JPS61190935A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は露光装置に関し、特に被処理部材上の露光照度
分布を一様にするようにした露光装置に関するものであ
る。

〔背景技術〕

従来の露光装置、たとえば縮小投影露光装置は、光源（
水銀ランプ）からの光をコンデンサレンズを介してマス
クとしてのレチクルに照射し、このレチクルを透過した
光を更に縮小レンズを介して被処理部材たとえば半導体
ウェハ上に照射してパターン露光を行なうものである。

この場合、ウェハ上にマスクパターン像が投影されるが
、ウェハ上に照射される光の露光照度分布にばらつきを
生じ、従って露光量にもばらつきが生じることになりチ
ップ内のパターン寸法にばらつきを生じ、寸法制御性が
悪くなる。この露光照度分布ばらつきは、露光装置自身
できまるものである。

そこで、上記露光照度分布ばらつきの調整（補正）は、
露光照度分布測定結果が表示されるモニターをみながら
光源である水銀ランプを三次元的に、すなわちｘ、ｙ、
ｚ方向に動かすことによりなされている。光源（水銀ラ
ンプ）を動かしても露光照度分布のばらつきを規定の許
容値内に調整することができない場合には、金属を蒸着
し、透過率分布をつけた補正板を作成し、これを用いる
場合もある。

しかしながら、上記露光照度分布のばらつき調整は、水
銀ランプの位置調整を手動で試行錯誤しながら行なうた
め、多くの時間を要する。また補正板を使用するような
場合には、その露光装置に対応した補正板作成に更に多
くの時間を必要とする。いずれにしても露光照度分布の
ばらつき調整には多くの時間がかかり問題である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、短時間で確実に自動的に露光照度分布
のばらつきを補正できるようにした露光装置を提供する
ことにある。

本発明の他の目的は、被処理部材に形成されるパターン
寸法のばらつきを著しく低減できるようにした露光装置
を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、光源からの光をコンデンサレンズを介してマ
スク（ホトマスクやレチクル）に照射し、透過光を更に
このマスクと対向配置される被処理部材（半導体ウェハ
）上に照射してパターン露光を行なうようにした露光装
置において、前記光源と前記マスクの間、たとえば前記
光源と前記コンデンサレンズの間、又は前記コンデンサ
レンズと前記マスクの間に、面内透過率分布が任意に変
えられる液晶セルを介在させ、露光位置の露光照度分布
測定結果にもとづいてその露光照度分布を一様にすべ（
前記液晶セルの面内透過率分布を制御部により変化させ
るようにしたもので、前記液晶セルの透明、不透明によ
る面内透過率分布を露光照度分布を一様にすべく電気的
な方法で自動的に変えることができることにより短時間
で確実に露光照度分布のばらつきを補正することができ
、更に露光照度分布が略一様に調整されることにより被
処理部材に形成されるパターン寸法のばらつきを低減さ
せることができ寸法制御性の改善が図れるものである。

〔実施例〕

第１図は本発明による露光装置の一実施例を示し、特に
１　：　１０′ｍ小投影露光装置の場合を示している。

第２図は第１図の補正板としての液晶セルの簡略拡大断
面図、第３図は第１図のＸＹ移動台１を上からみた平面
図、第４図は第１図の露光位置（１回で露光される面積
、ここでは１チツプに相当する面積を有する。）の露光
照度分布の測定データの一例を示す分布説明図、第５図
は液晶セル６の面内透過率分布の一例を示す分布説明図
である。ここで、第４図の測定データの単位はｍＷ／ｃ
ｍ”で示しである。また第４図、第５図は説明の便宜上
、きわめて簡単な例を示しているが、実際には露光範囲
が１０ｍｍｘ　１０ｍｍの場合において、Ｘ方向やｙ方
向にたとえば１ｍｍ単位で照度計、従ってＸＹ移動台を
スキャニングして１００個分の露光照度分布測定結果（
データ）が得られるようになっており、第４図に図示し
であるＳ、〜Ｓ１部分の露光照度分布測定データとは比
較にならぬ程細かく測定される。そして第５図において
、第４図のＳ、〜Ｓ９部分に対応するｃ３．、　　Ｌ〜
Ｓ、１部分の夫々が１００個分の画素に分割されており
、Ｓ、１〜Ｓ、′部分の面内透過率を自由に変えられる
ようになっている。

第１図において、１はＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動自在な
ＸＹ移動台であって、この上に被処理部材として、ホト
レジストが塗布された半導体ウェハ２が載置されている
。ここでは１チツプの大きさだけＸＹ移動台１をＸＳＹ
方向にステップアンドリピート移動させなからウェハ全
面を露光するもので、１チツプずつパターン露光に供さ
れる。

３は反射鏡、４は光源としての水銀ランプであって、こ
の水銀ランプ４から照射され、る光はコンデンサレンズ
５、面内透過率分布が変えられる補正板としての液晶セ
ル６を介して、マスクとしてのレチクル７に照射される
。このレチクル７は図示しないがレチクル蔵置台上に載
置され、レチクル載置台を移動させてレチクル位置制御
ができるようになっている。

液晶セル６は第２図の如く構成されている。

即ち、たとえば石英を用いた透明体８，９の内表面に夫
々Ｘ軸透明電極１０、Ｙ軸透明電極１１がマトリクス形
に配設されている。また透明体８と９の間に液晶１２を
介在させてスペーサ１３で密封されている。このスペー
サ１３は液晶層の厚みを一定に保つ働きをする。なおス
ペーサ１３の外側には気密性を保持するための接着剤１
４を被着させて液晶層へ水分の侵入を防ぎ、液晶の劣化
を防止している。更に透明体８．９の外側に偏光板（偏
光子）１５、偏光板（検光子）１６が夫々配設されてい
る。

ここで、偏光子１５と検光子１６は、偏光軸方向が直交
するように配置する。液晶１２としてたとえばＰ形ネマ
チフク液晶を用いＴ　Ｎ　（Ｔｗｉｓｔｅｄｎｅｗａｔ
ｉｃ）方式を用いるものとし、電圧印加のないときは、
入射光は液晶１２で偏光軸が９０”回転されるようにな
っている。従って液晶１２を通過した光が検光子１６に
入ると偏光軸が互いに平行であるため光は検光子１６か
ら出ていく、即ち光は液晶セル６を透過し、液晶セル６
は透明である。

次に制御部１９からの制御信号により液晶セル６の所定
のＸ軸およびＹ軸透明電極１０および１１に所定の電圧
が印加されると、その電圧が印加された両透明電極１０
．１１間（両透明電極１０と１１の交差箇所）において
液晶１２の分子軸が電界方向に沿うようになり、この部
分では入射光の偏光軸が回転せず入射光は液晶１２の影
響を殆ど受けずに検光子１６に入るため、光は検光子１
６にさえぎられることになり、液晶セル６のその部分は
不透明となる。従って白地に黒のパターンを得ることに
なる。即ち白地の部分は透過率１００％であり、黒のパ
ターン部分は透過率０％となる。

なお、所定の電圧をＸ軸およびＹ＊Ｉｈ透明電極１０お
よび１１に印加しない前は液晶セル６は透明（透過率１
００％）であるので、予め露光位置の露光照度分布測定
の際には、液晶セル６が図示の如く配設されていても支
障をきたさない。

このように構成された液晶セル６は制御部１９からの制
御信号によりマトリクス形駆動方式で駆動される。

ところで、液晶セル６を配設しないか又は図示の如く配
設しても駆動させない状態では、光源４からの光はコン
デンサレンズ５を介してレチクル７に照射され、レチク
ル７を透過した光は１／１０縮小レンズ１７で絞られウ
ェハ２上に結像し、パターン露光が行なわれる。

しかしながら露光装置自身によって決まる露光位置の露
光照度分布にばらつきがあるため、パターン露光を行な
う前に予め露光照度分布のばらつきを補正して露光照度
分布が一様となるようにする必要がある。

そこで、ＸＹ移動台１にウェハ２を載置せず、かつレチ
クル７を図示位置に配設せずに（この場合、液晶セル６
は駆動前透明状態にあるので図示の如（配設しておいて
もよい、）、先ずＸＹ移動台１のコーナ部に埋込み配設
された照度計（光電照度計）１８を、制御部１９からの
制御信号にもとづいてＸＹ移動台１を動かすことにより
露光位置にもってくる。そして更に制御部１９からの制
御命令によりＸＹ移動台１を動かして１チップ面積に相
当する露光位置（箇所）（たとえば１０ｍ１０ｍｍＸ１
０内での露光照度を照度計１８で１ｍｍ単位毎に多点測
定を行なう。これにより１００個分の露光位置内での露
光照度測定データが得られる。これらの露光照度測定値
にはばらつきがあり、これを補正するわけである。以下
、説明の便宜上、露光面積内の露光照度分布が第４図に
示す如く得られたとして、その露光分布のばらつきの補
正を説明する。ここで、第４図中の数字は測定部分Ｓｌ
”’３９での露光照度の測定値をｍＷ／ｃｍ”単位で表
示するものである。

照度計１８によって次々に測定される各点での露光照度
結果は電気信号として制御部１９に送られ、メモリに記
憶される。ここでは第４図に示す９個分の露光照度分布
データが前記メモリに記憶されるとする。制御部１９は
、照度計１８から送られてくる露光位置での各点の露光
照度測定結果をもとに、その露光照度分布のばらつきを
補正して露光照度分布を一様にすべく液晶セル６を駆動
制御して液晶セル６の面内透過率分布を変化させるもの
である。そして制御部１９は前記メモリの他に演算部を
有しており、たとえばＳｔ　　（ｉ＝１〜９）に対応す
る液晶セル６の部分Ｓｉ’（ｉｗ１〜９）における不透
明（透過率０％）とする画素数Ｚｉ　　（ｉ＝ｌ〜９）
を次式により算出する。

Ｚｉ＝（Ｓｉ’の画素数）×（露光照度の測定値−露光
照度の基準値）＋（露光照度の基準値）ここで、Ｓｉ’
＝１００とし、露光照度の基準値としては一番低い露光
照度、即ちＳｔ、３９箇所の１００　（ｍＷ／　ｃ　ｍ
”　）を採用するものとする。

従って、演算部によりＳｔ　　’　＝Ｓｑ　　’で不透
明にすべき画素数２１〜Ｚ、を求めると、Ｚ５＝Ｚ３　
＝Ｚａ　＝１００Ｘ　（１０１−１００）÷１００＝１ ｚ、＝１００ｘ　（１０３−１００）÷１００＝３ Ｚａ　＝Ｚｂ　＝１０　Ｑｘ　（１０２１００）÷１０
０＝２ Ｚｓ　＝１００ｘ　（１０４−１００）÷１００＝４ Ｚ？＝２９＝０ の如くなる。このことから、露光照度の一番低い、基準
値とした箇所Ｓｔ、３９に対応するＳ、′。

Ｓ９’ｅｌ域の面内透過率を１００％とし、その他のＳ
、／〜Ｓ６’＋ｓｓ　′領域の面内透過率を低減させて
Ｓｔ　’＝Ｓｈ　、Ｓｓ部分の露光照度を基準としたＳ
ｔ、３９部分の露光照度と合わせるべく補正を行なえば
よいことが判る。従って、制御部１９はこの演算結果に
もとづき液晶セル６の所定のＹ軸およびＹ軸の透明電極
１０および１１に制御信号により所定の電圧を印加する
。これにより第５図に斜線で示す箇所（画素）、即ち電
圧が印加されたＹ軸、Ｙ軸透明電極１０．１１の各交点
に相当する部分が不透明になる。これは、その部分の液
晶の分子軸が電界方向に配向させられ、その液晶部分へ
の入射光が偏光軸を回転させられずに検光子１６に入る
ので検光子１６によってさえぎられるためである。なお
、ｓｉ′領域中、不透明にするＺａ個の画素をどの箇所
の画素とするがは予め制御部１９のメモリにプログラム
しておき、これに従って適宜な位置の画素が該当数Ｚａ
個だけ不透明とされるようになっている。

よって、液晶セル６のＳ、１〜Ｓ、′領域を透過する光
の量は夫々略同じになるように調整されるので、液晶セ
ル６の透過光が１／１ｏ縮小レンズ８を介して露光位置
に照射されるとき、露光位置での各点、ここでは説明の
便宜上８１〜ｓ９における露光照度は夫々略同じになる
。このように各点での露光照度分布のばらつきを補正し
てその露光照度分布を一様にすることができる。

以上のように露光位置内（露光面積内）の露光照度分布
を一様にした上で、被処理部材である半導体ウェハ２に
パターン露光を行なえばよい。従ってレチクル７をレチ
クル載置台（図示せず）上に載置して図示の如く所定位
置に配置すると共に、ＸＹ移動台１上にウェハ２を載置
し、次にたとえばＸＹ移動台１を動かしてレチクル７の
投影像とウェハ２との位置合わせを行なった後、所定の
パターン露光を行なう。このパターン露光によりしチク
ル７のデバイスパターンがウェハ２上のチップ２ａに転
写されるが、露光照度分布のばらつきがない（許容しう
る規定値内におさまっている）、即ち露光照度分布が一
様となっているのでチップ内の寸法（デバイスパターン
寸法）のばらつきが著しく低減され、寸法制御性の改善
が図られる。

なお、露光位置の露光照度分布のばらつきを一度調整し
ておけば、レチクル７を別のレチクルと交換する場合で
も、レチクルの位置合わせを行なうことはあっても露光
照度分布のばらつき調整は行なう必要がない。

以上のように露光位置の露光照度分布の測定結果に基づ
いて露光面積内の各部分での露光照度ばらつきを、規定
の許容値内にすべく、即ち露光照度分布を一様にすべく
、液晶セル６の所定のＸ軸、Ｙ軸透明電極１０．１１に
制御信号（所定の電圧信号）を印加して、測定値が基準
値（一番低い露光照度）よりも高い露光照度部分Ｓ、〜
Ｓ、、Ｓ。

に対応するＳｌ　　’〜Ｓｈ’＋ｓｓ　　′部分の画素
を該当個数（Ｚｉ（ｉ＝１〜６．８））だけ不透明とす
ることで、容易に露光照度分布を一様にでき為。この場
合、露光面積内の各部分での露光照度ばらつきを調整（
補正）するに当たり、基準値よりも高い露光照度部分、
特に許容値を越える露光照度ばらつきの大きい部分のみ
を、他の部分に影響を与えることなく独立して補正でき
る。本発明では手動調整によらず電気的な方法で短時間
に、確実にしかも自動的にいかなる露光照度分布のばら
つきをも補正できる。

また、１／１０縮小投影露光装置の場合、液晶セル６の
Ｓｔ’部分の寸法を露光位置でのＳｉ部分の寸法の１０
倍にとれるので、その液晶セル６のＳｉ’部分の面内透
過率の調整がしやす（、その調整により、露光照度分布
のばらつき補正を高精度に行なえる。また液晶セル６の
透明電極１０゜１１の電極形成も技術的に容易となる。

〔効果〕

（１）光源とマスク（レチクル、ホトマスク）の間に介
在させた補正板の面内透過率分布を、露光位置の露光照
度測定データにもとすいて変化させることにより、露光
位置の露光照度分布を一様になるように、露光照度分布
のばらつきを短時間で確実に、かつ自動的に補正できる
。

（２）（１）により露光照度が一様になるので、被処理
部材に形成されるパターン寸法のばらつきを低減させる
ことができ、寸法制御性の改善が図れる。

（３）従って、たとえばチップ内寸法ばらつきの影響を
受は易いダイナミックＲＡＭのデバイスパターンの形成
に適用して効果的である。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。たとえば補正板として
の液晶セル６にＰ形ネマティック液晶を用いたＴＮ方式
で偏光子１５と検光子１６の偏光軸方向を直交させた場
合について言及したけれども、偏光子１５と検光子１６
の偏光軸が互いに平行となるようにしてもよい。

また偏光子１５と検光子１６の偏光軸方向を直交させて
おき、ｎ形ネマティック液晶をホメオトロピ、り配列さ
せるか、あるいはｐ形ネマティック液晶をホモジニアス
配列させて、Ｄ　Ａ　Ｐ　（Ｄｅｆｏｒ−ｍａｔｉｏｎ
　ｏｆ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ａｌｉｇｎｅｄ　ｐｈａｓ
ｅｓ　）方式を用いてもよい。これらの場合には、所定
の電圧をＸ軸およびＹ軸透明電極１０および１１に印加
しない前は液晶セル６は不透明（透過率０％）であるの
で、予め露光位置の露光照度分布測定を行なうときには
すべてのＸ軸およびＹ軸透明電極１０および１１に所定
の電圧を印加して液晶セル６を透明（透過率１００％）
にしておくか、液晶セル６を第１図の位置からはずして
おけばよい。また面内透過率分布を自由に変えられる補
正板として液晶セル６を用いた場合について言及したけ
れども一般に透明、不透明のパターンが任意に得られる
ものなら何でも用いることができ、要するに面内透過率
分布が任意に変えられるものなら何でも用いることがで
きる。

また液晶セル６をコンデンサレンズ５とレチクル７の間
に介在させているが、液晶セル６を光源としての水銀ラ
ンプ４とコンデンサレンズ５との間に第１図に点線で示
す如く介在させてもよい。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である１：１０縮小投影露
光装置に適用した場合について説明したが、それに限定
されるものではなく、たとえば１：５縮小投影露光装置
などの縮小投影露光装置（マスクとしてレチクル使用）
や等倍投影露光装置、更には近接露光装置（ホトマスク
使用）など−光装置全般に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による露光装置の一実施例を示す簡略構
成図、 第２図は第１図の補正板としての液晶セルの簡略断面図
、 第３図は第１図のＸＹ移動台を上からみた平面図、 第４図は第１図の露光位置の露光照度分布の測定データ
の一例を示す分布説明図、 第５図は液晶セルの面内透過率分布の一例を示す分布説
明図である。 ■・・・ＸＹ移動台、２・・・ウェハ、４・・・水銀ラ
ンプ（光源）、５・・・コンデンサレンズ、６・・・液
晶セル、７・・・レチクル、１０・・・Ｘ軸透明電極、
１１・・・Ｙ軸透明電極、１２・・・液晶、１５．１６
・・・偏光板、１７・・・１／１０縮小レンズ、１８・
・・照度計、１９・・・制御部。 第　　１　　図 第　　２　　図 第　　３　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源からの光をマスクを通して、このマスクと対向
   配置される被処理部材に照射してパターン露光を行なう
   ようにした露光装置において、前記光源と前記マスクの
   間に面内透過率分布が変えられる補正板を介在させると
   共に、露光位置の露光照度分布測定データにもとづいて
   その露光照度分布を一様にすべく前記補正板の面内透過
   率分布を可変制御する制御部を備えてなることを特徴と
   する露光装置。 ２、前記補正板として透明、不透明により面内透過率分
   布が変化する液晶セルを用い、前記制御部からの制御信
   号により前記液晶セルの透明、不透明を生じさせ面内透
   過率分布を制御するようにしてなる特許請求の範囲第１
   項記載の露光装置。 ３、前記液晶セルは、Ｘ軸透明電極とＹ軸透明電極間に
   液晶を介在させ、かつ両透明電極外側に偏光板を配置し
   てなり、マトリクス駆動方式を採用してなる特許請求の
   範囲第２項記載の露光装置。 ４、前記マスクとしてホトマスクを用いてなる特許請求
   の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の露光装置
   。 ５、前記マスクとしてレチクルを用い、かつこのレチク
   ルと前記被処理部材との間に縮小レンズを介在させてな
   る特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載
   の露光装置。 ６、前記被処理部材としてホトレジストが塗布された半
   導体ウェハを用いてなる特許請求の範囲第１項ないし第
   ５項のいずれかに記載の露光装置。