＩＬ）の照射領域とを変化させることを特徴とす
る露光装置によって達成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態による
露光方法および装置を図１および図２を用いて説明す
る。まず、本実施の形態による露光装置の概略の構成を
図１を用いて説明する。本実施の形態は、ステップ・ア
ンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用した
ものである。図１において、水銀ランプ１からの照明光
は楕円鏡２によって集光される。その集光点近傍にシャ
ッタ制御機構５により開閉されるシャッタ４が配置さ
れ、シャッタ４が開状態の場合、その照明光はミラー３
およびインプットレンズ６を介してほぼ平行光束に変換
された後、視野絞り７に達する。視野絞り７の直後に、
出し入れ自在に減光板２３が配置され、減光板２３によ
り視野絞り７を通過する照明光の光量を所定範囲内で段
階的、または連続的に変化させることができるようにな
っている。

【００１５】減光板２３は、例えば反射型ハーフミラー
を複数個切り換え自在に配置したものであり、各ハーフ
ミラーの光軸に対する傾きがそれぞれ全体としての透過
率を所定の透過率にするように設定されている。そし
て、駆動モータを含む減光板駆動機構２４で、減光板２
３をステップ移動させることにより、照明光の光量が調
整される。本実施の形態では、ウェハＷに対する露光量
の制御を行うのは露光量制御系２０であり、露光量制御
系２０が減光板駆動機構２４の動作を制御すると共に、
シャッタ制御機構５の動作をも制御する。さらに、露光
量制御系２０は水銀ランプ１用の電源系２２を介して、
水銀ランプ１に供給される電流を制御する。

【００１６】視野絞り７の開口を通過した後、減光板２
３によって光量が調整された照明光は、第１リレーレン
ズ８を経て２段のフライアイレンズ群のうちの第１フラ
イアイレンズ９に入射する。第１フライアイレンズ９に
よる複数の光源像からの照明光は、第２フライアイレン
ズ１４に導かれる。本実施の形態では、第１フライアイ
レンズ９の射出面、即ち光源像の形成面の近傍に光量絞
り１０が配置され、光量絞り１０の開口の大きさは光量
絞り駆動機構１１によって任意の大きさに調整できるよ
うになっている。光量絞り駆動機構１１の動作も露光量
制御系２０により制御される。本実施の形態ではその光
量絞り１０の開口の大きさを調整することにより、第１
フライアイレンズ９から第２フライアイレンズ１４に向
かう照明光の光量を連続的に調整できるようになってい
る。

【００１７】さて、第２フライアイレンズ１４の射出面
の近傍に複数種類の照明系開口絞りが配置された照明系
開口絞り板１６が設置されている。主制御系１９が、駆
動モータよりなる照明系用絞り駆動機構１７を介して、
照明系開口絞り板１６の回転角を制御する。第２フライ
アイレンズ１４から射出された後、照明系開口絞り板１
６中から選択された開口絞りを通過した照明光ＩＬは、
透過率が９８％程度のビームスプリッタ３１に入射す
る。そして、ビームスプリッタ３１を透過した照明光
が、第１リレーレンズ３４を経て４枚の可動ブレード３
５Ａ〜３５Ｄ（図１では、３５Ａ、３５Ｂのみ図示して
いる）を有する可動ブラインド（可変視野絞り）３５に
至る。可動ブラインド３５の配置面は、第２フライアイ
レンズ１４の射出面のフーリエ変換面となっている。す
なわち、可動ブラインド３５の配置面は、後述のレチク
ルＲのパターン形成面と共役である。

【００１８】４枚の可動ブレード３５Ａ〜３５Ｄは、そ
れぞれスライド機構３６Ａ〜３６Ｄ（図１では、３６
Ａ、３６Ｂのみ図示している）により開閉できるように
支持されている。スライド機構３６Ａ〜３６Ｄが可動ブ
ラインド駆動機構を構成し、可動ブラインド駆動機構の
動作はステージ制御系４６により制御される。可動ブラ
インド３５により制限された照明光ＩＬが、第２リレー
レンズ３８、コンデンサーレンズ３９、およびミラー４
０を介してレチクルＲ上のスリット状の照明頒域４１を
均一な照度分布で照明する。

【００１９】そして、レチクルＲ上の照明領域４１内の
パターンの像が、投影光学系ＰＬを介して投影倍率β
（βは例えば１／４、または１／５等）でウェハＷ上の
スリット状の投影領域４７に投影される。ここで、投影
光学系ＰＬの光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平
面内で走査露光時のレチクルＲおよびウェハＷの走査方
向に平行にＸ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内でＸ軸に垂
直な方向（非走査方向）にＹ軸を取る。本実施の形態で
は、レチクルＲは、Ｘ方向に摺動自在な走査ステージ４
２を介してレチクルベース４３上に保持され、ウェハＷ
は、ウェハＷをＸ方向に走査すると共にＹ方向に位置決
めするウェハステージ４８上に保持されている。ウェハ
ステージ４８には、ウェハＷをＺ方向に位置決めするＺ
ステージ等も組み込まれている。

【００２０】走査ステージ４２およびウェハステージ４
８よりステージ駆動機構が構成され、このステージ駆動
機構の動作がステージ制御系４６により制御されてい
る。走査露光時にはステージ制御系４６は、走査ステー
ジ４２を介して照明領域４１に対して＋Ｘ方向（または
−Ｘ方向）に所定速度ＶＲでレチクルＲを走査するのと
同期して、ウェハステージ４８を介してウェハＷ上の所
定のショット領域を投影領域４７に対して−Ｘ方向（ま
たは＋Ｘ方向）に速度ＶＷ（＝β・ＶＲ）で走査する。
これにより、そのショット領域上にレチクルＲのパター
ンが遂次転写露光される。

【００２１】ウェハステージ４８上のウェハＷの近傍
に、ウェハＷの露光面と同じ高さの受光面を有する光電
検出器よりなる照度むらセンサ４９が設置されている。
照度むらセンサ４９は、その受光面に設けられたピンホ
ール状の透過部から照明光の一部を受光して投影領域内
での照度のばらつきを検出するものであり、測定の際は
ウェハステージ４８を駆動して、照度むらセンサ４９の
ピンホールを投影領域４７の中心部に移動した後、ウェ
ハステージ４８を微動しながら投影領域４７内の複数箇
所で照度を測定して、それら複数箇所における照度のば
らつきを計測する。

【００２２】また、照度むらセンサ４９と並列に投影領
域４７の照射量を測定する光電検出器よりなる照射量モ
ニタ５５が設置されている。照射量モニタ５５は、照度
むらセンサ４９と同様にウェハＷの露光面と同じ高さに
配置された投影領域４７の全面が入る大きさを持つ受光
面を有し、測定の際はウェハステージ４８を駆動して、
その受光面で投影領域４７の全体を覆い、受光面から入
射する光量を計測する。

【００２３】照度むらセンサ４９および照射量モニタ５
５から出力される検出信号は主制御系１９に供給されて
おり、主制御系１９はそれらの検出信号に基づき露光量
制御系２０を介して減光板２３および光量絞り１０を制
御する。

【００２４】透過率が９８％程度のビームスプリッタ３
１で反射された光が、集光レンズ３２を介して光電検出
器よりなるインテグレータセンサ３３の受光面に集光さ
れている。インテグレータセンサ３３の受光面は、一例
としてレチクルＲのパターン形成面、およびウェハＷの
露光面とほぼ共役であり、インテグレータセンサ３３の
検出信号（光電変換信号）が露光量制御系２０に供給さ
れている。その検出信号は、露光量制御系２０を介して
水銀ランプ１用の電源系２２および主制御系１９にも供
給されている。

【００２５】露光量制御系２０にはメモリ２１が接続さ
れ、メモリ２１内にインテグレータセンサ３３の出力信
号からウェハＷ上での照射量（単位時間当たりの露光
量）を求めるための変換係数等が格納されている。但
し、本実施の形態では、インテグレータセンサ３３の出
力信号は、例えば所定の基準照度計を用いて較正され、
この較正結果に基づいてインテグレータセンサ３３の出
力信号を補正するための補正係数もメモリ２１内に記憶
されている。

【００２６】インテグレータセンサ３３の受光面はレチ
クルＲのパターン面とほぼ共役な位置に配置されてお
り、これにより、照明系開口絞り板１６を回転させて照
明系開口絞りの形状を変えた場合でも、インテグレータ
センサ３３の検出信号に誤差が生じないようにしてい
る。但し、インテグレータセンサ３３の受光面を、投影
光学系ＰＬにおけるレチクルのパターンのフーリエ変換
面（瞳面）と実質的に共役な観察面に配置して、この観
察面を通過する全光束を受光できるようにしても構わな
い。

【００２７】さらに本実施の形態では、透過率が９８％
程度のビームスプリッタ３１に関してインテグレータセ
ンサ３３と反対側に、集光レンズ５２、および光電検出
器よりなるウェハ反射率モニタ５３が設置され、集光レ
ンズ５２によりウェハ反射率モニタ５３の受光面はウェ
ハＷの表面とほぼ共役となっている。この場合、レチク
ルＲを透過して投影光学系ＰＬを介してウェハＷ上に照
射される照明光のうちで、ウェハＷでの反射光が、投影
光学糸ＰＬ、レチクルＲ等を介してウェハ反射率モニタ
５３で受光され、この検出信号（光電変換信号）が主制
御系１９に供給される。主制御系１９では、レチクルＲ
側に照射される照明光ＩＬの単位時間当たりの光エネル
ギ、およびウェハ反射率モニタ５３の検出信号から算出
されるウェハＷでの反射光の単位時間当たりの光エネル
ギに基づいて、投影光学系ＰＬを通過する照明光の単位
時間当たりの光エネルギを求める。さらに、このように
求められた光エネルギに露光時間を乗じて得られる熱エ
ネルギに基づいて、主制御系１９は投影光学系ＰＬの熱
膨張量を予測し、この予測された熱膨張量による投影光
学系ＰＬのディストーション等の結像特性の変化量を求
める。そして、主制御系１９は、投影光学系ＰＬに接続
された不図示の結像特性補正機構を介して、投影光学系
ＰＬの結像特性を元の状態に補正する。

【００２８】さて、以上の構成の走査型露光装置におけ
る露光量制御を含んだ露光方法を次に説明する。図１に
おけるウェハＷの投影領域４７における積算露光量は、
可動ブラインド３５の４枚の可動ブレード３５Ａ〜３５
Ｄのうち可動ブレード３５Ａ、３５Ｂによるステージの
走査方向のウェハＷ上での開口の幅と、ウェハＷの走査
速度と、ウェハＷの投影領域の照度によって決まる。い
ま可動ブラインド３５によるステージ走査方向のブライ
ンド開口幅（但しウェハＷ上での幅に換算している）を
Ｗ［ｍｍ］、ウェハＷの走査速度をＶ［ｍｍ／ｓｅ
ｃ］、ウェハＷ面照度をＥ［ｍＷ／ｃｍ²］とすれば、
積算露光量Ｄは、

【００２９】Ｄ＝Ｅ×Ｗ／Ｖ［ｍＪ／ｃｍ²］・・・式（１）

【００３０】と表される。ここで、例えば図２に示すよ
うなパターン情報としてパターン密度が異なる２つの領
域８０ａ、８０ｂからなるパターン領域８０がレチクル
Ｒに描画されているものとする。領域８０ａのパターン
が投影されるウェハＷ上の領域（以下、「領域８０ａの
露光領域」という）の最適な積算露光量がＤａ、領域８
０ｂのパターンが投影されるウェハＷ上の領域（以下、
「領域８０ｂの露光領域」という）の最適な積算露光量
がＤｂであるとする。ウェハＷ上で図２に示した矢印の
方向にスキャン露光されるとすれば、まず領域８０ａの
露光領域に対して式（１）を用いて、

【００３１】Ｄａ＝Ｅａ×Ｗａ／Ｖａ・・・式（２）

【００３２】を満たすように、可動ブラインド３５によ
るステージ走査方向のブラインド開口幅Ｗａ、ウェハＷ
の走査速度Ｖａ、ウェハＷ面照度Ｅａをそれぞれ決定す
る。これらの値は、投影領域４７の照度むらを計測する
照度むらセンサ４９や投影領域４７の照射量を測定する
照射量モニタ５５から出力される検出信号に基づいて主
制御系１９により決定され、例えば主制御系１９はそれ
らの検出信号に基づき露光量制御系２０を介して減光板
２３および光量絞り１０を制御してウェハＷ面照度Ｅａ
を変更したり、ステージ制御系４６に指令を送出して、
ウェハステージ４８の走査速度Ｖａ（および走査ステー
ジ４２の走査速度）を変更したりする。また、ステージ
制御系４６からの指令により、スライド機構３６Ａ〜３
６Ｄによる可動ブラインド駆動機構を駆動して、４枚の
可動ブレード３５Ａ〜３５Ｄによりブラインド開口幅Ｗ
ａを変更したりする。

【００３３】以上のようにして領域８０ａの露光領域で
の露光条件が決定されたら、次に領域８０ｂの露光領域
に対する露光条件を、以下の〜の３条件のいずれ
か、または複数を用いて決定する。

【００３４】ウェハ面照度をＥａからＥｂに変更する；ブラインド開口幅をＷａからＷｂに変更する；ウェハ走査速度をＶａ〜Ｖｂに変更する。

【００３５】上記〜の動作をより詳細に説明する
と、まずの場合においては、式（２）に基づいて主制
御系１９で決定したブラインド開口幅Ｗａおよびウェハ
ステージ４８の走査速度Ｖａは変更せずそのまま用い
て、

【００３６】Ｄｂ＝Ｅｂ×Ｗａ／Ｖａ

【００３７】から、領域８０ｂの露光領域でのウェハ面
照度Ｅｂを求める。の場合においては、式（２）に基
づいて主制御系１９で決定したウェハＷ面照度Ｅａおよ
びウェハステージ４８の走査速度Ｖａは変更せずそのま
ま用いて、

【００３８】Ｄｂ＝Ｅａ×Ｗｂ／Ｖａ

【００３９】から、領域８０ｂの露光領域でのブライン
ド開口幅Ｗｂを求める。次にの場合には、式（２）に
基づいて主制御系１９で決定したウェハＷ面照度Ｅａお
よびブラインド開口幅Ｗａは変更せずそのまま用いて、

【００４０】Ｄｂ＝Ｅａ×Ｗａ／Ｖｂ

【００４１】から、領域８０ｂの露光領域でのブライン
ド開口幅Ｖｂを求める。以上の〜の３条件のいずれ
か、あるいは複数を用いて領域８０ｂの露光領域の各露
光条件が決定したら、まず領域８０ａの露光領域に対し
て上述の露光条件により走査露光を行い、領域８０ａの
露光領域と領域８０ｂの露光領域との境界領域に到達し
たら、露光条件を上述で求めた領域８０ｂの露光領域用
に変更して走査露光を継続する。こうすることにより、
途中でステージを停止させることなく一度の走査でウェ
ハＷの所定のショット領域にレチクルＲのパターン８０
を転写することができる。なお、以上の説明において、
領域８０ａに形成されているパターンと、領域８０ｂに
形成されているパターンとでは、パターンの線幅やパタ
ーン寸法が異なっているものがある。例えば、１チップ
内の所定領域毎にパターン密度が異なるものとして、マ
ルチチップモジュールの回路パターンなどがあげられ
る。領域８０ａと領域８０ｂとの最適な積算露光量Ｄ
ａ、Ｄｂは、予めレチクルＲのパターンをテスト露光
し、露光されたパターンの露光状態から各領域に対応す
る最適な積算露光量が求められる。また、露光光量を変
えながら、各領域８０ａ、８０ｂのパターンを別々に露
光し、領域８０ａのパターンまたは領域８０ｂのパター
ンをそれぞれ別々に投影光学系を介して撮像素子で撮像
して、最適な露光量を求めてもよい。このようにして求
められた積算露光量は、各領域８０ａ、８０ｂに対応さ
せてメモリ２１に記憶される。主制御系１９は、まず可
動ブラインド３５の各ブレードの位置からレチクルＲの
露光領域が領域８０ａと領域８０ｂとの何れであるかを
判断する。そして、主制御系１９がレチクルＲの露光領
域が領域８０ａであると判断したときは、領域８０ａに
対する露光量をメモリ２１から読み出して、上述した制
御により露光量の制御を行い、また、レチクルＲの露光
領域が８０ｂであると判断したときは、領域８０ｂに対
する露光量をメモリ２１から読み出して、上述した制御
により露光量の制御を行う。

【００４２】このようにして、本実施の形態によれば、
局所的に異なるパターン密度分布を有するパターン領域
を露光する際に、各局所領域毎の最適な積算露光量に合
わせて、各領域の露光におけるブラインド開口幅Ｗ、ウ
ェハＷの走査速度Ｖ、ウェハＷ面照度Ｅを決定するよう
にしているので、ウェハＷ上のショット領域全域に対し
て最適な積算露光量でパターンの転写を行うことができ
るようになる。

【００４３】なお、本実施の形態による露光方法におい
て、図２に示した領域８０ａと領域８０ｂの境界領域で
上記ブラインド開口幅Ｗ、ウェハＷの走査速度Ｖ、ウェ
ハＷ面照度Ｅのいずれか、あるいは複数を変更する際
に、これらの動作の遅れにより境界領域での転写像に不
都合が生じるような場合には、照明領域を決めるための
上記ブラインドの他に設けられた露光エリアを決めるた
めのブラインドを用いて領域８０ａ、８０ｂを別々に露
光するようにすればよい。

【００４４】次に、本発明の第２の実施の形態による露
光方法および装置を図２および図３を用いて説明する。
まず、本実施の形態による露光装置の概略の構成を図３
を用いて説明する。本実施の形態は、一括露光方式であ
るステップ・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。図３において、水銀ランプ
１０１からの照明光は楕円鏡１０２によって集光された
後、集光光学系１０３ａ、および所望の波長帯の光（例
えばｉ線）を選択する光学フィルタ１０３ｂを含む集光
フィルタ系１０３を経てシャッタ１０４に達する。シャ
ッタ１０４は、タイマ制御系１０６からの指令に基づい
てシャッタ制御機構１０５により開閉される。シャッタ
１０４が開状態の場合、照明光はインプットレンズ１０
７を介してほぼ平行光束となってフライアイレンズ１０
８に入射する。

【００４５】フライアイレンズ１０８の射出面には多数
の２次光源像が形成され、これらによりレチクル１１９
を照明する照明光の照度分布が平坦化される。フライア
イレンズ１０８を通過した照明光は反射率が９８％程度
の反射ミラー１０９に入射する。反射ミラー１０９で反
射された照明光は、第１リレーレンズ１１３を経て、ブ
ラインド駆動系１１５により制御された照明用ブライン
ド（可変視野絞り）１１４上で一定の照明エリアに制限
され、照明用ブラインド１１４を通過した照明光が、第
２リレーレンズ１１６、反射ミラー１１７、およびコン
デンサーレンズ１１８を介して、レチクル１１９上の照
明領域を均一な照度分布で照明する。この照明光によ
り、レチクル１１９上のパターンが投影光学系１２０を
介して例えば１／５に縮小されてウェハ１２１の各ショ
ット領域上に投影露光される。

【００４６】この従来の投影露光装置による露光動作の
際、反射ミラー１０９を透過した光を集光レンズ１１０
を介して光電変換する光センサであるインテグレータセ
ンサ１１１に入射し、この出力信号が照度算出系１１２
に供給される。インテグレータセンサ１１１は、例えば
レチクル１１９のパターン形成面とほぼ共役な位置にあ
る。ウェハ１２１での単位時間当たりの露光エネルギと
インテグレータセンサ１１１上での照度との間の換算係
数が予め照度算出系１１２に記憶されている。照度算出
系１１２においてインテグレータセンサ１１１の出力信
号にその換算係数を乗ずることにより、ウェハ１２１上
での単位時間当りの露光エネルギが求められる。求めら
れた単位時間当りの露光エネルギは主制御系１２５に供
給され、主制御系１２５は、ウェハ１２１上での適正露
光量をその単位時間当りの露光エネルギで除算して得ら
れる露光時間をタイマ制御系１０６に入力する。これに
応じてタイマ制御系１０６が、その露光時間だけシャッ
タ１０４を開状態にすることにより、ウェハ１２１上で
の積算露光量が適正露光量に制御される。

【００４７】さて、以上の構成の露光装置における露光
量制御を含んだ露光方法を次に説明する。図３における
ウェハ１２１のショット領域における積算露光量は、ウ
ェハ１２１のショット領域の照度と照射時間によって決
まる。ここで、第１の実施の形態と同様の図２に示すよ
うなパターン密度が異なる２つの領域８０ａ、８０ｂか
らなるパターン領域８０がレチクルＲに描画されている
ものとする。また、領域８０ａの露光領域の最適な積算
露光量がＤａ、領域８０ｂの露光領域の最適な積算露光
量がＤｂであるとする。そして、このパターン８０をス
テップ・アンド・リピート方式でウェハ１２１上に転写
するものとする。この場合も、予め領域８０ａの露光領
域の最適な積算露光量Ｄａ、領域８０ｂの露光領域の最
適な積算露光量Ｄｂは測定されて分かっているものとす
る。

【００４８】主制御系１１２は、それぞれの領域８０ａ
の露光領域、８０ｂの露光領域の最適な積算露光量Ｄ
ａ、Ｄｂと、インテグレータセンサ１１１からの出力信
号から得られたウェハ１２１上の照度とに基づいて、そ
れぞれの領域８０ａの露光領域、８０ｂの露光領域での
露光時間を演算して決定する。そして、主制御系１２５
は、ブラインド駆動系１１５に指令を送出して照明用ブ
ラインド１１４を駆動して、照明用ブラインド１１４の
開口を例えば領域８０ａを照射する形状に変更する。そ
の後、主制御系１２５は、タイマ制御系１０６に指令を
送出してシャッタ制御機構１０５によりシャッタ１０４
を開放させて、領域８０ａの露光領域の露光を開始す
る。主制御系１２５で求めておいた露光時間に基づい
て、タイマ制御系１０６は、所定の露光時間が経過する
とシャッタ制御機構１０５によりシャッタ１０４を閉じ
させて、露光を終了させる。次に、以上と同様の処理に
より領域８０ｂの露光領域の露光動作に移行し、当該露
光動作が終了してウェハ１２１のショット領域の露光が
終了する。

【００４９】このようにして、本実施の形態によれば、
局所的に異なるパターン密度分布を有するパターン領域
を露光する際に、各局所領域毎の最適な積算露光量に合
わせて照明用ブラインド１１４で規定する開口形状を変
更させて、ウェハ１２１の所定領域の露光時間を制御す
るようにしたので、ウェハ１２１上のショット領域全域
に対して最適な積算露光量でパターンの転写を行うこと
ができるようになる。

【００５０】以上の本実施の形態による露光方法は、領
域８０ａの露光領域と領域８０ｂの露光領域とを別々の
露光時間で露光したが、例えば、領域８０ａの露光領域
の最適な積算露光量Ｄａより領域８０ｂの露光領域の最
適な積算露光量Ｄｂの方が大きいような場合（Ｄａ＜Ｄ
ｂ）に、最初は照明用ブラインド１１４を駆動してパタ
ーン８０全体を照射するような開口を規定して積算露光
量がＤａになるまで露光を行った後、次に照明用ブライ
ンド１１４を駆動して領域８０ｂだけが含まれる形状の
開口を規定して、領域８０ｂの露光領域に対してさらに
残りの積算露光量（Ｄｂ−Ｄａ）分の露光を行うように
してもよい。また逆に、最初に領域８０ｂを照射するよ
うに照明用ブラインド１１４の開口形状を規定してから
露光を開始し、積算露光量（Ｄｂ−Ｄａ）分の露光が終
了したら照明用ブラインド１１４の開口形状をパターン
８０全体が照射されるように変更してもよい。その後、
露光量Ｄａ分の露光がパターン８０全体に行われた段階
で露光を終了させるようにしてもよい。

【００５１】次に、本発明の第３の実施の形態による露
光方法および装置を図４および図５を用いて説明する。
まず、本実施の形態による露光装置の概略の構成を図４
を用いて説明する。本実施の形態も、一括露光方式であ
るステップ・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り、図３に示した第２の実施の
形態とほぼ同一の装置構成である。従って、図３に示し
た装置構成と同一の機能を有する部分には同一の符号を
付してその説明は省略するものとする。図４に示す露光
装置は、レチクル１１９上部に、パターン領域８０の密
度分布に応じて、パターン領域８０内の照明光の照度分
布を変化させる光学素子１３０を設けた点に特徴を有し
ている。

【００５２】ここで、第１および第２の実施の形態と同
様に図２に示したパターン密度が異なる局所領域を有す
るパターン領域８０について露光を行うものとする。図
５を用いて本実施の形態で用いる光学素子１３０の構造
を説明する。

【００５３】図５に示す光学素子１３０は、図２に示す
パターン領域８０の領域８０ａ、８０ｂにそれぞれ対応
付けられる領域１３０ａと領域１３０ｂとを有してい
る。領域１３０ａは領域８０ａに、領域１３０ｂは領域
８０ｂにそれぞれ対応している。ここで、光学素子１３
０の領域１３０ａの露光光透過率をＲａ、領域１３０ｂ
の露光光透過率をＲｂとしたとき、

【００５４】Ｄａ／Ｄｂ＝Ｒａ／Ｒｂ

【００５５】の関係を満たすような透過率分布を光学素
子１３０に与える。このような透過率分布は、露光光を
反射させるような薄膜を光学素子１３０表面に形成する
ことにより実現できる。上述の関係を有する透過率分布
が形成された光学素子１３０をレチクル１１９上部に配
置して露光することにより、投影光学系１２０を介した
ウェハ１２１上のショット領域上に一括露光で領域８０
ａの露光領域と領域８０ｂの露光領域とにそれぞれ最適
な積算露光量を与えることができるようになる。

【００５６】なお、本実施の形態による光学素子１３０
は、第１の実施の形態におけるステップ・アンド・スキ
ャン方式の露光装置に対しても同様に用いることができ
る。また、本実施の形態では、レチクル１１９上に光学
素子１３０を配置したが、例えば、レチクル１１９自体
に透過率分布を持たせるようにして、光学素子１３０を
省略することも可能である。この場合には光学素子１３
０の領域１３０ａと領域１３０ｂの透過率をそれぞれレ
チクル１１９の対応するパターン領域内に形成するよう
にする。

【００５７】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、上記の実施の形態では露光
光源として連続光（水銀ランプ）が使用されているが、
露光光源としてエキシマレーザ光源のようなパルス数を
変えることによりウェハ上の露光量を変えることができ
るパルス光源を使用する場合でも本発明を適用すること
が可能である。

【００５８】また、上記実施の形態においては、パター
ンの密度が異なる領域が２箇所の場合について本発明を
適用したが、本発明はもちろんこれに限られず、パター
ンの密度が異なる領域が３箇所以上であっても上記実施
の形態で説明したのと同様の露光方法を適用することが
できる。また、第１の実施の形態による走査露光方式で
の露光方法では、走査方向に最適積算露光量が異なるパ
ターンについて説明しているが、走査方向に直交する方
向に最適積算露光量が異なるパターンの場合には、第２
および第３の実施の形態で説明した露光方法を併用する
ことにより同様の効果を得ることができる。また、第１
の実施の形態による走査露光方式での露光方法で、走査
方向に直交する方向に最適な積算露光量が異なる場合
は、４枚の可動ブレードを制御してブラインド開口幅を
設定すればよい。上記実施の形態では、露光領域毎にパ
ターンを転写する際、露光領域内に転写されるパターン
の密度分布に応じて、積算露光量を調整する構成につい
て説明したが、感光基板上の感光層の厚みに応じて積算
露光量を調整するようにしてもよい。この場合、露光光
に対する露光領域の反射強度を露光領域内で測定する測
定センサと、感光基板の感光層の厚みと前記感光基板の
反射強度との関係を示す第１特性と、感光基板の感光層
を露光するために必要な露光量と感光層の厚みとの関係
を示す第２特性とを記憶するメモリと、測定センサで測
定された反射強度と、メモリに記憶された第１特性と第
２特性とに基づいて、求められた最適な積算露光量とな
るように、露光量を制御するコントローラを設ければよ
い。

【００５９】なお、上記実施の形態において、光源から
の照明光として、ｉ線（波長３６５ｎｍ）のみならず、
ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（波
長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（１９３ｎ
ｍ）、Ｆ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）、さらに波長の
短い軟Ｘ線等のＥＵＶＬを用いることも可能である。ま
た、露光装置の種類としては、半導体製造用の露光装置
に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレート
に液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置
や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く
適用できる。本発明では、レチクル上のパターンを上記
実施の形態の構成を用いて感光基板上にパターンを転写
することにより半導体デバイスを製造することができ
る。さらに、本発明の露光装置は、既に各実施の形態で
説明したような各構成要素から構成されており、これら
の構成要素を、前述した機能を達成するように、電気
的、または機械的、光学的に連結することで組み立てら
れている。

【００６０】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、ショット
領域内に転写されるパターンの密度分布に応じて、ショ
ット領域内の局所領域毎に最適な露光量で露光を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による露光装置の概
略の構成を示す図である。

【図２】パターン密度の異なるパターン領域を示す図で
ある。

【図３】本発明の第２の実施の形態による露光装置の概
略の構成を示す図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態による露光装置の概
略の構成を示す図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態による露光装置で用
いた減光フィルタの概略の構成を示す図である。

【符号の説明】

ＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウェハ１、１０１水銀ランプ４、１０４シャッタ９第１フライアイレンズ１０光量絞り１２Ａ、１２Ｂ第２リレーレンズ１４第２フライアイレンズ１６照明系開口絞り板１９、１２５主制御系２０露光量制御系２２電源系２３減光板３３、１１１インテグレータセンサ３５可動ブラインド４２走査ステージ４７投影領域４８ウェハステージ４９照度むらセンサ５３ウェハ反射率モニタ５５照射量モニタ８０パターン領域８０ａ、８０ｂ、１３０ａ、１３０ｂ領域１０８フライアイレンズ１１４照明用ブラインド１３０光学素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光を照射して、レチクルに形成された
パターンを感光基板の露光領域に転写する露光方法にお
いて、前記露光領域内の所定領域毎に定められた適正露光量に
基づいて、前記露光領域内の所定領域毎の積算露光量を
調整して露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項２】請求項１記載の露光方法において、前記露光の際、露光領域内の所定領域毎に定められた適
正露光量に基づいて、前記露光領域内の前記照明光の照
度分布を変化させることを特徴とする露光方法。
【請求項３】請求項１または２に記載の露光方法におい
て、前記露光の際、露光領域内の所定領域毎に定められた適
正露光量に基づいて、前記照明光の照射領域を変化させ
ることを特徴とする露光方法。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の露光方
法において、前記露光は、前記レチクルの前記パターンの一部の像を
投影光学系を介して前記感光基板に投影し、前記投影光
学系に対して前記レチクルと前記感光基板とを相対的に
走査させて前記パターンの像を前記感光基板に転写して
行われ、前記露光の際、露光領域内の所定領域毎に定められた適
正露光量に基づいて、前記レチクルと前記感光基板との
相対走査速度と、照明光の照度との少なくとも一方と、
前記照明光の照射領域とを変化させることを特徴とする
露光方法。
【請求項５】照明光を照射して、レチクルに形成された
パターンを感光基板の露光領域に転写する露光装置にお
いて、露光領域内の所定領域毎に定められた適正露光量に基づ
いて、前記露光領域内の所定領域毎の積算露光量を調整
する調整手段を有していることを特徴とする露光装置。
【請求項６】請求項５記載の露光装置において、前記調整手段は、露光領域内の所定領域毎に定められた
適正露光量に基づいて、前記露光領域上の前記照明光の
照度分布を変化させることを特徴とする露光装置。
【請求項７】請求項５または６に記載の露光装置におい
て、前記照明光の照明領域を規定する照明視野絞りを有し、前記調整手段は、露光領域内の所定領域毎に定められた
適正露光量に基づいて、前記照明視野絞りを駆動して前
記照明領域を変化させることを特徴とする露光装置。
【請求項８】請求項７記載の露光装置において、前記照明視野絞りにより前記レチクルの前記パターンの
一部を照明し、その像を投影光学系を介して前記感光基
板に投影し、前記投影光学系に対して前記レチクルと前
記感光基板とを相対的に走査させて前記パターンの像を
前記感光基板に転写する露光系を有し、前記調整手段は、露光領域内の所定領域毎に定められた
適正露光量に基づいて、前記レチクルと前記感光基板と
の相対走査速度と、照明光の照度との少なくとも一方
と、前記照明光の照射領域とを変化させることを特徴と
する露光装置。